薄膜厚度是否均勻一致是檢測薄膜各項性能的基礎(chǔ)。很顯然,倘若一
批單層薄膜厚度不均勻,不但會影響到薄膜各處的拉伸強(qiáng)度、阻隔性等
,更會影響薄膜的后續(xù)加工。對于復(fù)合薄膜,厚度的均勻性更加重要,
只有整體厚度均勻,每一層樹脂的厚度才可能均勻。因此,薄膜厚度是
否均勻,是否與預(yù)設(shè)值一致,厚度偏差是否在的范圍內(nèi),這些都成
為薄膜是否能夠具有某些特性指標(biāo)的前提。薄膜厚度測量是薄膜制造業(yè)
的基礎(chǔ)檢測項目之一。
1. 各種在線和非在線測厚技術(shù)發(fā)展快速
包裝材料厚度的測試zui早用于薄膜厚度測量的是非在線測厚技術(shù)。
之后,隨著射線技術(shù)的不斷發(fā)展逐漸研制出與薄膜生產(chǎn)線安裝在一起的
在線測厚設(shè)備。上個世紀(jì)60年代在線測厚技術(shù)就已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用,
現(xiàn)在更能夠檢測薄膜某一涂層的厚度。同時,非在線測厚技術(shù)也有了長
足的發(fā)展,各種非在線測試技術(shù)紛紛興起。在線測厚技術(shù)與非在線測厚
技術(shù)在測試原理上*不同,在線測厚技術(shù)一般采用射線技術(shù)等非接觸
式測量法,非在線測厚技術(shù)一般采用機(jī)械測量法或者基于電渦流技術(shù)或
電磁感應(yīng)原理的測量法,也有采用光學(xué)測厚技術(shù)、超聲波測厚技術(shù)的。
2. 在線測厚較為常見的在線測厚技術(shù)有β射線技術(shù),X射線技術(shù)和
近紅外技術(shù)。
2.1 β射線技術(shù)
β射線技術(shù)是zui先應(yīng)用于在線測厚技術(shù)上的射線技術(shù),在上世紀(jì)60
年代就已經(jīng)廣泛用于超薄薄膜的在線厚度測量了。它對于測量物沒有要
求,但β傳感器對溫度和大氣壓的變化、以及薄膜上下波動敏感,設(shè)備
對于輻射保護(hù)裝置要求很高,而且信號源更換費(fèi)用昂貴,Pm147源可用
5-6年,Kr85源可用10年,更換費(fèi)用均在6000美元左右。
2.2 X射線技術(shù)
這種技術(shù)極少為塑料薄膜生產(chǎn)線所采用。X光管壽命短,更換費(fèi)用
昂貴,一般可用2-3年,更換費(fèi)用在5000美元左右,而且不適用于測量
由多種元素構(gòu)成的聚合物,信號源放射性強(qiáng)。X射線技術(shù)常用于鋼板等
單一元素的測量。
2.3 近紅外技術(shù)
近紅外技術(shù)在在線測厚領(lǐng)域的應(yīng)用曾受到條紋干涉現(xiàn)象的影響,但
現(xiàn)在近紅外技術(shù)已經(jīng)突破了條紋干涉現(xiàn)象對于超薄薄膜厚度測量的限制
,*可以進(jìn)行多層薄膜總厚度的測量,并且由于紅外技術(shù)自身的特點(diǎn)
,還可以在測量復(fù)合薄膜總厚度的同時給出每一層材料的厚度。近紅外
技術(shù)可用于雙向拉伸薄膜、流延膜和多層共擠薄膜,信號源無放射性,
設(shè)備維護(hù)難度相對較低。
2.4 在線測厚設(shè)備的應(yīng)用情況
在線測厚能夠以zui快的速度獲取厚度測試數(shù)據(jù),通過數(shù)據(jù)分析,及
時調(diào)整生產(chǎn)線的參數(shù),縮短開車時間。但是在線測厚設(shè)備必須配備與生
產(chǎn)線相匹配的掃描架,這在一定程度上限制了在線測厚設(shè)備的重復(fù)利用
。而且由于薄膜生產(chǎn)線往往需要長期連續(xù)工作,因此相應(yīng)的在線測厚設(shè)
備也就必須長期連續(xù)工作。在設(shè)備的價格上,在線測試設(shè)備一般要比非
在線測試設(shè)備貴很多,而且前者的運(yùn)行費(fèi)用與維護(hù)費(fèi)用也比較高。
3. 非在線測厚
非在線測厚技術(shù)主要有—接觸式測量法和非接觸式測量法兩類,接
觸式測量法主要是機(jī)械測量法,非接觸式測量法包括光學(xué)測量法、電渦
流測量法、超聲波測量法等。由于非在線測厚設(shè)備價格便宜、體積小等
原因,應(yīng)用領(lǐng)域廣闊。
3.1 渦流測厚儀和磁性測厚儀
渦流測厚儀和磁性測厚儀一般都是小型便攜式設(shè)備,分別利用了電
渦流原理和電磁感應(yīng)原理。于各種特定涂層厚度的測量,用于測量
薄膜、紙張的厚度時有出現(xiàn)誤差的可能。
3.2 超聲波測厚儀
超聲波測厚儀也多是小型便攜式設(shè)備,利用超聲波反射原理,可測
金屬、塑料、陶瓷、玻璃以及其它任何超聲波良導(dǎo)體的厚度??稍诟邷?/p>
下工作,這是很多其它類型的測厚儀所不具備的,但對檢測試樣的種類
具有選擇性。
3.3 光學(xué)測厚儀
從測試原理上來說光學(xué)測厚儀可達(dá)到*的測試精度,但是這類測
厚儀在使用及維護(hù)上要求*:必須遠(yuǎn)離振源;嚴(yán)格防塵;專業(yè)操作及
維護(hù)等。使用范圍較窄,僅適用于復(fù)合層數(shù)較少的復(fù)合膜。
3.4 機(jī)械測厚儀
機(jī)械測厚儀可以分為點(diǎn)接觸式和面接觸式兩類,是一種接觸式測厚
方法,它與非接觸式測厚方法有著本質(zhì)的區(qū)別——能夠在進(jìn)行厚度測量
前給試樣測量表面施加一定的壓力(點(diǎn)接觸力或面接觸力),這樣可以
避免在使用非接觸式測厚儀測量那些具有一定壓縮性、表面高低不平的
材料時可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)波動較大的現(xiàn)象。機(jī)械測厚儀采用zui傳統(tǒng)的測厚方
法,數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠,對試樣沒有選擇性。由于機(jī)械測厚儀的測試精度主
要取決于測厚元件的精度,所以市場上的機(jī)械測厚儀的測試精度參差不
齊。此外,機(jī)械測厚儀的核心元件——測量頭及測量面——對于微小的
振動都十分敏感,所以在有振源的環(huán)境中測量精度沒有任何意義。為了
避免自身的振動,并盡可能地減少外界振動的影響,設(shè)備底座都采用重
而寬的金屬制成,這在一定程度上保證了測厚精度,卻也給機(jī)械測厚儀
的小型化和輕便化帶來了很大的困難。環(huán)境溫度和風(fēng)速同樣可以影響傳
感器的精度,因此必須在實驗室環(huán)境內(nèi)使用。上制定了很多關(guān)于機(jī)
械式測厚設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)(這在包裝材料測厚領(lǐng)域內(nèi)是比較罕見的,其它類
型的測厚設(shè)備少有標(biāo)準(zhǔn)的支持),ISO 534:1988,ISO 4593:1993,
ASTM D 645-97,GB/T6672-2001等。
需要指出的是,常見的機(jī)械測厚儀有點(diǎn)接觸式測厚儀和面接觸式測
厚儀兩類,由于測量頭與試樣的接觸面積不同,測量頭的施力不同,施
力速度不同,相同的試樣(這里假設(shè)厚度均勻一致)使用這兩類測厚儀
很可能得到不同的測試結(jié)果,這主要是由于可壓縮試樣在不同的情況下
產(chǎn)生的形變率往往不相同。因此,在選擇機(jī)械測厚儀測試時必須嚴(yán)格執(zhí)
行所參照標(biāo)準(zhǔn)的測試條件和測試要求。
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