蓄能型自发光交通安全标识路用性能测试技术研究

林文岩， 汤振农

(金华市公路管理局， 浙江 金华　321013)



蓄能型自发光交通安全标识路用性能测试技术研究

林文岩， 汤振农

(金华市公路管理局， 浙江 金华321013)

摘要：蓄能型自发光交通安全标识在黑暗条件下能够为行人提供通行指示，有效减少交通安全隐患，具有巨大的社会经济效益。构建了蓄能型自发光交通安全标识路用性能评价指标体系，提出了蓄能型自发光交通安全标识亮度性能等测试所需的设备，明确了测试要求，为保证蓄能型自发光交通安全标识的路用性能提供了参考依据。

关键词：自发光； 交通安全标识； 路用性能； 测试技术

蓄能型自发光交通安全标识吸储自然光后能够主动发光，解决了农村公路夜间照明诱导问题，受到试点路段沿线群众的一致好评和社会各界的广泛关注。蓄能型自发光交通安全标识在浙江省已进入推广阶段，考虑到自发光交通标识安设在野外环境中，承受着温度、湿度、紫外线、盐雾以及酸碱等条件的影响，国际国内对其自身亮度及余辉时间等特征参数的变化规律及产品的耐久性等未有全面系统的研究。特别是国内外对蓄能型自发光交通安全标识的相关路用产品质量评价标准、检测试验技术还未成熟，缺乏具有广泛适用性的理论研究支撑，某些方面尚处于空白。为保证蓄能型自发光交通安全标识的长期路用性能，充分发挥自发光交通安全标识的夜间亮化功能，提升农村公路、隧道等的安全保障水平，非常有必要对蓄能型自发光交通安全标识的路用质量评价标准及测试技术进行研究。

1路用性能测试指标体系构建

蓄能型自发光交通安全标识在使用过程中，暴露在阳光和空气中，主要受到阳光、雨水以及空气污染物等环境因素的作用，会出现外观质量和发光亮度性能下降，最终失去使用价值现象。根据蓄能型自发光交通安全标识的使用功能要求以及所处的工作环境条件，主要从蓄能型发光材料发光性能、老化性能、腐蚀性能等方面甄选测试指标。

1.1发光性能指标

在蓄能型发光材料研究过程中，对于发光材料的性能指标通常采用一些特有的物理量进行表征。对于长余辉发光材料，重要指标有两个： ① 初始亮度，即激发光源关闭时的亮度值； ②余辉时间，即发光在人眼可视的亮度范围内持续的时间。由于发光材料需要预先激发才能产生余辉，初始亮度和余辉时间强烈依赖于激发光源种类和强度，所以对激发强度和激发时间有规定要求。表1列出了不同标准对发光亮度的要求。

表1 发光亮度标准标准激发照度/lx激发时间/min亮度值/(mcd·m-2)5min10min20min60min德国标准100010—20—2.8日本标准2004583—

对蓄能型交通安全标识来说，在众多发光材料的发光性能指标中发光亮度及余辉时间是关键指标，参照德国标准，确定测试蓄能型发光材料在光源照射一定时间后亮度性能的衰减情况，即测试发光材料在光源照射后10、60及180 min后的发光亮度。

1.2老化性能指标

蓄能型自发光交通安全标识通过表面涂层技术，实现使用功能。涂层老化是指暴露于外部环境中引起涂层的化学和物理性质变化，如粘结力降低、变色、粉化、失光等。涂层的耐老化性能是影响涂层性能的重要指标之一。对蓄能型交通安全标识来说，引起自发光材料老化的主要原因是温度和紫外线，确定耐温老化、耐紫外线老化作为测试指标。

1.2.1耐温老化性能指标

蓄能型自发光交通安全标识安装在公路上，长期使用要经历酷暑和严寒季节，温度存在地域性、季节性及昼夜性的交替变化，且温度变化非常大，从而引起发光材料老化，降低蓄能型自发光交通安全标识发光亮度。温度对发光涂层老化性能的影响可以归纳为： ①温度变化会影响光化学反应的速度，加速某些高聚物发生降解，导致性能下降； ②温度会影响发光涂层中添加剂以及外来组分的扩散速度； ③温度变化会引起涂层材料收缩或膨胀，加速材料的开裂。测试时，可将已完成发光亮度性能试验的样品放入试验箱内，试验箱的温度进行高温和低温交变几次，高温和低温可根据蓄能型自发光交通安全标识可能承受的温度极限来确定，然后再检查交通安全标识表面质量情况，测试其发光亮度。

1.2.2耐紫外线老化性能指标

蓄能型自发光交通安全标识使用过程中，经常受到阳光中紫外线的辐射，而发光材料在紫外光照射下能有效地激发，同时也会引起材料表层颜色逐渐变灰至黑，发光亮度随之降低，出现光老化现象。太阳辐射光谱的能量分布随波长不同而异，波长越短，能量越大。波长很短的紫外光会被空气中的氧气、氮气和二氧化碳所吸收，而且同温层的臭氧吸收并基本消除了低于295 nm的所有辐射能量，因此，照射在交通安全标识上的紫外线波长在200～400 nm之间。发光材料在低压汞灯或太阳光下照射，以照射时间长短来相对表示短波紫外线辐射强度大小。测试材料经不同照射时间后的发光亮度，绘出发光亮度和照射时间的关系曲线，就可以了解和确定发光材料的紫外线稳定性。

1.3腐蚀性能指标

1.3.1耐酸碱腐蚀性能指标

蓄能型自发光交通安全标识经常受到空气中酸雨、碱雨等因素的影响，会出现外观质量变差如粉化、斑点、气泡、裂纹，发光亮度性能下降等现象。酸雨主要是人为地向大气中排放大量酸性物质造成的。我国的酸雨主要原因是大量燃烧含硫量高的煤以及各种机动车排放的尾气。碱雨的主要原因是氧化钙或氢氧化钠的粉尘排放到空气里，或氨气排放到空气里。这些碱性的物质一旦被云内的小水点吸收，就会溶解形成碱雨。测试时，可将已完成发光亮度性能试验的样品分别放入酸性和碱性溶液中一定时间，然后再检查交通安全标识表面质量情况，测试其发光亮度。

1.3.2耐盐雾腐蚀性能指标

在部分地区特别是沿海地区，蓄能型自发光交通安全标识受盐雾的影响，同样使自发光交通安全外观质量变差和发光亮度性能下降等现象。盐雾是指大气中由含盐微小液滴所构成的弥散系统，主要由于海洋中海水激烈扰动，风浪破碎，海浪拍岸等产生大量泡沫、气泡，气泡破裂时会生成微小的水滴，海水滴大部分因重力作用而降落，部分处于同涡动扩散保持平衡的状态而分布于海面上，它们随气流升入空中，经裂解、蒸发、混并等过程演变成弥散系统，形成大气盐雾。测试时，可将已完成发光亮度性能试验的样品放入盐雾试验箱中一定时间，然后再检查交通安全标识表面质量情况，测试其发光亮度。

在蓄能型自发光交通安全标识路用性能测试指标中，发光亮度及余辉时间是最关键的指标，其他指标可根据使用环境确定重要程度。

2路用性能指标测试与分析

2.1亮度性能测试

用于测定蓄能型自发光交通安全标识亮度性能的衰减情况。亮度性能测试需要长余辉荧光粉亮度测试仪、标准光源箱、干湿度温度计和控制用计算机等设备。控制实验室温度为23 ℃±2 ℃，相对湿度50%±10%。样品尺寸不小于50 mm×50 mm，外观质量应符合《公路蓄能型自发光交通标识》(JT/T967 — 2015)的要求。样品测试前，应在标准温湿度的暗室环境中放置24 h。在人工日光D65光源1000 lx照度条件下，光源激发样品10 min后，记录样品10、60和180 min的亮度值，具体结果如表2。测试结果表明，所测样品亮度均达到公路蓄能型自发光交通标识规范(JT/T 967 — 2015)技术要求。

表2 亮度性能测试结果激发照度/lx激发时间/min采样时间/min技术指标/(mcd·m-2)样品亮度/(mcd·m-2)123平均值单项判定997.81010>15501620.001802.001730.001717.33合格998.51060>220241.50230.40262.30244.73合格1001.010180>5252.7153.8453.6053.38合格 注:栏目中的1、2、3为样品编号。

2.2耐紫外线老化性能测试

用于测定蓄能型自发光交通安全标识经荧光紫外灯照射后亮度性能的衰减情况及外观质量变化。耐紫外线老化性能测试需要的设备包括： 紫外线老化实验箱、色差仪及亮度性能测试需要的设备。耐紫外线老化性能测试要求与亮度性能测试要求相同。样品进行耐紫外线老化性能测试前，先进行亮度性能试验。紫外线照射后经1000 lx激发光源激发10 min，样品的10、60和180 min的亮度变化以及外观情况，具体测试结果如表3和表4。测试结果表明样品耐紫外线老化后外观质量符合要求，亮度性能达到公路蓄能型自发光交通标识规范(JT/T 967 — 2015)的技术要求。

表3 耐紫外线老化前后亮度性能测试结果样品编号激发时间/min采样时间/min样品亮度/(mcd·m-2)试验前试验后试验后前比/%单项判定110101775.001230.0069.3合格21060236.90169.0071.3合格31018060.0044.0573.4合格 注:亮度技术要求:试验后亮度达到试验前的60%以上。

表4 耐紫外线老化前后外观性能测试结果样品编号试验前外观情况试验后外观情况单项判定1无粉化、斑点、气泡、裂纹样品试验后外观良好,表面无粉化、斑点、裂纹、气泡等破损现象合格2无粉化、斑点、气泡、裂纹样品试验后外观良好,表面无粉化、斑点、裂纹、气泡等破损现象合格3无粉化、斑点、气泡、裂纹样品试验后外观良好,表面无粉化、斑点、裂纹、气泡等破损现象合格 注:外观技术要求:表面无粉化、斑点、气泡、裂纹等变化。

2.3耐温老化性能测试

用于测定蓄能型自发光交通安全标识经高低温交变后亮度性能的衰减情况及外观质量变化。耐温老化性能测试需要的设备包括：高低温交变试验箱及亮度性能测试需要的设备。耐温老化性能测试要求与亮度性能测试要求相同。样品进行耐温老化性能测试前，先进行亮度性能试验。高低温交变后经1000 lx激发光源激发10 min，样品的10、60和180 min的亮度变化以及外观情况，具体测试结果如表5和表6。测试结果表明样品耐温老化后外观

表5 耐温老化前后亮度性能测试结果样品编号激发时间/min采样时间/min样品亮度/(mcd·m-2)试验前试验后试验后前比/%单项判定110101667.001584.0095.0合格21060259.12252.4597.4合格31018055.8752.3593.7合格 注:亮度技术要求:试验后亮度达到试验前的75%以上。

表6 耐温老化前后外观性能测试结果样品编号试验前外观情况试验后外观情况单项判定1无粉化、斑点、气泡、裂纹外观无变化合格2无粉化、斑点、气泡、裂纹外观无变化合格3无粉化、斑点、气泡、裂纹外观无变化合格 注:外观技术要求:表面无粉化、斑点、气泡、裂纹等变化。

质量符合要求，亮度性能达到公路蓄能型自发光交通标识规范(JT/T 967 — 2015)技术要求。

2.4耐酸碱腐蚀性能测试

用于测定蓄能型自发光交通安全标识经酸碱溶液浸泡一定时间后亮度性能的衰减情况及外观质量变化。耐酸碱腐蚀性能测试需要的设备包括：聚四氟乙烯制塑料箱、硼砂溶液、邻苯二甲酸氢钾、蒸馏水、分析天平、量筒、烧杯及亮度性能测试需要的设备。酸性溶液配制：取邻苯二甲酸氢钾10 g，加水900 mL，搅拌使溶解，用氢氧化钠试液(必要时用稀盐酸)，加水稀释至1000 mL调节其pH值，使其在温度为(23±2)℃时pH值在6.0±0.1之间；碱性溶液配制：0.01 M硼砂溶液，pH值在温度为(23±2)℃时应在9.0±0.1之间；将配制好的酸碱溶液分别装入聚四氟乙烯制塑料箱内，温度与室内温度一致；其它与亮度性能测试要求相同。

样品进行耐酸碱腐蚀性能测试前，先进行亮度性能试验。样品分别经浸泡于pH值为6和pH值为9的溶液中48 h后，经1000 lx激发光源激发10 min，样品的10、60和180 min的亮度变化以及外观情况，具体测试结果见表7～表10。测试结果表明样品耐酸和耐碱腐蚀后外观质量符合要求，亮度性能达到公路蓄能型自发光交通标识规范(JT/T 967-2015)技术要求。

表7 耐酸腐蚀测试前后亮度性能测试结果样品编号激发时间/min采样时间/min样品亮度/(mcd·m-2)试验前试验后试验后前比/%单项判定110101708.21432.1683.8合格21060256.87215.7284.0合格31018053.7946.3286.1合格 注:亮度技术要求:试验后亮度达到试验前的75%以上。

表8 耐酸腐蚀测试前后外观性能测试结果样品编号技术要求检测结果单项判定123表面无白斑、粉化表面无明显白斑、粉化合格表面无明显白斑、粉化合格表面无明显白斑、粉化合格

表9 耐碱腐蚀测试前后亮度性能测试结果样品编号激发时间/min采样时间/min样品亮度/(mcd·m-2)试验前试验后试验后前比/%单项判定110101715.361482.3186.4合格21060255.67222.6187.1合格31018052.8146.1887.4合格 注:亮度技术要求:试验后亮度达到试验前的75%以上。

表10 耐碱腐蚀测试前后外观性能测试结果样品编号技术要求检测结果单项判定123表面无白斑、粉化表面无明显白斑、粉化合格表面无明显白斑、粉化合格表面无明显白斑、粉化合格

2.5耐盐雾腐蚀性能测试

用于测定蓄能型自发光交通安全标识经盐雾腐蚀后亮度性能的衰减情况及外观质量变化。耐盐雾腐蚀性能测试需要的设备包括：盐雾腐蚀试验箱、湿热箱、高低温气压箱、盐溶液及亮度性能测试需要的设备。盐溶液配制：5%氯化钠溶液(NaCl)，所用氯化钠干燥时的碘化钠含量不超过0.1%，杂质的总含量不超过0.3%，pH值在温度为(20±2)℃时应在6.5～7.2之间；其它与亮度性能测试要求相同。

样品进行耐盐雾腐蚀性能测试前，先进行亮度性能试验。盐雾腐蚀后经1000 lx激发光源激发10 min，样品的10、60和180 min的亮度变化以及外观情况，具体测试结果如表11和表12。测试结果表明样品盐雾腐蚀后外观质量符合要求，亮度性能达到公路蓄能型自发光交通标识规范(JT/T 967 — 2015)技术要求。

表11 耐盐雾腐蚀测试前后亮度性能测试结果样品编号激发时间/min采样时间/min样品亮度/(mcd·m-2)试验前试验后试验后前比/%单项判定110101790.001587.0088.7合格21060261.8235.7890.1合格31018056.8753.3093.7合格 注:亮度技术要求:试验后亮度达到试验前的75%以上。

表12 耐盐雾腐蚀测试前后外观性能观测结果样品编号试验前外观情况1无粉化、斑点、气泡、裂纹2无粉化、斑点、气泡、裂纹3无粉化、斑点、气泡、裂纹试验后外观情况单项判定无粉化、斑点、气泡、裂纹合格无粉化、斑点、气泡、裂纹合格无粉化、斑点、气泡、裂纹合格 注:外观技术要求:外观无粉化、斑点、气泡、裂纹等变化。

3结束语

蓄能型自发光交通安全标识在黑暗条件下能够为行人及非机动车提供安全通行指示，有效减少交通安全隐患，具有巨大的社会经济效益。针对蓄能型自发光交通安全标识进行路用性能测试技术研究，保证蓄能型自发光交通安全标识的长期路用性能具有重要意义。对性能测试后的蓄能型自发光交通安全标识，可将表面打磨形成一定粗糙度后，重新在基板的表面喷涂自发光材料，然后抽样测试再确定能否应用。

参考文献：

[1] 张中太，张俊英．无机光致发光材料及应用[M]．北京：化学工业出版社，2005.

[2] 赵阳，衣永生，李强．蓄光自发光型消防安全标志的研究与应用[J]．消防科学与技术，2002(2).

[3] 潘莹，张三平，周建龙，等．大气环境中有机涂层的老化机理及影响因素[J]．涂料工业，2010(4).

[4] JT T967-2015,公路蓄能型自发光交通标识[S].

文章编号：1008-844X(2016)02-0242-05

收稿日期:2016-03-04

作者简介:林文岩( 1977-) ，男，高级工程师，主要从事公路工程建设及养护管理工作。

中图分类号：U 491.5

文献标识码：A