СПОСОБ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ПОЛИМЕРНЫХ ПЛЁНОЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 2025 года по МПК G01N21/958 

Изобретение относится к контролю качества полимерных плёночных изделий, изготавливаемых из термопластичных полимеров и смесей на их основе, и может быть использовано при контроле качества товаров народного потребления, сельскохозяйственных плёнок, строительных плёнок и других плёночных, тонколистовых изделий.

Тенденцией последних лет является рост производства полимерных плёнок, изготавливаемых из различных полимеров, их смесей с наполнителями, таких как карбонат кальция, тальк, каолин и др. Для придания утилитарных свойств плёнки окрашивают «в массе» путем добавления красителя, имеющего неорганическую или органическую природу.

Для обеспечения высокого качества эксплуатационных показателей необходимо чтобы плёнка не имела внешних дефектов, разводов, неоднородностей, которые могут приводить к локализации напряжений и, как следствие, преждевременным повреждениям. Неравномерность распределения красителя будет проявляться в разводах, полосах которые ухудшают внешний вид, а в случае использования в оптических приборах (например, в качестве полимерных светофильтров) отразится на эксплуатационных характеристиках.

Для выявления дефектов на поверхности полимерных плёнок используют способы неразрушающего контроля, такие как ультразвуковую (патент RU 2520950), капиллярную (цветовую) (патент RU 2184366), радиационную (патент RU 2304766) дефектоскопии и микроскопию.

Известны способы оценки качества полимерной плёнки и распределения микрочастиц красителя с помощью микроскопа, рекомендуемые ГОСТ 16338-85 (для полиэтилена низкого давления) и ГОСТ 16337-2022 (для полиэтилена высокого давления).

Известен способ оценки качества плёнки, выявления дефектов на её поверхности (патент RU 2696354). Данный способ заключается в обработке плёнки тритием с последующей отмывкой органическими растворителями и детектированием остатков трития на фотоплёнке или электронной ПЗС-матрице. Также известен способ определения неоднородности плёнки с использованием туннельного микроскопа (патент RU 2072587). Данный способ заключается в подаче электрического тока на плёнку и её сканирование зондом туннельного микроскопа.

Однако общим недостатком данных способов является применение микроскопов, особенно в последнем способе - дорогостоящего туннельного микроскопа. Кроме того, существенным недостатком является использование радиоактивных изотопов и сложность обработки результатов с помощью фотоплёнки. Все рассмотренные способы требуют длительной по времени подготовки образцов.

Среди современных способов исследования применяют способы с использованием различных видов излучений: инфракрасного, лазерного, рентгеновского, ультрафиолетового и др. Наиболее перспективным среди них, в силу простоты реализации и доступности оборудования, является способ с использованием ультрафиолетовых (УФ) лучей.

Техническая задача данного изобретения состоит в разработке простого и экономичного способа контроля качества полимерных плёночных изделий, а именно определения внешних дефектов плёнки и внутреннего распределения красителя без применения сложного дорогостоящего оборудования и реактивов.

Указанный результат достигается предложенным способом контроля качества полимерных плёночных изделий, а именно определения внешних дефектов плёнки и внутреннего распределения красителя, основанный на поглощении УФ лучей при прохождении через образец и фиксации люминесценции, вызванной воздействием УФ лучей. Способ включает следующие операции: размещение исследуемого образца на белом люминесцентном экране с показателями белизны и непрозрачности по ISO не ниже 90%, освещение люминесцентного экрана прошедшими через образец УФ лучами и фиксацию вызванного УФ лучами прошедшего в обратном направлении через образец света отраженных и прошедших через образец света люминесценции экрана фото- и видеоаппаратурой, а также непосредственно глазом человека. Предложенный способ теоретически основан на двух явлениях: поглощении при прохождении через образец УФ лучей и люминесценции люминофора экрана. Суть способа заключается в прохождении УФ лучей через исследуемую плёнку, которая лежит на люминесцентном экране и последующем детектировании интенсивности люминесценции на том или ином участке. Образец изучаемой плёнки размещают на белом люминесцентном экране с показателями белизны и непрозрачности по ISO2470-77 (ГОСТ Р30113 -94) не ниже 90%. При этом необходимо учитывать характеристики материала экрана, такие как белизна и непрозрачность, которые влияют на отражательную способность (люминесценцию) экрана. Белизну бумаги можно определять различными методами: методом по CIE и по ISO. Отличие этих методов заключается в измерении коэффициента диффузной энергетической яркости бумаги в полной видимой области спектра (белизна по CIE) и в синей области спектра при эффективной длине волны 457 нм (белизна по ISO). УФ лучи проходят сквозь плёнку, вызывая люминесценцию экрана, далее возбуждённые люминесцентные лучи меняют направление и вновь проходят через плёнку. Процесс может наблюдаться с помощью фото- и видеоаппаратуры и невооруженным глазом. В соответствии с правилом Стокса свет люминесценции характеризуется большей длиной волны, чем свет возбуждающий, что позволяет наблюдать картину непосредственно невооруженным глазом. В зависимости от толщины плёнки (наличие дефектов) или от концентрации красителя в том или ином месте, поглощение УФ лучей и люминесцентных лучей будет разным. В результате наблюдается визуальная разница в яркости изображения отдельных участков плёнки, соответствующая утолщению плёнки или увеличению неравномерности распределения концентрации красителя.

Новизна и суть изобретения заключается в том, что предлагается другой принцип наблюдения, отличающийся от микроскопии и люминесцентной микроскопии. Так, в люминесцентной микроскопии наблюдают предметы при освещении проходящим или отраженным светом, рассматривая свечение исследуемых объектов. В предлагаемом способе наблюдают свечение не объекта, а люминесцентного экрана. Получаемая картина схожа с картиной, получаемой на рентгеновском снимке: где большая концентрация частиц красителя или утолщение плёнки, там темнее участки плёнки (в этом месте люминесцентный экран меньше светится). Также известно, что чем меньше длина волны лучей, освещающих предмет, тем больше разрешающая способность. Таким образом, изучая плёнку в коротковолновых (по сравнению с видимым диапазоном) лучах, увеличивается количество мелких деталей, которые можно увидеть непосредственно невооруженным глазом и фиксировать с помощью фотокамеры. Поскольку оптическое разрешение видимого предмета прямо пропорционально длине волны, то применение коротковолновых УФ лучей позволит не только увеличить контрастность, но и разглядеть более мелкие детали в исследуемом образце.

Техническим результатом решения поставленной задачи является разработка экономичного, не требующего сложного дорогостоящего оборудования и реактивов способа контроля качества полимерных плёночных изделий - выявления внешних дефектов на поверхности и оценка равномерности распределения красителя в объеме полимерной плёнки. Простейшая реализация данного изобретения как экспресс-способа, может быть осуществлена с использованием недорогого общедоступного оборудования: источник УФ излучения (бытовой фонарь УФ излучения) и люминесцентный экран - белая бумага с соответствующими оптическими характеристиками.

Ниже представлены конкретные примеры №1-13, подтверждающие возможность осуществления способа на эталонных образцах промышленно выпускаемой плёнки с разными красителями из полиэтилена высокого давления. Данные образцы характеризуются высоким качеством плёнки и равномерным распределением в ней красителя.

В качестве экрана были использованы листы белой бумаги торговой марки «Снегурочка» (плотность - 80 г/м², белизна - 96% (ISO), яркость 95% (ISO), толщина 100-106 мкм, непрозрачность 91%, класс «С»).

На плёнку, расположенную на поверхности экрана, направляются УФ лучи диапазона А с длинной волны от 315 до 400 нм. При исследовании выбран данный диапазон для наблюдения непосредственно невооружённым глазом, как наименее безопасный. Однако если работать в защитных очках, то можно использовать и другие диапазоны УФ излучения.

В качестве источника УФ лучей диапазона А (400-315 нм) был использован ультрафиолетовый фонарь марки Filin P01UV-365 со стеклом Вуда, мощность 10 Ватт, дающий максимум излучения на длине 365 нм. Возможно применение источников УФ излучения диапазона В и С, но только с использованием защитных очков.

При освещении видимым светом эталонных образцов плёнки, в которой равномерно распределен краситель, видно равномерное окрашивание (Фиг. 1-13 А).

При освещении этой же плёнки проходящим светом будут видны некоторые неоднородности (Фиг. 3, 5, 10, 11 Б) или же вообще их отсутствие (Фиг. 1, 2, 4, 6, 7, 8, 9, 12,13 Б).

При размещении данной плёнки на люминесцентном экране и освещении её УФ лучами, появится контрастная картина - полосы, образовавшиеся из-за разницы толщины или неравномерности распределения красителя (Фиг. 1-13 В).

Результаты, полученные в приведенных примерах, подтверждены исследованиями, выполненными на современном оборудовании с помощью профилометра Mitutoyo Surflest SJ-210. Прибором определялось значение шероховатости, а именно Ra - среднее арифметическое отклонение профиля по ГОСТ 2789-73. Исследовались образцы 7 и 13. На Фиг. 14, 15 представлены профилограммы данных образцов. Данные образцы выбраны, поскольку в отраженном и проходящем свете они идеальны, но на ощупь казались чуть шершавыми. Исследования показали, что толщина плёнки рассмотренных образцов изменяется в пределах 1,5 микрона, что и подтверждается результатами предлагаемого способа (Фиг. 7, 13 В).

Таким образом, предлагаемый способ может быть использован производителями для экспресс-контроля дефектов поверхности плёнки и равномерности окраски плёнки. Применение УФ лучей диапазона А (400-315 нм) повысит разрешающую способность и даст возможность рассмотреть более мелкие детали. Также возможно применение УФ диапазонов В и С, но при условии использования средств защиты глаз.

Кроме того, способ может быть использован для оптимизации выбора красителей с точки зрения их взаимодействия с полимерами и равномерного распределения в полимерной матрице.

Изобретение относится к области измерительной техники и касается способа контроля качества полимерных плёночных изделий. Способ включает размещение исследуемого образца на белом люминесцентном экране с показателями белизны и непрозрачности по ISO не ниже 90%, освещение люминесцентного экрана прошедшими через образец УФ лучами и фиксацию вызванного УФ лучами прошедшего в обратном направлении через образец света люминесценции экрана фото- и видеоаппаратурой, а также непосредственно глазом человека для выявления внешних дефектов плёнки и внутреннего распределения красителя. Технический результат заключается в упрощении способа контроля качества полимерных плёночных изделий. 15 ил.

Способ контроля качества полимерных плёночных изделий, а именно определения внешних дефектов плёнки и внутреннего распределения красителя, основанный на поглощении УФ лучей при прохождении через образец и фиксации люминесценции, вызванной воздействием УФ лучей, включающий размещение исследуемого образца на белом люминесцентном экране с показателями белизны и непрозрачности по ISO не ниже 90%, освещение люминесцентного экрана прошедшими через образец УФ лучами и фиксацию вызванного УФ лучами прошедшего в обратном направлении через образец света люминесценции экрана фото- и видеоаппаратурой, а также непосредственно глазом человека.