اهمیت نظارت بر پایداری فرآیند اکستروژن

مدت‌هاست که مشخص شده است که ناپایداری فشار برای مواد مذاب پلیمری که وارد قالب می‌شود معمولاً مستقیماً به تغییرات خروجی منجر می‌شود. از سال 1960 تا 1964 محققین مختلف در کارخانه های DuPont و Union Carbide مقالاتی را با ذکر نمونه هایی از موقعیت هایی منتشر کردند که در آن نوسانات خروجی تا سه برابر نوسانات فشار اندازه گیری شده بود. با این حال، ابزار دقیق مورد استفاده در این مطالعات اولیه بسیار ظریف و گران بود که برای استفاده تجاری معمولی عملی نبود. یک مقاله عالی توسط BH Maddock که برخی از مطالعات اولیه او را پوشش می دهد “اندازه گیری و تجزیه و تحلیل پایداری اکسترودر” نام دارد. در شماره دسامبر 1964 مجله SPE ظاهر شد.

مدوک اشاره کرد که تغییر فشار در ورودی قالب می‌تواند ناشی از تغییر واقعی دما (بر ویسکوزیته) مواد عبوری از قالب باشد. با این حال، در صورت نوسانات فشار، هیچ حفاظتی در برابر نوسانات خروجی وجود ندارد، مگر اینکه از پمپ دنده ای استفاده شود.

مقاله مادوک اشاره کرد که “نوسان فشاری که با تغییر دما همراه نباشد تقریباً به طور قطع نشان دهنده یک تغییر واقعی در نرخ نوسان است”.

اگر دمای مذاب به طور معقولی یکنواخت باشد، تغییرات در فشار (و سرعت) احتمالاً از یک یا چند منبع زیر نشات می‌گیرد:

• تغییرات در مواد اولیه (معمولاً با مخلوط کردن قابل اصلاح است).
• تغییرات در سرعت اسکرو (به راحتی قابل تشخیص است).
• تغییرات در کنترل دمای بشکه (تغییر طولانی مدت).
• طراحی اسکرو اکسترودر و/یا شرایط عملیاتی ضعیف.

در طول سال‌ها، سازندگان بزرگ ابزارهای اندازه‌گیری فشار، مدل‌هایی با قیمت متوسط تولید کرده‌اند که به عنوان منبع تغذیه مبدل، نشانگر و تنظیم کننده سیگنال عمل می‌کنند. این ابزارها (که با ترانسدیوسرهای فشار بهبودیافته استفاده می‌شوند) سیگنال‌های خروجی کمکی را نیز ارائه می‌کنند که می‌توانند برای نظارت مستمر نوسانات فشار به رکوردرها تغذیه شوند.

این نظارت برای تعیین وجود هر یک از کاستی ها مهم است، حتی اگر از پمپ دنده ای استفاده شود یا یک سیستم گیج گران قیمت خریداری شود.

اگر بتوان دما و فشار مذاب یکنواخت را با تجهیزات اکستروژن و شرایط عملیاتی به خوبی انتخاب شده به دست آورد، ممکن است نیاز کمتری به این ویژگی های اضافی وجود داشته باشد. با این حال، در بسیاری از موارد هنوز هم می توان آنها را برای کیفیت بهتر و افزایش خروجی توجیه کرد.

مطالعات انجام شده توسط Maddock و سایر محققین اولیه شامل استفاده از ضبط کننده های اسیلوگرافی با سرعت بالا بود که قادر به بازتولید نوسانات فشار فرکانس بالا با درستی قابل توجه بود.

با این حال، ابزار دقیق مستحکم و کمتر ظریف در حال حاضر باید بتواند نشان دهد که آیا نوسانات خروجی جدی وجود دارد یا خیر. در کاربردهای عملی، ما اغلب می‌توانیم به رکوردهایی با واکنش آهسته‌تر بسنده کنیم که تنها بازتولید تقریبی نوسانات فشار سریع تا حدود 10 سیکل در ثانیه را ارائه می‌دهند.

اگر بتوانیم با موفقیت شرایط اکستروژن را برای دستیابی به فشار (و خروجی) بسیار پایدارتر دستکاری کنیم، رکوردر ردیابی فشار بسیار پایدارتری را ارائه می دهد.

این تا حدودی شبیه مقایسه یک دستگاه ضبط قدیمی ادیسون با یک گرامافون Hi-Fi است. با ادیسون قدیمی می توانیم به راحتی کلمات و موسیقی را تشخیص دهیم، اما نتیجه یک بازتولید واقعی نیست.

به همین ترتیب، در بسیاری از کاربردهای تجاری، اگر بتوانیم به شناخت کیفی ماهیت نوسانات فشار مؤثر بر یکنواختی خروجی راضی باشیم، ضبط فشار نباید ابزاری با درستی بالا باشد.

 

نوسانات فشار با فرکانس بسیار بالا (بالاتر از 10 سیکل در ثانیه) که وارد قالب می شود، به احتمال زیاد منجر به نوسانات خروجی به همان اندازه جدی در لبه های قالب نمی شود، به ویژه برای فرآیندهایی که شامل تورم قالب بالا و پایین کشیدن کمتر از حد ممکن است.

همه موارد در نظر گرفته شده، ابزارهای اندازه‌گیری فشار مدرن که سیگنال خروجی کمکی را به یک ضبط کننده مقاوم با قیمت متوسط با وفاداری متوسط ارائه می‌دهند، شایسته توجه جدی برای استفاده تجاری برای نظارت بر نوسان فشار قالب هستند، که به شدت بر نوسانات خروجی تأثیر می‌گذارد.

مهم است که بدانیم یک سیگنال فشار مداوم باید ردیابی شود. بیشتر ابزارها را می توان طوری تنظیم کرد که یک سیگنال میرا ارائه دهند تا میانگین فشار را ثابت تر نشان دهند، که برای نظارت بر نوسانات فشار بی فایده است.

همچنین برخی از ضبط کننده ها داده های متوسط را به صورت مکرر چاپ می کنند و این نوع اطلاعات نیز برای نظارت بر نوسانات فشار چندان مفید نیست.

ابزارهای اندازه گیری فشار می توانند نوسانات را برای کمک به تعیین علت کنترل کنند.

برنامه های توسعه قوی برای بهبود ابزارهای اندازه گیری فشار برای استفاده در تولید در حال انجام است. اکنون تامین کنندگان یک نشانگر فشار مبتنی بر ریزپردازنده قابل برنامه ریزی با نمایشگرهای آنالوگ و دیجیتال ترکیبی و خروجی های ولتاژ و جریان قابل انتخاب توسط کاربر برای تغذیه ضبط کننده ها یا سیستم های جمع آوری داده ارائه می دهند.

در بیشتر موارد، ضبط به طور قابل توجهی گرانتر از ابزار دقیق نشان دهنده فشار است و استفاده از آن مستلزم نگهداری و مطالعه عملکرد نمودار ضبط کننده است. به همین دلیل، اغلب کافی است که ضبط کننده را تنها زمانی که قرائت دستگاه نسبتاً ثابت به نظر می رسد، به دستگاه متصل کنید.

اگر فشار در نوک اسکرو و نزدیک انتهای پایین دست بخش تغذیه اسکرو نیز کنترل شود، مشکلات پایداری اکسترودر بهتر قابل تشخیص است. با این حال، هر زمان که پرواز اسکرو از یک ترانسدیوسر در دیواره بشکه عبور کند، یک پالس در قرائت فشار که با سرعت اسکرو برای تکاسکروهای پرواز مطابقت دارد ظاهر می‌شود و نشانه‌ای از افزایش موج نیست.

متأسفانه، برخی از سیستم‌های کنترل فرآیند پیچیده اهمیت پایداری فشار را تشخیص نمی‌دهند. نشانه فشار قالب در گوشه ای از صفحه نمایش CRT به راحتی نادیده گرفته می شود. ابزار نشانگر فشار باید به طور برجسته بزرگی مشکل را نشان دهد. در برخی از ابزارها، تنظیم آلارم فشار به طور مناسب عملی است تا اهمیت به حداقل رساندن نوسانات فشار بیشتر شود.