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红外测厚仪解决方案
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          近(jin)红(hong)外水分和涂层(ceng)测试(shi)仪(yi)的应用

简介

Process Sensors Corporation (PSC) 的(de)近(jin)红外(wai)(NIR)测试仪被(bei)广(guang)泛应用于胶粘涂层的测试和控制。PSC仪器对水(shui)分和涂(tu)层厚度(du)的(de)(de)测试特点是(shi)(shi)精确,可(ke)靠,快速和非破(po)坏性,是(shi)(shi)理想的(de)(de)实时

在线测试方式,PSC的仪(yi)器监测产(chan)品是否超(chao)出标(biao)准(zhun),减(jian)少(shao)不及(ji)格产(chan)品的浪(lang)费,因此可以提高产(chan)品质(zhi)量,减(jian)少(shao)原材料的消耗,增加产(chan)量。

PSC的(de)测试仪可以测试各种底材的(de)水分和胶粘涂层厚度,包括(kuo):标准纸(zhi),牛皮纸(zhi),离型纸(zhi)和塑(su)料薄膜。精度取(qu)决于不(bu)同的(de)应用,实验(yan)室(shi)和取(qu)样的(de)技(ji)术,但通常(chang)优于+/-0.2 水分和(he)0.05mil涂层厚度(du),仪器可以(yi)安(an)装(zhuang)在固定的位(wei)置(zhi)或扫描架上。

测试(shi)原(yuan)理

大(da)多(duo)数物质都由于成分的不(bu)同(tong)而(er)有(you)不(bu)同(tong)的NIR吸收(shou)峰,这(zhei)样(yang)一来(lai)就可以选择合适的波长测试(shi)不同的物质。例如,所有的有机(ji)物均吸收(shou)2300-2350nm 1670-1750nm 而(er)水分吸(xi)收1940nm,如下表(biao):

化(hua)学结构

典型物质

吸收波长nm

O-H(水分)

水(shui)分

14501940

O-H(乙醇)

酒精(jing),丁(ding)醇,碳水化(hua)合物

2100

C-H(脂肪族)

涂层,塑料,溶剂

17202300

C-H(芳(fang)香族)

涂层,塑料,溶剂

2150

NIR只可(ke)以(yi)测试有特别吸(xi)(xi)收峰的物质,瓷粉(fen)和增白剂(ji)不吸(xi)(xi)收红(hong)外线,没有特别的吸(xi)(xi)收峰,所以(yi)不适用NIR技术。

PSC测(ce)试仪

PSC测(ce)试(shi)仪是(shi)应用固定近(jin)红(hong)外波长测(ce)试(shi)不(bu)同产品(pin)含水量的(de)近(jin)红(hong)外光电分析仪器,是(shi)一体(ti)化的(de)仪器,所有连续监测(ce)必(bi)需的(de)组(zu)件均置于仪器内,根据波长的(de)不(bu)同可以同时测(ce)试(shi)两种成分(例如水胶(jiao)和油胶(jiao)的(de)涂层厚度)。

水分子(zi)的O-H键在(zai)几个特定的(de)波长吸(xi)收(shou)近(jin)红外线辐射(she)。PSC测试仪内(nei)旋(xuan)转(zhuan)的(de)滤(lv)光(guang)盘上(shang)三个滤(lv)光(guang)片产(chan)生这些吸(xi)收波(bo)长和不(bu)吸(xi)收波(bo)长,交替(ti)地从产(chan)品表面反射到内(nei)部光(guang)学组件,由光(guang)信号转(zhuan)换成(cheng)的(de)电(dian)子脉冲经过一(yi)个比率算法计(ji)算出正比例(li)的(de)水(shui)分含(han)量,这个含(han)量再经偏(pian)置和跨度的(de)校(xiao)正变成(cheng)直接的(de)水(shui)分含(han)量。特别设计(ji)的(de)滤(lv)光(guang)反射信号算法,消除(chu)了光(guang)学部件老(lao)化和不(bu)同的(de)物(wu)料反射特性引起(qi)的(de)偏(pian)差。

仪器(qi)组件

PSC测试(shi)仪一体化地置于铝(lv)铸箱体内,内置有:

1光源:石英卤素灯降(jiang)压使用,产生(sheng)近红(hong)外光源。

2滤光(guang)(guang)盘(pan):几个近红(hong)外和可(ke)见光(guang)(guang)滤光(guang)(guang)片装置(zhi)在转盘(pan)上,周(zhou)边有定时用(yong)的缺口。

3滤光盘马达(da):精密的直(zhi)流无刷马达(da)。

4探测器:半(ban)导体制(zhi)冷的PbS(硫化铅)探测器进行光电转(zhuan)换。

5电路:1)电源:90-260V输入的开关电源,提(ti)供(gong)仪器所需(xu)的直流电压(ya)。2)电路板(ban):在一(yi)块电路板(ban)上包含了前置放大,探(tan)测器控制,中央处理系统(tong),模拟和(he)串行通信等电路。3)显示,两行20字符VFD显示,带有设置,标定,和测试等操作键。

标定

所有NIR测(ce)试(shi)仪均(jun)需要标定。测(ce)试(shi)范围(wei)内(nei)的样(yang)品经NIR测试仪和实验室测试,对比和线性回(hui)归分析可以得到仪器(qi)新(xin)的标定(ding)(ding)参数,从而仪器(qi)的显(xian)示即(ji)为真实值。标定(ding)(ding)结果可以保(bao)持稳定(ding)(ding)一(yi)年。

因为NIR仪器(qi)需要用实(shi)验(yan)室(shi)的(de)(de)结果进行标定(ding),所以(yi)精(jing)(jing)度受实(shi)验(yan)室(shi)精(jing)(jing)度的(de)(de)限制,无(wu)论仪器(qi)的(de)(de)精(jing)(jing)度有多高,都不可能精(jing)(jing)确(que)(que)过(guo)实(shi)验(yan)室(shi)。如果实(shi)验(yan)室(shi)的(de)(de)技术是不准(zhun)确(que)(que)的(de)(de),仪器(qi)的(de)(de)测试也会(hui)不准(zhun)确(que)(que)。在许多水分和(he)涂层(ceng)测试的(de)(de)例子中,NIR测试仪比实验室的原理具(ju)有更高(gao)稳定度和(he)重(zhong)复性,因此可能(neng)更精确。

NIR测(ce)试(shi)是基于(yu)NIR的反(fan)射(she),任何(he)样品反(fan)射(she)特性的变化,例如(ru)颜色,透明度,或表面纤维构造,都潜(qian)在对NIR 标(biao)定(ding)的(de)影响(xiang)。因(yin)此不同反射特性的(de)产品需要不同的(de)标(biao)定(ding),但(dan)这对于PSC的测试仪并非问题(ti),因为PSC的仪器应用(yong)了(le)光学补(bu)偿(chang)等(deng)多种技术去消(xiao)除这些影响(xiang),而且PSC的(de)仪器可以存储(chu)很(hen)多的(de)标定参数。

涂(tu)层种(zhong)类(lei)

通常有3种(zhong)涂层:

1. 水性(xing)涂层(ceng):溶液的浓度在10%-60%之(zhi)间

2. 油(you)性(xing)涂层(ceng):溶剂为有机(ji)物溶液(ye),和水(shui)性(xing)涂层(ceng)应用相似(si),但要注意有一定(ding)的危险(xian)品成分

3. 挤出和热(re)溶胶涂(tu)层:涂(tu)在(zai)底材上是熔溶物,涂(tu)布(bu)头的种类有加热(re)压模, 加(jia)热槽和浸槽。

测试方式:

近红(hong)外水分和涂层测(ce)(ce)试仪应用(yong)方(fang)式有多种,通常能归类为湿测(ce)(ce)试和干测(ce)(ce)试。

湿(shi)测试:测试(shi)位于(yu)(yu)涂(tu)(tu)布头附(fu)近,对于(yu)(yu)水(shui)涂(tu)(tu)层,测试(shi)的(de)(de)是涂(tu)(tu)层的(de)(de)含(han)水(shui)量,对于(yu)(yu)油涂(tu)(tu)层,测试(shi)的(de)(de)是涂(tu)(tu)层的(de)(de)溶(rong)剂的(de)(de)含(han)量。对于(yu)(yu)湿测来说,涂(tu)(tu)层并非直(zhi)接测试(shi)而是通过已知的(de)(de)浓度推算出来。

湿测试要考虑的几个问(wen)题:

1. 测试位(wei)置应(ying)该尽量靠近(jin)涂布头(tou),以减少(shao)挥发的影响(xiang),特别是油性涂层(ceng),因为挥发比较(jiao)快,所以测试变(bian)成对机器的(de)涂布速度敏(min)感,当车(che)速较(jiao)慢时,挥发会更(geng)多,造成测试的(de)误差。

2. 因为测试对象实际上溶剂(ji),所(suo)以精度(du)(du)受浓(nong)度(du)(du)的影(ying)响,尽量保持溶液(ye)的浓(nong)度(du)(du)。

3. 油性溶剂(ji)包(bao)含(han)有(you)爆炸(zha)危险的(de)成分,测试头要(yao)有(you)适(shi)当的(de)保(bao)护措施。

干测试:测试位(wei)于水或其(qi)他(ta)溶剂(ji)已经被烘干的地方(fang),是直接最后的涂(tu)层(ceng)测试。这(zhei)种测试只(zhi)有涂(tu)层(ceng)含有红外线(xian)吸收物才可以进行(xing),这(zhei)种涂(tu)层(ceng)几乎都(dou)是含有有机物的C-H键。

干测试和湿(shi)测试的优缺点

湿(shi)测试-优点:

1. 控制速度较快,因为测试(shi)位置靠近涂(tu)布头,

2. 通常精度(du)较高,因为溶液的水和(he)溶剂含量(liang)通常较高,较少(shao)的涂层变化都能(neng)测试。

湿测(ce)试-缺点:

1. 需(xu)要保持溶(rong)液的浓度(du)来保证测试(shi)的精度(du),批量之间少许(xu)的差异不会影响测试(shi),但要求测试(shi)仪(yi)对(dui)每(mei)种不同的浓度(du)做不同的标定;

2. 油性溶剂需要考虑测试头(tou)适合危险的环境,这样一来,测试头(tou)体(ti)积和成(cheng)本(ben)都有所增(zeng)加。

干(gan)测试(shi)-优点(dian):

1. 实际(ji)的涂(tu)层量直(zhi)接测试;

2.少受危险品(pin)的影响。

干(gan)测(ce)试-缺点:

1.涂(tu)层(ceng)必须(xu)为红外(wai)线吸收物质;

2. 测试(shi)头安装(zhuang)在离(li)涂布头较(jiao)远的位(wei)置,对(dui)控制系(xi)统造(zao)成延迟。

各(ge)种应用说明

挤(ji)出(chu)和热溶(rong)胶:类似干测(ce)试(shi),只不过(guo)没有测(ce)试(shi)的(de)延迟。典型(xing)的(de)应(ying)用包(bao)括衬纸(zhi)或(huo)照(zhao)相纸(zhi)的(de)聚乙烯涂(tu)层(ceng),衬纸(zhi)或(huo)食品袋的(de)腊涂(tu)层(ceng)。涂(tu)层(ceng)测(ce)试(shi)可以控制挤出机的(de)温(wen)度,压力和车(che)速,加上扫(sao)描支架,可以控制个别的(de)die bolt避免碰撞和(he)不均匀(yun)。

剩(sheng)余(yu)水分:剩余水分在(zai)许多(duo)涂布过程是严(yan)格要求的(de),NIR的(de)测试精度可以达到千分之几(ji)。NIR可以穿透(tou)大(da)多数的(de)涂层(ceng),因(yin)而测试(shi)的(de)水(shui)分也(ye)包(bao)括了底材的(de)水(shui)分,幸好大(da)多数的(de)应(ying)用并不要求(qiu)分辨涂层(ceng)和底材的(de)水(shui)分。

金属底(di)材的薄涂层NIR可以测试(shi)金属表面特(te)别薄的(de)涂层。其(qi)中两(liang)个例(li)子(zi)是铝(lv)箔的(de)力(li)迦涂层,铝(lv)片(pian)的(de)润(run)滑油。然(ran)而(er),NIR在(zai)这方面的测试(shi)是困难(nan)的,因为这些(xie)涂(tu)层(ceng)的吸收很弱,需要(yao)特别(bie)设计的薄涂(tu)层(ceng)测试(shi)头,应用中红外的波长,大(da)约为3400nm,这(zhei)样一来,吸收(shou)比(bi)NIR增大了10-100倍,在薄(bo)膜或涂(tu)层很薄(bo)并(bing)不规(gui)则的情况下(xia),例如铝箔的哑光力迦涂(tu)层,仍(reng)然可以用NIR反射(she)原理的测试,问题的解决需要用(yong)到(dao)Brewster角度(du)(大约(yue)58°)的偏振光。

透明(ming)底材:例如塑料薄膜之类的透(tou)明底(di)材对(dui)于NIR的测试是比较特别的,首先(xian)因为薄(bo)膜(mo)是透明的,反射(she)非(fei)常弱,需(xu)要在另一面安装(zhuang)反射(she)装(zhuang)置;其次,如果涂层和(he)薄(bo)膜(mo)具有相似的化学成分,例(li)如聚(ju)乙烯薄(bo)膜(mo)的丙(bing)烯酸(suan)涂层,NIR测试(shi)仪(yi)不能分辨涂(tu)层和(he)底材,这样一来需要采(cai)用(yong)差分测试(shi)模式(shi),即应用(yong)两(liang)个(ge)测试(shi)头,一个(ge)在(zai)涂(tu)布之前测试(shi)薄膜,另一个(ge)在(zai)涂(tu)布头之后,测试(shi)薄膜和(he)涂(tu)层,涂(tu)层可(ke)以相减得出。不同厚(hou)度的(de)薄的(de)透(tou)明膜会对NIR测试造(zao)成光学的(de)干涉,解决问题(ti)的(de)方法是薄膜接受器(qi),再装上反射装置。

共挤(ji)出薄膜:典型的(de)应用包括尼龙/聚乙烯/PET/EVOH

水分(fen):正确(que)安装并良好标定的测试仪通(tong)常(chang)可(ke)以达到+/-0.1%的精度。

克重(zhong)NIR可以测(ce)试(shi)一(yi)些薄膜或透明底(di)材(cai),例如塑料薄膜和轻质纸的(de)克重,NIR技(ji)术受限(xian)制于NIR光线必须穿透被测试物,厚纸和不(bu)透明薄(bo)膜的克(ke)重因(yin)此(ci)不(bu)能测试。

底材

任何(he)底(di)(di)(di)(di)材的(de)(de)水性涂(tu)层(ceng)都很容(rong)易测(ce)试(shi)(shi)(shi),铝箔和纸(zhi)的(de)(de)油性涂(tu)层(ceng)测(ce)试(shi)(shi)(shi)也没有问(wen)题。透(tou)明塑料或(huo)其他有机底(di)(di)(di)(di)材的(de)(de)油性涂(tu)层(ceng)测(ce)试(shi)(shi)(shi)较为复杂(za),规(gui)则的(de)(de)一(yi)致性好的(de)(de)底(di)(di)(di)(di)材对于测(ce)试(shi)(shi)(shi)做成的(de)(de)偏差(cha)可(ke)以(yi)用调零的(de)(de)方(fang)(fang)法消除,不规(gui)则的(de)(de)底(di)(di)(di)(di)材的(de)(de)测(ce)试(shi)(shi)(shi)可(ke)以(yi)用双测(ce)试(shi)(shi)(shi)头做成差(cha)分测(ce)试(shi)(shi)(shi)方(fang)(fang)式来(lai)解决(jue),当然也可(ke)以(yi)仅用单(dan)测(ce)试(shi)(shi)(shi)头,但会引起偏差(cha)。

扫描(miao)系统(tong)

对于多数的(de)涂(tu)布(bu)宽度来(lai)说,测试(shi)的(de)光斑是很小的(de),最好能够安装手动或自动的(de)扫描系统(tong),这样不但(dan)可(ke)(ke)以监测更大(da)幅面的(de)涂(tu)层,而且可(ke)(ke)以观(guan)察(cha)到横向(xiang)的(de)涂(tu)层变化从而调节涂(tu)布(bu)头的(de)平衡。

典型的应用

纸底(di)材

胶粘涂层:水性或(huo)油性,湿测或(huo)干测,精度为±0.15gm/0.09lb/rm

胶粘(zhan)涂层:热熔(rong)胶,干测(ce),精(jing)度为±0.2gm/0.12lb/rm

粘土/乳胶涂(tu)层:湿测,精度为±0.2gm/0.12lb/rm,需要保持溶液的浓度

力架涂层:湿(shi)测或干测,精度为(wei)±0.15gm/0.09lb/rm

微(wei)胶(jiao)囊涂层:湿(shi)测,精度为(wei)±0.2gm/0.12lb/rm,需要保(bao)持溶液的浓度

挤压塑料涂层:干测(ce),精度为±0.1gm/0.06lb/rm

塑料乳剂涂层:湿(shi)测或干测,精度为±0.2gm/0.12lb/rm

蜡涂(tu)层:干测,精度为±0.2gm/0.12lb/rm

薄膜底(di)材(cai)

水性胶(jiao)粘涂层:湿测(ce)或干(gan)测(ce),干(gan)测(ce)可(ke)能(neng)受不同(tong)的薄膜影响,精度为±0.2gm/0.12lb/rm

水性乳液涂层:湿测,精度为±0.15gm/0.09lb/rm

金属(shu)底材(cai)

胶粘(zhan)涂层:同(tong)纸底(di)材,

瓷漆:由(you)于瓷漆通常很(hen)少,需要定制(zhi)特别(bie)的长波测试头

塑(su)料涂(tu)层:干测,精度(du)为(wei)±0.1gm/0.06lb/rm

蜡(la)涂层:干测(ce),精度(du)为±0.15gm/0.09lb/rm




MCT红(hong)外测(ce)厚仪能快(kuai)速,精确,可(ke)(ke)靠(kao)地(di)测(ce)试(shi)水分,涂(tu)布(bu)量,薄(bo)膜和热(re)熔胶的(de)厚度,从而改善产品控(kong)制。水分测(ce)试(shi)可(ke)(ke)以(yi)(yi)安装在干燥(zao)入口(kou),出口(kou)或(huo)者加湿工段。水分测(ce)试(shi)有助于(yu)保持产品平整减(jian)少(shao)卷边(bian)。MCT360可(ke)(ke)以(yi)(yi)精确测(ce)试(shi)干或(huo)者湿的(de)水性涂(tu)层和干的(de)溶(rong)剂性涂(tu)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。