Rysunek 1: Maszyna wytłaczająca.

Spis treści

1. Wprowadzenie
2. Proces formowania ekstruzyjnego
3. Wyzwania w zakresie wytłaczania polimerów i kontroli procesu
4. Rheonics Lepkościomierz procesowy SRV Inline
   • Integracja danych
   • Opcje instalacji
     • Instalacja prostopadła
     • Montaż równoległy włożony do kolanka
     • Równoległe wstawianie w linii – adaptacja procesu ogniwa waflowego – SRV Stargate

• • Kluczowe kwestie dotyczące instalacji
    • • Obszar wykrywania w kontakcie z płynem
      • Wysoka temperatura
      • Wysokie ciśnienie
      • Podłączenie i uszczelnienie sondy procesowej
      • Ograniczenia sondy przy instalacji prostopadłej

Wprowadzenie

Formowanie ekstruzyjne to wysoce wydajny i wszechstronny proces produkcyjny w różnych branżach, stosowany do produkcji profili ciągłych, takich jak rury, arkusze, folie itp. Umożliwia on dużą prędkość produkcji, wydajność materiałową i możliwość tworzenia złożonych kształtów przekrojowych o stałej jakości. Produkcja ekstruzyjna odgrywa ważną rolę w globalnej produkcji polimerów i tworzyw sztucznych. W ostatnich latach postęp w automatyzacji, monitorowaniu procesów w czasie rzeczywistymoringi zrównoważone materiały, a także znaczenie procesów recyklingu, pozwoliły zwiększyć precyzję i zmniejszyć wpływ na środowisko poprzez redukcję odpadów.

Monitorowanie procesów w czasie rzeczywistymoring jest kluczem do zapewnienia wysokiej jakości produktów. Osiągnięto duże postępy w monitorowaniu temperatury i ciśnieniaoring procesów wytłaczania. Jednakże, inline lepkość monitororing, mimo że jest jednym z krytycznych czynników wpływających na przepływ stopu i wypełnienie matrycy, nawet ważniejszym niż temperatura i ciśnienie, napotkał wiele wyzwań. Przetestowano różne metody pomiaru lepkości z lepszymi lub gorszymi wynikami związanymi z kosztami, kalibracją, powtarzalnością itp., które wpływają na pewność operatora. W tych okolicznościach, Rheonics Wiskozymetr liniowy SRV umożliwia powtarzalne pomiary lepkości w trudnych warunkach panujących w maszynach do wytłaczania, wypełniając tym samym lukę w zakresie pełnej kontroli procesu wytłaczania polimerów.

Proces formowania ekstruzyjnego

Ekstruzję można zdefiniować jako ciągły proces produkcyjny, w którym tworzy się obiekty (wytłoczki) o spójny przekrój poprzez wtłaczanie stopionego materiału przez matrycę lub otwór w celu nadania mu kształtu. Wytłaczarka może być również stosowana jako część innych procesów produkcyjnych (termoformowanie, wtrysk, formowanie rozdmuchowe itp.). Wytłaczanie jest szeroko stosowane w plastik, metal i guma branże produkujące produkty takie jak rury, rurki, arkusze, folie i profile.

Głównym celem tego studium przypadku jest wytłaczanie polimerów. W przeciwieństwie do wytłaczania metali, wytłaczanie polimerów może być wykonywane w sposób ciągły, o ile materiał jest podawany do maszyny wytłaczającej. Wytłaczanie jest stosowane głównie do tworzyw termoplastycznych, ale można również przetwarzać elastomery i tworzywa termoutwardzalne.

Maszyna do wytłaczania składa się zazwyczaj z następujących części. zbiornik, gdzie wprowadzany jest materiał polimerowy. A ślimak podający jest w ciągłym ruchu obrotowym wzdłuż beczkaŚruba jest napędzana przez Napęd jednostkę i przekładnię, a następnie wymusza przepływ materiału przez umierać. Elementy grzewcze, umieszczone nad lufą w kontrolowanej temperaturze, zmiękczają i topią materiał polimerowy. Po matrycy można użyć formy z jedną lub wieloma wnękami, w której materiał stopiony jest schładzany, aby przybrał kształt pożądanego obiektu. Niektóre maszyny wykorzystują pompa zębata między końcem lufy a matrycą, aby utrzymać wyraźnie określone, stałe ciśnienie w materiale wychodzącym.

Zdolność zespołu ślimaka i cylindra do wytłaczania określonego materiału zależy od właściwości tworzywa sztucznego, charakterystyki lub konstrukcji ślimaka i cylindra, a także warunków, w jakich system jest eksploatowany.

Rysunek 2: Główne części maszyny do wytłaczania polimerów.

Wyzwania w zakresie wytłaczania polimerów i kontroli procesu

Ekstruzja polimerów to złożony proces, który wymaga precyzyjnej kontroli wielu parametrów w celu zapewnienia wysokiej jakości wyników. Pomimo postępu technologicznego, w procesie wytłaczania i jego systemach sterowania nadal istnieje kilka wyzwań. Wyzwania te mogą mieć wpływ na spójność produktu, wydajność i ogólne koszty produkcji.

Kluczowymi parametrami procesu są prędkość obrotowa ślimaka, temperatura matrycy i cylindra, lepkość stopu, temperatura stopu, szybkość przepływu masy, ciśnienie stopu, szybkość chłodzenia itp. [1]. Temperatura i ciśnienie są uważane za najczęściej monitorowane parametry w linii w procesie wytłaczania dzięki wielu dostępnym technologiom. Jednak lepkość stopu (opisana jako opór płynu na przepływ) nie jest łatwa do zmierzenia lub monitorowania w linii, pomimo że jest jednym z najważniejszych parametrów w procesie. Lepkość stopu odnosi się do wielu cech, takich jak:

• Grubość
• Moc:
• Stały przekrój poprzeczny
• Jednorodność składu cieczy – jednorodne wymieszanie wypełniacza, włókien, barwników itp.
• Zużycie energii
• Degradacja termiczna

Wysoka lepkość roztopionego płynu może powodować słaby przepływ, nadmierne ciśnienie i zatykanie matrycy, co prowadzi do defektów, takich jak chropowatość powierzchni i odkształcenia. Natomiast niska lepkość może powodować obwisanie, nadmierne kurczenie się lub słabe właściwości mechaniczne. Następnie celem będzie utrzymanie lepkości tak stałej, jak to możliwe, w procesie wytłaczania.

W większości przypadków tworzywa sztuczne są materiałami pseudoplastycznymi, co oznacza, że ​​stają się mniej lepkie (łatwiejsze do płynięcia), gdy są przemieszczane (ścinane) szybciej. Dlatego nie ma liniowej zależności między ciśnieniem a przepływem, ani między naprężeniem ścinającym (siła na jednostkę powierzchni, mierzona głównie w Pa) a szybkością ścinania (szybkość ruchu równoległych warstw cieczy, mierzona w s-1).

Obecnie nie ma odpowiedniego czujnika liniowego do monitorowaniaoring lepkość w czasie rzeczywistym w stopach wytłaczanych. Reometry kapilarne to dobrze znane instrumenty laboratoryjne używane do badania właściwości reologicznych polimerów. Wykorzystują tłok do przepychania stopu przez kapilarną (bardzo cienką) matrycę, która próbuje symulować proces zachodzący w maszynie wytłaczającej. Pomimo że jest to powszechnie akceptowany instrument testowy do pomiaru lepkości, nie daje on danych inline w czasie rzeczywistym dotyczących płynu stopionego. Główne problemy tej metody to:

• Wymaga pobrania próbek
• Nie jest to w pełni reprezentatywne
• Nie ciągły monitoringoring
• Wymaga znacznej konserwacji i serwisowania

Rheonics Lepkościomierz procesowy SRV Inline

SRV jest Rheonics Wiskozymetr liniowy odpowiedni do szerokiego zakresu lepkości, temperatur i ciśnień. Rheonics SRV wykorzystuje bardzo kompaktową sondę z prostymi instrukcjami instalacji i bez konieczności konserwacji lub ponownej kalibracji. Dzięki kompaktowej konstrukcji SRV użytkownicy mają wszechstronność w typach instalacji.

Rysunek 3: Rheonics Wiskozymetr SRV typu slimline z przyłączem gwintowanym.

Integracja danych

Rheonics SRV umożliwia wizualizację online w czasie rzeczywistym kluczowych parametrów, takich jak lepkość dynamiczna i temperatura w maszynach do wytłaczania. Czujnik można łatwo zintegrować z lokalnym monitooring i systemy sterowania za pośrednictwem wydajnej elektroniki, która obsługuje wiele protokołów przemysłowych. Więcej informacji znajdziesz w Elektronika Rheonics Strona.

Rheonics czujniki przechowują również dane pomiarowe i dane o stanie czujników w pokładowym historyku. Ten automatyczny rejestrator jest dostępny poprzez Rheonics Oprogramowanie RCP jest przydatne do przeglądania danych historycznych monitorowanych parametrów.

Opcje instalacji

Instalacja prostopadła

Rheonics SRV jest umieszczony prostopadle do przepływu stopu, w miejscu zanurzenia wystarczającym do tego, aby element pomiarowy sondy miał kontakt z płynem.

Główną zaletą tej instalacji jest to, że jest prawdopodobnie najłatwiejsza do zainstalowania. SRV można zainstalować w istniejących portach używanych przez czujniki temperatury lub ciśnienia, z główną różnicą, że sonda SRV musi wystawać z linii, ponieważ jest to sonda inwazyjna i inwazyjna.

Jednakże ta instalacja prostopadła ma główną wadę, jaką jest narażenie sondy na dużą siłę zginającą z powodu wysokiej lepkości i prędkości cieczy. Obciążenie lepkie może być problemem dla standardowej sondy SRV w instalacji prostopadłej, powodując zbyt duży hałas lub uszkadzając sondę. Aby uzyskać informacje na temat relacji między rozmiarem linii a ograniczeniami masy lub szybkości przepływu objętości, zobacz sekcję „Ograniczenia sondy w instalacji prostopadłej” lub artykuł Sondy SR do cieczy o dużej lepkości i dużych prędkościach przepływu cieczy.

Głównymi zagadnieniami przy tej instalacji są rozmiar przewodu, prędkość lub natężenie przepływu cieczy oraz zakresy lepkości. Rozmiar przewodu powinien być większy niż 50–55 mm (2”), aby element pomiarowy sondy SRV mógł być prawidłowo wystawiony na działanie cieczy. Zakresy prędkości i lepkości cieczy są porównywane z tabelą w sekcji „Limity sondy przy instalacji prostopadłej”, aby zweryfikować siły, na które sonda będzie wystawiona. Rheonics oferuje SRV-HP do przypadków wysokiego ciśnienia i dużych sił zginających.

Rysunek 4: Rheonics Montaż pionowy SRV na linii wytłaczania.

Montaż równoległy włożony do kolanka

Niektóre maszyny do wytłaczania mają łokieć tuż przed matrycą, aby pomieścić instrumenty pomiarowe, takie jak czujniki temperatury, osiowo do przepływu. Może być on również używany do Rheonics Wiskozymetr liniowy SRV do instalacji równoległej.

Tutaj główną zaletą jest zmniejszenie siły wywieranej na sondę przez płyn, w porównaniu z instalacją prostopadłą. Instalacja równoległa utrzymuje również element pomiarowy w centrum linii, unikając osadów, które mogą wpływać na odczyty. Sonda SRV-X6 Slimline można go stosować przy minimalnym spadku ciśnienia i jest kompatybilny z liniami o średnicy mniejszej niż 50-55 mm (2”).

Głównym ograniczeniem tej instalacji jest użycie kolanka przed matrycą. Wymaga to dużej ingerencji w maszynę i zmienia orientację wytłaczanego materiału, co sprawia, że ​​ta opcja instalacji nadaje się tylko do maszyn wytłaczających, które mają już kolanko w linii. Ponadto ta instalacja może być narażona na zanieczyszczenie lub zastój płynu wokół podstawy czujnika na ściance kolanka. Nie wpływa to na odczyty, ale nie jest pożądane w żadnej linii.

Rysunek 5: Rheonics Montaż równoległy SRV w kolanku linii wytłaczania.

Równoległe wstawianie w linii – adaptacja procesu ogniwa waflowego – SRV Stargate

Rheonics Stargate-SRV-EM, zwany również wariantem Stargate, został zaprojektowany do umieszczenia sondy SRV zawieszonej w środku linii zainstalowanej w rurociągach procesowych, jak w adapterze ogniwa waflowego. Zaletami tego rozwiązania jest jego odporność na płyny o wysokiej lepkości i dużej prędkości oraz zmniejszenie ryzyka osadzania się osadów.

W przypadku tej instalacji zazwyczaj konieczne jest zastosowanie odcinka przedłużającego linię, a u niektórych klientów taka interwencja może nie być możliwa ze względu na koszty, konieczność przeróbek lub problemy z zarządzaniem temperaturą.

Należy zauważyć, że tylna strona sondy jest zwrócona w stronę płynu, co jest konieczne do utrzymania dużych sił. Ponadto wariant SRV Stargate musi zostać zamówiony w tym samym rozmiarze co linia wytłaczania, chyba że w linii można zastosować adaptery redukujące i rozszerzające.

Rysunek 6: Rheonics Montaż równoległy „ogniw wafli” SRV w linii wytłaczania.

Kluczowe kwestie dotyczące instalacji

Obszar wykrywania w kontakcie z płynem

Rheonics Głównym wymogiem instalacyjnym wiskozymetru liniowego SRV jest zanurzenie powierzchni pomiarowej w cieczy, bez osadów lub nagromadzeń cieczy, ponieważ mogą one wpływać na odczyty. Obszar wykrywania SRV pokazano na rysunku 7.

Rysunek 7: Obszar wykrywania SRV.

Wysoka temperatura

Procesy wytłaczania zazwyczaj wymagają temperatury płynu w zakresie od 180 do 220˚C (360 do 430˚F). Może się ona różnić w zależności od materiału, prędkości i konstrukcji ślimaka. Rheonics Wiskozymetr SRV Inline można skonfigurować do temperatur do 285°C (545°F). Użytkownik powinien wybrać prawidłową wartość temperatury podczas składania zamówienia. Następna tabela przedstawia wartości temperatury sondy SRV. Niektóre procesy wytłaczania mogą osiągać bardzo wysokie temperatury, nawet do 350/370 °C (670/700 °F), w takim przypadku zalecamy kontakt z Rheonics Zespół wsparcia w w celu uzyskania dalszych informacji.

Tabela 1: Wartości znamionowe temperatury wiskozymetru liniowego SRV

Uwaga: Kabel czujnika i elektronika czujnika mają różne limity temperatur, których nie należy przekraczać.

Wysokie ciśnienie

Procesy wytłaczania mogą osiągać bardzo wysokie ciśnienia, do 10,000 670 psi, 70 barów lub XNUMX MPa. Po raz kolejny, Rheonics SRV powinien zostać odpowiednio skonfigurowany.

Tabela 2: Wartości ciśnienia wiskozymetru SRV Inline do wytłaczania

Podłączenie i uszczelnienie sondy procesowej

W przypadku zastosowań wysokociśnieniowych zarówno sonda, jak i przyłącze procesowe muszą być przystosowane do przewidywanego zakresu ciśnień. Do montażu prostopadłego Rheonics zwykle oferuje interfejs gwintowany G1/2”. Natomiast w przypadku równoległego w kolanku można użyć połączenia kołnierzowego lub gwintowanego. Wariant instalacji ogniwa waflowego można zintegrować za pomocą interfejsu kołnierza klienta przy użyciu O-Ring lub uszczelka metalowa. Istniejące porty instalacyjne na maszynie można ponownie wykorzystać do zamontowania Rheonics sonda czujnika.

Kontakt Rheonics Zespół wsparcia w w celu omówienia odpowiednich opcji instalacji w Państwa maszynach wytłaczających.

Ograniczenia sondy przy instalacji prostopadłej

W pewnych warunkach płyny o wysokiej lepkości mogą wpływać na sondę SRV, gdy stosowana jest instalacja prostopadła. Siły zginające spowodowane przepływem płynu mogą uszkodzić sondę (rysunek 8). Siły są na ogół zależne od lepkości i prędkości płynu. Następny wykres pokazuje zależność między prędkością płynu w m/s a lepkością dynamiczną w Pa.s. Klienci mogą użyć wykresu, aby określić, czy warunki procesu mogą uszkodzić standardową sondę SRV.

Rysunek 8: Siły zginające działające na sondę ze względu na lepkość i prędkość cieczy.

Rysunek 9: Wykres przedstawiający prędkość cieczy na osi X i maksymalną dopuszczalną lepkość dynamiczną na osi Y dla zaworu SRV.

Ogólnie rzecz biorąc, zaleca się limit 12 m/s do stosowania SRV w instalacjach prostopadłych. Przekroczenie tego limitu prędkości może spowodować zbyt duży szum w odczytach lub uszkodzenie sondy. Poniższa tabela pokazuje, co ta prędkość oznacza dla przepływu objętościowego i masowego dla różnych rozmiarów linii.

Dowiedz się więcej o typie-Sondy SR do pomiaru cieczy o dużej lepkości i dużych prędkościach przepływu cieczy.

Referencje

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 – Pomiar lepkości do automatycznej kontroli i monitoringuoring jednorodności procesów wytłaczania

5. Rheonics - Sondy SR do cieczy o dużej lepkości i dużych prędkościach przepływu cieczy.