用高光膠帶驗(yàn)證低光表面外觀的可行性分析

蘇玉霞，曹曉根，王海朝，馬風(fēng)雪，謝國(guó)菊

（吉利汽車(chē)集團(tuán)有限公司，浙江 寧波 315336）

油漆車(chē)身的顏色、光澤、霧影度、表面結(jié)構(gòu)等影響人們的視覺(jué)感受。光澤和映像清晰度常被用來(lái)衡量涂層的外觀。即使是光澤很高的涂膜，其外觀也會(huì)受到表面波動(dòng)度的影響，光澤的變化并不能減輕波動(dòng)的視覺(jué)效果，人們把這種效應(yīng)稱(chēng)為“橘皮”，也可理解為“高光澤表面的波狀結(jié)構(gòu)”。

1 涂裝橘皮的相關(guān)說(shuō)明

1.1 橘皮儀的測(cè)量原理

橘皮按人眼距離遠(yuǎn)近看物體而被分成長(zhǎng)波和短波。人眼在50 cm距離能看到35條0.1 mm寬的線條，歸納為長(zhǎng)波；人眼在2.5 m距離看到35條0.6 mm寬的線條，歸納為短波。如圖1所示，橘皮儀使用60°的激光作為點(diǎn)光源照射被測(cè)表面，在緩慢勻速推動(dòng)10 cm的距離內(nèi)發(fā)射1 250次激光照亮表面，讀取1 250個(gè)數(shù)據(jù)，每個(gè)讀數(shù)之間的距離為0.8 mm。在光源對(duì)面以同樣角度通過(guò)狹縫濾波的方法測(cè)量反射光。由于表面存在波紋，當(dāng)光線照在波峰或波谷時(shí)，反射光最強(qiáng)，儀器檢出最大信號(hào)；光線照在斜坡時(shí)，由于反射角的變化，反射光偏離60°，儀器檢出信號(hào)最小，因此測(cè)得的信號(hào)頻率正好是被測(cè)表面機(jī)械輪廓頻率的2倍，與人眼觀察到的光學(xué)輪廓一致。

圖1 測(cè)量橘皮的原理Figure 1 Principle of orange peel measurement

1.2 橘皮值各波段的測(cè)量

橘皮儀可一次測(cè)量Du、Wa、Wb、Wc、Wd、We、Lw、Sw和DOI，共9個(gè)數(shù)據(jù)。其中短波Sw(波長(zhǎng)0.3 ～1.2 mm)、長(zhǎng)波Lw(波長(zhǎng) 1.2 ～ 12.0 mm)分別包含了全部或部分的Wa(波長(zhǎng) 0.1 ～ 0.3 mm)、Wb(波長(zhǎng) 0.3 ～1.0 mm)、Wc(波長(zhǎng) 1.0 ～ 3.0 mm)、Wd(波長(zhǎng) 3.0 ～ 10.0 mm)和We(波長(zhǎng) 10.0 ～ 30.0 mm)的值，如圖2 所示。鮮映性DOI =f(Du,Wa,Wb)，即DOI是晦澀度Du(＜ 0.1 mm)、Wa和Wb的函數(shù)，是以物體在表面產(chǎn)生的影像的銳度為特征的光澤的一部分，如圖3所示。

圖3 不同DOI的示意圖Figure 3 Schematic diagram of different DOI values

根據(jù)以上情況，本次高光膠帶測(cè)量按多數(shù)車(chē)企常用的綜合性指標(biāo)Lw、Sw、DOI作為檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證與分析。

1.3 高光膠帶測(cè)量低光表面橘皮的原理

對(duì)于鋼板、電泳漆膜等低光表面，若采用橘皮儀直接檢測(cè)，因光澤太低，橘皮儀只顯示晦澀度Du的值。其中裸鋼板的Du值一般為80左右，電泳漆表面Du值一般在66以上，均超過(guò)橘皮儀檢測(cè)范圍(橘皮儀檢測(cè)中高光表面要求Du＜ 65，檢測(cè)高光澤表面要求Du＜ 40)。因此采用高光膠帶配合橘皮儀的方式，驗(yàn)證利用高光膠帶本身的高光澤及通透性來(lái)測(cè)量低光(Du＜ 65)表面結(jié)構(gòu)特征的可行性。

2 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

2.1 標(biāo)準(zhǔn)玻璃板樣件選擇

選用標(biāo)準(zhǔn)福耀黑色高平整度玻璃板(見(jiàn)圖4)作為鋼板及鋼板涂漆后的參照基準(zhǔn)，以驗(yàn)證高光膠帶自身的外觀形貌對(duì)低光表面橘皮測(cè)量的影響。

圖4 標(biāo)準(zhǔn)黑色玻璃板Figure 4 Standard black glass plate

2.2 梯度鋼板樣件的選擇

為了保證檢測(cè)樣件外觀形貌有明顯梯度，選用ZM烘烤硬化鋼板樣件，分別進(jìn)行0%、3%、5%和8%的均勻拉伸，拉延率越大則鋼板表面的波紋越明顯，波紋度(Wsa1-5)[1]越差(見(jiàn)表1)，對(duì)涂裝橘皮的影響也就越大。

表1 梯度板的波紋度Table 1 Gradient variation of waviness of the specimens to be tested

將樣板固定懸掛在車(chē)身的同一位置和同一高度，隨整車(chē)進(jìn)入涂裝生產(chǎn)線進(jìn)行前處理和電泳制樣。

按表2的掛板方向、流平要求及烘干方式，采用相同的噴涂參數(shù)，在專(zhuān)用的噴涂實(shí)驗(yàn)室中用機(jī)器人對(duì)樣板噴涂黑色面漆和清漆，保證噴涂過(guò)程的一致性。

表2 驗(yàn)證用樣板方案與明細(xì)Table 2 Details of verification test schemes

2.3 測(cè)量?jī)x器及材料

在樣板上粘貼高光膠帶[Nitto日東31B型PET(聚對(duì)苯二甲酸類(lèi)塑料)測(cè)試膠帶，其規(guī)格為25 mm × 50 m ×0.053 mm，膠黏劑為異烯酸材料]，然后采用橘皮儀測(cè)量，如圖5所示。

圖5 低光澤表面橘皮檢測(cè)用儀器及輔助材料Figure 5 Instrument and auxiliary materials for measuring the orange peel on a low-gloss surface

3 測(cè)量過(guò)程

3.1 樣件清潔

用干凈的無(wú)絨擦布沾取適量酒精，對(duì)待測(cè)試樣表面反復(fù)擦拭，直到無(wú)油污、灰塵、線絨、手印等痕跡為止。

3.2 高光膠帶粘貼

測(cè)量位置：粘貼高光膠帶和測(cè)量橘皮的位置是如圖6a所示的中間位置，膠帶粘貼方向和測(cè)量方向均垂直于拉延波紋的方向。

粘貼方法與要求：用右手將膠帶一端拉離膠帶卷。先將膠帶端頭固定在樣件測(cè)量區(qū)域外圍，左手拉開(kāi)膠卷約150 mm左右，拉開(kāi)的膠帶與測(cè)量平面呈45°左右，右手食指指腹順著膠帶拉開(kāi)的方向快速滑動(dòng)和按壓。確保粘貼后的膠帶無(wú)明顯的壓痕和氣泡，如圖6b所示。

圖6 粘貼了高光膠帶的梯度板Figure 6 Drawn panel adhered with a tape

3.3 測(cè)量過(guò)程

(1) 用橘皮儀直接測(cè)量面漆涂層的橘皮數(shù)據(jù)。

(2) 在被測(cè)表面(包括祼鋼板、電泳涂層、面漆涂層)粘貼高光膠帶后測(cè)量橘皮。

4 測(cè)量結(jié)果

4.1 黑色標(biāo)準(zhǔn)玻璃板的橘皮測(cè)量結(jié)果

福耀黑色玻璃板的橘皮數(shù)據(jù)及玻璃板上粘貼高光膠帶后的數(shù)據(jù)作為參考，見(jiàn)表3。

表3 黑色標(biāo)準(zhǔn)玻璃板粘貼膠帶前后的橘皮數(shù)據(jù)Table 3 Orange peel measurement results for black standard glass before and after being adhered with a tape

4.2 4種梯度板橘皮測(cè)量結(jié)果

4.2.1 Lw值

如圖7所示，電泳后的紋路目視最明顯，其對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)波值最高。

圖7 不同樣板表面的橘皮長(zhǎng)波Figure 7 Long wave values of orange peel on different specimens

鋼板拉延率越大，鋼板涂漆前后的目視外觀紋路就越明顯，對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)波值也越大。

從面漆加膠帶的測(cè)量結(jié)果與面漆自身長(zhǎng)波值對(duì)比可知，兩者基本相當(dāng)。這說(shuō)明采用高光膠帶測(cè)量長(zhǎng)波值具有較強(qiáng)的可行性。

4.2.2 Sw值

如圖8所示，鋼板拉延率越大，鋼板涂漆前后對(duì)應(yīng)的短波值也略大。此趨勢(shì)與長(zhǎng)波一致。

圖8 不同樣板表面的橘皮短波Figure 8 Short wave values of orange peel on different specimens

與面漆自身短波值對(duì)比可知，面漆加膠帶后的短波值降低明顯，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于玻璃加膠帶(玻璃板自身的Sw為0，粘貼膠帶后Sw為20左右)。這說(shuō)明膠帶測(cè)量短波值不可行，但可以作為判斷趨勢(shì)的參考。

面漆加膠帶后的Sw也降低明顯。這主要是因?yàn)槟z帶遮蓋了面漆的短波，同時(shí)膠帶本身的短波與面漆短波的波峰波谷有可能重疊(如圖9所示)。

玻璃加膠帶的DOI與面漆加膠帶基本重疊(見(jiàn)圖10)，說(shuō)明了橘皮儀測(cè)量的DOI基本反映的是膠帶本身的DOI。膠帶自身的DOI又受底材影響，底材的Du值(見(jiàn)圖11)越大，DOI越低。因此DOI只能作為判斷底材光澤趨勢(shì)的參考。

圖10 不同樣板表面的鮮映性Figure 10 Distinctness of image for different specimens

圖11 不同樣板表面的晦澀度Figure 11 Dullness of different specimens

5 結(jié)論

(1) 對(duì)于橘皮儀無(wú)法直接測(cè)量的低光表面，可采用粘貼高光膠帶的方式配合測(cè)量低光表面的外觀形貌，根據(jù)橘皮長(zhǎng)波值來(lái)判斷底材形貌的波動(dòng)。

(2) 高光膠帶測(cè)量的短波數(shù)據(jù)受膠帶遮蓋及本身短波影響較大，檢測(cè)數(shù)據(jù)不可用，只能用來(lái)判斷底材外觀的趨勢(shì)。

(3) 通過(guò)高光膠帶測(cè)得的DOI和Du主要反映的是高光膠帶本身的值，雖也會(huì)受到底材的影響，但沒(méi)有參考價(jià)值。