בדיקת פולימרים ללא פגיעה בדגימה

בתעשיית הפלסטיקה והפולימרים, לא תמיד אפשר או רצוי לחתוך, להמיס, לטחון או לשנות את הדגימה לצורך בדיקה. לעיתים מדובר בחומר גלם יקר, ברכיב מוגמר, בדגימת מחקר יחידה, במוצר שחייב להישאר שלם או בחלק שלא ניתן להסיר מקו הייצור.

במצבים כאלה עולה הצורך בבדיקה לא הרסנית של פולימרים, כלומר בדיקה המאפשרת לקבל מידע על החומר בלי לפגוע בצורה, במבנה או בשימוש העתידי שלו.

בדיקה לא הרסנית יכולה לסייע באימות חומרי גלם, בהשוואה בין דגימות, בבדיקת התאמה לחומר ייחוס, בבקרת קבלה ובאיתור טעויות, תוך שמירה על הדגימה עצמה.

אחת הטכנולוגיות שיכולות להתאים למשימה היא ספקטרוסקופיית ראמאן, המבוססת על מדידת האינטראקציה בין אור לייזר לבין המבנה המולקולרי של החומר.

מהי בדיקה לא הרסנית של פולימרים?

בדיקה לא הרסנית היא בדיקה שאינה דורשת שינוי מהותי של הדגימה.

במקום לחתוך את החומר, להמיס אותו או להכין ממנו דגימת מעבדה מורכבת, ניתן לבצע מדידה ישירה על פני השטח או דרך אריזה מתאימה, בהתאם לסוג החומר ולתנאי הבדיקה.

המטרה אינה תמיד לבצע אפיון מלא של כל תכונות החומר. במקרים רבים המטרה היא ממוקדת יותר:

• לבדוק האם החומר תואם לפולימר הצפוי
• להשוות חומר לדגימת ייחוס
• להבחין בין שני חומרים דומים
• לוודא שהחומר הנכון הגיע לייצור
• לבדוק רכיב מוגמר בלי לפסול אותו
• לשמור את הדגימה להמשך שימוש או מחקר

מדוע חשוב לשמור על הדגימה שלמה?

פגיעה בדגימה אינה תמיד בעיה, אך במקרים מסוימים היא עלולה לגרום לעלות נוספת או להפוך את הבדיקה ללא מעשית.

לדוגמה:

• דגימה יקרה או נדירה
• רכיב שמיוצר בכמות קטנה
• מוצר מוגמר שמיועד ללקוח
• חלק מתוך מערכת גדולה
• חומר רגיש לזיהום
• דגימת מחקר שיש לשמור לבדיקות נוספות
• אריזה סגורה שאין רצון לפתוח
• רכיב שאסור לשנות מבחינה תפעולית

כאשר הבדיקה פוגעת בדגימה, לעיתים נדרש לייצר חלק נוסף רק לצורך הבדיקה. במקרים אחרים, עצם החיתוך או ההכנה עלולים לשנות את החומר ולהשפיע על התוצאה.

בדיקה לא הרסנית מאפשרת לצמצם את הפער בין החומר כפי שהוא משמש בפועל לבין החומר כפי שהוא נבדק.

 

אילו סוגי פולימרים ניתן לבדוק?

ההתאמה תלויה בשיטת המדידה, בצבע החומר, בתוספים, במבנה הדגימה ובמאפייני המכשיר.

במקרים מתאימים ניתן לבדוק פולימרים כגון:

• פוליאתילן
• פוליפרופילן
• פוליסטירן
• PET
• PVC
• ABS
• פוליקרבונט
• פוליאמידים
• פוליאוריתן
• אלסטומרים
• פולימרים הנדסיים
• חומרים ממוחזרים
• תרכובות פולימריות
• חלקים יצוקים
• גרגירי פלסטיק
• יריעות
• צינורות
• אריזות
• סיבים וחוטים

לא כל חומר מתאים באותה מידה לבדיקה. צבעים כהים, פיגמנטים מסוימים, תוספים ופלואורסצנציה יכולים להשפיע על המדידה.

לכן חשוב לבדוק את הדגימות האמיתיות של הלקוח ולא להסתפק בהתאמה כללית ברמת שם הפולימר.

מה ההבדל בין בדיקה לא הרסנית לבין בדיקת מעבדה מלאה?

בדיקה לא הרסנית נועדה בדרך כלל לתת תשובה ממוקדת ומהירה.

לדוגמה:

• האם זה החומר הנכון?
• האם הדגימה תואמת לחומר ייחוס?
• האם שתי דגימות דומות זו לזו?
• האם רכיב מסוים עשוי מהפולימר הצפוי?
• האם יש חריגה ברורה מהדגימה המאושרת?

לעומת זאת, בדיקת מעבדה מלאה עשויה לכלול מדידות נוספות כמו:

• תכונות מכניות
• טמפרטורת התכה
• משקל מולקולרי
• תכולת לחות
• קצב זרימה
• הרכב תוספים
• יציבות תרמית
• צפיפות
• רמת טוהר
• עמידות כימית

לכן, בדיקה לא הרסנית אינה בהכרח תחליף לכל שיטות המעבדה. היא יכולה להיות כלי סינון, אימות או בקרה שמאפשר לקבל החלטה מהירה לפני שממשיכים לבדיקה רחבה יותר.

באילו מצבים משתמשים בבדיקה לא הרסנית?

בדיקת חומרי גלם בקבלה

כאשר חומר גלם מגיע למפעל, ניתן לבדוק אם הוא תואם לחומר שהוזמן ואושר.

בדיקה לפני כניסה לייצור

לפני הזנת החומר לקו, ניתן לבצע אימות נוסף כדי לצמצם טעויות בבחירה או בשינוע.

בדיקת מוצר מוגמר

כאשר רוצים לבדוק רכיב בלי לפסול אותו או לפגוע בשימוש העתידי שלו.

בדיקת חלקים במחסן

כאשר קיימים חלקים דומים, סימון חסר או אי ודאות לגבי סוג החומר.

השוואת דגימות מספקים שונים

כאשר רוצים לבדוק אם חומר מספק חדש דומה לחומר שכבר אושר.

בדיקת חומרים ממוחזרים

כאשר רוצים להשוות חומר ממוחזר לחומר ייחוס או לבדוק אחידות בין אצוות.

מחקר ופיתוח

כאשר יש צורך לשמור את הדגימה להמשך ניסויים או לשימוש חוזר.

מדוע בדיקה חזותית אינה מספיקה?

שני פולימרים שונים יכולים להיראות כמעט זהים.

לדוגמה, גרגירי פלסטיק שקופים או לבנים יכולים להשתייך למשפחות פולימריות שונות, אף שמבחינה חזותית קשה להבחין ביניהם.

גם בתוך אותה משפחת פולימרים עשויים להיות הבדלים בין דרגות חומר, ספקים או תוספים.

בדיקה חזותית יכולה לסייע באיתור שינוי בצבע, לכלוך או פגם חיצוני, אך היא אינה מספקת בדרך כלל מידע מהימן על המבנה הכימי של החומר.

לכן, כאשר נדרשת השוואה אמינה יותר, יש צורך בשיטה המבוססת על מאפייני החומר עצמו.

כיצד ראמאן מאפשר בדיקה ללא פגיעה בדגימה?

מכשיר ראמאן מקרין קרן לייזר על הדגימה ומודד את פיזור האור שחוזר ממנה.

השינויים באור מספקים מידע על המבנה המולקולרי של החומר. התוצאה מתקבלת כספקטרום, מעין חתימה ספקטרלית של הדגימה.

את הספקטרום ניתן להשוות ל:

• חומר ייחוס מאושר
• דגימה תקינה
• ספריית פולימרים
• אצווה קודמת
• חומר מספק אחר
• דגימה חשודה

ביישומים רבים אין צורך לחתוך את הדגימה או להכין אותה באופן מורכב. המדידה מתבצעת ישירות על החומר, בהתאם לתנאי הבדיקה.

היתרונות המרכזיים של בדיקה לא הרסנית באמצעות ראמאן

שמירה על הדגימה

החומר נשאר זמין להמשך שימוש, ייצור, מכירה או בדיקות נוספות.

קיצור זמן הבדיקה

במקרים מתאימים ניתן לקבל תוצאה בתוך זמן קצר, ללא תהליך הכנה ממושך.

הפחתת הכנת דגימה

לעיתים אין צורך בטחינה, המסה, חיתוך או מיצוי.

בדיקה בנקודת השימוש

מכשיר נייד מאפשר לבצע בדיקה במחסן, במעבדה, באזור הקבלה או ליד קו הייצור.

הפחתת סיכון לזיהום

כאשר אין צורך לפתוח, להעביר או לעבד את הדגימה, קטן הסיכון לחשיפה ולזיהום.

השוואה עקבית

ניתן להשוות כל דגימה מול ספרייה או חומר ייחוס לפי שיטה מוגדרת.

תיעוד התוצאה

מערכות מתאימות יכולות לשמור את נתוני הבדיקה לצורך עקיבות ובקרת איכות.

האם ניתן לבדוק מוצר מוגמר?

במקרים רבים ניתן לבצע מדידה ישירות על מוצר מוגמר, כל עוד ניתן להגיע לאזור מתאים על פני השטח.

לדוגמה:

• חלק פלסטי יצוק
• אריזה
• צינור
• יריעה
• רכיב אלקטרוני עם חלק פולימרי
• אטם
• מחבר
• חלק רפואי
• רכיב לתעשיית הרכב

הבדיקה יכולה לסייע לוודא שהחומר שבו השתמשו תואם לחומר שאושר בתהליך.

עם זאת, יש להתחשב בעובי, בצבע, בשכבות, בציפויים ובגאומטריה של החלק.

מה קורה במוצרים רב שכבתיים?

מוצרים רב שכבתיים מציבים אתגר.

כאשר קיימות מספר שכבות, המכשיר עשוי למדוד בעיקר את השכבה החיצונית או לקבל תרומה ממספר שכבות, בהתאם לעובי ולמאפייני החומר.

לכן, לפני שמסיקים מסקנות, חשוב לבדוק:

• איזו שכבה נמדדת בפועל
• האם הלייזר חודר לעומק הנדרש
• האם קיימים ציפויים
• האם יש פיגמנטים שמפריעים למדידה
• האם המבנה רב שכבתי משפיע על הספקטרום

במקרה כזה נדרשת בדיקת התאמה ספציפית למוצר.

האם ניתן לבדוק דרך אריזה?

לעיתים ניתן למדוד דרך שקית, מכל או אריזה שקופה ומתאימה.

האפשרות תלויה ב:

• סוג חומר האריזה
• צבע האריזה
• עובי האריזה
• שקיפות
• סוג החומר שבתוכה
• מרחק המדידה
• אורך גל הלייזר
• עוצמת האות

בדיקה דרך אריזה יכולה להיות שימושית במיוחד כאשר רוצים לשמור על החומר סגור, להפחית זיהום או להימנע מפתיחת אריזות רבות.

עם זאת, האריזה עצמה יכולה לייצר אות ספקטרלי או להסתיר את החומר. לכן יש לבדוק מראש את השילוב בין האריזה לבין החומר