Viskoossuse jälgimine epoksüvaigu tootmises

1.2 Partii- ja pideva tootmisprotsessi võrdlus

Epoksüvaigu tootmisel on nii partii- kui ka pideval tootmismudelil selged eelised ja puudused, mis põhjustavad põhimõttelisi erinevusi nende viskoossuse kontrolli vajadustes. Partiitöötlus hõlmab toorainete suunamist reaktorisse eraldi partiidena, kus need läbivad rea keemilisi reaktsioone ja termilisi vahetusi. Seda meetodit kasutatakse sageli väikesemahulise tootmise, kohandatud koostiste või suure mitmekesisusega toodete puhul, pakkudes paindlikkust spetsiaalsete omadustega vaikude tootmiseks. Partiitootmine on aga seotud pikemate tootmistsüklite ja ebaühtlase tootekvaliteediga, mis on tingitud käsitsi käsitsemisest, tooraine varieeruvusest ja protsessi kõikumistest. Just seetõttu peavad tootmis- ja protsessiinsenerid sageli peamiseks probleemiks "halba partiidevahelist järjepidevust".

Seevastu pidev tootmine toimib materjalide ja toodete püsiva vooga läbi omavahel ühendatud reaktorite, pumpade ja soojusvahetite seeria. Seda mudelit eelistatakse suuremahulise tootmise ja suure nõudlusega standardiseeritud toodete puhul, pakkudes suurepärast tootmise efektiivsust ja suuremat toote järjepidevust tänu automatiseeritud juhtimissüsteemidele, mis minimeerivad protsessi kõikumisi. Sellest hoolimata nõuavad pidevad protsessid stabiilsuse säilitamiseks suuremat alginvesteeringut ja keerukamaid juhtimissüsteeme.

Nende kahe režiimi põhimõttelised erinevused mõjutavad otseselt väärtustrea viskoossuse jälgiminePartiitootmise puhul on reaalajas viskoossuse andmed olulised, et kompenseerida käsitsi sekkumisest ja protsessivariatsioonidest tingitud ebakõlasid, võimaldades operaatoritel teha andmepõhiseid kohandusi, mitte ainult kogemustele tugineda.IN-liini viskoossuse jälgimine muudab reaktiivse tootmisjärgse kvaliteedikontrolli põhimõtteliselt ennetavaks reaalajas optimeerimisprotsessiks.

1.3 Viskoossuse kriitiline roll

Viskoossus on defineeritud kui vedeliku voolavustakistus ehk selle sisemise hõõrdumise mõõt. Vedelate epoksüvaikude puhul ei ole viskoossus isoleeritud füüsikaline parameeter, vaid põhinäitaja, mis on otseselt seotud polümerisatsioonireaktsiooni edenemise, molekulmassi, ristseostumise astme ja lõpptoote toimivusega.

Sünteesireaktsiooni käigus toimuvad muutusedepoksüvaigu viskoossuspeegeldavad otseselt molekulaarsete ahelate kasvu ja ristseostumise protsessi. Algselt, temperatuuri tõustes, väheneb epoksüvaigu viskoossus suurenenud molekulaarse kineetilise energia tõttu. Polümerisatsioonireaktsiooni alguses ja kolmemõõtmelise ristseotud võrgustiku moodustumisel suureneb viskoossus aga dramaatiliselt, kuni materjal täielikult kõveneb. Viskoossust pidevalt jälgides saavad insenerid tõhusalt jälgida reaktsiooni edenemist ja täpselt määrata reaktsiooni lõpp-punkti. See mitte ainult ei takista materjali tahkumist reaktoris, mis nõuaks kulukat ja aeganõudvat käsitsi eemaldamist, vaid tagab ka, et lõpptoode vastab oma sihtmolekulaarmassile ja jõudlusspetsifikatsioonidele.

Lisaks mõjutab viskoossus otseselt järgnevaid rakendusi ja töödeldavust. Näiteks katmis-, liimi- ja täiteainete puhul määrab viskoossus vaigu reoloogilise käitumise, määritavuse ja võime vabastada lõksus olevaid õhumulle. Madala viskoossusega vaigud hõlbustavad mullide eemaldamist ja suudavad täita väikeseid tühimikke, mistõttu sobivad need sügavvalamiseks. Kõrge viskoossusega vaikudel on seevastu tilkumis- ja lömamisvastased omadused, mistõttu sobivad need ideaalselt vertikaalsetele pindadele või tihendusrakendustesse.

Seega annab viskoossuse mõõtmine olulise ülevaate kogu epoksüvaigu tootmisahelast. Reaalajas täpse viskoossuse jälgimise rakendamise abil saab kogu tootmisprotsessi reaalajas diagnoosida ja optimeerida.

2. Viskoossuse jälgimise tehnoloogiad: võrdlev analüüs

2.1 Sisseehitatud viskosimeetrite tööpõhimõtted

2.1.1 Vibratsiooniviskosimeetrid

Vibratsiooniviskosimeetridon oma vastupidava disaini ja tööpõhimõtete tõttu muutunud silmapaistvaks valikuks tootmisliini protsesside jälgimiseks. Selle tehnoloogia tuumaks on tahkisandur, mis vedelikus vibreerib. Vedeliku läbimisel kaotab andur vedeliku viskoosse takistuse tõttu energiat. Selle energia hajumise täpse mõõtmise abil seob süsteem näidu vedeliku viskoossusega.

Vibratsiooniviskosimeetrite peamine eelis on nende suure nihkejõuga töötamine, mis muudab nende näidud üldiselt tundetuks toru suuruse, voolukiiruse või väliste vibratsioonide suhtes, tagades väga korratavad ja usaldusväärsed mõõtmised. Siiski on oluline märkida, et mitte-Newtoni vedelike, näiteks epoksüvaikude puhul muutub viskoossus koos nihkekiirusega. Järelikult võib vibratsiooniviskosimeetri suure nihkejõuga töötamine anda erineva viskoossuse kui madala nihkejõuga laboriviskosimeetriga, näiteks pöörleva viskosimeetri või voolutopsiga mõõdetud viskoossus. See erinevus ei tähenda ebatäpsust, vaid pigem peegeldab vedeliku tegelikku reoloogilist käitumist erinevates tingimustes. Sisseehitatud viskosimeetri peamine väärtus on selle võime jälgidasuhteline muutusviskoossuse järgi, mitte lihtsalt laborikatse absoluutväärtuse vastavusse viimiseks.

2.1.2 Pöörlevad viskosimeetrid

Pöörlevad viskosimeetrid määravad viskoossuse, mõõtes vedelikus oleva spindli või bobli pööramiseks vajalikku pöördemomenti. Seda tehnoloogiat kasutatakse laialdaselt nii laboris kui ka tööstuses. Pöörlevate viskosimeetrite ainulaadne tugevus on nende võime mõõta viskoossust erinevatel nihkekiirustel, reguleerides pöörlemiskiirust. See on eriti oluline mitte-Newtoni vedelike puhul, nagu paljud epoksüüdformulatsioonid, mille viskoossus ei ole konstantne ja võib rakendatava nihkepinge korral muutuda.

2.1.3 Kapillaarviskosimeetrid

Kapillaarviskosimeetrid mõõdavad viskoossust, mõõtes aega, mis kulub vedeliku voolamiseks läbi teadaoleva läbimõõduga toru gravitatsiooni või välise rõhu mõjul. See meetod on väga täpne ja jälgitav rahvusvaheliste standarditeni, muutes selle kvaliteedikontrolli laborites, eriti läbipaistvate Newtoni vedelike puhul, põhiliseks meetodiks. Tehnika on aga kohmakas, nõudes ranget temperatuurikontrolli ja sagedast puhastamist. Selle võrguühenduseta olemus muudab selle sobimatuks reaalajas pidevaks protsessi jälgimiseks tootmiskeskkonnas.

2.1.4 Tärkava tehnoloogia

Lisaks tavapärastele meetoditele uuritakse ka teisi tehnoloogiaid spetsiaalsete rakenduste jaoks. Näiteks ultraheliandureid on kasutatud polümeeri viskoossuse reaalajas jälgimiseks kõrgetel temperatuuridel. Lisaks uuritakse piesoresistiivseid andureid epoksüvaikude ristseostumise ja kõvenemise mitte-invasiivseks kohapealseks jälgimiseks.

2.2 Viskosimeetri tehnoloogia võrdlus

Allolev tabel annab võrdleva analüüsi peamiste viskosimeetri tehnoloogiate kohta, mis aitab inseneridel teha teadlikke otsuseid, mis põhinevad nende spetsiifilistel protsessinõuetel epoksüvaigu tootmisel.

Tabel 1: Sisseehitatud viskosimeetri tehnoloogiate võrdlus