4 اصل آزمون
مخلوط آزمون، متشکل از کنسانتره رنگ و پلیمر پایه آزمون، از یک اکسترودر مجهز به پمپ مذاب و مجموعه توری فیلتر بههمراه صفحه شکن عبور داده میشود. در جلوی مجموعه توری فیلتر، یک مبدل فشار مذاب قرار دارد. اختلاف فشار بین فشار شروع و فشار بیشینه برای محاسبه مقدار فشار فیلتر [FPV] استفاده میشود.
6 دستگاه
6.1 کلیات
شکل 1 ساختار کلی دستگاه را نشان میدهد (به بندهای 6.2 تا 6.7 مراجعه شود).
6.2 اکسترودر
باید از یک اکسترودر تکمارپیچه با سیلندر بدون شیار و مارپیچ فاقد اجزای پراکندهساز استفاده شود. استفاده از مارپیچی با قطر بین 19 mm و 30 mm و طولی معادل 20 L/D تا 30 L/D (طول/قطر) توصیه میشود. برای اندازهگیری فشار مذاب، وجود یک مبدل فشار مذاب در جلوی پمپ مذاب (A) ضروری است. برای ثابت نگهداشتن این فشار، وجود یک کنترلکننده الکترونیکی با حلقه بازخورد سرعت/فشار مارپیچ ضروری است؛ این فشار ترجیحاً باید در محدوده 30 bar تا 60 bar باشد تا از پرشدن کامل پمپ مذاب و همگنی بهینه مذاب اطمینان حاصل شود.
6.3 پمپ مذاب
پمپ مذاب، ترجیحاً یک پمپ اندازهگیری، باید دبی ثابتی در محدوده 50 cm³/min تا 60 cm³/min فراهم کند.
6.4 مبدل فشار مذاب
محدوده فشار برای مخلوط 1 (7.2) ترجیحاً باید بین 0 bar و 100 bar و برای مخلوط 2 (7.3) بین 0 bar و 350 bar باشد. دقت مبدل فشار مذاب (B) باید در محدوده ± 1% و تکرارپذیری آن کمتر از ± 0,1% باشد.
یادداشت: تفکیکپذیری اندازهگیری فشار باید 0,1 bar باشد.
6.5 صفحه شکن
از صفحه شکن برای نگهداری مجموعه توری فیلتر و تعیین سطح آزاد آن استفاده میشود (به پیوست A مراجعه شود).
6.6 فیلتر
6.6.1 کلیات
محیط فیلتر بخشی از سیستم است که بر اختلاف فشار مورد استفاده بهعنوان داده پایه برای تعیین نتایج آزمون تأثیر میگذارد.
افزایش اختلاف فشار به ویژگیهای نگهداشت محیط فیلتر وابسته است.
برای دستیابی به نتایج قابلمقایسه، تعریف دقیق محیط فیلتر و مونتاژ آن مطابق مشخصات، اهمیت زیادی دارد.
از مجموعههای توری فیلتر بهعنوان محیط فیلتر استفاده میشود. مجموعه توری فیلتر از دیسکهای فیلتر تمیزشده با امواج فراصوت تشکیل میشود که قطر فیلتر آنها 33,8 mm (± 0,1 mm) است و بهصورت چندلایه ساخته میشوند؛ این لایهها ترجیحاً در یک قاب آلومینیومی نگه داشته میشوند. همه توریها باید از مادهای مناسب برای پلیمر مورد استفاده، مانند فولاد زنگنزن مطابق EN 10088-1، نوع 1.4404، ساخته شوند. هرگونه تغییر در مشخصات (برای مثال، الگوی بافت، وضعیت سطح، تعداد دهانهها در واحد طول یا عرض دهانه) میتواند به نتیجه آزمون متفاوتی منجر شود.
6.6.2 مجموعه توری فیلتر 1
ساختاری دولایه که در آن لایه اول، بافت هلندی ساده معکوس 615/108 تار/پود در هر 25,4 mm، با قطر سیم 0,042 mm/0,14 mm است و لایه دوم (توری نگهدارنده)، بافت ساده مربعی با عرض دهانه 0,63 mm و قطر سیم 0,40 mm تقویمشده است (برای جزئیات بیشتر به ISO 9044 مراجعه شود).
6.6.3 مجموعه توری فیلتر 2
ساختاری دولایه که در آن لایه اول، بافت هلندی ساده معکوس 615/132 تار/پود در هر 25,4 mm، با قطر سیم 0,042 mm/0,13 mm است و لایه دوم (توری نگهدارنده)، بافت ساده مربعی با عرض دهانه 0,63 mm و قطر سیم 0,40 mm تقویمشده است (برای جزئیات بیشتر به ISO 9044 مراجعه شود).
6.6.4 مجموعه توری فیلتر 3
ساختاری سهلایه که در آن لایه اول، بافت هلندی جناغی 165/1400 تار/پود در هر 25,4 mm، با قطر سیم 0,071 mm/0,040 mm است؛ لایه دوم (توری نگهدارنده)، بافت ساده مربعی با عرض دهانه 0,25 mm و قطر سیم 0,16 mm دارد؛ و لایه سوم (توری نگهدارنده)، بافت ساده مربعی با عرض دهانه 0,63 mm و قطر سیم 0,40 mm تقویمشده دارد (برای جزئیات بیشتر به ISO 9044 مراجعه شود).
یادداشت 1: استفاده از مجموعههای توری فیلتر ریزتر از آنچه در 6.6.2 شرح داده شده است، میتواند میان طرفهای ذینفع مورد توافق قرار گیرد.
یادداشت 2: توصیه میشود از تأمینکننده درخواست تأیید شود که مشخصات فوق برای مجموعه توری فیلتر رعایت شده است. بهویژه تعداد دهانهها در واحد طول و قطر سیمهای لایههای منفرد، برای نتیجه آزمون مقدار فشار فیلتر، اهمیت بسیار زیادی دارند.
6.7 رینگ آببندی
رینگ آببندی یا قاب آلومینیومی دیسک فیلتر باید قطری معادل 33,8 mm ± 0,1 mm و قطر داخلی 28 mm ± 0,1 mm داشته باشد.
اگر مجموعه توری فیلتر فاقد قاب آلومینیومی باشد، باید از رینگ آببندی استفاده شود.
7 آمادهسازی مخلوطهای آزمون
7.1 کلیات
کنسانتره رنگ (5.1) و پلیمر پایه آزمون (5.2) با یکدیگر، برای مثال در یک ظرف شیشهای یا پلاستیکی، مخلوط میشوند تا مخلوط آزمون همگن به دست آید.
یادداشت 1: مخلوط 1 برای پیگمنتهای رنگی و مخلوط 2 برای پیگمنتهای سفید و دوده توصیه میشود.
یادداشت 2: استفاده از مخلوطهای دیگر میتواند میان طرفهای ذینفع مورد توافق قرار گیرد.
یادداشت 3: مقادیر رنگزا کمتر از 5,0 g باعث کاهش دقت تا حد ناکافی میشوند.
7.2 مخلوط 1
از مخلوط آزمونی به جرم 200 g (100 %) شامل 5,0 g رنگزا (2,5 %) استفاده میشود.
یادداشت: اگر کنسانتره رنگ حاوی 40% رنگزا باشد، مقادیر بهصورت زیر است: 12,5 g کنسانتره رنگ و 187,5 g پلیمر پایه آزمون.
7.3 مخلوط 2
از مخلوط آزمونی به جرم 1000 g (100 %) شامل 80,0 g رنگزا (8 %) استفاده میشود.
یادداشت: اگر کنسانتره رنگ حاوی 40% رنگزا باشد، مقادیر بهصورت زیر است: 200 g کنسانتره رنگ و 800 g پلیمر پایه آزمون.
8 روش اجرا
8.1 پیششرطگذاری
کل دستگاه (بند 6) باید تا دمای فرآیندی مناسب برای پلیمر پایه آزمون، پیشگرم شود.
پیش از شروع هر آزمون، دستگاه باید با پلیمر پایه آزمون (5.2) تمیز یا بهطور مناسب پاکسازی شود.
8.2 تعیین مقدار
یک مجموعه توری فیلتر جدید (6.6.2 تا 6.6.4) را در جلوی صفحه شکن (6.5) و تجهیزات اندازهگیری نصب کنید؛ بهگونهای که مذاب ابتدا از توری ریزتر و در نهایت از صفحه شکن عبور کند. یک رینگ آببندی (6.7) باید از نشت مخلوط از اطراف لبه مجموعه توری فیلتر جلوگیری کند.
زمان کافی در نظر بگیرید تا مجموعه توری فیلتر و صفحه شکن به دمای دستگاه برسند. این زمان به دستگاه مورد استفاده بستگی دارد. سپس پلیمر پایه آزمون (5.2) در اکسترودر پلاستیکه شده و با دبی حجمی مذاب مشخص از مجموعه توری فیلتر عبور داده میشود تا دما و فشار مذاب ثابت بمانند. شرایط دستگاه باید دمای مذاب ثابتی را تضمین کند؛ انحراف دما باید کمتر از ± 2°C باشد.
فشار شروع ps ایجادشده توسط پلیمر پایه آزمون را مستقیماً در جلوی مجموعه توری فیلتر اندازهگیری کنید. فشار شروع ps باید ثابت باشد. هنگامی که قیف خالی شد و مارپیچ اکسترودر بهتازگی قابل مشاهده گردید، مخلوط آزمون (5.3) را اضافه کنید.
یادداشت: بهدلیل تفاوت خواص رئولوژیکی پلیمر پایه آزمون و مخلوط آزمون، ممکن است افت فشار رخ دهد.
پس از پایان تغذیه مخلوط آزمون، همزمان با نمایان شدن دوباره مارپیچ اکسترودر، 100 g پلیمر پایه آزمون اضافه کنید.
آزمون بهمحض آنکه مارپیچ اکسترودر بار دیگر قابل مشاهده شود، پایان مییابد. از دادههای ثبتشده برای ارزیابی فشار بیشینه pmax و محاسبه مقدار فشار فیلتر استفاده کنید.
مجموعه توری فیلتر را در حالی که هنوز داغ است خارج کنید و دستگاه را برای آزمون بعدی، بهطور کامل با پلیمر پایه آزمون پاکسازی کنید.
9 ارزیابی
مقدار فشار فیلتر [FPV] که بهصورت افزایش فشار بهازای هر گرم رنگزا تعریف میشود، با استفاده از معادله زیر محاسبه میگردد:
10 گزارش آزمون
گزارش آزمون باید حداقل شامل اطلاعات زیر باشد:
a) ارجاع به این استاندارد اروپایی (EN 13900-5)؛
b) تمام جزئیات لازم برای شناسایی کنسانتره رنگ آزمونشده؛
c) تمام جزئیات لازم برای شناسایی پلیمر پایه آزمون؛
d) شرح مخلوط آزمون (بند 7)؛
e) تمام جزئیات لازم درباره روش آزمون و شرایط آزمون (برای مثال، تجهیزات آزمون، نوع مجموعه توری فیلتر، دمای مذاب، دبی حجمی مذاب)؛
f) نتیجه آزمون، مطابق بند 9؛
g) هرگونه انحراف از روش آزمون مشخصشده؛
h) تاریخ انجام آزمون.
آزمون مقدار فشار فیلتر (FPV) و نقش آن در تولید مستربچ
مستربچها را میتوان اجزایی ضروری در دنیای پویای تولید پلاستیک دانست که بهصورت فرمولاسیونهای غلیظ (کنسانترههای پیگمنت و/یا افزودنی) عرضه میشوند و وظیفه مهم ایجاد رنگ، بهبود خواص و افزودن قابلیتهای کاربردی به طیف گستردهای از محصولات پلاستیکی را بر عهده دارند. این فرمولاسیونها که شامل پیگمنتها، افزودنیها یا اصلاحکنندههای دیگر هستند، نقشی اساسی در تبدیل پلیمرهای خام به طیف متنوعی از پلاستیکهای نهایی ایفا میکنند. کنترل دقیق کیفیت مستربچ برای تضمین ویژگیهای یکنواخت و مطلوب محصولات پلاستیکی نهایی اهمیت زیادی دارد. یکی از جنبههای مهم کنترل کیفیت در تولید مستربچ، آزمون مقدار فشار فیلتر (FPV) است؛ فرآیندی مهم که پایداری، یکپارچگی و کارایی فرآیند تولید را بررسی میکند. در این زمینه، درک نقش آزمون فشار فیلتر برای تضمین قابلیت اطمینان و عملکرد مستربچها در تمام مسیر پیچیده از تولید تا محصول نهایی، ضروری است.
استاندارد EN 13900-5 تجهیزات موردنیاز، شامل اکسترودر، پمپ مذاب، توریهای فیلتر و صفحه شکن، و همچنین ترکیب مخلوط، پروتکل آزمون و معیارهای ارزیابی را مشخص میکند. FPV برای سنجش کیفیت و پراکنش پیگمنتها معرفی شده است. با اجرای اقدامات استاندارد کنترل کیفیت، بهبود کیفیت محصول امکانپذیر میشود. همچنین مقایسه نتایج FPV، رتبهبندی محصولات مشابه از تأمینکنندگان مختلف را تسهیل میکند. استفاده از آزمون FPV برای ارزیابی مواد اولیه، کیفیت محصول را تضمین میکند و در عین حال قابلیت پیشبینی مدت کارکرد تعویضکننده توری را افزایش میدهد. از نظر کاربرد و عملکرد، این آزمون برای رنگزاهایی مناسب است که بهصورت کنسانتره رنگ در تمام پلیمرهای مورد استفاده برای فرآیندهای ریسندگی مذاب ارائه میشوند. مخلوط آزمون در یک اکسترودر تکمارپیچه با سیلندر بدون شیار و مارپیچ تراکمی فاقد اجزای اختلاط اضافی فرآوری میشود. مذاب پلیمر بهطور پیوسته با فشار 30 تا 60 bar (435 تا 870 psi) به پمپ مذاب تحویل داده میشود و دبی حجمی 50 تا 60 cm³/min (تنظیم 660 روی پمپ مذاب) حفظ میگردد. هنگام عبور پلیمر از بسته فیلتر، ذرات و آگلومرههای بزرگتر از اندازه مشخص در فیلتر باقی میمانند و باعث افزایش فشاری میشوند که با کیفیت رنگزا ارتباط دارد. سپس از اختلاف فشار بین فشار اولیه و فشار اوج برای محاسبه FPV استفاده میشود تا معیار جامعی از عملکرد فیلتر به دست آید.
برای آمادهسازی آزمون، جریان مذاب پلیمر بهگونهای هدایت میشود که ابتدا از توری ریزتر عبور کند. لبه آلومینیومی مجموعه توری فیلتر بهعنوان آببند عمل کرده و از عبور جریان از زیر مجموعه جلوگیری میکند. سپس صفحه شکن و مجموعه توری فیلتر گرم میشوند و دستگاه با پلیمر پایه آزمون پاکسازی میشود تا یکنواختشدن دما سریعتر انجام گیرد و در عین حال دمای مذاب در محدوده ±2°C پایدار بماند. پلیمر پایه آزمون در اکسترودر پلاستیکه شده و تا زمان تثبیت دما و فشار مذاب، از طریق مجموعه توری فیلتر پمپ میشود. فشار تغذیه پمپ مذاب باید 30 تا 60 bar (435 تا 870 psi) و دبی حجمی 50 تا 60 cm³/min باشد. دمای مذاب دستگاه باید ثابت نگه داشته شود و انحراف آن کمتر از ±2°C باشد. فشار (Ps) ایجادشده توسط پلیمر پایه آزمون، درست در جلوی مجموعه توری فیلتر، برای تعیین مقدار ثابت اندازهگیری میشود. هنگامی که قیف خالی و مارپیچ تغذیه قابل مشاهده شد، مخلوط آزمون وارد میشود. انتظار میرود بهدلیل تفاوت خواص رئولوژیکی، افت فشار رخ دهد. پس از خالیشدن قیف و قابل مشاهدهشدن مارپیچ تغذیه، دوباره پلیمر پایه آزمون اضافه میشود. آزمون پس از عبور 100 g پلیمر پایه آزمون از مجموعه توری فیلتر و تثبیت فشار، پایان مییابد.
دستگاه آزمون فشار فیلتر
- پمپ مذاب با موتور سروو به حرکت درمیآید
- مجهز به تعویضکننده توری صفحهای دستی با عملیات نیتراسیون، سختی و مقاومت سایشی بالا
- حسگر فشار مذاب با دقت بالا، فشار مذاب را با دقت اندازهگیری میکند
- رایانه بههمراه دستگاه ارائه میشود و دستگاه دارای 6 ناحیه گرمایش سرامیکی است
- مجهز به 2 حسگر فشار مذاب و پمپ مذاب ساخت سوئیس
- نرمافزار بر پایه LABVIEW است و گزارشگیری در MS WORD انجام میشود
- اندازهگیری فشار و دمای ذوب
- تعویض ساده توری
- ثبت و ارزیابی دادهها با استفاده از نرمافزار آزمون فیلتر AHP
- مطابق با DIN EN 13900-5
- قطر مارپیچ: 25 mm
- توان موتور سروو پمپ دندهای: 0.75 KW
- محدوده فشار: حداکثر 300 bar
- فشار ورودی پمپ دندهای: 0-100 bar
- سرعت چرخش مارپیچ: 0-100 rpm
- فیلتر 5-40 Micron