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      2. PFA塑料的粒度粒形分析V2

        2020-08-14

        背景介紹

         

        氟塑料是指分子結構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,通過均聚或共聚反應制得。隨著高分子技術的不斷發展,氟塑料種類也日益增多,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。氟塑料具有許多優異的性能,如優良的電絕緣性能、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,其應用范圍較廣泛,在國防、機電、冶金、石油化工等工業部門占有重要的地位。

        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的產品形式有用于模塑擠塑的粒狀產品,用于旋轉模塑和涂料的粉狀產品;其半成品有、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.療器械零件,高溫電線、電纜絕緣層,防腐設備、密封材料、泵閥襯套,和化學容器。PFA由于其應用廣泛,有“塑料王”之稱。而在產品的生產過程中,對于原料的質量控制尤為重要。

        本文利用粒度粒形分析儀對PFA塑料顆粒進行了粒徑和粒形分析,并利用測量軟件篩選出了缺陷顆粒,對產品的質量控制和后續的應用提供了重要的指導意義。

        材料和設備

        材料:透明片狀塑料顆粒(PFA

        儀器:Microtrac MRB PartAn 3D粒度粒形分析儀

        20200805-1591868429.jpg

        圖1  PFA塑料

         

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        2 PartAn 3D 粒度粒形分析儀

         

        儀器測量原理

        動態圖像法的基本原理很簡單,“所見即所得”。樣品在鏡頭前移動,高速數碼相機拍攝每一個顆粒的圖像,顯示它所有角度的信息。根據顆粒在圖像上占據的位置和尺寸所覆蓋的像素,來得到顆粒的長度,寬度,厚度,周長,面積等形狀信息。

        動態圖像法可以在短時間內分析數以萬計的樣品顆粒,樣品量大,代表性強,數據具有統計意義。

        20200805-1958814424.png

        測試原理圖

        粒形參數釋義                                 

        圖片包含 文字, 游戲機 描述已自動生成

        FLength:費雷特長度,2D圖像中平行切線之間的zui大距離,3D序列圖像中選擇zuiFLength值;

        FWidth:費雷特寬度,2D圖像中平行切線之間的小距離,3D序列圖像中選擇zuiFWidth值;

        FThickness:費雷特厚度,此參數為3D*,指圖像中小FWidth值。

        Da:面積當量直徑,

        Circularity:圓度,Circularity=4πArea/Perimeter23D圖像中, Area面積取平均面積值,Perimeter周長取平均周長值。

        Solidity:實度,Solidity=Area/Chull AreaChull 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。

         

        測試結果

        4所示為樣品的長度(FLengthmm),寬度(FWidthmm,厚度(Fthicknessmm)的頻率分布,由圖可看出樣品長度和寬度分布曲線高度重合,而與厚度分布差異明顯,這與樣品的形狀特征較符合。

        電腦屏幕截圖 描述已自動生成

        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,再結合圖像分析,可看出顆粒的形貌特征。顆粒的粒形參數多種多樣,下圖5中顯示的為長度FLength。圖5中每一行8~9張圖像代表一個顆粒(從左至右的變化),下方標注的數值為該顆粒的參數值(圖中參數為FLength,并取其中標星號數字為該顆粒的長度值。如下第1排顆粒,其FLength3.434mm(大值)。

        圖片包含 游戲機 描述已自動生成

        5樣品顆粒的粒形圖像

        結合顆粒圖像,選擇具有代表性的粒形參數來篩選出缺陷顆粒。如圖6a)所示,帶“尾巴”顆粒,“與眾不同”之處在于其圓度(circularity)、長度(FLength)和一般規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。同理,圖6b)選擇實度(solidity)和長度(FLength),圖6c)選擇直徑Da(面積當量直徑)。

        20200805-1787352309.png

        a

         

        20200805-1233796308.png

        b

         

        clip_image014.png

         

        clip_image016.gif

        c

         

        缺陷顆粒的篩選(a-帶尾巴;b-有破損;c-粘連顆粒)

        散點圖可看出,顆粒總體粒徑分布較集中,圓度集中在0.90左右。

        地圖的截圖 描述已自動生成

        粒形散點圖

        如下表所示,樣品重復測試3次,重現性良好。

         樣品3次測試的粒徑分布對比

        測試次數

        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

         

        結論

        3D粒形測量軟件具有30多種參數,可對顆粒的形貌進行較全面的分析,這對于提高生產效率和控制產品質量非常有意義。

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