Extrusion 1-2023

das Inline-Spektrometer InSpectro X2 realisiert (vgl. Bild 1 und 3 schematischer Aufbau der Kaskade). Beim InSpectro X2 von ColVisTec handelt es sich um einen hoch- auflösenden UV-Vis Inline Spektralphotometer mit der Beson- derheit, zwei Messsonden parallel zu bedienen und so beide Messergebnisse für die Prozessüberwachung auf einem Bild- schirm darzustellen. Es ist konzipiert für den 24/7 Einsatz in der Produktionsumgebung mit Staub, Spritzwasser, Temperatur- wechsel, Vibrationen etc.. Die eingesetzten Messsonden sind speziell für den Einsatz in Extrudern entwickelt und sind geeig- net für Massetemperaturen bis zu 400 °C und 250 bar Prozess- druck. Schwankungen des Eingangsmaterials und grundlegende Untersuchungen Für die Entwicklung des Regelkreises kamen Materialsysteme von verschiedenen Chargen an farblich nicht vorsortiertem PP- Mahlgut zum Einsatz (helle und dunkle Mischungen), die mit Masterbatch eingefärbt wurden. Mit dem Messsystem InSpectro X2 wurde die Verweilzeit im Extruder mittels zeitgenauer Zugabe eines Tracers bestimmt. Hierdurch konnten die zeitlichen Ab- stände zwischen den einzelnen Messstellen am Ende der jewei- ligen Extruder und der entsprechenden Dosierung des Masterbatch ermittelt werden. Dies ermöglicht eine definierte Dosierung der Farbzugabe in einem Regelkreis. Um die Farbschwankungen der verwendeten Materialen beur- teilen zu können, wurden diese auf der Kaskade verfahren und die Farbe inline mit dem InSpectro X2 ermittelt. Die Auswertung der Daten zeigt, dass die jeweiligen Chargen auf allen drei Ach- sen des L*a*b*-Farbraums zufällige Schwankungen aufweisen. Die Schwankungen am Ende der ersten Extrusion ( Messstelle 1 ) sind dabei noch um einiges höher als an der zweiten Messstelle am Ende des zweiten Extruders. Dies kann durch die doppelte Extrusion und eine verbesserte Homogenisierung zurückgeführt werden. In der Industrie werden nur sehr geringe Gesamtfarb- abstände von dE* < 1 toleriert. Die gemessenen Farbschwan- kungen sowohl innerhalb des Basismaterials als auch der Unterschied zwischen den einzelnen Chargen übersteigt diesen Gesamtfarbabstand der Industrie und muss daher beim Einfär- ben ausgeglichen werden. Dabei lag der Fokus der Untersu- chungen zunächst auf der Helligkeitsachse L*. Hierfür wurden experimentell die Recycling-Flakes mit verschiedenen Konzen- trationen an schwarzem oder weißem Masterbatch eingefärbt. Beim Einfärben zeigte sich generell, wie erwartet, dass bei einer zunehmenden Erhöhung der Ma- sterbatchmenge die Farbe in eine Sätti- gung läuft. Gleichzeitig sinken die Schwankungen im L*a*b*-Farbraum. Implementierung des Reglers Anhand der Voruntersuchungen wurden die Anforderungen an die Regelung ab- 33 Extrusion 1/2023 geleitet (zum Beispiel Verweilzeitbestimmung). Es wurde eine Software entwickelt, die die automatisierte Einfärbung mittels zweier Messsonden und einer Dosierung mit Farbmasterbatch steuert. Grundlage der Regelung ist die Eingabe eines Sollwer- tes der Farbachse, auf die geregelt werden soll. Mittels der de- tektierten Farbschwankung an Messstelle 1 wird die Dosierung der Farbe des zweiten Extruders gesteuert, so dass an der zwei- ten Messstelle eine konstante Farbe erhalten wird. Hierbei steu- ert die Software die Zugabe des Farbmittels anhand der ermittelten Farbwerte. Die Regelung mittels der ersten Mess- stelle ist vor allem bei großen Farbschwankungen innerhalb einer Charge und bei Chargenwechsel von Bedeutung, da hier Re- geleingriffe zu einem stabileren Produkt führen. Kleinere Schwankungen in der Farbe lassen sich mit dem Messwert der zweiten Messstelle regeln, da die höhere Mischwirkung durch den zweiten Extruder eine genauere Regelung ermöglicht. Folg- lich haben beide Messstellen eine wichtige Rolle im Regelkreis und bilden insbesondere in der kombinierten Anwendung eine ideale Grundlage für die Regelung hin zu einem stabilen Pro- dukt. Einfärben mit der Regelung Im folgenden Beispiel wird PP-Mahlgut in hellen und dunklen Mischungen eingesetzt. Diese Mischungen variieren innerhalb ihrer jeweiligen Chargen und der Unterschied zwischen den bei- den PP-Mischungen beträgt etwa 12 Einheiten in L* (Helligkeit). Für den Versuch wird ein Zielwert von 62 für L* festgelegt. Das Bild 2: Mischung von PP Flakes (PCR) Bild 3: Schematische Darstellung des Kaskadenaufbaus aus zwei Doppelschneckenextrudern mit zwei parallel geschalteten Messsonden mit InSpectro X2 von ColVisTec und der automatisierten Farbregelung PP-Mahlgut Regelung Färbemittel- menge Färbemittel Schmelzeleitung ColVisTec Sonde 1 ColVisTec Sonde 2