Đo nhiệt độ chính xác, nhất quán là rất quan trọng trong ngành nhựa để đảm bảo độ hoàn thiện chính xác của các sản phẩm định hình nhiệt.Trong cả ứng dụng tạo hình nhiệt cố định và quay, nhiệt độ tạo hình thấp tạo ra ứng suất ở phần được tạo hình, trong khi nhiệt độ quá cao có thể gây ra các vấn đề như phồng rộp, mất màu hoặc độ bóng.
Trong bài viết này, chúng ta sẽ thảo luận về những tiến bộ trong phép đo nhiệt độ không tiếp xúc bằng hồng ngoại (IR) không chỉ giúp hoạt động ép nóng tối ưu hóa quy trình sản xuất và kết quả kinh doanh mà còn cho phép tuân thủ các tiêu chuẩn ngành về chất lượng và độ tin cậy của sản phẩm cuối cùng.
Thermoforming là quá trình trong đó một tấm nhựa nhiệt dẻo được làm mềm và dẻo bằng cách nung nóng, và biến dạng hai trục bằng cách ép thành hình dạng ba chiều.Quá trình này có thể diễn ra khi có hoặc không có khuôn.Làm nóng tấm nhựa nhiệt dẻo là một trong những giai đoạn quan trọng nhất trong hoạt động ép nóng.Máy tạo hình thường sử dụng bộ gia nhiệt kiểu bánh sandwich, bao gồm các tấm gia nhiệt hồng ngoại ở trên và dưới vật liệu tấm.
Nhiệt độ lõi của tấm nhựa nhiệt dẻo, độ dày của nó và nhiệt độ của môi trường sản xuất đều ảnh hưởng đến cách chuỗi polyme nhựa chuyển sang trạng thái có thể đúc được và chuyển đổi thành cấu trúc polyme bán tinh thể.Cấu trúc phân tử đông lạnh cuối cùng quyết định các đặc tính vật lý của vật liệu cũng như hiệu suất của sản phẩm cuối cùng.
Lý tưởng nhất là tấm nhựa nhiệt dẻo phải nóng lên đồng đều đến nhiệt độ tạo hình thích hợp.Sau đó, tấm này được chuyển đến trạm đúc, nơi một thiết bị ép nó vào khuôn để tạo thành bộ phận, sử dụng chân không hoặc không khí điều áp, đôi khi có sự hỗ trợ của phích cắm cơ học.Cuối cùng, bộ phận được đẩy ra khỏi khuôn cho giai đoạn làm nguội của quy trình.
Phần lớn quá trình sản xuất ép nóng được thực hiện bằng máy cấp phôi cuộn, trong khi máy cấp phôi dạng tấm dành cho các ứng dụng có khối lượng nhỏ hơn.Với các hoạt động với khối lượng rất lớn, có thể sử dụng một hệ thống ép nóng vòng kín, tích hợp đầy đủ trong dây chuyền.Dây chuyền tiếp nhận nhựa nguyên liệu và máy đùn cấp liệu trực tiếp vào máy ép nóng.
Một số loại công cụ tạo hình nhiệt nhất định cho phép cắt xén sản phẩm được tạo hình trong máy tạo hình nhiệt.Có thể sử dụng phương pháp này để cắt có độ chính xác cao hơn vì sản phẩm và phế liệu khung không cần định vị lại.Các lựa chọn thay thế là nơi các trang tính được lập chỉ mục trực tiếp đến trạm cắt xén.
Khối lượng sản xuất cao thường yêu cầu tích hợp máy xếp các bộ phận với máy ép nóng.Sau khi xếp chồng lên nhau, các sản phẩm đã hoàn thiện sẽ được đóng gói vào hộp để vận chuyển đến khách hàng cuối cùng.Phần xương vụn đã tách ra được quấn vào một máy khoan để cắt tiếp theo hoặc được đưa qua máy băm cùng dòng với máy ép nóng.
Định hình nhiệt tấm lớn là một hoạt động phức tạp dễ bị nhiễu loạn, có thể làm tăng đáng kể số lượng bộ phận bị loại bỏ.Các yêu cầu nghiêm ngặt ngày nay về chất lượng bề mặt bộ phận, độ chính xác về độ dày, thời gian chu kỳ và năng suất, cùng với cửa sổ xử lý nhỏ của các polyme thiết kế mới và các tấm nhiều lớp, đã thúc đẩy các nhà sản xuất tìm cách cải thiện khả năng kiểm soát quy trình này.
Trong quá trình ép nóng, quá trình gia nhiệt tấm xảy ra thông qua bức xạ, đối lưu và dẫn nhiệt.Các cơ chế này tạo ra rất nhiều sự không chắc chắn, cũng như sự thay đổi theo thời gian và phi tuyến trong động lực truyền nhiệt.Hơn nữa, gia nhiệt tấm là một quá trình phân bố theo không gian được mô tả tốt nhất bằng các phương trình vi phân từng phần.
Định hình nhiệt đòi hỏi một bản đồ nhiệt độ đa vùng, chính xác trước khi hình thành các bộ phận phức tạp.Vấn đề này trở nên phức tạp hơn bởi thực tế là nhiệt độ thường được kiểm soát ở các bộ phận làm nóng, trong khi sự phân bổ nhiệt độ trên toàn bộ độ dày của tấm là biến số chính của quy trình.
Ví dụ, một vật liệu vô định hình như polystyrene thường sẽ duy trì tính toàn vẹn của nó khi được nung nóng đến nhiệt độ hình thành do độ bền nóng chảy cao.Kết quả là, nó rất dễ dàng để xử lý và hình thành.Khi vật liệu kết tinh được nung nóng, nó sẽ thay đổi mạnh mẽ hơn từ dạng rắn sang dạng lỏng khi đạt đến nhiệt độ nóng chảy, làm cho khoảng nhiệt độ tạo hình rất hẹp.
Những thay đổi về nhiệt độ môi trường cũng gây ra vấn đề trong quá trình tạo hình nhiệt.Phương pháp thử và sai để tìm tốc độ nạp cuộn để tạo ra các vật đúc có thể chấp nhận được có thể tỏ ra không phù hợp nếu nhiệt độ nhà máy thay đổi (tức là trong những tháng mùa hè).Sự thay đổi nhiệt độ 10°C có thể có ảnh hưởng đáng kể đến sản lượng do phạm vi nhiệt độ tạo hình rất hẹp.
Theo truyền thống, các nhà tạo hình nhiệt dựa vào các kỹ thuật thủ công chuyên dụng để kiểm soát nhiệt độ tấm.Tuy nhiên, cách tiếp cận này thường mang lại kết quả ít hơn mong muốn về tính nhất quán và chất lượng của sản phẩm.Người vận hành gặp khó khăn trong việc cân bằng, bao gồm việc giảm thiểu sự chênh lệch giữa nhiệt độ lõi và bề mặt của tấm, đồng thời đảm bảo cả hai khu vực luôn nằm trong nhiệt độ hình thành tối thiểu và tối đa của vật liệu.
Ngoài ra, việc tiếp xúc trực tiếp với tấm nhựa là không thực tế trong quá trình tạo hình nhiệt vì nó có thể gây ra các vết xước trên bề mặt nhựa và thời gian phản hồi không thể chấp nhận được.
Ngành công nghiệp nhựa ngày càng khám phá những lợi ích của công nghệ hồng ngoại không tiếp xúc để đo và kiểm soát nhiệt độ quy trình.Các giải pháp cảm biến dựa trên hồng ngoại rất hữu ích để đo nhiệt độ trong các trường hợp không thể sử dụng cặp nhiệt điện hoặc cảm biến loại đầu dò khác hoặc không tạo ra dữ liệu chính xác.
Nhiệt kế hồng ngoại không tiếp xúc có thể được sử dụng để theo dõi nhiệt độ của các quy trình chuyển động nhanh một cách nhanh chóng và hiệu quả, đo nhiệt độ sản phẩm trực tiếp thay vì lò nướng hoặc máy sấy.Sau đó, người dùng có thể dễ dàng điều chỉnh các thông số quy trình để đảm bảo chất lượng sản phẩm tối ưu.
Đối với các ứng dụng ép nóng, hệ thống giám sát nhiệt độ hồng ngoại tự động thường bao gồm giao diện vận hành và màn hình hiển thị các phép đo quy trình từ lò ép nóng.Nhiệt kế hồng ngoại đo nhiệt độ của tấm nhựa nóng, chuyển động với độ chính xác 1%.Đồng hồ đo bảng kỹ thuật số có rơle cơ học tích hợp hiển thị dữ liệu nhiệt độ và đưa ra tín hiệu cảnh báo khi đạt đến nhiệt độ điểm đặt.
Bằng cách sử dụng phần mềm hệ thống hồng ngoại, bộ tạo nhiệt có thể đặt phạm vi nhiệt độ và đầu ra, cũng như các điểm phát xạ và cảnh báo, sau đó theo dõi chỉ số nhiệt độ trên cơ sở thời gian thực.Khi quy trình đạt đến nhiệt độ điểm đặt, rơle sẽ đóng lại và kích hoạt đèn báo hoặc cảnh báo âm thanh để điều khiển chu trình.Dữ liệu nhiệt độ quy trình có thể được lưu trữ hoặc xuất sang các ứng dụng khác để phân tích và ghi lại quy trình.
Nhờ dữ liệu từ các phép đo IR, người vận hành dây chuyền sản xuất có thể xác định cài đặt lò tối ưu để làm ướt hoàn toàn tấm trong khoảng thời gian ngắn nhất mà không làm phần giữa bị quá nóng.Kết quả của việc bổ sung dữ liệu nhiệt độ chính xác vào trải nghiệm thực tế cho phép đúc rèm với rất ít lỗi bị loại bỏ.Và, những dự án khó khăn hơn với vật liệu dày hơn hoặc mỏng hơn sẽ có độ dày thành cuối cùng đồng đều hơn khi nhựa được nung nóng đồng đều.
Hệ thống ép nóng với công nghệ cảm biến hồng ngoại cũng có thể tối ưu hóa quá trình tháo khuôn nhựa nhiệt dẻo.Trong các quy trình này, người vận hành đôi khi chạy lò quá nóng hoặc để các bộ phận trong khuôn quá lâu.Bằng cách sử dụng hệ thống có cảm biến hồng ngoại, họ có thể duy trì nhiệt độ làm mát ổn định trên các khuôn, tăng năng suất sản xuất và cho phép tháo các bộ phận mà không bị tổn thất đáng kể do dính hoặc biến dạng.
Mặc dù phép đo nhiệt độ hồng ngoại không tiếp xúc mang lại nhiều lợi thế đã được chứng minh cho các nhà sản xuất nhựa, nhưng các nhà cung cấp thiết bị vẫn tiếp tục phát triển các giải pháp mới, cải thiện hơn nữa độ chính xác, độ tin cậy và tính dễ sử dụng của hệ thống IR trong môi trường sản xuất đòi hỏi khắt khe.
Để giải quyết các vấn đề về quan sát bằng nhiệt kế hồng ngoại, các công ty thiết bị đã phát triển nền tảng cảm biến cung cấp khả năng quan sát mục tiêu tích hợp qua ống kính, cùng với khả năng quan sát bằng laser hoặc video.Cách tiếp cận kết hợp này đảm bảo việc nhắm và xác định vị trí mục tiêu chính xác trong những điều kiện bất lợi nhất.
Nhiệt kế cũng có thể kết hợp giám sát video theo thời gian thực đồng thời, ghi và lưu trữ hình ảnh tự động - do đó cung cấp thông tin quy trình mới có giá trị.Người dùng có thể nhanh chóng và dễ dàng chụp ảnh nhanh quy trình và đưa thông tin về nhiệt độ và thời gian/ngày tháng vào tài liệu của họ.
Nhiệt kế hồng ngoại nhỏ gọn ngày nay cung cấp độ phân giải quang học gấp đôi so với các mẫu cảm biến cồng kềnh trước đây, mở rộng hiệu suất của chúng trong các ứng dụng kiểm soát quy trình đòi hỏi khắt khe và cho phép thay thế trực tiếp các đầu dò tiếp xúc.
Một số thiết kế cảm biến hồng ngoại mới sử dụng đầu cảm biến thu nhỏ và các thiết bị điện tử riêng biệt.Các cảm biến có thể đạt được độ phân giải quang học lên tới 22:1 và chịu được nhiệt độ môi trường xung quanh lên tới 200°C mà không cần làm mát.Điều này cho phép đo chính xác kích thước điểm rất nhỏ trong không gian hạn chế và điều kiện môi trường khó khăn.Các cảm biến đủ nhỏ để có thể lắp đặt ở mọi nơi và có thể được đặt trong vỏ bằng thép không gỉ để bảo vệ khỏi các quy trình công nghiệp khắc nghiệt.Những cải tiến trong thiết bị điện tử cảm biến hồng ngoại cũng đã cải thiện khả năng xử lý tín hiệu, bao gồm độ phát xạ, lấy mẫu và giữ, giữ đỉnh, giữ thung lũng và chức năng lấy trung bình.Với một số hệ thống, những biến này có thể được điều chỉnh từ giao diện người dùng từ xa để thuận tiện hơn.
Giờ đây, người dùng cuối có thể chọn nhiệt kế hồng ngoại có khả năng lấy nét mục tiêu có thể thay đổi được điều khiển từ xa bằng động cơ.Khả năng này cho phép điều chỉnh nhanh chóng và chính xác trọng tâm của mục tiêu đo bằng tay ở phía sau thiết bị hoặc từ xa thông qua kết nối PC RS-232/RS-485.
Cảm biến hồng ngoại có khả năng lấy nét mục tiêu biến đổi được điều khiển từ xa có thể được cấu hình theo từng yêu cầu của ứng dụng, giảm nguy cơ cài đặt không chính xác.Các kỹ sư có thể tinh chỉnh trọng tâm mục tiêu đo lường của cảm biến từ sự an toàn tại văn phòng của họ, đồng thời liên tục quan sát và ghi lại các biến đổi nhiệt độ trong quy trình của họ để thực hiện hành động khắc phục ngay lập tức.
Các nhà cung cấp đang cải thiện hơn nữa tính linh hoạt của phép đo nhiệt độ hồng ngoại bằng cách cung cấp cho hệ thống phần mềm hiệu chuẩn hiện trường, cho phép người dùng hiệu chỉnh cảm biến tại chỗ.Ngoài ra, các hệ thống IR mới còn cung cấp các phương tiện kết nối vật lý khác nhau, bao gồm các đầu nối ngắt kết nối nhanh và kết nối đầu cuối;các bước sóng khác nhau để đo nhiệt độ cao và nhiệt độ thấp;và lựa chọn tín hiệu milliamp, millivolt và cặp nhiệt điện.
Các nhà thiết kế thiết bị đã giải quyết các vấn đề về độ phát xạ liên quan đến cảm biến hồng ngoại bằng cách phát triển các đơn vị bước sóng ngắn nhằm giảm thiểu sai sót do độ phát xạ không chắc chắn.Các thiết bị này không nhạy cảm với những thay đổi về độ phát xạ trên vật liệu mục tiêu như các cảm biến nhiệt độ cao, thông thường.Như vậy, chúng cung cấp số đọc chính xác hơn trên các mục tiêu khác nhau ở các nhiệt độ khác nhau.
Hệ thống đo nhiệt độ hồng ngoại với chế độ hiệu chỉnh độ phát xạ tự động cho phép nhà sản xuất thiết lập các công thức được xác định trước để phù hợp với những thay đổi sản phẩm thường xuyên.Bằng cách nhanh chóng xác định các bất thường về nhiệt trong mục tiêu đo, chúng cho phép người dùng cải thiện chất lượng và tính đồng nhất của sản phẩm, giảm phế liệu và nâng cao hiệu quả vận hành.Nếu xảy ra lỗi hoặc khiếm khuyết, hệ thống có thể kích hoạt cảnh báo để cho phép thực hiện hành động khắc phục.
Công nghệ cảm biến hồng ngoại nâng cao cũng có thể giúp hợp lý hóa quy trình sản xuất.Người vận hành có thể chọn số bộ phận từ danh sách điểm đặt nhiệt độ hiện có và tự động ghi lại từng giá trị nhiệt độ cao nhất.Giải pháp này giúp loại bỏ việc phân loại và tăng thời gian chu kỳ.Nó cũng tối ưu hóa việc kiểm soát các vùng sưởi ấm và tăng năng suất.
Để các nhà định hình nhiệt có thể phân tích đầy đủ lợi tức đầu tư của hệ thống đo nhiệt độ hồng ngoại tự động, họ phải xem xét một số yếu tố chính nhất định.Giảm chi phí cuối cùng có nghĩa là phải tính đến thời gian, năng lượng và lượng phế liệu giảm có thể xảy ra, cũng như khả năng thu thập và báo cáo thông tin trên mỗi tờ trải qua quá trình ép nóng.Lợi ích tổng thể của hệ thống cảm biến hồng ngoại tự động bao gồm:
• Khả năng lưu trữ và cung cấp cho khách hàng hình ảnh nhiệt của mọi bộ phận được sản xuất để đảm bảo chất lượng và tuân thủ ISO.
Đo nhiệt độ hồng ngoại không tiếp xúc không phải là công nghệ mới, nhưng những cải tiến gần đây đã giảm chi phí, tăng độ tin cậy và cho phép sử dụng đơn vị đo nhỏ hơn.Máy định hình nhiệt sử dụng công nghệ IR được hưởng lợi từ việc cải tiến sản xuất và giảm phế liệu.Chất lượng của các bộ phận cũng được cải thiện vì các nhà sản xuất có được độ dày đồng đều hơn từ máy ép nóng của họ.
For more information contact R&C Instrumentation, +27 11 608 1551, info@randci.co.za, www.randci.co.za
Thời gian đăng: 19-08-2019