מכבש מעבדה הוא ציוד מיוחד המשמש בפיתוח, מחקר וייצור בקנה מידה קטן של חומרים, במיוחד פלסטיק, גומי ופולימרים אחרים. בניגוד למרחבים בקנה מידה תעשייתי, מכשירי מעבדה מיועדים לקבוצות קטנות, לעתים קרובות במסגרות ניסיוניות או בפרויקטים של טייס, המאפשרים לחוקרים ללמוד ולייעל חומרים לפני הגדלת הייצור. מכבש המעבדה חיוני לתעשיות רבות, כולל מדעי חומרים, מחקר ביו -רפואי, עיבוד מזון ועוד.
במאמר זה נחקור את ההגדרה של מכבש מעבדה, מרכיביו, כיצד הוא עובד, את היישומים שלו ומדוע הוא כלי חיוני לפיתוח חומרים.
הבנת מככב המעבדה
מה זה מכבש?
בבסיסו, מכבש הוא מכונה המשמשת לעיצוב חומר על ידי אילוץ אותו דרך מת או עובש. תהליך שחול כולל חימום, לחץ ואילץ חומרים באמצעות פתיחה מעוצבת במיוחד. החומר עובר עיוות משמעותי, בדרך כלל בצורה של צורה או מוצר ספציפי.
בעוד שמאמצעים תעשייתיים יכולים לעבד נפחים גדולים של חומרים לייצור המוני, מכשירי מעבדה מותאמים לניסויים, בקרת איכות וייצור בקנה מידה קטן. הם משמשים בדרך כלל במעבדות מחקר ופיתוח (מו'פ) בהן מדענים ומהנדסים יכולים לבדוק חומרים, תהליכים ושיטות ייצור חדשות לפני שהם נכנסים לייצור בקנה מידה גדול.
רכיבים של מכבש מעבדה
מכשירי מעבדה, אף שהם קטנים יותר ממקביליהם התעשייתיים, מכילים רכיבים דומים רבים. מרכיבי המפתח של מכבש מעבדה כוללים:
Feed Hopper : זה המקום בו חומרי גלם (לעתים קרובות בצורה של כדוריות או אבקות) נטענים במכבש.
בורג וחבית : הבורג הוא לבו של המכבש. זה מסתובב ומניע את החומר דרך הקנה ובמקביל מחמם ומערבב אותו. תכנון הבורג והחבית קובע עד כמה יעיל החומר מעובד.
תנורי חימום : בדרך כלל ישנם מנגנוני בקרת טמפרטורה לחימום החומר לטמפרטורת העיבוד האופטימלית שלו. זה חיוני לחומרים כמו פלסטיק וגומי שצריך להמיס או להתרכך לשחזור.
Die : המות הוא עובש המעצב את החומר לצורה ספציפית כשהוא יוצא מהמכבש. לרוב חצוחים במעבדה מתים הניתנים להחלפה להתנסות בצורות וגדלים שונים.
מערכת מנוע וכונן : המנוע שולט בסיבוב הבורג, אשר בתורו שולט בזרימת החומר דרך המערכת.
מערכת בקרה : זה מורכב מממשקים וחיישנים דיגיטליים המשמשים לפיקוח ולהתאים פרמטרים כמו טמפרטורה, לחץ, מהירות בורג וזרימת חומר.
איך מככב מעבדה עובד?
ניתן לפרק את תפקודו של מכבש מעבדה למספר שלבים, שכל אחד מהם חיוני לעיבוד חומר הגלם למוצר הרצוי.
שלב 1: הזנת החומר
התהליך מתחיל בכך שחומר הגלם יוזן להופפר. החומר יכול להגיע בצורות שונות, כולל גרגירים, אבקה או נוזלים. בשחול בקנה מידה במעבדה, בדרך כלל זהו תרכובת פולימר או פלסטיק שצריך לעבד.
שלב 2: חימום והתכה
לאחר הקנה, החומר נתון לחום גבוה באמצעות תנורי חימום חשמליים הממוקמים סביב הקנה. החומר מחומם לטמפרטורה ספציפית על סמך ההרכב הכימי שלו ותכונותיו הרצויות. עבור מרבית הפולימרים, טווח הטמפרטורה הזה הוא בין 150 מעלות צלזיוס ל- 250 מעלות צלזיוס (302 ° F עד 482 ° F). החום מרכך את החומר ומקל על הזרימה.
שלב 3: דחיסה וערבוב
כאשר הבורג מסתובב בתוך החבית, החומר נתון הן לכוחות דחיסה והן לכוחות הגזירה. הבורג מעוצב לרוב עם חריצים וטיסות ספציפיות המסייעות לדחוף, לערבב ולהמיס את החומר באופן שווה. החומר מועבר בהדרגה לכיוון המות, ומבטיח שהוא יישאר עקבי בצמיגות ובטמפרטורה.
שלב 4: שחול דרך המות
ברגע שהחומר היה מחומם כראוי ומעורב, הוא נאלץ דרך המות. צורת המתים קובעת את הצורה הסופית של החומר. זה יכול להיות גיליון, סרט, נימה או צורה רצויה אחרת. במצבי חוץ מעבדה, מקובל להשתמש במות הניתנות להחלפה, ומאפשר למפעיל להתנסות בצורות ובגדלים שונים.
שלב 5: קירור ומתמצק
לאחר שעבר במות, החומר המוחלט מקורר במהירות, בדרך כלל דרך אמבטיות מים או מערכות קירור אוויר. זה מחזק את החומר ושומר על צורתו. בשלב זה, המוצר בדרך כלל נחתך באורכים קטנים או נאסף בגדילים רציפים, תלוי ביישום.
מחקר ופיתוח חומרים
אחד היישומים העיקריים של מכשירי מעבדה הוא במדע ופיתוח חומרים. החוקרים משתמשים במצבי מעבדה כדי לנסח תערובות פולימריות חדשות, לבחון תוספים שונים (כמו צבעים, חומרי מילוי ומייצבים) ולייעל אופטימיזציה של תנאי העיבוד. היכולת לשלוט במדויק בפרמטרי שחול מאפשרת ליצור חומרים חדשים שעשויים להועיל במגוון תעשיות.
לדוגמה, אקסטרוניסטים במעבדה משמשים בפיתוח פלסטיק מתכלה, פולימרים בדרגה רפואית או מרוכבים בעלי ביצועים גבוהים שיכולים לשמש בתעשיות אווירי או רכב. הגמישות של מכשירי מעבדה מסייעת גם בכוונון עדין של תכונות החומרים, כמו חוזק מתיחה, גמישות ועמידות בחום.
עיבוד מזון
בענף המזון משמשים מכשירי מעבדה לעיבוד מרכיבים למוצרים כמו חטיפים, דגנים, פסטה ומזון לחיות מחמד. על ידי התאמת פרמטרי שחול (כגון טמפרטורה ומהירות בורג), היצרנים יכולים לשנות את המרקם, העקביות והערך התזונתי של המוצר הסופי.
יישומים רפואיים ותרופות
חוטבי מעבדה ממלאים גם תפקיד משמעותי בפיתוח מכשירים רפואיים ומוצרים תרופתיים. ביישומים אלה משתמשים במצבי מעבדה ליצירת חומרים כמו ניסוחים של תרופות לשחרור מבוקר, פולימרים ביולוגיים תואמים וצינורות רפואיים. דיוק בבקרת תהליך שחול חיוני כדי לעמוד בסטנדרטים המחמירים הנדרשים בענפים אלה.
מיזוג פולימרים והרכבה
יישום מפתח נוסף הוא בהרכבה של פולימר. חציוני מעבדה משמשים לערבוב פולימרים, תוספים ומילוי שונים ליצירת חומרים מורכבים חדשים. ניתן לבדוק תרכובות אלה לתכונות ספציפיות כמו מוליכות, חוזק או התנגדות לתנאים סביבתיים. זה שימושי במיוחד ביצירת חומרים לתעשיות כמו אלקטרוניקה, רכב ובנייה.
היתרונות של שימוש במכבש מעבדה
דיוק ושליטה
אקסטרודרים במעבדה מציעים דיוק ושליטה גבוהים על תהליך שחול. ניתן להתאים פרמטרים כמו טמפרטורה, לחץ, מהירות בורג וזרימת חומרים כדי לייעל את המאפיינים של המוצר המוחלט. זה הופך אותו לכלי שלא יסולא בפז עבור מו'פ, בו כוונון עדין של מאפייני החומר הוא חיוני.
ייצור אצווה קטן
בניגוד למרחבים תעשייתיים, המיועדים לייצור בקנה מידה גדול, מכשירי מעבדה מצטיינים בעיבוד אצווה קטן. זה מאפשר לחברות ליצור ולבדוק אבות-טיפוס, להתנסות בפורמולות חדשות ולפתח מוצרים חדשים ללא צורך בהשקעות גדולות במכונות בקנה מידה תעשייתי.
חסכוני למחקר
עלות הפעלת מכבש מעבדה נמוכה משמעותית מזו של מכבש תעשייתי. זה הופך את זה לאופציה חסכונית יותר עבור מעבדות מחקר ויצרנים קטנים שצריכים לבדוק ולפתח חומרים אך אינם דורשים את הנפחים הגדולים המיוצרים על ידי מערכות תעשייתיות.
צדדיות
אקסטרודרים במעבדה יכולים להתמודד עם מגוון רחב של חומרים וסוגי מוצרים, החל מתרמופלסטיקה ועד מרכיבי מזון ועד פולימרים רפואיים. היכולת לכבות DIES ולהתאים פרמטרים פירושה שניתן להשתמש במכבש מעבדה למגוון יישומים וניסויים.
מַסְקָנָה
מכבש מעבדה הוא כלי קריטי בתחומי מדעי החומרים, מו'פ וייצור בקנה מידה קטן. על ידי הצעת סביבה מבוקרת לניסויים, היא מאפשרת לחוקרים לבחון חומרים חדשים, לייעל תהליכים ולפתח מוצרים חדשניים לפני שהם מתרחשים לייצור תעשייתי.
מעיבוד מזון ועד הרכבות פולימרים, מכשירי מעבדה משרתים מגוון תעשיות על ידי מתן פתרונות דיוק, צדדיות ופתרונות חסכוניים ליצירת מוצרים באיכות גבוהה. ככל שחומרים וטכנולוגיות חדשים ממשיכים להופיע, תפקיד מכבש המעבדה בחדשנות ופיתוח חומרים רק יהפוך לחשוב יותר.
על ידי הבנת האופן שבו פועלים מכשירי מעבדה ומגוון היישומים הרחב שלהם, עסקים וחוקרים יכולים לקבל החלטות מושכלות כיצד לשלב בצורה הטובה ביותר ציוד רב -תכליתי זה בתהליכי הפיתוח החומרי שלהם.
