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ポリマー溶融物のリアルタイムレオロジー測定

序言

ポリマーは、その低コスト、さまざまな特性(高耐薬品性、高温耐性、高強度/重量比)および使いやすさにより、天然物の安価な代替品から、さまざまな産業用途に高品質のオプションを提供するようになりました処理の。 それらは、自動車の車体部品、TVキャビネット、航空機部品、コーヒーカップと冷蔵庫の断熱材の発泡体、衣類とカーペットの繊維、接着剤、タイヤとチューブのゴム、塗料およびその他のコーティングのフィルム包装固体成形フォームとして使用されます他のアプリケーション。

ポリマー押出成形は非常にエネルギー集約型であり、エネルギー消費と溶融品質のリアルタイム監視は、新しい炭素規制に適合し、競争の激しいプラスチック市場で生き残るために非常に必要になっています。

ポリマー押出

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ポリマーは、射出成形、圧縮成形、または押出成形にかけられます。これらはすべて、ポリマーを強制的に形状にする必要があります。 ただし、処理はエネルギー集約型です。 英国では、プラスチック加工の電気料金は年間およそ350百万ポンドです。 電気使用量の削減は、大幅な節約と環境負荷の大幅な削減につながります。

ポリマー処理中に消費されるエネルギーは、高レベルのエネルギー管理システムと低レベルの機械制御の2つの側面に分けることができます。 高レベルのエネルギー管理システムでは、プロセス管理とメンテナンスにより、エネルギー使用量を約30%削減できます。 適切なプロセス管理なしでは、熱押出、冷却、ポリマー押出プロセスの場合の処理​​速度などの最適でない動作設定は、膨大なエネルギーの浪費につながります。

ポリマー溶融物の密度と粘度は、ポリマー製造プロセスにおいて非常に重要な物理化学的パラメーターです。 それらは、製造プロセスの生産コストと収益性に影響を与える非常に重要な要因です。 ポリマーは、射出成形、圧縮成形、または押出成形にかけられます。これらはすべて、ポリマーを強制的に形状にする必要があります。

材料のインライン特性評価は、多くの既存の製造プロセスと新しいプロセスのパフォーマンスを改善するために働いている研究者の間で人気が高まっていることを示しています。 これらの技術の適用に関連する利点は、品質の向上と生産コストの削減に直接関係します。 レオロジー測定は、材料の特性評価、加工性の決定、およびコンピューターシミュレーションの入力データとして使用できます。 レオロジーは、高分子量テールや分岐などの構造の特定の側面に敏感であるため、他の方法よりも優れています。 多くの場合、レオロジー特性は対応するものよりもはるかに高速です。

押出プロセスでは、製品密度は製造コストと製造プロセスの全体的な収益性に影響を与える最も重要な要素です。 密度の低下により、原材料コストが削減されます。 ただし、製品密度が低すぎると、機械的特性と幾何学的精度が低下します。 したがって、適切な強度と精度を維持しながら材料コストを削減するには、重要なバランスが不可欠です。 PVC発泡体の密度は、化合物添加剤の種類と量、加工パラメーター(温度、スクリュー速度)、またはその両方を変えることで制御できます。

動作設定を継続的に調整する主な目的は、一貫した溶融品質を保証することです。 研究によると、溶融粘度はおそらく溶融品質の最良の指標であることが示されています(Cogswell、1981)。 より粘性の高い材料の場合、より多くの力が提供され、温度などの他の条件の調整が行われます。 製造業者は、適切な条件とリソースの最適な使用を確実にするために、この情報を注意深く理解する必要があります。 動作設定を最適化するには、溶融粘度をリアルタイムで監視する必要があります。

一軸および二軸押出は、最も広く使用されている押出技術です。 プラスチック顆粒は、フィードゾーンからダイに移動するスクリューで押され、顆粒はせん断応力とバレル加熱からの熱で溶けます。

アプリケーション関連

特にポリマー溶融物の場合、ほとんどのポリマー材料は非常に複雑な挙動を示します。 アプリケーションでは、非常に困難な条件(高圧(50-100 MPa)および高温(約150-300°C))での測定が必要です。 HPHTでは、精度と信頼性の問題のリスクが高くなります。

モーター消費電力によるプロセス監視の問題

押出機モーターのモーター消費電力を監視して、溶融安定性、最終製品の品質、エネルギー効率を調査するプラスチック加工会社はほとんどありません。 ただし、この手法にはいくつかの課題があります。

  • 各押出機に電力計を設置するのは高価であり、プロセス設定に基づいた数学モデルがより良い選択肢になる可能性があります
  • 既存のモデルは押出機とポリマー材料の形状に大きく依存しているため、同じモデルを別のユースケースで再トレーニングせずに使用することは困難です

溶融圧力によるプロセス監視の問題

業界では、通常、スクリュー先端付近の溶融圧力が溶融品質の主な指標として受け入れられています。 この手法にはいくつかの制限があります。

  • 圧力はスクリュー速度に比例することが知られていますが、溶融温度、スクリュー形状、処理中のポリマー材料の影響もわずかに受けます。
  • 不安定な溶融圧力は、スループットの変動と最終製品の品質の変動を引き起こします。

従来の粘度測定技術の限界

ほとんどの高分子材料のレオロジー挙動は非常に複雑です。 粘度はせん断と熱履歴の両方に依存します。 多くの場合、ポリマーの粘度はオフラインで測定されます。 高分子化合物のサンプルを融解して、特別なキャピラリーチューブ(ガラス粘度計)に入れるか、オンライン測定の場合は押出機に平行に取り付けられたキャピラリーチューブを組み込むことにより行います。 両方の技術は、溶融物が輸送ラインと毛細管を通って流れるのに必要な時間に起因する長い時間遅延を伴います。 場合によっては、粘度計が押出ラインに取り付けられ、スリットまたは毛細管に沿って圧力降下を測定することによりダイ壁の応力を測定し、流量は追加の流量計で測定されます。 これらの方法は、押出プロセスにより関連する粘度測定値を生成しますが、流量計はしばしば溶融ストリームを乱し、元の流量特性を変更します。

主に実験室測定用に設計された従来の機械式および電気機械式粘度計は、制御および監視環境に統合することが困難です。 オフサイトラボでのテストの現在の方法論は、出荷の物流上の課題と高い固定費のために、最適で高価ではありません。 エンジンやコンプレッサー内で発生する複雑な変化は、通常のオイルサンプルからは判断できないことがよくあります。そのようなサンプルで表されるデータは、サンプル採取時のオイルの状態のスナップショットを単に反映しているだけであり、従来の計装は、せん断速度、温度、その他の変数。

リアルタイムのオンラインレオロジー測定が重要なのはなぜですか?

コスト、環境、ロジスティックの観点から、ポリマー製造プロセスでのオンラインのリアルタイム粘度監視には、いくつかの動機付けの利点があります。 材料の特性評価やその他のトラブルシューティングの目的に最適なツールです。 主な利点は次のとおりです。

経済的および物流上の利点、生産コストの削減: オンライン粘度分析は、オフサイトの研究所に送られるサンプルの数と、関連するコストを削減します。 オンサイト分析からの継続的なアウトプットは、出荷労働/コストとサンプリングエラーも削減します。

レオロジー測定は、ポリマー処理中のトラブルシューティングに役立ち、エラーを削減できます。

  • サメ肌: あまりせん断減粘ではない材料は、比較的低いスループット率でサメの皮になりやすいです。 加工温度(リップ領域)での材料の粘度情報は、せん断応力の低減、ダイ温度の上昇、または滑りを促進して欠陥を回避する添加剤の使用に不可欠です。
  • フィルムブローイングのバブル不安定性: 材料の低い溶融強度は、この欠陥を引き起こす可能性があります。 材料の伸張粘度および/または溶融強度値を使用して、さまざまな材料の気泡安定性を比較し、用途に適した材料を選択できます。 冷却すると、気泡の温度が下がり、溶融強度が向上します。
  • 2つのポリマーの不十分なブレンド: ブレンドする2つのポリマー間の粘度差が大きい場合(5倍以上など)、高粘度の分散相にマトリックスが及ぼすせん断応力は分解を引き起こすほど大きくないため、ブレンドは非常に困難です。 修正措置は、より高い粘度のマトリックスを使用することです。

最終製品の品質の改善: 原材料と最終製品からのレオロジー測定は、耐衝撃性、光学、反り、脆性などの製品特性を特徴付けることができます。連続モニタリングは、押出プロセス中に発生する可能性のある変更または劣化の検出に役立ちます。

エネルギー使用量の削減: 動作設定を最適化するには、溶融粘度のリアルタイム監視が必要です。 リアルタイムのインラインレオロジー測定により、プロセスを厳密に制御した生産におけるリソースと電力の最適な使用が保証されます。

労働者の安全性の向上: 溶媒を使用するための健康と安全の要件、環境への配慮、およびこれらの試験を実施する専門職員の必要性(実験室で実施する必要がある)などの他の要因は、無溶媒法の高い人気を高めます。

より速い応答時間: その場での粘度(および密度)分析は、サンプリングと実験室からの応答の受信の間の遅延を削減/排除します。

環境: オンライン監視システムを介してリソースの使用率を最大化することができます。その結果、環境に良い無駄の削減につながります。 排出量の削減による持続可能性の強化。

レオニクスのソリューション

自動化されたリアルタイムのインライン粘度測定は、ポリマー製造に不可欠です。 Rheonicsは、ポリマー加工のプロセス制御と最適化のために、平衡ねじり共振器に基づいた以下のソリューションを提供しています。

  1. 列をなして 測定値: レオニクス ' SRV は、内蔵の流体温度測定機能を備えた広範囲のインライン粘度測定デバイスであり、任意のプロセスストリーム内の粘度変化をリアルタイムで検出できます。
  2. 列をなして 粘度と密度 測定値: レオニクス ' SRD は、内蔵の流体温度測定機能を備えたインライン同時密度および粘度測定装置です。 密度測定が業務にとって重要な場合、SRDは正確な密度測定とともにSRVと同様の運用機能を備え、ニーズに応える最適なセンサーです。

SRVまたはSRDを使用した自動インライン粘度測定により、従来の方法による粘度測定に使用されるサンプル採取およびラボ技術のばらつきが排除されます。 センサーは、粘度(およびSRDの場合は密度)を連続的に測定できるように、インラインに配置されています。 プロセス監視にSRV / SRDを使用すると、生産性が向上し、利益率が向上します。 両方のセンサーは、簡単なOEMおよび後付け設置のためのコンパクトなフォームファクタを備えています。 メンテナンスや再構成は必要ありません。 どちらのセンサーも、取り付け方法や場所に関係なく、特別なチャンバー、ゴム製シール、または機械的保護を必要とせずに、正確で再現可能な結果を​​提供します。 消耗品を使用しないSRVとSRDの操作は非常に簡単です。

コンパクトなフォームファクタ、可動部品なし、メンテナンス不要

RheonicsのSRVおよびSRDのフォームファクターは非常に小さく、OEMおよびレトロフィットの簡単なインストールが可能です。 これらにより、あらゆるプロセスストリームに簡単に統合できます。 クリーニングは簡単で、メンテナンスや再構成は不要です。 フットプリントが小さく、あらゆるプロセスラインでのインラインインストールを可能にし、追加のスペースやアダプターの要件を回避します。

高い安定性と取り付け条件の影響を受けない:あらゆる構成が可能

Rheonics SRVおよびSRDは、独自の特許取得済みの同軸共振器を使用します。センサーの両端が反対方向にねじれ、取り付け時の反力トルクを相殺するため、取り付け条件や流量に完全に影響されません。 これらのセンサーは、定期的な再配置に簡単に対処できます。 センサー要素は、特別なハウジングや保護ケージを必要とせずに、液体の中に直接置かれます。

プロセス条件に関する即時の正確な読み出し–完全なシステム概要と予測制御

Rheonicsのソフトウェアは、強力で直感的で使いやすいです。 リアルタイムの粘度はコンピューターで監視できます。 複数のセンサーは、工場のフロア全体に広がる単一のダッシュボードから管理されます。 ポンピングによる圧力脈動がセンサーの動作や測定精度に影響しません。 衝撃、振動、または流動状態の影響を受けません。

簡単なインストールと再構成/再較正は不要

電子機器を交換または再プログラミングせずにセンサーを交換し、ファームウェアの更新や校正係数の変更なしにセンサーと電子機器の両方のドロップイン交換を行います。 取り付けが簡単。 インクラインフィッティングのXNUMX/XNUMXインチNPTネジにねじ込みます。 チャンバー、Oリングシールまたはガスケットはありません。 掃除や点検のために簡単に取り外せます。 SRVは、フランジとトライクランプ接続で利用できるため、取り付けと取り外しが簡単です。

低消費電力

通常動作時の消費電流が24 A未満の0.1V DC電源

速い応答時間と温度補償された粘度

超高速で堅牢な電子機器と包括的な計算モデルを組み合わせることで、Rheonicsデバイスは業界で最も高速で正確なデバイスの1つになります。 SRVおよびSRDは、リアルタイムで正確な粘度(およびSRDの密度)を1秒ごとに測定し、流量の変動の影響を受けません!

幅広い運用能力

レオニクスの機器は、最も困難な条件で測定を行うために構築されています。 SRVは、インラインプロセス粘度計の市場で最も広い動作範囲を備えています。

  • 5000 psiまでの圧力範囲
  • -40から200°Cまでの温度範囲
  • 粘度範囲:0.5 cP〜50,000 cP

SRD:単一の機器、トリプル機能 –粘度、温度、密度

RheonicsのSRDは、粘度、密度、温度の測定用にXNUMXつの異なる機器に取って代わるユニークな製品です。 XNUMXつの異なる機器を同じ場所に配置することの難しさを排除し、最も過酷な条件で非常に正確で再現性のある測定を実現します。

所定の場所に清掃(CIP)

SRV(およびSRD)は、洗浄段階で溶剤の粘度(および密度)を監視することにより、ラインの洗浄を監視します。 センサーによって小さな残留物が検出されると、オペレーターはラインが目的のためにいつきれいになるかを決定できます。 または、SRVは自動クリーニングシステムに情報を提供し、ガラス毛細管の場合とは異なり、実行間で完全かつ繰り返し可能なクリーニングを保証します。

優れたセンサー設計と技術

洗練された特許取得済みの3rd世代の電子機器がこれらのセンサーを駆動し、その応答を評価します。 SRVおよびSRDは、¾” NPTおよび1”トライクランプなどの業界標準プロセス接続で利用できます。オペレーターは、プロセスラインの既存の温度センサーをSRV / SRDに置き換えることができ、正確な測定以外に粘度などの非常に価値のある実用的なプロセス流体情報を提供します内蔵Pt1000を使用した温度の測定(DIN EN 60751クラスAA、A、Bが利用可能)。

ニーズに合わせて構築された電子機器

防爆型トランスミッターハウジングと小型フォームファクターのDINレールマウントの両方で利用可能なセンサー電子機器は、プロセスパイプラインおよび機械の機器キャビネット内に簡単に統合できます。

 

統合が容易

センサーエレクトロニクスに実装された複数のアナログおよびデジタル通信方法により、産業用PLCおよび制御システムへの接続が簡単かつ簡単になります。

 

ATEXおよびIECExコンプライアンス

Rheonicsは、危険な環境での使用向けにATEXおよびIECExによって認定された本質的に安全なセンサーを提供します。 これらのセンサーは、爆発の可能性のある雰囲気での使用を目的とした機器および保護システムの設計と構築に関連する基本的な健康および安全要件に準拠しています。

また、Rheonicsが保有する本質的に安全で防爆の認証により、既存のセンサーをカスタマイズできるため、お客様は代替品の特定とテストに関連する時間とコストを回避できます。 カスタムセンサーは、1ユニットから最大数千ユニットを必要とするアプリケーションに提供できます。 数週間対数週間のリードタイムで。

レオニクス SRV & SRD ATEXとIECExの両方の認定を受けています。

ATEX(2014 / 34 / EU)認定

RheonicsのATEX認定の本質安全防爆センサーはATEX指令2014/34 / EUに準拠しており、Exiaの本質安全防爆の認定を受けています。 ATEX指令は、危険な雰囲気で雇用されている労働者を保護するための健康と安全に関連する最小かつ必須の要件を指定しています。

RheonicsのATEX認定センサーは、ヨーロッパ内および国際的な使用が認められています。 すべてのATEX認定部品には、準拠を示すために「CE」のマークが付いています。

IECEx認定

レオニックスの本質的に安全なセンサーは、爆発性雰囲気で使用する機器に関連する規格の認証について、国際電気標準会議であるIECExによって認証されています。

これは、危険な領域で使用するための安全性コンプライアンスを保証する国際的な認証です。 レオニクスセンサーは、Ex iの本質的な安全性の認定を受けています。

製品の導入

プロセスストリームにセンサーを直接インストールして、リアルタイムの粘度と密度の測定を行います。 バイパスラインは不要です。センサーをインラインに浸すことができ、流量と振動は測定の安定性と精度に影響しません。 流体に対して繰り返し、連続した一貫したテストを提供することにより、意思決定プロセスを最適化します。

レオニクス機器の選択

レオニクスは、革新的な流体検知および監視システムの設計、製造、販売を行っています。 Rheonicsのインライン粘度計は、スイスで製造された精密さにより、アプリケーションが要求する感度と、厳しい操作環境で生き残るために必要な信頼性を備えています。 安定した結果–逆流状態でも。 圧力降下や流量の影響はありません。 ラボでの品質管理測定にも同様に適しています。

アプリケーションの推奨製品

•広い粘度範囲–プロセス全体を監視します
•ニュートン流体と非ニュートン流体の両方、単相および多相流体の繰り返し測定
•すべての金属(316Lステンレス鋼)構造
•組み込みの流体温度測定
•既存のプロセスラインに簡単にインストールできるコンパクトなフォームファクター
•清掃が簡単で、メンテナンスや再構成が不要

•プロセス密度、粘度、温度測定用の単一機器
•ニュートン流体と非ニュートン流体の両方、単相および多相流体の繰り返し測定
•すべての金属(316Lステンレス鋼)構造
•組み込みの流体温度測定
•既存のパイプに簡単に設置できるコンパクトなフォームファクター
•清掃が簡単で、メンテナンスや再構成が不要

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