Постоянное и точное измерение температуры имеет решающее значение в промышленности пластмасс для обеспечения правильной отделки термоформованных изделий.Как при стационарном, так и при ротационном термоформовании низкая температура формования вызывает напряжения в отформованной детали, а слишком высокие температуры могут вызвать такие проблемы, как образование пузырей и потеря цвета или блеска.
В этой статье мы обсудим, как достижения в области бесконтактного измерения температуры в инфракрасном (ИК) диапазоне не только помогают операциям термоформования оптимизировать производственные процессы и бизнес-результаты, но также обеспечивают соответствие отраслевым стандартам качества и надежности конечной продукции.
Термоформование — это процесс, при котором лист термопласта становится мягким и податливым при нагревании и деформируется по двум осям путем придания ему трехмерной формы.Этот процесс может происходить как при наличии, так и при отсутствии формы.Нагревание листа термопласта является одним из наиболее важных этапов процесса термоформования.В формовочных машинах обычно используются нагреватели сэндвич-типа, которые состоят из панелей инфракрасных нагревателей над и под листовым материалом.
Температура внутри термопластического листа, его толщина и температура производственной среды влияют на то, как цепочки пластиковых полимеров переходят в формуемое состояние и преобразуются в полукристаллическую полимерную структуру.Окончательная замороженная молекулярная структура определяет физические характеристики материала, а также характеристики конечного продукта.
В идеале лист термопласта должен равномерно нагреваться до соответствующей температуры формования.Затем лист передается на станцию формования, где устройство прижимает его к форме для формирования детали с использованием вакуума или сжатого воздуха, иногда с помощью механической пробки.Наконец, деталь извлекается из формы для этапа охлаждения.
Большая часть производства термоформования осуществляется на машинах с рулонной подачей, тогда как машины с листовой подачей предназначены для небольших объемов производства.При очень больших объемах производства может быть оправдана полностью интегрированная поточная система термоформования с замкнутым контуром.На линию поступает сырьевой пластик, а экструдеры подают его непосредственно в термоформовочную машину.
Некоторые типы инструментов для термоформования позволяют обрезать формованное изделие внутри термоформовочной машины.При использовании этого метода возможна большая точность резки, поскольку продукт и скелетные отходы не требуют перемещения.Альтернативой является то, что сформированный лист направляется непосредственно на станцию обрезки.
Большие объемы производства обычно требуют интеграции укладчика деталей с термоформовочной машиной.После укладки готовые изделия упаковываются в коробки для транспортировки конечному потребителю.Отделенный скелетный лом наматывается на оправку для последующего измельчения или проходит через измельчительную машину, работающую в одной линии с термоформовочной машиной.
Термоформование больших листов — сложная операция, подверженная возмущениям, которые могут значительно увеличить количество бракованных деталей.Сегодняшние строгие требования к качеству поверхности деталей, точности толщины, времени цикла и производительности в сочетании с небольшим окном обработки новых дизайнерских полимеров и многослойных листов побудили производителей искать способы улучшить контроль этого процесса.
Во время термоформования нагрев листа происходит за счет излучения, конвекции и проводимости.Эти механизмы вносят большую неопределенность, а также изменения во времени и нелинейности в динамике теплопередачи.Кроме того, нагрев листов представляет собой пространственно распределенный процесс, который лучше всего описывается уравнениями в частных производных.
Для термоформования требуется точная многозонная температурная карта перед формованием сложных деталей.Эта проблема усугубляется тем фактом, что температура обычно контролируется на нагревательных элементах, а распределение температуры по толщине листа является основной переменной процесса.
Например, аморфный материал, такой как полистирол, обычно сохраняет свою целостность при нагревании до температуры формования из-за высокой прочности расплава.В результате с ним легко обращаться и формировать.Когда кристаллический материал нагревается, он более резко переходит из твердого состояния в жидкое после достижения температуры плавления, что делает температурное окно формования очень узким.
Изменения температуры окружающей среды также вызывают проблемы при термоформовании.Метод проб и ошибок определения скорости подачи валков для производства приемлемых формованных изделий может оказаться неадекватным, если температура на заводе изменится (т. е. в летние месяцы).Изменение температуры на 10°C может оказать существенное влияние на производительность из-за очень узкого диапазона температур формования.
Традиционно термоформовщики полагались на специализированные ручные методы контроля температуры листа.Однако этот подход часто дает меньшие результаты, чем желаемые, с точки зрения стабильности и качества продукта.Операторам приходится нелегко найти баланс, который включает в себя минимизацию разницы между температурой сердцевины и поверхности листа, при этом обеспечивая, чтобы обе области оставались в пределах минимальной и максимальной температур формования материала.
Кроме того, прямой контакт с пластиковым листом непрактичен при термоформовании, поскольку это может привести к появлению пятен на пластиковых поверхностях и неприемлемому времени отклика.
Производители пластмасс все чаще открывают для себя преимущества бесконтактной инфракрасной технологии измерения и контроля температуры процесса.Инфракрасные сенсорные решения полезны для измерения температуры в условиях, когда термопары или другие датчики зондового типа не могут быть использованы или не дают точных данных.
Бесконтактные ИК-термометры можно использовать для быстрого и эффективного контроля температуры быстропротекающих процессов, измеряя температуру продукта непосредственно, а не в печи или сушилке.Пользователи могут затем легко регулировать параметры процесса, чтобы обеспечить оптимальное качество продукции.
Для термоформования автоматизированная инфракрасная система мониторинга температуры обычно включает в себя интерфейс оператора и дисплей для измерения процесса в печи термоформования.Инфракрасный термометр измеряет температуру горячих движущихся пластиковых листов с точностью до 1%.Цифровой панельный счетчик со встроенными механическими реле отображает данные о температуре и выдает сигналы тревоги при достижении заданной температуры.
Используя программное обеспечение инфракрасной системы, термоформовщики могут устанавливать диапазоны температуры и мощности, а также коэффициент излучения и точки сигнализации, а затем отслеживать показания температуры в режиме реального времени.Когда процесс достигает заданной температуры, реле замыкается и включает либо световой индикатор, либо звуковой сигнал для управления циклом.Данные о температуре процесса можно архивировать или экспортировать в другие приложения для анализа и документирования процесса.
Благодаря данным ИК-измерений операторы производственных линий могут определить оптимальную настройку печи, позволяющую полностью пропитать лист в кратчайшие сроки без перегрева средней части.Результат добавления точных данных о температуре к практическому опыту позволяет формовать драпировки с очень небольшим количеством брака.А более сложные проекты с более толстым или тонким материалом имеют более однородную конечную толщину стенок, когда пластик нагревается равномерно.
Системы термоформования с технологией ИК-датчиков также могут оптимизировать процессы извлечения термопластов из формы.В ходе этих процессов операторы иногда перегревают печи или слишком долго оставляют детали в форме.Используя систему с инфракрасным датчиком, они могут поддерживать постоянную температуру охлаждения в формах, увеличивая производительность производства и позволяя извлекать детали без значительных потерь из-за прилипания или деформации.
Несмотря на то, что бесконтактное инфракрасное измерение температуры предлагает множество проверенных преимуществ для производителей пластмасс, поставщики приборов продолжают разрабатывать новые решения, еще больше повышая точность, надежность и простоту использования ИК-систем в сложных производственных условиях.
Чтобы решить проблемы с прицеливанием ИК-термометров, компании-производители приборов разработали сенсорные платформы, которые обеспечивают интегрированное прицеливание через объектив, а также лазерное или видеоприцеливание.Такой комбинированный подход обеспечивает правильное прицеливание и определение местоположения цели в самых неблагоприятных условиях.
Термометры также могут включать в себя одновременный видеомониторинг в реальном времени и автоматическую запись и хранение изображений, предоставляя таким образом ценную новую информацию о процессе.Пользователи могут быстро и легко делать снимки процесса и включать информацию о температуре, времени и дате в свою документацию.
Современные компактные ИК-термометры обеспечивают вдвое большее оптическое разрешение по сравнению с более ранними громоздкими моделями датчиков, что расширяет их возможности в сложных приложениях управления технологическими процессами и позволяет напрямую заменять контактные датчики.
Некоторые новые конструкции ИК-датчиков используют миниатюрную чувствительную головку и отдельную электронику.Датчики могут достигать оптического разрешения до 22:1 и выдерживать температуру окружающей среды до 200°C без какого-либо охлаждения.Это позволяет точно измерять пятна очень маленького размера в ограниченном пространстве и в сложных условиях окружающей среды.Датчики достаточно малы, чтобы их можно было установить практически где угодно, и их можно поместить в корпус из нержавеющей стали для защиты от суровых промышленных процессов.Инновации в электронике ИК-датчиков также улучшили возможности обработки сигналов, включая функции излучательной способности, выборки и удержания, удержания пика, удержания впадины и усреднения.В некоторых системах эти переменные можно настроить с помощью удаленного пользовательского интерфейса для дополнительного удобства.
Конечные пользователи теперь могут выбирать ИК-термометры с моторизованной и дистанционно управляемой переменной фокусировкой.Эта возможность позволяет быстро и точно регулировать фокус измеряемых объектов либо вручную на задней панели прибора, либо удаленно через соединение с ПК RS-232/RS-485.
ИК-датчики с регулируемой фокусировкой цели с дистанционным управлением можно настроить в соответствии с требованиями каждого приложения, что снижает вероятность неправильной установки.Инженеры могут точно настроить фокус измерения датчика, не выходя из собственного офиса, а также постоянно наблюдать и фиксировать изменения температуры в процессе, чтобы незамедлительно принять корректирующие меры.
Поставщики продолжают совершенствовать универсальность инфракрасного измерения температуры, поставляя системам программное обеспечение для калибровки в полевых условиях, позволяющее пользователям калибровать датчики на месте.Кроме того, новые ИК-системы предлагают различные средства физического подключения, включая быстроразъемные разъемы и терминальные соединения;разные длины волн для измерения высоких и низких температур;и выбор сигналов в миллиамперах, милливольтах и термопарах.
Разработчики приборов отреагировали на проблемы излучательной способности, связанные с ИК-датчиками, разработав коротковолновые блоки, которые минимизируют ошибки из-за неопределенности излучательной способности.Эти устройства не так чувствительны к изменениям коэффициента излучения целевого материала, как обычные высокотемпературные датчики.Таким образом, они обеспечивают более точные показания для различных целей при различных температурах.
Системы ИК-измерения температуры с режимом автоматической коррекции коэффициента излучения позволяют производителям устанавливать заранее заданные рецепты с учетом частой смены продукта.Быстро выявляя температурные нарушения в пределах объекта измерения, они позволяют пользователю улучшить качество и однородность продукции, уменьшить количество брака и повысить эффективность работы.В случае возникновения неисправности или дефекта система может подать сигнал тревоги, чтобы принять корректирующие меры.
Усовершенствованная технология инфракрасного зондирования также может помочь оптимизировать производственные процессы.Операторы могут выбрать номер детали из существующего списка заданных температур и автоматически записывать каждое пиковое значение температуры.Это решение исключает сортировку и увеличивает время цикла.Это также оптимизирует управление зонами нагрева и повышает производительность.
Чтобы термоформовщики могли полностью проанализировать окупаемость инвестиций в автоматизированную систему инфракрасного измерения температуры, им необходимо учитывать определенные ключевые факторы.Снижение чистых затрат означает принятие во внимание возможного сокращения времени, энергии и количества отходов, а также возможность собирать и сообщать информацию о каждом листе, проходящем через процесс термоформования.Общие преимущества автоматизированной системы ИК-зондирования включают в себя:
• Возможность архивировать и предоставлять клиентам тепловые изображения каждой изготовленной детали в соответствии с документацией о качестве и соответствии требованиям ISO.
Бесконтактное инфракрасное измерение температуры не является новой технологией, но последние инновации позволили снизить затраты, повысить надежность и использовать меньшие единицы измерения.Установки для термоформования, использующие ИК-технологию, получают выгоду от улучшения производства и сокращения брака.Качество деталей также улучшается, поскольку производители получают более однородную толщину своих термоформовочных машин.
For more information contact R&C Instrumentation, +27 11 608 1551, info@randci.co.za, www.randci.co.za
Время публикации: 19 августа 2019 г.