JPS59501080A - Method and device for measuring the degree of crosslinking of plastics - Google Patents
Method and device for measuring the degree of crosslinking of plasticsInfo
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】 プラスチックの架橋度測定方法及び装置この発明はプラスチック、特にポリエチ レンの架橋度を、サンプル採取せずに連続的に測定する方法及び装置に関する。[Detailed description of the invention] Method and device for measuring the degree of crosslinking of plastics This invention is applicable to plastics, especially polyethylene. The present invention relates to a method and apparatus for continuously measuring the degree of crosslinking of urethane without taking samples.
周知のようにプラスチックは各種の異なる分野に用途を有している。特にポリエ チレンは各種の重要な技術的応用分野を有しており、この中でも特に高圧電線用 絶縁体及び水道管ならびに下水管への応用が挙げられる。ポリエチレンの化学的 ・機械的な耐久性は優れたものであって、機械的強度も少なくとも満足しうるも のである。もしポリエチレンを熱水用の管体材料に用いる場合には、100℃以 上の温度に耐えなければならず、かついぜんとして同様な耐久性を示す必要があ ることは明らかである。耐熱性が優に100℃を越えるような、いわゆる架橋ポ リエチレン又は1−pExj(商標名)でない限り、ポリエチレンは80℃を越 えると軟化する傾向がある。As is well known, plastics have applications in a variety of different fields. Especially Polie Chyrene has a variety of important technical applications, most notably for high-voltage power lines. Applications include insulation and water and sewer pipes. polyethylene chemistry ・The mechanical durability is excellent, and the mechanical strength is at least satisfactory. It is. If polyethylene is used as a pipe material for hot water, must be able to withstand temperatures above and exhibit similar durability. It is clear that The so-called crosslinking point has a heat resistance of well over 100℃. Polyethylene does not exceed 80°C unless it is polyethylene or 1-pExj (trade name). It tends to soften when heated.
ポリエチレン製品は、いわゆる押出し方法で作られ、ここでは溶融状態のプラス チックがオリフィスを通して加圧されて最終形態、例えばチューブ又は電線被覆 用絶縁体に成形される。次いで熱処理又は加硫されるが、この工程でポリエチレ ン中には隣接する炭素鎖間に亘って分子間の交叉結合が多数生成するが、これが 架橋結合といわれる。この結合によってポリエチレンの強度と耐久性が一段と向 上するので、例えば水道管材料として使用できるようになる。押出し方法により パイプを作る場合には、これ才では架橋がどの程度に適切に形成されているかを 知ることは著しく困難であった。生産に際しては先ず試料を採取して、これを試 験室捷で運ばなければならず、試験結果は数時間後でしか分からない。Polyethylene products are made by the so-called extrusion method, where the molten plus The tick is pressurized through an orifice into its final form, e.g. tube or wire sheathing. molded into an insulator for use. It is then heat treated or vulcanized, but in this process the polyethylene During the process, many intermolecular cross-bonds are formed between adjacent carbon chains; This is called cross-linking. This bond further increases the strength and durability of polyethylene. This makes it possible to use it, for example, as a material for water pipes. Depending on the extrusion method When making pipes, it is easy to determine how well the crosslinks are formed. It was extremely difficult to know. During production, we first collect a sample and test it. The test results must be taken to a laboratory, and test results are only known several hours later.
PEXの加硫の程度は架橋の度合いによって示される。The degree of vulcanization of PEX is indicated by the degree of crosslinking.
例えば水道管の場合では実用的には少なくとも70%の架橋度てなければならな い。PEXの架橋度は近年では種々の化学的、物理的方法で測定しているが、こ のうちては、いわゆるステイープ法(steeping method )及び 赤外分析法が最も重要である。いずれの方法でも架橋の開始を過酸化物の残留量 として測定する。これらの方法は実験室的な方法であって、生産終了後に試料を 採取して試験室にて試験するときにだけ用いられる。For example, in the case of water pipes, the degree of crosslinking must be at least 70% for practical purposes. stomach. In recent years, the degree of crosslinking of PEX has been measured using various chemical and physical methods. Among them, the so-called steeping method and Infrared analytical methods are the most important. In either method, the initiation of crosslinking is determined by the amount of residual peroxide. Measure as. These methods are laboratory methods, and samples cannot be collected after production. It is used only when collected and tested in a laboratory.
PEXは連続式押出しによって作られるので試料採取のために生産を中断するこ とは不可能である。そこで技術的、及び経済的観点から、PEXの架橋度をオン ラインで生産中に直接測定できるようなメーターを開発する必要があった。これ ができれば最終製品の品質が連続して均一であって品質規格に合格するものでち ることを確認するととができるはずである。このメーターは架橋の絶対値を測定 する必要はなく、架橋の程度の変化がモニターできれば充分であって、これによ って品質が目標値以上に維持されうる。PEX is made by continuous extrusion, so there is no need to interrupt production to take samples. is impossible. Therefore, from a technical and economic point of view, the degree of crosslinking of PEX was changed. It was necessary to develop a meter that could measure directly on the line during production. this If possible, the quality of the final product will be consistently uniform and pass the quality standards. If you check that, you should be able to do it. This meter measures the absolute value of crosslinking It is not necessary to monitor changes in the degree of crosslinking, and it is sufficient to monitor changes in the degree of crosslinking. Therefore, the quality can be maintained above the target value.
この発明の目的はPEX (及び他のプラスチック)の架橋度を測定するだめの 、連続式、オンラインメーターであって試料に接触しないでも測定できるような メーターの提供にある。この発明による装置は架橋度を直接測定してその結果を 電子的に取り出すが、必要に応じてテジタル式に架橋度を表示することもできる 。The purpose of this invention is to provide a method for measuring the degree of crosslinking of PEX (and other plastics). , continuous type, online meter that can measure without touching the sample. It is in the provision of meters. The device according to the invention directly measures the degree of crosslinking and reports the results. Although it is taken out electronically, the degree of crosslinking can also be displayed digitally if necessary. .
しかしこのことは該装置が既知試料によって検定補正される必要があることを意 味する。装置は架橋度の絶対値を測定するのではないので、得られた電子式信号 が予め設定した値以下になったときにアラームが作動するように検定補正される べきである。この形式でも、生産における品質管理において優れた保証が達成さ れる。とのitの形式でもこのメーターは水道管の生産や電線被覆体の生産をモ ニターするのに特に好適であることが判った。現在までの試験結果では高密度プ ラスチックのみでなく低密度プラスチックにもこの装置を適用して成功をおさめ ている。チョーク入りの高圧電線用PEXにおいてもう捷く作動する。一方、カ ーボン充填の電線被覆物の場合には満足な結果は得られていない。However, this means that the device needs to be calibrated with known samples. Taste. Since the device does not measure the absolute value of the degree of crosslinking, the resulting electronic signal The verification is corrected so that an alarm will be activated when the value falls below a preset value. Should. This format also achieves excellent guarantees in quality control in production. It will be done. This meter also supports the production of water pipes and wire sheathing. It has been found to be particularly suitable for monitoring. Test results to date show that high-density This device has been successfully applied not only to plastics but also to low-density plastics. ing. Works easily on PEX for high voltage electric wires with choke. On the other hand, Satisfactory results have not been obtained in the case of carbon-filled wire coatings.
この発明の装置はPEXプラスチックの螢光の強さが架橋度の増加に伴って増加 するという観察に基いている。これ捷で実施してきた試験では非架橋ポリエチレ ンの螢光はほんのわずかに過きない;しかしその強度は架橋度の関数としてほぼ 直線的に増加する。螢光のスペクトルも寸だ変化するようであるが、強度をモニ ターしたほうが最良の結果を与える。The device of this invention shows that the fluorescence intensity of PEX plastic increases as the degree of crosslinking increases. It is based on the observation that In tests conducted at this company, non-crosslinked polyethylene The fluorescence is only slight; however, its intensity varies approximately as a function of the degree of crosslinking. increases linearly. The spectrum of the fluorescent light also seems to change slightly, but the intensity can be monitored. ter gives the best results.
才だ螢光の観察を信頼のあるものにするだめの好適な強度はレーザー光からのみ 得られるので、励起されたレーザー光を使う必要があることも分った。そのうえ 、レーザー光のスペクトル分布は充分狭いので望捷しい螢光スペクトルが得られ る。通常の螢光ランプによって試験した際には、先ず通常の螢光ランプの強度が 弱く変動し、才だ生じた光ビームの焦点合わせが不便であって、所望の点にこの 光ビームを誘導することが容易ですく、そのスペクトル分布が広くフィルターす る必要があるし、才だ螢光ランプの寿命もレーザー光源の寿命よりも著しく短い ので測定は著しくめんどうてあった。試験室的にはUV螢光ランプの使用も可能 ではあるが、生産現場への適用は不可能に近い。そこでレーサーの使用が推奨さ れる。狭いレーザー光をモニターすることは、むしろ捷だ生産装置の近くでは便 利である。The only suitable intensity for reliable observation of fluorescent light is from laser light. It was also found that it was necessary to use excited laser light. Besides, Since the spectral distribution of the laser light is narrow enough, a desirable fluorescence spectrum can be obtained. Ru. When testing with an ordinary fluorescent lamp, first the intensity of the ordinary fluorescent lamp was It is inconvenient to focus the weakly fluctuating and rapidly generated light beam on the desired point. The light beam is easy to guide, and its spectral distribution is wide and filterable. The lifespan of a fluorescent lamp is significantly shorter than that of a laser light source. Therefore, measurement was extremely troublesome. UV fluorescent lamps can also be used in testing rooms. However, it is nearly impossible to apply it to production sites. Therefore, it is recommended to use a racer. It will be done. Monitoring narrow laser beams is rather inconvenient near fragile production equipment. It is advantageous.
この発明の装置ては、PEX試験片を、回転チョッパを通したHeCdレーザー 光ビームで照射する。このとき、PEX試験片は強度変調され所定の周波数fに 光変調された光によって照射される。PEXは励起光の影響下で螢光を放ちはじ めるが、このときの螢光は入射されている変調光と同じ周波数fでおこる。螢光 の強度と変化をモニターすることによって、架橋度の変化を見い出すことができ る。螢光は予め定められた周波数fにおいて起こるので、光検知器によって検知 される螢光と1つたく同一の周波数fに同調されている電子増幅器を作ることは 容易である。同時に、他の周波数において生じた干渉光はこの増幅器でフィルタ ーする。螢光の強度は光検知器によってモニターするが、これは光電子増倍管か 半導体検知器のいずれがでありうる。In the apparatus of this invention, a PEX specimen is passed through a rotating chopper using a HeCd laser. Irradiate with a light beam. At this time, the PEX test piece is intensity modulated to a predetermined frequency f. Irradiated by optically modulated light. PEX tends to emit fluorescence under the influence of excitation light. However, the fluorescence at this time occurs at the same frequency f as the incident modulated light. Fluorescence Changes in the degree of crosslinking can be detected by monitoring the strength and changes in Ru. Fluorescence occurs at a predetermined frequency f, so it can be detected by a photodetector. It is possible to create an electronic amplifier tuned to the same frequency f as the fluorescence emitted. It's easy. At the same time, interference light generated at other frequencies is filtered by this amplifier. - to do. The intensity of the fluorescence is monitored by a photodetector, which may be a photomultiplier tube. Any of the semiconductor detectors can be.
この光検知器の前面には必らず、励起レーザー光の特定の波長を効率的に吸収し て螢光光のみを通過せしめるような光学的フィルターを設置することである。The front surface of this photodetector must have a surface that efficiently absorbs a specific wavelength of the excitation laser light. The method is to install an optical filter that allows only fluorescent light to pass through.
アルゴンレーザー又はUV型レーザーも使用はできるが、HeCclレーザーか らの光によって最良の結果が得られる。架橋が生起するときには炭素原子間に多 数の架橋結合が形成される。一つの結合の創造は一つの新規なエネルギーレベル の創造を意味する。架橋結合が増加すると、それに応じてエネルギーレベルの数 も増加する。そして螢光レベルの数も増加する。種々のプラスチックが螢光を放 ちうろことはそれ自体は公知であるが、螢光が架橋度の関数として増加すること は新しい事実の発見であってこの発明の目的を構成する。Argon laser or UV type laser can also be used, but HeCcl laser Best results are obtained with light from When crosslinking occurs, there are many Several cross-links are formed. The creation of a union is a new energy level means the creation of As the cross-linking increases, the number of energy levels increases accordingly will also increase. And the number of fluorescence levels also increases. Various plastics emit fluorescent light. It is known that fluorescence increases as a function of the degree of crosslinking. The discovery of new facts constitutes the purpose of this invention.
この原理はチョークをフィラーとして充填した場合にも同じく適用できるが、炭 素物質を充填したプラスチックには適用できない。This principle can also be applied when chalk is used as a filler, but charcoal It cannot be applied to plastics filled with elementary substances.
米国特許第4,107,245号公報には、プラスチックにちる種の化学染料を 添加することによってポリエチレンの架橋度が測定できることが開示されていて 、この際には架橋度が増加するにつれて色物性が変化するとしている。一方で、 プラスチックにある種の染色した検定テープを添加して、この色の変化から架橋 の程度を見い出すことが可能である。先ず、染料成分は測定に信頼性がおけるよ うになる程度まで均一にプラスチック中に分散されなければならないことに注目 すべきである。第2に、染色テープ使用の場合には、このテープを観察できるよ うに、該プラスチック物品を切開しなければならない。最後には、消費者は色相 変化示しているプラスチックには興味をもたないことである。U.S. Patent No. 4,107,245 describes the use of chemical dyes for plastics. It is disclosed that the degree of crosslinking of polyethylene can be measured by adding In this case, the color properties change as the degree of crosslinking increases. on the other hand, Add some kind of dyed assay tape to the plastic and this color change indicates cross-linking. It is possible to find out the degree of First, the dye components must be measured reliably. Note that it must be evenly distributed in the plastic to the extent that Should. Second, if dyed tape is used, the tape should be visible. In order to do so, the plastic article must be cut open. In the end, consumers will Don't be interested in plastics that are changing.
この発明の方法はかかる欠点がない。そのうえ、この発明による測定の精度は良 好であって、標準的な化学的ステイープ法と比べても、その精度は+3係よりも 良好である。しだがって相関係数は所要測定範囲において0.94より高い。The method of this invention is free from such drawbacks. Moreover, the accuracy of measurements made by this invention is good. The accuracy is better than the standard chemical stapling method. In good condition. The correlation coefficient is therefore higher than 0.94 in the required measurement range.
西独特許第2928306号゛には試料が試料室で動いている間の粒状物質の光 学特性を測る装置が開示されている。該特許請求の範囲には、螢光の検知が開示 されているが、架橋との関連性にはふれられていない。West German patent no. An apparatus for measuring chemical properties is disclosed. The claims disclose detection of fluorescence. However, the relationship with cross-linking is not mentioned.
次に添付の図面にしたがって、この発明の有利な実施態様をさらに詳述するが、 との発明は専らこの実施態様のみに限定されるものではない。Advantageous embodiments of the invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which: The invention is not limited exclusively to this embodiment.
第1図は螢光の発生及びその観察を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the generation of fluorescence and its observation.
第2図はこの発明の装置の構成の原理を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing the principle of construction of the apparatus of the present invention.
第1図では励起光として、狭いスペクトル分布のレーザー光を用いた場合におけ る螢光の発生を示している。UVランプてはこれと同様な良い結果は得られない 。Figure 1 shows the results when a laser beam with a narrow spectral distribution is used as the excitation light. This shows the generation of fluorescence. UV lamps do not give the same good results. .
第1図において、スペクトル線1は励起光を示し、これはレーザーからくるため に極めて狭いものである。In Figure 1, spectral line 1 shows the excitation light, which comes from the laser. It is extremely narrow.
スペクトル2は発生した螢光スペクトルであって、いっても励起光よりも長波長 側に位置するものを示している。螢光は遅滞なく直ちに生ずる。励起光を除去す るフィルターの吸収スペクトル3は光検知器の前部において励起光を効果的に吸 収していることが判かる。Spectrum 2 is the generated fluorescence spectrum, which has a longer wavelength than the excitation light. It shows what is on the side. Fluorescence occurs immediately without delay. Remove excitation light The absorption spectrum 3 of the filter effectively absorbs the excitation light in front of the photodetector. It is clear that it is collected.
これによって検知器は螢光だけを観察できる。レーザー光のスペクトル分布は著 しく狭いのて、螢光の最小フラクションのみが励起光によってマスクされろたけ である。This allows the detector to observe only the fluorescent light. The spectral distribution of laser light is Because of the extremely narrow filter area, only the smallest fraction of the fluorescence is masked by the excitation light. It is.
第2図はこの発明の装置の操作方法の原理と設計図を詳記したものである。レー サー10からの光ビーム11はチヨツパ12の手段によって変調されて、それに よって該変調周波数fを有する光ビーム14によって試料13が照射されるよう になっている。才た光の強度を安定せしめるだめの電気−光学的設計図も公知で あるが、ととてはこの発明とは直接の関連がないのて図示されていない。架橋に よって生じ、かつ周波数fに変調された螢光光15は光検知器16によって観察 され、その前部には励起光を吸収するフィルター17が配設されていて、このフ ィルター自体はいかなる螢光をも発しないようになっている。光検知器16の後 部に電子式検知器と増幅器】8が設置され、周波数rに同調されている。架橋度 のある種の関数である検知器18からの出力は、例えはマイクロプロセサー基板 上のコンピューター又は他の所要の制御装置又はアラーム装置19及び20に入 力されてもよい。才だ検知器18に対しては、公知の相検知器が用いられてもよ いがこの発明とけ直接の関係がない。FIG. 2 details the principle and design diagram of the method of operating the device of this invention. Leh The light beam 11 from the laser 10 is modulated by means of a chopper 12 and Therefore, the sample 13 is irradiated with the light beam 14 having the modulation frequency f. It has become. The electro-optical blueprint for stabilizing the intensity of light is also known. However, they are not shown because they are not directly related to this invention. to crosslink The fluorescent light 15 thus generated and modulated at frequency f is observed by a photodetector 16. A filter 17 for absorbing excitation light is disposed in front of the filter. The filter itself does not emit any fluorescent light. After photodetector 16 An electronic detector and amplifier [8] is installed in the section and is tuned to the frequency r. Degree of crosslinking The output from the detector 18 is some kind of function of the microprocessor board, e.g. computer or other required control or alarm device 19 and 20. You may be forced to do so. A known phase detector may be used for the phase detector 18. However, there is no direct connection with this invention.
この発明の方法は、電線製造用装置やPEX管製造装置において、PEχプラス チックの架橋を行なう生産ラインにおける測定に用いることができるが、同時に 各種のホード類、バント類又はPEX被覆物を製造する機械及び装置に付帯して 用いることができる。The method of the present invention can be used in electric wire manufacturing equipment and PEX tube manufacturing equipment. It can be used for measurements on production lines that perform cross-linking of ticks, but at the same time Attached to machines and equipment that manufacture various hoards, bunts, or PEX coatings. Can be used.
FIG、I FIG、2 国際調査報告FIG.I FIG.2 international search report
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