高可視性服裝的分類和檢測(cè)評(píng)價(jià)

袁志磊，劉 蕭，陳玨成，張薇薇，周 嫻

［1.上海海關(guān)，上海 200135；2.東華大學(xué)，上海 201620；3.上海國(guó)際旅行衛(wèi)生保健中心（上海海關(guān)口岸門診部），上海 200002］

近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)水平和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)服裝的要求不再局限于美觀，而是致力于功能性設(shè)計(jì)，包括舒適性、健康性、安全防護(hù)性等。其中，高可視性服裝就是一種安全防護(hù)型的功能性服裝，采用顏色醒目的基底材料和具有發(fā)光或者反光的材料制成。在黑夜、暴雨、暴雪、沙塵暴、大霧等可見(jiàn)度極端惡劣的情況下，高可視性服裝可顯著區(qū)分穿著者與周圍環(huán)境，明確穿著者的位置、行動(dòng)路徑甚至動(dòng)作［1］，對(duì)他人起到警示作用，避免發(fā)生事故。

隨著各國(guó)政府對(duì)安全工作力度的加大和人們安全意識(shí)的提高，高可視性服裝被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，尤其在道路交通安全防護(hù)上具有巨大的市場(chǎng)前景［2］。在路況復(fù)雜的道路上工作的交通警察、道路勘測(cè)員、環(huán)衛(wèi)工人、路政綠化工人等容易被過(guò)往車輛碰撞。當(dāng)?shù)缆饭ぷ髡叽┲呖梢曅跃痉r(shí)，在白天、黑夜或可視度差的環(huán)境中都具有較高的可視性，能及時(shí)提醒過(guò)往車輛注意避讓，保護(hù)自身安全。高可視性警示服也應(yīng)用于在口岸碼頭、機(jī)場(chǎng)等場(chǎng)所的工作人員。由于機(jī)場(chǎng)、碼頭、船舶、巨型集裝箱堆場(chǎng)、大型倉(cāng)儲(chǔ)倉(cāng)庫(kù)等戶外工作場(chǎng)所環(huán)境復(fù)雜，燈光較暗，時(shí)常因人員識(shí)別不清、移動(dòng)位置不明而發(fā)生危險(xiǎn)。穿著高可視性警示服可明確工作人員的具體位置和身份性質(zhì)，避免發(fā)生意外，或在發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)及時(shí)獲救。高可視性服裝也可應(yīng)用于日常生活中，例如夜跑服、節(jié)日和舞臺(tái)服裝等，在光線較暗的環(huán)境中，發(fā)光夜跑服可使運(yùn)動(dòng)者具有較高的辨識(shí)度，對(duì)過(guò)往車輛具有警示作用；而發(fā)光的節(jié)日或舞臺(tái)服裝能使穿著者與眾不同，產(chǎn)生絢麗的效果，滿足人們對(duì)美的需求。

1 高可視性服裝的分類

高可視性服裝通常作為安全警示服裝和裝飾性功能服裝，按照發(fā)光原理可以分為反光型、熒光型、夜光型和電致發(fā)光型。

1.1 反光型服裝

反光型服裝運(yùn)用一定面積的反光材料（也稱回歸反射材料或逆反射材料），該材料中含有高折射率的玻璃微珠或微棱鏡，當(dāng)平行光線照射到微珠或棱鏡之上時(shí)，可將光線聚集在焦點(diǎn)的特殊反射層上，光線經(jīng)折射后聚焦，再?gòu)慕裹c(diǎn)反射回光源處，從而提供清晰的可見(jiàn)度［3］。反光材料的光路圖見(jiàn)圖1。

圖1 反光材料的反光光路圖

反光材料被廣泛應(yīng)用于各種警示服上，GB 20653—2020《防護(hù)服裝職業(yè)用高可視性警示服》對(duì)各種警示服反光帶的設(shè)計(jì)作了詳細(xì)規(guī)定：背心和無(wú)袖短外套類警示服的反光帶最小寬度為25 mm，至少有一條環(huán)繞軀干的反光帶，左右兩肩應(yīng)該各有一條反光帶從胸前延伸到后背，如果服裝有多條水平反光帶，相鄰兩條的間距應(yīng)不小于50 mm，由反光材料或者組合性能材料組成的條帶在長(zhǎng)度方向上的間隙應(yīng)不大于50 mm；長(zhǎng)褲、背帶褲類警示服也要求反光帶最小寬度為25 mm，至少有兩條反光帶，間隔不小于50 mm等，以保證警示服反光性能達(dá)到理想的高可視效果［4］。反光警示服示例見(jiàn)圖2。

圖2 反光警示服

反光材料具有較高的反光強(qiáng)度、光澤度和柔韌性，有良好的防雨淋性能，依靠自身的反光結(jié)構(gòu)，只要有燈光照射就可以反光，無(wú)需連接外部電源，使用方便。但反光型服裝必須在外部光源的照射下才具有高可視效果，反之則不然，使用條件具有一定的局限性。此外，反光材料結(jié)構(gòu)主要由銀色金屬鍍層、玻璃微珠或微棱鏡的固定層、熱熔膠組成，一般為銀灰色，因此服裝設(shè)計(jì)有局限性。其他顏色的反光材料一般是在銀灰色材料表面進(jìn)行印刷改色，但該處理方法會(huì)降低反光強(qiáng)度，影響反光材料的可視效果［5］。同時(shí)，反光型服裝在穿著使用時(shí)受到各種外界環(huán)境因素的影響，會(huì)使其逆反射性能逐漸下降。

1.2 熒光型服裝

熒光材料受紫外光等能量激發(fā)后，電子能夠從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，然后通過(guò)輻射衰變釋放出光子回復(fù)到基態(tài)，釋放此前吸收的能量產(chǎn)生熒光［6］。根據(jù)激發(fā)光源的不同，熒光材料可以分為紅外熒光材料和紫外熒光材料，在紅外光或紫外光的激發(fā)下發(fā)出不同顏色的光，光源消失后又恢復(fù)為原來(lái)的顏色。熒光警示服如圖3所示。

圖3 熒光警示服

GB 20653—2020 和ISO 20471—2013《高可視性警示服的測(cè)量方法和要求》都對(duì)高可視性警示服中的熒光材料進(jìn)行了規(guī)定：熒光材料的顏色應(yīng)為熒光黃、熒光橘紅或熒光紅，最小使用面積為1 級(jí)0.14 m2、2 級(jí)0.50 m2和3 級(jí)0.80 m2，熒光材料應(yīng)環(huán)繞軀干、褲腿和袖子等部位，且寬度不小于50 mm，從而具有360°視角的高可視性。ANSI/ISEA 107—2015《高可視性安全服裝和頭飾》中對(duì)熒光材料顏色和最小使用面積的規(guī)定與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)基本相同，但是增加了補(bǔ)充項(xiàng)目說(shuō)明，規(guī)定更詳細(xì)。

熒光材料能夠吸收光能并發(fā)出不同波長(zhǎng)的光，在白天有非常好的高可視效果，看起來(lái)比其他同樣顏色的材料更明亮、醒目，但是只在波長(zhǎng)較短的可見(jiàn)光、紅外線或紫外線照射下起作用，熒光強(qiáng)度較低、持久性差，并且容易受到外界環(huán)境的影響［7-8］。

1.3 夜光型服裝

夜光材料（又稱蓄光材料）能夠發(fā)光是因?yàn)楹蠩u、Dy 等稀土元素，而稀土元素具有豐富的電子能級(jí)，可以產(chǎn)生多種能級(jí)間的躍遷。當(dāng)受到可見(jiàn)光的照射時(shí)，電子能夠從基態(tài)或低能級(jí)向高能級(jí)躍遷，因?yàn)槟芰坎黄胶猓糠蛛娮佑周S遷回基態(tài)釋放能量，產(chǎn)生即時(shí)發(fā)光，其他電子則通過(guò)弛豫作用儲(chǔ)存在蓄光材料特有的陷阱能級(jí)中發(fā)生光吸收，當(dāng)移至暗處時(shí)，電子從激發(fā)態(tài)的陷阱能級(jí)躍遷到基態(tài)或低能級(jí)中，將儲(chǔ)存的能量慢慢釋放，產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象［9］。夜光材料的發(fā)光原理見(jiàn)圖4。

圖4 夜光材料發(fā)光原理圖

夜光材料能夠在太陽(yáng)光或燈光的照射下將能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，將其移至暗處后，該能量轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)光慢慢釋放，并持續(xù)一段時(shí)間。將這種夜光材料加工到警示服上可起到警示提醒作用，應(yīng)用到舞臺(tái)服裝上能夠起到一定的裝飾美化效果（見(jiàn)圖5），應(yīng)用到繩索、漁網(wǎng)和篷布上可使夜間作業(yè)安全、有效地進(jìn)行［10］。

圖5 夜光警示服

夜光服是一種具有蓄光特性的功能性服裝，不僅可以提高產(chǎn)品的安全警示性，還能夠增添紡織品服裝的趣味性和藝術(shù)效果。夜光服的發(fā)光無(wú)需外部電源，只要經(jīng)過(guò)燈光、太陽(yáng)光等光源的照射，就可以持續(xù)發(fā)光一段時(shí)間，無(wú)毒、無(wú)害、無(wú)放射性，具有節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。但夜光材料的發(fā)光亮度和持續(xù)性并不理想，離開(kāi)光源后亮度逐漸衰減，余輝時(shí)間短，洗滌后的發(fā)光亮度還會(huì)降低。

1.4 電致發(fā)光型服裝

電致發(fā)光型服裝是將LED 線或EL 冷光片等電致發(fā)光元件和電池組一起添加到服裝上，通電后可電控發(fā)光（如圖6 所示）。LED 被稱為發(fā)光二極管，是一種能將電能直接轉(zhuǎn)變成光能的固態(tài)半導(dǎo)體元件，通過(guò)電子與空穴復(fù)合釋放能量發(fā)光，不同半導(dǎo)體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同，釋放的能量越多，發(fā)出的波長(zhǎng)越短。EL 是通過(guò)在電極兩端加交流電壓而產(chǎn)生電場(chǎng)，激發(fā)熒光物質(zhì)發(fā)光的一種物理現(xiàn)象，通過(guò)調(diào)節(jié)電壓和頻率來(lái)改變光源亮度，并且能夠產(chǎn)生不同顏色的光源帶。

圖6 電致發(fā)光警示服

電致發(fā)光型服裝具有高亮度、數(shù)字化、能耗低、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，能夠根據(jù)需要設(shè)計(jì)出不同顏色、不同亮度的光源。目前市面上部分電致發(fā)光型服裝選用的LED 光帶（點(diǎn)光源，單個(gè)發(fā)光面較窄，穿透力差）使用一段時(shí)間后會(huì)產(chǎn)生熱量。而EL 冷光片是一個(gè)統(tǒng)一的整體面發(fā)光，具有彈性，輕薄可隨意彎曲，工作一段時(shí)間也不會(huì)產(chǎn)生熱量［1］。應(yīng)用到警示服上，可以在保留傳統(tǒng)反光優(yōu)勢(shì)的同時(shí)有效彌補(bǔ)其在光線差、能見(jiàn)度低的環(huán)境下反光效果差的缺點(diǎn)［11］。由于電致發(fā)光元件需要電能激發(fā)，服裝上需要添加電源和電線，服裝較重，舒適性大打折扣［6］。

2 高可視性服裝的檢測(cè)與評(píng)價(jià)

2.1 反光性能的檢測(cè)與評(píng)價(jià)

不同顏色、不同物體的反光能力不同，一般采用逆反射系數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)其反光性能，即在反光面積一定時(shí)，逆反射系數(shù)越大，材料的逆反射性能越好，可視距離越大。表1中，GB 20653—2020、SN/T 2128—2008《進(jìn)出口逆反射面料逆反射性能的試驗(yàn)方法和要求》、ISO 20471—2013 和ANSI/ISEA 107—2015 都規(guī)定了逆反射系數(shù)的測(cè)定方法和評(píng)價(jià)指標(biāo)。標(biāo)準(zhǔn)采用逆反射系數(shù)測(cè)量?jī)x來(lái)測(cè)定逆反射系數(shù)，將試樣放置在儀器的測(cè)量孔下，分別測(cè)量試樣入射角在5°、20°、30°、40°和觀測(cè)角在12′、20′、1°、1°30′時(shí)的逆反射系數(shù)。此外還需測(cè)量經(jīng)過(guò)摩擦、曲繞、低溫彎曲、溫度變化、水洗和淋雨后的逆反射性能［12］。

表1 國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的最小逆反射系數(shù)

2.2 熒光性能的檢測(cè)與評(píng)價(jià)

熒光材料的主要檢測(cè)指標(biāo)包括色度坐標(biāo)和亮度因子。GB 20653—2020 中規(guī)定采用標(biāo)準(zhǔn)照明體D65光源、幾何條件為45/0、2°進(jìn)行觀察，按照GB/T 3979—2008《物體色的測(cè)量方法》規(guī)定方法進(jìn)行測(cè)試，依據(jù)CIE 1931 標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)中的三刺激值（x、y、z）計(jì)算色度坐標(biāo)［13］。ISO 20471—2013 和ANSI/ISEA 107—2015等也有相關(guān)規(guī)定，和國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)熒光材料顏色的評(píng)價(jià)指標(biāo)基本相同，具體見(jiàn)表2。

表2 熒光材料的顏色要求

2.3 夜光性能的檢測(cè)

夜光材料經(jīng)過(guò)光源激發(fā)后能在黑暗中發(fā)出一定色彩的光，發(fā)光亮度大小、余輝時(shí)間長(zhǎng)短是評(píng)價(jià)夜光材料發(fā)光性能的重要指標(biāo)［14］。目前，國(guó)內(nèi)外僅有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SN/T 2558.7—2014《進(jìn)出口功能性紡織品檢驗(yàn)方法第7 部分：夜光纖維發(fā)光性能》規(guī)定了夜光材料色品坐標(biāo)、余輝亮度和余輝時(shí)間的測(cè)試方法。該方法使用D65光源作為激發(fā)光源，以1 000 lx 照度直接照射試樣，激發(fā)15 min 后關(guān)閉光源，用色度儀測(cè)量試樣的色品坐標(biāo)以表征發(fā)光顏色，用亮度計(jì)每隔1 min 測(cè)量試樣的余輝亮度，繪制發(fā)光亮度和時(shí)間的散點(diǎn)分布圖，再根據(jù)數(shù)學(xué)模型和擬合曲線推算發(fā)光亮度衰減到0.32×10-3cd/m2時(shí)的發(fā)光時(shí)間［15］。該標(biāo)準(zhǔn)僅規(guī)定夜光材料的測(cè)試方法，沒(méi)有規(guī)定評(píng)價(jià)指標(biāo)。

2.4 電致發(fā)光性能的檢測(cè)

電致發(fā)光材料主要包括LED 發(fā)光材料和EL 冷光片材料。目前，電致發(fā)光警示服為非規(guī)制警示服裝，仍處于研發(fā)階段。關(guān)于電致發(fā)光服裝的發(fā)光亮度、可視效果的測(cè)試與評(píng)價(jià)還沒(méi)有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，但有相關(guān)文獻(xiàn)提出用發(fā)光亮度表征發(fā)光效果。

陳園園等［16］采用BM-5A 亮度色度計(jì)測(cè)試電致發(fā)光材料的亮度，該亮度計(jì)通過(guò)A/D 轉(zhuǎn)換與計(jì)算機(jī)相連，在線讀取亮度值，并通過(guò)調(diào)節(jié)物鏡與被測(cè)物體的距離、改變測(cè)試角度測(cè)試面積大小，測(cè)試面積為0.1～17.5 mm2。該方法操作簡(jiǎn)便、快捷，但測(cè)試結(jié)果為點(diǎn)光源亮度，測(cè)試面積有一定的局限性。

周鋼等［17］利用數(shù)碼成像亮度測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試不均勻面光源亮度，被測(cè)物體經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng)在CCD 光敏面上成像，經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換、量化、轉(zhuǎn)移、讀出后，通過(guò)視頻采集卡以模擬視頻信號(hào)方式在計(jì)算機(jī)上輸出，最后經(jīng)過(guò)軟件系統(tǒng)的圖像分析和計(jì)算獲得亮度值，也就是先對(duì)這些圖像進(jìn)行灰度提取，然后根據(jù)圖片的灰度值和曝光時(shí)間計(jì)算出該圖像對(duì)應(yīng)的原物上每一個(gè)點(diǎn)的亮度值，再根據(jù)這些亮度值描繪出原物的亮度分布。該方法可以測(cè)量發(fā)光體表面的亮度分布，但操作較復(fù)雜、費(fèi)時(shí)。

3 結(jié)束語(yǔ)

高可視性服裝已廣泛應(yīng)用于道路交通、消防救援、機(jī)場(chǎng)口岸等諸多領(lǐng)域，作為安全警示服在保障相關(guān)工作人員的人身安全方面發(fā)揮了重要作用。高可視性服裝主要分為反光型、熒光型、夜光型和電致發(fā)光型4 大類，其中反光型、熒光型、夜光型服裝需要外部光源的照射才能反光或發(fā)光，而電致發(fā)光服裝是主動(dòng)發(fā)光型服裝，但是需要電源。無(wú)論是被動(dòng)型還是主動(dòng)型發(fā)光服裝都存在一定的局限性。目前，高可視性警示服絕大多數(shù)以反光型為主，既能反光又能主動(dòng)發(fā)光的安全警示服是今后研究發(fā)展的方向，逆反射系數(shù)、發(fā)光亮度、發(fā)光時(shí)間以及耐用性是評(píng)價(jià)其性能的關(guān)鍵指標(biāo)。此外，電致發(fā)光服裝的發(fā)光性能還沒(méi)有統(tǒng)一的檢測(cè)和評(píng)價(jià)方法，應(yīng)該盡快制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范檢測(cè)方法和評(píng)價(jià)指標(biāo)，使該類產(chǎn)品的檢測(cè)有據(jù)可依，對(duì)于規(guī)范產(chǎn)品市場(chǎng)和保障穿著者的人身安全都具有重要意義。