자동차 보수도장 조색작업에서 저 광택 및 무광택 컬러의 클리어와 소광제 혼합비율 조절에 관한 연구

2.1 실험장비 및 재료

실험에 사용된 시험편은 두께 0.8 mm, 폭 100 mm, 길이 150 mm의 알루미늄 시험편으로 급격한 온도, 습도변화방지와 안전을 위해 스프레이 부스 안에서 도장작업을 진행하였으며, 하도와 중도작업을 한 번에 마칠 수 있는 프라이머-서페이서를 사용하였다. 베이스코트는 보수도장에서 점차 사용이 증가할 것으로 예상되는 수용성 베이스코트를⁴⁾ 사용하였다. 클리어코트에는 보수도장에서 일반적으로 사용하는 2K Acrylic 클리어를 사용하였으며, 각 페인트마다 사용된 스프레이건은 Table 1과 같이 페인트 제조사에서 추천하는 규격과 조건을 맞추었다. 완성된 시험편의 광택측정을 위한 광택측정기, 색상과 명도를 측정하기 위한 분광 광도계(Spectrophotometer)를 사용하였다.

Table 1

Condition of spray gun by paint

2.2 실험 방법

시험편 제작은 Fig. 1의 순서로 각 구성 요소에 맞는 보수도장 페인트를 TDS에 따라 Fig. 2와 같이 적층하였다. 알루미늄 시험편 25장을 준비하여 표면상태 및 요철유무를 확인하고 세척한 후 시험편을 충분히 건조 후, 실리콘 세정제를 시험편에 고르게 분무하고 세정제가 마르기 전 닦아 냈다. 그레이드 P400연마지로 시험편을 고르게 연마 후 압축공기를 이용하여 연마 시 발생한 먼지를 제거하고, 실리콘 세정제를 분무하고 마르기 전 닦아내어 페인트도장 전 시험편 준비 작업을 마쳤다.

Fig. 1

Schematic of painting process

Fig. 2

The paint layers on the specimens

준비된 시험편을 Fig. 1과 같이 수직거치대에 부착하고 시험편 표면의 먼지를 제거하였다. 프라이머-서페이서를 제조사에서 추천한 혼합비율과 도장 방법에 따라 혼합하여 2회 도장하고 20분간 플래시-오프(Flash-off) 하여 컬러베이스를 후속 도장할 수 있도록 하였다. 프라이머-서페이서 도장을 마친 시험편 다섯 장을 한 세트로 하여 다섯 세트를 준비하고, 보수도장에서 저 광택 및 무광택컬러로 사용되는 회색(Gray color), 검정(Black color), 은색(Silver color), 청색(Blue color), 적색(Red color)의 다섯 가지 컬러베이스를 페인트 제조사에서 제공한 배합에 따라 300 ml씩 배합하였다. 배합을 마친 컬러베이스에 희석제를 무게 비 20 %를 혼합하여 Fig. 1과 같이 프라이머-서페이서 공정을 마치고 다섯 장씩 준비된 시험편에 한 가지 컬러베이스를 도장하고 광택이 사라질 때 까지 건조하는 방법으로 3회 도장을 하였다. 컬러베이스를 도장할 때 온도는 24.1 °C~24.2 °C, 습도는 51 %~52 %로 일정하게 유지하여 수용성 컬러베이스 공정에서 발생할 수 있는 온도와 습도차이에 의한 이색현상은 발생하지 않도록 하였다.⁵⁾

클리어 200 ml와 표준경화제 100 ml를 부피비로 혼합하여 클리어(a)를 만든다. 클리어 200 g과 소광제 100 g을 무게 비 1:0.5로 혼합하고 혼합된 클리어 200 ml를 덜어내어 표준경화제 100 ml와 혼합하여 클리어(b)를 만든다. Table 2의 혼합비율로 나머지 세 개의 클리어(c), 클리어(d), 클리어(e)를 만든다.

Table 2

Mixing ratio of clear & matting agent

클리어(a)를 Fig. 1과 같이 베이스코트 공정이 완료되어 컬러별 한 장씩 다섯 장을 한 세트로 하여 준비한 시험편에 1회 도장한다. 클리어(b), (c), (d), (e)도 (a)와 동일한 방법으로 준비된 시험편에 1회 도장하여 Table 3과 같이 다섯 가지 컬러의 베이스코트에 클리어(a), (b), (c), (d), (e)가 한 장씩 도장될 수 있도록 한다.

Table 3

Clear coat on Basecoat by colors

클리어도장을 마친 시험편은 스프레이 부스 안에서 15분간 플래시-오프 과정을 거친 후, 드라이 오븐에 넣어 60 °C에서 30분 건조하여 시험편 제작을 완료한다. 건조가 끝난 25장의 시험편을 표면온도가 상온이 될 때까지 냉각한 후 Fig. 3에 표시된 시험편의 Ⓐ, Ⓑ, Ⓒ, Ⓓ, Ⓔ 위치에서 60° 각도에서 광택을 측정하여 광택도(GU, on 60°)로 나타내고 시험편마다 평균값을 구한다.

Fig. 3

Measurement point of specimens

분광 광도계를 Fig. 3에 표시된 시험편의 Ⓕ, Ⓖ, Ⓗ 위치에서 색상과 명도를 15°, 45°, 110°에서 측정하여⁶⁾ 시험편마다 평균값을 구하고 색상, 명도와 광택의 관계를 분석하였다.

3.1 클리어와 소광제 혼합비율과 광택도의 컬러별 상관관계

시험편의 광택을 측정하여 Fig. 4와 같이 클리어와 소광제 혼합비율과 광택도의 관계를 나타내었다. Fig. 4에서 회색시험편의 혼합비율과 광택도의 관계를 살펴보면 클리어(a)를 적용한 시험편 광택도는 94.1이고 클리어(b)를 적용한 시험편은 75.4이다. 클리어(c), (d), (e)를 적용한 시험편은 차례로 54, 17.1, 6.3으로 나타났다. 소광제가 혼합되지 않은 클리어(a)를 적용한 시험편과 클리어와 소광제가 혼합된 클리어(b), (c), (d), (e)를 적용한 시험편을 비교하면 소광제를 혼합한 비율이 높아질수록 광택이 감소하는 것으로 나타났다.

Fig. 4

Interrelation of GU on 60° and mixing ratio by colors

광택도는 베이스코트컬러에 따라 다소 차이가 있지만 유의미한 차이를 보이지 않아 베이스코트컬러가 광택에 미치는 영향은 크지 않다고 할 수 있다. 그 이유를 살펴보면 광택은 도막표면의 매끄러운 정도(Roughness)에 따라 높고 낮음이 결정되며 도막표면이 매끄러울수록 광택이 높아지고 거칠수록 광택이 낮아진다. 보수도장은 컬러를 나타내는 베이스코트 위에 클리어코트를 적층하기 때문에 베이스코트의 컬러는 도막표면의 매끄러운 정도에 주는 영향이 매우 제한적이다. 따라서 보수도장의 광택은 가장 바깥에 위치하는 클리어코트의 매끄러운 정도에 따라 광택의 높고 낮음이 결정되고 컬러의 종류는 광택에 영향을 주기 어렵기 때문이다.

3.2 광택과 명도의 컬러별 상관관계

Fig. 5는 광택도와 45°에서 명도(L*)의 관계를 컬러별로 나타낸 것으로, 한 가지 컬러에서 소광제가 혼합되지 않은 클리어(a)를 클리어코트로 적용한 시험편과 클리어와 소광제가 혼합된 클리어(b), (c), (d), (e)를 적용한 시험편의 명도를 비교해 보면, 광택이 낮아지는 순서대로 45°에서 명도가 높아지는 것을 알 수 있다. 회색 시험편의 광택도와 명도 측정결과를 살펴보면 소광제가 혼합되지 않은 클리어(a)를 클리어코트에 적용한 시험편의 광택도는 94.1이고 명도는 35.6이다. 클리어(b)의 광택도와 명도는 75.4와 36, 클리어(c)는 54와 36.3, 클리어(d)는 17과 37.1, 클리어(e)는 6.3과 40.4로 나타났다. 즉 소광제의 혼합비율이 높아질수록 광택이 낮아지고 45°에서 명도가 높아진다는 것을 알 수 있다. 클리어(d)와 클리어(e)가 클리어코트에 적용되었을 때 45°에서 명도가 가장 큰 폭으로 상승하는 것을 알 수 있다. 클리어(d), (e)가 적용된 시험편을 컬러별로 명도의 변화를 보면 검정의 차이가 9.0으로 변화폭이 가장 크고 청색 5.1, 은색 4.5, 회색 3.3, 적색 3.2 순서로 작아진다. 베이스코트 컬러에 따라 광택이 낮아질수록 45°에서 명도가 높아지는 현상은 같지만 변화폭은 다른 것으로 나타났다.

Fig. 5

Interrelation of GU on 60° and L* on 45° by colors

회색 시험편의 각도에 따른 명도 측정결과를 비교해 보면 다음과 같다. 15°에서 명도 측정결과를 살펴보면 클리어(a)를 클리어코트로 적용한 시험편은 83.7, (b)는 83.5, (c)는 84, (d)는 91.8, (e)는 90.1이고, 110°에서의 명도 측정결과는 클리어(a), (b), (c), (d), (e)를 적용한 시험편에서 차례대로 13.0, 13.0, 13.1, 13.8, 14.2로 나타나 45°에서와 달리 광택에 따라 명도가 규칙적으로 변화하는 현상을 찾기 어려워 활용하기 어렵다.

3.3 광택과 명도의 상관관계를 이용한 클리어와 소광제 혼합비율 조절방법

보수도장현장에서 광택측정기나 분광 광도계 등 고가의 장비를 보유하기는 어렵다. 따라서 저 광택 및 무광택컬러의 보수도장 시 조색작업을 진행 할 때 육안으로 관찰하여 광택, 명도, 색상 차이를 분석 후 진행하게 된다.

실험결과 클리어코트의 광택이 낮아질수록 45°에서 명도는 높아지는 특성이 있다는 것을 알 수 있다. 일반적으로 저 광택 및 무광택 컬러의 신차도장과 보수도장은 클리어코트를 베이스코트 위에 적층하는 동일한 구조를 가지고 있으며, 클리어코트의 매끄러운 정도에 따라 광택이 결정된다. 따라서 광택에 따라 45°에서 명도가 달라지는 원리는 동일하게 적용된다. 45°에서 보수도장과 신차도장의 명도를 비교하였을 때 신차도장에 비해 상대적으로 보수도장의 명도가 낮다면 광택은 높을 것으로 유추할 수 있고 반대로 명도가 높다면 광택은 낮다고 유추할 수 있을 것이다. 이와 같은 특성을 이용하여 저 광택 및 무광택 컬러의 조색작업 시, 육안관찰로 45°에서의 명도를 비교하여 신차도장과 보수도장 광택의 높고 낮음을 판별할 수 있어 클리어와 소광제 혼합비율을 조절하는 보조적 수단으로 활용할 수 있다.