KR20050095674A - 페인트 도막의 내스크래치성 평가방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 페인트 도막의 내스크래치성을 평가하는 방법에 관한 것으로서, 차체용 페인트 도막의 시편에 대해 각 시험방법에 따라 규정된 작업을 실시하여 도막 표면에 스크래치 손상을 주고, 대상 표면을 광학적으로 스캔하여 이때 검출된 데이터를 그레이 스케일의 이미지 형태로 변환 및 제공이 가능한 이미지 분석기를 이용하여 상기 도막 표면으로부터 그레이 스케일 이미지를 획득한 후 이 그레이 스케일 이미지로부터 도막 시편의 내스크래치성을 평가하게 되는 페인트 도막의 내스크래치성 평가방법에 관한 것이다.

이러한 본 발명에 의하면, 기존 광택계에 의한 한정된 평가방법의 단점을 극복할 수 있고, 도막 표면의 국부적 변화에 따른 평가결과의 오차를 줄일 수 있어 시험 신뢰성과 정확성을 높일 수 있으며, 더 나아가 신차 개발시 효율적인 시험 관리가 가능하여 보다 안정화된 제품 개발을 가능하게 한다.

Description

페인트 도막의 내스크래치성 평가방법{Evaluation method for scratch resistance of paint coat}

본 발명은 페인트 도막의 내스크래치성 평가방법에 관한 것으로서, 차체용 페인트 도막의 시편에 대해 각 시험방법에 따라 규정된 작업을 실시하여 도막 표면에 스크래치 손상을 주고, 대상 표면을 광학적으로 스캔하여 이때 검출된 데이터를 그레이 스케일의 이미지 형태로 변환 및 제공이 가능한 이미지 분석기를 이용하여 상기 도막 표면으로부터 그레이 스케일 이미지를 획득한 후 이 그레이 스케일 이미지로부터 도막 시편의 내스크래치성을 평가하게 되는 페인트 도막의 내스크래치성 평가방법에 관한 것이다.

일반적으로, 차체용 외판에 입혀진 페인트 도막은 자동차 세차기, 모래에 의한 스크래치, 혹은 보수 도장 후 샌딩(snading) 등에 의해 쉽게 스크래치 손상을 입게 된다.

이러한 차체용 외판의 페인트 도막은 도장 이후 본래의 광택 및 색상을 오래 지속할 수 있어야 하는 것은 물론, 차량 사용 중 스크래치의 손상을 쉽게 받지 않아야 하고, 특히 차량이 생산되고 난 후 소비자에게 인도되기 전까지 도막의 감성품질이 스크래치 손상이 없는 최상의 상태로 유지되어 있어야 소비자의 불만 제기가 발생하지 않는다.

이와 같이 차체용 외판의 감성품질은 매우 중요한 문제로 부각되고 있으며, 따라서 통상의 자동차 제조사에서는 차체용 도막의 내스크래치성 품질에 대한 평가를 실시한 후 그 결과를 양산 품질관리와 신재료의 개발에 반영하고 있다.

통상적인 차체용 도막의 내스크래치성을 시험하는 방법으로는 1)소형 세차성 시험법, 2)러빙 시험법, 3)모래의 분무에 의한 시험법, 4)뾰족한 강철심에 의한 스크래치 시험법 등이 있으며, 이를 간단히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 소형 세차성 시험법에서는 자동차 세차기기와 동일한 원리로 소형화 된 고분자 재질의 브러쉬를 사용하여 규정된 회전수로 도막에 손상을 준 후 스크래치성을 평가하며, 러빙 시험법에서는 마찰액을 시험편에 도포한 후 그 표면에 천조각을 겹친 마찰자를 왕복 마찰시켜 도막에서 발생된 스크래치성을 평가한다.

또한, 모래의 분무에 의한 시험방법은 모래를 일정한 압력으로 도막에 분사한 후 도막이 입은 손상정도를 평가하는 방법이며, 뾰족한 강철심에 의한 스크래치성 시험방법은 도막에 대해 보석이나 귀금속, 손톱에 의한 단일 스크래치성을 평가하기 위하여 이용되어질 수 있다.

이러한 각각의 내스크래치성 평가방법은 모두 상기와 같은 규정된 작업에 의해 시험 대상인 도막에 손상을 주고, 또한 손상된 도막에 대해 내스크래치성을 평가하는 과정을 거치는데, 통상 손상을 준 후 그 손상정도를 광택유지율(%)로 평가하게 된다.

이 광택유지율은 시험평가 전의 광택과 스크래치 손상을 준 후의 광택을 비교하여 구할 수 있으며, 이를 식으로 표현하면 다음과 같다.

광택유지율(%) = (손상 후 광택도/최초 광택도)×100 (1)

여기서, 광택도는 도금 및 도막의 광택도 측정장비인 광택계를 이용하여 측정하는데, 이는 표면 빛의 반사도를 측정하는 것으로, 고광택 도막의 경우 20°법으로 하여 측정되는 부위가 10mm ×10mm일 정도로 시편의 매우 작은 부위만 평가가 가능하다.

따라서, 시편 전체에 걸쳐 스크래치가 균일하지 못할 때는 시험자가 임의적으로 3 ~ 5군데의 측정부위를 선택한 후 그 측정된 값을 평균하여 광택유지율을 구할 수 있다.

결국, 상기한 종래의 방법으로는 동일 시편의 광택유지율이 시험자에 따라 상이하게 나타날 수 있으며, 동일 시험자가 측정하더라도 재현성을 확보하기가 어렵다.

이에 신뢰성과 재현성이 있는 내스크래치성의 평가를 위해서는 기존의 광택계를 이용한 측정방법을 대신하는 보다 새로운 평가방법이 절실히 요구되고 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 차체용 페인트 도막의 시편에 대해 각 시험방법에 따라 규정된 작업을 실시하여 도막 표면에 스크래치 손상을 주고, 대상 표면을 광학적으로 스캔하여 이때 검출된 데이터를 그레이 스케일의 이미지 형태로 변환 및 제공이 가능한 이미지 분석기를 이용하여 상기 도막 표면으로부터 그레이 스케일 이미지를 획득한 후 이 그레이 스케일 이미지로부터 도막 시편의 내스크래치성을 평가하게 되는 새로운 방법을 제공함으로써, 보다 안정적이고 정확한 측정결과를 얻을 수 있음은 물론 시험 재현성을 향상시킬 수 있고, 기존 국부적인 부분만을 시험자 임의로 선택해 평가함으로써 발생할 수 있는 오차를 현저하게 줄일 수 있으며, 시편 전체에 대한 평가도 가능하여 보다 객관적이고 신뢰성 있는 평가결과를 얻을 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은, 차량용 페인트 도막의 내스크래치성을 평가하는 방법에 있어서,

규정된 방법에 따라 도막 표면에 스크래치 손상을 주는 제1단계와;

대상 표면을 광학적으로 스캔하여 이때 검출된 데이터를 그레이 스케일의 이미지 형태로 변환 및 제공이 가능한 이미지 분석기를 이용하여 상기 도막 표면의 그레이 스케일 이미지를 획득하는 제2단계와;

상기 제2단계에서 획득된 이미지의 명암정도를 그레이 스케일 레벨로 수치화 하는 제3단계와;

상기 이미지의 그레이 스케일 레벨로부터 내스크래치성을 평가하는 제4단계;

를 포함하는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 내스크래치성을 평가하는 제4단계는, 상기 도막 표면의 소정 영역에 대하여 그레이 스케일 레벨 수치를 평균하여 계산한 값으로부터 스크래치 손상정도를 평가하는 것임을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 페인트 도막의 내스크래치성 평가방법에 관한 것으로서, 차체용 페인트 도막의 시편에 대해 각 시험방법에 따라 규정된 작업을 실시하여 도막 표면에 스크래치 손상을 주고, 대상 표면을 광학적으로 스캔하여 이때 검출된 데이터를 그레이 스케일(gray scale)의 이미지 형태로 변환 및 제공이 가능한 이미지 분석기를 이용하여 상기 도막 표면으로부터 그레이 스케일 이미지를 획득한 후 이 그레이 스케일 이미지로부터 도막 시편의 내스크래치성을 평가하는 점에 주안점이 있다.

첨부한 도 1은 본 발명의 평가방법과 종래의 평가방법을 비교하여 나타낸 시험순서도이다.

먼저, 본 발명에 따른 차체용 페인트 도막의 평가방법에서는 규정된 방법으로 도막 표면에 스크래치를 가한 후 이 도막 표면을 광학적으로 스캔하여 획득한 그레이 스케일의 이미지로부터 내스크래치성을 평가하게 된다.

여기서, 그레이 스케일은 시편의 표면을 광학적으로 스캔할 수 있는 장비에 의해 제공될 수 있는 것으로, 흑백의 명암정도를 단계적으로 나눈 무채색 색표를 말하며, 장비에 따라 다르지만 일반적으로 0 ~ 255까지의 명암정도를 그레이 스케일로 표현이 가능하다.

그레이 스케일은 확산 빔(diffuse beam)을 시편 표면에 조사하여 얻을 수 있는데, 이 확산 빔은 사람의 눈으로 색상을 구별하는데 사용되는 가시광선 영역의 300 ~ 700nm 확산 주광을 말한다.

재료의 대상 표면을 스캔하여 그레이 스케일의 이미지를 제공하고 그 이미지에 대한 분석을 수행하도록 된 이미지 분석기는, 일반적으로 빔을 생성하는 광원부, 이 빔이 시편에 적절히 조사될 수 있도록 하는 빔 유도부, 시편 전체(또는 원하는 부위)에 빔이 조사될 수 있도록 위치 제어가 가능한 시편 거치부, 시편에서 반사된 빔을 받는 검출부(detector), 그리고 검출된 데이터를 그레이 스케일의 이미지로 변환시키고 분석을 수행하는 데이터 변환 및 분석부로 구성된다.

이와 같이 그레이 스케일을 제공하는 장비의 대부분은 종래 사용된 광택계에 비해 상대적으로 넓은 영역의 측정이 가능할 뿐만 아니라, 시편 전체를 평가할 수도 있어, 기존 광택계의 경우와 같이 국부적인 부분만을 측정할 때에 발생하는 오차를 줄일 수 있다.

이미지 분석기를 이용하여 얻어진 그레이 스케일의 시편 이미지는 첨부한 도 2a 및 도 2b에 나타낸 바와 같이 명암만으로 표현되는데, 상기 이미지 분석기는 획득한 그레이 스케일 이미지의 명암정도를 그레이 스케일 레벨로 수치화(0 ~ 255)하게 되고, 시험자는 시편 소정 영역에 대한 그레이 스케일 레벨 수치의 평균값으로부터 스크래치 손상정도를 평가하게 된다.

여기서, 도 2a는 소형 세차성 시험 과정에서, 도 2b는 러빙 시험 과정에서 얻어진 시편 이미지이다.

상기와 같이 페인트의 도막이 스크래치에 의해 손상을 입게 되면 그 표면에는 첨부한 도 3에 나타낸 바와 같은 흠집이 생기게 되는데, 이 흠집난 부분에서는 빔이 산란되는 바, 결국 스크래치 부분이 도 2에서와 같이 표면 손상이 없는 부분에 비해 상대적으로 밝게 나타나게 된다.

이와 같은 페인트 도막의 내스크래치성 평가는 스크래치가 가장 눈에 잘 띄는 검정색상을 대상으로 하는 것이 바람직하다.

이와 같이 하여, 본 발명에 따른 차량용 페인트 도막의 내스크래치성 평가방법은 스크래치 손상을 가한 시편 도막의 표면으로부터 그레이 스케일의 이미지를 획득한 후 이 이미지로부터 스크래치 손상정도를 평가하는 방법이며, 이에 따르면 기존 광택계에 의한 평가방법에 비해 국부적 변화에 따른 평가결과의 오차를 줄여 실험결과의 신뢰성과 정확성을 높일 수 있게 된다.

이하, 실시예에 의하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하겠는 바, 본 발명이 다음의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

실시예 및 비교예

실시예와 비교예로서, 각 도막 시편에 대해 소형 세차성 시험법과 러빙 시험법을 적용하되 본 발명의 평가방법(실시예)과 종래의 평가방법(비교예)으로 구분하여 실시해 보았다.

여기서, 각 시험당 도막 재료가 다른 두 종류의 시편(A,B)을 이용하였으며, 색상은 검정색 도막 시편을 이용하였다.

먼저, 소형 세차성 시험은 고분자 재질의 브러쉬를 110rpm으로 회전시키면서 시편을 5m/min의 속도로 브러쉬 아래로 왕복 통과시키는 작업을 1사이클로 하여 총 10사이클을 실시한 후 스크래치 시편을 얻었으며, 이때 석영가루가 혼합된 용액을 시편에 분사하여 실제 자동 세차기의 메커니즘을 재현하였다.

또한, 러빙 시험은 마찰액을 시편에 도포하고 천조각을 겹친 마찰자로 20회왕복 운동시켜 스크래치 시편을 얻었다.

상기 두 가지 시험은 도막의 내스크래치성을 평가하기 위한 가장 일반적이고 대표적인 시험이고, 소형 세차성 시험이 러빙 시험보다 상대적으로 넓은 면적의 균일한 스크래치를 얻을 수 있다.

상기 방법으로 얻은 스크래치 시편을 이용하여 본 발명의 이미지 분석기를 이용한 평가방법(실시예)과 기존 광택계를 이용한 평가방법(비교예)으로 도막의 내스크래치성을 평가하였으며, 각 평가방법의 재현성 및 신뢰성을 검증하기 위하여 동일 시편에 대해 3회씩 평가한 후 표준편차를 비교하였다.

실시예에서는 이미지 분석기로 ATLAS사(社)의 'VIEEW'를 사용하여 도막의 손상정도에 따라 그레이 스케일 레벨 0 ~ 255까지의 값을 얻었고, 비교예에서 광택계로는 BYK사(社)의 'GLOSS METER'를 사용하였다.

하기 표 1은 평가결과를 나타낸 것이다.

표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 평가방법에서는 기존의 광택계에 의한 평가방법에 비하여 보다 안정적이고 정확한 측정결과를 얻을 수 있었으며, 시험 재현성이 우수한 것으로 나타났다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 차체 페인트 도막의 시편에 대해 각 시험방법에 따라 규정된 작업을 실시하여 도막 표면에 스크래치 손상을 주고, 이후 시편의 표면을 광학적으로 스캔한 후 검출한 데이터를 그레이 스케일의 이미지 형태로 변환 및 제공이 가능한 이미지 분석기를 이용하여 상기 페인트 도막의 손상정도에 따른 이미지상의 그레이 스케일 레벨을 분석, 이를 통해 도막 시편의 내스크래치성을 평가하는 새로운 방법을 제공함으로써, 보다 안정적이고 정확한 측정결과를 얻을 수 있음은 물론 시험 재현성을 향상시킬 수 있고, 기존 국부적인 부분만을 시험자 임의로 선택해 평가함으로써 발생할 수 있는 오차를 현저하게 줄일 수 있으며, 시편 전체에 대한 평가도 가능하여 보다 객관적이고 신뢰성 있는 평가결과를 얻을 수 있게 된다.

또한, 기존 광택계로 3 ~ 5군데를 수작업으로 측정하던 방식에 비해 그레이 스케일을 제공하는 분석장비로 한번에 평가가 가능해지는 바, 시험 편의성 향상 및 측정 시간의 단축도 가능해진다.

또한, 신차 개발시 효율적인 시험 관리가 가능하여 보다 안정화된 제품 개발에 효과적이다.

도 1은 본 발명의 평가방법과 종래의 평가방법을 비교하여 나타낸 시험순서도,

도 2a와 도 2b는 본 발명에서 이미지 분석기로부터 얻어진 그레이 스케일의 시편 이미지

도 3은 도막 시편의 스크래치 형상을 나타낸 도면.

Claims (2)

1. 차량용 페인트 도막의 내스크래치성을 평가하는 방법에 있어서,

   규정된 방법에 따라 도막 표면에 스크래치 손상을 주는 제1단계와;

   대상 표면을 광학적으로 스캔하여 이때 검출된 데이터를 그레이 스케일의 이미지 형태로 변환 및 제공이 가능한 이미지 분석기를 이용하여 상기 도막 표면의 그레이 스케일 이미지를 획득하는 제2단계와;

   상기 제2단계에서 획득된 이미지의 명암정도를 그레이 스케일 레벨로 수치화 하는 제3단계와;

   상기 이미지의 그레이 스케일 레벨로부터 내스크래치성을 평가하는 제4단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 페인트 도막의 내스크래치성 평가방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 내스크래치성을 평가하는 제4단계는, 상기 도막 표면의 소정 영역에 대하여 그레이 스케일 레벨 수치를 평균하여 계산한 값으로부터 스크래치 손상정도를 평가하는 것임을 특징으로 하는 페인트 도막의 내스크래치성 평가방법.