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코팅 점도 점도계 2

자동 점도 모니터링 및 제어를 통한 고품질 '친환경'코팅

자동 점도 모니터링 및 제어를 통한 고품질 '친환경'코팅

추상

기존 및 신흥 시장에서 코팅 산업의 과제는 코팅 적용 비용을 낮추고, 코팅 재료 사용을 최적화하고, 재료를 재활용하고, 매우 예측 가능하고 견고한 코팅을 제공하는 것입니다. 점도는 코팅의 중요한 특성이며 코팅 재료의 품질과 도포 공정을 보장하는 데 모두 중요합니다. 완전한 에코 시스템을 통해 코팅의 점도를 모니터링하고 제어하면 코팅에서 매우 원하는 두 가지 특성 인 일관성과 두께를 얻을 수 있습니다. 공장 자동화 / Industry 4.0 솔루션은 인라인 점도계를 사용하여 최고 품질의 코팅 성능을 제공하는 것 외에도 자원 효율적이고 경제적이며 친환경적인 코팅 공정에 기여합니다.

소개

산업용 코팅은 부식 및 내마모성, 자외선 차단, 열 및 전기 절연, 외관 향상에 이르기까지 매우 다양한 기능을 수행합니다. 코팅 시장은 산업, 자동차, 해양, 코일, 포장, 운송 및 건축 자재를 포함한 여러 부문에 걸쳐 있습니다. 신규 및 신흥 시장에는 성능 특성을 엄격하게 제어하는 ​​최첨단 엔지니어링 코팅 솔루션이 필요합니다. 기존 및 신흥 시장에서 코팅 산업의 과제는 성능을 최적화하고 폐기물 및 환경 영향을 줄이는 동시에 비용을 낮추는 것입니다.

그림 1. 코팅 적용 사례

거대한 애플리케이션 영역과 최종 사용 부문의 수요가 증가함에 따라이 산업은 효율성, 리드 타임 및 용량 활용도를 개선 할 새로운 방법을 찾고 있습니다. 여러 부문의 업계 리더는 자동화, 산업용 사물 인터넷 (IIoT) 및 시뮬레이션 기술과 같은 고급 기술을 채택하기 위해 노력하고 있습니다.

코팅의 적용

코팅 및 마감 공정은 고급 기술을 사용하여 내구성있는 표면, 고품질 마감재를 생산하는 동시에 공정 효율성을 극대화하고 환경 규정을 충족합니다. 표면 마감 일관성, 제품 품질 및 다양성은 고객 만족을 보장하는 데 중요한 역할을합니다. 코팅 수량과 품질은 제조, 판매 및 유지 관리 비용에 크고 직접적인 영향을 미칩니다.

코팅 재료의 점도는 일관성을 유지하는 데 중요합니다. 이는 필름의 두께와 균일 성의 기초가되는 유체의 코팅 고체 농도를 나타내는 효과적인 지표입니다. 성능 매개 변수는 모두 적용 지점에서 액체 코팅의 점도에 따라 다릅니다. 여기에는 코팅 필름 형성, 전사 효율, 코팅 두께 및 증착, 색상 일치, 마감 표면 품질 및 내 화학성이 포함됩니다. 점도는 코팅의 두께와 접착력에 영향을 미치는 주요 요인입니다. 적절한 점도 제어는 코팅의 품질과 수명을 보장하여 코팅 공정의 품질 및 생산성에 대한 가장 높은 요구 사항을 충족하는 데 도움이됩니다.

일반적인 코팅 시스템에는 기본 스톡 및 보충액 공급, 교반 혼합 탱크, 펌프, 어플리케이터로의 공급 라인, 어플리케이터 자체 및 혼합 탱크로의 리턴 라인이 포함됩니다. 어플리케이터는 딥, 롤, 스프레이, 스퍼터링, 플로우 또는 기타 프로세스를 사용할 수 있습니다. 코팅 용액의 점성이 충분하지 않으면 제품의 코팅이 보호를 제공 할만큼 충분히 두껍지 않을 수 있습니다. 그러나 점도가 너무 낮 으면 수직 표면에 필름 처짐이 발생하여 코팅이 고르지 않게됩니다. 이를 위해서는 복잡한 유변학 적 특성을 가진 마감이 필요합니다. 스프레이하는 동안 낮은 점도를 가져야하며 코팅 할 표면에 재료가 닿을 때 훨씬 더 높은 점도를 가져야합니다. 또한 코팅 점도는 온도에 따라 달라 지므로 마감 품질을 유지하려면 주변 적용 온도에 대한 코팅 재료의 점도를 보상해야합니다.

코팅 점도 모니터링 및 제어 현황

점도는 일반적으로 Brookfield 형 점도계 또는 고정밀 레오 미터와 같은 회전 기기를 사용하여 실험실에서 측정됩니다. 이를 통해 코팅 재료의 유변학 적 특성을 특성화하는 데 필수적인 엄격한 온도 제어가 가능합니다. 그러나 생산 현장에서 가져온 샘플에 대해 수행되는 이러한 측정은 분석하는 데 몇 시간 또는 며칠이 걸릴 수 있으므로 측정이 현재 적용되는 재료의 실제 상태를 특성화하지 못할 수 있습니다.

생산 현장에서 점도는 일반적으로 Ford 또는 유사한 유출 컵과 같은 깔때기 형 장치에서 유량을 측정하여 측정합니다. 작업자는 컵에 제형을 채우고 컵을 비우는 데 필요한 시간을 측정합니다. 시간이 길수록 점도가 높아집니다. 이는 일반적으로 15 분 이상의 간격으로 수행되므로 상당한 양의 코팅이 이미 적용된 후에 만 ​​점도 편차를 감지 할 수 있습니다. 또한 컵 측정의 온도 제어는 불가능하지는 않지만 어렵 기 때문에 적용 지점에서 측정 된 값과 실제 점도 사이에 큰 불일치가 발생할 수 있습니다. 이러한 오프라인 측정은 온도 변화, 혼합 변화 및 증발로 인한 점도 변화를 포착 할 수 없습니다.

재료 온도의 변화는 코팅 재료의 점도 변화로 인해 구조적 차이 또는 처짐을 초래합니다. 대부분의 페인트 시스템에는 함유 된 바인더 및 안료 성분이 침전되는 경향이 있습니다. 불균일 한 코팅 재료는 필연적으로 부적절한 코팅 결과를 초래합니다. 침전 된 구성 요소는 막힘 및 점진적인 라인 막힘으로 이어질 수 있습니다. 박편 코팅 성분은 코팅 필름의 오염을 초래합니다. 제어하기 어려운 변형은 잘못된 필름 두께를 초래하고 결과적으로 허용 할 수없는 시각적 또는 기타 성능 특성과 함께 사용할 수없는 품질의 최종 제품으로 이어집니다.

1 번 테이블. 일반적인 코팅 결함 및 그 원인 중 일부

문제제품 설명활동솔루션
오렌지 껍질표면이 오렌지색 피부처럼 고르지 않게 보입니다.노즐이 표면에서 너무 멀리 떨어져 있습니다. 가게 온도가 너무 높아 점도를 변경할 수 없습니다. 스프레이 노즐이 막혔습니다.인라인 점도 측정은 막힘을 표시하고 온도 보상 점도는 문제를 방지합니다.
얼룩덜룩 한 표면고르지 않은 외관 (일반적으로 금속 코팅에 영향)도포하기 전에 완전히 혼합되지 않은 페인트인라인 점도 측정은 측정의 높은 변동을 보여줍니다.
런 또는 처짐도장면에 코팅이 균일하게 부착되지 않음페인트 건조가 너무 느리고 마감 코팅이 너무 두껍게 도포 됨점도는 설정 값보다 높았을 것이고, 자동 모드는 점도를 수정했을 것입니다
색상 변형페인트 / 코팅 된 단위 전체에서 색상 일관성 부족점도에 대한 효과적이고 지속적인 제어가 부족하여 일관되지 않고 불규칙한 코팅 특성점도 모니터링은 점도의 큰 변화로 표시되며 자동 제어는 문제를 완전히 방지합니다.
솔벤트 팝표면을 통해 분출하여 빠져 나가는 습식 필름에 과도한 용매 / 폐색 된 공기 보유도포 전 코팅 제형 점도 및 온도에 대한 부정확 한 제어점도를 자동으로 제어하여 과도한 용매 사용을 방지하여 포획 가능성을 줄입니다.
공기 포획용매가 터지거나 거품이 발생하는 것과 유사페인트 라인 상태의 부적절한 모니터링인라인 점도계는 작업자에게 상태를 경고합니다.
물집오븐 경화 중에 표면을 뚫지 않는 필름 표면 근처의 기포.필름 표면의 점도가 높은 수준으로 증가하여 휘발성 용매를 더 낮은 수준으로 포착인라인 점도계를 통해 용매 사용을 최적화하고 코팅의 정확한 점도를 보장하면이 문제를 방지 할 수 있습니다.

구조를위한 인라인 점도 측정

다행히도 실시간 인라인 점도 측정 및 제어를 가능하게하는 솔루션을 사용할 수 있으므로 발생하는 공정 변동을 감지 할 수 있습니다. 용제 또는 코팅 추가, 온도 변화 및 증발로 인한 점도 변동은 코팅 품질에 영향을 미치기 전에 자동으로 보정 할 수 있습니다. 지속적인 점도 모니터링은 코팅 공정을 최적화하기위한 공정 매개 변수를 전략적으로 변경하기 위해 코팅 재료 및 용매 소비, 필름 두께 및 품질과 관련 될 수 있습니다. 인라인 점도 제어는 유출 컵을 사용한 기존 오프라인 측정에 비해 제품 품질을 높이고, 수율을 높이고, 코팅 및 코팅 용매 사용을 크게 절감하고, 코팅 공정의 중단 시간을 최소화 할 수 있습니다.

용매 증발, 혼합 탱크에 새로운 코팅 또는 용매 추가 및 침전은 코팅 재료의 점도 변화를 유발하여 코팅 결함 또는 과도한 코팅 및 용매 소비를 초래할 수 있습니다.

온도는 점도를 결정하는 데 중요한 변수이기도합니다. 불행히도 생산 환경의 온도는 종종 잘 제어되지 않습니다. 코팅의 고형분 함량을 반영하는 점도는 온도 변화에도 불구하고 정확해야합니다. 컵 측정에는 온도 측정이나 제어가 없으므로 실제 분사 온도와 직접 비교할 수 없습니다. 이로 인해 공정 온도가 변함에 따라 코팅 품질이 달라질 수 있습니다.

코터의 실시간 점도 관리 채택을위한 동인

코팅 응용 분야에서 점도 관리를 중요하게 만드는 XNUMX 가지 중요한 요소가 있습니다.

  1. 최종 제품 품질 : 불량한 코팅 품질은 마감 된 표면 품질, 코팅 증착, 보호 특성 및 화학적 반응성과 같은 코팅의 바람직한 특성에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 이러한 모든 특성은 코팅 공정이 얼마나 잘 제어되는지에 따라 달라 지므로 점도 제어가 중요합니다.
  2. 낭비를 줄여 비용 절감 : 과다 혼합은 최종 제품의 품질뿐만 아니라 폐기물 성분, 원자재, 시간 및 에너지에 영향을 미칠 수 있습니다. 혼합 공정의 점도 관리는 끝점을 안정적이고 정확하게 식별 할 수 있으므로 원료 소비, 에너지 사용, 불량품 및 폐기물을 크게 줄일 수 있습니다.
  3. 효율성 : 번거 로움이없는 실시간 점도 모니터링은 비용과 시간이 많이 소요되는 실험실 분석을 제거하여 종종 코팅 변화에 대한 반응 지연을 초래합니다.
  4. 자동화 : 코팅 준비 및 적용 프로세스를 자동으로 모니터링하고 제어하면 오류가 발생하기 쉬운 수동 샘플링 및 테스트 단계를 수행하고 작업자가 최종 제품의 품질에 집중할 수 있습니다.

 

코팅 응용 분야에는 정확한 실시간 인라인 점도 측정 및 제어를위한 고급 공정 기술이 필요합니다.

인라인 점도 측정에는 센서의 판독 값을 공정 점도를 모니터링하고 제어하는 ​​데 사용되는 정보로 변환하는 측정 및 제어 시스템과 결합 된 작고 견고한 점도 센서가 필요합니다.

특히 인라인 측정에 적용 가능한 것으로 입증 된 기술은 코팅 재료의 점도에 의해 진동이 감쇠되는 기계적 공진기를 사용합니다. 공진 센서에 연결된 전자 시스템은 감쇠를 측정하고이를 점도 값으로 변환합니다. 또한 점도 센서에 설치된 온도 감지 장치는 점도 측정 지점에서 코팅 재료 온도를 정확하게 측정합니다.

공진 센서 기술은 인라인 코팅 모니터링 및 제어에 고유하게 적용되는 솔루션을 제공합니다. 신뢰할 수 있고 정확한 측정을위한 많은 요구 사항을 충족합니다.

  • 견고성 – 다양한 공정 매개 변수에 걸쳐 정확성과 반복성을 유지합니다. 실험실 점도계 및 레오 미터의 일반적인 회전 부품과 좁은 간격이 없습니다. 또한 진동과 충격이 심한 환경에서도 작동 할 수 있습니다.
  • 작업자 독립성 – 유출 컵과 실험실 기기 모두 신뢰할 수 있고 반복 가능한 측정을 유지하려면 숙련 된 작업자가 필요합니다. 적절한 교육과 세부 사항에 대한주의 없이는 작업자 의존적 방법은 일반적으로 코팅 공정을 엄격하게 제어하는 ​​데 신뢰할 수 없습니다.
  • 자동화 된 모니터링 및 제어 시스템과의 호환성 – 인더스트리 4.0 방법론을 구현하려면 측정 시스템과 기존 플랜트 기술의 원활한 인터페이스가 필요합니다. 공진 점도계 시스템은 기계별로 데이터를 직접 수집하기 위해 Modbus, EthernetIP, CANOpen, Profinet, JSON, OPC UA와 같은 산업 표준 프로토콜을 실행하는 이더넷, RS4 및 CAN 버스 인터페이스를 통해 20-485mA 전류 루프에서 광범위한 출력 옵션을 제공합니다. PLC 및 공장 SCADA 시스템. 대조적으로 오프라인 방법은 작업자가 점도 값을 수동으로 입력하는 중간 단계를 필요로합니다.이 과정은 실수와 오류가 발생하기 쉽고 프로세스의 완전한 추적 성을 생성하지 않습니다.
  • 엄격한 온도 제어 – 우수한 공진 센서에는 감지 요소에 통합 된 온도 측정 기능이 있습니다. 이를 통해 실험실 조건이 아닌 점도 측정 지점에서 코팅 재료의 특성화가 가능합니다.
  • 간단한 유지 보수 – 최첨단 공진 센서는 밀봉 된 기계적으로 견고한 센서 요소를 코팅 재료에 노출시킵니다. 틈과 구멍이 없으며 제자리에서 쉽게 청소 (CIP)하거나 솔벤트에 적신 헝겊으로 간단히 닦아서 제거 할 수 있습니다. 라인에서 센서를 세척 할 수있는 시스템과 센서가 깨끗하고 오염이 없는지 여부를 나타내는자가 점검 시스템도 함께 제공됩니다.
  • 비용 효율적 – 유출 컵과 비교할 때 상대적으로 높은 초기 비용에도 불구하고 인라인 공진 측정 시스템은 일반적으로 일반적인 실험실 장비보다 훨씬 저렴합니다. 특히 숙련 된 실험실 기술자의 반복적 인 비용이 방정식에 포함되는 경우 더욱 그렇습니다. 인라인 점도계의 수명 비용은 인건비를 고려할 때 수동 컵보다 훨씬 낮습니다.

이러한 장점을 제공하는 공진 센서의 예는 Rheonics SRV 인라인 점도계입니다 (아래 그림 2 참조).

컴팩트 한 폼 팩터로 적용 지점에 가까운 코팅 라인에 직접 설치할 수 있습니다. 본질적으로 높은 전단 속도는 일반적인 페인트 시스템의 높은 전단 평탄도에 이르기까지 스프레이 적용의 일반적인 흐름 조건에서 코팅의 거동을 정확하게 예측하는 측정 값을 생성합니다.

 

 

SRV-3/4 "NPT-인쇄, 코팅, 식품, 혼합 및 분쇄 응용 분야를위한 인라인 공정 점도 센서

그림 2. 인라인 점도계 SRV (출처 : 레오 닉스)

점도와 온도 : 친밀한 관계

거의 모든 액체의 점도는 온도에 따라 크게 달라집니다. 엄격하고 정확한 온도 제어가없는 점도 측정은 의미가 없습니다. 이러한 이유로 유체의 온도는 실제 점도 측정 지점에 가깝게 측정되어야합니다. Rheonics SRV와 같은 기기는 감지 요소에 정확한 온도 측정이 통합되어있어 모든 점도 측정 값에 온도 값이 수반됩니다.

점도 측정 지점에서 유체 온도를 정확하게 측정하면 더 많은 이점이 있습니다. 인라인 점도계로 점도를 측정하면서 코팅 라인에서 예상되는 범위에서 온도를 변경하여 코팅 점도와 온도의 관계를 특성화 할 수 있습니다. 결과 측정 값을 사용하여이 범위의 모든 온도에서 유체의 점도를이 범위의 다른 온도에서의 측정 값에서 계산할 수있는 공식을 도출 할 수 있습니다. 따라서 소위 온도 보상 점도 실제 공정 온도와 무관합니다. 온도 보상 점도는 그 자체로 온도와 무관 한 안료 로딩 또는 용매 농도와 같은 매우 관련있는 공정 매개 변수를 반영하기 때문에 중요합니다.

신뢰할 수있는 점도 측정을 통해 Industry 4.0 통합을위한 예측 제어 가능

코팅 라인을 Industry 4.0 표준에 맞추는 핵심 요소는 다음과 같습니다.

  • 자동화 된 시정 조치를 통한 코팅의 일관성
  • 생산, 규정 준수 및 제품 출처에서 신제품 변형을 처리하는 민첩성
  • 빅 데이터는 효율성을 높이기 위해 기본 결정에 대한 강력한 증거를 제공합니다.
  • 상호 연결 및 정보 투명성을 통해 운영자는 생산 시설 내부 및 외부에서 의사 결정을 내릴 수 있으므로 의사 결정을 분산시킬 수 있습니다.
  • 탄소 배출 감소 – 코팅 공정을 최적화하면 재료 사용, 에너지 소비 및 폐기물이 감소합니다.이 모든 것이 코팅 공정의 CO2 예산을 크게 줄여줍니다.
  • 일반적인 인라인 점도계의 ROI (투자 수익)는 약 3 ~ 6 개월입니다.

 

그림 3. 개략도 점도계의 인라인 통합 표시 및 컨트롤러 자동차 도장 / 코팅 공정.

 

더 높은 정확도, 신뢰성 및 민첩한 코팅 공정 제어를 위해

 공진 점도 센서는 종종 기존 PLC 기반 제어 시스템과 쌍을 이룹니다. 이는 일반적으로 최신 Industry 4.0 호환 센서 시스템에 필요한 모든 이점을 활용하지 않습니다.

예를 들어,보다 정교한 시스템은 공진 센서가 제공하는 매우 정확하고 재현 가능한 측정을 사용하여 코팅 재료 데이터베이스 및 설정된 작업 매개 변수에 대한 실제 측정 값을 확인하여 코팅 매개 변수의 "잠금 및로드"설정을 가능하게합니다. 이러한 시스템 중 하나는 ViscoLock 소프트웨어가 포함 된 Rheonics CoatControl로, 동시에 여러 라인에서 코팅의 온도 보상 점도를 온라인으로 제어 할 수 있습니다. 공장 현장에 분산 된 단일 대시 보드에서 여러 센서를 관리 할 수 ​​있습니다. 연속적인 실시간 점도 측정을 사용하는 컨트롤러로 도징 시스템을 자동화하여 다양한 온도 및 증발 조건에서도 공장의 여러 라인에서 코팅 일관성을 달성 할 수 있습니다. 코터는 마침내 모든 코팅 작업을 완벽하게 추적하고 추적 할 수 있습니다.

결론

최신 센서 및 제어 시스템은 인더스트리 4.0 요구 사항을 준수하도록 코팅 공정 제어를 발전시킵니다. 정확하고 신뢰할 수있는 인라인 센서와 정교한 온라인 제어 시스템을 결합하여 점도 제어를 고속 자동화 코팅 라인에 필요한 표준으로 끌어 올리면서 생산성을 높이고 환경 표준을 준수 할 수 있습니다. 이러한 시스템은 현장의 향후 개발에 개방되어있어 변화하는 코팅 제형에 민첩하게 적응하고 응용 기술을 개선 할 수 있습니다.

참조

  1. 향상된 효율성, 생산성, 민첩성 및 유연성을 강조하면서 품질과 안전을 유지하고 페인트 및 코팅 제조 장비의 발전 : https://www.paint.org/coatingstech-magazine/articles/advances-in-paint-and-coating-manufacturing-equipment/
  2. 페인트 적용을위한 최적의 점도 : https://www.paint.org/coatingstech-magazine/articles/optimum-viscosity-paint-application/
  3. SRV 작동 원리 : https://rheonics.com/whitepapers/
  4. 코팅 산업의 지속 가능성에 대한 업데이트 – https://www.paint.org/coatingstech-magazine/articles/an-update-on-sustainability-in-the-coatings-industry/

코팅 산업을위한 레오 닉스 솔루션

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