化学镀铜木质复合材料视觉环境学特性研究

孙丽丽，王立娟

(1.哈尔滨商业大学 设计艺术学院，哈尔滨 150028；2.东北林业大学 材料科学与工程学院，哈尔滨 150040)



化学镀铜木质复合材料视觉环境学特性研究

孙丽丽1，王立娟2*

(1.哈尔滨商业大学 设计艺术学院，哈尔滨 150028；2.东北林业大学 材料科学与工程学院，哈尔滨 150040)

摘要：研究化学镀铜木质复合材料的视觉环境学特性，为材料的实际应用提供参考与指导。以分光色度仪、数字光泽度计对桦木、水曲柳化学镀铜单板涂饰前后的颜色和光泽度进行测量。单板颜色在孟塞尔色系统中标注分别为9.8R6.9/10.6和9.8R7.1/10.1，单板光泽度参数GL、GT分别为7.75%、5.21%和6.15%、3.38%。镀铜单板表面颜色为明度与饱和度均较高的橙红色，涂饰后颜色偏向红色且较为深暗，可以引起温暖、豪华和明快等视觉心理感觉；镀铜使单板表面光泽度有所提高，涂饰后光泽度降低，给人增加稳定和平静等视觉心理感觉。

关键词：木材化学镀铜；颜色；光泽度

0引言

木材是构成室内环境的主要材料之一，以化学镀铜法制备木质基电磁屏蔽材料，在保持木材优异特性的同时，又具有金属铜的颜色与光泽[1-2]，在需要静电防护和电磁屏蔽的室内空间具有较高的推广和应用价值，是一种具有功能性和装饰性的新型复合材料。

颜色与光泽度与人对视觉环境的舒适程度密切相关，是构成材料视觉环境学特性的两大要素，本文以乙醛酸为还原剂所得化学镀铜单板为试件[3-4]，且电磁屏蔽效能能够满足民用及一般军用领域的要求。通过对涂饰前后镀铜单板表面视觉物理量的测量与对比分析，为化学镀木质复合材料的实际应用提供依据，为材料的加工、设计提供指导与参考，并有利于提高材料的附加值。

1测量方法

1.1色度值测量

采用手持式分光色度仪，每块试件正反两面各取4点，每点测量2次，取同种条件下多个试件平均值，测得涂饰前后镀层的色度值(1976CIEL*a*b*色空间中L*值、a*值、b*值)，并以公式计算Ag*、C*，孟塞尔表色系统可以直接得到颜色三属性测量值，但色调值需通过公式将L*a*b*表色系统的测量值向孟塞尔表色系统(HVC)进行转换，即C*指颜色的饱和度，表示为：C*=(a*2+b*2)1/2，Ag*为色调角，公式为Ag*=arctan(b*/a*)[5-7]。

1.2光泽度值测量

在60°镜面反射条件下，以数字型光泽度计进行测量。光泽度是反映物体表面对光线反射能力的强弱，并以反射光强度与入射光强度的比值来表示，公式为：

G=100×P/P0。

式中：P表示物体的反射率；P0表示标准板的反射率。

木材表面光泽度值包括与木材纹理方向平行的光泽度值(GL)、与木材纹理方向垂直的光泽度值(GT)和GB(GB=GL/GT)，即二者比值，这是由木材纹理的特殊性决定的，因化学镀使木材表面保留了固有的纹理，镀层光泽度测量依然采用这三个指标。

2结果与分析

2.1材料表面色度值

化学镀铜单板表面色度参数变化如图1所示，在CIEL*a*b*色空间中，两种木材单板施镀前后a*值均有较大幅度提高，说明红色的成分增加显著；L*值的变化结果显示桦木素材单板明度较高，浅黄色单板镀铜后颜色变为红色，明度降低；而明度较低的水曲柳素材单板在镀铜后与桦木相反，明度得到提高；两单板b*值在施镀前后变化较小，表明黄色成分所受影响较小。Ag*值的对比显示施镀前后色调角改变较为明显。色饱和度C*与a*、b*有正相关趋势，a*、b*值的提高，相应材料的色饱和度较之素材越高，视觉上镀铜后单板颜色较素材更为鲜艳饱满，由图可知，引起此变化与a*值的显著提高关系最为密切。

图1　单板化学镀铜前后色度参数对比Fig.1 Comparison of the color parameters of un-plated and plated veneers

由表1可知，在孟塞尔色系统中的标注值显示桦木素材单板的H值(色调标号)位于YR(黄红)与Y(黄色)区接近的位置，颜色呈现较为明亮的浅黄色；水曲柳素材单板标注值表明其色调区域标号与桦木相同，但比桦木更接近Y区，因此在色相上比桦木更倾向于橙色；水曲柳素材的明度值与纯度值均略低于桦木，因此颜色上桦木更显鲜亮。桦木、水曲柳镀铜后单板的色调标号表明二者色相均位于红色区且接近橙色区，且为饱和度较高的红色，且水曲柳镀铜单板较之桦木更为明亮，经化学镀铜的单板表面，在基本保持素材纹理的基础上改变为金属铜的颜色。

表1　单板化学镀铜及涂饰前后孟塞尔色系统标注值Tab.1 Munsell color parameters of plated veneers and before and after coating

表2　单板化学镀铜及涂饰前后光泽度测量值Tab.2 Glossiness parameters of plated veneers and before and after coating

2.2材料表面光泽度值

光泽度测量值见表2，桦木、水曲柳素材单板光泽度值较低，GL值均大于GT值，GB>1，表明与木材纹理方向平行的光泽度均大于与其方向垂直的光泽度；如图2所示，施镀前后单板光泽度差值△GL、△GT均为正值，表明桦木、水曲柳表面光泽度在化学镀铜后均得到提高，△GB>1，即平行纹理光泽度提高幅度大于垂直纹理，且由于受表面纹理的影响，水曲柳较之桦木更加显著。

图2　单板化学镀铜及涂饰前后光泽度差值对比Fig.2 Comparison of the glossiness difference of plated veneers and before and after coating

单板表面的光泽度受其结构的影响，切削后的木材表面由无数个微小的细胞腔构成，细胞腔内壁的光滑度、腔内物及入射光方向等都会对光线的折射、反射产生影响[8]，当光线沿着与木材纹理方向平行而射入时，一部分光线会从剖切形成凹痕的细胞壁表面直接折射，另一部分则顺着细胞长轴方向从细胞内折射，反射光散射程度较小，镜面反射率较高；反之，当光线沿着与木材纹理方向平行而射入时，部分光线受细胞内壁的阻挡，反射光散射程度较大，镜面反射率较低，因此，平行于纹理方向的光泽度大于垂直于纹理方向的光泽度[9-10]。经化学镀处理的木材单板表面纹理清晰可见，且改变为金属铜的颜色，具有独特的金属光泽。

2.3涂饰前后视觉物理量分析

涂饰可以起到保护镀层的作用，涂饰选择硝基漆，室内自然晾干，放置7日后进行电磁屏蔽效能、视觉物理量等测量，镀铜单板涂饰前后的颜色差值如图3所示，两种化学镀铜单板涂饰前后颜色明度差△L*均为数值较大的负值，涂饰使镀铜单板较涂饰前产生大幅度变暗，△a*值表示颜色中红色的成分发生小幅变化。△b*为负值，说明颜色中蓝色成分增加而黄色成分减少。△C*值显示颜色较之前暗浊，色调角Ag*也为负值，表明由于色调角的减小，颜色产生了偏向红色的趋势。△E*值>12，色差变化较大，达到易被识别的程度。见表1中涂饰后颜色在孟塞尔色系统标号值表明在色相环上的位置已偏移向红色中心区，且仍与橙色区保持较近距离，结合V值和C值可知，涂饰后镀层表面呈现较为深暗的橙红色，其结果与目测视觉感觉一致。由此可知，涂饰使单板表面颜色明度降低较大，色调也略有改变。化学镀铜单板涂饰前后光泽度测量值见表2，涂饰后桦木、水曲柳的GB值仍然大于1，但均有所降低，表明涂饰后镀层表面依然保持木材独特的光反射特性，但程度略有所减弱；从图2可知，镀铜单板涂饰前后的光泽度参数△GL、△GT均为负值，表明涂饰后单板的光泽度降低，△GB值的变化表明GL的下降幅度始终大于GT的下降幅度，同时从涂饰前后△GB变化幅度不同可知，涂饰对镀层的光泽度产生了一定的影响，其原因是涂饰过程会导致原有的表面结构受到不同程度地破坏并重构新的表面，从而影响了横顺纹理的光泽度比，导致镀层对光反射程度的不同。

图3　镀铜单板涂饰前后颜色差值对比Fig.3 Comparison of the color difference of plated veneers before and after coating

2.4镀铜单板的视觉心理特性

周围环境所传递的信息及相关刺激均可以对人的视觉心理产生影响，材料的颜色、光泽度则是其中最主要的两个因素，通过刺激人眼传递信息到大脑不同的感受区域内，从而使人产生不同的心理反应。主观评价法指用一些心理量词直接评价主体对外界刺激产生的直觉量，木质材料对视觉心理量影响的视觉环境学评价通常采用SD法[11-12]，经测试结果显示：红绿色品指数a*、黄蓝色品指数b*、色饱和度C*均与“温暖感”心理感量均呈一定正相关趋势，即a*、b*值越高，颜色越偏红、黄色，颜色纯度也随之提高，给人的“温暖感”越强，“豪华”、“富贵”等心理量感随之增强；b*与“明快”、“华丽”“漂亮”等心理感量呈正相关趋势，即黄色成分增多，“明快感”增加；“温暖感”与L*呈负相关，当明度降低，“温暖感”则有上升的趋势；L*与光泽度GL、GT表达极为相近的物理意义，与三者呈正显著相关的是“明快感”“现代感”，随明度、光泽度提高，其程度大幅度提升，镀铜后的木材表面可以使人产生“温暖感”、“豪华感”、“明快感”。

通常光滑的金属材料表面具有较高的反射率，使人感觉刺眼、极易产生视觉疲劳感。镀铜木材表面光泽度与素材相比有所提高，具有金属铜的光泽感，但由于保留了木材多孔及独特的纹理，且在不同方向呈现出的光泽和颜色略显差异，这种表面特征不会产生刺激性的反射光线，使人视觉感觉舒适。涂饰后镀铜单板视觉物理量变化最显著的应为明度的降低，其次红绿、黄蓝色品指数的改变，随之色饱和度有所降低，涂饰后镀铜单板变为深暗的橙红色。饱和度低、明度低的红色除了给人“温暖感”，也会产生“稳重感”、“深沉感”等心理感受。由于涂饰后各色品指数的变化均不显著，因此，视觉心理感觉不会产生较大改变，涂饰后表面光反射各向异性程度略有减弱，镀层光泽度降低，此种表面特性的材料应用于室内环境中会使“稳定感”、“平静感”等视觉心理感觉随之增加。

3结论

木材化学镀铜使材料表面改变为金属铜的颜色且保持着原有的纹理特征，桦木、水曲柳镀铜单板颜色在孟塞尔色系统中标注值为明度、饱和度均较高的橙红色，涂饰后颜色则较之前偏向红色且较为深暗；化学镀铜使之较素材相比光泽度有所提高，涂饰后镀层光泽度降低；镀铜木材表面给人“温暖感”、“豪华感”、“明快感”等视觉心理感觉，材料表面仍然具有木材独特的光学特性，使人视觉感觉舒适；经涂饰后提高“厚重感”、“深沉感”及“稳静感”等视觉心理感觉。

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收稿日期：2016-01-19

基金项目：国家林业公益性行业科研专项(201304502)；哈尔滨商业大学博士科研启动项目(14LG10)

第一作者简介：孙丽丽，博士，讲师。研究方向：木质复合材料、室内装饰材料。 *通信作者：王立娟，博士，教授。研究方向：生物质复合材料。E-mail:donglinwlj@163.com

中图分类号：TS 652

文献标识码：A

文章编号：1001-005X(2016)04-0037-04

Study on the Characteristics of Visual Environment of Wood-basedComposite Material from Electroless Copper Plating

Sun Lili1，Wang Lijuan2*

(1.College of Art and Design，Harbin University of Commerce，Harbin 150028；2.College of Material Science and Engineering，Northeast Forestry University，Harbin 150040)

Abstract：The characteristics of visual environment of wood-based composite materials were studied，which can provide reference and guidance for the application of the materials.The color and lustrousness of the birch and fraxinus mandschurica veneers before and after plated with copper layers were measured by spectrophotometer and digital gloss meter，respectively.The quantitative value of the plated veneers of birch and fraxinus mandschurica were 9.8R6.9/10.6 and 9.8R7.1/10.1 in Munsell color system.The GL and GT parameters in lustrousness measurement of the plated veneers are 7.75%，5.21% and 6.15%，3.38%，respectively.The electroless copper plated veneers showed salmon pink color with high lightness and saturation，and changed to slightly darker and red after coated，which could make people feel warm，gorgeousness and light-hearted.The surface gloss of the veneers was improved after copper plated and reduced after coated and it could make people feel stable and calm.

Keywords：wood electroless copper plating；color；lustrousness

引文格式：孙丽丽，王立娟.化学镀铜木质复合材料视觉环境学特性研究[J].森林工程，2016，32(4)：37-40.