该实验室规模的串联回收系统使用SKZ和ColVisTec开发的在线系统来保持颜色稳定性。

  收集在线产品测量数据和检验数据，并依据这一些数据实时调整和校正配混工艺的数据，这样的做法有望大大改善生产制造：减少材料浪费，提高生产率，改善最终产品质量，以及获得更精简、成本更低的生产的基本工艺。目前已有的系统能执行各种任务，如监测挤出机中熔体的流变性，或控制和调整颜色，一直到成品颗粒的检验和分类。

  例如，莱斯特瑞兹挤出技术公司（Leistritz Extrusion Technology）开发了在线拉伸流变仪，用以提供剪切和拉伸粘度的实时数据，使生产线管理人能够确定挤出过程中的熔体质量，同时提供熔体变形和流动行为的详细洞察。

  该技术和设备是与奥地利林茨大学的聚合物挤出和配混研究所（Institute for Polymer Extrusion and Compounding at the Johannes Kepler University in Linz, Austria）合作开发的。它在挤出过程中进行在线测量，并提供压力、温度、熔体流动指数（MFI）和特性粘度（IV）的实时数据。该公司表示，这种洞察力使挤出过程中的质量参数得以调整，无需等待实验室结果，避免了材料浪费和时间延迟。

  根据莱斯特瑞兹的说法，剪切粘度和拉伸粘度的测量可以在线一步完成。它表示，虽然传统的流变仪也能提供这样的数据，但由于样品没有返回生产的全部过程，测量会导致材料损失。此外，它还表示，使用传统流变仪时拉伸粘度通常是在实验室而不是在生产线上测量的。

  莱斯特瑞兹表示，由于口模的双曲槽设计，其在线流变仪可以在一个步骤中实时在线测量剪切粘度和拉伸粘度两个指标。这创造了以前不可能的恒定膨胀流。该口模包括一个入口和出口区，以及两个过渡区。在操作中，熔体样品从挤出线中提取并转移到流变仪中。开槽口模的双曲线几何结构在防止膨胀的同时，创造了恒定的膨胀流，并避免了流道中的压力漩涡和死角。

  开槽口模能够在10-10000 s-1的剪切速率和5-75 s-1的拉伸延伸率范围内持续监测粘度。这使得不管聚合物有没有填料、有没有增强添加剂、粘度是高还是低，它都可以分析。还可以在测量后将温度不敏感的熔体直接转回挤出过程中，这样就不会损失材料（测量后可将热敏熔体导出并回收）。

  根据莱斯特瑞兹的说法，与实验室中的熔体分析相比，在线拉伸流变仪提供了更高的精度，并能够捕获有效的接近工艺数据。对于现有生产的基本工艺，这在某种程度上预示着能够全面记录熔体质量，对于新应用的开发，如聚合物共混物或纤维填充材料，这在某种程度上预示着对工艺过程有了更好的洞察力。

  例如，在聚合物共混物的开发中，莱斯特瑞兹表示，在线测量完整的流变数据在以前是不可能的。熔体流动速率数据虽能确定，但它仅代表剪切粘度曲线上的一个点，并且可能会导致引起材料、时间和金钱浪费的结论。它声称，拥有实时可用的完整流变数据，就可以更准确、更快速地分析和微调聚合物共混物。

  莱斯特瑞兹表示，访问完整的实时数据还能改善质量管理，因为操作人能够立即采取补救措施了。这在纤维填充材料的配混加工中尤其有用，在此拉伸粘度数据对于熔体质量很重要。该公司表示，通常只有在确定了该参数后，才能识别出各种聚丙烯纤维填充改性材料之间的差异。

  莱斯特瑞兹表示，该在线流变仪在开发时很注重可用性，它能添加到任何品牌的现有配混生产线上，也可以在现有配混生产线之间切换，还可当作独立解决方案安装。

  德国塑料研究所SKZ刚刚与仪器专家ColVisTec完成了一项研究项目，探索怎么样去使用反馈回路改善再生塑料材料的颜色控制。SKZ的聚合物回收和光谱专家团队研发人员Franziska Eichhorn和Julia Klein表示：“离2025年只剩下三年的时间了，我们应该达到现欧盟所要求的逐步的提升的回收率。”

  研究人员表示，由于再生材料和原生材料采取使用相同的品质衡量准则，而再生材料的投入材料的成分可能会因地区和季节的不同而不同，实现高比率回收因为这样变得复杂。

  “整个批次都要满足质量发展要求。因此，为得到均匀着色的再造粒颗粒，在对材料来着色时，通常会使用大量过量的着色剂来达到所需的目标颜色。”他们表示， “为减少这种过量，SKZ和ColVisTec开发了一种节约世界资源和高度经济的系统解决方案。”

  为了证明该新系统的能力，模拟一个小型回收工厂在两台双螺杆挤出机上建立了一个串联系统。两台挤出机通过熔体输送线彼此连接。第一台挤出机用于熔化回料，第二台挤出机为聚合物熔体着色。在每台挤出机的口模出口处，安装了一个与聚合物熔体接触的颜色测量探头（图1）。

  探头连接到ColVisTec的InSpectro X2单元。ColVisTec销售、营销和定制化服务总监Fuat Eker表示：“这是一款用于过程监控的高分辨率UV/Vis在线光谱仪，可同时监控两个测量通道。” 它设计全天候用于含有粉尘、飞溅水、温度变化和振动的生产环境。所用的测量探头是专门为挤出机开发的，适用于高达400°C熔体温度和250bar熔体压力。

  为了开发控制回路，用色母各种各样的PP再生料（未按颜色预先分类）进行着色。使用InSpectro X2时，是在精确的时间点添加特定剂量的追踪颜料，通过检验测试追踪颜料来确定熔体在挤出机中的停留时间分布的。

  再生材料批次内的颜色波动很大，通常每个颜色轴上高达两个单位。在某些行业中，在大多数情况下要小得多的色差，例如dE*小于1。当前的方法是通过添加过量的着色剂来获得均匀的颜色，但SKZ的一项研究表明，这种过量通常远超于着色剂的饱和浓度。因此，如果测量基础材料的波动并且知道在挤出机的停留时间，就能够最终靠变化着色剂的添加量来补偿颜色波动。

  研究团队表示，已经开发了可以为任何颜色轴指定所需设置点的软件。它的设置基础是用探头1在第一台挤出机的口模出口处探测到的回收材料的颜色变化。色母的添加量随着这些颜色值的变化而变化，最终使最终再生产品获得了恒定的颜色值。

  在一个示范试运行中，使用了PP浅色回料和深色回料，L*（亮度）变化约为12个单位。该试运行的L*目标值为62。第一台挤出机在开始时加入浅色PP材料，然后加入深色PP材料（约700s后），然后切换回浅色PP材料（大约1200s后）。在单个批次内和批次之间观察到L*有大幅度波动（图2）。

  在整个过程中，不管是亮度上出现小波动还是动都由颜色控制管理系统进行自动补偿，通过变化色母的添加量来保持L*值恒定在62上下（图2，右侧）。为完成该自动控制系统的验证，同样使用这一些波动的材料对颜色值b*的做进一步实验，同样b*值也获得了恒定的结果。

  SKZ和ColVisTec使用在线颜色测量进行自动颜色控制的概念已经成功应用。目前该系统被定制为单一的颜色轴，但研究人员表示，将有可能将目前的概念扩展到三维颜色控制。这将需要几个反馈单元和进一步开发软件，目前正在确定要求。实验数据还表明，在某些情况下，应该能将设置的复杂性降低到仅一个测量点。

  该项目通过德国联邦议院得到了联邦经济事务和气候行动部（BMWK）的支持。感兴趣的公司受邀进一步了解在SKZ的成本中立试验框架内新系统的可能性。

  克劳斯玛菲（KraussMaffei )的ColorAdjust系统将颜色测量设备与光谱仪技术和机器相结合，以确保塑料配混材料生产中颜色的精确和可再现。该公司表示，该系统是为颜色波动的无接触监测而设计的，但也能够最终靠直接调整颜色设定值来补偿轻微的偏差。

  根据克劳斯玛菲的说法，在停机后重新开始生产，以及在颜色发生明显的变化时，ColorAdjust系统能使颜色快速达到设定值。该公司表示，随着开机废料和不合格品的最小化，该系统能确保回收材料的可持续高效生产，从而节约时机和金钱。

  ColorAdjust系统包括两个关键元素。首先，一个光谱仪用于确定振动槽中冷却再生材料颗粒的颜色，并将相应数据传输至机器控制管理系统。数据用于控制第二个系统部件——颜色计量单元，它通常配备有四种颜色和四种计量装置，但根据要求，也可以扩展到六种颜色，以覆盖人眼可以分辨的整个色谱。

  颜色可以以色母或色油的形式添加。ColorAdjust系统能在无需操作员干预的情况下完全自动调整颜色，并且由于其集成到双螺杆挤出机控制管理系统中，可以从中央控制面板进行操作。

  Ampacet Liad为颜色管理推出了Spectro 4.0 Smart Technologies系列连续在线质量控制解决方案，它主要设计用于成型加工而非配混应用。该系列中两款产品中的第一款是Spectro 4.0 Smart，这是一种用于挤出和成型的过程的颜色测量系统，可帮助使用实时颜色数据控制颜色变化。该系统使用光纤探头，即使在使用消费后回收和回料时，也可以测量和自动调整颜色变化。

  “多亏了一个能够实时传输颜色数据的光纤传感器，现在可以对零件进行立即测量。” CISystems/Liad的商业总监Doug Brownfield表示，“Spectro 4.0 Smart使公司能够降低因颜色问题导致的质量成本，并方便收集历史数据，以提高未来的生产力。”

  Spectro 4.0 Smart的差式分光光度计实时将新产品的颜色与参考颜色作比较。该光纤探头执行反射测量，多个可互换的探头也正在开发当中，用于同时对雾度、不透明度和透射进行多点测量，并可选择差式或绝对测试模式。该在线系统还包含了对漂移和环境照明进行自动校准的内置装置。

  Spectro 4.0 Smart可与该系列的另一种产品连接，即SpectroMetric系统，用于先进的颜色精度技术。它包括ColorSave 1000色母粒喂料器，可实时自动调整色母粒剂量，确保颜色稳定。

  SpectroMetric在L*a*b*规格上运行，而不是在设定的LDR上运行，它持续监测可能的最低着色剂使用率，以保持正确的颜色规格。该系统自动调整颜色变化，并在严格的颜色公差范围内运行，以减少颜料使用和成本。

  总部位于美国的Equitech International Corporation制造了一种颜色仪器，可以在挤出机中直接测量熔融聚合物的颜色。目前，操作员使用这一些信息来决定挤出工艺的调整。但为实现效益最大化，该公司正努力将该颜色数据使用于反馈回路中以自动控制着色剂的添加，保持产品的目标颜色。

  该公司表示，实现真正的闭环控制面临几个因素的挑战，首先，挤出设备市场高度分散，有许多不同的挤出机供应商与颜料喂料机供应商。挤出机可以是单螺杆、双螺杆或多螺杆，产能各异，而进料机可以是重量式或体积式的，可以将多种着色剂按特定配方加入挤出机。

  该公司表示，还需要将数据和结果传达给许多工厂控制软件供应商，并且他们发现没两个工厂处理工艺数据的方式是完全一样的，因此项目中开发的软件的通信能力的灵活性将至关重要。

  Equitech表示，目前正在开发利用在线实时紫外可见（UV-vis）光谱数据作为闭环过程控制反馈的算法，以及管理过程和在线仪器之间通信的接口/控制模块。控制算法和接口/控制模块还将允许使用别的类型的在线仪表，逐步扩大挤出生产实时控制的实施，可能包括近红外光谱和拉曼光谱，以及熔体粘度测定。

  该公司提供两种用于塑料行业的探头类型。大面积表面探头（Large Area Surface Probe ，LASP）是一种非接触式探头，用于测量片材、薄膜和其他固体表面的颜色。反射聚合物熔融探头（Reflection Polymer Melt Probe ，RPMP）是一种接触式探头，用于在5000 psi和500℃的工艺条件下直接测量熔融聚合物中的颜色。

  德国检测系统制造商Sikora为光学在线检测和分类塑料颗粒开发了PurityScanner Advanced系统。该公司表示，原料短缺和价格持续上涨意味着对塑料颗粒质量控制的需求正在增加。该公司塑料销售主管Ralf Kulenkampf表示：“被严重污染的颗粒即便是最小的，我们的系统也能对它们进行可靠地检测和分类。受污染颗粒的检测和顶出动作之间有着完美的协调。”

  Sikora表示，由于它们系统的模块化概念，能够准确的通过要检查的材料选用不一样的摄像头。除了能检测黑点和变色的光学25微米高分辨率光学摄像头，还可以再一次进行选择安装X射线摄像头来检测金属污染。

  目前市场上常用的系统最多有两个光学摄像头，覆盖率相比来说较低，一旦污染物在摄像头的视野之外，这些污染物就无法被检测到。Purity Scanner Advanced系统能集成第三台黑白摄像头从而明显提高此类应用中的检测率，Kulenkamff声称这是该系统模块设计的独特之处。

  使用吹出装置移除检测到的污染物。Sikora开发了一种混合吹出功能，允许客户优化误抓的颗粒，以满足自己的特别的条件。例如，可以预先确定哪些污染物是不重要的，并为这些污染物选择一个较小的吹出装置，以减少误抓。这可能包括材料中常常会出现的带有小的浅黑色斑点的颗粒。另一方面，对于可能损害后续最终产品功能的关键污染物（如金属碎片），可指定更大的吹出装置。

  “可靠检测和混合吹出的相互作用确保了最高的材料的品质。” Kulenkampff说，“同时，生产流程得到了优化，减少误抓提高了成本效益，这都有助于可持续生产。”