漆膜老化实验变色等级评定中的测量误差
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2．色差测量方法 作为一般应用，人们通常采用色调法表示漆膜颜色，GB/T 3181-1995《漆 膜颜色标准》即规定了表示的方法，其中包括了目前常用色漆的 83 种主要颜色， 实际操作中应结合 GSB G 51001-1994《漆膜颜色标准样卡》一起使用。标准对 颜色的描述采用了习惯的名称，如大红、中绿、深黄、浅灰等，以编号加名称的 方式具体表示各种颜色。本文所说的色差测量，主要是指经一定时间应用或加速 老化试验之后漆膜颜色的变化，这是不能按上述方法进行描述的。 由于漆膜颜色受光源、物体和观察者三个因素的影响, 漆膜的变化（老化） 也包括了镜面反射（光泽）及表面微观形态的改变等。为了评定结果的客观性, 目 前各实验室大多采用仪器法来评定,即使用仪器测量颜色的变化（色差），目视比 色法在室内加速实验中通常较少采用。 仪器评定相对于目测法有非常明显的优越性, 但可能二者相差很大,尤其在 做各种深色涂膜的老化等级评定时, 有时目测结果与仪器测量值有明显的差别。
本文所列的所有实验数据均来自单色漆涂膜。笔者认为：对于底色漆+清漆 类型的涂装系，只要是不含金属颜料，目测与仪器测量数据结果的一致性趋势应 该与之相近；对含金属颜料的涂膜（包括罩清漆的体系），通常使用多角度测色 仪，其变化情况还有待进一步的实验。
目前市场上有许多颜色测量仪器可供选择，由于测量原理基本相同，应用原 始颜色数据通过计算就能得到不同色差公式的测量结果，因此多数仪器均具备有 数种色差计算方法，除 ΔE*ab 以外，ΔECMC 的计算通常也包括在内，其他还有 CIEDE2Fra Baidu bibliotek00、CIE94 和 Hunter 色差公式等，在测量中得到 ΔECMC 数据并不困 难。建议有关测量人员对此加以关注，以便积累数据和经验。
（2）定向型测量仪器——光的入射和反射按固定角度进行设置，常用的有 45°/0°和 0°/45°两种仪器。45°/0°指的是光在 45°方向照射样品，仪器的检测器 在 0°方向（即垂直方向）接受样品的反射光；而 0°/45°则刚好相反。这两种仪 器其几何构造与我们平常看物体的方式一致, 测量时完全不包括镜面反射光, 其 测量结果比积分球去除镜面反射效果还要好。
（1）积分球型测量仪器——光源发出的光先照射到涂有全白表面的球体里， 而后被球体漫反射的光再照射到样品表面并通过其表面进行反射，最后检测器在 与样品法线成 8°角的方向上接受样品的反射光。通常在积分球上与检测器对称 的位置处有一个窗口作为光泽吸收器，该窗口通过硬件或软件的控制可以打开或 关闭。当窗口关闭时，所有的光都包括在积分球里，此时该模式称之为包括镜面 反射即 RSIN 模式；当窗口打开时，也就是去除镜面反射即 RSEX 模式。在 RSEX 模式下, 镜面反射光去除的程度与样品表面形态和光洁度有关。对理想的高光泽 平整表面，大部分镜面反射光将从该窗口出去；但对于低光泽的普通涂膜表面， 由于存在一定的波纹或其他散射，会有部分反射光未能从窗口出去。由于此时实 际测量的结果里面包含了部分镜面反射光，从而导致颜色的测量结果比实际的偏 浅。因此对于积分球型仪器来说，当在 RSIN 模式下测量样品时，因为没有考虑 样品的表面状态如光泽或纹路对样品颜色的影响，测量数据只反映样品本身着色 剂的作用。而在进行目测评定时, 实际上同时考虑了着色剂和表面状态的影响。 所以在 RSIN 模式下测量的样品常常会出现测量结果与人眼观察相差比较大的 现象，特别是光泽变化大和表面形态（纹路）有差异的样品。在 RSEX 模式下 测量样品，与人眼观察结果是否一致主要取决于样品的表面状态如光泽和形态 （纹理），光泽越高、表面越平整，测量结果与人眼越接近。
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实验中会遇到某些颜色漆的老化样板目测颜色变化并不是很大, 但仪器测量结 果却是色差值明显超标，结果导致综合评级结果不合格。究竟是何种原因造成了 这一现象？笔者认为问题主要存在于现行标准中。
表 1 为 GB/T 1766 中有关变色等级评定的详细规定。对于仪器测定部分， 标准中引用 GB/T 11186-1989《漆膜颜色测量方法》中的第二和第三部分作为颜 色测量和色差计算方法。
ΔECMC 不会出现 ΔE*ab 那样与人眼观察相差极大的现象，因为在仪器相同的 情况下，这个计算结果更加接近人眼的判断，最为接近目测评级结果。CMC(l:c) 有两个参数 l 和 c，在 CIE 规定的参考条件下可以为 l=1 和 c=1，在纺织行业中 l=2 和 c=1（CMC(2:1)），但对漆膜颜色测量时的取值笔者尚未见到相应的规定， 在多数仪器中也没有相关参数取值的说明。据悉有的仪器生产商建议对漆膜采用 CMC(1.4:1)。
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3．色差测量实验 为了说明漆膜颜色测量和色差计算中的误差，笔者选择了几种不同颜色的涂 膜样板（均为色漆涂膜），采用不同几何结构类型和不同厂家、型号的仪器测量 老化试验前后涂膜颜色的变化（色差）。表 2 和表 3 中列出了所选样品的光泽变 化数据、目测变色等级和使用不同类型和厂家的仪器得到的色差值（ΔE*ab），表 4 和表 5 中为根据 GB/T 1766 得到的变色等级。 显然，部分样板的 ΔE* ab 离散性非常大，特别是目测与仪器之间，对深颜色 漆膜这一现象尤为突出。同种类型的仪器所得数据具备一定的可比性，45°/0°和 0°/45°两种定向型仪器的测量值比较接近，但与积分球型仪器差异较大, 尤其是 在光泽变化比较大的时候。就数值来说，积分球型仪器 RSIN 模式测得的数据最 小，RSEX 最大，定向型仪器居中。总体上目测法评定结果与定向型的仪器比较 接近，相对人眼观察两种积分球模式下的部分测量数据或大或小，显得非常离谱。 而北光的 TCp-IIG 型积分球型色差计的测量结果似乎是同类型仪器 RSIN 和 RSEX 结果的平均值，其原因有待探讨。 这里需要说明的是，各种仪器的颜色测量数据（三刺激值）存在相当大的差 别，特别是老化后的试验样板，导致所得到的色差值离散性也较大；对于同类型 不同品牌或型号的仪器，颜色数据也有一定的误差，但色差值的计算结果却比较 接近，原因可能是进行色差计算时颜色测量的系统误差部分被抵消了。 表 4 和表 5 中 ΔE*ab 数据的评级结果显示仪器与目测结果有时完全相反，仪 器类型对测量结果的影响也非常大，有时完全超出了可接受的范围。由于这几种 仪器均属标准允许使用的类型，因此对实验室检测结果的权威性造成了损害。笔 者查阅了相关资料，并请教了部分专业人士，认为产生这一现象的原因是标准对 颜色测量方法和仪器类型的规定不合理或不够明确，CIELAB 色差计算方法也存 在问题，可以考虑采用其他的测量方法或色差计算公式。
几种色差计算方法的评级数据表明：对定向型仪器（45°/0°或 0°/45°）和积 分球型 RSEX 模式下的测量结果，ΔECMC 与目测评级基本较为接近，特别是对 深颜色样板；在一定程度上定向型仪器比积分球型的试验结果一致性更好。
GB/T 1766 由于采用 CIELAB 色差公式，且未规定测量仪器的类型，从而导 致部分色差测量结果与目测存在显著差别，这也就是引起实验室间测量结果不一 致的主要原因。
5．测量结果讨论 人眼观察样品颜色时，一般都是通过自然光进行照明，如果光是在垂直方向
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进行照射，则人眼观察颜色时一般都是与样品成一定角度，实际上是不包括镜面 反射光的。涂膜样板是直接通过观察老化前后样品的表面变化来判断样品的耐老 化性能的，所以说采用定向型仪器检测涂膜样板的耐老化性能是最理想的，与目 测结果有比较好的一致性。
等级 0 1 2 3 4 5
表 1 GB/T 1766 中漆膜变色等级的评定方法
变色程度（目测）
色差值（NBS）（仪器测）
无变色
≤1.5
很轻微变色
1.6~3.0
轻微变色
3.1~6.0
明显变色
6.1~9.0
较大变色
9.1~12.0
严重变色
＞12.0
GB/T 11186 规定采用 CIE1976（L*a*b*）色空间（缩写为 CIELAB），采用 CIELAB 色差公式计算总色差 ΔE*ab，这就是 GB/T 1766 作为评价依据的色差值。 标准中规定有多种几何结构类型的仪器可供选用：（1）积分球型（d/8º 和 8º/d）： 可选择使用光泽吸收器——即除去镜面反射（RSEX 模式）和包含镜面反射 （RSIN 模式），（2）定向型：包括 45º/0º 和 0º/45º 两种。几何结构主要是指仪 器照射样品和接受样品反射光的角度。
漆膜老化实验变色等级评定中的测量误差
杨松柏 中国铁道科学研究院金属及化学研究所 刘国钧 株洲电力机车研究所橡塑弹性元件检测中心
摘要：在评定涂膜老化实验过程中的变色等级时有多种不同的测定方法。文章分析 了目视评价和几种仪器测量方法之间的误差，指出现有测量方法标准中存在的问题， 建议采用定向型（45º/0º 或 0º/45º）的颜色测量仪器，以 ΔEcmc 代替 ΔE*ab 作为色 差值的量度，从而解决漆膜变色等级评定中的不一致性问题。 关键词：漆膜，色差，CIELAB，CMC
1．前言 在人们的日常生活中会用到各种各样的物品，其外观可能直接影响人们的印 象，而新旧程度及颜色的变化则有赖于产品表面装饰材料的性能。对于装饰性和 保护性的油漆涂膜，变色和失光是评价其老化程度的主要性能指标。涂料工业中 最常用的漆膜耐老化性能评价实验方法有：（1）各种环境气候条件下的大气暴露 试验，如 GB/T 9276-1996《涂层自然气候曝露试验方法》；（2）室内加速老化 试验，如 GB/T 1865-1997《色漆和清漆 人工气候老化和人工辐射暴露（滤过 的氙弧辐射）》和 GB/T 14522-1993《机械工业产品用塑料、涂料、橡胶材料人 工气候加速试验方法》等。对于实验结果的评价主要采用 GB/T 1766-1995《色 漆和清漆 涂层老化的评级方法》。 GB/T 1766 中对漆膜的性能评价包括有多项指标：失光、变色、粉化、泛金、 斑点、玷污、起泡、裂纹、生锈等，其中第 4.2 条“变色等级的评定”中规定可 采用两种测量方法——目视比色法和仪器测定法。由于涂膜老化后的劣化情况不 同，加上环境（光源）及测试人员之间存在一定的偏差，无论采用哪种方式，在 漆膜的“变色等级的评定”中通常都存在着非常大的变数（或称测量误差），特 别是在不同实验室之间。为此笔者请教了有关专业人士并进行了一些比对实验， 结果发现按现行标准无法解决这一问题。本文主要针对涂膜变色等级评定中的测 量误差提出一些看法，希望在今后的工作中引起各方的注意。
4．CMC 色差公式 为了解决目测结果与仪器测量不一致的问题，一些专家和机构提出了 CMC 色差计算方法。CMC 不是新的颜色空间，而是建立在 CIELAB 颜色空间上的容 差系统，其测量原理与之相同，区别只是色差的计算方法。CMC 色差以 ΔECMC 表示。 由于 CMC 色差公式比 CIELAB 公式具有更好的视觉一致性，因此推出以后 得到了广泛的应用，特别是在纺织行业。如国际标准 ISO 105-J03：1995《纺织 品一色牢度试验—J03 部分：色差的计算》，美国纺织品染化师协会的 AATCC 检测方法 173-1992，英国标准 BS 6923-1988《小色差的计算方法》，我国国家 标准 GB/T 3810.16-2006《陶瓷砖实验方法 第 16 部分：小色差的测定》和 GB/T 8424.3-2001《纺织品色牢度试验 色差计算》等。 表 2 和表 3 中同时列出了 ΔECMC 的计算结果数据。我们仍然参照表 1 的方 法，只是将 ΔE*ab 的数值换成 ΔECMC，可以得到表 4 和表 5 中 ΔECMC 的评级结 果。对比各种类型仪器的两种评级数据，ΔECMC 的数据更为接近目测，特别是定 向型仪器和颜色暗且按原方法评级与目测相差较大的样板。
本文所列的所有实验数据均来自单色漆涂膜。笔者认为：对于底色漆+清漆 类型的涂装系，只要是不含金属颜料，目测与仪器测量数据结果的一致性趋势应 该与之相近；对含金属颜料的涂膜（包括罩清漆的体系），通常使用多角度测色 仪，其变化情况还有待进一步的实验。
目前市场上有许多颜色测量仪器可供选择，由于测量原理基本相同，应用原 始颜色数据通过计算就能得到不同色差公式的测量结果，因此多数仪器均具备有 数种色差计算方法，除 ΔE*ab 以外，ΔECMC 的计算通常也包括在内，其他还有 CIEDE2Fra Baidu bibliotek00、CIE94 和 Hunter 色差公式等，在测量中得到 ΔECMC 数据并不困 难。建议有关测量人员对此加以关注，以便积累数据和经验。
（2）定向型测量仪器——光的入射和反射按固定角度进行设置，常用的有 45°/0°和 0°/45°两种仪器。45°/0°指的是光在 45°方向照射样品，仪器的检测器 在 0°方向（即垂直方向）接受样品的反射光；而 0°/45°则刚好相反。这两种仪 器其几何构造与我们平常看物体的方式一致, 测量时完全不包括镜面反射光, 其 测量结果比积分球去除镜面反射效果还要好。
（1）积分球型测量仪器——光源发出的光先照射到涂有全白表面的球体里， 而后被球体漫反射的光再照射到样品表面并通过其表面进行反射，最后检测器在 与样品法线成 8°角的方向上接受样品的反射光。通常在积分球上与检测器对称 的位置处有一个窗口作为光泽吸收器，该窗口通过硬件或软件的控制可以打开或 关闭。当窗口关闭时，所有的光都包括在积分球里，此时该模式称之为包括镜面 反射即 RSIN 模式；当窗口打开时，也就是去除镜面反射即 RSEX 模式。在 RSEX 模式下, 镜面反射光去除的程度与样品表面形态和光洁度有关。对理想的高光泽 平整表面，大部分镜面反射光将从该窗口出去；但对于低光泽的普通涂膜表面， 由于存在一定的波纹或其他散射，会有部分反射光未能从窗口出去。由于此时实 际测量的结果里面包含了部分镜面反射光，从而导致颜色的测量结果比实际的偏 浅。因此对于积分球型仪器来说，当在 RSIN 模式下测量样品时，因为没有考虑 样品的表面状态如光泽或纹路对样品颜色的影响，测量数据只反映样品本身着色 剂的作用。而在进行目测评定时, 实际上同时考虑了着色剂和表面状态的影响。 所以在 RSIN 模式下测量的样品常常会出现测量结果与人眼观察相差比较大的 现象，特别是光泽变化大和表面形态（纹路）有差异的样品。在 RSEX 模式下 测量样品，与人眼观察结果是否一致主要取决于样品的表面状态如光泽和形态 （纹理），光泽越高、表面越平整，测量结果与人眼越接近。
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实验中会遇到某些颜色漆的老化样板目测颜色变化并不是很大, 但仪器测量结 果却是色差值明显超标，结果导致综合评级结果不合格。究竟是何种原因造成了 这一现象？笔者认为问题主要存在于现行标准中。
表 1 为 GB/T 1766 中有关变色等级评定的详细规定。对于仪器测定部分， 标准中引用 GB/T 11186-1989《漆膜颜色测量方法》中的第二和第三部分作为颜 色测量和色差计算方法。
ΔECMC 不会出现 ΔE*ab 那样与人眼观察相差极大的现象，因为在仪器相同的 情况下，这个计算结果更加接近人眼的判断，最为接近目测评级结果。CMC(l:c) 有两个参数 l 和 c，在 CIE 规定的参考条件下可以为 l=1 和 c=1，在纺织行业中 l=2 和 c=1（CMC(2:1)），但对漆膜颜色测量时的取值笔者尚未见到相应的规定， 在多数仪器中也没有相关参数取值的说明。据悉有的仪器生产商建议对漆膜采用 CMC(1.4:1)。
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3．色差测量实验 为了说明漆膜颜色测量和色差计算中的误差，笔者选择了几种不同颜色的涂 膜样板（均为色漆涂膜），采用不同几何结构类型和不同厂家、型号的仪器测量 老化试验前后涂膜颜色的变化（色差）。表 2 和表 3 中列出了所选样品的光泽变 化数据、目测变色等级和使用不同类型和厂家的仪器得到的色差值（ΔE*ab），表 4 和表 5 中为根据 GB/T 1766 得到的变色等级。 显然，部分样板的 ΔE* ab 离散性非常大，特别是目测与仪器之间，对深颜色 漆膜这一现象尤为突出。同种类型的仪器所得数据具备一定的可比性，45°/0°和 0°/45°两种定向型仪器的测量值比较接近，但与积分球型仪器差异较大, 尤其是 在光泽变化比较大的时候。就数值来说，积分球型仪器 RSIN 模式测得的数据最 小，RSEX 最大，定向型仪器居中。总体上目测法评定结果与定向型的仪器比较 接近，相对人眼观察两种积分球模式下的部分测量数据或大或小，显得非常离谱。 而北光的 TCp-IIG 型积分球型色差计的测量结果似乎是同类型仪器 RSIN 和 RSEX 结果的平均值，其原因有待探讨。 这里需要说明的是，各种仪器的颜色测量数据（三刺激值）存在相当大的差 别，特别是老化后的试验样板，导致所得到的色差值离散性也较大；对于同类型 不同品牌或型号的仪器，颜色数据也有一定的误差，但色差值的计算结果却比较 接近，原因可能是进行色差计算时颜色测量的系统误差部分被抵消了。 表 4 和表 5 中 ΔE*ab 数据的评级结果显示仪器与目测结果有时完全相反，仪 器类型对测量结果的影响也非常大，有时完全超出了可接受的范围。由于这几种 仪器均属标准允许使用的类型，因此对实验室检测结果的权威性造成了损害。笔 者查阅了相关资料，并请教了部分专业人士，认为产生这一现象的原因是标准对 颜色测量方法和仪器类型的规定不合理或不够明确，CIELAB 色差计算方法也存 在问题，可以考虑采用其他的测量方法或色差计算公式。
几种色差计算方法的评级数据表明：对定向型仪器（45°/0°或 0°/45°）和积 分球型 RSEX 模式下的测量结果，ΔECMC 与目测评级基本较为接近，特别是对 深颜色样板；在一定程度上定向型仪器比积分球型的试验结果一致性更好。
GB/T 1766 由于采用 CIELAB 色差公式，且未规定测量仪器的类型，从而导 致部分色差测量结果与目测存在显著差别，这也就是引起实验室间测量结果不一 致的主要原因。
5．测量结果讨论 人眼观察样品颜色时，一般都是通过自然光进行照明，如果光是在垂直方向
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进行照射，则人眼观察颜色时一般都是与样品成一定角度，实际上是不包括镜面 反射光的。涂膜样板是直接通过观察老化前后样品的表面变化来判断样品的耐老 化性能的，所以说采用定向型仪器检测涂膜样板的耐老化性能是最理想的，与目 测结果有比较好的一致性。
等级 0 1 2 3 4 5
表 1 GB/T 1766 中漆膜变色等级的评定方法
变色程度（目测）
色差值（NBS）（仪器测）
无变色
≤1.5
很轻微变色
1.6~3.0
轻微变色
3.1~6.0
明显变色
6.1~9.0
较大变色
9.1~12.0
严重变色
＞12.0
GB/T 11186 规定采用 CIE1976（L*a*b*）色空间（缩写为 CIELAB），采用 CIELAB 色差公式计算总色差 ΔE*ab，这就是 GB/T 1766 作为评价依据的色差值。 标准中规定有多种几何结构类型的仪器可供选用：（1）积分球型（d/8º 和 8º/d）： 可选择使用光泽吸收器——即除去镜面反射（RSEX 模式）和包含镜面反射 （RSIN 模式），（2）定向型：包括 45º/0º 和 0º/45º 两种。几何结构主要是指仪 器照射样品和接受样品反射光的角度。
漆膜老化实验变色等级评定中的测量误差
杨松柏 中国铁道科学研究院金属及化学研究所 刘国钧 株洲电力机车研究所橡塑弹性元件检测中心
摘要：在评定涂膜老化实验过程中的变色等级时有多种不同的测定方法。文章分析 了目视评价和几种仪器测量方法之间的误差，指出现有测量方法标准中存在的问题， 建议采用定向型（45º/0º 或 0º/45º）的颜色测量仪器，以 ΔEcmc 代替 ΔE*ab 作为色 差值的量度，从而解决漆膜变色等级评定中的不一致性问题。 关键词：漆膜，色差，CIELAB，CMC
1．前言 在人们的日常生活中会用到各种各样的物品，其外观可能直接影响人们的印 象，而新旧程度及颜色的变化则有赖于产品表面装饰材料的性能。对于装饰性和 保护性的油漆涂膜，变色和失光是评价其老化程度的主要性能指标。涂料工业中 最常用的漆膜耐老化性能评价实验方法有：（1）各种环境气候条件下的大气暴露 试验，如 GB/T 9276-1996《涂层自然气候曝露试验方法》；（2）室内加速老化 试验，如 GB/T 1865-1997《色漆和清漆 人工气候老化和人工辐射暴露（滤过 的氙弧辐射）》和 GB/T 14522-1993《机械工业产品用塑料、涂料、橡胶材料人 工气候加速试验方法》等。对于实验结果的评价主要采用 GB/T 1766-1995《色 漆和清漆 涂层老化的评级方法》。 GB/T 1766 中对漆膜的性能评价包括有多项指标：失光、变色、粉化、泛金、 斑点、玷污、起泡、裂纹、生锈等，其中第 4.2 条“变色等级的评定”中规定可 采用两种测量方法——目视比色法和仪器测定法。由于涂膜老化后的劣化情况不 同，加上环境（光源）及测试人员之间存在一定的偏差，无论采用哪种方式，在 漆膜的“变色等级的评定”中通常都存在着非常大的变数（或称测量误差），特 别是在不同实验室之间。为此笔者请教了有关专业人士并进行了一些比对实验， 结果发现按现行标准无法解决这一问题。本文主要针对涂膜变色等级评定中的测 量误差提出一些看法，希望在今后的工作中引起各方的注意。
4．CMC 色差公式 为了解决目测结果与仪器测量不一致的问题，一些专家和机构提出了 CMC 色差计算方法。CMC 不是新的颜色空间，而是建立在 CIELAB 颜色空间上的容 差系统，其测量原理与之相同，区别只是色差的计算方法。CMC 色差以 ΔECMC 表示。 由于 CMC 色差公式比 CIELAB 公式具有更好的视觉一致性，因此推出以后 得到了广泛的应用，特别是在纺织行业。如国际标准 ISO 105-J03：1995《纺织 品一色牢度试验—J03 部分：色差的计算》，美国纺织品染化师协会的 AATCC 检测方法 173-1992，英国标准 BS 6923-1988《小色差的计算方法》，我国国家 标准 GB/T 3810.16-2006《陶瓷砖实验方法 第 16 部分：小色差的测定》和 GB/T 8424.3-2001《纺织品色牢度试验 色差计算》等。 表 2 和表 3 中同时列出了 ΔECMC 的计算结果数据。我们仍然参照表 1 的方 法，只是将 ΔE*ab 的数值换成 ΔECMC，可以得到表 4 和表 5 中 ΔECMC 的评级结 果。对比各种类型仪器的两种评级数据，ΔECMC 的数据更为接近目测，特别是定 向型仪器和颜色暗且按原方法评级与目测相差较大的样板。