配混领域的流程监控联机测试方法大PK

优化生产流程来避免生产误差通常是利用新产品或改良产品实现盈利的重要一环。为了改进产品，首先需要了解的是最新技术。现有流程还可通过计量监控获益，因为它可以确保产品质量的一致性。此外，它还可以在发生异常情况时迅速作出反应，并根据客观标准记录产品质量来解决潜在的责任问题。塑料行业对流程监控的需求正在不断增长，尤其是在混配领域。通过采用合适的测量方法，不仅可以节省资源和时间，而且可以最大程度地减少次品甚至是投诉。

无损检测（NDT）是流程监控的理想选择。它涵盖了各种流程，能够在关键生产步骤中充分利用相关参数。可测量的参数远远超出了目前广泛使用的压力和温度测量方法的范畴，包括螺杆磨损联机检测、填料含量和粒径分布、水含量、异物夹杂物检测、熔融程度表征和挤出物壁厚和层厚的下游测量等。对于某些应用而言，这些参数的直接联机测量仍面临多方面的挑战。其中一些困难包括必须应对高熔融温度和压力以及磨损性。即便如此，该技术已在众多领域实现了工业规模应用或者正被引入市场。现有的许多无损检测方法都基于机械波和电磁波（图1）。

超声波：一种与温度相关的成熟技术
超声波是一种衔接着可听声范围的声波，频率范围在约20 kHz至1 GHz之间。两个典型的应用是医疗技术中的内部器官检查和蝙蝠天生的追踪能力。但是，超声波也可用于塑料行业，例如：熔体的在线表征。该技术已经用了很长时间，已具备可靠的信号处理能力和强大的传感器技术。

目前已有系统可用于记录填料的粒径及其在熔体中的含量。系统所需的校准数据库已可用于多种应用（图2）。通过测量超声波振幅，它们表现出了消光系数与填料含量和相应的颗粒中值粒径的相关性。该技术还能够联机确定熔体粘度，从而避免使用昂贵的在线流变仪。除了超声阻尼之外，熔体粘度对超声波传播的确实可测量速度的影响尤甚。

超声方法的主要缺点是物理确定的参数的温度相关性。其应用会受到塑料加工过程中常见的温度波动的限制。德国塑料中心（SKZ）正在对其进行补偿，以便开拓更广泛的市场应用。

光谱法：在生产中直接调节颜色
光学测量方法主要作用于可见光或邻近光谱范围，包括紫外线（UV，200 - 380 nm）、可见光（VIS，380 - 800nm）和近红外光（NIR，800 - 2500 nm）。光学测量方法利用电磁辐射与塑料熔体的互易性来检查塑料的材料特性。光纤探头用于照亮塑料熔体并将反射或透射的光导向光谱仪。根据所使用的波长范围，各种应用皆有可能。在VIS范围内，通常根据可在过程中量化的颜色偏差进行颜色测量。与实验室测量相比，该方法反应时间更短，因此能够减少次品（图3）。通过计量进行耦合测量可以实现颜色的自动调节和停留时间的测量。此处的挑战来自于热致变色现象，即颜色的温度相关性。

通过以分子振动的形式对NIR辐射进行特性吸附，光谱法可用于化合物中各种含量的定性和定量区分。后者通常使用化学计量学模型，该模型结合了测得的光谱和材料数量。但是，其校准可能非常复杂，因为必须针对每种材料组合专门创建校准设定。因此，为了进行比较，明确的参考光谱记录被用作实用的替代方法 。

可以肯定的是，助剂也可以在UV范围内进行定量，但由于实际原因，它们仅在很小的程度上使用，因为助剂和塑料在受到辐射时都会产生往复运动。混配很少需要用到昂贵的一体化宽频光谱仪的多种测量功能。这就是为什么会有专门针对特定目标参数（例如：水解材料降解和颜色变化）定制的简化解决方案。SKZ一直以来都在为公司在选择合适的系统方面提供长期支持。

微波和太赫兹波：不受温度影响且非接触
微波和太赫兹技术日常在机场被用作人体扫描仪，并且在汽车领域用于遥测。他们使用接近无线电波频率范围和可见范围的电磁波。与X射线相比，该频率范围的能量显著更低，因此是非电离辐射且对健康无害。在挤出方面，壁厚测量系统已经完善，可用于测量毫米到分米范围内的各个层。

迄今为止，因为恶劣的高温和高压生产条件，塑料熔体的表征一直未普及。十多年来，SKZ一直在研究向工业应用的转移，目前已可提供相应的系统技术并满足个性化需求。例如：它可用于塑料熔融程度（图4）和螺杆元件磨损的联机检测。信号幅度和运行时间通过类似于超声技术的方法测量。正如螺杆磨损会增加螺杆与挤出机机筒之间的距离并延长信号运行时间一样，熔融程度也会影响波散射和振幅。该原理确保了该方法从根本上适用于凝胶颗粒和异物的检测（图5）。该方法的温度独立性和非接触测量技术大大降低了维护成本，与超声波技术相比具有明显的优势。

特定应用的适当方法
每个应用都可以找到合适的无损检测或测量方法来记录明确的质量特征。除了物理原理之外，技术架构也发挥着重要的作用，例如：产品信息、加工速度和生产环境。经济因素也很重要。传感器技术只有在测量技术的应用能够减少次品和投诉成本、最大程度降低责任风险并提供其他优势时才具有意义。通过全面考虑上述要求，SKZ将为公司在选择合适的测试和测量方法方面提供支持。基于超声波、微波和太赫兹辐射的测试方法以及光谱法都是SKZ业务的核心。除此之外，热敏成像——使用热成像摄像机的方法以及在线检测机械性能的方法等都是SKZ开发的目标，它们都为流程监控提供了非常好的方法。

来源：荣格-《国际塑料商情》


原创声明：
本站所有原创内容未经允许，禁止任何网站、微信公众号等平台等机构转载、摘抄，否则荣格工业传媒保留追责权利。任何此前未经允许，已经转载本站原创文章的平台，请立即删除相关文章。