בקרת טמפרטורה בתעשיית הפלסטיקה

השפעה סביבתית

האיור ממחיש  שטרנסמיטיביות (transmissivity)  האוויר תלויה במידה רבה באורך הגל. רידוד חזק משתנה באזורי טרנסמיטיביות גבוהה – מה שמכונה חלונות אטמוספריים. הטרנסמיטיביות בחלון אטמוספרי ארוך גל (8-14 μm) הינה גבוהה תמידית בעוד שישנן חדילות מדידות לצד האטמוספרה באזור הגל הקצר, מה שעלול להוביל לתוצאות כוזבות. חלונות מדידה אופייניים הינם 1.1…1.7 μm, 2…2.5 μm, 3…5 μm.
השפעות נוספות עשויות לנבוע ממקורות חום בסביבת אובייקט המדידה. כדי למנוע תוצאות מדידה שגויות עקב עליית טמפרטורות הסביבה, מדחום האינפרא אדום מפצה מראש על השפעת טמפרטורות הסביבה (כמו למשל כאשר מודדים טמפרטורות של רדיד פלסטיק באזורי חימום שבהם הקירות חמים יותר מאובייקט המדידה). ראש חישת טמפרטורה נוסף מסייע להפקת תוצאות מדידה מדויקות על ידי פיצוי אוטומטי על טמפרטורות הסביבה ופליטה מכווננת נכון.


בקרת טמפרטורה במתכות
טרנסמיטיביות ספקטרלית של אוויר (1 m, 32°C, 75% r.F.)
 
אבק, עשן וחומר תלוי באטמוספרה עלולים לזהם את אמצעי האופטיקה ולייצר נתוני מדידה כוזבים. כאן צווארוני טיהור אוויר (המותקנים מול אמצעי האופטיקה עם אוויר דחוס) מסייעים במניעת שקיעה של חומר תלוי מול אמצעי האופטיקה. אביזרים לקירור אוויר ומים תומכים בשימוש במדי חום אינפרא אדום גם בסביבה מסוכנת.              


[Absorption = ספיגה, Reflexion = השתקפות, Transmission = הפצה, Emission = פליטה, פיצוי על השפעות סביבתיות]
 

מדידת פליטה וטמפרטורה של פלסטיק


פליטה מהווה גורם מפתח במדידה מדויקת של טמפרטורות. הדבר תלוי בהשפעות שונות ויש להתאימו בהתאם ליישום.
פליטה תלויה תאורטית בחומר, באיכות פני השטח שלו, באורך הגל, בזווית המדידה, ובמקרים מסוימים אפילו בתצורת המדידה המיושמת.
פלסטיק בעובי גדול מ-0.4 מ"מ וסרטים צבועי פיגמנט ניתנים למדידה בקלות רבה בטווח ה-IR הספקטרלי ארוך הגל (8-14 μm) עם פליטות של ³0.9.
 
העברת IR ברדיד פולימיד


 
העברה ברדיד PE


 
 
ה-CoolingJacketAdvanced מאפשר פעולה בטמפרטורת סביבה של עד 315 מעלות צלזיוס


בדיקה מעמיקה של פרפורמות במהלך ייצור בקבוקים.
 
עם זאת, סרטי פלסטיק דקים מאוד הינם שקופים בתחום ספקטרלי זה, כלומר מדידת טמפרטורה אפשרית רק בעזרת רצועות ספיגה ספציפיות לחומר בספקטרום ה- IR באמצעות חיישני IR רגישים דקי סרט מתאימים.
 
פוליאתילן, פוליפרופילן, ניילון ופוליסטירן, למשל, אטומים ל-IR ב- 3.43 μm; במקרה של פוליאסטר, פוליאוריטן, טפלון, FEP ופוליאמיד, לעומת זאת, הערך הוא 7.9 μm.
 
 
  פס C-H
3.43 μm
 P3 > 50°C
פס אסטר C-F
7.95 μm
P7 > 0°C
פוליאתילן (PE) כן לא
פוליפרופילן (PP) כן לא
צלופן כן לא
פוליסטירן (PS) כן לא
פלואורופלסטיק (FEP) לא כן
פולימיד לא כן
אקרילי כן כן
פוליקרבונט כן כן
פוליאסטר כן (>10 pm) כן
פוליוויניל כלוריד כן כן

 

סריקת קו באמצעות מצלמת אינפרא אדום קומפקטית לסרטי פלסטיק עבים


מעבדי פלסטיק מייצרים מגוון רחב של מוצרים במידות, עוביים, מרקמים, צבעים ותבניות מובלטות שונות. כאן הייצור כפוף לתהליכים תרמיים רבים שיש לבדוק באופן רציף וקפדני בנקודות קריטיות שונות.
להבטחת איכות נדרשת רמה גבוהה של הומוגניות טמפרטורה ודבר זה נבדק בשלבים שונים, לרבות בזמן העיצוב התרמי  ובאזור הקלנדר, באמצעות סריקת קו.
כאשר משתמשים במצלמת אינפרא אדום כסורק קו, נבחר קו שרירותי מטווח הגלאים.
בנוסף למבנה הקומפקטי והמחיר הנמוך יותר, ישנם שני יתרונות משמעותיים נוספים: ניתן למקם את הקו בכל מקום באמצעות התוכנה, והמשתמש מקבל מעין תמונת IR מלאה כמידע נוסף – אלו מהווים יתרונות חשובים, במיוחד במהלך הגדרת המערכת.
המצלמות יכולות למדוד במדויק טמפרטורות פני שטח של אובייקטי מדידה נעים באמצעות צמצמים מינימליים. לפונקציה זו יש חשיבות מיוחדת בתעשיית הפלסטיק, מכיוון שההומוגניות של טמפרטורת גיליון, המשטח, משפיעה ישירות על איכות המוצר הסופי. במהלך תהליך הייצור, הטמפרטורות נמדדות בהתאם בנקודות רבות וניתן להתערב בתהליך, במידת הצורך, אם ישנן חריגות בטמפרטורות נקודת המוצא.
המצלמה התרמית דגם ה- PI 640 של אופטריס, בשילוב עם עדשת 90°, מאפשר סריקת קו ברזולוציה גבוהה של עד 800 פיקסלים וזווית סריקה מרבית של 111° עם שימוש בממד האלכסוני.

 

 

 יישומים של טכנולוגיית מדידת טמפרטורה

ייצור פלסטיקה
 
מדידת טמפרטורות התהליך, הכלי והחפץ המעובד מהווה גורם מכריע בייצור ובבקרת האיכות בתעשיית הפלסטיק. באזורים רבים ניתן לנטר את הטמפרטורה ללא מגע, וזהו המקום בו נעשה שימוש במצלמות אינפרא אדום ומדי חום מבוססי אינפרא אדום. 
 
שיחול סרט שטוח ויריעות

בשיחול סרט שטוח ויריעות המסה המותכת נלחצת דרך תבנית רחבת חריץ ואז עוברת עיבוד נוסף באמצעות קלנדר. בתהליך זה הסרט מקורר בהדרגה. חיישני אינפרא-אדום מודדים את טמפרטורת הסרט בנקודות שונות ובכך מנטרים את התהליך. מצלמות אינפרא אדום מאפשרות גם לזהות סדקים ופגמים בפני השטח.
 

[משחלה (אקסטרודר), מצלמת אינפרא אדום, מד טמפרטורה אינפרא אדום, מצלמת אינפרא אדום עם מצב סריקת קו, מדחום אינפרא אדום, שיחול סרט שטוח ויריעות]
 
יציקה סיבובית
תהליך היציקה הסיבובית מהווה טכניקה ייחודית בה נעשה שימוש בתחום של ייצור חלקי פלסטיק ושמשמשת בעיקר לחפצים גדולים. בטכניקה זו תבנית נגטיבית בחומר גלם אבקתי או נוזלי כמו PE או PP ואז נאטמת. לאחר מכן התבנית מחוממת בתנור לטמפרטורה של מקסימום 320°C ומסובבת דו צירית. דבר שה גורם לחומר להיצמד לתבנית, שכבה אחר שכבה. לאחר מכן התבנית מקוררת בתא והחלק הפלסטי מוסר. עם פתיחת התבנית, המוצר נבדק תרמית כדי לאפשר התאמה מחדש של תהליך הייצור במידת הצורך.
 
תבנית הזרקה


מצלמה תרמית אינפרא אדום - תבנית הזרקה
 
הזרקה היא תהליך הייצור הנפוץ ביותר לייצור תבניות מפולימרים תרמופלסטיים.
הוא משמש במיוחד בייצור המוני של תבניות מורכבות בו גודל הפריט המעובד נע בין גלגלי השיניים הקטנים ביותר ועד למיכלים גדולים. משקל הפריט המעובד נע בין 1 מ"ג (0.001 גרם) ל-100 ק"ג.
הטבליות, שמעורבבות לעיתים קרובות עם תוספים, מוספות לצילינדר דרך המשפך. הטבליות מעובדות על ידי החיכוך המכני שנגרם כתוצאה מתנועת הבורג שבתוך הצילינדר וכן על ידי החלת חימום חיצוני מרצועות החימום.
המסה הנוזלית שנוצרת נדחפת לקצה הבורג ואז נדחסת למטבעה שמולו דרך זרבובית יחידת ההזרקה.
תרכובת היציקה מתקררת במטבעה שאחר כך נפתחת לאחר סיום תהליך ההתקשות. להבטחת איכות הטבעה גבוהה נדרש ניהול טמפרטורה אופטימלי, במיוחד בשלב הקירור במטבעה. במקביל החומר המוטבע נבדק באופן אוטומטי באמצעות מצלמות אינפרא אדום לווידוא הומוגניות פיזור הטמפרטורה מיד לאחר חילוצו.
 
שיחול סרט מנופח
בדומה ליציקת הזרקה, המסה המותכת נדחקת מחוץ למשחלה – אולם, במקרה זה לא לתוך מטבעה, אלא דרך מטבעה באמצעות זרבובית טבעתית. צינור הסרט שנוצר באופן זה נמשך אנכית ומנופח במהלך תהליך זה. במהלך תהליך זה משתמשים באוויר לקירור הצינור מבפנים ומבחוץ.
מרגע יציאת המסה המותכת מהזרבובית, יש למדוד את טמפרטורת צינור הסרט בנקודות שונות על מנת להבטיח את מאפייני המוצר ואיכותו.
 
עיצוב תרמי
יריעות או סרט פרוש עשויי פולימרים תרמופלסטיים מוזנים למכונת ההטבעה ואז, בשלב הראשון, מחוממים משני הצדדים עד שהמוצר המוגמר-למחצה מומס לחלוטין. עם ההגעה לטמפרטורה שהוגדרה מראש, הסרט נשאב לתבנית מחוסמת באמצעות ואקום. רק לאחר כשהמוצר מתקרר שוב ונעשה יציב מימדית, הוא מועבר הלאה לגימורו.
 

[שיחול סרט מנופח, מדחום אינפרא אדום, מצלמת אינפרא אדום, מדחום אינפרא אדום, משחלה (אקסטרודר)]


[עיצוב תרמי, בקרת טמפרטורה, אזור חימום, אזור הטבעה]
 
(הזרקה) הטבעת ניפוח מתיחה
בייצור בקבוקי PET נעשה שימוש בתהליכי הטבעת ניפוח מתיחה או הזרקת ניפוח מתיחה, בהם מחממים את הפרפורמות עד לכדי צמיגות. הצורות המחוממות מעוצבות לאחר מכן בתבנית ניפוח באמצעות תהליך מתיחה. לפני שהבקבוקים מועברים הלאה הם מתקררים בתוך מטבעה. בהתאם לטקסטורת הפרפורמה ולמוצר הסופי הרצוי, יש להביא את הפרפורמה לטמפרטורת תהליך של 100 מעלות צלזיוס. מצלמות ה-PI של אופטריס משמשות לניטור תהליך זה.
 

 [(הזרקה) הטבעת ניפוח מתיחה, מצלמת אינפרא אדום, אזור חימום]
 
 

תעשיית הפלסטיקה - מצלמות אינפרא אדום ומדחומי אינפרא אדום

 
מדחום האינפרא אדום CT P3 של אופטריס, עם הטווח הספקטרלי צר הרצועה שלו של 3.43 pm, מתאים במיוחד למדידת הטמפרטורה של חומרים פלסטיים דקים מאוד כגון PE, PP ו- PS.


CT P3 של אופטריס

טווח הטמפרטורות בין 50 ל- 400°C, עם זמן תגובת מכונה של 100 אלפיות השנייה. ראש החישה יכול לעמוד בטמפרטורות של עד 75°C ללא קירור נוסף. תיבת האלקטרוניקה הנפרדת של מדחום הסרט מצוידת בכפתורי תכנות נוחים לגישה ותצוגת LCD עם תאורה אחורית.
 
מדחום האינפרא אדום CT P7 של אופטריס, עם הטווח הספקטרלי הספציפי שלו של 7.9 μm, מתאים במיוחד למדידת הטמפרטורה של חומרים פלסטיים דקים כגון PET, PU, PTFE ו-PA.
 

 CT P7 של אופטריס
יש לו טווח טמפרטורות של 0 עד 710°C, ואילו ראש החישה עמיד לטמפרטורות של עד 85°C ללא קירור נוסף. זמן חישת המכונה הוא 150ms. תיבת האלקטרוניקה הנפרדת של הפירומטר מצוידת בכפתורי תכנות נוחים לגישה ותצוגת LCD עם תאורה אחורית.
 
מדחום האינפרא-אדום מדגם CTIaser P7 של Optris מתאים למדידת הטמפרטורה של חומרים פלסטיים דקים כמו, למשל, PET, PU, PTFE ו- PA. הוא מודד את החפצים הקטנים ביותר בדיוק רב ביותר.

CTlaser P7 של אופטריס
מדחום ה- IR מציע טווח טמפרטורות רחב של 0 עד 710°C וניתן להשתמש בו בטמפרטורות של עד 85°C ללא קירור נוסף. הוא יכול ללכוד עצמים קטנים עד לגודל של 1.6 מ"מ ממרחק של 70 מ"מ. לייזר כפול מסמן במדויק את נקודת המדידה.
תיבת האלקטרוניקה הנפרדת של הפירומטר מצוידת בכפתורי תכנות נוחים לגישה ותצוגת LCD עם תאורה אחורית. בנוסף, מגוון פלטים ניתנים לבחירה מבטיחים העברה אמינה של נתונים נמדדים ושילוב קל של SPS.
 
מצלמות האינפרא-אדום מסדרות ה- PI ו- Xi של Optris מהוות מערכות תרמוגרפיה מקובעות חסכוניות במיוחד. בתעשיית הפלסטיק מצלמות ה-LT (8-14 μm) משמשות ליציקה או לעובי סרטים של מעל 0.4 מ"מ. מצלמות ההדמיה התרמית מחוברות למחשב באמצעות USB 2.0 או משולבות ב-PLC ומוכנות לשימוש מיד לאחר החיבור.
 
סדרת PI של אופטריס – קו דיוק
ה-PI 400i / 450i (382x288px) של אופטריס מרשים ברגישות התרמית הגבוהה שלו של החל מ- 40 mK.
לסריקת קו ברזולוציה גבוהה במהירויות גבוהות (125 הרץ) או לבדיקה מדוקדקת, מצלמת ה-VGA PI 640 (640x480px) של אופטריס היא בחירה יוצאת מן הכלל.
 

 
סדרת Xi של אופטריס – קו קומפקטי
סדרת ה- Xi הינה שילוב בין פירומטר גס וקומפקטי ומצלמת IR מתקדמת ומכוילת למדידת טמפרטורה בטווח של 20-900°C.
לפעולות אוטונומיות עם איתור נקודה אוטומטי ופלט אנלוגי ישיר – Xi 80 של אופטריס אידיאלית לשימוש OEM.
ה- Xi 400 של אופטריס בעלת הרזולוציה של 382 * 288 פיקסלים, קצב פריימים של עד 80 הרץ ויחס נקודה/מרחק של עד 390:1 הינה וורסטילית ומתאים באופן מושלם למספר רב של משימות מדידה.
 


 
תוכנת PIX Connect של אופטריס (פונקציית מיזוג)

 

 
במקומות סגורים במכונה, כאשר אין מספיק מקום למדידה במרחק המומלץ, יתכן שיהיה צורך להשתמש בשתי מצלמות אינפרא-אדום כדי לסרוק, למשל, את כל רוחב המוצר.
בעזרת תוכנת PIX Connect ניתן לשלב פשוט את זרמי הנתונים של המצלמות הנפרדות ליצירת תמונת IR כוללת, כלומר המשתמש יכול לראות את כל התהליך או את פיזור הטמפרטורה בכל רוחב הסרט מחלון תוכנה יחיד.
 
אפליקציית IRmobile של optris
 


 
שימוש חכם בתרמוגרפיה – באמצעות IRmobile ניתן לנטר את מדידת הטמפרטורה מבוססת אינפרא אדום החיה באמצעות חיבור של טלפון חכם או טאבלט. אפליקציית IRmobile מיועדת לכל מדחומי ה- IR ולמצלמות ה- IR מבית אופטריס.