VERFAHRENSTECHNIK

Qualitätssicherung und Betriebskontrolle in der Kunststoffindustrie

Schnelle Füllstoffbestimmung

Durch die Zugabe von Fasern lassen sich bei Kunststoffen die mechanischen und mechanisch-thermischen Eigenschaften verbessern. Dies gilt insbesondere für Festigkeit, Steifigkeit, Härte, Wärmeformbeständigkeit, Verschleisswiderstand, Masshaltigkeit und Feuchteaufnahme.

Die Fasern im Compoundierverfahren direkt in die Schmelze zugeben, ist bei vielen Herstellern im grossen Umfang üblich. Viele technische Kunststoffe sind ohne Fasern nicht mehr denkbar. Häufig werden Kurzglasfasern verwendet, deren Faserlänge im Granulat bei 300µm liegt. Vereinzelt werden auch Langfaserprodukte verwendet, deren Faserlänge bis zu dreimal grösser ist. Zu jedem Herstellungsprozess und jeder Eingangskontrolle gehört daher die Messung des GlasfaserFüllstoffgehalts. Zudem werden immer häufiger Kohlefaser, Carbon Nanotubes etc. in das Compound eingearbeitet. Im Zeichen zertifizierter Qualitätssicherungssysteme nach DIN ISO 9000ff, die heute von den meisten Produktionsbetrieben eingerichtet sind, soll die Überprüfung der Produktqualität in kurzen Abständen erfolgen und Konsequenzen ermöglichen: ein rasches Eingreifen und Anpassen des Fertigungsprozesses ist nötig.

Die Prozesskontrolle

Dieser Forderung steht eine Veraschungszeit von mehreren Stunden im konventionellen Muffelofen gegenüber, viel zu lange, um aufgrund der Messergebnisse noch wirksam in die Produktion eingreifen zu können oder bei der Warenanlieferung die Abladung zu beeinflussen. Auch in Forschung und Entwicklung, z. B. von RecyclingVerfahren, wird eine schnelle, flexible Versuchsdurchführung immer wichtiger. Hier gewährleisten die schnellen Phönix Black Muffelöfen eine deutliche Zeitverkürzung bei gleichbleibender analytischer Qualität und stellen somit Alternativen zu etablierten konventionellen Techniken dar. Reglementiert wird die Bestimmung des Aschegehaltes durch die ISO 3451 Teil 1–5, worin die Trockenveraschung und

Die Phönix Black Muffelöfen bringen eine deutliche Zeitverkürzung bei gleichbleibender analytischer Qualität.

Sulfatveraschung beschrieben sind. Hier wird ein MikrowellenMuffelofen mit zu regelnden Veraschungstemperaturen von 600 + 25 °C, 750 + 50 °C, 850 + 50 °C und 950 + 50 °C genannt. Die HighTechMuffelöfen der Phönix BlackFamilie von CEM erfüllen diese Regularien auf den Punkt genau.

Wie Phönix aus der Asche

Moderne Produktionsverfahren sind zunehmend gekennzeichnet durch das Erzielen höherer Umsatzraten und schnellerer Produktion, kontinuierlicher Verfahrensabläufe, Automatisierung sowie standardisierte Produktqualität. Dieses stellt an die begleitende und überwachende Analytik neue Anforderungen, wie z. B. hinsichtlich der Schnelligkeit, Verlagerung der Messung vom analytischen Labor hin zum Produktionsort, robuste Apparaturen («Handschuhtauglichkeit») sowie einfache Handhabung durch teilweise nur angelerntes Personal. Je nach Branche und Verfahrensablauf eröffnet der Einsatz eines SchnellanalysenSystems eine Reihe von Einsparungsmöglichkeiten z. B. in der Kunststofferzeugenden – und Kunststoffverarbeitenden Industrie bzw. in der Recyclingbranche:

Deutliche Zeitersparnis mit entsprechender Kostensenkung.

1. Bessere und gleichmässigere Qualität der Ausbeute durch exakte Messung der GlasfaserFüllstoffgehalte in engen

Toleranzen 2. Verkürzung des Prozesses durch kürzere Wartezeiten 3. Schutz vor Ausschuss durch schnelle

Kontrollen = Erhöhung der Ausbeute

Mit dem SchnellMuffelofen Phönix Black werden die GlasfaserKunststoffe innerhalb von wenigen Minuten analysiert, d. h. die Probe wird verascht – die Glasfaser bleibt zurück. Die Analyse funktioniert so: Unter Veraschungen versteht man die thermische Zersetzung kohlenwasserstoffhaltiger Produkte, wobei die anorganischen Bestandteile zurückbleiben. So werden konventionelle Muffelöfen schon seit langer Zeit für die verschiedensten Veraschungen eingesetzt. Dabei wird eine Probe in einen Tiegel eingewogen, welcher vorher getrocknet bzw. ausgeglüht wurde. Anschliessend wird das Probengut in einen konvektiv beheizten Muffelofen gegeben, wo es in der Regel etliche Stunden bis zur Gewichtskonstanz verbleibt. Danach wird der Tiegel aus dem Ofen entnommen und zum Abkühlen für gut eine Stunde in einen Exsikkator gegeben, ehe eine Rückwiegung erfolgen kann. Dieser relativ einfache Prozess ist äusserst arbeits und zeitintensiv, welches vor allem in der Produktions und Qualitätskontrolle ein grosses Problem darstellt und ein schnelles Zugreifen in laufende Produktionen verhindert. Abhilfe schaffen hier die Phönix Black Muffelöfen von CEM. Für die Trockenveraschung setzt man das Muffelofensystem Phönix Black ein, während für Nassveraschungen mit Schwefelsäurezusatz (Sulfataschen) das Phönix Black SAS eingesetzt wird. Die Vorteile dieser Technik sind eine drastische Zeitreduktion und ein «sauberes» Arbeiten. Was mit der konventionellen Technik früher Stunden benötigte, wird mit der PhönixTechnik nun in Minuten erreicht.

Wie funktioniert das Phönix?

Die schnellen Veraschungen basieren auf der «OfenimOfenTechnik». Dabei wird um den heissen inneren Ofenteil mit den Proben ein optimierter Luftstrom herumgeführt. Dabei bleibt die heisse Muffel von aussen kalt und es können keine Unfälle in Form von Verbrennungen an den Fingern erfolgen. Durch die poröse Muffel dringt diffusiv die Luft zum schnellen Veraschen/Oxidieren ins Innere vor. Dort werden die Kunststoffproben mit einem Überschutz an Luft schnell verascht. Als Veraschungstiegel kommen spezielle Quarzfasertiegel zum Einsatz, in denen dann bei Veraschungstemperaturen von bis zu 1200 °C die Probe behandelt wird. Zur Kennzeichnung können die Tiegel mit einem HochtemperaturMarkierungsstift beschriftet werden. Zudem bieten diese Tiegel den Vorteil, dass sie innerhalb von wenigen Sekunden nach der Entnahme aus dem Ofen abkühlen, ohne dabei Feuchtigkeit aufzunehmen. Somit wird ein Überführen in den Exsikkator hinfällig und beschleunigt das Handling des Rückwiegens enorm. Ein Abluftrohr wird direkt am Gerät angeschlossen, das damit selbst, wie auch seine Umgebung frei von Ablagerungen bleibt. Die Raumluft und somit auch der Anwender werden nicht belastet (Arbeitsschutz) und die Installation braucht unter keinem Abzug zu erfolgen.

Schnelligkeit

Die enorme Schnelligkeit der gesamten Veraschung zur Füllstoffbestimmung wird beispielhaft in der Tabelle gezeigt. Neben den aufgeführten Materialien können auch alle anderen Kunststoffe, Polymere, Gummiarten, etc. im Phönix Black Muffelofen verascht werden. Somit werden die Füllstoffstrukturen wie Glaskugeln, Glasfasern, Glaswaben etc. schonend freigelegt.

Kohlenstoff-/Carbon-Füllstoffe

Neben anorganischen Füllstoffen wie Glasfaser oder Glaskugeln werden auch organische Füllstoffe wie Holzmehl, Kohlefaser, Russ, Carbon Nanotubes etc. eingesetzt. Da sich diese organischen Füllstoffe zu einer anderen Zeit mit dem Sauerstoff umsetzen, als das Polymer, wird im Phönix Black MIV unter InertgasAtmosphäre gearbeitet. Damit wird das Polymer verascht und die freigelegten KohlenstoffFüllstoffe bleiben unversehrt zurück.

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