Тестирование NIR в реальном времени может снизить затраты на контроль качества до 90%

Когда-то применяемые в основном компаниями по производству смол и крупными производителями компаундов, измерительные устройства в реальном времени в ближнем инфракрасном диапазоне (NIR) все чаще находят применение в лабораториях более мелких производителей компаундов, а также переработчиков и переработчиков. Эти устройства стали более портативными, экономичными и простыми в использовании.

Так говорит Джон Богарт, управляющий директор компании Kett US, Вилла Парк, Калифорния, которая в настоящее время предлагает около 200 инструментов для анализа влажности и состава, включая устройства NIR. Предлагая свои БИК-анализаторы влажности и / или состава, компания нацелена на производителей компаундов и переработчиков, а также на формовщиков, экструдеров пленки и листа и термоформовщиков.

Портативные анализаторы влажности NIR, такие как Kett KJT130, продаются примерно за 16 000 долларов.

Хотя традиционные испытания имеют решающее значение для определения свойств полимеров от простого содержания влаги до полного химического анализа, они требуют много времени и трудозатрат, а также требуют значительных затрат на приобретение и утилизацию таких расходных материалов, как реагенты и химические вещества. Как правило, для этого требуется подготовка образца, проверка на влажность может занять от 5 до 15 минут, а для более сложных химических испытаний - от 24 до 48 часов.

Но Богарт говорит, что теперь NIR-спектроскопия может обеспечить немедленные лабораторные показания качества в реальном времени с помощью бесконтактного метода измерения, который может предоставлять показания влажности, анализа состава и даже показания состава полного спектра за небольшую часть стоимости традиционных методов. «Переход от текущих прямых методов к анализу NIR может сократить затраты на тестирование до 90% за счет значительного сокращения« рабочего времени персонала »и устранения химических реагентов, отходов тестирования и« человеческих ошибок », которые создают необходимость в повторить тесты ».

Дополнительная экономия затрат связана с оптимизацией энергии, оптимизацией урожайности и сокращением дефектов качества, говорит Богарт, который, по словам Богарта, обычно очень существенен, но трудно предсказать заранее. «Например, если затраты на персонал составляют 20 долларов в час (очень консервативно), общие затраты на 1 час бюджета составят около 28 долларов. Если мы говорим, что один или два «теста только на влажность» проводятся в день, стоимость составит 28 долларов, если вы выделите 30 минут для каждого теста. Тест NIR занимает 6 секунд или, если он онлайн, является непрерывным. Шесть секунд против 3600 секунд - это 0,16%, снижение на 98,84%. Стоимость настольного устройства, не содержащего только влагу, составляет около 12 долларов в день ».

Богарт утверждает, что даже с учетом стоимости нового прибора заказчик экономит деньги каждый день, а стоимость тестирования снижается как минимум на 90%, учитывая очень консервативные оценки почасовой оплаты и количества тестов, использованных в его примере. «Вот почему даже« небольшим »компаниям следует подумать о переходе на эту технологию».

Он говорит:«Измерение в ближнем инфракрасном диапазоне в реальном времени позволяет осуществлять непрерывный мониторинг и оптимизацию полимерных процессов. Он предоставляет более своевременные данные по обеспечению качества, чем команда специалистов по контролю качества, использующих традиционные методы тестирования, и 100% продукта можно проверить ». По его словам, мгновенное тестирование обеспечивает превосходный контроль качества и немедленную корректировку, если процесс начинает выходить за рамки целевого диапазона. Результаты могут улучшить согласованность партии и выход продукции, помогая устранить сбой партии и сократить отходы материала.

Как это работает

Спектроскопия NIR отражает лучи света от твердого тела, взвеси или жидкости и измеряет, сколько света поглощается в определенных длинах волн - примерно от 700 до 2500 нанометров. Это создает «оптический отпечаток пальца» химического состава образца, при этом устройство рассчитывает требуемые измерения после того, как оно было первоначально откалибровано в соответствии с лабораторным или производственным стандартом.

Оборудование может быть портативным, настольным, онлайновым или встроенным и достаточно универсальным для работы внутри смесителей, блендеров, экструдеров, пневматических и вакуумных линий передачи, а также для работы в трубопроводах при использовании оптоволоконных аксессуаров.

Богарт отмечает, что не все процессоры нуждаются в самых сложных и дорогостоящих устройствах тестирования NIR для каждого приложения. «Не платите за Lamborghini, если вам нужен Ford, или за Ford, если вам нужен Lamborghini», - советует он. «Для многих областей применения с полимерами все, что нужно, - это влагомер. Анализатор состава - шаг вперед; и машина полного спектра выходит за рамки этого, когда требуются даже более всесторонние или специализированные испытания ».

Хотя производители полимеров более знакомы с традиционными методами, для тех, кто озабочен не только качеством, но и прибыльностью, выбор подхода NIR, который лучше всего подходит для конкретной области применения, может иметь большое влияние на чистую прибыль.

Правильное устройство для работы

Есть две основные категории устройств NIR:основанные на фильтрах и полноспектральные. По словам Богарта, устройства на основе фильтров особенно хорошо подходят для большинства типов обработки.

Оборудование на основе NIR-фильтра блокирует видимый свет и позволяет проникать в устройство только инфракрасному свету определенных длин волн. Богарт отмечает, что продукты на основе фильтров, которые включают измерители влажности и анализаторы состава, проще, чем устройства полного спектра, поскольку они работают с ограниченным диапазоном длин волн. Однако у устройств есть некоторые преимущества.

«Продукты на основе фильтров дешевле, их легче калибровать и обслуживать. Эти устройства также более надежны и, как правило, более стабильны для операторов. Недостатком является то, что инструменты более ограничены в том, что они могут тестировать », - говорит Богарт.

Испытание на потерю при высыхании, которое измеряет общее изменение веса материала после высыхания, является традиционным методом измерения влажности. Однако для таких гравиметрических испытаний обычно требуется подготовить образец и вернуть его в лабораторию. Тест занимает от 15 минут до нескольких часов, что слишком медленно, когда требуются более срочные измерения. Кроме того, это требует, чтобы образец был изменен или уничтожен.

Настольные анализаторы влажности, такие как KB270F, продаются по цене от 10 000 до 12 000 долларов.

В качестве немедленной альтернативы в реальном времени влагомеры NIR являются самым простым и экономичным типом устройств на основе фильтров. Они мгновенные, неразрушающие и даже могут быть бесконтактными. Часто для проверки поступающего сырья используются измерители влажности NIR. Однако измерители можно использовать в любом месте производственного процесса, где важно достижение определенного содержания влаги. Эти устройства обычно используют только несколько длин волн для измерения влажности.

Богарт приводит пример производителя полимеров, который использует измеритель влажности NIR для производства гранул для компании, производящей медицинские устройства. Заказчик создает изделия, которые вставляются в тело. Для этого применения производителю полимера необходимо обеспечить чрезвычайно низкую влажность гранул перед их литьем под давлением. Если уровень влажности поднимается выше определенного уровня, процесс формования не идет должным образом, что увеличивает риск выхода детали из строя.

Как говорит Богарт:«Гранулы полимера должны быть точно изготовлены и должным образом упакованы с очень небольшим количеством влаги; и образцы не могут быть уничтожены во время проверки. Таким образом, производитель использует измерение влажности в ближнем инфракрасном диапазоне, чтобы с минимальными затратами гарантировать, что 100% полимерных гранул безопасно соответствуют требуемым критериям ».

БИК-анализаторы влажности продаются по цене от 10 000 до 12 000 долларов США за настольный прибор, от 16 000 долларов США за портативные устройства, от 12 000 до 25 000 долларов США за онлайн-устройства, которые хорошо работают на конвейерной ленте, и около 25 000 долларов США за поточные устройства, которые можно использовать в экструдере, смесителе, блендере. , измельчитель, пневматический / вакуумный конвейер или бункер. Обычно их просто откалибровать, и для получения показаний может потребоваться всего два образца.

Анализаторы состава в ближнем инфракрасном диапазоне - это шаг вперед в области измерения и обычно могут одновременно измерять несколько различных химических компонентов в полимере, ограничиваясь примерно шестью-семью длинами волн инфракрасного света. Помимо влажности, устройства также могут использоваться для измерения остаточных масел или растворителей, которые могут вызвать проблемы с загрязнением, если их не обнаружить и не удалить. Они являются альтернативой традиционным, длительным и трудоемким методам определения влажности при сушке и методам Карла Фишера; Экстракция по Сокслету нефтяных остатков; и газовая хроматография для экстракции растворителем.

Анализаторы состава, такие как встроенные блоки Kett KJT270, продаются по цене от 28 000 до 29 000 долларов США.

Богарт указывает на другое распространенное использование такого устройства. «Промышленность часто использует переработанный пластик в качестве сырья, но не всегда знает, откуда он берется. Поэтому производители могут захотеть измерить общее количество масла и растворителя в дополнение к влажности, поскольку любые остаточные загрязнители могут нарушить процесс и даже вызвать сбои в работе завода », - говорит он.

Третье стандартное использование этого типа устройства - измерение толщины покрытия или пленки. Во многих случаях возможны как настольные, так и онлайн-измерения процессов. Как правило, цена анализатора состава NIR значительно ниже, чем у альтернативных технологий.

Поскольку полимеры так широко используются в различных отраслях промышленности, Богарт отмечает, что анализаторы состава часто используются не только для поступающих материалов, но и для материалов в процессе производства, конечных продуктов и даже для внешних сбоев и возвратов продукта, чтобы помочь определить причину. проблемы.

Поскольку анализаторы состава NIR предназначены для обнаружения влаги и остатков присадок, их стоимость и требования к калибровке немного выше и сложнее, чем устройства, работающие только для измерения влажности NIR. Их цены начинаются от 18000 долларов за настольную систему до 28-29000 долларов за встроенные или онлайн-системы. Такие системы работают аналогично, но отличаются только местом, в котором заказчик желает проводить испытания. Они могут одновременно измерять несколько органических веществ, таких как вода, общее масло / жир, белок, сахар, клетчатка и растворитель / спирт.

Тестирование полного спектра для сложных анализов

В отличие от устройств на основе фильтров, устройства полного спектра NIR могут измерять более 500 длин волн, чтобы определить, соответствуют ли определенные вещества или материалы широкому диапазону критериев.

Устройства для онлайн-анализа состава, такие как Kett BSR1700, продаются по цене от 28 000 до 29 000 долларов и могут работать, например, над конвейерной лентой.

При тестировании полного спектра в режиме реального времени можно измерить самое большое количество целевых факторов, если устройство специально откалибровано для их обнаружения. Например, помимо влажности, производители часто могут измерять плотность полимера, вязкость, скорость течения расплава (MFR) и концентрацию функциональных групп.

Такое испытание обычно используется во время эмульсионной полимеризации, которая используется для производства латексов и синтетических полимерных коллоидов для нанесения красок, покрытий, резины, связующего и адгезивов. Этот метод также полезен для успешного проведения процессов суспензионной полимеризации, которые часто используются для получения полимерных шариков.

Эти устройства продаются по цене от 40 000 до 60 000 долларов, и их сложнее откалибровать, чем измерители влажности и фильтра / состава. Эти устройства являются хорошим вариантом для тех, кто хочет измерить несколько органических компонентов или специальный компонент, например, два растворителя. и одна добавка, а также влага.