MBT-300霍尔效应测厚仪在PET吹瓶和灌装行业中壁厚的测量与控制

1、为什么要测量PET瓶的瓶壁厚度？

在PET瓶吹瓶行业，PET瓶在瓶颈、瓶身和底座处的壁厚需要维持在一定的范围内（表1，表2），与瓶身壁厚有关的主要问题有：瓶颈变细、瓶身壁薄，底座球状突起。瓶壁厚度与PET瓶多方面的物理性能密切相关，尤其是在瓶的CO₂渗漏速度、顶压强度、耐内压力（爆瓶）、抗真空度和耐热性能。为了使壁厚达到技术标准要求的范围之内，在吹瓶时必须对多个参数进行控制，包括温度、湿度、瓶胚质量、树脂质量和设备的参数设置。

对于使用于碳酸饮料的PET瓶（如可乐），瓶壁厚度与CO₂渗漏速度有关，研究结果表明：PET分子间的空隙充满CO₂分子，CO₂分子就会从瓶身渗漏出来，瓶壁厚度越大，CO₂的损失率越小。PET瓶的壁厚与其耐内压力有关，由于吹瓶时瓶胚经过拉伸后，分子呈定向排列，耐内压力性能显著地提高，同时瓶身壁厚变薄，耐内压力性能下降；如果水瓶壁厚不足，在跌落实验中容易破损，且需要充气来维持瓶身的强度；对于热灌装的PET瓶，瓶壁厚度与瓶的耐真空度和耐热性有关，为了提高其抗真空性能，通常采取增加PET瓶壁厚（瓶重），和在瓶壁上增加各种加强筋等措施。

PET瓶是常用于碳酸饮料、无菌包装饮料和热灌装饮料的包装容器，分别对应的标准有：

• QB/T1868 - 2004 聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）碳酸饮料瓶
• QB/T 2357 聚酯（PET）无汽饮料瓶
• QB/T2665 - 2004 热灌装用聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）瓶

瓶胚是在拉吹瓶之前通过热熔注塑工艺的制成品，瓶胚的一些缺陷在后续工艺中无法得到弥补和解决。因此，为了zui终拉吹出符合灌装技术要求的PET瓶，在吹瓶和灌装工业对瓶胚也有要求。除上述标准外，在此再加上两个与PET瓶相关的标准。如下：

• BB/T XX - X 包装容器 聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）瓶坯（征求意见稿）
• GB/T17876 - 2008 包装容器 塑料防盗瓶盖

碳酸饮料瓶：规定了不同规格的PET瓶不同部位的测量点数和zui小厚度要求，见表1；

无菌灌装PET瓶：在QB / T 2357 聚酯（PET）无汽饮料瓶中，并未规定PET瓶厚度要求，但企业在实际生产的质量控制中有这个指标，而且在每个厂内部质量控制值存在一些差异；

热灌装饮料瓶：热灌装饮料的瓶壁厚度如表2所示。

我们注意到，针对不同使用场合的PET瓶、PET瓶的不同部位，不同规格的PET瓶，对瓶壁zui小厚度的要求各不同，每个工厂应根据自身产品的类别和PET瓶的规格控制瓶壁厚度指标。

2、在哪些情况下要测试PET瓶的壁厚？

由于PET材质优良的物理化学性能和PET制瓶技术已相当的成熟，生产工艺简单，易于大规模地自动化生产等优势，PET瓶已广泛应用于众多的行业。在食品饮料行业中的充气碳酸饮料，如可乐，果味型汽水等，热灌装饮料，如奶茶、果汁等，和无菌灌装饮料，如茶饮料、纯净水等行业。PET瓶也被广泛地应用于精细化工行业，如机器的润滑油，液态的洗涤日化用品等的包装容器。目前市场上已经出现了各种各样的不同瓶型和不同规格的瓶子，它们在技术要求上千差万别，不同用户需根据自身的产品包装标准做好质量控制。

备注：壳牌（HELIX）、立白、娃哈哈、怡宝、可口可乐分别为上述各公司的产品品牌。

在PET饮料瓶的生产过程中，主要包括注塑、拉伸和吹瓶几个主要环节。注（射）拉（伸）吹塑工艺是一类在聚合物的高弹态下通过机械方法轴向拉伸型坯、用压缩空气径向拉伸型坯以成型中空容器的方法，可分成一步法与两步法。在两步法中先采用注射法成型瓶胚，并使之冷却至室温，成为半成品，然后把瓶胚送入再加热拉伸吹塑机械中，成型为制品。注塑工序是将PET树脂加工成符合技术标准要求

的瓶胚，瓶胚的缺陷可能造成zui终的产品质量缺陷或不稳定，给企业造成经济损失。瓶胚厚度是瓶胚质量标准中zui重要的控制指标之一。在拉伸吹瓶工序，聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）材料在高弹态下经拉伸取向后，材料的机械性能、阻渗性能、透明性与耐溶剂性得到很大提高，同时瓶身的壁厚逐渐变薄，PET瓶的壁厚与其多个方面的性能密切相关，应根据PET瓶的使用方法和瓶型，将瓶各个部位的壁厚控制在一个合适的范围。

根据包装工艺和生产设备自动化程度的不同，这些PET瓶或在线上经灭菌和清洗后，直接用于灌装和封盖，或经贴标后再运输至需要的灌装线。这些成品PET瓶需要满足不同灌装产品所要求的瓶重，塑料分段重量，各部位的瓶壁zui小厚度等技术要求。一般由生产操作员按“吹瓶生产过程品质控制”的要求从吹瓶线抽取PET空瓶，在开机时就对吹瓶机的每个模具上取样瓶检验瓶壁厚度（剔除*模的样品）。在生产正常进行时要定时地从线上取样瓶检验瓶壁zui小厚度，检查产品是否符合相应PET瓶的技术标准和灌注要求，以便及时地对生产线进行调整。每个工厂的检验规则可能不同，但都必须在生产线上对PET瓶的厚度进行检验和控制，例如每台吹瓶机每12小时要做一次厚度测试，每个吹瓶模号抽取一个瓶，每个瓶测量若干个点，其中冷灌装瓶的瓶底部中心厚度为每2个小时一次，具体测量部位参见各瓶型检测标准。

上述已清楚得说明PET瓶成型中的注拉吹塑工艺，一切皆为“zui终的产品质量”和“下一步的工序”考虑，因此有必要了解一下饮料PET包装的分类和要求，以及相应的灌装线。根据包装产品的特性，PET瓶通常分为：水瓶、碳酸饮料瓶（CSD）、热灌装瓶（HR）。HR瓶具有耐热性能，瓶口采用结晶处理，瓶身采用热成型工艺，确保饮料灌装前后及储存过程中不产生形变，耐热温度可达90℃以上。CSD瓶则具有耐内压性能。水瓶要求较低一些，没有耐热和耐压的要求，只有跌落性能要求。各灌装厂应根据自身的产品特性和采用的生产工艺技术选择相适应的灌装线。

无菌冷灌装线：首先对物料进行UHT瞬时杀菌，然后快速降温至常温（25℃），进入无菌罐中暂存。其次用化学消毒剂将瓶子、盖子进行杀菌，然后在无菌环境下进行灌装，直至*密封后才离开无菌环境。整个过程物料受热时间短，灌装操作均在无菌环境下进行，灌装设备和灌装区也都经过消毒处理。即“无菌的产品液”在“无菌的环境”下使用“无菌的容器”进行“常温”充填、封盖的系统。

热灌装线：物料经过UHT瞬时杀菌后，降温到85 ~ 92℃进行灌装，同时进行产品回流以保持恒定的灌装温度，然后保持该温度对瓶盖进行杀菌。

中温热灌装：物料杀菌灌装后在65 ~ 75℃进行巴氏杀菌并添加防腐剂。这两种方式无需对瓶子和盖子进行单独灭菌，只需将产品在高温下保持足够长的时间即可达到杀菌效果。

对于那些只有吹瓶机的用户必须对新入厂的瓶胚做好空瓶质量接收检验，同时对吹瓶生产过程中PET空瓶的壁厚进行检验和控制。而对于只有灌装机的用户必须对新入厂的空瓶做好质量接收（原料）

检验。瓶胚壁厚、PET瓶的壁厚是吹瓶厂和灌装厂zui重要的控制指标之一，在生产过程中需严格控制。

连线吹瓶灌装（Integrated blowing and filling operation）：是指瓶胚倒入料斗，胚机由传输带送入加热炉，在吹瓶机上瓶胚经拉吹塑成型，由灌装机往PET瓶内注入被灌装液体，再进入旋盖机封口。以上操作均在自动化的生产线上完成。

非连线灌装（Off line hot filling）：从别的吹瓶机将PET瓶运输入厂后，经检验合格批次的PET瓶从传输带送至灌装机，完成灌装和旋盖封口。

3、如何测量PET瓶的壁厚？

无损检测（Non Destructive Testing, NTD）是在不损害或不影响被检测对象使用性能的前提下，采用射线、超声、红外、电磁等技术的仪器对材料、零件、设备进行缺陷、化学、物理参数的检测技术，如检测对象是否存在缺陷或不均匀性，给出缺陷大小，位置，性质和数量等信息。无损检测可有效地降低企业的质量控制成本，提高检测频次甚至实现全检，提高产品质量保证。目前在瓶壁厚度检验方便使用zui多的无损检验技术，包括磁力（霍尔效应）测厚技术、X光投影技术和超声波测厚探伤技术。其中X光常用于金属材料和复合材料，超声波测厚和磁力测厚可用于陶瓷、塑料、铝质金属，钛合金等非铁类

材料，尤其是不规格形状，或小曲率表面的厚度测量发挥巨大的用途。

MBT-300基于霍尔效应传感器测量从探头至钢珠间的距离，即时显示出材料的厚度变化。磁场强度在钢珠远离时为zui小，在钢珠置于*时为zui大（如图7）。当然对于不同尺寸的钢珠及不同的探头，磁场强度也是不同的。因此，控制器运用了一个数码查询表，将磁场强度的变化转化为厚度数据。只有在校准步骤完成后，及仪器在经正确地校准达到良好工作状态时，在MBT-300上得出的厚度数据才会准确而有效。

MBT-300霍尔测厚仪的校准：

在每次重新开机，或更换钢珠时，仪器必须做一次简单校准。重新开机而未做简单校准仪器将不能进入测试状态。更换钢珠时执行简单校准是为了仪器自动识别钢珠类型。要使测量数据一致可靠，必须要保持仪器的性，我们鼓励用户对仪器进行保养操作和多点校准。多点校准生成自定义的查询表格，以便获得更高的度。具体的简单校准和多点校准方法参考嘉仪仪器公司《MBT-300霍尔效应测厚仪使用说明书》。

正确地使用霍尔效应测厚仪（正确地选择钢珠、测量方法）：

建议每次使用前都要进行简单的单点校准，因为这样可以自动识别钢珠的类型，以确保其厚度读数的连贯性，要测量材料壁厚，将一枚小钢珠置于测试材料的一面，并将探头置于材料的另一面，钢珠会被探头尖的磁场吸引。探头的霍尔效应传感器测量从探头至钢珠间的距离，即时显示出厚度读数。MBT-300配有三种不同尺寸的钢珠，通常情况下，使用能在被测量的凹面范围内自由滚动的zui大钢珠。

当钢珠处于范围内时，如果探头轴垂直，钢珠或探头尖遇到障碍，或探头不正，会导致测量错误。测量材料的方式是在探头支架上使用探头，此方法使重力和探头引力共同作用，确保与探头尖对齐。在表四中图示出各种正确的和错误的厚度测量的方法。

zui大值和zui小值捕捉测量：

zui小值测量功能是zui重要的功能之一，当zui小值测量模式开启时，屏幕上除了当前的厚度读数，还出现一个zui小的厚度值，使用该模式，用户可审查某一特定区域，并在短时间内可靠地记录zui小数值。将Min Capture设置为ON，并返回测量模式可启动此项功能，zui小捕获的默认状态为关闭，按面板上的“min”键进行zui小值捕捉和普通测量模式之间切换，转动瓶身，测量一圈厚度，仪器自动捕捉和记录zui小值，测量仪每个班次校正一次，在每次开机或更换钢珠时必须做一次简单校准。如果要进行zui大值捕捉测量模式，其操作与zui小值捕获相似，将Max Capture设置为ON，按面板上的“2nF”键，开始激活zui大厚度读数。zui大值捕捉测量和zui小值捕捉测量不能同时开启。

注意：按ENTER键可锁定当前测量值，或zui小捕获值，或zui大捕获值；按“2nF”键可清除已锁定的值，下一次测量的值就被更新为zui小值、或zui大值。按“SAVE”键机器保存当前数据后ID自动增加1。

其他测厚方法的介绍：

超声波测厚：当探头发射的超声波脉冲通过被测物体到达材料分界面时，脉冲被反射回探头，通过测量超声波在材料中传播的时间来确定被测材料的厚度。它可以对各种材料的板材和加工零件作测量；可以对生产设备中各种管道和压力容器进行监测，检测它们在使用过程中受腐蚀后的减薄程度。也可以在不去除所涂油漆层的情况下，准确的测量板材厚度。

分段称重法：把PET瓶子切割成几部分(zui多可切成五段)，对每部分进行分段称重，核查每个部分是否达到对应的重量标准。如，对于200 mL ~ 500 mL(zui大直径 = 110 mm) PET样瓶，测试时可以被地切割成三段：底、身和顶，分别称重。每一个部分均有准确的设计重量，要求符合质量指标。