Ιστορία επιτυχίας πελάτη
Δοκιμές πυρκαγιάς σταθεροποιημένων ινών πολυακρυλονιτριλίου (PAN)
Στο μέλλον, ο αναλυτής δείκτη οξυγόνου NETZSCH TAURUS LOI 901 θα χρησιμοποιηθεί στο Carbon LabFactory Saxony για την ανάλυση θερμικά σταθεροποιημένων ινών PAN - γνωστών και ως ινών Preox - και για την έρευνα βιώσιμων εναλλακτικών λύσεων, όπως πρόδρομες ουσίες με βάση την κυτταρίνη ή τη λιγνίνη"
Αυτή είναι μια ιστορία επιτυχίας πελάτη από τη Δρ Claudia Vogt, επιστημονική συνεργάτιδα του Τεχνικού Πανεπιστημίου του Chemnitz στο Τμήμα Ελαφρών Κατασκευών και Τεχνολογίας Πολυμερών στον τομέα έρευνας των ινών άνθρακα και των τεχνολογιών επεξεργασίας. Αναφέρει τις έρευνες για τις μελλοντικές εφαρμογές των ινών Preox με τη χρήση του αναλυτή δείκτη οξυγόνου NETZSCH TAURUS LOI 901. Η διερεύνηση των ινών Preox γίνεται αναπόσπαστο μέρος της παρακολούθησης της διαδικασίας στο ερευνητικό κέντρο που δημιουργείται επί του παρόντος στο Boxberg, γνωστό ως Carbon LabFactory Saxony. Σε επιτυχή συνεργασία με το εργαστήριο εφαρμογών NETZSCH TAURUS αναπτύχθηκε μια νέα θήκη δειγμάτων για δείγματα ινών.
“NETZSCH προσφέρει άριστη εξυπηρέτηση πελατών. Κατά την αναζήτησή μου για μια κατάλληλη θήκη δείγματος για το όργανο περιοριστικού δείκτη οξυγόνου LOI 901, παρατήρησα ότι στα αξεσουάρ δεν περιλαμβάνεται θήκη δείγματος ινών. Μετά την έρευνά μου, έλαβα αμέσως τις αρχικές ιδέες από το NETZSCH για την ανάπτυξη μιας προσαρμοσμένης θήκης δείγματος με βάση το υλικό ινών Preox που διαθέτουμε.”
Σχετικά με το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο Chemnitz
Το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο του Chemnitz (εικόνα 1) είναι ένα κοσμοπολίτικο πανεπιστήμιο με ισχυρά περιφερειακά, εθνικά και διεθνή δίκτυα. Φιλοξενεί περίπου 2.300 ακαδημαϊκούς και διοικητικούς υπαλλήλους, καθώς και περισσότερους από 8.600 φοιτητές από περίπου 90 χώρες. Είναι έτσι το τρίτο μεγαλύτερο πανεπιστήμιο στη Σαξονία (από το 2024).
Όσον αφορά το ποσοστό των αλλοδαπών φοιτητών του, το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο του Chemnitz καταλαμβάνει την πρώτη θέση μεταξύ των κρατικών πανεπιστημίων σε εθνικό επίπεδο. Το Κέμνιτς, Πολιτιστική Πρωτεύουσα της Ευρώπης 2025, συγκαταλέγεται μεταξύ των δέκα καλύτερων μεγαλύτερων πόλεων της Γερμανίας για να ζει κανείς, σύμφωνα με πρόσφατη μελέτη, και διαθέτει εξαιρετική ποιότητα ζωής. Η πόλη διαθέτει επίσης ένα αξιοσημείωτα υψηλό ποσοστό εργαζομένων με υψηλά προσόντα, το οποίο οφείλεται εν μέρει στην παρουσία του πανεπιστημίου large. Το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο Chemnitz αποτελεί την πνευματική καρδιά της πόλης και έχει εξελιχθεί σε έναν διεθνώς ορατό τόπο έρευνας για τις μελλοντικές διαδικασίες δημιουργίας αξίας και τη βιώσιμη ανάπτυξη.
Σχετικά με το Carbon LabFactory Saxony
Το "Carbon LabFactory Saxony" (CLFS) στο Boxberg, στην Άνω Λουζατία της Γερμανίας, είναι ένα βασικό έργο αφιερωμένο στην έρευνα και την ανάπτυξη ινών άνθρακα σε πιλοτική κλίμακα. Η νέα ερευνητική εγκατάσταση επικεντρώνεται στη χρήση βιώσιμων εναλλακτικών λύσεων σε σχέση με τις πετροχημικές πρόδρομες ουσίες, όπως το πολυακρυλονιτρίλιο, χρησιμοποιώντας, για παράδειγμα, κυτταρίνη ή λιγνίνη. Οι ίνες άνθρακα παράγονται σε μια θερμική διαδικασία πολλαπλών σταδίων. Το CLFS εξετάζει επίσης ολόκληρη την αλυσίδα αξίας - από την πρώτη ύλη έως τα τελικά εξαρτήματα - και δίνει ιδιαίτερη έμφαση στη βιωσιμότητα των διαδικασιών.
Στο επίκεντρο της έρευνας του CLFS βρίσκεται η κατασκευή ινών άνθρακα και η επεξεργασία τους, για παράδειγμα, με τη βοήθεια κλωστοϋφαντουργικών μηχανών που θα είναι επίσης διαθέσιμες στο χώρο. Η σταθεροποίηση και η επακόλουθη απανθρακοποίηση πρόδρομων ουσιών, όπως το πολυακρυλονιτρίλιο, η κυτταρίνη ή η λιγνίνη, πραγματοποιείται σε μια πιλοτική μονάδα απανθρακοποίησης. Η μονάδα αυτή χρησιμοποιείται για την εκτέλεση των βασικών σταδίων της διαδικασίας για την παραγωγή ινών άνθρακα υψηλής ποιότητας. Το πρόδρομο υλικό υφίσταται πρώτα θερμική επεξεργασία σε ειδικούς κλιβάνους σταθεροποίησης σε θερμοκρασίες μεταξύ 150°C και 300°C. Στη συνέχεια, η απανθρακοποίηση πραγματοποιείται σε προστατευτική ατμόσφαιρα αερίου σε δύο στάδια: σε κλίβανο χαμηλής θερμοκρασίας έως 1200°C και στη συνέχεια σε κλίβανο υψηλής θερμοκρασίας έως 2200°C. Με τη λεπτομερή ρύθμιση των παραμέτρων της διεργασίας, οι ιδιότητες της κατασκευής των ινών άνθρακα μπορούν να ελεγχθούν και να βελτιστοποιηθούν.
Ανακύκλωση και ανακύκλωση
Ένας άλλος προοδευτικός τομέας έρευνας είναι η ανάπτυξη ανακυκλώσιμων υλικών και προϊόντων, συμπεριλαμβανομένων στρατηγικών ανακύκλωσης και ανακύκλωσης για την αύξηση της αποδοτικότητας των πόρων και την ελαχιστοποίηση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων. Στόχος είναι η δημιουργία κλειστών κύκλων υλικών, συμπεριλαμβανομένης της ανάκτησης υλικών από τα απόβλητα παραγωγής.
Το CLFS, το οποίο θα ιδρυθεί ως παράρτημα του Τεχνολογικού Πανεπιστημίου του Chemnitz στην Άνω Λουζατία (εικόνα 3), θα συμβάλει σημαντικά στον βιώσιμο μετασχηματισμό μιας περιοχής που έχει πληγεί σοβαρά από τη διαρθρωτική αλλαγή που επέφερε η σταδιακή κατάργηση του άνθρακα. Η συνεργασία με το Ινστιτούτο Εφαρμοσμένης Έρευνας Πολυμερών Fraunhofer(Fraunhofer IAP) και το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο του Βρανδεμβούργου Cottbus-Senftenberg (BTU) θα δημιουργήσει μια αποτελεσματική ερευνητική υποδομή που θα επιτρέψει την ανάπτυξη καινοτόμων ελαφρών προϊόντων από νέους τύπους ινών άνθρακα. Η κύρια εστίαση του IAP σε αυτή την προσπάθεια είναι η παραγωγή βιώσιμων πρόδρομων ουσιών, π.χ. από κυτταρίνη, και η μετατροπή τους σε εργαστηριακή κλίμακα.
Η ιδιαίτερη έμφαση της έρευνας στο Boxberg θα είναι η βιομηχανική επεκτασιμότητα των τεχνολογιών. Η κλίμακα πιλοτικής μονάδας θα διευκολύνει τη μεταφορά των αναπτυγμένων διαδικασιών και υλικών σε βιομηχανικές εφαρμογές. Αυτό απαιτεί στενή συνεργασία μεταξύ των ερευνητικών ιδρυμάτων και των βιομηχανικών εταίρων, ώστε να διασφαλιστεί ότι οι λύσεις που αναπτύσσονται είναι τόσο οικονομικά βιώσιμες όσο και αειφόρες.
Με τις προσεγγίσεις και τις ευκαιρίες που περιγράφονται, το "Carbon LabFactory Saxony" αναλαμβάνει ηγετικό ρόλο στην ευρωπαϊκή ανάπτυξη των βιώσιμων ινών άνθρακα. Χάρη στην ολιστική του προσέγγιση, η οποία περιλαμβάνει ολόκληρη την αλυσίδα αξίας και στοχεύει στην οικολογική καινοτομία, το CLFS συμβάλλει σε ένα μέλλον στο οποίο οι ίνες άνθρακα δεν θα είναι μόνο υψηλής απόδοσης, αλλά και φιλικές προς το περιβάλλον. Συνεισφέρει έτσι σημαντικά στους ευρωπαϊκούς κλιματικούς στόχους και σε ένα μέλλον ουδέτερο ως προς τα αέρια του θερμοκηπίου.
Claudia, παρακαλώ παρουσιάστε τον εαυτό σας και τον τομέα έρευνας και εφαρμογής σας.
Το όνομά μου είναι Claudia Vogt. Έχω διδακτορικό στη χημεία και εργάζομαι ως βοηθός ερευνητής στο Τμήμα Ελαφρών Δομών και Επεξεργασίας Πολυμερών (SLK) του Τεχνολογικού Πανεπιστημίου του Chemnitz από τον Αύγουστο του 2023, συγκεκριμένα στον ερευνητικό τομέα των ανθρακονημάτων και των τεχνολογιών επεξεργασίας.
Επί του παρόντος συμμετέχω στον εργαστηριακό σχεδιασμό του Carbon LabFactory Saxony και αργότερα θα είμαι κυρίως υπεύθυνος για ζητήματα χημικής ανάλυσης ινών άνθρακα, των ενδιάμεσων σταδίων τους (ίνες Preox) ή των τελικών προϊόντων τους (π.χ. σύνθετα υλικά, υφάσματα). Το ευρύ φάσμα του αναλυτικού εξοπλισμού που έχουμε στη διάθεσή μας κυμαίνεται από τη δοκιμή επιβράδυνσης φλόγας με τη χρήση LOI έως τη θερμική ανάλυση (π.χ. STA, TMA) και τον προσδιορισμό των επιφανειακών ιδιοτήτων με τη χρήση τενσιομετρίας. Η ομάδα μας συνεργάζεται στενά αλλά και χέρι με χέρι.
Πόσο καιρό διαρκεί η συνεργασία με το NETZSCH
Η έδρα SLK συνεργάζεται με το NETZSCH εδώ και πολλά χρόνια. Χρησιμοποιούν συστηματικά όργανα θερμικής ανάλυσης (TGA, DSC) για την επίλυση προβλημάτων στον τομέα των πολυμερών.
Γιατί επιλέξατε το NETZSCH Έχετε επίσης βιώσει την υποστήριξη και την εξυπηρέτηση πελατών μας
Μαζί με μια ποικιλία οργάνων, το NETZSCH προσφέρει επίσης άριστη εξυπηρέτηση πελατών. Κατά την αναζήτησή μου για μια κατάλληλη θήκη δείγματος για το όργανο περιοριστικού δείκτη οξυγόνου, παρατήρησα ότι τα αξεσουάρ δεν περιλάμβαναν θήκη δείγματος ινών. Μετά το αρχικό μου ερώτημα, έλαβα αμέσως μια προσφορά για την ανάπτυξη μιας προσαρμοσμένης θήκης δείγματος με βάση το υλικό του δείγματος. Μέσα σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα, έλαβα τις αρχικές ιδέες για αυτόν τον υποδοχέα δείγματος από το εργαστήριο ανάπτυξης NETZSCH.
Η προσαρμοσμένη θήκη δείγματος για το NETZSCH LOI 901
Ο Stephan Strickmann, Sales and Application Solutions for Fire Testing στο NETZSCH, αναφέρει:
"Ως εμπειρογνώμονας στις δοκιμές πυρκαγιάς και στα όργανα θερμικής αγωγιμότητας, η NETZSCH TAURUS ειδικεύεται στην κατασκευή οργάνων υψηλής ακρίβειας. Αυτό περιλαμβάνει το LOI 901, το οποίο χρησιμοποιείται για την αξιολόγηση της συμπεριφοράς των υλικών κατά την καύση με τον προσδιορισμό του δείκτη οξυγόνου (LOI = περιοριστικός δείκτης οξυγόνου) σύμφωνα με το ISO 4589-2 και το ASTM D 2863. Το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο του Chemnitz μας προσέγγισε με το αίτημα να μπορέσουμε να εκτελέσουμε ειδικές δοκιμές συμπεριφοράς στη φωτιά σε ίνες Preox (εικόνα 5), ένα ειδικό υλικό. Για να εξυπηρετήσουμε τα μοναδικά χαρακτηριστικά αυτού του δείγματος, αναπτύξαμε και χρησιμοποιήσαμε μια ειδική υποδοχή δείγματος για τις δοκιμές. Στόχος ήταν να καταγράψουμε τη μεθοδολογία, τη διάταξη και τα αποτελέσματα αυτών των δοκιμών, οι οποίες παρέχουν πολύτιμα δεδομένα σχετικά με τη συμπεριφορά των ινών Preox στη φωτιά σε θερμοκρασία δωματίου"
Οι ίνες Preox αποτελούν ιδιαίτερη πρόκληση στις δοκιμές συμπεριφοράς στη φωτιά λόγω της λεπτής, νηματοειδούς φύσης τους. Για να διασφαλιστεί η ακεραιότητα του δοκιμίου κατά τη διάρκεια της δοκιμής, σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε προσεκτικά μια ειδική θήκη δοκιμίου.
Αυτή η προσαρμοσμένη υποδοχή δείγματος παρέχει ασφαλές κράτημα για τις ίνες Preox, επιτρέποντας ακριβείς και αξιόπιστες μετρήσεις της συμπεριφοράς τους στη φωτιά για μια επιτυχή δοκιμή.
Αποτελέσματα
Κατά τη διάρκεια της δοκιμής, η θερμοκρασία περιβάλλοντος ελέγχθηκε προσεκτικά και διατηρήθηκε στους 23 ± 2°C για να διασφαλιστούν οι βέλτιστες συνθήκες δοκιμής. Κανονικά, η αρχική συγκέντρωση οξυγόνου για τη δοκιμή επιλέγεται με βάση την εκτεταμένη εμπειρία μας με παρόμοια υλικά. Καθώς είχαμε μικρή εμπειρία με τις ίνες Preox εκείνη τη στιγμή, συμβουλευτήκαμε τη σχετική βιβλιογραφία και διαπιστώσαμε ότι το υλικό αυτό έχει αξιοσημείωτα υψηλό LOI, που συχνά υπερβαίνει το 45%.
Για να είμαστε σίγουροι, ξεκινήσαμε τις δοκιμές με συγκέντρωση οξυγόνου 40%. Σε αυτό το επίπεδο δεν παρατηρήθηκε ανάφλεξη των ινών Preox. Στη συνέχεια αυξήσαμε σταδιακά τη συγκέντρωση οξυγόνου, παρακολουθώντας προσεκτικά κάθε βήμα. Μεταξύ 40% και 45% οξυγόνου, δεν υπήρχαν ορατές φλόγες, αλλά το δείγμα παρουσίασε σημάδια θερμικής υποβάθμισης: έλιωσε και στη συνέχεια εξαφανίστηκε, υποδεικνύοντας σημαντική μετατροπή χωρίς καύση.
Η πρώτη συνεχής καύση εμφανίστηκε σε συγκέντρωση οξυγόνου περίπου 60%. Σε αυτό το επίπεδο, η ίνα Preox αναφλέγεται και καίγεται ομοιόμορφα, επιβεβαιώνοντας την υψηλότερη απαίτηση οξυγόνου για ανάφλεξη σε σύγκριση με άλλα συμβατικά υλικά. Διεξάγονται περαιτέρω δοκιμές για τον προσδιορισμό του τελικού δείκτη οξυγόνου. Αυτό το αρχικό αποτέλεσμα συνάδει με το αναφερόμενο όφελος μιας υψηλής τιμής LOI, η οποία αναδεικνύει την αντοχή στην καύση σε περιβάλλοντα με χαμηλό οξυγόνο.
Claudia, πείτε μας περισσότερα για τη συγκεκριμένη εφαρμογή σας. Πώς θα σας βοηθήσουν τα αποτελέσματα να βελτιώσετε την έρευνα, τον ποιοτικό έλεγχο, την ανάπτυξη και την παραγωγή σας
Όπως έχει ήδη αναφερθεί, η παραγωγή ινών άνθρακα είναι μια θερμική διεργασία πολλών σταδίων. Το πρώτο στάδιο, κατά το οποίο το πρόδρομο υλικό σταθεροποιείται θερμικά, είναι ιδιαίτερα κρίσιμο για το πολυακρυλονιτρίλιο. Χωρίς αυτή την προεπεξεργασία, οι ίνες πολυακρυλονιτριλίου θα ήταν επιρρεπείς σε αποικοδόμηση υπό υψηλή θερμική καταπόνηση. Η πολύπλοκη δομική μετατροπή των ινών PAN σε ίνες Preox αποτελεί επομένως προϋπόθεση για την παραγωγή ινών άνθρακα από PAN. Αυτή η διαδικασία θερμικής σταθεροποίησης μπορεί να ελεγχθεί από διάφορους παράγοντες επιρροής (π.χ. ρυθμός θέρμανσης, προφίλ θερμοκρασίας). Ο LOI (σχήμα 7) χρησιμοποιείται για τον έλεγχο του βαθμού σταθεροποίησης των ινών Preox. Όσο υψηλότερος είναι ο LOI των εξεταζόμενων ινών Preox, τόσο πιο υποσχόμενες είναι οι παράμετροι της διεργασίας που χρησιμοποιήθηκαν. Η προσέγγιση αυτή επιτρέπει τη γρήγορη προσαρμογή των παραμέτρων της διεργασίας κατά τη διάρκεια των συνεχιζόμενων ερευνητικών εκστρατειών. Χρησιμεύει επίσης ως συνεχής ποιοτικός έλεγχος του ενδιάμεσου σταδίου της ίνας άνθρακα.
Αγαπητή Claudia, σε ευχαριστώ πολύ για τις γνώσεις σου σε αυτή την πρωτοποριακή έρευνα. Ανυπομονούμε να ακούσουμε σύντομα περισσότερα νέα και ερευνητικά αποτελέσματα από το Carbon LabFactory Saxony.
Σχετικά με το NETZSCH LOI 901
Τα πλαστικά έχουν συγκεκριμένα πλεονεκτήματα έναντι άλλων υλικών, όπως τα μέταλλα, τα κεραμικά ή τα φυσικά υλικά, ιδίως στην αυτοκινητοβιομηχανία, την αεροδιαστημική, την ηλεκτρονική και τις κατασκευές, επειδή είναι ελαφρύτερα, πιο ευέλικτα, πιο ανθεκτικά στη διάβρωση και, ανάλογα με τις απαιτήσεις, είτε ηλεκτρικά αγώγιμα είτε μονωτικά και συχνά πιο οικονομικά.
Η συμπεριφορά των χρησιμοποιούμενων πολυμερών στη φωτιά παίζει σημαντικό ρόλο στην αξιολόγηση της ασφάλειας και της δυνατότητας εφαρμογής των εξαρτημάτων και των συγκροτημάτων. Εάν ένα πλαστικό εξάρτημα αναφλεγεί, η απελευθέρωση σε μεγάλο βαθμό τοξικών αερίων κατά την καύση και η ταχεία εξάπλωση της πυρκαγιάς μπορεί να οδηγήσει γρήγορα σε επικίνδυνες, απειλητικές για τη ζωή των ανθρώπων και του περιβάλλοντος καταστάσεις.
Το LOI 901 είναι ένα όργανο υψηλής ακρίβειας για τον προσδιορισμό της συμπεριφοράς των πολυμερών κατά την καύση σύμφωνα με τα αναγνωρισμένα πρότυπα ISO 4589-2 και ASTM D2863. Το όργανο είναι εξοπλισμένο με ειδικό θάλαμο καύσης και χρησιμοποιεί ελεγχόμενη ατμόσφαιρα οξυγόνου για τον προσδιορισμό του δείκτη οξυγόνου, της ευφλεκτότητας των πλαστικών, του χρόνου καύσης και της απόστασης καύσης.
