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Ein Labor-Extruder besteht aus einer Schnecke, die sich in einem Zylinder dreht, um Lebensmittelzutaten zu vermischen. Die Zutaten werden durch die rotierende Schnecke vorwärts geschoben, wodurch sich Temperatur und Druck ändern und sie in neue Produkte umgewandelt werden. Beispiele für Produkte, die von einem Extruder hergestellt werden, sind Snacks und Frühstückscerealien. Ein Labor-Extruder gibt es in vielen Ausführungen.
Einschnecken-Laborextruder:
Der gebräuchlichste und am wenigsten komplexe Typ eines Laborextruders ist der Einschneckenextruder. Er verwendet eine einzelne Schnecke, um Materialien zu transportieren und zu verarbeiten. Einschneckenextruder sind in der Regel erschwinglicher als andere Typen und eignen sich für einfache Extrusionsaufgaben. Ihre Flexibilität und Anpassungsfähigkeit an verschiedene Materialien ist jedoch begrenzt.
Mehrschnecken-Laborextruder:
Mehrschnecken-Laborextruder verfügen über mehrere Schnecken (in der Regel zwei oder mehr), die parallel oder einzeln gekoppelt sind. Diese Art von Extruder verbessert die Mischung und Scherung von Materialien, was zu komplexeren und hochwertigeren Produkten führt. Mehrschneckenextruder sind flexibler als Einschneckenmodelle und können eine Vielzahl von Materialien verarbeiten. Gleichzeitig können sie an unterschiedliche Produktanforderungen angepasst werden. Nichtsdestotrotz sind Mehrschneckenextruder in der Regel teurer und verbrauchen mehr Energie als ihre Einschnecken-Gegenstücke.
Band-Laborextruder:
Der gebräuchlichste und am wenigsten komplexe Typ eines Laborextruders ist der Einschneckenextruder. Er verwendet eine einzelne Schnecke, um Materialien zu transportieren und zu verarbeiten. Einschneckenextruder sind in der Regel erschwinglicher als andere Typen und eignen sich für einfache Extrusionsaufgaben. Ihre Flexibilität und Anpassungsfähigkeit an verschiedene Materialien ist jedoch begrenzt.
Kolben-Laborextruder:
Ein Kolben- oder Rammextruder arbeitet, indem er Material durch eine geformte Matrize drückt, die von einem beweglichen Kolben angetrieben wird. Diese Art von Extruder kann eine Vielzahl von Materialien verarbeiten und verschiedene Formen und Größen herstellen. Kolbenextruder bieten eine gute Materialtransport-Effizienz, präzise Steuerung des Extrusionsprozesses und hohe Flexibilität bei der Anpassung an verschiedene Materialien. Nichtsdestotrotz sind sie in der Regel groß, komplex und kostspielig.
Mini-Laborextruder:
Mini-Laborextruder sind kompakte Geräte, die sich für kleinvolumige Experimente, Produktentwicklung und Prototypenbau eignen. Sie sind tragbar und einfach zu bedienen, wodurch sie sich ideal für Laborumgebungen eignen. Trotz ihrer geringen Größe bieten Mini-Laborextruder eine angemessene Verarbeitungskapazität und Vielseitigkeit. Sie ermöglichen es Forschern, Konzepte zu validieren, Parameter zu optimieren und die Produktion hochzuskalieren, bevor sie in großtechnische Produktion investieren.
Kapazität
Extruder gibt es in verschiedenen Kapazitäten, um unterschiedliche Materialvolumen zu bewältigen. Kleinvolumige Laborextruder haben eine Kapazität von etwa 10 g/h, während größere Modelle bis zu 100 g/h oder mehr verarbeiten können.
Motorleistung
Die Motorleistung, die in der Regel in Kilowatt (kW) oder Pferdestärken (PS) gemessen wird, bestimmt die Kraft, die während des Betriebs ausgeübt wird. Laborextruder haben typischerweise Motorleistungen im Bereich von 0,5 kW bis 3 kW. Größere und fortschrittlichere Modelle können eine höhere Motorleistung haben, um einen höheren Durchsatz und anspruchsvollere Materialien zu bewältigen.
Schneckendurchmesser
Wie bei der Kapazität variiert auch der Durchmesser der Schnecken und kann die Mischqualität und den Durchsatz beeinflussen. Für Laborzwecke liegen die Schneckendurchmesser in der Regel zwischen 10 mm und 30 mm.
Schneckengewinde
Die Länge der Schnecken ist ebenfalls eine wichtige Variable, da längere Schnecken mehr Mischzeit und Verweilzeit der Materialien ermöglichen. Laborextruder haben im Allgemeinen Schneckengewinde im Bereich von 100 mm bis 500 mm, die zwar klein sind, aber lang genug für ein effektives Mischen und Verarbeiten.
Temperaturregelung
Extruder sind mit Temperaturregelungssystemen ausgestattet, die aus mehreren Zonen entlang des Zylinders bestehen. Jede Zone kann ihren eigenen Temperatursollwert haben, der in der Regel von Raumtemperatur bis zu 250 °C (oder höher) reicht.
Kühlsystem
Einige Materialien müssen möglicherweise nach der Extrusion schnell abgekühlt werden, um bestimmte Eigenschaften zu erhalten oder einen Abbau zu verhindern. Kühlsysteme können Luftkühlung, Wassermäntel oder Tauchbäder umfassen.
Zylindermaterial
Das Zylindermaterial bestimmt die Temperaturbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit der Extrusion. Übliche Zylindermaterialien sind Edelstahl, Hartmetall usw.
Reinigung:
Zuerst müssen die Benutzer sicherstellen, dass der Laborextruder gestoppt und abgekühlt wird, bevor sie ihn reinigen. Dann können die Benutzer den Zylinder und die Matrizenoberflächen vorsichtig mit einem sauberen Tuch oder Papierhandtüchern abwischen, um Rückstände oder Ablagerungen zu entfernen. Für eine gründliche Reinigung können die Benutzer Bürsten oder Schaber verwenden, um schwer zugängliche Stellen zu erreichen und sicherzustellen, dass kein Material im Inneren festsitzt.
Schmierung:
Schmieren Sie alle beweglichen Teile des Laborextruders, wie z. B. Lager und Schneckengewinde, gemäß den Empfehlungen des Herstellers. Tragen Sie eine kleine Menge Schmiermittel auf, um Reibung und Verschleiß zu reduzieren. Entsorgen Sie gebrauchtes Öl ordnungsgemäß und vermeiden Sie eine Überfettung, um eine Kontamination der extrudierten Materialien zu verhindern.
Inspektion:
Prüfen Sie regelmäßig den Zylinder, die Schnecke, die Matrize, die Heiz-, Kühl- und Lüfterkomponenten des Laborextruders auf Anzeichen von Beschädigungen oder Verschleiß. Überprüfen Sie, ob es Hindernisse gibt, die die Leistung des Geräts beeinträchtigen können, z. B. lose Befestigungselemente, abgenutzte Kabel usw. Reparieren oder ersetzen Sie defekte Teile sofort, um die Sicherheit und den ordnungsgemäßen Betrieb zu gewährleisten.
Einige Anwendungsszenarien von Labor-Extruder sind wie folgt:
Lebensmittelindustrie
In der Lebensmittelindustrie werden Labortwin-Schneckenextruder verwendet, um neue Lebensmittelrezepturen zu untersuchen, die äußere Struktur von Lebensmitteln zu verändern, die Verdaulichkeit von Lebensmitteln zu verbessern und unter anderem Lebensmittel-Expansions- und Texturierungsprozesse zu analysieren. Sie werden auch bei der Tierfutterverarbeitung eingesetzt.
Kunststoff- und Polymerindustrie
In der Kunststoff- und Polymerindustrie werden Labor-Einschneckenextruder häufig bei der Produktentwicklung von Kunststoffen und Polymeren eingesetzt. Sie werden auch in großem Umfang bei der Materialmodifikation eingesetzt, um Materialien stabiler, schlagzäher, schneller blasbarer und besser mischbarer zu machen.
Chemische Industrie
In der chemischen Industrie werden Labor-Extruder unter anderem für Polymerisation, Katalyse und Abbau eingesetzt. Sie werden auch für die Materialmodifikation eingesetzt, z. B. zur Veränderung der physikalischen oder chemischen Eigenschaften des Materials, für Kupplungsreaktionen usw.
Biomedizinische Forschung
Laborextruder können auch in einem Organ-on-a-Chip-System für die Medikamentenverabreichung und die Gewebezüchtung eingesetzt werden. Sie werden auch bei der Herstellung von Trägern für die Medikamentenverabreichung eingesetzt.
Pharmazeutische Forschung
Im Bereich der pharmazeutischen Forschung werden Laborextruder häufig bei der Formulierungsentwicklung von Arzneimitteln eingesetzt. Sie werden auch bei der Verarbeitung pharmazeutischer Wirkstoffe und Hilfsstoffe eingesetzt.
Textilindustrie
Beim Spinnen in der Textilindustrie werden Laborextruder häufig bei der Herstellung von Kunstfasern wie Polyester, Nylon und Polypropylen eingesetzt. Sie werden auch bei der Verarbeitung von Textilzusätzen und Konservierungsmitteln eingesetzt.
Ein Labor-Extruder ist eine unverzichtbare Maschine, mit der sich erforschen lässt, wie kleine Probenmengen verarbeitet werden können. Vor dem Kauf müssen Käufer sich das Zuführsystem, das Zylinderdesign, die Schneckenkonfiguration, das Heiz- und Kühlsystem, das Matrizen- und Schneidsystem, die Sicherheitsmerkmale, die Computerisierung und die Reinigungsfähigkeit der Laborextruder-Maschine ansehen.
Das Zuführsystem sollte das einfache und schnelle Zuführen von Materialien ermöglichen. Es kann einen Trichter mit einer variabel dimensionierten Schneckenzuführung haben, um eine gleichmäßige Zuführrate des Materials zu gewährleisten. Der Zylinder ist ein weiterer wichtiger Punkt, da er das Material unter hohem Druck und hoher Temperatur hält. Käufer sollten prüfen, ob der Zylinder einwandig oder doppelwandig ist. Ein doppelwandiger Zylinder ermöglicht eine bessere Temperaturregelung. Auch bei Labor-Extruder gibt es verschiedene Schneckendesigns. Einige Schnecken haben eine Kanaltiefe, die entlang der Schneckenlänge variiert, um Mischen und Pumpen zu ermöglichen. Andere haben einen Barrier-Kanal, der das Schmelzen von kristallinen Polymeren sicherstellt. Die Schnecke dreht sich auch mit unterschiedlichen Drehzahlen. Eine hohe Drehzahl trägt zu einem besseren Schmelzen und Mischen der Materialien bei.
Das Heiz- und Kühlsystem verwendet elektrische Bänder oder Keramikheizkörper, um die Temperatur des Zylinders zu regulieren. Es verfügt auch über Temperatursensoren, die die Temperatur des Zylinders auf dem Computerbildschirm anzeigen. Das Matrizen- und Schneidsystem formt das extrudierte Material. Es hat verschiedene Matrizen für verschiedene Formen. Außerdem verfügt es über einen Schneidmechanismus, um extrudierte Materialien auf die gewünschte Länge zu schneiden.
Sicherheit ist ein wichtiger Aspekt, den es bei der Wahl eines Labor-Extruders zu beachten gilt. Er sollte über Sicherheitsmerkmale wie Not-Aus-Knöpfe, Übertemperaturschutz und Sicherheitsvorrichtungen verfügen. Moderne Extruder verfügen über Computerisierung, um Motordrehzahl, Zuführrate, Temperatur, Druck und Schneckendrehzahl zu steuern. Dies hilft den Bedienern, die Extrusion präzise zu steuern. Außerdem sollte der Extruder über einen leicht demontierbaren und zu reinigenden Mechanismus verfügen, um die Reinigung von Rückständen des vorherigen Materials zu ermöglichen und eine Kontamination zu vermeiden.
F: Wozu werden Extruder in Laboren verwendet?
A: Der Labor-Extruder wird für verschiedene Anwendungen eingesetzt, wie z. B. die Herstellung von Polymermischungen, Verbundwerkstoffen und Nanoverbundwerkstoffen. Er wird auch zur Modifizierung von Polymeren eingesetzt, um bestimmte Eigenschaften zu verbessern. Darüber hinaus werden Laborextruder für Profilexperimente und -produkte, Bleche, Folien und Fasern eingesetzt.
F: Was sind die Hauptbestandteile eines Labor-Extruders?
A: Ein Extruder besteht aus dem Einlauf, der Schnecke, dem Zylinder, den Heizbändern oder -blöcken, der Matrize und dem Auffangsystem. Jedes Teil spielt eine wichtige Rolle bei der Funktionsweise des Extruders. So beinhaltet beispielsweise das Auffangsystem geschnittene oder gekühlte Produkte, während das Heizelement die Temperatur des Zylinders erhöht, um das Material zu schmelzen.
F: Welche Arten von Materialien werden mit Labor-Extruder verarbeitet?
A: Die Extrusion in Laboren kann mit einer Vielzahl von Materialien durchgeführt werden, darunter Polymere, Biopolymere, Kunststoffe und Verbundwerkstoffe. Die Materialien haben in der Regel eine geringe Viskosität und können bei Erwärmung leicht durch die Matrizen fließen.
F: Was sind die Vorteile der Verwendung von Labor-Extruder?
A: Laborextruder bieten Forschern und Ingenieuren mehrere Vorteile. Erstens benötigen sie im Vergleich zu den industriellen Modellen weniger Material, um Experimente durchzuführen. Zweitens sind sie kostengünstig und einfach zu bedienen. Darüber hinaus bieten die Extruder eine bessere Kontrolle über den Prozess und ermöglichen die Variation von Parametern, die sich auf das Endprodukt auswirken.