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玻璃“白度”的评价方法

2010-06-18 09:53:37 作者: 来源: 我要评论1

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  随着加工玻璃及建筑业对玻璃原板质量要求的日益提高,玻璃的“白度”成为生产者和用户越来越关注的问题。目前,国内透明浮法玻璃氧化铁含量大都在0.09%`0.15%之间,而国外先进玻璃生产厂其铁含量在0.05%左右,因此我国浮法玻璃与与国外乃至合资线产品相比,差距较大。在玻璃外观颜色上,国外玻璃外观“白度”较高,明显比国内浮法线好。国内透明浮法玻璃的颜色,尤其含铁量普遍呈现偏蓝绿的特征,尤其生产厚度玻璃时更为明显。

  众所周知,玻璃的颜色主要由玻璃中引入杂质氧化铁造成的,而降低博览成分中铁含量将会大幅度增加玻璃的生产成本。为此,在严格控制低制造成本的前提下,对透明浮法玻璃进行颜色修正,是一个值得研究的课题。

  当前,玻璃深加工采用合资线生产的浮法原片较多,其主要原因之一是玻璃原片中含铁量较低,玻璃“白度”好。因此,研究开发在铁含量不变的情况下加入特殊的“复合脱色剂”对玻璃进行脱色,增强人眼视觉评价效果,可提高浮法玻璃质量和市场竞争力,具有很重要的现实意义。

  1、提高玻璃“白度”的方法

  透明浮法玻璃的颜色主要由于原料中氧化铁杂质引起的,氧化铁在透明浮法玻璃中有低价铁离子Fe2+和高价铁离子Fe3+两种状态,在Fe3+的3d轨道呈半充满状态,着色能力很弱,呈黄绿色。Fe2+基态光谱项的L=2,处于D态,在可见光区有一个宽广的吸收带,呈蓝绿色。Fe2+是Fe3+着色能力的10倍左右。玻璃的颜色主要决定于二者之间的平衡状态。由此可见,若提高玻璃的“白度”,首先必须降低配合料中的铁含量。目前有的玻璃生产厂千方百计改善原料质量,将主要原料——砂岩、硅砂采取棒磨、水洗等措施降低其铁含量,玻璃“白度”虽然增加,但成本提高。针对这种情况,我们决定在保持基础铁含量不变、低制造成本的情况下,加入复合脱色剂作为改变Fe2+和Fe3+的平衡状态的修正剂,来提高玻璃的透光性的“白度”。

  2、玻璃“白度”的评价方法

  2.1 目前国内“白度”的评价标准

  任何颜色感觉都是一种由物理、生理、心理三者结合成的大脑感知结果,人的感觉是不可能测量的。白色是一种特殊颜色,通常用“白度“来表示一个物体的白色程度。一般定义光谱反射比为1(或100%)的理想完全漫射体的白度为100度,光谱反射比为0的绝对白度为0度。所以要研究提高玻璃的“白度”,必须先定量确定“白度”评价方法。透明物体尤其是玻璃评价“白度”很难,但并不是无法进行定量评价,事实上可以从色的基本属性来评价白色的程度。

  通常白玻的色彩测定方式将白玻的可见光透光率数据转换为CIE颜色同等数据,与主波长λD、色纯度Pe和亮度Y 是相符的,因此很有价值。但是CIE颜色空间是非线性的,因此很难依据λD和Pe的允许范围来确定白色。不仅如此,因物质的白色会随观察条件和时间而变化,且因喜爱的程度等原因,很难做出统一定量评价。

  随着涉及物理学、视觉生理、视觉心理、心理物理等交叉领域新兴科学“色度学”理论及应用的发展,不同的应用领域对白度有不同的评价,使用不同的白度公式。目前国内最常用的如CIE白度W,蓝光白度Wb(R457)、平均反射因素白度Wm,但是上述白度公式是否适合透明浮法玻璃的白度评价呢?为此我们制作了一系列样品进行了试验。

  2.2 样品的制作

  样品的制作考虑两方面的因素,第一制作五种不同的λD、Pe和Y的A、B、C、D、E五块玻璃样品(20*30*8mm)。

  2.3 白度公式与视觉评价结果及讨论

  人眼对光谱不同波长的颜色判别感受性是有区别的,如图1所示。

  在图中可以看到在495nm、600nm一带,视觉的辨色能力很高,只要有1nm波长的改变便被察觉出来,而在430nm和650nm一带的辨色能力很低,Δλ须达到5~6nm方能感觉出颜色的差别,因此视力正常的人在辨色能力上是有微小的差异的,但多个观察者的平均值,其结果比较可靠。我们为此选用了10名观察者对所制作的样品进行了目视评价。样品最白者为5点,第二为4点,依次类推,将各样品点数相加,得出点数最多者为最白样品,测试结果如表1。

  将上述样品进行CIE色度测试,并采用CIE推荐的甘茨(Gans)白度公式

  WG,10=Y10-800x10-1700y10+813.7

  及亨特(hunter)白度公式

  WH=100-[(100-L)2+a2+b2]1/2

  进行了计算,结果列于表2。

  从表中看出采用Ganshe和Hunter白度公式很难与目视结果相一致。故对透明玻璃需要新的白度公式来评价。

  2.4 透明玻璃白度公式的选用与测试结果建立符合心理、物理的白度计算公式应满足以下条件:   

  (1)在系列白度样品的对比中,要使得计算的白度值与观察者的平均目视评价结果相符或相近。

  (2)采用CIE推荐的照明和观察条件。

  (3)公式对普通透明浮法玻璃低白度也能测量。

  根据上述条件,建立白度公式的步骤为:

  通过查阅大量国内外文献,并进行了大量测试工作,经过拟合证实,我们认为Simmingskold&jonsson的F公式较为适宜玻璃“白度”的测定。 

  F={900[(x"-x"0)2+(y"-y"0)2]+[(1-y/100)/2]2}0.5-0.04

  F为无色因素越低表示玻璃“白度”越好。

  根据测试结果,我们认为将光源C改变目前常用的光源D65,更能接近观测者排序。

  经改变后的公式

  F={900[(x-x0)2+(y-y0)2]+[(1-y/100)/2]2}0.5-0.04

  式中x0=0.3138,y=0.3310

  x=X/X+Y+Z

  Y=Y/X+Y+Z

  X、Y、Z为CIE色品坐标。

  举例:某样品X=79.17,Y=84.99,Z=90.43分别代入式(2)、(3)中将x=0.3810,y=0.338,将x、y、z、x0、y0值代入式(1)中得F=0.1405,根据上述计算方法将A、B、C、D、E样品进行计算。测试结果与目视结果如表3。从表3可以看出F白度公式基本与观测者评价相符,为此选用该公式作为玻璃“白度”的定量评价标准。

  3 应用

  通过实验室小试研究中试实验,在中国耀华玻璃集团股份公司500t/d浮法线首家采用复合脱色剂,对玻璃进行脱色,效果良好。玻璃透光率提高,玻璃“白度”公式进行定量评价,结果如表4。

  4 结论     

  (1)对平板玻璃玻璃“白度”评价方法是适宜的。

  (2)玻璃“白度”定量评价可进一步提高浮法玻璃质量控制水平。

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