تطورت البوليمرات من كونها بدائل رخيصة للمنتجات الطبيعية إلى خيارات عالية الجودة لمجموعة متنوعة من التطبيقات الصناعية، وذلك بفضل انخفاض تكلفتها، وتنوع خصائصها (مقاومة عالية للمواد الكيميائية، ومقاومة عالية لدرجات الحرارة، ونسبة عالية بين القوة والوزن)، وسهولة تصنيعها. وتُستخدم البوليمرات في تغليف الأفلام، وتشكيل القوالب الصلبة لأجزاء هياكل السيارات، وخزائن أجهزة التلفاز، وأجزاء الطائرات، ورغوة أكواب القهوة وعزل الثلاجات، وألياف الملابس والسجاد، والمواد اللاصقة، والمطاط المستخدم في الإطارات والأنابيب، والدهانات والطلاءات الأخرى، بالإضافة إلى العديد من التطبيقات الأخرى.

تُعد عملية بثق البوليمر كثيفة الطاقة للغاية، وقد أصبح الرصد في الوقت الفعلي لاستهلاك الطاقة وجودة الذوبان ضروريًا للغاية لتلبية لوائح الكربون الجديدة والبقاء في سوق البلاستيك شديدة التنافسية.

تخضع البوليمرات لعمليات التشكيل بالحقن، والتشكيل بالضغط، والبثق، وكلها تتطلب تشكيل البوليمر. إلا أن هذه العمليات تستهلك كميات كبيرة من الطاقة. ففي المملكة المتحدة، تبلغ تكلفة الكهرباء اللازمة لمعالجة البلاستيك حوالي 350 مليون جنيه إسترليني سنويًا. ومن شأن خفض استهلاك الكهرباء أن يحقق وفورات هائلة ويقلل بشكل كبير من الأثر البيئي.

يمكن تقسيم الطاقة المستهلكة أثناء معالجة البوليمر إلى جانبين: نظام إدارة الطاقة عالي المستوى، والتحكم الآلي منخفض المستوى. بالنسبة لنظام إدارة الطاقة عالي المستوى، يمكن تحقيق خفض في استهلاك الطاقة بنسبة 30% تقريبًا من خلال إدارة العمليات وصيانتها. وبدون إدارة فعّالة للعمليات، تُسهم إعدادات التشغيل غير المثلى، مثل التسخين والتبريد الحراري، وسرعة المعالجة في عملية بثق البوليمر، في هدر كميات هائلة من الطاقة.

تُعدّ كثافة ولزوجة مصهورات البوليمر من أهمّ المعايير الفيزيائية والكيميائية في عملية تصنيع البوليمرات، إذ تُشكّل عوامل بالغة الأهمية تؤثر على تكلفة الإنتاج وربحية العملية. تخضع البوليمرات لعمليات التشكيل بالحقن، والتشكيل بالضغط، والبثق، وكلها تتطلب تشكيل البوليمر في هيئة معينة.

يشهد توصيف المواد أثناء عملية التصنيع رواجًا متزايدًا بين الباحثين الساعين إلى تحسين أداء العديد من عمليات التصنيع الحالية، فضلًا عن تطوير عمليات جديدة. وترتبط فوائد تطبيق هذه التقنيات ارتباطًا مباشرًا بتحسين الجودة وخفض تكاليف الإنتاج. ويمكن استخدام قياسات الخواص الريولوجية لتوصيف المواد، وتحديد قابليتها للمعالجة، وكبيانات إدخال لعمليات المحاكاة الحاسوبية. وتتميز الخواص الريولوجية عن غيرها من الطرق بحساسيتها لبعض جوانب البنية، مثل السلاسل ذات الوزن الجزيئي العالي والتفرعات. وفي كثير من الأحيان، يكون التوصيف الريولوجي أسرع بكثير من الطرق الأخرى.

في عملية البثق، تُعد كثافة المنتج العامل الأكثر أهمية الذي يؤثر على تكاليف الإنتاج والربحية الإجمالية لعملية التصنيع. ويؤدي انخفاض الكثافة إلى خفض تكاليف المواد الخام. مع ذلك، إذا انخفضت كثافة المنتج بشكل مفرط، فإن ذلك يُضعف الخواص الميكانيكية والدقة الهندسية. لذا، يُعد تحقيق توازن دقيق أمرًا ضروريًا لخفض تكاليف المواد مع الحفاظ على القوة والدقة الكافيتين. ويمكن التحكم في كثافة رغوة البولي فينيل كلوريد (PVC) عن طريق تغيير نوع وكمية الإضافات المركبة، أو معايير المعالجة (درجة الحرارة، سرعة البرغي)، أو كليهما.

يتمثل الهدف الرئيسي من ضبط إعدادات التشغيل باستمرار في ضمان جودة صهر ثابتة. وقد أظهرت الأبحاث أن لزوجة المادة المنصهرة هي على الأرجح أفضل مؤشر على جودتها (كوجسويل، 1981). بالنسبة للمواد الأكثر لزوجة، يلزم توفير قوة أكبر وتعديل ظروف أخرى، مثل درجة الحرارة. يجب على المصنّعين فهم هذه المعلومات بدقة لضمان الظروف المناسبة والاستخدام الأمثل للموارد. ولتحسين إعدادات التشغيل، يلزم مراقبة لزوجة المادة المنصهرة في الوقت الفعلي.

تُعدّ تقنيات البثق أحادية اللولب وثنائية اللولب من أكثر تقنيات البثق استخداماً. حيث يتم دفع حبيبات البلاستيك بواسطة لولب يتحرك من منطقة التغذية إلى القالب، وتنصهر الحبيبات بفعل الحرارة الناتجة عن إجهاد القص وتسخين الأسطوانة.

التطبيق ذي الصلة

تُظهر معظم المواد البوليمرية سلوكًا معقدًا للغاية، لا سيما في حالة انصهار البوليمر. يتطلب التطبيق إجراء قياسات في ظروف بالغة الصعوبة - تحت ضغط عالٍ (50-100 ميجا باسكال) ودرجة حرارة عالية (حوالي 150-300 درجة مئوية). في ظروف الضغط العالي ودرجة الحرارة العالية، يرتفع خطر حدوث مشاكل في الدقة والموثوقية.

مشاكل في مراقبة العمليات المتعلقة باستهلاك طاقة المحرك

لا تقوم سوى قلة من شركات معالجة البلاستيك بمراقبة استهلاك الطاقة لمحرك الطارد لدراسة استقرار المادة المنصهرة وجودة المنتج النهائي وكفاءة الطاقة. ومع ذلك، توجد بعض التحديات التي تواجه هذه التقنية:

• يُعد تركيب عدادات الطاقة لكل جهاز بثق مكلفًا، وقد تكون النماذج الرياضية القائمة على إعدادات العملية بديلاً أفضل.
• تعتمد النماذج الحالية بشكل كبير على هندسة جهاز البثق ومواد البوليمر، ومن الصعب استخدام النموذج نفسه في حالات استخدام مختلفة دون إعادة تدريبه.

مشاكل في مراقبة العمليات المتعلقة بضغط الانصهار

في الصناعة، يُعتبر ضغط الانصهار بالقرب من طرف البرغي عادةً المؤشر الرئيسي لجودة الانصهار. إلا أن لهذه التقنية بعض القيود:

• من المعروف أن الضغط يتناسب طرديًا مع سرعة البرغي، ولكنه يتأثر أيضًا بشكل طفيف بدرجة حرارة الانصهار وهندسة البرغي ومادة البوليمر التي تتم معالجتها.
• يؤدي عدم استقرار ضغط الانصهار إلى تقلبات في الإنتاجية واختلافات في جودة المنتج النهائي.

قيود تقنيات قياس اللزوجة التقليدية

يُعدّ السلوك الريولوجي لمعظم المواد البوليمرية معقدًا للغاية، إذ تعتمد اللزوجة على كلٍّ من القص والتاريخ الحراري. غالبًا ما تُقاس لزوجة البوليمر خارج خط الإنتاج، حيث تُذاب عينة من المركب البوليمري وتُوضع في أنبوب شعري خاص (مقياس لزوجة زجاجي)، أو باستخدام أنبوب شعري مُثبّت بالتوازي مع جهاز البثق في حالة القياسات المباشرة. تتطلب كلتا الطريقتين تأخيرات زمنية طويلة نتيجةً للوقت اللازم لتدفق المصهور عبر خطوط النقل والأنبوب الشعري. في بعض الحالات، تُثبّت مقاييس اللزوجة على خطوط البثق لقياس الإجهاد على جدار القالب عن طريق قياس انخفاض الضغط على طول شق أو أنبوب شعري، ويُقاس معدل التدفق بواسطة مقياس تدفق إضافي. على الرغم من أن هذه الطرق تُنتج قياسات لزوجة أكثر صلةً بعملية البثق، إلا أن مقياس التدفق غالبًا ما يُؤثر على تيار المصهور، مما يُغيّر خصائص التدفق الأصلية.

تُعدّ مقاييس اللزوجة الميكانيكية والكهروميكانيكية التقليدية، المصممة أساسًا للقياسات المختبرية، صعبة الدمج في بيئة التحكم والمراقبة. كما أن منهجية الاختبار الحالية في المختبرات الخارجية غير مثالية ومكلفة نظرًا للتحديات اللوجستية للشحن وارتفاع التكاليف الثابتة. غالبًا ما يتعذر تحديد التغيرات المعقدة التي تحدث داخل المحرك أو الضاغط من عينة زيت روتينية، لأن البيانات التي تمثلها هذه العينة لا تعكس سوى لقطة لحالة الزيت وقت أخذ العينة، وقد تتأثر الأجهزة التقليدية بمعدل القص ودرجة الحرارة ومتغيرات أخرى.

تتعدد المزايا التحفيزية لمراقبة اللزوجة في الوقت الفعلي أثناء عملية إنتاج البوليمرات، من حيث التكلفة والبيئة واللوجستيات. فهي أداة ممتازة لتوصيف المواد وحلّ المشكلات المتنوعة. وفيما يلي أهم هذه المزايا:

مزايا اقتصادية ولوجستية، وانخفاض تكاليف الإنتاج: من شأن التحليل الفوري للزوجة أن يقلل من عدد العينات المرسلة إلى المختبرات الخارجية، وبالتالي يقلل التكاليف المترتبة على ذلك. كما أن المخرجات المستمرة من التحليلات التي تُجرى في الموقع ستُقلل من تكاليف الشحن والعمالة، بالإضافة إلى تقليل أخطاء أخذ العينات.

يمكن أن تساعد قياسات علم الريولوجيا في تحديد المشكلات أثناء معالجة البوليمر وتقليل الأخطاء:

• جلد القرش: المواد التي لا تتميز بانخفاض كبير في معدل القص تكون عرضة لظاهرة "جلد القرش" عند معدلات إنتاج منخفضة نسبيًا. وتُعد معلومات لزوجة المادة عند درجة حرارة المعالجة (في منطقة الحافة) ضرورية لتقليل إجهاد القص، أو رفع درجة حرارة القالب، أو استخدام إضافات تُحسّن الانزلاق وتمنع حدوث هذا العيب.
• عدم استقرار الفقاعات في نفخ الأغشية: قد يتسبب انخفاض قوة انصهار المادة في حدوث هذا العيب. يمكن استخدام قيم اللزوجة التمددية و/أو قوة الانصهار للمواد لمقارنة استقرار الفقاعات في المواد المختلفة واختيار المادة المناسبة للتطبيق. يساعد التبريد على خفض درجة حرارة الفقاعات وبالتالي زيادة قوة الانصهار.
• سوء مزج البوليمرين: عندما يكون فرق اللزوجة بين بوليمرين مراد مزجهما كبيرًا (أكثر من خمسة أضعاف مثلاً)، يصبح المزج صعبًا للغاية لأن إجهاد القص الذي تمارسه المادة الأساسية على الطور المشتت ذي اللزوجة الأعلى لا يكون كافيًا لإحداث التفكك. ويتمثل الحل في استخدام مادة أساسية ذات لزوجة أعلى.

تحسين جودة المنتج النهائي: يمكن للقياسات الريولوجية من المواد الخام والمنتج النهائي أن تحدد خصائص المنتج مثل مقاومة الصدمات، والبصريات، والتشوه، والهشاشة، وما إلى ذلك. ويمكن أن تساعد المراقبة المستمرة في اكتشاف أي تغيير أو تدهور قد يحدث أثناء عملية البثق.

انخفاض استهلاك الطاقة: لتحسين إعدادات التشغيل، يلزم رصد لزوجة المادة المنصهرة في الوقت الفعلي. ويتم ضمان الاستخدام الأمثل للموارد والطاقة الكهربائية في الإنتاج مع التحكم الدقيق في العمليات من خلال قياسات ريولوجية مباشرة في الوقت الفعلي.

زيادة سلامة العمال: تساهم عوامل أخرى مثل متطلبات الصحة والسلامة للعمل مع المذيبات، ومراعاة البيئة، والحاجة إلى موظفين متخصصين لإجراء هذه الاختبارات (التي يجب إجراؤها في المختبر) في زيادة شعبية الطريقة الخالية من المذيبات.

أوقات استجابة أسرع: من شأن تحليل اللزوجة (والكثافة) في الموقع أن يقلل/يزيل التأخير بين أخذ العينات وتلقي الرد من المختبر.

بيئة: يمكن تحقيق أقصى استفادة من الموارد من خلال أنظمة المراقبة الإلكترونية، مما يؤدي إلى تقليل الهدر، وهو أمر مفيد للبيئة. كما يُسهم خفض الانبعاثات في تعزيز الاستدامة.

يُعد قياس اللزوجة الآلي والفوري أثناء عملية الإنتاج أمرًا بالغ الأهمية لإنتاج البوليمر. Rheonics يقدم الحلول التالية، القائمة على رنان التواء متوازن، للتحكم في العمليات وتحسينها في معالجة البوليمر:

1. في النسق لزوجة قياسات: Rheonics' SRV هو جهاز قياس لزوجة واسع النطاق ومدمج مع قياس درجة حرارة السائل، وقادر على اكتشاف تغيرات اللزوجة داخل أي تيار عملية في الوقت الحقيقي.
2. في النسق اللزوجة والكثافة قياسات: Rheonics' SRD هو جهاز قياس متزامن للكثافة واللزوجة، مزود بخاصية قياس درجة حرارة السائل. إذا كان قياس الكثافة مهمًا لعملياتك، فإن جهاز SRD هو الخيار الأمثل لتلبية احتياجاتك، إذ يتمتع بقدرات تشغيلية مماثلة لجهاز SRV، بالإضافة إلى دقة عالية في قياس الكثافة.

يُغني القياس الآلي المباشر للزوجة باستخدام مستشعر SRV أو SRD عن التباينات في أخذ العينات وتقنيات المختبر المستخدمة في قياس اللزوجة بالطرق التقليدية. يقع المستشعر في خط الإنتاج ليقيس اللزوجة (والكثافة في حالة SRD) باستمرار. يُسهم استخدام SRV/SRD في مراقبة العمليات في تحسين الإنتاجية وزيادة هوامش الربح. يتميز كلا المستشعرين بحجمهما الصغير، مما يُسهل تركيبهما من قِبل الشركات المصنعة الأصلية أو تحديث الأنظمة القائمة. لا يتطلبان أي صيانة أو إعادة تهيئة. يوفر كلا المستشعرين نتائج دقيقة وقابلة للتكرار بغض النظر عن طريقة أو مكان تركيبهما، دون الحاجة إلى حجرات خاصة أو أختام مطاطية أو حماية ميكانيكية. وبفضل عدم استخدام أي مواد استهلاكية، يُعد تشغيل SRV وSRD في غاية السهولة.

تصميم صغير الحجم، بدون أجزاء متحركة، ولا يتطلب صيانة

Rheonicsتتميز وحدات SRV وSRD بحجمها الصغير جدًا، مما يسهل تركيبها في أنظمة التصنيع الأصلية وأنظمة التحديث. كما أنها تتيح دمجها بسهولة في أي خط إنتاج. تتميز بسهولة تنظيفها ولا تتطلب صيانة أو إعادة تهيئة. وبفضل حجمها الصغير، يمكن تركيبها مباشرةً في أي خط إنتاج، مما يغني عن الحاجة إلى مساحة إضافية أو محولات.

ثبات عالٍ وعدم تأثر بظروف التركيب: أي تكوين ممكن

Rheonics تستخدم مستشعرات SRV وSRD رنانًا محوريًا فريدًا حاصلًا على براءة اختراع، حيث يلتف طرفا المستشعرين في اتجاهين متعاكسين، مما يلغي عزم الدوران الناتج عن تركيبهما، وبالتالي يجعلهما غير حساسين تمامًا لظروف التركيب ومعدلات التدفق. يمكن لهذه المستشعرات التعامل بسهولة مع عمليات النقل المتكررة. يوضع عنصر المستشعر مباشرة في السائل، دون الحاجة إلى غلاف خاص أو قفص واقٍ.

قراءات فورية ودقيقة لظروف العملية – نظرة عامة كاملة على النظام وتحكم تنبؤي

Rheonicsالبرنامج قوي وسهل الاستخدام وبديهي. يمكن مراقبة اللزوجة في الوقت الفعلي على جهاز كمبيوتر. تتم إدارة العديد من أجهزة الاستشعار من لوحة تحكم واحدة موزعة على أرضية المصنع. لا يؤثر نبض الضغط الناتج عن الضخ على عمل أجهزة الاستشعار أو دقة القياس. لا يتأثر بالصدمات أو الاهتزازات أو ظروف التدفق.

سهولة التركيب وعدم الحاجة إلى إعادة التكوين/إعادة المعايرة

استبدل الحساسات دون الحاجة إلى استبدال أو إعادة برمجة الإلكترونيات، فهي بدائل مباشرة للحساس والإلكترونيات دون أي تحديثات للبرامج الثابتة أو تغييرات في معامل المعايرة. سهلة التركيب. تُثبّت ببراغي في وصلة خط الحبر ذات سن لولبي ¾ بوصة NPT. بدون حجرات. O-ring حشوات أو مانعات تسرب. سهلة الإزالة للتنظيف أو الفحص. صمام التحكم في الضغط متوفر مع شفة و tri-clamp وصلة لسهولة التركيب والفك.

انخفاض استهلاك الطاقة

مزود طاقة تيار مستمر 24 فولت باستهلاك تيار أقل من 0.1 أمبير أثناء التشغيل العادي

زمن استجابة سريع ولزوجة مُعوضة لدرجة الحرارة

تُساهم الإلكترونيات فائقة السرعة والمتانة، بالإضافة إلى النماذج الحسابية الشاملة، في جعل Rheonics تُعدّ هذه الأجهزة من بين الأسرع والأكثر دقة في هذا المجال. توفر تقنيتا SRV وSRD قياسات دقيقة للزوجة (والكثافة في حالة SRD) في الوقت الفعلي كل ثانية، ولا تتأثر بتغيرات معدل التدفق!

قدرات تشغيلية واسعة

Rheonicsصُممت هذه الأجهزة لإجراء القياسات في أصعب الظروف. تتميز SRV بأوسع نطاق تشغيل في السوق لأجهزة قياس اللزوجة المدمجة في العمليات الصناعية.

• نطاق الضغط يصل إلى 5000 رطل لكل بوصة مربعة
• نطاق درجة الحرارة من -40 إلى 200 درجة مئوية
• نطاق اللزوجة: من 0.5 سنتي بواز إلى 50,000 سنتي بواز

SRD: جهاز واحد، ثلاث وظائف - اللزوجة، ودرجة الحرارة، والكثافة

Rheonicsيُعدّ جهاز SRD منتجًا فريدًا يغني عن ثلاثة أجهزة مختلفة لقياس اللزوجة والكثافة ودرجة الحرارة. فهو يُزيل صعوبة وجود ثلاثة أجهزة مختلفة في نفس المكان، ويُقدّم قياسات دقيقة للغاية وقابلة للتكرار حتى في أقسى الظروف.

التنظيف في المكان (CIP)

يراقب نظاما SRV وSRD عملية تنظيف الأنابيب من خلال قياس لزوجة (وكثافة) المذيب أثناء عملية التنظيف. ويكشف المستشعر عن أي بقايا صغيرة، مما يُمكّن المشغل من تحديد الوقت المناسب لتنظيف الأنبوب. كما يوفر نظام SRV معلومات لنظام التنظيف الآلي لضمان تنظيف كامل ومتكرر بين عمليات التنظيف، على عكس ما يحدث في حالة الأنابيب الشعرية الزجاجية.

تصميم وتقنية استشعار فائقة

تُشغّل هذه المستشعرات إلكترونيات متطورة حاصلة على براءة اختراع من الجيل الثالث، وتقوم بتقييم استجابتها. يتوفر كل من SRV وSRD بوصلات عملية قياسية في الصناعة مثل ¾ بوصة NPT و1 بوصة. Tri-clamp يسمح للمشغلين باستبدال مستشعر درجة الحرارة الحالي في خط المعالجة الخاص بهم بـ SRV/SRD مما يوفر معلومات قيمة وقابلة للتنفيذ للغاية عن سائل المعالجة مثل اللزوجة بالإضافة إلى قياس دقيق لدرجة الحرارة باستخدام Pt1000 المدمج (DIN EN 60751 الفئة AA، A، B متوفرة).

أجهزة إلكترونية مصممة لتناسب احتياجاتك

تتوفر إلكترونيات المستشعر في كل من غلاف جهاز الإرسال المقاوم للانفجار وحامل سكة DIN صغير الحجم، مما يتيح سهولة دمجها في خطوط أنابيب العمليات وداخل خزائن معدات الآلات.

من السهل دمج

إن استخدام طرق اتصال تناظرية ورقمية متعددة في إلكترونيات المستشعرات يجعل الاتصال بأنظمة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة الصناعية وأنظمة التحكم أمرًا بسيطًا وسهلاً.

Rheonics تُقدّم الشركة أجهزة استشعار آمنة بطبيعتها، حاصلة على شهادات ATEX وIECEx، للاستخدام في البيئات الخطرة. وتتوافق هذه الأجهزة مع متطلبات الصحة والسلامة الأساسية المتعلقة بتصميم وبناء المعدات وأنظمة الحماية المُخصصة للاستخدام في الأجواء القابلة للانفجار.

الشهادات التي تحملها جهاتٌ تتمتع بالأمان الجوهري ومقاومة الانفجار Rheonics كما يتيح ذلك تخصيص المستشعرات الموجودة، مما يوفر على عملائنا الوقت والتكاليف المرتبطة بتحديد واختبار بديل. ويمكن توفير مستشعرات مخصصة للتطبيقات التي تتطلب وحدة واحدة أو آلاف الوحدات، مع فترات تسليم تتراوح بين أسابيع وأشهر.

Rheonics SRV & SRD كلاهما حاصل على شهادة ATEX و IECEx.

قم بتثبيت المستشعر مباشرةً على خط المعالجة لإجراء قياسات فورية للزوجة والكثافة. لا حاجة لخط جانبي: يمكن غمر المستشعر مباشرةً في الخط، ولا يؤثر معدل التدفق أو الاهتزازات على استقرار القياس ودقته. حسّن عملية اتخاذ القرار من خلال إجراء اختبارات متكررة ومتتالية ومتسقة على السائل.

Rheonics تصمم وتصنع وتسوق أنظمة استشعار ومراقبة السوائل المبتكرة. مصنعة بدقة في سويسرا. Rheonicsتتميز مقاييس اللزوجة المدمجة بالحساسية المطلوبة للتطبيق والموثوقية اللازمة للعمل في بيئات تشغيل قاسية. نتائج ثابتة حتى في ظل ظروف تدفق معاكسة. لا تتأثر بانخفاض الضغط أو معدل التدفق. وهي مناسبة تمامًا لقياسات مراقبة الجودة في المختبر.