Přejít k hlavnímu obsahu
+41 52 511 3200 (SUI)     + 1 713 364 5427 (USA)     
Měření reologických vlastností polymerních tavenin v reálném čase

Úvod

Polymery přešly z levných náhrad za přírodní produkty k poskytování vysoce kvalitních možností pro různé průmyslové aplikace kvůli jejich nízkým nákladům, rozsahu vlastností (vysoká chemická odolnost, vysoká teplotní odolnost, vysoký poměr pevnosti k hmotnosti) a snadnosti zpracování. Používají se jako filmové obaly pro pevné části automobilů, televizní skříně, letadlové části, pěny do šálků kávy a izolace chladniček, vlákna pro oděvy a koberce, lepidla, gumy na pneumatiky a hadičky, barvy a další nátěry a mnoho dalších další aplikace.

Extruze polymerů je extrémně energeticky náročná a monitorování spotřeby energie a kvality taveniny v reálném čase je naprosto nezbytné pro splnění nových předpisů v oblasti uhlíku a přežití na vysoce konkurenčním trhu s plasty.

vytlačování polymerů

Aplikace

Polymery procházejí vstřikováním, lisováním nebo vytlačováním - všechny vyžadují vytlačování polymeru do tvaru. Zpracování je však energeticky náročné. Ve Velké Británii činí náklady na elektřinu pro zpracování plastů zhruba 350 milionů GBP ročně. Snížení spotřeby elektřiny by mělo za následek obrovské úspory a významné snížení zátěže životního prostředí.

Energii spotřebovanou během zpracování polymeru lze rozdělit do dvou hledisek: systém řízení energie na vysoké úrovni a řízení strojů na nízké úrovni. U systému řízení spotřeby energie na vysoké úrovni lze řízením a údržbou procesů dosáhnout přibližně 30% snížení spotřeby energie. Bez správného řízení procesů přispívá k obrovskému plýtvání energií neoptimální provozní nastavení, jako je tepelné vytápění, chlazení a rychlost zpracování v případě procesu vytlačování polymeru.

Hustota a viskozita polymerních tavenin jsou velmi důležité fyzikálně-chemické parametry v procesu výroby polymerů. Jsou to velmi významné faktory ovlivňující výrobní náklady a ziskovost výrobního procesu. Polymery procházejí vstřikováním, lisováním nebo vytlačováním - všechny vyžadují vytlačování polymeru do tvaru.

In-line charakterizace materiálů ukazuje rostoucí popularitu mezi vědci, kteří pracují na zlepšení výkonu mnoha stávajících výrobních procesů i nových procesů. Výhody spojené s aplikací těchto technik mohou přímo souviset se zlepšenou kvalitou a sníženými výrobními náklady. Měření reologie lze použít pro charakterizaci materiálu, stanovení zpracovatelnosti a jako vstupní data pro počítačové simulace. Rheologie má oproti jiným metodám výhodu, protože je citlivá na určité aspekty struktury, jako je ocas s vysokou molekulovou hmotností a větvení. V mnoha případech je reologická charakterizace mnohem rychlejší než její protějšky.

Ve vytlačovacím procesu je hustota produktu nejdůležitějším faktorem ovlivňujícím výrobní náklady a celkovou ziskovost výrobního procesu. Snížení hustoty snižuje náklady na suroviny. Pokud je však hustota produktu udržována příliš nízká, zhoršuje to mechanické vlastnosti a geometrickou přesnost. Kritická rovnováha je proto nezbytná, aby se snížily náklady na materiál při zachování dostatečné pevnosti a přesnosti. Hustota pěny z PVC může být řízena změnou typu a množství přísad do směsi, parametrů zpracování (teplota, rychlost šroubu) nebo obojí.

Hlavním účelem neustálého upravování provozních nastavení je zaručit stálou kvalitu taveniny. Výzkum ukázal, že viskozita taveniny je pravděpodobně nejlepším ukazatelem kvality taveniny (Cogswell, 1981). U viskóznějších materiálů je třeba zajistit větší sílu a upravit další podmínky, například teplotu. Výrobci musí pečlivě porozumět těmto informacím, aby zajistili správné podmínky a co nejlepší využití zdrojů. Pro optimalizaci provozního nastavení je vyžadováno monitorování viskozity taveniny v reálném čase.

výzvy

Nejběžněji používané vytlačovací techniky jsou vytlačování jedním šroubem a dvoušnekovým vytlačováním. Plastové granule jsou tlačeny šroubem pohybujícím se z přiváděcí zóny do lisovnice a granule se taví teplem ze střihového napětí a zahřívání hlavně.

Související s aplikací

Většina polymerních materiálů vykazuje extrémně komplikované chování, zejména v případě roztavení polymeru. Aplikace vyžaduje měření ve velmi obtížných podmínkách - při vysokém tlaku (50 - 100 MPa) a vysoké teplotě (přibližně 150 - 300 ° C). V HPHT existuje vysoké riziko problémů s přesností a spolehlivostí.

Problémy s monitorováním procesu se spotřebou energie motoru

Jen málo společností zpracovávajících plasty monitoruje spotřebu energie motoru vytlačovacího stroje a zkoumá stabilitu taveniny, kvalitu konečného produktu a také energetickou účinnost. S touto technikou však existuje jen několik výzev:

  • Instalace měřičů výkonu pro každý extrudér je nákladná a lepší alternativou mohou být matematické modely založené na nastavení procesu
  • Existující modely jsou velmi závislé na geometrii extruderu a polymerních materiálů, je obtížné použít stejný model na různé případy použití bez opakovaného výcviku

Problémy s monitorováním procesu s tlakem taveniny

V průmyslu je tlak taveniny v blízkosti špičky šroubu obvykle přijímán jako hlavní ukazatel kvality taveniny. Málo omezení s touto technikou:

  • Je známo, že tlak je úměrný rychlosti šroubu, je však také mírně ovlivněn teplotou taveniny, geometrií šroubu a zpracovávaným polymerním materiálem.
  • Nestabilní tlak v tavenině způsobuje kolísání výkonu a změny v kvalitě konečného produktu.

Omezení tradičních technik měření viskozity

Reologické chování většiny polymerních materiálů je poměrně složité. Viskozita je závislá jak na smykové, tak na tepelné historii. Viskozita polymeru se často měří off-line. Vzorek polymerní sloučeniny se roztaví a vloží do speciální kapilární zkumavky (skleněný viskozimetr) nebo zavedením kapilární zkumavky namontované rovnoběžně s extrudérem v případě online měření. Obě techniky zahrnují dlouhá časová zpoždění vyplývající z času potřebného pro to, aby tavenina protékala tranzitními linkami a kapilárou. V některých případech jsou viskozimetry namontovány na vytlačovacích linkách, které měří napětí na stěně matrice změřením tlakového spádu podél štěrbiny nebo kapiláry a průtok se měří přídavným průtokoměrem. Ačkoli tyto metody produkují měření viskozity relevantnější pro proces vytlačování, průtokoměr často ruší proud taveniny, čímž mění původní charakteristiky toku.

Klasické mechanické a elektromechanické viskozimetry určené primárně pro laboratorní měření se obtížně integrují do kontrolního a monitorovacího prostředí. Současná metodika testování v laboratořích mimo lokalitu není optimální a nákladná kvůli logistickým výzvám v lodní dopravě a vysokým fixním nákladům. Složité změny, ke kterým dochází uvnitř motoru nebo kompresoru, často nelze určit z rutinního vzorku oleje, protože data představovaná takovým vzorkem jednoduše odráží stav oleje v době odebrání vzorku a konvenční vybavení může být ovlivněno smyková rychlost, teplota a další proměnné.

Proč je důležité online reologické měření v reálném čase?

Existuje několik motivačních výhod z nákladových, environmentálních a logistických perspektiv pro on-line monitorování viskozity v reálném čase v procesu výroby polymerů. Je to vynikající nástroj pro charakterizaci materiálů a různé účely odstraňování problémů. Klíčové výhody jsou následující:

Ekonomické a logistické výhody, snížené výrobní náklady: On-line analýza viskozity by snížila počet vzorků odeslaných do laboratoří mimo lokalitu a související náklady. Průběžné výstupy z analýz na místě by také snížily náklady na dopravu / náklady a chyby při výběru vzorků.

Měření reologie může pomoci při řešení problémů při zpracování polymeru a snížit chyby:

  • Žraločí kůže: Materiály, které nejsou příliš střihavé, jsou náchylné ke žraločí kůži při relativně nižších výkonech. Informace o viskozitě materiálu při teplotě zpracování (v oblasti rtu) mohou být nezbytné pro snížení smykového napětí, zvýšení teploty formy nebo použití přísad, které podporují prokluzování a odvracují defekt.
  • Nestabilita bublin ve filmu: Tato vada může způsobit nízká pevnost materiálu v tavenině. Hodnoty prodloužené viskozity a / nebo pevnosti v tavenině materiálů lze použít k porovnání stability bublin různých materiálů a výběru správného materiálu pro aplikaci. Chlazení může pomoci snížit teplotu bublin a tím zvýšit pevnost taveniny.
  • Špatné smíchání dvou polymerů: Když je rozdíl viskozity mezi dvěma polymery, které mají být smíchány, velký (např. Více než 5krát), míchání je extrémně obtížné, protože smykové napětí vyvíjené matricí na fázi dispergované s vyšší viskozitou není dostatečně velké, aby způsobilo rozpad. Nápravným opatřením by bylo použití matrice s vyšší viskozitou.

Vylepšená kvalita konečného produktu: Reologická měření ze suroviny a konečného produktu mohou charakterizovat vlastnosti produktu, jako je odolnost proti nárazu, optika, deformace, křehkost atd. Průběžné monitorování může pomoci odhalit jakékoli změny nebo degradace, ke kterým může dojít během procesu vytlačování.

Snížená spotřeba energie: Pro optimalizaci provozních nastavení je nutné sledovat viskozitu taveniny v reálném čase. Optimální využití zdrojů a elektřiny ve výrobě s přísnou kontrolou nad procesy je zajištěno pomocí inologických reologických měření v reálném čase.

Zvýšená bezpečnost pracovníků: K vysoké popularitě metody bez rozpouštědel přispívají i další faktory, jako jsou požadavky na ochranu zdraví a bezpečnost při práci s rozpouštědly, ohled na životní prostředí a nutnost provádění těchto zkoušek odborným personálem (které musí být prováděny v laboratoři).

Rychlejší doba odezvy: Analýza viskozity na místě (a hustoty) by snížila / eliminovala zpoždění mezi vzorkováním a přijetím odpovědi z laboratoře.

Životní prostředí: Využití zdrojů může být maximalizováno prostřednictvím on-line monitorovacích systémů, což má za následek snížení plýtvání, které je dobré pro životní prostředí. Zvýšená udržitelnost snížením emisí.

Řešení společnosti Rheonics

Pro výrobu polymerů je kritické automatické měření viskozity v reálném čase. Rheonics nabízí následující řešení založená na vyváženém torzním rezonátoru pro řízení procesu a optimalizaci při zpracování polymeru:

  1. V souladu Viskozita Měření: Rheonics ' SRV je širokospektrální zařízení pro měření viskozity in-line s vestavěným měřením teploty tekutiny a je schopné detekovat změny viskozity v jakémkoli procesním proudu v reálném čase.
  2. V souladu Viskozita a hustota Měření: Rheonics ' SRD je in-line simultánní přístroj na měření hustoty a viskozity s vestavěným měřením teploty tekutiny. Pokud je pro vaši činnost důležité měření hustoty, SRD je nejlepším senzorem, který vyhoví vašim potřebám, s provozními schopnostmi podobnými SRV a přesným měřením hustoty.

Automatizované in-line měření viskozity pomocí SRV nebo SRD eliminuje odchylky v odběru vzorků a laboratorních technikách, které se používají k měření viskozity tradičními metodami. Čidlo je umístěno in-line, takže nepřetržitě měří viskozitu (a hustotu v případě SRD). Použití SRV / SRD pro monitorování procesů může zvýšit produktivitu a zvýšit ziskové marže. Oba senzory mají kompaktní tvarový faktor pro jednoduchou instalaci OEM a dodatečnou montáž. Nevyžadují žádnou údržbu ani nové konfigurace. Oba senzory nabízejí přesné, opakovatelné výsledky bez ohledu na to, jak a kde jsou namontovány, bez nutnosti použití speciálních komor, gumových těsnění nebo mechanické ochrany. Bez použití spotřebního materiálu se SRV a SRD velmi snadno ovládají.

Kompaktní tvarový faktor, žádné pohyblivé části a nevyžaduje žádnou údržbu

SRV a SRD společnosti Rheonics mají velmi malý tvarový faktor pro jednoduchou instalaci OEM a dodatečnou montáž. Umožňují snadnou integraci do jakéhokoli procesu. Snadno se čistí a nevyžadují žádnou údržbu ani nové konfigurace. Mají malý půdorys umožňující instalaci Inline do kterékoli výrobní linky, čímž se vyhýbají požadavkům na další prostor nebo adaptér.

Vysoká stabilita a necitlivost na montážní podmínky: Je možná jakákoli konfigurace

Rheonics SRV a SRD používají jedinečný patentovaný koaxiální rezonátor, ve kterém dva konce senzorů se kroucují v opačných směrech, čímž se eliminují reakční momenty na jejich montáži, a proto jsou zcela necitlivé na montážní podmínky a průtoky. Tyto senzory snadno zvládnou pravidelné přemístění. Senzorový prvek sedí přímo v tekutině bez nutnosti použití zvláštního krytu nebo ochranné klece.

Okamžité přesné odečty podmínek procesu - kompletní přehled systému a prediktivní kontrola

Software společnosti Rheonics je výkonný, intuitivní a snadno použitelný. Viskozita v reálném čase může být monitorována na počítači. Více senzorů je spravováno z jediné palubní desky rozložené po celé továrně. Žádný účinek pulsace tlaku z čerpání na provoz senzoru nebo přesnost měření. Neovlivněno rázy, vibracemi nebo průtokovými podmínkami.

Snadná instalace bez nutnosti opětovných konfigurací / rekalibrací

Vyměňujte senzory bez výměny nebo přeprogramování elektroniky, výměny senzorů i elektroniky bez jakýchkoli aktualizací firmwaru nebo změn kalibračních koeficientů. Snadná montáž. Šrouby do závitu ¾ ”NPT v lícovém vedení inkoustu. Žádné komory, těsnění O-kroužkem nebo těsnění. Snadno vyjímatelné pro čištění nebo kontrolu. SRV k dispozici s přírubovým a svěrným připojením pro snadnou montáž a demontáž.

Nízká spotřeba energie

Napájení 24 V DC s odběrem proudu menším než 0.1 A během normálního provozu

Rychlá doba odezvy a teplota kompenzují viskozitu

Díky velmi rychlé a robustní elektronice v kombinaci s komplexními výpočetními modely se zařízení Rheonics řadí mezi nejrychlejší a nejpřesnější v oboru. SRV a SRD poskytují měření v reálném čase, přesnou viskozitu (a hustotu pro SRD) každou sekundu a nejsou ovlivněny kolísáním průtoku!

Široké operační schopnosti

Nástroje společnosti Rheonics jsou konstruovány pro měření v nejnáročnějších podmínkách. SRV má nejširší operační rozsah na trhu pro inline procesní viskozimetr:

  • Rozsah tlaku až 5000 psi
  • Rozsah teplot od -40 do 200 ° C
  • Rozsah viskozity: 0.5 cP až 50,000 XNUMX cP

SRD: Jeden nástroj, trojitá funkce - Viskozita, teplota a hustota

SRD společnosti Rheonics je jedinečný produkt, který nahrazuje tři různé přístroje pro měření viskozity, hustoty a teploty. Eliminuje potíže se společným umístěním tří různých nástrojů a poskytuje extrémně přesná a opakovatelná měření v nejnáročnějších podmínkách.

Vyčistěte na místě (CIP)

SRV (a SRD) monitoruje čištění linek monitorováním viskozity (a hustoty) rozpouštědla během fáze čištění. Senzor detekuje jakékoli malé zbytky, což operátorovi umožňuje rozhodnout, kdy je linka pro daný účel čistá. Alternativně SRV poskytuje informace automatizovanému čistícímu systému, aby zajistil úplné a opakovatelné čištění mezi cykly, na rozdíl od skleněných kapilár.

Špičkový design a technologie senzorů

Sofistikovaná, patentovaná elektronika 3. generace řídí tyto senzory a vyhodnocuje jejich odezvu. SRV a SRD jsou k dispozici s průmyslovými standardními procesními připojeními, jako je ¾ ”NPT a 1” Tri-clamp, což operátorům umožňuje nahradit existující teplotní senzor v jejich procesní lince za SRV / SRD, což kromě přesného měření poskytuje vysoce cenné a akční informace o procesní tekutině, jako je viskozita. teploty pomocí zabudovaného Pt1000 (k dispozici DIN EN 60751 třída AA, A, B).

Elektronika postavená podle vašich potřeb

Snímací elektronika, která je k dispozici v krytu převodníku odolném proti výbuchu i v malém provedení na DIN lištu, umožňuje snadnou integraci do procesních potrubí a do skříní strojů.

 

Snadná integrace

Mnoho analogových a digitálních komunikačních metod implementovaných v senzorové elektronice umožňuje snadné a snadné připojení k průmyslovým PLC a řídicím systémům.

 

Shoda s ATEX a IECEx

Rheonics nabízí jiskrově bezpečné senzory certifikované ATEX a IECEx pro použití v nebezpečném prostředí. Tyto senzory splňují základní požadavky na ochranu zdraví a bezpečnost související s návrhem a konstrukcí zařízení a ochranných systémů určených pro použití v prostředí s nebezpečím výbuchu.

Certifikace jiskrově bezpečné a odolné proti výbuchu, které vlastní Rheonics, také umožňují přizpůsobení stávajícího senzoru, což našim zákazníkům umožňuje vyhnout se časům a nákladům spojeným s identifikací a testováním alternativy. Vlastní senzory mohou být poskytovány pro aplikace, které vyžadují jednu jednotku až tisíce jednotek; s dodací lhůtou týdnů versus měsíce.

Rheonika SRV & SRD jsou certifikovány ATEX i IECEx.

ATEX (2014/34 / EU) Certifikováno

Senzory pro jiskrovou bezpečnost certifikované společností ATEX společnosti Rheonics vyhovují směrnici ATEX 2014/34 / EU a jsou certifikovány pro jiskrovou bezpečnost do Ex ia. Směrnice ATEX specifikuje minimální a základní požadavky týkající se zdraví a bezpečnosti na ochranu zaměstnanců zaměstnaných v nebezpečných atmosférách.

Senzory ATEX certifikované společností Rheonics jsou uznávány pro použití v Evropě i na mezinárodní úrovni. Všechny certifikované součásti ATEX jsou označeny značkou „CE“, což znamená shodu.

Certifikováno podle IECEx

Vnitřně bezpečné senzory společnosti Rheonics jsou certifikovány IECEx, Mezinárodní elektrotechnickou komisí pro certifikaci norem týkajících se zařízení pro použití ve výbušném prostředí.

Jedná se o mezinárodní certifikaci, která zajišťuje bezpečnost při používání v nebezpečných oblastech. Senzory Rheonics jsou certifikovány pro vnitřní bezpečnost do Ex i.

Implementace

Nainstalujte snímač přímo do procesního proudu, abyste mohli provádět měření viskozity a hustoty v reálném čase. Není potřeba žádné obtokové potrubí: snímač může být ponořen do potrubí, průtok a vibrace neovlivňují stabilitu a přesnost měření. Optimalizujte proces rozhodování poskytováním opakovaných, po sobě jdoucích a konzistentních testů na tekutině.

Výběr nástrojů Rheonics

Společnost Rheonics navrhuje, vyrábí a prodává inovativní systémy snímání a monitorování tekutin. In-line viskozimetry společnosti Rheonics, postavené ve Švýcarsku, mají citlivost vyžadovanou aplikací a spolehlivost potřebnou k přežití v drsném operačním prostředí. Stabilní výsledky - i za nepříznivých podmínek proudění. Žádný účinek poklesu tlaku nebo průtoku. Stejně tak se hodí pro měření kvality v laboratoři.

Navrhované produkty pro aplikaci

• Široký rozsah viskozity - sledujte celý proces
• Opakovatelná měření v newtonských i nenewtonských tekutinách, jednofázových i vícefázových tekutinách
• Celokovová konstrukce (nerezová ocel 316L)
• Vestavěné měření teploty tekutin
• Kompaktní tvarový faktor pro jednoduchou instalaci do stávajících výrobních linek
• Snadné čištění, není nutná žádná údržba ani nová konfigurace

• Jediný přístroj pro měření hustoty, viskozity a teploty procesu
• Opakovatelná měření v newtonských i nenewtonských tekutinách, jednofázových i vícefázových tekutinách
• Celokovová konstrukce (nerezová ocel 316L)
• Vestavěné měření teploty tekutin
• Kompaktní tvarový faktor pro jednoduchou instalaci do stávajících potrubí
• Snadné čištění, není nutná žádná údržba ani nová konfigurace

Vyhledávání