粉末涂料、噴墨打印的顏色測量與色差控制方法(一)

2011-01-17

                 粉末涂料、噴墨打印的顏色測量與色差控制方法(一)

      粉末涂料開發(fā)早期主要用于金屬腐蝕防護(hù)，隨著粉末涂料生產(chǎn)及應(yīng)用技術(shù)的不斷進(jìn)步、世界各國環(huán)保意識與法規(guī)的強(qiáng)化，粉末涂料應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，粉末涂料的裝飾美化作用也越來越引起人們的重視，而現(xiàn)代化企業(yè)的流水線加工裝配(如冰箱、空調(diào)、儀器儀表、金屬門窗、鋁型材、機(jī)電設(shè)備等廠家)更要求涂裝產(chǎn)品內(nèi)外質(zhì)量的高度穩(wěn)定，批次間涂層顏色一致成了客戶的重要要求。
　　1.顏色測量

　　1.1目測

　　GB/T9761-98《色漆和清漆色漆的目視比色》等效果均采用ISO3668-1976標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范了涂層顏色的目視比色方法，可在自然光、比色箱的人造標(biāo)準(zhǔn)光源下進(jìn)行檢測，常用光源為D65、A兩類。目視比色對觀察者要求較高，負(fù)責(zé)比色檢驗的觀察者應(yīng)通過色盲檢查鏡的檢查，戴有眼鏡的其鏡片必須在整個可見光譜內(nèi)有均勻的光譜透過率；由于色視覺隨年齡變化很大，40歲以上的觀察者也要接受色盲檢查鏡的檢查。觀察者連續(xù)工作會降低比色質(zhì)量。目測是直接、感性強(qiáng)烈的檢測方式，配色中儀器測量只能是質(zhì)量控制的重要輔助手段。

　　1.2儀器測量

　　1.2.1測量原理

　　光與材料的相互作用產(chǎn)生了鏡面反射、漫反射、定向透射、散射透射以及光吸收，而物體的顏色主要決定于它的漫反射，使用光譜光度計測定粉末涂料涂層的光譜反射因數(shù)(如K/S比)，即可計算其三刺激值，進(jìn)而對不同顏色的差別進(jìn)行計算對比，測量裝置見圖1。將其連接電腦與專用軟件，可以將顏色數(shù)據(jù)、顏色效果、K/S曲線、色差進(jìn)行顯示、儲存及輸出。

圖1采用棱鏡分光的掃描光譜光度計

　　1.2.2測量儀器

　　顏色的測量儀器主要有色差儀、測色儀兩大類。色差儀價格便宜、易于攜帶，能進(jìn)行方便快捷的顏色測量比對，也可以給配色人員提供數(shù)據(jù)參考，但誤差大，也無法直接進(jìn)行配色操作。測色儀有兩類，一類為便攜式，似色差計，但是測量更精確，可以進(jìn)行系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸出，但不能用于配色；另一類可以同時進(jìn)行測量與配色操作，價格較高，只適用工廠使用。目前色差儀、便攜測色儀使用較廣泛，而可配色的測色儀只有規(guī)模較大的少數(shù)粉末涂料企業(yè)應(yīng)用，這類儀器的代表商有美國X-Rite(愛色麗)、日本日本(日本)公司等。

　　1.2.3測量操作

　　測色儀的操作程序是：開機(jī)→進(jìn)入操作界面→黑白板校正→試樣測量→數(shù)據(jù)輸入→比色→數(shù)據(jù)輸出→關(guān)機(jī)。

　　一般的色差儀在開機(jī)預(yù)熱后(30min左右)，直接進(jìn)行標(biāo)樣、試樣的測量和色差對比，也可以將結(jié)果簡單輸出。測色儀則不需要專門預(yù)熱，電腦開機(jī)后，直接進(jìn)入操作界面進(jìn)行各類操作，并將各種光源下的顏色數(shù)據(jù)、色差、光譜曲線、直觀顏色效果等顯示出來，形成報告。
2.配色

　　2.1配色原理

　　常規(guī)粉末涂料的配色屬于混色定律中的復(fù)雜減色法混合，Kubellka-Munk理論認(rèn)為，光在著色層中是完全漫射的，“二常數(shù)Kubellka-Munk理論”采用涂層的K/S光譜圖(K-吸收度、S-散射度)來表征顏料，后使用光譜匹配算法以實現(xiàn)恒定匹配。配色儀就是利用這一原理，運用配色軟件，從顏料庫中篩選顏料進(jìn)行K/S光譜復(fù)配計算，后將預(yù)測色差較為理想的配方提供給配色人員選擇。由于儀器設(shè)置的光源總是有限的，電腦配色仍屬于條件匹配。

　　2.2電腦配色流程

　　2.2.1顏料選擇

　　根據(jù)顏料廠家的技術(shù)說明或產(chǎn)品介紹，按粉末涂料生產(chǎn)與應(yīng)用的基本要求(如耐熱性200℃、耐酸堿、抗遷移性)，初步選擇可以使用的顏料，然后對選出的顏料進(jìn)行試驗檢驗，一般要進(jìn)行200℃/2h、Q-UV250h檢驗；要求嚴(yán)格的還要進(jìn)行200℃/4h、Q-UV500h及500h鹽霧試驗。用于戶外的顏料必須具有良好的耐光、耐候牢度。根據(jù)試驗結(jié)果，進(jìn)行篩選和分類，如戶內(nèi)顏料、戶外顏料、通用顏料、耐蝕性顏料等。配色人員對顏料的著色力、吸油值、分散性包括價格、供應(yīng)量、生產(chǎn)廠家等也要加以注意。要強(qiáng)調(diào)的是：生產(chǎn)廠家的技術(shù)說明甚至是質(zhì)量保證均不能替代自我的試驗檢驗。

　　2.2.2數(shù)據(jù)庫建立

　　配色儀的配色軟件都詳盡介紹了數(shù)據(jù)庫的建立方法，主要是黑板、白板、遮蓋力以及顏料的數(shù)據(jù)。配方中除要建立數(shù)據(jù)的顏料外，其他原料應(yīng)該選擇質(zhì)量優(yōu)異的品種或企業(yè)常用的品種并保持固定，以保證數(shù)據(jù)可靠并利于以后生產(chǎn)的顏色調(diào)配，忌用質(zhì)量差(如色雜、不穩(wěn)定)、非經(jīng)常用的品種。命名一個數(shù)據(jù)庫，搭配選擇顏料，一般數(shù)額為20～25種(如紅色4種、藍(lán)色2種、綠色2種、橙黃2種、橙紅1種、紫色2種、黑色3種、白色2種、其他3種)，將其數(shù)據(jù)移入，即完成單個數(shù)據(jù)庫的設(shè)立工作，配色時只要指定該數(shù)據(jù)庫的名稱，系統(tǒng)即隨機(jī)篩選該數(shù)據(jù)庫中的顏料進(jìn)行匹配。信息建立準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)庫可長期有效地指導(dǎo)配色工作，利于配色人員迅速實現(xiàn)預(yù)期。但受設(shè)備(如擠出機(jī)老化)、客戶顏料質(zhì)量波動、原料調(diào)整等客觀因素的影響，試樣與電腦預(yù)測結(jié)果的偏差也會不斷增加，隨著新顏料的不斷引入，數(shù)據(jù)庫顏料的補(bǔ)充、更新及修正工作也要持續(xù)進(jìn)行。

　　2.2.3標(biāo)準(zhǔn)輸入

　　這是指國內(nèi)外顏色標(biāo)準(zhǔn)、客戶標(biāo)樣或者自選的樣品的數(shù)據(jù)輸入，其中顏色標(biāo)準(zhǔn)一般是紙質(zhì)印刷品，客戶標(biāo)樣多是試板或樣件。上述標(biāo)準(zhǔn)有的是平面，也有的是曲面，有高光也有半光甚至無光(如德國顏色標(biāo)準(zhǔn)RAL841-GL與RAL840-HR)，有平整也有紋理的，有嶄新也有磨損的，而這些測色儀是無法進(jìn)行識別的。因此，標(biāo)準(zhǔn)測量時要盡量選擇涂層有代表性的測點(區(qū)域)，如清潔、平整、無磨損、嶄新，對標(biāo)樣異常狀態(tài)在數(shù)據(jù)儲存時也要做好標(biāo)識，有利于隨后的配色參考。磨損舊板、涂層光澤或紋理改變、曲面漏光等情況下，測量的數(shù)據(jù)都不能用于儀器后的顏色比對，只能作為配色過程中的技術(shù)參考。

　　2.2.4配方選擇

　　在配色界面下，選擇預(yù)配制的標(biāo)準(zhǔn)顏色，按軟件指定的流程操作選定顏色品種，可讓電腦自動篩選(可事先設(shè)定數(shù)量)，也可直接要求電腦選擇1～9種顏料進(jìn)行匹配，設(shè)定品種越多，電腦匹配越容易實現(xiàn)，但計算速度越慢，用的時間也越長，為便于生產(chǎn)應(yīng)用一般選擇2～4種(含白顏料)。電腦自動給出的更佳配方可按色差排列，也可按成本排列，但實際選擇主要依據(jù)K/S光譜匹配性、色差大小、顏料品種及經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行。測色儀以主光源列出各類光學(xué)數(shù)據(jù)，次光源只給出色差，其色差結(jié)果類似于條件匹配，而企業(yè)常用顏料品種是明顯少于數(shù)據(jù)庫，所以配色人員要綜合考慮后才能選定一個較理想的配方用于試驗；不滿意時還可對顏料品種進(jìn)行重新設(shè)定，讓電腦計算后再給出新的配方，進(jìn)行新的選擇。

　　2.2.5顏色調(diào)整

　　配方選擇后，一般沒有現(xiàn)成產(chǎn)品的配方與之完全相同，配色人員必須按選定配方進(jìn)行實驗室制粉、噴板、測色，然后進(jìn)行顏料用量甚至品種的增減予以調(diào)節(jié)修正(該修正可以人工進(jìn)行也可以由電腦測算后提供建議方案)再制粉、制板、測量等，直至條件匹配，后確定實驗室更佳配方，這就是配色中顏色調(diào)整的全過程。人工調(diào)色時，一般不是簡單的缺紅加紅、缺藍(lán)加藍(lán)，要計算清調(diào)整前后每個顏料占顏料總量的比例，結(jié)合飽和度、色相，根據(jù)L、a、b的綜合情況進(jìn)行細(xì)致調(diào)節(jié)。調(diào)色時，任何顏料都不是飽和度100%的單一色相、配方中顏料相互混合還存在明顯的復(fù)合效應(yīng)，在微調(diào)時都要認(rèn)真分析，保證獲得更佳的配色效果。顏色調(diào)整的同時，一般還伴隨著涂層遮蓋力、機(jī)械性能、表面效果(如光澤、鮮映度、紋理)及配方成本、粉體性能(如帶電性、上粉率)的調(diào)節(jié)，有時甚至還要同時進(jìn)行涂層耐高溫、鹽霧或人工老化的測試，所以顏色調(diào)整的過程也是產(chǎn)品配方全面趨于成熟合理的過程。

　　2.2.6車間放大

　　由于實驗室小型設(shè)備與車間大生產(chǎn)設(shè)施之間在混煉效果上存在一定程度上的差異，無法保證實驗室配方在車間具有良好的重現(xiàn)性，一般都需要進(jìn)行批量放大以進(jìn)一步調(diào)整，根據(jù)混煉效果差異的預(yù)估結(jié)合產(chǎn)品生產(chǎn)總量和生產(chǎn)線小生產(chǎn)批量確定試驗放大批量(如常規(guī)批量的30%、50%或者是100%)。制樣測量后，根據(jù)色差效果對放大配方進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)節(jié)，再擇量生產(chǎn)制樣測量，直至達(dá)到滿意的匹配效果，確定的生產(chǎn)配方。同實驗室調(diào)節(jié)一樣，車間放大過程中，根據(jù)樣品質(zhì)量的檢測情況，除顏料外也對填料、各種助劑進(jìn)行微調(diào)，保證產(chǎn)品預(yù)期的質(zhì)量與理想的生產(chǎn)成本。需要注意的是，放大過程中會產(chǎn)生較大量的不合格品(顏色匹配差)，需要在當(dāng)次生產(chǎn)中盡量消化掉，難度較大的也應(yīng)在下一批次的生產(chǎn)中用掉，可行的話，也可以用于其他產(chǎn)品的生產(chǎn)中。

　　2.2.7批量生產(chǎn)

　　車間放大確定的生產(chǎn)配方在正常情況下是不需要也不允許任意更改的，但在那些中小型粉末涂料企業(yè)中，受各種因素影響所用原材料經(jīng)常出現(xiàn)批次間質(zhì)量的波動甚至品種和生產(chǎn)廠家的更換，為保證及時供貨，技術(shù)人員不得不經(jīng)常進(jìn)行配方調(diào)節(jié)以完成生產(chǎn)；隨著原材料價格持續(xù)升高，不少企業(yè)也降級使用價格優(yōu)惠的原輔材料，這些都給批次間產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定尤其是批次間色差的控制帶來挑戰(zhàn)。