BR102016002791A2 - EQUIPMENT FOR OPTICAL DETECTION DETECTION OF LASER LIGHT ANGLE (LALLS) INLINE, USE OF SAME AND METHOD FOR MORPHOLOGICAL MONITORING IN REAL TIME OF POLYPHASE SYSTEMS - Google Patents

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EQUIPAMENTO PARA DETECÇÃO ÓPTICA DE ESPALHAMENTO DE LUZ LASER EM BAIXO ÂNGULO (LALLS) IN-LINE, USO DO MESMO E MÉTODO PARA O MONITORAMENTO MORFOLÓGICO EM TEMPO REAL DE SISTEMAS POLIFÁSICOS CAMPO DA INVENÇÃOIN-LINE LOWS LIGHT SPREAD OPTICAL DETECTION EQUIPMENT, SAME USE AND METHOD FOR REAL-TIME MORPHOLOGICAL MONITORING OF INVENTION FIELD OF THE INVENTION

[0001] A presente invenção pertence ao campo dos equipamentos para detecção óptica de espalhamento de luz laser em baixo ângulo (LALLS), mais especificamente, um equipamento de detecção óptica para ser usado no modo in line, isto é, acompanhar as características morfologicas do material ao longo da linha de fluxo de um dado processo, mais particularmente o de extrusão de sistema polifásicos, de modo não invasivo e em tempo real.[0001] The present invention belongs to the field of low angle laser light scattering (LALLS) optical detection equipment, more specifically, optical detection equipment to be used in inline mode, that is, to follow the morphological characteristics of the material along the flow line of a given process, more particularly that of non-invasive, real-time polyphase system extrusion.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃOBACKGROUND OF THE INVENTION

[0002] Ao incidir sobre um material homogêneo a luz pode sofrer quatro fenômenos básicos: transmissão, reflexão, absorção e refração. Na transmissão, a luz incidente se propaga através do material sem alteração em sua direção, mas seu estado de polarização pode mudar. No caso da reflexão, a luz incidente é absorvida e reemitida pelos átomos da superfície do material. Na absorção, pelo menos uma parte da energia radiante é convertida em calor e dissipada pelo material. A refração é caracterizada pelo desvio do caminho óptico da luz incidente, devido à polarização da nuvem eletrônica dos átomos constituintes do material, com a interação do campo elétrico da luz.When focusing on a homogeneous material light can suffer four basic phenomena: transmission, reflection, absorption and refraction. In transmission, the incident light propagates through the material without changing its direction, but its polarization state may change. In the case of reflection, the incident light is absorbed and reissued by the surface atoms of the material. On absorption, at least part of the radiant energy is converted into heat and dissipated by the material. The refraction is characterized by the deviation of the optical path of the incident light, due to the polarization of the electronic cloud of the constituent atoms of the material, with the interaction of the electric field of light.

[0003] Se ao invés disso, a luz incidir sobre um material heterogêneo, pode ocorrer o chamado espalhamento da luz. O espalhamento é originado pela reflexão e refração da luz ao incidir sobre partículas transparentes dispersas numa matriz também transparente, porém com um índice de refração desta diferente daquela. Se os raios de luz forem desviados de sua trajetória sem perda de energia o fenômeno é chamado de espalhamento elástico (ou estático), do contrário, se houver perda de energia, é chamado de espalhamento inelástico (ou dinâmico).If light falls on a heterogeneous material instead, so-called light scattering may occur. The scattering is caused by the reflection and refraction of light by focusing on transparent particles scattered in a matrix also transparent, but with a refractive index different from that. If light rays are deviated from their path without loss of energy the phenomenon is called elastic (or static) scattering, otherwise if there is loss of energy, it is called inelastic (or dynamic) scattering.

[0004] Um fenômeno distinto do espalhamento, e que muitas vezes é confundido com este, é a refração da luz. Assim como o espalhamento, a refração também ocorre num meio material heterogêneo, mas neste caso as partículas dispersas devem ser opacas. Por serem opacas, significa que elas absorvem totalmente a luz ou que têm índice de refração muito distinto do meio em que se encontram e suas dimensões são grandes em relação ao comprimento de onda da luz.[0004] A phenomenon distinct from scattering, and often confused with it, is the refraction of light. Like scattering, refraction also occurs in a heterogeneous material medium, but in this case the dispersed particles must be opaque. Because they are opaque, they either fully absorb light or have a very different refractive index from their surroundings, and their dimensions are large relative to the wavelength of light.

[0005] Na difração, a luz é desviada de sua trajetória ao passar entre as partículas dispersas, gerando interferência entre as ondas, que se revela através da formação de máximos e mínimos na intensidade luminosa.In diffraction, light is diverted from its path as it passes between the scattered particles, generating interference between the waves, which is revealed by the formation of maximums and minimums in light intensity.

[0006] A teoria de Mie é um dos modelos mais utilizados para calcular a intensidade da luz espalhada por partículas esféricas cujos diâmetros sejam da mesma ordem ou maiores que o comprimento de onda da luz utilizada. O modelo idealiza as partículas como esféricas, isotrópicas, não magnéticas e com uma superfície lisa, dispersas em um meio não absorvente [van de Hulst, H. C. Light scattering by small particles. New York: Dover, 128-129, 1981].[0006] Mie's theory is one of the most widely used models for calculating the intensity of light scattered by spherical particles whose diameters are of the same order or greater than the wavelength of the light used. The model idealizes particles as spherical, isotropic, non-magnetic and smooth-surfaced, dispersed in a non-absorbent medium [van de Hulst, H. C. Light scattering by small particles. New York: Dover, 128-129, 1981].

[0007] Segundo Mie, as partículas são objetos finitos que contêm distribuídos um número de centros de espalhamento que é proporcional ao seu volume, ou seja, ao seu tamanho. Quando essas partículas espalham a luz, os centros de espalhamento estão suficientemente distanciados para que possa ocorrer interferência entre os raios emitidos das diferentes regiões da partícula (vide Jenkins, F. A.; White, Η. E. Fundamentais of Optics. 3a. ed. New York: McGraw-HilI, 450, 1957). Com isso, partículas de diferentes diâmetros possuem distribuição de intensidades ou perfis de espalhamento distintos, o que permite sua identificação, como está mostrado na Figura 1 anexa ao presente relatório.According to Mie, particles are finite objects that contain distributed a number of scattering centers that is proportional to their volume, ie their size. When these particles scatter light, the scattering centers are far enough apart that interference can occur between the rays emitted from the different regions of the particle (see Jenkins, FA; White, E. Fundamentals of Optics. 3a ed. New York : McGraw-HilI, 450, 1957). Thus, particles of different diameters have different intensity distribution or spreading profiles, which allows their identification, as shown in Figure 1 attached to this report.

[0008] Pelo modelo de Mie, a intensidade da luz espalhada ls para uma partícula esférica é função do índice de refração relativo (m), do número (x) e do ângulo de espalhamento (0), conforme mostra a Equação 1.By the Mie model, the scattered light intensity ls for a spherical particle is a function of the relative refractive index (m), the number (x) and the scattering angle (0), as shown in Equation 1.

(D sendo: Io a intensidade inicial do feixe de luz; k o numero de onda, igual a 2π/λ, era distância entre o centro espalhador (amostra) e o detector.(D being: Io the initial intensity of the light beam; k the wave number, equal to 2π / λ, was the distance between the scattering center (sample) and the detector.

[0009] O índice de refração relativo, m, é dado por: (2) sendo: np o índice de refração do material que compõe a partícula; e nm o índice de refração do material que compõe a matriz.[0009] The relative refractive index, m, is given by: (2) where: np is the refractive index of the material making up the particle; and nm is the refractive index of the matrix material.

[0010] Além disso, a razão entre a circunferência da partícula e o comprimento de onda no meio (x) é definida por: (3) sendo: λ o comprimento de onda da luz; e Do diâmetro da partícula (4) (5) Sendo que: (6) (7) (8) (9) sendo: ξ, ψ as funções de Riccati e Bessel, respectivamente, que expressam a diminuição da intensidade da luz com o aumento da distância e Pn1 a função de primeira ordem de Legendre.Furthermore, the ratio of particle circumference to wavelength in the middle (x) is defined by: (3) where: λ is the wavelength of light; and particle diameter (4) (5) where: (6) (7) (8) (9) where: ξ, funções the Riccati and Bessel functions, respectively, which express the decrease of light intensity with the increased distance and Pn1 the first order function of Legendre.

[0011] O índice de refração é uma característica do material de suma importância para o modelo de espalhamento da luz de Mie. Trata-se de um número complexo e como tal possui uma componente real, associada com o dobramento da luz, e uma componente imaginária, relacionada com a absortividade do material. Para partículas não absorventes de luz, pode-se considerar a componente imaginária como sendo nula.The refractive index is a feature of the material of paramount importance to the Mie light scattering model. It is a complex number and as such has a real component associated with light bending and an imaginary component related to the absorptivity of the material. For non-light absorbing particles, the imaginary component may be considered null.

[0012] No caso de um meio material polifásico heterogêneo contendo partículas dispersas opacas à luz, i.e., formadas por um material cujo índice de refração complexo tenha ou a componente real ou a imaginária muito altas, a Teoria de Mie é simplificada para o conceito de difração de Fraunhoffer. O fenômeno é chamado de difração, e caracteriza-se pelo desvio da luz ao passar tangenciando a superfície das partículas dispersas. Isso gera interferência das ondas e se revela a certa distância do local onde ocorreu, através de máximos e mínimos de intensidade luminosa.In the case of a heterogeneous polyphasic material medium containing light-opaque scattered particles, ie formed of a material whose complex refractive index has either very high real or imaginary component, the Mie Theory is simplified to the concept of Fraunhoffer diffraction. The phenomenon is called diffraction, and is characterized by the deviation of light as it passes tangentially to the surface of scattered particles. This generates interference from the waves and is revealed at a certain distance from the place where it occurred, through maximums and minimums of light intensity.

[0013] A teoria da difração de Fraunhoffer considera um sistema com partículas opacas, esféricas e cujos diâmetros sejam maiores que aproximadamente 20 vezes o comprimento de onda da luz incidente. Dessa forma, os espaços entre as partículas comportam-se como aberturas ou fendas por onde a luz passa e difrata resultando no chamado padrão de Airy. Nesse padrão, como pode ser visto no gráfico da Figura 2, a posição angular dos máximos e mínimos de intensidade da luz difratada é característica do tamanho das partículas que os geraram. Assim, os ângulos de difração (Θ) de cada máximo de intensidade têm uma relação íntima com o diâmetro da partícula difratora (D), como mostrado na Equação 10. (10) sendo que m define a ordem do máximo.Fraunhoffer's diffraction theory considers a system with opaque, spherical particles whose diameters are greater than approximately 20 times the wavelength of the incident light. Thus, the spaces between particles behave like openings or cracks through which light passes and diffracts resulting in the so-called Airy pattern. In this pattern, as can be seen from the graph in Figure 2, the angular position of the maximum and minimum intensity of the diffracted light is characteristic of the size of the particles that generated them. Thus, the diffraction angles (Θ) of each intensity maximum are closely related to the diffraction particle diameter (D), as shown in Equation 10. (10) where m defines the order of the maximum.

[0014] Os documentos de patente que objetivam a caracterização online tratam em geral de métodos que envolvem a segregação de uma corrente de processo e análise das características morfológicas da mesma por qualquer método, o que difere do presente processo, dito in-line que analisa a corrente de polímero em extrusão em tempo real de sua produção, sem efetuar nenhuma segregação de corrente de processo. Algumas publicações do tipo incluem as publicações norte-americanas US 6618144, US 6653150 e pedido norte-americano publicado US 20090306311. SUMÁRIO DA INVENÇÃOPatent documents aiming at online characterization generally deal with methods involving the segregation of a process stream and analysis of its morphological characteristics by any method, which differs from the present process, said inline that analyzes the polymer stream in real time extrusion of its production, without effecting any process stream segregation. Some publications of the type include US publications US 6618144, US 6653150 and US published application US 20090306311. SUMMARY OF THE INVENTION

Desenvolvimento de protótipos anteriores [0015] O desenvolvimento do detector de Espalhamento de Luz Laser de Baixo Ângulo - LALLS operando em tempo real na extrusão se deu através da construção de três protótipos, frutos de três dissertações de mestrado defendidas no Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, PPGCEM da Universidade Federal de São Carlos, UFSCar.Development of previous prototypes The development of the LALLS Low Angle Laser Light Scattering detector operating in real time in the extrusion occurred through the construction of three prototypes, fruit of three master's dissertations defended in the Graduate Program in Materials Science and Engineering, PPGCEM, Federal University of São Carlos, UFSCar.

[0016] O Protótipo I foi criado em 2005 a partir da dissertação de mestrado de Juliano Conter Damiani “Desenvolvimento de um detector de espalhamento de luz laser de baixo ângulo - LALLS operando em tempo real na extrusão”, o segundo Protótipo II em 2007 na dissertação de mestrado de Lidiane C. Costa “Uso de LALLS in-line na extrusão de sistemas poliméricos bifásicos” e o ultimo dito Protótipo III, em 2015 na dissertação de mestrado de Thiago Manha Gasparini “Aperfeiçoamento de um detector de espalhamento de luz laser em baixo ângulo (LALLS in-line) para acompanhamento em tempo real do processo de extrusão”. Esta última foi apresentada de forma fechada ao público e com documento de cláusula de sigilo assinada por todos os membros da Banca Examinadora para manter inédita a matéria objeto do presente pedido. Neste último caso foram introduzidas várias e radicais alterações e inclusões de componentes e detalhes de projeto e construção que fazem deste Protótipo III um equipamento modificado com características novas e únicas incluindo-se: facilidade de operação, presença de operações automatizadas, eficácia na obtenção de resultados, faixa operacional mais ampla, etc. Tais alterações/inclusões, que não foram ainda divulgadas, fazem parte do presente pedido.[0016] Prototype I was created in 2005 from Juliano Conter Damiani's master's dissertation “Development of a real-time extrusion low-angle laser light scattering detector - LALLS”, the second Prototype II in 2007 at Lidiane C. Costa's master's dissertation “Use of in-line LALLS in the extrusion of biphasic polymer systems” and the last said Prototype III, in 2015 in the master's dissertation of Thiago Manha Gasparini “Improving a laser light scattering detector in in-line LALLS for real-time monitoring of the extrusion process ”. The latter was presented in a closed manner to the public and with a confidentiality clause document signed by all members of the Examining Board to keep the subject matter of this request unpublished. In the latter case several radical changes and additions of components and design and construction details have been made that make this Prototype III a modified equipment with new and unique features including: ease of operation, presence of automated operations, effectiveness in achieving results. , wider operating range, etc. Such changes / inclusions, which have not yet been disclosed, are part of this application.

[0017] Nos dois primeiros protótipos Protótipo I e Protótipo II foram divulgadas as duas primeiras versões deste equipamento, sendo que sua construção básica inclui as seguintes partes/componentes: 1) Matriz tipo fenda: uma matriz metálica com uma fenda de 1,5mm de espessura, 15mm de largura e 25mm de comprimento. Este desenho se manteve constante nos demais protótipos, i.e. Protótipo II e Protótipo III. 2) Janelas transparentes: a dita matriz tipo fenda era dotada de duas janelas transparentes de vidro borosilicato que envolviam o fluxo fundido. Sua forma era de dois grandes blocos cilíndricos de 20mm de diâmetro e 24mm de altura. Seu sistema de travamento e vedação envolvia um sistema de fechamento duplo formado por dois anéis. O primeiro vedava o fluxo de fundido entre a janela de vidro e a matriz metálica e o segundo mantinha a janela fixa no local, sustentando a pressão do fluxo fundido. Tal projeto esmagava o cilindro de vidro, de modo que para evitar o rompimento do mesmo, este tinha que ser pouco apertado, limitando seu uso apenas para baixas pressões na fenda da matriz de no máximo 300psi. Este modelo se manteve constante no Protótipo II, mas foi radicalmente alterado no Protótipo III. 3) Fonte de iluminação de luz laser: no Protótipo I a fonte de iluminação usada foi um “laser pointer” vermelho produzido com um semicondutor sólido de baixíssimo custo e eficiência com baixa potência (<7pW), comprimento de onda não definido, variando entre 610 - 690nm e comportamento instável. No Protótipo II a dita fonte de radiação foi substituída por uma fonte laser comercial vermelho de hélio/neônio, monocromática, não polarizada e colimada, Melles Griot, modelo 05-LHP-401, com potência real de 57,3pW e comprimento de onda 632,8nm. Este modelo se manteve constante no Protótipo III. 4) Suporte para alinhamento da fonte laser: No Protótipo I tal suporte era um tubo refrigerado que apenas fixava o laser pointer, sem possibilidade de alinhamento. Este suporte foi substituído no Protótipo II por um sistema de alinhamento do laser formado por um tubo construído em latão banhado a zinco com paredes finas. O sistema funciona com um pino/mola e dois parafusos dispostos a 120°. Na base do tubo tem-se um parafuso para travamento do laser após alinhamento. Uma estrutura tubular rígida fixa a fonte de luz na matriz tipo fenda. Este sistema foi mantido no Protótipo III. 5) Câmara escura: Para eliminar a interferência da luminosidade exterior, os fototransístores foram envoltos por um tubo metálico (cônico ou não), com ângulo aproximado de 30° pintado internamente de cor preta fosca, para minimizar a reflexão da luz em seu interior. O dito tubo ou cone é refrigerado por um tubo de cobre a ele soldado por onde circula água corrente, quando dito cone está em contato com superfície quente, assim podendo ser submetido a temperaturas de extrusão na ordem de 240°C, sem degradar os componentes eletrônicos fixados nele. Este componente se manteve constante sem alterações nos três protótipos. Para a caracterização de produtos acabados, analisados próximos da temperatura ambiente não é necessário a presença do sistema de refrigeração, simplificando a montagem. 6) Sistema de nivelamento de sinais dos fotoelementos: Na parede interna da câmara escura do Protótipo I foram introduzidos quatro LEDs vermelhos, dispostos a 90°, com comprimento de onda próximo ao da fonte de luz laser e intensidade variável e controlada, para o nivelamento individual de cada um dos 64 fototransístores que constituíam o sistema de detecção. Diferentes níveis de intensidade luminosa eram produzidos através do controle manual da corrente de alimentação dos LED’s. Tal sistema de nivelamento não é eficiente, pois além de ser operado manualmente não produz uma intensidade luminosa homogênea e constante sobre todos os fototransístores, dificultando o nivelamento. Este modelo se manteve constante no Protótipo II, mas foi radicalmente alterado no Protótipo III com a introdução da Placa de Iluminação Homogênea para Nivelamento e o respectivo tratamento matemático a serem discutidos mais adiante, constituindo uma das reinvindicações do presente pedido. 7) Fotoelementos: Os Protótipos I e Protótipo II usavam fotoelementos do tipo fotocélulas LDR (light dependente resistor) de sulfeto de cádmio (CdS) para a detecção da intensidade de luz espalhada. No Protótipo III tais sensores foram substituídos por fototransístores que apresentam resposta muito mais rápida (milissegundos), são mais sensíveis e têm comportamento mais previsível. Todos são lidos simultaneamente. Suas respostas à intensidade luminosa foram normalizadas, ditas niveladas (este procedimento será descrito mais adiante no presente relatório), para que os sinais de cada fototransístor possam ser comparados quantitativamente entre si diretamente. Isto torna quantitativo o sistema de detecção LALLS tal como apresentado no presente pedido, o que o diferencia dos protótipos anteriores que eram apenas qualitativos. 8) Placa detectora: Esta é composta por fotoelementos dispostos em uma configuração com nove raios, defasados de 33,75°, com sete a dez fototransístores em cada raio e mais um no centro. O fotoelemento central tem a função de captar e quantificar a intensidade da radiação transmitida e não espalhada e os demais fotoelementos têm a função de captar quantitativamente a intensidade da radiação transmitida e espalhada. Tal configuração de disposição dos fotoelementos se deve ao assumir que existe simetria de espalhamento em cada um dos quatro quadrantes. Isto faz com que, após rebatimento de todos os sinais para cada um dos quatro quadrantes tem-se matematicamente que os raios estejam distanciados de apenas 11,25° (360/32) um do outro. Este distanciamento é muito pequeno para poder ser obtido na prática (o menor diâmetro disponível comercialmente dos fototransístores ainda é grande não permitindo tal aproximação física). Esta configuração de posicionamento dos fotoelementos na placa detectora foi definida já no Protótipo I e se manteve constante no Protótipo II e Protótipo III. Neste último protótipo aumentou-se o número de fotoelementos para 10 por raio mais 1 central totalizando 90 + 1 e substituiu as fotocélulas LDR por fototransístores PT. 9) Fotoelemento central: O fotoelemento central tem a função de captar e quantificar a radiação transmitida e não espalhada. Tal habilidade permite inicialmente, antes de se fazer medidas, alinhar o feixe de luz laser e após, durante as medidas experimentais, determinar a turbidez do sistema, incluindo-se a distribuição do tempo de residência da extrusora, entre outras variáveis. Para o bom funcionamento deste fotoelemento central um cilindro metálico de 10mm de comprimento e diâmetro interno igual ao diâmetro externo do fototransístor (no caso do Protótipo III de aproximadamente 3 mm) tem uma de suas pontas fixada por sobre o fototransístor e a outra permanecendo aberta. Dentro deste cilindro metálico é inserida uma barreira física dupla agindo no sentido de pré-definir a área de penetração do feixe de laser e reduzir sensivelmente a intensidade luminosa que o atinge. A primeira barreira, mais próxima do fotoelemento, é composta por uma fina folha metálica com um pequeno orifício central, da ordem de 0,5 mm de diâmetro (pinhole), cuja função é permitir a centralização do feixe luminoso de Laser. A segunda barreira, posta sobre esta dita folha metálica é composta por uma camada de plasticina preta que absorve fortemente a radiação reduzindo sua intensidade a níveis que possa ser quantificada pelo fototransístor central ao mesmo tempo que gera mínimo espalhamento para traz do feixe de laser incidente, dito espalhamento por reflexão. O cilindro metálico tem seu comprimento alinhado com o feixe de luz laser, de tal forma que o feixe possa adentra-lo pela ponta aberta, atravessar a camada de plasticina, o furo da placa metálica e finalmente atingir a região central do fototransístor, para sua quantificação. Tal arranjo foi desenvolvido e usado apenas no Protótipo III, sendo uma das reinvindicações do presente pedido. 10)Tubo extensor: (não representado) Nos Protótipos I e II o ângulo de espalhamento mínimo que pode ser medido é de 3,25°, o que corresponde a uma distância entre amostra e placa detetora de aproximadamente 18cm. Isto permite quantificar estruturas pequenas. Se existe a intenção de quantificar estruturas de maior dimensão então é necessário reduzir o menor ângulo passível de medida. Isto pode ser implementado no presente pedido através da adição de um tubo extensor, na forma de flange, a ser inserido entre a câmara escura e a placa detetora. Este tubo aumenta a distância entre a amostra e a placa detetora, reduzindo assim o ângulo de espalhamento a ser captado. Desta forma estruturas maiores podem ser analisadas. Por exemplo, se a intenção é medir ângulos de espalhamento da ordem de 0,25° o comprimento desta flange deve atingir aproximadamente 2,5 m. 11) Caixa de conversão e amplificação de sinais: Esta caixa acondiciona o conjunto de circuitos eletrônicos que permitem quantificar a variação da resistência elétrica dos fotoelementos. A caixa é eletrostaticamente blindada para diminuir o ruído no sistema. Nos Protótipos I e II esta caixa possuía apenas oito circuitos, permitindo a leitura simultânea das oito fotocélulas LDR presentes em apenas um raio por vez. Esta caixa foi reformulada no Protótipo III, pois as fotocélulas foram substituídas por fototransístores, (como exemplo neste pedido foram utilizados do tipo NPN L-32P3C) necessitando a mudança dos circuitos eletrônicos. Também foram construídos 91 circuitos para que a leitura de todos os fototransístores possa ser feita simultaneamente. 12) Placa de iluminação homogênea para nivelamento e normalização dos sinais dos fototransístores: Esta placa foi desenvolvida no Protótipo III e faz parte das reivindicações do presente pedido. Ela é constituída por uma fonte de iluminação feita de uma fileira de LED’s vermelhos com controle escalonado de intensidade, fixados na borda de uma placa de iluminação homogênea. A luz produzida nos LED’s propaga através da espessura da placa e é espalhada para uma de suas faces, dita face radiante, através de um conjunto de filtros ópticos que compõem a dita placa. A radiação luminosa que emerge desta placa é homogênea e com intensidade constante por toda a face radiante. Tal intensidade radiante atinge todos os fototransístores também de forma homogênea e constante permitindo o nivelamento de todos eles. No momento do nivelamento, feito sempre antes de qualquer experimento com medidas quantitativas, a referida placa é inserida em uma janela na forma de fenda na lateral da câmara escura, permitindo o posicionamento da referida placa imediatamente sobre os fototransístores e com sua face radiante voltada para ditos fototransístores. Tal arranjo permite obter a curva de resposta de cada fototransístor á variação de intensidade luminosa incidente sobre cada dito fototransístor e portanto proceder análises quantitativas da intensidade de luz espalhada, objetivo deste pedido de patente. 13) Sistema automatizado de nivelamento dos fototransístores: Um controle automático e seu respectivo tratamento matemático, gerido por software, realiza o nivelamento do sinal-resposta de cada um dos 90 fototransístores. O software envia um comando para a placa AD/DA que por sua vez envia um nível de corrente para os LED’s da placa de nivelamento. Isto produz uma radiação luminosa na placa de iluminação homogênea com nível de intensidade conhecido, entre um valor mínimo e um valor máximo, previamente definidos pelo operador do equipamento. Ao mesmo tempo é feita a coleta do sinal/resposta de cada fototransístor. O nível de intensidade luminosa da dita placa de iluminação homogênea é então automaticamente aumentado obtendo-se nova medida da resposta dos fototransístores. De forma escalonada e discreta faz-se um total de 5 a 10 aumentos de intensidade obtendo-se um conjunto de dados para cada fototransístor. Através do método dos mínimos quadrados a este conjunto de dados é ajustada uma curva exponencial do tipo Y=a.EXP(bX) sendo: Y a resposta do fototransístor (em Volts); X a voltagem de alimentação dos LED’s presentes na placa de nivelamento (em Volts); e “a” e “b” os coeficientes do modelo de ajuste exponencial, amplitude e amortecimento, respectivamente. De cada curva ajustada para cada um dos fototransístores obtém-se um par de coeficientes (a, b) que são armazenados. Tais coeficientes são posteriormente utilizados para transformar o sinal-resposta (em Volts) de cada fototransístor em um valor normalizado, dito nivelado (também em Volts). Desta forma todos os sinais-resposta de cada um dos 90 fototransístores, por estarem matematicamente ajustados (ou deslocados), darão o mesmo valor, quando sujeitos à mesma intensidade luminosa. Assim todos estes sinais podem ser quantitativamente comparados entre si, servindo de base para construir uma superfície resposta, como no gráfico das Curvas de Espalhamento 3D. 14) Placa de conversão analógico/digital AD/DA: Nos Protótipos I e Protótipo II para coletar a voltagem de cada fotocélula e transformá-la de um sinal analógico em digital, utiliza-se uma interface externa KIT 118 12BIT da Quality 63 Kits, que coleta, transforma e o envia para o computador através da saída da impressora. Esta interface possui apenas 8 canais, exigindo oito medidas nas mesmas condições para quantificar as 64 fotocélulas do detector. Isto dificulta o ensaio quando a medida é feita no estado transiente, pois, deve-se repetir o ensaio por 9 vezes medindo-se a cada vez as 7 fotocélulas de um só raio. No Protótipo III para interface externa foram utilizadas duas placas da National Instruments de modelos: NI USB-6225 (80 canais analógicos de entrada e 2 de saída) e NI USB-6218 (32 canais analógicos de entrada e 2 de saída). Destas, foram usados todos os 80 canais de aquisição e 1 canal de saída da placa NI USB-6225 e 11 canais de aquisição da placa NI USB-6218. Desta forma todos os 91 sinais são medidos simultaneamente e utilizados nas análises posteriores. 15) Computador portátil: para a coleta, elaboração dos cálculos, armazenamento dos dados e apresentação gráfica da intensidade de espalhamento luminoso produzido pelo fluxo fundido em tempo real. 16) Sistema operacional: Nos Protótipo I e Protótipo II desenvolveu-se o software em DELPHI 5.0 para coleta do sinal das fotocélulas e apresentação em tela dos dados em função do tempo. Para a operação do Protótipo III substituiu-se pela plataforma LabView 8.6 da National Instruments, que é mais versátil.In the first two prototypes Prototype I and Prototype II were released the first two versions of this equipment, and its basic construction includes the following parts / components: 1) Slot matrix: a metallic matrix with a 1.5mm slot of thickness, 15mm wide and 25mm long. This design remained constant in the other prototypes, i.e. Prototype II and Prototype III. 2) Transparent windows: the slit-like matrix was provided with two transparent borosilicate glass windows that surrounded the molten flow. Its shape was of two large cylindrical blocks 20mm in diameter and 24mm in height. Its locking and sealing system involved a double locking system formed by two rings. The first sealed the melt flow between the glass window and the metal matrix and the second kept the window fixed in place, sustaining the pressure of the molten flow. Such a design crushed the glass cylinder so that to prevent it from rupturing it had to be loosely tightened, limiting its use only to low pressures in the matrix slit of up to 300psi. This model remained constant in Prototype II, but was radically changed in Prototype III. 3) Laser light source: In Prototype I the light source used was a red laser pointer produced with a low cost (<7pW) solid wavelength, low efficiency solid semiconductor, ranging from 610 - 690nm and unstable behavior. In Prototype II, this radiation source was replaced by a monochrome, non-polarized, collimated monochrome, helium / neon red commercial laser source, Melles Griot, model 05-LHP-401, with real power of 57.3pW and wavelength 632 , 8nm. This model remained constant in Prototype III. 4) Laser Source Alignment Bracket: In Prototype I such bracket was a refrigerated tube that only fixed the laser pointer, with no possibility of alignment. This bracket has been replaced in Prototype II by a laser alignment system consisting of a thin-walled zinc-plated brass tube. The system works with a pin / spring and two screws arranged at 120 °. At the base of the tube is a bolt for laser locking after alignment. A rigid tubular structure fixes the light source to the slot-like array. This system was maintained in Prototype III. 5) Darkroom: To eliminate interference from outside light, the phototransistors were encased in a metal tube (tapered or not), with an angle of approximately 30 ° painted internally in a matte black color, to minimize the reflection of light inside. Said tube or cone is cooled by a copper tube welded to it by which running water circulates, when said cone is in contact with hot surface, thus can be subjected to extrusion temperatures in the order of 240 ° C, without degrading the components. electronics pinned to it. This component remained constant without changes in the three prototypes. For the characterization of finished products, analyzed close to room temperature, the presence of the cooling system is not necessary, simplifying the assembly. 6) Photoelement signal leveling system: In the inner wall of the Prototype I darkroom, four red LEDs, arranged at 90 °, with wavelengths close to the laser light source and variable and controlled intensity, were introduced for leveling. each of the 64 phototransistors that constituted the detection system. Different levels of light intensity were produced by manually controlling the LED's supply current. Such a leveling system is not efficient because, besides being manually operated, it does not produce a homogeneous and constant light intensity over all phototransistors, making leveling difficult. This model remained constant in Prototype II, but was radically changed in Prototype III with the introduction of the Homogeneous Leveling Illumination Plate and its mathematical treatment to be discussed below, constituting one of the claims of the present application. 7) Photoelements: Prototypes I and Prototype II used cadmium sulfide (CdS) photocell-like LDR photocells to detect scattered light intensity. In Prototype III such sensors have been replaced by phototransistors that have much faster response (milliseconds), are more sensitive and have more predictable behavior. All are read simultaneously. Their responses to light intensity have been normalized, said leveled (this procedure will be described later in this report) so that the signals from each phototransistor can be compared quantitatively directly. This makes the LALLS detection system quantitative as presented in the present application, which differentiates it from earlier qualitative prototypes. 8) Detector plate: This consists of photoelements arranged in a nine-ray configuration, 33.75 ° out of phase, with seven to ten phototransistors in each radius and one in the center. The central photoelement has the function of capturing and quantifying the intensity of transmitted and non-scattered radiation and the other photoelements have the function of quantitatively capturing the intensity of transmitted and scattered radiation. Such arrangement of arrangement of photoelements is due to the assumption that there is scatter symmetry in each of the four quadrants. This means that after bending all the signals to each of the four quadrants it is mathematically that the radii are just 11.25 ° (360/32) apart. This distance is too small to be practically achievable (the smallest commercially available diameter of phototransistors is still large and does not allow such a physical approximation). This positioning configuration of the photoelements on the detector plate was already defined in Prototype I and remained constant in Prototype II and Prototype III. In the latter prototype, the number of photoelements was increased to 10 per radius plus 1 central radius totaling 90 + 1 and replaced the LDR photocells with PT phototransistors. 9) Central photoelement: The central photoelement has the function of capturing and quantifying transmitted and non-scattered radiation. This ability initially allows, before making measurements, to align the laser light beam and after, during experimental measurements, determine the turbidity of the system, including the distribution of residence time of the extruder, among other variables. For the proper functioning of this central photoelement a metal cylinder of 10mm in length and inner diameter equal to the outer diameter of the phototransistor (in the case of Prototype III of approximately 3 mm) has one end fixed over the phototransistor and the other remaining open. Inside this metal cylinder is inserted a double physical barrier acting to pre-define the penetration area of the laser beam and significantly reduce the light intensity that reaches it. The first barrier, closest to the photoelement, is a thin metal foil with a small central hole of the order of 0.5 mm in diameter (pinhole), whose function is to allow the laser beam to be centralized. The second barrier, placed on this metal foil is composed of a layer of black plasticine that strongly absorbs the radiation reducing its intensity to levels that can be quantified by the central phototransistor while generating minimal scattering behind the incident laser beam, said scattering by reflection. The metal cylinder has its length aligned with the laser light beam, so that the beam can enter it through the open end, pass through the plasticine layer, the hole of the metal plate and finally reach the central region of the phototransistor for its use. quantification. Such an arrangement was developed and used only in Prototype III, being one of the claims of the present application. 10) Extender Tube: (not shown) In Prototypes I and II the minimum spreading angle that can be measured is 3.25 °, which corresponds to a distance between sample and detector plate of approximately 18cm. This allows quantifying small structures. If there is an intention to quantify larger structures then it is necessary to reduce the smallest measurable angle. This can be implemented in the present application by the addition of a flange-shaped extension tube to be inserted between the darkroom and the detector plate. This tube increases the distance between the sample and the detector plate, thereby reducing the scattering angle to be captured. In this way larger structures can be analyzed. For example, if the intention is to measure scattering angles of the order of 0.25 ° the length of this flange should reach approximately 2.5 m. 11) Signal conversion and amplification box: This box packs the set of electronic circuits that allow quantifying the variation of the electrical resistance of the photoelements. The housing is electrostatically shielded to reduce system noise. In Prototypes I and II this box had only eight circuits, allowing the simultaneous reading of the eight LDR photocells present in only one radius at a time. This box was reformulated in Prototype III, because the photocells were replaced by phototransistors, (as an example in this application were used NPN type L-32P3C) requiring the change of electronic circuits. 91 circuits were also built so that the reading of all phototransistors can be read simultaneously. 12) Homogeneous illumination plate for leveling and normalization of phototransistor signals: This plate was developed in Prototype III and is part of the claims of the present application. It consists of a light source made up of a row of stepped intensity red LEDs fixed to the edge of a homogeneous light plate. The light produced in the LEDs propagates through the thickness of the plate and is scattered to one of its faces, said radiant face, through a set of optical filters that compose the said plate. The light radiation emerging from this plate is homogeneous and of constant intensity throughout the radiant face. Such radiant intensity reaches all phototransistors also homogeneously and constantly allowing the leveling of all of them. At the time of leveling, always prior to any experiment with quantitative measurements, said plate is inserted into a slit-shaped window on the side of the darkroom, allowing said plate to be positioned immediately over the phototransistors and with its radiant face facing towards phototransistors. Such arrangement allows to obtain the response curve of each phototransistor to the variation of light intensity incident on each said phototransistor and therefore to carry out quantitative analyzes of the scattered light intensity, object of this patent application. 13) Automated Phototransistor Leveling System: An automatic control and its respective software-managed mathematical treatment performs the signal-response leveling of each of the 90 phototransistors. The software sends a command to the AD / DA board which in turn sends a current level to the leveling board LEDs. This produces a light radiation on the homogeneous lighting plate of known intensity level between a minimum and a maximum value, previously set by the equipment operator. At the same time the signal / response is collected from each phototransistor. The luminous intensity level of said homogeneous illumination plate is then automatically increased by obtaining a new measurement of the phototransistor response. In a staggered and discrete way, a total of 5 to 10 intensity increases are made, obtaining a data set for each phototransistor. Using the least squares method to this data set an exponential curve of the type Y = a.EXP (bX) is fitted where: Y is the phototransistor response (in Volts); X is the supply voltage of the LEDs present on the leveling plate (in Volts); and “a” and “b” are the coefficients of the exponential adjustment model, amplitude and damping, respectively. From each curve adjusted for each of the phototransistors a pair of coefficients (a, b) are obtained which are stored. These coefficients are later used to transform the response signal (in Volts) of each phototransistor into a normalized value, called level (also in Volts). In this way all the response signals of each of the 90 phototransistors, being mathematically adjusted (or offset), will give the same value when subjected to the same light intensity. Thus all these signals can be quantitatively compared to each other, serving as the basis for constructing a response surface, as in the 3D Scatter Curve graph. 14) AD / DA Analog / Digital Conversion Card: For Prototypes I and Prototype II to collect the voltage of each photocell and transform it from an analog to digital signal, a Quality 63 Kits external KIT 118 12BIT interface is used. which collects, transforms, and sends it to the computer through the printer output. This interface has only 8 channels, requiring eight measurements under the same conditions to quantify the detector's 64 photocells. This makes the test difficult when the measurement is made in the transient state, since the test must be repeated 9 times and each time the 7 single-radius photocells are measured. In the Prototype III for external interface, two National Instruments model cards were used: NI USB-6225 (80 analog input and 2 output channels) and NI USB-6218 (32 analog input and 2 output channels). Of these, all 80 acquisition channels and 1 NI USB-6225 card output channel and 11 NI USB-6218 card acquisition channels were used. In this way all 91 signals are measured simultaneously and used for further analysis. 15) Laptop: for the collection, elaboration of calculations, data storage and graphical presentation of the light scattering intensity produced by the melt flux in real time. 16) Operating system: In Prototype I and Prototype II, the software developed in DELPHI 5.0 for photocell signal collection and on-screen data presentation as a function of time. For Prototype III operation it was replaced by the more versatile National Instruments LabView 8.6 platform.

[0018] Os principais itens inéditos que diferenciam o Protótipo III descrito na presente invenção dos protótipos anteriores I e II são: 1) Controle de intensidade do feixe de luz laser: Dependendo das características fisico-químicas da amostra a ser analisada (espessura, concentração da segunda fase, nível de orientação, etc.) é necessário ajustar a intensidade do feixe de luz laser, aumentando-o ou diminuindo-o. Para que a resposta dos fototransístores esteja em sua faixa útil de medida é necessário que a intensidade esteja entre um mínimo que não seja afetado pelo ruído e um máximo que não sature a resposta dos fototransístores. No presente pedido esta necessidade foi resolvida adicionando-se um filtro polarizador no caminho óptico do feixe incidente, posicionado logo à frente da fonte de luz laser. Este filtro, na forma circular, pode ser girado em até 100 graus, manualmente ou de forma automatizada. Como o feixe de luz laser é polarizado a interposição deste filtro polarizador em seu caminho óptico afeta a intensidade ao girar o polarizador, a partir de uma posição de efeito mínimo quando os dois eixos de polarização (do laser e do filtro) estão alinhados até um efeito de redução máximo quando os dois eixos estão cruzados. Assim é possível ajustar a intensidade do feixe laser que atinge a amostra girando o filtro polarizador e observando o resultado da Curva de Espalhamento 3D em tela a ser apresentado e discutido mais adiante no presente relatório). 2) Fotoelementos: Os 64 sensores de intensidade luminosa inicialmente do tipo LDR foram substituídos por 91 fototransístores que apresentam resposta muito mais rápida (milissegundos), são mais sensíveis e têm comportamento mais previsível. Todos são operados simultaneamente. Suas respostas à intensidade luminosa foram normalizadas, ditas niveladas, para que os sinais possam ser comparados diretamente. Os respectivos circuitos eletrônicos foram modificados para operar tais fototransístores. 3) Placa de iluminação homogênea para nivelamento e normalização dos sinais dos fototransístores: Para que a resposta de cada um dos 90 fototransístores, à mesma intensidade luminosa, seja igual é revelada uma nova forma de iluminação através do uso de uma placa que irradia luz de forma homogênea em toda a área coberta pelos fototransístores e com intensidade estável, variável e discreta controlada automaticamente por um software. Tal placa é inserida na câmara escura através de uma fenda lateral, de tal forma a posicioná-la com sua face radiante diretamente sobre o conjunto de todos os fototransístores.The main unpublished items that differentiate Prototype III described in the present invention from previous prototypes I and II are: 1) Laser beam intensity control: Depending on the physicochemical characteristics of the sample to be analyzed (thickness, concentration of the second phase, orientation level, etc.) it is necessary to adjust the intensity of the laser light beam by increasing or decreasing it. In order for the phototransistor response to be within its usable range, the intensity must be between a minimum that is not affected by noise and a maximum that does not saturate the phototransistor response. In the present application this need has been addressed by adding a polarizing filter to the optical path of the incident beam positioned just in front of the laser light source. This circular filter can be rotated up to 100 degrees by hand or automatically. As the laser beam is polarized, the interposition of this polarizing filter on its optical path affects the intensity of the polarizer rotation from a minimum effect position when the two polarization axes (laser and filter) are aligned to one another. maximum reduction effect when the two axes are crossed. Thus it is possible to adjust the intensity of the laser beam reaching the sample by rotating the polarizing filter and observing the result of the on-screen 3D Scattering Curve to be presented and discussed later in this report). 2) Photoelements: The 64 light intensity sensors initially of the LDR type were replaced by 91 phototransistors that have much faster response (milliseconds), are more sensitive and have more predictable behavior. All are operated simultaneously. Their responses to light intensity were normalized, said leveled, so that the signals could be compared directly. The respective electronic circuits have been modified to operate such phototransistors. 3) Homogeneous illumination plate for leveling and normalization of phototransistor signals: In order for the response of each of the 90 phototransistors to the same light intensity to be equal, a new form of illumination is revealed through the use of a plate that radiates light. homogeneous throughout the area covered by the phototransistors and with stable, variable and discrete intensity automatically controlled by software. Such a plate is inserted into the darkroom through a side slit so as to position it with its radiant face directly over the set of all phototransistors.

4) Sistema automatizado de nivelamento dos fototransístores: O nivelamento da resposta de cada um dos 90 fototransístores é um tratamento matemático feito de forma automática ajustando uma curva exponencial da resposta de cada fototransístor à iluminação gerada pela placa de iluminação homogênea, produzindo um par de coeficientes para cada fototransístor. Tal nivelamento deve ser sempre feito antes de se obter medidas quantitativas da amostra a ser analisada. 5) Janelas transparentes: As janelas do tipo cilíndricas e com travamento duplo divulgadas nos Protótipos I e II foram substituídas por pequenas janelas na forma de discos de um vidro transparente podendo ser de borossilicato, safira, ou outro material transparente, com 10mm de diâmetro e 1 mm de espessura, assentadas em um rebaixo na matriz tipo fenda e coladas com adesivo. Um exemplo de adesivo pode ser o do tipo Araldite. Para medidas onde a birrefringência da janela transparente pode afetar os resultados deve-se usar vidro à base de borossilicato que foi tratado termicamente para relaxar o nível de tensão interna congelada. Tal tratamento térmico pode ser feito em mufla com temperatura de 500 a 520°C por um intervalo de tempo de 5 a 24hs. 6) Tubo extensor: (não representado) Quando existe a intenção de quantificar estruturas de maior dimensão deve-se reduzir o menor ângulo passível de medida através da inserção de um tubo extensor, na forma de flange, entre a câmara escura e a placa detetora. Este tubo aumenta a distância entre a amostra e a placa detetora, reduzindo assim o ângulo de espalhamento a ser captado. Desta forma estruturas maiores podem ser analisadas. Por exemplo, para se medir ângulos de espalhamento da ordem de 0,25° o comprimento da flange deve atingir aproximadamente 2,5 m. Para evitar aumento de peso este tubo deve ser feito de material leve, por exemplo tubo plástico usado em instalações hidráulicas na construção civil. 7) Programa de computador: Este programa é o responsável por todo o controle do sistema incluindo: alinhamento do raio laser, nivelamento de forma automatizada dos 90 fototransístores, coleta destes mesmos sinais mais o sinal do fototransístor central, tratamento dos dados, apresentação em tela de vários gráficos particularmente um gráfico 3D das Curvas de Espalhamento 3D e gravação de arquivos. 8) Propriedades físicas mensuráveis pelo equipamento descrito na invenção: A interpretação das Curvas de Espalhamento 3D permite obter informações quanto à morfologia do sistema polifásico analisado incluindo-se: Concentração da fase dispersa, tamanho de partícula médio da fase dispersa, nível de orientação ou grau de anisotropia da fase dispersa, curva de distribuição de tempos de residência, entre outras variáveis. Com tais informações é possível indiretamente obter-se informações, em tempo real, quanto ao grau de dispersão da segunda fase, o que ajuda a concluir sobre a qualidade e eficiência do sistema de mistura usado na extrusora. O equipamento aqui proposto permite que se realizem todas estas medidas, que envolvem conceitos ópticos complexos, de forma simples, automatizada e em tempo real. Tal versatilidade permite que qualquer pessoa minimamente treinada possa operar o equipamento proposto, obter dados experimentais, comparar estes com limites de referência previamente fixados e assim controlar a qualidade do material sendo analisado. Também é possível utilizar os dados obtidos para automaticamente modificar as condições operacionais do sistema, via retroalimentação de dados, de forma a controlar automaticamente todo o sistema.4) Automated Phototransistor Leveling System: The response leveling of each of the 90 phototransistors is a mathematical treatment done automatically by adjusting an exponential response curve of each phototransistor to the illumination generated by the homogeneous light plate, producing a pair of coefficients. for each phototransistor. Such leveling should always be done before obtaining quantitative measurements of the sample to be analyzed. 5) Transparent windows: The double-locking cylindrical type windows disclosed in Prototypes I and II have been replaced by small discs in the form of clear glass discs which may be borosilicate, sapphire or other transparent material, 10mm in diameter and 1 mm thick, seated in a recess in the slot-like die and glued with adhesive. An example of adhesive may be Araldite type. For measures where transparent window birefringence may affect results, heat-treated borosilicate-based glass should be used to relax the frozen internal stress level. Such heat treatment can be done in muffle furnace at a temperature of 500 to 520 ° C for a time period of 5 to 24 hours. 6) Extension tube: (not shown) When the intention is to quantify larger structures, the smallest measurable angle should be reduced by inserting a flange-shaped extension tube between the darkroom and the detector plate. . This tube increases the distance between the sample and the detector plate, thereby reducing the scattering angle to be captured. In this way larger structures can be analyzed. For example, to measure scattering angles of the order of 0.25 ° the flange length should reach approximately 2.5 m. To avoid weight gain this pipe should be made of lightweight material, eg plastic pipe used in plumbing in construction. 7) Computer Program: This program is responsible for all system control including: laser beam alignment, automated leveling of 90 phototransistors, collection of these same signals plus central phototransistor signal, data processing, screen display of various graphs particularly a 3D graph of 3D Scatter Curves and file recording. 8) Physical properties measurable by the equipment described in the invention: The interpretation of the 3D Scatter Curves provides information on the morphology of the polyphase system analyzed including: Dispersed phase concentration, dispersed phase mean particle size, orientation level or degree. dispersion phase anisotropy, residence time distribution curve, among other variables. With this information it is possible to indirectly obtain real-time information on the degree of dispersion of the second phase, which helps to conclude on the quality and efficiency of the mixing system used in the extruder. The equipment proposed here allows us to perform all these measurements, which involve complex optical concepts, simply, automatically and in real time. Such versatility allows any minimally trained person to operate the proposed equipment, obtain experimental data, compare these with pre-set reference limits and thus control the quality of the material being analyzed. It is also possible to use the data obtained to automatically modify the operating conditions of the system via data feedback to automatically control the entire system.

[0019] O artigo “ln-line optical techniques to characterize the polymer extrusion”, Santos, A. M. C. et al., Polym. Eng. Sei., 54:386-395, 2014. © 2013 Society of Plastics Engineers DOI 10.1002/pen.23569 apresenta e discute diferentes técnicas para a caracterização óptica in-line do fluxo fundido polimérico ao ser bombeado a partir de uma extrusora. São mencionadas as técnicas in-line de turbidimetria, birrefringência e espalhamento de luz no baixo ângulo, este último assunto constituindo objeto do presente pedido. Na publicação é apresentada uma série de fotos do padrão de espalhamento obtidas ao longo da distribuição de tempos de residência de uma extrusora com um webeam. Tal fotografia do padrão de espalhamento é boa do ponto de vista visual, mas não é quantitativa e exige conhecimento técnico de alto nível em física-óptica para sua interpretação. Portanto seu uso é restrito, não sendo adaptado a um operador leigo no assunto. Diferentemente no presente pedido são usados 90 + 1 fototransístores, dispostos em uma posição espacial radial, todos com suas respostas em termos de intensidade luminosa niveladas, justamente para que a resposta do sistema seja quantitativa. O nivelamento é, portanto, o que permite o aspecto quantitativo da resposta do sistema LALLS aqui proposto.[0019] The article “Online optical techniques to characterize the polymer extrusion”, Santos, A.C. et al., Polym. Eng. Sei., 54: 386-395, 2014. © 2013 Society of Plastics Engineers DOI 10.1002 / pen.23569 presents and discusses different techniques for in-line optical characterization of polymer melt flow when pumped from an extruder. In-line techniques of turbidimetry, birefringence and light scattering at low angle are mentioned, the latter being the subject of the present application. The publication presents a series of scatter pattern photos obtained during the distribution of residence times of an extruder with a webeam. Such a scatter pattern photograph is visually good, but it is not quantitative and requires high-level technical knowledge in optical physics for its interpretation. Therefore its use is restricted and not adapted to a lay operator in the subject. Unlike in the present application, 90 + 1 phototransistors are used, arranged in a radial spatial position, all with their light intensity responses leveled, precisely so that the system response is quantitative. The leveling is therefore what allows the quantitative aspect of the LALLS system response proposed here.

[0020] O uso do equipamento aqui revelado permite que o sistema de produção da amostra (fluxo fundido, filme polimérico, fibra têxtil, etc.) possa ser automaticamente controlado, via retroalimentação dos dados em tempo real (in-line), produzidos e fornecidos pelo equipamento de LALLS in-line revelado nesta invenção.The use of the equipment disclosed herein allows the sample production system (melt flow, polymeric film, textile fiber, etc.) to be automatically controlled via in-line feedback, produced and provided by the in-line LALLS equipment disclosed in this invention.

SUMÁRIO DA INVENÇÃOSUMMARY OF THE INVENTION

[0021] De um modo amplo, a medida in-line de propriedades morfológicas de um sistema polifásico polimérico produz resultados que podem ser analisados quando o material ainda está no estado fundido (ou forma intermediária) ou já no estado sólido (na forma de produto final, i. e. filmes, fibras, frascos, garrafas, etc.) que de acordo com a invenção compreende instalar e operar o equipamento detector óptico de LALLS nas seguintes situações: i) Analise das características morfológicas do material polifásico no estado fundido: Neste caso, dito intermediário pois a amostra ainda é uma massa fundida, o equipamento detector óptico de LALLS é instalado de um lado da uma matriz tipo fenda com janelas transparentes, fixada na saída da dita extrusora, uma fonte de luz laser monocromática, não polarizada e colimada, fixada por uma estrutura de apoio e alinhamento; e do lado oposto das janelas da matriz tipo fenda, uma câmara escura (cônica ou não) dotada de sistema de refrigeração, placa detectora contendo pelo menos um fotoelemento, circuitos eletrônicos de conversão e amplificação dos sinais e placa de iluminação homogênea com controle escalonado de intensidade para nivelamento dos fotoelementos, dita placa sendo inserida em uma fenda da dita câmara escura. ii) Análise das características morfológicas do material polifásico que produz produtos acabados: Neste caso a amostra está na forma de produto acabado podendo ser filmes, fibras, frascos, garrafas, e similares. O equipamento detector óptico de LALLS é instalado envolvendo o produto acabado, de um lado uma fonte de luz laser monocromática, não polarizada e colimada, fixada por uma estrutura de apoio e alinhamento; e do lado oposto do dito produto acabado, uma câmara escura (cônica ou não), placa detectora contendo pelo menos um fotoelemento, circuitos eletrônicos de conversão e amplificação dos sinais e placa de iluminação homogênea com controle escalonado de intensidade para nivelamento dos fotoelementos, dita placa sendo inserida em uma fenda da dita câmara escura.Broadly, in-line measurement of morphological properties of a polymeric polyphase system yields results that can be analyzed when the material is still in the molten state (or intermediate form) or already in the solid state (in product form). (ie films, fibers, flasks, bottles, etc.) which according to the invention comprises installing and operating LALLS optical detector equipment in the following situations: (i) analysis of the morphological characteristics of the melt polyphasic material: In this case, Since the sample is still a molten mass, the LALLS optical detector equipment is installed on one side of a transparent window slotted array attached to the outlet of said extruder, a non-polarized collimated monochromatic laser light source, fixed by a support and alignment structure; and on the opposite side of the slit matrix windows, a dark chamber (conical or not) with a cooling system, a detector plate containing at least one photo element, electronic signal conversion and amplification circuits and a homogeneous lighting plate with stepped control. intensity for leveling the photoelements, said plate being inserted into a slit of said darkroom. ii) Analysis of the morphological characteristics of polyphasic material that produces finished products: In this case the sample is in the form of finished product and may be films, fibers, vials, bottles and the like. LALLS optical detector equipment is installed enclosing the finished product on one side with a non-polarized collimated monochromatic laser light source fixed by a support and alignment structure; and on the opposite side of said finished product, a darkroom (conical or not), detector plate containing at least one photoelement, electronic signal conversion and amplification circuits and homogeneous lighting plate with stepped intensity control for photoelement leveling, said plate being inserted into a slot of said darkroom.

[0022] Os usos do presente equipamento detector óptico para a análise em tempo real (in-line) de sistema polifásicos compreendem: • controle de qualidade em tempo real de sistemas fundidos e sólidos; • estimativa do diâmetro médio das partículas contidas nas amostras; • estimativa do estado de agregação destas partículas; e • caracterização da presença e grau de orientação das partículas e/ou fases dispersas.[0022] The uses of the present optical detector equipment for in-line analysis of polyphase systems include: • real-time quality control of fused and solid systems; • Estimation of the average diameter of the particles contained in the samples. • estimation of the state of aggregation of these particles; and • characterizing the presence and degree of orientation of the dispersed particles and / or phases.

[0023] O método para o monitoramento morfológico em tempo real de sistemas polifásicos no estado fundido, dito monitoramento sendo efetuado na saída de uma extrusora compreende as seguintes etapas: 1) adaptar o equipamento detector óptico de LALLS da invenção a uma matriz tipo fenda instalada na saída de uma extrusora destinada a extrudar sistemas polifásicos; 2) inserir placa de iluminação homogênea com controle escalonado de intensidade na câmara escura e proceder ao ciclo automatizado de nivelamento dos sinais emitidos pelos fototransístores do dito detector óptico. Neste procedimento automatizado é obtido o par de coeficientes de cada fototransístor. Terminado este procedimento de normalização remover a placa de iluminação homogênea da câmara escura. 3) extrudar o dito sistema polifásico através da dita matriz tipo fenda sob condições de extrusão até estabilização; 4) ajustar a intensidade do feixe de laser, girando o filtro polarizador até produzir na tela perfis de espalhamento dentro dos limites inferior (mínimo) e superior (máximo) de nivelamento, LIN-LSN; 5) submeter o fundido polimérico a análise em tempo real pelo espalhamento de luz laser em baixo ângulo, LALLS in-line; 6) a partir dos sinais enviados pela placa detectora e atuação do sistema de cálculos quantificar, em tempo real, a morfologia do dito sistema polifásico através de uma Curva de Espalhamento 3D, e a partir desta calcular o grau de anisotropia e/ou orientação molecular, tamanho médio de partícula e outras variáveis; e 7) em caso de necessidade de correção das condições de processo para obter a morfologia desejada, tomar as providências durante o processo.[0023] The method for real-time morphological monitoring of molten state polyphase systems, said monitoring being performed at the output of an extruder comprises the following steps: 1) adapting the LALLS optical detector equipment of the invention to an installed slot type array at the outlet of an extruder for extruding polyphase systems; 2) insert homogeneous lighting plate with stepped intensity control in the darkroom and proceed to the automated leveling cycle of the signals emitted by the phototransistors of said optical detector. In this automated procedure the coefficient pair of each phototransistor is obtained. After this normalization procedure is completed remove the homogeneous light plate from the darkroom. 3) extruding said polyphase system through said slot-like die under extrusion conditions until stabilization; 4) adjust the intensity of the laser beam by rotating the polarizing filter to produce on-screen scattering profiles within the lower (minimum) and upper (maximum) leveling limits, LIN-LSN; 5) subject the polymer melt to real time analysis by low angle laser light scattering, in-line LALLS; 6) From the signals sent by the detector plate and the performance of the calculation system to quantify, in real time, the morphology of said polyphasic system through a 3D Scatter Curve, and from this calculate the degree of anisotropy and / or molecular orientation. , mean particle size and other variables; and 7) if the process conditions need to be corrected to obtain the desired morphology, make arrangements during the process.

[0024] E o método para o monitoramento morfológico em tempo real de produtos acabados de parede fina (filmes, fibras, frascos, etc.) diretamente na linha de produção, feitos com sistemas polifásicos, compreende as seguintes etapas: 1) adaptar o equipamento detector óptico de LALLS da invenção na linha de produção de produtos acabados de parede fina, feitos a partir de sistemas polifásicos; 2) posicionar a entrada da câmara escura o mais próximo possível do produto acabado; 3) ajustar a distância entre a fonte de radiação laser e a câmara escura de tal forma a ser a menor possível; 4) inserir a placa de nivelamento na câmara escura e proceder ao ciclo automatizado de nivelamento dos sinais emitidos pelos fototransístores do dito detector óptico. Neste procedimento automatizado é obtido o par de coeficientes de cada fototransístor. Terminado este procedimento de nivelamento remover a placa de nivelamento da câmara escura. 5) com o produto acabado posicionado no caminho óptico do laser ajustar sua intensidade, girando o filtro polarizador até produzir na tela perfis de espalhamento dentro dos limites inferior (mínimo) e superior (máximo) de nivelamento, LIN-LSN; 6) submeter o produto acabado à análise em tempo real pelo espalhamento de luz laser em baixo ângulo; 7) a partir dos sinais enviados pela placa detectora e atuação do sistema de cálculos quantificar, em tempo real, a morfologia do dito sistema polifásico do qual o produto acabado é feito através de uma Curva de Espalhamento 3D, e a partir da mesma calcular o grau de anisotropia e/ou orientação molecular, tamanho médio de partícula, e outras variáveis; e 8) em caso de necessidade de correção das condições de processo para obter a morfologia desejada, tomar as providências durante o processo.And the method for real-time morphological monitoring of thin-wall finished products (films, fibers, flasks, etc.) directly on the production line, made with polyphase systems, comprises the following steps: 1) adapt equipment LALLS optical detector of the invention in the production line of thin-wall finished products made from polyphase systems; 2) position the darkroom inlet as close as possible to the finished product; 3) adjust the distance between the laser radiation source and the darkroom to be as small as possible; 4) inserting the leveling plate into the darkroom and proceeding with the automated leveling cycle of the signals emitted by the phototransistors of said optical detector. In this automated procedure the coefficient pair of each phototransistor is obtained. After this leveling procedure is complete remove the leveling plate from the darkroom. 5) With the finished product positioned in the laser optical path adjust its intensity by rotating the polarizing filter until producing on-screen spreading profiles within the lower (minimum) and upper (maximum) leveling limits, LIN-LSN; 6) subject the finished product to real time analysis by low angle laser light scattering; 7) from the signals sent by the detector plate and the performance of the calculation system to quantify, in real time, the morphology of said polyphasic system from which the finished product is made through a 3D Scatter Curve, and from it to calculate the degree of anisotropy and / or molecular orientation, average particle size, and other variables; and 8) if the process conditions need to be corrected to obtain the desired morphology, make arrangements during the process.

[0025] Assim, a invenção provê um dispositivo detector óptico de LALLS dotado de fonte de laser e que compreende uma câmara escura dotada de placa detectora contendo elementos fotossensíveis (fototransístores), a resposta dos ditos fototransístores sendo nivelada através de uma placa inserida na dita câmara escura e posicionada diretamente sobre o conjunto dos fototransístores, tal dispositivo detector óptico podendo ser adaptado de um lado e de outro da matriz tipo fenda de uma extrusora ou de um produto acabado de paredes finas para respectivamente a medida in-line das propriedades de sistemas polifásicos durante o curso da produção do sistema polimérico na extrusão ou já na forma de produto acabado.Thus, the invention provides a laser-source LALLS optical detector device comprising a darkroom provided with a detector plate containing photosensitive elements (phototransistors), the response of said phototransistors being leveled through a plate inserted into said plate. darkroom and positioned directly over the phototransistor assembly, such an optical detector device can be adapted on either side of the slot-like matrix of an extruder or a thin-wall finished product for the in-line measurement of system properties respectively during the course of production of the polymeric system in extrusion or as a finished product.

[0026] O equipamento da invenção para detecção óptica de espalhamento de luz laser em baixo ângulo (LALLS) in-line, incluindo sistema (70) de alinhamento de laser, fonte (71) de luz laser, placa detectora (10) e câmara escura (20), sistema de refrigeração (30), estrutura tubular (60, 62) de conexão, caixa (80) de conversão de sinais, placa (90) de conversão A/D e computador (95) para executar software de monitoramento e controle compreende: a) Sobre a dita placa detectora (10) destinada a captar de forma quantitativa e espacialmente definida a intensidade de luz laser emitida por dita fonte de luz laser (71) e espalhada por uma amostra (51), um conjunto de: /) 90 fotoelementos (12) formando raios numerados de 1 a 9 defasados de 33,75° (27078) um do outro e ocupando três quadrantes (270°) e //) um fotoelemento central (11) adicional encapsulado no fundo de um poço absorvente de luz formado por um pequeno cilindro oco (não representado) de aço inoxidável, placa com pinhole e plasticina preta; para o dito fotoelemento central (11) sendo dirigido, com auxílio do sistema de alinhamento de laser (70), o feixe de luz laser transmitido e não espalhado, adicionalmente o dito fotoelemento central (11) sendo destinado a quantificar a intensidade do feixe transmitido e não espalhado ao atravessar a amostra (51), medindo a turbidez do meio; b) na dita câmara escura (20), abertura lateral ou fenda (41) para inserção de uma placa transparente (40) de iluminação homogênea para nivelamento da resposta dos fotoelementos (12), dita placa de iluminação homogênea (40) emitindo luz homogênea sobre a dita placa (10) e compreendendo um conjunto de LEDs (42) dispostos lado a lado posicionados na borda da mesma, cada LED (42) emitindo luz de modo divergente sobre a lateral da dita placa (40), a luz advinda dos ditos LEDs (42) saindo ortogonalmente em (43) pela face radiante da dita placa (40); e c) um controlador de intensidade luminosa (61) para ajustar manualmente a intensidade luminosa com auxílio de um polarizador fixo e um polarizador móvel, de modo que o feixe de luz laser proveniente da fonte de luz laser (71) passa através do dito controlador (61) de intensidade luminosa fixado na estrutura tubular de conexão (60, 62).Equipment of the invention for in-line low angle laser light scattering (LALLS) optical detection, including laser alignment system (70), laser light source (71), detector plate (10) and camera (20), cooling system (30), tubular connection frame (60, 62), signal conversion box (80), A / D conversion board (90) and computer (95) for running monitoring software and control comprises: a) On said detector plate (10) for quantitatively and spatially defined capturing the intensity of laser light emitted by said laser light source (71) and scattered by a sample (51), a set of : /) 90 photoelements (12) forming numbered radii from 1 to 9 lagged 33.75 ° (27078) apart and occupying three quadrants (270 °) and //) an additional central photoelement (11) encapsulated at the bottom of a light absorbing well formed by a small hollow cylinder (not shown) of stainless steel, pin plate hole and black plasticine; for said central photoelement (11) being directed, with the aid of laser alignment system (70), the transmitted and non-scattered laser light beam, additionally said central photoelement (11) being intended to quantify the intensity of the transmitted beam and not scattered across the sample (51), measuring the turbidity of the medium; b) in said darkroom (20), side opening or slot (41) for insertion of a transparent homogeneous illumination plate (40) for leveling the response of the photoelements (12), said homogeneous illumination plate (40) emitting homogeneous light above said plate (10) and comprising a set of LEDs (42) arranged side by side positioned on the edge thereof, each LED (42) emitting light divergingly on the side of said plate (40), the light coming from the said LEDs (42) exiting orthogonally at (43) by the radiant face of said plate (40); and c) a light intensity controller (61) for manually adjusting the light intensity with the aid of a fixed polarizer and a moving polarizer, so that the laser light beam from the laser light source (71) passes through said controller ( 61) having a luminous intensity fixed to the tubular connecting structure (60, 62).

[0027] A invenção provê também um equipamento detector óptico de LALLS cujo uso proporciona as seguintes vantagens: • controle de qualidade em tempo real durante a preparação de compósitos poliméricos polifásicos ou produtos acabados de parede fina, gerando economia: • estimativa da concentração da segunda fase; • estimativa do diâmetro médio das partículas dispersa nas amostras; • caracterização da morfologia do sistema polifásico, seja ele constituído por partículas da segunda fase dispersa na forma esférica ou alongada, via grau de anisotropia; • estimativa do grau de orientação de uma dada fase; • estimativa do grau de dispersão da segunda fase; e • possibilidade de retroalimentação dos dados para controle do processo durante a preparação via extrusão de sistemas polifásico poliméricos e na produção de produtos acabados com paredes finas selecionados dentre filmes, fibras, frascos, garrafas.[0027] The invention also provides LALLS optical detector equipment, the use of which provides the following advantages: • real time quality control during the preparation of polyphase polymer composites or thin-wall finished products, resulting in savings: • estimation of the concentration of the second phase; • estimation of mean particle diameter dispersed in samples; • characterization of the morphology of the polyphasic system, whether it consists of second phase particles dispersed in spherical or elongated form, via degree of anisotropy; • estimate of the degree of orientation of a given phase; • estimate of the degree of dispersion of the second phase; and • possibility of data feedback for process control during extrusion preparation of polymeric polyphase systems and in the production of thin-wall finished products selected from films, fibers, flasks, bottles.

[0028] Ainda, o presente equipamento detector óptico de LALLS é útil para avaliar em tempo real o grau de orientação e/ou estiramento de produtos acabados na forma de filmes, fibras, frascos, garrafas, e similares, como aqueles produzidos por extrusão ou extrusão-sopro.Additionally, the present LALLS optical detector equipment is useful for assessing in real time the degree of orientation and / or stretching of finished products in the form of films, fibers, vials, bottles, and the like, such as those produced by extrusion or extrusion-blow.

[0029] A invenção provê ainda um método para o monitoramento morfológico em tempo real de sistemas polifásicos submetidos a extrusão que compreende submeter um sistema polifásico em processo de extrusão a análise pelo detector óptico de LALLS objeto da mesma, em tempo real, para determinar as propriedades morfológicas do produto do processo de extrusão e tomar quaisquer providências corretivas do processo em tempo real.[0029] The invention further provides a method for real-time morphological monitoring of extruded polyphase systems comprising subjecting a polyphase system in extrusion process to analysis by the LALLS optical detector object thereof in real time to determine morphological properties of the extrusion process product and take any corrective action on the process in real time.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOSBRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS

[0030] A FIGURA 1 anexa é um gráfico dos perfis de intensidade da luz espalhada calculados a partir do modelo de Mie (onda no plano), para partículas esféricas monomodais (com apenas um diâmetro) de alumina com índice de refração 1.76, calculado para diferentes diâmetros (como indicado), dispersos em uma matriz de poliestireno com índice de refração de 1.59; comprimento de onda da luz de 632,8 nm, não polarizada, na faixa de ângulos de 0 a 15° com resolução de 1o.The accompanying FIGURE 1 is a graph of the scattered light intensity profiles calculated from the Mie model (wave in the plane) for single-mode spherical (one-diameter diameter) particles of refractive index 1.76 calculated for different diameters (as indicated) dispersed in a polystyrene matrix with refractive index of 1.59; wavelength of 632,8 nm non-polarized light in the 0 to 15 ° angle range with a resolution of 1 °.

[0031] A FIGURA 2 anexa mostra o perfil de intensidade da luz difratada de um sistema com partículas dispersas.The attached FIGURE 2 shows the diffracted light intensity profile of a scattered particle system.

Fonte: httos://www.svmpatec. com/EN/LaserDiffraction/LaserDiffraction.html [0032] A FIGURA 3 anexa mostra o padrão de difração de partículas pequenas e grandes.Source: httos: //www.svmpatec. com / EN / LaserDiffraction / LaserDiffraction.html [0032] The attached FIGURE 3 shows the diffraction pattern of small and large particles.

Fonte: https://www.svmDatec.conn/EN/LaserDiffraction/LaserDiffraction.html [0033] A FIGURA 4 anexa mostra um esquema em corte lateral do equipamento detector de LALLS conforme a invenção acoplado ao cabeçote de uma máquina de extrusão e seus periféricos incluindo fonte de laser, câmara escura cônica, caixa de conversão e amplificação dos sinais, placa de conversão analógico/digital e computador portátil.Source: https: //www.svmDatec.conn/EN/LaserDiffraction/LaserDiffraction.html [0033] Attached FIGURE 4 shows a side sectional diagram of the inventive LALLS detector equipment coupled to the head of an extrusion machine and its peripherals including laser source, conical darkroom, signal conversion and amplification box, analog / digital conversion board and laptop.

[0034] A FIGURA 5 anexa é um esquema mostrando outra forma de montagem e utilização do equipamento detector de LALLS da invenção. Neste caso o detector de LALLS não é acoplado rigidamente a nenhum outro equipamento. A fonte de laser e a câmara escura cônica são unidas por uma conexão rígida que as mantém fixas. Este conjunto é posicionado envolvendo a amostra a ser analisada de tal forma que o raio laser atravesse-a. Exemplos de materiais que podem ser utilizados são filmes plásticos e peças sopradas de parede fina. A espessura máxima da amostra é definida pela capacidade do raio laser conseguir atravessá-la e produzir espalhamento mensurável na câmara escura cônica. Neste caso o sistema de refrigeração poderá ser dispensado. Os periféricos são os mesmos apresentados anteriormente, i.e. fonte de laser, câmara escura cônica, caixa de conversão e amplificação.The attached FIGURE 5 is a schematic showing another way of assembling and using the LALLS detector equipment of the invention. In this case the LALLS detector is not rigidly coupled to any other equipment. The laser source and the conical darkroom are joined by a rigid connection that holds them steady. This set is positioned surrounding the sample to be analyzed such that the laser beam passes through it. Examples of materials that can be used are plastic films and thin wall blown parts. The maximum sample thickness is defined by the laser beam's ability to cross it and produce measurable scatter in the conical darkroom. In this case the cooling system may be dispensed with. The peripherals are the same as those presented above, i.e. laser source, conical darkroom, conversion box and amplification.

[0035] A FIGURA 6 anexa é uma representação esquemática de uma câmara escura cônica utilizada no equipamento detector da invenção mostrando rasgo lateral para inserção de placa de iluminação homogênea. Ela poderá ter ou não um sistema de refrigeração acoplado. Também são mostrados: placa detectora contendo fototransístores, placa de iluminação homogênea dos fototransístores para nivelamento dos mesmos, caixa de conversão e amplificação dos sinais, placa de conversão analógico/digital e computador portátil.The accompanying FIGURE 6 is a schematic representation of a conical darkroom used in the detector equipment of the invention showing lateral tear for homogeneous illumination plate insertion. It may or may not have a cooling system attached. Also shown are: detector plate containing phototransistors, homogeneous phototransistor illumination plate for leveling them, conversion box and signal amplification, analog / digital conversion board and laptop.

[0036] A FIGURA 7 anexa é um desenho esquemático da placa detectora do equipamento detector da invenção ilustrando a disposição física dos fototransístores de forma raiada, com defasagem de 33.75° entre raios adjacentes compreendendo nove raios com 10 fototransístores cada, mais um no centro, totalizando 91 fototransístores.The accompanying FIGURE 7 is a schematic drawing of the detector plate of the inventive detector equipment illustrating the physical arrangement of the ray-shaped phototransistors, with an offset of 33.75 ° between adjacent rays comprising nine rays with 10 phototransistors each plus one in the center. totaling 91 phototransistors.

[0037] A FIGURA 8 anexa é um desenho esquemático do arranjo que compõe o fototransístor central, inserido dentro de um cilindro metálico e elementos de barreira física ao feixe de luz laser, incluindo-se lâmina metálica com um pequeno furo central (pinhole) e a camada de plasticina.The attached FIGURE 8 is a schematic drawing of the arrangement comprising the central phototransistor, inserted into a metal cylinder and physical barrier elements to the laser light beam, including a metal blade with a small central pinhole and the plasticine layer.

[0038] A FIGURA 9 anexa mostra o efeito do tratamento matemático para nivelamento do sinal-resposta de cada fototransístor (eixo Z) à variação discreta da intensidade luminosa incidente na placa detectora gerada pela placa de iluminação homogênea: (a) Resposta com os sinais não-nivelados e (b) após nivelamento. Para qualquer nível de iluminação a resposta tratada de cada um dos fototransístores, após o tratamento matemático de nivelamento, é a mesma.The attached FIGURE 9 shows the effect of the mathematical treatment for signal-leveling each phototransistor (Z axis) leveling to the discrete variation of the incident light intensity on the detector plate generated by the homogeneous illumination plate: (a) Response to signals uneven and (b) after leveling. For any level of illumination the treated response of each phototransistor after the mathematical leveling treatment is the same.

[0039] A FIGURA 10 anexa mostra uma análise qualitativa com a apresentação das Curvas de Espalhamento 3D da variação na intensidade da luz espalhada (Z) em função do aumento da concentração de partículas de alumina AI2O3 (de 0,1% a 1,0% em peso) dispersa em filmes sólidos de poliestireno PS.The accompanying FIGURE 10 shows a qualitative analysis with the presentation of the 3D Scattering Curves of the variation in scattered light intensity (Z) as a function of increasing the concentration of alumina particles AI2O3 (from 0.1% to 1.0 % by weight) dispersed in PS polystyrene solid films.

[0040] A FIGURA 11 anexa é uma análise quantitativa para a estimativa do tamanho médio de partícula a partir da Curva de Espalhamento 3D apresentada na Figura 10. Nesta Figura mostram-se os perfis de espalhamento de luz de filmes sólidos de poliestireno PS contendo partículas de alumina AI2O3 dispersas com diâmetro médio (D50) de 0,58 pm, com diferentes concentrações percentuais em massa. Para referência também são mostradas as curvas calculadas pelo modelo de espalhamento de Mie referentes a partículas esféricas com diâmetros únicos de 0,5 e 1,0 mícron. Os pontos experimentais obtidos em tempo real se posicionam entre as duas curvas de referência, indicando que 0 tamanho médio das partículas presentes na amostra está entre estes dois limites, o que concorda com o valor estimado por outras técnicas, mostrando a eficiência quantitativa do equipamento.The attached FIGURE 11 is a quantitative analysis for estimating the average particle size from the 3D Scatter Curve shown in Figure 10. In this Figure the light scattering profiles of PS polystyrene solid films containing particles are shown. of dispersed AI2O3 alumina having a mean diameter (D50) of 0.58 pm, with different percent mass concentrations. For reference also shown are the curves calculated by the Mie scattering model for spherical particles with single diameters of 0.5 and 1.0 microns. The experimental points obtained in real time are positioned between the two reference curves, indicating that the average particle size present in the sample is between these two limits, which agrees with the value estimated by other techniques, showing the quantitative efficiency of the equipment.

[0041] A FIGURA 12 anexa apresenta a análise quantitativa dos dados da Figura 11 mostrando o perfil médio de espalhamento formado pelos valores médios das intensidades espalhadas em filmes de poliestireno com diferentes concentrações percentuais em massa de partícula de alumina dispersa com 0,58 microns de diâmetro médio.The attached FIGURE 12 presents the quantitative analysis of the data in Figure 11 showing the average scattering profile formed by the mean values of the scattered intensities in polystyrene films having different mass percent concentrations of 0.58 microns dispersed alumina particle. average diameter.

[0042] A FIGURA 13 anexa é um gráfico que mostra os Perfis de Espalhamento calculados pelo modelo de Mie para um composto polimérico de alumina particulada AI2O3 com diâmetros variando de 0,5 a 4 microns dispersa em um meio de poliestireno, perfis já apresentados na Figura 1. Para simplificação tais curvas foram ajustados a um comportamento linear com intercepto constante para todas as curvas em 1,167 e inclinação variável dependente do tamanho de partícula.The accompanying FIGURE 13 is a graph showing the Spread Profiles calculated by the Mie model for an AI2O3 particulate alumina polymeric compound having diameters ranging from 0.5 to 4 microns dispersed in a polystyrene medium, profiles already shown in FIG. For simplicity, such curves were fitted to a constant intercept linear behavior for all curves at 1.167 and particle size dependent variable slope.

[0043] A FIGURA 14 anexa mostra a variação da inclinação das retas ajustadas aos Perfis de Espalhamento Normalizados calculados pelo modelo de Mie para qualquer par meio/fase dispersa em função do tamanho médio de partícula da fase dispersa. O ajuste linear fornece a relação Inclinação = -0.054*Diâmetro (em microns).The attached FIGURE 14 shows the slope variation of the lines fitted to the Normalized Spread Profiles calculated by the Mie model for any medium / dispersed phase pair as a function of the average particle size of the dispersed phase. Linear adjustment gives the ratio Tilt = -0.054 * Diameter (in microns).

[0044] A FIGURA 15 mostra o perfil de espalhamento (em quadrados escuros) obtido in-line com auxílio do dispositivo óptico da invenção para 0 composto polimérico de alumina particulada com diâmetro médio previamente medido de 2,4 microns dispersa em um fluxo de poliestireno amolecido. Para comparação visual imediata tais resultados experimentais são apresentados sobrepostos às curvas lineares ajustadas para diferentes tamanhos ideais de partículas esféricas rígidas obtidas a partir da Figura 13.FIGURE 15 shows the scatter profile (in dark squares) obtained in-line with the aid of the optical device of the invention for the previously measured average diameter particulate alumina polymer compound of 2.4 microns dispersed in a polystyrene stream. softened. For immediate visual comparison such experimental results are presented superimposed on the linear curves adjusted for different ideal rigid spherical particle sizes obtained from Figure 13.

[0045] A FIGURA 16 anexa ilustra a mudança na simetria das Curvas de Espalhamento 3D de circular para um padrão alongado com o aumento do nível de estiramento unidirecional (de 2X a 6X) de filmes sólidos de blendas de HDPE/LLDPE (80/20). Os filmes foram estirados na direção Y e a intensidade do laser foi ajustada para se obter a melhor resolução.The accompanying FIGURE 16 illustrates the change in symmetry of the 3D Spread Curves from circular to an elongated pattern with increasing level of unidirectional stretching (from 2X to 6X) of HDPE / LLDPE blends solid films (80/20 ). The films were stretched in the Y direction and the laser intensity was adjusted to obtain the best resolution.

[0046] A FIGURA 17 anexa ilustra a resposta de alguns fototransístores durante a obtenção dos perfis de espalhamento apresentados na Figura 16. São indicados os limites inferiores de nivelamento (LIN) e o limite superior de nivelamento (LSN) para comparação direta. A amostra NE é para filme não estirado. Para que a análise seja quantitativa é necessário que os pontos caiam dentro do intervalo LIN-LSN. Esta Figura deve ser mostrada em tempo real na tela durante as medidas, pois serve de referência para o operador do sistema aceitar os resultados mostrados, observando se os pontos caem dentro do intervalo LIN-LSN.The attached FIGURE 17 illustrates the response of some phototransistors during obtaining the scatter profiles shown in Figure 16. Lower leveling limits (LIN) and upper leveling limit (LSN) are shown for direct comparison. Sample NE is for unstretched film. For the analysis to be quantitative, the points must fall within the LIN-LSN range. This Figure should be shown in real time on the screen during measurements as it serves as a reference for the system operator to accept the results shown by observing if the points fall within the LIN-LSN range.

[0047] A FIGURA 18 anexa, obtida com o dispositivo óptico da invenção, apresenta uma sequência de Curvas de Espalhamento 3D mostrando a variação da intensidade da luz espalhada (eixo Z) em função da mudança de concentração de partículas de alumina dispersa em um fluxo de PS amolecido durante o intervalo de tempo de residência da extrusão mostrando simetria quase-circular. O padrão simétrico indica que as partículas dispersas são esféricas e não orientadas.The accompanying FIGURE 18, obtained with the optical device of the invention, presents a sequence of 3D Scattering Curves showing the variation of scattered light intensity (Z axis) as a function of changing the concentration of scattered alumina particles in a flux. of PS softened during the extrusion residence time showing quasi-circular symmetry. The symmetrical pattern indicates that the dispersed particles are spherical and not oriented.

[0048] A FIGURA 19 anexa mostra a Curva de Espalhamento 3D de uma única fibra de politereftalato de etileno (PET) medido em duas direções perpendiculares, mostrando intenso espalhamento de luz laser devido á grande orientação das fases amorfas e cristalinas na direção de puxamento i.e. longitudinal da fibra. O espalhamento se dá na direção perpendicular á orientação longitudinal da fibra.The attached FIGURE 19 shows the 3D Scattering Curve of a single Ethylene Polyethylene Terephthalate (PET) fiber measured in two perpendicular directions, showing intense laser light scattering due to the large orientation of the amorphous and crystalline phases in the pull direction ie fiber length. Scattering occurs in the direction perpendicular to the longitudinal orientation of the fiber.

[0049] A FIGURA 20 anexa mostra a variação no padrão da Curva de Espalhamento 3D durante a extrusão de uma mistura polimérica de PP disperso em fluxo de PS mostrando uma crista alinhada na direção do eixo X característica de um fluxo de partículas dispersas alongadas na direção de fluxo ou extrusão, que corresponde ao eixo Y. Adicionou-se uma quantidade fixa de PP no fluxo de PS e obteve-se imagens em tempo pré-definidos ao longo de todo o tempo de residência (como indicado). Dados obtidos com auxílio do dispositivo óptico de acordo com a invenção.The accompanying FIGURE 20 shows the variation in the pattern of the 3D Scatter Curve during the extrusion of a PS flux dispersed PP polymeric mixture showing a crest aligned in the X-axis direction characteristic of an elongated dispersed particle flow in the direction. flow rate or extrusion, which corresponds to the Y axis. A fixed amount of PP was added to the PS stream and predefined time images were taken over the entire residence time (as indicated). Data obtained with the aid of the optical device according to the invention.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃODETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

[0050] Conforme a presente invenção, os termos “fotoelemento”, fototransístor”, “elemento fotossensível” são usados indistintamente.According to the present invention, the terms "photoelement", phototransistor "," photosensitive element "are used interchangeably.

[0051] O princípio de funcionamento do presente equipamento para detecção óptica baseia-se no espalhamento de luz laser em baixo ângulo (Low Angle Laser Light Scattering - LALLS), no qual um feixe de luz monocromática e colimada proveniente de uma fonte de luz laser incide ortogonalmente sobre uma amostra transparente (sólida, líquida ou aerossol). Parte da luz é, então, espalhada pela fase dispersa presente e segue por caminhos divergentes. Uma placa detectora, que pode ser formada por elementos de detecção distintos (fototransístores, Charge-Coupled Device - CCD etc.) coleta a intensidade da luz em diversos pontos, cujas posições estão relacionadas ao ângulo de espalhamento.[0051] The operating principle of the present optical detection equipment is based on Low Angle Laser Light Scattering (LALLS), in which a collimated monochromatic light beam from a laser light source focuses orthogonally on a transparent sample (solid, liquid or aerosol). Part of the light is then scattered throughout the present scattered phase and follows divergent paths. A detector plate, which may consist of distinct detection elements (phototransistors, Charge-Coupled Device - CCD, etc.), collects light intensity at various points whose positions are related to the scattering angle.

[0052] A leitura da intensidade de luz em cada ponto fornece informações sobre o padrão de espalhamento ou difração, de acordo com o modelo físico adotado, e ao qual estão vinculadas certa morfologia e dimensões da fase dispersa que originou dito padrão de espalhamento. Também é possível obter informações sobre o grau de anisotropia da morfologia, relacionado ao seu grau de orientação. Dessa forma obtêm-se informações microscópicas em tempo real acerca da morfologia do material analisado.The reading of the light intensity at each point provides information about the scattering or diffraction pattern, according to the physical model adopted, and to which are attached certain morphology and dimensions of the scattered phase that originated this scattering pattern. It is also possible to obtain information about the degree of anisotropy of morphology, related to its degree of orientation. This gives real-time microscopic information about the morphology of the material analyzed.

[0053] O equipamento detector óptico de LALLS, na presente invenção geralmente designado pelo numeral (100), inclui: sistema de alinhamento (70) da fonte de luz laser (71); câmara escura (20) (cônica ou não); sistema de refrigeração (30), dito sistema é necessário apenas quando a dita câmara escura (20) é operada em contato com uma superfície quente; placa detectora (10) contendo pelo menos um elemento fotossensível (12) (no protótipo construído foram instalados 90 fototransístores distribuídos radialmente mais um no centro, dito fototransístor central); estrutura tubular rígida (60) de fixação do sistema de alinhamento (70) da fonte de luz laser (71); caixa de conversão e amplificação de sinais (80) com circuitos eletrônicos; placa de iluminação homogênea (40) com controle escalonado de intensidade para nivelamento dos elementos fotossensíveis, a dita placa sendo inserida em uma janela ou fenda (41) da câmara escura (20), placa de conversão analógico/digital (90) e computador portátil (95) conforme a Figura 4. Nesta Figura o fluxo de informações e comandos entre os diversos elementos está indicado por flechas em um ou dois sentidos.LALLS optical detector equipment, in the present invention generally designated by numeral (100), includes: laser light source alignment system (70); darkroom (20) (conical or not); cooling system (30), said system is required only when said darkroom (20) is operated in contact with a hot surface; detector plate (10) containing at least one photosensitive element (12) (in the constructed prototype 90 radially distributed phototransistors were installed plus one in the center, said central phototransistor); rigid tubular frame (60) securing the laser light source alignment system (70) (71); signal conversion and amplification box (80) with electronic circuits; homogeneous lighting plate (40) with stepped intensity control for leveling the photosensitive elements, said plate being inserted into a darkroom window or slot (41), analog / digital conversion plate (90) and laptop computer (95) According to Figure 4. In this Figure the flow of information and commands between the various elements is indicated by arrows in one or two directions.

[0054] Para a operação do equipamento detector (100) da invenção, o mesmo deve ser conectado a um microcomputador (95), no qual deve ser executado um software de monitoramento e controle.For the operation of the detector equipment 100 of the invention, it must be connected to a microcomputer 95, on which monitoring and control software must be executed.

[0055] Alternativamente, o equipamento detector óptico (100) inclui um circuito de controle (não mostrado) contendo o software embarcado. O software (embarcado ou não) deve realizar dois tipos básicos de operação: i) receber um fluxo de dados para as operações de coleta, manipulação matemática e apresentação em tela em tempo real dos sinais bem como ii) enviar um fluxo de dados para gerenciamento e controle automatizado do sistema de nivelamento.Alternatively, the optical detector equipment 100 includes a control circuit (not shown) containing the embedded software. The software (embedded or not) must perform two basic types of operation: i) receive a data stream for the signal collection, math manipulation and real-time screen operations as well as ii) send a data stream for management and automated leveling system control.

[0056] No caso da aplicação na análise in Une de misturas e compostos poliméricos extrudados, o equipamento detector (100) é acoplado a uma matriz de extrusão (50) (de qualquer geometria), que possua janelas transparentes e delgadas, com faces planas, entre as quais deve fluir o material polimérico fundido (ou amolecido) (amostra (51) e através das quais deve ser transmitido o feixe de luz laser incidente proveniente da fonte de luz laser (71) e o feixe de luz laser espalhado que atinge a placa detectora (10).[0056] In the case of application in the Une analysis of extruded polymer mixtures and compounds, the detector equipment (100) is coupled to an extrusion die (50) (of any geometry), which has thin, transparent windows with flat faces. , between which the molten (or softened) polymeric material (sample (51)) must flow and through which the incident laser light beam from the laser light source (71) and the scattered laser light beam that strikes it shall be transmitted. the detector plate (10).

[0057] A montagem do equipamento detector óptico (100) pode ser feita de várias formas: i) Uma das formas possíveis, particularmente aquela adaptada para aplicação in-line no processo de extrusão, as partes que o compõem são fixadas de acordo com o esquema da Figura 4. Como mostrado na Figura 4, no lado inferior da matriz tipo fenda (50) é fixado o sistema de alinhamento (70) da fonte de luz laser (71), o feixe passa através de um controlador (61) de intensidade luminosa fixado na estrutura tubular de conexão (60). Do lado superior da matriz (50), acopla-se a câmara escura (20), aqui definida como cônica, em cujo fundo está presa a placa detectora (10). ii) Outra forma de montagem e utilização do equipamento detector óptico (100) de LALLS da invenção é aquela apresentada na Figura 5. Neste caso tem-se o sistema de alinhamento (70) da fonte de luz laser (71) e a câmara escura cônica (20) unidos por uma conexão rígida (62) que os mantém fixos e colineares. Este conjunto é posicionado envolvendo a amostra (51) a ser analisada de tal forma que o raio laser atravesse a mesma. Esta situação comporta também a medida sequencial e contínua de peças que se movimentam em uma esteira rolante (não representada). Exemplos de materiais que podem ser testados em tempo real são filmes plásticos e peças sopradas de parede fina, como por exemplo, frascos, garrafas descartáveis de PET para líquidos. Os periféricos necessários são os mesmos apresentados anteriormente, i.e. sistema de alinhamento (70) da fonte de luz laser (71), câmara escura cônica (20), refrigerada ou não, caixa de conversão e amplificação dos sinais (80), placa de conversão analógico/digital (90) e computador portátil (95).The assembly of the optical detector equipment (100) can be made in several ways: i) One of the possible forms, particularly that adapted for inline application in the extrusion process, the component parts are fixed according to the As shown in Figure 4, on the underside of the slot matrix (50) the alignment system (70) of the laser light source (71) is fixed, the beam passes through a controller (61) of light intensity fixed to the tubular connection structure (60). On the upper side of the matrix (50), the darkroom (20), here defined as conical, is coupled to the bottom of which the detector plate (10) is attached. ii) Another way of assembling and using the inventive LALLS optical detector equipment (100) is that shown in Figure 5. In this case there is the alignment system (70) of the laser light source (71) and the darkroom tapered (20) joined by a rigid connection (62) that holds them fixed and collinear. This set is positioned surrounding the sample (51) to be analyzed such that the laser beam passes therethrough. This also involves sequential and continuous measurement of moving parts on a conveyor belt (not shown). Examples of materials that can be tested in real time are plastic films and thin-wall blown parts, such as vials, disposable PET liquid bottles. The required peripherals are the same as those presented above, ie laser light source alignment system (70), conical darkroom (20), refrigerated or not, signal conversion and amplification box (80), conversion plate analog / digital (90) and laptop (95).

Fonte de luz laser (71) [0058] O equipamento detector (100) de LALLS necessita, para seu funcionamento, de um feixe de radiação eletromagnética monocromática (banda de emissão o mais estreita possível), colimada e de média intensidade, obtido a partir de uma fonte de luz laser (71). O feixe de luz laser deve ser centralizado de maneira que incida ortogonalmente à placa detectora (10) atingindo o ponto central da mesma. A placa (10) tem pelo menos um fototransistor, fotodiodo ou o ponto central de um CCD, a ser usado para centralizar o alinhamento (70) do feixe luminoso do laser. Um controlador de intensidade luminosa (61) é posicionado no caminho óptico entre a fonte de luz laser (71) instalada dentro do sistema de alinhamento (70) da fonte de luz laser e a matriz tipo fenda (50).Laser Light Source (71) The LALLS detector equipment (100) requires a collimated, medium-intensity, monochrome electromagnetic radiation beam obtained from its operation to obtain its operation. from a laser light source (71). The laser beam must be centered in such a way that it hits the detector plate orthogonally (10) reaching its center point. The plate (10) has at least one phototransistor, photodiode or center point of a CCD to be used to center the alignment (70) of the laser light beam. A light intensity controller (61) is positioned in the optical path between the laser light source (71) installed within the laser light source alignment system (70) and the slot matrix (50).

[0059] No protótipo do presente equipamento detector (100) de LALLS, utilizou-se um laser de He-Ne, modelo 05-LHP-401, fabricado pela Melles Griot. Esse laser possui potência nominal de 1 mW e emite radiação no comprimento de onda de 632,8 nm, polarizada linearmente. No entanto, radiação com outros comprimentos de onda podem ser utilizados, desde aqueles contidos na região do infravermelho, passando pelo visível até aqueles contidos na região do ultravioleta. Tal ampla faixa é necessária para que morfologias com dimensões variadas possam ser detectadas e quantificadas. Também fontes colimadas monocromáticas não polarizadas podem ser usadas.In the prototype of the present LALLS detector equipment (100), a He-Ne laser, model 05-LHP-401, manufactured by Melles Griot was used. This laser has a nominal power of 1 mW and emits radiation at a wavelength of 632.8 nm, linearly polarized. However, radiation with other wavelengths can be used, from those contained in the infrared region, through the visible to those contained in the ultraviolet region. Such a wide range is necessary so that morphologies with varying dimensions can be detected and quantified. Also unpolarized monochrome collimated fonts can be used.

Controlador (61) de intensidade do feixe de luz laser [0060] Para controlar a intensidade do feixe laser é instalado no caminho óptico entre a fonte de luz laser (71) e a câmara escura cônica (20) um controlador de intensidade luminosa (61), como mostrado nas Figuras 4 e 5. O dito controlador (61) de intensidade luminosa é formado por um par de polarizadores lineares, sendo um polarizador fixo (com seu eixo de polarização alinhado com a direção do fluxo fundido na matriz tipo fenda) e o outro polarizador móvel, livre para ser girado manualmente em um ângulo de no mínimo 120°, em torno do eixo óptico do feixe de luz laser, e contado a partir do eixo óptico do polarizador fixo. A intensidade luminosa do feixe de luz laser pode ser reduzida girando-se o polarizador móvel a partir do ângulo Zero, quando os dois polarizadores estão com seus eixos ópticos paralelos e a extinção é mínima. Aumentando-se o ângulo a extinção gradualmente aumenta, reduzindo a intensidade luminosa do feixe de luz laser até atingir seu valor máximo de extinção que ocorre a 90°, posição esta conhecida por polarizadores cruzados. O ajuste da melhor intensidade luminosa é feita manualmente e depende do grau de transparência da amostra a ser analisada em tempo real, podendo ser um fluxo fundido, peças ocas (i. e. garrafas descartáveis), filmes finos, etc, de diferentes espessuras.Laser beam intensity controller (61) To control the intensity of the laser beam, a light intensity controller (61) is installed in the optical path between the laser light source (71) and the conical darkroom (20). ), as shown in Figures 4 and 5. Said light intensity controller (61) is formed by a pair of linear polarizers, being a fixed polarizer (with its polarization axis aligned with the direction of flux fused in the slot matrix) and the other movable polarizer, free to be manually rotated at an angle of at least 120 °, about the optical axis of the laser beam, and counted from the optical axis of the fixed polarizer. The light intensity of the laser beam can be reduced by rotating the moving polarizer from zero angle when the two polarizers have their optical axes parallel and extinction is minimal. As the angle increases, the extinction gradually increases, reducing the light intensity of the laser beam until it reaches its maximum extinction value that occurs at 90 °, a position known as cross polarizers. The adjustment of the best light intensity is done manually and depends on the degree of transparency of the sample to be analyzed in real time, which may be a molten flux, hollow parts (i.e. disposable bottles), thin films, etc., of different thicknesses.

Sistema de alinhamento (70) da fonte de luz laser (71) [0061] O feixe de luz laser transmitido e não espalhado deve atingir a placa detectora (10) exatamente em seu centro, atingindo o fototransístor central embutido em (11). Para que isto aconteça é necessário alinhar a fonte de laser o que é feito pelo sistema de alinhamento (70) do laser. Várias formas mecânicas podem ser usadas para conseguir tal propósito. Uma delas, usado na confecção do protótipo do presente pedido, consta de um tubo metálico de paredes finas dentro do qual longitudinalmente está inserida a fonte (71) de luz laser. A ponta frontal da dita fonte (71) (por onde sai o feixe de luz laser) é fixada na extremidade do tubo metálico de paredes finas de forma a permitir leve movimentação com relação a seu eixo de simetria longitudinal. A outra extremidade da fonte (71) de luz laser é espacialmente posicionada com três pinos metálicos longos, coplanares, ortogonais ao eixo de simetria e defasados de 120° cada. Dois destes pinos são parafusos que podem ser manuseados pelo lado de fora do tubo metálico de tal forma que ao serem rosqueados movimentam-se para dentro e para fora do tubo metálico empurrando levemente a fonte de luz laser. O terceiro pino está preso a uma mola que o força contra a dita fonte (71) de luz laser mantendo a mesma encostada aos outros dois pinos. Ao rosquear cada uma dos dois pinos é possível posicionar a parte posterior da fonte de luz laser (71) de tal forma a permitir o alinhamento do feixe de luz laser. Câmara escura cônica (20) [0062] A placa detectora (10) é muito sensível à luz, portanto deve ficar em um ambiente escuro, que não permita entrada de nenhuma luz externa, exceto aquela proveniente do fluxo luminoso espalhado pela amostra a ser analisada. Para tal, foi projetada uma câmara escura (20), rígida o suficiente para manter o posicionamento fixo da placa detectora (10) em relação ao feixe de luz proveniente da fonte de luz laser (71). No protótipo do presente equipamento detector (100), a câmara escura (20) é em metal e revestida internamente na cor preto-fosco, para minimizar reflexões internas que se presentes interferiríam comprometendo as medidas. Alternativamente a dita câmara (20) é construída de outro metal mais leve (alumínio e suas ligas, Zamac, folha de flandres dobrada, etc.) ou, para o caso de o equipamento ser operado em contato com amostras na temperatura ambiente ou até 100°C, de material plástico (plástico injetado, plástico reforçado com fibra de vidro, etc.).Laser Light Source Alignment System (70) (71) The transmitted and non-scattered laser light beam must strike the detector plate (10) exactly in its center, reaching the central phototransistor embedded in (11). For this to happen it is necessary to align the laser source which is done by the laser alignment system (70). Various mechanical shapes can be used to achieve this purpose. One, used in making the prototype of the present application, is a thin-walled metal tube into which the laser light source 71 is inserted longitudinally. The front end of said source (71) (through which the laser light beam exits) is fixed to the end of the thin-walled metal tube to allow slight movement with respect to its axis of longitudinal symmetry. The other end of the laser light source (71) is spatially positioned with three long, coplanar metal pins orthogonal to the axis of symmetry and offset by 120 ° each. Two of these pins are screws that can be handled on the outside of the metal tube such that when threaded they move into and out of the metal tube by lightly pushing the laser light source. The third pin is attached to a spring that forces it against said laser light source (71) while holding it against the other two pins. By threading each of the two pins it is possible to position the back of the laser light source (71) to allow alignment of the laser light beam. Conical Darkroom (20) [0062] The detector plate (10) is very sensitive to light, so it should be in a dark environment, which does not allow any external light, except that from the luminous flux scattered by the sample to be analyzed. . To this end, a darkroom (20), rigid enough to maintain the fixed positioning of the detector plate (10) relative to the light beam from the laser light source (71) was designed. In the prototype of the present detector equipment (100), the darkroom (20) is metal and internally coated in matte black to minimize internal reflections that would interfere with the measurements. Alternatively said chamber (20) is constructed of another lighter metal (aluminum and its alloys, Zamac, folded tinplate, etc.) or, in case the equipment is operated in contact with samples at room temperature or up to 100 ° C. ° C of plastics material (injected plastics, fiberglass reinforced plastics, etc.).

[0063] Após o feixe de laser proveniente da fonte (71) ser espalhado pela amostra (não representada), a luz diverge em todas as direções, sendo de interesse para o equipamento detector (100) de LALLS apenas aquela contida em um pequeno ângulo sólido, de até aproximadamente 15°, posicionado após a passagem pela amostra (51).After the laser beam from source (71) is scattered throughout the sample (not shown), the light diverges in all directions, and of interest to LALLS detector equipment (100) is only that contained at a small angle. up to approximately 15 °, positioned after passage through the sample (51).

[0064] A geometria da dita câmara escura (20) é qualquer, normalmente cônica, sendo necessária uma abertura que permita a entrada da luz espalhada pela amostra, que será projetada sobre a placa detectora (10), posicionada no fundo da dita câmara escura.[0064] The geometry of said darkroom (20) is any, usually conical, requiring an opening to allow light scattered throughout the sample to be projected onto the detector plate (10) positioned at the bottom of said darkroom. .

[0065] O protótipo do equipamento detector (100) de LALLS foi montado com uma câmara escura cônica (20), pois esta é a forma geométrica que envelopa a luz espalhada de maneira integral e compacta.The prototype of the LALLS detector equipment (100) was assembled with a conical darkroom (20), as this is the geometric shape that envelops the scattered light in an integral and compact manner.

[0066] A câmara escura cônica (20) é construída a partir de uma chapa de aço enrolada formando um cone sem ponta, com uma abertura circular de 20 mm, por onde entra a luz espalhada. Do outro lado, o cone possui um fundo circular de 119 mm de diâmetro onde é fixada a placa detectora (10). Tais dimensões foram utilizadas no Protótipo III do equipamento detector (100) da invenção, mas não são críticas e permitem ser alteradas para melhor se adaptar à configuração exigida, mantendo sob controle apenas o ângulo sólido de abertura do cone. Este normalmente é de 15°, mas pode variar para mais ou menos na intenção de incluir um número maior ou menor de ângulos.The conical darkroom (20) is constructed from a rolled steel plate forming a blunt cone with a circular aperture of 20 mm through which scattered light enters. On the other side, the cone has a circular bottom of 119 mm in diameter where the detector plate (10) is fixed. Such dimensions were used in the Prototype III of the detector equipment 100 of the invention, but are not critical and allow to be altered to better suit the required configuration, keeping only the solid cone opening angle under control. This is usually 15 °, but may vary more or less in order to include more or less angles.

[0067] Para o caso da aplicação in line na extrusão, uma das várias formas de utilização da invenção, é necessário um sistema de refrigeração (30) (vide Figura 4) para evitar a condução de calor da matriz (50) aquecida para a sensível placa detectora (10). Uma das formas de construção do sistema de refrigeração (30) é fixar um sistema de refrigeração tipo serpentina enrolada em torno da base do cone metálico (zona de menor diâmetro), podendo ser um duto de cobre (20), permitindo que haja circulação de um fluido de refrigeração, normalmente água mas sem estar limitado a este fluido.For the case of inline application in extrusion, one of several embodiments of the invention, a cooling system (30) is required (see Figure 4) to prevent heat conduction from the heated die (50) to the extruder. sensitive detector plate (10). One of the forms of construction of the cooling system (30) is to attach a coil-type cooling system wrapped around the base of the metal cone (smaller diameter zone), and may be a copper duct (20), allowing the circulation of a coolant, usually water but not limited to it.

[0068] Dito sistema de refrigeração (30) da câmara escura (20) é dispensável quando ela não for estar em contato direto com uma superfície aquecida, ou seja, quando o equipamento for utilizado para analisar em tempo real a produção de filmes e fibras plásticas, já solidificados e parcialmente resfriados.Said darkroom cooling system (30) is unnecessary when it is not in direct contact with a heated surface, ie when the equipment is used to analyze the production of films and fibers in real time. plastics, already solidified and partially cooled.

[0069] A câmara escura (20) deve possuir uma abertura lateral (fenda) (41), próxima da placa detectora (10). A abertura (41) serve para a inserção da placa de iluminação homogênea (40) para nivelamento da resposta dos elementos fotossensíveis (12) presentes na placa detectora (10), como mostrado na Figura 6.The darkroom (20) should have a side opening (slot) (41) near the detector plate (10). The aperture (41) serves to insert the homogeneous illumination plate (40) for leveling the response of the photosensitive elements (12) present in the detector plate (10), as shown in Figure 6.

Placa detectora (10) [0070] A placa detectora (10) é responsável por captar de forma quantitativa e espacialmente definida a intensidade de luz laser espalhada por uma amostra (51) que está sendo analisada.Detector Plate (10) The Detector Plate (10) is responsible for quantitatively and spatially defining the intensity of laser light scattered by a sample (51) being analyzed.

[0071] Conforme a Figura 7 mostra, dita placa (10) contém um arranjo de elementos fotossensíveis (12), ou um único elemento fotossensível integrado, como um CCD (não representado). Esses elementos (12) são transdutores que convertem a energia radiante em uma resposta elétrica. Em quaisquer dos casos, cada ponto de detecção tem sua posição conhecida e a análise conjunta de todas as suas respostas fornece a Curva de Espalhamento 3D. A posição de cada ponto de detecção corresponde a um dado ângulo de espalhamento, definido pelo arco cuja tangente é dada pela relação entre a distância do dito ponto ao centro da placa detectora e a distância da placa detectora à amostra, seja um filme fino, a superfície de uma peça sólida oca, um fluxo fundido, etc. No equipamento proposto tais ângulos estão entre 5 e 15 graus. É possível diminuir o ângulo máximo de espalhamento aumentando-se a distância entre a placa detectora (10) e a amostra (51) através de um prolongamento com a adição de um segmento de tubo flangeado, entre a câmara (20) e a placa detectora (10) (não representado). Isto permite quantificar estruturas de maior dimensão. O padrão de espalhamento está vinculado às características morfológicas da dita amostra (51) a ser analisada, servindo para a interpretação e elucidação da morfologia da mesma.As shown in Figure 7, said plate (10) contains an array of photosensitive elements (12), or a single integrated photosensitive element, such as a CCD (not shown). These elements (12) are transducers that convert radiant energy into an electrical response. In either case, each detection point has its known position and the combined analysis of all its responses provides the 3D Scatter Curve. The position of each detection point corresponds to a given scattering angle, defined by the arc whose tangent is given by the relationship between the distance from said point to the center of the detector plate and the distance from the detector plate to the sample, either thin film, hollow solid part surface, a molten flow, etc. In the proposed equipment such angles are between 5 and 15 degrees. It is possible to decrease the maximum spreading angle by increasing the distance between the detector plate (10) and the sample (51) by extending with the addition of a flanged tube segment between the chamber (20) and the detector plate. (10) (not shown). This allows quantifying larger structures. The scattering pattern is linked to the morphological characteristics of said sample (51) to be analyzed, serving to interpret and elucidate its morphology.

[0072] Na construção do protótipo do presente equipamento detector (100) de LALLS foram utilizados como elementos fotossensíveis (12), 90 fototransístores posicionados radialmente mais um (total 91) posicionado no centro da placa detectora usado para a centralização do feixe de luz laser e quantificação da luz transmitida não espalhada, que fornece a turbidez do sistema. No entanto, outros elementos fotossensíveis (12) podem ser usados, tais como fotodiodos ou um CCD. No caso do CCD, o detector (100) deve incluir também um conjunto de lentes para a focagem da luz espalhada.In the construction of the prototype of the present LALLS detector equipment (100), 90 radially positioned phototransistors plus one (total 91) positioned in the center of the detector plate used for the centering of the laser beam were used as photosensitive elements (12). and quantification of the scattered transmitted light, which provides the system turbidity. However, other photosensitive elements 12 may be used, such as photodiodes or a CCD. In the case of the CCD, detector 100 should also include a lens assembly for focusing scattered light.

[0073] A Figura 7 mostra a disposição dos 91 fototransístores (12) da placa detectora do Protótipo III do detector (100) de LALLS, formando raios (numerados de 1 a 9) defasados de 33,75° (27078) um do outro e ocupando três quadrantes (270°). Essa disposição foi escolhida, pois exige a menor quantidade de elementos fotossensíveis (12), obtendo-se a maior quantidade de informação por área, ou seja, tendo maior resolução. Assumindo-se que existem pelo menos dois eixos de simetria ortogonais no padrão da Curva de Espalhamento 3D, é possível distribuir os raios de medição em três quadrantes e a informação coletada rebatida para cada um dos outros três quadrantes. Isto faz com que na projeção virtual os raios estejam distanciados de apenas 11,25° (9078) um do outro, o que gera 321 pontos (91 reais e 230 virtuais). Tal arranjo físico permite, a partir de um número restrito de elementos fotossensíveis (12), quadruplicar virtualmente o número de pontos de leitura dos mesmos.[0073] Figure 7 shows the arrangement of the 91 phototransistors (12) of the LALLS detector (100) Prototype III detector plate, forming radii (numbered 1 to 9) offset by 33.75 ° (27078) from each other and occupying three quadrants (270 °). This arrangement was chosen because it requires the smallest amount of photosensitive elements (12), obtaining the largest amount of information per area, ie, having higher resolution. Assuming that there are at least two orthogonal symmetry axes in the 3D Scatter Curve pattern, it is possible to distribute the measurement radii in three quadrants and the collected information bounced to each of the other three quadrants. This makes the virtual projection radii just 11.25 ° (9078) apart, which yields 321 points (91 real and 230 virtual). Such a physical arrangement allows, from a restricted number of photosensitive elements (12), to virtually quadruple the number of reading points thereof.

[0074] A partir da linha de centro, ortogonal à placa detectora (10) e, considerando-se o centro da amostra (51), posicionada a 175 mm, como ponto de referência, os fototransístores (12) de cada nível (de A até J), fixados na placa detectora (10), permitem a quantificação da intensidade de luz laser espalhada nos seguintes ângulos: A=3,25°, B=4,59°, C=5,92°, D=7,26°, E=8,58°, F=9,89°, G=11,18°, H=12,47°, 1=13,74°, J=15,00°.From the center line, orthogonal to the detector plate (10) and, considering the center of the sample (51), positioned at 175 mm as reference point, the phototransistors (12) of each level (of A to J), fixed to the detector plate (10), allow quantification of the intensity of scattered laser light at the following angles: A = 3.25 °, B = 4.59 °, C = 5.92 °, D = 7 26 °, E = 8.58 °, F = 9.89 °, G = 11.18 °, H = 12.47 °, 1 = 13.74 °, J = 15.00 °.

[0075] O fototransístor central (12) por receber o feixe de luz laser não espalhado e de alta intensidade deve ser protegido desta alta intensidade. Uma das formas de protegê-lo, aquela usada na construção do Protótipo III do equipamento detector óptico (100) de LALLS está mostrado na Figura 8. O fototransístor (12) central é encapsulado no fundo de um poço absorvente de luz formado por um pequeno cilindro oco (11) de aço inoxidável, de 3 mm de diâmetro interno por 10 mm de altura dentro do qual foi inserida uma lâmina metálica fina com um pequeno furo (pinhole) e por cima dela uma camada de plasticina de cor negra.The central phototransistor (12) for receiving the high intensity non-scattered laser beam must be protected from this high intensity. One way to protect it, the one used in the construction of Prototype III of LALLS Optical Detector Equipment (100) is shown in Figure 8. The central phototransistor (12) is encapsulated at the bottom of a light-absorbing well formed by a small hollow stainless steel cylinder (11) of 3 mm internal diameter by 10 mm high into which was inserted a thin metal blade with a small pinhole and above it a layer of black plasticine.

[0076] A plasticina negra absorve fortemente a radiação do feixe de luz laser incidente reduzindo a intensidade do dito feixe a níveis compatíveis com a capacidade de leitura de um fototransístor, permitindo a quantificação do dito feixe pelo fototransístor central, posicionado logo abaixo dela.Black plasticine strongly absorbs radiation from the incident laser light beam by reducing the intensity of said beam to levels compatible with the readability of a phototransistor, allowing quantification of said beam by the central phototransistor positioned just below it.

[0077] Desta forma i) evita-se a saturação do sinal pela incidência direta do intenso feixe de laser transmitido e não espalhado e, ii) impede-se a reflexão lateral da luz ao incidir sobre a superfície do fototransístor central, e que seria detectada pelos fototransístores vizinhos mais próximos, particularmente os referentes ao menor ângulo de espalhamento (A=3,25°), interferindo assim negativamente nos resultados.Thus (i) the signal saturation is avoided by the direct incidence of the intense transmitted and scattered laser beam and, ii) the lateral reflection of the light is prevented by focusing on the surface of the central phototransistor, which would be detected by the nearest neighbor phototransistors, particularly those related to the smallest scattering angle (A = 3.25 °), thus interfering negatively in the results.

[0078] O fototransístor central é usado em duas funções; i) no alinhamento do feixe de laser e ii) para quantificar a intensidade do feixe transmitido e não espalhado ao atravessar a amostra (51), ou seja, mede a turbidez do meio.The central phototransistor is used in two functions; (i) laser beam alignment and (ii) to quantify the intensity of the transmitted and non-scattered beam as it passes through the sample (51), ie it measures the turbidity of the medium.

[0079] A medida da turbidez também pode ser usada para calcular o tamanho médio de partícula da segunda fase dispersa na amostra, desde que sua concentração seja conhecida, resultado este que pode ser confrontado com a medida feita via espalhamento de luz.Turbidity measurement can also be used to calculate the average particle size of the second dispersed phase in the sample, provided that its concentration is known, which result can be compared to the measurement made by light scattering.

[0080] Outra importância da medida de turbidez, no caso do uso do presente equipamento detector (100) de LALLS em uma extrusora é que esta medida possibilita a determinação da curva de distribuição de tempos de residência do polímero fundido durante o percurso do mesmo ao longo da extrusora.Another important feature of the turbidity measurement in the case of using the present LALLS detector equipment (100) in an extruder is that this measurement enables the determination of the residence time distribution curve of the molten polymer during its travel through the extruder. along the extruder.

Caixa de conversão e amplificação dos sinais (80) [0081] A diminuta resposta elétrica de cada um dos múltiplos fototransístores (12) presentes na placa detectora (10) (Figura 6) com posicionamento radial ilustrado na Figura 7 deve ser amplificada e convertida em sinal de voltagem através de múltiplos circuitos eletrônicos.Signal Conversion and Amplification Box (80) The tiny electrical response of each of the multiple phototransistors (12) present on the radially positioned detector plate (10) (Figure 6) should be amplified and converted to voltage signal across multiple electronic circuits.

[0082] Tais múltiplos circuitos eletrônicos são instalados em uma caixa de conversão e amplificação dos sinais (80) (vide Figuras 4 e 6). No caso do uso do elemento fotossensível do tipo CCD, a caixa (80) deve conter também os circuitos eletrônicos responsáveis pela sua conversão analógico/digital. Nesta mesma caixa (80) está igualmente instalado o circuito eletrônico usado para o controle automático da intensidade de iluminação dos LED’s (42), elementos que iluminam a placa de nivelamento (40), que por sua vez é responsável pelo nivelamento do sinal de todos os fototransístores (12). Placa de conversão analógico/digital (A/D) (90) [0083] Cada circuito eletrônico da caixa (80) produz um sinal de voltagem (Vout) proveniente de cada um dos fototransístores presentes na placa detectora (10) que é convertido por uma placa de conversão analógico/digital (AD/DA) (90) de múltiplos canais e a seguir enviado a um computador portátil (95). Há também um circuito dentro da caixa de conversão (80) (não representado) dedicado ao controle da intensidade luminosa para o sistema de nivelamento da placa luminosa (40), necessária no caso de múltiplos elementos. Ao ser executado o software correspondente, o computador (95) acoplado ao equipamento detector (100) envia um sinal via placa AD/DA (90) ao circuito eletrônico na caixa (80) que então altera a intensidade de luz emitida pelo conjunto de LED’s (42) fixado na lateral da placa de nivelamento (40), mudando de forma discreta e escalonada a intensidade luminosa emitida pela placa de nivelamento (40). Sistema de nivelamento do sinal dos fototransístores (12) com placa de iluminação homogênea (40) [0084] Elementos fotossensíveis respondem de maneira particular e única ao estímulo luminoso. Assim diferentes fotoelementos apresentam respostas que são um pouco diferentes entre si. No caso de utilizar-se um arranjo de elementos fotossensíveis discretos, suas respostas têm de ser normalizadas, ditas aqui niveladas, para que possam ser comparáveis entre si ponto a ponto. Além disso, a resposta de cada fotoelemento quase sempre não é linear com relação à variação da intensidade luminosa incidente sobre ele, devendo ser quantificado.Such multiple electronic circuits are installed in a signal conversion and amplification box (80) (see Figures 4 and 6). In case of use of the CCD type photosensitive element, the box 80 must also contain the electronic circuits responsible for its analog / digital conversion. In this same box (80) is also installed the electronic circuit used for the automatic control of the lighting intensity of the LEDs (42), elements that illuminate the leveling plate (40), which in turn is responsible for signal leveling of all. the phototransistors (12). Analog / Digital (A / D) Conversion Board (90) [0083] Each housing electronics (80) produces a voltage (Vout) signal from each of the phototransistors present on the detector board (10) which is converted by a multi-channel analog / digital (AD / DA) converter board (90) and then sent to a portable computer (95). There is also a circuit inside the conversion box 80 (not shown) dedicated to controlling the light intensity for the light plate leveling system 40 required in the case of multiple elements. When the corresponding software is executed, the computer (95) coupled to the detector equipment (100) sends a signal via the AD / DA board (90) to the electronic circuit in the box (80) which then changes the light intensity emitted by the LED array (42) fixed to the side of the leveling plate (40), discretely and staggeredly changing the light intensity emitted by the leveling plate (40). Phototransistor Signal Leveling System (12) with Homogeneous Lighting Plate (40) Photosensitive elements respond in a particular and unique way to the light stimulus. Thus different photoelements have answers that are slightly different from each other. If an array of discrete photosensitive elements is used, their responses have to be normalized, said level here, so that they can be comparable point to point. In addition, the response of each photoelement is almost always nonlinear with respect to the variation of light intensity incident on it, and should be quantified.

[0085] Assim torna-se indispensável o desenvolvimento e utilização de um sistema de nivelamento (ou normalização), visto que há uma variação intrínseca da sensibilidade de resposta de cada um deles. Logo, o sistema de nivelamento permite que todas as respostas dos fotodetectores estejam dentro de uma mesma escala, ou seja, normalizadas. Para isto, torna-se necessária construir um componente de hardware e seu software: Hardware [0086] Este consta de uma placa de iluminação homogênea (40) que emite luz homogênea sobre toda a área da placa detectora (10), como mostrado na Figura 6.Thus the development and use of a leveling (or normalization) system is indispensable, as there is an intrinsic variation in the response sensitivity of each of them. Thus, the leveling system allows all photodetector responses to be within the same range, ie normalized. To do this, it is necessary to build a hardware component and its software: Hardware This consists of a homogeneous lighting plate (40) that emits homogeneous light over the entire area of the detector plate (10), as shown in Figure 6

[0087] A placa de iluminação homogênea (40) consiste em uma placa transparente com um conjunto de LEDs (42) dispostos lado a lado posicionados na borda da mesma. Cada LED (42) emite luz de modo divergente sobre a lateral da dita placa transparente (40), através da qual a luz é transmitida e refletida (internamente) por toda sua extensão.The homogeneous illumination plate (40) consists of a transparent plate with a set of LEDs (42) arranged side by side positioned on the edge thereof. Each LED (42) emits light divergently on the side of said transparent plate (40), through which light is transmitted and reflected (internally) over its entire length.

[0088] Uma das superfícies da placa (40), denominada face radiante, é dotada de uma textura que a torna translúcida deste lado; este é o lado por onde a luz advinda dos LEDs (42) irá sair da placa (40), ortogonalmente à mesma como mostrado pelo conjunto de setas (43) na Figura 6. Neste mesmo caminho foram empilhados três tipos de filmes plásticos (não representados) por onde a luz irá passar antes de deixar a placa de nivelamento (40): um primeiro filme dispersor, um filme prismático e um segundo filme dispersor. Todo esse conjunto possibilita que a luz emitida por fontes pontuais (LEDs) (42) seja dispersa e saia sob a forma de uma fonte plana de luz como mostra o conjunto de setas paralelas (43) saindo pela face radiante da placa de iluminação homogênea (40).One of the surfaces of the plate 40, called the radiant face, is provided with a texture which renders it translucent on this side; This is where the light from the LEDs (42) will come out of the plate (40), orthogonally to it as shown by the set of arrows (43) in Figure 6. In this same way three types of plastic films (not where the light will pass before leaving the leveling plate (40): a first spreading film, a prismatic film and a second scattering film. All of this makes it possible for light emitted by point sources (LEDs) (42) to be scattered and exited as a flat light source as shown by the set of parallel arrows (43) exiting the radiant face of the homogeneous light plate ( 40).

Software para tratamento matemático [0089] Os LEDs (42) escolhidos emitem em faixa de comprimentos de onda estreita e tão próxima quanto possível, mas não necessariamente igual, ao comprimento de onda da fonte de luz laser (71). A intensidade da luz emitida pelos LEDs deve variar discretamente em pelo menos 10 intervalos pré-definidos por meio de um circuito eletrônico específico presente na caixa (80) de conversão e amplificação de sinais. A ação do dito circuito deve ser totalmente automatizada, controlada pelo software.Software for Mathematical Treatment The chosen LEDs (42) emit in narrow wavelength range and as close as possible, but not necessarily equal to, the wavelength of the laser light source (71). The intensity of the light emitted by the LEDs should vary slightly at least 10 predefined intervals by means of a specific electronic circuit present in the signal conversion and amplification box (80). The action of said circuit must be fully automated, controlled by the software.

[0090] Este atua produzindo pelo menos 10 níveis de variação da intensidade luminosa representada pelas setas paralelas (43) que iluminam os 90 fototransístores (12), a resposta de cada um deles é medida e os 900 sinais são salvos em um arquivo de dados do tipo matriz XY. Para cada fototransístor (12) é então gerada uma matriz de pares de pontos XY que é ajustada com uma curva exponencial do tipo: Y=a.EXP(bX) (11) e seus coeficientes “a” e “b” quantificados. Tais parâmetros são então arquivados para serem usados durante a medida, quando então o sinal medido por cada fototransístor (12) será convertido em sinal nivelado. Este procedimento constitui o tratamento matemático ou nivelamento dos sinais e remove o fator de resposta individualizada de cada fototransístor (12), produzindo sinais que podem ser quantitativamente comparados entre si.This acts by producing at least 10 levels of variation in light intensity represented by the parallel arrows (43) illuminating the 90 phototransistors (12), the response of each of them is measured and the 900 signals are saved in a data file. of array type XY. For each phototransistor (12) an array of XY point pairs is then generated that is fitted with an exponential curve of the type: Y = a.EXP (bX) (11) and its quantified coefficients “a” and “b”. Such parameters are then archived for use during the measurement, when then the signal measured by each phototransistor (12) will be converted to a level signal. This procedure constitutes the mathematical treatment or leveling of the signals and removes the individualized response factor of each phototransistor (12), producing signals that can be quantitatively compared with each other.

[0091] A Figura 9 mostra o efeito do nivelamento dos sinais no Protótipo III do equipamento detector óptico (100) construído que tem uma placa detectora (10) composta por fototransístores. Esta figura compreende duas sequências de imagens com os sinais (a) não-nivelados e (b) após o tratamento matemático de nivelamento ou normalização.[0091] Figure 9 shows the effect of signal leveling on Prototype III of the built-in optical detector equipment (100) having a detector plate (10) composed of phototransistors. This figure comprises two sequences of images with the (a) non-leveled signals and (b) after the leveling or normalization mathematical treatment.

[0092] Sem o nivelamento, Figura 9(a), obtida a partir dos sinais dos fototransístores sem tratamento matemático, a resposta de cada fototransístor (12) é particular e diferente dos demais, impedindo seu uso coletivo para formar a Curva de Espalhamento 3D.Without leveling, Figure 9 (a), obtained from phototransistor signals without mathematical treatment, the response of each phototransistor (12) is particular and different from the others, preventing their collective use to form the 3D Scatter Curve. .

[0093] Após o nivelamento dos sinais, Figura 9(b), obtido a partir do tratamento matemático dos sinais conforme descrito acima no presente relatório, a resposta de cada um dos fototransístores (12) à mesma variação discreta e conhecida da intensidade de iluminação se torna a mesma. Isto permite que a análise seja quantitativa, pois as respostas de cada fototransístor (12) podem ser comparadas entre si.After signal leveling, Figure 9 (b), obtained from the mathematical treatment of signals as described above in this report, the response of each of the phototransistors (12) to the same known discrete variation of illumination intensity becomes the same. This allows the analysis to be quantitative, as the responses of each phototransistor (12) can be compared with each other.

[0094] Outro ponto importante é que a resposta de todos os fototransístores (12) varia exponencialmente com a variação (conhecida e controlada) da intensidade luminosa imposta, mostrando a eficácia e necessidade deste tratamento matemático para o nivelamento dos sinais.Another important point is that the response of all phototransistors (12) varies exponentially with the variation (known and controlled) of the imposed light intensity, showing the efficacy and necessity of this mathematical treatment for signal leveling.

[0095] O sistema de nivelamento compreende portanto a placa de iluminação homogênea (40) e o tratamento matemático dos sinais emitido pelos fototransístores (12) efetuado por software embarcado ou não, como já descrito acima no presente relatório.The leveling system therefore comprises the homogeneous illumination plate 40 and the mathematical treatment of the signals emitted by the phototransistors 12 carried out by embedded software or not, as already described above in this report.

[0096] A descrição anterior se refere a software não embarcado. A seguir será descrita a possibilidade de obter o software embarcado, ainda em desenvolvimento pelos inventores do presente pedido.[0096] The above description refers to non-embedded software. The following describes the possibility of obtaining embedded software, still under development by the inventors of the present application.

Sistema para embarcar o software de controle do LALLS (em desenvolvimento) [0097] Na alternativa de obter o software embarcado se faz necessária a construção de uma placa de controle contendo um circuito integrado, por exemplo, do tipo PIC (Programmable Integrated Circuit) , no qual reside o software embarcado responsável por toda a operação em tempo real do equipamento aqui descrito. Isto inclui, alinhamento do feixe de luz laser, nivelamento dos sinais de todos os fototransístores com sua aquisição e tratamento matemático, medida em tempo real da amostra com respectiva coleta do sinais de todos os fototransístores, o processamento matemático deste sinais, apresentação em tela de curvas e gráficos incluindo-se o padrão de espalhamento 3D e valores de interesse, como por exemplo tamanho médio de partícula, grau de orientação (anisotropia), etc. A interface de saída pode ser um display de LCD onde o sistema pode ser configurado e onde poderão ser apresentados os resultados de interesse. Este sistema de controle do detector LALLS pode incluir também uma porta de saída compatível com microcomputadores (USB, serial, paralela etc.).System for embedding LALLS control software (under development) [0097] In the alternative to obtaining embedded software, it is necessary to build a control board containing an integrated circuit, for example, the PIC (Programmable Integrated Circuit) type, where the embedded software resides responsible for all real-time operation of the equipment described herein. These include, laser beam alignment, signal leveling of all phototransistors with their acquisition and mathematical treatment, real-time measurement of the sample with respective signal collection from all phototransistors, mathematical processing of these signals, screen display of curves and graphs including the 3D scatter pattern and values of interest such as average particle size, degree of orientation (anisotropy), etc. The output interface can be an LCD display where the system can be configured and where the results of interest can be displayed. This LALLS detector control system can also include a microcomputer compatible output port (USB, serial, parallel etc.).

Estrutura rígida de suporte da fonte laser (60) [0098] Dada a necessidade de que o feixe de laser incida ortogonalmente à amostra (não representada) e à placa detectora (10), cada parte do equipamento detector óptico (100) de LALLS deve permanecer imóvel. Dessa forma, todas as partes componentes são afixadas sobre uma estrutura tubular de conexão (60, 62) rígida, metálica ou não, mostradas respectivamente nas Figuras 4 e 5.Rigid laser source support structure (60) Given the need for the laser beam to fall orthogonally to the sample (not shown) and to the detector plate (10), each piece of LALLS optical detector equipment (100) should remain motionless. Thus, all component parts are affixed to a rigid tubular connection structure (60, 62), metallic or not, shown respectively in Figures 4 and 5.

[0099] No caso do protótipo do equipamento (100) da invenção apresentado na Figura 4 e usado para a quantificação em tempo real da morfologia durante a extrusão, a dita estrutura (60) é composta por um tubo usinado em latão, com encaixes do tipo engate-rápido (não representados) para a fixação de maneira prática e rápida da dita estrutura (60) na matriz de extrusão (50).In the case of the prototype equipment (100) of the invention shown in Figure 4 and used for real-time quantification of morphology during extrusion, said structure (60) is comprised of a brass machined tube with fittings of the quick coupler type (not shown) for fast and practical attachment of said structure (60) to the extrusion die (50).

[0100] Outras formas de suporte podem ser necessárias dependendo do tipo de análise a ser realizado. Uma destas possíveis formas é apresentada na Figura 5. Neste caso o sistema esta desenhado para ser operado para a análise na temperatura ambiente ou pouco acima dela, por exemplo até 100°C de produtos acabados. Tais condições são típicas na caracterização de filmes poliméricos extrudados ou soprados já solidificados, fibras poliméricas extrudadas, frascos e garrafas sopradas, etc. Esta estrutura (62) também deve ser rígida e leve, feita por exemplo de alumínio ou suas ligas ou mesmo plástico injetado. Tal estrutura fixa a fonte de luz laser (71) diretamente á câmara escura cônica (20), de tal forma a manter o alinhamento do feixe de luz laser e da placa detectora (10). Este arranjo permite que amostras sólidas (51) possam ser posicionadas no caminho óptico do laser para serem analisadas. Como todo o sistema opera a temperaturas próximas à ambiente a câmara escura cônica (20) não necessita ser refrigerada e pode ser confeccionada em material plástico injetado.[0100] Other forms of support may be required depending on the type of analysis to be performed. One of these possible forms is shown in Figure 5. In this case the system is designed to be operated for analysis at or just above room temperature, for example up to 100 ° C of finished products. Such conditions are typical in the characterization of already solidified extruded or blown polymeric films, extruded polymeric fibers, blown bottles and bottles, etc. This structure (62) must also be rigid and light, made for example of aluminum or its alloys or even injected plastic. Such a structure fixes the laser light source (71) directly to the conical darkroom (20), so as to maintain alignment of the laser light beam and the detector plate (10). This arrangement allows solid samples (51) to be positioned in the laser optical path for analysis. As the entire system operates at ambient temperatures, the conical darkroom (20) does not need to be refrigerated and can be made of injected plastic material.

Validação do equipamento detector óptico (100) de LALLS proposto Em bancada [0101] Uma primeira validação do equipamento detector óptico (100) de LALLS feita em bancada utilizou filmes plásticos de poliestireno (PS), um polímero essencialmente amorfo, com uma segunda fase cerâmica particulada dispersa de alumina (AI2O3, a).Validation of proposed LALLS optical detector equipment (100) Benchtop [0101] A first validation of the benchtop LALLS optical detector equipment (100) used polystyrene (PS) plastic films, an essentially amorphous polymer with a second ceramic phase alumina dispersed particulate matter (Al 2 O 3, a).

[0102] Ditos filmes, especialmente desenvolvidos para esta finalidade, foram preparados através da dissolução de PS em clorofórmio, dispersão vigorosa da alumina, evaporação do solvente e secagem do filme. Tal procedimento permite a obtenção de amostras-padrões com morfologia bem definida e conhecida onde 0 PS forma a fase matriz transparente com as partículas de alumina com tamanho de partícula conhecidos formando a fase dispersa.These films, specially developed for this purpose, were prepared by dissolving PS in chloroform, vigorously dispersing alumina, evaporating the solvent and drying the film. Such a procedure allows for obtaining well-known and well-defined standard samples where 0 PS forms the transparent matrix phase with the known particle size alumina particles forming the dispersed phase.

[0103] O equipamento detector óptico (100) de LALLS foi testado em bancada inserindo-se estas amostras-padrão no feixe de luz laser e variando de forma sistemática a concentração da fase dispersa de alumina.[0103] LALLS optical detector equipment (100) was bench-tested by inserting these standard samples into the laser light beam and systematically varying the concentration of the dispersed alumina phase.

[0104] Um requisito necessário para que 0 espalhamento de luz ocorra é que a(s) fase(s) dispersa(s) tenha(m) índice(s) de refração diferente(s) do material que compõe a matriz e que sua dimensão seja da ordem do comprimento de onda da luz laser incidente. Tais condições são atendidas no sistema usado.[0104] A necessary requirement for light scattering to occur is that the scattered phase (s) have different refractive index (s) than the matrix material and dimension is of the order of the wavelength of the incident laser light. Such conditions are met in the system used.

Análise qualitativa via Curva de Espalhamento 3DQualitative analysis via 3D Scatter Curve

[0105] A Figura 10 mostra as Curvas de Espalhamento 3D (em três dimensões) da variação na intensidade da luz espalhada (no eixo Z) em função do aumento da concentração de partículas de alumina AI2O3 (tamanho médio de partícula D50 = 0,58 pm) finamente dispersa em filmes sólidos de poliestireno. As concentrações utilizadas foram baixas e incrementais: 0,1; 0,3; 0,5; 0,7 e 1,0 % em massa de pó de alumina em poliestireno. A observação de tais curvas é indicada quando se requer uma análise qualitativa apenas.[0105] Figure 10 shows the 3D Scatter Curves (in three dimensions) of the variation in scattered light intensity (on the Z axis) as a function of increasing alumina particle concentration AI2O3 (mean particle size D50 = 0.58 pm) finely dispersed in polystyrene solid films. The concentrations used were low and incremental: 0.1; 0.3; 0.5; 0.7 and 1.0% by weight of polystyrene alumina powder. Observation of such curves is indicated when qualitative analysis is required only.

[0106] A Curva de Espalhamento 3D é deslocada para maiores valores no eixo Z (toda a curva sobe) mostrando um aumento contínuo da intensidade da luz espalhada com o aumento da concentração da fase dispersa de alumina. Estas Curvas de Espalhamento 3D são aproximadamente circulares e se mantêm como tal com o aumento da concentração de alumina, pois se trata de filmes com partículas aproximadamente esféricas e homogeneamente dispersas na matriz polimérica, sem nenhuma orientação preferencial. O padrão circular da Curva de Espalhamento 3D se mantem constante independentemente da concentração das partículas. Isso demonstra a sensibilidade de análise qualitativa do equipamento detector óptico (100) de LALLS a pequenas variações na concentração e orientação da segunda fase em uma matriz essencialmente amorfa e seu potencial de uso no controle de qualidade em tempo real durante a análise de fundidos e produtos acabados de parede fina, ambos constituídos por compósitos poliméricos.[0106] The 3D Scatter Curve shifts to higher values on the Z axis (the whole curve goes up) showing a continuous increase in scattered light intensity with increasing concentration of the scattered alumina phase. These 3D Scatter Curves are approximately circular and remain as such with increasing alumina concentration as these films are approximately spherical and homogeneously dispersed particles in the polymer matrix without any preferential orientation. The circular pattern of the 3D Scatter Curve remains constant regardless of particle concentration. This demonstrates the sensitivity of LALLS optical detector equipment (100) qualitative analysis to small variations in second phase concentration and orientation in an essentially amorphous matrix and its potential for use in real-time quality control during melt and product analysis. thin-wall finishes, both made of polymer composites.

Análise quantitativa via Curva de Espalhamento de Mie simplificada [0107] As Curvas de Espalhamento 3D associadas a sistemas poliméricos com partículas dispersas permitem, segundo os modelos de espalhamento da luz, fazer uma análise quantitativa, por exemplo, estimar o diâmetro médio das partículas contidas nas amostras.Quantitative analysis via simplified Mie Scatter Curve [0107] 3D Scatter Curves associated with scattered particle polymer systems allow, according to light scattering models, to perform a quantitative analysis, for example, to estimate the average particle diameter contained in the particles. samples.

[0108] Para tanto é mostrado o gráfico da Figura 11, que é uma das possíveis formas de apresentação em tela e em tempo real (in-line) do comportamento quantitativo do meio em termos do tamanho médio de partícula da segunda fase dispersa. Neste gráfico é feita uma primeira forma de análise quantitativa dos dados apresentados na Figura 10 mostrando os perfis de espalhamento de luz de filmes de poliestireno PS contendo partículas de alumina AI2O3 dispersas com diâmetro médio (D50) de 0,58 pm, sob diferentes concentrações percentuais em massa, como mostrado. Para referência também são mostradas as curvas calculadas pelo modelo de espalhamento de Mie destas partículas esféricas com diâmetros únicos e fixos de 0,5 e 1,0 mícron. Os pontos experimentais obtidos em tempo real se posicionam entre as duas curvas de referência, independentemente da sua concentração, indicando que o tamanho médio das partículas presentes na amostra está entre estes dois limites, o que concorda com o valor estimado por outras técnicas, mostrando a eficiência quantitativa do equipamento.To this end, the graph of Figure 11 is shown, which is one of the possible forms of on-screen and real-time presentation of the quantitative behavior of the medium in terms of the mean particle size of the second dispersed phase. In this graph a first form of quantitative analysis of the data presented in Figure 10 is shown showing the light scattering profiles of PS polystyrene films containing 0.58 pm average diameter (D50) dispersed alumina particles under different percentage concentrations. in bulk, as shown. For reference also shown are the curves calculated by the Mie scattering model of these spherical particles with single and fixed diameters of 0.5 and 1.0 microns. The experimental points obtained in real time are positioned between the two reference curves, regardless of their concentration, indicating that the average particle size present in the sample is between these two limits, which agrees with the value estimated by other techniques, showing the quantitative efficiency of the equipment.

[0109] Essa estimativa condiz com a caracterização off-line tradicional realizada através do equipamento comercial utilizado como controle, no qual foi medido o diâmetro mediano destas partículas e obteve-se 0,58 pm.[0109] This estimate is consistent with the traditional off-line characterization performed using the commercial control equipment, in which the median diameter of these particles was measured and 0.58 pm was obtained.

[0110] Existem, naturalmente, diferenças entre os pontos medidos e a forma das curvas calculadas, pois as partículas reais são polidispersas e não necessariamente esféricas e o modelo teórico considera um sistema monodisperso de esferas rígidas, ou seja, todas as partículas são esféricas e tem o mesmo diâmetro. Os pontos experimentais são, portanto, 0 resultado da superposição de diversos perfis de espalhamento, ponderadamente de acordo com a fração volumétrica de cada fração de tamanho de partícula.There are, of course, differences between the measured points and the shape of the calculated curves, since the actual particles are polydisperse and not necessarily spherical and the theoretical model considers a monodisperse system of rigid spheres, ie all particles are spherical and It has the same diameter. The experimental points are therefore the result of overlapping various scattering profiles, weighted according to the volumetric fraction of each particle size fraction.

[0111] A Figura 12 apresenta outro passo na análise quantitativa dos dados da Figura 11 onde os perfis individuais para cada concentração foram substituídos pelo perfil médio de espalhamento calculado a partir da média das intensidades espalhadas em cada ângulo e concentração. Isto é válido pois o perfil de espalhamento, dentre os limites de detecção do equipamento (a ser discutido mais á frente na Figura 16), é independente da concentração da fase dispersa. Neste caso, tem-se uma melhor visualização dos pontos que se posicionam entre os dois limites formados pelas curvas teóricas calculadas segundo Mie. A estes pontos experimentais pode ser ajustada uma reta com parâmetros (12) [0112] Tais parâmetros são usados para a determinação quantitativa do diâmetro médio de partícula da alumina, produzindo valor de 0,80 microns muito próximo do valor medido por outros meios que é de 0,58 microns.Figure 12 presents another step in the quantitative analysis of the data in Figure 11 where the individual profiles for each concentration were replaced by the average scattering profile calculated from the average of the scattered intensities at each angle and concentration. This is valid because the spreading profile within the detection limits of the equipment (to be discussed later in Figure 16) is independent of the dispersed phase concentration. In this case, we have a better visualization of the points that are positioned between the two limits formed by the theoretical curves calculated according to Mie. To these experimental points can be fitted a line with parameters (12) [0112] Such parameters are used for the quantitative determination of the average particle diameter of alumina, yielding a value of 0.80 microns very close to the value measured by other means which is 0.58 microns.

[0113] A Figura 13 mostra uma proposta possível de simplificação do uso dos Perfis de Espalhamento Normalizados calculados a partir da teoria de Mie. Isto é feito ajustando-se retas a tais perfis calculados para os diferentes tamanhos de partícula. Observou-se que quando os perfis são normalizados, fazendo-se a intensidade máxima calculada como um valor unitário, tais perfis pouco mudam quando os materiais do meio e da fase dispersa são mudados para tamanhos de partículas até 2 microns. A partir deste valor alguma diferença é observada. Para efeito de simplificação assumiu-se aqui um comportamento médio igual para todos os possíveis sistemas, comportamento médio este que podería ser representado simplificadamente por retas com mesmo valor de intercepto fixo e igual para todas as retas de 1,167, valor já previamente observado no ajuste dos dados da Figura 12.[0113] Figure 13 shows a possible proposal for simplifying the use of Normalized Spread Profiles calculated from Mie's theory. This is done by fitting straight lines to such calculated profiles for the different particle sizes. It has been observed that when the profiles are normalized to the maximum intensity calculated as a unit value, such profiles change little when the medium and dispersed phase materials are changed to particle sizes up to 2 microns. From this value some difference is observed. For the sake of simplicity, an average behavior was assumed here for all possible systems, which could be represented simply by lines with the same fixed intercept value and equal for all lines of 1.167, a value previously observed in the adjustment of data from Figure 12.

[0114] Para a determinação da relação inclinação das retas ajustadas e tamanho de partícula construiu-se o grafico da Figura 14. Nela é mostrado a variação da inclinação das retas ajustadas aos Perfis de Espalhamento Normalizados calculados pelo modelo de Mie para qualquer par meio/fase dispersa em função do tamanho médio de partícula da fase dispersa. A inclinação fornece a relação: (13) [0115] Assim conhecendo-se a inclinação da reta ajustada aos pontos experimentais medido em tempo real é possivel estimar o diâmetro médio das partículas dispersas no meio através da aplicação da relação inversa da Equação 13, ou seja: (14) [0116] A Figura 15 mostra o procedimento para a análise quantitativa do perfil de espalhamento apresentado pela amostra, seguindo o método aqui proposto utilizando-se a simplificação do modelo de Mie. Nela as curvas normalizadas de Mie são substituídas por retas com intercepto comum (= 1,167) e inclinação dependente do tamanho médio de partícula (Diâmetro (em pm) = -18,5*lnclinação) [0117] A intensidade de luz laser espalhada foi medida nos ângulos: B=4,59°, C=5,92°, D=7,26°, E=8,58°, F=9,89° e G=11,18°, convertida em intensidade normalizada fixando o mais intenso, que é primeiro ponto relativo ao menor ângulo (B=4,59°) com valor igual a unidade. Os demais pontos são então normalizados e incluídos na Figura 15, formando a curva com pontos quadrados cheios.For the determination of the slope of the straight lines fitted and particle size, the graph of Figure 14 is constructed. It shows the variation of the straight lines adjusted to the Normalized Spread Profiles calculated by the Mie model for any medium pair / dispersed phase as a function of the average particle size of the dispersed phase. The slope gives the relation: (13) [0115] Thus, knowing the slope of the experimentally-adjusted straight line measured in real time, it is possible to estimate the mean diameter of the particles dispersed in the medium by applying the inverse ratio of Equation 13, or namely: (14) [0116] Figure 15 shows the procedure for the quantitative analysis of the spreading profile presented by the sample, following the method proposed here using the simplification of the Mie model. Here the normalized Mie curves are replaced by lines with common intercept (= 1.167) and inclination dependent on average particle size (Diameter (in pm) = -18.5 * inclination) [0117] Scattered laser light intensity was measured. at angles: B = 4.59 °, C = 5.92 °, D = 7.26 °, E = 8.58 °, F = 9.89 ° and G = 11.18 °, converted to normalized intensity by setting the most intense, which is the first point relative to the smallest angle (B = 4.59 °) with a value equal to unity. The other points are then normalized and included in Figure 15, forming the curve with full square points.

[0118] A partir deste conjunto de pontos uma reta é ajustada e sua inclinação medida, de modo que aplicando-se a Equação 14 é possível estimar o tamanho médio de partícula. No caso mostrado na Figura a inclinação é de -0,14 e o diâmetro calculado é de 2,6 pm, muito próximo do valor obtido por outros meios que é Dso = 2,38 pm.From this set of points a line is adjusted and its slope measured so that by applying Equation 14 it is possible to estimate the average particle size. In the case shown in the Figure the slope is -0.14 and the calculated diameter is 2.6 pm, very close to the value obtained by other means which is Dso = 2.38 pm.

[0119] Outra forma de apresentação visual é aquela, também mostrada na Figura 15, onde os pontos experimentais (quadrados pretos cheios) são transladados mantendo-se os seus mesmos ângulos de leitura, mesma inclinação e definindo-se o intercepto em 1,167, como já anteriormente mencionado. Este deslocamento posiciona os pontos entre as retas simuladas (círculos vazios) que representam o comportamento de partículas únicas de 2 pm e 3 pm, permitindo uma avaliação visual rápida.Another form of visual presentation is that, also shown in Figure 15, where the experimental points (full black squares) are translated keeping their same reading angles, same inclination and setting the intercept at 1.167 as previously mentioned. This displacement positions the points between the simulated lines (empty circles) that represent the behavior of single 2 pm and 3 pm particles, allowing for rapid visual evaluation.

Grau de anisotropia [0120] Sistemas isotrópicos são sistemas que apresentam a mesma propriedade em qualquer direção que ela seja medida. Por outro lado se o valor da propriedade variar com a direção da medida então o sistema é dito anisotrópico ou que apresenta anisotropia. A anisotropia pode ser quantificada sendo normalmente um número fracionário entre zero e 1 (um), quanto maior e mais próximo de 1 maior a anisotropia. Partículas alongadas (por exemplo fibras) com razão de aspecto maior que 1, fases e/ou agregados alongados, orientação destas estruturas em uma direção preferencial são exemplos de sistemas com anisotropia. Como várias propriedades são afetadas pela orientação destas estruturas então se torna necessário conhecer sua existência e quantificar o grau de anisotropia.Degree of Anisotropy [0120] Isotropic systems are systems that have the same property in any direction it is measured. On the other hand if the property value varies with the direction of measurement then the system is said to be anisotropic or anisotropic. Anisotropy can be quantified and is usually a fractional number between zero and 1 (one), the larger and closer to 1 the greater the anisotropy. Elongated particles (e.g. fibers) with aspect ratio greater than 1, elongated phases and / or aggregates, orientation of these structures in a preferred direction are examples of anisotropy systems. As various properties are affected by the orientation of these structures then it becomes necessary to know their existence and to quantify the degree of anisotropy.

[0121] Através da análise quantitativa do espalhamento de luz a baixos ângulos é possível quantificar o grau de orientação de estruturas dispersas na matriz polimérica, seja na forma de partículas alongadas dispersas, fases poliméricas orientadas, etc.Through quantitative analysis of light scattering at low angles, it is possible to quantify the degree of orientation of dispersed structures in the polymer matrix, either in the form of scattered elongated particles, oriented polymeric phases, etc.

[0122] O grau de anisotropia de um sistema pode ser calculado através das equações 15 a 17 abaixo: (15) (16) (17) onde q: vetor de espalhamento, qx: componente x do vetor de espalhamento, qy: componente y do vetor de espalhamento, /: intensidade luminosa, n: indice de retração da partícula, λ: comprimento de onda do laser, Θ: ângulo de espalhamento, Ι(θ): intensidade espalhada no ângulo Θ, Io: intensidade incidente.[0122] The degree of anisotropy of a system can be calculated from equations 15 to 17 below: (15) (16) (17) where q: scatter vector, qx: component x of the scatter vector, qy: component y of the scattering vector, /: luminous intensity, n: particle shrinkage index, λ: laser wavelength, Θ: scattering angle, Ι (θ): scattered intensity at angle Θ, Io: incident intensity.

[0123] A partir da Curva de Espalhamento 3D o sistema de gerenciamento calcula em tempo real o valor do grau de anisotropia e o apresenta em tela, na forma de um número ou em gráficos de controle. O operador pode então tomar ação corretiva. O sistema também pode trabalhar de forma fechada, retroalimentando esta informação automaticamente, alterando as condições de operação com intenção de restaurar o grau de anisotropia previamente estipulado.[0123] From the 3D Scatter Curve the management system calculates the value of the degree of anisotropy in real time and displays it on screen, in the form of a number or in control graphs. The operator can then take corrective action. The system can also work in a closed manner, automatically feeding this information back, altering the operating conditions with the intention of restoring the previously stipulated anisotropy degree.

[0124] O resultado deste ensaio demonstra o potencial do equipamento detector óptico (100) de LALLS da invenção na caracterização em tempo real do tamanho de partículas ou do estado de agregação destas.The result of this assay demonstrates the potential of the LALLS optical detector equipment (100) of the invention in real time characterization of particle size or aggregation state.

Análise quantitativa de filmes poliméricos mono-orientados [0125] Uma segunda forma de validação em bancada empregou filmes de blendas de polietileno de alta densidade (HDPE) e polietileno linear de baixa densidade (LLDPE), os filmes sendo orientados por estiramento a quente.Quantitative Analysis of Mono-Oriented Polymeric Films [0125] A second form of bench validation used high density polyethylene (HDPE) and low density linear polyethylene (LLDPE) blending films, the films being hot drawn oriented.

[0126] Tais polímeros são semicristalinos e o efeito do estiramento imposto no filme sobre a orientação da fase cristalina foi analisado. Os filmes foram obtidos por extrusão-sopro e em seguida estirados a quente em rolos de laminação em diferentes níveis de puxamento: 2, 3, 4, 5 e 6 vezes o comprimento inicial. Tal procedimento força a rotação e reorientação dos cristais dispersos na matriz amorfa aumentando seu grau de orientação cristalina ao longo da direção de máquina (machine direction ou MD) produzindo filmes mono-orientados chamados de MDO (Machine Direction Oriented films).Such polymers are semicrystalline and the effect of stretch imposed on the film on the orientation of the crystalline phase was analyzed. The films were obtained by extrusion-blowing and then hot drawn into rolling rolls at different pull levels: 2, 3, 4, 5 and 6 times the initial length. Such a procedure forces the rotation and reorientation of dispersed crystals in the amorphous matrix increasing their degree of crystalline orientation along machine direction (MD) producing single-oriented films called MDO (Machine Direction Oriented Films).

[0127] A Figura 16 mostra uma sequência de Curvas de Espalhamento 3D obtidas em tempo real (in-line) com o aumento do grau de estiramento e, portanto da orientação cristalina de tais filmes sólidos mono-orientados da blenda HDPE/LLDPE.Figure 16 shows a sequence of in-line 3D Scatter Curves with increasing degree of stretching and therefore of the crystalline orientation of such HDPE / LLDPE blend mono-oriented solid films.

[0128] Inicialmente a baixos graus de estiramento e portanto baixos níveis de orientação cristalina as Curvas de Espalhamento 3D mostram um padrão circular, homogêneo e simétrico em todas as direções. Com o aumento do grau de estiramento e o consequente aumento do nível de orientação cristalina tem-se a transformação deste padrão de espalhamento circular para um padrão de espalhamento alongado que é tanto mais característico (alongado) em estruturas mono-orientadas, quanto maior for o grau de estiramento/orientação. No sistema utilizado para esta validação o padrão da Curva de Espalhamento 3D muda radicalmente a partir da razão de estiramento 4x, de circular para alongado.Initially at low degrees of stretching and therefore low levels of crystalline orientation the 3D Scatter Curves show a circular, homogeneous and symmetrical pattern in all directions. With the increase of the degree of stretching and the consequent increase of the crystalline orientation level, this circular scattering pattern is transformed into an elongated scattering pattern that is all the more characteristic (elongated) in monoriented structures, the larger the size. degree of stretching / orientation. In the system used for this validation the 3D Scatter Curve pattern changes radically from the 4x stretch ratio from circular to elongated.

[0129] Pelos resultados, nota-se claramente que, com o aumento incrementai do estiramento a morfologia da fase cristalina sofre reorientação, a qual se torna mais pronunciada a partir do nível de estiramento de 4X. A partir de 4X, a morfologia pouco se altera com os estiramentos adicionais, ou seja, o grau de orientação revela um comportamento assintótico. O operador da linha de extrusão a sopro com mono-orientação pode então decidir o grau de orientação a ser imposto no filme sendo produzido não pelo grau de estiramento mas sim pelo seu real efeito na orientação do filme, revelado pelo método de análise LALLS in-line aqui proposto. Isso mostra a sensibilidade do detector de LALLS da invenção também a mudanças na orientação da fase cristalina em sistemas semicristalinos, tais como polímeros e blendas poliméricas.From the results, it is clearly noted that with the incremental stretching increase the morphology of the crystalline phase undergoes reorientation, which becomes more pronounced from the 4X level of stretching. From 4X, the morphology changes little with the additional stretches, ie the degree of orientation reveals asymptotic behavior. The operator of the single orientation blow extrusion line can then decide the degree of orientation to be imposed on the film being produced not by the degree of stretching but by its actual effect on the orientation of the film, revealed by the LALLS analysis method. proposed here. This shows the sensitivity of the LALLS detector of the invention also to changes in crystalline phase orientation in semicrystalline systems such as polymers and polymer blends.

Intervalo de operacionalidade dos fototransístores [0130] Para que as Curvas de Espalhamento 3D possam ser analisadas de forma quantitativa é necessário que o nível de intensidade luminosa medida por cada um dos 90 fototransístores esteja dentro do intervalo de iluminação LIN-LSN definido durante o nivelamento dito nível sendo feito pela placa de iluminação homogênea para nivelamento.Operating Range of Phototransistors [0130] In order for the 3D Scatter Curves to be quantitatively analyzed, the light intensity level measured by each of the 90 phototransistors must be within the LIN-LSN illumination range defined during said leveling. level being made by homogeneous lighting plate for leveling.

[0131] A Figura 17 ilustra um exemplo de gráfico com a resposta de seis (6) fototransístores (12), posicionados de C até H do raio 1 (ver codificação na Figura 7) durante a obtenção das Curvas de Espalhamento 3D apresentados na Figura 16, onde são usados filmes sólidos de blendas de HDPE/LDPE com diferentes níveis de mono-orientação. Outros conjuntos de fototransístores (12) poderíam ser analisados, aumentando a confiabilidade das medidas. Neste gráfico são marcados os limites inferiores de nivelamento (LIN) e o limite superior de nivelamento (LSN) para comparação direta. Os sinais de cada fototransístor (12) devem ficar todos dentro de tais limites, permitindo assim que as Curvas de Espalhamento 3D da amostra a ser analisada possam ser interpretadas de forma quantitativa.Figure 17 illustrates an example response graph of six (6) phototransistors (12) positioned from C to H of radius 1 (see coding in Figure 7) during obtaining the 3D Spread Curves shown in Figure 16, where solid HDPE / LDPE blend films with different levels of mono orientation are used. Other sets of phototransistors (12) could be analyzed, increasing the reliability of the measurements. In this graph the lower leveling limits (LIN) and the upper leveling level (LSN) are marked for direct comparison. The signals from each phototransistor (12) must all be within such limits, thus allowing the 3D Scatter Curves of the sample to be analyzed to be interpreted quantitatively.

[0132] Uma das forma de ajustar o sinal dos fototransístores (12) para cairem dento de tais limites de leitura utiliza o Controle de intensidade do laser, já descrito anteriormente. Para que a resposta dos fototransístores esteja em sua faixa útil de leitura é necessário que a intensidade de luz espalhada que os atinje esteja entre um mínimo que não seja afetado pelo ruído LIN e um máximo que não sature sua resposta LSN. Para tanto gita-se o filtro polarizador até uma posição tal que a maior parte dos sinais caia dentro dos limites mencionados.One way of adjusting the signal of the phototransistors (12) to fall within such reading limits uses the Laser Intensity Control, already described above. In order for the phototransistor response to be within its readable range it is necessary that the scattered light intensity reaching them be between a minimum that is not affected by the LIN noise and a maximum that does not saturate their LSN response. For this purpose the polarizing filter is shaken to such a position that most of the signals fall within the limits mentioned.

Efeito da orientação no espalhamento [0133] A Figura 18 mostra a Curva de Espalhamento 3D de uma única fibra de politereftalato de etileno (PET) medido em duas direções perpendiculares. Ela mostra o intenso espalhamento de luz laser devido à grande orientação das fases amorfas e cristalinas presentes na fibra e orientadas na direção de puxamento i.e. longitudinal da fibra. O intenso espalhamento se dà na direção perpendicular à orientação longitudinal da fibra.Effect of scattering orientation [0133] Figure 18 shows the 3D Scattering Curve of a single ethylene polyethylene terephthalate (PET) fiber measured in two perpendicular directions. It shows the intense scattering of laser light due to the large orientation of the amorphous and crystalline phases present in the fiber and oriented in the i.e. longitudinal pull direction of the fiber. The intense scattering occurs in the direction perpendicular to the longitudinal orientation of the fiber.

Análise quantitativa durante o processo de extrusão [0134] O equipamento detector óptico (100) de LALLS foi testado em tempo real durante o processo de extrusão de sistemas polifásicos fundidos, a fim de avaliar duas condições da fase dispersa: (i) uma morfologia estável, a partir do compósito polimérico poliestireno/alumina (diâmetro médio D50 = 2,38 pm) e (ii) uma morfologia variável, a partir de misturas poliméricas poliestireno/polipropileno (PS/PP).Quantitative analysis during the extrusion process [0134] LALLS optical detector equipment (100) was tested in real time during the extrusion process of fused polyphase systems to evaluate two dispersed phase conditions: (i) a stable morphology , from the polystyrene / alumina polymer composite (mean diameter D50 = 2.38 pm) and (ii) a variable morphology from polystyrene / polypropylene (PS / PP) polymer mixtures.

[0135] Para estes ensaios, foi utilizado fluxo de PS com fase dispersa com concentração transiente, adicionando-se sob a forma de pulsos a segunda fase, seja alumina particulada seja grãos de polipropileno PP.For these assays, transient concentration dispersed phase PS flux was used, with the second phase being pulsed, either particulate alumina or PP polypropylene grains.

[0136] O pulso de alumina consistiu em 0,1 g de um concentrado sólido (masterbatch) de 16,67% em peso, preparado através da dissolução de PS em clorofórmio, dispersão da alumina e posterior evaporação do solvente. O PP foi adicionado sob a forma de grãos (pellets), cuja massa total foi de 0,15 g. Os parâmetros de processo foram mantidos constantes: um perfil de rosca constante com alguns elementos de malaxagem KB45, à taxa de alimentação de 2 kg/h e à rotação de 75 rpm. Foram empregadas as temperaturas de 200°C para a dispersão de alumina e 220°C para a dispersão de PP, exceto na zona de alimentação onde foi mantida a temperatura de 180°C, para evitar aglomeração do polímero e bloqueio da alimentação.The alumina pulse consisted of 0.1 g of a 16.67% by weight solid masterbatch prepared by dissolving PS in chloroform, dispersing the alumina and further evaporating the solvent. PP was added as pellets with a total mass of 0.15 g. The process parameters were kept constant: a constant thread profile with some KB45 chipping elements at a feed rate of 2 kg / h and a rotation of 75 rpm. Temperatures of 200 ° C for alumina dispersion and 220 ° C for PP dispersion were used, except in the feed zone where the temperature was maintained at 180 ° C to avoid polymer agglomeration and feed blockage.

[0137] As Figuras 19 e 20 mostram a variação na intensidade da luz laser espalhada (eixo Z) formando o padrão de espalhamento com o decorrer do tempo, durante a passagem pelo detector óptico de LALLS (100) do pulso de partículas de alumina e de PP, respectivamente, durante a extrusão de PS. Este período de tempo entre a introdução do pulso na zona de alimentação da extrusora e sua completa saída após passar pelo detector posicionado na saída da extrusora é conhecido por Distribuição de Tempos de Residência DTR.Figures 19 and 20 show the variation in the intensity of the scattered laser light (Z axis) forming the scattering pattern over time, while passing through the LALLS optical detector (100) the pulse of alumina particles and of PP, respectively, during PS extrusion. This period of time between the introduction of the pulse into the extruder feed zone and its complete output after passing through the detector positioned at the extruder outlet is known as DTR Dwell Time Distribution.

[0138] Nota-se que a intensidade da luz espalhada é indetectável até aproximadamente 190s, conhecido por tempo de indução, período onde a fase dispersa ainda se encontra dentro da extrusora e não atingiu o dito detector LALLS. A partir deste tempo a concentração das partículas aumenta e por conseguinte a intensidade de luz espalhada até alcançar um máximo após aproximadamente 280s.It is noted that the scattered light intensity is undetectable up to approximately 190s, known as induction time, period where the scattered phase is still inside the extruder and has not reached said LALLS detector. From this time the particle concentration increases and therefore the scattered light intensity reaches a maximum after approximately 280s.

[0139] A intensidade da luz espalhada captada pelo dito detector decresce lentamente até que 800s depois do inicio do experimento ela se torna insignificante, definindo o tempo máximo de residência; e voltaria a ser nula novamente após um tempo teoricamente infinito.[0139] The intensity of the scattered light captured by said detector slowly decreases until 800s after the start of the experiment it becomes insignificant, defining the maximum residence time; and would be null again after a theoretically infinite time.

[0140] Da mesma forma como nos filmes sólidos, a intensidade do espalhamento é proporcionalmente maior com o aumento da concentração da fase espalhadora. Nota-se que o padrão da Curva de Espalhamento 3D mantém-se com uma forma circular durante a passagem do particulado cerâmico, pois a forma deste particulado é aproximadamente esférica e não orientado nas condições a que foi submetida.[0140] As with solid films, the scattering intensity is proportionally higher with increasing scattering phase concentration. Note that the 3D Scatter Curve pattern remains circular in shape during the passage of the ceramic particle, as the particle shape is approximately spherical and not oriented under the conditions to which it was subjected.

[0141] Partículas esféricas e bem dispersas produzem a mesma intensidade de espalhamento em todas as direções presentes no cone de espalhamento a um ângulo fixo. Isto produz uma Curva de Espalhamento 3D simétrica com relação ao eixo Z, que é circular quando visto em uma imagem em três dimensões (3D).Well dispersed spherical particles produce the same scattering intensity in all directions present in the scattering cone at a fixed angle. This produces a symmetric 3D Spread Curve with respect to the Z axis, which is circular when viewed in a three dimensional (3D) image.

[0142] Este padrão circular em 3D pode ser visto na Figura 19, e é característico de uma dispersão de partículas esféricas rígidas, como esperado para a dispersão de partículas de alumina em uma matriz de PS.[0142] This circular 3D pattern can be seen in Figure 19, and is characteristic of a rigid spherical particle dispersion, as expected for the dispersion of alumina particles in a PS matrix.

[0143] A Figura 20 mostra a variação do padrão da Curva de Espalhamento 3D de forma quantitativa através da intensidade da luz espalhada devido à passagem da segunda fase de PP durante a extrusão de PS.[0143] Figure 20 shows the variation of the 3D Scatter Curve pattern quantitatively through the scattered light intensity due to the passage of the second PP phase during PS extrusion.

[0144] O mesmo procedimento experimental usado para a obtenção da Figura 19 é também aqui usado para estudar a dispersão de um pulso de PP em um fluxo de PS amolecido. Assim uma quantidade fixa e definida de PP foi adicionada, na forma de um pulso, na zona de alimentação da extrusora. Este pulso é carregado pelo fluxo de PS por todo o comprimento da extrusora. São necessários 250s para que a fase dispersa de PP atinja o detector de LALLS, posicionado na saída da extrusora. Isto é visto pelo aumento da intensidade (eixo Z) do padrão de espalhamento a partir deste tempo.The same experimental procedure used to obtain Figure 19 is also used herein to study the dispersion of a PP pulse in a softened PS stream. Thus a fixed and defined amount of PP was added as a pulse to the extruder feed zone. This pulse is carried by PS flow through the entire length of the extruder. It takes 250s for the dispersed phase of PP to reach the LALLS detector positioned at the extruder outlet. This is seen by increasing the intensity (Z axis) of the scatter pattern from this time.

[0145] Com o passar do tempo a quantidade de PP aumenta e isto é visto pelo contínuo aumento da intensidade da Curva de Espalhamento 3D até atingir seu máximo a aproximadamente 300s após o lançamento do pulso, indicando a máxima concentração de partículas espalhadoras. A partir deste tempo a concentração de PP reduz e da mesma forma a intensidade da Curva de Espalhamento 3D, revelando um padrão de espalhamento alongado, típico de partículas de alta razão de aspecto com geometrias elipsoidais ou fibrilares. As últimas frações de fase dispersa deixam a extrusora após aproximadamente 1200s.[0145] Over time the amount of PP increases and this is seen by the continually increasing intensity of the 3D Scatter Curve to its maximum at approximately 300s after pulse release, indicating the maximum concentration of scattering particles. From this time on the PP concentration reduces the 3D Scatter Curve intensity similarly, revealing an elongated scattering pattern, typical of high aspect ratio particles with ellipsoidal or fibrillar geometries. The last dispersed phase fractions leave the extruder after approximately 1200s.

[0146] Diferente dos resultados obtidos com o particulado de alumina (Figura 19), agora, tendo como segunda fase dispersa um polímero, tem-se uma morfologia instável, que muda com a temperatura e tensões às quais é submetida. Durante a passagem das partículas de PP, o padrão de espalhamento muda de acordo com a forma dessas partículas.Unlike the results obtained with the alumina particulate (Figure 19), now, having as a second dispersed phase a polymer, has an unstable morphology, which changes with the temperature and stresses to which it is subjected. During the passage of the PP particles, the scattering pattern changes according to the shape of these particles.

[0147] Partículas esféricas produzem uma Curva de Espalhamento 3D com padrão circular, como já citado no caso das partículas ou aglomerados de partículas de alumina.[0147] Spherical particles produce a circular pattern 3D Scatter Curve, as already mentioned for alumina particles or particle agglomerates.

[0148] Partículas elipsoidais ou alongadas orientadas em uma dada direção, normalmente a de extrusão ou estiramento devido à presença de tensões cisalhantes, geram uma Curva de Espalhamento 3D com padrão alongado, posicionado na direção perpendicular á orientação destas, i.e. perpendicular ao fluxo ou direção de máquina (MD). Esse alongamento na Curva de Espalhamento 3D torna-se mais intenso à medida que a razão de aspecto das partículas aumenta, resultando em uma crista quando as partículas são fibrilares.Ellipsoidal or elongated particles oriented in a given direction, usually that of extrusion or stretching due to the presence of shear stresses, generate an elongated 3D Scatter Curve, positioned in the direction perpendicular to their orientation, ie perpendicular to the flow or direction. machine (MD). This elongation in the 3D Scatter Curve becomes more intense as the aspect ratio of the particles increases, resulting in a crest when the particles are fibrillar.

[0149] Curvas de Espalhamento 3D com padrão alongado, posicionado ortogonalmente á direção de fluxo Y, mostrado na Figura 19 indicam que as partículas dispersas da segunda fase de PP estão deformadas (alongadas) na direção do fluxo devido ao cisalhamento imposto durante a extrusão.[0149] Elongated pattern 3D scattering curves, positioned orthogonally to the Y flow direction, shown in Figure 19 indicate that the dispersed particles of the second PP phase are deformed (elongated) in the flow direction due to the shear imposed during extrusion.

[0150] Deve-se considerar que nesses sistemas de misturas poliméricas tem-se a coexistência de várias morfologias, então o padrão de espalhamento consiste na superposição do espalhamento da luz típico de cada uma. Tais morfologias se formam ao longo da altura do canal da matriz de extrusão, caminho óptico atravessado pelo feixe de laser.It should be considered that in these polymeric mixture systems there is the coexistence of various morphologies, so the scattering pattern consists of the superimposition of the scattering of light typical of each one. Such morphologies form along the height of the extrusion die channel, the optical path traversed by the laser beam.

[0151] Ensaios in-line durante a extrusão demonstram a sensibilidade e rapidez de resposta do equipamento detector (100) de LALLS a pequenas variações na concentração e morfologia da segunda fase, tais como o apresentado nas Figuras 19 e 20.In-line tests during extrusion demonstrate the sensitivity and rapid response of LALLS detector equipment (100) to small variations in second phase concentration and morphology, such as those shown in Figures 19 and 20.

[0152] O conhecimento em tempo real durante o processo de fabricação de um material polifásico do padrão característico da Curva de Espalhamento 3D revela importantes características da morfologia presente. Certa dose de modelagem matemática é necessária para a quantificação do tipo e grau de orientação da morfologia presente.[0152] Real-time knowledge during the manufacturing process of a polyphasic material of the characteristic 3D Scatter Curve pattern reveals important characteristics of the present morphology. A certain amount of mathematical modeling is required to quantify the type and degree of orientation of the present morphology.

[0153] O meio em análise é sólido, fundido (ou amolecido) ou na forma líquida em suspensão.The medium under analysis is solid, molten (or softened) or in liquid suspension form.

[0154] Assim o presente equipamento detector óptico (100) é útil, por exemplo, no acompanhamento (identificação e quantificação) em tempo real da morfologia de misturas e compostos poliméricos diretamente no processamento por extrusão. Isto torna o controle de qualidade muito mais eficiente, pois pode ser feito em tempo real, durante a produção do produto, em vez de se fazer no laboratório a partir de amostras removidas do fluxo. Tal procedimento é normalmente realizado off-line, com a coleta de amostras e teste a posteriori em laboratório.Thus the present optical detector equipment (100) is useful, for example, in the real-time monitoring (identification and quantification) of the morphology of polymeric mixtures and compounds directly in extrusion processing. This makes quality control much more efficient as it can be done in real time during product production rather than in the lab from samples removed from the stream. Such procedure is usually performed offline, with sample collection and post-test in the laboratory.

[0155] Também pode ser utilizado para avaliar em tempo real o grau de orientação e/ou estiramento de filmes de misturas poliméricas, como aqueles produzidos por extrusão ou extrusão-sopro.It can also be used to evaluate in real time the degree of orientation and / or stretching of films of polymeric mixtures, such as those produced by extrusion or extrusion-blow.

[0156] O controle de qualidade realizado a posteriori não só incorre no tempo de espera para a obtenção dos resultados (que pode demorar de horas a dias) como também é feito no material já acabado. Se alguma ação corretiva tiver que ser implementada na produção esta estará temporalmente defasada, podendo este tempo ser suficientemente longo para a produção de quantidades proibitivas de material classificado como em não-conformidade (off-grade) incorrendo em aumento do custo de produção.[0156] The quality control carried out afterwards not only incurs the waiting time for results (which may take hours to days) but is also done on finished material. If any corrective action has to be implemented in production it will be time-delayed and this time may be long enough to produce prohibitive quantities of off-grade material incurring an increase in production cost.

[0157] A medida in-line ou em tempo real fornece o resultado durante a produção do produto, permitindo ações corretivas imediatamente, sem tempo de espera.[0157] In-line or real-time measurement provides the result during product production, enabling corrective action immediately without waiting time.

[0158] O presente pedido compreende ainda o sistema de gerenciamento de todas as operações incluindo nivelamento de todos os fototransítores (12), alinhamento (70) do feixe laser, coleta da resposta de todos os fotoelementos (12) incluindo o fotoelemento central, conversão destes sinais em variáveis de interesse na caracterização do sistema com material polifásico, apresentação em tela de gráficos, curvas e dados de interesse e salvamento dos dados em planílias tipo txt.[0158] The present application further comprises the management system for all operations including leveling of all phototransmitters (12), laser beam alignment (70), response collection of all photoelements (12) including center photoelement, conversion of these signals in variables of interest in the characterization of the system with polyphasic material, on-screen presentation of graphs, curves and data of interest and saving of data in txt planilies.

REIVINDICAÇÕES

Claims (17)

1) Equipamento para detecção óptica de espalhamento de luz laser em baixo ângulo (LALLS) in-line, incluindo sistema (70) de alinhamento de laser, fonte (71) de luz laser, placa detectora (10) e câmara escura (20), sistema de refrigeração (30), estrutura tubular (60, 62) de conexão, caixa (80) de conversão de sinais, placa (90) de conversão A/D e computador (95) para executar software de monitoramento e controle, dito equipamento sendo caracterizado por compreender: a) Sobre a dita placa detectora (10) destinada a captar de forma quantitativa e espacialmente definida a intensidade de luz laser emitida por dita fonte de luz laser (71) e espalhada por uma amostra (51), um conjunto de: /) 90 fotoelementos (12) formando raios numerados de 1 a 9 defasados de 33,75° (27078) um do outro e ocupando três quadrantes (270°) e /7) um fotoelemento central (12) adicional encapsulado no fundo de um poço absorvente de luz formado por um pequeno cilindro oco (11) de aço inoxidável, placa com pinhole e plasticina preta; para o dito fotoelemento central (12) sendo dirigido, com auxílio do sistema de alinhamento de laser (70), o feixe de luz laser transmitido e não espalhado, adicionalmente o dito fotoelemento central (12) sendo destinado a quantificar a intensidade do feixe transmitido e não espalhado ao atravessar a amostra (51), medindo a turbidez do meio; b) na dita câmara escura (20), abertura lateral ou fenda (41) para inserção de uma placa transparente (40) de iluminação homogênea para nivelamento da resposta dos fotoelementos (12), dita placa de iluminação homogênea (40) emitindo luz homogênea sobre a dita placa (10) e compreendendo um conjunto de LEDs (42) dispostos lado a lado posicionados na borda da mesma, cada LED (42) emitindo luz de modo divergente sobre a lateral da dita placa (40), a luz advinda dos ditos LEDs (42) saindo ortogonalmente em (43) pela face radiante da dita placa (40); e c) um controlador de intensidade luminosa (61) para ajustar manualmente a intensidade luminosa com auxílio de um polarizador fixo e um polarizador móvel, de modo que o feixe de luz laser proveniente da fonte de luz laser (71) passa através do dito controlador (61) de intensidade luminosa fixado na estrutura tubular de conexão (60, 62).1) In-line low angle laser light scattering (LALLS) optical detection equipment including laser alignment system (70), laser light source (71), detector plate (10) and darkroom (20) , cooling system (30), tubular connection frame (60, 62), signal conversion box (80), A / D conversion board (90) and computer (95) for running monitoring and control software, said (a) On said detector plate (10) for quantitatively and spatially defined capturing the intensity of laser light emitted by said laser light source (71) and scattered by a sample (51); set of: /) 90 photoelements (12) forming radii numbered from 1 to 9 offset by 33.75 ° (27078) from each other and occupying three quadrants (270 °) and / 7) an additional central photoelement (12) encapsulated in the bottom of a light absorbing well formed by a small hollow stainless steel cylinder (11), plate with pinhole and black plasticine; for said central photoelement (12) being directed, with the aid of the laser alignment system (70), the transmitted and non-scattered laser light beam, additionally said central photoelement (12) being intended to quantify the intensity of the transmitted beam and not scattered across the sample (51), measuring the turbidity of the medium; b) in said darkroom (20), side opening or slot (41) for insertion of a transparent homogeneous illumination plate (40) for leveling the response of the photoelements (12), said homogeneous illumination plate (40) emitting homogeneous light above said plate (10) and comprising a set of LEDs (42) arranged side by side positioned on the edge thereof, each LED (42) emitting light divergingly on the side of said plate (40), the light coming from the said LEDs (42) exiting orthogonally at (43) by the radiant face of said plate (40); and c) a light intensity controller (61) for manually adjusting the light intensity with the aid of a fixed polarizer and a moving polarizer, so that the laser light beam from the laser light source (71) passes through said controller ( 61) having a luminous intensity fixed to the tubular connecting structure (60, 62). 2) Equipamento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a análise por espalhamento de uma amostra (51) de material polimérico extrudado compreender o acoplamento do dito equipamento detector a uma matriz de extrusão (50) dotada de janelas entre as quais flui dito material polimérico fundido ou amolecido, através das ditas janelas sendo transmitidos tanto o feixe de luz laser proveniente da fonte de luz laser (71) como o feixe de luz laser espalhado que atinge a placa detectora (10), no lado inferior da matriz tipo fenda (50) sendo fixado o sistema de alinhamento (70) da fonte de luz laser (71) e o feixe passa através de um controlador (61) de intensidade luminosa fixado na estrutura tubular de conexão (60).Equipment according to Claim 1, characterized in that the scattering analysis of a sample (51) of extruded polymeric material comprises coupling said detector equipment to an extrusion die (50) provided with windows between which said material flows. molten or softened polymeric light, through said windows being transmitted both the laser light beam from the laser light source (71) and the scattered laser light beam reaching the detector plate (10) on the underside of the slot matrix ( 50) the alignment system (70) of the laser light source (71) is fixed and the beam passes through a light intensity controller (61) attached to the tubular connection structure (60). 3) Equipamento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender alternativamente unir o sistema de alinhamento (70) da fonte de luz laser (71) e a câmara escura cônica (20) por uma conexão rígida (62) que mantém os mesmos fixos e colineares, formando um conjunto posicionado de modo a envolver a amostra (51) a ser analisada de tal forma que o raio laser atravesse a mesma, sendo efetuada medida sequencial e contínua de peças que se movimentam em uma esteira rolante.Equipment according to Claim 1, characterized in that it alternatively comprises joining the alignment system (70) of the laser light source (71) and the conical darkroom (20) by a rigid connection (62) which holds them in place. and collinear, forming a set positioned to surround the sample (51) to be analyzed in such a way that the laser beam passes therethrough, and sequential and continuous measurement of moving parts on a conveyor belt is performed. 4) Equipamento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por diminuir o ângulo máximo de espalhamento aumentando a distância entre a placa detectora (10) e a amostra (51) através de um prolongamento com a adição de um segmento de tubo flangeado, entre a câmara (20) e a placa detectora (10).Equipment according to claim 1, characterized in that it decreases the maximum spreading angle by increasing the distance between the detector plate (10) and the sample (51) by extending with the addition of a flanged tube segment between the chamber (20) and the detector plate (10). 5) Equipamento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o nivelamento dos sinais emitidos pelos fototransístores (12) compreender fazer variar discretamente a intensidade da luz emitida pelos LEDs (42) da placa de iluminação homogênea (40) em pelo menos 10 intervalos pré-definidos por meio de circuito eletrônico da caixa (80) de modo a produzir pelo menos 10 níveis de variação da intensidade luminosa representada pelas setas paralelas (43) que iluminam os 90 fototransístores (12), a resposta de cada um dos ditos fototransístores (12) sendo medida e os 900 sinais resultantes sendo salvos em um arquivo de dados do tipo matriz XY, sendo então gerada, para cada fototransístor (12), uma matriz de pares de pontos XY, dita matriz sendo ajustada com uma curva exponencial do tipo Y=a.EXP(bX), os coeficientes “a” e “b” sendo quantificados e arquivados para serem usados durante a medida de espalhamento, quanto então o sinal medido para cada fototransístor (12) é convertido em sinal nivelado, sendo possível comparar quantititativamente os sinais obtidos pelos diversos fototransístores (12).Equipment according to Claim 1, characterized in that the leveling of the signals emitted by the phototransistors (12) comprises discretely varying the light intensity emitted by the LEDs (42) of the homogeneous lighting plate (40) at least 10 pre-intervals. defined by means of the electronic circuitry of the box 80 so as to produce at least 10 levels of variation of light intensity represented by the parallel arrows (43) illuminating the 90 phototransistors (12), the response of each of said phototransistors ( 12) being measured and the resulting 900 signals being saved to an XY matrix data file, and then generating for each phototransistor (12) an array of XY point pairs, said matrix being fitted with an exponential curve of the type XY. Y = a.EXP (bX), the coefficients “a” and “b” being quantified and archived for use during the scattering measurement, and then the measured signal for each phototransistor (12) converted to level signal, and you can compare quantititativamente the signals obtained by the various phototransistors (12). 6) Equipamento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender pequenas janelas na forma de discos de um vidro transparente, assentadas em um rebaixo na matriz (50) e coladas com adesivo.Equipment according to Claim 1, characterized in that it comprises small windows in the form of discs of clear glass, seated in a recess in the die (50) and glued with adhesive. 7) Uso do equipamento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por dito uso ser, através da interpretação das curvas de espalhamento 3D, a determinação da concentração da fase dispersa, tamanho de partícula médio da fase dispersa, nível de orientação ou grau de anisotropia da fase dispersa, curva de distribuição de tempos de residência de modo a obter informações, em tempo real, quanto ao grau de dispersão da segunda fase, determinando a qualidade e eficiência do sistema de mistura usado na extrusora.Use of the apparatus according to claim 1, characterized in that said use is, through the interpretation of the 3D scattering curves, the determination of the dispersed phase concentration, dispersed phase mean particle size, orientation level or anisotropy degree. dispersion phase, residence time distribution curve in order to obtain real time information on the degree of dispersion of the second phase, determining the quality and efficiency of the mixing system used in the extruder. 8) Uso de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por ser na análise das características morfológicas do material polifásico que produz produtos acabados selecionados dentre filmes, fibras, frascos e garrafas.Use according to claim 7, characterized in that it is for the analysis of the morphological characteristics of the polyphasic material which produces finished products selected from films, fibers, vials and bottles. 9) Uso de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por ser no controle de qualidade em tempo real de sistemas fundidos e sólidos.Use according to claim 7, characterized in that it is for the real time quality control of cast and solid systems. 10) Uso de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por ser na estimativa do diâmetro médio das partículas contidas nas amostras (51).Use according to claim 7, characterized in that it is in the estimation of the average diameter of the particles contained in the samples (51). 11) Uso de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por ser na estimativa do estado de agregação das partículas contidas nas ditas amostras (51).Use according to claim 7, characterized in that it is in the estimation of the aggregation state of the particles contained in said samples (51). 12) Uso de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por ser na caracterização da presença e grau de orientação das partículas, e alternativamente, das fases dispersas.Use according to claim 7, characterized in that it is in characterizing the presence and degree of orientation of the particles, and alternatively of the dispersed phases. 13) Uso de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por ser na determinação do nível de orientação ou grau de anisotropia da fase dispersa de sistemas polifásicos.Use according to claim 7, characterized in that it is in determining the level of orientation or degree of anisotropy of the dispersed phase of polyphase systems. 14) Método para o monitoramento morfológico em tempo real de sistemas polifásicos com auxílio do equipamento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ditos sistemas polifásicos estarem no estado fundido e o dito monitoramento ser efetuado na saída de uma extrusora (50).Method for real-time morphological monitoring of polyphase systems with the aid of equipment according to claim 1, characterized in that said polyphase systems are in the molten state and said monitoring is carried out at the outlet of an extruder (50). 15) Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por compreender as seguintes etapas: a) adaptar o equipamento detector óptico (100) de LALLS da invenção a uma matriz (50) instalada na saída de uma extrusora destinada a extrudar sistemas polifásicos; b) inserir a placa de iluminação homogênea (40) com controle escalonado de intensidade na câmara escura (20) e proceder ao ciclo automatizado de nivelamento dos sinais emitidos pelos fototransístores (12) do dito detector óptico (100), neste procedimento automatizado sendo obtidos o par de coeficientes de cada fototransístor (12), em seguida após o procedimento de normalização remover a placa de nivelamento (40) da dita câmara escura (20); c) extrudar o dito sistema polifásico através da dita matriz (50) sob condições de extrusão até estabilização; d) ajustar a intensidade do feixe de laser proveniente da fonte de luz laser (71) om auxílio do controlador (61), girando o filtro polarizador até produzir em uma tela de computador (95) perfis de espalhamento dentro dos limites inferior (mínimo) e superior (máximo) de nivelamento, LIN-LSN; e) submeter o fundido polimérico, amostra (51), a análise em tempo real pelo espalhamento de luz laser em baixo ângulo, LALLS in-line; f) a partir dos sinais enviados pela placa detectora (10) e atuação do sistema de cálculos quantificar, em tempo real, a morfologia do dito sistema polifásico através de uma Curva de Espalhamento 3D, e a partir desta calcular o grau de anisotropia e adicionalmente ou alternativamente calcular a orientação molecular, tamanho médio de partícula sem estar limitado a estas variáveis; e g) em caso de necessidade de correção das condições de processo para obter a morfologia desejada, tomar as providências durante o processo.Method according to Claim 14, characterized in that it comprises the following steps: a) adapting the LALLS optical detector equipment (100) of the invention to a die (50) installed at the outlet of an extruder for extruding polyphase systems; b) inserting the homogeneous light plate (40) with stepped intensity control in the darkroom (20) and proceeding to the automated leveling cycle of the signals emitted by the phototransistors (12) of said optical detector (100), in this automated procedure being obtained. the pair of coefficients of each phototransistor (12), then after the normalization procedure remove the leveling plate (40) from said darkroom (20); c) extruding said polyphase system through said die (50) under extrusion conditions until stabilization; d) adjusting the intensity of the laser beam from the laser light source (71) with the aid of the controller (61) by rotating the polarizing filter to produce on a computer screen (95) scattering profiles within the lower (minimum) limits. and upper (maximum) leveling, LIN-LSN; e) subjecting the polymer melt, sample (51), to real-time analysis by low angle laser light scattering, in-line LALLS; f) from the signals sent by the detector plate (10) and the performance of the calculation system to quantify, in real time, the morphology of said polyphasic system through a 3D Scatter Curve, and from this to calculate the anisotropy degree and additionally or alternatively calculate molecular orientation, average particle size without being limited to these variables; and g) if the process conditions need to be corrected to obtain the desired morphology, make arrangements during the process. 16) Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por alternativamente o sistema polifásico compreender produtos acabados de parede fina, e o dito monitoramento ser aplicado diretamente na linha de produção.A method according to claim 1, characterized in that the polyphasic system alternatively comprises thin wall finished products and said monitoring is applied directly to the production line. 17) Método de acordo com a reivindicação 16, caracterizado por compreender as seguintes etapas: a) adaptar o equipamento detector óptico (100) de LALLS da invenção na linha de produção de produtos acabados de parede fina, feitos a partir de sistemas polifásicos; b) posicionar a entrada da câmara escura (20) o mais próximo possível do produto acabado; c) ajustar a distância entre a fonte de radiação laser (71) e a câmara escura (20) de tal forma a ser a menor possível; d) inserir a placa de iluminação homogênea (40) com controle escalonado de intensidade na câmara escura (20) e proceder ao ciclo automatizado de nivelamento dos sinais emitidos pelos fototransístores (12) do dito detector óptico (100), neste procedimento automatizado sendo obtidos o par de coeficientes de cada fototransístor (12), em seguida após o procedimento de normalização remover a placa de nivelamento (40) da dita câmara escura (20); e) com o produto acabado posicionado no caminho óptico do laser proveniente da fonte de luz laser (71) e ajustar a intensidade do laser com auxílio do controlador (61), girando o filtro polarizador até produzir na tela do computador (95) perfis de espalhamento dentro dos limites inferior (mínimo) e superior (máximo) de nivelamento, LIN-LSN; f) submeter o produto acabado à análise em tempo real pelo espalhamento de luz laser em baixo ângulo; g) a partir dos sinais enviados pela placa detectora (10) e atuação do sistema de cálculos quantificar, em tempo real, a morfologia do dito sistema polifásico do qual o produto acabado é feito através de uma Curva de Espalhamento 3D, e a partir da mesma calcular o grau de anisotropia e adicionalmente ou alternativamente a orientação molecular, tamanho médio de partícula, sem estar limitado a estas variáveis; e h) em caso de necessidade de correção das condições de processo para obter a morfologia desejada, tomar as providências durante o processo.A method according to claim 16, characterized in that it comprises the following steps: a) adapting the LALLS optical detector equipment (100) of the invention in the production line of thin-wall finished products made from polyphase systems; b) positioning the darkroom inlet (20) as close as possible to the finished product; c) adjusting the distance between the laser radiation source (71) and the darkroom (20) to be as small as possible; d) inserting the homogeneous light plate (40) with stepped intensity control in the darkroom (20) and proceeding to the automated leveling cycle of the signals emitted by the phototransistors (12) of said optical detector (100), in this automated procedure being obtained. the pair of coefficients of each phototransistor (12), then after the normalization procedure remove the leveling plate (40) from said darkroom (20); e) with the finished product positioned in the laser optical path from the laser light source (71) and adjust the laser intensity with the aid of the controller (61) by rotating the polarizing filter to produce on the computer screen (95) profiles of scattering within the lower (minimum) and upper (maximum) leveling limits, LIN-LSN; f) subjecting the finished product to real time analysis by low angle laser light scattering; g) from the signals sent by the detector plate (10) and performance of the calculation system to quantify, in real time, the morphology of said polyphasic system from which the finished product is made through a 3D Scatter Curve, and from the calculating the degree of anisotropy and additionally or alternatively the molecular orientation, mean particle size, without being limited to these variables; and h) if the process conditions need to be corrected to obtain the desired morphology, make arrangements during the process.

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