СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДГОТОВКИ, ОБРАБОТКИ И/ИЛИ РЕЦИКЛИНГА МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2023 года по МПК G01N21/31 B29B17/04 

Изобретение относится к способу подготовки, обработки или рециклинга материалов, в частности термопластичных материалов, по п. 1 формулы. Кроме того, изобретение относится к устройству для осуществления предложенного способа по п. 15 формулы.

В частности, при рециклинге пластиков главной задачей является переработка пластиков из разных источников с возможно разным, при определенных обстоятельствах, составом, который может быть также неизвестным. При этом область рециклинга пластиков включает в себя, например, как внутренние пластиковые отходы, так и использованные пластиковые изделия, такие как упаковки, корпуса компьютеров, или автодетали и т.д., так что исходные материалы имеют, например, сильно изменяющееся содержание наполнителей и полимеров.

Целью подготовки является достижение для повторного применения материала определенных признаков качества, например определенных механических, оптических и/или иных свойств. Чтобы можно было достичь этих признаков качества, помимо необходимого машинно-технического условия необходим также анализ поступающих и переработанных материалов.

Задачей изобретения является создание способа и устройства для подготовки, обработки и/или рециклинга материалов, таких как термопластичные материалы, которые позволили бы простым образом обеспечить подготовку материалов с одновременной возможностью контроля и управления процессом подготовки для достижения желаемых признаков качества конечного продукта.

Эта задача решается, согласно изобретению, посредством способа с признаками п. 1 формулы. При этом, согласно изобретению, предусмотрено, что

- материал движется и перемешивается в приемном бункере, в частности режущем уплотнителе или блоке предварительной обработки (PCU), и, при необходимости, также нагревается, измельчается и/или размягчается, причем материал остается в приемном бункере в большинстве своем кусковым или в виде частиц и в нерасплавленном состоянии, и

- движущийся в приемном бункере кусковой или в виде частиц материал анализируется или измеряется инлайн спектроскопически и/или спектрометрически, причем полученные таким образом измеренные значения привлекаются для получения информации о соответственно измеренном материале, в частности о количественных и/или качественных параметрах соответствующего материала.

За счет этого выполнения предложенного способа можно исследовать движущийся в приемном бункере материал спектроскопическим и/или спектрометрическим методом инлайн и получить таким образом информацию о материале, например о содержании добавок или наполнителей и составе полимера, так что процессом переработки можно управлять в соответствии с информацией, например за счет добавления наполнителей или полимеров. Этим можно точно устанавливать желаемые признаки качества или свойства конечного продукта.

Под «инлайн» в данном случае понимается то, что система анализа или измерения материала в приемном бункере встроена в технологическую линию подготовки или обработки и анализ или измерение происходит непосредственно на линии во время подготовки или обработки материала.

При этом не имеет значения, о каком виде перерабатываемого материала идет речь. Предложенные способ и устройство могут использоваться также для подготовки, обработки и/или рециклинга, например, частиц пищевых продуктов, древесины, бумаги или горной породы, если частицы кускового или в виде частиц материала ведут себя вообще, как текучий материал, т.е. находятся в постоянном движении. При этом направление движения не играет роли. Так, частицы могут двигаться в приемном бункере, например, в прямом направлении через него и в радиальном направлении вращающихся перемешивающих и/или и измельчающих инструментов.

Особенно точного исследования находящегося в приемном бункере материала можно достичь тогда, когда, по меньшей мере, части находящегося внутри приемного бункера и вращающего там кускового или в виде частиц материала возбуждаются за счет физического воздействия, в частности за счет электромагнитного излучения, и возникающие в качестве реакции на воздействие измерительные сигналы, в частности характерные спектры рассеянного на измеряемом материале электромагнитного излучения, детектируются предпочтительно спектрометрическим методом.

Чтобы при измерении или анализе находящегося в приемном бункере материала можно было использовать большое число различных физических процессов для идентификации химических веществ, может быть предусмотрено, что спектроскопическое и/или спектрометрическое измерение происходит посредством атомной или молекулярной спектроскопии. При этом речь может идти, например, о рамановской спектроскопии, БИК-, УФ/ВИД-, флуоресцентной и/или абсорбционной спектроскопии.

Чтобы обеспечить особенно целенаправленное использование эффекта Рамана, при котором энергия света переносится на материю и обратно, может быть предусмотрено, что для возбуждения используется свет в области ИФ, видимого и/или УФ-света. При этом может использоваться, в частности, свет с длиной волны в диапазоне 100-1400 нм, предпочтительно 500-1000 нм. Дополнительно или в качестве альтернативы возможно возбуждение лазером, в частности в диапазоне длин волн 100-1400 нм, и/или мощностью в диапазоне 15 мВт - 5 Вт, предпочтительно 100-500 мВт.

Особенно простого и целенаправленного управления физическими свойствами или признаками качества конечного продукта можно достичь тогда, когда детектированный свет анализируется, чтобы инлайн определить специфические количественные и/или качественные параметры материала, в частности термопластичного материала, или изменения этих параметров во время процесса. Эта информация или эти параметры могут быть привлечены предпочтительно для контроля и/или управления процессом и/или для управления ведением процесса в приемном бункере. Это значит, что возможна непосредственная реакция на изменения параметров во время подготовки материала, например, за счет добавления наполнителей, благодаря чему можно целенаправленно управлять свойствами конечного продукта.

Чтобы можно было измерить детектированные измерительные сигналы в особенно хорошем качестве, т.е. с небольшим фоновым шумом, и выполнить как можно меньшим источник возбуждения, испускающий возбуждающее электромагнитное излучение, может быть предусмотрено, что возбуждающее материал электромагнитное излучение фокусируется на точку фокуса, которая лежит внутри приемного бункера на или непосредственно за стенкой бункера, предпочтительно на расстоянии максимум 10 см за стенкой бункера.

Чтобы при детектировании измерительных сигналов особенно надежно гарантировать, что на них не будет влиять поверхностное загрязнение или покрытие измеряемых частиц материала, может быть предусмотрено, что за счет физического воздействия, в частности электромагнитного излучения, возбуждается объем, определяемый площадью сечения измерительного пятна 0,1-5 мм, в частности 1-3 мм, и глубиной проникновения в материал 0,3-30 мкм, в частности 8-15 мкм.

Таким образом, можно исследовать отдельные частицы, причем возбуждение доходит до глубоко лежащих зон соответствующей частицы, не покрытых, например, краской, так что можно получить представительное измеренное значения для частицы.

Чтобы особенно надежно обеспечить достаточное возбуждение измеряемого материала за счет физического воздействия и предотвратить влияние постороннего света на измерение, может быть предусмотрено, что возбуждающее материал физическое воздействие, в частности электромагнитное излучение, вводится внутрь приемного бункера или в материал в одной или нескольких следующих позициях:

- ниже уровня наполнения материалом/частицами материала приемного бункера во время работы,

- на высоте и/или на расстоянии от дна или от перемешивающего и/или измельчающего инструмента, на которой/котором физическое воздействие, в частности электромагнитное излучение, происходит постоянно ниже заданного, согласно способу, уровня наполнения для находящихся или вращающихся в приемном бункере частиц материала и/или ниже уровня смесительного сгустка, образовавшегося при движении и/или вращении частиц материала,

- на высоте средней трети заданного, согласно способу, уровня наполнения для материала в приемном бункере и/или смесительного сгустка,

- в зоне приемного бункера, в которой плотность движущихся и/или вращающихся частиц материала наибольшая, и/или

- в зоне приемного бункера, в которой движущиеся и/или вращающиеся частицы материала оказывают наибольшее давление на боковую стенку приемного бункера.

Особенно частой и регулярной замены материала в позиции измерения или в точке фокуса можно достичь тогда, когда кусковой или в виде частиц материал имеет во внешней зоне приемного бункера, в частности на его боковой стенке, направление движения в направлении периферии и/или направленное предпочтительно вверх направление движения.

Другое улучшение замены материала в позиции измерения или в точке фокуса можно обеспечить тогда, когда кусковой или в виде частиц материал вращается радиально со скоростью 0,3-45 м/с и/или в вертикальном направлении со скоростью 0,1-60 м/с. Таким образом, можно достичь частой и регулярной замены кускового или в виде частиц материала во внешней зоне приемного бункера, в частности на его боковой стенке.

Особенно точная возможность вывода информации о находящемся внутри приемного бункера материале может быть обеспечена тогда, когда находящийся внутри приемного бункера и вращающийся там кусковой или в виде частиц материал, в частности отдельные частицы материала, в заданные в большом числе моменты времени возбуждается физическим воздействием, в частности электромагнитным излучением, и определяется и предоставляется в распоряжение среднее значение информации о соответственно измеренном материале, в частности об отдельных частицах. При этом речь может идти предпочтительно о среднем значении количественных и/или качественных параметров соответствующего материала или соответствующих частиц, которые были определены на основе выбранных, предпочтительно всех полученных в эти моменты времени измеренных значений. Следовательно, возникает среднее значение измеренных значений отдельных измеренных частиц.

Другая особенно точная возможность получения информации о находящемся внутри приемного бункера материале, при которой одновременно достаточно также физического воздействия, испускаемого источником возбуждения особенно малой мощности, может быть обеспечена тогда, когда находящийся внутри приемного бункера и вращающийся там кусковой или в виде частиц материал в течение заданного отрезка времени, в частности нескольких секунд, непрерывно возбуждается физическим воздействием, в частности электромагнитным излучением. В соответствующий отрезок времени на основе непрерывно полученных в пределах этого отрезка времени измеренных значений вычисляется и предоставляется в распоряжение общая информация о соответственно измеренном материале, в частности количественный и/или качественный параметр. Следовательно, возникает накопленное измеренное значение для всех частиц, которые в отрезок времени измерения двигались мимо позиции измерения или точки фокуса.

Чтобы можно было особенно эффективно корректировать вызванные изменениями температуры эффекты, которые могли бы исказить идущие от измеряемого материала измерительные сигналы или связанную с этим информацию о материале, может быть предусмотрено, что измеряется температура внутри приемного бункера и/или температура материала и в оценку включается информация о температуре. Измеренная информация о температуре может служить индикатором для корректировки информации о соответственно измеренном материале, в частности количественных и/или качественных параметров соответствующего материала. Дополнительно или в качестве альтернативы может регистрироваться температура материала и привлекаться в качестве задания для корректировки спектров.

Особенно точная оценка полученной для материала информации может обеспечиваться тогда, когда сохраняется эталонная информация, в частности количественные и/или качественные эталонные параметры, предпочтительно эталонные спектры, и полученная для соответственно измеренного материала информация, в частности параметры, предпочтительно спектры, сравниваются с эталонной информацией, в частности эталонными параметрами, предпочтительно эталонными спектрами. Отклонение от эталонной информации, в частности эталонных параметров, предпочтительно эталонных спектров, можно таким образом определить особенно просто и, в частности, отобразить и/или привлечь для контроля и/или управления ведением процесса в приемном бункере и/или последующей технологической цепочкой.

Задачей изобретения является далее создание устройства для осуществления предложенного способа подготовки, обработки и/или рециклинга материалов, в частности термопластичных материалов. Эта задача решается посредством устройства с признаками п. 15 формулы.

При этом, согласно изобретению, предусмотрено, что устройство содержит приемный бункер, в частности режущий уплотнитель и/или блок предварительной обработки (PCU), перемешивающее и/или измельчающее устройство для материала, а также спектроскопическое и/или спектрометрическое измерительное устройство для анализа движущегося внутри приемного бункера кускового или в виде частиц материала или для получения информации о соответственно измеренном материале, в частности количественных и/или качественных параметров соответствующего материала.

За счет этого выполнения предложенного устройства можно произвести инлайн спектроскопическое и/или спектрометрическое измерение или анализ движущегося в приемном бункере материала. Так, можно инлайн получить информацию о материале, например содержании аддитивов или наполнителей и составе полимеров, так что процессом переработки можно управлять в соответствии с информацией, чтобы точно настроить нужные признаки качества или свойства конечного продукта, например за счет добавления наполнителей или полимеров.

Особенно компактный вариант предложенного устройства, который обеспечивает инлайн-измерение и анализ перерабатываемого материала, может быть создан тогда, когда оно содержит, по меньшей мере, один приемный бункер, в частности режущий уплотнитель, с перемешивающим и/или измельчающим устройством для материала по меньшей мере одно спектроскопическое и/или спектрометрическое измерительное устройство для инлайн измерения частей движущегося внутри приемного бункера кускового или в виде частиц материала и связанное с измерительным устройством с возможностью обмена данными блок обработки и управления.

В этом случае измерительное устройство выполнено предпочтительно с возможностью передачи физического воздействия, в частности электромагнитного излучения, для возбуждения вращающегося кускового или в виде частиц материала и детектирования, предпочтительно спектрометрическим методом, измерительных сигналов, возникающих как реакция на воздействие, в частности характеристических спектров рассеянного на измеренном материале электромагнитного излучения.

В этом случае блок обработки и управления выполнен предпочтительно с возможностью управления измерительным устройством передаваемого физического воздействия, в частности электромагнитного излучения, детектирования возникающих измерительных сигналов, предоставления в распоряжение полученных таким образом измеренных значений и, при необходимости, на основе полученных измеренных значений вывода и предоставления в распоряжение информации о соответственно измеренном материале, в частности количественных и/или качественных параметрах соответствующего материала.

Приемный бункер, особенно подходящий для подготовки, обработки или рециклинга материалов, может быть создан тогда, когда он содержит боковую стенку и выполнен, в основном, коническим или цилиндрическим, или имеет конический или цилиндрический участок стенки и, при необходимости, дно.

Особенно эффективная подготовка самых разных материалов может быть обеспечена тогда, когда в приемном бункере в качестве перемешивающего и/или измельчающего устройства расположен, по меньшей мере, один вращающийся, в частности, вокруг вертикальной оси вращения перемешивающий и/или измельчающий инструмент для движения и перемешивания и, при необходимости, также для нагрева, измельчения и/или размягчения обрабатываемого кускового или в виде частиц материала, причем при работе в приемном бункере образуется вихрь и/или смесительный сгусток.

В тех областях применения, где слишком сильное перемешивание частиц нежелательно, можно таким образом предпочтительно достичь того, чтобы материал образовал вихрь и в значительной степени вращался только в одной плоскости, тогда как вдоль продольной оси приемного бункера прохождение материала происходит, например, со скоростью 2 м/ч при окружной скорости, например, около 0,3 м/с. В тех областях применения, где желательно особенно хорошее перемешивание, может быть образован смесительный сгусток.

Особенно эффективной подготовки находящегося в приемном бункере материала можно достичь тогда, когда окружная скорость перемешивающего и/или измельчающего инструмента выбрана так, что кусковой или в виде частиц материал вращается радиально со скоростью 0,3-45 м/с и/или в вертикальном направлении – со скоростью 0,1-60 м/с. Это предпочтительно гарантирует также то, что материал всегда будет заменяться в позиции измерения или в точке фокуса.

Особенно простой выгрузки подготовленного материала из приемного бункера можно обеспечить тогда, когда в приемном бункере, в частности в его боковой стенке, выполнено отверстие, через которое предварительно обработанный полимер выгружается из приемного бункера, и когда расположен, по меньшей мере, один транспортер, в частности экструдер, по меньшей мере, с одним вращающимся в корпусе, в частности пластифицирующим или агломерирующим, шнеком для захвата выходящего из отверстия, предварительно обработанного материала.

Для дальнейшего упрощения выгрузки отверстие в приемном бункере может находиться на высоте ближайшего к дну или самого нижнего перемешивающего и/или измельчающего инструмента, а корпус может иметь на своей торцевой стороне или в боковой стенке питающее отверстие для захватываемого шнеком материала, которое сообщено с отверстием.

Особенно компактный вариант измерительного устройства может быть создан тогда, когда оно содержит, по меньшей мере, один, действующий или направленный внутрь приемного бункера источник возбуждения для передачи физического воздействия, в частности испускания электромагнитного излучения, по меньшей мере, на части находящегося внутри приемного бункера и вращающегося там кускового или в виде частиц материала, а также, по меньшей мере, один детектор, в частности спектроскоп, для регистрации измерительных сигналов, возникающих как реакция на воздействие, в частности для регистрации характеристических спектров рассеянного на измеренном материале электромагнитного излучения.

При этом источник возбуждения может действовать, например, от стенки приемного бункера или от перемешивающего и/или измельчающего инструмента или от дна приемного бункера внутрь него.

Особенно надежной характеристики находящегося в приемном бункере материала можно достичь тогда, когда блок обработки и управления выполнен для спектрометрического и/или спектроскопического анализа измерительных сигналов, возникающих как реакция на воздействие, в частности анализа характеристических спектров рассеянного на измеренном материале электромагнитного излучения.

Особенная простая возможность избежать идущих от приемного бункера мешающих влияний на источник возбуждения и/или на детектор измерительного устройства может быть создана тогда, когда источник возбуждения и/или детектор и/или блок обработки и управления физически отстоят от приемного бункера или связаны с ним без вибраций, в частности через волоконно-оптические системы и/или световоды.

Чтобы можно было использовать самые разные физические процессы для возбуждения и химического анализа находящегося в приемном бункере материала, может быть предусмотрено, что измерительное устройство содержит устройство, в частности детектор, для атомной или молекулярной спектроскопии, в частности для рамановской спектроскопии, БИК-, УФ/ВИД-, флуоресцентной и/или абсорбционной спектроскопии.

Чтобы можно было проанализировать или охарактеризовать материал внутри приемного бункера с помощью его реакции на свет в разных диапазонах длин волн, может быть предусмотрено, что источник возбуждения выполнен с возможностью испускания света в области ИФ-, видимого и/или УФ-света, в частности в диапазоне 100-1400 нм, предпочтительно 500-1050 нм.

Источник возбуждения особенно многостороннего использования может быть создан тогда, когда он представляет собой лазер, в частности с диапазоном длин волн 100-1400 нм и/или мощностью в диапазоне 15 мВт - 5 Вт, предпочтительно 100-500 мВт.

Особенно надежное измерение материалов внутри приемного бункера при его одновременном физическом отделении от измерительного устройства, так что на последнее в значительной степени не воздействуют идущие от приемного бункера мешающие влияния, может быть достигнуто тогда, когда в приемном бункере, в частности в его боковой стенке, выполнено по меньшей мере одно измерительное отверстие. При этом оно выполнено таким образом, что создаваемое источником возбуждения физическое воздействие, в частности испускаемое электромагнитное излучение, воздействует на материал в приемном бункере, а рассеянный свет из приемного бункера детектируется вне него.

Измерительное отверстие, обуславливающее особенно небольшие конструктивные изменения на приемном бункере, которые могли бы вызвать его статическое ослабление, может быть создано тогда, когда измерительное отверстие закрыто окошком из проницаемого, в частности для электромагнитного излучения, материала, например сапфирового стекла.

Чтобы обеспечить как можно меньшее искажение идущих от материала внутри приемного бункера материала измерительных сигналов, может быть далее предусмотрено, что окошко имеет толщину 1-100 мм.

Чтобы как можно меньше влиять на стабильность приемного бункера за счет расположения окошка или измерительного отверстия, может быть предусмотрено, что поверхности окошка ровные и ориентированы параллельно друг другу. В качестве альтернативы этот эффект может быть достигнут тогда, когда обращенная к приемному бункеру внутренняя поверхность окошка выполнена вогнутой в соответствии с радиусом приемного бункера, а обращенная от него внешняя поверхность окошка – вогнутой параллельно внутренней поверхности.

Чтобы особенно надежно достичь транспортировки достаточного количества материала мимо измерительного отверстия, может быть предусмотрено, что по меньшей мере одно измерительное отверстие, в частности в боковой стенке приемного бункера, расположено в одной или нескольких из следующих позиций:

- в зоне высоты самого нижнего, ближайшего к дну перемешивающего и/или измельчающего инструмента, в частности немного выше или ниже него, предпочтительно при кратчайшем расстоянии между крайней точкой перемешивающего и/или измельчающего инструмента и боковой стенкой, и/или

- в зоне нижней трети высоты приемного бункера.

Особенно предпочтительного позиционирования измерительного отверстия, которое обеспечивает особенно точный анализ или измерение находящегося внутри приемного бункера материала, можно достичь тогда, когда по меньшей мере одно измерительное отверстие, в частности в боковой стенке приемного бункера, расположено в одной или нескольких из следующих позиций:

- ниже уровня наполнения для находящегося при работе в приемном бункере материала или его частиц,

- на высоте и/или на расстоянии от дна или от перемешивающего и/или измельчающего инструмента, на которой/котором физическое воздействие, в частности электромагнитное излучение, лежит постоянно ниже заданного, согласно способу, уровня наполнения находящихся или вращающихся в приемном бункере частиц материала и/или уровня смесительного сгустка, образовавшегося при их движении и/или вращении,

- на высоте средней трети заданного, согласно способу, уровня наполнения материала в приемном бункере и/или смесительного сгустка,

- в зоне приемного бункера, в которой плотность движущихся и/или вращающихся частиц материала наибольшая, и/или

- в зоне приемного бункера, в которой движущиеся и/или вращающиеся частицы материала оказывают наибольшее давление на боковую стенку приемного бункера.

Во всех этих позициях гарантировано, что мимо измерительного отверстия будет двигаться достаточно часто меняющийся материал и посторонний свет не будет оказывать никакого влияния на измерение.

Особенно небольшого влияния на идущие от измеренного материала измерительные сигналы за счет, например, покрытий или загрязнений поверхности его частиц можно достичь тогда, когда диапазон объема, возбуждаемый физическим воздействием, в частности электромагнитным излучением, определяется площадью сечения измерительного пятна 0,1-5 мм, в частности 1-3 мм, и глубиной проникновения в материал 0,3-30 мкм, в частности 8-15 мкм.

Особенно оптимального отношения сигнал-шум измерительных сигналов можно достичь тогда, когда предусмотрена линза или линзовая система для фокусирования электромагнитного излучения источника возбуждения на точку фокуса, причем точка фокуса образована, в частности, на или непосредственно за окошком, предпочтительно на расстоянии максимум 10 см за ним.

Особенно целенаправленного управления процессами подготовки и рециклинга материалов, в частности термопластичных материалов, можно достичь тогда, блок обработки и управления взаимодействует с блоком управления процессом с возможностью обмена данными. Такой блок управления процессом выполнен предпочтительно для того, чтобы переданные блоком обработки и управления данные, в частности информацию о соответственно измеренном материале, предпочтительно количественные и/или качественные параметры соответствующего материала, использовать для контроля и/или управления ведением процесса в приемном бункере и/или последующей технологической цепочкой.

Особенно эффективное управление признаками качества или нужными, например оптическими или физическими свойствами, конечного продукта можно обеспечить тогда, когда блок управления процессом выполнен для того, чтобы на основе переданных блоком обработки и управления данных осуществлять

- дозирование наполнителей в приемный бункер и/или

- подачу материалов, в частности полимеров, в приемный бункер и/или в присоединенное к нему устройство выгрузки и/или

- выгружать обработанные материалы, в частности гранулы, из приемного бункера посредством присоединенного к нему устройства выгрузки.

Особенно простого учета влияния температуры на генерируемые измеряемым материалом измерительные сигналы можно достичь тогда, когда предусмотрено по меньшей мере одно устройство измерения температуры перед блоком обработки и управления. Такое устройство измерения температуры выполнено для того, чтобы измерять температуру внутри приемного бункера и/или температуру материала и передавать ее на блок обработки и управления. В этом случае блок обработки и управления выполнен для того, чтобы измеренные, по меньшей мере, одним устройством измерения температуры значения привлечь для корректировки влияния температуры на полученную для соответственно измеренного материала информацию, в частности зависимых от температуры характеристических спектров рассеянного на измеренном материале электромагнитного излучения, и предоставить в распоряжение скорректированную таким образом информацию, в частности спектры.

Особенно точной корректировки влияний температуры можно достичь тогда, когда устройство измерения температуры расположено в приемном бункере на той же высоте, в частности в той же позиции, что и по меньшей мере одно измерительное отверстие.

Возможность получения особенно надежной информации о находящемся внутри приемного бункера материале может быть создана тогда, когда блок обработки и управления выполнен для того, чтобы

- управлять измерительным устройством, в частности источником возбуждения, в большое число заданных моментов времени и повторно передавать физическое воздействие, в частности испускать электромагнитное излучение, и

- вычислить и предоставить в распоряжение среднее значение информации о соответственно измеренном материале, в частности об отдельных измеренных частицах, предпочтительно количественные и/или качественные параметры соответствующего материала, которые были получены на основе выбранных, предпочтительно всех, измеренных значений, полученных в эти моменты времени измерительным устройством, в частности детектором.

Другая возможность получения особенно надежной информации о материале внутри приемного бункера, при которой предпочтительно достаточно источника возбуждения особенной малой мощности, может быть создана тогда, когда блок обработки и управления выполнен для того, чтобы

- управлять измерительным устройством, в частности источником возбуждения, и непрерывно оказывать физическое воздействие, в частности испускать электромагнитное излучение, в течение заданного отрезка времени, в частности нескольких секунд, и

- вычислить и предоставить в распоряжение в соответствующий отрезок времени общую информацию о соответственно измеренном материале, в частности количественный и/или качественный параметр, на основе измеренных значений, непрерывно полученных измерительным устройством, в частности детектором, в течение этого отрезка времени.

Другая простая оценка или анализ выявленной блоком обработки и управления информации, например спектров, может быть обеспечена тогда, когда блок обработки и управления содержит память, причем в памяти хранится эталонная информация, в частности количественные и/или качественные эталонные параметры, предпочтительно эталонные спектры, и блок обработки и управления выполнен для того, чтобы сравнивать полученную для соответственно измеренного материала информацию, в частности параметры, предпочтительно спектры, с эталонной информацией, в частности эталонными параметрами, предпочтительно эталонными спектрами, определять отклонение от эталонной информации, в частности эталонных параметров, предпочтительно эталонных спектров, и, в частности, передавать на блок управления процессом и/или на блок отображения.

В данном случае под измерительным устройством понимается устройство для записи и отображения и количественного и/или качественного анализа спектра, содержащее источник возбуждения и детектор. При этом источник возбуждения и детектор согласованы между собой. У такого измерительного устройства речь может идти о спектрометре.

В данном случае под детектором понимается устройство для детектирования и разложения излучения или других физических измеренных значений на спектр, которое интегрировано в измерительное устройство. У такого детектора речь может идти о спектроскопе.

Другие преимущества и варианты осуществления изобретения приведены в описании и на прилагаемых чертежах.

Изобретение схематично изображено на чертежах и описано со ссылкой на них ниже с помощью особенно предпочтительных примеров его осуществления, которые не следует понимать как ограничение.

На чертежах:

- фиг. 1: пример выполнения предложенного устройства для подготовки, обработки и/или рециклинга материалов, в частности термопластичных материалов, с привязанным к приемному бункеру рамановским спектрометром;

- фиг. 2: пример выполнения устройства из фиг. 1 с устройством измерения температуры;

- фиг. 3а, 3b, 4: другие примеры привязки измерительного устройства к приемному бункеру;

- фиг. 5, 6: примеры стоксовых и антистоксовых линий при разных длинах волн;

- фиг. 7: записанные спектры полиэтилена низкого давления (ПНД) с разным содержанием СаСО₃ в качестве наполнителя;

- фиг. 8: выведенное из спектров на фиг. 7 колебание содержания СаСО₃ в течение продолжительности процесса;

- фиг. 9: записанные спектры разных для смесей ПП и ПЭ составов;

- фиг. 10: полученные с помощью спектров из фиг. 9 содержания ПП и ПЭ для различных моментов измерения;

- фиг. 11: полученные с помощью спектров содержания ПА и ПЭ для различных моментов измерения.

Общие сведения

Основную часть подготовки термопластичных или частично термопластичных материалов при работе комбинации из режущего уплотнителя и экструдера, т.е. конструкции режущего уплотнителя, так называемого «блока предварительной обработки» (PCU), с экструдером, берет на себя режущий уплотнитель. Такой режущий уплотнитель или такой блок предварительной обработки PCU называется далее приемным бункером 1.

У приемного бункера 1 речь идет при этом о цилиндрическом, в основном, резервуаре, который может содержать перемешивающее и/или измельчающее устройство, т.е., например, перемешивающе-режущие вращающиеся инструменты, которые установлены предпочтительно снизу или от ближайшей к транспортеру, например экструдеру 5, точки вверх. Инструменты могут быть выполнены режущими, перемешивающими, смешивающими или в виде их комбинаций. Такие устройства известны, например, из ЕР 2689908 В1 или ЕР 2525953 В1 или ЕР 123771.

Обрабатываемый материал ведет себя, в основном, как текучая среда. Он либо уже кусковой, либо приводится инструментами в такую кусковую форму. За счет резки, перемешивания и/или смешивания в материал вводится энергия, и материал равномерно нагревается, причем независимо от толщины частиц материала должен достигаться полный прогрев. За счет размягчения, восстановления растяжения может повыситься насыпная плотность. Далее за счет нагрева создается предпосылка того, что могут улетучиться более легколетучие вещества, которые отчасти нежелательны. Кроме того, в зависимости от типа термопластичного полимера могут возникнуть изменения структуры, т.е. изменение кристаллизации.

Готовый подготовленный материал может затем выгружаться из приемного бункера 1 либо непрерывно, либо порциями. В качестве устройств выгрузки или транспортеров подходят заслонки, транспортирующие или экструдерные шнеки, размещенные так, что материал выгружается, по меньшей мере, за счет чисто центробежной силы. Однако возможна также принудительная выгрузка за счет опрокидывания или переворачивания. Кроме того, в приемный бункер 1 может быть помещен также транспортирующий инструмент, и может быть выгружен предварительно обработанный материал. Для непрерывной работы предпочтительным вариантом является непрерывная выгрузка материала.

Физические методы, основанные на взаимодействии между физическим воздействием, например электромагнитным излучением, и материей, и исследующие энергетический спектр пробы с помощью излучения или волн, например такие методы анализа частотного спектра, как БИК-, рамановская, СИК-спектроскопия и т.д., уже давно обсуждаются в области рециклинга пластиков. Под такими физическими методами в связи с изобретением понимаются методы идентификации химических веществ путем физического возбуждения, например лазером. В результате этого возбуждения возбуждаются такие процессы, как вращательные, колебательные, фотонные или спин-флип процессы, которые приводят к изменению плотности носителей заряда, что можно использовать для идентификации химических веществ.

Отчасти такие физические методы применяются в процессах сортировки при рециклинге пластиков. Например, в оптических процессах сортировки применяется ФТ/БИК-спектроскопия для отделения различных видов пластиков. В основном, здесь имеет место кусковой разделенный материал, который отсортировывается по принципу хороший/плохой. Аналогичные системы используются в лаборатории или для идентификации материалов в виде ручных приборов.

В технике экструзии такие методы применялись до сих для характеристики расплава и свойств в опытном порядке лишь для компонентов, т.к. статистические предпосылки, т.е. небольшой диапазон измерений, длительное время измерений, небольшая гомогенизация у полимерных смесей, небольшая глубина проникновения в расплав, и возникающая у многих полимеров адгезия к стенкам, т.е. материал не заменяется, допускают в приемлемой степени информацию предпочтительно только об одном-единственном полимере.

В отличие от использования спектрометрических измерительных систем при сортировке необработанных хлопьев или у полимерных расплавов в экструдере, в режуще-уплотнительных системах, т.е. в случае горячих, размягченных, однако всегда кусковых, нерасплавленных и к тому же быстро вращающихся в резервуаре частиц материала при принудительно изменяющейся температуре, такие спектрометрические измерения для ин-лайн контроля процесса и, при необходимости, управления им вследствие вышеназванных ограничений до сих пор еще не применялись.

Измерительными системами физических методов, основанных на взаимодействии между физическим воздействием, например электромагнитным излучением, и материей, и исследующие энергетический спектр пробы с помощью излучения или волн, являются, в основном, объемные измерительные системы, которые за счет возбуждения, например лазером или ИФ-светом, регистрируют отраженные от материала спектры и либо непосредственно оценивают, либо согласовывают с библиотеками. По этой причине частота измерений и зарегистрированный «диапазон объема» репрезентативно влияют на достигаемый результат измерения.

Примером такого физического метода является рамановская спектроскопия. Ниже кратко поясняются некоторые ее основные принципы.

Чтобы у молекул можно было применить рамановскую спектроскопию, поляризуемость при вращении или колебании молекулы должна изменяться. В рамановской спектроскопии исследуемая материя облучается монохроматическим светом, обычно светом лазера. В спектре рассеянного на пробе света помимо проникшей частоты (рэлеевское рассеяние) наблюдаются и другие частоты. Разности частот проникшего света соответствуют характерным для материала энергиям вращательных, колебательных, фотонных или спин-флип процессов. По полученному спектру, аналогично спектрам ИФ-спектроскопии, можно сделать вывод об исследованном веществе. Возникающие в рамановском спектре линии называются также стоксовыми или антистоксовыми линиями.

Причина заключается во взаимодействии света с материей, так называемом эффекте Рамана, при котором энергия переносится светом на материю («стоксовая сторона» спектра) или энергия переносится материей на свет («антистоксовая сторона» спектра). Поскольку длина волны света, т.е. его цвет, зависит от энергии света, этот энергоперенос вызывает сдвиг длины волны рассеянного света относительно проникшего света, так называемый рамановский сдвиг. По спектру, т.е. частоте и соответствующей интенсивности, и поляризации рассеянного света можно вывести, в том числе, следующие свойства материала: кристалличность, ориентация кристаллов, состав, деформация, температура, легирование и релаксация.

Рамановское рассеяние молекул имеет обычно очень малое сечение рассеяния, например около 10^-30 см². Сечение рассеяния является мерой вероятности того, что измеряемая молекула будет взаимодействовать с падающим излучением или падающей частицей. Поэтому в случае малых сечений рассеяния необходима относительно высокая концентрация молекул или высокая интенсивность лазера, т.е. большое число частиц, чтобы получить детектируемый сигнал. Таким образом, для некоторых молекул невозможно получить рамановские спектры.

Чтобы можно было подготавливать материалы, такие как пластики, из различных источников и/или разного состава, так что для повторного использования достигаются определенные признаки качества, например механические и/или оптические свойства, помимо необходимых машинно-технических предпосылок необходим анализ поступающих, а также переработанных материалов.

Для такого анализа используются предпочтительно измерительные устройства, которые, в частности,

- могут выдавать абсолютные значения,

- просты в калибровке, обслуживании и управлении,

- могут быть онлайн интегрированы в машину,

- выполнены надежными для круглосуточной эксплуатации 365 дней в году,

- должны интегрироваться в управление машины,

- могут гибко устанавливать различные неизвестные компоненты материала.

Далее должна существовать возможность покрывать системой несколько мест измерений на установке, а также значение имеют экономические аспекты, такие как стоимость измерительного устройства.

Аналитика с рамановской спектроскопией дает здесь в качестве дополнительных преимуществ возможность проводить абсолютные измерения и исследования органических и неорганических компонентов, а также осуществлять простой процесс калибровки. Кроме того, рамановская спектроскопия позволяет обойтись также имеющимися знаниями о составе перерабатываемого материала. Это имеет большое значение особенно в постпотребительской области, где почти невозможно представить себе отобразить все возможным образом возникающие в реальном режиме комбинации материалов в моделях, чего другие концепции измерения требуют, однако, в качестве необходимой основы.

Другая возможность заключается в применении БИК-спектроскопии в качестве физического метода исследования, например энергетического спектра пробы, с помощью излучения или волн: возрастающие требования к качеству пластиковых изделий, а также необходимость сокращения расходов при изготовлении и подготовке требуют применения быстрых и надежных методов контроля, которые как можно раньше регистрировали бы релевантные для процесса параметры качества. Методом, который позволяет достичь этого, является быстрая БИК-спектроскопия.

Измерительная конструкция для БИК-спектроскопии может быть реализована с небольшими затратами также в промышленности. Не требуется никакой подготовки проб, а само измерение происходит неразрушающими методами. Измерения могут проводиться на грануляте, порошке или на готовых деталях.

Кроме того, этим методом можно подвергнуть контролю качества полимерную долю уже в блоке предварительной обработки PCU или в режущем уплотнителе. Этот контроль дает, например, информацию о составе полимерных смесей или влагосодержании пластика. Это позволяет избежать ошибочных партий и непрерывно документировать признаки качества.

БИК-технология применяется в настоящее время в области пластиков лишь ограниченно, например в процессах сортировки. В настоящее время на предприятиях проводится установленным порядком входной и выходной контроль. Эти действия вызывают большие расходы и связаны с высокими затратами времени. Дополнительно к этим проверкам часто необходимы изготовление и подготовка крыш. При применении рамановской или БИК-технологии предпочтительным образом отпадает подготовка проб. Далее можно с помощью созданной посредством БИК-спектроскопии хемометрической модели просто и за секунды получить информацию о проверяемом материале.

Примеры выполнения предложенного устройства

Задачей изобретения является создание инлайн-контроля процесса на производственной установке или непрерывного контроля процесса в экструзионных установках. Должны определяться те свойства материалов, которые воспроизводимым образом измеряются с достаточной для пользователя точностью.

Нужными свойствами являются, например, следующие:

- влажность,

- содержание добавок/наполнителей,

- качественное и количественное цветосодержание,

- состав полимера, содержание сополимера,

- детектирование сшиваний или степени сшивания (желирование).

Эти параметры должны измеряться и анализироваться. Ниже описаны примеры предложенного устройства для подготовки, обработки и/или рециклинга материалов, в частности термопластичных материалов, у которых посредством физического метода, такого как рамановская или БИК-спектроскопия, может быть инлайн получена информация об этих параметрах.

Два примера устройства изображены на фиг. 1, 2, 3а, 3b, 4. Как видно на фиг. 1-4, устройство включает в себя описанный выше приемный бункер 1, т.е. режущий уплотнитель или Preconditioning Unit. Приемный бункер 1 содержит боковую стенку 2 и дно 3 и выполнен цилиндрическим. В качестве альтернативы этому приемный бункер 1 может быть выполнен также, в основном, коническим или иметь конический или цилиндрический участок стенки.

Приемный бункер 1 содержит далее перемешивающее и/или измельчающее устройство, расположенное вблизи дна 3. В примере на фиг. 1-4 приемный бункер 1 содержит в качестве перемешивающего и/или измельчающего устройства вращающийся вокруг вертикальной оси 9 вращения перемешивающий и/или измельчающий инструмент 4. Он служит для движения смеси и, при необходимости, также для нагрева, измельчения и/или размягчения обрабатываемого кускового или в виде частиц материала, причем при работе в приемном бункере 1 образуется смесительный сгусток.

В приемном бункере 1 материал обычно кусковой или в виде частиц, например в виде размолотого материала или пленочных обрезков. При этом такие пленочные обрезки имеют толщину около 10 мкм, причем уже здесь могут иметь место отдельные полимерные слои в пленочной структуре до нескольких миллиметров. Пленочные обрезки можно представить себе при этом, скорее, как поверхностные образования. Оба других размера могут составлять от нескольких миллиметров до 30-500 мм. Однако они могут составлять также лишь несколько миллиметров. Размер определяется, в основном, предварительной обработкой.

Размолотые материалы могут иметь размеры 30-50 мм. Часто возникают кубики или шарообразные или сферические образования. Однако могут использоваться также пыли или мелкие образования, такие как микрогранулят или гранулят.

Важно, чтобы материалы выели себя аналогично текучей среде и поддерживались перемешивающим и/или измельчающим инструментом 4, имеющим окружную скорость 1-100 м/с, циркулирующими в виде сгустка. Окружная скорость перемешивающего или измельчающего инструмента 4 выбрана предпочтительно так, что кусковой или в виде частиц материал циркулирует радиально со скоростью 0,3-45 м/с и/или в вертикальном направлении – со скоростью 0,1-60 м/с.

При этом материал находится, в основном, в зоне 0-80% высоты приемного бункера 1. Снаружи на приемном бункере 1, т.е., например, на боковой стенке 2, материал имеет направление движение в направлении периферии и направление движения, которое ориентировано предпочтительно также вверх. Важно, что материал часто и регулярно заменяется на боковой стенке 2 или в находящейся там позиции измерения.

Например, при переработке пленок или волокон материал имеет в приемном бункере 1 среднее время пребывания 10-15 мин. Материал циркулирует со скоростью примерно 15 м/с. В соответствии с этим мимо позиции измерения на боковой стенке 2 определенный сегмент объема будет проходить 40-200 раз. По этой причине возможны как длительные измерения, т.е. интеграция во время самого измерения, так и большое число измерений в очень короткое время, т.е. тогда при оценке могут применяться статистические методы, чтобы повысить информативность измерения, о чем подробнее говорится ниже.

На фиг. 1 в детали видно, что в боковой стенке 2 приемного бункера 1 для выгрузки, например в зоне высоты перемешивающего и/или измельчающего инструмента 4, выполнено отверстие 8. Через него предварительно обработанный пластик выгружается из приемного бункера 1. Если в приемном бункере 1 расположены несколько перемешивающих и/или измельчающих инструментов 4, то отверстие 8 может быть расположено в зоне самого нижнего, ближайшего к дну перемешивающего и/или измельчающего инструмента 4.

Транспортер, например экструдер 5, с вращающимся в корпусе 16, например пластифицирующим или агломерирующим, шнеком 6 захватывает выходящий из отверстия 8, предварительно обработанный материал. При этом корпус 16 транспортера, как на фиг. 1 и 2, может иметь на своей торцевой стороне или в боковой стенке питающее отверстие 80 для захватываемого шнеком 6 материала. Это питающее отверстие 80 сообщено с отверстием 8, через которое материал выходит из приемного бункера.

Устройство содержит далее спектроскопическое и/или спектрометрическое измерительное устройство 10 для анализа движущегося кускового или в виде частиц материала, находящегося внутри приемного бункера 1, или для получения информации о соответственно измеренном материале, в частности количественных и/или качественных признаках соответствующего материала. При этом речь идет об измерительном устройстве 10, основанном на вышеописанном физическом методе исследования, например, энергетического спектра пробы с помощью излучения или волн.

Пример выполнения такого комбинированного с приемным бункером 1 спектроскопического и/или спектрометрического измерительного устройства 10 изображен на фиг. 1-4. Измерительное устройство 10 измеряет инлайн, т.е. в текущем режиме переработки, по меньшей мере, части движущегося внутри приемного бункера 1 кускового или в виде частиц материала.

Измерительное устройство 10 оказывает физическое воздействие, например испускает электромагнитное излучение, звук, электрические напряжения, или магнитные поля для возбуждения, по меньшей мере, части вращающегося кускового или в виде частиц материала. Это вызвано в изображенном примере источником 11 возбуждения, действующим или направленным внутрь приемного бункера 1. В качестве опции могут быть предусмотрены также несколько таких источников 11 возбуждения.

В изображенном примере источник 11 возбуждения испускает электромагнитное излучение для возбуждения материала. Возникающие как реакция на воздействие измерительные сигналы, например характеристические спектры рассеянного на измеренном материале электромагнитного излучения, детектируются измерительным устройством 10. Для этого оно содержит по меньшей мере один детектор 12 для регистрации возникающих как реакция на воздействие измерительных сигналов, в частности характеристических спектров рассеянного на измеренном материале электромагнитного излучения. В примере на фиг. 1-4 речь идет у детектора 12 о спектроскопе.

На фиг. 1, 2 изображена конструктивная связь рамановского спектрометра в качестве измерительного устройства 10 с приемным бункером 1 или блоком предварительной обработки PCU. При этом сбоку к приемному бункеру 1 присоединен рамановский зонд в качестве измерительной головки 24 с линзовой системой 22 на высоте ниже обычного уровня материала или уровня наполнения подвижных в приемном бункере 1 частиц. Как видно на фиг. 1, 2, в измерительной головке 24 комбинированы световой выход для испускаемого источником 11 возбуждения света и детектирующий вход детектора 12 для рассеянного света из приемного бункера 1.

Однако путь луча, испускаемого источником 11 возбуждения, в направлении внутреннего пространства приемного бункера 1 и путь луча рассеянного света из приемного бункера 1 в направлении детектора 12 могут быть реализованы также отдельной друг от друга. Возможно также, чтобы детектор 12 был интегрирован в измерительную головку 24. В этом случае может осуществляться охлаждение измерительной головки 24.

В качестве альтернативы для спектроскопического и/или спектрометрического анализа материала в приемном бункере 1 измерительное устройство 10 может содержать также детектор 12 для атомной или молекулярной спектроскопии, в частности устройство для рамановской, БИК-, УФ/ВИД-, флуоресцентной и/или абсорбционной спектроскопии.

В примере на фиг. 1-4 измерительное устройство 10 содержит далее блок 40 обработки и управления, находящийся в обмене данными с измерительным устройством 10, конкретно с источником 11 возбуждения и детектором 12. Блок 40 управляет, с одной стороны, измерительным устройством 10 для физического воздействия, в частности для испускания электромагнитного излучения. С другой стороны, блок 40 управляет измерительным устройством 10 для того, чтобы детектировать возникающие измерительные сигналы, в частности характеристические спектры рассеянного электромагнитного излучения, и предоставлять в распоряжение полученные таким образом измеренные значения.

Как схематично и подробно изображено на фиг. 1, 2, источник 11 возбуждения, детектор 12 и блок 40 обработки и управления привязаны к приемному бункеру 1 без вибраций через волоконно-оптические системы и/или световоды 14. В качестве альтернативы источник 11 возбуждения, детектор 12 и блок 40 обработки и управления могут быть расположены также физически отстоящими от приемного бункера 1 или, например, посредством удерживающих устройств на нем.

Если в качестве источника 11 возбуждения используется, например, лазер, то предпочтительно, как в примере на фиг. 1, 2, отсоединить детектор 12 от приемного бункера 1 посредством волоконной оптики. Если для лазера или источника 11 возбуждения и детектора 12 волоконная оптика использоваться не должна (система со свободным лучом), то за счет расположения на расстоянии должна достигаться свободная от вибраций привязка сенсорики.

При использовании волоконной оптики облегчается отвязывание блока 40 обработки и управления и сенсорики или детектора 12 от приемного бункера 1, который подвержен колебаниям температуры, вибрациям и т.д. В данном примере волоконная оптика выбрана при этом так, что она имеет длину менее 100 м, например, менее 30-50 м, предпочтительно менее 15 м, чтобы минимизировать соответствующее затухание сигналов, что приводит предпочтительно также к экономии расходов, т.к. требуется меньшая мощность лазера и улучшается отношение сигнал/шум.

Оптические элементы и отображающие системы защищены от воздействий окружающей среды, таких как пыль, влага, температура, сублиматы и т.д., предпочтительно подходящими мерами, такими как обдув, сухой воздух, обдув NO₂ и т.д.

В приемном бункере 1 расположено по меньшей мере одноизмерительное отверстие 20, через которое обеспечивается измерение материалов внутри приемного бункера 1. Как подробно видно на фиг. 1, 2, оно находится в боковой стенке 2 приемного бункера 1. Через измерительное отверстие 20 передаваемое источником 11 возбуждения физическое воздействие, в данном примере испускаемое электромагнитное излучение, действует на материал внутри приемного бункера 1.

Измерительное отверстие 20 может иметь диаметр 0,5-100 мм и закрыто окошком 21 из проницаемого для физического воздействия, например электромагнитного излучения, материала, например сапфирового стекла. Такое окошко 21 вызывает эффективное отделение между сенсорикой, т.е. измерительным устройством 10, и измеряемым материалом.

В примере на фиг. 1-4 измерительное отверстие 20 расположено в боковой стенке 2 приемного бункера 1 в зоне нижней трети его высоты. В качестве альтернативы этому измерительное отверстие 20 может быть расположено также в зоне высоты самого нижнего, ближайшего к дну перемешивающего и/или измельчающего инструмента 4, в частности немного выше или ниже него, предпочтительно вне кратчайшего расстояния между крайней точкой перемешивающего и/или измельчающего инструмента 4 и боковой стенкой 2.

Предпочтительная позиция монтажа измерительного устройства 10 – это сбоку на приемном бункере 1, т.к. в этой позиции могут быть реализованы кратчайшие расстояния до измеряемого материала. Расстояние между возбуждающей системой, т.е. источником 11 возбуждения, например лазером или источником БИК-излучения, и измеряющей системой, т.е. детектором 12, и измеряемым материалом должно быть предпочтительно минимально возможным. Таким образом, предпочтительно, с одной стороны, источник 11 возбуждения, т.е. источники света, могут поддерживаться небольших габаритов, тогда как в то же время обеспечивается хороший измерительный сигнал, т.к. интенсивность света уменьшается с 1/r², где r – расстояние между детектором 12 и измеряемым материалом.

При боковом монтаже на приемном бункере 1 выбирается предпочтительно та позиция, в которой плотность материала и давление на боковую стенку 2 наибольшие.

Ниже описан пример способа подготовки, обработки и/или рециклинга материалов, в частности термопластичных материалов, с помощью расположенного на приемном бункере 1, т.е. режущем уплотнителе или PCU, измерительного устройства 10, например рамановского спектрометра.

Измеряемый материал должен проходить мимо сенсорики измерительного устройства 10 с достаточной частотой, причем материал должен проходит точку 23 фокуса источника 11 возбуждения. Для фокусирования электромагнитного излучения источника 11 возбуждения на точку 23 фокуса предусмотрена линза или линзовая система 22. При этом точка 23 фокуса лежит на или непосредственно за окошком 21, предпочтительно на расстоянии максимум 10 см за ним. Чем выше в этой точке 23 фокуса давление прижима, которое вращающийся материал оказывает на приемный бункер 1 или на его боковую стенку 2, особенно у материалов с малой насыпной плотностью, тем выше интенсивность измерительного сигнала, т.к. материал лежит в точке 23 фокуса.

Если бы точка 23 фокуса лежала дальше сзади, т.е. дальше внутри приемного бункера 1 или в материале, то эффекты рассеяния и уменьшенная интенсивность негативно влияли бы на сигнал и соответственно уменьшали отношение сигнал/шум. По этой причине боковой монтаж в приемном бункере 1 предпочтителен предпочтительно в его нижней части, как описано выше.

Предпочтительно, если способ проводится в приемном бункере 1 так, что уровень частиц материала или образовавшегося в результате движения смесительного сгустка в приемном бункере 1 поддерживается так, что он лежит всегда выше источника 11 возбуждения или источника света.

Таким образом, в предложенном устройстве материал в производственных условиях всегда покрывает окошко 21. Это покрытие служит также для экранирования постороннего света в частотном диапазоне 50-1008 нм, в частности 785±215 нм, в котором лежат измерительные частоты. При этом речь идет о 785+215 нм для стоксова диапазона, а 785-215 нм – для антистоксова диапазона (фиг. 5). У эффекта Рамана происходит как энергоперенос с фотона (стоксово рассеяние) на молекулу, так и с молекулы на фотон (антистоксово рассеяние). Оба переноса могут оцениваться по отдельности или/и в соотношении между собой. Далее у предпочтительно всегда покрытой измерительной головки 24/окошка 21 в течение времени измерения предпочтительно достигается хорошая стабильность измерительного сигнала. В качестве опции возможен также диапазон ± 245 мм (фиг. 6).

Как уже упомянуто выше, окошко в примере на фиг. 1-4 выполнено предпочтительно из сапфирового стекла, чтобы обеспечить прохождение релевантных частотных спектров в диапазоне 570-1008 нм, в частности 785±215 нм. Чтобы покрыть применение в диапазоне длин волн 785 нм, должен пропускаться, по меньшей мере, диапазон между 931 нм (стоксов) и 678 нм (антистоксов).

В данном примере поверхности окошка 221 ровные и ориентированы параллельно друг другу. В качестве опции обращенная к приемному бункеру 1 внутренняя поверхность окошка 21 выполнена вогнутой в соответствии с радиусом приемного бункера 1, а обращенная от него внешняя поверхность окошка 21 – вогнутой параллельно внутренней поверхности.

Как уже упомянуто выше, источник 11 возбуждения может быть в данном примере лазером с диапазоном длин волн 100-1400 нм, а в области ИФ-, видимого и/или УФ-света, например с диапазоном длин волн 780±250 нм. Другие возможные используемые лазеры могут покрывать диапазон длин волн 532±215 нм, 638±215 нм, 820±215 нм и/или 1064±215 нм.

Мощность лазера лежит, например, в диапазоне 15 мВт - 5 Вт, причем предпочтителен диапазон 100-500 мВт. Использование лазеров с высокой плотностью энергии предпочтительно возможно, т.к. материал постоянно заменяется и за счет этого не происходит никакого изменения измеряемого материала. Особая необходимость в высокой плотности энергии может потребоваться, например, в случае полимеров очень темной окраски.

Далее следует обратить внимание на отношение мощности лазера к времени интеграции. Оно лежит предпочтительно в диапазоне 5-5000 мВт/с, в частности 15-1000 мВт/с.

Рекомендуется охлаждать расположенную на измерительном отверстии 20 или на окошке 21 измерительную головку 24 измерительного устройства 10 с линзовой системой 22, чтобы температура длительное время оставалась ниже 90°С, лучше ниже 60°С. При этом в качестве охлаждающей среды могут использоваться газы или жидкости, однако может использоваться также элемент Пельтье.

При использовании БИК действуют предпочтительно также описанные выше условия. В этом случае окошко может состоять, однако, из кварцевого стекла, чтобы пропускались релевантные частотные спектры в диапазоне 760-2500 нм для БИК.

При одновременном монтаже измерительных устройств 10 на основе рамановской или БИК-спектроскопии следует предпочесть оптоволоконные системы, чтобы поддерживать монтаж простым. Оптоволоконные системы требуют непосредственно перед окошком 21 минимум места. При этом возможно подключение обоих измерительных устройств 10 через одно окошко 21, а также через разные окошки 21. Оказалось целесообразным, если окошки 21 расположены в значительной степени на одной высоте в направлении периферии. Следует стремиться к локальной близости, однако это необязательно.

Диапазон объема материала, который может быть исследован, определяется площадью сечения измерительного пятна 0,1-5 мм, в частности 1-3 мм, и глубиной проникновения в материал 0,3-30 мкм, в частности 8-15 мкм. Глубина проникновения, которая на практике приводит к хорошим измеренным значениям, лежит в диапазоне 8-15 мкм. Площадь сечения измерительного пятна составляет в данном примере 1-3 мм, так что может быть исследован объем около 0,00015 мм³. По этой причине частота измерения или частое прохождение измеряемого материала мимо окошка 21, чтобы достичь репрезентативных результатов измерения.

За счет того, что материал перед окошком 21 или в точке 23 фокуса при работе часто и регулярно заменяется, и за счет согласованной частоты измерений или за счет соответствующей продолжительности измерений достигается предельно высокая точность.

Блок 40 обработки и управления выводит на основе полученных измеренных данных информацию о соответственно измеренном материале, в частности количественных и/или качественных параметрах соответствующего материала, и предоставляет ее в распоряжение. Например, блок 40 может спектрометрически и/или спектроскопически анализировать возникающие как реакция на воздействие измерительные сигналы, в частности характеристические спектры рассеянного на измеренном материале электромагнитного излучения.

Осуществление способа и оценка

Как уже сказано, движущийся внутри приемного бункера 1 кусковой или в виде частиц материал инлайн анализируется или измеряется спектроскопически и/или спектрометрически, а полученные таким образом измеренные значения привлекаются для получения информации о соответственно измеренном материале, в частности количественных и/или качественных параметрах соответствующего материала. В данном примере возникающие как реакция на электромагнитное излучение измерительные сигналы предпочтительно спектрометрически детектируются и оцениваются в виде характеристических спектров рассеянного на измеренном материале электромагнитного излучения.

Оценка полученных таким образом результатов измерения или спектров осуществляется блоком 40 обработки и управления и происходит предпочтительно следующим образом.

За счет частого прохождения частиц материала в состоянии от твердого до частично размягченного мимо позиции измерения или точки 23 фокуса можно использовать длительное время измерения, которое позволяет использовать, например, лазеры малой мощности 20-200 мВт, тогда как информативность результатов измерения остается достаточно точной.

Блок 40 обработки и управления управляет в этом случае измерительным устройством 10 или источником 11 возбуждения таким образом, что оно/он непрерывно передает физическое воздействие, например создаваемое лазером электромагнитное излучение, в течение заданного отрезка времени, например от менее чем одной секунды до нескольких секунд или одной минуты или более. Затем блок 40 обработки и управления рассчитывает для соответствующего отрезка времени отдельную общую информацию о соответственно измеренном материале, т.е. всех частицах материала, которые в этот отрезок времени прошли мимо измерительного отверстия 20 или окошка 21 и были зарегистрированы детектором 12. Так, например, можно составить отдельный суммарный спектр для всех этих частиц материала.

В качестве альтернативы этому блок 40 обработки и управления может управлять измерительным устройством 10 или источником 11 возбуждения таким образом, что оно/он повторно передает физическое воздействие, например испускаемое лазером электромагнитное излучение, в заданные, многочисленные, моменты времени. Таким образом, при каждом воздействии соответствующая одна частица вращающегося в приемном бункере 1 материала возбуждается и рассеивает излучение, детектируемое детектором 12. Затем блок 40 обработки и управления может рассчитать среднее значение информации о соответственно измеренном материале на основе выбранных или всех измеренных значений, выявленных в эти моменты времени измерительным устройством 10, в частности детектором 12, для отдельных частиц, и предоставить в распоряжение. Это значит, что среднее значение формируется из большого числа спектров отдельных частиц.

Если из-за измеряемых материалов требуются высокие/повышенные мощности лазера, то прохождение измеряемого материала мимо точки 23 фокуса предотвращает влияние высокой плотности энергии лазера на измеряемый материал. Методически неизвестный материал возбуждается с более высокой плотностью энергии, а блок 40 обработки и управления опционально снижает мощность лазера до тех пор, пока детектор 12 не будет находиться в своем линейном диапазоне. В статическом измерительном процессе этот автоматический измерительный процесс не удалось бы применить, т.к. проба или материал сгорел бы или расплавился.

Поскольку в приемном бункере 1, т.е. в режущем уплотнителе или блоке предварительной обработки, обычно происходит изменение температуры обрабатываемого материала, предложенное устройство может содержать, при необходимости, также устройство 30 измерения температуры, перед блоком 40 обработки и управления.

В обычном режиме работы приемного бункера 1 в любом случае происходит изменение температуры материала: материал при комнатной температуре подается или загружается сверху в приемный бункер 1, а затем нагревается, например, за счет движения перемешивающих и/или измельчающих инструментов 4 или за счет трения. Материал становится горячим, размягчается, однако остается все еще в виде частиц или кусковым и не плавится.

Однако это изменение температуры приводит к изменению записанных измерительным устройством 10 или детектором 12 спектров за счет структурного изменения полимеров на этом этапе процесса. Поэтому предпочтительно, если при оценке осуществляется соответствующая корректировка, особенно когда соответственно зарегистрированный спектр должен быть согласован с имеющимися базами данных спектров.

Такое опциональное устройство 30 измерения температуры измеряет температуру внутри приемного бункера 1 и/или температуру материала и передает ее на блок 40 обработки и управления. При этом, например, с помощью температурного щупа, входящего в краевой слой материала, температура материала регистрируется и используется в качестве заданной величины для корректировки спектров. В качестве альтернативы в качестве значения может быть привлечена также температура приемного бункера 1. На приемном бункере 1 может быть размещен также дополнительный тепловой измерительный прибор, например оптический, для регистрации температуры. В этой связи особенно предпочтительным является место монтажа устройства 30 измерения температуры в локальной близости к закрывающему измерительное отверстие 20 окошку 21 или измерительной головке 24 измерительного устройства 10. Устройство 30 измерения температуры может быть расположено в приемном бункере 1, например, на той же высоте в частности в той же позиции, что и по меньшей мере одно измерительное отверстие 20.

Блок 40 обработки и управления привлекает полученные устройством 30 измерения температуры измеренные значения для корректировки влияния температуры на полученную для соответственно измеренного материала информацию, в частности зависимых от температуры характеристических спектров рассеянного на измеренном материале электромагнитного излучения и предоставляет в распоряжение скорректированную таким образом информацию, в частности спектры.

Полученная таким образом информация включается в оценку и служит индикацией температурной корректировки спектров. Так, например, измеряется температура материала в приемном бункере 1 и передается на блок 40 обработки и управления. Там измеренная фактическая температура привлекается для корректировки спектров, например до эталонной температуры, чтобы обеспечить простое сравнение с хранящимися в памяти эталонными спектрами. Например, корректируется обусловленный температурой сдвиг спектров к более высоким интенсивностям.

Для особенно простой оценки информации, полученной для измеренного материала, такой как спектры, блок 40 обработки и управления может содержать память, в которой хранится эталонная информация, например количественные и/или качественные эталонные параметры или эталонные спектры. Блок 40 обработки и управления может тогда сравнивать полученную для соответственно измеренного материала информацию, такую как спектры, с эталонной информацией, например эталонными спектрами, и определять отклонение от эталонной информации или эталонных спектров. Это полученное отклонение может быть затем направлено, например, на блок управления процессом и/или блок отображения.

Блок 40 обработки и управления может опционально взаимодействовать также или обмениваться данными с блоком 50 управления процессом. Такой блок управления процессом может использовать, например, переданные блоком 40 обработки и управления данные, т.е. информацию о соответственно измеренном материале, такую как количественные и/или качественные параметры соответствующего материала, для контроля и/или управления ведением процесса в приемном бункере 1 и/или последующей технологической цепочкой.

Такой блок 50 управления процессом может, например, на основе переданных блоком 40 обработки и управления данных осуществлять

- дозирование наполнителей в приемный бункер 1 и/или

- подачу материалов, таких как полимеры, наполнители и т.д., в приемный бункер 1 и/или в присоединенное к нему устройство выгрузки и/или

- выгружать обработанные материалы, в частности гранулы, из приемного бункера 1 посредством присоединенного к нему устройства выгрузки, такого как транспортер. Ниже об этом говорится более подробно.

Примеры применения

Пример 1

Ниже описан первый пример применения способа и устройства для подготовки, обработки и/или рециклинга материалов, в частности термопластичных материалов.

При производстве гигиенических изделий, таких как подгузники, повязки и т.д., применяются различные полимеры с разной вязкостью и степенью наполнения наполнителями, например СаСО₃. При этом доля нетканого материала в гигиенических изделиях состоит большей частью из ненаполненного ПП, а пленка – из наполненного СаСО₃ ПНД. Образующиеся при производстве высечные и пленочные остатки содержат поэтому разную долю полимера и разную степень наполнения.

Чтобы получить из этих исходных материалов материал постоянного качества, обязательно должно быть известно количество разных компонентов наполнителя и/или полимера. На этапе компаундирования за счет добавления полимера, добавок и наполнителя можно установить определенную смесь для конечного продукта, если поступающие компоненты абсолютно известны. Благодаря этому соответственно повышается гибкость. Измерение до и для контроля после этапа компаундирования управляет долями подаваемых компонентов, гарантирует, тем самым, определенные свойства и минимизирует производственные издержки.

Опытная конструкция

При проведении этого опыта машина INTAREMA 1108TVEplus, содержащая измерительное устройство 10 с детектором 12 для рамановской спектроскопии и приемный бункер 1, т.е. режущий уплотнитель или блок предварительной обработки, загружалась отходами производства гигиенической пленки. Этот материал имеет вид кусковых пленочных отрезков. В таблице 1 объединены опытные данные.

Таблица 1. Опытные данные примера применения

Мате-риал Машина Темпе-ратура PCU Мощ-ность PCU Частота вращения инст-румента Мощность лазера Время интегра-ции Число изме-рений Время изме-рения на спектр °С кВт об/мин мВт с с LPDE+
CaCO₃ INTAREMA 1108
TVEplus 102 36-38 750 200 3 10 30

Оценка

Неожиданным образом, несмотря на уже упомянутые высокие скорости вращения частиц в приемном бункере 1, удалось зарегистрировать детектором 12 или спектроскопом четкие спектры. Зарегистрированные детектором 12 спектры изображены на фиг. 7. Спектры показывают смеси из ПЭ и СаСО₃ с изменяющимся процентным содержанием (1%, 2%, 5%, 10%, 15%, 17,5%, 20%).

Зарегистрированные спектры оцениваются блоком 40 обработки и управления в отношении доли СаСО₃, и информация о доли CaCO₃ , в % от всего материала, становится доступной.

Интерпретация

В результатах измерений можно обнаружить изменение доли СаСО₃ во входном материале в течение продолжительности процесса около 4 ч (фиг. 8). Таким образом, можно вывести управляющий сигнал на подключенный к блоку 40 обработки и управления блок 50 управления процессом, например дозатор, на основе которого соответственно адаптируется подача СаСО₃ в виде порошка или маточной смеси. В случае большей доли во входном материале можно, следовательно, уменьшить дозируемое количество, а в случае меньшей доли во входном материале – увеличить. В полученном конечном продукте тогда доля СаСО₃ предпочтительно равномерная. Обычно для изготавливаемых литьем под давлением продуктов доля СаСО₃ в зависимости от применения предусматривается 15-25%, причем отклонение должно составлять соответственно только ± 1%.

Пример 2

Ниже описан второй пример способа и устройства.

При повторном применении бывших в употреблении упаковочных материалов из пищевой/непищевой промышленности в результате процессов сортировки и мойки различные полимерные потоки настолько хорошо, насколько это возможно, разделяются и очищаются. В последующем процессе термодеформирования (экструзии) осуществляются гомогенизация и фильтрование расплава. Полученные регенераты в зависимости от применения должны отвечать определенному качеству: так, например, для изготовления раздувной пленки из ПНД доля ПП не должна превышать определенного процента, т.к. тогда впоследствии нужные механические свойства при определенных обстоятельствах не достигаются или же свариваемость больше не обеспечивается. Поскольку далее в предшествующем процессе сортировки никогда нельзя достичь 100%-ной чистоты сорта, целесообразен, например, выпуск гранул из присоединенного к приемному бункеру 1 экструдера 5 с более высокой долей ПП. За счет встроенного рамановского измерения можно легче установить долю ПП в приемном бункере 1 и управлять выпуском готовых гранул, если доля ПП слишком велика.

Опытная конструкция

При проведении опыта использовалась машина INTAREMA 80TVEplus, содержащая измерительное устройство 10 с детектором 12 для рамановской спектроскопии и приемный бункер 1, т.е. режущий уплотнитель или блок предварительной обработки. При этом опыте за счет добавления ПЭ-пленки к чистой ПП-пленке в приемный бункер 1 была подтверждена пригодность измерительного устройства на основе рамановской спектроскопии, которое в заданные отрезки времени повторно проводит измерения. Для этого два рулона пленки, а именно ПП-пленки и ПЭНД-пленки, известных ширины и толщины подавались к приемному бункеру 1 через отдельные питающие устройства. Процентное разделение определялось расчетным путем по поверхностной плотности и подтверждалось выборочным контролем полученного гранулята.

Таблица 2. Опытные данные второго примера применения

Мате-риал Машина Темпе-ратура PCU Мощ-ность PCU Частота вращения инст-румента Мощность лазера Время интегра-ции Число изме-рений Время изме-рения на спектр °С кВт об/мин мВт с с ПЭ/ПП INTAREMA 1108
TVEplus 100 40-41 750 150 4 10 40

Оценка

Зарегистрированные детектором 12 спектры изображены на фиг. 9. Спектры указывают смеси из ПП и ПЭ с соответственно изменяющимися процентными долями (100%, 90%, 70%, 50%, 25%, 10%, 0% ПП).

Зарегистрированные спектры оцениваются блоком 40 обработки и управления, и доля ПП предоставляется им в распоряжение в % от всего материала (фиг. 10).

Интерпретация

За счет использования этого измерительного процесса можно измерить долю ПП в потоке материала с точностью менее 1%. Таким образом, можно управлять долей ПП в конечном продукте за счет добавления ПЭ. Это особенно предпочтительно, т.к. из практики известно, что уже доля ПП около 5% в потоке ПНД уменьшает свариваемость так, что производство мешков больше не обеспечивается.

Пример 3

Ниже описан третий пример способа и устройства.

ПЭ/ПП-композиты используются в качестве упаковочной пленки для пищевых продуктов. При этом речь идет о многослойной структуре, в середине которой находится ПА-пленка, например для сохранения аромата. ПЭ и ПА являются полимерами, которые плохо перемешиваются. Однако, добавив совместители, можно получить очень хороший материал для производства пленки или литья под давлением. Поскольку совместители очень дороги, а доли ПА и ПЭ колеблются, можно при подготовке сэкономить расходы и оптимизировать конечный продукт, если полимерную долю можно точно определить, а добавлением совместителя соответственно управлять. Остатки имеют большей частью долю ПА около 40% и долю ПЭ 60% и имеют вид поверхностных образований, краевых полос и пленочных рулонов.

Опытная конструкция

При проведении опыта использовалась машина INTAREMA 1108 TЕ, содержащая измерительное устройство 10 с детектором 12 для рамановской спектроскопии и приемный бункер 1, т.е. режущий уплотнитель или Preconditioning Unit. При этом опыте за счет добавления краевых полос ПЭ/ПА и кусков пленки в приемный бункер 1 была подтверждена пригодность непрерывно измеряющего измерительного устройства 10 на основе рамановской спектроскопии. В полученном грануляте соответствующие полимерные доли измерялись с помощью лабораторных измерительных приборов для контроля предварительно инлайн определенных долей. В таблице 3 объединены опытные данные.

Таблица 3. Опытные данные третьего примера применения

Мате-риал Машина Темпе-ратура PCU Мощ-ность PCU Частота вращения инст-румента Мощность лазера Время интегра-ции Число изме-рений Время изме-рения на спектр °С кВт об/мин мВт с с ПЭ/ПА INTAREMA 1108 TE 107 48-54 750 350 3 10 30

Оценка

Зарегистрированные спектры оцениваются блоком 40 обработки и управления, и доля ПА к ПЭ отображается им (фиг. 11).

Интерпретация

За счет разных вариантов переработанных пленок существуют соответствующие сдвиги. Так, например, до примерно 9:55 возрастает доля ПЭ. Однако это нежелательно, чтобы достичь соответствующего нужного конечного качества конечного продукта, т.к. слишком малая доля ПА негативно влияет на свойства конечного продукта, а, кроме того, дозируется слишком много совместителя. По этой причине в качестве реакции на полученную информацию об измеренном материале можно в конце подготовительной установки присоединить ответвление и отводить полученный гранулят в диапазоне от 9:55 до 10:08.

Описанные выше устройство и способ обеспечивают, таким образом, при использовании спектроскопических и/или спектрометрических измерительных устройств 10 эффективные инлайн анализ, контроль и, при необходимости, управление процессом в системах для подготовки, обработки и/или рециклинга материалов, в частности термопластичных материалов, с приемным бункером 1, т.е. режущим уплотнителем или блоком предварительной обработки PCU.

Кроме того, переданная блоком оценки информация/данные могут использоваться также в последующей производственной цепочке, например при дозировании наполнителей, выпуске готового гранулята, а также при подаче других полимеров, например в приемный бункер 1, т.е. режущий уплотнитель или блок предварительной обработки PCU.

Изобретение относится к области контроля технологических процессов оптическими средствами и касается способа подготовки термопластичных материалов для повторного применения. При осуществлении способа термопластичный материал перемещают и перемешивают, а также измельчают и размягчают в приемном бункере, выполняют спектроскопические и/или спектрометрические измерения движущегося в приемном бункере кускового или в виде частиц материала и определяют количественные и качественные параметры указанного материала или изменение этих параметров. При проведении измерений материал возбуждают воздействием электромагнитного излучения свет в области инфракрасного, видимого и/или УФ-света. Возбуждающее электромагнитное излучение фокусируют в точку, которая лежит внутри приемного бункера на стенке бункера или непосредственно за стенкой бункера или на расстоянии максимум 10 см за стенкой бункера. При этом электромагнитным излучением возбуждают объем, определяемый площадью сечения измерительного пятна в диапазоне 0,1-5 мм и с глубиной проникновения в материал 0,3-30 мкм. Технический результат заключается в упрощении способа контроля и повышении качества получаемой продукции. 2 н. и 29 з.п. ф-лы, 12 ил., 3 табл., 3 пр.

1. Способ подготовки термопластичных материалов для повторного применения, характеризующийся тем, что

- термопластичный материал перемещают и перемешивают, а также измельчают и размягчают в приемном бункере (1), выполненном в виде режущего уплотнителя или блока предварительной обработки (PCU), при этом материал остается в приемном бункере (1) кусковым или в виде частиц и нерасплавленным, и

- выполняют встроенные измерения, спектроскопические и/или спектрометрические измерения движущегося в приемном бункере (1) кускового или в виде частиц материала, и полученные таким образом измеренные значения применяют для получения информации о количественных и/или качественных параметрах указанного материала,

при этом по меньшей мере части кускового или в виде частиц материала, находящегося внутри приемного бункера (1) и вращающегося там, возбуждают воздействием электромагнитного излучения и детектируют возникающие в качестве отклика на указанное воздействие спектры электромагнитного излучения, рассеянного на измеряемом материале,

для возбуждения используют свет в области инфракрасного, видимого и/или УФ-света в диапазоне 100-1400 нм и/или для возбуждения используют лазер в диапазоне длин волн 100-1400 нм,

при этом свет детектируют и анализируют для того, чтобы во время технологического процесса в поточном режиме определять количественные и/или качественные параметры указанного материала или изменения этих параметров во время процесса и использовать их для контроля и/или управления процессом и/или использовать эти параметры для управления проведением процесса в приемном бункере (1),

причем электромагнитное излучение, возбуждающее материал, фокусируют в точку (23) фокуса, которая лежит внутри приемного бункера (1) на стенке бункера или непосредственно за стенкой бункера или на расстоянии максимум 10 см за стенкой бункера,

при этом электромагнитным излучением возбуждают объем, определяемый площадью сечения измерительного пятна в диапазоне 0,1-5 мм и с глубиной проникновения в материал 0,3-30 мкм,

причем во внешней зоне приемного бункера (1) или на боковой стенке (2) приемного бункера (1), кусковой или в виде частиц материал имеет круговое направление движения и/или направление движения, направленное преимущественно вверх,

кусковой или в виде частиц материал вращают по окружности со скоростью 0,3-45 м/с и/или в вертикальном направлении со скоростью 0,1-60 м/с, так что кусковой или в виде частиц материал заменяется часто и регулярно во внешней зоне приемного бункера (1) или на его боковой стенке (2).

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что термопластичный материал также нагревают в приемном бункере (1).

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что спектроскопические и/или спектрометрические измерения осуществляют методом рамановской спектроскопии, спектроскопии в ближнем инфракрасном диапазоне (БИК), спектроскопии в ультрафиолетовом/видимом диапазоне (УФ/ВИД), флуоресцентной спектроскопии и/или абсорбционной спектроскопии.

4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что для возбуждения используют свет в диапазоне 500-1000 нм, или для возбуждения используют лазер мощностью в диапазоне 15 мВт - 5 Вт, предпочтительно 100-500 мВт.

5. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что электромагнитное излучение возбуждает объем, определяемый площадью сечения измерительного пятна в диапазоне 1-3 мм и глубиной проникновения в материал 8-15 мкм.

6. Способ по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что возбуждающее материал электромагнитное излучение вводят внутрь приемного бункера (1) или в материал в одной или более следующих позициях:

- ниже уровня наполнения материалом или частицами материала приемного бункера (1) во время работы,

- на высоте и/или на расстоянии от дна (3) или от перемешивающего и/или измельчающего инструмента (4), на которой/котором электромагнитное излучение происходит постоянно ниже заданного, согласно способу, уровня наполнения находящихся или вращающихся в приемном бункере (1) частиц материала, и/или ниже уровня смесительного сгустка, образовавшегося при движении и/или вращении частиц материала,

- на высоте средней трети заданного, согласно способу, уровня наполнения материалом приемного бункера (1) и/или смесительного сгустка,

- в зоне приемного бункера (1), в которой плотность движущихся и/или вращающихся частиц материала наибольшая, и/или

- в зоне приемного бункера (1), в которой движущиеся и/или вращающиеся частицы материала оказывают наибольшее давление на боковую стенку (2) приемного бункера (1).

7. Способ по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что находящийся внутри приемного бункера (1) и вращающийся там кусковой или в виде частиц материал или отдельные частицы материала, в заданные моменты времени, в множество моментов времени, возбуждают с помощью электромагнитного излучения, при этом определяют и сохраняют доступным среднее значение из информации о количественных и/или качественных параметрах измеренного материала или отдельных частиц, которые определяют на основе выбранных или всех измеренных значений, полученных в указанные моменты времени.

8. Способ по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что находящийся внутри приемного бункера (1) и вращающийся там кусковой или в виде частиц материал в течение нескольких секунд непрерывно возбуждают электромагнитным излучением, при этом в соответствующий отрезок времени на основе непрерывно полученных в пределах этого отрезка времени измеренных значений вычисляют и предоставляют в распоряжение количественный и/или качественный параметр материала.

9. Способ по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что измеряют температуру внутри приемного бункера (1) и/или температуру материала и в оценку включают информацию о температуре, которая служит индикатором для информации о количественных и/или качественных параметрах соответствующего материала, и/или регистрируют температуру материала и используют ее в качестве характеристики для корректировки спектров.

10. Способ по любому из пп. 1-9, отличающийся тем, что сохраняют количественные и/или качественные эталонные параметры или эталонные спектры, и полученные для соответствующего измеренного материала количественные и/или качественные параметры или спектры сравнивают с количественными и/или качественными эталонными параметрами или эталонными спектрами, определяют отклонение от количественных и/или качественных эталонных параметров или эталонных спектров и полученные отклонения отображают и/или используют для контроля и/или управления проведением процесса в приемном бункере (1) и/или последующей технологической цепочкой.

11. Устройство для осуществления способа подготовки термопластичных материалов для повторного применения по любому из пп. 1-10, содержащее

по меньшей мере один приемный бункер (1) для термопластичного материала, представляющий собой режущий уплотнитель или блок предварительной обработки (PCU), с перемешивающим и измельчающим устройством для указанного материала,

спектроскопическое и/или спектрометрическое измерительное устройство (10) для анализа движущегося внутри приемного бункера (1) кускового или в виде частиц указанного материала,

блок (40) обработки и управления, связанный с измерительным устройством (10) с возможностью обмена данными, и

блок (50) управления процессом,

при этом измерительное устройство (10) содержит:

- по меньшей мере один источник (11) возбуждения, действующий или направленный внутрь приемного бункера (1), предназначенный для испускания электромагнитного излучения на материал внутри приемного бункера (1), и

- по меньшей мере один детектор (12) для регистрации спектров электромагнитного излучения, рассеянного на измеряемом материале,

причем источник (11) возбуждения выполнен с возможностью испускания света в области инфракрасного (ИФ) света, видимого и/или УФ-света, или источник (11) возбуждения представляет собой лазер,

при этом приемный бункер (1) содержит боковую стенку (2) и дно (3) и выполнен, по существу, коническим или цилиндрическим, или имеет конический или цилиндрический участок боковой стенки,

в приемном бункере (1) в качестве перемешивающего и измельчающего устройства расположен по меньшей мере один перемешивающий и/или измельчающий инструмент (4), установленный с возможностью вращения вокруг вертикальной оси (9) вращения, при работе перемешивающего и измельчающего устройства в приемном бункере (1) образуется вихрь и/или смесительный сгусток из обрабатываемого материала, кускового или в виде частиц,

в боковой стенке (2) приемного бункера (1) выполнено по меньшей мере одно измерительное отверстие (20), причем измерительное отверстие (20) выполнено так, чтобы электромагнитное излучение, испускаемое источником (11) возбуждения, воздействовало на материал в приемном бункере (1) и рассеянный свет из приемного бункера (1) детектировался,

причем указанное по меньшей мере одно измерительное отверстие (20) расположено в боковой стенке (2):

- в зоне высоты самого нижнего перемешивающего и/или измельчающего инструмента (4), ближайшего к дну, и/или

- в зоне нижней трети высоты приемного бункера (1),

при этом блок (40) обработки и управления выполнен с возможностью:

управления измерительным устройством (10) для передачи электромагнитного излучения, детектирования возникающих измерительных сигналов и сохранения доступными полученных таким образом измеренных значений спектров электромагнитного излучения;

с возможностью выведения и сохранения информации о количественных и/или качественных параметрах материала на основе измеренных значений спектров электромагнитного излучения; и

с возможностью взаимодействия с блоком (50) управления процессом и с возможностью обмена данными,

причем блок (50) управления процессом выполнен с возможностью использования переданных блоком (40) обработки и управления количественных и/или качественных параметров материала для контроля и/или управления проведением процесса в приемном бункере (1) и/или последующей технологической цепочкой.

12. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что приемный бункер (1) выполнен с возможностью нагревания обрабатываемого материала.

13. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что окружная скорость перемешивающего и/или измельчающего инструмента (4) выбрана с возможностью вращения кускового или в виде частиц материала по окружности со скоростью 0,3-45 м/с и/или в вертикальном направлении – со скоростью 0,1-60 м/с.

14. Устройство по любому из пп. 11-13, отличающееся тем, что в приемном бункере (1), в его боковой стенке (2), в зоне высоты самого нижнего, ближайшего к дну перемешивающего и/или измельчающего инструмента (4) выполнено отверстие (8) с возможностью выгрузки через него из приемного бункера (1) предварительно обработанного материала, при этом по меньшей мере один транспортер, выполненный в виде экструдера (5), по меньшей мере с одним пластифицирующим или агломерирующим шнеком (6), установленным в корпусе (16) с возможностью вращения, установлен для приема выходящего из отверстия (8) предварительно обработанного материала, причем корпус (16) имеет на торцевой стороне или в боковой стенке питающее отверстие (80) для материала, захватываемого шнеком (6), и питающее отверстие (80) сообщается с отверстием (8).

15. Устройство по любому из пп. 11-14, отличающееся тем, что источник (11) возбуждения, и/или детектор (12), и/или блок (40) обработки и управления физически отстоят от приемного бункера (1) или связаны с ним без вибраций через волоконно-оптические системы и/или световоды (14).

16. Устройство по любому из пп. 11-15, отличающееся тем, что измерительное устройство (10) содержит детектор (12) для рамановской спектроскопии, спектроскопии БИК, спектроскопии УФ/ВИД, флуоресцентной и/или абсорбционной спектроскопии.

17. Устройство по любому из пп. 11-16, отличающееся тем, что источник (11) возбуждения выполнен с возможностью испускания света в области инфракрасного (ИФ) света, видимого и/или УФ-света в диапазоне 100-1400 нм, предпочтительно 500-1050 нм.

18. Устройство по любому из пп. 11-17, отличающееся тем, что источник (11) возбуждения представляет собой лазер с диапазоном длин волн 100-1400 нм и/или мощностью в диапазоне 15 мВт - 5 Вт, предпочтительно 100-500 мВт.

19. Устройство по п. 18, отличающееся тем, что измерительное отверстие (20) имеет диаметр 0,5-100 мм, измерительное отверстие (20) закрыто окошком (21) из сапфирового стекла, проницаемого для электромагнитного излучения.

20. Устройство по п. 19, отличающееся тем, что окошко (21) имеет толщину 1-100 мм.

21. Устройство по любому из пп. 19 или 20, отличающееся тем, что поверхности окошка (21) плоские и ориентированы параллельно друг другу или обращенная к приемному бункеру (1) внутренняя поверхность окошка (21) выполнена вогнутой в соответствии с радиусом приемного бункера (1), а обращенная от приемного бункера (1) внешняя поверхность окошка (21) выполненная вогнутой, параллельной внутренней поверхности.

22. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что по меньшей мере одно измерительное отверстие (20), в боковой стенке (2) приемного бункера (1), расположено:

- выше или ниже высоты самого нижнего, ближайшего к дну перемешивающего и/или измельчающего инструмента (4), предпочтительно на кратчайшем расстоянии между крайней точкой перемешивающего и/или измельчающего инструмента (4) и боковой стенкой (2).

23. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что по меньшей мере одно измерительное отверстие (20), в боковой стенке (2) приемного бункера (1), расположено в одной или более из следующих позиций:

- ниже уровня наполнения приемного бункера (1) материалом или частицами материала при работе,

- на высоте и/или на расстоянии от дна (3) или от перемешивающего и/или измельчающего инструмента (4), на которой/котором испускаемое электромагнитное излучение, постоянно ниже заданного, согласно способу, уровня наполнения частицами материала, находящимися или вращающимися в приемном бункере (1), и/или уровня смесительного сгустка, образовавшегося при движении и/или вращении частиц материала,

- на высоте средней трети заданного, согласно способу, уровня наполнения материалом приемного бункера (1) и/или смесительного сгустка,

- в зоне приемного бункера (1), в которой плотность движущихся и/или вращающихся частиц материала наибольшая, и

- в зоне приемного бункера (1), в которой движущиеся и/или вращающиеся частицы материала оказывают наибольшее давление на боковую стенку (2) приемного бункера (1).

24. Устройство по любому из пп. 11-23, отличающееся тем, что объем, возбуждаемый электромагнитным излучением, определен площадью сечения измерительного пятна в диапазоне 0,1-5 мм, предпочтительно 1-3 мм, и глубиной проникновения в материал в диапазоне 0,3-30 мкм, предпочтительно 8-15 мкм.

25. Устройство по любому из пп. 11-24, отличающееся тем, что содержит линзу или линзовую систему (22) для фокусирования электромагнитного излучения источника (11) возбуждения в точку (23) фокуса, причем точка (23) фокуса образована на окошке (21), или непосредственно за окошком (21), или на расстоянии максимум 10 см за окошком (21).

26. Устройство по любому из пп. 11-25, отличающееся тем, что блок (50) управления процессом выполнен с возможностью, на основе переданных блоком (40) обработки и управления данных, осуществления

- дозирования наполнителей в приемный бункер (1), и/или

- подачи полимеров в приемный бункер (1) и/или в устройство выгрузки, присоединенное к приемному бункеру (1), и/или

- выгрузки гранул из приемного бункера (1) посредством устройства выгрузки, присоединенного приемному бункеру (1).

27. Устройство по любому из пп. 11-26, отличающееся тем, что содержит по меньшей мере одно устройство (30) измерения температуры перед блоком (40) обработки и управления, при этом устройство (30) измерения температуры выполнено с возможностью измерения температуры внутри приемного бункера (1) и/или температуры материала и ее передачи на блок (40) обработки и управления, и

причем блок (40) обработки и управления выполнен с возможностью использования значений температуры, измеренных по меньшей мере одним устройством (30) измерения температуры, для корректировки влияния температуры на информацию о количественных и/или качественных параметрах соответствующего материала, или спектры электромагнитного излучения, рассеянного на измеренном материале, и сохранения скорректированной таким образом информации о количественных и/или качественных параметрах или спектрах, пригодной для использования.

28. Устройство по п. 27, отличающееся тем, что устройство (30) измерения температуры расположено в приемном бункере (1) на той же высоте или в той же позиции, что и по меньшей мере одно измерительное отверстие (20).

29. Устройство по любому из пп. 11-28, отличающееся тем, что блок (40) обработки и управления выполнен с возможностью

- управления источником (11) возбуждения измерительного устройства (10), в заданные моменты времени, в множество моментов времени, чтобы неоднократно испускать электромагнитное излучение, и

- вычисления и сохранения доступным среднего значения количественных и/или качественных параметров соответствующего материала, которые получены на основе выбранных или всех измеренных значений, полученных в эти моменты времени измерительным устройством (10).

30. Устройство по любому из пп. 11-29, отличающееся тем, что блок (40) обработки и управления выполнен с возможностью

- управления источником (11) возбуждения измерительного устройства (10), чтобы он непрерывно в течение нескольких секунд испускал электромагнитное излучение, и

- вычисления и сохранения доступной, в течение соответствующего отрезка времени, информации о количественных и/или качественных параметрах, на основе измеренных значений, непрерывно определяемых измерительным устройством (10), в течение этого отрезка времени.

31. Устройство по любому из пп. 11-30, отличающееся тем, что блок (40) обработки и управления содержит память, причем в памяти хранятся количественные и/или качественные эталонные параметры или эталонные спектры, и при этом блок (40) обработки и управления выполнен с возможностью сравнения полученных количественных и/или качественных параметров или спектров с количественными и/или качественными эталонными параметрами или эталонными спектрами, и определения отклонения от количественных и/или качественных эталонных параметров или эталонных спектров и передачи полученной информации на блок управления процессом и/или на блок отображения.