Показатели качества полимерных материалов

 МДК 02.01: «Основы качественного и количественного анализов»

Самостоятельная работа №9

Показатели качества полимерных материалов.

Выполнил:

студент группы AK-46

Л.А. Останина

Проверил:

преподаватель

Е.В. Титова

2014

Балл о выполнении_______

Любой новый продукт может успешно продаваться на рынке, если он обладает высоким качеством. Для достижения этого необходимо выполнить ряд испытаний по оценке его характеристик и установлении гарантии качества.  
 
Тестирование оценки качества включает три компонента:  
 
• определение характеристик изделия, включая допускаемые пределы их изменения;  
 
• оценка качества исходных компонентов продукта;  
 
• оценка качества конечного продукта.  
 
Новый продукт проходит через несколько этапов оценки качества, начиная с дизайна и заканчивая оценкой готового изделия. Промежуточными стадиями является оценка конструкции литьевой формы, изготовление прототипа, проверка удовлетворения всем требованиям, правилам и нормативам и, разумеется, оценка качества окрашивания. Любой продукт периодически (партиями) поступает на рынок для продажи. На практике, однако, ситуация несколько отличается от идеальной, особенно в отношении цвета изделия. Утверждение цвета изделия, т. е. до получения прототипа, происходит достаточно редко. Обычно испытаниям вначале подвергается прототип из неокрашенного полимера, и цвет изделия выбирается только после проверки характеристик неокрашенного продукта. Следует помнить, что любые добавки в полимер могут повлиять на конечные характеристики изделия. Колоранты, например, могут вызвать значительную усадку, особенно в частично кристаллизующихся полимерах. В наихудшем случае, когда размер опытного образца выходит за допускаемые пределы, возникает необходимость изготовления новой литьевой формы.  
 
Цвет изделия потребительского назначения определяется, прежде всего, соображениями дизайна, в то время как цвет изделий технического назначения определяется национальными или международными правилами. Обычной практикой является запрос производителя концентратов на одобрение цвета прилагаемого окрашенного образца. Когда одобрение получено, этот образец получает статус «согласованного». Такая же процедура производится для каждого типа и марки полимера, поставляемого для изготовления нового продукта и может быть многократно повторена при наличии нескольких поставщиков.  
 
При процедурах согласования все параметры переработки при получении окрашенного образца должны быть задокументированы; в дальнейшем эти параметры переработки будут являться основой для производства. Необходимо предпринять особые условия хранения согласованного образца: в темном, защищенном от солнечных лучей месте, в плотно закрытом контейнере. Упаковочный материал не должен содержать пластификаторов, оптических усилителей яркости и других добавок, которые могут мигрировать. Термин «плотно закрытый» означает исключение влияния атмосферных загрязнений воздуха. Эти требования важны, чтобы избежать подмены образца во время хранения.  
 
Поскольку полимер со временем стареет, период хранения согласованного образца ограничен, даже в описанных выше жестких условиях. Поэтому рекомендуется периодически вынимать образец из контейнера (не реже, чем каждые два года) для визуального осмотра и сравнения с выпускаемой в данный момент продукцией.  
 
Рекомендуется иметь запас достаточно большого количества концентрата для окрашивания полимера (в пределах от 1 до 5 кг), гарантирующий возможность периодического воспроизводства согласованного образца.  
 
Следующим шагом является согласование допустимых пределов, которые, с одной стороны, должны обеспечить экономный расход концентрата, а с другой - обеспечить постоянство цвета в каждой партии выпускаемых изделий. Эти противоречия могут вызвать столкновение интересов производителя и заказчика в соответствии с приведенной ниже схемой:  
 
Производитель = широкие допускаемые пределы ↔ заказчик = узкие допускаемые пределы 
 
Однако, как показывает опыт, прямой обстоятельный диалог между коллективами производителя и заказчика позволяет избежать столкновения интересов.  
 
Перед тем как установить допускаемые пределы, следует определить следующие параметры оценки качества изделия:  
 
• Свойства изделия:  
 
- цвет;  
- область использования;  
- исходный материал (полимер);  
- поверхность изделия;  
- дополнительные требования.  
 
• Параметры визуального осмотра:  
 
- источник освещения;  
- условия отражения света (поверхность);  
- геометрия обзора.  
 
• Параметры оценки цвета с использованием измерительных устройств:  
 
- тип измерительных приборов;  
- конструкция измерительных приборов;  
- источник света;  
- колориметрическая система (обычно CIELAB);  
- характеристика образцов для исследования.  
 
Часто заказчик и производитель имеют различные измерительные приборы для оценки параметров. Поэтому обычной практикой является независимое измерение одного и того же окрашенного образца с использованием обоих устройств. На основании полученных результатов определяются допускаемые пределы. Эта процедура установления допускаемых пределов обычно не вызывает больших проблем, поскольку один и тот же цвет измеряется при помощи двух различных приборов. Даже если обе стороны (заказчик и производитель) имеют одинаковые приборы, рекомендуется выполнять независимые измерения, поскольку устройства для измерения цвета, как и любые другие технические устройства, имеют определенную погрешность измерения, несмотря на все усилия производителей минимизировать ее.  
 
Допускаемый предел определения цвета окрашенного изделия не должен превышать величины ΔE = 0,8-1,0 (параметр ΔE характеризует число цветовых различий (порогов цветоразличия. Для ее определения используют эмпирические формулы, например, формулу Вышецкого). Такое различие в цвете еще можно оценить визуально, особенно если полная разность цветовых различий лежит на одной цветовой координате. Это означает, что одной лишь величины DE недостаточно: требуется также определить допускаемый предел для каждой цветовой координаты. Чувствительность человеческого глаза к определенным цветам меняется в зависимости от цветового тона. В соответствии с этим допустимый предел может быть различным для каждой координаты.  
 
При проверке появляющихся на рынке продуктов каждый из них должен пройти тщательное испытание, а полученные в результате тестирования результаты должны сравниваться с сертификатом качества. Эта процедура помогает избежать присутствия на рынке некачественных материалов. При проверке новых товаров рекомендуется обращать внимание лишь на те характеристики, которые влияют на качество продукта. Этим удешевляется стоимость проверки, поскольку полная проверка продукта по всем показателям стоит очень дорого.  
 
Проверяемыми характеристиками, относящимися к качеству продукта, в частности, являются:  
 
• Для полимера: естественный цвет, показатель текучести расплава, визуальная проверка (неоднородности и т. д.).  
 
• Для колоранта: цвет (на основании колориметрических измерений), влажность, визуальная проверка (неоднородности и т. д.).  
 
• Для концентрата: цвет (на основании колориметрических измерений), показатель текучести расплава, влажность, визуальная проверка (неоднородности, присутствие других цветов и т. д.).  
 
Для оценки качества используют опытный (модельный) образец. При производстве каждого такого образца должны соблюдаться технологические параметры переработки, зафиксированные и документированные сертификатом, что необходимо во избежание недоразумений и ошибок, поскольку даже небольшое отклонение от параметров переработки может изменить цвет изделия. Полученные результаты для каждой партии изделий приводятся в виде графика. При наличии большого числа экспериментальных результатов график должен демонстрировать изменение параметров в допускаемых пределах. Распределение экспериментальных результатов внутри допускаемой области может быть случайным или иметь преимущественную направленность (тенденцию). Пример представления таких результатов приведен на рис.1.  
 
Область допускаемых пределов может быть расширена, если результаты измерений партии изделий выходят за ее пределы, не обнаруживая при этом снижения качества. Напротив, область допускаемых пределов должна быть сужена, если результаты оценки партии изделий находятся в ее пределах, а качество продукта низкое.  
 
Те же принципы используются для оценки качества конечного продукта. Качество конечного продукта определяется не только характеристиками исходных материалов и конечного продукта, но также характеристиками параметров переработки. Последние очень важны, поскольку изменение даже одного параметра переработки может вызвать изменение цвета окрашиваемого изделия или других его характеристик. Поэтому параметры переработки должны содержать все параметры, касающиеся цвета или качества изделия. Чтобы разработать эти характеристики или, другими словами, определить интервал параметров переработки, необходимо изменить каждый параметр и проверить его влияние на качество изделия. Результатом такой проверки будет список тех параметров, которые отвечают за качество. Не удивительно, если такой список производителя концентратов для окрашивания будет отличаться в деталях от списка производителя конечного продукта. Это отличие является следствием различного влияния каждого из параметров переработки на качество готового изделия, хотя влияние параметров переработки следует учитывать как производителям концентрата, так и производителям конечного продукта. Подобно проверке исходных материалов, результаты проверки конечного продукта должны сопоставляться с данными, представленными в сертификате качества. Для документации этих результатов используется форма, аналогичная представленной на рис.1.  
 
Производители концентратов для окрашивания проверяют качество своей продукции отливкой опытного образца и колориметрическими исследованиями. Полученные результаты вместе с исследованным образцом отправляются заказчику на утверждение.

 
 
Рис.1. Пример результатов оценки качества концентрата для окрашивания 
 
Производитель конечного продукта проверяет его качество, например, цвет, сопоставлением образца с ранее произведенными изделиями. Это сопоставление включает визуальный осмотр и колориметрические испытания. В зависимости от вида конечного продукта цвет изделия определяется прямыми измерениями либо целого изделия, либо исследованием части изделия, либо исследованием специального образца.  
 
При оценке качества готового изделия не возникают проблемы, которые имеются на стадии получения опытного образца. Форма для отливки опытного образца и лабораторное оборудование для переработки полимера отличаются от формы и оборудования для получения конечного продукта; следовательно, оба модельных компонента отличаются от реальных. Разумеется, концентрат в обоих случаях используется тот же самый, но партии полимеров различаются. Кроме того, опытный образец для оценки качества цвета и концентрата производятся на уменьшенном (лабораторном) оборудовании, отличающемся от реального. Также для лабораторного и реального производства необходимо различное количество концентрата и различные параметры переработки. Все это подчеркивает важность сертификата качества и согласованных допускаемых пределов. Обычной практикой является установление в качестве стандарта образца первой партии выпуска и соответствующих его производству параметров.  
 
Влияние параметров переработки на цвет и другие свойства часто преуменьшается, несмотря на большое число публикаций, доказывающих их важность. В этом смысле очень активен один из технических колледжей в Германии (KIMW— Kunststoffinstitut der mittelstandischen Wirschaft), где было защищено несколько диссертаций, доказывающих влияние параметров переработки на цвет и качество продукта. Эти исследования установили, что изменение даже одного параметра переработки вызывает прямо или косвенно различную деформацию расплавленного полимера при фиксированных значениях температуры и времени переработки, причем оба параметра являются очень важными факторами, зависящими от термостойкости полимера и колоранта и влияющими на стабильность характеристик конечного продукта. Установлено, что на цвет и качество полимерного изделия влияют, главным образом, следующие параметры переработки:  
 
• температура расплава;  
• время пребывания в перерабатывающей машине;  
• температура литьевой формы;  
• скорость впрыска;  
• частота вращения шнека;  
• противодавление в экструдере.  
 
На практике изменение параметров переработки является вполне обычным делом. При завершении выпуска заказанной партии изделий производство прекращается, а формы демонтируются. При поступлении нового заказа на ту же продукцию было бы идеальным использовать тот же экструдер и то же оборудование, но на практике это не всегда оказывается возможным. Для производства новой партии продукции часто используется не то же самое, а подобное оборудование, и по этой причине параметры переработки будут немного отличаться. Поэтому необходимо тщательно изучить параметры переработки первой партии изделий, чтобы избежать проблем при производстве последующей партии на аналогичном оборудовании.