MBT-300霍爾效應測厚儀在PET吹瓶和灌裝行業中壁厚的測量與控制
1、為什么要測量PET瓶的瓶壁厚度？
在PET瓶吹瓶行業，PET瓶在瓶頸、瓶身和底座處的壁厚需要維持在一定的范圍內（表1，表2），與瓶身壁厚有關的主要問題有：瓶頸變細、瓶身壁薄，底座球狀突起。瓶壁厚度與PET瓶多方面的物理性能密切相關，尤其是在瓶的CO2滲漏速度、頂壓強度、耐內壓力（爆瓶）、抗真空度和耐熱性能。為了使壁厚達到技術標準要求的范圍之內，在吹瓶時必須對多個參數進行控制，包括溫度、濕度、瓶胚質量、樹脂質量和設備的參數設置。
對于使用于碳酸飲料的PET瓶（如可樂），瓶壁厚度與CO2滲漏速度有關，研究結果表明：PET分子間的空隙充滿CO2分子，CO2分子就會從瓶身滲漏出來，瓶壁厚度越大，CO2的損失率越小。PET瓶的壁厚與其耐內壓力有關，由于吹瓶時瓶胚經過拉伸后，分子呈定向排列，耐內壓力性能顯著地提高，同時瓶身壁厚變薄，耐內壓力性能下降；如果水瓶壁厚不足，在跌落實驗中容易破損，且需要充氣來維持瓶身的強度；對于熱灌裝的PET瓶，瓶壁厚度與瓶的耐真空度和耐熱性有關，為了提高其抗真空性能，通常采取增加PET瓶壁厚（瓶重），和在瓶壁上增加各種加強筋等措施。
PET瓶是常用于碳酸飲料、無菌包裝飲料和熱灌裝飲料的包裝容器，分別對應的標準有：
- QB/T1868 - 2004 聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）碳酸飲料瓶
- QB/T 2357 聚酯（PET）無汽飲料瓶
- QB/T2665 - 2004 熱灌裝用聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）瓶
瓶胚是在拉吹瓶之前通過熱熔注塑工藝的制成品，瓶胚的一些缺陷在后續工藝中無法得到彌補和解決。因此，為了zui終拉吹出符合灌裝技術要求的PET瓶，在吹瓶和灌裝工業對瓶胚也有要求。除上述標準外，在此再加上兩個與PET瓶相關的標準。如下：
- BB/T XX - X 包裝容器 聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）瓶坯（征求意見稿）
- GB/T17876 - 2008 包裝容器 塑料防盜瓶蓋
碳酸飲料瓶：規定了不同規格的PET瓶不同部位的測量點數和zui小厚度要求，見表1；
無菌灌裝PET瓶：在QB / T 2357 聚酯（PET）無汽飲料瓶中，并未規定PET瓶厚度要求，但企業在實際生產的質量控制中有這個指標，而且在每個廠內部質量控制值存在一些差異；
熱灌裝飲料瓶：熱灌裝飲料的瓶壁厚度如表2所示。
我們注意到，針對不同使用場合的PET瓶、PET瓶的不同部位，不同規格的PET瓶，對瓶壁zui小厚度的要求各不同，每個工廠應根據自身產品的類別和PET瓶的規格控制瓶壁厚度指標。
2、在哪些情況下要測試PET瓶的壁厚？
由于PET材質優良的物理化學性能和PET制瓶技術已相當的成熟，生產工藝簡單，易于大規模地自動化生產等優勢，PET瓶已廣泛應用于眾多的行業。在食品飲料行業中的充氣碳酸飲料，如可樂，果味型汽水等，熱灌裝飲料，如奶茶、果汁等，和無菌灌裝飲料，如茶飲料、純凈水等行業。PET瓶也被廣泛地應用于精細化工行業，如機器的潤滑油，液態的洗滌日化用品等的包裝容器。目前市場上已經出現了各種各樣的不同瓶型和不同規格的瓶子，它們在技術要求上千差萬別，不同用戶需根據自身的產品包裝標準做好質量控制。
備注：殼牌（HELIX）、立白、娃哈哈、怡寶、可口可樂分別為上述各公司的產品品牌。
在PET飲料瓶的生產過程中，主要包括注塑、拉伸和吹瓶幾個主要環節。注（射）拉（伸）吹塑工藝是一類在聚合物的高彈態下通過機械方法軸向拉伸型坯、用壓縮空氣徑向拉伸型坯以成型中空容器的方法，可分成一步法與兩步法。在兩步法中先采用注射法成型瓶胚，并使之冷卻至室溫，成為半成品，然后把瓶胚送入再加熱拉伸吹塑機械中，成型為制品。注塑工序是將PET樹脂加工成符合技術標準要求
的瓶胚，瓶胚的缺陷可能造成zui終的產品質量缺陷或不穩定，給企業造成經濟損失。瓶胚厚度是瓶胚質量標準中zui重要的控制指標之一。在拉伸吹瓶工序，聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）材料在高彈態下經拉伸取向后，材料的機械性能、阻滲性能、透明性與耐溶劑性得到很大提高，同時瓶身的壁厚逐漸變薄，PET瓶的壁厚與其多個方面的性能密切相關，應根據PET瓶的使用方法和瓶型，將瓶各個部位的壁厚控制在一個合適的范圍。
根據包裝工藝和生產設備自動化程度的不同，這些PET瓶或在線上經滅菌和清洗后，直接用于灌裝和封蓋，或經貼標后再運輸至需要的灌裝線。這些成品PET瓶需要滿足不同灌裝產品所要求的瓶重，塑料分段重量，各部位的瓶壁zui小厚度等技術要求。一般由生產操作員按“吹瓶生產過程品質控制"的要求從吹瓶線抽取PET空瓶，在開機時就對吹瓶機的每個模具上取樣瓶檢驗瓶壁厚度（剔除*模的樣品）。在生產正常進行時要定時地從線上取樣瓶檢驗瓶壁zui小厚度，檢查產品是否符合相應PET瓶的技術標準和灌注要求，以便及時地對生產線進行調整。每個工廠的檢驗規則可能不同，但都必須在生產線上對PET瓶的厚度進行檢驗和控制，例如每臺吹瓶機每12小時要做一次厚度測試，每個吹瓶模號抽取一個瓶，每個瓶測量若干個點，其中冷灌裝瓶的瓶底部中心厚度為每2個小時一次，具體測量部位參見各瓶型檢測標準。
上述已清楚得說明PET瓶成型中的注拉吹塑工藝，一切皆為“zui終的產品質量"和“下一步的工序"考慮，因此有必要了解一下飲料PET包裝的分類和要求，以及相應的灌裝線。根據包裝產品的特性，PET瓶通常分為：水瓶、碳酸飲料瓶（CSD）、熱灌裝瓶（HR）。HR瓶具有耐熱性能，瓶口采用結晶處理，瓶身采用熱成型工藝，確保飲料灌裝前后及儲存過程中不產生形變，耐熱溫度可達90℃以上。CSD瓶則具有耐內壓性能。水瓶要求較低一些，沒有耐熱和耐壓的要求，只有跌落性能要求。各灌裝廠應根據自身的產品特性和采用的生產工藝技術選擇相適應的灌裝線。
無菌冷灌裝線：首先對物料進行UHT瞬時殺菌，然后快速降溫至常溫（25℃），進入無菌罐中暫存。其次用化學消毒劑將瓶子、蓋子進行殺菌，然后在無菌環境下進行灌裝，直至*密封后才離開無菌環境。整個過程物料受熱時間短，灌裝操作均在無菌環境下進行，灌裝設備和灌裝區也都經過消毒處理。即“無菌的產品液"在“無菌的環境"下使用“無菌的容器"進行“常溫"充填、封蓋的系統。
熱灌裝線：物料經過UHT瞬時殺菌后，降溫到85 ~ 92℃進行灌裝，同時進行產品回流以保持恒定的灌裝溫度，然后保持該溫度對瓶蓋進行殺菌。
中溫熱灌裝：物料殺菌灌裝后在65 ~ 75℃進行巴氏殺菌并添加防腐劑。這兩種方式無需對瓶子和蓋子進行單獨滅菌，只需將產品在高溫下保持足夠長的時間即可達到殺菌效果。
對于那些只有吹瓶機的用戶必須對新入廠的瓶胚做好空瓶質量接收檢驗，同時對吹瓶生產過程中PET空瓶的壁厚進行檢驗和控制。而對于只有灌裝機的用戶必須對新入廠的空瓶做好質量接收（原料）
檢驗。瓶胚壁厚、PET瓶的壁厚是吹瓶廠和灌裝廠zui重要的控制指標之一，在生產過程中需嚴格控制。
連線吹瓶灌裝（Integrated blowing and filling operation）：是指瓶胚倒入料斗，胚機由傳輸帶送入加熱爐，在吹瓶機上瓶胚經拉吹塑成型，由灌裝機往PET瓶內注入被灌裝液體，再進入旋蓋機封口。以上操作均在自動化的生產線上完成。
非連線灌裝（Off line hot filling）：從別的吹瓶機將PET瓶運輸入廠后，經檢驗合格批次的PET瓶從傳輸帶送至灌裝機，完成灌裝和旋蓋封口。
3、如何測量PET瓶的壁厚？
無損檢測（Non Destructive Testing, NTD）是在不損害或不影響被檢測對象使用性能的前提下，采用射線、超聲、紅外、電磁等技術的儀器對材料、零件、設備進行缺陷、化學、物理參數的檢測技術，如檢測對象是否存在缺陷或不均勻性，給出缺陷大小，位置，性質和數量等信息。無損檢測可有效地降低企業的質量控制成本，提高檢測頻次甚至實現全檢，提高產品質量保證。目前在瓶壁厚度檢驗方便使用zui多的無損檢驗技術，包括磁力（霍爾效應）測厚技術、X光投影技術和超聲波測厚探傷技術。其中X光常用于金屬材料和復合材料，超聲波測厚和磁力測厚可用于陶瓷、塑料、鋁質金屬，鈦合金等非鐵類
材料，尤其是不規格形狀，或小曲率表面的厚度測量發揮巨大的用途。
MBT-300基于霍爾效應傳感器測量從探頭至鋼珠間的距離，即時顯示出材料的厚度變化。磁場強度在鋼珠遠離時為zui小，在鋼珠置于*時為zui大（如圖7）。當然對于不同尺寸的鋼珠及不同的探頭，磁場強度也是不同的。因此，控制器運用了一個數碼查詢表，將磁場強度的變化轉化為厚度數據。只有在校準步驟完成后，及儀器在經正確地校準達到良好工作狀態時，在MBT-300上得出的厚度數據才會準確而有效。
MBT-300霍爾測厚儀的校準：
在每次重新開機，或更換鋼珠時，儀器必須做一次簡單校準。重新開機而未做簡單校準儀器將不能進入測試狀態。更換鋼珠時執行簡單校準是為了儀器自動識別鋼珠類型。要使測量數據一致可靠，必須要保持儀器的性，我們鼓勵用戶對儀器進行保養操作和多點校準。多點校準生成自定義的查詢表格，以便獲得更高的度。具體的簡單校準和多點校準方法參考嘉儀儀器公司《MBT-300霍爾效應測厚儀使用說明書》。
正確地使用霍爾效應測厚儀（正確地選擇鋼珠、測量方法）：
建議每次使用前都要進行簡單的單點校準，因為這樣可以自動識別鋼珠的類型，以確保其厚度讀數的連貫性，要測量材料壁厚，將一枚小鋼珠置于測試材料的一面，并將探頭置于材料的另一面，鋼珠會被探頭尖的磁場吸引。探頭的霍爾效應傳感器測量從探頭至鋼珠間的距離，即時顯示出厚度讀數。MBT-300配有三種不同尺寸的鋼珠，通常情況下，使用能在被測量的凹面范圍內自由滾動的zui大鋼珠。
當鋼珠處于范圍內時，如果探頭軸垂直，鋼珠或探頭尖遇到障礙，或探頭不正，會導致測量錯誤。測量材料的方式是在探頭支架上使用探頭，此方法使重力和探頭引力共同作用，確保與探頭尖對齊。在表四中圖示出各種正確的和錯誤的厚度測量的方法。
zui大值和zui小值捕捉測量：
zui小值測量功能是zui重要的功能之一，當zui小值測量模式開啟時，屏幕上除了當前的厚度讀數，還出現一個zui小的厚度值，使用該模式，用戶可審查某一特定區域，并在短時間內可靠地記錄zui小數值。將Min Capture設置為ON，并返回測量模式可啟動此項功能，zui小捕獲的默認狀態為關閉，按面板上的“min"鍵進行zui小值捕捉和普通測量模式之間切換，轉動瓶身，測量一圈厚度，儀器自動捕捉和記錄zui小值，測量儀每個班次校正一次，在每次開機或更換鋼珠時必須做一次簡單校準。如果要進行zui大值捕捉測量模式，其操作與zui小值捕獲相似，將Max Capture設置為ON，按面板上的“2nF"鍵，開始激活zui大厚度讀數。zui大值捕捉測量和zui小值捕捉測量不能同時開啟。
注意：按ENTER鍵可鎖定當前測量值，或zui小捕獲值，或zui大捕獲值；按“2nF"鍵可清除已鎖定的值，下一次測量的值就被更新為zui小值、或zui大值。按“SAVE"鍵機器保存當前數據后ID自動增加1。
其他測厚方法的介紹：
超聲波測厚：當探頭發射的超聲波脈沖通過被測物體到達材料分界面時，脈沖被反射回探頭，通過測量超聲波在材料中傳播的時間來確定被測材料的厚度。它可以對各種材料的板材和加工零件作測量；可以對生產設備中各種管道和壓力容器進行監測，檢測它們在使用過程中受腐蝕后的減薄程度。也可以在不去除所涂油漆層的情況下，準確的測量板材厚度。
分段稱重法：把PET瓶子切割成幾部分(zui多可切成五段)，對每部分進行分段稱重，核查每個部分是否達到對應的重量標準。如，對于200 mL ~ 500 mL(zui大直徑 = 110 mm) PET樣瓶，測試時可以被地切割成三段：底、身和頂，分別稱重。每一個部分均有準確的設計重量，要求符合質量指標。
