I. SBR өндірісінде резеңке тұтқырлығын өлшеудің маңыздылығы
Стирол-бутадиен резеңкесінің (SBR) сәтті өндірісі оның реологиялық қасиеттерін дәл бақылауға және бақылауға байланысты. Материалдың ағынға төзімділігін сандық түрде өлшейтін тұтқырлық аралық резеңке қосылыстарының өңделуін де, дайын өнімнің соңғы сапа индексін де анықтайтын ең маңызды физика-химиялық параметр болып табылады.
Ішіндесинтетикалық каучукөндіріс процесі, тұтқырлық полимердің негізгі құрылымдық сипаттамалары, атап айтқанда оның молекулалық салмағы (MW) және молекулалық салмақ үлестірімі (MWD) үшін тікелей, өлшенетін көрсеткішті қамтамасыз етеді. Сәйкес емесрезеңке тұтқырлығын өлшеуматериалды өңдеуге және дайын өнімнің өнімділігіне тікелей әсер етеді. Мысалы, тым жоғары тұтқырлықты көрсететін қосылыстар экструзия немесе каландрлеу сияқты кейінгі операцияларға қатаң шектеулер қояды, бұл энергия тұтынудың жоғарылауына, пайдалану кернеуінің жоғарылауына және жабдықтың істен шығуына әкеледі. Керісінше, өте төмен тұтқырлығы бар қосылыстарда қалыптау кезінде немесе соңғы қатайту кезеңінде өлшемдік тұтастықты сақтау үшін қажетті балқу беріктігі болмауы мүмкін.
Стирол-бутадиен резеңкесі (SBR)
*
Қарапайым механикалық өңдеуден басқа, тұтқырлықты бақылау көміртегі қара және кремний диоксиді сияқты маңызды арматуралық қоспалардың біркелкі дисперсиясына қол жеткізу үшін өте маңызды. Бұл дисперсияның біртектілігі соңғы материалдың механикалық қасиеттерін, соның ішінде созылу беріктігі, тозуға төзімділік және өңдеуден кейін көрінетін күрделі динамикалық мінез-құлық сияқты маңызды көрсеткіштерді анықтайды.резеңкені вулканизациялау процесі.
II. Стирол-бутадиенді каучуктың (SBR) негіздері
Стирол-бутадиен резеңкесі дегеніміз не?
Стирол-бутадиен резеңкесі (SBR) - тамаша құны мен өнімділігінің арақатынасына және жоғары көлемдік қолжетімділігіне байланысты кеңінен қолданылатын әмбебап синтетикалық эластомер. SBR негізінен 1,3-бутадиеннен (шамамен 75%) және стирол мономерлерінен (шамамен 25%) алынған сополимер ретінде синтезделеді. Бұл мономерлер сополимерлену деп аталатын химиялық реакция арқылы біріктіріліп, ұзын, көп блокты полимер тізбектерін құрайды. SBR жоғары беріктік пен ерекше тозуға төзімділікті талап ететін қолданбалар үшін арнайы жасалған, бұл оны шина протекторлары үшін тамаша таңдау етеді.
Синтетикалық каучук өндірісі процесі
SBR синтезі екі түрлі өнеркәсіптік полимерлеу әдісі арқылы жүзеге асырылады, бұл әртүрлі сипаттамалары бар материалдарға әкеледі және сұйық фазада нақты тұтқырлықты бақылауды қажет етеді.
Эмульсиялық полимерлеу (E-SBR):Бұл классикалық әдісте мономерлер сабын тәрізді беттік-белсенді затты пайдаланып сулы ерітіндіде дисперсті немесе эмульсияланады. Реакция бос радикалды инициаторлармен басталады және өнімнің бұзылуын болдырмау үшін тұрақтандырғыштарды қажет етеді. E-SBR ыстық немесе суық өңдеу температурасын пайдаланып өндірілуі мүмкін; суық E-SBR, атап айтқанда, жоғары тозуға төзімділігімен, созылу беріктігімен және төмен серпімділігімен танымал.
Ерітінді полимерлеуі (S-SBR):Бұл озық әдіс аниондық полимерлеуді қамтиды, әдетте көмірсутек еріткішінде, әдетте гексан немесе циклогександа алкил литий инициаторын (мысалы, бутиллитий) қолданады. S-SBR маркалары әдетте жоғары молекулалық салмаққа және тар таралуға ие, бұл шиналардың икемділігі, жоғары созылу беріктігі және домалау кедергісі сияқты қасиеттердің жақсаруына әкеледі, бұл S-SBR-ді жоғары сапалы, қымбат өнімге айналдырады.
Ең бастысы, екі процесте де полимерлену реакциясы реактордың ағынды суларына тізбекті терминаторды немесе қысқа тоқтатқыш агентті енгізу арқылы дәл тоқтатылуы керек. Бұл тізбектің соңғы ұзындығын басқарады, бұл қадам бастапқы молекулалық салмақты және, демек, негізді тікелей белгілейді.резеңке тұтқырлығықоспа жасамас бұрын.
Стирол-бутадиен каучугінің қасиеттері
SBR физикалық және механикалық қасиеттердің мықты профилі үшін бағаланады:
Механикалық өнімділік:Негізгі күшті жақтарына әдетте 500-ден 3000 PSI-ге дейінгі жоғары созылу беріктігі және тамаша тозуға төзімділік жатады. SBR сонымен қатар қысуға жақсы төзімділік пен жоғары соққыға төзімділікті көрсетеді. Сонымен қатар, материал жарықтарға төзімді, бұл беріктікті және ультракүлгін сәулелерге төзімділікті арттыру үшін көміртегі қара сияқты көп мөлшерде арматуралық толтырғыштарды қосуға мүмкіндік беретін негізгі қасиет.
Химиялық және жылулық профиль:Жалпы алғанда, суға, спиртке, кетондарға және кейбір органикалық қышқылдарға төзімді болғанымен, SBR айтарлықтай осалдықтарға ие. Ол мұнай негізіндегі майларға, хош иісті көмірсутек отындарына, озонға және галогенделген еріткіштерге нашар төзімді. Термиялық тұрғыдан алғанда, SBR кең ауқымда икемділікті сақтайды, үздіксіз пайдалану максимумы шамамен 225°F және төмен температурада икемділік -60℉ дейін созылады.
Тұтқырлық молекулалық салмақ пен тізбек құрылымының негізгі көрсеткіші ретінде
Шикі полимердің реологиялық сипаттамалары негізінен полимерлеу кезеңінде қалыптасқан молекулалық құрылыммен - полимер тізбектерінің ұзындығы мен тармақталу дәрежесімен анықталады. Жоғары молекулалық салмақ әдетте жоғары тұтқырлыққа және сәйкесінше төмен балқу ағынының жылдамдығына (MFR/MVR) әкеледі. Сондықтан, реактордың разрядында ішкі тұтқырлықты (IV) бірден өлшеу функционалды түрде мақсатты молекулалық архитектураның қалыптасуын үздіксіз бақылауға тең.
III. SBR өңдеуді реттейтін реологиялық принциптер
Реологиялық принциптер, ығысу жылдамдығына тәуелділік, температура/қысымға сезімталдық.
Реология, материалдардың қалай деформацияланатынын және ағып кететінін зерттейтін ғылым, өнеркәсіптік өңдеу жағдайларында SBR-дің әрекетін түсінудің ғылыми негізін қамтамасыз етеді. SBR күрделі тұтқыр-серпімді материал ретінде сипатталады, яғни ол тұтқыр (тұрақты, сұйықтық тәрізді ағын) және серпімді (қалпына келтірілетін, қатты дене тәрізді деформация) реакцияларды біріктіретін қасиеттерді көрсетеді. Бұл сипаттамалардың басымдығы қолданылатын жүктеменің жылдамдығы мен ұзақтығына айтарлықтай байланысты.
SBR қосылыстары негізінен Ньютондық емес сұйықтықтар болып табылады. Бұл олардың көрінетінін білдіредірезеңке тұтқырлығытұрақты мән емес, бірақ маңызды мәнді көрсетедіығысу жылдамдығына тәуелділік; ығысу жылдамдығы артқан сайын тұтқырлық айтарлықтай төмендейді, бұл ығысу жұқаруы деп аталатын құбылыс. Ньютондық емес мінез-құлық сапаны бақылау үшін терең салдарға әкеледі. Дәстүрлі Муни вискозиметрлік сынақтарында өлшенген сияқты төмен ығысу жылдамдықтарында алынған тұтқырлық мәндері араластыру, илеу немесе экструзия операцияларына тән жоғары ығысу жылдамдықтары кезінде материалдың мінез-құлқын жеткіліксіз көрсетуі мүмкін. Ығысудан басқа, тұтқырлық температураға да өте сезімтал; өңдеу жылуы тұтқырлықты азайтады, бұл ағынға көмектеседі. Қысым тұтқырлыққа да әсер еткенімен, тұрақты температураны және тұрақты ығысу тарихын сақтау өте маңызды, себебі тұтқырлық ығысу, қысым және өңдеу уақытымен динамикалық түрде өзгеруі мүмкін.
Пластификаторлардың, толтырғыштардың және өңдеу құралдарының SBR тұтқырлығына әсері
Theрезеңке өңдеуҚосылу деп аталатын кезең негізгі SBR полимерінің реологиясын күрт өзгертетін көптеген қоспаларды біріктіруді қамтиды:
Пластификаторлар:Өңдеу майлары SBR икемділігін және жалпы өңдеу мүмкіндігін жақсарту үшін өте маңызды. Олар қосылыстың композиттік тұтқырлығын төмендету арқылы жұмыс істейді, бұл толтырғыштардың біркелкі дисперсиясын жеңілдетеді және полимер матрицасын жұмсартады.
Толтырғыштар:Негізінен көміртегі қара және кремний диоксиді арматуралайтын агенттер материалдың тұтқырлығын айтарлықтай арттырады, бұл толтырғыш-толтырғыш және толтырғыш-полимер өзара әрекеттесуімен байланысты күрделі физикалық құбылыстарға әкеледі. Оңтайлы дисперсияға қол жеткізу - бұл тепе-теңдік; глицерин сияқты агенттерді лигносульфонат толтырғыштарын жұмсарту үшін пайдалануға болады, толтырғыш тұтқырлығын SBR матрицасының тұтқырлығына жақындатады, осылайша агломерат түзілуін азайтады және біртектілікті жақсартады.
Вулканизациялаушы агенттер:Күкірт және үдеткіштерді қоса алғанда, бұл химиялық заттар қатпаған қосылыстың реологиясына айтарлықтай өзгерістер енгізеді. Олар күйік қауіпсіздігі (мерзімінен бұрын көлденең байланыстыруға төзімділік) сияқты факторларға әсер етеді. Түтінделген кремний диоксиді сияқты басқа мамандандырылған қоспалар тұтқырлықты арттыратын агенттер ретінде стратегиялық түрде нақты реологиялық мақсаттарға жету үшін, мысалы, қатты заттардың жалпы мөлшерін өзгертпей қалың қабықшалар алу үшін пайдаланылуы мүмкін.
Реологияны резеңке процесінің вулканизациясымен және соңғы көлденең байланыстың тығыздығымен байланыстыру
Қосылу және қалыптау кезінде берілетін реологиялық кондиция вулканизацияланған өнімнің соңғы қызмет көрсету өнімділігімен тікелей байланысты.
Біркелкілік және дисперсия:Араластыру кезіндегі тұтқырлық профильдерінің сәйкессіздігі - көбінесе оңтайлы емес энергия кірісімен өзара байланысты - көлденең байланыстырушы қаптаманың (күкірт және үдеткіштер) нашар дисперсиясына және біркелкі емес таралуына әкеледі.
Резинаны вулканизациялау процесі:Бұл қайтымсыз химиялық процесс полимер тізбектері арасында тұрақты көлденең байланыстар жасау үшін SBR қосылысын, әдетте күкіртпен қыздыруды қамтиды, бұл резеңкенің беріктігін, серпімділігін және төзімділігін айтарлықтай арттырады. Процесс үш кезеңнен тұрады: бастапқы пішіндеу жүретін индукция (күйдіру) кезеңі; көлденең байланыс немесе қатаю кезеңі (250 ℉-ден 400 ℉-ге дейінгі жылдам реакция); және оңтайлы күй.
Айқас байланыс тығыздығы:Механикалық қасиеттердің соңғы көрсеткіштері көлденең байланыстың тығыздығымен анықталады. Жоғары Dcмәндер молекулалық тізбектің қозғалысына кедергі келтіреді, сақтау модулін арттырады және материалдың сызықтық емес тұтқыр серпімді реакциясына әсер етеді (Пейн эффектісі деп аталады). Сондықтан, кейінгі қатаю реакциясына молекулалық прекурсорлардың дұрыс дайындалуын қамтамасыз ету үшін қатаюдан кейінгі, өңдеу кезеңдерінде дәл реологиялық бақылау өте маңызды.
IV. Тұтқырлықты өлшеудегі бар мәселелер
Дәстүрлі офлайн тестілеудің шектеулері
Дәстүрлі, үздіксіз және еңбекті көп қажет ететін сапаны бақылау әдістеріне кеңінен сүйену үздіксіз SBR өндірісіне айтарлықтай операциялық шектеулер қояды, бұл процесті жылдам оңтайландыруға кедергі келтіреді.
Муни тұтқырлығын болжау және кешігу:Негізгі сапа индексі, Муни тұтқырлығы, дәстүрлі түрде оффлайн режимінде өлшенеді. Өнеркәсіптік өндірістің физикалық күрделілігі мен жоғары тұтқырлығына байланыстырезеңке өндіру процесі, оны ішкі араластырғыш ішінде нақты уақыт режимінде тікелей өлшеу мүмкін емес. Сонымен қатар, дәстүрлі эмпирикалық модельдерді қолдана отырып, бұл мәнді дәл болжау қиын, әсіресе толтырғыштарды қамтитын қосылыстар үшін. Зертханалық сынақтармен байланысты уақыт кідірісі түзету шараларын кешіктіреді, бұл спецификациядан тыс материалдың көп мөлшерін өндірудің қаржылық тәуекелін арттырады.
Өзгертілген механикалық тарих:Капиллярлық реометрия ағынның мінез-құлқын сипаттай алғанымен, үлгіні кең көлемде дайындауды қажет етеді. Сынау алдында материал белгілі бір цилиндрлік өлшемдерге қайта қалыптасуы керек, бұл процесс қосылыстың механикалық тарихын өзгертеді. Демек, өлшенген тұтқырлық қосылыстың өнеркәсіптік өндіріс кезіндегі нақты күйін дәл көрсетпеуі мүмкін.резеңке өңдеу.
Бір нүктелі деректердің жеткіліксіздігі:Стандартты балқыту ағынының жылдамдығы (MFR) немесе балқыту көлемінің жылдамдығы (MVR) сынақтары бекітілген жағдайларда тек бір ғана ағын индексін береді. Бұл Ньютондық емес SBR үшін жеткіліксіз. Екі түрлі партия бірдей MVR мәндерін көрсетуі мүмкін, бірақ экструзияға қатысты жоғары ығысу жылдамдықтарында тұтқырлықтары айтарлықтай әртүрлі болады. Бұл айырмашылық күтпеген өңдеу ақауларына әкелуі мүмкін.
Шығындар және логистикалық жүктеме:Зертханадан тыс талдауға сүйену айтарлықтай логистикалық шығындар мен уақыттың кешігуіне әкеледі. Үздіксіз бақылау сыртқы талдауды қажет ететін үлгілер санын айтарлықтай азайту арқылы экономикалық артықшылық береді.
Жоғары тұтқырлықтағы және көп фазалы SBR қосылыстарын өлшеудің қиындығы
Резеңке қосылыстарын өнеркәсіптік өңдеу өте жоғары тұтқырлық пен күрделі тұтқыр серпімділік қасиеттері бар материалдарды қамтиды, бұл тікелей өлшеу үшін ерекше қиындықтар туғызады.
Тайғанақ және сынық:Тұтқырлығы жоғары, тұтқыр-серпімді резеңке материалдары дәстүрлі ашық шекаралы реометрлерде сыналған кезде қабырғаның сырғанау және серпімділіктен туындаған үлгінің сынуы сияқты мәселелерге бейім. Бұл әсерлерді, әсіресе күрделі полимер-толтырғыш өзара әрекеттесуі болатын толтырылған материалдарда, жеңу үшін тісті, жабық шекаралы конструкциясы бар тербелмелі қалып реометрі сияқты арнайы жабдық қажет.
Техникалық қызмет көрсету және тазалау:Стандартты онлайн ағынды немесе капиллярлық жүйелер полимерлер мен толтырғыштардың жабысқақ, жоғары тұтқырлық сипатына байланысты жиі бітеліп қалады. Бұл күрделі тазалау хаттамаларын қажет етеді және қымбат тоқтап қалуға әкеледі, бұл үздіксіз өндіріс жағдайында үлкен кемшілік болып табылады.
Полимер ерітінділері үшін берік ішкі тұтқырлық құралына қажеттілік.
Бастапқы ерітіндіде немесе суспензия фазасында, полимерленуден кейін, маңызды өлшеу молекулалық салмақпен және полимердің өнімділігімен тікелей байланысты ішкі тұтқырлық (IV) болып табылады. Дәстүрлі зертханалық әдістер (мысалы, GPC немесе шыны капиллярлар) нақты уақыт режимінде бақылау үшін тым баяу.
Өнеркәсіптік орта автоматтандырылған және сенімділікті талап етедіішкі тұтқырлық құралыIVA Versa сияқты заманауи шешімдер ерітіндінің тұтқырлығын өлшеу үшін қос капиллярлы салыстырмалы вискозиметрді пайдаланып бүкіл процесті автоматтандырады, пайдаланушының еріткіштермен жанасуын азайтады және жоғары дәлдікке қол жеткізеді (RSD мәндері 1%-дан төмен). Балқу фазасындағы ішкі қолданбалар үшін Side Stream Online-Rheometers (SSR) тұрақты ығысу жылдамдығымен үздіксіз ығысу тұтқырлығын өлшеу негізінде IV-Rheo мәнін анықтай алады. Бұл өлшеу балқыма ағынындағы MW өзгерістерін бақылауға мүмкіндік беретін эмпирикалық корреляцияны орнатады.
V. Тұтқырлықты бақылаудың маңызды процесінің кезеңдері
Полимерлеу реакторының разрядталуы, араластыру/илеу және экструзия алдындағы қалыптау кезінде онлайн өлшеудің маңызы.
Тұтқырлықты онлайн өлшеуді енгізу маңызды, себебі үш негізгі процестің кезеңі — полимерлеу, араластыру (араластыру) және соңғы қалыптау (экструзия) — әрқайсысы нақты, қайтымсыз реологиялық сипаттамаларды белгілейді. Бұл нүктелердегі бақылау сапа ақауларының кейінгі кезеңге өтуіне жол бермейді.
Полимерлеу реакторының разряды: конверсияны, молекулалық салмақты бақылау.
Бұл кезеңдегі негізгі мақсат - SBR полимерінің лездік реакция жылдамдығын және соңғы молекулалық салмақтың (MW) таралуын дәл бақылау.
Эволюциялық молекулалық салмақты білу өте маңызды, себебі ол соңғы физикалық қасиеттерді анықтайды; дегенмен, дәстүрлі әдістер көбінесе MW-ны тек реакция аяқталғаннан кейін ғана өлшейді. Шламның немесе ерітіндінің тұтқырлығын нақты уақыт режимінде бақылау (жақындатылған ішкі тұтқырлық) тізбектің ұзындығы мен құрылымының қалыптасуын тікелей бақылайды.
Нақты уақыттағы тұтқырлық туралы кері байланысты пайдалану арқылы өндірушілер динамикалық, проактивті басқаруды жүзеге асыра алады. Бұл молекулалық салмақ реттегішінің немесе қысқа тоқтатқыш агенттің ағынын дәл реттеуге мүмкіндік береді.бұрынмономерді түрлендіру ең жоғары деңгейге жетеді. Бұл мүмкіндік процесті басқаруды реактивті сапа скринингінен (спецификациядан тыс партияларды қалдықтардан тазартуды немесе қайта араластыруды қамтиды) полимердің негізгі архитектурасын үздіксіз, автоматтандырылған реттеуге дейін көтереді. Мысалы, үздіксіз бақылау түрлендіру жылдамдығы 70%-ға жеткенде шикі полимер Mooney тұтқырлығының сипаттамаларға сәйкес келуін қамтамасыз етеді. Реактор ағындыларына тән жоғары температура мен қысымға төтеп беруге арналған берік, сызықты бұралу резонатор зондтарын пайдалану мұнда өте маңызды.
Араластыру/илеу: қоспа дисперсиясын, ығысуды бақылауды, энергияны пайдалануды оңтайландыру.
Әдетте ішкі араластырғышта орындалатын араластыру кезеңінің мақсаты - қосылыстың термиялық және ығысу тарихын мұқият бақылай отырып, полимердің, арматуралық толтырғыштардың және өңдеу құралдарының біркелкі, біртекті дисперсиясына қол жеткізу.
Тұтқырлық профилі араластыру сапасының негізгі көрсеткіші болып табылады. Роторлар тудыратын жоғары ығысу күштері резеңкені ыдыратады және дисперсияға қол жеткізеді. Тұтқырлықтың өзгеруін бақылау арқылы (көбінесе нақты уақыттағы айналу моментінен және энергия кірісінен алынады), дәлсоңғы нүктеАраластыру циклінің ұзақтығын дәл анықтауға болады. Бұл тәсіл 15-тен 40 минутқа дейін созылуы мүмкін және оператордың өзгергіштігі мен сыртқы факторларға бейім бекітілген араластыру циклінің уақыттарына сүйенуден әлдеқайда артық.
Белгіленген диапазондағы қосылыс тұтқырлығын бақылау материал сапасы үшін өте маңызды. Бақылаудың жеткіліксіздігі нашар дисперсияға және соңғы материал қасиеттерінің ақауларына әкеледі. Жоғары тұтқырлықтағы резеңке үшін қажетті дисперсияға қол жеткізу үшін жеткілікті араластыру жылдамдығы өте маңызды. Ішкі араластырғыштың турбулентті, жоғары тұтқырлықтағы ортасына физикалық сенсорды енгізу қиындығын ескере отырып, кеңейтілген басқару ... негізделген.жұмсақ сенсорларБұл деректерге негізделген модельдер партияның соңғы сапасын, мысалы, оның Mooney тұтқырлығын болжау үшін процесс айнымалыларын (ротордың жылдамдығы, температура, қуат тұтыну) пайдаланады, осылайша сапа индексінің нақты уақыт режимінде бағасын береді.
Нақты уақыттағы тұтқырлық профиліне негізделген оңтайлы араластырудың соңғы нүктесін анықтау мүмкіндігі айтарлықтай өнімділік пен энергияның өсуіне әкеледі. Егер партия мақсатты дисперсия тұтқырлығына белгіленген бекітілген цикл уақытынан тезірек жетсе, араластыру процесін жалғастыру энергияны босқа жұмсайды және шамадан тыс араластыру арқылы полимер тізбектерінің зақымдалу қаупін тудырады. Тұтқырлық профиліне негізделген процесті оңтайландыру цикл уақытын 15-28%-ға қысқартуы мүмкін, бұл тікелей тиімділік пен шығындардың өсуіне әкеледі.
Алдын ала экструзия/қалыптау: балқыма ағынының тұрақтылығын, өлшемдік тұрақтылықты қамтамасыз ету.
Бұл кезең қатты резеңке қоспасының жолағын пластификациялауды және оны үздіксіз профиль қалыптастыру үшін қалып арқылы мәжбүрлеуді қамтиды, бұл көбінесе кешенді керуді қажет етеді.
Тұтқырлықты бақылау мұнда өте маңызды, себебі ол полимердің балқу беріктігі мен ағындылығын тікелей басқарады. Экструзия үшін балқудың төменгі ағыны (жоғары тұтқырлық) әдетте қолайлы, себебі ол жоғары балқу беріктігін қамтамасыз етеді, бұл профильдің пішінін басқаруды (өлшемдік тұрақтылықты) басқару және қалыптардың ісінуін азайту үшін маңызды. Тұрақты емес балқудың ағыны (MFR/MVR) өндіріс сапасының ақауларына әкеледі: жоғары ағын жыпылықтауға әкелуі мүмкін, ал төмен ағын бөліктің толық емес толтырылуына немесе кеуектілігіне әкелуі мүмкін.
Экструзиядағы тұтқырлықты реттеудің күрделілігі сыртқы бұзылуларға және сызықтық емес реологиялық мінез-құлыққа өте сезімтал, сондықтан озық басқару жүйелері қажет. Белсенді бұзылуларды қабылдамау бақылауы (ADRC) сияқты әдістер тұтқырлықтың ауытқуларын алдын ала басқару үшін енгізілген, бұл дәстүрлі пропорционалды-интегралды (PI) контроллерлермен салыстырғанда мақсатты көрінетін тұтқырлықты сақтауда жақсы нәтижеге қол жеткізеді.
Қалып басындағы балқыма тұтқырлығының консистенциясы өнім сапасы мен геометриялық қабылдаудың соңғы анықтаушысы болып табылады. Экструзия тұтқыр серпімді әсерлерді барынша арттырады, ал өлшемдік тұрақтылық балқыма тұтқырлығының өзгеруіне, әсіресе жоғары ығысу жылдамдығында өте сезімтал. Қалыпты өңдеу алдында балқыма тұтқырлығын онлайн өлшеу тұрақты көрінетін тұтқырлықты сақтау үшін технологиялық параметрлерді (мысалы, бұранда жылдамдығы немесе температура профилі) жылдам, автоматтандырылған түрде реттеуге мүмкіндік береді, геометриялық дәлдікті қамтамасыз етеді және қалдықтарды азайтады.
II кестеде SBR өндіріс тізбегі бойынша мониторинг талаптары көрсетілген.
II кесте. SBR өңдеу кезеңдеріндегі тұтқырлықты бақылау талаптары
| Процесс кезеңі | Тұтқырлық фазасы | Мақсатты параметр | Өлшеу технологиясы | Басқару әрекеті қосылған |
| Реактордың разряды | Ерітінді/Құйынды | Ішкі тұтқырлық(Молекулалық салмақ) | Бүйірлік ағын реометрі (SSR) немесе автоматтандырылған көктамыр ішіне енгізу | Қысқа тоқтатқыш агент немесе реттегіш ағын жылдамдығын реттеңіз. |
| Араластыру/Илеу | Жоғары тұтқырлықтағы қосылыс | Муни тұтқырлығы (көрінетін момент болжамы) | Жұмсақ сенсор (айналдырғыш момент/қуат кірісін модельдеу) | Соңғы нүктенің тұтқырлығына негізделген араластыру циклінің уақытын және ротор жылдамдығын оңтайландырыңыз. |
| Алдын ала экструзия/қалыптау | Полимер балқымасы | Көрінетін балқыма тұтқырлығы (MFR/MVR корреляциясы) | Сызықтық бұралу резонаторы немесе капиллярлық вискозиметр | Өлшемдік тұрақтылықты және қалыптардың біркелкі ісінуін қамтамасыз ету үшін бұранда жылдамдығын/температурасын реттеңіз. |
Тығыздық өлшегіштері туралы көбірек біліңіз
Қосымша онлайн процестерді өлшегіштер
VI. Тұтқырлықты онлайн өлшеу технологиясы
Лоннметрлік сұйықтық тұтқырлығын өлшейтін желілік құрал
Зертханалық сынақтардың ішкі шектеулерін жеңу үшін, заманауирезеңке өңдеуберік, сенімді құралдарды қажет етеді. Бұралу резонаторы технологиясы үздіксіз, сызықты реологиялық зондтаудағы айтарлықтай жетістік болып табылады, ол SBR өндірісінің қиын ортасында жұмыс істей алады.
сияқты құрылғыларЛоннметрлік сұйықтық тұтқырлығын өлшейтін желілік құралтехнологиялық сұйықтыққа толығымен батырылған бұралу резонаторын (дірілдейтін элемент) пайдаланып жұмыс істейді. Құрылғы тұтқырлықты сұйықтықтың әсерінен резонатордың бастан кешіретін механикалық демпферлеуін сандық анықтау арқылы өлшейді. Содан кейін бұл демпферлеу өлшемі дәл, қайталанатын және тұрақты тұтқырлық нәтижелерін алу үшін көбінесе тығыздық көрсеткіштерімен қатар меншікті алгоритмдермен өңделеді.
Бұл технология өзінің күрделі пайдалану мүмкіндіктеріне байланысты SBR қолданбалары үшін ерекше қолайлы:
Тұрақтылық және иммунитет:Сенсорлар әдетте толығымен металл конструкциясымен (мысалы, 316L тот баспайтын болат) және герметикалық, металлдан металлға тығыздағыштармен ерекшеленеді, бұл жоғары температура мен химиялық әсер ету кезінде ісінуі немесе істен шығуы мүмкін эластомерлерге деген қажеттілікті жояды.
Кең ауқымды және сұйықтық үйлесімділігі:Бұл жүйелер бақылау жасай аладырезеңке тұтқырлығыөте төмен мәндерден өте жоғары мәндерге дейінгі кең диапазондағы қосылыстар (мысалы, 1-ден 1 000 000+ cP-ге дейін). Олар Ньютондық емес, бір фазалы және көп фазалы сұйықтықтарды бақылауда бірдей тиімді, SBR суспензиялары мен толтырылған полимер балқымалары үшін маңызды.
Төтенше жұмыс жағдайлары:Бұл құралдар қысым мен температураның кең спектрінде жұмыс істеуге сертификатталған.
Нақты уақыттағы, онлайн режиміндегі, көп өлшемді тұтқырлық сенсорларының артықшылықтары (беріктік, деректерді интеграциялау)
Нақты уақыт режиміндегі, кірістірілген зондтауды стратегиялық тұрғыдан енгізу материалды сипаттау деректерінің үздіксіз ағынын қамтамасыз етеді, өндірісті үзік-үзік сапаны тексеруден проактивті процесті реттеуге ауыстырады.
Үздіксіз мониторинг:Нақты уақыт режиміндегі деректер кешіктірілген, қымбат зертханалық талдауларға тәуелділікті айтарлықтай азайтады. Бұл кіріс шикізатындағы нәзік процестік ауытқуларды немесе партиялық ауытқуларды дереу анықтауға мүмкіндік береді, бұл кейінгі сапа мәселелерінің алдын алу үшін өте маңызды.
Төмен техникалық қызмет көрсету:Берік, теңдестірілген резонатор конструкциялары техникалық қызмет көрсетусіз немесе қайта конфигурациялаусыз ұзақ мерзімді пайдалануға арналған, бұл жұмыс уақытының тоқтап қалуын азайтады.
Деректерді үздіксіз интеграциялау:Заманауи сенсорлар пайдаланушыға ыңғайлы электр қосылымдарын және салалық стандартты байланыс хаттамаларын ұсынады, бұл тұтқырлық пен температура деректерін автоматтандырылған процесті реттеу үшін таратылған басқару жүйелеріне (DCS) тікелей интеграциялауды жеңілдетеді.
Әртүрлі SBR сатыларындағы тұтқырлықты өлшеу үшін қолданылатын құралды таңдау критерийлері.
Тиістісін таңдаутұтқырлықты өлшеу үшін қолданылатын құралматериалдың әрбір нүктесіндегі физикалық күйіне өте тәуелдірезеңке жасау процесі:
Ерітінді/Құйынды (Реактор):Талап - ішкі немесе көрінетін суспензия тұтқырлығын өлшеу. Технологияларға балқытылған үлгілерді үздіксіз талдайтын бүйірлік ағын реометрлері (SSR) немесе сұйықтық/суспензияны бақылау үшін оңтайландырылған жоғары сезімталдықты бұралу зондтары кіреді.
Жоғары тұтқырлықтағы қосылыс (араластыру):Тікелей физикалық өлшеу механикалық тұрғыдан мүмкін емес. Оңтайлы шешім - ішкі араластырғыштың жоғары дәлдіктегі технологиялық кірістерін (айналдыру моменті, энергия тұтыну, температура) Mooney тұтқырлығы сияқты қажетті сапа метрикасымен корреляциялайтын болжамды жұмсақ сенсорларды пайдалану.
Полимер балқымасы (алдын ала экструзия):Ағын сапасын түпкілікті анықтау үшін балқыту құбырында жоғары қысымды сенсор қажет. Бұған берік бұралу резонаторлық зондтары немесе мамандандырылған капиллярлық вискозиметрлер (мысалы, VIS) арқылы қол жеткізуге болады, олар балқытудың көрінетін тұтқырлығын экструзияға қатысты жоғары ығысу жылдамдықтарында өлшей алады, көбінесе деректерді MFR/MVR-мен корреляциялайды.
Ағын шектеулі жерде сенімді аппараттық сенсорларды және механикалық қолжетімділік шектеулі жерде болжамды жұмсақ сенсорларды біріктіретін бұл гибридті сенсорлық стратегия тиімді басқару үшін қажетті жоғары дәлдіктегі басқару архитектурасын қамтамасыз етеді.резеңке өңдеубасқару.
VII. Пайданы стратегиялық енгізу және сандық бағалау
Онлайн басқару стратегиялары: нақты уақыт режиміндегі тұтқырлыққа негізделген автоматтандырылған процесті реттеу үшін кері байланыс циклдарын енгізу.
Автоматтандырылған басқару жүйелері нақты уақыт режиміндегі тұтқырлық деректерін пайдалана отырып, жауап беретін кері байланыс циклдарын жасайды, бұл адам мүмкіндіктерінен тыс өнімнің тұрақты және тұрақты сапасын қамтамасыз етеді.
Автоматтандырылған мөлшерлеу:Қоспа жасау кезінде басқару жүйесі қосылыстың консистенциясын үздіксіз бақылай алады және пластификаторлар немесе еріткіштер сияқты тұтқырлығы төмен компоненттерді қажет болған жағдайда дәл мөлшерде автоматты түрде мөлшерлей алады. Бұл стратегия тұтқырлық қисығын тар анықталған сенімділік диапазонында ұстап, ауытқудың алдын алады.
Жетілдірілген тұтқырлықты бақылау:SBR балқымалары Ньютондық емес және экструзия кезіндегі бұзылуларға бейім болғандықтан, стандартты пропорционалды-интегралды-туынды (PID) контроллерлері балқыма тұтқырлығын реттеу үшін көбінесе жеткіліксіз. Белсенді бұзылуды қабылдамау бақылауы (ADRC) сияқты озық әдіснамалар қажет. ADRC бұзылулар мен модельдің дәлсіздіктерін қабылданбайтын белсенді факторлар ретінде қарастырады, мақсатты тұтқырлықты сақтау және өлшемдік дәлдікті қамтамасыз ету үшін сенімді шешім ұсынады.
Динамикалық молекулалық салмақты реттеу:Полимерлеу реакторында үздіксіз деректерішкі тұтқырлықты өлшеу құралыбасқару жүйесіне кері беріледі. Бұл тізбекті реттегіштің ағын жылдамдығына пропорционалды түзетулер енгізуге мүмкіндік береді, реакция кинетикасындағы шағын ауытқуларды бірден өтейді және SBR полимерінің молекулалық салмағының нақты SBR класы үшін қажетті тар спецификация диапазонында қалуын қамтамасыз етеді.
Тиімділік және шығындардың өсуі: Цикл уақытын сандық бағалау, қайта өңдеуді азайту, энергия мен материалды пайдалануды оңтайландыру.
Онлайн реологиялық жүйелерге инвестиция салу жалпы кірістілікті арттыратын тікелей, өлшенетін кіріс береді.резеңке өндірісінің процесі.
Оңтайландырылған цикл уақыттары:Ішкі араластырғышта тұтқырлыққа негізделген соңғы нүктені анықтауды пайдалану арқылы өндірушілер шамадан тыс араластыру қаупін жояды. Әдетте 25-40 минуттық бекітілген циклдарға негізделген процесті қажетті дисперсиялық тұтқырлыққа 18-20 минут ішінде жету үшін оңтайландыруға болады. Бұл операциялық ауысым цикл уақытын 15-28%-ға қысқартуға әкелуі мүмкін, бұл жаңа капитал салымдарынсыз тікелей өткізу қабілеті мен қуаттылықтың артуына әкеледі.
Қайта өңдеу мен қалдықтардың азаюы:Үздіксіз бақылау технологиялық ауытқуларды олар техникалық сипаттамадан тыс материалдардың көп мөлшеріне әкелмес бұрын дереу түзетуге мүмкіндік береді. Бұл мүмкіндік қымбат қайта өңдеуді және қалдық материалдарды айтарлықтай азайтады, материалдарды пайдалануды жақсартады.
Оңтайландырылған энергия тұтыну:Нақты уақыттағы тұтқырлық профиліне негізделген араластыру кезеңін дәл қысқарту арқылы энергия шығыны тек дұрыс дисперсияға қол жеткізу үшін оңтайландырылады. Бұл шамадан тыс араластырумен байланысты паразиттік энергия шығынын жояды.
Материалды пайдалану икемділігі:Қайта өңделген полимерлер сияқты айнымалы немесе таза емес шикізатты өңдеу кезінде тұтқырлықты мақсатты түрде реттеу өте маңызды. Үздіксіз бақылау қажетті реологиялық мақсаттарға сенімді түрде жету үшін процесті тұрақтандыру параметрлерін жылдам реттеуге және тұтқырлықты мақсатты түрде реттеуге (мысалы, қоспалар арқылы молекулалық салмақты арттыру немесе азайту) мүмкіндік береді, бұл әртүрлі және ықтимал арзан материалдардың пайдалылығын барынша арттырады.
III кестеде көрсетілгендей, экономикалық салдары айтарлықтай.
III кесте. Желідегі тұтқырлықты бақылаудан болжамды экономикалық және операциялық пайда
| Метрикалық | Бастапқы (офлайн басқару) | Target (Онлайн бақылау) | Сандық пайда/салдары |
| Топтық цикл уақыты (араластыру) | 25–40 минут (белгіленген уақыт) | 18–20 минут (Тұтқырлықтың соңғы нүктесі) | Өндірістік қабілеттіліктің 15–28%-ға артуы; Энергия тұтынудың төмендеуі. |
| Техникалық сипаттамадан тыс партиялық жылдамдық | 4% (Саланың әдеттегі көрсеткіші) | <1% (Үздіксіз түзету) | Қайта өңдеу/қалдықтарды 75%-ға дейін азайту; Шикізат шығынын азайту. |
| Процесті тұрақтандыру уақыты (қайта өңделген кірістер) | Жұмыс уақыты (бірнеше зертханалық тексерулерді қажет етеді) | Минуттар (жылдам көктамыр ішіне енгізу/рео түзету) | Материалды пайдалануды оңтайландыру; айнымалы шикізатты өңдеу мүмкіндігін жақсарту. |
| Жабдыққа техникалық қызмет көрсету (араластырғыштар/экструдерлер) | Реактивті сәтсіздік | Болжамды үрдістерді бақылау | Ақауларды ерте анықтау; апатты тоқтап қалу уақытын және жөндеу шығындарын азайту. |
Болжамды техникалық қызмет көрсету: Ақауларды ерте анықтау және алдын алу шараларын қолдану үшін үздіксіз мониторингті пайдалану.
Онлайн тұтқырлықты талдау сапаны бақылаудан тысқары шығып, пайдалану сапасын және жабдықтың денсаулығын бақылау құралына айналады.
Ақаулықты анықтау:Тұтқырлық көрсеткіштеріндегі күтпеген ауытқулар, жоғарыдағы материалдың өзгеруімен түсіндірілмейді, экструдер бұрандаларының тозуы, ротордың тозуы немесе сүзгілердің бітелуі сияқты машиналардағы механикалық тозу туралы ерте ескерту сигналы ретінде қызмет ете алады. Бұл қымбат апатты ақаулардың қаупін азайта отырып, алдын ала және жоспарлы профилактикалық қызмет көрсетуге мүмкіндік береді.
Жұмсақ сенсорды тексеру:Құрылғы сигналдары мен сенсор кірістерін қоса алғанда, үздіксіз процесс деректері Mooney тұтқырлығы сияқты маңызды көрсеткіштер үшін болжамды модельдерді (жұмсақ сенсорлар) әзірлеу және жетілдіру үшін пайдаланылуы мүмкін. Сонымен қатар, бұл үздіксіз деректер ағындары желідегі басқа физикалық өлшеу құрылғыларының жұмысын калибрлеу және тексеру механизмі ретінде де қызмет ете алады.
Материалдық өзгергіштік диагностикасы:Тұтқырлық үрдісі негізгі кіретін сапа тексерулерімен анықталмайтын шикізат сәйкессіздіктерінен қорғаудың маңызды қабатын қамтамасыз етеді. Үздіксіз тұтқырлық профиліндегі ауытқулар негізгі полимердің молекулалық салмағының өзгергіштігін немесе толтырғыштардағы ылғалдылықтың немесе сапаның сәйкессіздігін бірден білдіруі мүмкін.
Кіріктірілген сенсорлардан да, болжамды жұмсақ сенсорлардан да алынған егжей-тегжейлі реологиялық деректерді үздіксіз жинау резеңке қосылысының сандық көрінісін құру үшін деректер негізін қамтамасыз етеді. Бұл үздіксіз, тарихи деректер жиынтығы тұтқыр серпімді қасиеттер немесе шаршауға төзімділік сияқты күрделі соңғы өнімнің өнімділік сипаттамаларын дәл болжайтын озық эмпирикалық модельдерді құру және жетілдіру үшін өте маңызды. Кешенді бақылаудың бұл деңгейі ... деңгейін көтереді.ішкі тұтқырлықты өлшеу құралықарапайым сапалы құралдан тұжырымдаманы оңтайландыру және процестің сенімділігі үшін негізгі стратегиялық активке дейін.
VIII. Қорытынды және ұсыныстар
Резеңке тұтқырлығын өлшеуге қатысты негізгі нәтижелердің қысқаша мазмұны.
Талдау үзіліссіз, оффлайн реологиялық сынақтарға (Муни тұтқырлығы, MFR) дәстүрлі тәуелділік заманауи, жоғары көлемді SBR өндірісінде жоғары дәлдікке қол жеткізуге және тиімділікті барынша арттыруға түбегейлі шектеу қоятынын растайды. Стирол-бутадиен резеңкесінің күрделі, Ньютондық емес және тұтқыр-серпімді сипаты басқару стратегиясында түбегейлі өзгерісті қажет етеді - бір нүктелі, кешіктірілген метрикадан көрінетін тұтқырлықты және толық реологиялық профильді үздіксіз, нақты уақыт режимінде бақылауға көшу.
Берік, арнайы жасалған желілік сенсорлардың, әсіресе бұралу резонатор технологиясын пайдаланатындардың интеграциясы, озық басқару стратегияларымен (мысалы, араластырғыштардағы болжамды жұмсақ сенсор және экструдерлердегі ADRC) біріктірілуі барлық маңызды фазалар бойынша тұйық циклді, автоматтандырылған реттеулерді қамтамасыз етеді: полимерлеу кезінде молекулалық салмақ тұтастығын қамтамасыз ету, араластыру кезінде толтырғыштың дисперсия тиімділігін барынша арттыру және балқымаларды соңғы қалыптау кезінде өлшемдік тұрақтылықты қамтамасыз ету. Бұл технологиялық ауысудың экономикалық негіздемесі сенімді, ол өткізу қабілетінде сандық өсімді (цикл уақытының 15-28%-ға төмендеуі) және қалдықтар мен энергияны пайдалануды айтарлықтай азайтуды ұсынады. RFQ үшін сату тобына хабарласыңыз.
