Οι επιδράσεις ενός διασπορέα υπερήχων στις μετρήσεις εντός γραμμής

Για τον χαρακτηρισμό και τη μέτρηση των πρωτογενών σωματιδίων, τα σωματίδια πρέπει να είναι καλά διεσπαρμένα, καθώς τα συσσωματώματα αλλοιώνουν τα αποτελέσματα των μετρήσεων. Οι υπέρηχοι αποτελούν αξιόπιστο εργαλείο για τη διάσπαση των συσσωματωμάτων και τη δημιουργία συνθηκών στις οποίες τα πρωτογενή σωματίδια διατηρούνται σε επαρκή απόσταση μεταξύ τους, ώστε να μπορούν να ανιχνεύονται ως μεμονωμένα σωματίδια. Η ακόλουθη μελέτη της Sequip παρουσιάζει τον επιτυχημένο συνδυασμό συστημάτων κατεργασίας με υπερήχους της Hielscher με τα συστήματα μέτρησης εντός γραμμής της Sequip για τον αξιόπιστο χαρακτηρισμό σωματιδίων.

Λόγω των δυνάμεων σύνδεσης μεταξύ των σωματιδίων, π.χ. των δυνάμεων van der Waals, τα σωματίδια τείνουν να συσσωματώνονται και να συνενώνονται. Έτσι, αρκετά (πρωτογενή) σωματίδια ενώνονται και σχηματίζουν ένα πιο σύνθετο σωματίδιο (τα λεγόμενα δευτερογενή σωματίδια). Οι διεργασίες συσσωμάτωσης και συνένωσης επηρεάζουν σημαντικά τη μέτρηση λόγω:

• μεταβολών στην κατανομή μεγέθους των σωματιδίων (καθώς τα συσσωματώματα μετρώνται ως ένα μόνο σωματίδιο)
• μεταβολών στις ιδιότητες ροής
• μεταβολών στη φυσιολογική κατάσταση του υλικού

Κατά συνέπεια, η διεργασία επηρεάζεται από πολλές μεταβλητές, γεγονός που δυσχεραίνει την αξιόπιστη αξιολόγηση.

Μέτρηση σωματιδίων

Οι αισθητήρες PAT της Sequip έχουν αναπτυχθεί για την άμεση μέτρηση σωματιδίων, ώστε οι μεταβολές στην κατανομή μεγέθους των σωματιδίων να καταγράφονται με συνέπεια και να αξιολογούνται με ασφάλεια. Ο εξοπλισμός επιτόπιας μέτρησης PAT επιτρέπει τη λήψη πρόσθετων πληροφοριών σχετικά με τη συνολική μορφολογία κατά την ανάπτυξη νέων συνθέσεων, καθώς και τον έλεγχο της ποιότητας του προϊόντος κατά την επεξεργασία.
Η μέτρηση μπορεί να πραγματοποιηθεί επιτόπου στο εργαστήριο ή εντός γραμμής και σε πραγματικό χρόνο κατά τη διεργασία, παρέχοντας ακριβή αποτελέσματα μέτρησης ανάλογα με τα χαρακτηριστικά του προϊόντος και το δυναμικό εύρος μεγεθών.

Το πρόβλημα:

Τα συσσωματώματα αλλοιώνουν τα αποτελέσματα του χαρακτηρισμού των σωματιδίων. Για αξιόπιστες μετρήσεις, πρέπει να αποτρέπεται η διεργασία συσσωμάτωσης. Ο απλούστερος τρόπος θα ήταν η προσθήκη ενός διασπορέα/ πρόσθετου διασποράς. Ωστόσο, η χρήση ενός διασπορέα μεταβάλλει την αρχική σύνθεση του προϊόντος και, κατά συνέπεια, τα αποτελέσματα της μέτρησης δεν θα αντανακλούσαν την πραγματική κατανομή μεγέθους. Για τον έλεγχο της διεργασίας κατά την παραγωγή, η χρήση πρόσθετων διασποράς αποτελεί επομένως ακατάλληλη μέθοδο.

Το παρακάτω διάγραμμα απεικονίζει το PVC800, ένα πολυβινυλοχλωρίδιο, με κατανομή μεγέθους σωματιδίων έως 500–630μm. Ωστόσο, λόγω της συσσωμάτωσης, τα αποτελέσματα των μετρήσεων εμφανίζουν κορυφές στα 1400μm.

Το Σχ. 1 παρουσιάζει τη μέτρηση του PVC 800: Το PVC 800 εμφανίζει συνήθως κατανομή μεγέθους σωματιδίων με κορυφές περίπου στα 500–630μm. Εδώ, ωστόσο, λόγω της συσσωμάτωσης μετρώνται κορυφές έως και στα 1400μm.

Η λύση:

Μια εναλλακτική λύση ανεξάρτητη από τη διεργασία είναι η εγκατάσταση ενός διασπορέα υπερήχων.
Για να καταδειχθεί η θετική επίδραση της διασποράς με υπερήχους, το εναιώρημα PVC800 υποβλήθηκε σε αποσυσσωμάτωση μέσω κατεργασίας με υπερήχους. Ένα γυάλινο ποτήρι ζέσεως με τη σύνθεση PVC800 υποβλήθηκε σε κατεργασία με υπερήχους με τον διασπορέα υπερήχων UP200S, ενώ τα σωματίδια χαρακτηρίζονταν επιτόπου με τον αισθητήρα PAT της Sequip.
Ο ομογενοποιητής υπερήχων μεταφέρει υπερηχητικά κύματα στο μέσο, δημιουργώντας μηχανικές ταλαντώσεις και ισχυρές δυνάμεις διάτμησης. Οι υπέρηχοι υψηλής ισχύος και χαμηλής συχνότητας διασπείρουν αποτελεσματικά τα συσσωματώματα. Έτσι, μόνο μεμονωμένα σωματίδια εισέρχονται στην εστία του αισθητήρα, ώστε να μπορεί να μετρηθεί η πραγματική κατανομή μεγέθους των σωματιδίων – όπως φαίνεται χαρακτηριστικά στο ακόλουθο διάγραμμα:

Σχ.: 2 Το διάγραμμα δείχνει ξεκάθαρα ότι η μέτρηση των σωματιδίων PVC 800 με υπερήχους (πράσινο) παρουσιάζει μικρότερη και πιο ομοιόμορφη κατανομή μεγέθους σωματιδίων σε σύγκριση με τα αποτελέσματα μέτρησης που λαμβάνονται χωρίς υπερήχους (κόκκινο).

Σύνοψη

Έχει αποδειχθεί ότι η κατεργασία με υπερήχους αποτελεί κατάλληλο και αξιόπιστο εργαλείο για την αποσυσσωμάτωση και τη θραύση σωματιδίων. Η διασπορά με υπερήχους μπορεί να εφαρμοστεί με ευελιξία σε οποιοδήποτε στάδιο της παραγωγής και διασφαλίζει την αξιόπιστη μέτρηση και αξιολόγηση του μεγέθους των σωματιδίων με το σύστημα αισθητήρων PAT της Sequip.