KISAH SUKSES PELANGGAN
Mengoptimalkan Pengawetan Komposit dengan Menggunakan Kalorimetri Pemindaian Diferensial dan Perangkat Lunak Kinetika Neo
Laporan Lapangan tentang Cara Mengoptimalkan Proses Pembuatan Pelek Sepeda Karbon
Blacks S.r.l., sebuah perusahaan Italia yang berbasis di Faenza (Lembah Karbon Wilayah Emilia Romagna, Italia Tengah), mengkhususkan diri dalam desain, prototipe, dan manufaktur komponen material komposit canggih seperti karbon, kaca, serat aramid, dan kain hibrida melalui proses hand lay-up dan autoclave curing. Berikut ini, kami merangkum sebuah kisah sukses yang berkaitan dengan optimalisasi siklus autoclave curing melalui data DSC dan analisis kinetika. Proyek ini menyatukan keahlian dari Blacks R&D dan dukungan aplikasi NETZSCH.
“Ketika kami menguji tingkat curing dengan DSC dengan cara yang sama seperti yang kami lakukan pada dua pelek sepeda motor sebelumnya, kami menyadari bahwa siklus curing yang dioptimalkan secara kinetika tidak hanya memungkinkan kami untuk mengurangi waktu produksi hingga hampir separuhnya, tetapi juga untuk meningkatkan tingkat curing lebih lanjut. Akhir yang sangat membahagiakan.”
Dr. Chiara Leonardi, Manajer Riset dan Pengembangan di Blacks, menjelaskan:
"Kolaborasi kami dengan NETZSCH Analyzing & Testing dimulai ketika kami memutuskan untuk memperluas kontrol proses kami dengan mendirikan laboratorium yang dilengkapi dengan Differential Scanning Calorimeter(DSC) dan Thermogravimetric Analyzer(TGA) dari NETZSCH, yang memungkinkan kami untuk mengontrol prepreg dan produk yang diawetkan.
Kami memilih NETZSCH karena pengalaman yang luas dan fokus khusus pada industri komposit. Kompleksitas material komposit membutuhkan pengetahuan khusus dan solusi yang disesuaikan, dan NETZSCH secara konsisten menunjukkan keahlian mereka di sektor ini.
Di luar kualitas instrumen mereka, kami menonjol karena layanan pelanggan NETZSCHyang luar biasa: perjalanan dari pemilihan instrumen hingga dukungan pasca-pembelian berlangsung mulus, berkat tim layanan pelanggan mereka yang responsif dan berpengetahuan luas. Bantuan yang tepat waktu, panduan pemecahan masalah, dan dukungan yang berkelanjutan terbukti sangat berharga, memperkuat kemitraan antara Blacks dan NETZSCH."
Tantangan diterima:
Produksi Pelek Sepeda Karbon
"Kebutuhan harian kami adalah melakukan pengukuran rutin terhadap bahan baku yang masuk, penuaan prepreg, Suhu Transisi KacaTransisi gelas adalah salah satu sifat terpenting dari bahan amorf dan semi-kristal, misalnya, gelas anorganik, logam amorf, polimer, obat-obatan dan bahan makanan, dll., dan menggambarkan wilayah suhu di mana sifat mekanis bahan berubah dari keras dan rapuh menjadi lebih lunak, dapat diubah bentuknya atau kenyal.transisi kaca, kandungan serat, dan tingkat penyembuhan produk akhir kami, hanya untuk menyebutkan beberapa contoh," kata Dr.
Ketika mereka diminta untuk memproduksi pelek sepeda karbon, Blacks memutuskan untuk menghadapi tantangan baru yang melibatkan penggunaan analisis termal dan dukungan dari spesialis aplikasi NETZSCH.
Tingkat Pengawetan (Reaksi Pengikatan Silang)Secara harfiah diterjemahkan, istilah "crosslinking" berarti "jaringan silang". Dalam konteks kimia, istilah ini digunakan untuk reaksi di mana molekul dihubungkan bersama dengan memperkenalkan ikatan kovalen dan membentuk jaringan tiga dimensi. pengawetan yang ditargetkan untuk pelek sepeda ini ditetapkan pada 95%, untuk memastikan tingkat kinerja mekanis dan termal yang diminta oleh pelanggan. Nilai ini ditetapkan setelah karakterisasi awal dari prepreg yang dipilih yang dilakukan oleh laboratorium analisis termal Blacks.
Ketika fase produksi dimulai, jelas bagi Blacks bahwa mereka perlu menemukan siklus termal yang sesuai untuk mencapai dua target utama: mencapai target curing yang telah ditetapkan dan mempersingkat waktu proses.
"Pendekatan kami adalah dengan menerapkan, pertama-tama, siklus Pengawetan (Reaksi Pengikatan Silang)Secara harfiah diterjemahkan, istilah "crosslinking" berarti "jaringan silang". Dalam konteks kimia, istilah ini digunakan untuk reaksi di mana molekul dihubungkan bersama dengan memperkenalkan ikatan kovalen dan membentuk jaringan tiga dimensi. pengawetan yang disarankan dalam lembar data teknis prepreg. Dan ini adalah kasus untuk konsolidasi autoklaf pelek prototipe pertama, 'SN1'. Namun, produksi pertama ini menunjukkan perlunya proses curing pasca-Pengawetan (Reaksi Pengikatan Silang)Secara harfiah diterjemahkan, istilah "crosslinking" berarti "jaringan silang". Dalam konteks kimia, istilah ini digunakan untuk reaksi di mana molekul dihubungkan bersama dengan memperkenalkan ikatan kovalen dan membentuk jaringan tiga dimensi. pengawetan untuk mencapai tingkat ikatan silang yang diinginkan," jelas Dr.
Untuk mengkualifikasi tingkat tingkat Pengawetan (Reaksi Pengikatan Silang)Secara harfiah diterjemahkan, istilah "crosslinking" berarti "jaringan silang". Dalam konteks kimia, istilah ini digunakan untuk reaksi di mana molekul dihubungkan bersama dengan memperkenalkan ikatan kovalen dan membentuk jaringan tiga dimensi. pengawetan yang telah dicapai, pengukuran DSC dilakukan dengan menggunakan DSC 214 Polyma pada resin yang belum diawetkan (prepreg) untuk mengevaluasi entalpi Pengawetan (Reaksi Pengikatan Silang)Secara harfiah diterjemahkan, istilah "crosslinking" berarti "jaringan silang". Dalam konteks kimia, istilah ini digunakan untuk reaksi di mana molekul dihubungkan bersama dengan memperkenalkan ikatan kovalen dan membentuk jaringan tiga dimensi. pengawetan total bahan ini (Htot), dan - dalam kondisi yang sama - pada sampel SN1 untuk mengukur sisa pengawetan (Hres).
Gambar 1 menunjukkan kurva DSC dan sinyal pengawetan EksotermikTransisi sampel atau reaksi dikatakan eksotermik jika dihasilkan panas. eksotermal yang dievaluasi untuk dua pengukuran.
Derajat pengawetan (α) dihitung dengan persamaan berikut:
Untuk SN1, nilai α yang dihasilkan adalah 94,5%, sehingga lebih rendah dari yang ditargetkan.
Bagaimana Cara Mencapai Tingkat Curing yang Ditargetkan?
Dengan tidak adanya informasi lain yang berguna, metode classic mempertimbangkan apakah akan meningkatkan suhu maksimum atau memperpanjang waktu segmen IsotermalPengujian pada suhu yang terkendali dan konstan disebut isotermal.isotermal.
Akan tetapi, pendekatan coba-coba ini memakan waktu; ini juga membutuhkan waktu henti autoklaf yang lama dan konsumsi bahan baku yang tinggi. Selain itu, hal ini tidak selalu dapat dieksploitasi: Misalnya, pilihan suhu maksimum dibatasi oleh suhu Reaksi penguraianReaksi penguraian adalah reaksi yang diinduksi secara termal dari senyawa kimia yang membentuk produk padat dan/atau gas. penguraian resin itu sendiri.
Di situlah pengetahuan NETZSCH berperan.
"Kami memutuskan untuk memproduksi pelek prototipe kedua dengan menerapkan siklus pengawetan yang serupa dengan yang pertama, tetapi dengan stasis yang lebih lama. Meskipun siklus ini mencapai tingkat curing yang ditargetkan, total waktu siklus yang dihasilkan selama 8 jam terlalu lama untuk kemampuan produksi kami," lanjut Dr. "Oleh karena itu, kami meminta NETZSCH untuk membantu kami menemukan profil termal yang baru dan lebih cepat. Kami melakukan beberapa pengukuran DSC baru pada prepreg dan kami memberikan data tersebut ke NETZSCH, yang melakukan keajaiban dengan perangkat lunak Kinetics Neo-nya."
Untuk melakukan studi kinetik, setidaknya tiga landai pemanasan yang berbeda atau tiga suhu IsotermalPengujian pada suhu yang terkendali dan konstan disebut isotermal.isotermal yang berbeda biasanya diperlukan untuk pengukuran analisis termal yang lengkap.
Dalam kasus ini, Blacks memutuskan untuk menerapkan landai dinamis pada kecepatan 1, 2, 5 dan 10 K/menit. Termogram yang dievaluasi yang dihasilkan digambarkan pada Gambar 2.
Melakukan Studi Kinetik dan Prediksi Perilaku Material
Untuk memprediksi perilaku pengawetan untuk skenario proses yang berbeda, data DSC yang diukur pada empat landai pemanasan yang berbeda diunggah ke dalam perangkat lunak NETZSCH Kinetics Neo.
Gambar 3 menunjukkan kecocokan konversi sebagai hasil dari penerapan pendekatan bebas model, yang dipilih dari antara yang tersedia dalam perangkat lunak: Ini adalah teknik matematika baru yang disebut "Optimasi Numerik", yang dirancang oleh NETZSCH untuk mendukung pengguna yang tidak memiliki pengalaman dalam simulasi kinetik dan di industri secara umum, di mana evaluasi yang memakan waktu sering kali tidak sesuai dengan kebutuhan produksi.
Selain itu, untuk menghindari panas berlebih dan kerusakan material, laju reaksi maksimum dibatasi dalam perangkat lunak, untuk memastikan bahwa nilainya tidak pernah melebihi yang diukur untuk siklus pengeringan yang digunakan untuk memproduksi prototipe SN2.
Total waktu untuk siklus curing yang baru dirancang ternyata adalah 260 menit; dibandingkan dengan 480 menit dari siklus sebelumnya, hal ini terdengar sangat menjanjikan untuk penghematan waktu dalam produksi.
Tetapi, bagaimana dengan tingkat pengawetan yang ditargetkan?
Waktu yang Lebih Singkat, Efisiensi Pengawetan yang Lebih Baik
Blacks mengandalkan siklus curing yang baru saja dioptimalkan dan memutuskan untuk menerapkannya untuk memproduksi prototipe ketiga (SN3).
"Ketika kami menguji tingkat curing dengan DSC dengan cara yang sama seperti yang kami lakukan pada dua pelek sepeda sebelumnya, kami menyadari bahwa siklus curing yang dioptimalkan secara kinetika tidak hanya memungkinkan kami untuk mengurangi waktu produksi hingga hampir separuhnya, tetapi juga untuk lebih meningkatkan tingkat curing. Akhir yang sangat membahagiakan," pungkas Dr. Leonardi.
Memang, siklus produksi autoklaf pelek sepeda CFRP oleh Blacks S.r.l. berkurang 46% dalam waktu dibandingkan dengan siklus sebelumnya, yang telah mencapai target pengawetan yang diinginkan; lebih jauh lagi, siklus ini bahkan melampaui tingkat pengawetan yang ditargetkan (dengan hasil 96,1%) dan menghindari panas berlebih pada saat yang bersamaan.
Tabel 1 menunjukkan perbandingan semua data yang relevan untuk produksi setiap pelek sepeda secara sekilas.
Studi kasus ini dengan jelas menunjukkan bagaimana siklus produksi dapat dioptimalkan dengan pendekatan gabungan DSC-Kinetika. Dibandingkan dengan manufaktur coba-coba, karakterisasi dan simulasi material jauh lebih efisien dan hanya membutuhkan beberapa miligram resin, sehingga membawa penghematan biaya yang besar bagi industri komposit dalam hal bahan baku dan waktu produksi.
Ucapan terima kasih
Kolaborasi antara Blacks S.r.l. dan NETZSCH telah berlangsung selama bertahun-tahun dan telah meluas ke area lain. Dr. Chiara Leonardi sering menjadi pembicara tamu kami di berbagai konferensi, seminar, dan webinar.
Selain itu, Blacks terus berkembang, dan saat ini mereka sedang dalam proses menggandakan pabrik mereka. Lokasi produksi baru, yang juga terletak di Faenza, akan memungkinkan peningkatan yang signifikan dalam kapasitas operasional dan R&D Blacks, dengan menampung hingga 150 pekerja, autoklaf modern, peralatan, dan perkakas.
Pertumbuhan ini menegaskan kembali komitmen mereka untuk terus mengejar keunggulan dan inovasi.
Tampaknya Blacks benar-benar memiliki visi Proven Excellence yang sama dengan kami!
Kami mengucapkan selamat kepada pelanggan kami atas perspektif masa depan mereka, dan sekali lagi berterima kasih kepada Dr. Chiara Leonardi atas dukungannya, sembari menantikan untuk menghadapi tantangan baru bersama-sama.
