Slika 1: Stroj za ekstruziju.

Tablica sadržaja

1. Uvod
2. Proces ekstruzijskog kalupljenja
3. Izazovi u ekstruziji polimera i kontroli procesa
4. Rheonics SRV linijski procesni viskozimetar
   • Integracija podataka
   • Mogućnosti instalacije
     • Okomita instalacija
     • Paralelna instalacija umetnuta u koljeno
     • Parallel Inserted Inline – Adaptacija procesa Wafer cell – SRV Stargate

• • Ključna razmatranja za instalaciju
    • • Osjetljivo područje u kontaktu s tekućinom
      • Visoka temperatura
      • Visokotlačni
      • Procesni priključak i brtvljenje sonde
      • Ograničenja sonde u okomitoj ugradnji

Uvod

Ekstruzijsko prešanje je vrlo učinkovit i svestran proizvodni proces u raznim industrijama koji se koristi za proizvodnju kontinuiranih profila, kao što su cijevi, listovi, filmovi itd. Omogućuje veliku brzinu proizvodnje, učinkovitost materijala i mogućnost stvaranja složenih oblika poprečnog presjeka s dosljednom kvalitetom. Proizvodnja ekstruzijom igra važnu ulogu u globalnoj proizvodnji polimera i plastike. Posljednjih godina, napredak u automatizaciji, nadzor procesa u stvarnom vremenuoring, a održivi materijali, kao i važnost procesa recikliranja, povećali su preciznost i smanjili utjecaj na okoliš smanjenjem otpada.

Praćenje procesa u stvarnom vremenuoring je ključno za osiguranje visokokvalitetnih proizvoda. Veliki napredak postignut je u mjerenju temperature i tlakaoring procesa ekstruzije. Međutim, inline viskoznost monitoring, unatoč tome što je jedan od kritičnih čimbenika koji utječu na protok taline i punjenje kalupa, čak i značajniji od temperature i tlaka, suočio se s višestrukim izazovima. Testirane su različite metode za mjerenje viskoznosti s boljim ili lošijim rezultatima vezanim uz cijenu, kalibraciju, ponovljivost itd., što utječe na povjerenje operatera. Pod ovim okolnostima, Rheonics SRV linijski viskozimetar omogućuje ponovljiva mjerenja viskoznosti u teškim uvjetima strojeva za ekstruziju, čime se popunjava praznina za potpunu kontrolu procesa ekstruzije polimera.

Proces ekstruzijskog kalupljenja

Ekstruzija se može definirati kao kontinuirani proizvodni proces koji se koristi za stvaranje predmeta (ekstrudat) s konzistentan presjek tjeranjem rastaljenog materijala kroz matricu ili otvor da oblikuje oblik. Ekstruder se također može koristiti kao dio drugih proizvodnih procesa (termoformiranje, brizganje, puhanje, itd.). Ekstruzija se široko koristi u plastike, metala i gume industrije za proizvodnju proizvoda kao što su cijevi, cijevi, ploče, folije i profili.

Glavni fokus ove studije slučaja je ekstruzija polimera. Za razliku od ekstruzije metala, ekstruzija polimera može se raditi kontinuirano sve dok se materijal dovodi u stroj za ekstruziju. Ekstruzija se uglavnom koristi za termoplaste, ali elastomeri i duroplasti također se mogu prerađivati.

Stroj za ekstruziju općenito se sastoji od sljedećih dijelova. A lijevak, gdje se unosi polimerni materijal. A vijak za hranjenje je u stalnoj rotaciji duž a barel. Vijak se napaja pomoću a motorni pogon jedinicu i prijenosnik i tjera materijal da teče kroz a umrijeti. Grijaći elementi, smještene iznad bačve na kontroliranoj temperaturi, omekšavaju i tope polimerni materijal. Nakon matrice može se koristiti kalup s jednom ili više šupljina, gdje se rastopljeni materijal hladi da poprimi oblik željenog predmeta. Neki strojevi koriste a zupčana pumpa između kraja bačve i matrice za održavanje dobro definiranog konstantnog tlaka u izlaznom materijalu.

Sposobnost sklopa puža i bačve da istisne određeni materijal ovisi o karakteristikama plastičnog materijala, karakteristikama ili konstrukciji vijka i bačve i uvjetima pod kojima sustav radi.

Slika 2: Glavni dijelovi stroja za ekstruziju polimera.

Izazovi u ekstruziji polimera i kontroli procesa

Ekstruzija polimera je složen proces koji zahtijeva preciznu kontrolu više parametara kako bi se osigurao visokokvalitetni izlaz. Unatoč napretku tehnologije, i dalje postoji nekoliko izazova u procesu ekstruzije i njegovim kontrolnim sustavima. Ovi izazovi mogu utjecati na dosljednost proizvoda, učinkovitost i ukupne troškove proizvodnje.

Ključni procesni parametri su brzina vrtnje puža, temperatura kalupa i cijevi, viskoznost taline, temperatura taline, maseni protok, tlak taline, brzina hlađenja itd. [1]. Temperatura i tlak smatraju se najčešćim in-line nadziranim parametrima u procesu ekstruzije zahvaljujući više dostupnih tehnologija. Međutim, viskoznost taline (opisanu kao otpor tekućine protoku) nije lako izmjeriti ili pratiti u liniji unatoč tome što je jedan od najvažnijih parametara u procesu. Viskoznost taline povezana je s više karakteristika, kao što su:

• Debljina
• snaga
• Konstantni presjek
• Konzistencija u tekućem sastavu – homogeno miješanje punila, vlakana, bojila itd.
• Potrošnja energije
• Toplinska degradacija

Visoka viskoznost otopljene tekućine može uzrokovati slab protok, prekomjerni tlak i začepljenje kalupa, što dovodi do nedostataka poput hrapavosti površine i savijanja. Nasuprot tome, niska viskoznost može rezultirati ulegnućem, pretjeranim skupljanjem ili slabim mehaničkim svojstvima. Tada će cilj biti održati što je moguće konstantniju viskoznost tijekom procesa ekstruzije.

U većini slučajeva plastika je pseudoplastični materijal, što znači da postaje manje viskozna (lakše teče) kada se brže pomiče (reza). Stoga ne postoji linearni odnos između tlaka i protoka, niti između smičnih naprezanja (sila po jedinici površine, mjerena uglavnom u Pa) i brzine smicanja (brzina gibanja paralelnih slojeva tekućine, mjerena u s-1).

Trenutno ne postoji odgovarajući inline senzor za monitoring viskoznost u stvarnom vremenu u talinama ekstruzije. Kapilarni reometri dobro su poznati laboratorijski instrumenti koji se koriste za proučavanje reoloških svojstava polimera. Koristi klip za tjeranje taline kroz kapilarnu (vrlo finu) matricu, koja pokušava simulirati proces koji se događa u stroju za ekstruziju. Unatoč tome što je ovo dobro prihvaćen instrument za ispitivanje viskoznosti, on ne daje podatke o tekućini taline u stvarnom vremenu. Glavna pitanja ove metode su:

• Zahtijeva uzimanje uzoraka
• Ne baš reprezentativno
• Nije kontinuirani nadzororing
• Potrebno značajno održavanje i servisiranje

Rheonics SRV linijski procesni viskozimetar

SRV je Rheonics Inline viskozimetar prikladan za širok raspon viskoznosti, temperature i tlaka. Rheonics SRV koristi vrlo kompaktnu sondu s jednostavnim uputama za instalaciju i bez zahtjeva za održavanjem ili ponovnim kalibriranjem. Zbog kompaktnog dizajna SRV-a, postoji svestranost u vrstama instalacija koje korisnici odabiru.

Slika 3: Rheonics Inline SRV viskozimetar tanke linije s navojnim priključkom.

Integracija podataka

Rheonics SRV omogućuje online vizualizaciju ključnih parametara kao što su dinamička viskoznost i temperatura u strojevima za ekstruziju u stvarnom vremenu. Senzor se jednostavno integrira u lokalni monitororing i sustave upravljanja putem moćne elektronike koja pokreće višestruke industrijske protokole. Više informacija potražite u Elektronika Rheonics Stranica.

Rheonics senzori također pohranjuju podatke o mjerenju i statusu senzora u ugrađeni povjesničar. Ovaj automatski zapisnik dostupan je putem Rheonics RCP softver i koristan je za povijesni prikaz nadziranih parametara.

Mogućnosti instalacije

Okomita instalacija

Rheonics SRV se nalazi okomito na tok taline s dovoljnim uronjenjem da osjetilni element sonde bude u kontaktu s tekućinom.

Glavna prednost ove instalacije je što je vjerojatno najlakša od svih za instalaciju. SRV se može instalirati u postojeće priključke koje koriste senzori temperature ili tlaka, s glavnom razlikom što SRV sonda mora stršati u liniji, budući da je ovo intruzivna i invazivna sonda.

Ova okomita instalacija, međutim, ima glavni nedostatak izlaganja sonde velikoj sili savijanja zbog velike viskoznosti i brzine tekućine. Viskozno opterećenje može biti problem za standardnu ​​SRV sondu u okomitoj instalaciji, dodavanjem previše buke ili oštećivanjem sonde. Za odnose između veličine linije i ograničenja mase ili volumena pogledajte odjeljak "Ograničenja sonde u okomitoj instalaciji" ili članak SR sonde za visoko viskozne tekućine i velike brzine tekućine.

Glavna razmatranja za ovu instalaciju su veličina voda, brzina tekućine ili brzina protoka i rasponi viskoznosti. Veličina voda treba biti veća od 50 – 55 mm (2”) kako bi senzorni element SRV sonde mogao biti pravilno izložen tekućini. Brzina tekućine i rasponi viskoznosti uspoređuju se s tablicom u odjeljku "Ograničenja sonde u okomitoj instalaciji" kako bi se provjerile sile kojima će sonda biti izložena. Rheonics nudi SRV-HP za slučajeve visokog tlaka i velike sile savijanja.

Slika 4: Rheonics SRV okomita instalacija u ekstruzijskoj liniji.

Paralelna instalacija umetnuta u koljeno

Neki strojevi za ekstruziju imaju koljeno neposredno ispred matrice za smještaj mjernih instrumenata, poput temperaturnih senzora, aksijalno u odnosu na protok. Ovo se također može koristiti za Rheonics Inline viskozimetar SRV za paralelnu ugradnju.

Ovdje je glavna prednost smanjenje sile kojom tekućina djeluje na sondu, u usporedbi s okomitom ugradnjom. Paralelna instalacija također održava osjetni element centriranim u liniji, izbjegavajući naslage koje mogu utjecati na očitanja. The SRV-X6 Slimline sonda može se koristiti za minimalni pad tlaka i kompatibilan je s vodovima manjim od 50-55 mm (2”).

Glavno ograničenje ove instalacije je korištenje lakta prije matrice. To zahtijeva puno intervencija na stroju i mijenja orijentaciju ekstrudiranog materijala, čineći ovu opciju instalacije prikladnom samo za ekstruder strojeve koji imaju koljeno već u liniji. Nadalje, ova instalacija može biti oštećena zaprljanjem ili stagnacijom tekućine oko baze senzora na koljenom zidu. Ovo ne utječe na očitanja, ali nije poželjno ni u jednom redu.

Slika 5: Rheonics SRV paralelna instalacija u koljeno ekstruzijske linije.

Parallel Inserted Inline – Adaptacija procesa Wafer cell – SRV Stargate

Rheonics Stargate-SRV-EM, također nazvan Stargate Variant, dizajniran je za postavljanje SRV sonde obješene u središte linije instalirane u liniji u procesnim cijevima, kao u adapteru wafer ćelije. Prednost ovog rješenja je njegova otpornost na tekućine visoke viskoznosti i velike brzine te smanjenje mogućnosti stvaranja taloga.

Za ovu instalaciju općenito je potreban produžni dio u liniji i ova intervencija možda neće biti moguća za neke klijente zbog troškova, prerade ili problema s upravljanjem toplinom.

Primijetite da je stražnja strana sonde okrenuta prema tekućini, to je potrebno za održavanje velikih sila. Dodatno, SRV Stargate varijantu potrebno je naručiti u istoj veličini kao linija za istiskivanje, osim ako se redukcijski i ekspanzijski adapteri ne mogu koristiti u liniji.

Slika 6: Rheonics SRV paralelna instalacija "vafer ćelije" u ekstruzijskoj liniji.

Ključna razmatranja za instalaciju

Osjetljivo područje u kontaktu s tekućinom

Rheonics Inline Viscometer SRV glavni zahtjev za ugradnju je da područje osjeta bude uronjeno u tekućinu bez naslaga ili nakupina tekućine, jer one mogu utjecati na očitanja. Područje senzora SRV prikazano je na slici 7.

Slika 7: Područje senzora SRV.

Visoka temperatura

Procesi ekstruzije obično zahtijevaju temperaturu tekućine u rasponu od 180 do 220˚C (360 do 430˚F). To može varirati ovisno o materijalu, brzini i dizajnu vijka. Rheonics SRV linijski viskozimetar može se konfigurirati za temperature do 285°C (545°F). Korisnik bi trebao odabrati točnu temperaturu tijekom narudžbe. Sljedeća tablica prikazuje temperaturne vrijednosti za SRV sondu. Neki postupci ekstruzije mogu doseći vrlo visoke temperature, do 350/370 °C (670/700 °F), u tom slučaju predlažemo da kontaktirate Rheonics Tim za podršku na za daljnje informacije.

Tablica 1: SRV Inline Viskozimetar Ocjene temperature

Bilješka: Kabel osjetnika i senzorska elektronika imaju različite temperaturne granice koje se ne smiju prekoračiti.

Visokotlačni

Procesi ekstruzije mogu doseći vrlo visoke tlakove, do 10,000 670 psi, 70 bara ili XNUMX MPa. još jednom, Rheonics SRV treba konfigurirati u skladu s tim.

Tablica 2: Oznake tlaka SRV inline viskozimetra za ekstruziju

Procesni priključak i brtvljenje sonde

Za visokotlačne primjene, i sonda i procesni priključak moraju biti ocijenjeni za očekivani raspon tlaka. Za okomitu ugradnju Rheonics obično nudi G1/2” Thread sučelje. Dok se za paralelu u koljenu može koristiti prirubnica ili navojni spoj. Varijanta ugradnje wafer ćelije može se integrirati preko korisničkog prirubničkog sučelja pomoću O-Ring ili metalna brtva. Postojeći instalacijski priključci na stroju mogu se ponovno upotrijebiti za montiranje Rheonics senzorska sonda.

Kontakti Rheonics Tim za podršku na za raspravu o prikladnim opcijama ugradnje u vaše strojeve za ekstruziju.

Ograničenja sonde u okomitoj ugradnji

Pod određenim uvjetima, tekućine visoke viskoznosti mogu utjecati na SRV sondu kada se koristi okomita instalacija. Sile savijanja uzrokovane protokom tekućine mogu oštetiti sondu (Slika 8). Sile općenito ovise o viskoznosti i brzini tekućine. Sljedeći dijagram prikazuje odnos između brzine tekućine u m/s i dinamičke viskoznosti u Pa.s. Klijenti mogu koristiti dijagram kako bi odredili mogu li uvjeti procesa oštetiti standardnu ​​SRV sondu.

Slika 8: Sile savijanja na sondi zbog viskoznosti i brzine tekućine.

Slika 9: Dijagram koji prikazuje brzinu tekućine na X-osi i najveću dopuštenu dinamičku viskoznost na Y-osi za SRV.

Općenito, ograničenje od 12 m/s preporučuje se za korištenje SRV-a u okomitim instalacijama. Prelazak preko ove granice brzine može uzrokovati previše šuma pri očitavanju ili oštećenje sonde. Sljedeća tablica pokazuje što ova brzina znači na volumetrijski i maseni protok za različite veličine vodova.

Saznajte više o vrstiSR sonde za mjerenje visoko viskoznih tekućina i velikih brzina tekućina.

Reference

1. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2665917422000150

2. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0141391013004497

3. https://www.dynisco.com/userfiles/files/27429_Legacy_Txt.pdf

4. HK Bruss – Mjerenje viskoznosti za automatsku kontrolu i nadzororing jednolikosti procesa ekstruzije

5. Rheonics - SR sonde za visoko viskozne tekućine i velike brzine tekućine.