A medición constante e precisa da temperatura é fundamental na industria dos plásticos para garantir o correcto acabado dos produtos termoformados.Tanto en aplicacións de termoformado estacionarias como rotativas, a baixa temperatura de conformado produce tensións na peza conformada, mentres que as temperaturas demasiado elevadas poden provocar problemas como ampollas e perda de cor ou brillo.
Neste artigo, analizaremos como os avances na medición de temperatura sen contacto por infravermellos (IR) non só axudan ás operacións de termoformado a optimizar os seus procesos de fabricación e os seus resultados comerciais, senón que tamén permiten o cumprimento dos estándares da industria para a calidade e fiabilidade do produto final.
O termoformado é o proceso polo cal unha lámina termoplástica faise branda e flexible mediante o quecemento, e se deforma biaxialmente ao ser forzada nunha forma tridimensional.Este proceso pode levarse a cabo en presenza ou ausencia de mofo.O quecemento da lámina termoplástica é unha das etapas máis cruciais na operación de termoformado.As máquinas de conformación normalmente usan quentadores tipo sándwich, que consisten en paneis de quentadores infravermellos por encima e por debaixo do material da chapa.
A temperatura central da lámina termoplástica, o seu grosor e a temperatura do ambiente de fabricación afectan a forma en que as cadeas de polímeros plásticos flúen a un estado moldeable e se transforman nunha estrutura de polímero semicristalino.A estrutura molecular final conxelada determina as características físicas do material, así como o rendemento do produto final.
Idealmente, a lámina termoplástica debería quentar uniformemente ata a súa temperatura de conformación adecuada.Despois, a folla transfírese a unha estación de moldeo, onde un aparello a presiona contra o molde para formar a peza, utilizando un baleiro ou aire a presión, ás veces coa axuda dun tapón mecánico.Finalmente, a peza expulsa do molde para a fase de arrefriamento do proceso.
A maior parte da produción de termoformado realízase con máquinas alimentadas por bobina, mentres que as máquinas alimentadas con follas son para aplicacións de menor volume.Con operacións de volume moi grande, pódese xustificar un sistema de termoformado en lazo pechado en liña totalmente integrado.A liña recibe materias primas plásticas e as extrusoras alimentan directamente a termoformadora.
Certos tipos de ferramentas de termoformado permiten cortar o artigo formado dentro da máquina de termoformado.Con este método é posible unha maior precisión de corte porque o produto e a chatarra non precisan reposicionar.As alternativas son onde a folla formada se indexa directamente á estación de cultivo.
O alto volume de produción normalmente require a integración dun apilador de pezas coa máquina de termoformado.Unha vez apilados, os artigos rematados embalanse en caixas para o seu transporte ata o cliente final.O esqueleto separado enróllase nun mandril para o posterior picado ou pasa por unha máquina de picar en liña coa termoformadora.
O termoformado de chapas grandes é unha operación complexa susceptible de perturbacións, que pode aumentar moito o número de pezas rexeitadas.Os rigorosos requisitos actuais de calidade da superficie da peza, precisión do grosor, tempo de ciclo e rendemento, sumados á pequena ventá de procesamento de novos polímeros de deseño e follas multicapa, impulsaron aos fabricantes a buscar formas de mellorar o control deste proceso.
Durante o termoformado, o quecemento da folla prodúcese por radiación, convección e condución.Estes mecanismos introducen moita incerteza, así como variacións no tempo e non linealidades na dinámica de transferencia de calor.Ademais, o quecemento de follas é un proceso distribuído espacialmente mellor descrito mediante ecuacións en derivadas parciais.
O termoformado require un mapa de temperatura preciso e multizona antes da formación de pezas complexas.A este problema súmase o feito de que a temperatura adoita controlarse nos elementos de calefacción, mentres que a distribución da temperatura no grosor da folla é a principal variable do proceso.
Por exemplo, un material amorfo como o poliestireno manterá xeralmente a súa integridade cando se quenta ata a súa temperatura de formación debido á alta resistencia á fusión.Como resultado, é fácil de manexar e formar.Cando se quenta un material cristalino, cambia de forma máis dramática de sólido a líquido unha vez que se alcanza a súa temperatura de fusión, o que fai que a xanela da temperatura de formación sexa moi estreita.
Os cambios de temperatura ambiente tamén provocan problemas no termoformado.O método de proba e erro para atopar unha velocidade de alimentación do rolo para producir molduras aceptables pode resultar inadecuado se a temperatura da fábrica cambiase (é dicir, durante os meses de verán).Un cambio de temperatura de 10 °C pode ter unha influencia significativa na produción debido ao intervalo de temperaturas de formación moi estreito.
Tradicionalmente, os termoformadores confiaron en técnicas manuais especializadas para o control da temperatura da folla.Non obstante, este enfoque moitas veces produce resultados inferiores aos desexados en termos de consistencia e calidade do produto.Os operadores teñen un difícil equilibrio, que implica minimizar a diferenza entre as temperaturas do núcleo e da superficie da chapa, ao tempo que se garante que ambas áreas se manteñan dentro das temperaturas mínimas e máximas de conformación do material.
Ademais, o contacto directo coa folla de plástico non é práctico no termoformado porque pode causar manchas nas superficies de plástico e tempos de resposta inaceptables.
Cada vez máis, a industria dos plásticos está a descubrir os beneficios da tecnoloxía infravermella sen contacto para a medición e control da temperatura do proceso.As solucións de detección baseadas en infravermellos son útiles para medir a temperatura en circunstancias nas que non se poden utilizar termopares ou outros sensores tipo sonda ou non producen datos precisos.
Pódense empregar termómetros IR sen contacto para controlar a temperatura dos procesos de movemento rápido de forma rápida e eficiente, medindo a temperatura do produto directamente en lugar do forno ou do secador.Os usuarios poden axustar facilmente os parámetros do proceso para garantir unha calidade óptima do produto.
Para aplicacións de termoformado, un sistema automatizado de monitorización de temperatura por infravermellos normalmente inclúe unha interface de operador e unha pantalla para as medicións do proceso do forno de termoformado.Un termómetro IR mide a temperatura das follas de plástico quentes e en movemento cun 1 % de precisión.Un medidor de panel dixital con relés mecánicos incorporados mostra datos de temperatura e emite sinais de alarma cando se alcanza a temperatura do punto de referencia.
Usando o software do sistema de infravermellos, os termoformadores poden establecer intervalos de temperatura e saída, así como puntos de emisividade e alarma, e despois supervisar as lecturas de temperatura en tempo real.Cando o proceso alcanza a temperatura do punto de referencia, un relé péchase e activa unha luz indicadora ou unha alarma sonora para controlar o ciclo.Os datos de temperatura do proceso pódense arquivar ou exportar a outras aplicacións para a análise e a documentación do proceso.
Grazas aos datos das medicións IR, os operadores da liña de produción poden determinar a configuración óptima do forno para saturar completamente a folla no menor período de tempo sen sobrequecer a sección central.O resultado de engadir datos de temperatura precisos á experiencia práctica permite o moldeado de cortinas con moi poucos residuos.E, os proxectos máis difíciles con material máis groso ou delgado teñen un grosor de parede final máis uniforme cando o plástico se quenta uniformemente.
Os sistemas de termoformado con tecnoloxía de sensor IR tamén poden optimizar os procesos de desmoldeo de termoplásticos.Nestes procesos, os operarios ás veces fan quentar os seus fornos demasiado ou deixan pezas no molde demasiado tempo.Ao usar un sistema cun sensor infravermello, poden manter temperaturas de arrefriamento constantes entre os moldes, aumentando o rendemento de produción e permitindo que se eliminen pezas sen perdas significativas por pegada ou deformación.
Aínda que a medición de temperatura por infravermellos sen contacto ofrece moitas vantaxes comprobadas para os fabricantes de plásticos, os provedores de instrumentación seguen desenvolvendo novas solucións, mellorando aínda máis a precisión, fiabilidade e facilidade de uso dos sistemas IR en ambientes de produción esixentes.
Para resolver os problemas de observación cos termómetros IR, as compañías de instrumentos desenvolveron plataformas de sensores que proporcionan unha visión integrada de obxectivos a través da lente, ademais de avistamento con láser ou vídeo.Este enfoque combinado garante unha correcta orientación e localización do obxectivo nas condicións máis adversas.
Os termómetros tamén poden incorporar seguimento simultáneo de vídeo en tempo real e gravación e almacenamento de imaxes automatizados, proporcionando así información valiosa sobre o proceso.Os usuarios poden tomar instantáneas do proceso de forma rápida e sinxela e incluír información de temperatura e hora/data na súa documentación.
Os termómetros IR compactos actuais ofrecen o dobre de resolución óptica que os modelos de sensores voluminosos anteriores, ampliando o seu rendemento en aplicacións de control de procesos esixentes e permitindo a substitución directa das sondas de contacto.
Algúns novos deseños de sensores IR utilizan un cabezal sensor en miniatura e electrónica separada.Os sensores poden alcanzar unha resolución óptica de ata 22:1 e soportar temperaturas ambiente que se aproximan aos 200 °C sen arrefriar.Isto permite a medición precisa de tamaños de puntos moi pequenos en espazos reducidos e condicións ambientais difíciles.Os sensores son o suficientemente pequenos como para instalarse en calquera lugar e pódense aloxar nunha carcasa de aceiro inoxidable para protexerse dos duros procesos industriais.As innovacións na electrónica do sensor IR tamén melloraron as capacidades de procesamento de sinal, incluíndo funcións de emisividade, mostra e retención, retención de picos, retención de val e funcións de media.Con algúns sistemas, estas variables pódense axustar desde unha interface de usuario remota para maior comodidade.
Os usuarios finais agora poden escoller termómetros IR con enfoque variable motorizado e controlado a distancia.Esta capacidade permite un axuste rápido e preciso do foco dos obxectivos de medición, xa sexa manualmente na parte traseira do instrumento ou de forma remota mediante unha conexión de PC RS-232/RS-485.
Os sensores IR con enfoque variable controlado a distancia pódense configurar segundo os requisitos de cada aplicación, reducindo as posibilidades de instalación incorrecta.Os enxeñeiros poden afinar o foco do obxectivo de medición do sensor desde a seguridade da súa propia oficina e observar e rexistrar continuamente as variacións de temperatura no seu proceso para tomar medidas correctoras inmediatas.
Os provedores están a mellorar aínda máis a versatilidade da medición de temperatura infravermella proporcionando sistemas con software de calibración de campo, que permite aos usuarios calibrar sensores no lugar.Ademais, os novos sistemas IR ofrecen diferentes medios para a conexión física, incluíndo conectores de desconexión rápida e conexións de terminais;diferentes lonxitudes de onda para medición de alta e baixa temperatura;e unha selección de sinais de miliamperios, milivoltios e termopar.
Os deseñadores de instrumentación responderon aos problemas de emisividade asociados aos sensores IR desenvolvendo unidades de lonxitude de onda curta que minimizan os erros debido á incerteza da emisividade.Estes dispositivos non son tan sensibles aos cambios de emisividade no material obxectivo como os sensores convencionais de alta temperatura.Como tal, proporcionan lecturas máis precisas en diferentes obxectivos a diferentes temperaturas.
Os sistemas de medición de temperatura IR con modo de corrección automática de emisividade permiten aos fabricantes configurar receitas predefinidas para adaptarse a cambios frecuentes de produto.Ao identificar rapidamente as irregularidades térmicas dentro do obxectivo de medición, permítenlle ao usuario mellorar a calidade e uniformidade do produto, reducir a chatarra e mellorar a eficiencia operativa.Se se produce un fallo ou defecto, o sistema pode activar unha alarma para permitir unha acción correctora.
A tecnoloxía de detección infravermella mellorada tamén pode axudar a racionalizar os procesos de produción.Os operadores poden escoller un número de peza dunha lista de puntos de referencia de temperatura existente e rexistrar automaticamente cada valor de temperatura máxima.Esta solución elimina a clasificación e aumenta os tempos de ciclo.Tamén optimiza o control das zonas de calefacción e aumenta a produtividade.
Para que os termoformadores analicen completamente o retorno do investimento dun sistema automatizado de medición de temperatura por infravermellos, deben ter en conta certos factores clave.Reducir os custos de fondo significa ter en conta o tempo, a enerxía e a cantidade de redución de chatarra que pode ter lugar, así como a capacidade de recoller e informar información sobre cada folla que pasa polo proceso de termoformado.Os beneficios xerais dun sistema de detección IR automatizado inclúen:
• Capacidade para arquivar e proporcionar aos clientes unha imaxe térmica de cada peza fabricada para a documentación de calidade e o cumprimento da ISO.
A medición de temperatura por infravermellos sen contacto non é unha tecnoloxía nova, pero as recentes innovacións reduciron custos, aumentaron a fiabilidade e permitiron unidades de medida máis pequenas.Os termoformadores que utilizan tecnoloxía IR benefícianse das melloras na produción e da redución da chatarra.A calidade das pezas tamén mellora porque os produtores obteñen un grosor máis uniforme das súas termoformadoras.
For more information contact R&C Instrumentation, +27 11 608 1551, info@randci.co.za, www.randci.co.za
Hora de publicación: 19-Ago-2019