Door naar hoofdmenu
Realtime reologiemetingen van polymeersmeltingen

Introductie

Polymeren zijn van goedkope vervangers voor natuurlijke producten veranderd in hoogwaardige opties voor een verscheidenheid aan industriële toepassingen vanwege hun lage kosten, bereik van eigenschappen (hoge chemische bestendigheid, hoge temperatuurbestendigheid, hoge sterkte-gewichtsverhouding) en gemak van verwerking. Ze worden gebruikt als folieverpakking in massieve vormvormen voor carrosserieonderdelen, tv-kasten, vliegtuigonderdelen, schuim voor koffiebekers en koelkastisolatie, vezels voor kleding en tapijten, kleefstoffen, rubber voor banden en slangen, verf en andere coatings en veel andere applicaties.

Polymeerextrusie is extreem energie-intensief en de real-time monitoring van energieverbruik en smeltkwaliteit is uiterst noodzakelijk geworden om te voldoen aan nieuwe koolstofregelgeving en om te overleven in de zeer competitieve kunststofmarkt.

polymeer-extrusie

Aanvraag

Polymeren ondergaan spuitgieten, compressievormen of extrusie - die allemaal vereisen dat een polymeer in een vorm wordt gedwongen. De verwerking is echter energie-intensief. In het VK bedragen de elektriciteitskosten voor de verwerking van kunststoffen ruwweg £ 350 miljoen per jaar. Een vermindering van het elektriciteitsverbruik zou leiden tot enorme besparingen en een aanzienlijke vermindering van de milieubelasting.

De energie die wordt verbruikt tijdens de polymeerverwerking kan worden onderverdeeld in twee aspecten: het energiebeheersysteem op hoog niveau en de machinebesturing op laag niveau. Voor het energiebeheersysteem op hoog niveau kan ongeveer 30% reductie in energieverbruik worden bereikt door procesbeheer en onderhoud. Zonder het juiste procesbeheer dragen niet-optimale bedrijfsinstellingen zoals thermische verwarming, koeling en de verwerkingssnelheid in het geval van polymeerextrusieproces bij aan enorme energieverspilling.

De dichtheid en viscositeit van polymeersmeltingen zijn zeer belangrijke fysisch-chemische parameters in een polymeervervaardigingsproces. Het zijn zeer belangrijke factoren die de productiekosten en de winstgevendheid van het productieproces beïnvloeden. Polymeren ondergaan spuitgieten, compressievormen of extrusie - die allemaal vereisen dat een polymeer in een vorm wordt gedwongen.

Inline karakterisatie van materialen toont een toegenomen populariteit onder onderzoekers die werken aan het verbeteren van de prestaties van vele bestaande productieprocessen en nieuwe processen. De voordelen verbonden aan de toepassing van deze technieken kunnen direct verband houden met verbeterde kwaliteit en lagere productiekosten. Reologiemetingen kunnen worden gebruikt voor materiaalkarakterisering, bepaling van de verwerkbaarheid en als invoergegevens voor computersimulaties. Reologie heeft voordelen ten opzichte van andere methoden vanwege de gevoeligheid ervan voor bepaalde aspecten van de structuur, zoals staart en vertakkingen met een hoog molecuulgewicht. In veel gevallen is reologische karakterisering veel sneller dan zijn tegenhangers.

In het extrusieproces is productdichtheid de belangrijkste factor die de productiekosten en de algemene winstgevendheid van het productieproces beïnvloedt. Een vermindering van de dichtheid vermindert de grondstofkosten. Als de productdichtheid echter te laag wordt gehouden, tast dit de mechanische eigenschappen en geometrische nauwkeurigheid aan. Daarom is een kritische balans essentieel om de materiaalkosten te verlagen met behoud van voldoende sterkte en nauwkeurigheid. De dichtheid van PVC-schuim kan worden geregeld door het type en de hoeveelheid samengestelde additieven, verwerkingsparameters (temperatuur, schroefsnelheid) of beide te variëren.

Het belangrijkste doel van het continu aanpassen van de bedrijfsinstellingen is het garanderen van een consistente smeltkwaliteit. Onderzoek heeft aangetoond dat de smeltviscositeit waarschijnlijk de beste indicator is voor smeltkwaliteit (Cogswell, 1981). Voor meer viskeuze materialen moet meer kracht worden uitgeoefend en moeten andere omstandigheden worden aangepast, zoals temperatuur. Fabrikanten moeten deze informatie zorgvuldig begrijpen om de juiste omstandigheden en het beste gebruik van middelen te garanderen. Voor het optimaliseren van de bedrijfsinstellingen is een real-time monitoring van de smeltviscositeit vereist.

Uitdagingen

Extrusie met één of twee schroeven zijn de meest gebruikte extrusietechnieken. Plastic korrels worden geduwd door een schroef die van de toevoerzone naar de matrijs beweegt, en korrels smelten met warmte van schuifspanning en vatverwarming.

Applicatie gerelateerd

De meeste polymere materialen vertonen een extreem gecompliceerd gedrag, vooral in het geval van polymeersmeltingen. De applicatie vereist metingen in zeer moeilijke omstandigheden - bij hoge druk (50-100 MPa) en hoge temperatuur (ongeveer 150-300 ° C). In HPHT bestaat een groot risico op problemen met nauwkeurigheid en betrouwbaarheid.

Problemen met procesbewaking met motorverbruik

Weinig kunststofverwerkende bedrijven monitoren het motorverbruik van de extrudermotor om de smeltstabiliteit, de kwaliteit van het eindproduct en ook de energie-efficiëntie te onderzoeken. Er zijn echter weinig uitdagingen met deze techniek:

  • Installatie van energiemeters voor elke extruder is duur en wiskundige modellen op basis van procesinstellingen zijn wellicht een beter alternatief
  • Bestaande modellen zijn sterk afhankelijk van de geometrie van extruder- en polymeermaterialen, het is moeilijk om hetzelfde model op verschillende use-cases te gebruiken zonder opnieuw te trainen

Problemen met procesbewaking met smeltdruk

In de industrie wordt de smeltdruk in de buurt van de schroefpunt meestal geaccepteerd als de belangrijkste indicator voor smeltkwaliteit. Enkele beperkingen met deze techniek:

  • Het is bekend dat de druk evenredig is met de schroefsnelheid, maar deze wordt ook enigszins beïnvloed door de smelttemperatuur, schroefgeometrie en het polymeermateriaal dat wordt verwerkt.
  • Onstabiele smeltdruk veroorzaakt fluctuaties in de doorvoer en variaties in de kwaliteit van het eindproduct.

Beperkingen van traditionele viscositeitsmeettechnieken

Het reologische gedrag van de meeste polymere materialen is vrij complex. De viscositeit is zowel afschuif- als thermische geschiedenis afhankelijk. Vaak wordt de polymeerviscositeit off-line gemeten. Een monster van polymeerverbinding wordt gesmolten en in een speciale capillaire buis (glazen viscositeitsmeter) gebracht of door een capillaire buis op te nemen die parallel aan de extruder is gemonteerd in het geval van online metingen. Beide technieken brengen lange tijdsvertragingen met zich mee als gevolg van de tijd die de smelt nodig heeft om door de doorvoerleidingen en het capillair te stromen. In sommige gevallen worden viscometers op de extrusielijnen gemonteerd die de spanning op de matrijswand meten door de drukval langs een spleet of capillair te meten en wordt het debiet gemeten door een extra stromingsmeter. Hoewel deze methoden viscositeitsmetingen produceren die relevanter zijn voor het extrusieproces, verstoort de stroommeter vaak de smeltstroom waardoor de oorspronkelijke stromingseigenschappen worden gewijzigd.

Conventionele mechanische en elektromechanische viscometers die voornamelijk zijn ontworpen voor laboratoriummetingen zijn moeilijk te integreren in de controle- en monitoringomgeving. De huidige testmethode in off-site labs is niet optimaal en duur vanwege de logistieke uitdagingen van verzending en hoge vaste kosten. De complexe veranderingen die plaatsvinden in een motor of compressor kunnen vaak niet worden bepaald op basis van een routine-oliemonster, omdat de gegevens die worden weergegeven door een dergelijk monster eenvoudig een momentopname van de toestand van de olie weergeven op het moment dat het monster wordt genomen en de conventionele instrumenten kunnen worden beïnvloed door afschuifsnelheid, temperatuur en andere variabelen.

Waarom is realtime online reologiemeting belangrijk?

Er zijn verschillende motiverende voordelen van kosten-, milieu- en logistieke perspectieven tot on-line realtime viscositeitscontrole in het polymeerproductieproces. Het is een uitstekende tool voor materiaalkarakterisering en diverse probleemoplossing. De belangrijkste voordelen zijn:

Economische en logistieke voordelen, lagere productiekosten: Online viscositeitsanalyse zou het aantal monsters dat naar off-site laboratoria wordt gestuurd, en de daarmee gepaard gaande kosten verminderen. Continue output van analyses ter plaatse zou ook de arbeidskosten / verzendkosten en bemonsteringsfouten verminderen.

Reologische metingen kunnen helpen bij het oplossen van problemen tijdens de verwerking van polymeren en het verminderen van fouten:

  • Haaien huid: Materialen die niet erg dunner worden, zijn gevoelig voor haaienhuid bij relatief lagere doorvoersnelheden. De viscositeitsinformatie van materiaal bij de verwerkingstemperatuur (in de lipregio) kan essentieel zijn om schuifspanning te verminderen, de matrijstemperatuur te verhogen of additieven te gebruiken die uitglijden bevorderen en het defect voorkomen.
  • Bubble-instabiliteit bij het blazen van films: Lage smeltsterkte van materiaal kan dit defect veroorzaken. Uitbreidingsviscositeit en / of smeltsterktewaarden van materialen kunnen worden gebruikt om bellenstabiliteit van verschillende materialen te vergelijken en het juiste materiaal voor de toepassing te kiezen. Koeling kan de bellentemperatuur helpen verlagen en daarmee de smeltsterkte verhogen.
  • Slechte menging van twee polymeren: Wanneer het viscositeitsverschil tussen twee te mengen polymeren groot is (bijvoorbeeld over 5 tijden), is mengen buitengewoon moeilijk omdat de schuifspanning uitgeoefend door de matrix op de gedispergeerde fase met hogere viscositeit niet groot genoeg is om uiteenvallen te veroorzaken. Corrigerende werking zou zijn om een ​​matrix met een hogere viscositeit te gebruiken.

Verbeterde kwaliteit van het eindproduct: De reologische metingen van de grondstof en het eindproduct kunnen producteigenschappen karakteriseren zoals slagvastheid, optica, kromtrekken, brosheid enz. Continue monitoring kan helpen bij het detecteren van elke modificatie of degradatie die tijdens het extrusieproces zou kunnen optreden.

Verminderd energieverbruik: Voor het optimaliseren van de bedrijfsinstellingen is een realtime monitoring van de smeltviscositeit vereist. Optimaal gebruik van hulpbronnen en elektriciteit tijdens de productie met strakke controle over de processen wordt gegarandeerd met real-time inline reologische metingen.

Verhoogde veiligheid van werknemers: Andere factoren zoals gezondheids- en veiligheidseisen voor het werken met oplosmiddelen, aandacht voor het milieu en de behoefte aan gespecialiseerd personeel om deze tests uit te voeren (die in een laboratorium moeten worden uitgevoerd) dragen bij aan de grote populariteit van de oplosmiddelvrije methode.

Snellere responstijden: In-situ viscositeitsanalyse (en dichtheid) zou de vertraging tussen bemonstering en het ontvangen van een reactie van het laboratorium verminderen / elimineren.

Milieu: Het gebruik van hulpbronnen kan worden gemaximaliseerd door online bewakingssystemen, wat resulteert in minder verspilling die goed is voor het milieu. Verbeterde duurzaamheid door verminderde emissies.

Oplossingen van Rheonics

Geautomatiseerde, realtime in-line viscositeitsmeting is cruciaal voor de productie van polymeren. Rheonics biedt de volgende oplossingen, gebaseerd op een gebalanceerde torsieresonator, voor procescontrole en optimalisatie in de polymeerverwerking:

  1. In lijn viscositeit afmetingen: Rheonics' SRV is een is een breed bereik, in-line viscositeitsmeetapparaat met ingebouwde vloeistoftemperatuurmeting en is in staat om viscositeitsveranderingen in elke processtroom in realtime te detecteren.
  2. In lijn Viscositeit en dichtheid afmetingen: Rheonics' SRD is een in-line simultaan meetinstrument voor dichtheid en viscositeit met ingebouwde vloeistoftemperatuurmeting. Als dichtheidsmeting belangrijk is voor uw activiteiten, is SRD de beste sensor om aan uw behoeften te voldoen, met operationele mogelijkheden die vergelijkbaar zijn met de SRV, samen met nauwkeurige dichtheidsmetingen.

Geautomatiseerde in-line viscositeitsmeting via SRV of een SRD elimineert de variaties in monsterafname en laboratoriumtechnieken die worden gebruikt voor viscositeitsmeting volgens de traditionele methoden. De sensor bevindt zich in lijn zodat hij continu de viscositeit (en dichtheid in het geval van SRD) meet. Het gebruik van een SRV / SRD voor procesmonitoring kan de productiviteit verbeteren en de winstmarges verhogen. Beide sensoren hebben een compacte vormfactor voor eenvoudige OEM- en retrofit-installatie. Ze vereisen geen onderhoud of herconfiguraties. Beide sensoren bieden nauwkeurige, herhaalbare resultaten, ongeacht hoe of waar ze zijn gemonteerd, zonder speciale kamers, rubberen afdichtingen of mechanische bescherming. Zonder verbruiksartikelen zijn SRV en SRD uiterst eenvoudig te bedienen.

Compacte vormfactor, geen bewegende delen en vereisen geen onderhoud

De SRV en SRD van Rheonics hebben een zeer kleine vormfactor voor eenvoudige OEM- en retrofit-installatie. Ze maken eenvoudige integratie in elke processtroom mogelijk. Ze zijn eenvoudig te reinigen en vereisen geen onderhoud of herconfiguraties. Ze hebben een kleine voetafdruk waardoor Inline-installatie in elke proceslijn mogelijk is, waardoor extra ruimte of adaptervereisten worden vermeden.

Hoge stabiliteit en ongevoelig voor montageomstandigheden: elke configuratie mogelijk

Rheonics SRV en SRD gebruiken unieke gepatenteerde coaxiale resonator, waarbij twee uiteinden van de sensoren in tegengestelde richtingen draaien, reactiekoppels op hun montage opheffen en dus volledig ongevoelig voor montageomstandigheden en stroomsnelheden. Deze sensoren kunnen gemakkelijk omgaan met regelmatige verplaatsing. Sensorelement zit direct in de vloeistof, zonder speciale behuizing of beschermende kooi.

Direct nauwkeurige uitlezingen van procescondities - Compleet systeemoverzicht en voorspellende controle

De software van Rheonics is krachtig, intuïtief en gemakkelijk te gebruiken. Real-time viscositeit kan worden gevolgd op een computer. Meerdere sensoren worden beheerd vanuit een enkel dashboard verspreid over de fabrieksvloer. Geen effect van drukpulsatie van pompen op sensorwerking of meetnauwkeurigheid. Onaangetast door schokken, trillingen of stromingsomstandigheden.

Eenvoudige installatie en geen herconfiguraties / herkalibraties nodig

Vervang sensoren zonder elektronica te vervangen of opnieuw te programmeren, drop-in vervangingen voor zowel sensor als elektronica zonder firmware-updates of wijzigingen in de kalibratiecoëfficiënt. Eenvoudige montage. Wordt in ¾ ”NPT-schroefdraad in inktleidingfitting geschroefd. Geen kamers, O-ringafdichtingen of pakkingen. Gemakkelijk te verwijderen voor reiniging of inspectie. SRV verkrijgbaar met flens en tri-clamp aansluiting voor eenvoudige montage en demontage.

Laag energieverbruik

24V DC-voeding met minder dan 0.1 A stroomopname tijdens normaal bedrijf

Snelle reactietijd en temperatuur gecompenseerde viscositeit

Ultrasnelle en robuuste elektronica, gecombineerd met uitgebreide computermodellen, maken Rheonics-apparaten een van de snelste en meest nauwkeurige in de industrie. SRV en SRD geven elke seconde realtime, nauwkeurige viscositeitsmetingen (en dichtheid voor SRD) en worden niet beïnvloed door variaties in het debiet!

Brede operationele mogelijkheden

De instrumenten van Rheonics zijn gebouwd om metingen uit te voeren in de meest uitdagende omstandigheden. SRV heeft het breedste operationele bereik op de markt voor inline procesviscometer:

  • Drukbereik tot 5000 psi
  • Temperatuurbereik van -40 tot 200 ° C
  • Viscositeitsbereik: 0.5 cP tot 50,000 cP

SRD: één instrument, drievoudige functie - Viscositeit, temperatuur en dichtheid

De SRD van Rheonics is een uniek product dat drie verschillende instrumenten voor viscositeits-, dichtheids- en temperatuurmetingen vervangt. Het elimineert de moeilijkheid om drie verschillende instrumenten naast elkaar te plaatsen en levert uiterst nauwkeurige en herhaalbare metingen onder de zwaarste omstandigheden.

Clean in place (CIP)

SRV (en SRD) bewaakt het opruimen van lijnen door de viscositeit (en dichtheid) van het oplosmiddel tijdens de reinigingsfase te controleren. Elk klein residu wordt gedetecteerd door de sensor, zodat de operator kan beslissen wanneer de lijn voor dat doel schoon is. Als alternatief biedt SRV informatie aan het geautomatiseerde reinigingssysteem om volledige en herhaalbare reiniging tussen runs te garanderen, in tegenstelling tot glazen capillairen.

Superieur sensorontwerp en -technologie

Geavanceerde, gepatenteerde 3rd-generatie elektronica stuurt deze sensoren aan en evalueert hun reactie. SRV en SRD zijn beschikbaar met industriële standaard procesverbindingen zoals ¾ ”NPT en 1” Tri-clamp waarmee operators een bestaande temperatuursensor in hun proceslijn kunnen vervangen door SRV / SRD die naast waardevolle informatie zeer waardevolle en bruikbare procesvloeistofinformatie zoals viscositeit geeft. van de temperatuur met behulp van een ingebouwde Pt1000 (DIN EN 60751 Klasse AA, A, B beschikbaar).

Elektronica gebouwd om aan uw behoeften te voldoen

De sensorelektronica is beschikbaar in zowel een explosieveilige transmitterbehuizing als een DIN-railmontage met een kleine vormfactor en maakt een eenvoudige integratie in procespijpleidingen en in apparatuurkasten van machines mogelijk.

 

Eenvoudig te integreren

Meerdere analoge en digitale communicatiemethoden die in de sensorelektronica zijn geïmplementeerd, maken het aansluiten op industriële PLC- en besturingssystemen eenvoudig en eenvoudig.

 

ATEX- en IECEx-naleving

Rheonics biedt intrinsiek veilige sensoren gecertificeerd door ATEX en IECEx voor gebruik in gevaarlijke omgevingen. Deze sensoren voldoen aan de essentiële gezondheids- en veiligheidseisen met betrekking tot het ontwerp en de constructie van apparatuur en beveiligingssystemen die zijn bedoeld voor gebruik in mogelijk explosieve atmosferen.

De intrinsiek veilige en explosieveilige certificeringen van Rheonics maken ook aanpassing van een bestaande sensor mogelijk, waardoor onze klanten de tijd en kosten kunnen vermijden die gepaard gaan met het identificeren en testen van een alternatief. Aangepaste sensoren kunnen worden geleverd voor toepassingen die één eenheid tot duizenden eenheden vereisen; met doorlooptijden van weken versus maanden.

Rheonics SRV & SRD zijn beide ATEX- en IECEx-gecertificeerd.

ATEX (2014 / 34 / EU) gecertificeerd

De ATEX-gecertificeerde intrinsiek veilige sensoren van Rheonics voldoen aan de ATEX-richtlijn 2014/34 / EU en zijn gecertificeerd voor intrinsieke veiligheid tot Ex ia. De ATEX-richtlijn specificeert minimale en essentiële vereisten met betrekking tot gezondheid en veiligheid om werknemers te beschermen die in gevaarlijke atmosferen werken.

De ATEX-gecertificeerde sensoren van Rheonics worden erkend voor gebruik binnen Europa en internationaal. Alle ATEX-gecertificeerde onderdelen zijn gemarkeerd met "CE" om naleving aan te geven.

IECEx gecertificeerd

De intrinsiek veilige sensoren van Rheonics zijn gecertificeerd door IECEx, de International Electrotechnical Commission voor certificering volgens normen met betrekking tot apparatuur voor gebruik in explosieve atmosferen.

Dit is een internationale certificering die zorgt voor naleving van de veiligheid voor gebruik in gevaarlijke gebieden. Rheonics-sensoren zijn gecertificeerd voor Intrinsic Safety to Ex i.

Implementatie

Installeer de sensor rechtstreeks in uw processtroom om realtime viscositeits- en dichtheidsmetingen te doen. Er is geen omloopleiding vereist: de sensor kan in-line worden ondergedompeld, de stroomsnelheid en trillingen hebben geen invloed op de meetstabiliteit en nauwkeurigheid. Optimaliseer het besluitvormingsproces door herhaalde, opeenvolgende en consistente tests op de vloeistof te leveren.

Rheonics instrumentkeuze

Rheonics ontwerpt, produceert en verkoopt innovatieve systemen voor vloeistofdetectie en -bewaking. De in-line viscometers van Rheonics, met precisie gebouwd in Zwitserland, hebben de gevoeligheid die de toepassing vereist en de betrouwbaarheid die nodig is om te overleven in een barre werkomgeving. Stabiele resultaten - zelfs onder ongunstige stromingsomstandigheden. Geen effect van drukval of debiet. Het is even goed geschikt voor kwaliteitscontrolemetingen in het laboratorium.

Voorgestelde product (en) voor de toepassing

• Breed viscositeitsbereik - bewaak het volledige proces
• Herhaalbare metingen in zowel Newtoniaanse als niet-Newtoniaanse vloeistoffen, eenfase en meerfase vloeistoffen
• Volledig metalen (316L roestvrij staal) constructie
• Ingebouwde vloeistoftemperatuurmeting
• Compacte vormfactor voor eenvoudige installatie in bestaande proceslijnen
• Eenvoudig schoon te maken, geen onderhoud of herconfiguraties nodig

• Eén instrument voor meting van procesdichtheid, viscositeit en temperatuur
• Herhaalbare metingen in zowel Newtoniaanse als niet-Newtoniaanse vloeistoffen, eenfase en meerfase vloeistoffen
• Volledig metalen (316L roestvrij staal) constructie
• Ingebouwde vloeistoftemperatuurmeting
• Compacte vormfactor voor eenvoudige installatie in bestaande leidingen
• Eenvoudig schoon te maken, geen onderhoud of herconfiguraties nodig

Zoeken