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红外测(ce)厚仪(yi)解决方(fang)案
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          近红外(wai)水(shui)分和(he)涂层测试(shi)仪(yi)的(de)应用

简介(jie)

Process Sensors Corporation (PSC) 的近红外(NIR)测(ce)试(shi)仪(yi)被广泛(fan)应(ying)用(yong)于胶粘涂层的测(ce)试(shi)和(he)控(kong)制。PSC仪器对水分和涂层厚度的(de)(de)测试特点是精确,可(ke)靠,快速和非破坏性(xing),是理想的(de)(de)实时(shi)

在线测试方(fang)式,PSC的(de)(de)仪器(qi)监测产品(pin)(pin)是否(fou)超出(chu)标准,减少不及(ji)格产品(pin)(pin)的(de)(de)浪费(fei),因此可以提(ti)高产品(pin)(pin)质(zhi)量(liang),减少原材料的(de)(de)消耗,增(zeng)加(jia)产量(liang)。

PSC的(de)测试仪可以测试各种底材的(de)水分和(he)胶粘涂层厚度,包括(kuo):标准(zhun)纸(zhi)(zhi),牛皮纸(zhi)(zhi),离型纸(zhi)(zhi)和(he)塑料(liao)薄膜。精度取(qu)决于(yu)不同(tong)的(de)应用,实验室(shi)和(he)取(qu)样的(de)技(ji)术,但(dan)通(tong)常优于(yu)+/-0.2 水分和0.05mil涂层厚度,仪器可以(yi)安装在固定的位置或扫描架上。

测试(shi)原(yuan)理

大多(duo)数物质(zhi)都(dou)由于(yu)成(cheng)分的不(bu)同而有不(bu)同的NIR吸(xi)收峰(feng),这样一来就可以(yi)选择合(he)适的(de)波长测试不同的(de)物质。例如,所有(you)(you)的(de)有(you)(you)机物均吸(xi)收2300-2350nm 1670-1750nm 而水(shui)分吸收1940nm,如下表(biao):

化学结构

典(dian)型物(wu)质

吸收波长nm

O-H(水分(fen))

水分

14501940

O-H(乙醇(chun))

酒精(jing),丁(ding)醇,碳水(shui)化合物

2100

C-H(脂肪族)

涂层,塑料(liao),溶剂

17202300

C-H(芳香族)

涂层,塑料,溶剂(ji)

2150

NIR只可以测试有特别吸(xi)收(shou)峰的物质,瓷粉(fen)和增白剂不吸(xi)收(shou)红(hong)外线,没有特别的吸(xi)收(shou)峰,所以不适用NIR技术。

PSC测试仪

PSC测试仪是(shi)(shi)应用固定近红(hong)外(wai)波(bo)长测试不同(tong)产品含水(shui)量的(de)近红(hong)外(wai)光电分析仪器,是(shi)(shi)一体(ti)化的(de)仪器,所有(you)连续监测必(bi)需的(de)组件(jian)均置于仪器内,根据波(bo)长的(de)不同(tong)可以同(tong)时测试两种成分(例如水(shui)胶和油(you)胶的(de)涂层厚度)。

水分子的O-H键在(zai)几个(ge)特定的波长吸(xi)收近红外线辐(fu)射。PSC测试仪内旋转的滤(lv)光盘(pan)上三个滤(lv)光片产生这(zhei)些吸收波长和(he)不(bu)(bu)吸收波长,交替地从产品表面反(fan)射(she)到内部光学(xue)组件,由光信号(hao)转换成的电子脉冲经(jing)过(guo)一个比(bi)(bi)率算法(fa)计算出(chu)正比(bi)(bi)例的水分含(han)量(liang),这(zhei)个含(han)量(liang)再经(jing)偏(pian)(pian)置(zhi)和(he)跨度的校(xiao)正变成直(zhi)接的水分含(han)量(liang)。特别(bie)设计的滤(lv)光反(fan)射(she)信号(hao)算法(fa),消除了光学(xue)部件老化和(he)不(bu)(bu)同的物料反(fan)射(she)特性引(yin)起的偏(pian)(pian)差。

仪器组(zu)件

PSC测试仪一体化地置(zhi)于铝铸箱(xiang)体内(nei),内(nei)置(zhi)有:

1光(guang)(guang)源:石英卤素灯(deng)降压使(shi)用,产(chan)生(sheng)近(jin)红(hong)外光(guang)(guang)源。

2滤光盘(pan):几个近(jin)红外和可见(jian)光滤光片(pian)装置在(zai)转盘(pan)上(shang),周边有(you)定时用(yong)的缺口。

3滤光盘马达:精(jing)密的(de)直流无刷马达。

4探测(ce)器:半导体制冷的(de)PbS(硫化铅)探(tan)测器(qi)进行(xing)光电(dian)转(zhuan)换。

5电路:1)电源:90-260V输入的(de)(de)开关电(dian)源,提供仪器所需(xu)的(de)(de)直流(liu)电(dian)压(ya)。2)电路(lu)(lu)板(ban):在一块电路(lu)(lu)板(ban)上包含了前(qian)置放大(da),探(tan)测器控制,中央处理(li)系(xi)统,模拟和串行通信等电路(lu)(lu)。3)显示,两行20字符VFD显示,带有设置,标定(ding),和测(ce)试等(deng)操作键。

标定(ding)

所有NIR测试仪(yi)均需要标定(ding)。测试范围(wei)内的样品经NIR测试仪和(he)实验室测试,对比和(he)线性(xing)回归分(fen)析(xi)可(ke)(ke)以得到仪器新的标定(ding)参数(shu),从而仪器的显(xian)示即为真实值(zhi)。标定(ding)结果可(ke)(ke)以保持稳定(ding)一年。

因为NIR仪器(qi)(qi)需(xu)要用实(shi)验(yan)室(shi)的(de)结果进行标定,所(suo)以精度(du)受(shou)实(shi)验(yan)室(shi)精度(du)的(de)限制,无论仪器(qi)(qi)的(de)精度(du)有(you)多高,都不可能精确(que)过实(shi)验(yan)室(shi)。如果实(shi)验(yan)室(shi)的(de)技术是不准确(que)的(de),仪器(qi)(qi)的(de)测试也(ye)会(hui)不准确(que)。在许多水分和涂层测试的(de)例子中,NIR测试(shi)仪比实验(yan)室的原理具有更(geng)高稳定(ding)度和(he)重复性,因此可能(neng)更(geng)精确。

NIR测试是基于NIR的反射(she),任(ren)何样品反射(she)特性的变化,例(li)如颜色,透(tou)明度,或(huo)表面纤维构(gou)造,都潜在对NIR 标(biao)定(ding)的(de)(de)影响。因此(ci)不同(tong)反射特性的(de)(de)产品(pin)需要(yao)不同(tong)的(de)(de)标(biao)定(ding),但这对于PSC的测试仪并(bing)非问(wen)题,因为PSC的仪器应用了光学(xue)补偿等多(duo)种(zhong)技术去消除(chu)这(zhei)些影响,而且PSC的仪器可以存储很多的标(biao)定(ding)参数。

涂(tu)层种类

通常有(you)3种涂层:

1. 水性涂层:溶液的浓度(du)在10%-60%之间

2. 油性涂层:溶剂(ji)为有(you)机物溶液,和水性涂层应用相似(si),但要注(zhu)意有(you)一定的危险品成分

3. 挤出和(he)热溶(rong)胶涂(tu)层:涂(tu)在底(di)材上是熔溶(rong)物,涂(tu)布头的种类有加热压模(mo), 加热槽和浸槽。

测试方(fang)式:

近红外水(shui)分和(he)涂层(ceng)测试(shi)(shi)仪应用方式有多种,通常(chang)能归类为湿测试(shi)(shi)和(he)干测试(shi)(shi)。

湿测(ce)试:测试(shi)位于(yu)涂(tu)(tu)布(bu)头附近,对(dui)于(yu)水涂(tu)(tu)层,测试(shi)的(de)(de)是涂(tu)(tu)层的(de)(de)含水量,对(dui)于(yu)油(you)涂(tu)(tu)层,测试(shi)的(de)(de)是涂(tu)(tu)层的(de)(de)溶剂的(de)(de)含量。对(dui)于(yu)湿测来(lai)说,涂(tu)(tu)层并(bing)非直接(jie)测试(shi)而是通过已知(zhi)的(de)(de)浓度推(tui)算出来(lai)。

湿测试要考虑(lv)的几个问题:

1. 测试位置应该尽量靠近涂布(bu)头,以(yi)减(jian)少挥发的影(ying)响,特别是油性涂层(ceng),因(yin)为挥发比较快(kuai),所(suo)以测试(shi)变成对机器的(de)涂布速度敏感,当车速较慢时(shi),挥发会更多(duo),造成测试(shi)的(de)误(wu)差。

2. 因(yin)为测(ce)试(shi)对象实际上(shang)溶(rong)剂,所以(yi)精度受(shou)浓度的(de)影响,尽(jin)量保持溶(rong)液的(de)浓度。

3. 油性溶剂包含有爆炸危险(xian)的成(cheng)分(fen),测试头要有适当的保护措施。

干(gan)测试(shi):测(ce)试(shi)位于水(shui)或(huo)其(qi)他(ta)溶剂已经被烘干的地方,是直(zhi)接最(zui)后的涂层(ceng)测(ce)试(shi)。这种测(ce)试(shi)只有(you)(you)涂层(ceng)含有(you)(you)红外(wai)线吸收(shou)物(wu)才可(ke)以进行,这种涂层(ceng)几乎都(dou)是含有(you)(you)有(you)(you)机物(wu)的C-H键。

干(gan)测(ce)试(shi)和(he)湿测(ce)试(shi)的(de)优缺点

湿测试-优点(dian):

1. 控(kong)制速度较(jiao)快,因为测试位置靠近涂布(bu)头,

2. 通常(chang)精度(du)较(jiao)高,因为溶(rong)液的水和溶(rong)剂含量通常(chang)较(jiao)高,较(jiao)少(shao)的涂(tu)层变化都能(neng)测试。

湿(shi)测试-缺点:

1. 需要保(bao)持溶液(ye)的浓(nong)度(du)来保(bao)证测(ce)(ce)试(shi)的精(jing)度(du),批(pi)量之间少许(xu)的差异不(bu)会影响(xiang)测(ce)(ce)试(shi),但(dan)要求(qiu)测(ce)(ce)试(shi)仪对每种(zhong)不(bu)同的浓(nong)度(du)做不(bu)同的标定;

2. 油性溶剂需要考(kao)虑测试头适合危险的环境,这样(yang)一来,测试头体(ti)积和成本都(dou)有所增(zeng)加(jia)。

干测(ce)试-优(you)点:

1. 实(shi)际的涂层量直(zhi)接测试;

2.少受危险品(pin)的影响。

干测试-缺点:

1.涂层必(bi)须为红外线吸(xi)收(shou)物(wu)质;

2. 测试头安装在离涂布头较(jiao)远(yuan)的位置,对控(kong)制(zhi)系统造成延(yan)迟。

各种应用说明

挤出和热溶胶:类似干测(ce)(ce)试,只不过没有测(ce)(ce)试的(de)(de)(de)(de)延迟。典型的(de)(de)(de)(de)应用包括衬(chen)(chen)纸(zhi)或(huo)(huo)照相纸(zhi)的(de)(de)(de)(de)聚乙烯涂层,衬(chen)(chen)纸(zhi)或(huo)(huo)食品袋(dai)的(de)(de)(de)(de)腊(la)涂层。涂层测(ce)(ce)试可以控制(zhi)挤出机的(de)(de)(de)(de)温度(du),压力(li)和车速,加上扫(sao)描支(zhi)架,可以控制(zhi)个别的(de)(de)(de)(de)die bolt避免碰撞(zhuang)和(he)不均匀。

剩(sheng)余水分:剩(sheng)余水分在许多涂布过(guo)程是严格要求的,NIR的测试精度可以达到千分之(zhi)几。NIR可以穿透大多数(shu)的(de)涂层(ceng),因(yin)而测试的(de)水分(fen)(fen)也包括了底(di)材的(de)水分(fen)(fen),幸好(hao)大多数(shu)的(de)应用并不要求分(fen)(fen)辨涂层(ceng)和底(di)材的(de)水分(fen)(fen)。

金属底材的薄涂(tu)层NIR可(ke)以(yi)测(ce)试金属表面特别薄(bo)的(de)涂(tu)层(ceng)(ceng)。其中两(liang)个例子是铝(lv)箔(bo)的(de)力(li)迦(jia)涂(tu)层(ceng)(ceng),铝(lv)片的(de)润(run)滑油。然而,NIR在这(zhei)方面的(de)测试是(shi)困难的(de),因为(wei)这(zhei)些涂层的(de)吸(xi)收(shou)很(hen)弱,需要特别(bie)设计(ji)的(de)薄涂层测试头,应(ying)用中(zhong)红外的(de)波(bo)长,大约(yue)为(wei)3400nm,这样一来,吸收比NIR增大了(le)10-100倍,在(zai)薄(bo)(bo)膜或涂层(ceng)很薄(bo)(bo)并(bing)不规则的情况下,例如铝箔的哑光(guang)力(li)迦(jia)涂层(ceng),仍然可以用NIR反射原理(li)的测试,问题的解决需要用(yong)到Brewster角度(大约58°)的(de)偏振光(guang)。

透明底(di)材:例(li)如(ru)塑料薄膜之类的透明底材(cai)对于NIR的(de)(de)测试(shi)是比较(jiao)特别的(de)(de),首先因为(wei)薄(bo)(bo)膜(mo)是透明的(de)(de),反(fan)射非常弱,需要在(zai)另一面安装反(fan)射装置;其次,如(ru)果(guo)涂层(ceng)(ceng)和薄(bo)(bo)膜(mo)具有相似的(de)(de)化学成分,例如(ru)聚乙烯(xi)薄(bo)(bo)膜(mo)的(de)(de)丙(bing)烯(xi)酸涂层(ceng)(ceng),NIR测试(shi)(shi)仪不能分(fen)辨涂层和(he)底材,这样(yang)一来需要采用差(cha)分(fen)测试(shi)(shi)模(mo)式(shi),即应用两个测试(shi)(shi)头,一个在(zai)涂布之前测试(shi)(shi)薄膜,另一个在(zai)涂布头之后,测试(shi)(shi)薄膜和(he)涂层,涂层可(ke)以相减(jian)得(de)出(chu)。不同厚度的薄的透明膜会对NIR测试(shi)造成(cheng)光学的(de)(de)干(gan)涉,解决问(wen)题(ti)的(de)(de)方法(fa)是薄膜接受(shou)器,再装上(shang)反射装置。

共挤出(chu)薄膜:典型的应用(yong)包括尼龙/聚乙烯(xi)/PET/EVOH

水(shui)分:正确安(an)装并良好标定的(de)测试仪通常可以达到+/-0.1%的精度。

克重NIR可(ke)以(yi)测试一些薄膜或透明底材,例如塑料(liao)薄膜和轻质纸的克重,NIR技术受限制(zhi)于NIR光线必须穿透被测试(shi)物,厚(hou)纸和不透明薄膜的克重因此(ci)不能(neng)测试(shi)。

底材

任何底(di)材的水性(xing)涂(tu)(tu)层都(dou)很(hen)容易测试(shi),铝(lv)箔和纸的油性(xing)涂(tu)(tu)层测试(shi)也(ye)没有问题。透明塑料或其(qi)他有机(ji)底(di)材的油性(xing)涂(tu)(tu)层测试(shi)较为(wei)复杂,规则的一致性(xing)好的底(di)材对于测试(shi)做成的偏差可以(yi)用(yong)(yong)调(diao)零的方法消除(chu),不(bu)规则的底(di)材的测试(shi)可以(yi)用(yong)(yong)双(shuang)测试(shi)头(tou)做成差分测试(shi)方式来解决(jue),当然也(ye)可以(yi)仅(jin)用(yong)(yong)单测试(shi)头(tou),但会(hui)引起偏差。

扫描系统

对(dui)于多(duo)数(shu)的(de)(de)涂布(bu)宽度(du)来说,测(ce)试的(de)(de)光斑是很小的(de)(de),最好能够安装手动或自动的(de)(de)扫描系统(tong),这样不但可(ke)以监测(ce)更大幅面的(de)(de)涂层,而且可(ke)以观察到横向的(de)(de)涂层变化(hua)从而调(diao)节涂布(bu)头的(de)(de)平(ping)衡。

典型的应用(yong)

纸底材

胶粘涂层:水性(xing)(xing)或油性(xing)(xing),湿测(ce)或干测(ce),精度为±0.15gm/0.09lb/rm

胶粘(zhan)涂(tu)层:热熔(rong)胶,干测,精度(du)为±0.2gm/0.12lb/rm

粘(zhan)土/乳胶涂层:湿测,精度为±0.2gm/0.12lb/rm,需要保持溶(rong)液的浓度

力架涂层(ceng):湿测或(huo)干测,精度为±0.15gm/0.09lb/rm

微胶囊涂(tu)层:湿测,精度为±0.2gm/0.12lb/rm,需要保持溶(rong)液的浓度

挤压塑料涂层:干测,精(jing)度(du)为±0.1gm/0.06lb/rm

塑料乳剂涂(tu)层:湿测或(huo)干测,精度为±0.2gm/0.12lb/rm

蜡涂层(ceng):干测,精度(du)为±0.2gm/0.12lb/rm

薄膜底材

水性胶粘涂层:湿测或干(gan)测,干(gan)测可能受不同的薄膜影响,精(jing)度为±0.2gm/0.12lb/rm

水性乳液涂层:湿测,精度为±0.15gm/0.09lb/rm

金属底材

胶粘涂层:同(tong)纸底材,

瓷漆:由于瓷漆通(tong)常(chang)很少(shao),需要(yao)定制特别的长(zhang)波(bo)测试头(tou)

塑料(liao)涂层(ceng):干测,精度为±0.1gm/0.06lb/rm

蜡涂层:干测,精(jing)度为±0.15gm/0.09lb/rm




MCT红外测厚仪(yi)能(neng)快速(su),精(jing)确,可靠地测试水(shui)分(fen),涂布量,薄膜和(he)热熔胶的厚度,从而改善产品控(kong)制。水(shui)分(fen)测试可以安装在干燥入口(kou),出口(kou)或(huo)者加湿工段。水(shui)分(fen)测试有助于保(bao)持产品平整减少卷(juan)边。MCT360可以精(jing)确测试干或(huo)者湿的水(shui)性涂层和(he)干的溶(rong)剂性涂层。

Guardian(佳典)齿形图系统
Guardian(佳典)系统包括MCT360 NIR红外测试仪(根据需要设置测试水分,水性涂层,油性涂层,薄膜和热熔胶的厚度),工业用扫描支架和PC系统结合可以显示产品横截面的齿形图,提供每个细小区间的测试数值显示,带有报警,提示以及数字和模拟的输出信号。适用于纸张,薄膜,无纺布以及金属的涂布加工应用。