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粉末涂料的顏色測控
2018年12月01日    閱讀量:52389    新聞來源:徐州正菱涂裝工程技術研究中心 晁兵,陸東方  |  投稿

0 前 言

粉末涂料開發早期主要用于金屬腐蝕防護,隨著粉末涂料生產及應用技術的不斷進步、世界各國環保意識與法規的強化,粉末涂料應用范圍不斷擴大,粉末涂料的裝飾美化作用也越來越引起人們的重視,而現代化企業的流水線加工裝配(如冰箱、空調、儀器儀表、金屬門窗、鋁型材、機電設備等廠家)更要求涂裝產品內外質量的高度穩定,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

G B/T9761-98《色漆和清漆 色漆的目視比色》等效果均采用I S O3668-1976標準,規范了涂層顏色的目視比色方法,可在自然光、比色箱的人造標準光源下進行檢測,常用光源為D65、A兩類。目視比色對觀察者要求較高,負責比色檢驗的觀察者應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

盲檢查鏡的檢查中國涂料在線coatingol.com。觀察者連續工作會降低比色質量。目測是最直接、感性強烈的檢測方式,配色中儀器測量只能是質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(如K/S比),即可計算其三刺激值,進而對不同顏色的差別進行計算對比,測量裝置見圖1。將其連接電腦與專用軟件,可以將顏色數據、顏色效果、K/S曲線、色差進行顯示、儲存及輸出。

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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,能進行方便快捷的顏色測量比對,也可以給配色人員提供數據參考,但誤差大,也無法直接進行配色操作。測色儀有兩類,一類為便攜式,似色差計,但是測量更精確,可以進行系統數據輸出,但不能用于配色;另一類可以同時進行測量與配色操作,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模較大的少數粉末涂料企業應用,這類儀器的代表商有美國X-R i t e(愛色麗)、日本MINOLTA(美能達)公司等。

1.2.3 測量操作

測色儀的操作程序是:開機→進入操作界面→黑白板校正→試樣測量→數據輸入→比色→數據輸出→關機。

一般的色差儀在開機預熱后(30 m i n左右),直接進行標樣、試樣的測量和色差對比,也可以將結果簡單輸出。測色儀則不需要專門預熱,電腦開機后,直接進入操作界面進行各類操作,并將各種光源下的顏色數據、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

常規粉末涂料的配色屬于混色定律中的復雜減色法混合,K u b e l l k a-M u n k理論認為,光在著色層中是完全漫射的,“二常數K u b e l l k a-M u n k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,最后使用光譜匹配算法以實現恒定匹配。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行K/S光譜復配計算,最后將預測色差較為理想的配方提供給配色人員選擇。由于儀器設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

根據顏料廠家的技術說明或產品介紹,按粉末涂料生產與應用的基本要求(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行試驗檢驗,一般要進行200 ℃/2 h、Q-U V250 h檢驗;要求嚴格的還要進行200 ℃/4 h、Q-U V500 h及500 h鹽霧試驗。用于戶外的顏料必須具有良好的耐光、耐候牢度。根據試驗結果,進行篩選和分類,如戶內顏料、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、供應量、生產廠家等也要加以注意。要強調的是:生產廠家的技術說明甚至是質量保證均不能替代自我的試驗檢驗。

2.2.2 數據庫建立

配色儀的配色軟件都詳盡介紹了數據庫的建立方法,主要是黑板、白板、遮蓋力以及顏料的數據。配方中除要建立數據的顏料外,其他原料應該選擇質量優異的品種或企業最常用的品種并保持固定,以保證數據可靠并利于以后生產的顏色調配,忌用質量差(如色雜、不穩定)、非經常用的品種。命名一個數據庫,搭配選擇顏料,一般數額為20~25種(如紅色4種、藍色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),將其數據移入,即完成單個數據庫的設立工作,配色時只要指定該數據庫的名稱,系統即隨機篩選該數據庫中的顏料進行匹配。信息建立準確的數據庫可長期有效地指導配色工作,利于配色人員迅速實現預期。但受設備(如擠出機老化)、客戶顏料質量波動、原料調整等客觀因素的影響,試樣與電腦預測結果的偏差也會不斷增加,隨著新顏料的不斷引入,數據庫顏料的補充、更新及修正工作也要持續進行。


2.2.3 標準輸入

這是指國內外顏色標準、客戶標樣或者自選的樣品的數據輸入,其中顏色標準一般是紙質印刷品,客戶標樣多是試板或樣件。上述標準有的是平面,也有的是曲面,有高光也有半光甚至無光(如德國顏色標準R A L 8 4 1 - G L與R A L 8 4 0 - H R),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行識別的。因此,標準測量時要盡量選擇涂層有代表性的測點(區域),如清潔、平整、無磨損、嶄新,對標樣異常狀態在數據儲存時也要做好標識,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,測量的數據都不能用于儀器最后的顏色比對,只能作為配色過程中的技術參考。

2.2.4 配方選擇

在配色界面下,選擇預配制的標準顏色,按軟件指定的流程操作選定顏色品種,可讓電腦自動篩選(可事先設定數量),也可直接要求電腦選擇1~9種顏料進行匹配,設定品種越多,電腦匹配越容易實現,但計算速度越慢,用的時間也越長,為便于生產應用一般選擇2~4種(含白顏料)。電腦自動給出的最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K/S光譜匹配性、色差大小、顏料品種及經濟性進行。測色儀以主光源列出各類光學數據,次光源只給出色差,其色差結果類似于條件匹配,而企業常用顏料品種是明顯少于數據庫,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行重新設定,讓電腦計算后再給出新的配方,進行新的選擇。

2.2.5 顏色調整

配方選擇后,一般沒有現成產品的配方與之完全相同,配色人員必須按選定配方進行實驗室制粉、噴板、測色,然后進行顏料用量甚至品種的增減予以調節修正(該修正可以人工進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,最后確定實驗室最佳配方,這就是配色中顏色調整的全過程。

人工調色時,一般不是簡單的缺紅加紅、缺藍加藍,要計算清調整前后每個顏料占顏料總量的比例,結合飽和度、色相,根據L、a、b的綜合情況進行細致調節。調色時,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合效應,在微調時都要認真分析,保證獲得最佳的配色效果。顏色調整的同時,一般還伴隨著涂層遮蓋力、機械性能、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)的調節,有時甚至還要同時進行涂層耐高溫、鹽霧或人工老化的測試,所以顏色調整的過程也是產品配方全面趨于成熟合理的過程。

2.2.6 車間放大

由于實驗室小型設備與車間大生產設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性,一般都需要進行批量放大以進一步調整,根據混煉效果差異的預估結合產品生產總量和生產線最小生產批量確定試驗放大批量(如常規批量的30%、50%或者是100%)。制樣測量后,根據色差效果對放大配方進行進一步調節,再擇量生產制樣測量,直至達到滿意的匹配效

果,確定最終的生產配方。同實驗室調節一樣,車間放大過程中,根據樣品質量的檢測情況,除顏料外也對填料、各種助劑進行微調,保證產品預期的質量與理想的生產成本。需要注意的是,放大過程中會產生較大量的不合格品(顏色匹配差),需要在當次生產中盡量消化掉,難度較大的也應在下一批次的生產中用掉,可行的話,也可以用于其他產品的生產中。


2.2.7 批量生產

車間放大確定的生產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中,受各種因素影響所用原材料經常出現批次間質量的波動甚至品種和生產廠家的更換,為保證及時供貨,技術人員不得不經常進行配方調節以完成生產;隨著原材料價格持續升高,不少企業也降級使用價格優惠的原輔材料,這些都給批次間產品質量的穩定尤其是批次間色差的控制帶來挑戰。


2.3 配色質量控制要點

2.3.1 標樣

初期粉末涂料廠家為涂裝客戶提供的標準樣板(色卡)大多是試驗制作的,當客戶指定采購某款色卡的產品時,生產產品與原試驗色卡極易存在明顯的色差,美國標準A A M A2603\2604\2605對色差都明確指出是實際生產線制備的涂膜產品,而非實驗室制備的樣板。后來粉末涂料色卡基本上都采用批量生產的產品噴涂制作,確保隨后能提供讓客戶滿意的粉末涂料產品。客戶提供的標準以粉末樣品最佳,其次是新色板,樣件、舊色板都不利于標準準確設立,甚至有客戶使用語言描述其產品要求(如近似或類似某某顏色),為避免交貨時的質量爭議,這些情形下標準約定前要與客戶進行充分的溝通,達成共識。


2.3.2 同色異譜

光譜反射曲線不同的顏色在一組觀察和光源下匹配,但在另一種條件下不匹配,這種現象叫同色異譜,由于光源的變化導致誤配稱為照明體條件同色異譜,觀察者變化存在的誤配稱為觀察者同色異譜。配色儀可展示各種光源下K/S光譜匹配效果,同色異譜一目了然,但當生產用顏料缺乏時,不少配色人員明知同色異譜也得制樣,并期望有一個較好的匹配效果。要根本避免同色異譜問題,就必須加強顏料數據庫的建設,一般企業的顏料庫不足百種顏料、常用品種只二三十種,而大型企業則有幾千種顏料數據、常用顏料數百種,市場上各種顏色用顏料幾乎盡收庫中,配色人員工作起來就輕松自如,基本不存在同色異譜問題了。


2.3.3 標準

同一產品多次或長期生產后,質控人員常將眼前生產的產品只與近幾次已生產發出的產品進行色差對比,只要顏色接近就好了,容易忽視原始標準,因為鄰近批次產品色差小,大部分客戶都不易察覺,產品可順利被接受。但是質量波動控制圖的原理告訴我們,這樣極容易造成產品質量波動超出控制線。筆者見到一例,粉末涂料人員持續以上批次產品為標準控制生產,導致色差逐漸偏離原始標準,而客戶為一跨國型加工企業,各種組裝材料始終以原始標樣為統一驗收標準,結果造成了嚴重質量事故。因此,在顏色控制尤其是多批次和長期的持續生產過程中,不僅要控制批次間色差,還要時刻與客戶歷史供樣及原始標準比對,控制顏色偏差,避免過度偏離給客戶批次間產品組裝帶來困難。

2.3.4 遮蓋力

雖然涂層遮蓋力與涂層厚度、顏料質量、粉末生產設備的分散性能都有關聯,但產品中顏料的品種、各自用量及總用量是涂層遮蓋力的決定因素。由于顏料價格一般較高,配方中盡可能減少顏料用量。為保證涂層具有恰當的遮蓋力,有經驗的廠家在配方調整過程中專門設立“最薄厚度色差”指標以有效控制涂層遮蓋力。新的粉末涂料廠家或新從事配方設計的技術人員還易出現顏料用量偏高、遮

蓋力過度的問題,采用“最薄厚度色差”分析也能克服這方面的不足。

2.3.5 儀器

對待產品色差爭議,涂裝客戶往往更相信自己的視覺,而配色人員則強調儀器測量結果,也有一些客戶則堅持自己色差儀的判定,這些都有一定的說服力,但對相關技術人員來說最合理的方式是以觀察者視感為主、儀器測量結果為輔來評判產品色差。研究表明分光光度計中含有鏡反射成分的積分球是與K u b e l l k a-M u n k理論要求相接近的幾何系統,但是它與具有不同表面性質的材料的目視匹配的相關性不是很好,而色差儀的工作穩定性更讓其結果減少了說服力,即使未來測色系統開發出更合適的幾何系統,但也代替不了觀察者明亮的雙眼。


3 色差的技術處理

3.1 提高控制標準

對于那些色差要求極高的客戶(如ΔE≤0.4)或輕微色差但視覺變化顯著的產品(如帶紅或黃的淺色),必須提高質控標準,并強化目測把關。一般產品企業控制色差ΔE≤1,部分為ΔE≤0.5,且大多為單一光源下,很容易造成視覺色差明顯。為加強控制,必須要求各種光源下色差的一致(如同為ΔE≤0.5),還要通過檢測、校對、審核人員的目測,達到一致合格。

3.2 加大原料采購批量

即使是規模較大原料生產廠家的產品尤其是顏料也普遍存在批次間色差,一些粉末涂料產品的顏色對其特別敏感,現場調色人員竭盡努力也無法保證顏色與以前一致。原料供應商建議粉末廠家加大單批采購量來保證多批次產品的顏色一致,具有一定的改進效果,對一些重要客戶、重要控制產品來說,也很有必要采取這種措施。

3.3 產品庫存

涂裝客戶訂貨是根據工件加工批量確定的,許多客戶單批訂貨較少,給粉末涂料的生產與質控帶來困難。對那些常年使用同一產品而又不能單批超量訂貨的客戶,粉末涂料廠家不妨在充分論證的基礎上,少批大量生產,做好產品庫存,涂裝客戶也建議和歡迎這種做法。

3.4 加強技術服務

出現色差一般要進行售后的技術服務工作,而售前的技術服務則能很好地減少色差問題的出現。顏色輕微的波動,客戶基本能夠接受,但持續不斷的波動或偏差不斷擴大會引起客戶強烈的抱怨,定期的走訪、超前的溝通能迅速發現問題,及時予以糾正。對那些色差過大,客戶拒絕使用的產品,要迅速給以調換;當客戶配套使用的涂料、模塑出現顏色波動時,要及時與客戶交流,避免客戶依據標準的過度偏移(不少客戶會拿涂料、模塑產品來要求粉末涂料的顏色);及時走訪還能隨時了解客戶信息,對產品進行積極調整滿足客戶需求。

3.5 合理建設顏料庫

解決色差的根本問題在于顏料品種的齊全,但全面建立顏料庫需要耗費大量的人力、物力與財力,是一個長期持續的過程,而且還不能保證完全符合企業的經營需要,企業也不可能為一小份訂單就承擔整包裝新顏料可能存庫幾年的風險。配色理論上顏料的無限多與實際中的有限庫存確實是極大的矛盾。協調方法一是豐富顏料品種,如綠色顏料,要有偏黃相的、藍相的,紅色要有橙紅和紫紅等;二是規格齊全,如物美價廉的、高價優質的,國內及國外的,含鉛無鉛的等;三是特貨特備,對銷量大、利潤高或者重要客戶等的產品需要的顏料,積極選樣備用;四是技術儲備,對一些特殊顏料(如價格高昂、品質優異、特種需求或新品種),進行采樣、存庫或試用。

4結 語

顏色調配與質控是粉末涂料生產中最基本和最重要的技術工作,當前不少企業還在采用低效率的純人工操作,有些已開始借助色差儀的協助,而國內主要的粉末涂料商其配色技術只掌握在少數關鍵技術人員手里,其生產一線的質檢人員也只采用目測微調產品顏色。但隨著粉末涂料涂裝的不斷發展,不少管理者已逐漸認識到配色儀給企業帶來的高效與質量保證,測色儀的使用將逐漸普及起來,技術人員只有把儀器測配技術與視覺評判、實踐經驗等充分結合起來,才能真正做好粉末涂料產品的顏色測控工作。


標簽:工業涂料行業資訊涂料百科產品資訊技術中心粉末涂料涂料檢測
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