光泽测试原理及其影响因素

1.光泽原理

涂膜的光泽也就是涂膜对于光反射能力的强弱，通常凭借人肉眼的感觉对涂膜对于环境当中光的反射强弱做出评价。而光照射到涂膜表面的走向示意图如图6—9所示。

图6—9　涂膜表面光的反射示意图

（1′—入射光；1—镜面反射光；2—偏差反射光；3—散 射光）

如图6—9所示，当一束光照射到漆膜上时，这束光将分散成为镜面发射部分、偏差反射和散射部分，还有图中并未标明的经过涂膜吸收后，才透射出来的光的部分。很显然涂膜要展现出更强的反射光的能力，需要有更加平整且光滑的表面。另外在涂膜不含有光效应颜料时，涂膜表面光的入射角ε的大小对于光的反射强弱有极大的影响，如图6—10所示。

由图6—10所示，当入射角较小时，尤其是当入射角小于60°时，表面对于光的反射率都很低，但是当入射角在60°以后继续增大时，表面对于光的反射率迅速增大，当入射角达到90°时，可达到理论的100%的反射率。表面对于光的反射强弱，可以通过反射计进行直接的测量。其测试原理图如图6—11所示。

图6—10　入射角与反射率的关系曲线图

图6—11　反射计测试原理图

如 图6—11所 示，当 对没有光学效应的颜料存在的涂膜进行光反射能力测试时，入射角与反射角相等，即ε1=ε2，当入射光强度一定时，通过测试接收到的反射光强度的大小将可以直接计算出某一涂膜表面对于光的反射能力，也就是可以表征出我们定义的涂膜光泽。在实际应用过程中对于涂膜反射光的能力测试，用反射计测试是极为少见的，因为反射计对于光泽的测试相对片面，尤其是当漆膜表面光滑但不平整时，用一个入射角测试反射强度的反射计测试涂膜光泽会带有一定的片面性。因而在实际涂膜光泽测试当中，最经常使用的测试方法是使用光泽度仪，对涂膜的光泽进行测试，其测试原理与反射计类似，如图6—12所示，但是光泽度仪可以选择入射角度，进而可以测试出不同入射角的光泽，因此能够更全面地呈现出涂膜的表面状态。

图6—12　涂膜光泽仪测试原理

如图6—12所示，采用涂膜光泽测试仪对于待测试表面进行光泽测试时，是使用平行的入射光以20°、60°、85°的入射角，照射到待测试表面，在对应的反射角距离入射点相同的地方设定检测反射光的强度，进行入射与反射光的强度对比，可以得出不同入射角下测试表面的光泽。

根据上述的光泽测试原理，我们可以确定，涂膜的光滑平整是能够实现高光泽的基础。而且这所谓的光滑和平整是以光的波长为单位计量的，即要求涂膜表面微观形态是光滑平整的才能呈现出高光。对于不同的涂膜形态呈现出不同的光泽的，示意图如图6—13所示。

图6—13　涂膜表面不同微观形态的光泽示意图

如图6—13所示，不同的表面形态，光泽测试仪出来的光泽将呈现出不同的测试数据。图6—13（a）代表理论上的全反射也就是光泽度达到100°。而图6—13（b）代表涂膜微观光滑但不平整，进行光泽测试时，涂膜对于光的反射并不能全然被接收器收集，并给出准确的数据，因而目视涂膜的光反射较强，但测试的光泽不会太高，尤其是亮光的橘纹与锤纹漆，目视涂膜对于光泽反射明显，但测试所得光泽通常与目视感觉不一致。而图6—13（c）属于涂膜表面平整，但微观形态不光滑，如使用哑光涂料时表面聚集了哑粉，使得涂膜表面微观结构不光滑，但宏观状态平整，涂膜对于光的反射极为分散，测试所得光泽和实际目视光泽都较低。图6—13（e）为现实涂膜的微观形态，也就是在不同的区域会有不同的微观结构，这将会造成在进行涂膜光泽测试时，测试所得的同一样件上的涂膜光泽也会有一定差异，这也是对于涂膜进行光泽测试时，误差相对较大的根本原因。

实际涂膜表面微观形态的形成是由涂装基材和涂膜共同决定的，因而最终涂装形成的光泽高低也将由基材与涂膜共同决定。涂膜表面形态的影响因素如图6—14所示。

由图6—14我们可以看到，最上面的示意图呈现的是，基材较为粗糙时，适当的涂装可以形成表面较为平整光滑的涂膜；中间的示意图呈现的是，基材较为平整但涂膜自身形成了较为粗糙的表面形态；最下面的示意图呈现的是，基材较为粗糙，形成的涂膜的表面形态也较为粗糙。

图6—14　涂膜表面的微观形态形成的示意图(www.xing528.com)

由上述对涂膜的光泽形成以及测试原理的阐述和涂膜光泽影响因素的阐述，我们可以得出，要实现设定的涂膜光泽，需要综合考虑涂装基材的表面状态和涂装材料的特性，并在涂装实施过程中进行有效的控制才能实现对于涂装光泽的设计。

2.光泽问题

在涂装施工过程中，是很难鉴别涂料的光泽的，但涂料干燥之后，光泽就很容易由肉眼分辨出来，而当前市场当中已经有了相应的涂膜光泽检测的仪器，更是能够准确地测试光泽的具体度数。

（1）问题描述

工件经涂料的涂装施工和干燥之后，在工件表面形成的涂膜的光泽与设计要求不一致。实际涂膜光泽，可能偏高，也可能偏低，但是光泽偏低更为常见。

（2）原因分析

涂料光泽与涂料当中的成膜物质性能与配比有关，还与形成涂膜后各成分的分布有关。

涂料的成膜物质当中树脂是涂膜的基体，因而树脂自身成膜后，涂膜光泽决定涂料光泽的上限；颜填料是涂膜展示色彩、遮瑕、防护及其他装饰功能的基础，颜填料的性能与在涂膜当中的分布状态也会极大地影响涂膜光泽；为了达到涂膜装饰效果、光泽要求以及表面效果，涂料体系中的其他功能物质也会影响涂膜的光泽，如消光粉、蜡粉、手感剂等。

涂膜当中颜填料和助剂的结构、性能、分散程度及在涂膜当中的分布状态将在很大程度上影响涂膜光泽。如颜填料自身细度与吸油量决定涂料当中相同含量的颜填料涂膜光泽的上限；消光粉粒径大小、上浮到涂膜表面的能力以及最终在涂膜当中的分布状态也将极大影响涂膜光泽。

因而假定涂料配方基本确定的情况下，涂膜的光泽存在问题，主要有两个方面可以导致涂膜光泽的不一致。

① 涂料生产过程中，配方确定后，树脂和颜填料的性质都已经确定，但对于颜填料的分散程度未能达到颜填料的上限，例如细度达到了生产需求，但是并未达到颜填料的分散上限。进而在涂料施工成膜后，光泽也始终有一定的变化。

② 涂料施工工艺与干燥工艺不同，会使得涂料施工后流平状态不同，且各种成膜的物质成分在涂膜当中的分布状态不同，进而出现光泽不一。如涂料喷涂施工时，喷涂的厚度越高，涂膜的光泽也会随之升高；又如同样的双组分聚氨酯涂料施工后，干燥得过快会引起涂膜光泽下降。

（3）解决方案

要有效地解决涂膜光泽的问题，必须要从涂料的生产过程和涂料的施工干燥过程来进行控制。

① 在配方确定之后，我们必须要在涂料的生产过程中，确保涂料当中的颜填料的分散程度能够达到颜填料本身的分散上限（或生产设备能够分散的上限），主要以对颜填料浆料和成品涂料光泽是否达到上限为标准，也就是当将颜填料分散到光泽不能持续提高为止。

② 在涂料施工过程中，确保涂装施工的厚度和手法的一致性，以避免施工厚度不一，导致涂膜干燥后光泽的差异；另外涂料施工后，干燥过程也需要进行合理控制，尤其是不能出现大的干燥速度的差异，以能够在相对恒定的温湿度当中进行干燥为最佳，从而确保不会因为干燥速度的不同，使得涂膜的光泽存在一定的差异。