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保护膜的厚度测量方法大全

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薄膜厚度测量

时间:2015-06-15来源: 点击:10134次

摘要:

薄膜厚度测量

为什么会有薄膜厚度的测量

 
    大家都知道在薄膜制造业方面薄膜厚度测量是基础的检测项目之一。因为薄膜的一些性能与厚度有着千丝万缕的关系,比如:如果一批单层薄膜因厚度不均匀,会大大的影响薄膜的拉伸强度、阻隔性等,对薄膜的后续加工也会起连带影响。特别是对于复合薄膜,其厚度的的均匀性要求也更大,因为只有整个表面厚度均匀了表面才能平整,每一层的树脂才能均匀,这样才不会影响薄膜的性能,所以薄膜厚度是否均匀与预设值是否一致,其厚度的偏差是否超标,这些对薄膜的某些特性指标起着先决作用。


薄膜厚度测量的种类
 
    薄膜厚度测量主要分为在线测试与非在线测试两种,非在线测试最早试用于薄膜厚度的测量方法,之后随着技术的改进和发展在线测试应用而生。在上个世纪60年代在线测厚技术就已经得到广泛的应用,它是与薄膜生产线安装在一起的在线测厚技术。两种方法也完全不一样,非在线测厚技术主要采用电磁感应原理或者基于超声波测厚技术或超声波测厚技术,也有机械测量法、电涡流技术。在线测厚技术一般采用射线技术等非接触式测量。
 
非在线测量技术
 
    在线测厚较为常见的在线测厚技术有β射线技术,X射线技术和近红外技术, β射线技术β射线技术是最先应用于在线测厚技术上的射线技术,在上世纪60年代就已经广泛用于超薄薄膜的在线厚度测量了。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。
 
X射线技术
 
 
    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,一般可用2-3年,更换费用在5000美元左右,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。X射线技术常用于钢板等单一元素的测量。
 
近红外技术
 
 
    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。
 
在线测厚的可比性
 
 
    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。
 
非在线测厚
 
 
    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。
 
 
机械测厚仪
 
 
    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,一般可以分为点接触式和面接触式两类,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。机械测厚仪的测试精度主要取决于测厚元件的精度,其核心元件——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一些困难。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机械法测厚仪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)使用不同类型的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,在使用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。
 


涡流测厚仪和磁性测厚仪  
 
 
    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。
 
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。


光学测厚仪
 
   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。
 
非在线测厚设备对比性
 
 
    非在线测厚设备的销售量要比在线测厚设备大一些,因为它的价格便宜,而且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,另一方面,软包材多数具有可压缩性,因此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。
 
软包装材料
 

    软包装材料的特性常见的软包材主要是由聚合物和纸制品加工制造的。聚合物分为橡胶、纤维、和塑料三大类。橡胶的特性是在室温下弹性高,即在很小的外力作用下,能产生很大的形变;外力去除后能迅速恢复原状,弹性模数小,约为105~106N/m2。相反,纤维的弹性模数较大,约为109~1010N/m2,受力时形变较小。塑料的弹性模数约为107~108N/m2,部分形变是可逆的,也有一部分则是永久形变。这三类聚合物是很难严格划分的。例如聚氯乙稀是典型的塑料,但也可以抽成纤维,配入适量增塑剂可制成类似橡胶的软制品。通常纸张性质松软,有一定的压缩性,存在表面高低不平的情况。可见,聚合物和纸制品受力后都会产生形变,处于一种被压缩的状态,所以软包装材料一般都有一定的形变率,因此,在进行试样厚度测量时是否存在对试样测量面施加的压力将直接影响测试结果。
 
    对于保护膜材料薄膜制造商楷膜科技而言,产品的厚度均匀性是最重要的指标之一,想要有效地控制材料厚度,厚度测试设备是必不可少的,但是具体要选择哪一类测厚设备还需根据软包材的种类、厂商对厚度均匀性的要求、以及设备的测试范围等因素而定。

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