Главная » Книжные издания

1 ... 41 42 43 44 45 46 47 ... 51

невозможно из-за того, что визуальная оценка изменяется с величиной поля зрения и цвета окружающего пространства и в некоторой степени - с уровнем освещения, однако найдены наилучшие при ближения. Так, восприимчивость глаза к изменению яркости (представленная координатой Y в системе CIE) нелинейна; т. е. если для белого цвета Y= 100, то серый, находящийся точно посредине между белым и черным, будет значительно темнее, чем цвет, для которого К=50. С другой стороны, х и у можно преобразовать в новые координаты а и 3, которые преобразуют эллипсы Мак Адама в фигуры, близкие к кругам более однородного размера. Доказано, что из многих преобразований наиболее полезным является система L*, а*, Ь*, предложенная в 1976 г. [16, 26]; ее- применение стандартизовано. Эта система и использует функции кубического корня координат X, У, Z для всех светлых цветов и линей-ные функции - для темных. Цветовое различие вычисляется как sflS-L -\-Аа -\-:\Ь (для цветов, близких к белому). Для цветных образцов вводится также различие АС (характеризует глубину цвета) и ДЯ* (характеризует оттенок).

14.7.5. Влияние освещения

Влияние изменения распределения энергии источника света на восприятие цвета было показано ранее. Эти эффекты очень важны во всех испытаниях; даже укрывистость белой краски может быть значительно лучше, если измерять ее на свету, содержащем боль шую часть синего и.злучения, чем в случае доминирования красного излучения. Международные классификации источников освещения обычно соотносятся с солнечным светом или светом вольфрамовой лампы нака.аивания. В системе CIE используют стандартные ис-

Т а б .п и ц а 14.2 Распределение энергии стандартных источников (нормализовано

при £.зд =100)

Длина волны, Ш

Относите.1и.пая спектральная энергия

Л..тина

1.11Е1Ы. нм

Относительная спектральная энергия

Источник 0 г,

Источник с (лпсп-иой свет)

Источник А (во.И)-фрам)

Источник 0 г.

Источник с (дневной спет)

Источник А (вольфрам)

320 340 360 380 400 420 440 460 480 500 520 540

20,2 39,9 46,6 50,0 82,8 93,4 104,9 117,8 11.5,9 109,4 104.8 104,4

0,01 2,6 12,3 31,3 60.1 93.2 115,4 116.9 117,7 106,5 92,0 97.0

9,8 14,7 21,0 28,7 37,8 48,2 59,9 72,5 86.0

560 580 600 620 640 660 680 700 720 740 760 780

100,0 95,8 90,0 87,7 83,7 80,2 78,3 71,6 61,6 75,1 46,4 63.4

100,0

92,9 85,2 83,7 83,4 83,5 79,8 72,5 64,9 58,4 55,2 56,1

100,0 114,4 129,0 143,6 158,0 172,0 185,4 198,3 210,4 221,7 2.32,1 241,7



точники: А (вольфрамовая лампа с цветовой температурой 2854 К); В (солнечный свет); С (дневной свет). Источники В и С обычно использовали для колориметрии до тех пор, пока не выяснилось, что измерения на красках, содержащих рутильный диоксид титана, не соответствуют визуальному опыту. Это потребовало более тщательного анализа спектральных кривых и разработки новых стандартных источников с большим содержанием коротковолнового излучения. Сейчас наиболее широко используется стандартный источник Обь, основанный на естественном дневном свете с цветовой температурой 6500 К; его энергетическое распределение находится в диапазоне 320-780 нм (см. табл. 14.2) и сравнимо с распределением источников А и С.

14.8. ДРУГИЕ ДАННЫЕ

В работе [13] дан, возможно, лучший обзор для технолога-т№акв -ра<ючи ка---- -

Работа [14] дает ясное представление о современном состоянии проблемы и содержит перечень современной литературы. Мак Ла-рен [16] подробно анализирует цветовые свойства пигментов и красителей. Работа [12], написанная лучшими специалистами по физике цвета, является, вероятно, лучшей книгой в этой области. В работе [15] наиболее исчерпывающе рассмотрены вопросы цветовосприятия, математические методы представления цветового поля и вычисления цветовых различий, но она предназначена скорее для узких специалистов, чем для технологов общего профиля. Книга [2] рекомендуется для получения общих представлений о вопросах, затронутых в этой главе.



г ла ва 15

ХАРАКТЕРИСТИКА И КОНТРОЛЬ ВНЕШНЕГО ВИДА

Т. Р. Буллетт

15.1. БЛЕСК

15.1.1. Классификация

Покрытия можно классифицировать на следующие типы в зависимости от степени зеркального отражения пленки:

Высокоглянце- Пленка проявляет яркое, зеркальное вое отражение при любом угле наблюде-

Полуглянцевое Пленка проявляет зеркальное отражение при малых углах наблюдения,

но кажется матовой при больших

углах

Полуматовое Пленка кажется матовой при любом угле наблюдения; при углах, близких к 90°, возможно зеркальное отраже-ние

Матовое Пленка не дает зеркального отраже-

ния ни при каких углах

Для оценки уровня блеска высокоглянцевого и полуглянцевого покрытий иногда используют термин масляный глянец , который характеризует внешний вид свеженанесенных покрытий на основе старинных масляных красок [1].

Глянец не является простым свойством, величина которого мо жет быть оценена на линейной шкале. Существует несколько различных характеристик, которые должны быть рассмотрены:

а) интенсивность зеркального отражения, или яркость, либо отражение при углах, равных или близких к зеркальному;

б) четкость изображения, позволяющая рассмотреть все детали строения отражающей поверхности;

в) глянец при направлении потока света по касательной к поверхности; отражение в этом случае происходит под углами, близкими к углу зеркального отражения.

Даже этих трех типов характеристик недостаточно для установления всех различий между наблюдаемыми визуально различными поверхностями, особенно в случае полуглянцевых поверхностей, где необходимо анализировать распределение отраженного света при широком наборе углов, а также в случае матовых покры-




Рис. 15.1. Распределение отраженного света: / - падающий свет; 2 - полное зеркальное отражение; 3 - полное рассеяние

ТИЙ, где неровности поверхности могут вызвать преимущественно обратное отражение, в результате чего некоторые пленки могут вьтглядеть-гораздв -бол^-блеетя1ад-м ч1и на-блюдении в направлении падающего света, чем при обычном наблюдении в направлении зеркального отражения.

Чтобы порять причины различий во внешнем виде, можно рассмотреть распределение света, отраженного от некоторых типичных пленок. На рис. 15.1 и 15.2 иллюстрируются данные, полученные при освещении очень узким пучком света под углом 60°. Для идеальной зеркальной поверхности весь свет отражается зеркально. В других случаях интенсивность отраженного света зависит от косинуса угла отражения, как показано на рис. 15.1; для обширной поверхности при любом направлении наблюдения яркость одинакова. Для полуглянцевых белых покрытий характерен круговой график отражения с пиком, соответствующим углу зеркального отражения; узость пика и его высота в точке зеркального отражения являются мерой глянца покрытия. Для полуглянцевых покрытий форма пика меняется с величиной глянца (рис. 15.2).


Рис. 15.2. Распределение отраженного света от полуглянцевой черной и белой

пленки:

/ - белая; 2 - черная



15.1.2. Измерение глянца при зеркальном отражении

Многие годы в Великобритании использовался стандартный метод измерения глянца (британский стандарт BS 3900: Part D2: 1967), в котором зеркальное отражение под углом 45° сравнивается с зеркальным отражением от черного глянцевого стеклянного стандарта. Этот метод положен в основу стандарта BS 3900: Part D5: 1980 [3], который соответствует международному стандарту ISO 2813-1978; последний, в свою очередь, основан на гораздо более старом стандарте ASTM [2]. Раздел D5 включает метод измерения, основанный на сравнении с отражением от черного стеклянного стандарта, но используются углы падения света 20, 60 или 85°, в соответствии с измеряемым уровнем глянца и целями измерений. Угол 20° обеспечивает чувствительность измерения для высокоглянцевых покрытий, а 85° - используется только для измерений глянца покрытий, близких к матовым.

Из рис. 15.2 ясно, что количество отраженного света, зарегистрированное как зеркальное отражение от полуглянцевого покрытия, зависит от отклонения углов от угла, соответствующего зеркальному отображению, воспринимаемому блескомером. Рис. 15.3 воспроизводит данные стандарта BS 3900: Part D5 и показывает, как производится определение по данной методике. Подлежит контролю как диапазон углов падающего света, который зависит от размера лампы накаливания и соотнощений фокальной длины коллиматорных линз, так и диапазон воспринимаемых углов, который зависит от углового размера в приемном устройстве. Увеличе-


Рис 15 3. Оптическая схема блескомера под углом 60° (BS 39(0: Part D5):

G - лампа; Li и L2-линзы; В - воспринимающее устройство; Р - пленка покрытия; i;i = e2 = 60±0,2°; ов = 4,4±0,1°, 02 = 0,75 + 0,25°; / - отражение нити накаливания



Таблй-ц,а Показатели преломления связующих и сравнительные данные

внтенсивностей зеркального отражения материалов

Зеркальное отраже-

Материал

ние (стандарт из BS 3900:DS:1980

принят на 100)

Стеклянный стандарт (BS 3900:D2)

1.523

88.1

Стеклянный стандарт (BS 3900; D5)

1,567

100.0

Политетрафторэтилен

1.350

45.5

Иоливиы11лиденхлорид

1,420

61,7 .

Полибутилакрилат

1,466

73.2

Поливинилацетат

1,466

73,2

Полиэфирные смолы

1,523--1.540

88.1-92,6

Алкидные смолы на основе сильно полимери-

1.530-1.550

89.9-94,7

зоваиных масел^;

Эпоксидные смолы

1,550-1.600

94,7-109.1

Хлоркаучук

1,550

94.7

109.1 - 117,6

Фенольные смелы (немодифицированные)

1,660-1.700

126,1 - 137,8

ние любого из этих углов уменьшает различимость при высоком глянце [4].

Следует обратить внимание на ряд других важных моментов:

1. Интенсивность отраженного света зависит от показателя преломления, а также от гладкости поверхности (см. уравнение 14.3). По этой причине показатель преломления черного стеклян- ного стандарта должен быть определен точно. Вдобавок, краска на основе связующего с высоким показателем преломления будет иметь более высокое значение зеркального отражения, чем краска на основе связующего с более низким показателем преломления. В табл. 15.1 приведены показатели преломления некоторых типичных связующих и величины зеркального отражения от совершенно иде-нтичных поверхностей (относительно черного стеклянного стандарта, глянец которого принят за 100 единиц). Человеческий глаз также имеет склонность к большему восприятию блеска, отраженного от поверхности с более высоким показателем преломления (бриллианты отличаются от стекла!), но поверхности, имеющие дефекты, блескомерами могут быть оценены неверно из-за разности показателей преломления.

2. Направленные дефекты поверхности, например остаточные штрихи от кисти, сильно влияют на глянец, измеренный поперек направления дефектов, но гораздо меньше - на глянец, измеренный вдоль направления дефектов.

3. Подложки должны быть совершенно гладкими, чтобы разница углов падения и отражения была минимальной. Обычно наносят пленки на стеклянные пластины. Если измеряются прозрачные пленки, стекло должно быть или непрозрачным или окрашенным с нижней стороны, чтобы предотвратить второе зеркальное отра-



жёние от нижней поверхности раздела воздух/стекло; простого помещения стеклянной пластины на черную поверхность недостаточно.

15.1.3. Отчетливость восприятия глянца

Существует ряд недостатков метода определения зеркального отражения для оценки глянца высокоглянцевых поверхностей. Аномалии связаны с разницей показателей преломления, о которой уже упоминалось; это может привести к возрастанию зеркального отражения со временем эксплуатации для алкидных глянцевых покрытий, что не коррелируется ни с каким улучшением глянца. Вторая проблема заключается в том, что точные измерения зеркального отражения возможны только на плоской поверхности; метод неприемлем, например, для кривых поверхностей корпусов автомобилей. Еще более важно, что блескомеры зеркального отражения не способны определить значительные различия в блеске, полученные за счет более тонкого диспергирования частиц пигментов; эти различия проявляются в повыщении ясности зеркального отражения без значительного изменения количества света, отраженного в конусе 1-2° вокруг зеркального угла. Многих из этих недостатков можно избежать, если оценивать блеск по четкости изображения.

Прямые визуальные методы оценки четкости изображения основаны на определении четких границ линий или фигур в контролируемых условиях [5]. Методика измерений достаточно чувствительна, но является субъективной, как и все подобные методы. Несмотря на это, последняя методика наиболее часто употребляется для оценки глянца покрытий корпусов автомобилей. Также предпринимались многочисленные попытки установить физический


Рис- 15.4. Различие отображения от точечных источников: / - зеркальный угол для А; 5 - зеркальный угол для В; 5 - угловое сканирование



эквивалент четкости изображения. Его можно представить как высоту пика на кривой зеркального отражения (рис. 15.2). На рис. 15.4 представлено зеркальное отражение от двух ярких точек объекта под несколькими разными углами по отношению к поверхности. Эти две точки будут давать четкое изображение, если минимум кривой /?л + в будет значительно ниже высот пиков, соответствующих отражению из точек А и В. Прямое измерение этого различия требует очень точных приборов. Гораздо более прямым методом является сканирование фотометром одного отраженного луча, проходящего через линзу на плоскость, на которой записывается ширина угла между высотой пика и полупика. Новые экспериментальные приборы, внедряемые ASTM, базируются на сравнении значении зеркального отражения, полученных при использовании линз с очень малыми и большими размерами отверстий, через которые идет луч. Эта методика устраняет аномалии, связанные с показателем преломления для среднего диапазона кр.пичин Г.11ЯН11Я HQ является недостаточно чувствительной для высоких значений глянца.

15.1.4. Оценка глянца

Зеркальное отражение под низкими углами к поверхности является источником ослепительного блеска, например в случае наружных поверхностей столов под ярким светом. Часто оно является нежелательным при внутренней отделке помещений, так как может выявить неровность стен и потолков. Имеется метод оценки так называемого эффективного блеска , который заключается в измерении зеркального отражения под углом 85° к нормали [3]. Результаты, полученные этим методом, очень зависят от гладкости


Рис. 15.5. Оптическая схема блескомера под углом 85° (BS 3900: Pari 05): G - лампа; 1., и Ls-линзы; В-воспринимающее устройство; Р - пленка покрытия; Е| = е2 = 85±0,1 ; Ов = 4,0±0,3 ; 02 = 0,75 + 0,25; / - отражение нити накаливания



испытываемых образцов и от точности центровки блескомера. Визуальные методы выглядят проще и, следовательно, более привлекательны. С 1940 по 1980 гг. применялся стандартный визуальный британский метод, описанный в конечном виде в BS 3900: Part D3:1975 [7]. Методика давала воспроизводимые результаты при работе одного и того же наблюдателя, однако неизбежно имели место расхождения в случае различных наблюдений. В конце концов, несмотря на многочисленные попытки улучщить испытательный прибор и стандартизировать условия наблюдения, метод был заменен упоминавшимся выше методом по измерению зеркального отражения по углом 85° (рис. 15.5).

1S.2. УКРЫВИСТОСТЬ

15.2.1. Общие положения

Одной из практически важных характеристик при нанесении пленки краски является однородность цвета поверхности. Если пленка нанесена при толщине, недостаточной для обеспечения полной укрывистости, что редко встречается в случае очень темных или металлических покрытий, неравномерность цвета может быть вызвана различиями в толщине пленки или цвете подложки. В большинстве случаев измерения укрывистости (кроющей способности) основаны на способности пленки укрывать различные цвета подложки. Укрывистость выражается в виде отношения конт-растностей (в виде частей или процентов), т. е. отражение пленки на черном фоне делится на отражение той же пленки на белом. Для очень ярких красок изменения цвета, обусловленные изменением толщины пленки на однородной подложке, могут на практике быть более значительными. Примерами могут служить влияния рисок от кисти и т. п., которые часто видны на окрашенных поверхностях. Такие эффекты связаны с реологическими свойствами красок. Их значение может быть уменьшено на практике путем соответствующего выбора нижних слоев покрытия. Один из практических методов оценки влияния толщины пленки для водоэмульсионных красок заключается в окраске большой школьной доски: первый слой наносится на всю поверхность, второй - на нижнюю половину и третий - на правую четверть; затем сравнивается сплошность в областях, окрашенных одним, двумя и тремя слоями. Испытания такого рода, проведенные опытными мастерами, дают возможность сравнить относительные характеристики укрывистости для различных красок в условиях, имитирующих практическую окраску.

15.2.2. Определение отношения контрастностей

Наиболее широко распространенным методом оценки укрывистости является нанесение пленки контролируемой толщины на подложку, содержащую черные и белые участки. Вначале исполь-



зевалась шахматная доска, и контраст между черными и белыми участками оценивался визуально. Такая оценка субъективна и невоспроизводим а; современные методы основаны на фотометрических измерениях. Существует ряд проблем, связанных с определением отношения контрастностей, которые заслуживают внимания и обсуждения; некоторые из них - практические, другие - теоретические, а некоторые представляют собой интерпретацию результатов, полученных при практической окраске.

15.2.2.1. Измерение отношения контрастностей

Достоверные результаты можно получить только на однородных пленках известной толщины. Может быть эффективным налив краски на плоские черно-белые стеклянные пластинки с помощью аппликатора. Другим методом определения является нанесение краски на прозрачную синтетическую пленку равномерной толщины (например на полиэфирную) и проведение измерений при оптическом контакте окрашенной синтетической пленки со стеклянной пластиной (оптический контакт дает жидкость с показателем преломления, идентичным показателю преломления синтетической пленки) [8]. В обоих методах толщина покрытия определяется исходя из веса краски на единицу площади.

Белые покрытия гораздо более проницаемы для красного света, чем для синего, так что для достижения соответствия с визуальной оценкой сочетание светового источника и записывающей системы должно по спектральному отклику приближаться к человеческому глазу при дневном свете. Отклонения от этого условия являются одной из главных причин ошибок в измерениях отношения контрастов.

15.2.2.2. Теоретические основы контрастных соотношений

Если предположить, что пленка имеет коэффициент отражения Rc на неотражающей поверхности и /? на поверхности с коэффициентом отражения Rq, и светопропускание пленки Т, то можно показать, что

R = R(, + T-Rc/{-RoRo). (I5.I)

Это выражение неточно, поскольку не учитывает зависимость Т от изменения угла падающего света, а также возможность измерения /?□ путем нанесения слоя краски, что устраняет поверхность раздела стекло/воздух на стандартной стеклянной поверхности. Однако это уравнение полезно при рассмотрении влияния изменения Rq на контрастность. В табл. 15.2 показано изменение R в зависимости от Rq для двух типичных случаев: белая краска (/?о = 0,7; 7 = 0,25) и серая краска с хорошей укрывистостью (/?п = 0,5; 7 = 0,1). В обоих случаях видно, что для светлых субстратов R гораздо более чувствительна к изменению чем для



1 ... 41 42 43 44 45 46 47 ... 51