Ügyfél SIKERES TÖRTÉNET
Stabilizált poliakrilnitril (PAN) szálak tűzvizsgálata
A jövőben a NETZSCH TAURUS LOI 901 oxigénindex-elemző készüléket a Carbon LabFactory Saxony a termikusan stabilizált PAN szálak - más néven Preox szálak - elemzésére, valamint fenntartható alternatívák, például cellulóz- vagy ligninalapú prekurzorok kutatására fogja használni."
Dr. Claudia Vogt, a Chemnitzi Műszaki Egyetem Könnyűszerkezetek és Polimertechnológia Tanszékén a szénszálak és feldolgozási technológiák kutatási területén dolgozó kutató munkatársának ügyfélsikertörténete. A Preox szálak jövőbeli alkalmazásainak vizsgálatáról számol be a NETZSCH TAURUS LOI 901 oxigénindex-elemző készülék segítségével. A Preox szálak vizsgálata a folyamatok nyomon követésének szerves részévé válik a Boxbergben jelenleg felállítás alatt álló, Carbon LabFactory Saxony néven ismert kutatóközpontban. A NETZSCH TAURUS alkalmazáslaboratóriummal sikeres együttműködésben új mintatartót fejlesztettek ki a szálmintákhoz.
“NETZSCH kiváló ügyfélszolgálatot kínál. A LOI 901, a limitáló oxigén index műszerhez megfelelő mintatartót keresve észrevettem, hogy a tartozékok között nem szerepel szálas mintatartó. Megkeresésemet követően azonnal megkaptam a NETZSCH címről az első ötleteket, hogy a Preox szálas anyagunkon alapuló, egyedi mintatartót fejlesszünk ki.”
A Chemnitzi Műszaki Egyetemről
A Chemnitzi Műszaki Egyetem (1. ábra) kozmopolita egyetem, amely erős regionális, nemzeti és nemzetközi hálózatokkal rendelkezik. Körülbelül 2300 egyetemi és adminisztratív alkalmazott, valamint több mint 8600 hallgató él itt, akik mintegy 90 országból érkeznek. Ezzel Szászország harmadik legnagyobb egyeteme (2024-től).
A külföldi hallgatók arányát tekintve a Chemnitzi Műszaki Egyetem országos szinten az állami egyetemek között az első helyen áll. Chemnitz, Európa kulturális fővárosa 2025-ben, egy nemrégiben készült tanulmány szerint Németország tíz legjobb életminőségű nagyobb városa közé tartozik, és kiemelkedő életminőséggel büszkélkedhet. A városban feltűnően magas a magasan képzett munkavállalók aránya, ami részben az egyetem jelenlétének köszönhető large. A Chemnitzi Műszaki Egyetem a város szellemi központja, és a jövőbeli értékteremtési folyamatok és a fenntartható fejlődés nemzetközileg is látható kutatási helyszínévé fejlődött.
A Carbon LabFactory Saxonyról
A németországi Boxbergben (Felső-Lusztia, Németország) található "Carbon LabFactory Saxony" (CLFS) egy kulcsfontosságú projekt, amely a szénszálak kutatásának és fejlesztésének szenteli magát kísérleti vonalas léptékben. Az új kutatási létesítmény a petrolkémiai prekurzorok, például a poliakrilonitril fenntartható alternatíváinak felhasználására összpontosít, például cellulóz vagy lignin felhasználásával. A szénszálakat többlépcsős termikus eljárással állítják elő. A CLFS a teljes értékláncot is figyelembe veszi - a nyersanyagtól a kész alkatrészekig -, és különös hangsúlyt fektet a folyamatok fenntarthatóságára.
A CLFS kutatásainak középpontjában a szénszálak előállítása és feldolgozása áll, például a helyszínen is rendelkezésre álló textilipari gépek segítségével. Az olyan prekurzorok, mint a poliakrilnitril, a cellulóz vagy a lignin stabilizálása és ezt követő karbonizálása egy kísérleti méretű karbonizáló üzemben történik. Ebben az üzemben végzik el a kiváló minőségű szénszálak előállításához szükséges alapvető technológiai lépéseket. A prekurzor anyagot először speciális stabilizáló kemencékben 150°C és 300°C közötti hőmérsékleten hőkezelik. Ezután a karbonizálás védőgázas atmoszférában történik két lépésben: egy alacsony hőmérsékletű kemencében 1200°C-ig, majd egy magas hőmérsékletű kemencében 2200°C-ig. A folyamat paramétereinek finomhangolásával a szénszálak gyártásának tulajdonságai szabályozhatók és optimalizálhatók.
Újrahasznosítás és Upcycling
A kutatás egy másik előremutató területe az újrahasznosítható anyagok és termékek fejlesztése, beleértve az újrahasznosítási és újrahasznosítási stratégiákat az erőforrás-hatékonyság növelése és a környezeti hatások minimalizálása érdekében. A cél a zárt anyagciklusok létrehozása, beleértve az anyagok visszanyerését a termelési hulladékból.
A Chemnitzi Műszaki Egyetem felső-luzitániai filiáléjaként létrehozandó CLFS (3. ábra) jelentősen hozzájárul a fenntartható átalakuláshoz egy olyan régióban, amelyet súlyosan érintett a szén kivonása által előidézett strukturális változás. A Fraunhofer Alkalmazott Polimerkutató Intézettel(Fraunhofer IAP) és a Brandenburgi Műszaki Egyetem Cottbus-Senftenberggel (BTU) való együttműködés olyan hatékony kutatási infrastruktúrát hoz létre, amely lehetővé teszi új típusú szénszálakból innovatív könnyűszerkezetes termékek kifejlesztését. Az IAP e törekvés során elsősorban a fenntartható prekurzorok előállítására, például cellulózból, és azok laboratóriumi léptékű átalakítására összpontosít.
A boxbergi kutatás különös hangsúlyt kap a technológiák ipari méretezhetőségének vizsgálata. A kísérleti üzem léptéke megkönnyíti a kifejlesztett eljárások és anyagok ipari alkalmazásra való átvitelét. Ehhez szoros együttműködésre van szükség a kutatóintézetek és az ipari partnerek között annak biztosítása érdekében, hogy a kifejlesztett megoldások gazdaságilag életképesek és fenntarthatóak legyenek.
Az ismertetett megközelítésekkel és lehetőségekkel a "Carbon LabFactory Saxony" vezető szerepet vállal a fenntartható szénszálak európai fejlesztésében. A teljes értékláncot átfogó és az ökológiai innovációt célzó holisztikus megközelítésének köszönhetően a CLFS hozzájárul egy olyan jövőhöz, amelyben a szénszálak nemcsak nagy teljesítményűek, hanem környezetbarátok is. Ezzel jelentősen hozzájárul az európai éghajlati célokhoz és az üvegházhatású gázoktól mentes jövőhöz.
Claudia, kérem, mutatkozzon be, és mutassa be kutatási és alkalmazási területét.
A nevem Claudia Vogt. Kémiából doktoráltam, és 2023 augusztusa óta a Chemnitzi Műszaki Egyetem Könnyűszerkezetek és Polimerfeldolgozás Tanszékén (SLK) dolgozom kutatási asszisztensként, konkrétan a szénszálak és feldolgozási technológiák kutatási területén.
Jelenleg a Carbon LabFactory Saxony laboratóriumának tervezésében veszek részt, és a későbbiekben elsősorban a szénszálak, azok köztes fázisainak (Preox szálak) vagy végtermékeinek (pl. kompozitok, textilszövetek) kémiai elemzésével kapcsolatos kérdésekért leszek felelős. A rendelkezésünkre álló analitikai berendezések széles skálája az égéskésleltetés LOI-vel történő vizsgálatától kezdve a termikus analízisen (pl. STA, TMA) át a felületi tulajdonságok tenziometriás meghatározásáig terjed. Csapatunk szorosan együttműködik és kéz a kézben is dolgozik.
Mióta tart az együttműködés a NETZSCH címmel?
Az SLK professzora évek óta együttműködik a NETZSCH címen. Rutinszerűen használnak hőelemző műszereket (TGA, DSC) a polimerek területén felmerülő problémák megoldására.
Miért a NETZSCH oldalt választotta? Ön is tapasztalta már ügyfélszolgálatunkat és szolgáltatásainkat?
A különféle eszközök mellett a NETZSCH kiváló ügyfélszolgálatot is kínál. A limitáló oxigénindex-műszerhez megfelelő mintatartót keresve észrevettem, hogy a tartozékok között nem szerepel szálas mintatartó. Az első megkeresésem után azonnal kaptam egy ajánlatot, hogy a minta anyaga alapján személyre szabott mintatartót fejlesztenek ki. Nagyon rövid időn belül megkaptam a NETZSCH fejlesztőlaboratóriumtól az első ötleteket ehhez a mintatartóhoz.
A testreszabott mintatartó a NETZSCH weboldalhoz LOI 901
Stephan Strickmann, a NETZSCH, a tűzvizsgálat értékesítési és alkalmazási megoldásainak vezetője jelenti:
"A tűzvizsgálat és a hővezető műszerek szakértőjeként a NETZSCH TAURUS a nagy pontosságú műszerek gyártására specializálódott. Ide tartozik a LOI 901, amely az anyagok égési viselkedésének értékelésére szolgál az oxigénindex (LOI = limitáló oxigénindex) meghatározásával az ISO 4589-2 és az ASTM D 2863 szabványoknak megfelelően. A Chemnitzi Műszaki Egyetem azzal a kéréssel fordult hozzánk, hogy egy speciális anyagon, a Preox szálakon (5. ábra) speciális tűzvédelmi vizsgálatokat végezhessünk. E minta egyedi jellemzőinek figyelembevétele érdekében egy speciális mintatartót fejlesztettünk ki és használtunk a vizsgálatokhoz. A cél az volt, hogy dokumentáljuk e vizsgálatok módszertanát, beállítását és eredményeit, amelyek értékes adatokat szolgáltatnak a Preox szálak szobahőmérsékleten történő tűzviselkedéséről."
A preoxszálak finom, szálas jellegük miatt különleges kihívást jelentenek a tűz viselkedésének vizsgálatakor. Annak érdekében, hogy a vizsgálat során biztosítsák a minta épségét, gondosan megterveztek és legyártottak egy speciális mintatartót.
Ez az egyedi mintatartó biztos tartást biztosít a Preox szálaknak, lehetővé téve a tűzviselkedésük pontos és megbízható mérését a sikeres vizsgálat érdekében.
Eredmények
A vizsgálat során a környezeti hőmérsékletet gondosan szabályozták és 23 ± 2 °C-on tartották az optimális vizsgálati feltételek biztosítása érdekében. Általában a vizsgálathoz szükséges kezdeti oxigénkoncentrációt a hasonló anyagokkal kapcsolatos széleskörű tapasztalataink alapján választjuk ki. Mivel akkoriban kevés tapasztalatunk volt a Preox szálakkal, megnéztük a vonatkozó szakirodalmat, és megállapítottuk, hogy ennek az anyagnak figyelemre méltóan magas, gyakran 45%-ot meghaladó LOI-je van.
A biztonság kedvéért a teszteket 40%-os oxigénkoncentrációval kezdtük. Ezen a szinten nem észleltük a Preox szálak meggyulladását. Ezután fokozatosan növeltük az oxigénkoncentrációt, minden egyes lépést gondosan ellenőrizve. A 40% és 45% oxigén között nem volt látható láng, de a minta a termikus degradáció jeleit mutatta: megolvadt, majd eltűnt, ami jelentős átalakulásra utal égés nélkül.
Az első tartós égés 60% körüli oxigénkoncentrációnál következett be. Ezen a szinten a Preox szál meggyulladt és egyenletesen égett, ami megerősíti, hogy a többi hagyományos anyaghoz képest nagyobb oxigénigénye van a gyulladáshoz. További vizsgálatokat végeznek a végső oxigénindex meghatározására. Ez a kezdeti eredmény összhangban van a magas LOI-érték jelentett előnyével, amely kiemeli az alacsony oxigénellátottságú környezetben való égésállóságot.
Claudia, kérem, meséljen többet a konkrét alkalmazásáról. Hogyan segítenek az eredmények a kutatás, a minőségellenőrzés, a fejlesztés és a gyártás javításában?
Mint már említettük, a szénszálak előállítása többlépcsős termikus folyamat. Az első lépés, amelyben az előanyagot hőstabilizálják, különösen a poliakrilnitril esetében döntő fontosságú. Ezen előkezelés nélkül a poliakrilnitrilszálak hajlamosak lennének a nagy hőterhelés hatására történő lebomlásra. A PAN szálak komplex szerkezeti átalakítása Preox szálakká ezért előfeltétele a PAN-ból történő szénszálgyártásnak. Ez a hőstabilizációs folyamat több befolyásoló tényezővel (pl. fűtési sebesség, hőmérsékleti profil) szabályozható. A LOI (7. ábra) a Preox szálak stabilizáltsági fokának ellenőrzésére szolgál. Minél magasabb a vizsgált Preox szálak LOI értéke, annál ígéretesebbek az alkalmazott folyamatparaméterek. Ez a megközelítés lehetővé teszi a folyamatban lévő kutatási kampányok során a folyamatparaméterek gyors beállítását. Emellett a szénszálak köztes szakaszának folyamatos minőségellenőrzésére is szolgál.
.
Kedves Claudia, nagyon köszönjük, hogy betekintést nyújtottál ebbe az úttörő kutatásba. Várjuk, hogy hamarosan további híreket és kutatási eredményeket hallhassunk a Carbon LabFactory Saxonyból.
A NETZSCH címről LOI 901
A műanyagok különleges előnyökkel rendelkeznek más anyagokkal, például fémekkel, kerámiákkal vagy természetes anyagokkal szemben, különösen az autóiparban, a repülőgépiparban, az elektronikai iparban és az építőiparban, mivel könnyebbek, sokoldalúbbak, korrózióállóbbak és a követelményektől függően elektromosan vezető vagy szigetelő, valamint gyakran költséghatékonyabbak.
A felhasznált polimerek tűzzel szembeni viselkedése fontos szerepet játszik az alkatrészek és szerelvények biztonságának és alkalmazhatóságának megítélésében. Ha egy műanyag alkatrész meggyullad, az égés során felszabaduló, nagyrészt mérgező gázok és a tűz gyors terjedése gyorsan veszélyes, életveszélyes helyzetekhez vezethet az emberek és a környezet számára.
A LOI 901 egy rendkívül pontos műszer a polimerek égési viselkedésének meghatározására az elismert ISO 4589-2 és ASTM D2863 szabványoknak megfelelően. A műszer speciális égőkamrával van felszerelve, és ellenőrzött oxigén atmoszférát használ az oxigénindex, a műanyagok éghetőségének, az égési időnek és az égési távolságnak a meghatározásához.
