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粉末涂料的颜色测控
2018年12月01日    阅读量:9332    新闻来源:徐州正菱涂装工程技术研究中心 晁兵,陆东方  |  投稿

0 前 言

粉末涂料开发早期主要用于金属腐蚀防护,随着粉末涂料生产及应用技术的不断进步、世界各国环保意识与法规的强化,粉末涂料应用范围不断扩大,粉末涂料的装饰美化作用也越来越引起人们的重视,而现代化企业的流水线加工装配(如冰箱、空调、仪器仪表、金属门窗、铝型材、机电设备等厂家)更要求涂装产品内外质量的高度稳定,批次间涂层颜色一致成了客户的重要要求。

 

1 颜色测量

1.1 目测

G B/T9761-98《色漆和清漆 色漆的目视比色》等效果均采用I S O3668-1976标准,规范了涂层颜色的目视比色方法,可在自然光、比色箱的人造标准光源下进行检测,常用光源为D65、A两类。目视比色对观察者要求较高,负责比色检验的观察者应通过色盲检查镜的检查,戴有眼镜的其镜片必须在整个可见光谱内有均匀的光谱透过率;由于色视觉随年龄变化很大,40岁以上的观察者也要接受色

盲检查镜的检查中国涂料在线coatingol.com。观察者连续工作会降低比色质量。目测是最直接、感性强烈的检测方式,配色中仪器测量只能是质量控制的重要辅助手段。

1.2 仪器测量

1.2.1 测量原理

光与材料的相互作用产生了镜面反射、漫反射、定向透射、散射透射以及光吸收,而物体的颜色主要决定于它的漫反射,使用光谱光度计测定粉末涂料涂层的光谱反射因数(如K/S比),即可计算其三刺激值,进而对不同颜色的差别进行计算对比,测量装置见图1。将其连接电脑与专用软件,可以将颜色数据、颜色效果、K/S曲线、色差进行显示、储存及输出。

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采用棱镜分光的扫描光谱光度计

1.2.2 测量仪器

颜色的测量仪器主要有色差仪、测色仪两大类。色差仪价格便宜、易于携带,能进行方便快捷的颜色测量比对,也可以给配色人员提供数据参考,但误差大,也无法直接进行配色操作。测色仪有两类,一类为便携式,似色差计,但是测量更精确,可以进行系统数据输出,但不能用于配色;另一类可以同时进行测量与配色操作,价格较高,只适用工厂使用。目前色差仪、便携测色仪使用较广泛,而可配色的测色仪只有规模较大的少数粉末涂料企业应用,这类仪器的代表商有美国X-R i t e(爱色丽)、日本MINOLTA(美能达)公司等。

1.2.3 测量操作

测色仪的操作程序是:开机→进入操作界面→黑白板校正→试样测量→数据输入→比色→数据输出→关机。

一般的色差仪在开机预热后(30 m i n左右),直接进行标样、试样的测量和色差对比,也可以将结果简单输出。测色仪则不需要专门预热,电脑开机后,直接进入操作界面进行各类操作,并将各种光源下的颜色数据、色差、光谱曲线、直观颜色效果等显示出来,形成报告。

 

2 配 色

2.1 配色原理

常规粉末涂料的配色属于混色定律中的复杂减色法混合,K u b e l l k a-M u n k理论认为,光在着色层中是完全漫射的,“二常数K u b e l l k a-M u n k理论”采用涂层的K/S光谱图(K-吸收度、S-散射度)来表征颜料,最后使用光谱匹配算法以实现恒定匹配。配色仪就是利用这一原理,运用配色软件,从颜料库中筛选颜料进行K/S光谱复配计算,最后将预测色差较为理想的配方提供给配色人员选择。由于仪器设置的光源总是有限的,电脑配色仍属于条件匹配。

2.2 电脑配色流程

2.2.1 颜料选择

根据颜料厂家的技术说明或产品介绍,按粉末涂料生产与应用的基本要求(如耐热性200 ℃、耐酸碱、抗迁移性),初步选择可以使用的颜料,然后对选出的颜料进行试验检验,一般要进行200 ℃/2 h、Q-U V250 h检验;要求严格的还要进行200 ℃/4 h、Q-U V500 h及500 h盐雾试验。用于户外的颜料必须具有良好的耐光、耐候牢度。根据试验结果,进行筛选和分类,如户内颜料、户外颜料、通用颜

料、耐蚀性颜料等。配色人员对颜料的着色力、吸油值、分散性包括价格、供应量、生产厂家等也要加以注意。要强调的是:生产厂家的技术说明甚至是质量保证均不能替代自我的试验检验。

2.2.2 数据库建立

配色仪的配色软件都详尽介绍了数据库的建立方法,主要是黑板、白板、遮盖力以及颜料的数据。配方中除要建立数据的颜料外,其他原料应该选择质量优异的品种或企业最常用的品种并保持固定,以保证数据可靠并利于以后生产的颜色调配,忌用质量差(如色杂、不稳定)、非经常用的品种。命名一个数据库,搭配选择颜料,一般数额为20~25种(如红色4种、蓝色2种、绿色2种、橙黄2种、橙红1种、紫色2种、黑色3种、白色2种、其他3种),将其数据移入,即完成单个数据库的设立工作,配色时只要指定该数据库的名称,系统即随机筛选该数据库中的颜料进行匹配。信息建立准确的数据库可长期有效地指导配色工作,利于配色人员迅速实现预期。但受设备(如挤出机老化)、客户颜料质量波动、原料调整等客观因素的影响,试样与电脑预测结果的偏差也会不断增加,随着新颜料的不断引入,数据库颜料的补充、更新及修正工作也要持续进行。


2.2.3 标准输入

这是指国内外颜色标准、客户标样或者自选的样品的数据输入,其中颜色标准一般是纸质印刷品,客户标样多是试板或样件。上述标准有的是平面,也有的是曲面,有高光也有半光甚至无光(如德国颜色标准R A L 8 4 1 - G L与R A L 8 4 0 - H R),有平整也有纹理的,有崭新也有磨损的,而这些测色仪是无法进行识别的。因此,标准测量时要尽量选择涂层有代表性的测点(区域),如清洁、平整、无磨损、崭新,对标样异常状态在数据储存时也要做好标识,有利于随后的配色参考。磨损旧板、涂层光泽或纹理改变、曲面漏光等情况下,测量的数据都不能用于仪器最后的颜色比对,只能作为配色过程中的技术参考。

2.2.4 配方选择

在配色界面下,选择预配制的标准颜色,按软件指定的流程操作选定颜色品种,可让电脑自动筛选(可事先设定数量),也可直接要求电脑选择1~9种颜料进行匹配,设定品种越多,电脑匹配越容易实现,但计算速度越慢,用的时间也越长,为便于生产应用一般选择2~4种(含白颜料)。电脑自动给出的最佳配方可按色差排列,也可按成本排列,但实际选择主要依据K/S光谱匹配性、色差大小、颜料品种及经济性进行。测色仪以主光源列出各类光学数据,次光源只给出色差,其色差结果类似于条件匹配,而企业常用颜料品种是明显少于数据库,所以配色人员要综合考虑后才能选定一个较理想的配方用于试验;不满意时还可对颜料品种进行重新设定,让电脑计算后再给出新的配方,进行新的选择。

2.2.5 颜色调整

配方选择后,一般没有现成产品的配方与之完全相同,配色人员必须按选定配方进行实验室制粉、喷板、测色,然后进行颜料用量甚至品种的增减予以调节修正(该修正可以人工进行也可以由电脑测算后提供建议方案)再制粉、制板、测量等,直至条件匹配,最后确定实验室最佳配方,这就是配色中颜色调整的全过程。

人工调色时,一般不是简单的缺红加红、缺蓝加蓝,要计算清调整前后每个颜料占颜料总量的比例,结合饱和度、色相,根据L、a、b的综合情况进行细致调节。调色时,任何颜料都不是饱和度100%的单一色相、配方中颜料相互混合还存在明显的复合效应,在微调时都要认真分析,保证获得最佳的配色效果。颜色调整的同时,一般还伴随着涂层遮盖力、机械性能、表面效果(如光泽、鲜映度、纹理)及配方成本、粉体性能(如带电性、上粉率)的调节,有时甚至还要同时进行涂层耐高温、盐雾或人工老化的测试,所以颜色调整的过程也是产品配方全面趋于成熟合理的过程。

2.2.6 车间放大

由于实验室小型设备与车间大生产设施之间在混炼效果上存在一定程度上的差异,无法保证实验室配方在车间具有良好的重现性,一般都需要进行批量放大以进一步调整,根据混炼效果差异的预估结合产品生产总量和生产线最小生产批量确定试验放大批量(如常规批量的30%、50%或者是100%)。制样测量后,根据色差效果对放大配方进行进一步调节,再择量生产制样测量,直至达到满意的匹配效

果,确定最终的生产配方。同实验室调节一样,车间放大过程中,根据样品质量的检测情况,除颜料外也对填料、各种助剂进行微调,保证产品预期的质量与理想的生产成本。需要注意的是,放大过程中会产生较大量的不合格品(颜色匹配差),需要在当次生产中尽量消化掉,难度较大的也应在下一批次的生产中用掉,可行的话,也可以用于其他产品的生产中。


2.2.7 批量生产

车间放大确定的生产配方在正常情况下是不需要也不允许任意更改的,但在那些中小型粉末涂料企业中,受各种因素影响所用原材料经常出现批次间质量的波动甚至品种和生产厂家的更换,为保证及时供货,技术人员不得不经常进行配方调节以完成生产;随着原材料价格持续升高,不少企业也降级使用价格优惠的原辅材料,这些都给批次间产品质量的稳定尤其是批次间色差的控制带来挑战。


2.3 配色质量控制要点

2.3.1 标样

初期粉末涂料厂家为涂装客户提供的标准样板(色卡)大多是试验制作的,当客户指定采购某款色卡的产品时,生产产品与原试验色卡极易存在明显的色差,美国标准A A M A2603\2604\2605对色差都明确指出是实际生产线制备的涂膜产品,而非实验室制备的样板。后来粉末涂料色卡基本上都采用批量生产的产品喷涂制作,确保随后能提供让客户满意的粉末涂料产品。客户提供的标准以粉末样品最佳,其次是新色板,样件、旧色板都不利于标准准确设立,甚至有客户使用语言描述其产品要求(如近似或类似某某颜色),为避免交货时的质量争议,这些情形下标准约定前要与客户进行充分的沟通,达成共识。


2.3.2 同色异谱

光谱反射曲线不同的颜色在一组观察和光源下匹配,但在另一种条件下不匹配,这种现象叫同色异谱,由于光源的变化导致误配称为照明体条件同色异谱,观察者变化存在的误配称为观察者同色异谱。配色仪可展示各种光源下K/S光谱匹配效果,同色异谱一目了然,但当生产用颜料缺乏时,不少配色人员明知同色异谱也得制样,并期望有一个较好的匹配效果。要根本避免同色异谱问题,就必须加强颜料数据库的建设,一般企业的颜料库不足百种颜料、常用品种只二三十种,而大型企业则有几千种颜料数据、常用颜料数百种,市场上各种颜色用颜料几乎尽收库中,配色人员工作起来就轻松自如,基本不存在同色异谱问题了。


2.3.3 标准

同一产品多次或长期生产后,质控人员常将眼前生产的产品只与近几次已生产发出的产品进行色差对比,只要颜色接近就好了,容易忽视原始标准,因为邻近批次产品色差小,大部分客户都不易察觉,产品可顺利被接受。但是质量波动控制图的原理告诉我们,这样极容易造成产品质量波动超出控制线。笔者见到一例,粉末涂料人员持续以上批次产品为标准控制生产,导致色差逐渐偏离原始标准,而客户为一跨国型加工企业,各种组装材料始终以原始标样为统一验收标准,结果造成了严重质量事故。因此,在颜色控制尤其是多批次和长期的持续生产过程中,不仅要控制批次间色差,还要时刻与客户历史供样及原始标准比对,控制颜色偏差,避免过度偏离给客户批次间产品组装带来困难。

2.3.4 遮盖力

虽然涂层遮盖力与涂层厚度、颜料质量、粉末生产设备的分散性能都有关联,但产品中颜料的品种、各自用量及总用量是涂层遮盖力的决定因素。由于颜料价格一般较高,配方中尽可能减少颜料用量。为保证涂层具有恰当的遮盖力,有经验的厂家在配方调整过程中专门设立“最薄厚度色差”指标以有效控制涂层遮盖力。新的粉末涂料厂家或新从事配方设计的技术人员还易出现颜料用量偏高、遮

盖力过度的问题,采用“最薄厚度色差”分析也能克服这方面的不足。

2.3.5 仪器

对待产品色差争议,涂装客户往往更相信自己的视觉,而配色人员则强调仪器测量结果,也有一些客户则坚持自己色差仪的判定,这些都有一定的说服力,但对相关技术人员来说最合理的方式是以观察者视感为主、仪器测量结果为辅来评判产品色差。研究表明分光光度计中含有镜反射成分的积分球是与K u b e l l k a-M u n k理论要求相接近的几何系统,但是它与具有不同表面性质的材料的目视匹配的相关性不是很好,而色差仪的工作稳定性更让其结果减少了说服力,即使未来测色系统开发出更合适的几何系统,但也代替不了观察者明亮的双眼。


3 色差的技术处理

3.1 提高控制标准

对于那些色差要求极高的客户(如ΔE≤0.4)或轻微色差但视觉变化显著的产品(如带红或黄的浅色),必须提高质控标准,并强化目测把关。一般产品企业控制色差ΔE≤1,部分为ΔE≤0.5,且大多为单一光源下,很容易造成视觉色差明显。为加强控制,必须要求各种光源下色差的一致(如同为ΔE≤0.5),还要通过检测、校对、审核人员的目测,达到一致合格。

3.2 加大原料采购批量

即使是规模较大原料生产厂家的产品尤其是颜料也普遍存在批次间色差,一些粉末涂料产品的颜色对其特别敏感,现场调色人员竭尽努力也无法保证颜色与以前一致。原料供应商建议粉末厂家加大单批采购量来保证多批次产品的颜色一致,具有一定的改进效果,对一些重要客户、重要控制产品来说,也很有必要采取这种措施。

3.3 产品库存

涂装客户订货是根据工件加工批量确定的,许多客户单批订货较少,给粉末涂料的生产与质控带来困难。对那些常年使用同一产品而又不能单批超量订货的客户,粉末涂料厂家不妨在充分论证的基础上,少批大量生产,做好产品库存,涂装客户也建议和欢迎这种做法。

3.4 加强技术服务

出现色差一般要进行售后的技术服务工作,而售前的技术服务则能很好地减少色差问题的出现。颜色轻微的波动,客户基本能够接受,但持续不断的波动或偏差不断扩大会引起客户强烈的抱怨,定期的走访、超前的沟通能迅速发现问题,及时予以纠正。对那些色差过大,客户拒绝使用的产品,要迅速给以调换;当客户配套使用的涂料、模塑出现颜色波动时,要及时与客户交流,避免客户依据标准的过度偏移(不少客户会拿涂料、模塑产品来要求粉末涂料的颜色);及时走访还能随时了解客户信息,对产品进行积极调整满足客户需求。

3.5 合理建设颜料库

解决色差的根本问题在于颜料品种的齐全,但全面建立颜料库需要耗费大量的人力、物力与财力,是一个长期持续的过程,而且还不能保证完全符合企业的经营需要,企业也不可能为一小份订单就承担整包装新颜料可能存库几年的风险。配色理论上颜料的无限多与实际中的有限库存确实是极大的矛盾。协调方法一是丰富颜料品种,如绿色颜料,要有偏黄相的、蓝相的,红色要有橙红和紫红等;二是规格齐全,如物美价廉的、高价优质的,国内及国外的,含铅无铅的等;三是特货特备,对销量大、利润高或者重要客户等的产品需要的颜料,积极选样备用;四是技术储备,对一些特殊颜料(如价格高昂、品质优异、特种需求或新品种),进行采样、存库或试用。

4结 语

颜色调配与质控是粉末涂料生产中最基本和最重要的技术工作,当前不少企业还在采用低效率的纯人工操作,有些已开始借助色差仪的协助,而国内主要的粉末涂料商其配色技术只掌握在少数关键技术人员手里,其生产一线的质检人员也只采用目测微调产品颜色。但随着粉末涂料涂装的不断发展,不少管理者已逐渐认识到配色仪给企业带来的高效与质量保证,测色仪的使用将逐渐普及起来,技术人员只有把仪器测配技术与视觉评判、实践经验等充分结合起来,才能真正做好粉末涂料产品的颜色测控工作。


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