Automatisieren für Kosten- und Qualitätsvorteile
Fließverhalten bei hohem Probendurchsatz messen
Eigenschaften von Kunststoffen wie Elastizität und Festigkeit hängen von einer Vielzahl von Parametern ab. Gleichzeitig steigen die Ansprüche der Anwender an diese Eigenschaften und deren Toleranten. Zur Qualitätssicherung sind daher entsprechende Prüfungen notwendig wie die Messung des Fließverhaltens direkt nach dem Herstellungsprozess. Um einerseits die Prüfkosten im Griff zu behalten und die Prozesssicherheit beim Prüfen zu maximieren, bietet sich der Einsatz höher automatisierte Messtechnologien an.
In der Qualitätssicherung von Kunststoffprodukten mit den mechanischen und thermischen Prüfungen liefert das Fließverhalten der Schmelze direkt nach der Polymerisation wichtige Eckdaten für die Qualitätssicherung. Sie ist ein Maß für die Gleichmäßigkeit im Prozess (Chargenkontrolle) und zudem ein wichtiger Parameter für weitere Verarbeitungsschritte wie Spritzgießen und Extrudieren. Zentrale Messgrößen des Fließverhaltens sind die Schmelze-Volumenfließrate (MVR) und die Schmelze-Massefließrate (MFR), die unter genau definierten Temperaturen und Belastungen ermittelt werden. Zur Bestimmung dieser Parameter bei Messungen in einem hohen Probendurchsatz hat das Unternehmen Zwick das Fließprüfgerät Aflow entwickelt.
Vorkompaktieren automatisiert
Typischerweise eingesetzt wird das System laut Hersteller zur Bestimmung der Fließraten im Dauereinsatz und bei hohen Anforderungen an die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Messabläufe. Unterstützt werden alle weltweit gängigen Normen und Verfahren wie ISO 1133 Teil 1+2 und ASTM D 1238. Das Vorkompaktieren und Reinigen geschieht mit der integrierten pneumatischen Reinigungseinheit. Dies erleichtere die Bedienung und beschleunigt den Prüfablauf, der dadurch reproduzierbarer wird. Das ist gerade bei Kunststoffen, die deutlich empfindlicher auf äußere Einflüsse reagieren als Polyethylen, eine effiziente Lösung.
Zur Vorbereitung der Fließprüfung wird das Granulat oder Pulver zunächst in einem beheizten Prüfkanal aufgeschmolzen. Nach einer Vorheizzeit von 300 Sekunden wird die Schmelze automatisch mit einem genormten Gewicht belastet und durch eine definierte Düse gedrückt. Ist die 50 Millimeter Marke erreicht, beginnt die Prüfung. Hierbei werden wahlweise per definierten Zeit- oder Weg-Abständen der MVR und MFR gemessen. Nach der Messung kann das Restmaterial mit bis zu 80 Kilogramm aus dem Prüfkanal gedrückt werden. Dies beschleunigt ebenfalls den Messablauf und ist besonders bei niedrig viskosen Polymeren ein zentraler Faktor. Die gewünschten Prüflasten sind stufenlos von 0,325 bis 50 Kilogramm einstellbar.
Prüfgerät für Mehrstufenversuche
Bestimmt wird das ausgetretene Schmelzevolumen über die Messung des Kolbenwegs bei bekanntem Kolbendurchmesser. Das Prüfgerät ist daher mit einer Kolbenweg-Messeinrichtung ausgestattet. Aufgrund der automatischen, kennfeldabhängigen Parametrierung über die Prüfsoftware Testxpert II - die Anbindung eines entsprechenden PC geschieht per USB - liege die Abweichung in der Wegmessung unter 0,005 Millimeter. Die Temperaturtoleranz erreiche dank der präzisen Steuerung ±0,3 °C und entspreche damit ISO/DIS 1133-2. Neben den beschriebenen Standardmessungen sind mit dem Aflow Fließprüfgerät auch Mehrstufenversuche möglich. Das spart Zeit, da der Betreiber mit einer Zylinderfüllung gleich mehrere Prüfungen mit unterschiedlichen Belastungen durchführen kann.
Anwenderfreundlich ist die Benutzerverwaltung der Prüfsoftware. Sie begleitet den Prozess permanent und zeigt nur die aktuellen und wichtigen Schritte sowie die Ergebnisse der Messungen an. Die bei den Prüfungen ermittelten Daten werden automatisch gespeichert und in Datenbanken wie Oracle, Access oder SAP exportiert. Aufgrund des platzsparenden Mehrgeräte-Betriebs kann der Anwender an einem PC bis zu sechs Aflow Geräte anschließen - es ist aber auch ein Stand-Alone-Betrieb möglich.
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