مقدمة
يعد تحديد محتوى حجم الألياف أمرًا ضروريًا لتقييم الخواص الميكانيكية والهيكلية لمركبات الألياف مثل مركبات الكربون أو الألياف الزجاجية. تم وصف طريقة موحدة في DIN 16459. أولاً، يتم تحديد عامل التصحيح (Km) والكسور الكتلية للمصفوفة (mM) والألياف (mFa) عن طريق قياس الثقل الحراري (TGA). يمكن حساب جزء حجم الألياف من خلال النظر في كثافة مادة الألياف والمادة المركبة.
يمكن استخدام NETZSCH TG 309 Libra® لتحديد جميع القيم المميزة المطلوبة تقريبًا. إن استخدام مبادل العينات الأوتوماتيكي يبسط بشكل كبير وأتمتة تنفيذ القياسات المتعددة المطلوبة بشكل كامل. وهذا لا يوفر الوقت والموارد البشرية فحسب، بل يضمن أيضًا قابلية أعلى للتكرار.
تجريبي
ولتحديد عامل التصحيح (Km)، تم إجراء تحديد ثلاثي على عينة مصفوفة نقية باستخدام قياس الثقل الحراري (NETZSCH TG 309 Libra®)؛ انظر الشكل 1.
تم إجراء القياس في ظروف مماثلة للتحليل اللاحق للمادة المركبة (انظر الجدول 1).
الجدول 1: معلمات القياس لقياس TGA
| المعلمة | |
|---|---|
| برنامج درجة الحرارة | RT - 450 درجة مئوية، 10 كلفن/دقيقة متساوي الحرارة: 170 دقيقة |
| جو الغاز | N2، 100 مل/دقيقة |
| البوتقة | Al2O3 (85 ميكرولتر) |
يعتمد حساب عامل التصحيح (Km) على بقايا الرماد (mAM) والكتلة الأولية (mPM) لعينة المصفوفة النقية (انظر الجدول 2).
الجدول 2: النتائج المحسوبة لمعامل التصحيح (Km)
| م ب م [مجم] | م م أ م [مجم] | ك م [مجم] | |
| 7.309 | 1.785 | 0.756 | |
| 6.631 | 1.617 | 0.756 | |
| 5.932 | 1.414 | 0.762 | |
| متوسط القيمة | 6.625 | 1.603 | 0.758 |
| الانحراف المعياري | 0.562 | 0.151 | 0.002 |
ثم تم تحليل عينة من المادة المركبة أيضًا بالقياس الوزني الحراري في ثلاث نسخ (الشكل 2). تم تحديد الأجزاء الكتلية من المصفوفة (mM) والألياف (mFA) من الكتلة الأولية (mPr) وبقايا الرماد (mV) وعامل التصحيح (انظر الجدول 3).
الجدول 3: النتائج المحسوبة لكتلة المصفوفة (مليمتر) وكتلة الألياف (م ف أ)، على التوالي
| mPr [ملغم] | م فولت [ملغم] | مليمتر [مجم] | م ف أ [مجم] | |
| 5.611 | 4.310 | 1.716 | 3.894 | |
| 8.151 | 6.236 | 2.521 | 5.630 | |
| 6.389 | 4.983 | 1.859 | 4.530 | |
| متوسط القيمة | 6.717 | 5.177 | 2.032 | 4.685 |
| الانحراف المعياري | 1.063 | 0.800 | 0.351 | 0.717 |
تم استخدام كثافة المادة الليفية والمادة المركبة لحساب محتوى حجم الألياف. تم أخذ كثافة الألياف من ورقة البيانات (1.79 جم/سم3)، بينما تم تحديد كثافة المادة المركبة تجريبيًا باستخدام مبدأ أرخميدس (1.63 جم/سم3).
يمكن الآن حساب محتوى حجم الألياف في العينة باستخدام القيم المميزة المحسوبة. بالنسبة لهذه العينة، يكون محتوى حجم الألياف ρ = 63.51 ± 0.73%.
الخاتمة
يمكن استخدام جهاز NETZSCH TG 309 Libra® لتحديد محتوى حجم الألياف في المركبات المقواة بالألياف وفقًا للمعيار DIN 16459. يتم إجراء العديد من تحليلات قياس الثقل الحراري لتحديد عامل التصحيح وكتل الألياف والمصفوفة. يمكن بعد ذلك حساب محتوى حجم الألياف بناءً على البيانات التي تم الحصول عليها. تقدم هذه الطريقة مزايا حاسمة للصناعة.
وبالمقارنة، تُظهر الطرق الأخرى بعض القيود الهامة. وتعتمد الطرق البصرية مثل تحليل الصور المجهرية اعتمادًا كبيرًا على جودة تحضير العينة ولا تقدم سوى نتائج محلية ليست بالضرورة تمثيلية. وغالبًا ما تستغرق طرق التحلل الكيميائي وقتًا طويلاً وتضر بالبيئة، ويمكن أن تؤثر أيضًا على الألياف. أما طرق التصوير مثل التصوير المقطعي بالكمبيوتر فهي غير مدمرة ولكنها باهظة التكلفة ومحدودة في قدرتها على التقييم الكمي.
وبشكل عام، توفر TGA نسبة متفوقة من الدقة وقابلية التكرار والكفاءة. فهو يتيح تحديدًا دقيقًا وقابلًا للتكرار لمحتوى حجم الألياف، مما يحسن بشكل كبير من ضمان الجودة. ويسمح التحليل السريع لكميات small عينة بمراقبة العملية وتحسينها بكفاءة. كما أنه يدعم أيضًا تطوير مواد جديدة من خلال توفير معلومات دقيقة عن تركيب المواد.
يسمح مغير العينة الأوتوماتيكي بإجراء القياسات المتعددة المطلوبة لتحديد محتوى حجم الألياف بسهولة وبدون جهد يدوي. وهذا يتيح الأتمتة المستمرة لعملية التحليل، ويزيد من الإنتاجية في العمل المختبري اليومي، وفي الوقت نفسه، يقلل من مخاطر أخطاء التشغيل - وهو مثالي للاستخدام في مراقبة الجودة الحديثة وتحسين العمليات.
شكر وتقدير
تم توفير العينات من قبل مختبر تكنولوجيا الألياف المركبة في OTH ريغنسبورغ.