合成树脂为底板的交通标志在公路工程中的应用讲诉

1、合成树脂为底板的交通标志板在公路工程中的应用杨洪生（黑龙江省交通科学研究所，黑龙江 哈尔滨 150080）【摘要】：在我国现行标准公路交通标志板及道路交通标志板及支撑件中规定：“标志底板可用铝合金板、薄钢板、合成树脂类板材等制造。”；道路交通标志和标线GB5768-1999中规定：“标志底板可用铝合金板、合成树脂类板材（如塑料、硬质聚氯乙烯板材或玻璃钢等）”。但在实际的设计及施工中，绝大部分标志底板都是使用的纯铝板或铝合金板。相对铝合金板，使用合成树脂底材有一定的优点，如反光膜的可粘贴性好，几何尺寸稳定，密度低、耐候性及耐久性好等，且重要的一点是造价更低，由于不具有二次回收价值，还具有防盗作用

2、。本文通过合成树脂底板的配方、强力双面胶带配方及底板与滑动槽铝连接方式的研究，探讨了低成本合成树脂底板用于交通标志的可行、可靠性。经实体工程验证，本工艺非常适合于低等级公路沿线标志、高速公路匝道及改扩建工程的临时标志，依托工程经近二年的运行，未发现变形、脱落、反光度降低等病害，实际使用效果良好。【关键词】：标志 or标志板；公路or交通or道路；合成树脂；防盗交通标志是一种用图形符号和文字传递特定信息，用以管理道路交通的安全设施，一般设置在路侧或道路上方(门架式)，它能给道路使用者提供确切的道路交通情报，一般用文字与图案传递警告、禁令指示信息给司机和行人，通过道路使用者主动识别，使道路交通达到

3、安全、畅通、低公害和节约能源的目的。交通标志能给道路使用者以确切的道路交通信息，使道路安全畅通，事关司机和行人的生命财产安全，是一种不可缺少的交通安全附属设施。1. 引言随着我车公路建设的发展，交通标志大量使用。常用的标志底板原材料为铝合金，由于铝合金具有高附加的二次回收价值，成为个别不法份子偷盗的对象。在我国现行标准公路交通标志板JT/T 279-2004及道路交通标志板及支撑件GB/T 23827-2009中规定：“标志底板可用铝合金板、薄钢板、合成树脂类板材等制造。”；道路交通标志和标线GB5768-1999中规定：“标志底板可用铝合金板、合成树脂类板材（如塑料、硬质聚氯乙烯板材或玻璃钢

4、等）”。但在实际的设计及施工中，绝大部分标志底板都是使用的纯铝板或铝合金板。铝合金板材在标志底板方面的大量使用有其历史因素，以前我国的化学合成工业水平不高，在合成树脂板材产品方面存在一定的缺点，导致无法在标志底板方面全面替换铝板材，如：机械加工性能不好（主要为外形切割、可铆接性等），热稳定性不好（高温变形性能低），耐老化性能低等。但随着设备及技术的引进，近年来我国在合成树脂产品的研发及生产方面有了巨大的进步，例如PVC材料方面可以说处于世界前沿水平。鉴于这种情况，我们已经具备了研制、生产满足标志底板技术要求的合成树脂板材。相对铝合金板，使用合成树脂底板有一定的优点，如反光膜的可粘贴性好，几何尺

5、寸稳定，密度低、耐候性及耐久性好等。标志底板容易丢失，在全国各地，各等级公路特别是低等级公路沿线是常见现象，这种现象屡禁不止，并且愈演愈烈，尤以单柱式的丢失最为严重，个别时候甚至连标志立柱也不能幸免，被连根拔走。养护部门虽然及时补充安装，但过不了多久就又会丢失，形成恶性循环，这种现象一直困扰着各级公路养护管理单位。交通标志被盗的问题，除了给国家造成直接经济损外，由于标志缺少引起的交通安全事故等间接损失更是难以估量。由于标志牌丢失，导致司机迷路、走错出口的现象屡屡出现，给广大车主出行带来极大的不便。更为严重的是标志牌被盗，使公路安全设施出现真空地段，导致司机在夜间驾驶过程中失去引导，极易发生交通

6、事故，甚至车毁人亡。例如出口匝道的视线诱导标牌(有的匝道是双向行驶)被盗后，会使匝道一片漆黑，司机只能靠车灯辨认行车方向，稍有不慎就可能撞上护栏或发生车辆相撞等事故。因此， 保证标志牌完好无缺是公路管理部门不可推卸的责任，必须拿出切实可行的办法来确保道路标志牌的正常使用。2. 防止交通标志被盗的对策通过对标志板被盗原因的分析，可以将防盗措施分为二类：主动措施及被动措施。2.1 标志板防盗的主动措施1） 对公路沿线的周边村庄加强宣传，强调破坏公路设施的危害性，尽可能提高居民的法律意识和公民素质。2） 加大公路巡查力度，依法协同当地公安机关严厉打击偷盗违法犯罪分子。3） 加强公路安全设施的监管及管

7、理：由公路养护单位和路政部门对交工的安全设施进行核对、登记，明确各管养路段责任人，加强重点路段的巡查，养护及路政部门均进行定期巡查和不定期抽查，一旦发现丢失现象立即上报路政上级部门，对其立案侦查。2.2 标志板防盗的被动措施1） 优化标志设置位置：结合公路沿线的地理及人文状况调查，合理设置交通标志，在设置位置、结构类型上进行优化，尽量减少被盗的可能性。2） 标志结构中采用防盗手段：主要指结构件中的采用特殊的加固联接方式，一般措施为采用防盗螺栓、重点部位进行焊接锁死等。3） 将标志板更换为低价值材料：变更常用的铝板或铝合金底板，替换为没有或较低二次商业回收价值的材料，可以考虑使用玻璃钢、塑料板、

8、铝塑板等。综上，我们将被动措施中“底板更换为低价值材料”作为本研究的主要方向。3. 合成树脂底板主要技术性能3.1 合成树脂底板介绍本文的合成树脂底板指“PVC结皮发泡板”。工程塑料作为标志底板在我国已经有较多的研究成果及应用实例，但由于原材料技术指标及底板与滑动槽铝连接方式问题，后期多产生了较大的缺陷，所以塑料板在标志上的应用远不如玻璃钢。但随着化工技术的进步，我国在塑料行业产品上的质量水平有了长足的提高，其中一种名为“PVC结皮发泡板”的产品完全能够满足交通标志底板的各项要求。PVC结皮发泡板又称为雪弗板或安迪板，其主要化学成分为聚氯乙烯。其表面非常光滑,硬度高,不容易有划痕，机械加工性好

9、，调整配方后耐候性能优良，抗老化性能高，是代替铝合金作为标志底板良好原材料。3.2 PVC结皮发泡板主要成份对性能的影响PVC结皮发泡板配方中以PVC（聚氯乙烯）为主要原材料，配以稳定剂、润滑剂、发泡剂、填料、泡孔调节剂、抗冲击改性剂等，在成型阶段通过真空定型形成表面密度大、硬度高，中间密度小、硬度相对较低的断面结构，板材的表面像结了一层硬皮，所以叫结皮发泡板。直接影响板材质量的主要原料是发泡剂与发泡调节剂。稳定剂、润滑剂、碳酸钙等原料及挤出工艺控制对发泡质量有一定促进与协调作用。1）发泡剂 发泡剂的单位发气量与用量直接决定了发泡制品的密度。发泡剂用量越多，在熔体内形成的泡孔数量越多、孔径越小

10、，制品密度越低。2）发泡调节剂 板材的密度不但与发泡调节剂的添加量有关，也与发泡调节剂的分子量有关。分子量越大，其作用越大，相应的加入量亦可减少。3）稳定剂 稳定剂用量增加，有利于增加发气量，但过多添加稳定剂，又会致使发泡剂在挤出机内提前分解，致使发泡气体从加料孔与真空孔散失。反之，稳定剂不足，则会导致制品表面泛黄、脆性很大。其他原材料的影响不再详述。3.3 合成树脂底板配方本项目采用的合成树脂板为项目组提出初步配方及技术要求，再与生产厂家进行协商及配方调整，特殊定制型材，运回哈尔滨后在我所中试基地进行性能试验，以确定最终的配方。表3-1 PVC结皮发泡板配方表原材料名称重量（g）PVC树脂1

11、00稀土稳定剂3.84.2二聚酸钙锌0.71.0HSt（硬脂酸）0.50.8CPE（氯化聚乙烯）812ACR(丙烯酸酯类共聚物)1.5填料(重钙)1025高熔点石蜡0.20.4炭黑0.150.25其它助剂0.20.43.4 合成树脂底板主要技术指标确定最终的配方后，项目组进行了比较详尽的性能试验，试验结果列于表3-2。表3-2 PVC结皮发泡板技术性能试验项目单位试验结果技术要求弯曲强度MPa16.515表观密度Kg/m3570550600邵氏硬度D4645拉伸强度MPa11.07断裂伸长率%8.57简支梁冲击强度kJ/m27.86维卡软化点8570加热尺寸变化长度方向%0.52.02.0宽度

12、方向%0.5弯曲弹性模量MPa460400耐盐雾腐蚀性能合格JT/T 279-2004，6.7条耐候性能合格JT/T 279-2004，6.9条注：型材规格为0.0101.2202.440m。其他技术指标满足硬质聚氯乙烯低发泡板材自由发泡法QB/T 2463.1-1999；公路临时性交通标志技术条件JT/T 429-2000相关要求。4. 合成树脂底板与反光膜的粘结性能合适的标志底板，必须能够适应各种类型的反光膜，使之粘贴上之后不易脱落。本章对PVC结皮发泡板对各种类型的反光膜粘结性能进行试验验证。图4-1 反光膜的粘结性能试验表5-1 反光膜与底板粘结性能试验（常温）反光膜类型试验环境底板类

13、型剥离长度 mm标准要求 mm3M工程级常温铝合金板2.820PVC结皮发泡板1.6加速老化后铝合金板8.2PVC结皮发泡板6.35. 合成树脂底板与滑动槽铝的连接方式研究标志板需要与立柱连接在一起，才能达到警示、警告的使用目的。一般来说，底板与立柱的连接是通过滑动槽铝这个中间介质来实现的。不同材质的底板，有对应的连接方式，铝合金底板与滑动槽铝的连接，主要方式为机械连接，如铆钉、螺栓等。针对合成树脂底板，机械铆固不一定是最合适的方式，需要通过试验来确定最佳的与立柱的连接方式。5.1 合成树脂底板与滑动槽铝的连接方式介绍 合成树脂底板不同与铝合金、薄钢板及玻璃钢板，虽然具有一定的机械加工性，但抗

14、硬物磨损性方面无法与上述三种材料相比。下面将通常使用的与滑动槽铝的连接方式进行介绍。1）沉头螺栓式在底板的一面先钻取126mm的孔，在此孔内再钻取6mm的小孔，以便下入M6（5.816mm）沉头螺栓。在板另一侧穿出的螺栓与滑动槽铝（预先钻孔）连接。2）预埋钢带式在底板的一面用铇机铇出宽20mm，深5mm的槽，嵌入202mm的薄钢带，在其上钻6mm的孔，穿入M6（5.816mm）平头螺栓。在板另一侧穿出的螺栓与滑动槽铝（预先钻孔）连接。3）粘贴式在底板的一面通过胶粘剂（或其他介质）直接将滑动槽铝粘贴于底板之上，底板的另一面粘贴反光膜。此种方法以前由于胶粘剂（膏、带）的抗老化能力不足，几乎没有采用

15、。5.2 不同连接方式的优缺点分析1）沉头螺栓式此种方式的缺点在于：风力作用于标志板面时，会带动板面作微小的横向摆，而沉头螺栓的沉头部分与合成树脂底板的结合部为应力集中点。由于合成树脂底板的抗金属硬物磨损能力差，长期作用下，会造成沉头部分所在的钻孔槽越扩越大，进而失去束缚能力，导致整个板面的失衡，严重时可能板面脱落。2）预埋钢带式此种方式的优点在于：连接牢固，钢带与滑动槽铝通过螺栓形成了一个整体，且螺栓的头部约束在钢带上，不易磨损。缺点在于：加工工序多，生产成本增加；铇出来的槽易在反光膜上体现出来，影响美观。上述二种方式还有一个共同的缺点：因连接板面的螺栓按滑动槽铝间隔分布，其螺杆头要露出在滑

16、动槽铝的中部（因槽铝的侧翼宽度不够），所以需要把滑动螺栓预先埋设在滑动槽铝中间。增加了工艺的难度及减少了后期工地安装的调整空间，同时也不利于产品运输。3）粘结式随着化工技术的进步，各种胶粘剂（膏、带）的品质有了极大的提高，特别是胶粘带方面，在基材质量及胶的粘结力方面，其针对各种材质产生的粘结力已经可以比拟金属连接方式。采用粘结方式的优点在于：生产工艺简单，生产效率高；缺点在于：胶粘剂（膏、带）的涂布质量不好控制6. 强力双面胶带的研制要实现将底板与滑动槽铝牢固的粘结为一个整体，必须使用高性能的胶粘材料。经调研分析，使用强力双面胶为一个合适的方法。强力双面胶带指“弹性体上双面涂刷胶粘剂，作为中间

17、界质将二种平面物体胶结连接”，由基材、胶粘剂及塑料隔离纸组成，其中基材的选择是重点，需要具有足够的抗拉强度及耐老化能力；胶粘剂一般为压敏类，与反光膜的背胶类似。表6-1 强力双面胶带性能试验数据汇总表试验项目单位试验结果技术要求分离性完好剥离强度常态，90方向撕开N/10mm2.81.57保存性试验后，90方向撕开N/10mm2.21.57持粘性常态mm01耐热试验后011促进耐候性试验后0.037. 合成树脂底板与滑动槽铝的连接性能试验使用强力双面胶带的最终目的是将合成树脂底板与滑动槽铝牢固地粘结在一起，能够在长期的自然环境中保持粘结力。为达到上述目的，需要通过室内试验进行验证，试验合格后才

18、能进行依托工程的实际安装验证。安装在自然环境中的标志板长期性能主要承受以下因素的影响：1）风压2）紫外线（日照）3）温度变化3）湿度变化（雨、雪）上述因素综合作用下体现在双面胶带的粘结力变化上，可以通过不同试验条件下的拉拨试验进行评价。图7-1 拉拨试验示意照片表7-1 合成树脂底板与滑动槽铝的粘结强度试验项目试验样板板面尺寸滑动槽铝底面尺寸拉力机读数(N)平均值抗拉强度（N/m2)平均值长mm宽mm长mm宽mm常态耐候性试验后常态耐候性试验后2502507635试样1试样2试样1试样2面积mm262500266025001600939850601500面积 m20.06250.00266结合

19、蒲福风力等级表按公式计算的本地区最大风压值，对比常态及耐候性试验后的合成树脂底板与滑动槽铝连接性能试验数据，可以看出，即使在1200h耐候性试验后，其粘结抗拉强度仍然超出要求值近200倍，完全满足各种恶劣条件下的使用要求。8. 依托工程介绍本项目的依托工程为哈肇公路，起点为哈尔滨市呼兰区，终点佳木斯市，设计行车速度为80公里/小时，为二级汽车专用公路，于2007年建成通车。课题组于2012年7月5日至7日在哈肇公路K35+000K65+000(巴彦境内)段内的对前期丢失的标志进行了补充施工，总计安装缺损标志17块（套），约占段内总数量的三分之一左右。课题组对已安装完成的标志板示范工程进行了跟踪

20、观测。观测结果显示：所有已安装的17块(套)标志板中，K35+040右侧的标志连基础全部丢失，因此距标志十几米处为一工厂大门，怀疑与大型车辆进出时和刮碰有关。其他16块标志未发现再次丢失情况；反光膜与底板粘接良好；结构件(抱箍)与底板连接良好，未发现滑动、滚动现象。K40+200处的标志被车辆刮断一部分，断面显示，反光膜与底板牢固粘结；断裂面在滑动槽铝与底板连接处，显示双面胶带的粘结性能良好。图8-1 反光膜与底板牢固粘结图8-2 断裂处滑动槽铝与底板牢固粘结9. 结论通过本项目的研究，得出了以下研究成果及技术结论：1） 相比国内常用的交通标志板原材料，PVC结皮发泡板具有造价低、重量轻、机械

21、加工方便等优势；2） PVC结皮发泡板的回收价值低，不易被盗，适合村屯路口、匝道等路段使用；3） 为控制成本，在技术指标合格的前提下，PVC结皮发泡板的密度应在550600Kg/m3之间，厚度采用10mm；4）PVC结皮发泡板具有较强的硬度及韧性，相比铝合金板更利于运输，不会产生转运过程中产生的变形；5） 采用强力双面胶带粘结技术，将底板与滑动槽铝粘结在一起，简化了生产工艺、提高了生产效率；6） 双面胶带的粘结强度无法与金属铆接强度相比（常用5052牌号铝合金铆钉的抗拉强度b180MPa；屈服强度0.2110MPa），但通过风压计算，经耐候性试验后的粘结强度仍高出要求二个数量级；7） 合成树脂标志板的安装工艺与常规铝合金板相同，不改变现场安装施工工艺及设备，但较轻的重量更利于安装。参考文献1. 沈国华，彭道月，周正发等. PVC交通标志板的研制. 塑料制造. 2007(3):P4042.2. 王丙兴. 国外交通标志设置技术研究. 交通与运输. 2011(7):P45047.3. 徐伟，沐生美. 交通标志结构的优化设计研究. 黑龙江科技信息. 2010(6):35，267.4. 王忠仁. 交通标志板面的装配化. 公路交通科技. 1999(3):P2326.5. 闫旭亮. 高速公路标志牌防盗问题浅析. 内蒙古公路与运输. 2007(4):P6162.