1. ábra: Extrudáló gép.

Tartalomjegyzék

1. Bevezetés
2. Extrudálásos formázási eljárás
3. Kihívások a polimer extrudálásban és a folyamatirányításban
4. Rheonics SRV Inline folyamat viszkoziméter
   • Adatok integrálása
   • Telepítési lehetőségek
     • Merőleges beépítés
     • Párhuzamos telepítés a könyökbe behelyezve
     • Parallel Inserted Inline – Wafer cell process adaptation – SRV Stargate

• • A telepítés legfontosabb szempontjai
    • • Folyadékkal érintkező érzékelési terület
      • Magas hőmérsékletű
      • Magas nyomású
      • Szonda folyamat csatlakozása és tömítése
      • Tapintó határértékei merőleges telepítésnél

Bevezetés

Az extrudálás egy rendkívül hatékony és sokoldalú gyártási eljárás, amelyet számos iparágban alkalmaznak folyamatos profilok, például csövek, lemezek, fóliák stb. előállítására. Nagy gyártási sebességet, anyaghatékonyságot és összetett keresztmetszeti formák létrehozásának lehetőségét teszi lehetővé állandó minőséggel. Az extrudálásos gyártás jelentős szerepet játszik a globális polimer- és műanyaggyártásban. Az elmúlt években az automatizálás, a valós idejű folyamatfelügyelet és a fenntartható anyagok terén elért fejlesztések, valamint az újrahasznosítási folyamatok relevanciája növelte a pontosságot és csökkentette a környezeti terhelést a hulladék csökkentésével.

A valós idejű folyamatfelügyelet kulcsfontosságú a kiváló minőségű termékek biztosításához. Jelentős előrelépések történtek az extrudálási folyamatok hőmérséklet- és nyomásfelügyeletében. Az inline viszkozitásfelügyelet azonban, annak ellenére, hogy az olvadékfolyást és a szerszámtöltést befolyásoló egyik kritikus tényező, még a hőmérsékletnél és a nyomásnál is jelentősebb, számos kihívással nézett szembe. Különböző módszereket teszteltek a viszkozitásmérésre, jobb vagy rosszabb eredményekkel a költségek, a kalibrálás, az ismételhetőség stb. tekintetében, amelyek befolyásolják a kezelő bizalmát. Ilyen körülmények között, Rheonics Az SRV inline viszkoziméterrel megismételhető viszkozitásmérés extrudáló gépek zord körülményei között, így kitöltve a hiányt a polimer extrudálási folyamat teljes ellenőrzéséhez.

Extrudálásos formázási eljárás

Az extrudálást úgy határozhatjuk meg, mint egy folyamatos gyártási folyamatot, amellyel tárgyakat (extrudátumot) készítenek a egységes keresztmetszet az olvadt anyagot egy szerszámon vagy nyíláson átnyomva alakot formázva. Az extruder más gyártási folyamatok részeként is használható (hőformázás, fröccsöntés, fúvás stb.). Az extrudálást széles körben használják a műanyag, fém és gumi iparágak olyan termékeket gyártanak, mint csövek, csövek, lemezek, fóliák és profilok.

Ennek az esettanulmánynak a középpontjában a polimer extrudálás áll. A fémextrudálással ellentétben a polimer extrudálás folyamatosan végezhető mindaddig, amíg az anyagot az extrudáló gépbe táplálják. Az extrudálást leginkább hőre lágyuló műanyagokhoz használják, de elasztomerek és hőre keményedő anyagok is feldolgozhatók.

Az extrudáló gép általában a következő részekből áll. A hopper, ahová a polimer anyagot betáplálják. A adagolócsavar állandó forgásban van a mentén hordó. A csavart a motor hajtás egységet és sebességváltót, és az anyagot kényszeríti átfolyni a meghal. Fűtőelemek, amely a hordó felett helyezkedik el, szabályozott hőmérsékleten, lágyítja és megolvasztja a polimer anyagot. A szerszám után egy vagy több üreges öntőforma használható, ahol az olvadékanyagot lehűtik, hogy a kívánt tárgy formáját öltsék. Egyes gépek a fogaskerék szivattyú a hordó vége és a szerszám között, hogy a kilépő anyagban jól meghatározott állandó nyomást tartsunk fenn.

A csavar és hordó egység adott anyag extrudálási képessége a műanyag jellemzőitől, a csavar és a henger jellemzőitől vagy felépítésétől, valamint a rendszer működési feltételeitől függ.

2. ábra: A polimer extrudáló gép fő részei.

Kihívások a polimer extrudálásban és a folyamatirányításban

A polimer extrudálás egy összetett folyamat, amely több paraméter pontos szabályozását igényli a kiváló minőségű kimenet biztosítása érdekében. A technológiai fejlődés ellenére számos kihívás továbbra is fennáll mind az extrudálási folyamatban, mind annak vezérlőrendszereiben. Ezek a kihívások hatással lehetnek a termék konzisztenciájára, hatékonyságára és az általános gyártási költségekre.

A kulcsfontosságú folyamatparaméterek a csavar forgási sebessége, a szerszám és a henger hőmérséklete, az olvadék viszkozitása, az olvadék hőmérséklete, a tömegáram, az olvadéknyomás, a hűtési sebesség stb. [1]. A többféle rendelkezésre álló technológiának köszönhetően a hőmérséklet és a nyomás az extrudálási folyamat leggyakrabban megfigyelt paraméterei. Az olvadék viszkozitását (amelyet a folyadék áramlással szembeni ellenállásaként írnak le) azonban nem könnyű mérni vagy nyomon követni, annak ellenére, hogy ez az egyik legfontosabb paraméter a folyamatban. Az olvadék viszkozitása több jellemzőre vonatkozik, mint például:

• Vastagság
• Erősség:
• Állandó keresztmetszet
• Folyadékösszetétel konzisztenciája – töltőanyag, rostok, színezékek stb. homogén keveredése.
• Energiahasználat
• Termikus lebomlás

Az olvadt folyadék magas viszkozitása gyenge áramlást, túlzott nyomást és a szerszám eltömődését okozhatja, ami olyan hibákhoz vezethet, mint a felületi érdesség és a vetemedés. Ezzel szemben az alacsony viszkozitás megereszkedést, túlzott zsugorodást vagy gyenge mechanikai tulajdonságokat eredményezhet. Ezután a cél az lesz, hogy a viszkozitást a lehető legállandóbb szinten tartsák az extrudálási folyamat során.

A legtöbb esetben a műanyagok pszeudo-műanyag anyagok, ami azt jelenti, hogy gyorsabb mozgatással (nyírással) kevésbé viszkózussá (könnyebben folynak) válnak. Ezért nincs lineáris kapcsolat a nyomás és az áramlás között, sem a nyírófeszültség (területegységre jutó erő, többnyire Pa-ban mérve) és a nyírási sebesség (a folyadék párhuzamos rétegeinek mozgási sebessége, s-1-ben mérve) között.

Jelenleg nincs megfelelő inline érzékelő az extrudált olvadékok viszkozitásának valós idejű monitorozására. A kapilláris reométerek jól ismert laboratóriumi eszközök, amelyeket a polimerek reológiai tulajdonságainak vizsgálatára használnak. Egy dugattyút használnak az olvadék kapilláris (nagyon finom) szerszámon keresztüli átpréselésére, amely megpróbálja szimulálni az extrudálógépben zajló folyamatot. Annak ellenére, hogy ez egy jól elfogadott viszkozitásmérő eszköz, nem ad valós idejű inline adatokat az olvadékfolyadékról. A módszer főbb problémái a következők:

• Mintavételt igényel
• Nem igazán reprezentatív
• Nem folyamatos monitorozás
• Jelentős karbantartást és szervizelést igényel

Rheonics SRV Inline folyamat viszkoziméter

Az SRV az Rheonics Beépített viszkoziméter, amely széles viszkozitás-, hőmérséklet- és nyomástartományhoz használható. Rheonics Az SRV egy nagyon kompakt szondát használ, egyszerű telepítési utasításokkal, és nincs szükség karbantartásra vagy újrakalibrálásra. Az SRV kompakt kialakításának köszönhetően a felhasználók sokféle telepítési módot választhatnak, például a 3. és 4. ábrán láthatóakat.

Ábra 3: Rheonics Inline SRV viszkoziméter vékony, menetes csatlakozással.

Adatok integrálása

Rheonics Az SRV lehetővé teszi a kulcsfontosságú paraméterek, például a dinamikus viszkozitás és hőmérséklet valós idejű online vizualizációját az extrudálógépekben. Az érzékelő könnyen integrálható a helyi felügyeleti és vezérlőrendszerekbe egy nagy teljesítményű elektronika révén, amely több ipari protokollt futtat. További információkért látogasson el a következő weboldalra: Elektronika Rheonics oldal.

Rheonics Az érzékelők mérési és érzékelőállapot-adatokat is tárolnak egy fedélzeti történészben. Ez az automatikus naplózó a következőn keresztül érhető el Rheonics RCP szoftver, és hasznos a megfigyelt paraméterek történeti nézetéhez.

Telepítési lehetőségek

Merőleges beépítés

Rheonics Az SRV az olvadékáramra merőlegesen helyezkedik el, elegendő merítéssel ahhoz, hogy a szonda érzékelő eleme érintkezzen a folyadékkal.

Ennek a telepítésnek az a fő előnye, hogy valószínűleg a legegyszerűbb a telepítéshez. Az SRV beépíthető a hőmérséklet- vagy nyomásérzékelők által használt meglévő portokba, azzal a fő különbséggel, hogy az SRV szondának ki kell lógnia a vonalból, ez egy intruzív és invazív szonda.

Ennek a merőleges beépítésnek azonban megvan az a fő hátránya, hogy a szondát nagy hajlítóerőnek teszi ki a folyadék nagy viszkozitása és sebessége miatt. A viszkózus terhelés problémát okozhat a szabványos SRV szondánál merőleges telepítés esetén, mivel túl sok zajt ad, vagy károsítja a szondát. A vonalméret és a tömeg- vagy térfogatkorlátozások közötti összefüggéseket lásd a "Szonda határértékei merőleges telepítésnél" fejezetben vagy a cikkben. SR szondák nagy viszkozitású folyadékokhoz és nagy folyadéksebességekhez.

A telepítésnél a fő szempontok a vezeték mérete, a folyadék sebessége vagy az áramlási sebesség és a viszkozitás tartománya. A vonal méretének 50-55 mm-nél (2”) nagyobbnak kell lennie, hogy az SRV szonda érzékelő eleme megfelelően ki legyen téve a folyadéknak. A folyadéksebesség és viszkozitás tartományait összehasonlítjuk a „Szonda határértékei merőleges telepítéskor” című fejezetben található táblázattal, hogy ellenőrizzék, milyen erőknek lesz kitéve a szonda. Rheonics Az SRV-HP-t kínálja a nagynyomású és nagy hajlítóerőkhöz való tokokhoz.

Ábra 5: Rheonics SRV merőleges beépítés az extrudálási sorba.

Párhuzamos telepítés a könyökbe behelyezve

Egyes extrudáló gépeken van egy könyök közvetlenül a szerszám előtt, hogy a mérőműszereket, például a hőmérséklet-érzékelőket axiálisan az áramláshoz igazítsa. Ezt is fel lehet használni Rheonics Inline viszkoziméter SRV párhuzamos telepítéshez.

Itt a fő előny a folyadék által a szondára kifejtett erő csökkentése a merőleges beépítéshez képest. A párhuzamos telepítés az érzékelőelemet is a vonal közepén tartja, elkerülve a lerakódásokat, amelyek befolyásolhatják a leolvasást. A SRV-X6 Slimline szonda minimális nyomásesésre használható, és kompatibilis az 50-55 mm-nél (2”) kisebb vezetékekkel.

Ennek a telepítésnek a fő korlátozása a könyök használata a szerszám előtt. Ez sok beavatkozást igényel a gépen, és megváltoztatja az extrudált anyag tájolását, így ez a beépítési lehetőség csak olyan extruder gépekhez alkalmas, amelyeknél már van egy könyök a sorban. Ezenkívül ez a telepítés szenvedhet a folyadék elszennyeződésétől vagy pangásától az érzékelő alja körül a könyökfalon. Ez nem befolyásolja a leolvasást, de egyik sorban sem kívánatos.

Ábra 6: Rheonics SRV párhuzamos beépítés a könyökbe az extrudálási sorban.

Parallel Inserted Inline – Wafer cell process adaptation – SRV Stargate

Rheonics A Csillagkapu-SRV-EM, más néven Stargate Variant, úgy van kialakítva, hogy az SRV szondát a folyamatcsövekbe beépített vezeték közepére felfüggesztve helyezze el, akárcsak egy lapkacella-adapterben. Ennek a megoldásnak az előnye, hogy ellenáll a nagy viszkozitású és nagy sebességű folyadékokkal szemben, valamint csökkenti a lerakódások esélyét.

Ehhez a telepítéshez általában szükség van egy hosszabbító szakaszra a vonalban, és ez a beavatkozás bizonyos ügyfelek számára nem lehetséges költségek, utómunkálatok vagy hőkezelési problémák miatt.

Figyelje meg, hogy a szonda hátoldala a folyadék felé néz, ez szükséges a nagy erők fenntartásához. Ezenkívül az SRV Stargate változatot az extrudálósor méretével megegyező méretben kell megrendelni, kivéve, ha szűkítő és bővítő adapterek használhatók a sorban.

Ábra 7: Rheonics SRV párhuzamos „ostyacella” telepítés az extrudáló sorba.

A telepítés legfontosabb szempontjai

Folyadékkal érintkező érzékelési terület

Rheonics Az Inline Viscometer SRV beépítésének fő követelménye, hogy az érzékelő területet a folyadékba kell meríteni lerakódások vagy folyadékfelhalmozódás nélkül, mivel ezek befolyásolhatják a leolvasott értékeket. Az SRV érzékelési területe a 8. ábrán látható.

8. ábra: SRV érzékelési terület.

Magas hőmérsékletű

Az extrudálási folyamatok általában 180 és 220 ˚C (360 és 430 ˚F) közötti folyadék hőmérsékletet igényelnek. Ez az anyagtól, a sebességtől és a csavar kialakításától függően változhat. Rheonics Az SRV Inline viszkoziméter 285°C (545°F) hőmérsékletig konfigurálható. A felhasználónak a megrendelés során kell kiválasztania a megfelelő hőmérséklet-besorolást. A következő táblázat az SRV szonda hőmérsékleti értékeit mutatja be. Egyes extrudálási eljárások nagyon magas, akár 350/370 °C (670/700 °F) hőmérsékletet is elérhetnek, ebben az esetben javasoljuk, hogy lépjen kapcsolatba Rheonics Támogatási csapat a további információkért.

1. táblázat: Az SRV Inline viszkoziméter hőmérsékleti besorolásai

Jegyzet: Érzékelő kábel és a érzékelő elektronika különböző hőmérsékleti határértékekkel rendelkeznek, amelyeket nem szabad túllépni.

Magas nyomású

Az extrudálási folyamatok elérhetik a nagyon magas nyomást, akár 10,000 670 psi, 70 bar vagy XNUMX MPa nyomást is. Még egyszer Rheonics Az SRV-t ennek megfelelően kell konfigurálni.

2. táblázat: Az SRV beépített viszkoziméter nyomásértékei extrudáláshoz

Szonda folyamat csatlakozása és tömítése

Nagynyomású alkalmazásoknál a szondát és a folyamatcsatlakozást is a várható nyomástartományra kell méretezni. Merőleges beépítéshez Rheonics általában G1/2” szál interfészt kínál. Míg párhuzamos könyök esetén karimás vagy menetes csatlakozás használható. Az ostyacellás beépítési változat egy vevőkarima interfészen keresztül integrálható egy O-Ring vagy Fém tömítés. A gép meglévő telepítési portjai újra felhasználhatók a felszereléshez Rheonics érzékelő szonda.

Kapcsolat Rheonics Támogatási csapat a az extrudálógépek megfelelő telepítési lehetőségeinek megvitatásához.

Tapintó határértékei merőleges telepítésnél

Bizonyos körülmények között a nagy viszkozitású folyadékok hatással lehetnek az SRV szondára merőleges telepítés esetén. A folyadékáramlás okozta hajlító erők károsíthatják a szondát (9. ábra). Az erők általában a folyadék viszkozitásától és sebességétől függenek. A következő diagram összefüggést mutat a folyadék m/s-ban mért sebessége és a Pa.s-ban mért dinamikus viszkozitás között. Az ügyfelek a diagram segítségével meghatározhatják, hogy a folyamat körülményei károsíthatják-e a szabványos SRV szondát.

9. ábra: A szondára ható hajlító erők a folyadék viszkozitása és sebessége miatt.

10. ábra: Ábra, amely a folyadék sebességét mutatja az X tengelyen és a maximális megengedett dinamikus viszkozitást az Y tengelyen az SRV esetében.

Általában 12 m/s-os határérték javasolt az SRV használatához merőleges telepítéseknél. Ha túllépi ezt a sebességhatárt, az túl sok zajt okozhat a leolvasás során, vagy károsíthatja a szondát. A következő táblázat azt mutatja be, hogy ez a sebesség mit jelent térfogat- és tömegáramra különböző vonalméreteknél.

Tudjon meg többet a típusról-SR szondák nagy viszkozitású folyadékok és nagy folyadéksebesség mérésére.

Referenciák

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 – Viszkozitásmérés az extrudálási folyamatok egyenletességének automatikus vezérléséhez és ellenőrzéséhez

5. Rheonics - SR szondák nagy viszkozitású folyadékokhoz és nagy folyadéksebességekhez.