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和擠塑的粒狀產品，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.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
圖1 PFA塑料
圖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。
圖3 測試原理圖
粒形參數釋義
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zui大FLength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zui大FWidth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/Perimeter2，3D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 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。
測試結果
圖4所示為樣品的長度（FLength，mm），寬度（FWidth，mm）,厚度（Fthickness，mm）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。
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FLength為3.434mm（大值）。
圖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6（a）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6（b）選擇實度（solidity）和長度（FLength），圖6（c）選擇直徑Da（面積當量直徑）。
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 粒形散點圖
如下表所示，樣品重復測試3次，重現性良好。
表1 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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