Partikelmessung in der Kunststoffschmelze

Schmelzeverunreinigungen zuverlässig detektieren

Partikelförmige Schmelzeverunreinigungen stören das optische Empfinden in transparenten Kunststoffprodukten und verschlechtern wichtige Bauteileigenschaften. Deshalb trägt eine kontinuierliche echtzeitnahe Dokumentation der Schmelzequalität wesentlich zur Produkt- und Prozessoptimierung bei.

Die Notwendigkeit einer prozessbegleitenden Partikelmessung in strömenden Kunststoffschmelzen ergibt sich aus den wachsenden Anforderungen an die Qualität und Reinheit transparenter Kunststoffprodukte. Als einzelne Störpartikel kommen Gelteilchen, Stippen, Black Spots, Gasblasen und andere partikelförmige Verunreinigungen in Betracht. Besonders sensibel sind Anwendungen in Medizin- und Pharmatechnik, Optikbauteile, Displays und optische Speichermedien.

In Folien, Verpackungen und Kunststoffrohren beeinflussen Störpartikel die mechanischen Eigenschaften wie Reißfestigkeit und Biegesteifigkeit negativ. Das Sensorsystem PMP 694 arbeitet nach dem optischen Extinktionsmessprinzip. Eine Extinktionsanalyse ist in der Aerosolmesstechnik und der Reinheitsanalyse von Prozessflüssigkeiten bereits weit verbreitet. Die Besonderheit besteht in der Anpassung dieser etablierten Messmethode an die für die Kunststoffaufbereitung und -verarbeitung typischen Prozessbedingungen. Erstmals lassen sich laut Unternehmen Partikelmessungen direkt in der strömenden Schmelze bei Temperaturen bis 300 Grad Celsius und Drücken bis zu 150 bar zuverlässig durchführen. Diese Art der optischen Messung sei unabhängig von wechselnden Drücken und Temperaturen der Schmelze, was für die Robustheit des Sensorsystems gegenüber prozessbedingten Schwankungen spricht. Die Adaption erfolgt entweder inline im Hauptschmelzestrang oder online als Bypass über den in der Kunststofftechnik üblichen Gewindeanschluss.

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Im Sinne einer Reinheitskontrolle werden einzelne Störpartikel >20 µm in transparenten ungefüllten Kunststoffschmelzen zuverlässig erfasst. Damit ist die Möglichkeit zur kontinuierlichen Dokumentation der Schmelzequalität gegeben.

Neben Überprüfung einer Sollqualität lassen sich die Extrusionsparameter für Einfahrprozesse und Chargenwechsel in kurzer Zeit optimieren. Über an der Signalverarbeitungseinheit mit integriertem Industrie-PC vorhandene Alarmausgänge können entsprechende Stellmaßnahmen bei Überschreitung individuell festlegbarer Fehlergrenzen initiiert werden, um somit ein fehlerhaftes Produkt im laufenden Anlagenbetrieb auszuschleusen. Dieses Vorgehen vermeidet größere Fehlchargen von vornherein.

Eine weitere Sensoranwendung zielt auf die echtzeitnahe Beurteilung der Dispergiergüte von Nanocomposites in Abhängigkeit von Materialauswahl, Füllstoffkonzentration und Extrusionsbedingungen. Die Eignung des Sensorsystems für diese Aufgabenstellung wurde im Rahmen des europäischen Förderprojektes Multihybrids (IP-026685-2) sowohl für den Technikumsmaßstab als auch für Produktionsbedingungen erfolgreich nachgewiesen.

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