La mesura coherent i precisa de la temperatura és fonamental a la indústria del plàstic per garantir l'acabat correcte dels productes termoformats.Tant en aplicacions de termoconformat estacionàries com rotatives, la baixa temperatura de conformat produeix tensions a la peça formada, mentre que temperatures massa altes poden provocar problemes com ara butllofes i pèrdua de color o brillantor.
En aquest article, parlarem de com els avenços en la mesura de la temperatura sense contacte per infrarojos (IR) no només ajuden les operacions de termoformat a optimitzar els seus processos de fabricació i resultats empresarials, sinó que també permeten el compliment dels estàndards de la indústria per a la qualitat i la fiabilitat del producte final.
El termoconformat és el procés pel qual una làmina termoplàstica es fa suau i flexible mitjançant l'escalfament, i es deforma bi-axialment en ser forçada en una forma tridimensional.Aquest procés pot tenir lloc en presència o absència de motlle.L'escalfament de la làmina termoplàstica és una de les etapes més crucials en l'operació de termoconformat.Les màquines de conformació solen utilitzar escalfadors de tipus sandvitx, que consisteixen en panells d'escalfadors d'infrarojos per sobre i per sota del material de làmina.
La temperatura central de la làmina termoplàstica, el seu gruix i la temperatura de l'entorn de fabricació afecten com les cadenes de polímers de plàstic flueixen a un estat modelable i es reformen en una estructura de polímer semicristal·lí.L'estructura molecular final congelada determina les característiques físiques del material, així com el rendiment del producte final.
L'ideal és que la làmina termoplàstica s'ha d'escalfar uniformement fins a la seva temperatura de conformació adequada.A continuació, la làmina es transfereix a una estació de modelat, on un aparell la pressiona contra el motlle per formar la peça, utilitzant un buit o aire a pressió, de vegades amb l'ajuda d'un tap mecànic.Finalment, la peça s'expulsa del motlle per a l'etapa de refredament del procés.
La major part de la producció de termoconformat es fa amb màquines d'alimentació de bobines, mentre que les màquines d'alimentació de fulles són per a aplicacions de volum més petit.Amb operacions de volum molt gran, es pot justificar un sistema de termoconformat en línia i de bucle tancat totalment integrat.La línia rep la matèria primera plàstica i les extrusores s'alimenten directament a la termoformadora.
Alguns tipus d'eines de termoconformat permeten retallar l'article format dins de la màquina de termoformat.Amb aquest mètode és possible una major precisió de tall perquè el producte i la ferralla esquelètica no necessiten reposicionament.Les alternatives són on la làmina formada s'indexa directament a l'estació de cultiu.
El volum de producció elevat normalment requereix la integració d'un apilador de peces amb la màquina de termoconformat.Un cop apilats, els articles acabats s'embalen en caixes per al seu transport al client final.La ferralla esquelètica separada s'enrotlla sobre un mandril per tallar-la posteriorment o passa per una màquina de picar en línia amb la termoformadora.
El termoconformat de làmines grans és una operació complexa susceptible de pertorbacions, que pot augmentar molt el nombre de peces rebutjades.Els estrictes requisits actuals per a la qualitat de la superfície de les peces, la precisió del gruix, el temps de cicle i el rendiment, sumats a la petita finestra de processament dels nous polímers de disseny i làmines multicapa, han impulsat els fabricants a buscar maneres de millorar el control d'aquest procés.
Durant el termoconformat, l'escalfament de la làmina es produeix per radiació, convecció i conducció.Aquests mecanismes introdueixen una gran quantitat d'incertesa, així com variacions temporals i no linealitats en la dinàmica de transferència de calor.A més, l'escalfament de làmines és un procés distribuït espacialment millor descrit per equacions diferencials parcials.
El termoconformat requereix un mapa de temperatura precís i multizona abans de la formació de peces complexes.Aquest problema es veu agreujat pel fet que la temperatura es controla normalment als elements de calefacció, mentre que la distribució de la temperatura a través del gruix de la làmina és la principal variable del procés.
Per exemple, un material amorf com el poliestirè generalment mantindrà la seva integritat quan s'escalfa a la seva temperatura de formació a causa de l'alta resistència a la fusió.Com a resultat, és fàcil de manejar i formar.Quan s'escalfa un material cristal·lí, canvia de manera més espectacular de sòlid a líquid un cop s'arriba a la seva temperatura de fusió, fent que la finestra de temperatura de formació sigui molt estreta.
Els canvis de temperatura ambient també causen problemes en el termoconformat.El mètode d'assaig i error per trobar una velocitat d'alimentació del rodet per produir motllures acceptables podria resultar inadequat si la temperatura de la fàbrica canviés (és a dir, durant els mesos d'estiu).Un canvi de temperatura de 10 °C pot tenir una influència significativa en la sortida a causa del rang de temperatura de formació molt estret.
Tradicionalment, els termoformadors s'han basat en tècniques manuals especialitzades per al control de la temperatura de la làmina.No obstant això, aquest enfocament sovint produeix resultats inferiors als desitjats en termes de consistència i qualitat del producte.Els operadors tenen un difícil equilibri, que implica minimitzar la diferència entre les temperatures del nucli i de la superfície de la làmina, alhora que garanteixen que ambdues àrees es mantinguin dins de les temperatures de conformació mínima i màxima del material.
A més, el contacte directe amb la làmina de plàstic no és pràctic en el termoconformat perquè pot causar taques a les superfícies de plàstic i temps de resposta inacceptables.
Cada cop més, la indústria del plàstic està descobrint els avantatges de la tecnologia infraroja sense contacte per a la mesura i el control de la temperatura del procés.Les solucions de detecció basades en infrarojos són útils per mesurar la temperatura en circumstàncies en què no es poden utilitzar termoparells o altres sensors de tipus sonda o no produeixen dades precises.
Els termòmetres IR sense contacte es poden utilitzar per controlar la temperatura dels processos de moviment ràpid de manera ràpida i eficient, mesurant la temperatura del producte directament en lloc del forn o l'assecador.Aleshores, els usuaris poden ajustar fàcilment els paràmetres del procés per garantir una qualitat òptima del producte.
Per a aplicacions de termoconformat, un sistema automatitzat de control de temperatura per infrarojos inclou normalment una interfície d'operador i una pantalla per a mesures de procés des del forn de termoconformat.Un termòmetre IR mesura la temperatura de les làmines de plàstic calentes i en moviment amb un 1% de precisió.Un mesurador de panell digital amb relés mecànics integrats mostra dades de temperatura i emet senyals d'alarma quan s'arriba a la temperatura de consigna.
Mitjançant el programari del sistema d'infrarojos, els termoformadors poden establir intervals de temperatura i sortida, així com punts d'emissivitat i alarma, i després controlar les lectures de temperatura en temps real.Quan el procés arriba a la temperatura de consigna, un relé es tanca i activa una llum indicadora o una alarma acústica per controlar el cicle.Les dades de temperatura del procés es poden arxivar o exportar a altres aplicacions per a l'anàlisi i la documentació del procés.
Gràcies a les dades de les mesures IR, els operadors de la línia de producció poden determinar la configuració òptima del forn per saturar completament la làmina en el menor període de temps sense sobreescalfar la secció mitjana.El resultat d'afegir dades precises de temperatura a l'experiència pràctica permet l'emmotllament de cortines amb molt pocs rebutjos.I, els projectes més difícils amb material més gruixut o prim tenen un gruix de paret final més uniforme quan el plàstic s'escalfa uniformement.
Els sistemes de termoconformat amb tecnologia de sensor IR també poden optimitzar els processos de desemmotllament de termoplàstics.En aquests processos, els operadors de vegades fan servir els seus forns massa calents o deixen les peces al motlle massa temps.Mitjançant l'ús d'un sistema amb un sensor d'infrarojos, poden mantenir temperatures de refrigeració constants a través dels motlles, augmentant el rendiment de producció i permetent que les peces s'eliminin sense pèrdues significatives per enganxament o deformació.
Tot i que la mesura de temperatura infraroja sense contacte ofereix molts avantatges provats per als fabricants de plàstics, els proveïdors d'instrumentació continuen desenvolupant noves solucions, millorant encara més la precisió, la fiabilitat i la facilitat d'ús dels sistemes IR en entorns de producció exigents.
Per abordar els problemes de visió amb els termòmetres IR, les empreses d'instruments han desenvolupat plataformes de sensors que proporcionen visió integrada de l'objectiu a través de la lent, a més d'albirament làser o de vídeo.Aquest enfocament combinat garanteix l'orientació correcta i la ubicació de l'objectiu en les condicions més adverses.
Els termòmetres també poden incorporar monitorització simultània de vídeo en temps real i enregistrament i emmagatzematge d'imatges automatitzats, proporcionant així una nova informació valuosa del procés.Els usuaris poden fer instantànies del procés de manera ràpida i senzilla i incloure informació sobre temperatura i hora/data a la seva documentació.
Els termòmetres IR compactes actuals ofereixen el doble de resolució òptica que els models de sensors voluminosos anteriors, ampliant el seu rendiment en aplicacions de control de processos exigents i permetent la substitució directa de les sondes de contacte.
Alguns dissenys nous de sensors IR utilitzen un capçal sensor en miniatura i electrònica independent.Els sensors poden aconseguir una resolució òptica de fins a 22:1 i suportar temperatures ambientals properes als 200 °C sense cap refredament.Això permet mesurar amb precisió les mides de punts molt petites en espais reduïts i condicions ambientals difícils.Els sensors són prou petits per instal·lar-se gairebé a qualsevol lloc i es poden allotjar en un recinte d'acer inoxidable per protegir-se dels durs processos industrials.Les innovacions en l'electrònica del sensor IR també han millorat les capacitats de processament del senyal, incloses les funcions d'emissivitat, mostreig i retenció, retenció de pics, retenció de vall i funcions de mitjana.Amb alguns sistemes, aquestes variables es poden ajustar des d'una interfície d'usuari remota per a més comoditat.
Els usuaris finals ara poden triar termòmetres IR amb enfocament variable motoritzat i controlat a distància.Aquesta capacitat permet un ajust ràpid i precís de l'enfocament dels objectius de mesura, ja sigui manualment a la part posterior de l'instrument o de forma remota mitjançant una connexió per a PC RS-232/RS-485.
Els sensors IR amb enfocament variable controlat a distància es poden configurar segons els requisits de cada aplicació, reduint la possibilitat d'instal·lació incorrecta.Els enginyers poden ajustar l'objectiu de mesurament del sensor des de la seguretat de la seva pròpia oficina i observar i registrar contínuament les variacions de temperatura en el seu procés per tal de prendre mesures correctives immediates.
Els proveïdors estan millorant encara més la versatilitat de la mesura de la temperatura infraroja subministrant sistemes amb programari de calibratge de camp, que permet als usuaris calibrar sensors in situ.A més, els nous sistemes IR ofereixen diferents mitjans per a la connexió física, inclosos connectors de desconnexió ràpida i connexions terminals;diferents longituds d'ona per a la mesura d'alta i baixa temperatura;i una selecció de senyals de mil·liampères, milivolts i termoparells.
Els dissenyadors d'instrumentació han respost als problemes d'emissivitat associats als sensors IR desenvolupant unitats de longitud d'ona curta que minimitzen els errors a causa de la incertesa de l'emissivitat.Aquests dispositius no són tan sensibles als canvis d'emissivitat del material objectiu com els sensors convencionals d'alta temperatura.Com a tal, proporcionen lectures més precises en diferents objectius a diferents temperatures.
Els sistemes de mesura de temperatura IR amb mode de correcció automàtica de l'emissivitat permeten als fabricants configurar receptes predefinides per adaptar-se als canvis freqüents de producte.En identificar ràpidament les irregularitats tèrmiques dins de l'objectiu de mesura, permeten a l'usuari millorar la qualitat i la uniformitat del producte, reduir la ferralla i millorar l'eficiència operativa.Si es produeix una fallada o defecte, el sistema pot activar una alarma per permetre una acció correctiva.
La tecnologia de detecció infraroja millorada també pot ajudar a racionalitzar els processos de producció.Els operadors poden triar un número de peça d'una llista de punts de consigna de temperatura existent i registrar automàticament cada valor de temperatura màxima.Aquesta solució elimina la classificació i augmenta els temps de cicle.També optimitza el control de les zones de calefacció i augmenta la productivitat.
Perquè les termoformadores analitzin completament el retorn de la inversió d'un sistema automatitzat de mesura de temperatura infraroja, han de tenir en compte determinats factors clau.Reduir els costos de fons significa tenir en compte el temps, l'energia i la quantitat de reducció de ferralla que es pot produir, així com la capacitat de recopilar i informar informació sobre cada làmina que passa pel procés de termoconformat.Els avantatges generals d'un sistema de detecció IR automatitzat inclouen:
• Capacitat d'arxivar i proporcionar als clients una imatge tèrmica de cada peça fabricada per a la documentació de qualitat i el compliment ISO.
La mesura de la temperatura infraroja sense contacte no és una tecnologia nova, però les innovacions recents han reduït costos, augmentat la fiabilitat i han permès unitats de mesura més petites.Els termoformadors que utilitzen la tecnologia IR es beneficien de millores en la producció i una reducció de la ferralla.La qualitat de les peces també millora perquè els productors aconsegueixen un gruix més uniforme que surt de les seves termoconformadores.
For more information contact R&C Instrumentation, +27 11 608 1551, info@randci.co.za, www.randci.co.za
Hora de publicació: 19-agost-2019