DE19820948C1 - Machine controlling plastic granule quality under realistic conditions - Google Patents

Machine controlling plastic granule quality under realistic conditions

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Abstract

The metering extruder (1) feeds a head (2) blowing a flat test sheet (5). A controlled tempering and cooling unit (3, 4) feeds the test sheet through a measurement chamber (6) containing an IR light source (7). An FTIR (Fourier transform infra red ) spectrometer gathers and resolves the IR light. An instrument processes the signals from the detector (8). An Independent claim is included for the corresponding method of quality control. Sheet is made from a sample of granules in the machine, and the infra red absorption spectrum is evaluated, to determine properties of the granules. Preferred features: Between measurement volume and source, the light is linearly-polarized. A roller unit includes a sheet positioner with two guide rollers. This maintains IR incidence on the sample sheet, at the Brewster angle. The positioner includes a drum in bearings. This carries further bearings, mounting the guide rollers. All three axes are mutually parallel and lie in one plane. The drum axis is central to the two rollers, and lies between detector and IR source. The source wave length lies in the mid infra red spectrum.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Qualitätskontrolle von Kunststoffgranu­ lat.The present invention relates to a device and a method for quality control of plastic granules lat.

Solche Vorrichtungen werden verwendet, um Materialeigenschaf­ ten von Kunststoffgranulat zu überprüfen und ggf. aufgrund der Überprüfung gewonnene Informationen bei der Herstellung des Kunststoffgranulats zu berücksichtigen.Such devices are used to material properties plastic granules and, if necessary, due to the Review information obtained when manufacturing the Plastic granules to be considered.

Zur Untersuchung von Materialeigenschaften von Kunststoff wird beispielsweise Infrarot-Spektroskopie eingesetzt, so daß auf optischem Wege versucht wird, Eigenschaften der Kunststoffe festzustellen. So ist es aus der DD 273 175 A3 bekannt, von einer einem Reaktor bzw. Granulator entnommenen Probe eine Preßfolie herzustellen und diese mit Hilfe der Infrarot-Spek­ troskopie zu untersuchen. Eine kontinuierliche Überprüfung der Eigenschaften des zu überprüfenden Granulats ist hier jedoch nicht möglich, da die Herstellung der Preßfolie und die Vor­ bereitung der spektroskopischen Messungen zu viel Zeit in Anspruch nimmt. Eine Online-Überprüfung der Qualität des her­ gestellten Kunststoffgranulats ist somit ebenfalls nicht mög­ lich.For the investigation of material properties of plastic for example infrared spectroscopy is used so that on optical ways are tried, properties of plastics ascertain. So it is known from DD 273 175 A3, from a sample taken from a reactor or granulator Manufacture press film and this with the help of infrared spec to examine microscopy. A continuous review of the However, the properties of the granules to be checked are here not possible because the production of the press film and the pre preparation of the spectroscopic measurements too much time in Takes up. An online review of the quality of her provided plastic granulate is therefore also not possible Lich.

Außerdem ist es aus der DE 33 06 476 A1 bekannt, zur Quali­ tätskontrolle von Kunststoffgranulaten in einer Zuleitung zu einem Verarbeitungsextruder eine Abzweigleitung vorzusehen, über die ein kleiner Anteil Granulat einem Meßextruder zu­ geleitet wird. Zur Überprüfung der Qualität der Granulat­ schmelze, die aus dem Meßextruder austritt, wird der Druck vor einer Meßdüse des Meßextruders, die Schwankungsbreite des dort gemessenen Druckes und die Elastizität des aus der Meßdüse austretenden Schmelzstrangs gemessen. Materialeigenschaften von Kunststoffgranulat, wie dessen chemische Zusammensetzung, sind mit der dort beschriebenen Vorrichtung nicht meßbar. Außerdem ist es aus der Veröffentlichung "Orientierungsmessung liefert Zugfestigkeit Online" von W. Michaeli und J. Hauck in Kunststoffe, 87 (1997) 5, bekannt, zur Online-Überprüfung der Zugfestigkeit von PE-LD- und PS-Schlauchfolien eine optische Meßvorrichtung einzusetzen, mit der die Doppelbrechung der untersuchten Folie gemessen wird und daraus auf die mecha­ nischen Folieneigenschaften Schrumpf- und Zugfestigkeit ge­ schlossen wird. Die dort beschriebene Vorrichtung gestattet zwar die Online-Überprüfung einer mechanischen Eigenschaft einer Kunststoffolie, jedoch ist auch hier keine Möglichkeit gegeben, die chemische Zusammensetzung der Folie Online fest­ zustellen.It is also known from DE 33 06 476 A1 for qualification plastic granules in a supply line to provide a branch line to a processing extruder, through which a small proportion of granulate to a measuring extruder is directed. To check the quality of the granules melt that emerges from the measuring extruder, the pressure before a measuring nozzle of the measuring extruder, the range of fluctuation there measured pressure and the elasticity of the measuring nozzle emerging melt strand measured. Material properties of plastic granulate, such as its chemical composition, are not measurable with the device described there.  It is also from the publication "Orientation Measurement provides tensile strength online "by W. Michaeli and J. Hauck in Kunststoffe, 87 (1997) 5, known for online review of the The tensile strength of PE-LD and PS tubular films is an optical one Use measuring device with which the birefringence of investigated film is measured and from it to the mecha niche film properties shrink and tensile strength is closed. The device described there permits the online check of a mechanical property a plastic film, but here too there is no possibility given the chemical composition of the film online to deliver.

Weiterhin ist aus der WO 91/07650 ein Verfahren zum Messen des Grades für eine Ausheilung eines Harz-Materials in einem Ver­ bundmaterial, wie einem Prepreg bekannt, bei dem IR-Spektro­ skopie eingesetzt wird. Unter Einsatz einer IR-Lichtquelle und eins IR-Spektrometers wird die Absorption des Verbundmateri­ als für zwei verschiedene IR-Wellenlängen gemessen. Aus den zwei gewonnenen Absorptionswerten wird deren Verhältnis be­ rechnet und zur Ableitung des Grades - für die Ausheilung des Harzes verwendet. Zur Durchführung des Verfahrens wird eine Vorrichtung eingesetzt, bei der ein Flachmaterial zu Imprä­ gnierungszwecken mit Harz beschichtet wird und das daraus entstehende Verbundmaterial zwischen IR-Lichtquellen einer­ seits und einem FTIR-Spektrometer andererseits hindurchgeführt wird, so daß Absorptions-Einzelwerte gemessen werden können. Eine Identifizierung einzelner chemischer Verbindungen oder Stoffe, die in dem Verbundmaterial enthalten sind, ist nicht möglich, da lediglich hinsichtlich des IR-Spektrums einzelne Apsorptionswerte gemessen werden. Außerdem dienen das Verfah­ ren und die Vorrichtung, die in der WO 91/07650 beschrieben sind, zur Durchführung von Messungen, aus denen auf die Quali­ tät von Kunststoffgranulaten geschlossen werden könnte.Furthermore, WO 91/07650 describes a method for measuring the Degree of curing of a resin material in a ver bundle material, known as a prepreg, in the IR spectro copy is used. Using an IR light source and the absorption of the composite material is measured by an IR spectrometer than measured for two different IR wavelengths. From the If two absorption values are obtained, their ratio will be calculates and to derive the degree - for the healing of the Resin used. To carry out the process, a Device used in which a flat material to Imprä For purposes of decoration, it is coated with resin and that emerging composite material between IR light sources one on the one hand and an FTIR spectrometer on the other hand so that individual absorption values can be measured. Identification of individual chemical compounds or Substances contained in the composite material are not possible because only with regard to the IR spectrum Absorption values can be measured. The procedure also serves ren and the device described in WO 91/07650 are to carry out measurements from which on the quali plastic granules could be concluded.

Aus der DE 195 07 750 A1 ist außerdem Verfahren bekannt, mit dem sich die Farbe von Kunststoffextrudaten unmittelbar nach oder während ihrer Herstellung bestimmen läßt. Im ein­ zelnen soll bestimmt werden, ob die zur Farbgebung verwendeten Pigmente und Farbstoffe, die den Kunststoffextrudaten zuge­ setzt werden, in ausreichender Menge vorliegen. Dazu wird eine in einem Extruder erzeugte Thermoplastschmelze mittels eines Kalanderwerkes zu einem Band geformt und das Band durch ein mit einer Flüssigkeit gefülltes Gefäß geleitet, in welche der Messkopf eines Spektralphotometers eintaucht. Auch mit dieser Vorrichtung lassen sich insbesondere die Struktur eines Kunst­ stoffbandes betreffende Qualitätsuntersuchungen nicht durch­ führen.Methods are also known from DE 195 07 750 A1, with which the color of plastic extrudates immediately  can be determined after or during their manufacture. In one individual should be determined whether those used for coloring Pigments and dyes added to the plastic extrudates are available in sufficient quantities. This will be a thermoplastic melt produced in an extruder by means of a Calendered into a band and the band through one with a liquid-filled vessel into which the Immersed measuring head of a spectrophotometer. With this too Device can be especially the structure of an art quality inspections related to the fabric tape to lead.

Des weiteren wird in der deutschen Auslegeschrift 1 648 635 eine optische Komponente beschrieben, mit der optische Messun­ gen an Flachmaterial, insbesondere zum Auffinden von Fehlern darin, vereinfacht werden. Zur Einstellung des Winkels, unter dem ein Flachmaterial gegenüber einem einfallenden Lichtstrahl ausgerichtet ist, ist eine Vorrichtung mit zwei nebeneinander angeordneten Rollen vorgesehen, die gemeinsam um eine Schwenk­ achse geschwenkt werden können. Über die Rollen läuft das Flachmaterial. Durch Verschwenken der Rollen um die Schwenk­ achse kann der Einfallswinkel des einfallenden Lichtstrahls gegenüber dem Flachmaterial geändert werden.Furthermore, the German interpretation 1 648 635 described an optical component with which optical measurement flat material, especially for finding defects in being simplified. To adjust the angle, under which is a flat material against an incident light beam is a device with two side by side Arranged roles provided that swivel together axis can be pivoted. It runs over the roles Flat material. By swiveling the rollers around the swivel The angle of incidence of the incident light beam can be axis changed compared to the flat material.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur schnellen, umfassenden Qualitätskontrolle von Kunststoffgranulat zu schaffen.Proceeding from this, the invention is based on the object an apparatus and method for fast, comprehensive To create quality control of plastic granules.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Quali­ tätskontrolle von Kunststoffgranulat, mit
This object is achieved by a device for quality control of plastic granules

  • - einem Meßextruder mit Blasvorrichtung zur kontinuier­ lichen Herstellung einer im wesentlichen flachen Pro­ ben-Folie aus dem Kunststoffgranulat,- A measuring extruder with a blowing device for continuous Lichen manufacturing a substantially flat pro ben film made of plastic granulate,
  • - einer Kühlvorrichtung zum definiert temperierten Ab­ kühlen der extrudierten Proben-Folie,- A cooling device for a defined temperature cooling the extruded sample film,
  • - einer Walzen-Vorrichtung zum kontinuierlichen Führen der Proben-Folie durch ein Meßvolumen,- A roller device for continuous guiding  the sample film through a measuring volume,
  • - einer IR-Lichtquelle zur Bestrahlung des Meßvolumens,An IR light source for irradiating the measurement volume,
  • - einem FTIR-Spektrometer mit Detektor zum spektral aufgelösten Aufsammeln von IR-Licht aus dem Meßvolumen und- an FTIR spectrometer with detector for spectral resolved collection of IR light from the measurement volume and
  • - einer Auswerte-Vorrichtung zur Verarbeitung von Signa­ len, die von dem Detektor geliefert werden.- An evaluation device for processing Signa len supplied by the detector.

Die schnelle oder sogar Online durchführbare Qualitätskon­ trolle von Kunststoffgranulat, das beispielsweise in einem Hauptstrom einem Verarbeitungsextruder zugeführt wird, wird dadurch ermöglicht, daß der Meß-Extruder, dem abgezweigtes Kunststoffgranulat aus einem Hauptstrom zugeführt werden kann, zusammen mit der Blasvorrichtung und der Kühlvorrichtung kon­ tinuierlich eine flache Proben-Folie herstellt, die auf opti­ schem Wege untersucht werden kann.The fast or even online quality account trolls of plastic granules, for example in one Main stream is fed to a processing extruder  thereby allowing the measuring extruder, the branched Plastic granulate can be fed from a main stream, together with the blowing device and the cooling device continuously produces a flat sample film based on opti can be investigated.

Die Kühlvorrichtung bewirkt ein definiert temperiertes Abküh­ len der extrudierten Proben-Folie, so daß sie die Eigenschaf­ ten des Granulats möglichst zutreffend wiedergibt und/oder die Eigenschaften der Proben-Folie, auch deren Dicke, möglichst ähnlich denjenigen der aus dem Haupt-Granulatstrom hergestell­ ten Folie sind. Bevorzugt werden zum Abkühlen der extrudierten Proben-Folie Kühlwalzen vorbestimmter Temperatur eingesetzt.The cooling device brings about a defined temperature cooling len the extruded sample film, so that it the property reproduces the granulate as accurately as possible and / or the Properties of the sample film, including its thickness, if possible similar to those made from the main granulate stream are foil. Are preferred for cooling the extruded Sample film cooling rollers of predetermined temperature used.

Zur optischen Untersuchung der Eigenschaften der Proben-Folie wirken eine IR-Lichtquelle und ein FTIR-Spektrometer zusammen, die beispielsweise für eine in Transmission aufgenommene Ab­ sorptions-Messung angeordnet sein können.For the optical examination of the properties of the sample film an IR light source and an FTIR spectrometer work together, for example for an Ab recorded in transmission sorption measurement can be arranged.

Die Proben-Folie wird durch ein Meßvolumen geführt, das zwi­ schen der IR-Lichtquelle und dem Detektor des FTIR-Spektro­ meters angeordnet ist.The sample film is passed through a measuring volume which is between the IR light source and the detector of the FTIR spectro meters is arranged.

Die Auswerte-Vorrichtung verarbeitet die Signale des Detek­ tors, mit dem das FTIR-Spektrometer ausgestattet ist. Das Spektrometer liefert spektral aufgelöst die Intensität des durch die Probe transmittierten IR-Lichtes. Dazu wird aus den Transmissionssignalen das in der Proben-Folie absorbierte Licht als ein Infrarot-Absorptionsspektrum berechnet. Dieses Absorptionsspektrum enthält für die in der Probe enthaltenen Substanzen charakteristische Intensitätsverläufe. Durch Ver­ gleich der Absorptionsspektren mit zuvor gewonnenen Kalibra­ tions-Spektren, beispielsweise für einzelne oder auch für mehrere im Kunststoffgranulat zu erwartende Substanzen, können absolute Konzentrationen chemischer Bestandteile der Proben- Folie, die aus dem Kunststoffgranulat hergestellt ist, fest­ gestellt werden. The evaluation device processes the signals from the detector with which the FTIR spectrometer is equipped. The Spectrometer delivers the intensity of the spectrally resolved IR light transmitted through the sample. To do this, the Transmission signals that are absorbed in the sample film Light calculated as an infrared absorption spectrum. This Absorption spectrum contains for those contained in the sample Substances characteristic intensity courses. By ver equal to the absorption spectra with previously obtained Kalibra tion spectra, for example for individual or for several substances to be expected in the plastic granulate can absolute concentrations of chemical components of the sample Foil made from the plastic granulate, firmly be put.  

Mit dieser Vorrichtung läßt sich eine Aufnahmezeit für ein Absorptionsspektrum mit ausreichender Auflösung zur Identifi­ kation bestimmter Substanzen innerhalb von beispielsweise 3 Sekunden realisieren. Diese Aufnahmezeit reicht aus, um bei üblichen Geschwindigkeiten des Verarbeitungsextruders eine Online-Qualitätskontrolle des Kunststoffgranulats durchzufüh­ ren. Für die Steigerung der Meßgenauigkeit werden mehrere Spektren aufgenommen und gemittelt.With this device, a recording time for a Absorption spectrum with sufficient resolution for identification cation of certain substances within, for example, 3 Realize seconds. This recording time is enough to usual speeds of the processing extruder Online quality control of the plastic granulate ren. To increase the measuring accuracy, several Spectra recorded and averaged.

Bevorzugt ist zwischen dem Meßvolumen und der IR-Lichtquelle ein Polarisator zur Erzeugung in der Ebene der Proben-Folie linear-polarisierten IR-Lichtes angeordnet, wobei die Walzen- Vorrichtung eine Folien-Positioniervorrichtung mit zwei Füh­ rungswalzen aufweist, die so angeordnet sind, daß das IR-Licht im Meßvolumen im wesentlichen unter Einhaltung des Brewster- Winkels auf die Proben-Folie einfällt. Bei dieser Ausführungs­ form der Erfindung ergibt sich eine deutliche Verbesserung der Qualität der IR-Absorptionsspektren, da das Auftreten von Interferenz-Erscheinungen in bestimmten Bereichen des Spek­ trums minimiert wird. Interferenz-Ringe treten auf, wenn an den mehr oder weniger guten Folienoberflächen das Licht in der Folie teilreflektiert wird und sich mit anderen Teilstrahlen mit einer optischen Phasenverschiebung überlagert. Das Vermei­ den dieser Interferenz-Ringe vereinfacht und beschleunigt die Auswertung der Absorptionsspektren.It is preferred between the measurement volume and the IR light source a polarizer for generation in the plane of the sample film linearly polarized IR light arranged, the roller Device a film positioning device with two Füh tion rollers, which are arranged so that the IR light in the measurement volume essentially in compliance with the Brewster Incidence on the sample film. In this execution form of the invention results in a significant improvement in Quality of the IR absorption spectra since the occurrence of Interference phenomena in certain areas of the specter trums is minimized. Interference rings occur when on the more or less good film surfaces the light in the The film is partially reflected and interacts with other beams overlaid with an optical phase shift. The avoid that of these interference rings simplifies and accelerates the Evaluation of the absorption spectra.

Vorzugsweise weist die Folien-Positionier-Vorrichtung eine drehbar gelagerte Trommel auf, wobei die Drehachsen der Trom­ mel und der Führungswalzen parallel zueinander stehen. In dieser Weise kann der Tatsache Rechnung getragen werden, daß Proben-Folien aus verschiedenem Granulat-Material unterschied­ liche Brechungsindizes aufweisen, wodurch bekanntlich der Wert für den Brewster-Winkel geändert wird. Die jeweilige Einstel­ lung des Brewster-Winkels kann durch Drehung der Trommel her­ beigeführt werden, beispielsweise manuell, ohne daß bei der Walzen-Vorrichtung insgesamt irgendwelche Umbauten erforder­ lich werden. The film positioning device preferably has a rotatably mounted drum, the axes of rotation of the drum mel and the guide rollers are parallel to each other. In in this way the fact that Sample foils made of different granulate material differed Liche refractive indices, which is known for the value for the Brewster angle is changed. The respective setting The Brewster angle can be adjusted by rotating the drum be added, for example manually, without the Roller device in total requires any modifications become.  

Die Einstellung des Brewster-Winkels ist dann besonders ein­ fach, wenn die Drehachsen der Führungswalzen und der Trommel in einer Ebene liegen und die Drehachse der Trommel in der Mitte zwischen den Drehachsen der Führungswalzen sowie zwi­ schen der Spektrometer-Eintrittsöffnung und der IR-Lichtquelle angeordnet ist.The Brewster angle setting is then particularly one fold if the axes of rotation of the guide rollers and the drum lie in one plane and the axis of rotation of the drum in the Middle between the axes of rotation of the guide rollers and between the spectrometer inlet and the IR light source is arranged.

Bevorzugt wird eine IR-Lichtquelle benutzt, die im mittleren Infrarot (MIR) emittiert. Beispiele für solche Lichtquellen sind eine aufgeheizte Keramik, die ggf. leistungsstabilisiert ist, eine W-Lampe, ein Nernst-Strahler, eine Quecksilber-Bo­ genlampe oder ein Oppermann-Körper. Der MIR-Spektralbereich ist günstig, da er beispielsweise für folgende Kunststoffe gut identifizierbare Absorptionsspektren liefert: PP, PS, LDPE, LLDPE, HDPE, PPMMA, EVA, Nylon, PC, ABS, PB, PET, EPDM, PE/PP, PC/ABS, PPO/PS/Nylon, PET/PE.An IR light source is preferably used, the one in the middle Infrared (MIR) emitted. Examples of such light sources are a heated ceramic that may stabilize performance is, a W lamp, a Nernst spotlight, a mercury bo gen lamp or an Oppermann body. The MIR spectral range is cheap because it is good for the following plastics, for example identifiable absorption spectra provides: PP, PS, LDPE, LLDPE, HDPE, PPMMA, EVA, Nylon, PC, ABS, PB, PET, EPDM, PE / PP, PC / ABS, PPO / PS / nylon, PET / PE.

Für diesen IR-Spektralbereich können als Detektoren DTGS (deu­ teriertes Triglycinsulfat), TGS, PbS, InSb oder HgCdTe einge­ setzt werden.For this IR spectral range, DTGS (deu terized triglycine sulfate), TGS, PbS, InSb or HgCdTe be set.

Mit Hilfe der MIR-Absorptionsspektren läßt sich die chemische Zusammensetzung von Harzen bestimmen, beispielsweise die Ana­ lyse von funktionellen Gruppen durchführen, oder auch die Zusammensetzung von Co-Polymeren feststellen. Auch die quanti­ tative Bestimmung von Anti-Oxidationsmitteln, UV-Absorbern, Gleitmitteln, Stabilisatoren, Füllstoffen, Materialstreckern, Mittel zur Beeinflussung der Stoßfestigkeit, Bearbeitungs­ hilfen, Flammhemmern u. a. ist möglich. Auch mehrschichtige Strukturen können hinsichtlich ihrer Dicke bestimmt werden, wenn die Dichte des Materials und damit dessen Absorptions­ koeffizient aus Kalibrations-Messungen bekannt ist. Es lassen sich beispielsweise physikalische Eigenschaften wie Gesamt- Dichte und Meltflow-Index ermitteln.With the help of the MIR absorption spectra, the chemical Determine the composition of resins, for example the Ana perform lysis of functional groups, or even Determine the composition of copolymers. The quanti tative determination of anti-oxidants, UV absorbers, Lubricants, stabilizers, fillers, material stretchers, Impact resistance agent, machining help, flame retardants u. a. is possible. Even multi-layered Structures can be determined in terms of their thickness, if the density of the material and thus its absorption coefficient is known from calibration measurements. Leave it physical properties such as overall Determine density and meltflow index.

Zur Gewinnung der Absorptionsspektren bei Transmissions-Mes­ sungen ist es erforderlich, daß die aus dem zu überprüfenden Granulat hergestellte Folie im MIR-Spektralbereich eine aus­ reichende Transmission hat. Die obengenannten Beispiels-Mate­ rialien genügen diesem Erfordernis. Es lassen sich jedoch auch noch andere Kunststoffe mit der Vorrichtung untersuchen, so­ fern sie eine ausreichende Transmission im MIR-Spektralbereich aufweisen.To obtain the absorption spectra for transmission measurements sung it is necessary that from the to be checked  Granulate-made film in the MIR spectral range has sufficient transmission. The above example mate rialien meet this requirement. However, it can also examine other plastics with the device, see above if there is sufficient transmission in the MIR spectral range exhibit.

Mit den oben beschriebenen Ausführungsformen einer Vorrichtung zur Qualitätskontrolle von Kunststoffgranulat läßt sich das folgende Verfahren durchführen:
With the above-described embodiments of a device for quality control of plastic granules, the following method can be carried out:

  • - Abzweigen einer Proben-Menge an Kunststoffgranulat aus einem Kunststoffgranulat-Hauptstrom;- Branch off a sample amount of plastic granulate a plastic granulate main stream;
  • - kontinuierliche Herstellung einer Folie aus dem abge­ zweigten Kunststoffgranulat;- Continuous production of a film from the abge branched plastic granulate;
  • - Führen der Folie zu einem Meßvolumen, das mit IR-Licht bestrahlt wird;- Guide the film to a measuring volume using IR light is irradiated;
  • - kontinuierliches Aufnehmen von IR-Absorptionsspektren in Transmission von im Meßvolumen befindlichen Ab­ schnitten der Folie; und- Continuous recording of IR absorption spectra in transmission of Ab cut the film; and
  • - Auswertung der IR-Absorptionsspektren zur Ermittlung von Materialeigenschaften des Kunststoffgranulats.- Evaluation of the IR absorption spectra for determination of material properties of the plastic granulate.

Bei diesem Verfahren wird bevorzugt IR-Licht aus dem MIR-Spek­ tralbereich verwendet, wobei dieses Licht in der Folienebene linear polarisiert sein kann und im Brewster-Winkel auf die Folie einfällt.In this method, IR light from the MIR spectra is preferred tralbereich used, this light in the film plane can be linearly polarized and at the Brewster angle to the Slide in.

Zur Auswertung der IR-Absorptionsspektren kann zur Identifi­ zierung bestimmter Substanzen in der Proben-Folie ein Ver­ gleich mit Kalibrations-Absorptionsspektren durchgeführt wer­ den. Dies beschleunigt die Identifizierung der Substanzen und wird bevorzugt mit einem Computer unter Einsatz geeigneter Auswerte-Software durchgeführt.To evaluate the IR absorption spectra, identifi decoration of certain substances in the sample film a ver immediately carried out with calibration absorption spectra the. This speeds up the identification of the substances and is preferred with a computer using more suitable Evaluation software carried out.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen: A preferred embodiment of the invention is as follows described with reference to the drawings. Show it:  

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur schnellen Qualitätskontrolle von Kunststoffgranulat; Figure 1 is a schematic view of a device for rapid quality control of plastic granules.

Fig. 2 eine schematische Ansicht einer optischen Meßanordnung zur Aufnahme von IR-Absorptionsspektren; Figure 2 is a schematic view of an optical measuring arrangement for receiving IR absorption spectra.

Fig. 3 eine schematische Ansicht einer Abwandlung der in Fig. 2 dargestellten optischen Meßanordnung; Fig. 3 is a schematic view of a modification of the optical measuring arrangement shown in Fig. 2;

Fig. 4 eine schematische Ansicht einer Folienpositionier- Vorrichtung; Fig. 4 is a schematic view of a film positioning device;

Fig. 5 eine grafische Darstellung von MIR-Absorptionsspektren von Polyethylen niedriger Dichte (LDPE). Figure 5 is a graphical representation of MIR absorption spectra of low density polyethylene (LDPE).

Wie in Fig. 1 zu sehen ist, weist eine Vorrichtung zur Quali­ tätskontrolle von Kunststoffgranulat einen Meß-Extruder 1 auf, dem eine Proben-Menge des zu untersuchenden Kunststoffgranu­ lats, die aus einem Hauptstrom abgeleitet wird, zugeführt wird. Mittels einer nachgeschalteten Blasvorrichtung 2 und Kühlwalzen 3, 4 wird eine flache Proben-Folie 5 hergestellt. Die Kühlwalzen 3, 4 dienen insbesondere dem Unterbinden che­ mischer Reaktionen, die aufgrund der Aufheizung des Granulats im Meßextruder grundsätzlich möglich sind, jedoch die Meß­ ergebnisse der Qualitätskontrolle durch Veränderung der che­ mischen Zusammensetzung der Proben-Folie 5 verfälschen.As can be seen in Fig. 1, a device for quality control of plastic granules has a measuring extruder 1 , to which a sample amount of the plastic granules to be examined, which is derived from a main stream, is supplied. A flat sample film 5 is produced by means of a downstream blowing device 2 and cooling rollers 3 , 4 . The cooling rollers 3 , 4 are used in particular to prevent chemical reactions which are possible in principle due to the heating of the granules in the measuring extruder, but which falsify the measurement results of the quality control by changing the chemical composition of the sample film 5 .

Die Proben-Folie 5 wird zu einem Meßvolumen 6 geführt, in das eine IR-Lichtquelle 7 eines Fast-Fourier-Transformations- (FFT-)IR-Spektrometers Licht im Bereich von 350 bis 6000 cm-1 einstrahlt. In den Figuren ist die IR-Lichtquelle 7 der Ein­ fachheit der Darstellung wegen einem Detektor 8 gegenüber angeordnet dargestellt. In der Praxis findet jedoch eine Ein­ kopplung des IR-Lichtes über einen Umlenkspiegel statt, der dem Detektor 8 gegenüberliegend positioniert ist.The sample film 5 is guided to a measuring volume 6 into which an IR light source 7 of a Fast Fourier Transform (FFT) IR spectrometer radiates light in the range from 350 to 6000 cm -1 . In the figures, the IR light source 7 is shown a simplicity of representation because of a detector 8 arranged opposite. In practice, however, a coupling of the IR light takes place via a deflection mirror which is positioned opposite the detector 8 .

Als FTIR-Spektrometer kann beispielsweise das Interferometer eines Bomem MB 100-Spektrometers eingesetzt werden. Die Proben-Folie wird durch den Meß-Extruder 1 und die Blasvor­ richtung 2 kontinuierlich hergestellt, durch das Meßvolumen 6 geführt und anschließend aufgewickelt.For example, the interferometer of a Bomem MB 100 spectrometer can be used as the FTIR spectrometer. The sample film is continuously produced by the measuring extruder 1 and the Blasvor device 2 , passed through the measuring volume 6 and then wound up.

Die Geschwindigkeit der Herstellung der Proben-Folie kann im Bereich von 1 m/min bis 100 m/min liegen. Das IR-Licht ver­ schiedener Wellenlänge wird von der Proben-Folie 5 in unter­ schiedlichem Maße absorbiert, wobei die Größe der Absorption mittels des Detektors 8 festgestellt wird. Die Aufnahmezeit für ein Spektrum liegt für eine spektrale Auflösung von 4 cm-1 im Bereich von drei Sekunden. Die genannte Auflösung reicht aus, um eine Identifizierung von Substanzen in der Proben- Folie 5 mit ausreichender Sicherheit durchzuführen. Zum Er­ reichen einer solchen Auflösung kann über mehrere Absorptions­ spektren gemittelt werden, wobei sich für die Aufnahme von 64 Spektren bei einer üblichen Proben-Foliengeschwindigkeit eine Mittelung über 10 m Proben-Folie ergibt.The speed of production of the sample film can range from 1 m / min to 100 m / min. The IR light of different wavelengths is absorbed by the sample film 5 to different extents, the size of the absorption being determined by means of the detector 8 . The recording time for a spectrum is in the range of three seconds for a spectral resolution of 4 cm -1 . The resolution mentioned is sufficient to carry out an identification of substances in the sample film 5 with sufficient certainty. To achieve such a resolution, multiple absorption spectra can be averaged, with an average of 10 m sample film being obtained for the recording of 64 spectra at a conventional sample film speed.

Für eine Mittelung über mehrere Spektren und damit über eine bestimmte Proben-Folienlänge ist ausschlaggebend, mit wieviel gemittelten Absorptionsspektren die für eine Identifizierung eines in der Proben-Folie vorliegenden Materials erforderliche Auflösung der Absorptionsspektren erreicht wird.For averaging over several spectra and thus over one certain sample film length is decisive with how much averaged absorption spectra for identification of a material required in the sample film Resolution of the absorption spectra is achieved.

Die aufgenommenen, ggf. gemittelten Absorptionsspektren werden mit Kalibrations-Spektren verglichen, um eine quantitative Dichte-Bestimmung für bestimmte Materialien vorzunehmen. Es ist ebenso möglich, bei bekannter Dichte für bestimmte Mate­ rialien Dickenmessungen für die Proben-Folie durchzuführen.The recorded, possibly averaged absorption spectra are compared with calibration spectra for a quantitative Density determination for certain materials. It is also possible, with known density for certain mate rialien thickness measurements for the sample film.

Fig. 5 zeigt ein Beispiel von mit der Vorrichtung zur Quali­ tätskontrolle von Kunststoffgranulat in Transmission aufgenom­ menen MIR-Absorptionsspektren. Das zu untersuchende Kunst­ stoffgranulat enthält hier LDPE. Fig. 5 shows an example of MIR absorption spectra recorded with the device for quality control of plastic granules in transmission. The plastic granulate to be examined contains LDPE here.

Die Dichte-Bestimmung für LDPE oder auch andere Materialien verläuft wie folgt:The density determination for LDPE or other materials  proceeds as follows:

Zunächst werden Absorptions-Spektren an Folien von beispiels­ weise vom Hersteller bereitgestellten Probenmaterials zu Kali­ brationszwecken mit bekannter Dichte aufgenommen. Aus theore­ tischen Ansätzen ist bekannt, welche Moleküle der Proben ent­ scheidenden Einfluß auf die Dichte der Proben haben und in welchen Bereichen des MIR Absorption auftritt.First, absorption spectra on foils of example sample material provided by the manufacturer for potash used for purposes of known density. From theory tical approaches it is known which molecules in the samples ent have a decisive influence on the density of the samples and in what areas of MIR absorption occurs.

Bei zu überprüfenden Proben kann deren Dichte für bestimmte Materialen, beispielsweise LDPE, durch quantitativen Vergleich der jeweils charakteristischen Absorptionsbanden mit den Kali­ brations-Spektren bestimmt werden. Dazu kann es ausreichen, Absorptionsmessungen nur über Ausschnitte des MIR-Bereichs durchzuführen, sofern eine eindeutige Zuordnung des Materials gewährleistet ist.For samples to be checked, their density can be determined for certain Materials, for example LDPE, by quantitative comparison of the characteristic absorption bands with the potash brations spectra can be determined. It can be enough Absorption measurements only over sections of the MIR area to be carried out, provided the material is clearly assigned is guaranteed.

Die Fig. 2 und 3 zeigen optische Meßanordnungen zur Aufnahme von IR-Transmissions-Absorptionsspektren. Ein Polarisator 13 erzeugt aus dem unpolarisierten IR-Licht linear polarisiertes Licht, dessen Vektor für die elektrische Feldstärke in der Zeichnungsebene schwingt. Figs. 2 and 3 show optical measuring arrangements for receiving infrared transmission absorption spectra. A polarizer 13 generates linearly polarized light from the unpolarized IR light, the vector of which vibrates for the electric field strength in the plane of the drawing.

Im Meßvolumen 6 ist die Probenfolie 5 unter Einhaltung des materialspezifischen Brewster-Winkels Θp angeordnet, für den bekanntlich gilt:
The sample film 5 is arranged in the measuring volume 6 while observing the material-specific Brewster angle Θ p , for which it is known that:

tan Θp = n1/n0
tan Θ p = n 1 / n 0

mit
n1 = Brechungsindex der Proben-Folie und
n0 = Brechungsindex des die Proben-Falie umgebenden Mediums (hier Luft mit n0 = 1).
With
n 1 = refractive index of the sample film and
n 0 = refractive index of the medium surrounding the sample case (here air with n 0 = 1).

In Fig. 2 und 3 verläuft die Proben-Folie jeweils parallel zur Schwingungsebene des Vektors der elektrischen Feldstärke des IR-Lichtes und zwischen der Folien-Normalen und der optischen Achse der IR-Lichtquelle liegt der Brewster-Winkel vor. Auf diese Weise wird das Auftreten von Interferenz-Ringen in den gemessenen IR-Absorptionsspektren unterdrückt.In FIGS. 2 and 3, the sample film runs parallel to the plane of oscillation of the vector of the electric field strength of the IR light and the Brewster angle is between the film normal and the optical axis of the IR light source. In this way, the occurrence of interference rings in the measured IR absorption spectra is suppressed.

Fig. 4 zeigt die zur Einstellung des Brewster-Winkels für die Proben-Folie 5 in bezug auf die optische Achse der IR-Licht­ quelle 7 eingesetzte Positionier-Vorrichtung 9. FIG. 4 shows the positioning device 9 used to set the Brewster angle for the sample film 5 with respect to the optical axis of the IR light source 7 .

Die Positionier-Vorrichtung weist eine drehbar gelagerte Trom­ mel 10 auf, auf der zwei Führungswalzen 11, 12 drehbar gela­ gert sind, mit denen die Proben-Folie durch das Meßvolumen 6 geführt wird. Die Drehachsen der Führungswalzen 11, 12 und der Trommel 10 liegen in einer Ebene, wobei Drehachse der Trommel 10 in der Mitte zwischen den Drehachsen der Führungswalzen 11, 12 angeordnet ist.The positioning device has a rotatably mounted drum 10 on which two guide rollers 11 , 12 are rotatably mounted, with which the sample film is guided through the measuring volume 6 . The axes of rotation of the guide rollers 11 , 12 and the drum 10 lie in one plane, the axis of rotation of the drum 10 being arranged in the middle between the axes of rotation of the guide rollers 11 , 12 .

Die Drehachse der Trommel 10 liegt innerhalb der Ebene der Proben-Folie 5 und schneidet die optische Achse der IR-Licht­ quelle 7. Daher ist die Drehachse der Trommel 10 zwischen Detektor 8 und IR-Lichtquelle 7 angeordnet.The axis of rotation of the drum 10 lies within the plane of the sample film 5 and intersects the optical axis of the IR light source 7 . The axis of rotation of the drum 10 is therefore arranged between the detector 8 and the IR light source 7 .

Bei dieser Anordnung der Positionier-Vorrichtung 9 können durch beispielsweise manuelles oder computergesteuertes Drehen der Trommel 10 die Führungswalzen 11, 12 um die Drehachse der Trommel 10 verschwenkt werden, wobei sich die Winkellage der Proben-Folie 5 im Meßvolumen 6 ändert. Durch gleichzeitiges Aufnehmen von Absorptionsspektren und Drehen der Trommel 10 um ihre Drehachse läßt sich für jedes Proben-Folienmaterial der geeignete Winkel für von Interferenz-Ringen weitestgehend freie Absorptionsspektren auffinden.With this arrangement of the positioning device 9 , the guide rollers 11 , 12 can be pivoted about the axis of rotation of the drum 10 by, for example, manual or computer-controlled rotation of the drum 10 , the angular position of the sample film 5 in the measuring volume 6 changing. By simultaneously recording absorption spectra and rotating the drum 10 about its axis of rotation, the suitable angle for absorption spectra that are largely free of interference rings can be found for each sample film material.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur Qualitätskontrolle von Kunststoffgranu­ lat, mit
  • 1. einem Meß-Extruder (1) mit Blasvorrichtung (2) zur kontinuierlichen Herstellung einer im wesentlichen flachen Proben-Folie (5) aus dem Kunststoffgranulat,
  • 2. einer Vorrichtung (3, 4) zum definiert temperierten Abkühlen der extrudierten Proben-Folie,
  • 3. einer Walzen-Vorrichtung (11, 12) zum kontinuierlichen Führen der Proben-Folie (5) durch ein Meßvolumen (6),
  • 4. einer IR-Lichtquelle (7) zur Bestrahlung des Meßvolu­ mens,
  • 5. einem FTIR-Spektrometer mit Detektor (8) zum spektral aufgelösten Aufsammeln von IR-Licht aus dem Meßvolumen (6) und
  • 6. einer Auswerte-Vorrichtung zur Verarbeitung von Signa­ len, die von dem Detektor (8) geliefert werden.
1. Device for quality control of plastic granules lat, with
  • 1. a measuring extruder ( 1 ) with a blowing device ( 2 ) for the continuous production of an essentially flat sample film ( 5 ) from the plastic granulate,
  • 2. a device ( 3 , 4 ) for cooling the extruded sample film in a defined temperature,
  • 3. a roller device ( 11 , 12 ) for continuously guiding the sample film ( 5 ) through a measuring volume ( 6 ),
  • 4. an IR light source ( 7 ) for irradiating the measurement volume,
  • 5. an FTIR spectrometer with detector ( 8 ) for spectrally resolved collection of IR light from the measurement volume ( 6 ) and
  • 6. an evaluation device for processing signals, which are supplied by the detector ( 8 ).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der zwischen dem Meßvo­ lumen (6) und der IR-Lichtquelle (7) ein Polarisator (13) zur Erzeugung in der Ebene der Proben-Folie (5) linear polarisierten IR-Lichtes angeordnet ist und die Walzen- Vorrichtung (3, 4, 11, 12) eine Folienpositionier-Vor­ richtung (9) mit zwei Führungswalzen (11, 12) aufweist, die so angeordnet sind, daß das IR-Licht im Meßvolumen (6) im wesentlichen unter Einhaltung des Brewster-Winkels auf die Proben-Folie (5) einfällt.2. Device according to claim 1, in which between the Meßvo lumen ( 6 ) and the IR light source ( 7 ) a polarizer ( 13 ) for generation in the plane of the sample film ( 5 ) linearly polarized IR light is arranged and Roller device ( 3 , 4 , 11 , 12 ) has a film positioning device ( 9 ) with two guide rollers ( 11 , 12 ) which are arranged so that the IR light in the measuring volume ( 6 ) essentially in compliance with Brewster angle falls on the sample film ( 5 ). 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Positionier- Vorrichtung (9) eine drehbar gelagerte Trommel (10) auf­ weist, auf der die zwei Führungswalzen (11, 12) drehbar gelagert sind, wobei die Drehachsen der Führungswalzen (11, 12) und der Trommel (10) parallel zueinander stehen.3. Device according to claim 2, wherein the positioning device ( 9 ) has a rotatably mounted drum ( 10 ) on which the two guide rollers ( 11 , 12 ) are rotatably mounted, the axes of rotation of the guide rollers ( 11 , 12 ) and the drum ( 10 ) are parallel to each other. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Drehachsen der Führungswalzen (11, 12) und der Trommel (10) in einer Ebene liegen und die Drehachse der Trommel (10) in der Mitte zwischen den Drehachsen der Führungswalzen (11, 12) und zwischen Detektor (8) und IR-Lichtquelle (7) angeord­ net ist.4. The device according to claim 3, wherein the axes of rotation of the guide rollers ( 11 , 12 ) and the drum ( 10 ) lie in one plane and the axis of rotation of the drum ( 10 ) in the middle between the axes of rotation of the guide rollers ( 11 , 12 ) and between the detector ( 8 ) and IR light source ( 7 ) is net angeord. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Wellenlänge der IR-Lichtquelle (7) im Bereich des MIR liegt. 5. Device according to one of claims 1 to 4, wherein the wavelength of the IR light source ( 7 ) is in the range of the MIR. 6. Verfahren zur Qualitätskontrolle von Kunststoffgranulat, umfassend die Schritte:
  • 1. Abzweigen einer Proben-Menge an Kunststoffgranulat aus einem Kunststoffgranulat-Hauptstrom;
  • 2. kontinuierliche Herstellung einer Folie aus dem abge­ zweigten Kunststoffgranulat;
  • 3. Führen der Folie zu einem Meßvolumen, das mit IR-Licht bestrahlt wird;
  • 4. Kontinuierliches Aufnehmen von IR-Absorptionsspektren in Transmission von im Meßvolumen befindlichen Ab­ schnitten der Folie; und
  • 5. Auswertung der IR-Absorptionsspektren zur Ermittlung von Materialeigenschaften des Kunststoffgranulats.
6. Process for quality control of plastic granules, comprising the steps:
  • 1. Branch a sample amount of plastic granules from a plastic granulate main stream;
  • 2. Continuous production of a film from the branched-off plastic granulate;
  • 3. Guide the film to a measurement volume that is irradiated with IR light;
  • 4. Continuous recording of IR absorption spectra in transmission of sections in the measurement volume from the film; and
  • 5. Evaluation of the IR absorption spectra to determine the material properties of the plastic granulate.
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem IR-Licht aus dem MIR- Bereich verwendet wird.7. The method of claim 6, wherein the IR light from the MIR Area is used. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, bei dem in der Folienebene linear polarisiertes IR-Licht, das im Brewster-Winkel auf die Folie fällt, verwendet wird.8. The method according to any one of claims 6 or 7, in which in the film plane linearly polarized IR light, which in Brewster angle falls on the slide is used. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem zur Auswertung der IR-Absorptionsspektren ein Vergleich mit Kalibrations-Messungen durchgeführt wird.9. The method according to any one of claims 6 to 8, in which Evaluation of the IR absorption spectra, a comparison with Calibration measurements are carried out.
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