Figura 1: Macchina per estrusione.

Tabella dei Contenuti

1. Introduzione
2. Processo di stampaggio per estrusione
3. Sfide nell'estrusione dei polimeri e nel controllo del processo
4. Rheonics Viscosimetro di processo in linea SRV
   • Integrazione dei dati
   • Opzioni di installazione
     • Installazione perpendicolare
     • Installazione parallela inserita nel gomito
     • Adattamento del processo di cella wafer inserita in parallelo in linea – SRV Stargate

• • Considerazioni chiave per l'installazione
    • • Area di rilevamento a contatto con il fluido
      • Alta temperatura
      • Alta pressione
      • Collegamento e sigillatura del processo di sonda
      • Limiti della sonda in installazione perpendicolare

Introduzione

Lo stampaggio per estrusione è un processo di produzione altamente efficiente e versatile in vari settori, utilizzato per produrre profili continui, come tubi, fogli, pellicole, ecc. Consente un'elevata velocità di produzione, efficienza dei materiali e la capacità di creare forme trasversali complesse con qualità costante. La produzione per estrusione svolge un ruolo importante nella produzione globale di polimeri e materie plastiche. Negli ultimi anni, i progressi nell'automazione, il monitoraggio dei processi in tempo realeoring, i materiali sostenibili e l'importanza dei processi di riciclaggio hanno migliorato la precisione e ridotto l'impatto ambientale riducendo gli sprechi.

Monitoraggio del processo in tempo realeoring è fondamentale per garantire prodotti di alta qualità. Sono stati ottenuti grandi progressi nel monitoraggio della temperatura e della pressioneoring dei processi di estrusione. Tuttavia, il monitoraggio della viscosità in lineaoring, nonostante sia uno dei fattori critici che influenzano il flusso di fusione e il riempimento dello stampo, ancora più significativo di temperatura e pressione, ha dovuto affrontare molteplici sfide. Sono stati testati diversi metodi per la misurazione della viscosità con risultati migliori o peggiori correlati al costo, alla calibrazione, alla ripetibilità, ecc., che influenzano la fiducia dell'operatore. In queste circostanze, Rheonics Il viscosimetro in linea SRV consente misurazioni ripetibili della viscosità nelle difficili condizioni delle macchine di estrusione, colmando così la lacuna nel controllo completo del processo di estrusione dei polimeri.

Processo di stampaggio per estrusione

L'estrusione può essere definita come un processo di produzione continuo utilizzato per creare oggetti (un estruso) con un sezione trasversale coerente forzando un materiale fuso attraverso una matrice o un orifizio per formare una forma. Un estrusore può anche essere utilizzato come parte di altri processi di produzione (termoformatura, iniezione, stampaggio a soffiaggio, ecc.). L'estrusione è ampiamente utilizzata nel plastica, metallo e gomma industrie per produrre prodotti come tubi, tubazioni, fogli, pellicole e profili.

Il focus principale di questo studio di caso è l'estrusione di polimeri. Contrariamente all'estrusione di metalli, l'estrusione di polimeri può essere eseguita in modo continuo, purché il materiale venga immesso nella macchina di estrusione. L'estrusione è utilizzata principalmente per i termoplastici, ma possono essere lavorati anche elastomeri e termoindurenti.

Una macchina di estrusione è generalmente composta dalle seguenti parti. A tramoggia, dove viene immesso il materiale polimerico. A vite di alimentazione è in rotazione costante lungo un barileLa vite è alimentata da un azionamento del motore unità e riduttore e forza il materiale a fluire attraverso un il. Elementi riscaldanti, posizionati sopra la canna a temperatura controllata, ammorbidiscono e fondono il materiale polimerico. Dopo la matrice, può essere utilizzato uno stampo con una o più cavità, dove il materiale fuso viene raffreddato per assumere la forma dell'oggetto desiderato. Alcune macchine utilizzano un pompa ad ingranaggi tra l'estremità del cilindro e la matrice per mantenere una pressione costante e ben definita nel materiale in uscita.

La capacità del gruppo vite e cilindro di estrudere un dato materiale dipende dalle caratteristiche del materiale plastico, dalle caratteristiche (o dalla costruzione) della vite e del cilindro e dalle condizioni in cui il sistema viene utilizzato.

Figura 2: Parti principali della macchina per l'estrusione di polimeri.

Sfide nell'estrusione dei polimeri e nel controllo del processo

L'estrusione di polimeri è un processo complesso che richiede un controllo preciso di più parametri per garantire un output di alta qualità. Nonostante i progressi della tecnologia, persistono diverse sfide sia nel processo di estrusione che nei suoi sistemi di controllo. Queste sfide possono avere un impatto sulla coerenza del prodotto, sull'efficienza e sui costi di produzione complessivi.

I parametri chiave del processo sono la velocità di rotazione della vite, le temperature della matrice e del cilindro, la viscosità della fusione, la temperatura della fusione, la portata di massa, la pressione della fusione, la velocità di raffreddamento, ecc. [1]. Temperatura e pressione sono considerati i parametri monitorati in linea più comuni nel processo di estrusione grazie alle molteplici tecnologie disponibili. Tuttavia, la viscosità della fusione (descritta come la resistenza del fluido al flusso) non è facile da misurare o monitorare in linea nonostante sia uno dei parametri più cruciali nel processo. La viscosità della fusione è correlata a molteplici caratteristiche, come:

• Spessore
• Forza
• Sezione trasversale costante
• Coerenza nella composizione del fluido: miscelazione omogenea di riempitivo, fibre, coloranti, ecc.
• Consumo di energia
• Degradazione termica

Un'elevata viscosità del fluido fuso può causare un flusso scarso, una pressione eccessiva e l'intasamento della matrice, portando a difetti come ruvidità superficiale e deformazione. Al contrario, una bassa viscosità può causare cedimenti, restringimento eccessivo o proprietà meccaniche deboli. Quindi, l'obiettivo sarà quello di mantenere la viscosità il più costante possibile durante il processo di estrusione.

Nella maggior parte dei casi, le plastiche sono materiali pseudo-plastici, il che significa che diventano meno viscose (più facili da scorrere) quando vengono spostate (tagliate) più velocemente. Pertanto, non esiste una relazione lineare tra pressione e flusso, né tra sforzo di taglio (forza per unità di area, misurata principalmente in Pa) e velocità di taglio (velocità di movimento degli strati paralleli del fluido, misurata in s-1).

Attualmente non esiste un sensore in linea adatto per il monitoraggiooring viscosità in tempo reale nelle fusioni di estrusione. I reometri capillari sono noti strumenti di laboratorio utilizzati per studiare le proprietà reologiche dei polimeri. Utilizzano un pistone per forzare la fusione attraverso una filiera capillare (molto fine), che cerca di simulare il processo che avviene nella macchina di estrusione. Nonostante questo sia uno strumento di prova ben accettato per la viscosità, non riesce a fornire dati in linea in tempo reale del fluido di fusione. I problemi principali di questo metodo sono:

• Richiede il prelievo di campioni
• Non veramente rappresentativo
• Non monitoraggio continuooring
• Richiede manutenzione e assistenza significative

Rheonics Viscosimetro di processo in linea SRV

SRV è Rheonics Viscosimetro in linea adatto a un'ampia gamma di viscosità, temperatura e pressione. Rheonics SRV utilizza una sonda molto compatta con semplici istruzioni di installazione e nessun requisito di manutenzione o ricalibrazione. Grazie al design compatto di SRV, c'è una versatilità nei tipi di installazione che gli utenti adottano.

Figura 3: Rheonics Viscosimetro SRV in linea sottile con attacco filettato.

Integrazione dei dati

Rheonics SRV consente la visualizzazione online in tempo reale di parametri chiave come viscosità dinamica e temperatura nelle macchine di estrusione. Il sensore è facilmente integrabile nel monitoraggio localeoring e sistemi di controllo tramite una potente elettronica che esegue più protocolli industriali. Trova maggiori informazioni nel Elettronica Rheonics Pagina.

Rheonics i sensori memorizzano anche i dati di misurazione e di stato del sensore in uno storico di bordo. Questo logger automatico è accessibile tramite Rheonics Software RCP ed è utile per una visualizzazione storica dei parametri monitorati.

Opzioni di installazione

Installazione perpendicolare

Rheonics La SRV è posizionata perpendicolarmente al flusso di materiale fuso, con un'immersione sufficiente a far sì che l'elemento sensibile della sonda sia a contatto con il fluido.

Il vantaggio principale di questa installazione è che è probabilmente la più semplice di tutte per l'installazione. L'SRV può essere installato in porte esistenti utilizzate da sensori di temperatura o pressione, con la differenza principale che la sonda SRV deve sporgere nella linea, essendo questa una sonda intrusiva e invasiva.

Questa installazione perpendicolare, tuttavia, ha lo svantaggio principale di esporre la sonda a una grande forza di flessione a causa dell'elevata viscosità e velocità del fluido. Il carico viscoso può essere un problema per la sonda SRV standard nell'installazione perpendicolare, aggiungendo troppo rumore o danneggiando la sonda. Per le relazioni tra le dimensioni della linea e le limitazioni di portata di massa o volume, vedere la sezione "Limiti della sonda nell'installazione perpendicolare" o l'articolo Sonde SR per fluidi altamente viscosi e velocità elevate del fluido.

Le principali considerazioni per questa installazione sono le dimensioni della linea, la velocità del fluido o la portata e gli intervalli di viscosità. Le dimensioni della linea devono essere maggiori di 50 – 55 mm (2”) in modo che l'elemento di rilevamento della sonda SRV possa essere correttamente esposto al fluido. Gli intervalli di velocità e viscosità del fluido vengono confrontati con la tabella nella sezione "Limiti della sonda nell'installazione perpendicolare" per verificare le forze a cui sarà esposta la sonda. Rheonics offre il modello SRV-HP per custodie ad alta pressione e ad elevate forze di flessione.

Figura 4: Rheonics Installazione perpendicolare SRV nella linea di estrusione.

Installazione parallela inserita nel gomito

Alcune macchine per estrusione hanno un gomito appena prima della filiera per ospitare strumenti di misurazione, come sensori di temperatura, assialmente al flusso. Questo può essere utilizzato anche per Rheonics Viscosimetro in linea SRV per installazione parallela.

Qui il vantaggio principale è la riduzione della forza esercitata sulla sonda dal fluido, rispetto a un'installazione perpendicolare. Un'installazione parallela mantiene inoltre l'elemento di rilevamento centrato nella linea, evitando depositi che possono influenzare le letture. Sonda sottile SRV-X6 può essere utilizzato per una caduta di pressione minima ed è compatibile con linee più piccole di 50-55 mm (2”).

La limitazione principale di questa installazione è l'uso di un gomito prima della filiera. Ciò richiede molti interventi sulla macchina e modifica l'orientamento del materiale estruso, rendendo questa opzione di installazione adatta solo per macchine estrusori che hanno già un gomito nella linea. Inoltre, questa installazione può soffrire di sporcizia o ristagno di fluido attorno alla base del sensore sulla parete del gomito. Ciò non influisce sulle letture ma non è desiderato in nessuna linea.

Figura 5: Rheonics Installazione parallela SRV nel gomito della linea di estrusione.

Adattamento del processo di cella wafer inserita in parallelo in linea – SRV Stargate

Rheonics Stargate-SRV-EM, chiamato anche Stargate Variant, è progettato per posizionare la sonda SRV sospesa al centro della linea installata in linea nei tubi di processo, come in un adattatore per celle wafer. I vantaggi di questa soluzione sono la sua resistenza a fluidi ad alta viscosità e alta velocità e la riduzione delle possibilità di depositi.

Per questa installazione è generalmente necessaria una sezione di estensione nella linea e questo intervento potrebbe non essere possibile per alcuni clienti a causa di costi, rilavorazioni o problemi di gestione termica.

Si noti che il lato posteriore della sonda è rivolto verso il fluido, questo è necessario per sostenere forze elevate. Inoltre, la variante SRV Stargate deve essere ordinata nella stessa dimensione della linea di estrusione, a meno che non si possano usare adattatori di riduzione ed espansione in linea.

Figura 6: Rheonics Installazione parallela di “wafer cell” SRV nella linea di estrusione.

Considerazioni chiave per l'installazione

Area di rilevamento a contatto con il fluido

Rheonics Il requisito principale per l'installazione del viscosimetro in linea SRV è che l'area di rilevamento sia immersa nel fluido, senza depositi o accumuli di fluido, poiché potrebbero influenzare le letture. L'area di rilevamento SRV è mostrata nella Figura 7.

Figura 7: Area di rilevamento SRV.

Alta temperatura

I processi di estrusione normalmente richiedono una temperatura del fluido compresa tra 180 e 220˚C (360 e 430˚F). Questa può variare a seconda del materiale, della velocità e del design della vite. Rheonics Il viscosimetro in linea SRV può essere configurato per temperature fino a 285 °C (545 °F). L'utente deve selezionare la corretta classificazione della temperatura durante l'ordine. La tabella seguente mostra le classificazioni della temperatura per la sonda SRV. Alcuni processi di estrusione possono raggiungere temperature molto elevate, fino a 350/370 °C (670/700 °F), in tal caso vi consigliamo di contattare Rheonics Team di supporto presso per maggiori informazioni.

Tabella 1: Valori nominali della temperatura del viscosimetro in linea SRV

Nota: Cavo sensore e di elettronica del sensore hanno limiti di temperatura diversi che non devono essere superati.

Alta pressione

I processi di estrusione possono raggiungere pressioni molto elevate, fino a 10,000 psi, 670 bar o 70 MPa. Ancora una volta, Rheonics SRV deve essere configurato di conseguenza.

Tabella 2: Valori di pressione del viscosimetro in linea SRV per estrusione

Collegamento e sigillatura del processo di sonda

Per applicazioni ad alta pressione, sia la sonda che la connessione al processo devono essere dimensionate per l'intervallo di pressione previsto. Per installazione perpendicolare Rheonics normalmente offre un'interfaccia filettata G1/2". Mentre per il gomito parallelo, è possibile utilizzare una flangia o una connessione filettata. La variante di installazione della cella wafer può essere integrata tramite un'interfaccia flangiata del cliente utilizzando un O-Ring o Sigillo metallico. Le porte di installazione esistenti sulla macchina possono essere riutilizzate per montare il Rheonics sonda sensore.

Contatti Rheonics Team di supporto presso per discutere sulle opzioni di installazione più adatte alle vostre macchine di estrusione.

Limiti della sonda in installazione perpendicolare

In determinate condizioni, i fluidi ad alta viscosità possono influenzare la sonda SRV quando viene utilizzata un'installazione perpendicolare. Le forze di flessione causate dal flusso del fluido possono danneggiare la sonda (Figura 8). Le forze dipendono generalmente dalla viscosità e dalla velocità del fluido. Il grafico seguente mostra una relazione tra la velocità di un fluido in m/s e la viscosità dinamica in Pa.s. I clienti possono utilizzare il grafico per determinare se le condizioni di processo possono danneggiare una sonda SRV standard.

Figura 8: Forze di flessione sulla sonda dovute alla viscosità e alla velocità del fluido.

Figura 9: Grafico che mostra la velocità del fluido sull'asse X e la massima viscosità dinamica consentita sull'asse Y per la SRV.

In genere, si raccomanda un limite di 12 m/s per l'uso dell'SRV in installazioni perpendicolari. Superare questo limite di velocità può causare troppo rumore nelle letture o danni alla sonda. La tabella seguente mostra cosa significa questa velocità sul flusso volumetrico e di massa per diverse dimensioni di linea.

Scopri di più sul tipo-Sonde SR per misurare fluidi altamente viscosi e velocità elevate dei fluidi.

Bibliografia

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 – Misurazione della viscosità per il controllo e il monitoraggio automaticioring dell'uniformità dei processi di estrusione

5. Rheonics - Sonde SR per fluidi altamente viscosi e velocità elevate del fluido.