CC BY
32
ДЕРЕВООБРАБОТКА
К ВОПРОСУ НОРМАТИВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ БЛЕСКА ЗАЩИТНО-ДЕКОРАТИВНЫХ ПОКРЫТИЙ
на древесных подложках
Б.М. РЫБИН, проф. каф. технологии мебели и изделий из древесины МГУЛ, д-р техн. наук, И.А. ЗАВРАЖНОВА, ст. преп. каф. технологии мебели и изделий из древесины МГУЛ
rybin@mgul.ac.ru; zavrazhnova@mgul.ac.ru; caf-mebel@mgul.ac.ru
По характеру отражения света покрытия можно условно разделить на зеркальные, глянцевые и матовые. Зеркальные имеют гладкую поверхность, высота неровностей которой не превышает половину длины волны видимого света (примерно 0,25 мм). Падающий на такую поверхность световой поток отражается не рассеиваясь и дает зеркальное изображение окружающих предметов.
Глянцевые покрытия имеют неровности с более или менее регулярным шагом, высота которых превышает половину длины волны видимого света. В отличие от зеркально гладких такие покрытия обладают ослабленным блеском и изображают окружающие предметы искаженно в зависимости от неровностей покрытий.
Матовые покрытия обладают равномерной шероховатостью. Неровности не имеют острых углов, вершины и впадины скруглены. Покрытия с такой поверхностью рассеивают подающий свет, но из-за скругле-ния неровностей обладают слабым блеском или матовостью.
В настоящее время достаточно надежно оценивают блеск глянцевых покрытий. Для этого используют рефлектоскопический метод оценки и прибор рефлектоскоп Р-4, основанный на четкости изображения контуров светящегося тела на контролируемой поверхности.
Для оценки блеска зеркальных покрытий используют рефлектометрический метод, основанный на определении зеркально отраженного светового потока от контролируемой поверхности с помощью фотоэлементов. Существенным недостатком приборов (блескомеров), работающих на этом принципе, является влияние светлоты и других свойств подложки под прозрачным лаковым покрытием на их показания [1]. Оно тем сильнее, чем
меньше зеркальная составляющая от контролируемой поверхности, поэтому наивыгоднейшие условия применения блескомеров - на зеркальных покрытиях, меньше на глянцевых и матовых.
Для оценки блеска матовых покрытий используют профилометрические методы и используемые в них параметры шероховатости [2]. Оценка «отражающих свойств» таких покрытий параметрами шероховатости оказалась возможной при условии постоянства формы контролируемых поверхностей. Изменения характера блеска покрытий при этом связаны с изменением размера неровностей по высоте и шагу.
Обобщающим методом оценки блеска различных защитно-декоративных покрытий на древесине является применение блескомеров, позволяющих определять поляризационную составляющую отраженного света покрытием и подложкой. Исследования поляризации светового потока при отражении от поверхности прозрачного лакового покрытия [3] позволили предложить прибор (ФБП) и метод определения блеска. В его основе лежит явление поляризации светового потока, отраженного от поверхности диэлектриков, которыми являются лаковые покрытия. Поскольку показатели преломления покрытий изменяются в пределах 1,52 ... 1,56 [4], то поляризация света будет наблюдаться под углом Брюстера около 60°. В этом случае отраженный от поверхности покрытия световой поток поляризован, т.е. колебания вектора электрической индукции распространяются в определенном направлении. Это относится к покрытиям, на поверхности которых отсутствуют микронеровности профиля. Поскольку на поверхности прозрачных покрытий наблюдаются микронеровности профиля, то при отражении от ровных участков световой
122
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2011
ДЕРЕВООБРАБОТКА
поток является поляризованным, а при отражении от участков, содержащих неровности, неполяризованным. Учет влияния подложки основан на том, что прошедший лаковое покрытие и отраженный древесной подложкой, поток не поляризован, так как отражение от границы раздела покрытие-подложка происходит не под углом Брюстера и кроме того на поверхности подложки имеются неровности анатомического происхождения и шероховатость.
Предложенный блескомер, работающий по этому принципу, позволяет вычленить световой поток, отраженный от участков покрытия, на которых отсутствуют микронеровности и который характеризует направленное отражение света или блеск контролируемой поверхности.
Теоретические исследования поляризации светового потока при отражении от поверхности прозрачного лакового покрытия [3] позволили получить зависимость блеска покрытия от среднего арифметического отклонения профиля ^)следующего вида при показателе преломления покрытия n = 1,56 Б=64,02-A1258Rfl2, n = 1,52 Б = 59,16-A12WRfl2.
При увеличении значения Ra уменьшается блеск контролируемой поверхности покрытия. При этом полученные значения блеска при определенном показателе Ra могут характеризовать отражательные свойства зеркальных, глянцевых и матовых покрытий на древесине.
На рисунке приведены зависимости блеска по рефлектоскопу Р-4, блескомеру ФБП и по приведенным формулам от среднего арифметического отклонения профиля поверхности покрытия. Данные по Р-4 были заимствованы из опытов, проведенных на кафедре технологии изделий из древесины МЛТИ в 1968 г. Работа выполнялась под руководством проф. Б.М. Буглая, и ее результаты были опубликованы [5]. Единственным преобразованием результатов было отнесение зависимости блеска (номер строки по Р-4) к параметру шероховатости Ra. В исследованиях Б.М. Буглай и позднее Б.М. Рыбин показали, что высота неровностей (h) полимерных пок-
рытий для древесины коррелируется с параметром шероховатости Ra, т.е. h = 4Ra.
Зависимости блеска по блескомеру ФБП и расчеты по формулам были получены в результате настоящей работы. Для этого исследование блеска проводилось на образцах покрытий с различным характером отражения света. Значения блеска, полученные по блескомеру ФБП и по формулам, сравнивались с результатами визуальной оценки. Визуальная оценка контролируемых поверхностей проводилась на основе опроса наблюдателей (экспертов). Согласованность мнений экспертов оценивалась по минимальным отклонениям мнений экспертов от среднего мнения группы. Сопоставление данных экспертной оценки с результатами оценки по прибору ФБП и по формулам проводилось с использованием коэффициента ранговой корреляции по Спирмену.
Проведенные исследования показали, что оценка по прибору ФБП хорошо согласуется с расчетным методом вычисления по формулам и с результатами экспертного опроса. Как видно на рисунке, графики имеют хорошее согласование результатов по оценке блеска защитно-декоративных покрытий на древесине. Практический охват по характеру отражения света контролируемых поверхностей соответствует различным покрытиям по блеску от зеркальных до матовых.
На рисунке можно выделить несколько областей. Известно и видно из графика, что рефлектоскоп Р-4 дает хорошие результаты по оценке блеска покрытий в области высоты неровностей более 0,25 мкм до 1,5 мкм или по Ra более 0,0625 мкм до 0,375 мкм. Эта область глянцевых покрытий. Отсюда покрытия с высотой неровностей менее 0,25 мкм (по Ra менее 0,0625 мкм) соответствуют покрытиям с зеркальным блеском поверхности (область I). Область глянцевых покрытий можно разбить в соответствии с длиной волны видимого света (0,5 мкм) на полузеркальную и полуглянцевую области. Область полузеркальных (область П)покрытий по высоте неровностей находится в интервале от 0,25 мкм до 0,5 мкм (или по Ra от 0,0625 мкм до 0,125 мкм). Покрытия,
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2011
123
ДЕРЕВООБРАБОТКА
Рисунок. Зависимость блеска от среднего арифметического отклонения профиля поверхности покрытия
находящиеся в этой области, приближаются по характеру отражения света к зеркальным покрытиям, но имеют некоторый приглушенный блеск. Область полуглянцевых покрытий (область III) по высоте неровностей находится в интервале от 0,5 мкм до 1,5 мкм (или по Ra от 0,125 мкм до 0,375 мкм). Покрытия, находящиеся в этой области, обладают значительно приглушенным блеском поверхности. У них наряду с диффузным отражением может наблюдаться некоторое направленное отражение света, характерное для блестящих поверхностей.
Последняя область (IV) с высотой неровностей от 1,5 мкм до 3,0 мкм (или по Ra от 0,375 мкм до 0,75 мкм) соответствует матовым покрытиям. Рефлектоскопом Р-4 оценить матовые поверхности по блеску не представляется возможным, так как на таких покрытиях не наблюдаются отраженные строки прибора. Область матовых покрытий по высоте
неровностей ограничена значением 3 мкм. Это объясняется тем, что матовые покрытия преимущественно получают за счет введения в состав жидких лаков мелкодисперсных порошков. Размер глобул таких частиц не может быть значительным, так как с увеличением среднего статистического размера таких частиц получаются грубо шероховатые поверхности, не представляющие высокое качество покрытий по блеску (матовости).
В результате проведенной работы обобщен опыт исследования блеска защитнодекоративных покрытий на древесине и древесных подложках. Выявлены методы и приборы, позволяющие объективно оценивать блеск покрытий, различных по характеру отражения света контролируемыми поверхностями. Обосновано предложение нормирования блеска покрытия по высоте неровности контролируемой поверхности. Даны предварительные нормативы блеска защитно-деко-
124
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2011
