2020-08-14
背景介紹
氟塑料是指分子結(jié)構(gòu)中含有氟原子的塑料。其由含氟單體如四氟乙烯、六氟丙烯、三氟氯乙烯、偏氟乙烯及氟乙烯等單體，通過(guò)均聚或共聚反應(yīng)制得。隨著高分子技術(shù)的不斷發(fā)展，氟塑料種類(lèi)也日益增多，如聚四氟乙烯（PTFE），聚全氟乙丙烯（FEP），可溶性聚四氟乙烯（PFA），聚三氟氯乙烯（PCTFE）等。氟塑料具有許多優(yōu)異的性能，如優(yōu)良的電絕緣性能、高度的耐熱性、突出的耐油性、耐溶劑和耐磨性能，良好的耐濕性和耐低溫性。因此，其應(yīng)用范圍較廣泛，在國(guó)防、機(jī)電、冶金、石油化工等工業(yè)部門(mén)占有重要的地位。
PFA塑料為少量全氟丙基全氟乙烯基醚與聚四氟乙烯的共聚物。PFA的產(chǎn)品形式有用于模塑和擠塑的粒狀產(chǎn)品，用于旋轉(zhuǎn)模塑和涂料的粉狀產(chǎn)品；其半成品有膜、板、棒和管材。適于制作耐腐蝕件，減磨耐磨件、密封件、絕緣件和醫(yī).療器械零件，高溫電線(xiàn)、電纜絕緣層，防腐設(shè)備、密封材料、泵閥襯套，和化學(xué)容器。PFA由于其應(yīng)用廣泛，有“塑料王”之稱(chēng)。而在產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)于原料的質(zhì)量控制尤為重要。
本文利用粒度粒形分析儀對(duì)PFA塑料顆粒進(jìn)行了粒徑和粒形分析，并利用測(cè)量軟件篩選出了缺陷顆粒，對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量控制和后續(xù)的應(yīng)用提供了重要的指導(dǎo)意義。
材料和設(shè)備
材料：透明片狀塑料顆粒（PFA）
儀器：Microtrac MRB PartAn 3D粒度粒形分析儀
圖1 PFA塑料
圖2 PartAn 3D 粒度粒形分析儀
儀器測(cè)量原理
動(dòng)態(tài)圖像法的基本原理很簡(jiǎn)單，“所見(jiàn)即所得”。樣品在鏡頭前移動(dòng)，高速數(shù)碼相機(jī)拍攝每一個(gè)顆粒的圖像，顯示它所有角度的信息。根據(jù)顆粒在圖像上占據(jù)的位置和尺寸所覆蓋的像素，來(lái)得到顆粒的長(zhǎng)度，寬度，厚度，周長(zhǎng)，面積等形狀信息。
動(dòng)態(tài)圖像法可以在短時(shí)間內(nèi)分析數(shù)以萬(wàn)計(jì)的樣品顆粒，樣品量大，代表性強(qiáng)，數(shù)據(jù)具有統(tǒng)計(jì)意義。
圖3 測(cè)試原理圖
粒形參數(shù)釋義
FLength：費(fèi)雷特長(zhǎng)度，2D圖像中平行切線(xiàn)之間的zui大距離，3D序列圖像中選擇zui大FLength值；
FWidth：費(fèi)雷特寬度，2D圖像中平行切線(xiàn)之間的小距離，3D序列圖像中選擇zui大FWidth值；
FThickness：費(fèi)雷特厚度，此參數(shù)為3D*，指圖像中小FWidth值。
Da：面積當(dāng)量直徑，
Circularity：圓度，Circularity=4πArea/Perimeter2，3D圖像中， Area面積取平均面積值，Perimeter周長(zhǎng)取平均周長(zhǎng)值。
Solidity：實(shí)度，Solidity=Area/Chull Area，Chull Area指凸包面積，3D圖像中，分別取平均面積值和平均凸包面積。
測(cè)試結(jié)果
圖4所示為樣品的長(zhǎng)度（FLength，mm），寬度（FWidth，mm）,厚度（Fthickness，mm）的頻率分布，由圖可看出樣品長(zhǎng)度和寬度分布曲線(xiàn)高度重合，而與厚度分布差異明顯，這與樣品的形狀特征較符合。
圖4樣品粒徑分布圖
從粒徑分布圖中可以看出顆粒的整體粒度分布，再結(jié)合圖像分析，可看出顆粒的形貌特征。顆粒的粒形參數(shù)多種多樣，下圖5中顯示的為長(zhǎng)度FLength。圖5中每一行8~9張圖像代表一個(gè)顆粒（從左至右的變化），下方標(biāo)注的數(shù)值為該顆粒的參數(shù)值（圖中參數(shù)為FLength）,并取其中標(biāo)星號(hào)數(shù)字為該顆粒的長(zhǎng)度值。如下第1排顆粒，其FLength為3.434mm（大值）。
圖5樣品顆粒的粒形圖像
結(jié)合顆粒圖像，選擇具有代表性的粒形參數(shù)來(lái)篩選出缺陷顆粒。如圖6（a）所示，帶“尾巴”顆粒，“與眾不同”之處在于其圓度（circularity）、長(zhǎng)度（FLength）和一般規(guī)則的顆粒有明顯差異，利用軟件的篩選功能，可將其甄別出來(lái)。同理，圖6（b）選擇實(shí)度（solidity）和長(zhǎng)度（FLength），圖6（c）選擇直徑Da（面積當(dāng)量直徑）。
a
b
c
圖6 缺陷顆粒的篩選（a-帶尾巴；b-有破損；c-粘連顆粒）
散點(diǎn)圖可看出，顆粒總體粒徑分布較集中，圓度集中在0.90左右。
圖7 粒形散點(diǎn)圖
如下表所示，樣品重復(fù)測(cè)試3次，重現(xiàn)性良好。
表1 樣品3次測(cè)試的粒徑分布對(duì)比
測(cè)試次數(shù) | 1 | 2 | 3 | SD |
D10(mm) | 2.47 | 2.5 | 2.51 | 0.0208 |
D50(mm) | 2.64 | 2.65 | 2.65 | 0.0058 |
D90(mm) | 2.78 | 2.78 | 2.77 | 0.0058 |
結(jié)論
3D粒形測(cè)量軟件具有30多種參數(shù)，可對(duì)顆粒的形貌進(jìn)行較全面的分析，這對(duì)于提高生產(chǎn)效率和控制產(chǎn)品質(zhì)量非常有意義。
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