Главная » Книжные издания

1 ... 42 43 44 45 46 47 48 ... 51

Таблица 15.2. Влияние яркости субстрата на коэффициент отражения белых

и светло-серых покрытий

Коэффициент отражения субстрата

Белая краска (R

= 0,7; 7 = 0,25)

Ссран краска ( = 0,5; 7 = 0.1)

Отношение

Отношение

контрастностей

коЕгтрастностей

( ../ )

(R /R)

О

0,2 0,4 0,6 0,8 0,9 1.0

0,7а)

0,707 0,715 0,735 0,772 0,814 0,852 0,908

1,00 0,99 0,98 0,95 0,91 0,86 0,82 0,77

0,500 0,501 0,502 0,505 0,509 0,513 0,516 0.520

1,000 0,998 0,996 0,990 0,982 0,975 0,969 0,961

темных. Из этих вычислений следует вывод, что для получения воспроизводимых результатов при измерении контрастных соотношений точная характеристика черного субстрата не является обязательной, но отражательная способность белого субстрата должна очень тщательно контролироваться.

Вычисления, приведенные в табл. 15.2, также показывают, насколько поглощение света пленкой влияет на укрывистость; в случае белой краски приблизительно только 1 /20 часть падающего света поглощается при прохождении через пленку, а в случае серой краски поглощается около 40%.

15.2.2.3. Связь с практической окраской

Из сказанного выше может показаться, что гораздо легче укрыть неоднородность темного субстрата, чем светлого. Однако, если принять во внимание изменения значений R, которые возрастают с увеличением толщины пленки, окраска темных субстратов становится не таким простым делом. Оптимальный цвет субстрата (или подслоя) должен быть близким к цвету толстой пленки покрытия, которое необходимо нанести.

Для красок темного цвета, которые обычно обладают лучшей укрывистостью, чем светлые краски, определение величины отно шения контрастностей не очень существенно; для них недостатки укрывания поверхности обычно связаны с появлением тонких штрихов на пленке, обусловленных недостаточной текучестью и де фектами нанесения покрытия.

Для белых красок, вероятно, наиболее полезной характеристикой может служить степень укрывания, которую можно получить при окрашивании поверхности со средней скоростью нанесения. Международный стандарт ISO 3906-1980, на основе которого британским институтом стандартов разработан британский стандарт BS3900: Part D6:1982 [9], описывает метод определения



отношения контрастностей, соответствующий средней скорости окраски 20 м^/л. При этом толщина мокрого слоя составляет около 50 мкм, что является типичным при кистевом нанесении. Метод предусматривает измерения на шести пленках, различающихся скоростью нанесения краски, и последующую интерполяцию.

Другой подход заключается в определении веса или толщины пленки, которая обеспечивает требуемую укрывистость путем построения графика зависимости отношения контрастностей от веса пленки с последующей интерполяцией или экстраполяцией полученных данных. Когда этот метод был впервые разработан, требуемый уровень укрывистости характеризовался отношением контрастностей 0,98. Было выбрано именно это значение, поскольку 2% разницы в факторе яркости, как было принято, является наименьшим контрастом, который человеческий глаз может ясно различить.- Такое высокое значение отношения контрастностей, по всей видимости, слишком велико, так как на практике окраска редко пJK)извoдитcя по черной и белой поверхностям. Существуют также серьезные экспериментальные трудности точного определения высоких значений отношения контрастностей из-за неизбежных ошибок в измерении параметров яркости. Поэтому предпочтительнее работать с отношением контрастностей 0,95 по черному и белому, что на практике соответствует получению удовлетворительной укрывистости белой краски. Применительно к белой краске эта цифра должна достигаться при скорости нанесения не ниже 10 м^/л или 20 м^/л для двухслойного покрытия. Вычисления показывают, что для белого покрытия с почти нулевым светопогло-щением отношение контрастностей 0,95 (в расчете на 2 слоя соответствуют примерно 0,85 для одного слоя). Таким образом, значение 0,85, достигаемое в вышеупомянутом британском стандарте, предполагает достижение удовлетворительной укрывистости при нанесении двух равномерных слоев.

15.2.3. Укрывистость и коэффициенты светорассеяния

Укрывистость можно соотнести со светопоглощением и светорассеянием по теории Кубелки-Мунка. Это основа метода оценки укрывистости, предложенного в США и стандартизованного в этой стране (ASTM D2805), в ФРГ (D1N 53162), а также в Англии (BS 3900; Part; 1983 [10] и в международном стандарте ISO 6504/1 -1983. Рабочая формула соотношений Кубелки-Мунка, используемая в этом методе, такова;

a + bcosb-St~Rc

где й = 0,5(/? -\-l)/Rao : 6 = а-; R - коэффициент отражения пленки тол-шиной /, нанесенной на подложку с отражательной способностью Rq, S - коэффициент светорассеяния на 1 мкм; / - толщина пленки, мкм; R - отражательная



способность пленки такой толщины, при дальнейшем увеличении которой R не увеличивается.

Очевидно, что уравнение для определения коэффициента отражения на черной подложке (/ = 0) упростится:

Rj=l/(a+b cos b-St),

или иначе:

(15.3)

S<=I/6-arcos (-Ц^-)-

(15.4)

Для упрощения вычислений произведение 5/ обычно определяется из графиков зависимости 5/ от /?в и R . Определив 5/, возможно затем вычислить t или скорость нанесения, соответствующую отношению контрастностей 0,98.

Метод требует определения только R , что гораздо легче сделать для светлых красок путем их нанесения на матовое стекло или белую керамическую плитку и измерения R для пленки известной толщины. Для определения /?в пленку следует нанести на черное стекло. Ее можно нанести также на полиэфирную пленку и наложить на черное стекло, предварительно слегка смочив его несколькими каплями уайт-спирита для получения оптического контакта.

R/1-R

450 нм


0,5 -

Вес пленки, мг/см

Рис. 15.6. Коэффициенты рассеяния из графика зависимости R/(l-R) от веса пленки (окись цинка при ОКП =20% в льняном масле)



Несмотря на сложность теории и явно громоздкую форму уравнений 15.2-15.4, метод весьма полезен для вычислений.

Для простого случая, когда светопоглощением в пленке можно пренебречь благодаря светорассеянию, получается упроп^енное выражение для/?в:

R=St/(Si+\) Si = R/(l-R). (15.5)

График зависимости /?/(1 -R) от t представляет собой прямую с наклоном, характеризующим величину 5. На рис. 15.6 показаны результаты измерений при различных длинах волн для пленок белых красок, нанесенных на черную стеклянную подложку. Видно, что при более длинных волнах сохраняется линейная зависимость и S растет с уменьшением длины волны. При длине волны 450 нм, где нельзя пренебречь светопоглощением пигментов, линейность теряется.

15.3 ХАРАКТЕРИСТИКА И КОНТРОЛЬ ЦВЕТА

15.3.1. Введение

Цвет можно контролировать путем визуального сравнения образца со стандартными цветными эталонами. Можно доказывать, что в конечном счете глаз является единственным справедливым арбитром, но возникает много вопросов, из которых самым трудным, вероятно, является: Чей глаз? Помимо генетических аномалий, которые рассматривались выше, известно, что цветовосприятие изменяется с возрастом из-за возникновения в глазах желтой пятноподобной пигментации, и что стандартный наблюдатель - это статистическая абстракция. Все это - сильные аргументы в пользу контроля цвета путем физических измерений. Эти измерения и их интерпретация должны быть тесно связаны с визуальным восприятием наблюдателя. На практике имеется два вида цветового контроля визуальный и инструментальный.

15.3.2. Визуальный цветовой контроль

15.3.2.1. Цветовые картотеки и стандарты

Было предпринято много попыток для создания исчерпывающих визуальных цветовых картотек. Наиболее универсальной является картотека Munsell book of colour , впервые опубликованная в 1929 г. [11]. Вся картотека насчитывает 40 листов, каждый для отдельного оттенка, и охватывает весь спектр от красного через пурпурный к фиолетовому (РВ по номенклатуре Мансела). Цвета на каждом листе сгруппированы в ряды с одинаковым значением уровня , (соответствует значению К) и в колонки с равным значением хроматичности (соответствует насыщенности




5.0 РВ 3/12


i8/2

В/К

l3 5,0

Рис. 15.7. Расположение в цветовой книге Мансела:

/ - белый; 2 - величина; 3 - черный; 4 - оттенок; 5 - цвет; 6 - нейтральные серые; 7 - - желтый; 8 - фиолетово-синий

цвета) (рис. 15.7). Каждый цвет имеет три характеристики: оттенок, уровень и насыщенность, например 5К/?/5/10 - это насыщенный оранжевый цвет. Широкий диапазон цветов в картотеке Мансела представлен в виде самостоятельных цветов (каждый может быть глянцевым или матовым), но картотека позволяет интерполировать или экстраполировать цвета. Картотека была стандартизована путем замера отражения для каждого цвета.

Принимая во внимание, что человеческий глаз способен различить как минимум полмиллиона цветов при оптимальных условиях наблюдения, неудивительно, что, хотя картотека Мансела способна характеризовать цвета, она не исключает использование инди-



видуальных цветовых карточек для целей точной характеристики цвета. Другая причина применения таких индивидуальных карточек для промышленных целей состоит в том, что визуальное цветовое сравнение трудно стандартизовать, особенно в тех случаях, когда глянец и текстура сравниваемых поверхностей неидентичиы. Таким образом, для разработки метода контроля цвета прежде всего необходимо тщательное изготовление эталонов с последующим использованием полученных таким образом цветовых характеристик в качестве рабочих стандартов.

15.3.2.2. Визуальное цветовое сравнение

Помимо выбора наблюдателя с нормальным или средним цветовосприятием, важнейшим фактором для правильной оценки при визуальном сравнении цвета является освещение. --Д-естатеч^нввйдеть-и-зменен-йе ltБетa-cиниx-или-пурпурных цветов в лучах солнечного света, чтобы понять, насколько сильно может зависеть цвет от изменения освещения. Старый метод сравнения цветов предполагал в качестве источника освещения рассеянный дневной свет, вероятно, наиболее воспроизводимый естественный источник. Большинство сравнений сейчас производят в камерах с тщательно подобранными флуоресцентными лампами и контролируемыми условиями наблюдения, приведенными в стандартах: международном ISO 3668-1976 и британском BS 3900: Part Dl : 1978 [12]. Эти стандарты предусматривают как естественный рассеянный дневной свет интенсивностью не менее 2000 люкс, так и искусственное освещение с интенсивностью 1000-4000 люкс. Для общего употребления рекомендуется нейтральный серый фон с уровнем освещенности 15% (Мансел N4-N5), а для белых цветов предпочтительнее более яркий фон с уровнем освещенности 30% (Мансел N6). Образцы лучше всего располагать так, чтобы их кромки частично перекрывались; рассматривать их следует с расстояния не менее 500 мм. Метамеризма можно избежать, например, путем переключения на вольфрамовую лампу или на другой источник с радикально отличающимся спектральным распределением. Метамеризм, действительно, часто является причиной ошибок при визуальном цветовом сравнении. В крайних ситуациях, если сравниваются сильно метамерические цвета, наблюдатель может видеть красноватую область с одной стороны линии соприкосновения образца и стандарта и сине-зеленую область - с другой стороны.

Проблемой является возможное выцветание или другое изменение цвета стандартов. Рабочие стандарты, которые показывают значительное изменение цвета при регулярных инструментальных проверках, должны быть заменены.



15.3.3. Инструментальный контроль цвета -15с3.3.1. Введение

Существует два основных метода измерения цвета поверхностей. Первый, называемый трехстимульной колориметрией, напоминает визуальный метод, и заключается в прямом определении параметров X, Y, Z (см. 14.4.1). Второй метод основан на определении коэффициента отражения (R) в каждом из диапазонов длин волн, в котором чувствителен глаз, с последующим вычислением визуальных характеристик путем суммирования произведений R на стандартные величины распределения чувствительности для трех цветовых характеристик [х, у, z). Трехстимульная колориметрия теоретически имеет преимущества, особенно для флуоресцентных материалов.

15.3.3.2. Трехстимульная колориметрия

Трехстимульный колориметр имеет три основных части:

1) источник освещения, обычно лампа при строго фиксированном напряжении;

2) набор трех комбинаций фильтров, используемых для регу лирования распределения энергии падающего или, лучще, отраженного света;

3) фотоэлектрический детектор, преобразующий интенсивность отраженного света в электрический сигнал.

Общее требование заключается в том, чтобы произведение распределения энергии источника (£?.), пропускания фильтра [Fk), и чувствительности детектора (S?.) соответствовало бы произведению спектрального распределения чувствительности глаза и распределения энергии источника (например D65), к которому должны относиться трехстимульные значения. Абсолютное соответствие невозможно, но в лучших образцах колориметров достигается необходимый уровень точности. Обычно не стремятся сравнивать два пика распределения х; полагают, что высота коротковолнового пика близка к высоте максимума распределения параметра z и измеренная величина х, обозначаемая д:, увеличивается пропорционально увеличению измеренной величины г, т. е. трехстимульные параметры х, у, z могут быть выражены в следующем виде:

Измерения, проведенные на трехстимульном колориметре, обычно относительны, причем прибор калибруется по стеклянному или керамическому стандартам. Поскольку точное соответствие не всегда достигается при работе прибора, для большей точности стандартизация должна проводиться с использованием калибро-



вочных стандартов тех же цветов, что и у испытываемых материалов. Наиболее употребительны трехстимульные колориметры для экспресс-сравнения близких цветов. Как и для всех современных систем цифровой записи, необходимо помнить, что точность результатов больше зависит от вводимого сигнала, чем от компьютера; если спектральная чувствительность системы лампа - фильтр - фотодетектор неточна, то и результат обработки сигнала скорее всего будет ошибочен, несмотря на точность вычислений и количество обработанных величин.

1S.3.3.3. Спектрофотометркя

Для точных измерений цвета в абсолютных величинах можно использовать спектрофотометр, т. е. измерять отражение для каждой из длин волн по очереди и затем вычислять трехстимульные величины. Преимущества метода перед трехстимульной колориметрией заключаются в том, что полученной информации доста-точнсг для вычттслениг цветтшъгх келичин пртт любом источнике света, и в том, что автоматически обнаруживается метамеризм. К недостаткам относится дороговизна высококачественных спектрофотометров и длительность измерений. Как и для колориметров, для всех видов вычислений, связанных с этими измерениями, можно применять встроенные и приставные компьютеры.

В спектрофотометре свет обычно расщепляется в спектр с помощью призмы или дифракционной решетки, и каждая из полос соответствующих длин волн отбирается по очереди для измерений. Разработаны приборы, в которых узкие полосы отбираются путем интерференционных фильтров. Если необходимо изучать флуоресцентные материалы, образец должен освещаться полным спектром, а отраженный свет - разлагаться для анализа [13]. Спектральное разрешение прибора зависит от узости полос, применяемых для измерений. Для большинства работ с красками ширина полосы в 10 нм дает чаще всего достаточное разрешение. Теоретически спектрофотометр способен прямо сравнивать отраженный свет с падающим, но его обычно калибруют по матовому стеклянному стандарту, предварительно откалиброванному в международно зарегистрированной лаборатории. Должна быть сделана проверка оптического нуля путем измерений с черной ловушкой света, так как пыль и другие помехи могут привести к неправильным показаниям.

1S.3.3.4. Условия освещения и наблюдения

Для всех типов цветоизмеряющего оборудования полученные результаты и их корреляция с визуальными определениями зависят от углов освещения и наблюдения. Эта зависимость в максимальной степени важна для черных глянцевых образцов.Колориметрия



Таблица 15.3. Стандартные условия освещения и наблюдения

Условия измерений

Освещение

Наблюдение

Обозначение (краткое)

Прямое (45±5)° Прямое (0+10) Полусферическое с фокусирующей сферой Полусферическое с фокусирующей сферой и поглощением глянца Прямое (8dz2)°

Прямое (0+10)

Прямое (45н=5)

Прямое (8н=2)°

Полусферическое с фокусирующей сферой Полусферическое с фокусирующей сферой и с поглощением глянца

45°/нормальное (45/0) Нормальное/45° (0/45) Диффузиое/8° (d/8)

Диффузное/8° (d/8); исключено зеркальное от ра жение

8°/диффузное (8/d)

8°/диффузное (8/d); исключено зеркальное отражение

Примечание. В последних четырех условиях выбран угол 8°, а ие 0°, так как при нормальном освещении (наблюдении) могут возникнуть сложности с отражениями между глянцевыми образцами и оптикой для освещения (наблюдения); при угле 8° зеркальное отражение большей частью устраняется.

лаков И красок описывается в международном стандарте LSO 7724, который воспроизводится в британском стандарте BS 3900; в нем предусматривается шесть разновидностей условий освещения и наблюдения (табл. 15.3). Из них первое (45/0) и четвертое (d/S) с исключенным зеркальным отражением, вероятно, в наибольшей степени соответствует визуальному испытанию в специальном боксе для цветовых измерений. Однако, третье и пятое условия, где имеется зеркальное отражение, обладают преимуществом с точки зрения снижения влияния различий глянца на цветовые измерения; при этом получаются результаты, соответствующие цвету, види1Мому под облачным небом или в комнате при рассеянном освещении.

Многие цветоизмерительные приборы сейчас включают сферические светильники для освещения или наблюдения. Сфера внутри покрыта матовой белой краской, которая должна иметь однородную отражательную способность во всем видимом спектре (обычным пигментом для верхнего покрытия является чистый сульфат бария). Имеются специальные гнезда для образца, которые должны занимать небольшую часть общей площади поверхности, поскольку иначе вторичные отражения от образца могут увеличить насыщение цвета внутри сферы. При тщательной разработке геометрии сферы и применении светоулавливающих конусов можно добиться устранения компонентов зеркального отражения и, таким образом, измерять только диффузное отражение.



1S.3.3.S. Допустимые отклонения цвета

При оптимальных условиях глаз может различать исключительно малые цветовые различия, порядка 1% значения У или показателя яркости и около 0,1Д£ в системе CIE L, а, b [14]. На практике нет смысла контролировать цвет в таких пределах, даже если возможно применить точные методы измерений. Для повседневного контроля, следовательно, необходимо установить приемлемые пределы допустимых отклонений цвета. Наилучшая корреляция из визуальных оценок, вероятно, может быть дана по разни цам психометрической яркости L*, насыщенности Cli, и оттенка Hfii как определено в формулах CIELAB, 1976. Эти пределы мож но вычислить из допустимых изменений параметров X, У, Z для любого цвета, но с помощью компьютера их легко можно выразить прямо как L, С и И.

15.Д. ЦВЕТОВОЙ КОНТРОЛЬ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ КРАСОК

Ранее упоминались работы по вычислению цвета смесей пигментов и компьютеризованное составление рецептур и корректировка цвета. Такие системы обеспечивают максимальные преимущества, если производится тщательный качественный контроль всех пигментов и связующих [15]. Метамеризма можно избежать, если число применяемых для изменения оттенка пигментов будет минимально (обычно не более трех) и если они имеют воспроизводимые цветовые характеристики. При тщательном контроле большинство красок может быть приготовлено из одноцветной основы и цветных пигментов путем объемного смешивания. Такой логичный подход целесообразен при поставках красок для розничной продажи, когда требуется большое разнообразие оттенков, например в материалах для ремонта автомобилей. Смесевые системы широко используются для розничной продажи на рынках Скандинавии и Северной Америки, но они не получили распространения в Великобритании.



1 ... 42 43 44 45 46 47 48 ... 51