玻璃“白度”的評(píng)價(jià)方法

　　隨著加工玻璃及建筑業(yè)對(duì)玻璃原板質(zhì)量要求的日益提高，玻璃的“白度”成為生產(chǎn)者和用戶越來(lái)越關(guān)注的問(wèn)題。目前，國(guó)內(nèi)透明浮法玻璃氧化鐵含量大都在0.09%`0.15%之間，而國(guó)外先進(jìn)玻璃生產(chǎn)廠其鐵含量在0.05%左右，因此我國(guó)浮法玻璃與與國(guó)外乃至合資線產(chǎn)品相比，差距較大。在玻璃外觀顏色上，國(guó)外玻璃外觀“白度”較高，明顯比國(guó)內(nèi)浮法線好。國(guó)內(nèi)透明浮法玻璃的顏色，尤其含鐵量普遍呈現(xiàn)偏藍(lán)綠的特征，尤其生產(chǎn)厚度玻璃時(shí)更為明顯。

　　眾所周知，玻璃的顏色主要由玻璃中引入雜質(zhì)氧化鐵造成的，而降低博覽成分中鐵含量將會(huì)大幅度增加玻璃的生產(chǎn)成本。為此，在嚴(yán)格控制低制造成本的前提下，對(duì)透明浮法玻璃進(jìn)行顏色修正，是一個(gè)值得研究的課題。

　　當(dāng)前，玻璃深加工采用合資線生產(chǎn)的浮法原片較多，其主要原因之一是玻璃原片中含鐵量較低，玻璃“白度”好。因此，研究開(kāi)發(fā)在鐵含量不變的情況下加入特殊的“復(fù)合脫色劑”對(duì)玻璃進(jìn)行脫色，增強(qiáng)人眼視覺(jué)評(píng)價(jià)效果，可提高浮法玻璃質(zhì)量和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。

　　1、提高玻璃“白度”的方法

　　透明浮法玻璃的顏色主要由于原料中氧化鐵雜質(zhì)引起的，氧化鐵在透明浮法玻璃中有低價(jià)鐵離子Fe2+和高價(jià)鐵離子Fe3+兩種狀態(tài)，在Fe3+的3d軌道呈半充滿狀態(tài)，著色能力很弱，呈黃綠色。Fe2+基態(tài)光譜項(xiàng)的L=2，處于D態(tài)，在可見(jiàn)光區(qū)有一個(gè)寬廣的吸收帶，呈藍(lán)綠色。Fe2+是Fe3+著色能力的10倍左右。玻璃的顏色主要決定于二者之間的平衡狀態(tài)。由此可見(jiàn)，若提高玻璃的“白度”，首先必須降低配合料中的鐵含量。目前有的玻璃生產(chǎn)廠千方百計(jì)改善原料質(zhì)量，將主要原料——砂巖、硅砂采取棒磨、水洗等措施降低其鐵含量，玻璃“白度”雖然增加，但成本提高。針對(duì)這種情況，我們決定在保持基礎(chǔ)鐵含量不變、低制造成本的情況下，加入復(fù)合脫色劑作為改變Fe2+和Fe3+的平衡狀態(tài)的修正劑，來(lái)提高玻璃的透光性的“白度”。

　　2、玻璃“白度”的評(píng)價(jià)方法

　　2.1 目前國(guó)內(nèi)“白度”的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

　　任何顏色感覺(jué)都是一種由物理、生理、心理三者結(jié)合成的大腦感知結(jié)果，人的感覺(jué)是不可能測(cè)量的。白色是一種特殊顏色，通常用“白度“來(lái)表示一個(gè)物體的白色程度。一般定義光譜反射比為1（或100%）的理想完全漫射體的白度為100度，光譜反射比為0的絕對(duì)白度為0度。所以要研究提高玻璃的“白度”，必須先定量確定“白度”評(píng)價(jià)方法。透明物體尤其是玻璃評(píng)價(jià)“白度”很難，但并不是無(wú)法進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，事實(shí)上可以從色的基本屬性來(lái)評(píng)價(jià)白色的程度。

　　通常白玻的色彩測(cè)定方式將白玻的可見(jiàn)光透光率數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為CIE顏色同等數(shù)據(jù)，與主波長(zhǎng)λD、色純度Pe和亮度Y 是相符的，因此很有價(jià)值。但是CIE顏色空間是非線性的，因此很難依據(jù)λD和Pe的允許范圍來(lái)確定白色。不僅如此，因物質(zhì)的白色會(huì)隨觀察條件和時(shí)間而變化，且因喜愛(ài)的程度等原因，很難做出統(tǒng)一定量評(píng)價(jià)。

　　隨著涉及物理學(xué)、視覺(jué)生理、視覺(jué)心理、心理物理等交叉領(lǐng)域新興科學(xué)“色度學(xué)”理論及應(yīng)用的發(fā)展，不同的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Π锥扔胁煌�的評(píng)價(jià)，使用不同的白度公式。目前國(guó)內(nèi)最常用的如CIE白度W，藍(lán)光白度Wb（R457）、平均反射因素白度Wm，但是上述白度公式是否適合透明浮法玻璃的白度評(píng)價(jià)呢？為此我們制作了一系列樣品進(jìn)行了試驗(yàn)。

　　2.2 樣品的制作

　　樣品的制作考慮兩方面的因素，第一制作五種不同的λD、Pe和Y的A、B、C、D、E五塊玻璃樣品（20*30*8mm）。

　　2.3 白度公式與視覺(jué)評(píng)價(jià)結(jié)果及討論

　　人眼對(duì)光譜不同波長(zhǎng)的顏色判別感受性是有區(qū)別的，如圖1所示。

　　在圖中可以看到在495nm、600nm一帶，視覺(jué)的辨色能力很高，只要有1nm波長(zhǎng)的改變便被察覺(jué)出來(lái)，而在430nm和650nm一帶的辨色能力很低，Δλ須達(dá)到5~6nm方能感覺(jué)出顏色的差別，因此視力正常的人在辨色能力上是有微小的差異的，但多個(gè)觀察者的平均值，其結(jié)果比較可靠。我們?yōu)榇诉x用了10名觀察者對(duì)所制作的樣品進(jìn)行了目視評(píng)價(jià)。樣品最白者為5點(diǎn)，第二為4點(diǎn)，依次類推，將各樣品點(diǎn)數(shù)相加，得出點(diǎn)數(shù)最多者為最白樣品，測(cè)試結(jié)果如表1。

　　將上述樣品進(jìn)行CIE色度測(cè)試，并采用CIE推薦的甘茨(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

　　進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果列于表2。

　　從表中看出采用Ganshe和Hunter白度公式很難與目視結(jié)果相一致。故對(duì)透明玻璃需要新的白度公式來(lái)評(píng)價(jià)。

　　2.4 透明玻璃白度公式的選用與測(cè)試結(jié)果建立符合心理、物理的白度計(jì)算公式應(yīng)滿足以下條件：   

　　（1）在系列白度樣品的對(duì)比中，要使得計(jì)算的白度值與觀察者的平均目視評(píng)價(jià)結(jié)果相符或相近。

　�。�2）采用CIE推薦的照明和觀察條件。

　�。�3）公式對(duì)普通透明浮法玻璃低白度也能測(cè)量。

　　根據(jù)上述條件，建立白度公式的步驟為：

　　通過(guò)查閱大量國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)，并進(jìn)行了大量測(cè)試工作，經(jīng)過(guò)擬合證實(shí)，我們認(rèn)為Simmingskold&jonsson的F公式較為適宜玻璃“白度”的測(cè)定。 

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

　　F為無(wú)色因素越低表示玻璃“白度”越好。

　　根據(jù)測(cè)試結(jié)果，我們認(rèn)為將光源C改變目前常用的光源D65，更能接近觀測(cè)者排序。

　　經(jīng)改變后的公式

　　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為CIE色品坐標(biāo)。

　　舉例：某樣品X=79.17，Y=84.99，Z=90.43分別代入式（2）、（3）中將x=0.3810,y=0.338,將x、y、z、x0、y0值代入式（1）中得F=0.1405，根據(jù)上述計(jì)算方法將A、B、C、D、E樣品進(jìn)行計(jì)算。測(cè)試結(jié)果與目視結(jié)果如表3。從表3可以看出F白度公式基本與觀測(cè)者評(píng)價(jià)相符，為此選用該公式作為玻璃“白度”的定量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

　　3 應(yīng)用

　　通過(guò)實(shí)驗(yàn)室小試研究中試實(shí)驗(yàn)，在中國(guó)耀華玻璃集團(tuán)股份公司500t/d浮法線首家采用復(fù)合脫色劑，對(duì)玻璃進(jìn)行脫色，效果良好。玻璃透光率提高，玻璃“白度”公式進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，結(jié)果如表4。

　　4 結(jié)論     

　　（1）對(duì)平板玻璃玻璃“白度”評(píng)價(jià)方法是適宜的。

　　（2）玻璃“白度”定量評(píng)價(jià)可進(jìn)一步提高浮法玻璃質(zhì)量控制水平。