分光光度計が航空電線絶縁用PTFEテープの正確なカラーマッチングを開発

ようやくヘレンはリラックスしたようだ。音楽をかけ、目を閉じ、呼吸がゆっくりになっている。離陸時にあなたの腕に掘られたくぼみも元の色に戻っている。もちろん着陸の際にも彼女はまたやるだろう。鷹を操る手袋はいくらするのだろうとぼんやり考えていると、隣の男性が鼻にしわを寄せ、目と口を細め、あなたを見やって尋ねた。そして電気が消える。

民間旅客機には、何マイルにも及ぶ迷路のようなワイヤーが、機内の与圧・減圧エリア全体に隠されている。これらの電線の多くはアンペア数負荷が大きく、高級な絶縁体でないものを溶かすのに十分なエネルギーを持っている。飛行中の電気火災が深刻な影響を及ぼすことを考慮し、航空機メーカーは、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）のような耐熱性、耐久性のある材料で作られた高品質の被覆を指定している。しかし、PTFEの製造は単純なプロセスではなく、製造業者は品質管理を保証するために適切な機器を使用していることを確認する必要があります。

このスホーイ・スーパージェット100のアビオニクスには何マイルもの配線が施されている。画像出典：Flickr User Dmitry Terekhov CC BY 2.0

ポリテトラフルオロエチレンの合成における本質的な難しさ

PTFEは、その難燃性と低発煙性、優れた誘電率、低誘電正接、高周波安定性により、様々な意味で1 この用途に最適な素材です。260 °Cから260 °Cの連続使用温度範囲（327 °Cで溶融）、あらゆる一般的な化学薬品と溶剤に対する耐性、耐湿性と耐容量により、高高度飛行の過酷さにも耐えることができます。

しかし、メーカーはこの材料を作るための費用と難しさ2 をよく知っている。PTFEは、テトラフルオロエチレンを生成するための最初の3段階の化学反応と、ベースとなるTFEの重合という2段階で合成される。これらの反応では、強酸を含む非常に危険な物質を使用する必要があり、必要とされる温度は零下から700℃に及ぶ。激しく発熱する重合プロセスを抑制するために、特別に設計された安全装置を使用しなければならない。ミスは破壊的で危険であり、長時間に及ぶ調合プロセス特有の複雑さを考えると、非常に高くつく。絶縁体を製造するために、PTFEは焼結工程の前に配線上にコーティングされる。品質管理の段階で不合格となるバッチが発生するたびに、事業の収益性に大きな影響を与えます。航空宇宙用電気絶縁に使用される場合、工程にさらなる複雑さが生じる。

歴史的に、PTFEは毒性の高いカドミウム顔料で着色されてきた。RoHSの世界的な採用により、メーカーは重金属を含む無機顔料の代替品を探しています。顔料はドライブレンド工程で粉末PTFEと混合される。アーク放電を防ぐため、顔料の使用量をできるだけ少なくするよう注意しなければなりません。均一な分散は、エッジの浮き上がり、折れ、テープの破損、電気的故障を防ぐために重要です。PTFEメーカーにとって色の品質管理は不可欠である。航空電子機器配線の電圧や用途を示すために色分けが行われており、誤った色の配線は顧客に拒否される可能性がある。重金属を含まない顔料を使用してこれらの色を合わせることは困難である。

他のPTFE合成の厳密さと同様に、決められた配合から最終的な色を正確に予測することは、もどかしいほど難しい。これは、PTFEパウダーの白色度と、この材料の98%の結晶化度のためである。乾燥粉末をテープに押し出すと色が変わるだけでなく、焼結の際にも結晶性が破壊され、背景色が変化し、最終的な仕上がりに影響する。

アビオニクスの配線に必要な高電圧は、低品位の絶縁体を溶かす可能性がある。画像出典：Flickr User Sam DeLong CC BY 2.0

PTFE用分光測色品質ソリューション

HunterLabのUltraScan PROのような分光光度計を使用することで、航空宇宙断熱材メーカーは2つの方法で品質管理プロセスの不確実性を減らすことができます。第一に、完成品のサンプルをスキャンして、それらが顧客の許容色範囲内にあるかどうかを判断することができます。色測定器は、サンプルの視覚スペクトルを完全に測定することで、人間によるカラーマッチングにつきものの当て推量を排除することができます。スペクトル包含モードで動作するd/8°光学系を備えたウルトラスキャン・プロ（UltraScan Pro）により、PTFE断熱材の全色を測定することができ、断熱材の色品質について顧客と製造業者の双方で客観的な評価を行うことができます。標準化された照明設定により、異なる照明環境で見たときに生じる色の不一致を防ぐことができます。この使用法は、すべての関係者が同じ、証明可能な尺度で測定していることを保証し、誤った不合格の可能性を取り除きます。

第二に、分光光度計を製造工程に徹底的に組み込むことで、その結果に基づいてメーカーが色を予測するのに役立つデータセットを構築することができる。最終的なPTFEの正確なL*a*b* 座標と、色が変化する各前行段階を知ることで、製造業者は所定の変数セットがどのようにして所定の色を生み出すかを理解することができる。予測に基づくデータセットを生成するためには、多数のバッチを処理する必要がありますが、各データポイントは色の正確な測定値となります。より多くのデータが蓄積されるにつれて、メーカーは発色プロセスをさらに理解することができるようになり、より高度な予測可能性を達成することができるようになる。

複雑で高価かつ危険なPTFE航空電子機器用断熱材は、製造の各工程で精度が要求されます。分光光度計による評価を配合工程に取り入れることで、メーカーは色の不確実性を減らし、バッチ不良を減らし、収益を改善することができます。分光光度計がお客様のオペレーションをどのように改善できるかについての詳細は、HunterLabの専門家までお問い合わせください。