1. Úvod
1.1 Význam a široké oblasti použitia kaučuku
Kaučuk je kľúčovou priemyselnou surovinou, ktorá sa vo veľkej miere využíva v každodennom živote aj v priemyselnej výrobe. Guma je základným materiálom na výrobu rôznych pneumatík, konštrukciu tesniacich pásov, izolačných vrstiev drôtov a káblov atď., pretože má vysokú flexibilitu, odolnosť proti opotrebovaniu, izoláciu a ďalšie vlastnosti. Používanie výrobkov z gumy je čoraz rozšírenejšie s pokrokom vedy a techniky vrátane širokého spektra sektorov vrátane automobilové, letecké, lekárske a elektrické spotrebiče.
1.2 Nevyhnutnosť efektívneho testovania kvality gumy
Produktivita a kvalita produktov v nadväzujúcich sektoroch sú priamo ovplyvnené výkonom a kvalitou gumených výrobkov. Z tohto dôvodu je nevyhnutné dôkladné a presné testovanie kvality gumy. Zatiaľ čo základné ukazovatele výkonnosti gumy možno získať pomocou konvenčných fyzikálnych a chemických testovacích metód, pomalá a deštruktívna rýchlosť detekcie sťažuje splnenie požiadaviek súčasnej priemyselnej výroby. Vývoj novej, rýchlej, nedeštruktívnej a mimoriadne citlivej technológie na detekciu gumy je preto zúfalo potrebný, aby sa zaručila kvalitatívna stabilita gumeného tovaru a zvýšila sa produktivita v nadväzujúcich sektoroch.
2. Tradičné fyzikálne a chemické metódy detekcie
2.1 Tradičné metódy detekcie gumy
(1) Fyzikálne testovanie: na posúdenie mechanických vlastností gumy metódy zahŕňajú meranie hustoty, testovanie ťahom a testovanie tvrdosti.
(2) Chemické testovanie: metódy používané na zistenie chemického zloženia a štruktúry gumy zahŕňajú elementárnu analýzu, termickú analýzu, infračervenú spektroskopiu a iné.
Základné výkonnostné ukazovatele gumy možno získať pomocou týchto prístupov, ale majú nevýhody, ako sú pomalé rýchlosti detekcie a požiadavka na deštruktívnu prípravu vzorky, čo sťažuje splnenie požiadaviek na monitorovanie v reálnom čase súčasnej priemyselnej výroby.
2.2 Nové pokročilé technológie detekcie v posledných rokoch
Nedávno sa objavili nové nedeštruktívne, rýchle a extrémne citlivé technológie detekcie gumy v snahe prekonať nevýhody konvenčných detekčných techník. Tieto technológie pozostávajú predovšetkým z:
(1) Technológia infračervenej spektroskopie: Chemické zloženie kaučuku možno rýchlo zistiť vykonaním kvalitatívnej a kvantitatívnej analýzy kaučuku pomocou infračervenej spektroskopie.
(2) Technológia Ramanovej spektroskopie: Bohatšie chemické informácie možno získať vykonaním chemickej identifikácie a štruktúrnej analýzy kaučuku pomocou Ramanovho rozptylového efektu.
(3) Technológia fluorescenčnej spektroskopie: rýchla identifikácia založená na fluorescenčných vlastnostiach určitých zložiek gumy.
Pomocou technológie blízkej infračervenej spektroskopie je možné rýchlo a nedeštruktívne analyzovať zložky gumy.
Tieto novo vyvinuté technológie optickej detekcie ponúkajú efektívne online nástroje na monitorovanie kvality gumy v reálnom čase.
3. Monitorovanie kvality gumy založené na technológii optickej detekcie
3.1 Princípy a charakteristiky optickej techniky
Princípy optickej techniky
Interakcia svetla a hmoty je základom optických detekčných technológií. Gumové materiály sú náchylné na rôzne optické javy, vrátane absorpcie, rozptylu, odrazu a priepustnosti. Kvalita gumy môže byť hodnotená hodnotením týchto optických charakteristík, pretože sú úzko spojené s chemickým zložením a fyzikálnymi vlastnosťami materiálu.
Optické technické vlastnosti
- Nedeštruktívne: Optické testovanie je vhodné na nedeštruktívne testovanie, pretože nepoškodí gumové materiály.
- Rýchlosť: Technológia optickej detekcie je vhodná na rýchle hodnotenie kvality, pretože dokáže včas poskytnúť zistenia detekcie.
- Vysoká citlivosť: ideálne pre presnú kontrolu kvality, pretože dokáže zachytiť aj tie najmenšie zmeny.
- Viacparametrová detekcia: Ponúka dôkladné informácie o materiáli a je schopná súčasne detekovať niekoľko fyzikálnych a chemických charakteristík.
3.2 Aplikácia technológie infračervenej spektroskopie pri detekcii kaučuku
Úvod do technológie infračervenej spektroskopie:
Molekulárna štruktúra materiálov môže byť účinne analyzovaná pomocou technológie infračervenej spektroskopie. Je možné určiť chemické zloženie a štrukturálne detaily materiálu meraním toho, koľko infračerveného svetla absorbuje.
Aplikácia technológie infračervenej spektroskopie pri testovaní gumy:
Analýza chemickej štruktúry: Na identifikáciu funkčných skupín a chemických väzieb gumy možno použiť infračervenú spektroskopiu.
Analyzujte gumu na zmäkčovadlá, antioxidanty a iné chemikálie pomocou aditívnej analýzy.
Monitorovanie starnutia a poškodenia: Na sledovanie starnutia a degradácie gumy použite analýzu spektrálnych zmien.
Kontrola kvality procesu výroby gumy v reálnom čase s cieľom zaručiť jednotnosť produktu je známa ako kontrola kvality.
3.3 Príprava vzorky a zber spektrálnych údajov
Ukážkové nastavenie:
Vzorky gumy sa musia narezať, rozdrviť alebo rozpustiť, aby sa pripravili na spektroskopické vyšetrenie.
Zhromažďovanie spektrálnych údajov:
Pri zbere údajov použite infračervený spektrometer a vyberte správny rozsah vlnových dĺžok a rozlíšenie.
Techniky prípravy a analýzy spektrálnych údajov
Predspracovanie spektrálnych údajov:
zahŕňajú operácie vrátane redukcie šumu, spektrálneho vyhladzovania, normalizácie a korekcie pozadia.
Metóda analýzy:
Využite chemometrické techniky na analýzu údajov, ako je čiastočná regresia najmenších štvorcov (PLSR), analýza hlavných komponentov (PCA) atď.
3.4 Typické prípady použitia
Pozorovanie starnutia gumy:
Pomocou infračervenej spektroskopie sledujte spektrálne vlastnosti vzoriek gumy v priebehu času, aby ste posúdili úroveň starnutia.
Pridanie do analýzy
Na zabezpečenie správnosti formulácie použite technológiu infračervenej spektroskopie na identifikáciu a kvantifikáciu konkrétnych prísad v gume.
Prípad kontroly kvality:
Na výrobnej linke sledujte kvalitu gumy v reálnom čase a konajte rýchlo, aby ste vyriešili akékoľvek odchýlky v procese.
Riešenie problémov:
Gumová spektrálna analýza údajov sa môže použiť na zistenie problémov, ako je pľuvanie mrazu, pľuvanie vosku a iné problémy súvisiace s výrobou.
4. Aplikácia technológie Ramanovej spektroskopie pri detekcii kaučuku
4.1 Princípy a výhody technológie Ramanovej spektroskopie
Princíp technológie Ramanovej spektroskopie:
Fenomén Ramanovho rozptylu, ktorý objavil indický vedec CV Raman, je základom Ramanovej spektroskopie. Väčšina svetla, ktoré dopadá na molekulu, sa rozptýli na rovnakej frekvencii, čo je jav známy ako Rayleighov rozptyl; avšak malá časť svetla bude rozptýlená, pretože Ramanov rozptyl je proces zmeny frekvencie rozptýleného svetla kontaktom s hladinami vibračnej energie molekúl. To je príčinou prenosu energie.
Výhoda:
- Nedeštruktívne: Informácie je možné získať bez zničenia alebo zmeny vzorky.
- Molekulárna špecifickosť: Schopnosť ponúknuť komplexné podrobnosti o vibračných režimoch molekuly.
- Rýchla detekcia: Je možné rýchlo zistiť štrukturálne detaily vzorky a chemické zloženie.
- Prispôsobivosť: Nízke požiadavky na formu vzorky, vhodné pre tuhé, kvapalné a plynné vzorky.
príprava vzorky a zber údajov
Príprava vzorky:
Vzorky gumy často vyžadujú čistenie, sušenie a možno rezanie alebo brúsenie, aby sa dosiahol hladký povrch.
Aby sa uľahčili experimenty s Ramanovou spektroskopiou, môže byť potrebné gumu na konkrétne použitie rozpustiť alebo riediť.
Zhromažďovanie údajov:
Po naskenovaní materiálu Ramanovým spektrometrom zvoľte správny výkon lasera a vlnovú dĺžku.
Zozbierajte Ramanove rozptylové spektrá a všimnite si silu rozptýleného svetla pri rôznych vlnových číslach.
Kvalitatívne a kvantitatívne gumové komponenty a analýza údajov
Interpretácia údajov:
Skúmaním charakteristických píkov v Ramanovom spektre je možné určiť chemické väzby a funkčné skupiny prítomné v kaučuku.
Ak chcete urobiť kvalitatívnu štúdiu zložiek, porovnajte databázu Ramanovho spektra známych chemikálií.
Kvantitatívne aj kvalitatívne:
V kvantitatívnej analýze sa používajú pomery intenzity charakteristických píkov.
Na zvýšenie presnosti kvantitatívnej analýzy použite chemometrické techniky, ako sú čiastočné najmenšie štvorce (PLS) a analýza hlavných komponentov (PCA).
Bežné prípady použitia
Starnutie gumy a monitorovanie degradácie:
Na vyhodnotenie starnutia a zhoršenia výkonu sledujte chemické zmeny v gume v priebehu času pomocou Ramanovej spektroskopie.
Analýza prísad do gumy:
Použite Ramanovu spektroskopiu na lokalizáciu a meranie gumových prísad, ako sú zmäkčovadlá a antioxidanty.
Zabezpečenie kvality gumy:
Na výrobnej linke sa využíva technológia Ramanovej spektroskopie na monitorovanie kvality produktov v reálnom čase.
Identifikácia gumenej látky:
Na rozlíšenie medzi rôznymi druhmi alebo zdrojmi gumových materiálov použite Ramanovu spektroskopiu.
5. Aplikácia ďalších optických detekčných technológií pri detekcii gumy
svetelná spektroskopia
Technológia princípu fluorescenčnej spektroskopie:
Princíp technológie fluorescenčnej spektroskopie spočíva v tom, že materiály, ktoré boli stimulované svetlom s vysokou energiou, nakoniec uvoľnia svetlo s nižšou energiou. Typ, množstvo a prostredie fluorofórov v látke možno určiť pomocou fluorescenčnej spektroskopie.
Využitie v procese testovania gumy:
- Identifikujte fluorescenčné prísady alebo nečistoty v gume pomocou fluorofórovej identifikácie.
- Monitorovanie starnutia: Zmeny vo fluorescenčných charakteristikách môžu odhaliť, ako stará je guma.
- Identifikácia defektov: Fluorescenčná spektroskopia môže identifikovať drobné chyby v materiáloch.
- Praskanie pri environmentálnom strese: Sleduje, ako sa guma rozkladá a praská v reakcii na environmentálny stres.
Výhoda:
citlivosť je vysoká a dokáže nájsť nepatrné koncentrácie fluorescenčných materiálov.
selektívne, sotva ovplyvnené hlukom pozadia a reagujú výlučne na fluorescenčné materiály.
Technika blízkej infračervenej spektroskopie
Technológia v pozadí princípu blízkej infračervenej spektroskopie:
Proces známy ako blízka infračervená spektroskopia analyzuje materiály pomocou svetla v blízkej infračervenej oblasti, ktorá je zvyčajne v rozsahu vlnových dĺžok 780 až 2500 nanometrov. Metóda môže preniknúť do vzorky a poskytnúť chemické a fyzikálne informácie, pretože je veľmi citlivá na vodu a určité chemické väzby.
Využitie v procese testovania gumy:
- Analyzuje chemické zloženie gumy, berúc do úvahy druhy polymérov, plnív a zmäkčovadiel.
- Guma má veľkú citlivosť na vodu, vďaka čomu je možné s presnosťou odhadnúť úroveň jej vlhkosti.
- Monitorovanie procesu: Chemické zmeny počas výroby gumy sa sledujú online.
- Kontrolujte kvalitu tým, že sa ubezpečíte, že gumený tovar spĺňa požiadavky.