功能性涂層織物涂層克重在線檢測技術研究進展

錢永明+張愛輝+吳強+馬蘇揚+廖萍

摘要：涂層克重是影響功能性涂層織物質量的重要因素，對涂層織物的撕破強力、耐水壓等性能以及生產成本影響較大，是生產過程中重要的工藝參數之一。本文在分析傳統的人工檢測涂層織物涂層克重弊端的基礎上，介紹了基于射線、電容、紅外 3 種不同測試原理的涂層克重在線檢測技術的研究現狀，并列舉了部分研究工作，最后對涂層克重在線檢測的發展動向進行了展望。

關鍵詞：涂層織物；涂層克重；在線檢測

中圖分類號：TQ63；V258

文獻標志碼：A

Progress in the Research of Online Coating Weight Testing Technology for Functional Coated Fabric

Abstract： Coating weight is a decisive factor for the quality of functional coated fabric and one of the important process parameters in production and it has direct impact on physical properties of the fabric such as tear strength and water pressure resistance as well as production costs and economic benefits. Based on analyzing the defects of traditional manual coating weight testing techniques， it introduced the recent progress made in the research of online coating weight testing technologies， which are respectively based on situation-ray， capacitance and infrared， and listed some research work undertaken by the authors. Finally， the future development of coating weight measurement system was forecast.

Key words： coated fabric， coating weight， online testing

功能性涂層織物通過涂層技術賦予了織物某些特定的功能，產品包括防水透濕、防污抗菌、抗靜電防輻射、吸濕散熱等涂層織物，在工業、軍事、救災、日常生活、醫療保健、特殊防護和野外作業等領域中得到廣泛應用。

在功能性涂層織物的生產加工過程中，涂層克重與涂層克重分布的均勻性對產品的撕破強力和耐水壓能力這兩項相互制約的性能參數影響較大，即對于涂覆均勻的涂層織物，涂層克重越大織物的耐水壓性能越強，織物的撕破強力越低，兩者中任意一項不滿足要求都會導致產品質量的不合格。因此，如何有效的檢測涂層的克重及涂層的均勻性，并根據檢測結果及時調節相關工藝參數使得涂層克重及涂層均勻性都滿足要求，成為決定功能性涂層織物質量關鍵因素之一。但在現有的功能性涂層織物生產過程中，對涂層克重的檢測主要是采用織物克重儀進行抽樣檢測，再根據檢測結果調整涂刮機構參數使得涂層克重滿足要求。這種檢測方法不僅存在測量范圍小、測量結果可靠性低、人為誤差大、測試結果滯后性等缺陷，還難以有效對涂層克重的均勻性進行檢測。因此，結合現代自動控制、信息處理以及在線檢測等先進技術，研制出能夠實現對功能性涂層織物涂層厚度實時全面非接觸在線檢測的檢測系統，對促進功能性涂層織物生產系統的優化升級以及高性能功能性涂層織物的發展具有重要意義。

1研究概況

根據測量原理不同，目前常用的克重在線檢測方式為射線、電容、紅外等3種檢測方式。

射線克重測量儀是利用放射性物質產生的x、β、γ等射線，穿透物質后強度衰減的原理研制而成。射線克重測量儀具有信號源放射性強、輻射保護裝置要求嚴格、使用壽命短、不適合對由多種元素組成的聚合物進行測量等諸多缺點。目前射線測厚技術在國內的應用集中在金屬軋制生產線上，用于在線測量生產過程中成品金屬的厚度。近些年來國內有些廠家開始嘗試將射線測厚/克重技術應用到涂布生產線上，如佛山德眾藥業有限公司進行中藥膏劑涂布生產線的改進和升級時，采用γ射線傳感器來檢測中藥膏劑的涂布厚度，取得了不錯的效果。

電容間放置物質時的電容值的變化值與物質的厚度及物質的密度存在特定函數關系，其可測量某種物質的等效厚度，若測量的面積及物質的密度可知，即可得出物質的克重，電容克重測量儀正基于該原理研制，其具有價格便宜、動態響應快、分辨率高等優點。德國米銥測量技術有限公司（MICRO-EPSILON Messtechnik GmbH）在精密位移測量領域始終保持著技術領先優勢，其設計開發的capaNCDT6019系列電容傳感器，測量范圍為0.2～10mm，測量滿幅輸出分辨率可達0.01%，線性度在1%以內。英國QueensgrteInstruments公司生產的納米傳感器（NanoSensor）是一個基于電容測微原理的非接觸式測量系統，在1.25mm的測量范圍內，其精度優于0.1nm，線性度在0.02%以內，頻率帶寬達5kHz。美國WangeKerr公司生產的電容測微儀產品等，在0～10μm的測量范圍內分辨率達到0.1～1nm。國內，電容克重在線檢測技術尚處于科研階段，主要研究機構有天津大學、河北工業大學等。

物質中某些特定的化學鍵會吸收特定波長的紅外光，吸收的量與特定化學鍵的量間存在特定的函數關系，紅外克重測量儀正是基于該原理檢測物質的克重。目前，美國的近紅外公司（NDC）與Process Sensors Corporation已推出多款在線紅外克重測量儀，在克重在線測量領域居于領先位置。國內，張鳴華成功研制出我國第1臺紅外測厚儀，其測量范圍：10～1000μm；測量精度：±2μm（厚度<200μm）、±5μm（厚度>200μm）；重復性：<±（設定值×0.2%+1μm）；穩定性：8h相對波動<1%、24h相對波動小于1.5%。廖復中等人研制了可在線測量滌綸薄膜厚度的HW-1型紅外側厚儀，現場實驗結果表明，該測厚儀可以滿足一般需要，測厚范圍為20～100μm，測量精度為±（名義尺寸×2%+1.5μm）。李楊帆等人利用MCGS組態軟件和PID控制方法對一個雙向拉伸薄膜厚度測控系統進行了設計和仿真，結果顯示該測控系統不僅可以進行實時、精確地測量和控制雙向拉伸薄膜的厚度，而且還具有參數調整方便、控制效果好、可視性和可維護性好等優點，具有較大的應用價值。

射線、電容、紅外等3種測克重方式從原理上分析均可以用于涂層克重的在線檢測。射線測克重技術已經成熟，但射線克重測量儀價格昂貴且有放射性污染；電容測克重技術尚處于科研階段，測量過程中分布電容的影響、非線性輸出特性、高阻抗輸出等難題仍未被解決；紅外測克重技術具有無放射污染、測量精度高、較射線測克重價格較低等優點，紅外克重測量儀正取代射線克重測量儀被用來在線測量薄膜克重。

2發展展望

目前，雖然國內外對射線、電容、紅外等克重在線檢測技術開展了廣泛的研究，但很少有用于涂層織物涂層克重的研究，因此，要能夠滿足經濟社會快速發展下人們對功能性涂層織物更高的要求，需針對功能性涂層織物的特點，進一步發展克重在線檢測系統，使其能夠在線檢測功能性涂層織物涂層克重及涂層均勻性。涂層織物克重在線檢測系統的研究工作可從如下幾個方面進行。

（1）功能性涂層織物結構及數學模型方面

功能性涂層織物涂層克重的測量不同于紙張、鋼板、塑料薄膜等的克重測量，紙張、鋼板、塑料薄膜是單層物質且表面較為平整，功能性涂層織物是雙層甚至多層物質，涂層粘結在不平整的基布上，涂層表面不平整，且涂層已經滲透到紗線以及織物的孔隙內，功能性涂層織物具有完全不同的結構以及數學模型。分析功能性涂層織物的結構并建立數學模型，對后續涂層克重測量原理及測量流程的設計具有指導意義，因而應首先研究功能性涂層織物的結構及數學模型。目前對于功能性涂層織物結構及數學模型的研究不多，并且研究一般只提及其結構，尚未有較具體精確的功能性涂層織物的結構及數學模型。目前，已運用電子顯微鏡、相關的分析軟件對功能性涂層織物的結構及數學模型進行了研究，取得了初步的成果。

（2）紅外克重測量技術方面

由于射線克重在線檢測系統存在核輻射污染，容易對操作人員的身體及心理造成一定的傷害，并且購置與維護射線克重在線檢測系統所需成本高，功能性涂層織物的生產人員比較密集，從成本與安全兩個方面考慮射線在線克重測量儀不適用于紡織涂層行業。

紅外克重測量技術具有測量精度高、無輻射污染、價格低等優點，其正得到紡織涂層行業重視。國內尚未有紡織涂層廠家將紅外克重在線檢測技術應用于檢測涂層克重及涂層均勻性。目前已有基于C—H鍵、N—H鍵、O—H鍵特定吸收波長而研制出的紅外克重在線測量儀，但還不能夠實現對各種物質克重的測量。國內紡織涂層行業目前運用的漿料大多為油溶性漿料，油溶性漿料大多含C—H鍵，現有的紅外克重測量儀已能夠精確測量含C—H鍵涂層克重。隨著人們對環保的重視，水溶性漿料將逐漸代替油溶性漿料，并且漿料也隨著科技的發展越來越豐富，現有的幾類紅外克重儀將不能夠測量用這些漿料所涂覆形成的涂層克重。面對涂層漿料的發展趨勢，能夠測量所有種類的全波譜紅外（FSIR）技術應該得到更為廣泛的研究，基于全波譜紅外技術設計用于檢測涂層克重的在線檢測裝置，實現對任意漿料所涂覆的涂層克重進行測量。紅外克重儀測量檢測油溶性涂層克重時，基布的顏色、環境的溫度、不同種類漿料等對測量精度有影響，為了使測量結果更穩定、測量精度更高，應從光線的調制、光路、反射（或）透射光的收集、降低環境干擾等方面入手，優化現有的紅外克重測量儀。

（3）電容克重測量技術方面

電容克重測量技術具有輸入信號能量低、無需大的激勵信號、可以獲得較大的相對變化量、動態響應快、自熱效應甚微、電容式傳感器內外摩擦誤差很小、穩定性好、能在特殊條件下工作等優點得到了廣泛重視，已有很多國內外公司及科研機構從事電容克重測量技術研究。但因測量過程中分布電容的影響、非線性輸出特性、高阻抗輸出等難題仍未被解決，尚沒有成熟的電容克重在線檢測系統面世。應對這些難題一一進行研究，逐一解決這些難題，逐漸使電容克重測量技術成熟，再結合紡織涂層織物的特點，設計出可用于檢測紡織涂層克重的在線電容測量儀。

（4）反饋調節方面

檢測功能性涂層織物的涂層克重及涂層均勻性的目的是為了根據檢測結果調節相關工藝參數，目前對于工藝參數的調節依靠人工，調節效果的優劣主要取決于操作工的經驗與技術，調節效果一致性與精確性難以保證，反饋調節裝置可以使調節效果的一致性與精確性得到保證，因而應設計出性能優良的反饋調節裝置，及時根據檢測結果調節相關工藝參數，使產品的質量與穩定性大大提高?？椢锏膹埩Α⒐蔚兜念愋团c形狀、漿料的粘度、烘箱溫度、車速、基布類型均會影響涂層的克重，在設計反饋調節裝置時需考慮這些因素的影響，設計前應確定調節克重及涂層均勻性的模型。

3結束語

目前，克重在線檢測技術雖有一定的研究基礎，但幾乎還沒有專門針對功能性涂層織物涂層克重技術的研究，因此，如何綜合建模技術、在線檢測技術、反饋調節等技術，實現功能性涂層織物涂層克重及涂層均勻性的在線檢測，對提高功能性涂層織物的產品質量、降低其生產成本進而促進功能性涂層織物行業生產技術的發展具有重要意義。

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作者簡介：錢永明，男，1966年生，副教授，主要研究方向為機械設計及理論、紡織機械設計。

通訊作者：廖 萍，E-mail： liao.p@ntu.edu.cn。

作者單位：南通大學機械工程學院。

基金項目：江蘇省產學研聯合創新資金 —— 前瞻性聯合研究項目（BY2013042-04）；江蘇高校優勢學科建設工程資助項目；南通市應用研究計劃項目（BK2014029）。