Дымка (оптика)

В материалах могут возникать два различных типа помутнения:

• Отражательная дымка возникает, когда свет отражается от материала.
• Помутнение при прохождении света возникает при прохождении света через материал.

Измерение и контроль обоих типов во время производства необходимы для обеспечения оптимального качества, приемлемости и пригодности продукта для использования.Например, в автомобилестроении желателен высококачественный отражающий внешний вид с низкой мутностью при отражении и высокой контрастностью, в то время как для упаковки требуются прозрачные пленки с низкой мутностью и высокой прозрачностью, чтобы можно было четко видеть содержимое, продукты питания и т. д.

Отражение дымки

Отражающая дымка — это оптическое явление, обычно связанное с глянцевыми поверхностями. Это распространенная проблема с поверхностью, которая может повлиять на качество внешнего вида. Отражение от идеальной глянцевой поверхности должно быть четким и сияющим, однако из-за рассеяния на дефектах поверхности, вызванных микроскопическими структурами или текстурами (длина волны ≈ 0,01 мм), отражение может выглядеть молочным или туманным, что ухудшает качество его общего визуального восприятия. появление .

Причины этого могут быть связаны с рядом факторов:

• Плохая дисперсия
• Способ нанесения покрытия
• Варианты сушки, отверждения или запекания
• Виды материалов, используемых в рецептуре
• Полировка или истирание

Глянцевая поверхность с дымкой имеет молочный оттенок с низкой отражающей способностью и контрастностью: отраженные и темные участки менее выражены.На поверхностях с дымкой видны ореолы вокруг отражений сильных источников света.

Измерение

Измерение матовости при отражении в первую очередь определяется тремя международными стандартами испытаний:

АСТМ Е430

ASTM E430 включает три метода испытаний:

Метод испытаний А предусматривает угол 30° для измерения зеркального блеска, 28° или 32° для измерения мутности при узком угле отражения и 25° или 35° для измерения мутности при широкоугольном отражении.

Метод испытаний B предусматривает угол 20° для измерения зеркального блеска и 18,1° и 21,9° для измерения матовости при узком угле отражения.

Метод испытаний C предусматривает угол 30° для измерения зеркального блеска, угол 28° или 32° для измерения матовости при узком угле отражения и угол 15° при измерении матовости при широкоугольном отражении.

АСТМ Д4039

Метод испытаний предусматривает измерение блеска при углах 20° и 60°, затем индекс матовости рассчитывается как разница между измерениями под углами 60° и 20°.

ИСО 13803

Источник:

Метод испытаний предусматривает угол 20° для измерения зеркального блеска и 18,1° и 21,9° для измерения матовости при узком угле отражения.

Во всех методах испытаний указано, что измерения должны проводиться в видимом свете в соответствии со спектральной функцией светоотдачи CIE V(λ) в стандартном наблюдателе CIE 1931 и стандартном источнике света CIE CIE.

Поскольку большинство коммерчески доступных блескомеров имеют углы измерения блеска 20°, 60° и 85°, измерение матовости производится либо при 20° (ISO 13803/ASTM E430, метод B), либо при углах 20° и 60° (ASTM D4039). Однако некоторые производители предлагают блескомеры с углами измерения 30° и измерением мутности в соответствии с ASTM E430, методы A и C, но их меньше, поэтому для детализации теории измерения мутности будут включены только первые три метода.

ISO 13803/ASTM E430, метод B

Оба метода испытаний одновременно измеряют зеркальный блеск и матовость под углом 20°. Это означает, что свет передается и принимается под одинаковым, но противоположным углом 20°.

Зеркальный блеск измеряется в угловом диапазоне, который ограничен размерами апертуры, как определено в методе испытаний ASTM D523. Диапазон угловых измерений для этого при 20° составляет ±0,9° (19,1°–20,9°). Для измерения дымки используются дополнительные датчики по обе стороны от этого диапазона при углах 18,1° и 21,9° для измерения интенсивности рассеянного света. С помощью этого метода можно измерить как сплошные цвета, так и цвета, содержащие металлик, при условии использования компенсации мутности (как подробно описано ниже).

АСТМ Д4039

Этот метод можно использовать только для неметаллических материалов, имеющих значение зеркального блеска под углом 60° более 70 в соответствии с методом испытаний ASTM D523/ISO 2813. Индекс мутности рассчитывается на основе измерений блеска, выполненных при углах 20 и 60 градусов, как разница между двумя измерениями. (HI = G60-G20).

Поскольку измерения зеркального блеска во многом зависят от показателя преломления измеряемого материала, блеск при 20° будет меняться более заметно, чем при блеске при 60°, поэтому, поскольку показатель мутности рассчитывается с использованием этих двух измерений, на него также будет влиять показатель преломления материала. . Таким образом, оценка матовости при отражении с использованием этого метода испытаний ограничивается образцами примерно с одинаковым показателем преломления.

Компенсация дымки

Важно отметить, что цвет (светоотражающая способность) материала может сильно влиять на измерение мутности при отражении. Поскольку цвет и дымка являются компонентами рассеянного света (диффузного отражения), их необходимо разделить, чтобы количественно оценить только значение дымки; это также верно для металлов или покрытий, содержащих металлические пигменты, где существует более высокое рассеяние.

Поскольку метод испытаний ASTM D4039 подходит только для неметаллических материалов с более или менее одинаковым показателем преломления, разделение компонентов цвета и матовости не подробно описано. Таким образом, расчеты и измерения индекса мутности с использованием этого метода испытаний дадут более высокие результаты мутности на более ярких цветных материалах, чем на более темных с тем же уровнем мутности. В таблице ниже показаны эти различия для разных цветов:

И ISO 13803, и метод B ASTM E430 требуют отдельного измерения коэффициента отражения света Y для расчета компенсированной мутности. Значение Y для трех стимулов дает меру легкости материала, как определено в ISO 7724-2, требующем использования геометрии 45°/0° со стандартным источником света C и наблюдателем 2° (хотя упоминается, что немного другие условия не приведет к существенным ошибкам). Измерения светоотражения Y необходимы как для материала образца, так и для эталонного белого цвета; В стандарте ISO 13803 подробно описано использование стандарта BaSO ₄ — сульфата бария, белого кристаллического твердого вещества, имеющего белый непрозрачный вид и высокую плотность, поскольку этот материал является хорошей заменой идеально отражающего рассеивателя, как определено в ISO 7724-2.

Компенсированная дымка может быть рассчитана как:

H Комп = H Линейный – Y Образец / Y BaSO ₄

Таким образом, использование метода ISO/ASTM для измерения коэффициента отражения света обеспечивает надежное измерение Y для неметаллических поверхностей, поскольку диффузная составляющая является ламбертовой, т. е. она одинакова по амплитуде под всеми углами по отношению к поверхности образца.

Однако для металлических покрытий и покрытий, содержащих специальные пигменты, поскольку частицы внутри покрытия отражают свет вокруг угла зеркального отражения, металлическое отражение практически отсутствует под углом, под которым измеряется светимость, поэтому эти типы покрытий имеют неожиданно высокое значение дымки. Использование угла измерения, который находится ближе к области, прилегающей к углу дымки, оказалось успешным в обеспечении совместимых показаний для сплошных цветов, а также в компенсации направленного отражения от металлических покрытий и специальных пигментов.

Приложения

Обычно измерение матовости при отражении ограничивается глянцевыми красками и покрытиями, а также полированными металлами. Хотя использование этого метода измерения для пленок имело определенный успех, он оказался ненадежным из-за изменчивости, вызванной изменениями толщины пленки (изменения внутреннего преломления) и цвета фона, на котором находится образец пленки. Обычно измерение мутности пленок выполняют с использованием дымомера пропускающего типа, как описано ниже.

Передача дымки

Легкие и прозрачные материалы

Когда свет падает на поверхность прозрачного материала, происходят следующие взаимодействия:

• Свет отражается от лицевой поверхности материала

• Некоторая часть света преломляется внутри материала (в зависимости от толщины) и отражается от второй поверхности.

• Свет проходит через материал под углом, который определяется показателем преломления материала и углом освещения.

На свет, проходящий через прозрачный материал, могут влиять неровности внутри него; они могут включать плохо диспергированные частицы, загрязняющие вещества (т.е. частицы пыли) и/или воздушные пространства. Это приводит к тому, что свет рассеивается в направлениях, отличных от нормального, степень которого зависит от размера и количества присутствующих неровностей. Небольшие неровности заставляют свет рассеиваться или рассеиваться во всех направлениях, тогда как большие заставляют свет рассеиваться вперед в форме узкого конуса. Эти два типа поведения рассеяния известны как широкоугольное рассеяние, которое вызывает дымку из-за потери пропускающего контраста, и узкоугольное рассеяние, мера прозрачности или «качества прозрачности» материала, основанная на уменьшении резкости.

Поэтому эти факторы важны для определения передающих свойств прозрачного материала.

Пропускание – количество света, которое проходит через материал, не рассеиваясь.

Дымка – количество света, подверженное широкоугольному рассеянию (под углом более 2,5° от нормального (ASTM D1003))

Ясность – количество света, подверженное рассеянию в узкой области (под углом менее 2,5° от нормального).

Измерение

Измерение этих факторов определено в двух международных стандартах испытаний:

АСТМ Д1003

ASTM D1003 включает два метода испытаний:

Процедура А – использование дымомера

Процедура Б – использование спектрофотометра

BS EN ISO 13468, части 1 и 2.

Источник:

Часть 1. Использование однолучевого дымомера

Часть 2. Использование двухлучевого дымомера

Методы испытаний предусматривают использование дымомера, как показано ниже:

Коллимированный луч света от источника света (ASTM D1003 - Источник света C, BS EN ISO 13468, части 1 и 2 - Источник света D65) проходит через образец, установленный на входном отверстии интегрирующей сферы.

Свет, равномерно распределяемый матовым белым высокоотражающим покрытием на стенках сферы, измеряется фотодетектором, расположенным под углом 90° от входного отверстия. Перегородка, установленная между фотодетектором и входным портом, предотвращает прямое воздействие через порт.

Выходное отверстие, расположенное непосредственно напротив входного, содержит светоловушку, поглощающую весь свет от источника света при отсутствии образца. Затвор в этом выходном отверстии, покрытый тем же покрытием, что и стенки сферы, позволяет открывать и закрывать порт по мере необходимости.

Общий коэффициент пропускания измеряется при закрытом выходном порте.

Коэффициент пропускания дымки измеряется при открытом выходном отверстии.

Коммерчески доступные дымомеры этого типа выполняют оба измерения автоматически, единственное взаимодействие с оператором заключается в размещении образца материала на измерительном (входном) отверстии устройства.

См. также

• Глянец (краска)
• Внешний вид
• Отчетливость изображения
• Измеритель прозрачности

Внешние ссылки

• Теория измерения отражения и дымки