如何系統(tǒng)控制汽車涂裝中的色差問(wèn)題

1、車身油漆色差控制摘要：從油漆漆材料、噴涂工藝、噴涂設(shè)備等方面探討了色差的影響因素，提出了相應(yīng)的控制方法。關(guān)鍵詞：色差；噴涂；施工工藝；影響因素；控制1前言隨著我國(guó)加入WTO，汽車工業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)趨于白熱化，世界各大汽車巨頭紛紛涌入國(guó)內(nèi)建合資企業(yè)， 豐田、日產(chǎn)、本田、馬自達(dá)等日本汽車企業(yè)基本上在中國(guó)都形成了自己的戰(zhàn)略部署， 北汽與韓國(guó)現(xiàn)代聯(lián)姻，華晨與寶馬合資，通用、大眾、福特、戴克、羅孚、菲亞特等國(guó)際知名汽車企業(yè)紛紛入主中國(guó)市場(chǎng)，吉利、奇瑞、哈飛、長(zhǎng)城汽車等高舉民族品牌大旗者也不甘示弱，國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)進(jìn)入戰(zhàn)國(guó)時(shí)代。競(jìng)爭(zhēng)是全方位的，價(jià)格、質(zhì)量、營(yíng)銷、品牌等，要想在競(jìng)爭(zhēng)中生存下來(lái)，就必須在各方向都盡可能做到

2、讓用戶滿意。車身油漆顏色就像是汽車的外衣，在顧客選購(gòu)車輛時(shí)給予第一感觀的認(rèn)知，很可能左右消費(fèi)者有沒(méi)有興趣對(duì)車子進(jìn)行更詳細(xì)的了解。隨著人們生活水平的提高，人們消費(fèi)更趨理性，要求也更加苛刻和專業(yè)。原來(lái)大家可能只對(duì)顏色有個(gè)大致的要求，比如能找到自己喜歡的色系就行了，可現(xiàn)在這種最初層次的性能已遠(yuǎn)不能滿足消費(fèi)者的需求，消費(fèi)者對(duì)油漆的光澤度、鮮映性、甚至色差都有自己的要求。如何做出色差令顧客滿意的油漆車身，這是每一個(gè)汽車油漆工程師都應(yīng)考慮的問(wèn)題。然而車身色差控制是一個(gè)極為復(fù)雜的工作，可能影響最終漆膜色差的因素眾多，如何有效地控制各種影響因素，提高車身油漆色差的質(zhì)量，是每個(gè)汽車涂裝工作者面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)。隨著

3、保險(xiǎn)杠、門把手、后視鏡及加油小門等彩色塑料件的大量采用，要求車身與塑料件的顏色無(wú)偏差，這就對(duì)車身油漆色差的控制提出了更高的要求。目前轎車廠流行的方法是采用儀器測(cè)量與目測(cè)相結(jié)合的方式來(lái)控制色差，一般提供一塊標(biāo)準(zhǔn)顏色樣板，要求車身及塑料配件的顏色與該標(biāo)準(zhǔn)樣板相比無(wú)論是目測(cè)，還是儀器測(cè)量都應(yīng)接近。車身油漆色差的影響因素眾多，它與油漆漆材料、噴涂工藝、噴涂設(shè)備、供漆系統(tǒng)等因素密切相關(guān)。本文就車身油漆色差的控制談一點(diǎn)看法。2色差的概念顏色可以用色相H（Hue），飽和度C(Chroma), 或表示紅綠的a值，表示黃藍(lán)的b值以及明度L(Lightness)來(lái)定義。 Lab色空間是目前最實(shí)用和普及的用于測(cè)量物

4、體顏色的空間模型，它是CIE（國(guó)際照明委員會(huì)，法文：Corporación Interamericana de Entretenimiento，英文名稱：International Commission on Illumination）定義的色空間（如圖1所示），本文中所提及的Lab均為CIE模型標(biāo)準(zhǔn)。 在該空間中L為明度，L為正值表示顏色偏白，L為負(fù)值表示顏色偏黑；a，b為色度坐標(biāo)，其中a為正值表示顏色偏紅，a為負(fù)值表示顏色偏綠；b值為正值表示顏色偏黃，b值為負(fù)值表示顏色偏藍(lán) 圖1LCH色空間與Lab色空間的色度圖相同， 但該色空間為極坐標(biāo)而不是直角坐標(biāo)，L表示明度，與Lab色空間

5、的L值相同，H表示色相，C表示該顏色的飽和度，如圖2 圖2 兩個(gè)色度值(L樣品，a樣品，b樣品)和(L標(biāo)準(zhǔn)，a標(biāo)準(zhǔn)，b標(biāo)準(zhǔn))之間的色差Eab由下式?jīng)Q定：E ab=(L)2+(a)2+(b)21/2其中：L=L樣品-L標(biāo)準(zhǔn)，a=a樣品-a標(biāo)準(zhǔn)，b=b樣品-b標(biāo)準(zhǔn) 如L為正值，說(shuō)明樣品顏色偏淺；L為負(fù)值，說(shuō)明樣品顏色偏深。 如a為正值，說(shuō)明樣品顏色偏紅；a為負(fù)值，說(shuō)明樣品顏色偏綠。 如b為正值，說(shuō)明樣品顏色偏黃；b為負(fù)值，說(shuō)明樣品顏色偏藍(lán)。 在這個(gè)體系中，任一點(diǎn)的容差大小是一樣的，由于人眼對(duì)各種顏色的的敏感程度并不完全相同，這有時(shí)并不能反映真實(shí)的視覺(jué)效果。  為把人眼對(duì)顏色的感

6、受特點(diǎn)考慮進(jìn)去，德國(guó)大眾在大量實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐的基礎(chǔ)上，采用了一套E CMC 值的橢圓公式，E CMC=(L/SL)2+(a/Sa)2+(b/Sb)21/2 或者 E CMC=(L/ SL)2+(C/Sc)2+(H/SH)21/2 其中SL ,Sa ,Sb表示L，a，b的修正系數(shù)，SL ,SC ,SH表示L，C，H的修正系數(shù)。這套公式下標(biāo)是CMC，是在CMC(l:c)色差公式的基礎(chǔ)上演變而來(lái)的，但和CMC(l:c)色差公式并不完全相同，CMC(l:c)色差公式是McDonald 采用了視覺(jué)判斷方式(用八個(gè)專業(yè)人士)的實(shí)驗(yàn)來(lái)決定色配對(duì)是否可被接受，后來(lái)?yè)?jù)此結(jié)果再演譯成 JPC79 公式，並被命名為CM

7、C(l:c) ( Colour Measurement Committee of the Society of Dyers and Colourists)。主要是針對(duì) lightness 和 chroma 做了權(quán)重的估算：                      由于考慮了人眼對(duì)顏色的感受，人眼對(duì)不同的顏色有不同的敏感程度，而在此評(píng)價(jià)體系中不同的顏色有不同的容差系數(shù)，因此該評(píng)價(jià)方式更為

8、精確，如下圖目前全世界車身油漆色差的修正系數(shù)無(wú)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各廠根據(jù)自身的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行控制，我們根據(jù)德國(guó)大眾的經(jīng)驗(yàn)，不同的顏色根據(jù)其L、a、b、C、H可計(jì)算出對(duì)L，a，b或是L，C，H給出不同的容差系數(shù)，具體計(jì)算公式在這里不做討論。對(duì)于特定顏色的油漆，究竟是用公式還是，取決于該顏色的彩度C和明度L，當(dāng)C < 10或(C < 18且L>27)時(shí)，我們認(rèn)為該顏色不是鮮艷顏色，適用公式，而其它情況，我們認(rèn)為該顏色為鮮艷顏色，適用公式。最終對(duì)色差的綜合評(píng)價(jià)，我們目前是從五個(gè)角度對(duì)E CMC進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，單個(gè)角度E CMC小于2.0且五角度E CMC平均1.7即顏色合格，否則為不合格。3色差

9、的測(cè)量色差的測(cè)量一般采用分光測(cè)色法，目前上海大眾和相關(guān)供應(yīng)商均采用X-RITE生產(chǎn)的MA86II色差儀，可采用D65（標(biāo)準(zhǔn)日光，色溫為6500K）等多種光源單方向（450）照明，可從5個(gè)角度（15°、25°、45°、75°及110° ）同時(shí)測(cè)量金屬漆或珠光漆的顏色。4車身油漆色差影響因素4.1油漆材料油漆色漆可分為兩大類：?jiǎn)紊岷烷W光漆，閃光漆包括金屬閃光漆和珍珠閃光漆。單色漆是通過(guò)顏料粒子將入射光進(jìn)行反射的，由于散射光是主體，無(wú)隨角異色效應(yīng)。閃光漆的組成主要有三部分，除了傳統(tǒng)單色漆所具有的透明樹脂溶液和著色顏料外還添入了閃光鋁粉或珠光粉。其中

10、閃光鋁粉和珠光粉就是我們通常所說(shuō)的效果顏料。就它們的光譜特性來(lái)講，普通顏料對(duì)照射到它的光基本都是漫反射；鋁粉除了兩端為漫反射外，基本都是鏡面反射；而珠光粉為半透明材料，除了和鋁粉一樣兩端漫反射、平面鏡面反射外，還有透射。三種組份的光譜特性可用圖簡(jiǎn)單表示：鋁粉珠光粉顏料 對(duì)于金屬閃光漆，鋁粉在漆膜內(nèi)不同層次排列,反射出去的光線其亮度也不一。而光線射入漆膜內(nèi)顏料粒子成有色光，再經(jīng)不同層次鋁粉反射出漆膜時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生色光和金屬光的變化，即閃光效應(yīng)。當(dāng)入射光或視角由垂直逐漸轉(zhuǎn)向與漆膜平行，反射光變?nèi)?，顏色變深（鋁粉平行于漆膜理想排列情況下）。所以金屬閃光漆隨著視角的改變，可觀察到不同程度的金屬色感及閃爍

11、感。對(duì)于珠光漆，入射光經(jīng)反射、折射、透射及部分吸收時(shí)，平行的各種反射光之間的互相干涉而出現(xiàn)珍珠般色彩，如下圖 珠光粉云母片金屬氧化物TiO2Fe2O3 110ºº °按照上海大眾對(duì)的色差控制要求，單色漆由于其光譜特性各項(xiàng)的均一性，所以只對(duì)其45度角的色差數(shù)據(jù)進(jìn)行控制，而對(duì)于閃光漆，則需要對(duì)15º、25º、45º、75º、110º五個(gè)角度的色差數(shù)據(jù)進(jìn)行控制。測(cè)色角度如下圖：樣品0º °光源15ºº °25ºº °45ºº

12、; °75ºº ° 其中，15º25° 為近鏡面反射角，其鏡面反射色主要受金屬片或珠光粉顏料的定向排列影響。 45º為直視角，是目視樣板的最佳角度，受鋁粉珠光粉排列與著色顏料的雙重影響。75º 和110º 為側(cè)視角，受著色顏料影響最大。對(duì)單色漆色差影響最明顯的是油漆的膜厚。單色漆由透明的樹脂和著色顏料組成，相對(duì)有鋁粉的的金屬漆來(lái)講，遮蓋力相對(duì)較差，紅或黑等深顏色由于顏料的透光率較低，遮蓋力尚可，而對(duì)于顏色較淺的白色和黃色等顏色，通常正常的施工條件下的色漆膜厚并不能達(dá)到黑白格意義上的完全遮蓋，這時(shí)使用何種顏

13、色的中涂以及漆膜的厚度控制對(duì)色差的影響顯得至關(guān)重要。為了減少中涂對(duì)最終色差的影響，通常的做法是采用較淺顏色的中涂，比如白色或淺灰中涂，盡管如此，較低的膜厚仍會(huì)讓光線射到中涂后反射回色漆層，經(jīng)過(guò)中涂的吸收后，吸收光譜必然產(chǎn)生變化，所以單色漆如黃顏色，其顏色數(shù)據(jù)往往是由色漆層和部分中涂層的吸收光譜疊加出來(lái)的，其色漆膜厚的微小變化可能會(huì)產(chǎn)生較大的色差，這對(duì)施工是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。 鋼 板 電 泳中 涂色 漆清 漆而閃光漆除了樹脂和著色顏料外，還有鋁粉（珠光粉）等效果顏料，其色差不但受膜厚的影響，還受效果顏料定向排列的影響。通常閃光漆的遮蓋力都較好，更多對(duì)閃光漆色差的影響來(lái)自效果顏料的的含量及其定向排列

14、。閃光漆噴涂后溶劑揮發(fā)漆膜收縮， 一次噴涂濕膜簿的，漆膜收縮后，鋁粉（珠光粉）平行于漆膜排列的傾向性大。濕膜厚的，溶劑揮發(fā)漆膜收縮后，其膜厚空間擴(kuò)大，鋁粉（珠光粉）隨機(jī)排列趨向加大，則平行于漆膜定向排列趨向減少，如下圖所示。 在油漆配方一定的情況下，不同的施工參數(shù)可以得到不同的鋁粉（珠光粉）排列，產(chǎn)生不同的顏色效果。4.2施工參數(shù)：表格1和表格2分別為同一油漆(小麥黃) 在兩種施工條件下得到的色差數(shù)據(jù)：表格 1Geo.dL*da*db*dC*dH*參數(shù)15-0.2-0.9-3.3-3.40.6ESTA:100ml/min, 轉(zhuǎn)數(shù):30k ,氣壓:1.2bar P:300ml/min, 霧化:2

15、.3bar ,扇面:3.0bar 閃干時(shí)間:1.5min 膜厚:P45m ,總11m 25-1.4-0.4-1.9-1.90.345-1.20-0.5-0.50750.1-0.20.30.30.21101-0.30.90.80.4表格 2Geo.dL*da*db*dC*dH*參數(shù)15-1.7-0.5-0.9-10.4ESTA:100mi/min ,轉(zhuǎn)數(shù):30k 氣壓:1.2bar P:300ml/min, 霧化:1.8bar ,扇面:3.0 bar 閃干時(shí)間：1.5min 膜厚 :P45m ,總11m25-2.2-0.2-0.4-0.50.245-0.80.10.10.1-0.1750.400

16、.50.50.11100.900.80.80.2從表中數(shù)據(jù)不難看出，相比于表格1，表格2的施工參數(shù)僅降低了空氣噴涂中霧化空氣壓力，從而使得到的漆膜小角度明度dL*明顯下降，45和75度明度略有增加,而110度主要受ESTA噴涂影響,因?yàn)镋STA參數(shù)沒(méi)變,所以110度變化不明顯.而大角度明度變化不大，色相方面也發(fā)生了類似的變化，即小角度黃相db*明顯上升，而大角度變化不明顯。這是因?yàn)殪F化空氣壓力的降低，使噴涂時(shí)霧化變粗，漆膜相對(duì)較濕，從而小麥黃的鋁粉隨機(jī)排列趨向加大，則平行于漆膜定向排列趨向減少，鏡面反射也就減少，所以小角度明度下降，而黃相恰恰相反，因?yàn)樗芍伭系穆瓷溆绊?，由于鋁粉縱向排列

17、增多,對(duì)顏色的散色光的阻擋變?nèi)趿?黃相顏色的光線更多的反射出來(lái)。因此，霧化空氣壓力降低，鋁粉定向排列的趨向減少，從而使小角度明度下降,黃相增加。同樣,其他施工參數(shù)也會(huì)對(duì)鋁粉的定向排列產(chǎn)生影響，從而影響油漆的色差。下表給出了各參數(shù)對(duì)閃光漆小角度明度的影響規(guī)律。參數(shù)變化趨勢(shì)濕膜狀態(tài)霧化程度小角度L值Spray-mate霧化空氣量 增大變干變細(xì)變淺成形空氣量增大變干變細(xì)變淺油漆流量增大變濕變粗變淺噴槍與車身距離增大變干-變淺ESTA旋杯轉(zhuǎn)速增大變干變細(xì)變淺成形空氣量增大變濕-變深油漆流量增大變濕變粗變深高壓增大變干變細(xì)變淺噴杯與車身距離增大變干-變淺噴漆室溫度增大變干-變淺濕度增大變濕-變深色漆粘度

18、增大變濕變粗變深4.3噴涂設(shè)備：相同的色漆材料，在不同的噴涂設(shè)備上噴出的色差也有所不同。以人工噴涂來(lái)控制色差是不切實(shí)際的，由于人工噴涂受人為因素的影響較大，無(wú)法始終保持穩(wěn)定的噴涂參數(shù)，ESTA高速旋杯自動(dòng)靜電噴涂由于其噴涂效率高，油漆利用率高成膜分布好，顏色均勻，質(zhì)量穩(wěn)定等顯著特點(diǎn)在汽車涂裝中被廣泛應(yīng)用，目前上海大眾各生產(chǎn)線基本都采用ESTA+Spraymate噴涂的工藝。這兩種噴涂方式對(duì)油漆尤其是閃光漆的色差有不同的影響，下面介紹這兩種噴涂設(shè)備對(duì)色差的影響。采用高速靜電旋杯以及采用空氣霧化噴槍噴涂色漆（金屬漆、珠光漆），兩者的噴涂效果在色澤度、色彩度上都有明顯的區(qū)別，用旋杯噴涂的金屬色漆，與

19、空氣噴涂的金屬漆相比，其色澤較深，但色彩較鮮艷。造成空氣噴槍和高速旋杯不同色彩噴涂效果的主要原因在于：l 金屬漆漆膜中鋁的含量l 噴射漆流中鋁的分布l 鋁片的表面覆蓋能力l 漆粒相互碰撞的脈沖（漆膜中鋁的含量）l 鋁粉在漆膜中的定向排列采用空氣霧化裝置進(jìn)行油漆噴涂時(shí)，小顆粒漆粒容易隨著物體表面氣流方 向的轉(zhuǎn)換而變化運(yùn)行方向， 以至于可能無(wú)法準(zhǔn)確達(dá)到被涂表面；而大顆粒漆粒由于其本身的質(zhì)量較大，故不易偏離其運(yùn)行軌道。（10 µm漆粒到達(dá)被涂面約 10 %, 40 µm 約80 %.） 采用靜電旋杯進(jìn)行油漆噴涂時(shí)相反，小顆粒漆粒由于其本身質(zhì)量較輕，容易沿著磁力線到達(dá)物體表面，而大

20、顆粒漆粒容易在離心力作用下被甩出，成形空氣和磁力還不足以使大顆粒的漆粒克服離心力作用，進(jìn)而到達(dá)被涂物體表面。ESTA空氣噴涂過(guò)噴涂采用空氣噴涂時(shí)金屬鋁粉/珠光粉的定性排列情況：采用ESTA噴涂時(shí)金屬鋁粉/珠光粉的定性排列情況：由上面可以看出，由于ESTA噴涂的高壓靜電的作用，效果顏料運(yùn)行軌跡和定向排列情況都和空氣噴涂時(shí)有所不同，從而使最終的噴涂效果差異顯著。在新顏色色差調(diào)試時(shí)，要根據(jù)實(shí)際的色差狀況設(shè)置ESTA和Spraymate的噴涂參數(shù)，控制好ESTA與Spraymate的噴涂比例，一般ESTA噴涂的膜厚應(yīng)為金屬色漆總膜厚的70%60%，Spraymate噴涂的膜厚應(yīng)為總膜厚的30%40%。

21、在批量生產(chǎn)時(shí)，還要根據(jù)每批色漆的顏色、噴漆室的溫濕度以及助劑用量調(diào)整噴涂工藝參數(shù)。4.4供漆系統(tǒng)4.5.1供漆系統(tǒng)循環(huán)色漆在供漆系統(tǒng)中的循環(huán)時(shí)間對(duì)顏色有較大影響，特別是某些高鋁粉含量的色漆，如果循環(huán)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，鋁粉易沉降，從而在短期內(nèi)對(duì)顏色有較大影響，另外長(zhǎng)時(shí)間的由于循環(huán)，鋁粉在流動(dòng)過(guò)程中受剪切應(yīng)力的作用，可能出現(xiàn)卷曲，這兩個(gè)因素都將引起最終漆膜小角度的明度下降，同時(shí)大角度明度上升。下圖是在生產(chǎn)線上試驗(yàn)的銀色漆明度下降的實(shí)例，試驗(yàn)時(shí)油漆進(jìn)入系統(tǒng)后一個(gè)月內(nèi)，不再添加新鮮油漆，保持系統(tǒng)按正常生產(chǎn)循環(huán)，然后觀察其色差變化情況。實(shí)際觀測(cè)下來(lái)，該顏色僅明度有明顯變化，變化趨勢(shì)如下圖：從圖中我們不難看出，隨著循環(huán)時(shí)間的加長(zhǎng)，小角度明度有明顯下降，而大角度則相反。4.5.2 供漆系統(tǒng)的清潔狀態(tài)隨著顏色品種的日益增加，供漆系統(tǒng)也需經(jīng)常清洗換色。如果供漆系統(tǒng)清洗不干凈，系統(tǒng)中如管壁或閥門內(nèi)殘留的油漆混入新加的油漆中，勢(shì)必對(duì)新油漆的顏色產(chǎn)生較大影響，隨著循環(huán)時(shí)間的增長(zhǎng)，死角內(nèi)溶出的舊油漆增