Kontrola jakości nanokompozytów polimerowych

PNC formuje się, mieszając w wytłaczarce stopione polimery z nanocząsteczkowymi dodatkami. Wykorzystanie funkcjonalnych nanocząsteczek w polimerach należy do najbardziej obiecujących zastosowań tej nowej klasy materiałów. Stosowane w niewielkich ilościach nanocząsteczki poprawiają ognioodporność, przewodzenie prądu elektrycznego oraz właściwości optyczne i mechaniczne PNC.

Naukowcy uczestniczący w pewnym unijnym projekcie opracowali nową technologię, umożliwiającą precyzyjne kontrolowanie właściwości PNC podczas produkcji. Opracowane w ramach projektu NANOONSPECT (Reliable integrated on-line characterisation tool for thermoplastic compound) narzędzie onBOX pozwala na monitorowanie dyspersji, wielkości cząstek i tworzenia się sieci cząstek w wysokiej rozdzielczości.

Nowo opracowane czujniki są wbudowane w urządzenie analizujące właściwości materiału roztopionego podczas wytwarzania PNC. Narzędzie onBOX jest wyposażone w lepkościomierz kapilarny oraz czujniki do pomiaru przewodnictwa cieplnego i elektrycznego, temperatury i ciśnienia. Spektrometry bliskiej podczerwieni i ramanowskie dostarczają informacji o procesie dyspersji, a czujniki mikrofalowe monitorują zachowanie się materiału podczas scalania.

Aby uzyskać odpowiednią dyspersję nanocząsteczek, konieczne jest monitorowanie wielu zmiennych procesu. W celu rozwiązania tego wielowymiarowego problemu, partnerzy projektu opracowali zaawansowany system sterowania, oparty o sztuczną sieć neuronową (ANN). ANN naśladuje działanie ludzkiego mózgu, w którym połączenia między neuronami określają najbardziej odpowiednią reakcję na bodźce czuciowe.

ANN oblicza właściwości materiału poza linią produkcyjną na podstawie właściwości zmierzonych na linii produkcyjnej. Z kolei system ekspercki sugeruje odpowiednie parametry procesu, aby uzyskać pożądane właściwości monitorowane na linii. Ponadto zaadaptowano do linii produkcyjnej nową technologię mieszania (Nexxus Channel), co pozwoliło na doskonałą dyspersję nanocząsteczek w matrycy polimerowej.

Dzięki efektowi synergii nowo opracowane technologie zapewniają wysoką i powtarzalną jakość produktu w oparciu o sterowanie adaptacyjne. Nowy system sterowania został przetestowany w skali przemysłowej przez dwa małe przedsiębiorstwa wchodzące w skład konsorcjum, będące podmiotami reprezentatywnymi dla potencjalnej bazy klientów. W oparciu o sygnały pochodzące z procesu mieszania technologia ta generowała w sposób powtarzalny najbardziej odpowiednie reakcje.

W przeszłości nie było możliwe precyzyjne kontrolowanie parametrów procesu tłoczenia nanokompozytów polimerowych, a więc również właściwości produktów docelowych. Dzięki projektowi NANOONSPECT można będzie tworzyć wysokiej jakości, zindywidualizowane produkty z PNC. Ograniczenie negatywnego oddziaływania na środowisko przyniesie też producentom korzyści w postaci obniżenia zużycia energii i surowców.