塑料薄膜厚度性能的在线检测与控制技术研究

塑料薄膜厚度性能的在线检测与控制技术研究

董克燕

佛山佛塑科技集团股份有限公司 广东 佛山 5280000

摘要：在塑料薄膜的生产过程中，薄膜厚度的均匀性是薄膜产品一个重要的质量指标，特别是薄膜均匀性的好坏直接影响下游产品的质量。很显然，倘若一批单层薄膜厚度不均匀，不但会影响到薄膜各处的拉伸强度、阻隔性等，更会影响薄膜的后续加工。因此，作为质量控制管理的要求，应该对它进行实时的检测并调整，使其在符合要求的范围内连续生产。而在薄膜生产线上配备在线厚度检测及自动控制系统，以使薄膜产品的均匀性平整度达到最佳无疑是实现塑料薄膜厚度均匀性检测与控制的一种有效方式。基于此，本文从在线测厚技术方面就塑料薄膜厚度性能的检测与控制进行了详细分析。

关键词：塑料薄膜；厚度性能；在线检测；控制技术

前言

塑料薄膜已经广泛地应用于食品、医药、化工等领域，这其中的薄膜厚度是薄膜业的基础检测项目之一，薄膜厚度是否均匀一致是检测薄膜各项性能的基础。其性能好坏直接影响下游产品的质量，如：高速彩色印刷；高速真空镀铝；高速自动包装等。它也会影响分切后小膜卷的外观状况，重要的是：分切后小膜卷的外观状况将决定产品等级品率的高低。(因为在大膜卷通过实验室的理化检验合格后，分切后的膜卷将完全由检验员根据外观来评判等级。)也就是说，分切后膜卷的外观决定了产品的等级品率。不同等级的产品其出售价格是不同的，等级品率的高低直接影响着企业的效益。所以应该在薄膜生产线上配备在线厚度检测及自动控制系统，以使薄膜产品的均匀性平整度达到最佳。

1塑料薄膜的均匀性能表现

薄膜的均匀性主要决定于三个方面：第一就是生产线工艺状况及设备自身的稳定性。这取决于组成生产线的各主要部件的品质和各部分是否准确配合、协调运行，以及是否合适的生产工艺条件；第二是对薄膜厚度准确的检测。因为只有准确地检测，才能真实地反映实际厚度的变化；第三是准确，有效，稳定的剖面调节控制。薄膜在从模头流出到现成薄膜的过程中会有一定的拉伸，螺栓的位置会发生变化，特别是对于双向拉伸薄膜，怎样把拉伸后的薄膜区域准确地对应到相应的模头螺栓并进行有效的调节特别重要。

2薄膜均匀性的在线检测与控制

2.1对于薄膜厚度的准确测量

对于塑料薄膜厚度的准确测量，取决于使用什么样的厚度传感器，目前在线薄膜厚度的检测技术主要有如下几种方式：

（1）β探头，是最早用于薄膜检测的传感器，使用β放射源(如：Pml47，Kr85，Si90)作为信号源，技术成熟。但需要办理放射源使用许可证，进出口手续比较复杂。有半衰期的使用年限限制，且检测精度会随着放射源的衰减而降低。

（2）红外探头，利用特定红外线波段在特定的塑料薄膜中被强烈吸收的原理测量薄膜的厚度。该传感器检测稳定，不受环境变化的影响。但对添加剂及颜色的变化敏感，在同一条生产线上要生产多种产品不能适应。

（3）x线探头，利用x线管通电产生x线作为信号源来检测塑料薄膜的厚度。X线探头有诸多优点：非放射性物质；低能量无需使用许可证；测量范围广；测量精度高；各种塑料都可测量，不受添加剂和色母料的影响。可以说，x线测厚仪是薄膜厚度测量的首选。

2.2关于准确稳定的螺栓控制

随着薄膜生产线技术的提高，生产线的速度都越来越快、产品的幅度越来越宽，对厚度均匀性调控的要求也越来越高，手动调整螺栓的速度，准确度把握无法满足要求。为此在配置了在线测厚仪后，还要配套自动模头螺栓的反馈控制系统，以便快速、连续、准确地对薄膜厚度的偏差进行有效的跟踪调节。螺栓控制系统最重要的是要把测量的厚度剖面准确对应到模头螺栓的位置上。

测厚仪对应螺栓的方法主要有：

（1）在不同的模头螺栓处画线做记号，然后在测厚仪扫描架上找到对应的地方，以确定螺栓的位置。一般不是对所有螺栓划线，只是在模头两边确定两个位置，再将其他螺栓等距离分布。但由于实际生产时的速度会有变化，薄膜的收缩量会有不同，或者由于生产薄膜宽幅的不同模头螺栓的位置都会有变化。这种画线的方法比较繁琐且有偏差。

（2）另一种自动对位螺栓的方法，需要配备相应的探头才行。相关公司使用领先的X线探头对薄膜从边到边的准确扫描，在显示厚度剖面的同时，也测量出膜幅的实际宽度，参照模头的宽度就能自动计算出薄膜缩颈的量，从而实现了自动模头螺栓的准确对应。每次扫描后都会根据新的计算结果对螺栓位置进行自动跟踪。这样就可以在生产线速度变化或产品宽度变化的情况下自动对应模头螺栓的位置，实现准确控制薄膜剖面的均匀。

（3）对于双向拉伸膜生产线，根据单位时间通过铸片和薄膜测厚仪的质量是相等的原理，配备前后两台测厚仪，利用上述第2种自动对位方法，就能准确确定所有模头螺栓在铸片剖面上的位置，从而计算出每个螺栓所占全部质量的百分比；薄膜测厚仪就按照铸片测厚仪检测出的每个螺栓的质量百分比，对所测薄膜剖面进行质量分布，从而确定每个螺栓的位置并计算出各螺栓区域的平均厚度对相应螺栓进行调控。该模头螺栓对应系统，真正实现了连续、稳定且无需人为干预，无参数设置的全自动模头螺栓对位，使薄膜的均匀性和膜卷的平整度到达最佳。是最先进的双向拉伸膜剖面控制方式。该系统既可以用平均功率的方式控制模头螺栓的加热棒，也可以用设定螺栓温度的方式来进行控制。

此外，APC控制柜和测厚仪扫描架使用相同的CPU控制单元，各自独立运行，通过以太网进行数据交换，即使上位管理机停止使用时，它们也能进行正常的螺栓自动控制。

由于x线探头始终扫描到膜边以外，检测全幅膜的厚度，为此专门设计了“边膜剖面显示”画面，可以帮助客户准确地调整薄膜边缘区域的厚薄，从而有效地减少边料的浪费、提高产出比，且平衡模唇的开口，达到相对的稳定。

2.3软件画面

通过丰富测厚仪的显示软件，我们能够观察到薄膜厚度剖面的状况和变化，同时根据这些状况及变化，可以帮助我们分析判断设备可能存在的问题，改善生产工艺，以及提高对设备的操作水平。

（1）连续的单次扫描剖面显示，可以帮助操作人员获得最佳的模头螺栓手动调整量，缩短产品进入正常生产所需的时间，为自动控制提供良好的基础。

（2）可选择任意合成次数，并同时显示多幅合成剖面，帮助分析生产线的稳定性和波动范围，为提高设备的稳定性提供依据。

（3）在同一画面中可以同时观察最多20次累积剖面的变化，更直观地显示出剖面的波动范围，用于比较工艺参数调整前后的变化，也可用于对不同时期设备运行状况作对比参考。

（4）每卷产品自动生成的卷报告，为产品质量跟踪提供了最直接可信的信息。

（5）各种系统参数直接显示在屏幕上，方便了维修维护，同时也给远程诊断提供了条件。

3结束语

薄膜厚度性能的测量是薄膜制造业的基础检测项目之一，塑料薄膜厚度是否均匀，是否与预设值一致，厚度偏差是否在指定的范围内，这些都成为薄膜是否能够具有某些特性指标的前提。另外，对产品的厚度采取合理的控制，不但提高产品质量，还能降低材料的消耗，提高生产效率。本文从在线薄膜厚度的检测技术方面进行了详细分析，其中认为将低能量x线传感器应用于塑料薄膜厚度的测量是一种极好的方式。这是因为低能量X线传感器，属非放射性物质，使用安全，不仅测量范围广，适用于各种塑料，且不受添加剂和色母料的影响，测量精度高，使用寿命长。

参考文献：
[1]程志明.精确测量薄膜厚度的几种方法研究[J].中国高新技术企业.2015,16（3）:104-105.