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聚合物熔体的实时流变学测量

介绍

聚合物因其低成本，性能范围（高耐化学性，耐高温性，高强度重量比）和易用性，已从廉价的天然产品替代物变为为各种工业应用提供高质量的选择。处理。它们被用作汽车车身零件，电视柜，飞机零件，咖啡杯和冰箱保温材料的泡沫，服装和地毯的纤维，粘合剂，轮胎和油管的橡胶，油漆和其他涂料的薄膜包装固体成型形式，以及许多其他应用程序。

聚合物挤出非常耗能，实时监控oring 为了满足新的碳法规并在竞争激烈的塑料市场中生存，能源消耗和熔体质量的控制变得极其必要。

应用领域

聚合物经过注模，压模或挤压成型-所有这些都需要将聚合物强制成型。然而，该处理耗能。在英国，塑料加工的电费每年大约为350百万英镑。减少用电量将节省大量资金，并显着减少环境负担。

聚合物加工过程中消耗的能量可分为两个方面：高级能量管理系统和低级机械控制。对于高级能源管理系统，通过过程管理和维护可以减少30％的能源使用。如果没有正确的过程管理，则在聚合物挤出过程中，非理想的操作设置（如加热，冷却和处理速度）会造成巨大的能源浪费。

聚合物熔体的密度和粘度是聚合物制造过程中非常重要的物理化学参数。它们是影响生产成本和制造过程利润的非常重要的因素。聚合物经过注模，压模或挤压成型-所有这些都需要将聚合物强制成型。

材料的在线表征显示，研究人员在致力于改善许多现有制造工艺以及新工艺性能的研究人员中越来越受欢迎。与这些技术的应用相关的好处可以直接与提高质量和降低生产成本相关。流变学测量可用于材料表征，可加工性的确定以及计算机模拟的输入数据。流变学比其他方法具有优势，因为它对结构的某些方面（例如高分子量的尾巴和分支）敏感。在许多情况下，流变学表征要快得多。

在挤压过程中，产品密度是影响生产成本和制造过程总体利润的最关键因素。密度的降低降低了原材料成本。但是，如果产品密度保持太低，则会降低机械性能和几何精度。因此，为了降低材料成本同时保持足够的强度和精度，关键的平衡是必不可少的。可以通过改变复合添加剂的类型和数量，加工参数（温度，螺杆速度）或两者来控制PVC泡沫的密度。

连续调整操作设置的主要目的是保证一致的熔体质量。研究表明，熔体粘度可能是熔体质量的最佳指标（Cogswell，1981）。对于更粘稠的材料，需要提供更大的力，并调整其他条件，例如温度。制造商必须仔细理解这些信息，以确保适当的条件和最佳的资源利用。为了优化操作设置，实时监控oring 需要熔体粘度。

挑战

单螺杆和双螺杆挤出是使用最广泛的挤出技术。通过从进料区移动到模具的螺杆推动塑料颗粒，并通过剪切应力和料筒加热产生的热量使颗粒熔化。

应用相关

大多数聚合物材料表现出极其复杂的行为，尤其是在聚合物熔融的情况下。该应用程序要求在非常困难的条件下进行测量-高压（50-100 MPa）和高温（大约150-300°C）。在HPHT中，存在准确性和可靠性问题的高风险。

进程监控的问题oring 与电机功耗

很少有塑料加工公司监控挤出机电机的电机功率，以研究熔体稳定性，最终产品质量以及能源效率。但是，此技术几乎没有挑战：

为每个挤出机安装功率计的成本很高，基于过程设置的数学模型可能是更好的选择
现有模型高度依赖于挤出机和聚合物材料的几何形状，很难在不重新训练的情况下在不同用例上使用同一模型

进程监控的问题oring 有熔体压力

在工业上，通常认为螺杆尖端附近的熔体压力是熔体质量的主要指标。这种技术的一些局限性：

已知压力与螺杆速度成正比，但是它也受熔融温度，螺杆几何形状和所加工的聚合物材料的轻微影响。
不稳定的熔体压力会导致产量波动和最终产品质量变化。

传统粘度测量技术的局限性

大多数聚合物材料的流变行为非常复杂。粘度与剪切和热历程有关。通常，聚合物粘度是离线测量的。将聚合物化合物的样品融化并放入特殊的毛细管（玻璃粘度计）中，或者在在线测量的情况下，通过并入平行于挤出机安装的毛细管来进行混合。两种技术都涉及到长时间的延迟，这是由于熔体流过传输线和毛细管所需的时间所致。在某些情况下，粘度计安装在挤出线上，通过测量沿缝隙或毛细管的压降来测量模具壁上的应力，并通过额外的流量计测量流速。尽管这些方法产生的粘度测量值与挤出过程更相关，但流量计通常会干扰熔体流，从而改变原始流量特性。

主要为实验室测量设计的传统机械和机电粘度计很难集成到控制和监测中oring 环境。由于运输和固定成本较高的后勤挑战，当前场外实验室的测试方法并不是最佳且昂贵。发动机或压缩机内部发生的复杂变化通常无法从常规油样中确定，因为此类样本所代表的数据仅反映了采样时油状况的快照，并且传统仪器可能会受到以下因素的影响：剪切速率、温度和其他变量。

为什么实时在线流变学测量很重要？

从成本、环境和物流角度来看，在线实时粘度监测具有多种激励优势oring 在聚合物生产过程中。它是用于材料表征和各种故障排除目的的出色工具。主要优点如下：

经济和后勤优势，降低了生产成本： 在线粘度分析将减少发送到异地实验室的样品数量以及所涉及的成本。现场分析的连续输出还将减少运输人工/成本和抽样误差。

流变学测量值可以帮助解决聚合物加工过程中的问题并减少错误：

鲨鱼皮： 剪切稀化程度不高的材料倾向于以相对较低的吞吐率生产鲨鱼皮。材料在加工温度下（在唇部区域）的粘度信息对于降低剪切应力，提高模头温度或使用促进滑移和避免缺陷的添加剂至关重要。
吹膜中的气泡不稳定性： 材料的低熔体强度会导致这种缺陷。材料的拉伸粘度和/或熔体强度值可用于比较不同材料的气泡稳定性，并为应用选择合适的材料。冷却可以帮助降低气泡温度，从而提高熔体强度。
两种聚合物混合不良： 当要混合的两种聚合物之间的粘度差很大时（例如，超过5次），由于基质在较高粘度的分散相上施加的剪切应力不足以引起破裂，因此混合非常困难。纠正措施是使用较高粘度的基质。

改善最终产品质量： 原材料和最终产品的流变测量可以表征产品特性，如抗冲击性、光学、翘曲、脆性等。连续监测oring 可以帮助检测挤出过程中可能发生的任何修改或降解。

减少能源消耗： 为了优化操作设置，实时监控oring 需要熔体粘度。通过实时在线流变测量，可确保生产中资源和电力的优化利用以及对流程的严格控制。

提高工人安全性： 其他因素，例如使用溶剂的健康和安全要求，对环境的考虑以及需要专业人员进行这些测试（必须在实验室中进行），都增加了无溶剂方法的广泛普及。

更快的响应时间： 原位粘度（和密度）分析将减少/消除采样和从实验室接收响应之间的延迟。

环境： 通过在线监控可以最大限度地提高资源利用率oring 系统，从而减少浪费，这对环境有利。通过减少排放增强可持续性。

Rheonics' 解决方案

自动化、实时在线粘度测量对于聚合物生产至关重要。 Rheonics 基于平衡扭转谐振器，提供以下解决方案，用于聚合物加工中的过程控制和优化：

一致粘性测量： Rheonics和 SRV 是一款具有内置流体温度测量功能的大范围在线粘度测量设备，能够实时检测任何工艺流中的粘度变化。
一致 粘度和密度 测量： Rheonics和 SRD 是具有内置流体温度测量功能的在线同时密度和粘度测量仪器。如果密度测量对您的操作很重要，则SRD是满足您需求的最佳传感器，它具有类似于SRV的操作能力以及精确的密度测量值。

通过 SRV 或 SRD 进行自动在线粘度测量，消除了传统方法用于粘度测量的取样和实验室技术的变化。传感器位于在线位置，因此可以连续测量粘度（如果是 SRD，则还测量密度）。使用 SRV/SRD 进行进程监控oring 可以提高生产力并增加利润率。这两种传感器都具有紧凑的外形，可实现简单的 OEM 和改装安装。它们不需要维护或重新配置。无论安装方式或位置如何，这两种传感器都能提供准确、可重复的结果，无需特殊的腔室、橡胶密封件或机械保护。 SRV 和 SRD 不使用任何消耗品，操作极其简单。

紧凑的外形，无活动部件，无需维护

RheonicsSRV 和 SRD 的外形尺寸非常小，适合简单的 OEM 和改装安装。它们可以轻松集成到任何流程中。它们易于清洁，无需维护或重新配置。它们占地面积小，可在任何生产线中进行内联安装，从而避免任何额外的空间或适配器需求。

高稳定性，对安装条件不敏感：可以进行任何配置

Rheonics SRV和SRD采用独特的专利同轴谐振器，其中传感器的两端以相反方向扭转，抵消了安装时的反作用扭矩，从而使它们对安装条件和流量完全不敏感。这些传感器可以轻松应对定期搬迁。传感器元件直接位于流体中，不需要特殊的外壳或保护笼。

即时准确地读出过程条件–完整的系统概述和预测性控制

Rheonics'软件功能强大、直观、使用方便。可以在计算机上监控实时粘度。多个传感器通过遍布工厂车间的单个仪表板进行管理。泵送的压力脉动对传感器操作或测量精度没有影响。不受冲击、振动或流动条件的影响。

易于安装，无需重新配置/重新校准

无需更换或重新编程电子设备即可更换传感器，无需任何固件更新或校准系数更改即可直接更换传感器和电子设备。安装方便。拧入墨水管接头中的 XNUMX/XNUMX” NPT 螺纹。没有暗室， O-ring 密封件或垫圈。易于拆卸以进行清洁或检查。 SRV 可提供法兰和 tri-clamp 连接方便安装和拆卸。

低功耗

24V直流电源在正常运行期间消耗的电流小于0.1 A

快速响应时间和温度补偿粘度

超快且强大的电子设备与全面的计算模型相结合，使 Rheonics 设备是业内最快、最准确的设备之一。 SRV 和 SRD 每秒提供实时、准确的粘度（以及 SRD 的密度）测量，并且不受流量变化的影响！

广泛的运营能力

Rheonics' 仪器专为在最具挑战性的条件下进行测量而设计。 SRV 具有市场上最广泛的在线过程粘度计操作范围：

压力范围高达5000 psi
温度范围为-40至200°C
粘度范围：0.5 cP至50,000 cP

SRD：单仪器，三功能 –粘度，温度和密度

RheonicsSRD 是一款独特的产品，可替代三种不同的粘度、密度和温度测量仪器。它消除了同时放置三种不同仪器的困难，并在最恶劣的条件下提供极其准确和可重复的测量。

就地清洁（CIP）

SRV（和SRD）通过monit监控线路的清理oring 清洁阶段溶剂的粘度（和密度）。传感器会检测到任何细小的残留物，使操作员能够决定何时清洁管线。或者，SRV 向自动清洁系统提供信息，以确保运行之间进行全面且可重复的清洁，这与玻璃毛细管的情况不同。

卓越的传感器设计和技术

先进的专利第三代电子设备驱动这些传感器并评估它们的响应。 SRV 和 SRD 可采用行业标准过程连接，例如 3/1” NPT 和 XNUMX” Tri-clamp 允许操作员用 SRV/SRD 替换生产线中的现有温度传感器，除了使用内置 Pt1000（可用 DIN EN 60751 AA、A、B 级）精确测量温度之外，还提供粘度等非常有价值且可操作的过程流体信息。

满足您需求的电子产品

传感器电子器件既可以在防爆变送器外壳中使用，也可以在小尺寸DIN导轨安装中使用，从而可以轻松集成到过程管道和机器内部的设备柜中。