اکسترودر آزمایشگاه یک قطعه تجهیزات تخصصی است که در توسعه ، تحقیق و تولید در مقیاس کوچک مواد ، به ویژه پلاستیک ، لاستیک و سایر پلیمرها استفاده می شود. بر خلاف اکسترودرهای در مقیاس صنعتی ، اکسترودرهای آزمایشگاهی برای دسته های کوچک ، غالباً در محیط های آزمایشی یا پروژه های آزمایشی طراحی شده اند و محققان را قادر می سازد قبل از مقیاس بندی تولید ، مواد را مطالعه و بهینه سازی کنند. اکسترودر آزمایشگاه برای بسیاری از صنایع از جمله علوم مواد ، تحقیقات زیست پزشکی ، فرآوری مواد غذایی و موارد دیگر ضروری است.
در این مقاله ، تعریف یک اکسترودر آزمایشگاه ، مؤلفه های آن ، نحوه عملکرد آن ، کاربردهای آن و اینکه چرا ابزاری اساسی برای توسعه مواد است ، بررسی خواهیم کرد.
درک اکسترودر آزمایشگاه
اکسترودر چیست؟
در هسته آن ، اکسترودر دستگاهی است که با مجبور کردن آن از طریق قالب یا قالب ، برای شکل دادن مواد استفاده می شود. فرآیند اکستروژن شامل گرمایش ، فشار و مجبور کردن مواد از طریق دهانه مخصوص طراحی شده است. این ماده معمولاً به صورت یک شکل یا محصول خاص تغییر شکل قابل توجهی می کند.
در حالی که اکسترودرهای صنعتی می توانند حجم زیادی از مواد را برای تولید انبوه پردازش کنند ، اکسترودرهای آزمایشگاهی برای آزمایش ، کنترل کیفیت و تولید در مقیاس کوچک بهینه می شوند. آنها معمولاً در آزمایشگاه های تحقیق و توسعه (R&D) مورد استفاده قرار می گیرند که دانشمندان و مهندسان می توانند قبل از ورود به تولید در مقیاس بزرگ ، مواد ، فرآیندها و روش های جدید را آزمایش کنند.
اجزای اکسترودر آزمایشگاه
اکسترودرهای آزمایشگاهی ، گرچه کوچکتر از همتایان صنعتی خود هستند ، اما حاوی بسیاری از اجزای مشابه هستند. اجزای اصلی یک اکسترودر آزمایشگاه شامل موارد زیر است:
Feed Hopper : این جایی است که مواد اولیه (اغلب به صورت گلوله یا پودر) در اکسترودر بارگذاری می شوند.
پیچ و بشکه : پیچ قلب اکسترودر است. در حالی که همزمان گرم می شود و مخلوط می کند ، می چرخد و مواد را از طریق بشکه حرکت می دهد. طراحی پیچ و بشکه تعیین می کند که چقدر کارآیی مواد پردازش می شود.
بخاری ها : اکسترودرها به طور معمول دارای مکانیسم های کنترل دما برای گرم کردن مواد به دمای بهینه پردازش آن هستند. این امر برای موادی مانند پلاستیک و لاستیک که برای اکستروژن باید ذوب یا نرم شوند ، ضروری است.
Die : قالب قالب است که هنگام خروج از اکسترودر ، مواد را به شکل خاصی شکل می دهد. اکسترودرهای آزمایشگاهی غالباً برای آزمایش با اشکال و اندازه های مختلف ، از بین رفته اند.
موتور و درایو سیستم : موتور چرخش پیچ را کنترل می کند ، که به نوبه خود جریان مواد را از طریق سیستم کنترل می کند.
سیستم کنترل : این شامل رابط ها و سنسورهای دیجیتال است که برای نظارت و تنظیم پارامترهایی مانند دما ، فشار ، سرعت پیچ و جریان مواد استفاده می شود.
یک آزمایشگاه اکسترودر چگونه کار می کند؟
عملکرد یک اکسترودر آزمایشگاهی را می توان به چندین مرحله تقسیم کرد که هر یک برای پردازش مواد اولیه به محصول مورد نظر ضروری است.
مرحله 1: تغذیه مواد
این روند با تغذیه مواد اولیه در قیف آغاز می شود. این مواد می توانند به اشکال مختلفی از جمله دانه های دانه ، پودر یا مایع ارائه شوند. در اکستروژن در مقیاس آزمایشگاه ، معمولاً یک ترکیب پلیمری یا پلاستیک است که باید پردازش شود.
مرحله 2: گرمایش و ذوب
پس از داخل بشکه ، مواد از طریق بخاری های برقی واقع در اطراف بشکه در معرض حرارت زیاد قرار می گیرند. این ماده بر اساس ترکیب شیمیایی آن و خواص مورد نظر ، به دمای خاص گرم می شود. برای بیشتر پلیمرها ، این محدوده دما بین 150 درجه سانتیگراد و 250 درجه سانتیگراد (302 درجه فارنهایت تا 482 درجه فارنهایت) است. گرما مواد را نرم می کند و جریان آن را آسان تر می کند.
مرحله 3: فشرده سازی و مخلوط کردن
از آنجا که پیچ در داخل بشکه می چرخد ، مواد در معرض فشرده سازی و برشی قرار می گیرند. این پیچ اغلب با شیارهای خاص و پروازها طراحی شده است که به فشار ، مخلوط کردن و ذوب مواد به طور مساوی کمک می کند. این ماده به تدریج به سمت قالب منتقل می شود و اطمینان می دهد که در ویسکوزیته و دما سازگار است.
مرحله 4: اکستروژن از طریق قالب
هنگامی که مواد به درستی گرم و مخلوط شدند ، از طریق قالب مجبور می شود. شکل قالب شکل نهایی مواد را تعیین می کند. این می تواند یک برگه مداوم ، فیلم ، رشته یا شکل دیگر مورد نظر باشد. در اکسترودرهای آزمایشگاهی ، استفاده از مستهجوانان قابل تعویض معمول است و به اپراتور اجازه می دهد تا با اشکال و اندازه های مختلف آزمایش کند.
مرحله 5: خنک کننده و تحکیم
پس از عبور از قالب ، مواد اکسترود شده به سرعت خنک می شوند ، معمولاً از طریق حمام های آب یا سیستم های خنک کننده هوا. این ماده را جامد می کند و شکل آن را حفظ می کند. در این مرحله ، محصول به طور معمول به طول های کوچک برش داده می شود یا بسته به کاربرد آن در رشته های مداوم جمع آوری می شود.
یکی از کاربردهای اصلی اکسترودرهای آزمایشگاهی در علم و توسعه مواد است. محققان از اکسترودرهای آزمایشگاهی برای تدوین مخلوط های پلیمری جدید ، آزمایش مواد افزودنی مختلف (مانند رنگ ها ، پرکننده ها و تثبیت کننده ها) و بهینه سازی شرایط پردازش استفاده می کنند. توانایی کنترل دقیق پارامترهای اکستروژن امکان ایجاد مواد جدید را فراهم می کند که ممکن است در انواع صنایع مفید باشد.
به عنوان مثال ، از اکسترودرهای آزمایشگاهی در توسعه پلاستیک های زیست تخریب پذیر ، پلیمرهای درجه پزشکی یا کامپوزیت های با کارایی بالا استفاده می شود که می توانند در صنایع هوافضا یا خودرو استفاده شوند. انعطاف پذیری اکسترودرهای آزمایشگاهی همچنین به تنظیم دقیق خواص مواد مانند استحکام کششی ، انعطاف پذیری و مقاومت در برابر حرارت کمک می کند.
فرآوری مواد غذایی
در صنایع غذایی ، از اکسترودرهای آزمایشگاهی برای پردازش مواد در محصولاتی مانند میان وعده ، غلات ، ماکارونی و غذاهای حیوان خانگی استفاده می شود. با تنظیم پارامترهای اکستروژن (مانند دما و سرعت پیچ) ، تولید کنندگان می توانند بافت ، قوام و ارزش غذایی محصول نهایی را تغییر دهند.
کاربردهای پزشکی و دارویی
اکسترودرهای آزمایشگاهی همچنین نقش مهمی در توسعه وسایل پزشکی و محصولات دارویی دارند. در این برنامه ها ، از اکسترودرهای آزمایشگاهی برای ایجاد موادی مانند فرمولاسیون داروهای کنترل شده ، پلیمرهای زیست سازگار و لوله های پزشکی استفاده می شود. دقت در کنترل روند اکستروژن برای رعایت استانداردهای سخت مورد نیاز در این صنایع ضروری است.
ترکیب و ترکیب پلیمر
برنامه اصلی دیگر در ترکیب پلیمر است. از اکسترودرهای آزمایشگاهی برای مخلوط کردن پلیمرها ، مواد افزودنی و پرکننده های مختلف برای ایجاد مواد کامپوزیت جدید استفاده می شود. این ترکیبات را می توان برای خواص خاص مانند هدایت ، قدرت یا مقاومت در برابر شرایط محیطی آزمایش کرد. این امر به ویژه در ایجاد موادی برای صنایعی مانند الکترونیک ، خودرو و ساخت و ساز مفید است.
مزایای استفاده از اکسترودر آزمایشگاه
دقت و کنترل
اکسترودرهای آزمایشگاهی با دقت و کنترل بالایی بر روند اکستروژن ارائه می دهند. پارامترهایی مانند دما ، فشار ، سرعت پیچ و جریان مواد می توانند برای بهینه سازی خواص محصول اکسترود شده تنظیم شوند. این امر باعث می شود ابزاری ارزشمند برای تحقیق و توسعه باشد ، جایی که تنظیم دقیق ویژگی های مواد ضروری است.
تولید دسته ای کوچک
بر خلاف اکسترودرهای صنعتی ، که برای تولید در مقیاس بزرگ طراحی شده اند ، اکسترودرهای آزمایشگاهی در پردازش دسته ای کوچک برتری دارند. این امر به شرکت ها اجازه می دهد تا نمونه های اولیه را ایجاد و آزمایش کنند ، با فرمولاسیون های جدید آزمایش و آزمایش کنند و محصولات جدیدی را بدون نیاز به سرمایه گذاری بزرگ در ماشین آلات در مقیاس صنعتی توسعه دهند.
مقرون به صرفه برای تحقیق
هزینه بهره برداری از اکسترودر آزمایشگاه به طور قابل توجهی پایین تر از یک اکسترودر صنعتی است. این امر باعث می شود گزینه ای مقرون به صرفه تر برای آزمایشگاه های تحقیقاتی و تولید کنندگان کوچک که نیاز به آزمایش و توسعه مواد دارند اما به حجم زیادی تولید شده توسط سیستم های صنعتی نیاز ندارند.
تطبیق پذیری
اکسترودرهای آزمایشگاهی می توانند طیف گسترده ای از مواد و انواع محصول را از ترموپلاستیک گرفته تا مواد غذایی تا پلیمرهای پزشکی اداره کنند. امکان جابجایی درگذشت و تنظیم پارامترها به این معنی است که می توان از اکسترودر آزمایشگاه برای انواع برنامه ها و آزمایشات استفاده کرد.
پایان
اکسترودر آزمایشگاه ابزاری مهم در زمینه های علوم مواد ، تحقیق و توسعه و تولید در مقیاس کوچک است. با ارائه یک محیط کنترل شده برای آزمایش ، به محققان این امکان را می دهد تا مواد جدید را آزمایش کنند ، فرایندها را بهینه سازی کنند و محصولات نوآورانه را قبل از مقیاس گذاری تا تولید صنعتی توسعه دهند.
از پردازش مواد غذایی گرفته تا ترکیب پلیمری ، اکسترودرهای آزمایشگاهی با ارائه دقت ، تطبیق پذیری و راه حل های مقرون به صرفه برای ایجاد محصولات با کیفیت بالا ، صنایع مختلفی را ارائه می دهند. با ادامه مواد و فن آوری های جدید ، نقش اکسترودر آزمایشگاه در نوآوری و توسعه مواد فقط از اهمیت بیشتری برخوردار خواهد شد.
مشاغل و محققان با درک نحوه کار اکسترودرهای آزمایشگاهی و طیف گسترده ای از برنامه های کاربردی آنها ، می توانند تصمیمات آگاهانه ای در مورد چگونگی بهترین ترکیب این تجهیزات همه کاره در فرآیندهای توسعه مواد خود بگیرند.
