实验室挤出机是一种紧凑、高精度挤出机，专为材料研究和开发、中试和小规模测试以及教育目的而设计。
此外，在某些特定的应用场景下，实验室挤出机也能胜任实际的生产任务。例如，在制药、功能性食品以及小批量、高附加值、高性能塑料等行业，实验室挤出机凭借其灵活的配置、快速的物料切换和精确的控制，成为理想的生产设备。
它们不仅是创新研发的“试验场”，也正逐步成为小规模、高精度加工的“生产线”。
实验室挤出机与工业挤出机的比较
实验室和工业挤出机的基本原理相同，包括螺杆结构（例如单螺杆、双螺杆或多螺杆），以及类似的加热、冷却、驱动和控制系统。然而，实验室挤出机是工业级挤出机的缩小版。模头、制粒系统和进料器等模块可以灵活配置，以适应特定的研究目标。虽然实验室挤出机使用相同的材料和工艺参数，但其产量明显较低。
实验室挤出机通常每小时处理0.25至150公斤材料，非常适合研发、小批量试验和教育用途。一些微型型号支持超低进料模式，最低处理量小于250克。相比之下，工业挤出机的处理量要大得多——每小时处理量从几十公斤到几千公斤不等——适合连续大规模生产。
实验室挤出机强调精确的数据收集、工艺调整的灵活性以及参数优化的简易性，而工业挤出机则注重高吞吐量、操作稳定性、能源效率以及减少劳动力需求。
实验室挤出机的应用
新材料研发与配方开发
实验室挤出机在新材料的研发和配制中发挥着核心作用，包括聚合物改性、功能颗粒开发和可生物降解化合物。
工艺参数验证与优化
在受控的小批量条件下，他们验证了螺杆配置、温度区域和排气效率等工艺参数，为工业扩大规模奠定了基础。
小批量样品制备及应用验证
实验室挤出机还广泛用于色母粒、填料、发泡材料等产品的小批量打样、颜色测试和应用性能测试。
反应性和功能性挤压研究
在反应挤出中，该设备支持原位聚合和交联反应的连续控制，适用于反应性聚合物的工艺开发。
特殊行业材料验证
对于制药和食品行业，实验室挤出机可以对控释片、聚合物载体和营养颗粒等功能材料进行结构优化和成型研究。
教学与科研实践
实验室挤出机是大学和研究机构挤出技术和材料科学课程的重要教学工具，为实践培训和未来工程师和技术人员的培养提供支持。
在实验室阶段，研发人员利用小型挤出机对原料配比、加工温度、螺杆组合、熔体特性等关键参数进行测试。工艺验证成功后，再将配方和工艺放大，在工业级挤出机上进行测试，最终实现稳定的量产。
因此，实验室挤出机的结构和原理与工业级挤出机完全相同，但体积更小、产量更低、功能更灵活，主要用于在受控环境下对配方、工艺和材料特性进行精确测试和验证。
总而言之，实验室挤出机是大规模生产的基础和验证平台。从小规模试验到中试生产再到大规模生产，每个阶段都建立在实验室验证的工艺之上。
为什么我们需要实验室挤出机？
降低试错成本
工业挤出机每次运行的材料成本很高。在实验室进行小批量测试可以显著减少原材料用量并节省时间。配方验证后，挤出工艺即可进入工业规模生产。
注意：放大生产并非简单的线性过程。必须考虑剪切敏感性和热稳定性等因素，因为材料在不同螺杆直径和剪切速率下的行为可能会有很大差异。实验室挤出机可提供关键参考数据，以支持精准的放大生产。
灵活的流程调整
实验室挤出机支持快速更换模具、调整螺杆段和修改温度区域，使其成为材料创新的理想选择。
获取初始放大参数
实验室挤出机提供关键数据（例如压力、扭矩和熔体状态），这些数据可作为工业过程放大过程中的宝贵参考点。
封闭的研发-生产循环
即使材料已经得到验证，生产波动或配方变化也需要恢复实验室模拟进行调整。
实验室挤出机尺寸
根据尺寸、容量和用途，实验室挤出机通常分为微型、标准型和中试规模。这些类别主要由螺杆直径（通常以毫米为单位）和机器整体尺寸定义。
标准实验室挤出机
标准实验室挤出机的螺杆直径通常为16至35毫米。其尺寸约为长1至2米，宽和高均为0.6至1.2米。这些独立的落地式机型配备操作面板，广泛用于材料开发和工艺验证。
微型实验室挤出机
长50-100厘米，宽30-60厘米，高30-60厘米，螺杆直径12-16毫米。其紧凑的设计使其可放置在台式或移动式支架上。它们通常用于配方筛选、实验和教学环境。这些设备支持快速材料切换，且仅需极少的原材料，使其成为高频、低成本测试环境的理想选择。
中试规模挤出机
中试规模的挤出机通常配备造粒和冷却系统，以更好地模拟真实的工业加工条件。其螺杆直径通常在25至45毫米之间，非常适合小批量生产、取样或商业化前的批量测试。
图源：Cowin
如何选择合适的实验室挤出机
选择实验室挤出机时，请仔细评估以下关键因素：
1.您的实验的目的是什么——教育用途、基础研究还是先进材料研发？
2.您将使用哪种类型的材料——热敏性、挥发性还是化学反应性聚合物？
3.所需的产量是多少？以克还是千克为单位？该设备将用于中试生产还是客户样品？
4.该工艺是否需要气体注入、真空脱挥或在线反应挤出等高级功能？
5.您的预算和可用实验室空间是多少？您是否需要模块化升级选项以便将来扩展？
6.未来需要扩大规模吗？设备是否兼容工业级模块接口？
选择实验室挤出机时要考虑的关键参数
1、螺杆直径与L/D比（长径比）
螺杆直径直接决定样品通量。例如，16-20毫米适用于教学和早期研发；25毫米适用于工艺验证和中试生产；35毫米适用于小批量商业化生产。
典型的长径比 (L/D) 范围为32至48，会影响熔融时间、混合效率和停留时间。较高的长径比 (≥40) 可提供更长的加工路径，使其适用于反应挤出或高分散配方等复杂应用。
建议：对于需要优化的复杂配方或工艺，优先选择L/D比为40或以上的设备。
2、输出范围
实验室挤出机的处理速度最低可达每小时0.25公斤，最高可达每小时150公斤，具体取决于型号。具体选择应基于样品量、原材料成本和实验频率。
微型挤出机非常适合高频试验或昂贵材料。中试规模机型更适合客户样品、预订或应用验证。
建议：确定所需的最小样本量和理想的吞吐量范围，以选择适合您操作需求的机器。
3、模块化设计
模块化系统允许快速更换螺杆元件、机筒、模具和排气模块，以支持不同的实验目标。
这对于拥有共享设备、频繁更改参数或有长期升级计划的研发机构尤其有价值。
建议：为了实现灵活、多用途的使用，选择具有高度模块化结构的设备，以最大限度地提高适应性并降低长期成本。
4、控制系统（PLC+HMI）
高质量的实验室挤出机应配备 PLC 和触摸屏 HMI 系统，能够精确控制温度、扭矩、压力和螺杆速度。
数据可追溯性和可导出性对于研发报告和扩大规模文档至关重要。
建议：选择具有集成触摸屏控制和实时数据记录的系统——特别是当您计划申请专利、发布研究成果或进行商业化生产时。
5、常用配置选项
评估系统兼容性时请考虑以下组件：
侧进料器：用于添加玻璃纤维、滑石粉或颜料等填料。
真空排气：改善脱挥发作用并减少残留挥发物。
造粒系统：根据您的最终用途需求，选择拉条、水环或风冷造粒。
模具设计：将模具（平面、圆形、泡沫等）与您的特定产品形状和配方相匹配。
建议：提前确定目标材料和工艺要求。确保兼容性，避免后期昂贵的定制。
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