그림 1: 압출기.

내용의 표

1. 개요
2. 압출 성형 공정
3. 폴리머 압출 및 공정 제어의 과제
4. Rheonics SRV 인라인 공정 점도계
   • 데이터 통합
   • 설치 옵션
     • 수직 설치
     • 엘보에 병렬 설치 삽입
     • 병렬 삽입 인라인 – 웨이퍼 셀 프로세스 적응 – SRV Stargate

• • 설치를 위한 주요 고려 사항
    • • 유체와 접촉하는 감지 영역
      • 높은 온도
      • 고압
      • 프로브 프로세스 연결 및 밀봉
      • 수직 설치에서의 프로브 한계

개요

압출 성형은 파이프, 시트, 필름 등과 같은 연속적인 프로파일을 생산하는 데 사용되는 다양한 산업에서 매우 효율적이고 다재다능한 제조 공정입니다. 이를 통해 높은 생산 속도, 재료 효율성 및 일관된 품질로 복잡한 단면 모양을 만들 수 있습니다. 압출 제조는 글로벌 폴리머 및 플라스틱 생산에서 중요한 역할을 합니다. 최근 몇 년 동안 자동화, 실시간 프로세스 모니터링의 발전으로oring, 지속 가능한 소재와 재활용 과정의 타당성을 통해 정밀성이 향상되었고 폐기물이 줄어 환경에 미치는 영향도 감소했습니다.

실시간 프로세스 모니터링oring 고품질 제품을 보장하는 데 중요합니다. 온도 및 압력 모니터링 분야에서 큰 진전이 이루어졌습니다.oring 압출 공정의. 그러나 인라인 점도 모니터링oring, 용융 흐름과 다이 충진에 영향을 미치는 중요한 요인 중 하나임에도 불구하고, 온도와 압력보다 더 중요한 여러 가지 과제에 직면했습니다. 다양한 방법을 사용하여 점도 측정을 테스트했는데, 비용, 교정, 반복성 등과 관련하여 더 좋거나 더 나쁜 결과가 나왔으며, 이는 작업자의 신뢰도에 영향을 미쳤습니다. 이러한 상황에서, Rheonics SRV 인라인 점도계는 압출 기계의 혹독한 조건에서도 반복 가능한 점도 측정을 가능하게 하여, 폴리머 압출 공정을 완벽하게 제어하기 위한 간극을 메웁니다.

압출 성형 공정

압출은 물체(압출물)를 만드는 데 사용되는 연속 제조 공정으로 정의할 수 있습니다. 일관된 횡단면 용융된 재료를 다이 또는 구멍을 통해 강제로 밀어 넣어 모양을 형성합니다. 압출기는 다른 제조 공정(열성형, 사출, 블로우 성형 등)의 일부로도 사용할 수 있습니다. 압출은 다음에서 널리 사용됩니다. 플라스틱, 금속, 고무 산업은 다음과 같은 제품을 생산합니다. 파이프, 튜빙, 시트, 필름 및 프로파일.

이 사례 연구의 주요 초점은 폴리머 압출입니다. 금속 압출과 달리 폴리머 압출은 재료가 압출 기계에 공급되는 한 연속적으로 수행될 수 있습니다. 압출은 주로 열가소성 플라스틱에 사용되지만 엘라스토머와 열경화성 플라스틱도 가공할 수 있습니다.

압출기는 일반적으로 다음과 같은 부품으로 구성됩니다. 홉 따는 사람, 폴리머 재료가 공급되는 곳. A 피딩 스크류 ~를 따라 끊임없이 회전하고 있습니다 통. 나사는 다음에 의해 구동됩니다. 모터 드라이브 단위와 기어박스를 통해 재료가 흐르도록 강제합니다. 주사위. 난방 요소, 제어된 온도에서 배럴 위에 위치하여 폴리머 재료를 부드럽게 하고 녹입니다. 다이 후에 하나 또는 여러 개의 캐비티가 있는 금형을 사용할 수 있으며, 여기서 용융된 재료가 냉각되어 원하는 물체의 모양이 됩니다. 일부 기계는 기어 펌프 배럴 끝과 다이 사이에 압력을 가해 나가는 재료에 일정한 압력을 유지합니다.

주어진 소재를 압출할 수 있는 스크류와 배럴 조립체의 능력은 플라스틱 소재의 특성, 스크류와 배럴의 특성 또는 구조, 그리고 시스템이 작동하는 조건에 따라 달라집니다.

그림 2: 폴리머 압출 기계 주요 부품.

폴리머 압출 및 공정 제어의 과제

폴리머 압출은 고품질 출력을 보장하기 위해 여러 매개변수를 정밀하게 제어해야 하는 복잡한 공정입니다. 기술의 발전에도 불구하고 압출 공정과 제어 시스템 모두에서 몇 가지 과제가 지속됩니다. 이러한 과제는 제품 일관성, 효율성 및 전반적인 제조 비용에 영향을 미칠 수 있습니다.

주요 공정 매개변수는 스크류 회전 속도, 다이 및 배럴 온도, 용융 점도, 용융 온도, 질량 유량, 용융 압력, 냉각 속도 등입니다. [1] 온도와 압력은 사용 가능한 여러 기술 덕분에 압출 공정에서 가장 일반적으로 인라인 모니터링되는 매개변수로 간주됩니다. 그러나 용융 점도(유체의 흐름에 대한 저항으로 설명됨)는 공정에서 가장 중요한 매개변수 중 하나임에도 불구하고 인라인에서 측정하거나 모니터링하기 쉽지 않습니다. 용융물의 점도는 다음과 같은 여러 특성과 관련이 있습니다.

• 두께
• 내구력
• 일정한 단면
• 유체 구성의 일관성 - 충전재, 섬유, 착색제 등의 균일한 혼합
• 에너지 소비
• 열적 저하

용융 유체의 높은 점도는 흐름 불량, 과도한 압력 및 다이 막힘을 유발하여 표면 거칠기 및 휘어짐과 같은 결함을 초래할 수 있습니다. 반면, 낮은 점도는 처짐, 과도한 수축 또는 약한 기계적 특성을 초래할 수 있습니다. 그런 다음 목표는 압출 공정에서 점도를 가능한 한 일정하게 유지하는 것입니다.

대부분의 경우 플라스틱은 유사 플라스틱 재료이며, 이는 더 빨리 움직이면(전단) 점성이 낮아진다는 것을 의미합니다. 따라서 압력과 흐름 사이에는 선형 관계가 없으며, 전단 응력(단위 면적당 힘, 대부분 Pa로 측정)과 전단 속도(유체의 평행 층의 이동 속도, s-1로 측정) 사이에도 선형 관계가 없습니다.

현재 모니터에 적합한 인라인 센서는 없습니다.oring 압출 용융물의 실시간 점도. 모세관 레오미터는 폴리머의 유동 특성을 연구하는 데 사용되는 잘 알려진 실험실 장비입니다. 피스톤을 사용하여 용융물을 모세관(매우 미세한) 다이를 통해 강제로 밀어넣고, 이는 압출 기계에서 발생하는 프로세스를 시뮬레이션하려고 합니다. 이것이 점도에 대한 널리 받아들여진 테스트 장비임에도 불구하고 용융 유체의 실시간 인라인 데이터를 제공하지 못합니다. 이 방법의 주요 문제점은 다음과 같습니다.

• 샘플 채취가 필요합니다
• 진정한 대표성이 없음
• 연속적인 모니터링이 아닙니다oring
• 상당한 유지관리 및 서비스가 필요합니다

Rheonics SRV 인라인 공정 점도계

SRV는 Rheonics 광범위한 점도, 온도, 압력에 적합한 인라인 점도계입니다. Rheonics SRV는 간단한 설치 지침과 유지 관리 또는 재보정 요구 사항이 없는 매우 컴팩트한 프로브를 사용합니다. SRV 컴팩트한 디자인으로 인해 사용자가 사용하는 설치 유형에 다양성이 있습니다.

그림 3 : Rheonics 나사산 연결부가 있는 슬림라인 인라인 SRV 점도계.

데이터 통합

Rheonics SRV는 압출 기계의 동적 점도 및 온도와 같은 주요 매개변수를 실시간으로 온라인 시각화할 수 있게 해줍니다. 센서는 로컬 모니터링에 쉽게 통합됩니다.oring 강력한 전자 장치를 통해 여러 산업 프로토콜을 실행하는 제어 시스템. 자세한 내용은 다음에서 확인하세요. 전자 Rheonics 페이지.

Rheonics 센서는 또한 온보드 히스토리언에 측정 및 센서 상태 데이터를 저장합니다. 이 자동 로거는 다음을 통해 액세스할 수 있습니다. Rheonics RCP 소프트웨어는 모니터링된 매개변수의 과거 기록을 보는 데 유용합니다.

설치 옵션

수직 설치

Rheonics SRV는 용융 흐름에 수직으로 위치하며, 프로브의 감지 요소가 유체와 접촉할 만큼 충분한 잠김이 유지됩니다.

이 설치의 주요 장점은 설치가 가장 쉽다는 것입니다. SRV는 온도 또는 압력 센서가 사용하는 기존 포트에 설치할 수 있으며, 주요 차이점은 SRV 프로브가 라인에서 튀어나와야 한다는 것입니다. 이는 침입적이고 침습적인 프로브입니다.

그러나 이 수직 설치는 유체의 높은 점도와 속도로 인해 프로브가 큰 굽힘력에 노출된다는 주요 단점이 있습니다. 점성 하중은 수직 설치에서 표준 SRV 프로브에 문제가 될 수 있으며, 너무 많은 노이즈를 추가하거나 프로브를 손상시킬 수 있습니다. 라인 크기와 질량 또는 체적 속도 제한 간의 관계는 "수직 설치의 프로브 제한" 섹션이나 문서를 참조하십시오. 고점도 유체 및 높은 유체 속도용 SR 프로브.

이 설치에 대한 주요 고려 사항은 라인 크기, 유체 속도 또는 유량 및 점도 범위입니다. 라인 크기는 SRV 프로브 감지 요소가 유체에 올바르게 노출될 수 있도록 50~55mm(2인치)보다 커야 합니다. 유체 속도 및 점도 범위는 "수직 설치의 프로브 한계" 섹션의 표와 비교하여 프로브가 노출될 힘을 확인합니다. Rheonics 높은 압력과 높은 굽힘력이 필요한 경우에 적합한 SRV-HP를 제공합니다.

그림 4 : Rheonics 압출 라인의 SRV 수직 설치.

엘보에 병렬 설치 삽입

일부 압출 기계에는 다이 바로 앞에 엘보가 있어 흐름에 축방향으로 온도 센서와 같은 측정 기기를 수용할 수 있습니다. 이것은 또한 다음에 사용될 수 있습니다. Rheonics 병렬 설치를 위한 인라인 점도계 SRV.

여기서 가장 큰 장점은 수직 설치에 비해 유체가 프로브에 가하는 힘이 줄어든다는 것입니다. 평행 설치는 또한 감지 요소를 라인 중앙에 유지하여 판독에 영향을 줄 수 있는 침전물을 방지합니다. SRV-X6 슬림라인 프로브 최소 압력 강하에 사용할 수 있으며 50-55mm(2인치)보다 작은 라인과 호환됩니다.

이 설치의 주요 제한 사항은 다이 전에 엘보우를 사용한다는 것입니다. 이는 기계에 많은 개입이 필요하고 압출된 재료의 방향을 변경하여 이 설치 옵션은 이미 라인에 엘보우가 있는 압출기 기계에만 적합합니다. 또한 이 설치는 엘보우 벽의 센서 바닥 주위에 유체가 묻거나 정체되는 문제가 발생할 수 있습니다. 이는 판독값에는 영향을 미치지 않지만 어떤 라인에서도 바람직하지 않습니다.

그림 5 : Rheonics 압출 라인의 엘보에 SRV 병렬 설치.

병렬 삽입 인라인 – 웨이퍼 셀 프로세스 적응 – SRV Stargate

Rheonics Stargate-SRV-EM은 Stargate Variant라고도 하며, 웨이퍼 셀 어댑터처럼 공정 파이프에 인라인으로 설치된 라인 중앙에 SRV 프로브를 매달아 놓도록 설계되었습니다. 이 솔루션의 장점은 고점도 및 고속 유체에 대한 내성과 침전 가능성 감소입니다.

이런 설치의 경우 일반적으로 라인에 연장 섹션이 필요하며 비용, 재작업 또는 열 관리 문제로 인해 일부 고객의 경우 이러한 개입이 불가능할 수도 있습니다.

프로브의 뒷면이 유체를 향하고 있다는 점에 유의하세요. 이는 높은 힘을 견뎌내는 데 필요합니다. 또한 SRV Stargate 변형은 축소 및 확장 어댑터를 라인에서 사용할 수 없는 한 압출 라인과 동일한 크기로 주문해야 합니다.

그림 6 : Rheonics 압출 라인에 SRV 병렬 "웨이퍼 셀" 설치.

설치를 위한 주요 고려 사항

유체와 접촉하는 감지 영역

Rheonics 인라인 점도계 SRV의 주요 설치 요건은 감지 영역이 유체에 잠겨 침전물이나 유체 축적이 없어야 한다는 것입니다. 침전물이나 유체 축적은 판독 결과에 영향을 미칠 수 있습니다. SRV 감지 영역은 그림 7에 나와 있습니다.

그림 7: SRV 감지 영역.

높은 온도

압출 공정에는 일반적으로 180~220˚C(360~430˚F) 범위의 유체 온도가 필요합니다. 이는 재료, 속도 및 스크류 설계에 따라 달라질 수 있습니다. Rheonics SRV 인라인 점도계는 최대 285°C(545°F)의 온도에 맞게 구성할 수 있습니다. 사용자는 주문 시 올바른 온도 정격을 선택해야 합니다. 다음 표는 SRV 프로브의 온도 정격을 보여줍니다. 일부 압출 공정은 최대 350/370°C(670/700°F)까지 매우 높은 온도에 도달할 수 있으므로 이 경우 당사에 문의하시기 바랍니다. Rheonics 지원 팀 자세한 내용은.

표 1: SRV 인라인 점도계 온도 등급

참고 : 센서 케이블 그리고 센서 전자 장치 초과해서는 안 되는 온도 한계가 다릅니다.

고압

압출 공정은 최대 10,000psi, 670bar 또는 70MPa의 매우 높은 압력에 도달할 수 있습니다. 다시 한번, Rheonics SRV도 이에 따라 구성되어야 합니다.

표 2: 압출을 위한 SRV 인라인 점도계 압력 정격

프로브 프로세스 연결 및 밀봉

고압 응용 분야의 경우, 프로브와 프로세스 연결부는 모두 예상 압력 범위에 맞게 정격이 지정되어야 합니다. 수직 설치의 경우 Rheonics 일반적으로 G1/2” 나사 인터페이스를 제공합니다. 반면 엘보우의 평행의 경우 플랜지 또는 나사 연결을 사용할 수 있습니다. 웨이퍼 셀 설치 변형은 다음을 사용하여 고객 플랜지 인터페이스를 통해 통합할 수 있습니다. O-Ring 또는 금속 씰. 기존 설치 포트를 재사용하여 장착할 수 있습니다. Rheonics 센서 프로브.

연락처 Rheonics 지원 팀 압출 기계에 적합한 설치 옵션에 대한 논의입니다.

수직 설치에서의 프로브 한계

특정 조건에서는 수직 설치가 사용될 때 고점도 유체가 SRV 프로브에 영향을 미칠 수 있습니다. 유체 흐름으로 인한 굽힘력은 프로브를 손상시킬 수 있습니다(그림 8). 힘은 일반적으로 유체의 점도와 속도에 따라 달라집니다. 다음 플롯은 유체의 속도(m/s)와 동적 점도(Pa.s) 간의 관계를 보여줍니다. 클라이언트는 플롯을 사용하여 프로세스 조건이 표준 SRV 프로브를 손상시킬 수 있는지 확인할 수 있습니다.

그림 8: 유체의 점도와 속도로 인해 프로브에 굽힘력이 가해집니다.

그림 9: SRV에 대해 X축에 유체 속도를, Y축에 최대 허용 동적 점도를 보여주는 플롯.

일반적으로 수직 설치에서 SRV를 사용하는 경우 12m/s의 한계가 권장됩니다. 이 속도 한계를 초과하면 판독값에 너무 많은 노이즈가 발생하거나 프로브가 손상될 수 있습니다. 다음 표는 이 속도가 다양한 라인 크기에 대한 체적 및 질량 유량에서 무엇을 의미하는지 보여줍니다.

Type에 대해 자세히 알아보세요.고점도 유체 및 높은 유체 속도를 측정하기 위한 SR 프로브.

참고자료

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 – 자동 제어 및 모니터링을 위한 점도 측정oring 압출 공정의 균일성

5. Rheonics - 고점도 유체 및 높은 유체 속도용 SR 프로브.