JPS59501080A - プラスチツクの架橋度測定方法及び装置 - Google Patents

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。

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。

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。

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。

ＰＥＸの加硫の程度は架橋の度合いによって示される。

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。

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。

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 。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

第１図は螢光の発生及びその観察を示す図である。

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。

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 。

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。

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。

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。

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。

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。

ＦＩＧ、Ｉ ＦＩＧ、２ 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　試料に接触せずにプラスチック、特にポリエチレンの架橋度を連続的に測定 する方法であって、螢光を生ぜしめるだめの光ビーム（１４）を試料（１３）上 に照射せしめた際に、該プラスチック中に生じた螢光放射（１５）の強度がプラ スチックの架橋度の関数であることを特徴とする方法。 ２　プラスチックの架橋度、特にポリエチレンから成る電線絶縁物の架橋度を連 続的に測定するだめの請求の範囲第１項に記載の方法に基く装置であって、該装 置が螢光を発生せしめるだめの変調レーザー光ビーム（１４）を電線製造機械中 において電線上に集中照射せしめるだめのレーザー（］０）と、電線上のプラス チックが発する螢光放射（１５）を検知するだめの電子式光検知器（１６）と、 該光検知器（１６）の前部に配設された励起光吸収用フルター（１７）とから成 ることを特徴とし、この際、光検知器（１６）によって供給される電子信号であ って架橋度に比例する電子信号を電子増幅器（］８）及び他の信号処理システム （］９．２０）に伝送して電線被覆プラスチックの架橋度データーを取り出すこ とができる如くなした装置。 ３　プラスチックの架橋度、特にポリエチレンから成るパイプ類の架橋度を連続 的に測定するだめの請求の範囲第１項に記載の方法に基く装置であって、該装置 が螢光を発生せしめるだめの変調レーザー光ビーム（］４）をパイプ製造機械中 のパイプ上に集中照射せしめるだめのレーザー（］０）と、パイプが発する螢光 放射（１５）を検知するだめの電子式光検知器（１６）と、該光検知器（１６） の前部に配設された励起光吸収用フルター（１７）とから成ることを特徴とし、 この際、光検知器（１６）によって供給される電子信号であって架橋度に比例す る電子信号を電子増幅器（１８）及び他の信号処理システム（１９，２０）に伝 送してパイプの架橋度データーを取り出すことができる如くなした装置。 ４　プラスチック、特にポリエチレンの架橋度を連続的に測定するための請求の 範囲第２項又は第３項に記載の装置であって、測定すべき試料（１３）がポリエ チレンから成るボード、フィルム又は被覆物であることを特徴とする特許