실험실 압출기는 어떻게 작동합니까?
실험실 압출기는 중합체 과학, 식품 가공, 제약 및 의료 기기 제조를 포함한 다양한 산업 분야의 연구, 개발 및 소규모 생산에 필수적인 도구입니다. 이를 통해 과학자와 엔지니어는 대규모 산업 장비없이 새로운 재료를 실험하고 프로토 타입을 테스트 할 수 있습니다. 실험실 압출기의 내부 작업을 이해하는 것은 재료 개발 및 프로세스 최적화에 관련된 사람들에게 중요합니다.
이 기사에서는 기본 구성 요소를 탐색 할 것입니다. 실험실 압출기 , 작동 방식, 단계별 압출 프로세스 및 온도, 압력 및 스크류 설계와 같은 매개 변수가 처리중인 재료에 미치는 영향.
실험실 압출기 란 무엇입니까?
실험실 압출기의 작동 방식을 탐구하기 전에 그것이 무엇인지 이해하는 것이 중요합니다. 실험실 압출기는 폴리머, 플라스틱, 고무, 식품 성분, 심지어 의약품과 같은 재료를 가공하는 데 사용되는 산업 압출기의 소형 버전입니다. 일반적으로 재료 특성을 최적화하고 프로토 타입을 개발하며 새로운 제형을 테스트하기 위해 소규모 고정밀 실험이 수행되는 실험실 환경에서 사용됩니다.
실험실 압출기는 일반적으로 시간당 몇 킬로그램 범위의 비교적 적은 양의 재료를 처리하도록 설계되었으므로 R & D 목적에 이상적입니다. 이들은 열가소성, 서모 셋 및 생분해 성 폴리머를 포함한 광범위한 재료를 처리 할 수있는 다재다능한 기계이며, 중합체 화합물에서 식품 개발에 이르기까지 다양한 응용 분야에서 사용된다.
실험실 압출기의 기본 구성 요소
실험실 압출기의 작동 방식을 이해하려면 먼저 주요 구성 요소에 익숙해져야합니다. 이 구성 요소는 원어로 작동하여 원자재를 처리하고 원하는 모양 또는 형태로 변환합니다. 다음은 일반적인 실험실 압출기의 주요 부분입니다.
1. 피드 호퍼
피드 호퍼는 원료가 압출기에 도입되는 곳입니다. 물질은 처리되는 물질의 유형에 따라 펠렛, 분말 또는 액체의 형태 일 수 있습니다. 호퍼는 재료가 압출기에 지속적으로 그리고 제어 속도로 공급되도록합니다.
2. 나사와 배럴
나사 및 배럴 어셈블리는 압출기의 핵심입니다. 종종 '압출기 나사, '라고하는 나사는 배럴을 통해 재료를 움직이는 회전 헬리컬 구성 요소입니다. 배럴은 나사가있는 원통형 챔버이며, 주요 기능은 가열되고 가공 될 때 재료를 안내하고 포함하는 것입니다.
나사에는 여러 비행 (또는 섹션)이 있으며, 이는 재료를 운송, 녹기, 믹싱 및 압력과 같은 다양한 기능을 수행하도록 설계되었습니다. 나사가 회전하면 재료에 기계적 에너지를 적용하여 가열되어 다이를 향해 흐릅니다.
3. 히터 및 온도 제어 시스템
랩 압출기의 주요 특징은 가공 중 재료의 온도를 제어하는 능력입니다. 전기 히터는 일반적으로 일관된 온도를 유지하기 위해 배럴 주위에 배치됩니다. 열은 재료를 부드럽게하거나 녹아 조작하고 모양을 쉽게 만들 수 있습니다.
온도 센서와 컨트롤러는 배럴을 따라 다른 지점에서 온도를 모니터링하고 조정하는 데 사용됩니다. 다른 재료가 최적의 가공을위한 특정 온도 요구 사항을 가지기 때문에 원하는 재료 특성을 달성하는 데 올바른 온도를 유지하는 것이 중요합니다.
4. 주사위
다이는 재료가 압출기를 나가는 성분입니다. 일반적으로 금속으로 만들어졌으며 최종 제품의 형상을 지시하는 특정 모양 또는 형태를 갖습니다. 다이는 원하는 출력에 따라 시트, 필름, 튜브 또는 필라멘트와 같은 다양한 모양으로 제공됩니다.
실험실 압출기에서는 다른 모양과 크기로 실험하기 위해 다이를 쉽게 교체 할 수 있습니다. 재료는 압력 하에서 다이를 통해 강제되며, 그 모양은 다이의 구성에 의해 결정됩니다.
5. 모터 및 드라이브 시스템
모터는 나사를 회전시키고 압출 과정을 유도하는 책임이 있습니다. 모터 속도는 나사의 회전 속도를 제어하도록 조정할 수 있으며, 이는 재료의 유량에 영향을 미칩니다. 모터 및 드라이브 시스템은 또한 처리되는 재료의 저항을 극복하기 위해 필요한 토크를 제공합니다.
6. 제어 시스템
실험실 압출기의 제어 시스템은 온도, 압력, 나사 속도 및 재료 유량을 포함한 다양한 처리 매개 변수를 모니터링하고 조정하는 데 도움이됩니다. 이 시스템을 통해 작업자는 압출 공정에 대한 정확한 제어를 유지하고 재료 특성을 최적화하기 위해 실시간으로 조정할 수 있습니다.
압출 과정 : 단계별
이제 주요 구성 요소를 설명 했으므로 실험실 압출기 내부에서 압출 프로세스가 어떻게 전개되는지 자세히 살펴 보겠습니다.
1 단계 : 원료 로딩
프로세스는 원료를 사료 호퍼에로드하여 시작합니다. 물질은 화학적 조성 및 원하는 최종 생성물에 따라 펠렛, 분말 또는 플레이크의 형태 일 수있다. 로드되면 재료가 배럴로 흐르기 시작하여 처리됩니다.
2 단계 : 재료 가열
재료가 배럴을 통과하면 외부 히터를 통해 가열에 노출됩니다. 가열 공정은 재료를 부드럽게하거나 녹여서 더 가단성 있고 형성이 쉬워집니다. 경우에 따라 냉각 시스템을 사용하여 온도를 조절하고 특히 민감한 재료에 대해 과열 방지를 방지 할 수 있습니다.
온도 제어 시스템은 재료가 최적의 처리 온도에 도달하도록 보장하며, 이는 사용중인 재료에 따라 다릅니다. 예를 들어, 열가소성은 일반적으로 150 ° C에서 250 ° C 사이의 온도를 필요로하는 반면, 식품 성분은 가공 온도가 낮을 수 있습니다.
3 단계 : 재료를 운반하고 혼합합니다
재료가 충분히 가열되면 회전 스크류가 배럴을 통해 전달하기 시작합니다. 나사가 회전하면 재료를 혼합하여 전단력을 생성하여 열과 압력의 균일 한 분포를 보장합니다. 나사는 또한 재료에 기계적 에너지를 적용하여 더 멀어지고 혼합하는 데 도움이됩니다.
일부 실험실 압출기에서 나사는 각각의 특정 기능을 제공하는 다른 영역으로 설계되었습니다.
공급 구역 : 재료가 처음에 배럴에로드되어 전달되는 곳.
압축 구역 : 재료가 가열되고 압축되어 녹는 곳.
계량 구역 : 재료가 혼합되고 균질화되는 경우, 다이를 통한 압출을 준비합니다.
스크류 설계는 재료가 얼마나 잘 혼합되고 가열되고 전달되는지를 결정하기 때문에 압출 공정의 효율에 중요합니다.
4 단계 : 재료 형성
재료가 다이를 향해 이동함에 따라, 그것은 올바른 일관성으로 가열되고 혼합되어 압력을 가해졌다. 다이는 재료가 최종 모양을 취하는 곳입니다. 배럴 내의 압력은 의도 된 적용에 따라 시트, 필름 또는 튜브와 같은 다양한 모양을 가질 수있는 다이를 통해 재료를 강제합니다.
다이 디자인은 압출 된 재료의 유량과 모양을 결정하기 때문에 중요합니다. 실험실 압출기는 종종 교환 가능한 다이와 함께 제공되어 운영자가 다른 형태와 형상을 실험 할 수 있습니다.
5 단계 : 냉각 및 응고
재료가 다이를 나가면, 모양을 굳히기 위해 빠르게 냉각됩니다. 이 냉각 공정은 재료 및 원하는 최종 생성물에 따라 공기 냉각, 수조 또는 기타 냉각 시스템을 통해 달성 될 수 있습니다.
열가소성 재료의 경우 재료의 모양을 보존하고 변형되지 않도록 빠른 냉각이 필수적입니다. 경우에 따라, 냉각 후 처리는 스트레칭 또는 도면과 같은 처리를 사용하여 재료의 기계적 특성을 향상시킬 수 있습니다.
6 단계 : 압출물 절단 또는 수집
냉각 후, 압출 된 재료는 일반적으로 적용에 따라 더 작은 섹션으로 절단되거나 연속 가닥으로 수집됩니다. 플라스틱 필름의 경우, 압출 된 물질이 롤에 감겨 질 수있다. 펠릿과 같은 다른 재료의 경우 압출물은 종종 추가 처리 또는 테스트를 위해 작고 균일 한 조각으로 절단됩니다.
압출 과정에 영향을 미치는 주요 매개 변수
몇 가지 요인이 압출 과정의 결과에 영향을 미칩니다. 이러한 매개 변수를 조정함으로써 연산자는 재료 특성을 미세 조정하고 원하는 결과를 얻을 수 있습니다.
1. 온도 제어
배럴 내부의 온도는 압출에서 가장 중요한 요소 중 하나입니다. 다른 재료는 최적의 처리를위한 특정 온도 요구 사항이 있습니다. 온도가 너무 높으면 분해되거나 원치 않는 화학 반응이 발생할 수 있습니다. 반대로, 온도가 너무 낮 으면, 재료가 제대로 흐르지 않거나 너무 단단하여 형성하기에는 너무 단단 할 수 있습니다.
2. 나사 속도
나사 속도는 배럴에서 재료의 거주 시간에 영향을 미치며, 이는 용융 및 혼합에 영향을 미칩니다. 나사 속도가 높을수록 일반적으로 처리 시간이 빠를 수 있지만 전단력이 높아져 재료 특성에 영향을 줄 수 있습니다. 나사 속도를 조정하면 연산자는 유량을 제어하고 원하는 텍스처와 일관성을 달성 할 수 있습니다.
3. 압력
배럴 내의 압력은 재료의 점도, 나사 속도 및 다이에서 발생하는 저항에 의해 결정됩니다. 고압은 더 나은 믹싱과 고품질 압출 물을 초래할 수 있지만 기계의 과도한 마모를 초래할 수 있습니다. 적절한 압력 제어는 재료가 막힘이나 손상을 유발하지 않고 시스템을 효율적으로 흐르도록합니다.
4. 나사 디자인
나사의 설계는 재료의 적절한 혼합, 가열 및 운송을 보장하는 데 중요합니다. 단일 나사, 트윈 스크류 또는 동료 나사와 같은 다른 나사 디자인은 다양한 전단 및 믹싱 기능을 제공합니다. 나사 설계는 특정 재료 및 원하는 끝 속성에 맞게 조정되어야합니다.
결론
실험실 압출기는 열, 압력 및 기계적 에너지를 사용하여 원료를 원하는 모양과 형태로 처리하여 작동합니다. 온도, 나사 속도 및 압력과 같은 매개 변수를 조정하여 연구원 및 제조업체는 압출 공정을 미세 조정할 수 있습니다.
특정 재료 특성을 달성합니다. 이러한 유연성으로 인해 실험실 압출기는 다양한 산업에서 재료 과학, R & D 및 소규모 생산에서 필수 도구를 제공합니다.
실험실 압출기가 어떻게 작동하는지 이해하는 것은 재료 개발과 관련된 모든 사람에게는 프로세스를 최적화하고 프로토 타입을 만들고 정밀도 및 제어로 새로운 제형을 테스트 할 수 있으므로 필수적입니다. 폴리머 연구, 식품 가공 또는 의료 기기 제조 분야에서 실험실 압출기는 기술과 혁신을 발전시키는 데 중추적 인 역할을합니다.
