精确测量和表征特效的涂料技术

BMA004

    介绍

    涂料色彩的一致性是至关重要的。涂料色彩的一致性可以达到高质量面漆所要求的视觉印象并且避免受到客户们的抱怨。特殊效果涂料在汽车工业和其他应用领域中有着支配性的作用，原因在于特殊效果涂料可以使物体具有“活性”和显著的吸引力。在过去的几十年当中已经不断地开发出了新的特效颜料。这些新的特效颜料拥有不断复杂化的色彩迁移性和外观效果，因而传统的使用仪器已经没有办法充分地对其进行描述。
    特效颜料的色彩测量
    引进的第一种类型的特效颜料是金属涂料中的片状铝粉。它们可以依赖于视觉角度而表现出一种明暗跳动的效果，因而突出了物体的曲面轮廓（图1）。

图1:金属颜料

    为了使用仪器对这种效果进行充分的表征，从各种不同的角度进行了测试（图2）。经测定发现：在金属面漆变角光度的表征中，需要至少3个、最好5个不同的视角才能提供足够的信息1,2,3,4。用于多角度测量的测量观测系统是按照反射角而规定的。反射角指的是从照射平面的镜面方向进行测量得到的观察角。当测量角是从镜面方向向法线方向时，反射角是正值5,6。

图2:多角度分光光度计照射传感观测系统示意图

    后来在涂料行业中引进了珍珠颜料。珍珠颜料不但可以随着观察角度的不同而表现出亮度的变化，还可以由于光的干涉而表现出色彩浓度和色调的变化（图3）。

图3:相干色料

    对于那些颜料的新一代产品，它们的颜色甚至可以在更一个更为宽广的范围内发生变化，例如可以在色彩空间的几个象限中进行穿梭（图5）。我们可以十分经常地从镜面反射的另一侧（相当于“光泽的背后”）观察到色彩的迁移变化。传统的多角度色彩测量方法可以从3或5个角度对漫射光的反射进行量化。但是前面提到的色彩迁移变化的效果是没有办法使用传统的多角度色彩测量方法进行充分描述的。研究表明：“背后光泽度”的这种效果与视觉评估的相互关系可以通过至少添加一个-15°的测量角而得到极大的改善（图4）7。

图4:“光泽度背后”的颜色迁移测量

图5:颜料色彩浓度的迁移

特效涂料的片层表征

    金属颜料和相干颜料（珍珠闪光颜料）不但可以根据观察角度改变它们的色彩视觉效果，还可以根据光照条件（阳光直射和多云天空）而进行视觉效果的改变。这种效果是没有办法使用传统的多角度色彩测量工具捕捉到的。原因在于：传统的多角度色彩测量工具测量的是大范围内的光谱反射的积分，而无法对底色漆的颜色和特效涂料片层的反射进行区分。
    在漫射光（多云）条件下，有着这种效果的面漆可以产生非常精细直到非常粗糙的明暗特效式样（图6）。通常用来描述这种现象的术语有：颗粒效果、粗糙效果、纹理效果或盐粒状效果和胡椒粉状效果。这种效果只有在非常近的距离下才可以观察到，并且不会随着观察视角的变化而变化。颗粒效果可以根据片层尺寸、涂料中片层方向的不同而不同，并且也会受到片层在应用过程中结块的影响。

图6:漫射光条件下观察到的颗粒情况

图7:阳光直射条件下观察到的闪光特效

    另一方面，直接光照（阳光）可以使颜料变得闪闪发光（图7），可以观察到从低到高不同强度的小型的闪光效果。这种效果也叫做闪烁效果、微亮效果、钻石效果等等。闪烁效果是由于片层的反射产生的，因而会受到片层类型（片状铝粉、云母、Xirallic）、片层浓度和尺寸的影响。与颗粒状效果相比，闪光效果在更大程度上受到照射角的影响。
  色彩总体效果的仪器测量

图8:BYK-mac对色彩总体效果的测量

    为了表征特效面漆在不同视角和照射条件下的视觉效果，采用了BYK-Gardner提供的一种新仪器。该仪器可以进行：
    “镜面反射前面和后面”的多角度色彩测量，以便更好的观察某一种特效色彩的真实的色彩迁移能力。     通过测量闪光效果和颗粒效果而对片层进行表征，可以模拟多云和明亮阳光条件下的效果变化。     为了测量闪光性和颗粒性，该仪器上装有与人眼的空间分辨率相关的数码照相机。相机可以在不同的光照条件下拍照。对白色涂层的半球进行漫反射，可以模拟多云的条件并对颗粒效果进行测量。从三个角度进行直射可以测量阳光直射条件下的闪光效果（图8，9）。

图9:多角度色彩效果测量示意图

    为了获得数字化的评估结果，从而用于日常操作控制和达到控制质量（QC）的目的，可以使用算法对相机图片进行分析。算法是建立在对多种汽车面漆的可视化评估的基础上的，该算法是与汽车、颜料和涂料工业中的合伙人一起建立的。
    为了更好地对各种效果进行区别，闪光效果的视觉印象是按照一个二维体系进行描述的：闪光面积和闪光强度。对于简单的用途而言，可以使用一项功能而将这两个参数结合到闪光品级这个数字中。颗粒度则是通过测量光亮和阴暗区域的一致性而对其进行评估的，并定义了一个颗粒值对其进行归纳。颗粒值为零代表的是理想的单色，颗粒值越高则代表了漫射光条件下试样看起来更加颗粒化或粗糙化。
  应用
    闪光度和颗粒度是汽车应用中至关重要的参数，原因在于在汽车行业中要达到包括附加零件在内的车身整体视觉效果的协调。
    图10表示的是一种和无烟煤一样的颜色的例子，这种色彩的闪光效果弱，可以获得附加零件和车身色彩的匹配。所有对附属零件的测试都是在色差容差椭圆内完成的。图11从另一方面表示了闪耀的红色的很好的匹配。所有的读数都在容差范围内。

图10:附加零件与车身的较差匹配图

图11:附加零件和车身的优异匹配图

    闪光容差系统是基于一个椭圆模型的。原因在于与不同闪光级别的两个样品相比，人眼对同一闪光级别的两个样品的不同有着更强的耐受力。这和人类对色彩的视觉感知是非常类似的。在色彩的视觉感知中，人眼对于色彩浓度的变化比色调的变化有着更强的耐受力。
    最后也是最重要的，颗粒度和粗糙度是两个独立的参数，需要对其进行并列的分析。任何一个特定的样品不论闪光值的大小都可以有或高或低的粗糙度。这已经得到了后来的视觉研究的证明8。
  结论
    新型的特效颜料不但可以改变不同视角下的外观，还可以不同照射条件下（直接光照和多云情况）的外观。新型特效颜料为效果面漆添加了一种新的表征尺度。BYK-Gardener公司新仪器的使用，使得现在可以对涂料的总体色彩效果和视知觉一起进行客观地测量。从6个不同角度进行的多角度色彩测量与闪光和粗糙度测定一起使用，可以作为确保有着任意涂层特效产品的总体色彩平衡的极好的工具。