塑料薄膜厚度的常用测量方法
2014-10-23
薄膜厚度是否均匀一致是检测薄膜各项性能的基础。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。对于薄膜管件，厚度的均匀性更加重要，只有整体厚度均匀，它的抗爆破能力才能提高，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。因此，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。薄膜厚度测量是薄膜制造业的基础检测项目之一。
1.塑料薄膜厚度的测试最早用于薄膜厚度测量的是实验室测厚技术。之后，随着射线技术的不断发展逐渐研制出与薄膜生产线安装在一起的在线测厚设备。上个世纪60年代在线测厚技术就已经有了广泛的应用，现在更能够检测薄膜某一涂层的厚度。同时，非在线测厚技术也有了长足的发展，各种非在线测试技术纷纷兴起。在线测厚技术与非在线测厚技术在测试原理上完全不同，在线测厚技术一般采用射线技术等非接触式测量法，非在线测厚技术一般采用机械测量法或者基于电涡流技术或电磁感应原理的测量法，也有采用光学测厚技术、超声波测厚技术的。
2.在线测厚较为常见的在线测厚技术有β射线技术，X射线技术，电容测量和近红外技术。
2.1 β射线技术是最先应用于在线测厚技术上的，它对于测量物没有要求，但β传感器对温度和大气压的变化、以及薄膜上下波动敏感，设备对于辐射保护装置要求很高，而且信号源更换费用昂贵，Pm147源可用5-6年，Kr85源可用10年，更换费用均在6000美元左右。
2.2 X射线技术这种技术极少为薄膜生产线所采用。X光管寿命短，更换费用昂贵，而且不适用于测量由多种元素构成的聚合物，信号源放射性强。
2.3近红外技术近红外技术在在线测厚领域的应用曾受到条纹干涉现象的影响，但现在近红外技术已经突破了条纹干涉现象对于超薄薄膜厚度测量的限制，完全可以进行多层薄膜总厚度的测量，并且由于红外技术自身的特点，还可以在测量复合薄膜总厚度的同时给出每一层材料的厚度。近红外技术可用于双向拉伸薄膜、流延膜和多层共挤薄膜，信号源无放射性，设备维护难度相对较低。
2.4在线测厚设备的应用情况在线测厚能够以最快的速度获取厚度测试数据，通过数据分析，及时调整生产线的参数，缩短开车时间。但是在线测厚设备必须配备与生产线相匹配的扫描架，这在一定程度上限制了在线测厚设备的重复利用。而且由于薄膜生产线往往需要长期连续工作，因此相应的在线测厚设备也就必须长期工作。在设备的价格上，在线测试设备一般要比非在线测试设备贵很多，而且前者的运行费用与维护费用也比较高。
3.非在线测厚非在线测厚技术主要有—接触式测量法和非接触式测量法两类，接触式测量法主要是机械测量法，非接触式测量法包括光学测量法、电涡流测量法、超声波测量法等。由于非在线测厚设备价格便宜、体积小等原因，应用领域广阔。
3.1涡流测厚仪和磁性测厚仪涡流测厚仪和磁性测厚仪一般都是小型便携式设备，分别利用了电涡流原理和电磁感应原理。专用于各种特定涂层厚度的测量，用于测量薄膜、纸张的厚度时有出现误差的可能。
3.2超声波测厚仪超声波测厚仪也多是小型便携式设备，利用超声波反射原理，可测金属、塑料、陶瓷、玻璃以及其它任何超声波良导体的厚度。可在高温下工作，这是很多其它类型的测厚仪所不具备的，但对检测试样的种类具有选择性。
3.3光学测厚仪利用光学原理。从测试原理上来说光学测厚仪可达到极高的测试精度，但是这类测厚仪在使用及维护上要求极高：必须远离振源；严格防尘；专业操作及维护等。使用范围较窄，仅适用于复合层数较少的复合膜。
3.4电容测量温度稳定性好，结构简单，测量速度快，可实现非接触测量，缺点是容易受环境干扰而测量不准，安装调试复杂，被测物与仪器的安装位置有直接关系。
3.5机械测厚仪，是一种接触式测厚方法，它与非接触式测厚方法有着本质的区别——能够在进行厚度测量前给试样测量表面施加一定的压力（点接触力或面接触力），这样可以避免在使用非接触式测厚仪测量那些具有一定压缩性、表面高低不平的材料时可能出现数据波动较大的现象。机械测厚仪采用最传统的测厚方法，数据稳定可靠，对试样没有选择性。由于机械测厚仪的测试精度主要取决于测厚元件的精度，所以市场上的机械测厚仪的测试精度参差不齐。此外，机械测厚仪的核心元件——测量头及测量面——对于微小的振动都十分敏感，所以在有振源的环境中测量精度没有任何意义。为了避免自身的振动，并尽可能地减少外界振动的影响，设备底座都采用重而宽的金属制成，这在一定程度上保证了测厚精度，却也给机械测厚仪的小型化和轻便化带来了很大的困难。环境温度和风速同样可以影响传感器的精度，因此必须在实验室环境内使用。国际上制定了很多关于机械式测厚设备的标准（这在包装材料测厚领域内是比较罕见的，其它类型的测厚设备少有标准的支持），ISO 534：1988，ISO 4593：1993，ASTM D 645-97，GB/T 6672-2001等。需要指出的是，常见的机械测厚仪有点接触式测厚仪和面接触式测厚仪两类，由于测量头与试样的接触面积不同，测量头的施力不同，施力速度不同，相同的试样（这里假设厚度均匀一致）使用这两类测厚仪很可能得到不同的测试结果，这主要是由于可压缩试样在不同的情况下产生的形变率往往不相同。因此，在选择机械测厚仪测试时必须严格执行所参照标准的测试条件和测试要求。
3.6非在线测厚设备的应用情况非在线测厚设备的销售量要比在线测厚设备大一些，一方面，它的价格便宜；另一方面，相对于在线测厚设备，非在线测厚仪器都可以比较方便的搬运移动；再有，非在线测厚设备的使用与在线测厚设备的使用并不冲突，两者可以有效配合，提高产品合格率。对于某些试样使用不同的测厚仪可能会得到不同结果，这一方面是由于各种测厚仪的测试原理差异较大，除机械测厚仪外的其它类型测厚仪往往对试样的材质具有选择性，通用性较差；另一方面，软包材多数具有可压缩性。今年我公司成功开发出国内第一款高精度的机械测厚仪，测试分辨率在1μm，如此高精度的机械测厚仪在国际上也是很罕见的。因此此类测厚仪的推出在我国塑料行业内引起了巨大的轰动。
1.塑料薄膜厚度的测试最早用于薄膜厚度测量的是实验室测厚技术。之后，随着射线技术的不断发展逐渐研制出与薄膜生产线安装在一起的在线测厚设备。上个世纪60年代在线测厚技术就已经有了广泛的应用，现在更能够检测薄膜某一涂层的厚度。同时，非在线测厚技术也有了长足的发展，各种非在线测试技术纷纷兴起。在线测厚技术与非在线测厚技术在测试原理上完全不同，在线测厚技术一般采用射线技术等非接触式测量法，非在线测厚技术一般采用机械测量法或者基于电涡流技术或电磁感应原理的测量法，也有采用光学测厚技术、超声波测厚技术的。
2.在线测厚较为常见的在线测厚技术有β射线技术，X射线技术，电容测量和近红外技术。
2.1 β射线技术是最先应用于在线测厚技术上的，它对于测量物没有要求，但β传感器对温度和大气压的变化、以及薄膜上下波动敏感，设备对于辐射保护装置要求很高，而且信号源更换费用昂贵，Pm147源可用5-6年，Kr85源可用10年，更换费用均在6000美元左右。
2.2 X射线技术这种技术极少为薄膜生产线所采用。X光管寿命短，更换费用昂贵，而且不适用于测量由多种元素构成的聚合物，信号源放射性强。
2.3近红外技术近红外技术在在线测厚领域的应用曾受到条纹干涉现象的影响，但现在近红外技术已经突破了条纹干涉现象对于超薄薄膜厚度测量的限制，完全可以进行多层薄膜总厚度的测量，并且由于红外技术自身的特点，还可以在测量复合薄膜总厚度的同时给出每一层材料的厚度。近红外技术可用于双向拉伸薄膜、流延膜和多层共挤薄膜，信号源无放射性，设备维护难度相对较低。
2.4在线测厚设备的应用情况在线测厚能够以最快的速度获取厚度测试数据，通过数据分析，及时调整生产线的参数，缩短开车时间。但是在线测厚设备必须配备与生产线相匹配的扫描架，这在一定程度上限制了在线测厚设备的重复利用。而且由于薄膜生产线往往需要长期连续工作，因此相应的在线测厚设备也就必须长期工作。在设备的价格上，在线测试设备一般要比非在线测试设备贵很多，而且前者的运行费用与维护费用也比较高。
3.非在线测厚非在线测厚技术主要有—接触式测量法和非接触式测量法两类，接触式测量法主要是机械测量法，非接触式测量法包括光学测量法、电涡流测量法、超声波测量法等。由于非在线测厚设备价格便宜、体积小等原因，应用领域广阔。
3.1涡流测厚仪和磁性测厚仪涡流测厚仪和磁性测厚仪一般都是小型便携式设备，分别利用了电涡流原理和电磁感应原理。专用于各种特定涂层厚度的测量，用于测量薄膜、纸张的厚度时有出现误差的可能。
3.2超声波测厚仪超声波测厚仪也多是小型便携式设备，利用超声波反射原理，可测金属、塑料、陶瓷、玻璃以及其它任何超声波良导体的厚度。可在高温下工作，这是很多其它类型的测厚仪所不具备的，但对检测试样的种类具有选择性。
3.3光学测厚仪利用光学原理。从测试原理上来说光学测厚仪可达到极高的测试精度，但是这类测厚仪在使用及维护上要求极高：必须远离振源；严格防尘；专业操作及维护等。使用范围较窄，仅适用于复合层数较少的复合膜。
3.4电容测量温度稳定性好，结构简单，测量速度快，可实现非接触测量，缺点是容易受环境干扰而测量不准，安装调试复杂，被测物与仪器的安装位置有直接关系。
3.5机械测厚仪，是一种接触式测厚方法，它与非接触式测厚方法有着本质的区别——能够在进行厚度测量前给试样测量表面施加一定的压力（点接触力或面接触力），这样可以避免在使用非接触式测厚仪测量那些具有一定压缩性、表面高低不平的材料时可能出现数据波动较大的现象。机械测厚仪采用最传统的测厚方法，数据稳定可靠，对试样没有选择性。由于机械测厚仪的测试精度主要取决于测厚元件的精度，所以市场上的机械测厚仪的测试精度参差不齐。此外，机械测厚仪的核心元件——测量头及测量面——对于微小的振动都十分敏感，所以在有振源的环境中测量精度没有任何意义。为了避免自身的振动，并尽可能地减少外界振动的影响，设备底座都采用重而宽的金属制成，这在一定程度上保证了测厚精度，却也给机械测厚仪的小型化和轻便化带来了很大的困难。环境温度和风速同样可以影响传感器的精度，因此必须在实验室环境内使用。国际上制定了很多关于机械式测厚设备的标准（这在包装材料测厚领域内是比较罕见的，其它类型的测厚设备少有标准的支持），ISO 534：1988，ISO 4593：1993，ASTM D 645-97，GB/T 6672-2001等。需要指出的是，常见的机械测厚仪有点接触式测厚仪和面接触式测厚仪两类，由于测量头与试样的接触面积不同，测量头的施力不同，施力速度不同，相同的试样（这里假设厚度均匀一致）使用这两类测厚仪很可能得到不同的测试结果，这主要是由于可压缩试样在不同的情况下产生的形变率往往不相同。因此，在选择机械测厚仪测试时必须严格执行所参照标准的测试条件和测试要求。
3.6非在线测厚设备的应用情况非在线测厚设备的销售量要比在线测厚设备大一些，一方面，它的价格便宜；另一方面，相对于在线测厚设备，非在线测厚仪器都可以比较方便的搬运移动；再有，非在线测厚设备的使用与在线测厚设备的使用并不冲突，两者可以有效配合，提高产品合格率。对于某些试样使用不同的测厚仪可能会得到不同结果，这一方面是由于各种测厚仪的测试原理差异较大，除机械测厚仪外的其它类型测厚仪往往对试样的材质具有选择性，通用性较差；另一方面，软包材多数具有可压缩性。今年我公司成功开发出国内第一款高精度的机械测厚仪，测试分辨率在1μm，如此高精度的机械测厚仪在国际上也是很罕见的。因此此类测厚仪的推出在我国塑料行业内引起了巨大的轰动。
