黃色指數(shù)測(cè)試選擇50mm及0/45結(jié)構(gòu)的原因

塑料粒子黃色指數(shù)測(cè)試選擇50mm不選30mm的原因

• 塑料粒子的特性

塑料粒子呈顆粒狀，有切片、圓球、扁球等形狀，在測(cè)量黃色指數(shù)或色差時(shí)顆粒的外表面、橫截面、粒子之間的縫隙陰影都會(huì)影響測(cè)試的結(jié)果，因?yàn)樯戎凳艿焦獾挠绊懛浅４?。這些特點(diǎn)都是粒子樣產(chǎn)品不可避免的。在測(cè)量時(shí)我們獲得粒子的顏色，就要盡可能多的獲取粒子本身的顏色，降低縫隙或截面或雜色等帶來的干擾，即我們常說的信噪比“S/N比”，S是信號(hào)Singal，N是噪音Noise。

試想一下，下圖的粒子樣品在測(cè)試時(shí)如果只取一半的測(cè)量面積，其S/N比會(huì)相同嗎？樣品杯內(nèi)部直徑＜60mm，藍(lán)色圓圈直徑約30mm，30mm取樣面積中縫隙陰影等噪音所占粒子真實(shí)顏色信號(hào)比例一定是遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于50mm測(cè)量面積。實(shí)際在測(cè)量上確實(shí)有很大差距，而且面積小的時(shí)候，多次測(cè)量之間的重復(fù)性也很差，噪音太高，非粒子本身顏色的干擾太大。

圖一，0°/45°黃色指數(shù)儀用的樣品杯，取樣孔直徑50mm

圖二，積分球儀器用的器皿，測(cè)量孔是25mm

•    行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)黃色指數(shù)的要求

    黃色度指數(shù)（YI）用來表征無色透明、半透明或近白色的高分子材料發(fā)黃的程度。

表示方法：YI=100(CxX-CzZ)/Y，X、Y、Z是三刺激值，、數(shù)值在ASTM E 313中可以找到。分別受到D65和C光源對(duì)應(yīng)2°和10°視角組合的影響。在ASTM D1925中用的組合就是C/2°，Cx為1.28，Cz為1.06。這也是中國國標(biāo)和塑料行標(biāo)的規(guī)定。

另外因?yàn)闇y(cè)量塑料粒子是測(cè)量表面不平整，顆粒與顆粒間存在縫隙，塑料粒子顏色測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)ASTM D6290中規(guī)定4種結(jié)構(gòu)和測(cè)量孔徑的要求：

• 0°/45°光學(xué)結(jié)構(gòu)的測(cè)色儀測(cè)量孔徑需要在45mm-52mm之間，
• 45°/0°結(jié)構(gòu)的，孔徑要52mm，
• d/0°和0°/d光學(xué)結(jié)構(gòu)的測(cè)量孔徑要大于等于25mm。

說明：美國HunterLab Agera是0°/45°結(jié)構(gòu)，孔徑是50mm。市場上很多積分球型是d/8°結(jié)構(gòu)，不符合如上任何一種要求。在45°/0°儀器中，HunterLab ColorFlex EZ屬于結(jié)構(gòu)滿足，但孔徑是31.8mm，不能滿足6290標(biāo)準(zhǔn)要求。

• 二種光學(xué)結(jié)構(gòu)0/45°與d/8°介紹

從反射原理上來說0/45°就是光源垂直于被測(cè)物體，反射的光源在被測(cè)物的45°位置被接收，*去除了物體表面的反射光，只接收45°位置的漫反射的光。*遵照人眼觀察的顏色而設(shè)計(jì)。適合測(cè)量表面平整的物體。如下圖三

圖三、0°/45°原理，0°是光源入射方向，45°是反射光方向，特點(diǎn)是不包含鏡面反射光。

圖四，d/8°結(jié)構(gòu)，特點(diǎn)是包含鏡面反射，孔徑大25mm

d/8°光學(xué)結(jié)構(gòu)如圖四，是將光源照射入積分球后，在積分球內(nèi)產(chǎn)生很多漫反射，使得積分球內(nèi)壁形成均勻光照，后在與樣品水平角度成8°角的地方安裝接收器接收反射光。這里的反射光既包括物體的漫反射光與物體的鏡面反射光。適用于測(cè)量任何物體。

那么積分球d/8°的測(cè)色儀與0/45°測(cè)色儀實(shí)際測(cè)得顏色區(qū)別在哪？我們舉個(gè)例子，兩種實(shí)際顏色是*相同但是由于二種表面處理不同的樣品，所以兩種樣品看起來顏色就是*不同的。積分球d/8°包含鏡面反射測(cè)量出來的色差將非常小，但是實(shí)際我們用肉眼觀察其色差卻非常大。這時(shí)采用基于人眼觀察角度而設(shè)計(jì)的0/45°的測(cè)色儀來測(cè)量，色差就是非常大的。

舉例，毛毯的左邊順毛捋一下，右邊倒毛捋一下，看起來顏色不一樣了，這是因?yàn)楸砻嫣幚頃r(shí)的鏡面光影響到了眼睛評(píng)估結(jié)果。用積分球包含鏡面光來測(cè)量左右的色差，數(shù)據(jù)非常接近。用0°/45°儀器來測(cè)量，發(fā)現(xiàn)和眼睛評(píng)估的方向一致，色差很大。

塑料粒子行業(yè)的黃色指數(shù)測(cè)量要求是0°/45°的或者45°/0°的。而這種結(jié)構(gòu)因?yàn)槿コ绥R面光的影響，和人眼評(píng)估很像。

• 二款不同結(jié)構(gòu)測(cè)色儀的差異比較

我們使用HunterLab公司的二款不同測(cè)色儀對(duì)測(cè)量塑料粒子黃度值進(jìn)行一下比較。一款Agera,另外一款是USVIS。

1）光學(xué)結(jié)構(gòu)

Agera是0/45°光學(xué)結(jié)構(gòu)測(cè)得結(jié)果和人眼觀察一致，USVIS是d/8°光學(xué)結(jié)構(gòu)測(cè)得結(jié)果為“真實(shí)”顏色。

2）測(cè)量孔徑

Agera測(cè)量孔徑50mm，USVIS測(cè)量孔徑25mm。大的孔徑代表著測(cè)量面積越大，樣品的表面不平整，顆粒間的縫隙帶來的影響越小。這2款儀器的測(cè)量孔徑都符合ASTM D 6290的標(biāo)準(zhǔn)。

3）相同二個(gè)樣品二款儀器的測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)比：如下

兩臺(tái)不同儀器的測(cè)量結(jié)果沒有可比性，但趨勢(shì)可能是相同的，都黃了，或者都白了。

• 總結(jié)

1. 如果客戶對(duì)塑料粒子黃色指數(shù)的數(shù)值有要求，那要選擇0°/45°結(jié)構(gòu)的Agera型號(hào)。測(cè)量時(shí)如遇到和上下游客戶的比對(duì)，還需要調(diào)整如下參數(shù)的一致：

儀器校準(zhǔn)后用標(biāo)準(zhǔn)板來驗(yàn)證儀器是否工作正常、穩(wěn)定；

• 孔徑大小需要一致；
• 粒子倒進(jìn)倒出的頻次和晃動(dòng)樣品杯的力度要一致（建議選擇Eutin自動(dòng)進(jìn)樣器，去除人工影響，自動(dòng)旋轉(zhuǎn)測(cè)樣）；
• 樣品量的大小；
• UV光的含量需要注意，因?yàn)槲覀儼l(fā)現(xiàn)很多樣品中有對(duì)UV敏感的物質(zhì)；
• 平均測(cè)量的次數(shù)要一致；
• 相同的光源/觀察者指標(biāo)，相同的黃色指數(shù)指標(biāo)。

2. 如果客戶不要黃色指數(shù)YI的準(zhǔn)確數(shù)值，只要穩(wěn)定即可，那積分球儀器是可以用的。我們用UltraScan PRO驗(yàn)證了批次間色母粒的色差與其打成色板后的色差比較，非常可靠接近，約0.2，因?yàn)?span>UltraScan PRO精度很高，用其它積分球儀器發(fā)現(xiàn)色差與色差之間會(huì)超過0.3。所以這種類型的儀器更適合打色板的色差測(cè)量以及粒子的穩(wěn)定性或色差測(cè)量。測(cè)量時(shí)的注意事項(xiàng)同如上對(duì)Agera的要求。

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