RU2709407C1 - Infrared spectroscopic method of controlling quality of precursors for orientation drawing film threads from ultrahigh molecular polyethylene - Google Patents
Infrared spectroscopic method of controlling quality of precursors for orientation drawing film threads from ultrahigh molecular polyethylene Download PDFInfo
- Publication number
- RU2709407C1 RU2709407C1 RU2019109167A RU2019109167A RU2709407C1 RU 2709407 C1 RU2709407 C1 RU 2709407C1 RU 2019109167 A RU2019109167 A RU 2019109167A RU 2019109167 A RU2019109167 A RU 2019109167A RU 2709407 C1 RU2709407 C1 RU 2709407C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- precursors
- molecular weight
- ultra
- weight polyethylene
- high molecular
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- D01F1/00—General methods for the manufacture of artificial filaments or the like
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
- G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
- G01N15/0205—Investigating particle size or size distribution by optical means, e.g. by light scattering, diffraction, holography or imaging
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
- G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
- G01N21/8806—Specially adapted optical and illumination features
Abstract
Description
Заявляемое изобретение относится к ИК-спектроскопическому способу контроля качества прекурсоров, используемых для получения высокопрочных пленочных нитей из сверхвысокомолекулярного полиэтилена путем ориентационного вытягивания. Конкретно предлагаемое изобретение относится к контролю качества прекурсоров полученных по методу твердофазного формования реакторных порошков сверхвысокомолекулярного полиэтилена, а также устройству для его осуществления.The claimed invention relates to an infrared spectroscopic method for controlling the quality of the precursors used to obtain high-strength film filaments from ultra-high molecular weight polyethylene by orientational drawing. Specifically, the present invention relates to quality control of precursors obtained by the method of solid-phase molding of reactor powders of ultra-high molecular weight polyethylene, as well as a device for its implementation.
Известно большое количество способов контроля качества полимерных пленок на отсутствие дефектов: от использования толщиномеров индикаторного типа до использования: комплекта растровых видеокамер для получения изображений http://www.newchemistry.ru/printletter.php?n_id=5782 и последующей обработкой изображений соответствующим программным обеспечением, что позволяет классифицировать возможные визуальные дефекты и указывать их точное местоположение; электромагнитного излучения при ортогональных азимутах поляризации RU 2047859 С1, опубл. 10.11.1995 и ИК-Фурье спектроскопии методом нарушенного полного внутреннего отражения http://www.polymerbranch.com/c3614206a443012045cfd75d2600af2d/b62fa0f0709230999626b87ba88c41e0/magazineclause.pdf позволяющими путем сравнения соответственно соотношения интенсивности полос поглощения при различных азимутах и измеряемого спектра с эталонным спектром судить о качестве полимерного материала.There are a large number of ways to control the quality of polymer films for defects: from the use of indicator-type thickness gauges to use: a set of raster video cameras for obtaining images http://www.newchemistry.ru/printletter.php?n_id=5782 and subsequent processing of images with appropriate software , which allows you to classify possible visual defects and indicate their exact location; electromagnetic radiation at orthogonal azimuths of polarization RU 2047859 C1, publ. 11/10/1995 and IR Fourier spectroscopy by the method of impaired total internal reflection http://www.polymerbranch.com/c3614206a443012045cfd75d2600af2d/b62fa0f0709230999626b87ba88c41e0/magazineclause.pdf allowing to compare, respectively, the ratio of the intensity of the absorption bands with different spectra of different spectra polymer material.
К недостаткам известных методов в случае использования толщиномеров индикаторного типа относится высокие трудоемкость и длительность измерений, а также невозможность контроля дефектов пленочного материала. Общим недостатком известных методов является контроль дефектов только на поверхности и в приповерхностном слое полимерного материала.The disadvantages of the known methods in the case of using indicator thickness gauges include the high complexity and duration of measurements, as well as the inability to control defects in the film material. A common disadvantage of known methods is the control of defects only on the surface and in the surface layer of the polymer material.
Прототипом заявляемого ИК-спектроскопический способ контроля качества прекурсоров для получения пленочных нитей из сверхвысокомолекулярного полиэтилена является способ контроля качества полимеров RU 2170419 C2, опубл. 10.07.2001, заключающийся в том, что направляют световой поток непосредственно в анализируемую среду, принимают и передают на спектрофотометр ближней инфракрасной области рассеянный свет, отраженный полимерными частицами латекса в спектральной области, в диапазоне длин волн 1100 - 2500 нм, и измеряют интенсивность этого света на конкретных длинах волн, связанных соответствующими уравнениями корреляции с конкретными свойствами контролируемого латекса.The prototype of the claimed IR spectroscopic method for controlling the quality of precursors for producing film filaments from ultra-high molecular weight polyethylene is a method for controlling the quality of polymers RU 2170419 C2, publ. 07/10/2001, which consists in directing the light flux directly into the analyzed medium, scattered light reflected by polymer particles of latex in the spectral region in the wavelength range of 1100 - 2500 nm is received and transmitted to the near infrared spectrophotometer, and the intensity of this light is measured at specific wavelengths associated with the corresponding correlation equations with the specific properties of the controlled latex.
Недостатком прототипа является использование только конкретных длин волн и сложный математических аппарат.The disadvantage of the prototype is the use of only specific wavelengths and a complex mathematical apparatus.
Метод твердофазного формования реакторных порошков сверхвысокомолекулярного полиэтилена включает три стадии: компактизацию реакторных порошков при комнатной температуре, монолитизацию компактизированного реакторного порошка при повышенной температуре и ориентационную вытяжку монолитных пленок. Результатом проведения первых двух стадий процесса является получение прозрачной однородной монолитной пленки - прекурсора для получения пленочных нитей из сверхвысокомолекулярного полиэтилена.The method of solid-phase molding of reactor powders of ultra-high molecular weight polyethylene includes three stages: compaction of reactor powders at room temperature, monolithization of a compacted reactor powder at elevated temperature, and orientation drawing of monolithic films. The result of the first two stages of the process is to obtain a transparent homogeneous monolithic film - a precursor for producing film filaments from ultra-high molecular weight polyethylene.
Прекурсоры для получения пленочных нитей из сверхвысокомолекулярного полиэтилена представляют собой монолитные прозрачные пленки с некоторым количеством дефектов, проявляющих себя при исследовании ИК-спектроскопическим способом контроля качества вышеупомянутых прекурсоров как дисперсные частицы.The precursors for the production of ultra-high molecular weight polyethylene film filaments are monolithic transparent films with a number of defects that manifest themselves when dispersed particles are studied by the IR spectroscopic method of quality control of the aforementioned precursors.
Известны основные дефекты полиэтиленовой пленки и способы их устранения https://www.eximpack.com/publikacii/defekti_plenki. Все причины возникновения дефектов можно разделить на следующие: недостатки в качестве исходного полимерного материала, недостатки контактирующей с полимером поверхности агрегатов, неверно подобранные технологические параметры.The main defects of the polyethylene film and methods for their elimination are known https://www.eximpack.com/publikacii/defekti_plenki. All the causes of defects can be divided into the following: flaws in the quality of the starting polymer material, flaws in the surface of the aggregates in contact with the polymer, incorrect technological parameters.
Для заявляемого ИК-спектроскопического способа контроля качества прекурсоров для ориентационного вытягивания пленочных нитей из сверхвысокомолекулярного полиэтилена к основным дефектам можно отнести: низкая прозрачность и/или шероховатость прекурсоров, трещины, поры и царапины, разнотолщинность прекурсоров и наличие посторонних включений, а к причинам их вызывающим соответственно качество исходного сырья, дефекты контактирующей с полимером поверхности пресса при проведении процесса монолитизации, неравномерности температурного поля в зоне монолитизации, наличие низкомолекулярных фракций в исходном высокомолекулярном сырье, проявляющих себя в виде порошка полиэтилена на переферийных областях пленочного материала, тогда как остальные дефекты не имеют зон сосредоточения и возможно их появление по всей поверхности пленочного материала. Дефекты вызывают рассеяние, которое снижает светопропускание через образец. Эффект тем выше, чем больше разность показателей преломления и плотности на границах раздела неоднородных участков (полимер – трещина, пора, посторонние включения и др.), а также больше концентрация таких дефектов в объеме полимерного образца.For the proposed IR spectroscopic method for controlling the quality of precursors for orientational drawing of film filaments from ultra-high molecular weight polyethylene, the main defects can be attributed to: low transparency and / or roughness of the precursors, cracks, pores and scratches, the thickness of the precursors and the presence of foreign inclusions, and to the reasons that cause them, respectively the quality of the feedstock, defects of the surface of the press in contact with the polymer during the monolithization process, temperature unevenness fields in the monolithization zone, the presence of low molecular fractions in the initial high molecular weight raw materials, manifesting themselves in the form of polyethylene powder on the peripheral regions of the film material, while the remaining defects have no concentration zones and their appearance on the entire surface of the film material is possible. Defects cause scattering, which reduces light transmission through the sample. The effect is the greater, the greater is the difference between the refractive indices and the densities at the interfaces of heterogeneous regions (polymer — crack, pore, foreign matter, etc.), and also the greater the concentration of such defects in the volume of the polymer sample.
Следует отметить что гомогенное строение прекурсоров важно при получении в дальнейшем из них, например, прочных и оптически чистых материалов. На гомогенность пленки влияют как качество исходного полимерного сырья, так и условия его переработки.It should be noted that the homogeneous structure of the precursors is important when subsequently obtaining from them, for example, strong and optically pure materials. The film homogeneity is affected both by the quality of the initial polymer raw material and the conditions of its processing.
Задачей заявляемого изобретения является реализация способа контроля качества прекурсоров для получения пленочных нитей из сверхвысокомолекулярного полиэтилена, который не обладает ни одним из перечисленных выше недостатков.The objective of the invention is the implementation of a method of controlling the quality of precursors for producing film filaments from ultra-high molecular weight polyethylene, which does not have any of the above disadvantages.
Способ иллюстрируется Фиг. 1-3.The method is illustrated in FIG. 1-3.
Фиг. 1. Микрофотографии поверхности монолитизованных образцов из реакторных порошков СВМПЭ порошок 1 (А и Б) и порошок 2 (В и Г), полученных при различной температуре: 75°С (А и В) и 135°С (Б и Г).FIG. 1. Micrographs of the surface of monolithized samples from UHMWPE reactor powders powder 1 (A and B) and powder 2 (C and D) obtained at different temperatures: 75 ° C (A and C) and 135 ° C (B and D).
Фиг. 2. ИК спектры пропускания компактизованных таблеток РП СВМПЭ порошок 1 (а) и порошок 2 (б), подвергнутых монолитизации при различных температурах: а - 75 (1), 95 (2), 135 (3) и 175°С (4); б - 40 (1), 95 (2), 135 (3) и 175°С (4) в течение 30 мин.FIG. 2. IR transmission spectra of compacted tablets of RP UHMWPE powder 1 (a) and powder 2 (b) subjected to monolithization at various temperatures: a - 75 (1), 95 (2), 135 (3) and 175 ° C (4) ; b - 40 (1), 95 (2), 135 (3) and 175 ° C (4) for 30 minutes.
Фиг. 3. Распределение рассеивающих частиц по размерам в пленках, полученных монолитизацией компактизованных таблеток из реакторных порошков СВМПЭ порошка 1 (а) и порошка 2 (б) при различных температурах: а –75 (1), 95 (2), 110 (3) и 135 (4); б – 75 (1), 110 (2) и 175 (3) °С.FIG. 3. The size distribution of scattering particles in the films obtained by monolithization of compacted tablets from UHMWPE reactor powders of powder 1 (a) and powder 2 (b) at various temperatures: a –75 (1), 95 (2), 110 (3) and 135 (4); b - 75 (1), 110 (2) and 175 (3) ° С.
Для решения задачи поставленной перед изобретением предложен заявляемый способ контроля качества прекурсоров для ориентационного вытягивания пленочных нитей из сверхвысокомолекулярного полиэтилена. Этот способ отличается тем, что что направляют световой поток непосредственно на анализируемую дисперсную среду, световодными ИК-зондами осуществляют прием и передачу на ИК-Фурье спектрофотометр излучения ближней, средней и дальней инфракрасной области, в диапазоне длин волн 1000 - 25000 нм, далее осуществляют в упомянутом диапазоне инфракрасной области измерение рассеянного отраженного света на конкретных длинах волн, связанных соответствующими уравнениями корреляции с конкретными свойствами контролируемого полимера, после чего выполняется расчет специфического контролируемого свойства данного прекурсора, дополнительно формируют спектр рассеяния, вычитанием из спектра пропускания монолитного образца сверхвысокомолекулярного полиэтилена спектра пропускания дисперсного образца одинаковых толщин, а дифференцированием спектра рассеяния получают распределение дисперсных частиц по размерам; затем анализируя размер дисперсных частиц и их расположение в дисперсном материале определяют характер дефектов и формируют управляющее воздействие на технологические параметры процесса получения прекурсоров для стадии ориентационного вытягивания пленочных нитей из сверхвысокомолекулярного полиэтилена.To solve the problem posed before the invention, the proposed method for controlling the quality of precursors for orientational drawing of film filaments from ultra-high molecular weight polyethylene is proposed. This method is characterized in that they direct the light flux directly to the disperse medium being analyzed, IR optical probes receive and transmit to the infrared Fourier spectrophotometer radiation of the near, middle and far infrared, in the wavelength range of 1000 - 25000 nm, then they are carried out said infrared range, measuring the scattered reflected light at specific wavelengths associated with the corresponding correlation equations with the specific properties of the polymer being monitored, and then the specific controlled property of this precursor is calculated, the scattering spectrum is additionally formed by subtracting from the transmission spectrum of a monolithic sample ultra-high molecular weight polyethylene the transmission spectrum of a dispersed sample of the same thickness, and the differentiation of the scattering spectrum gives the size distribution of dispersed particles; then, analyzing the size of the dispersed particles and their location in the dispersed material, they determine the nature of the defects and form a control action on the technological parameters of the process for producing precursors for the stage of orientational drawing of film filaments from ultra-high molecular weight polyethylene.
Важнейшими свойствами прекурсоров для ориентационного вытягивания пленочных нитей из сверхвысокомолекулярного полиэтилена, которые могут быть проконтролированы в процессе их получения при использовании способа в соответствии с предлагаемым изобретением, являются степень кристалличности пленки (æИКС) и степень ориентации молекулярных сегментов <сos2Θ>. Важность контроля этих показателей вызвана исключительной ролью сдвиговой деформации в процессе монолитизации, приводящей к переходу сверхвысокомолекулярного полиэтилена в двухосно ориентированное состояние, для получения в дальнейшем высокомодульных высокопрочных пленочных нитей сверхвысокомолекулярного полиэтилена путем ориентационного вытягивания прекурсоров.The most important properties of the precursors for orientational drawing of film filaments from ultra-high molecular weight polyethylene, which can be controlled during their production using the method in accordance with the invention, are the crystallinity of the film (æ IR ) and the degree of orientation of the molecular segments <cos 2 Θ>. The importance of controlling these indicators is due to the exceptional role of shear deformation in the monolithization process, which leads to the transition of ultrahigh molecular weight polyethylene to a biaxially oriented state, in order to obtain high modulus high tensile film filaments of ultrahigh molecular weight polyethylene by orientational stretching of precursors.
В качестве примера длин волн, коррелирующих с указанными выше специфическими свойствами, можно упомянуть полосы кристалличности, например, 1894 и 730 см-1.As an example of wavelengths that correlate with the above specific properties, we can mention crystallinity bands, for example, 1894 and 730 cm -1 .
Качество прекурсоров для ориентационного вытягивания пленочных нитей из сверхвысокомолекулярного полиэтилена оценивают с помощью метода Фурье-ИК спектроскопии, например, на спектрометре «VERTEX 70» фирмы Bruker, с использованием поляризатора и регистрацией ИК спектров в диапазоне 400-4000 см-1. Степень кристалличности (æИКС) рассчитывают по отношению интенсивности полос 720 и 730 см-1 (Дехант И., Данц Р., Киммер В., Шмольке Р. Инфракрасная спектроскопия полимеров. М.: Химия, 1976)The quality of the precursors for orientational drawing of film filaments from ultra-high molecular weight polyethylene is evaluated using the Fourier-IR spectroscopy method, for example, on a Bruker VERTEX 70 spectrometer, using a polarizer and recording IR spectra in the range of 400-4000 cm -1 . The degree of crystallinity (æ X ) is calculated by the ratio of the intensities of the bands of 720 and 730 cm -1 (Dehant I., Danz R., Kimmer V., Shmolke R. Infrared polymer spectroscopy. M .: Chemistry, 1976)
æИКС = (D730/D720)⋅100%, (1)æ IRS = (D 730 / D 720 ) ⋅100%, (1)
где D730 – оптическая плотность полосы поглощения, характеризующая кристаллическую фазу полимера, D720 – оптическая плотность полосы поглощения, характеризующая аморфную и кристаллическую фазу полимера, рассчитывают по формулеwhere D 730 is the optical density of the absorption band characterizing the crystalline phase of the polymer, D 720 is the optical density of the absorption band characterizing the amorphous and crystalline phase of the polymer, calculated by the formula
(DΙΙ + 2D⊥)/3,(D ΙΙ + 2D ⊥ ) / 3,
где DΙΙ - оптическая плотность полосы поглощения при параллельной поляризации ИК-излучения, а D⊥ - при перпендикулярной поляризации, соответственно.where dΙΙ is the optical density of the absorption band with parallel polarization of infrared radiation, and D⊥ - with perpendicular polarization, respectively.
Степень ориентации транс-сегментов в кристаллических (ИК полоса поглощения 730 см-1) и аморфных областях (аморфная компонента полосы 720 см-1) определяют в соответствии с формулойThe degree of orientation of the trans segments in crystalline (IR absorption band 730 cm -1 ) and amorphous regions (amorphous component of the band 720 cm -1 ) is determined in accordance with the formula
<сos2Θ>=(2-R)/(2+R), (2)<cos 2 Θ> = (2-R) / (2 + R), (2)
где R = DΙΙ/D⊥ - ИК-дихроизм.where R = D ΙΙ / D ⊥ is IR dichroism.
Отличительной чертой заявляемого способа контроля качества прекурсоров для ориентационного вытягивания пленочных нитей из сверхвысокомолекулярного полиэтилена является формирование управляющего воздействия на технологические параметры процесса получения прекурсоров для ориентационного вытягивания пленочных нитей из сверхвысокомолекулярного полиэтилена на основе анализа характера дефектов, выполняемом на основе анализа размера дисперсных частиц и их расположения в дисперсном материале. Для определения размера дисперсных частиц формируют спектр рассеяния, вычитанием из спектра пропускания монолитного образца сверхвысокомолекулярного полиэтилена спектра пропускания дисперсного образца одинаковых толщин, а дифференцированием спектра рассеяния получают распределение дисперсных частиц по размерам.A distinctive feature of the proposed method for controlling the quality of precursors for orientational drawing of film filaments from ultra-high molecular weight polyethylene is the formation of a control action on the technological parameters of the process for producing precursors for orientational drawing of film filaments from ultra-high molecular weight polyethylene based on the analysis of the nature of defects performed on the basis of analysis of the size of dispersed particles and their location in dispersed material. To determine the size of the dispersed particles, a scattering spectrum is formed by subtracting from the transmission spectrum of the monolithic sample ultra-high molecular weight polyethylene the transmission spectrum of the dispersed sample of the same thickness, and by differentiating the scattering spectrum, the distribution of dispersed particles by size is obtained.
Преимущество способа в соответствии с заявляемым изобретением состоит в том, что он обеспечивает возможность оперативно отслеживать важнейшие свойства контролируемых прекурсоров, например, оперативно отслеживать степень кристалличности пленки (æИКС) и степень ориентации молекулярных сегментов <сos2Θ> стабильность значений которых является основой для получения высокомодульных высокопрочных пленочных нитей сверхвысокомолекулярного полиэтилена после проведения ориентационного вытягивания прекурсоров Еще одним существенным преимуществом способа в соответствии с предлагаемым изобретением является возможность обеспечить непосредственное выявление в процессе получения вышеупомянутых прекурсоров характера дефектов полимерного материала. Вследствие этого обстоятельства способ контроля качества прекурсоров в соответствии с данным изобретением обеспечивает возможность весьма быстрой реакции, с формированием управляющего воздействия на технологический параметры процесса монолитизации, собственно осуществления его регулирования таким образом, чтобы обеспечить стабильно высокую степень воспроизводимости и высокое качество изготавливаемых прекурсоров.The advantage of the method in accordance with the claimed invention is that it provides the ability to quickly monitor the most important properties of controlled precursors, for example, to quickly monitor the degree of crystallinity of the film (æ ICS ) and the degree of orientation of the molecular segments <cos 2 Θ> whose stability is the basis for obtaining of high-modulus high-strength film filaments of ultra-high molecular weight polyethylene after orientational stretching of the precursors Another significant pre the property of the method in accordance with the invention is the ability to directly identify in the process of obtaining the aforementioned precursors the nature of defects in the polymer material. Due to this circumstance, the quality control method of the precursors in accordance with this invention provides the possibility of a very quick reaction, with the formation of a control action on the technological parameters of the monolithization process, the actual implementation of its regulation in such a way as to ensure a consistently high reproducibility and high quality of the manufactured precursors.
Заявляемый способ применим и для других ИК-прозрачных полимеров.The inventive method is applicable to other infrared transparent polymers.
Заявляемое изобретение относится также к устройству, предназначенному для контроля качества прекурсоров для ориентационного вытягивания пленочных нитей из сверхвысокомолекулярного полиэтилена.The invention also relates to a device for controlling the quality of precursors for orientational drawing of film filaments from ultra-high molecular weight polyethylene.
Известно устройство для контроля качества полимеров непосредственно в процессе получения содержащее: измерительный зонд, расположенный в зоне получения полимера, средство оптической связи между упомянутым зондом и спектрофотометром ближней инфракрасной области, расположенным за пределами упомянутой зоны. Упомянутый спектрофотометр снабжен средствами для излучения светового потока и для восприятия рассеянного отраженного света в спектральном диапазоне длин волн 1100 - 2500 нм, и вычислительным устройством, содержащим в запоминающем устройстве упомянутые уравнения, устанавливающие корреляционные отношения между величиной рассеянного отраженного света на конкретных длинах волн и конкретными свойствами контролируемого латекса.A device is known for controlling the quality of polymers directly in the production process, comprising: a measuring probe located in the polymer receiving zone, optical communication means between the said probe and the near infrared spectrophotometer located outside the said zone. The mentioned spectrophotometer is equipped with means for emitting light flux and for perceiving scattered reflected light in the spectral range of wavelengths 1100 - 2500 nm, and a computing device containing the mentioned equations in the storage device, establishing correlation relations between the amount of scattered reflected light at specific wavelengths and specific properties controlled latex.
Заявляемое устройство в соответствии с данным изобретением состоит, главным образом, из световодных ИК-зондов, например с измерительным элементом нарушенного полного внутреннего отражения в виде призмы, располагающихся непосредственно в зоне получения вышеупомянутых прекурсоров, соединенных с ИК-Фурье спектрофотометром ближней и средней и дальней инфракрасной области, в области длин волн 1000 - 25000 нм, снабженным устройства ввода-вывода излучения для подключения оптоволоконных зондов, электрически связанных с блоком регистрации, состоящим из спектрофотометра, располагающимся удаленно, формирующим оптические спектры на основании данных полученных от ИК-датчиков, а также оборудован вычислительным устройством, содержащим в своем запоминающем устройстве уравнения, устанавливающие корреляционные отношения между величиной рассеянного отраженного света на конкретных длинах волн и конкретными свойствами полимера, и дополнительно содержит в своем запоминающем устройстве алгоритм вычитания из спектра пропускания монолитного образца сверхвысокомолекулярного полиэтилена спектра пропускания дисперсного образца одинаковых толщин, с дальнейшим формированием спектра рассеяния, дифференцированием которого получают распределение дисперсных частиц по размерам, а также алгоритм формирования управляющего воздействия на технологические параметры процесса получения прекурсоров для стадии ориентационного вытягивания пленочных нитей из сверхвысокомолекулярного полиэтилена исходя из характера дефектов, определяемых на основе анализа размера дисперсных частиц и их расположения в дисперсном материалеThe inventive device in accordance with this invention consists mainly of fiber-optic infrared probes, for example with a measuring element of impaired total internal reflection in the form of a prism, located directly in the receiving zone of the aforementioned precursors connected to the infrared Fourier spectrophotometer near and medium and far infrared region, in the wavelength range of 1000 - 25000 nm, equipped with a radiation input-output device for connecting fiber optic probes electrically connected to the recording unit, consisting located from a spectrophotometer, located remotely, forming optical spectra based on data obtained from infrared sensors, and is also equipped with a computing device containing in its memory equations that establish the correlation between the value of the scattered reflected light at specific wavelengths and the specific properties of the polymer, and additionally contains in its storage device an algorithm for subtracting from the transmission spectrum of a monolithic sample of ultra-high molecular weight polyethylene on the transmission spectrum of a dispersed sample of the same thickness, with further formation of a scattering spectrum, the differentiation of which gives the distribution of dispersed particles by size, as well as an algorithm for generating a control action on the technological parameters of the process for producing precursors for the stage of orientational drawing of film filaments from ultra-high molecular weight polyethylene based on the nature of the defects determined based on the analysis of the size of the dispersed particles and their location in the dispersed material
К преимуществам заявляемого устройства, содержащего ИК-Фурье спектрофотометр снабженный устройствам ввода-вывода излучения в виде оптоволоконных зондов, например, заявляемых световодных ИК-зондов, относят возможность наблюдения и контроля качества прекурсоров для ориентационного стадии вытягивания пленочных нитей из сверхвысокомолекулярного полиэтилена в режиме реального времени для любой толщины прекурсора, так как вклад в образование спектральных полос вносит лишь прилегающий к рабочей грани зонда слой в несколько микрон.The advantages of the inventive device containing an IR-Fourier spectrophotometer equipped with radiation input-output devices in the form of fiber optic probes, for example, the inventive fiber-optic IR probes, include the possibility of monitoring and quality control of precursors for the orientation stage of drawing film strands from ultra-high molecular weight polyethylene in real time for any precursor thickness, since only a few microns a layer adjacent to the working face of the probe contributes to the formation of spectral bands.
Заявляемый способ осуществляется следующим образом: The inventive method is as follows:
Сигналы с ИК-зондов, например с измерительным элементом нарушенного полного внутреннего отражения в виде призмы, располагающихся непосредственно в зоне получения вышеупомянутых прекурсоров, подаются на соединенный с ними ИК-Фурье спектрофотометр ближней и средней и дальней инфракрасной области, например, VERTEX 70 снабженный портами входа и выхода излучения для использования дополнительных внешних источников излучения и дополнительных внешних детекторов и блоком регистрации, в области длин волн 1000 - 25000 нм, располагающимся удаленно. Управление процессом измерения контролируемых параметров осуществляется от внутреннего контроллера и внешнего компьютера с помощью программного комплекса OPUS, формирующим оптические спектры на основании данных полученных от ИК-зондов. Вышеупомянутый компьютер содержит в своем запоминающем устройстве уравнения, устанавливающие корреляционные отношения между величиной рассеянного отраженного света на конкретных длинах волн и конкретными свойствами полимера, и дополнительно содержит в своем запоминающем устройстве алгоритм вычитания из спектра пропускания монолитного образца сверхвысокомолекулярного полиэтилена спектра пропускания дисперсного образца одинаковых толщин, с дальнейшим формированием спектра рассеяния, дифференцированием которого получают распределение дисперсных частиц по размерам, а также алгоритм формирования управляющего воздействия на технологические параметры процесса получения прекурсоров для ориентационного вытягивания пленочных нитей из сверхвысокомолекулярного полиэтилена исходя из характера дефектов, определяемых на основе анализа размера дисперсных частиц и их расположения в дисперсном материале, что позволяет осуществлять, на основании анализа непрерывный мониторинг основных параметров вышеупомянутых прекурсоров на основании анализа спектров, сформированных на основании данных полученных от ИК-зондов, а также, осуществить регулирование параметров процесса монолитизации таким образом, чтобы обеспечить стабильно высокую степень воспроизводимости и высокое качество изготавливаемых прекурсоров. Signals from infrared probes, for example, with a measuring element of impaired total internal reflection in the form of a prism, located directly in the receiving zone of the aforementioned precursors, are fed to a near and middle and far infrared spectrophotometer connected to them, for example, a VERTEX 70 equipped with input ports and radiation output for using additional external radiation sources and additional external detectors and a recording unit, in the wavelength range 1000 - 25000 nm, located remotely. The process of measuring controlled parameters is controlled from the internal controller and an external computer using the OPUS software package, which forms optical spectra based on data obtained from infrared probes. The aforementioned computer contains in its storage device equations establishing the correlation between the amount of scattered reflected light at specific wavelengths and specific properties of the polymer, and further comprises in its storage device an algorithm for subtracting from the transmission spectrum of a monolithic sample an ultrahigh molecular weight polyethylene transmission spectrum of a dispersed sample of the same thickness, s further formation of a scattering spectrum, the differentiation of which gives a distribution dividing the dispersed particles by size, as well as an algorithm for generating a control action on the technological parameters of the process for producing precursors for orientational drawing of film filaments from ultra-high molecular weight polyethylene based on the nature of the defects determined on the basis of the analysis of the size of the dispersed particles and their location in the dispersed material, which allows Based on the analysis, continuous monitoring of the main parameters of the aforementioned precursors based on the analysis of the spectra formed GOVERNMENTAL based on data received from the IR probe, as well as to carry out regulation monolitizatsii process parameters so as to provide a consistently high degree of reproducibility and high quality of the manufactured precursor.
В качестве примера реализации заявляемого изобретения рассмотрим изменения, возникающие при отклонении технологических параметров, в частности температуры монолитизации компактизированного реакторного порошка.As an example of the implementation of the claimed invention, we consider the changes that occur when the process parameters deviate, in particular, the monolithization temperature of the compacted reactor powder.
На Фиг. 1 показаны полные спектры, включающие заявляемый интервал, двух различных образцов прекурсоров для ориентационного вытягивания пленочных нитей из сверхвысокомолекулярного полиэтилена с молекулярной массой 4,3⋅106 г/моль для разных температур монолитизации. Спектры формируются, на основании данных полученных от ИК-зондов на внутренний контроллер ИК-Фурье спектрофотометра, на внешнем компьютере с помощью программного комплекса OPUS. С помощью уравнений 1 и 2, устанавливающие корреляционные отношения между интенсивностью полос 720 и 730 см-1 и свойствами прекурсоров, такими как степень кристалличности пленки (æИКС) и степень ориентации молекулярных сегментов <сos2Θ> вычисляем последние.In FIG. 1 shows the full spectra, including the claimed interval, of two different precursor samples for orientational drawing of film filaments from ultra-high molecular weight polyethylene with a molecular weight of 4.3 × 10 6 g / mol for different monolithization temperatures. Spectra are formed on the basis of data obtained from infrared probes to an internal IR-Fourier spectrophotometer controller on an external computer using the OPUS software package. Using
Далее используя содержащийся в запоминающем устройстве внешнего компьютера алгоритм вычитания из спектра монолитного образца сверхвысокомолекулярного полиэтилена спектра дисперсного образца одинаковой толщины получают спектр рассеяния, дифференцированием которого получили распределение рассеивающих частиц по размерам в контролируемых прекурсорах Рис. 2. А еще один алгоритм по величине и положению максимума на кривой распределения и его величину формирует управляющее воздействие на температуру монолитизации, так снижение среднего размера частиц с 8 мкм кривая 4 Рис. 2а до 3 мкм формирует управляющее воздействие на повышение температуры монолитизации на 25 градусов. А мощность воздействия коррелирует с величиной максимума на кривых распределения дисперсных частиц по размерам.Then, using the algorithm contained in the external computer’s storage device for subtracting from the spectrum of a monolithic sample ultra-high molecular weight polyethylene the spectrum of a dispersed sample of the same thickness, a scattering spectrum is obtained by differentiating which the size distribution of scattering particles in controlled precursors is obtained 2. And another algorithm in terms of the magnitude and position of the maximum on the distribution curve and its magnitude forms a control action on the monolithization temperature, so a decrease in the average particle size from 8
Фиг. 3 иллюстрирует влияние температуры монолитизации на характер дефектов, так на Фиг. 1а и Фиг. 1в наблюдаем дефекты в виде трещин, а на Фиг. 1б и Фиг. 1г полосы и риски от наличия дефектов контактирующей с полимером поверхности пресса при проведении процесса монолитизации, кроме того на Фиг. 1б наблюдается наличие постороннего включения – крупицы порошка полиэтилена, полученной перекристаллизацией низкомолекулярной фазы при охлаждении после проведения стадии монолитизации. Фиг. 3 подтверждает возникновение и характер дефектов, выявляемых при осуществлении контроля качества прекурсоров для ориентационного вытягивания пленочных нитей из сверхвысокомолекулярного полиэтилена.FIG. 3 illustrates the effect of monolithization temperature on the nature of defects, so in FIG. 1a and FIG. 1c, we observe defects in the form of cracks, and in FIG. 1b and FIG. 1 g of the strip and risks from the presence of defects in the surface of the press in contact with the polymer during the monolithization process, in addition to FIG. 1b, there is an extraneous inclusion — a particle of polyethylene powder obtained by recrystallization of the low molecular weight phase upon cooling after the monolithization stage. FIG. 3 confirms the occurrence and nature of defects detected during the quality control of precursors for orientational drawing of film filaments from ultra-high molecular weight polyethylene.
Сходные результаты по заявляемому изобретения для двух сверхвысокомолекулярных полиэтиленов с различной молекулярной массой указывают на универсальность заявляемого способа.Similar results according to the claimed invention for two ultra-high molecular weight polyethylenes with different molecular weights indicate the versatility of the proposed method.
Способ апробирован в лаборатории спектроскопии ЦКП Тверского государственного университета.The method was tested in the spectroscopy laboratory of the central laboratory of Tver State University.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019109167A RU2709407C1 (en) | 2019-03-29 | 2019-03-29 | Infrared spectroscopic method of controlling quality of precursors for orientation drawing film threads from ultrahigh molecular polyethylene |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019109167A RU2709407C1 (en) | 2019-03-29 | 2019-03-29 | Infrared spectroscopic method of controlling quality of precursors for orientation drawing film threads from ultrahigh molecular polyethylene |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2709407C1 true RU2709407C1 (en) | 2019-12-17 |
Family
ID=69006668
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019109167A RU2709407C1 (en) | 2019-03-29 | 2019-03-29 | Infrared spectroscopic method of controlling quality of precursors for orientation drawing film threads from ultrahigh molecular polyethylene |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2709407C1 (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2170419C2 (en) * | 1995-09-25 | 2001-07-10 | Солвей (Сосьете Аноним) | Technique and device testing quality of latex based on vinyl halogen-carrying polymers |
| US9605360B2 (en) * | 2010-04-30 | 2017-03-28 | Basell Polyolefine Gmbh | Polyethylene fiber or filament |
-
2019
- 2019-03-29 RU RU2019109167A patent/RU2709407C1/en active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2170419C2 (en) * | 1995-09-25 | 2001-07-10 | Солвей (Сосьете Аноним) | Technique and device testing quality of latex based on vinyl halogen-carrying polymers |
| US9605360B2 (en) * | 2010-04-30 | 2017-03-28 | Basell Polyolefine Gmbh | Polyethylene fiber or filament |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Vera E. Sitnikova "Application of Optical Spectroscopy for Studying the Morphology of Polymer Composites", EUROPEAN RESEARCHER, т. 63, No 11-2, 2013 г., стр. 2666-2674. * |
| П. М. Пахомов и др. "Получение высокопрочных волокон из сверхвысокомолекулярного полиэтилена", РОССИЙСКИЙ ХИМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, т. LIX, No 3, 2015 г., стр. 15-28. * |
| П. М. Пахомов и др. "Получение высокопрочных волокон из сверхвысокомолекулярного полиэтилена", РОССИЙСКИЙ ХИМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, т. LIX, No 3, 2015 г., стр. 15-28. Vera E. Sitnikova "Application of Optical Spectroscopy for Studying the Morphology of Polymer Composites", EUROPEAN RESEARCHER, т. 63, No 11-2, 2013 г., стр. 2666-2674. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8786836B2 (en) | Measuring instrument and method for determination of the properties of an item and its surface | |
| KR100437024B1 (en) | The inspection method of thin film and the same apparatus | |
| RU2438116C2 (en) | Installation for manufacture of sheet glass with equipment for measurement of stresses and procedure for control of device for glass drawing and hardening | |
| WO2014141910A1 (en) | Method for manufacturing film, film-manufacturing process monitor device, and method for inspecting film | |
| Heigl et al. | Near infrared spectroscopy for polymer research, quality control and reaction monitoring | |
| RU2709407C1 (en) | Infrared spectroscopic method of controlling quality of precursors for orientation drawing film threads from ultrahigh molecular polyethylene | |
| WO2010055280A1 (en) | Determining the particle size distribution of a suspension | |
| Haines et al. | Anisotropic resonant scattering from polymer photonic crystals | |
| Vasanthan et al. | Structure characterization of heat set and drawn polyamide 66 fibers by FTIR spectroscopy | |
| US9915618B2 (en) | Method and an arrangement for measuring the gloss of grains | |
| US7310145B2 (en) | Apparatus and method for determining optical retardation and birefringence | |
| WO2021204524A1 (en) | Method and device for determining frequency-dependent refractive indices | |
| Blattler et al. | Study on On-Machine Visualization of Surface Processing Phenomena in Nanoscale 5th report: Investigation on 3D motion of standard nanoparticle | |
| Niskanen et al. | Assessment of refractive index of pigments by Gaussian fitting of light backscattering data in context of the liquid immersion method | |
| Kvaternyuk et al. | Increasing the accuracy of multispectral television measurements of phytoplankton parameters in aqueous media | |
| Gururajan et al. | Molecular orientation evolution during low‐density polyethylene blown film extrusion using real‐time Raman spectroscopy | |
| Chaudemanche et al. | Evolution of the Raman backscattered intensity used to analyze the micromechanisms of deformation of various polypropylene blends in situ during a uniaxial tensile test | |
| RU2737725C1 (en) | Method of rendering inhomogeneities of a flat semiconductor surface in terahertz radiation | |
| RU2584340C1 (en) | Method of controlling quality of layers of multilayer tape superconductor | |
| Lin | Mid-Infrared Photonic Chip for Label-Free Glucose Sensing | |
| RU2733391C1 (en) | Method of measuring refractive indices of optical materials in solid state or in form of melt | |
| Yuzhakova et al. | Methods for Properties Analysis of Crystalline Materials Based on Solid Solutions of Silver and Thallium (I) Halides | |
| Jaglarz et al. | Studies of polymer surface topography by means of optical profilometry | |
| Karlenko et al. | Optical characterization and quality control methods of thin ferroelectric films | |
| Valero et al. | Diluted chemical identification by total internal reflection photonic sensing |