60 عامًا من NETZSCH-Gerätebau: الميزان الحراري المستخدم في قسم المواد البوليمرية في جامعة بايرويت

عميلنا القديم، جامعة بايرويت، ألمانيا، يستخدم أيضًا TG 209 F1 Libra^®. تعرف في التقرير الميداني التالي على كيفية استخدام قسم مواد البوليمر في جامعة بايرويت لجهاز TG 209 F1 Libra^® مع برنامج NETZSCH Kinetics Neo للتنبؤ بسلوك تقادم المواد البلاستيكية.

تقرير المستخدم من جامعة بايرويت:

مقاومة نوائب الدهر أم التنبؤ بها؟

كيفية استخدام قسم مواد البوليمر في جامعة بايرويت لجهاز NETZSCH TG 209 F1 Libra^®جنبًا إلى جنب مع برنامج NET ZSCH Kinetics Neo للتنبؤ بسلوك تقادم المواد البلاستيكية.

يعرف الجميع الأشياء التي تتحسن مع مرور الوقت. قد يكون النبيذ الأحمر هو أول ما يتبادر إلى الذهن؛ أو سيارة كلاسيكية جميلة يتم صيانتها جيدًا. ومع ذلك، لا يوجد عادةً نبيذ أحمر معتق لمدة 60 عامًا لأنه - على عكس منتجات NETZSCH-Gerätebau - لا يوجد سعي مستمر لتحقيق الكمال في صناعة النبيذ لضمان تحقيق هذا المستوى العالي من الجودة.

تدهور البوليمر - تحدٍ في البناء

على النقيض من كل من NETZSCH والنبيذ الأحمر المذكور أعلاه، فإن خصائص البوليمرات للأسف لا تتحسن دائمًا بمرور الوقت. فمع تقدم البلاستيك في العمر، غالبًا ما تتغير خواصه حتى تفشل المادة. على المستوى الجزيئي، تتكسر الروابط الذرية في سلاسل البوليمر، حيث يمكن أن تتحلل المجموعات الجانبية أو يحدث فشل في السلسلة الرئيسية. ومع ذلك، يمكن أيضًا ذكر ما بعد التبلور وهجرة الملدنات وتكوين شقوق إجهادية، هنا أيضًا كتأثيرات شيخوخة.

وتشترك جميعها في أنها تحدث كدالة لدرجة الحرارة والوقت، ولكل منها نماذج تفاعلات حركية مختلفة. ومع ذلك، فإن إحدى مزايا التفاعلات التي تحدث هي أنها غالبًا ما تكون مصحوبة بتغير في الكتلة. تتسبب المواد الملدنة الخارجة من الحجم، مثل النواتج الغازية لتحلل البوليمر، في انخفاض الوزن. باتباع هذا المبدأ، يتم استخدام قياسات TGA الديناميكية لتوضيح العلاقة بين درجة الحرارة والتحلل - استنادًا إلى البيانات التي تم الحصول عليها - يتم إنشاء نموذج حركي يمكن استخدامه للمحاكاة في ظل ظروف متساوية الحرارة.

في الحالة الراهنة، يتم فحص أنظمة راتنجات الإيبوكسي الجديدة لاستخدامها في مكونات الطائرات وبالتالي تعرضها لدرجات حرارة عالية. يجب أن تتحمل هذه المواد الظروف المحددة، دون تعطل، لمدة لا تقل عن مدة خدمة التجميع، أو حتى أفضل من ذلك، للطائرة بأكملها. ومع ذلك، لا يمكن إجراء اختبارات التعرض الحقيقية في ظل ظروف التشغيل على مدى 15 عاماً. وبالتالي، سيتم البحث عن بديل من حقيبة الحيل للتنبؤ بسلوك المواد.

قياس الجاذبية الحرارية كأساس للمحاكاة

في قسم المواد البوليمرية في جامعة بايرويت، يتم استخدام جهاز NETZSCH TG 209 F1 Libra^® لمثل هذه القياسات. تسمح قياسات درجة الحرارة المباشرة التي تجريها الأداة بتحديد درجة الحرارة الفعلية بدقة عالية، حتى بالنسبة للتفاعلات الداخلية والخارجية. ولإنشاء عمليات المحاكاة، يلزم وجود درجة عالية من الدقة لمجموعات البيانات المدخلة لأن انتشار الخطأ سيؤدي إلى مضاعفة الانحرافات. بفضل التصميم الداخلي الخزفي الداخلي لجهاز TG، يمكن توصيف حتى البوليمرات ذات نواتج التحلل شديدة التآكل.

النمذجة والتنبؤ عن طريق الحركية الجديدة

لا تحدث معظم التفاعلات الكيميائية في خطوة واحدة؛ وينطبق الأمر نفسه على تفاعلات تحلل البوليمرات. اعتمادًا على البوليمر، قد تحدث مجموعة من الخطوات المتوازية والمتسلسلة. عن طريق حركية نيو، يمكن إنشاء نماذج للتفاعلات الكلية من خلال الجمع بين هذه التفاعلات الفردية. يمكن تعيين معلمات محددة لكل خطوة. يقدم البرنامج كلاً من التحسين التلقائي والتعديل اليدوي لكل قيمة. وبهذه الطريقة، يتمتع المستخدم بأقصى قدر من الاحتمالات. يتم إنشاء النموذج من خلال ملاءمته مع بيانات القياس الفعلية. يتم إجراء التقييم عن طريق إخراج قيمة R² أو اختبار F.

بالنسبة للحالات التي يكشف فيها النموذج عن خطأ بسيط عند مقارنته بالبيانات المقيسة، يمكن حساب التنبؤات بناءً على الدالة الرياضية للنموذج. وهنا يتضح سبب ضرورة وجود معدات قياس جيدة، مثل TG 209 F1 Libra^®. لا يمكن إنشاء محاكاة دقيقة تمثل الواقع بشكل صحيح إلا من خلال تطبيق بيانات قياس دقيقة.

تطبيقات أخرى لـ TG 209 F1 ليبرا في قسم هندسة البوليمرات

بالإضافة إلى التطبيق الموصوف، يُستخدم TG 209 F1 Libra^® في العديد من توصيفات المواد الأخرى. يتم فحص الخصائص ذات الصلة بالصناعة، مثل محتوى الحشو في اللدائن الحرارية أو محتوى حجم الألياف في المواد المركبة. كما يمكن أيضًا الإجابة عن أسئلة علمية مثل الاستقرار الحراري في ظل أجواء مختلفة للمواد المتينة المطورة حديثًا. هذا التنوع يجعل من جهاز TG 209 F1 Libra^® جهازًا يستخدم باستمرار في القسم.

نهنئ شركة NETZSCH-Gerätebau بمناسبة مرور ⁶⁰ عامًا على تأسيسها. إذا استمرت NETZSCH في المضي قدمًا في الابتكار والسعي نحو الكمال، كما فعلت في الماضي، فإننا نتطلع إلى سنوات عديدة أخرى من التعاون الناجح.

نتوجه بالشكر الجزيل لقسم مواد البوليمر في جامعة بايرويت على هذا التقرير الشيق والتمنيات الحارة. ونحن أيضًا نتطلع إلى سنوات عديدة أخرى من التعاون!