الشكل 1: آلة البثق.

جدول المحتويات

1. المقدمة
2. عملية التشكيل بالبثق
3. التحديات في عملية بثق البوليمر والتحكم فيها
4. Rheonics مقياس لزوجة العمليات المضمن SRV
   • تكامل البيانات
   • خيارات التثبيت
     • تركيب عمودي
     • تركيب متوازي مُدخل في الكوع
     • إدخال متوازي مضمن – تكييف عملية خلية الرقاقة – بوابة نجمية SRV

• • اعتبارات أساسية للتثبيت
    • • منطقة الاستشعار الملامسة للسائل
      • درجة حرارة عالية
      • نظام
      • وصلة عملية المسبار وإحكام إغلاقها
      • حدود المجس في التركيب العمودي

المقدمة

يُعدّ التشكيل بالبثق عملية تصنيع عالية الكفاءة ومتعددة الاستخدامات في مختلف الصناعات، حيث تُستخدم لإنتاج مقاطع متصلة، مثل الأنابيب والصفائح والأغشية وغيرها. وتتيح هذه العملية سرعة إنتاج عالية، وكفاءة في استخدام المواد، والقدرة على ابتكار أشكال مقطعية معقدة بجودة ثابتة. ويلعب التصنيع بالبثق دورًا محوريًا في إنتاج البوليمرات والبلاستيك على مستوى العالم. وفي السنوات الأخيرة، ساهمت التطورات في مجال الأتمتة، ومراقبة العمليات في الوقت الفعلي، واستخدام المواد المستدامة، فضلًا عن أهمية عمليات إعادة التدوير، في تعزيز الدقة وتقليل الأثر البيئي من خلال الحد من النفايات.

يُعدّ رصد العمليات في الوقت الفعلي أمرًا أساسيًا لضمان جودة المنتجات. وقد تحققت إنجازات كبيرة في رصد درجة الحرارة والضغط في عمليات البثق. ومع ذلك، فإن رصد اللزوجة أثناء عملية البثق، على الرغم من كونه أحد العوامل الحاسمة التي تؤثر على تدفق المادة المنصهرة وملء القالب، بل وأكثر أهمية من درجة الحرارة والضغط، قد واجه تحديات عديدة. وقد تم اختبار طرق مختلفة لقياس اللزوجة، وتفاوتت النتائج بين الجيدة والسيئة فيما يتعلق بالتكلفة والمعايرة وقابلية التكرار، وغيرها، مما يؤثر على ثقة المشغل. في ظل هذه الظروف، Rheonics يُمكّن مقياس اللزوجة المدمج SRV من إجراء قياسات لزوجة قابلة للتكرار في الظروف القاسية لآلات البثق، وبالتالي سد الفجوة اللازمة للتحكم الكامل في عملية بثق البوليمر.

عملية التشكيل بالبثق

يمكن تعريف عملية البثق بأنها عملية تصنيع مستمرة تُستخدم لإنشاء أجسام (مادة مبثوقة) ذات مقطع عرضي متسق يتم ذلك عن طريق دفع مادة منصهرة عبر قالب أو فتحة لتشكيل شكل معين. ويمكن استخدام جهاز البثق كجزء من عمليات تصنيع أخرى (التشكيل الحراري، والحقن، والنفخ، وما إلى ذلك). ويُستخدم البثق على نطاق واسع في البلاستيك والمعادن والمطاط الصناعات لإنتاج منتجات مثل الأنابيب، والمواسير، والصفائح، والأغشية، والقطاعات الجانبية.

يركز هذا البحث بشكل أساسي على عملية بثق البوليمرات. وعلى عكس بثق المعادن، يمكن إجراء بثق البوليمرات بشكل مستمر طالما يتم تغذية آلة البثق بالمادة. يُستخدم البثق في الغالب مع اللدائن الحرارية، ولكن يمكن أيضًا معالجة اللدائن المرنة واللدائن المتصلبة حراريًا.

تتكون آلة البثق عمومًا من الأجزاء التالية. أ واثبحيث يتم إدخال مادة البوليمر. برغي التغذية يدور باستمرار على طول برميليتم تشغيل البرغي بواسطة محرك السيارات الوحدة وعلبة التروس، ويجبران المادة على التدفق عبرها. يموت. عناصر التدفئةتُستخدم مسخنات موضوعة فوق الأسطوانة عند درجة حرارة مضبوطة لتليين مادة البوليمر وإذابتها. بعد القالب، يمكن استخدام قالب ذي تجويف واحد أو عدة تجاويف، حيث تُبرد المادة المنصهرة لتأخذ شكل الجسم المطلوب. تستخدم بعض الآلات... مضخة والعتاد بين نهاية الأسطوانة والقالب للحفاظ على ضغط ثابت ومحدد جيدًا في المادة الخارجة.

تعتمد قدرة مجموعة البرغي والأسطوانة على بثق مادة معينة على خصائص مادة البلاستيك، وخصائص أو بنية البرغي والأسطوانة، والظروف التي يتم تشغيل النظام في ظلها.

الشكل 2: الأجزاء الرئيسية لآلة بثق البوليمر.

التحديات في عملية بثق البوليمر والتحكم فيها

تُعدّ عملية بثق البوليمر عملية معقدة تتطلب تحكمًا دقيقًا في العديد من المعايير لضمان جودة عالية للمنتج النهائي. وعلى الرغم من التطورات التكنولوجية، لا تزال هناك تحديات عديدة في كل من عملية البثق وأنظمة التحكم الخاصة بها. ويمكن أن تؤثر هذه التحديات على اتساق المنتج وكفاءته وتكاليف التصنيع الإجمالية.

تشمل معايير العملية الرئيسية سرعة دوران البرغي، ودرجات حرارة القالب والأسطوانة، ولزوجة المصهور، ودرجة حرارة المصهور، ومعدل تدفق الكتلة، وضغط المصهور، ومعدل التبريد، وغيرها [1]. تُعتبر درجة الحرارة والضغط من أكثر المعايير شيوعًا التي تتم مراقبتها أثناء عملية البثق، وذلك بفضل التقنيات المتعددة المتاحة. مع ذلك، فإن لزوجة المصهور (الموصوفة بأنها مقاومة السائل للتدفق) يصعب قياسها أو مراقبتها أثناء العملية، على الرغم من كونها من أهم المعايير فيها. ترتبط لزوجة المصهور بخصائص متعددة، مثل:

• سماكة
• قوة
• مقطع عرضي ثابت
• التناسق في تركيبة السائل - الخلط المتجانس للحشو والألياف والملونات وما إلى ذلك.
• استهلاك الطاقة
• الإحتباس الحراري

قد تؤدي اللزوجة العالية للسائل المنصهر إلى ضعف التدفق، وزيادة الضغط، وانسداد القالب، مما ينتج عنه عيوب مثل خشونة السطح والتشوه. في المقابل، قد تؤدي اللزوجة المنخفضة إلى الترهل، والانكماش المفرط، أو ضعف الخواص الميكانيكية. لذا، يكمن الهدف في الحفاظ على اللزوجة ثابتة قدر الإمكان طوال عملية البثق.

في معظم الحالات، تُعتبر المواد البلاستيكية مواد شبه بلاستيكية، مما يعني أنها تصبح أقل لزوجة (أسهل في التدفق) عند تحريكها (قصها) بسرعة أكبر. لذلك، لا توجد علاقة خطية بين الضغط والتدفق، ولا بين إجهاد القص (القوة لكل وحدة مساحة، ويُقاس عادةً بالباسكال) ومعدل القص (معدل حركة الطبقات المتوازية للسائل، ويُقاس بالثانية⁻¹).

لا يوجد حاليًا مستشعر مناسب مدمج لمراقبة اللزوجة في الوقت الفعلي في مصهورات البثق. تُعدّ مقاييس اللزوجة الشعرية من الأدوات المختبرية المعروفة المستخدمة لدراسة الخصائص الريولوجية للبوليمرات. تعتمد هذه المقاييس على مكبس لدفع المصهور عبر أنبوب شعري دقيق جدًا، في محاولة لمحاكاة العملية التي تحدث في آلة البثق. ورغم كونها أداة اختبار معتمدة لقياس اللزوجة، إلا أنها لا توفر بيانات فورية ومدمجة عن سائل المصهور. وتتمثل أبرز مشكلات هذه الطريقة فيما يلي:

• يتطلب أخذ عينات
• لا يمثل تمثيلاً حقيقياً
• ليس رصدًا مستمرًا
• يحتاج إلى صيانة وخدمة مكثفة

Rheonics مقياس لزوجة العمليات المضمن SRV

SRV هو Rheonics مقياس لزوجة مدمج مناسب لنطاقات واسعة من اللزوجة ودرجة الحرارة والضغط. Rheonics يستخدم جهاز SRV مسبارًا صغيرًا جدًا مع تعليمات تركيب بسيطة، ولا يتطلب صيانة أو إعادة معايرة. وبفضل تصميمه الصغير، يتمتع الجهاز بمرونة في أنواع التركيب التي يمكن للمستخدمين اتباعها، كما هو موضح في الشكلين 3 و4.

الرقم 3: Rheonics مقياس لزوجة SRV المدمج ذو التصميم النحيف مع وصلة ملولبة.

تكامل البيانات

Rheonics يُمكّن نظام SRV من عرض البيانات الرئيسية، مثل اللزوجة الديناميكية ودرجة الحرارة، في آلات البثق بشكل فوري عبر الإنترنت. ويمكن دمج هذا المستشعر بسهولة مع أنظمة المراقبة والتحكم المحلية من خلال وحدة إلكترونية متطورة تدعم بروتوكولات صناعية متعددة. للمزيد من المعلومات، يُرجى الاطلاع على الإلكترونيات وشاشات العرض الرقمية Rheonics صفحة.

Rheonics تقوم أجهزة الاستشعار أيضًا بتخزين بيانات القياس وحالة الاستشعار في سجل بيانات داخلي. ويمكن الوصول إلى هذا المسجل التلقائي من خلال Rheonics برنامج RCP مفيد لعرض تاريخي للمعايير التي تمت مراقبتها.

خيارات التثبيت

تركيب عمودي

Rheonics يقع صمام إعادة التشكيل السطحي (SRV) بشكل عمودي على تدفق الذوبان مع غمر كافٍ لجعل عنصر الاستشعار الخاص بالمسبار على اتصال بالسائل.

تتمثل الميزة الرئيسية لهذا التركيب في سهولة تركيبه على الأرجح. يمكن تركيب صمام SRV في المنافذ الموجودة المستخدمة لأجهزة استشعار درجة الحرارة أو الضغط، مع اختلاف رئيسي يتمثل في ضرورة بروز مسبار SRV داخل الأنبوب، مما يجعله مسبارًا داخليًا.

مع ذلك، فإنّ هذا التركيب العمودي ينطوي على عيب رئيسي يتمثل في تعريض المسبار لقوة انحناء كبيرة نتيجة لزوجة السائل العالية وسرعته. قد يُشكّل التحميل اللزج مشكلةً لمسبار صمام التمدد السطحي القياسي في التركيب العمودي، إذ يُضيف ضوضاءً زائدة أو يُتلف المسبار. للاطلاع على العلاقة بين قطر الأنبوب وقيود معدل الكتلة أو الحجم، يُرجى مراجعة قسم "حدود المسبار في التركيب العمودي" أو المقالة. مجسات قياس السرعات الفائقة للسوائل عالية اللزوجة وسرعات السوائل العالية.

تتمثل الاعتبارات الرئيسية لهذا التركيب في قطر الأنبوب، وسرعة السائل أو معدل تدفقه، ونطاقات اللزوجة. يجب أن يكون قطر الأنبوب أكبر من 50-55 مم (2 بوصة) لضمان تعريض عنصر استشعار مسبار صمام إعادة التنشيط (SRV) للسائل بشكل صحيح. تتم مقارنة نطاقات سرعة السائل ولزوجته بالجدول الوارد في قسم "حدود المسبار في التركيب العمودي" للتحقق من القوى التي سيتعرض لها المسبار. Rheonics يوفر جهاز SRV-HP للحالات التي تتطلب ضغطًا عاليًا وقوى انحناء عالية.

الرقم 5: Rheonics تركيب صمام SRV عموديًا في خط البثق.

تركيب متوازي مُدخل في الكوع

تحتوي بعض آلات البثق على وصلة على شكل حرف L قبل القالب مباشرةً لاستيعاب أجهزة القياس، مثل مجسات درجة الحرارة، بشكل محوري بالنسبة للتدفق. ويمكن استخدام هذه الوصلة أيضًا لـ Rheonics مقياس لزوجة داخلي SRV للتركيب المتوازي.

تتمثل الميزة الرئيسية هنا في تقليل القوة التي يبذلها السائل على المجس، مقارنةً بالتركيب العمودي. كما يحافظ التركيب الموازي على عنصر الاستشعار متمركزًا في الخط، مما يمنع تراكم الرواسب التي قد تؤثر على القراءات. مسبار SRV-X6 النحيف يمكن استخدامه لتقليل انخفاض الضغط وهو متوافق مع الخطوط الأصغر من 50-55 مم (2 بوصة).

يتمثل القيد الرئيسي لهذا التركيب في استخدام وصلة كوع قبل القالب. يتطلب ذلك تدخلاً مكثفاً في الماكينة ويغير اتجاه المادة المبثوقة، مما يجعل هذا الخيار مناسباً فقط لماكينات البثق التي تحتوي على وصلة كوع مدمجة في خط الإنتاج. علاوة على ذلك، قد يعاني هذا التركيب من تراكم أو ركود السائل حول قاعدة المستشعر على جدار وصلة الكوع. لا يؤثر هذا على القراءات، ولكنه غير مرغوب فيه في أي خط إنتاج.

الرقم 6: Rheonics تركيب صمام SRV بشكل متوازٍ في الكوع في خط البثق.

إدخال متوازي مضمن – تكييف عملية خلية الرقاقة – بوابة نجمية SRV

Rheonics تم تصميم جهاز Stargate-SRV-EM، المعروف أيضًا باسم Stargate Variant، لوضع مسبار SRV معلقًا في مركز خط الأنابيب، مثبتًا داخل أنابيب المعالجة، كما هو الحال في محول خلية الرقاقة. تتمثل مزايا هذا الحل في مقاومته للسوائل عالية اللزوجة والسرعة، وتقليل احتمالية الترسبات.

بالنسبة لهذا التركيب، يلزم عادةً قسم تمديد في الخط، وقد لا يكون هذا التدخل ممكنًا لبعض العملاء بسبب التكاليف أو إعادة العمل أو مشاكل إدارة الحرارة.

لاحظ أن الجانب الخلفي للمسبار يواجه السائل، وهذا ضروري لتحمل القوى العالية. إضافةً إلى ذلك، يجب طلب طراز SRV Stargate بنفس حجم خط البثق، إلا إذا كان بالإمكان استخدام محولات التخفيض والتوسيع في الخط.

الرقم 7: Rheonics تركيب "خلية رقاقة" متوازية SRV في خط البثق.

اعتبارات أساسية للتثبيت

منطقة الاستشعار الملامسة للسائل

Rheonics يتمثل الشرط الرئيسي لتركيب مقياس اللزوجة المدمج SRV في غمر منطقة الاستشعار في السائل دون وجود رواسب أو تراكمات للسائل، حيث يمكن أن تؤثر هذه على القراءات. تظهر منطقة استشعار SRV في الشكل 8.

الشكل 8: منطقة استشعار SRV.

درجة حرارة عالية

تتطلب عمليات البثق عادةً درجة حرارة للسائل تتراوح بين 180 و220 درجة مئوية (360 إلى 430 درجة فهرنهايت). وقد تختلف هذه الدرجة تبعًا للمادة وسرعة العملية وتصميم البرغي. Rheonics يمكن ضبط مقياس اللزوجة المدمج SRV لدرجات حرارة تصل إلى 285 درجة مئوية (545 درجة فهرنهايت). يجب على المستخدم تحديد درجة الحرارة المناسبة أثناء الطلب. يوضح الجدول التالي درجات الحرارة المناسبة لمسبار SRV. قد تصل بعض عمليات البثق إلى درجات حرارة عالية جدًا، تصل إلى 350/370 درجة مئوية (670/700 درجة فهرنهايت)، وفي هذه الحالة، نقترح عليك الاتصال بـ Rheonics فريق الدعم في لمزيد من المعلومات.

الجدول 1: تصنيفات درجة حرارة مقياس اللزوجة المدمج SRV

ملاحظة: كابل جهاز استشعار و إلكترونيات الاستشعار توجد حدود مختلفة لدرجة الحرارة التي يجب عدم تجاوزها.

نظام

يمكن أن تصل عمليات البثق إلى ضغوط عالية جدًا، تصل إلى 10,000 رطل لكل بوصة مربعة، أو 670 بار، أو 70 ميجا باسكال. مرة أخرى، Rheonics ينبغي تهيئة SRV وفقًا لذلك.

الجدول 2: تصنيفات ضغط مقياس اللزوجة المدمج SRV للبثق

وصلة عملية المسبار وإحكام إغلاقها

بالنسبة للتطبيقات ذات الضغط العالي، يجب أن يكون كل من المسبار ووصلة العملية مصنفين لنطاق الضغط المتوقع. للتركيب العمودي Rheonics عادةً ما توفر واجهة لولبية G1/2 بوصة. أما بالنسبة للوصلات المتوازية في الكوع، فيمكن استخدام وصلة شفة أو وصلة لولبية. ويمكن دمج خيار تركيب خلية الرقاقة من خلال واجهة شفة مخصصة باستخدام O-Ring أو ختم معدني. يمكن إعادة استخدام منافذ التثبيت الموجودة على الجهاز لتركيب Rheonics مسبار استشعار.

تواصل معنا Rheonics فريق الدعم في للمناقشة حول خيارات التركيب المناسبة في آلات البثق الخاصة بك.

حدود المجس في التركيب العمودي

في ظروف معينة، قد تؤثر السوائل عالية اللزوجة على مسبار صمام إعادة التمدد (SRV) عند تركيبه بشكل عمودي. إذ يمكن لقوى الانحناء الناتجة عن تدفق السائل أن تُلحق الضرر بالمسبار (الشكل 9). وتعتمد هذه القوى عمومًا على لزوجة السائل وسرعته. يوضح الرسم البياني التالي العلاقة بين سرعة السائل (م/ث) ولزوجته الديناميكية (باسكال.ث). ويمكن للعملاء استخدام هذا الرسم البياني لتحديد ما إذا كانت ظروف العملية قد تُلحق الضرر بمسبار صمام إعادة التمدد القياسي.

الشكل 9: قوى الانحناء على المسبار بسبب لزوجة السائل وسرعته.

الشكل 10: رسم بياني يوضح سرعة السائل على المحور X وأقصى لزوجة ديناميكية مسموح بها على المحور Y لـ SRV.

بشكل عام، يُنصح باستخدام جهاز قياس سرعة التدفق السطحي (SRV) في التركيبات العمودية بحد أقصى 12 مترًا/ثانية. قد يؤدي تجاوز هذا الحد إلى تشويش كبير في القراءات أو تلف المجس. يوضح الجدول التالي تأثير هذه السرعة على التدفق الحجمي والكتلي لأحجام الأنابيب المختلفة.

تعرّف على المزيد حول النوع-مجسات قياس اللزوجة العالية وسرعات السوائل العالية.

مراجع حسابات

1. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2665917422000150

2. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0141391013004497

3. https://www.dynisco.com/userfiles/files/27429_Legacy_Txt.pdf

4. HK Bruss – قياس اللزوجة للتحكم الآلي ومراقبة تجانس عمليات البثق

5. Rheonics - مجسات قياس السرعات الفائقة للسوائل عالية اللزوجة وسرعات السوائل العالية.