道路逆反射材料用玻璃珠第3部分：反光布用玻璃珠

對(duì)活塞、氣門(mén)和缸蓋等零件用玻璃珠噴丸清洗，證明最為有效噴丸處理的質(zhì)量和程度決定于所用玻璃珠的尺寸、工作壓力以及噴丸時(shí)間，

1.顆粒尺寸--對(duì)于活塞和其它類(lèi)似零件，采用美國(guó)70號(hào)篩對(duì)于一般零件，采用60號(hào)篩

2，工作壓力--對(duì)于活塞等零件為90磅/平方英寸(6.3公斤/平方厘米)，對(duì)于一般零件為90-125磅平方英寸(6.3-8.8公斤/平方厘米)

3，被清洗的零件，暴露于玻璃珠噴流中不宜過(guò)長(zhǎng)特別在清洗像鋁那樣的軟質(zhì)材料時(shí)更應(yīng)如此

4.噴丸后，只需用溶劑再清洗一次和用壓縮空氣吹干就行重新裝配前，必須確認(rèn)發(fā)動(dòng)機(jī)零件上所有異物都已清除干凈

目前，逆反射效果的改善，主要是通過(guò)更合理的反光單元結(jié)構(gòu)和更新的材料技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。在這些新材料里，有塑料棱鏡反射器，如自行車(chē)尾燈、車(chē)輛用反射片等，也有結(jié)構(gòu)復(fù)雜的各種反光膜等。逆反射材料主要采用兩種不同的技術(shù)原理實(shí)現(xiàn)光線(xiàn)的逆反射--玻璃珠技術(shù)和微棱鏡技術(shù)。

玻璃珠型反光材料的反光原理，主要利用了玻璃珠的玻璃珠技術(shù)和玻璃珠背面基材的金屬反射層。入射光經(jīng)玻璃珠折射后，在反射層上聚集，再?gòu)倪@個(gè)聚集焦點(diǎn)，經(jīng)過(guò)玻璃珠的第二次折射，返回光源方向。在實(shí)際應(yīng)用中的玻璃珠逆反射材料除了玻璃珠和金屬反光層以外，還包括了起保護(hù)作用的透明樹(shù)脂表層膜和起安裝作用的背膠。在這項(xiàng)技術(shù)里，玻璃珠的大小對(duì)整個(gè)反光亮度幾乎沒(méi)有影響，但玻璃珠的化學(xué)成分，或者更具體地說(shuō)材質(zhì)，會(huì)有很大的影響。這里包含有一個(gè)非常關(guān)鍵的參數(shù)就是玻璃珠的折射率，這個(gè)折射率會(huì)影響光線(xiàn)通過(guò)時(shí)的焦點(diǎn)的位置，焦點(diǎn)的位置必須有一個(gè)金屬反光層讓光線(xiàn)回到玻璃珠以后，才能實(shí)現(xiàn)光線(xiàn)的再次折射(角度導(dǎo)致其實(shí)際已經(jīng)是反射)光線(xiàn)回到光源而完成整個(gè)逆反射過(guò)程。圖17是大小一樣但折射率不同的球體有不同的焦點(diǎn)。

玻璃珠的折射率、玻璃珠的粒徑和光匯聚后形成的焦點(diǎn)位置(焦距)之間關(guān)系符合以下公式:

(公式1)

式中:f--匯聚光焦距即透鏡中心到焦點(diǎn)的距離;

r--玻璃珠半徑;

nd--玻璃珠的折射率。

由上述公式可見(jiàn)，玻璃珠的折射率和微珠的粒徑對(duì)焦距的影響直接影響到反光材料的反光性能。玻璃珠背面的反射層一般為玻璃珠鍍銀，或鍍鋁。逆反射之所以也稱(chēng)回歸反射，就是由于逆反射入射光和反射光位于法線(xiàn)同側(cè)，其原理可從圖19的定向反光光路圖中看出。

當(dāng)一束光Ⅰ射向玻璃珠時(shí)，在微珠表面P點(diǎn)發(fā)生折射，折射光在A點(diǎn)發(fā)生鏡面反射，然后在P′點(diǎn)再發(fā)生折射，返回光源。由圖19可知∠α=∠PAO(同位角)，據(jù)反射定律n·sin∠PAO=n′sin∠P′AO,而在玻璃珠內(nèi)部反射n=n′∴∠PAO=∠P′AO，由光路的可逆性n·sinα′= n′sin∠P′AO=n·sin∠PAO=n·sinα∴n·sinα′= n·sinα，即α=α′，則Ⅰ∥Ⅰ′。入射光Ⅰ平行于反射光Ⅰ′意味著一個(gè)反射單元對(duì)一平行光的反射光也將是一束平行光，而由于微珠很小，所以反射光束的光軸和入射光束的光軸幾乎重合，從而完成整個(gè)逆反射過(guò)程。這個(gè)折射率的差別使得以玻璃珠技術(shù)生產(chǎn)的反光材料分為暴露型、透鏡埋入型和密封膠囊型。

暴露型玻璃珠的最好例子，就是上面提到的仍在美國(guó)的鄉(xiāng)村使用的古董級(jí)反光標(biāo)志牌、反光布、反光片和道路標(biāo)線(xiàn)涂料。它和后面兩種類(lèi)別的區(qū)別，在于它的玻璃珠上面沒(méi)有保護(hù)膜而直接和空氣接觸。光線(xiàn)直接經(jīng)過(guò)玻璃珠的折射聚焦后，其能量損失最少，光線(xiàn)受到的影響也最小，因此，其反光強(qiáng)度比較高。但是在特定的情況下，有些玻璃珠是沒(méi)有金屬反光層的，比如反光標(biāo)線(xiàn)涂料，它的反光層就是白色的標(biāo)線(xiàn)涂料。這樣的反光層不能精確地把光線(xiàn)反射回玻璃珠，形成有效的逆反射，所以其反光亮度很低，一般是反光衣物和反光標(biāo)志牌亮度單位的千分之一。如圖19中的反光衣物與地面標(biāo)線(xiàn)的對(duì)比效果。

反光材料的性能，除了與玻璃珠本身的性質(zhì)有關(guān)以外，還取決于玻璃珠的有序排列、玻璃珠與基材的粘合度、耐侯性能和角度性能，而這些都是玻璃珠暴露型反光材料的不足之處。這種裸露型的反光材料，其反光亮度已經(jīng)無(wú)法與其他更新的反光材料相比，在很多情況下也已經(jīng)不能適應(yīng)高速交通的安全要求，所以已經(jīng)逐步退出了在交通標(biāo)志牌上的應(yīng)用。但在其他領(lǐng)域，比如反光服裝和反光涂料上仍然在大量使用。

在暴露型玻璃珠的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研發(fā)了透鏡埋入型的玻璃珠反光材料，它是將玻璃珠直接埋入在透明樹(shù)脂里的。由于玻璃珠的大小并不是完全一致的，玻璃珠和背后的反光層的距離也不是一致的，在光線(xiàn)穿過(guò)玻璃珠時(shí)，并不能保證該玻璃珠的焦點(diǎn)就正好落在背后的反光層上，這時(shí)就不能反射光線(xiàn)再次通過(guò)玻璃珠回到光源。因此該類(lèi)型的逆反射亮度并不是很高。

在上述兩種逆反射技術(shù)之上，又有了密封膠囊型的玻璃珠反光材料。其反光層是直接涂在玻璃珠上的。該類(lèi)型玻璃珠的折射率與前者不同，它的特點(diǎn)在于折射率可以控制它的焦點(diǎn)剛好落在它的外壁上，而外壁上正好有一個(gè)反光層，這樣的結(jié)果是保證了所有從玻璃珠折射到外壁的光線(xiàn)都可以返回到玻璃珠。這個(gè)特殊的折射率有一個(gè)副產(chǎn)品，就是光線(xiàn)只能從空氣層進(jìn)入該玻璃珠時(shí)才能保證該折射率有效。所以這類(lèi)產(chǎn)品的特征除了反光亮度比透鏡埋入型產(chǎn)品有更高反光亮度以外還有一個(gè)特征:在玻璃珠前面有一個(gè)空氣層。這個(gè)空氣層解決了膜結(jié)構(gòu)內(nèi)和膜結(jié)構(gòu)的溫差問(wèn)題，減少了露水凝結(jié)導(dǎo)致的視認(rèn)難題。圖21是兩者在結(jié)構(gòu)上的對(duì)比，圖22是兩者在顯微鏡下的對(duì)比。

值得關(guān)注的是，上述這些技術(shù)，都是反光材料發(fā)展前期的一些技術(shù)，其核心技術(shù)的生成與發(fā)展，主要是在20世紀(jì)40年代到70年代，此后，伴隨著密封膠囊型反光膜上的多項(xiàng)技術(shù)專(zhuān)利在1985年到期，逆反射材料的新技術(shù)研發(fā)，開(kāi)始轉(zhuǎn)向新的反光材料--棱鏡型反光材料。主要原因是，從數(shù)學(xué)角度看，玻璃珠型反光材料的反射效率，由于受到玻璃珠的球體形狀的限制，有很多體積部分，是無(wú)法作為反射區(qū)的，并不是最理想的光反射控制途徑，所以反光效率并不高，反光角度也還沒(méi)有得到更好的控制，加之在生產(chǎn)過(guò)程中的能耗、廢棄物排放、VOC的排放(可揮發(fā)性有機(jī)化合物的總稱(chēng))，都比之后問(wèn)世的微棱鏡反光材料高，因此，從進(jìn)入21世紀(jì)后，在世界范圍內(nèi)，特別是在發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)，在交通標(biāo)志用反光材料領(lǐng)域，棱鏡結(jié)構(gòu)的反光材料開(kāi)始越來(lái)越獲得了普遍的應(yīng)用。

微棱鏡逆反射技術(shù)

逆反射材料除了采用玻璃珠技術(shù)原理制作外，有另外一種微棱鏡型技術(shù)，其原理是:光線(xiàn)由棱鏡的三個(gè)面鏡面反射之后朝光源方向返回。每一個(gè)單位的微棱鏡相當(dāng)于立方體的一個(gè)角，入射光線(xiàn)經(jīng)過(guò)微棱鏡的全反射，向光源方向反射。和玻璃珠技術(shù)的區(qū)別在于，微棱鏡技術(shù)沒(méi)有光線(xiàn)的折射，也沒(méi)有金屬反射層，所有的光線(xiàn)都從微棱鏡的三個(gè)面反射出去，這些光線(xiàn)反射都發(fā)生在微棱鏡和空氣的界面中，因此在微棱鏡結(jié)構(gòu)中，其棱鏡上面和下面都有一個(gè)空氣層。

根據(jù)反射效率的大小，棱鏡反射分為部分反射和全反射。全反射是一種特殊的反射現(xiàn)象，其發(fā)生必須滿(mǎn)足兩個(gè)條件:光線(xiàn)從光密介質(zhì)進(jìn)入到光疏介質(zhì)，入射角大于或等于臨界角。圖22是光線(xiàn)從折射到全反射的變化，當(dāng)n1> n2及入射角增大時(shí)，更多的光線(xiàn)被反射回去;當(dāng)入射角增大到某一角度時(shí)(臨界角)，發(fā)生全反射。

根據(jù)臨界角的定義，可以求出光從折射率為n1的光密介質(zhì)進(jìn)入折射率為n2的光疏介質(zhì)時(shí)的臨界角。設(shè)入射角為α0時(shí)，折射角為90°，如圖23所示，由折射定律可得:

所以，由上式可見(jiàn)，光疏介質(zhì)的折射率n2越小，光密介質(zhì)的折射率n1越大，發(fā)生全反射的臨界角越小，即越容易發(fā)生全反射。由上式計(jì)算出α0的正弦值后，查三角函數(shù)表得α0值，或從計(jì)算器上查得α0值。注意光密和光疏是相對(duì)兩種界面發(fā)生全反射的物質(zhì)而言的。一種物質(zhì)可以是某一特定界面時(shí)的光疏物質(zhì)而同時(shí)是另外一個(gè)界面的光密物質(zhì)。當(dāng)光從折射率為n的某種介質(zhì)射入真空(空氣)時(shí)，臨界角計(jì)算公式為:

表1是對(duì)比空氣而言的幾種物質(zhì)的臨界角。

表1 幾種常見(jiàn)物質(zhì)對(duì)真空(空氣)的臨界角

在非交通安全產(chǎn)品以外應(yīng)用最廣的全反射產(chǎn)品是光纖通信。光纖的結(jié)構(gòu)由中心和外皮兩種不同介質(zhì)組成，當(dāng)光線(xiàn)從中心傳播時(shí)遇到光纖彎曲處，會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象，這樣就保證了光線(xiàn)不會(huì)泄漏到光纖外。

這種技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用在交通安全產(chǎn)品上是從截角式微棱鏡開(kāi)始的。所謂截角式棱鏡(英文:truncated cube)，就是指整個(gè)微棱鏡的基本結(jié)構(gòu)和立方體的一個(gè)切角的結(jié)構(gòu)是類(lèi)似的。這個(gè)切角的切面和三個(gè)反射面的角度變化可以組合成幾種不同角度性能的微棱鏡結(jié)構(gòu)。把這些結(jié)構(gòu)的單元聯(lián)結(jié)排列后形成完整的平面，在這個(gè)平面的上面加保護(hù)膜，然后在下面加背膠就制造出了在道路上廣泛使用的截角棱鏡型反光膜。圖25是微棱鏡的截面圖。

由于微棱鏡反光膜里的反射單元，是根據(jù)能進(jìn)行光反射的棱鏡型數(shù)學(xué)模型，由人工微復(fù)制出的，所以從理論上講，微棱鏡的結(jié)構(gòu)，是能夠根據(jù)光反射的功能需要，進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整的，其中真正的難度，在于微復(fù)制的工藝和材料科學(xué)。也因?yàn)檫@些特點(diǎn)，微棱鏡結(jié)構(gòu)的反光膜，有多種結(jié)構(gòu)形式。以下主要介紹三種結(jié)構(gòu)類(lèi)型。

第一種結(jié)構(gòu)，是和普通微棱鏡的數(shù)學(xué)模式一樣的結(jié)構(gòu)，它的切面為正三角形，三個(gè)反射面為三個(gè)相互垂直的直角等邊三角形。在排列方式上是把六個(gè)切角連接成一個(gè)正六角形，整個(gè)平面排列方式是蜂窩狀的結(jié)構(gòu)。使用這種結(jié)構(gòu)制作的反光膜，正面反射亮度非常高，而且沒(méi)有方向性(方向性是指同一反光膜在同樣的觀測(cè)條件下，垂直放置和平行放置時(shí)的逆反射性能不一樣)，但在大的入射角，也就是照射光線(xiàn)不和切面垂直時(shí)，反光亮度會(huì)有很大的衰減。如圖26所示。

第二種結(jié)構(gòu)，棱鏡三個(gè)反射面也是相互垂直的，但其切面不是正三角形而是等邊三角形。其排列方式也是連接六個(gè)微棱鏡單位成為一個(gè)六角形，但這個(gè)六角形并不是等邊的六角形。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)做出的反光膜，正面亮度比正六角形排列的反光膜要低，但在大的入射角，也就是照射光線(xiàn)不和切面垂直時(shí)，反光亮度不會(huì)有很大的衰減，加上本身正面亮度就不高，所以雖然它在遠(yuǎn)距離的反光亮度一般，但在車(chē)燈近距離照射時(shí)(觀測(cè)角加大)，反光亮度比第一種結(jié)構(gòu)的要高。還有，其方向性要比第一種結(jié)構(gòu)要強(qiáng)。如圖26所示。

第三種結(jié)構(gòu)，是一種不同于前兩種結(jié)構(gòu)的特殊結(jié)構(gòu)。其特殊之處在于它的基本單元不是一致的，而是由兩種不同形狀的切角排列組成，如圖27所示。

該第三種結(jié)構(gòu)，就是21世紀(jì)初形成的最新技術(shù)，叫全棱鏡逆反射技術(shù)。

全棱鏡逆反射技術(shù)形成的背景

無(wú)論是玻璃珠型還是和棱鏡型的反光材料，其實(shí)都是通過(guò)光線(xiàn)作用在材料結(jié)構(gòu)上的幾何體實(shí)現(xiàn)的。也就是說(shuō)，這種逆反射材料的結(jié)構(gòu)，首先是以數(shù)學(xué)理論為基礎(chǔ)的。它利用幾何體對(duì)光的折射和反射，結(jié)合光波傳送時(shí)的波長(zhǎng)和特點(diǎn)，找到了盡量完美的光線(xiàn)傳導(dǎo)方式，并通過(guò)材料科技加以實(shí)現(xiàn)，從而不斷地提升了不同入射角度的光線(xiàn)的逆反射亮度。

這種利用數(shù)學(xué)幾何模型，尋找光回復(fù)反射效率改善答案的努力，在21世紀(jì)初，達(dá)到了微棱鏡逆反射技術(shù)的新的理論高峰，并通過(guò)和微復(fù)制技術(shù)和膜技術(shù)的結(jié)合，成功地完成了全棱鏡逆反射材料的制作，

全棱鏡逆反射反光膜的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)，從理論上說(shuō)，可實(shí)現(xiàn)100%的逆反射效率，兼?zhèn)淞私煌?biāo)志反光膜所應(yīng)該具備的兼顧遠(yuǎn)距離發(fā)現(xiàn)能力和中近距離的認(rèn)讀能力。用這種理論指導(dǎo)完成的全棱鏡逆反射材料，是完全根據(jù)交通標(biāo)志的動(dòng)態(tài)視認(rèn)需求特點(diǎn)，再結(jié)合光學(xué)、人體工程學(xué)的技術(shù)，首先完成了數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)后，再通過(guò)微復(fù)制技術(shù)，制造出來(lái)的新一帶逆反射材料。它既做到了在盡量遠(yuǎn)的距離上，保持優(yōu)越的逆反射性能，使駕駛者盡早發(fā)現(xiàn)標(biāo)志，又做到了不同的車(chē)輛連同駕駛者，在進(jìn)入200米左右之后的標(biāo)志內(nèi)容視認(rèn)距離后，也就是在觀測(cè)角快速變大，車(chē)輛迅速接近交通標(biāo)志時(shí)，逆反射系數(shù)的衰減緩慢，使標(biāo)志的逆反射光度，在0.2到2.0度觀測(cè)角之間始終保持了超過(guò)50%的逆反射效率，即在距離標(biāo)志50到200米的范圍內(nèi)，盡量使標(biāo)志處在便于識(shí)讀的穩(wěn)定亮度狀態(tài)下.

圖28是根據(jù)美國(guó)ASTM標(biāo)準(zhǔn)定義的不同級(jí)別的反光膜，在觀測(cè)角變大時(shí)，所能保持的逆反射效率曲線(xiàn)，其中第I、III類(lèi)是玻璃珠型的反光膜，對(duì)應(yīng)GB/T 18833-2012的I、III類(lèi)，X、IX類(lèi)是兩種截角型棱鏡反光膜，對(duì)應(yīng)GB/T 18833-2012的第IV類(lèi)，逆反射效率最高的，是全棱鏡型反光膜, 對(duì)應(yīng)GB/T 18833-2012的第V，。

全棱鏡反光膜的目標(biāo)，是要使交通安全領(lǐng)域里使用的各種逆反射材料，都能最大限度的"利用"來(lái)自于主動(dòng)光源的能量，實(shí)現(xiàn)最理想的逆反射效率，從而優(yōu)化視認(rèn)距離，提高視認(rèn)效率，改善安全視認(rèn)條件。

到目前為止，全棱鏡反光膜實(shí)際產(chǎn)品的逆反射效率是58%，它的未來(lái)發(fā)展方向大致有兩個(gè)。一個(gè)來(lái)源于材料工藝的提升以降低實(shí)際反射效率和理論的差異，這包括通過(guò)材料表面和機(jī)理的研究與提高，進(jìn)一步減少光損耗，增強(qiáng)耐侯性，增強(qiáng)反光材料的韌性和貼服適應(yīng)力等;另外一個(gè)是進(jìn)一步加大和新材料的結(jié)合以適應(yīng)不同的需求，其中一個(gè)已經(jīng)成功的例子是和耐侯性熒光材料結(jié)合而產(chǎn)生的熒光反光膜，利用熒光材料轉(zhuǎn)換不可見(jiàn)光為可見(jiàn)光的性能，革命性地提高了反光膜在黃昏和黎明時(shí)的反光亮度。

全棱鏡反光材料實(shí)現(xiàn)全反射理論的過(guò)程

全棱鏡是微棱鏡結(jié)構(gòu)中的一種特殊結(jié)構(gòu)形式。在制造第一代和第二代微棱鏡時(shí)，光學(xué)的折射率和臨界角的知識(shí)已經(jīng)完善，因此，從傳統(tǒng)微棱鏡過(guò)渡到全棱鏡的并不是反射理論知識(shí)的更新，而是完全由一個(gè)新技術(shù)，即微復(fù)制技術(shù)和已有的微棱鏡技術(shù)的結(jié)合產(chǎn)生的對(duì)微米級(jí)結(jié)構(gòu)的切割和組合材料工藝技術(shù)。雖然微棱鏡的所有表面都有全反射功能，但從全反射到逆反射還需要一個(gè)條件，就是光線(xiàn)必須連續(xù)在微棱鏡單元上的三個(gè)面上各進(jìn)行一次全反射。在微棱鏡的截角式結(jié)構(gòu)里并不是所有的光線(xiàn)照射到截角式微棱鏡以后都可以完成三次全反射，達(dá)到逆反射效果;照射到微棱鏡三個(gè)角落的光線(xiàn)只能完成兩次全反射，而沒(méi)有逆反射效果，圖29說(shuō)明了截角微棱鏡的不反光部分。圖29右側(cè)顯示了全棱鏡的全部反光(圖中綠色部分為有效反射面積)。

突破這個(gè)瓶頸的關(guān)鍵，就是把微棱鏡中反光和不反光的部分分離、切割、最后再組合。在微棱鏡的角落部分是不反光的，而在棱鏡的中心角(頂角)位置附近是反光的，把頂角附近反光部分切割再重新組合以后的全棱鏡，可以在理論上達(dá)到100%反光。圖32是全棱鏡從微棱鏡轉(zhuǎn)變的過(guò)程。

在顯微鏡下對(duì)比傳統(tǒng)微棱鏡和全棱鏡的可以看出，微棱鏡的邊角部分和頂角部分有明顯的亮度區(qū)別，也就是說(shuō)，頂角部分反光而邊角部分不反光。而全棱鏡的頂角和邊角部分沒(méi)有亮度區(qū)別，全部都是反光的。在反光單元的底部的三個(gè)角的連接部分的不反光部分已經(jīng)消失了。

這種全棱鏡反光材料的問(wèn)世，對(duì)道路交通標(biāo)志的視認(rèn)，有著非常大的意義。受到人的肉眼視力和道路條件的限制，道路交通標(biāo)志的有效識(shí)讀距離是有限的，一般在50到250米之內(nèi)是比較現(xiàn)實(shí)的一個(gè)視認(rèn)距離，因此，提高標(biāo)志表面材料的逆反射光控制能力，使光在關(guān)鍵距離里分布到需要的方向上，以應(yīng)對(duì)在各種角度條件下的主動(dòng)光源的照射和駕駛員的觀察，就能最大限度地提升光使用效率，改進(jìn)標(biāo)志亮度，從而優(yōu)化標(biāo)志視認(rèn)，改善視距。

逆反射材料亮度的概念

由于逆反射技術(shù)，是把光源照射的光線(xiàn)，通過(guò)被照射物體表面的材料，再返回到光源處，其反射效能不僅與反射材料的表面結(jié)構(gòu)有關(guān)，還與逆反射材料的亮度有關(guān)。因此，在了解逆反射技術(shù)的基本原理后，有必要建立關(guān)于逆反射亮度的概念。事實(shí)上，逆反射材料的亮度，是一個(gè)俗稱(chēng)，更多地是人們?cè)诿枋鰧?duì)光的感受。

不同顏色的不同物體的反光能力是不同的。特別是采用不同技術(shù)制成的反光材料，對(duì)反射"亮度"具有顯著的影響。人們?yōu)榱擞酶茖W(xué)的方法來(lái)表現(xiàn)這種差異，總結(jié)出了光度性能的逆反射系數(shù)。表2列出了不同逆反射體的逆反射系數(shù)。

表2 各類(lèi)物品的逆反射系數(shù)比較

從上面簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)列表里，能夠發(fā)現(xiàn)，人體在身著白衣服的情況下，其反光亮度，只有白色鉆石級(jí)反光材料的1/4000，也就是說(shuō),其被從光源附近的觀察者辨識(shí)的機(jī)會(huì),比白色反光材料所能提供的辨識(shí)幾率,相去幾百到幾千倍,這也就是為什么，逆反射技術(shù)能夠使人們更安全，因?yàn)樗梢源蠓鹊靥岣邫C(jī)動(dòng)車(chē)駕駛的安全視距。

從上面的簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)舉例中，很難全面理解逆反射材料的亮度，特別是對(duì)逆反射技術(shù)的亮度的理解，還是有很大的技術(shù)距離的。鑒于逆反射技術(shù)的亮度，主要是為了提高交通標(biāo)志的視認(rèn)性，因此，在技術(shù)評(píng)價(jià)上，相對(duì)逆反射材料的亮度概念，事實(shí)上是一個(gè)宏觀概念，包含了兩個(gè)很重要的微觀技術(shù)指標(biāo):光度和色度。

逆反射的光度

根據(jù)交通行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JT/T690-2007《逆反射體光度性能測(cè)試方法》的規(guī)定，逆反射的光度性能可以用比率法、替代法、直接發(fā)光強(qiáng)度法和直接亮度法等四種方法來(lái)測(cè)量。因?yàn)樵诒緯?shū)中著重討論和交通安全相關(guān)的逆反射技術(shù)，所以只使用逆反射體的光度測(cè)試方法中的逆反射系數(shù)，英文是Coefficient of Retro-reflection, 單位是cd/lx/m2，Candelas per square meter per lux ，也簡(jiǎn)稱(chēng)為CPL。在JT/T 688-2007《逆反射術(shù)語(yǔ)》中，對(duì)逆反射系數(shù)的定義是"發(fā)光強(qiáng)度系數(shù)與逆反射體的表面積之比。"用數(shù)學(xué)公式表現(xiàn)為:

式中:RA是逆反射系數(shù)，單位為每堪德拉每勒克斯每平方米(cd/lx/m2);

A是試樣表面面積，單位是平方米(m2);

I是發(fā)光強(qiáng)度系數(shù)，單位為坎德拉每勒克斯(cd/lx);

I是發(fā)光強(qiáng)度，單位為坎德拉(cd);

E┴是光照度，單位為勒克斯(lx)。

逆反射系數(shù)是用來(lái)描述光線(xiàn)照射到物體表面以后再反射回光源的量。這個(gè)系數(shù)簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是反射光線(xiàn)對(duì)應(yīng)照射光線(xiàn)的比率。該系數(shù)在不同的入射角(例如-4°，+30°，+50°)和不同的觀測(cè)角(例如0.2°，0.5°)時(shí)分別對(duì)應(yīng)車(chē)輛在相對(duì)標(biāo)志牌的不同關(guān)鍵位置時(shí)逆反射性能，這些性能對(duì)應(yīng)了駕駛員在不同位置和時(shí)間對(duì)標(biāo)志牌的識(shí)認(rèn)要求。圖33是關(guān)于逆反射系數(shù)的基本光學(xué)單位介紹。

發(fā)光強(qiáng)度(Luminous intensity, Candlepower)，是指從光源一個(gè)立體角(單位為sr)所放射出來(lái)的光通量，也就是光源或照明燈具所發(fā)出的光通量在空間選定方向上分布密度，單位為燭光(Candle or Candela, cd，堪德拉)。發(fā)光強(qiáng)度為1堪德拉的光源可放射出12.57lm(流明)的光通量?？梢院?jiǎn)單地把1堪德拉理解成一個(gè)蠟燭產(chǎn)生的光的強(qiáng)度。

照度的單位是勒克司(lux，Lm/m2，勒克斯)，在距離一個(gè)發(fā)光強(qiáng)度為l堪德拉的光源1米處接受的照明強(qiáng)度，習(xí)慣稱(chēng)為燭光.米。亦即距離該光源1米處，1平方米面積接受1流明光通量時(shí)的照度。

亮度(luminance, Brightness)也稱(chēng)為輝度。當(dāng)人眼目視某物所看到的物體，可以用兩種方式表達(dá)其亮度:一種用于較高發(fā)光值者如光源或燈具，直接以其發(fā)光強(qiáng)度來(lái)表示;另一種則用于本身不發(fā)光只反射光線(xiàn)者如交通標(biāo)志牌，以亮度表示。亮度即被照物每單位面積在某一方向上所發(fā)出或反射的發(fā)光強(qiáng)度，用以顯示被照物的明暗差異，公制單位為堪德拉/平方米(Candela/m2,cd/m2)或尼特(nit)。

逆反射系數(shù)就是反光膜接受光線(xiàn)以后的反射亮度，單位是每堪德拉每勒克斯每平方米(cd/lx/m2)，或者簡(jiǎn)稱(chēng)CPL。

一般意義上講，逆反射系數(shù)越高，說(shuō)明逆反射材料的逆反射性能越好，由此制作的安全設(shè)施越能在更遠(yuǎn)的地方越早被駕駛員看見(jiàn)。但如果從工程技術(shù)人員的角度評(píng)判逆反射材料的"亮度"，實(shí)際上是一定要帶上距離和角度值的。因?yàn)樗械哪娣瓷洳牧?，在不同的距離、入射角和觀測(cè)角下，都有不同的逆反射系數(shù)。概括起來(lái)講，影響逆反射系數(shù)的最關(guān)鍵因素是兩個(gè)角度:車(chē)燈、設(shè)施和駕駛員的視線(xiàn)形成的觀測(cè)角;車(chē)燈和設(shè)施形成的入射角。單純地評(píng)價(jià)逆反射材料的亮與不亮，更多地是人們的一種感受和印象，很難作為科學(xué)概念進(jìn)行理解。不過(guò)，伴隨著國(guó)際交通界對(duì)視認(rèn)問(wèn)題研究的深入，近來(lái)也逐漸形成了一個(gè)共識(shí)，就是在一定條件下，逆反射性能較好的材料，即指可以兼顧遠(yuǎn)距離發(fā)現(xiàn)需求和近距離視認(rèn)需求的反光材料。

(三)逆反射的色度

道路交通安全設(shè)施中所使用的材料涉及普通材料、逆反射材料、熒光材料等，顏色主要包括表面色(晝間色)和逆反射色(夜間色)。

表面色為各種材料、設(shè)施在白天使用時(shí)的顏色，即晝間色。目前國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的安全色和視覺(jué)信號(hào)表面色均屬于表面色。

逆反射色為具備逆反射特性的材料或設(shè)施在夜間使用時(shí)所顯現(xiàn)的顏色，即夜間色。近幾年隨著逆反射技術(shù)及其應(yīng)用的發(fā)展，人們逐漸意識(shí)到夜間使用的逆反射色的重要性，開(kāi)始對(duì)其進(jìn)行研究和規(guī)范。

測(cè)量表面色時(shí)，采用D65光源作為照明光源。D65光源的亮度近似于白天中午左右的太陽(yáng)光，照明觀測(cè)條件是45/0，觀測(cè)到的是晝間色;測(cè)量逆反射色時(shí)，采用標(biāo)準(zhǔn)A光源作為照明光源。標(biāo)準(zhǔn)A光源亮度近似于汽車(chē)前照燈，照明觀測(cè)條件是入射角0°、觀測(cè)角0.2°，觀測(cè)到的是夜間色。

D65和A光源分別代表了色溫等于6504K的日光和輻射體在2856K發(fā)出的光，簡(jiǎn)單說(shuō)就是白天中午時(shí)的陽(yáng)光和夜間條件下車(chē)燈照射的光線(xiàn)。

為什么要同時(shí)規(guī)定兩種狀況下的顏色標(biāo)準(zhǔn)呢?因?yàn)槲覀內(nèi)搜劭吹降念伾珜?shí)際上是物體顏色和環(huán)境光線(xiàn)在人眼中綜合的反映，同樣物體在不同光線(xiàn)條件下的顏色是不一樣的。而交通安全設(shè)施要傳遞的信息是固定的，不能因?yàn)轭伾牟町惗鸢滋旌鸵雇淼囊曊J(rèn)性能變化過(guò)大。例如高速公路上的警告標(biāo)志，在白天時(shí)的視認(rèn)環(huán)境良好可以及時(shí)預(yù)告而引導(dǎo)交通流安全通行，但在晚上可能因?yàn)轭伾牟町愂沟靡曊J(rèn)性能大大下降而引發(fā)交通事故，所以交通標(biāo)志上的顏色變化要有嚴(yán)格的規(guī)定。圖34是GB18833-2012的兩種反光膜顏色坐標(biāo)。

在交通標(biāo)志上使用反光膜，在夜晚，反光膜對(duì)光線(xiàn)的定向反射會(huì)影響反光膜在人眼里反映的顏色。如圖35所示，禁止摩托車(chē)通行的標(biāo)志牌和稍遠(yuǎn)處的公益標(biāo)志牌在白天的顏色并沒(méi)有很大差異。在夜晚，標(biāo)志牌的顏色仍然是保持和白天基本一致的顏色，而公益標(biāo)志牌的顏色已經(jīng)變得很灰暗了。