เครื่องอัดรีดห้องปฏิบัติการทำงานอย่างไร?
เครื่องอัดรีดห้องปฏิบัติการเป็นเครื่องมือสำคัญในการวิจัยการพัฒนาและการผลิตขนาดเล็กในอุตสาหกรรมต่าง ๆ รวมถึงวิทยาศาสตร์พอลิเมอร์การแปรรูปอาหารยาและการผลิตอุปกรณ์การแพทย์ ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรสามารถทดลองใช้วัสดุใหม่และทดสอบต้นแบบโดยไม่จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์อุตสาหกรรมขนาดใหญ่ การทำความเข้าใจการทำงานภายในของเครื่องอัดรีดห้องปฏิบัติการเป็นสิ่งสำคัญสำหรับผู้ที่เกี่ยวข้องในการพัฒนาวัสดุและการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการ
ในบทความนี้เราจะสำรวจองค์ประกอบพื้นฐานของ เครื่องอัดรีดในห้องปฏิบัติการ วิธีการทำงานขั้นตอนการอัดขึ้นรูปแบบทีละขั้นตอนและวิธีการที่พารามิเตอร์เช่นอุณหภูมิความดันและการออกแบบสกรูมีผลต่อวัสดุที่ถูกประมวลผล
เครื่องอัดรีดห้องปฏิบัติการคืออะไร?
ก่อนที่จะเจาะลึกว่าเครื่องอัดรีดของห้องปฏิบัติการทำงานอย่างไรสิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจว่ามันคืออะไร เครื่องอัดรีดห้องปฏิบัติการเป็นรุ่นขนาดกะทัดรัดของเครื่องอัดรีดอุตสาหกรรมที่ใช้ในการประมวลผลวัสดุเช่นโพลีเมอร์พลาสติกยางส่วนผสมอาหารและแม้แต่ยา โดยทั่วไปแล้วจะใช้ในการตั้งค่าในห้องปฏิบัติการซึ่งมีการทดลองขนาดเล็กความแม่นยำสูงเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของวัสดุพัฒนาต้นแบบและทดสอบสูตรใหม่
เครื่องอัดรีดห้องปฏิบัติการได้รับการออกแบบมาเพื่อรองรับวัสดุที่มีปริมาณค่อนข้างน้อยโดยทั่วไปจะอยู่ในช่วงไม่กี่กิโลกรัมต่อชั่วโมงทำให้เหมาะสำหรับการวิจัยและพัฒนา พวกเขาเป็นเครื่องอเนกประสงค์ที่สามารถประมวลผลวัสดุที่หลากหลายรวมถึงเทอร์โมพลาสติกเทอร์โมเซ็ตและโพลีเมอร์ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพและใช้ในการใช้งานตั้งแต่พอลิเมอร์ผสมจนถึงการพัฒนาผลิตภัณฑ์อาหาร
ส่วนประกอบพื้นฐานของเครื่องอัดรีดห้องปฏิบัติการ
เพื่อให้เข้าใจว่าเครื่องอัดรีดในห้องปฏิบัติการทำงานอย่างไรจำเป็นต้องทำความคุ้นเคยกับองค์ประกอบหลักของตัวเองก่อน ส่วนประกอบเหล่านี้ทำงานอย่างพร้อมเพรียงเพื่อประมวลผลวัตถุดิบและเปลี่ยนเป็นรูปร่างหรือรูปแบบที่ต้องการ นี่คือส่วนสำคัญของเครื่องอัดรีดห้องปฏิบัติการทั่วไป:
1. ฟีดฮ็อปเปอร์
ฮอปเปอร์ฟีดเป็นที่ที่วัตถุดิบถูกนำเข้าสู่เครื่องอัดรีด วัสดุสามารถอยู่ในรูปของเม็ดผงหรือแม้แต่ของเหลวขึ้นอยู่กับประเภทของวัสดุที่ถูกประมวลผล กระโดดมั่นใจว่าวัสดุจะถูกป้อนเข้าสู่เครื่องอัดรีดอย่างสม่ำเสมอและในอัตราที่ควบคุม
2. สกรูและถัง
ชุดสกรูและบาร์เรลเป็นแกนกลางของเครื่องอัดรีด สกรูมักเรียกกันว่าสกรู 'สกรูอัดรีด ' เป็นส่วนประกอบเกลียวที่หมุนได้ซึ่งเคลื่อนย้ายวัสดุผ่านกระบอกสูบ ถังเป็นห้องทรงกระบอกที่มีสกรูและฟังก์ชั่นหลักของมันคือการแนะนำและมีวัสดุตามความร้อนและประมวลผล
สกรูมีหลายเที่ยวบิน (หรือส่วน) ซึ่งได้รับการออกแบบมาเพื่อทำหน้าที่ต่าง ๆ เช่นการลำเลียงการหลอมละลายการผสมและแรงดันวัสดุ เมื่อสกรูหมุนมันจะใช้พลังงานเชิงกลกับวัสดุทำให้มันร้อนขึ้นและไหลไปทางตาย
3. เครื่องทำความร้อนและระบบควบคุมอุณหภูมิ
คุณสมบัติที่สำคัญของเครื่องอัดรีดห้องปฏิบัติการคือความสามารถในการควบคุมอุณหภูมิของวัสดุในระหว่างการประมวลผล โดยทั่วไปแล้วเครื่องทำความร้อนไฟฟ้าจะถูกวางไว้รอบ ๆ ถังเพื่อรักษาอุณหภูมิที่สอดคล้องกัน ความร้อนอ่อนนุ่มหรือละลายวัสดุทำให้ง่ายต่อการจัดการและรูปร่าง
เซ็นเซอร์อุณหภูมิและคอนโทรลเลอร์ใช้ในการตรวจสอบและปรับอุณหภูมิที่จุดต่าง ๆ ตามถัง การรักษาอุณหภูมิที่เหมาะสมนั้นมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการบรรลุคุณสมบัติของวัสดุที่ต้องการเนื่องจากวัสดุต่าง ๆ มีความต้องการอุณหภูมิเฉพาะสำหรับการประมวลผลที่ดีที่สุด
4. ตาย
ตายเป็นส่วนประกอบที่วัสดุออกจากเครื่องอัดรีด โดยทั่วไปจะทำจากโลหะและมีรูปร่างหรือรูปแบบเฉพาะที่กำหนดรูปทรงเรขาคณิตของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย การตายมีรูปร่างที่แตกต่างกันมากมายเช่นแผ่นภาพยนตร์ท่อหรือเส้นใยขึ้นอยู่กับผลลัพธ์ที่ต้องการ
ในเครื่องอัดรีดห้องปฏิบัติการ Dies สามารถเปลี่ยนได้อย่างง่ายดายเพื่อทดสอบด้วยรูปร่างและขนาดที่แตกต่างกัน วัสดุถูกบังคับให้ตายภายใต้ความกดดันและรูปร่างของมันถูกกำหนดโดยการกำหนดค่าของตาย
5. ระบบมอเตอร์และไดรฟ์
มอเตอร์มีหน้าที่หมุนสกรูและขับกระบวนการอัดขึ้นรูป สามารถปรับความเร็วมอเตอร์เพื่อควบคุมความเร็วในการหมุนของสกรูซึ่งจะมีผลต่ออัตราการไหลของวัสดุ ระบบมอเตอร์และไดรฟ์ยังให้แรงบิดที่จำเป็นเพื่อเอาชนะความต้านทานของวัสดุที่ถูกประมวลผล
6. ระบบควบคุม
ระบบควบคุมของเครื่องอัดรีดห้องปฏิบัติการมีหน้าที่ในการตรวจสอบและปรับพารามิเตอร์การประมวลผลต่างๆรวมถึงอุณหภูมิความดันความเร็วสกรูและอัตราการไหลของวัสดุ ระบบนี้ช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถควบคุมกระบวนการอัดรีดได้อย่างแม่นยำและทำการปรับเปลี่ยนแบบเรียลไทม์เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพคุณสมบัติของวัสดุ
กระบวนการอัดรีด: ทีละขั้นตอน
ตอนนี้เราได้อธิบายส่วนประกอบสำคัญลองมาดูกันว่ากระบวนการอัดรีดได้แพร่กระจายภายในเครื่องอัดรีดห้องปฏิบัติการอย่างไร
ขั้นตอนที่ 1: การโหลดวัตถุดิบ
กระบวนการเริ่มต้นด้วยการโหลดวัตถุดิบลงในฮอปเปอร์ฟีด วัสดุอาจอยู่ในรูปแบบของเม็ดผงหรือสะเก็ดขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมีและผลิตภัณฑ์สุดท้ายที่ต้องการ เมื่อโหลดแล้ววัสดุจะเริ่มไหลเข้าสู่ถังซึ่งจะถูกประมวลผล
ขั้นตอนที่ 2: การให้ความร้อนแก่วัสดุ
เมื่อวัสดุเคลื่อนที่ผ่านถังมันจะสัมผัสกับความร้อนผ่านเครื่องทำความร้อนภายนอก กระบวนการให้ความร้อนอ่อนนุ่มหรือละลายวัสดุทำให้มีขนาดที่อ่อนและง่ายขึ้น ในบางกรณีอาจใช้ระบบทำความเย็นเพื่อควบคุมอุณหภูมิและป้องกันความร้อนสูงเกินไปโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับวัสดุที่มีความละเอียดอ่อน
ระบบควบคุมอุณหภูมิช่วยให้มั่นใจได้ว่าวัสดุถึงอุณหภูมิการประมวลผลที่ดีที่สุดซึ่งแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับวัสดุที่ใช้ ตัวอย่างเช่นเทอร์โมพลาสติกมักจะต้องใช้อุณหภูมิระหว่าง 150 ° C และ 250 ° C ในขณะที่ส่วนผสมของอาหารอาจต้องใช้อุณหภูมิการประมวลผลที่ต่ำกว่า
ขั้นตอนที่ 3: การถ่ายทอดและผสมวัสดุ
เมื่อวัสดุมีความร้อนเพียงพอแล้วสกรูหมุนจะเริ่มถ่ายทอดผ่านถัง เมื่อสกรูหมุนมันจะสร้างแรงเฉือนที่ผสมวัสดุเพื่อให้มั่นใจว่าการกระจายความร้อนและความดันสม่ำเสมอ สกรูยังใช้พลังงานเชิงกลกับวัสดุซึ่งช่วยให้ละลายและผสมผสานได้
ในเครื่องอัดรีดแบบแล็บบางตัวสกรูได้รับการออกแบบด้วยโซนที่แตกต่างกันแต่ละฟังก์ชั่นเฉพาะ:
โซนฟีด : ที่ซึ่งวัสดุถูกโหลดลงในถังและลำเลียงครั้งแรก
โซนการบีบอัด : ที่วัสดุถูกทำให้ร้อนและอัดแน่นนำไปสู่การละลาย
โซนการวัด : ที่วัสดุผสมและเป็นเนื้อเดียวกันเตรียมการสำหรับการอัดรีดผ่านตาย
การออกแบบสกรูมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อประสิทธิภาพของกระบวนการอัดรีดเนื่องจากมันเป็นตัวกำหนดว่าวัสดุผสมความร้อนและถ่ายทอดได้ดีเพียงใด
ขั้นตอนที่ 4: การสร้างวัสดุ
เมื่อวัสดุเคลื่อนที่ไปสู่ความตายมันก็ถูกทำให้ร้อนผสมและแรงดันไปสู่ความสอดคล้องที่เหมาะสม การตายเป็นที่ที่วัสดุใช้ในรูปร่างสุดท้าย ความดันภายในถังบังคับให้วัสดุผ่านการตายซึ่งอาจมีรูปร่างที่หลากหลายเช่นแผ่นฟิล์มหรือท่อขึ้นอยู่กับการใช้งานที่ตั้งใจไว้
การออกแบบแม่พิมพ์มีความสำคัญเนื่องจากกำหนดอัตราการไหลและรูปร่างของวัสดุที่อัดแน่น เครื่องอัดรีดในห้องปฏิบัติการมักจะมาพร้อมกับตายที่เปลี่ยนได้ช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถทดลองกับรูปแบบและรูปทรงที่แตกต่างกัน
ขั้นตอนที่ 5: การระบายความร้อนและการแข็งตัว
เมื่อวัสดุออกจากตายมันจะถูกทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็วเพื่อทำให้รูปร่างของมันแข็งตัว กระบวนการทำความเย็นนี้สามารถทำได้ผ่านการระบายความร้อนของอากาศอ่างน้ำหรือระบบทำความเย็นอื่น ๆ ขึ้นอยู่กับวัสดุและผลิตภัณฑ์สุดท้ายที่ต้องการ
สำหรับวัสดุเทอร์โมพลาสติกการระบายความร้อนอย่างรวดเร็วเป็นสิ่งจำเป็นในการรักษารูปร่างของวัสดุและป้องกันไม่ให้มันเปลี่ยนรูป ในบางกรณีอาจใช้การรักษาหลังการระบายความร้อนเช่นการยืดหรือการวาดภาพเพื่อเพิ่มคุณสมบัติเชิงกลของวัสดุ
ขั้นตอนที่ 6: การตัดหรือรวบรวม extrudate
หลังจากการระบายความร้อนวัสดุที่อัดแน่นมักจะถูกตัดเป็นส่วนเล็ก ๆ หรือเก็บเป็นเส้นต่อเนื่องขึ้นอยู่กับการใช้งาน ในกรณีของฟิล์มพลาสติกวัสดุที่อัดแน่นอาจถูกม้วนลงไป สำหรับวัสดุอื่น ๆ เช่นเม็ด extrudate มักจะถูกตัดเป็นชิ้นเล็ก ๆ ที่สม่ำเสมอสำหรับการประมวลผลหรือการทดสอบเพิ่มเติม
พารามิเตอร์สำคัญที่มีอิทธิพลต่อกระบวนการอัดรีด
ปัจจัยหลายอย่างส่งผลกระทบต่อผลลัพธ์ของกระบวนการอัดรีด โดยการปรับพารามิเตอร์เหล่านี้ผู้ประกอบการสามารถปรับคุณสมบัติของวัสดุและบรรลุผลลัพธ์ที่ต้องการ
1. การควบคุมอุณหภูมิ
อุณหภูมิภายในถังเป็นหนึ่งในปัจจัยที่สำคัญที่สุดในการอัดรีด วัสดุที่แตกต่างกันมีความต้องการอุณหภูมิเฉพาะสำหรับการประมวลผลที่ดีที่สุด หากอุณหภูมิสูงเกินไปอาจทำให้เกิดการสลายตัวหรือปฏิกิริยาทางเคมีที่ไม่พึงประสงค์ ในทางกลับกันหากอุณหภูมิต่ำเกินไปวัสดุอาจไม่ไหลอย่างถูกต้องหรืออาจจะแข็งเกินไปที่จะรูปร่าง
2. ความเร็วในการกรอง
ความเร็วของสกรูมีผลต่อเวลาที่อยู่อาศัยของวัสดุในถังซึ่งส่งผลกระทบต่อการหลอมละลายและการผสม ความเร็วของสกรูที่สูงขึ้นมักส่งผลให้เวลาในการประมวลผลเร็วขึ้น แต่ยังสามารถนำไปสู่แรงเฉือนที่สูงขึ้นซึ่งอาจส่งผลกระทบต่อคุณสมบัติของวัสดุ การปรับความเร็วสกรูช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถควบคุมอัตราการไหลและบรรลุพื้นผิวและความสอดคล้องที่ต้องการ
3. ความดัน
ความดันภายในถังจะถูกกำหนดโดยความหนืดของวัสดุความเร็วสกรูและความต้านทานที่พบในการตาย แรงดันสูงสามารถนำไปสู่การผสมที่ดีขึ้นและ extrudates คุณภาพสูงกว่า แต่ยังสามารถส่งผลให้การสึกหรอมากเกินไปบนเครื่อง การควบคุมความดันที่เหมาะสมทำให้มั่นใจได้ว่าวัสดุจะไหลผ่านระบบได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยไม่ทำให้เกิดการอุดตันหรือความเสียหาย
4. การออกแบบสกรู
การออกแบบสกรูเป็นสิ่งสำคัญในการสร้างความมั่นใจในการผสมความร้อนและการถ่ายทอดวัสดุที่เหมาะสม การออกแบบสกรูที่แตกต่างกันเช่นสกรูเดี่ยวสกรูคู่หรือสกรูแบบหมุนร่วมให้องศาแรงเฉือนและความสามารถในการผสมที่แตกต่างกัน การออกแบบสกรูจะต้องปรับให้เหมาะกับวัสดุเฉพาะและคุณสมบัติสิ้นสุดที่ต้องการ
บทสรุป
เครื่องอัดรีดห้องปฏิบัติการทำงานโดยใช้ความร้อนแรงดันและพลังงานเชิงกลในการประมวลผลวัตถุดิบในรูปทรงและรูปแบบที่ต้องการ โดยการปรับพารามิเตอร์เช่นอุณหภูมิความเร็วของสกรูและความดันนักวิจัยและผู้ผลิตสามารถปรับแต่งกระบวนการอัดขึ้นรูปให้ละเอียด
บรรลุคุณสมบัติวัสดุเฉพาะ ความยืดหยุ่นนี้ทำให้เครื่องอัดรีดห้องปฏิบัติการที่ขาดไม่ได้ในด้านวิทยาศาสตร์วัสดุการวิจัยและพัฒนาและการผลิตขนาดเล็กในอุตสาหกรรมต่างๆ
การทำความเข้าใจว่าเครื่องอัดรีดในห้องปฏิบัติการนั้นมีความสำคัญสำหรับทุกคนที่เกี่ยวข้องในการพัฒนาวัสดุอย่างไรเนื่องจากช่วยให้พวกเขาสามารถปรับกระบวนการสร้างต้นแบบและทดสอบสูตรใหม่ด้วยความแม่นยำและการควบคุม ไม่ว่าจะเป็นในด้านการวิจัยพอลิเมอร์การแปรรูปอาหารหรือการผลิตอุปกรณ์การแพทย์เครื่องอัดรีดห้องปฏิบัติการมีบทบาทสำคัญในการพัฒนาเทคโนโลยีและนวัตกรรม
