При организации входного контроля качества гранулированного полимерного сырья специалисты сталкиваются с вопросами отбора первичных проб. Несмотря на кажущуюся простоту решений, их подготовка и обоснование требует дополнительной информации и её правильного применения на местах.
Объём выборки для исследования
В качестве базового алгоритма отбора проб гранулированных полимерных материалов можно принять указания стандартов (1) и (2).
Объём выборки Х в соответствии с указанными стандартами определяется по следующей формуле (1):
Объём выборки Х в соответствии с указанными стандартами определяется по следующей формуле (1):
где m – масса партии, кг; 25 – масса упаковочной единицы (мешка), кг.
Если принять допущение, что отбор проб необходимо проводить равномерно с каждой единицы групповой упаковки, то есть паллета, то можно проводить расчёт минимального количества упаковочных единиц, задействованных в отборе проб, для каждой такой групповой единицы упаковки. Таким образом, для стандартного паллета с 1000 кг гранулята, фасованного в типовые мешки массой 25 кг, расчётное количество в выборке составит 4,5 мешков (округляем до 5 мешков), а для стандартного паллета с 1250 кг сырья – ровно 5,0 мешков. Рассмотрение паллета в качестве единицы расчёта выборки является оптимальным при малых объёмах поставок (до 3-5 тонн).
При значительных объёмах партии степенная зависимость в виде корня позволяет рационализировать объём выборки. Так, например, для партии объёмом 20 тонн количество точек отбора составит 20 из 800 мешков (2,5%), для партии 100 тонн – 45 из 4000 мешков (1,1%).
Интересно, что для определения разброса ПТР по партии полиэтилена допускается отбор и анализ меньшего количества точечных проб, чем требуется для получения объединённой пробы, используемой для других методов контроля качества. Например, для партии 15-25 тонн при исследовании разброса ПТР полиэтилена стандарт (1) требует провести анализ 6 точечных проб, хотя для получения объединённой пробы для других испытаний необходимо не менее 17.
При рассмотрении стандартов на полимерные материалы, не относящихся в полиолефиновой группе, можно заметить отличия в требованиях к проведению выборки для осуществления входного контроля качества.
В технических условиях на литьевой полиамид 610 (3) указывается объём выборки 10% упаковочных единиц, но не менее 3. Для партии 10 тонн в мешках по 25 кг это составит 40 мешков!
В стандарте на стеклонаполненный полиамид (4) количество упаковочных единиц для отбора точечных проб регламентируется таблицей. В зависимости от объёма партии процент выборки составляет 3-12,5% (при рассмотрении партии от 1 тонны при фасовке в мешки по 25 кг), что является более жёстким требованием в сравнении с предъявляемым к полиэтилену и полипропилену.
Таким образом, несмотря на распространённый подход к определению объёма выборки для входного контроля на основании алгоритма, заданного стандартами на базовые пластики, не существует универсальной единой системы определения этого объёма.
Если принять допущение, что отбор проб необходимо проводить равномерно с каждой единицы групповой упаковки, то есть паллета, то можно проводить расчёт минимального количества упаковочных единиц, задействованных в отборе проб, для каждой такой групповой единицы упаковки. Таким образом, для стандартного паллета с 1000 кг гранулята, фасованного в типовые мешки массой 25 кг, расчётное количество в выборке составит 4,5 мешков (округляем до 5 мешков), а для стандартного паллета с 1250 кг сырья – ровно 5,0 мешков. Рассмотрение паллета в качестве единицы расчёта выборки является оптимальным при малых объёмах поставок (до 3-5 тонн).
При значительных объёмах партии степенная зависимость в виде корня позволяет рационализировать объём выборки. Так, например, для партии объёмом 20 тонн количество точек отбора составит 20 из 800 мешков (2,5%), для партии 100 тонн – 45 из 4000 мешков (1,1%).
Интересно, что для определения разброса ПТР по партии полиэтилена допускается отбор и анализ меньшего количества точечных проб, чем требуется для получения объединённой пробы, используемой для других методов контроля качества. Например, для партии 15-25 тонн при исследовании разброса ПТР полиэтилена стандарт (1) требует провести анализ 6 точечных проб, хотя для получения объединённой пробы для других испытаний необходимо не менее 17.
При рассмотрении стандартов на полимерные материалы, не относящихся в полиолефиновой группе, можно заметить отличия в требованиях к проведению выборки для осуществления входного контроля качества.
В технических условиях на литьевой полиамид 610 (3) указывается объём выборки 10% упаковочных единиц, но не менее 3. Для партии 10 тонн в мешках по 25 кг это составит 40 мешков!
В стандарте на стеклонаполненный полиамид (4) количество упаковочных единиц для отбора точечных проб регламентируется таблицей. В зависимости от объёма партии процент выборки составляет 3-12,5% (при рассмотрении партии от 1 тонны при фасовке в мешки по 25 кг), что является более жёстким требованием в сравнении с предъявляемым к полиэтилену и полипропилену.
Таким образом, несмотря на распространённый подход к определению объёма выборки для входного контроля на основании алгоритма, заданного стандартами на базовые пластики, не существует универсальной единой системы определения этого объёма.
Точки и инструменты отбора
Важным вопросом при отборе точечных проб является определение точек его проведения. Существует большое количество субъективных оценок однородности материала, находящегося в мешках, занимающих различное положение в групповой упаковке (поддоне). Так, например, считается, что существует риск изменения свойств гранул в верхних мешках из-за воздействия климатических факторов (в основном, нагрев и УФ-излучение). Мнение обратного толка подразумевает, что мешки в нижней части поддона плохо вентилируются, что также может приводить к частичной деструкции из-за перегрева.
На данный момент времени нет достоверных широкомасштабных исследований, подтверждающих или опровергающих такие суждения. В связи с этим надёжными системами отбора первичных проб можно считать следующие:
1) случайная – точки отбора определяются случайно, обычно, по принципу удобства;
2) статистическая – точки отбора определяются через равные промежутки.
На практике чаще всего применяется случайная схема, что и даёт основание к применению неподтверждённых мнений о возможной неоднородности полимера в объёме поддона. Тем не менее, такой метод создания плана отбора не имеет математически доказанных преимуществ или недостатков в сравнении со статистическим. При этом необдуманное использование статистического метода (например, в использование в качестве точки отбора каждый 4 и 18 мешок с поддона) несёт в себе риск пропуска неоднородностей между точечными пробами.
К сожалению, существующий громоздкий математический аппарат статистической оценки однородности точечных проб, приведённый в (5), не кажется рациональным для применения в полимерной индустрии.
При выборе устройства по отбору проб следует учесть главный принцип, который должен выполняться, состоящий в следующем. Способ извлечения разовых проб из партии должен быть таким, чтобы у всех частей материала были равные возможности стать частью исследуемой пробы, независимо от размера массы или плотности отдельных частиц. Таким образом, слишком маленькое устройство может внести смещение из-за пропуска неоднородностей в партии, а слишком большое устройство может привести к чрезмерной нагрузке при подготовке проб. Соответственно, устройство для отбора проб должно быть определено на основе компромисса между этими крайними вариантами.
Наиболее эффективным с точки зрения компромисса между удобством, стандартизованностью, надёжностью и стоимостью является простой механический пробоотборник для сыпучих материалов, имеющий различные объёмы и механизмы работы (мешочный щуп), см. рис.
На данный момент времени нет достоверных широкомасштабных исследований, подтверждающих или опровергающих такие суждения. В связи с этим надёжными системами отбора первичных проб можно считать следующие:
1) случайная – точки отбора определяются случайно, обычно, по принципу удобства;
2) статистическая – точки отбора определяются через равные промежутки.
На практике чаще всего применяется случайная схема, что и даёт основание к применению неподтверждённых мнений о возможной неоднородности полимера в объёме поддона. Тем не менее, такой метод создания плана отбора не имеет математически доказанных преимуществ или недостатков в сравнении со статистическим. При этом необдуманное использование статистического метода (например, в использование в качестве точки отбора каждый 4 и 18 мешок с поддона) несёт в себе риск пропуска неоднородностей между точечными пробами.
К сожалению, существующий громоздкий математический аппарат статистической оценки однородности точечных проб, приведённый в (5), не кажется рациональным для применения в полимерной индустрии.
При выборе устройства по отбору проб следует учесть главный принцип, который должен выполняться, состоящий в следующем. Способ извлечения разовых проб из партии должен быть таким, чтобы у всех частей материала были равные возможности стать частью исследуемой пробы, независимо от размера массы или плотности отдельных частиц. Таким образом, слишком маленькое устройство может внести смещение из-за пропуска неоднородностей в партии, а слишком большое устройство может привести к чрезмерной нагрузке при подготовке проб. Соответственно, устройство для отбора проб должно быть определено на основе компромисса между этими крайними вариантами.
Наиболее эффективным с точки зрения компромисса между удобством, стандартизованностью, надёжностью и стоимостью является простой механический пробоотборник для сыпучих материалов, имеющий различные объёмы и механизмы работы (мешочный щуп), см. рис.
При большом объёме работ по отбору проб можно использовать механизированные системы, см. рис.
Усреднение и сокращение
При большом количестве упаковочных единиц, которые используются для отбора точечных проб, результатом может являться разнородная и/или большая по объёму проба. Для получения надёжного результата необходимо гарантировать однородность свойств по указанной пробе. Для этого используются методы усреднения, при необходимости с одновременным сокращением объёма.
Технические условия на полимерные гранулы предписывают довольно простой алгоритм проведения обеих операций: ручное смешение точечных проб и отбор объединённой пробы в объёме 0,5-2 кг в зависимости от типа материала.
Существует более сложный метод получения однородной смеси сыпучих материалов, называемый квартованием. Обычно его применяют при проведении входного контроля качества зерновых. В общем подходе метод заключается в формировании определённой геометрической фигуры из точечных проб (обычно – конус), что сопровождается перемешиванием. Затем отсекается часть такой фигуры и проводится повторение операции до достижения необходимой массы навески. Подробное описание такого примера можно найти, например, в (6).
Несмотря на кажущуюся проработанность метода квартования, результаты его применения не отличаются от метода простого перемешивания, предлагаемого стандартами на полимерные гранулированные материалы.
Важным представляется правильное целеполагание и вдумчивая интерпретация результатов при проведении входного контроля. При анализе объединённых проб ОТК автоматически отсекает возможность определения стабильности или однородности большинства свойств в пределах партии, получая значения «средней температуры по больнице». Показатели качества при таком варианте могут соответствовать требованиям стандартов или значениям паспортов, но в производстве при этом могут наблюдаться постоянная потребность в корректировке технологического режима или волнообразные кривые значений свойств конечных изделий.
При значительном объёме партии резко возрастает риск влияния усреднения точечных проб на результат входного контроля. В таком случае рекомендацией может быть разбивка объёма партии, поданного на входной контроль, на несколько лотов, для каждого из которых должна быть проведена своя выборка. Анализ колебаний свойств между ними может служить основой для корректной интерпретации полученных средний значений результатов испытаний. Размер таких лотов должен быть определён с учётом величины влияния отдельных характеристик на свойства конечного изделия, а также с учётом статистики поставок по конкретному производителю.
Технические условия на полимерные гранулы предписывают довольно простой алгоритм проведения обеих операций: ручное смешение точечных проб и отбор объединённой пробы в объёме 0,5-2 кг в зависимости от типа материала.
Существует более сложный метод получения однородной смеси сыпучих материалов, называемый квартованием. Обычно его применяют при проведении входного контроля качества зерновых. В общем подходе метод заключается в формировании определённой геометрической фигуры из точечных проб (обычно – конус), что сопровождается перемешиванием. Затем отсекается часть такой фигуры и проводится повторение операции до достижения необходимой массы навески. Подробное описание такого примера можно найти, например, в (6).
Несмотря на кажущуюся проработанность метода квартования, результаты его применения не отличаются от метода простого перемешивания, предлагаемого стандартами на полимерные гранулированные материалы.
Важным представляется правильное целеполагание и вдумчивая интерпретация результатов при проведении входного контроля. При анализе объединённых проб ОТК автоматически отсекает возможность определения стабильности или однородности большинства свойств в пределах партии, получая значения «средней температуры по больнице». Показатели качества при таком варианте могут соответствовать требованиям стандартов или значениям паспортов, но в производстве при этом могут наблюдаться постоянная потребность в корректировке технологического режима или волнообразные кривые значений свойств конечных изделий.
При значительном объёме партии резко возрастает риск влияния усреднения точечных проб на результат входного контроля. В таком случае рекомендацией может быть разбивка объёма партии, поданного на входной контроль, на несколько лотов, для каждого из которых должна быть проведена своя выборка. Анализ колебаний свойств между ними может служить основой для корректной интерпретации полученных средний значений результатов испытаний. Размер таких лотов должен быть определён с учётом величины влияния отдельных характеристик на свойства конечного изделия, а также с учётом статистики поставок по конкретному производителю.
Список литературы
1. ГОСТ 16338-85. Полиэтилен низкого давления. Технические условия.
2. ГОСТ 26996-86 Полипропилен и сополимеры пропилена. Технические условия.
3. ГОСТ 10589-2016 Полиамид 610 литьевой. Технические условия.
4. ГОСТ 17648-83. Полиамиды стеклонаполненные. Технические условия.
5. ГОСТ Р ИС0 11648-1-2009. Статистические методы. Выборочный контроль нештучной продукции. Часть 1. Общие принципы.
6. ГОСТ 13586.3-2015. Зерно. Правила приемки и методы отбора проб.
7. ГОСТ ISO 24333-2017. Межгосударственный стандарт. Зерно и продукты его переработки. Отбор проб.
2. ГОСТ 26996-86 Полипропилен и сополимеры пропилена. Технические условия.
3. ГОСТ 10589-2016 Полиамид 610 литьевой. Технические условия.
4. ГОСТ 17648-83. Полиамиды стеклонаполненные. Технические условия.
5. ГОСТ Р ИС0 11648-1-2009. Статистические методы. Выборочный контроль нештучной продукции. Часть 1. Общие принципы.
6. ГОСТ 13586.3-2015. Зерно. Правила приемки и методы отбора проб.
7. ГОСТ ISO 24333-2017. Межгосударственный стандарт. Зерно и продукты его переработки. Отбор проб.
