KISAH SUKSES PELANGGAN
Pengujian Kebakaran Serat Poliakrilonitril (PAN) yang Distabilkan
Di masa mendatang, penganalisis indeks oksigen NETZSCH TAURUS LOI 901 akan digunakan di Carbon LabFactory Saxony untuk menganalisis serat PAN yang distabilkan secara termal - yang juga dikenal sebagai serat Preox - dan untuk meneliti alternatif yang berkelanjutan seperti prekursor berbasis selulosa atau lignin."
Claudia Vogt, rekan peneliti di Technical University of Chemnitz di Departemen Struktur Ringan dan Teknologi Polimer di bidang penelitian serat karbon dan teknologi pemrosesan. Dia melaporkan investigasi tentang aplikasi masa depan dari serat Preox dengan menggunakan penganalisis indeks oksigen NETZSCH TAURUS LOI 901. Investigasi serat Preox menjadi bagian integral dari pemantauan proses di pusat penelitian yang saat ini sedang didirikan di Boxberg yang dikenal sebagai Carbon LabFactory Saxony. Tempat sampel baru untuk sampel serat dikembangkan melalui kolaborasi yang sukses dengan laboratorium aplikasi NETZSCH TAURUS.
“NETZSCH menawarkan layanan pelanggan yang sangat baik. Dalam pencarian saya untuk tempat sampel yang cocok untuk instrumen indeks oksigen pembatas LOI 901, saya perhatikan bahwa aksesori tersebut tidak menyertakan tempat sampel serat. Setelah pertanyaan saya, saya segera menerima ide awal dari NETZSCH untuk mengembangkan tempat sampel yang disesuaikan berdasarkan bahan serat Preox kami.”
Tentang Universitas Teknologi Chemnitz
Universitas Teknologi Chemnitz (gambar 1) adalah universitas kosmopolitan dengan jaringan regional, nasional dan internasional yang kuat. Universitas ini memiliki sekitar 2.300 pegawai akademik dan administratif serta lebih dari 8.600 mahasiswa yang berasal dari 90 negara. Dengan demikian, universitas ini merupakan universitas terbesar ketiga di Sachsen (per tahun 2024).
Dalam hal proporsi mahasiswa asing, Universitas Teknologi Chemnitz menempati posisi teratas di antara universitas negeri di seluruh Jerman. Chemnitz, Ibu Kota Budaya Eropa 2025, termasuk dalam sepuluh kota besar terbaik di Jerman untuk ditinggali, menurut sebuah studi baru-baru ini, dan menawarkan kualitas hidup yang luar biasa. large Kota ini juga memiliki proporsi yang tinggi untuk karyawan berkualifikasi tinggi, salah satunya karena keberadaan universitas. Universitas Teknologi Chemnitz merupakan pusat intelektual kota ini dan telah berkembang menjadi lokasi penelitian yang dikenal secara internasional untuk proses penciptaan nilai di masa depan dan pembangunan berkelanjutan.
Tentang Carbon LabFactory Saxony
"Carbon LabFactory Saxony" (CLFS) di Boxberg, Upper Lusatia, Jerman, merupakan proyek utama yang didedikasikan untuk penelitian dan pengembangan serat karbon dalam skala pilot. Fasilitas penelitian baru ini berfokus pada penggunaan alternatif yang berkelanjutan untuk prekursor petrokimia, seperti poliakrilonitril, dengan menggunakan selulosa atau lignin, sebagai contoh. Serat karbon diproduksi dalam proses termal multi-langkah. CLFS juga mempertimbangkan seluruh rantai nilai - dari bahan mentah hingga komponen jadi - dan memberikan penekanan khusus pada keberlanjutan proses.
Pada tahap utama penelitian CLFS adalah pembuatan serat karbon dan pengolahannya, misalnya, dengan bantuan mesin tekstil yang juga akan tersedia di lokasi. Stabilisasi dan karbonisasi prekursor seperti poliakrilonitril, selulosa, atau lignin dilakukan di pabrik karbonisasi skala percontohan. Pabrik ini digunakan untuk melakukan langkah-langkah proses penting untuk produksi serat karbon berkualitas tinggi. Bahan prekursor pertama-tama diolah secara termal dalam tungku stabilisasi khusus pada suhu antara 150°C dan 300°C. Karbonisasi kemudian berlangsung dalam atmosfer gas pelindung dalam dua tahap: dalam tungku bersuhu rendah hingga 1200°C dan kemudian dalam tungku bersuhu tinggi hingga 2200°C. Dengan menyempurnakan parameter proses, sifat-sifat pembuatan serat karbon dapat dikontrol dan dioptimalkan.
Daur Ulang dan Upcycling
Bidang penelitian lain yang berwawasan ke depan adalah pengembangan bahan dan produk yang dapat didaur ulang, termasuk strategi daur ulang dan daur ulang untuk meningkatkan efisiensi sumber daya dan meminimalkan dampak lingkungan. Tujuannya adalah untuk menciptakan siklus material loop tertutup, termasuk pemulihan material dari limbah produksi.
CLFS, yang akan didirikan sebagai cabang dari Universitas Teknologi Chemnitz di Upper Lusatia (gambar 3), akan memberikan kontribusi yang signifikan terhadap transformasi berkelanjutan di wilayah yang sangat terpengaruh oleh perubahan struktural yang diakibatkan oleh penghentian penggunaan batu bara. Kolaborasi dengan Fraunhofer Institute for Applied Polymer Research(Fraunhofer IAP) dan Brandenburg University of Technology Cottbus-Senftenberg (BTU) akan menciptakan infrastruktur penelitian yang efisien yang memungkinkan produk ringan yang inovatif dikembangkan dari jenis serat karbon baru. Fokus utama IAP dalam upaya ini adalah produksi prekursor yang berkelanjutan, misalnya, dari selulosa, dan konversinya dalam skala laboratorium.
Fokus utama dari penelitian di Boxberg adalah skalabilitas industri dari teknologi tersebut. Skala pabrik percontohan akan memfasilitasi transfer proses dan bahan yang dikembangkan ke aplikasi industri. Hal ini membutuhkan kerja sama yang erat antara lembaga penelitian dan mitra industri untuk memastikan bahwa solusi yang dikembangkan layak secara ekonomi dan berkelanjutan.
Dengan pendekatan dan peluang yang dijelaskan, "Carbon LabFactory Saxony" mengambil peran utama dalam pengembangan serat karbon berkelanjutan di Eropa. Berkat pendekatan holistiknya, yang mencakup seluruh rantai nilai dan menargetkan inovasi ekologi, CLFS berkontribusi pada masa depan di mana serat karbon tidak hanya berkinerja tinggi, tetapi juga ramah lingkungan. Dengan demikian, CLFS memberikan kontribusi penting terhadap target iklim Eropa dan masa depan yang netral gas rumah kaca.
Claudia, perkenalkan diri Anda dan bidang penelitian dan aplikasi Anda.
Nama saya Claudia Vogt. Saya memiliki gelar doktor di bidang kimia dan telah bekerja sebagai asisten peneliti di Departemen Struktur Ringan dan Pemrosesan Polimer (SLK) di Chemnitz University of Technology sejak Agustus 2023, khususnya di bidang penelitian serat karbon dan teknologi pemrosesan.
Saat ini saya terlibat dalam perencanaan laboratorium Carbon LabFactory Saxony dan nantinya akan bertanggung jawab terutama untuk pertanyaan-pertanyaan tentang analisis kimia serat karbon, tahap menengahnya (serat Preox) atau produk akhir (mis. komposit, kain tekstil). Berbagai macam peralatan analitik yang tersedia bagi kami berkisar dari pengujian ketahanan api menggunakan LOI hingga analisis termal (misalnya, STA, TMA) dan penentuan sifat permukaan menggunakan tensiometri. Tim kami bekerja sama secara erat dan juga bahu membahu.
Sudah berapa lama kolaborasi dengan NETZSCH berlangsung?
Profesor SLK telah bekerja sama dengan NETZSCH selama bertahun-tahun. Mereka secara rutin menggunakan instrumen analisis termal (TGA, DSC) untuk memecahkan masalah di bidang polimer.
Mengapa Anda memilih NETZSCH? Apakah Anda juga pernah merasakan dukungan dan layanan pelanggan kami?
Bersama dengan berbagai instrumen, NETZSCH juga menawarkan layanan pelanggan yang sangat baik. Dalam pencarian saya untuk tempat sampel yang sesuai untuk instrumen indeks oksigen pembatas, saya perhatikan bahwa aksesori tersebut tidak menyertakan tempat sampel serat. Setelah pertanyaan awal saya, saya segera menerima tawaran untuk mengembangkan tempat sampel yang disesuaikan berdasarkan bahan sampel. Dalam waktu yang sangat singkat, saya menerima ide awal untuk tempat sampel ini dari laboratorium pengembangan NETZSCH.
Tempat Sampel Khusus untuk NETZSCH LOI 901
Stephan Strickmann, Solusi Penjualan dan Aplikasi untuk Pengujian Kebakaran di NETZSCH, melaporkan:
"Sebagai ahli dalam pengujian api dan instrumen Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal, NETZSCH TAURUS mengkhususkan diri dalam pembuatan instrumen presisi tinggi. Ini termasuk LOI 901, yang digunakan untuk menilai perilaku pembakaran bahan dengan menentukan indeks oksigen (LOI = indeks oksigen pembatas) sesuai dengan ISO 4589-2 dan ASTM D 2863. Universitas Teknologi Chemnitz mendekati kami dengan permintaan untuk dapat melakukan uji perilaku kebakaran khusus pada serat Preox (gambar 5), sebuah bahan khusus. Untuk mengakomodasi karakteristik unik dari spesimen ini, kami mengembangkan dan menggunakan tempat spesimen khusus untuk pengujian. Tujuannya adalah untuk mendokumentasikan metodologi, pengaturan, dan hasil pengujian ini, yang memberikan data berharga tentang perilaku kebakaran serat Preox pada suhu kamar."
Serat preox menghadirkan tantangan khusus dalam pengujian perilaku api karena sifatnya yang halus dan berserabut. Untuk memastikan integritas spesimen selama pengujian, tempat spesimen khusus dirancang dan diproduksi dengan hati-hati.
Tempat sampel yang disesuaikan ini memberikan pegangan yang aman untuk serat Preox, memungkinkan pengukuran yang tepat dan andal dari perilaku api mereka untuk pengujian yang sukses.
Hasil
Selama pengujian, suhu lingkungan dikontrol secara hati-hati dan dipertahankan pada 23 ± 2°C untuk memastikan kondisi pengujian yang optimal. Biasanya, konsentrasi oksigen awal untuk pengujian dipilih berdasarkan pengalaman kami yang luas dengan bahan yang serupa. Karena kami hanya memiliki sedikit pengalaman dengan serat Preox pada saat itu, kami berkonsultasi dengan literatur yang relevan dan menemukan bahwa bahan ini memiliki LOI yang sangat tinggi, sering kali lebih dari 45%.
Untuk berjaga-jaga, kami memulai pengujian dengan konsentrasi oksigen 40%. Tidak ada penyalaan serat Preox yang diamati pada tingkat ini. Kami kemudian secara bertahap meningkatkan konsentrasi oksigen, dengan hati-hati memantau setiap langkah. Antara 40% dan 45% oksigen, tidak ada nyala api yang terlihat, tetapi sampel menunjukkan tanda-tanda degradasi termal: sampel meleleh dan kemudian menghilang, menunjukkan konversi yang signifikan tanpa pembakaran.
Pembakaran berkelanjutan pertama terjadi pada konsentrasi oksigen sekitar 60%. Pada tingkat ini, serat Preox menyala dan terbakar secara seragam, mengkonfirmasi kebutuhan oksigen yang lebih tinggi untuk penyalaan dibandingkan dengan bahan konvensional lainnya. Pengujian lebih lanjut sedang dilakukan untuk menentukan indeks oksigen akhir. Hasil awal ini konsisten dengan manfaat yang dilaporkan dari nilai LOI yang tinggi, yang menyoroti ketahanan terhadap pembakaran di lingkungan rendah oksigen.
Claudia, ceritakan lebih lanjut tentang aplikasi spesifik Anda. Bagaimana hasilnya akan membantu Anda meningkatkan penelitian, kontrol kualitas, pengembangan, dan produksi Anda?
Seperti yang telah disebutkan, produksi serat karbon adalah proses termal multi-tahap. Langkah pertama, di mana bahan prekursor distabilkan secara termal, sangat penting untuk poliakrilonitril. Tanpa perlakuan awal ini, serat poliakrilonitril akan rentan terhadap degradasi di bawah tekanan termal yang tinggi. Oleh karena itu, transformasi struktural yang kompleks dari serat PAN menjadi serat Preox merupakan prasyarat untuk produksi serat karbon dari PAN. Proses stabilisasi termal ini dapat dikontrol oleh beberapa faktor yang mempengaruhi (misalnya, laju pemanasan, profil suhu). LOI (gambar 7) digunakan untuk memeriksa tingkat stabilisasi serat Preox. Semakin tinggi LOI dari serat Preox yang diperiksa, semakin menjanjikan parameter proses yang digunakan. Pendekatan ini memungkinkan penyesuaian parameter proses yang cepat selama kampanye penelitian yang sedang berlangsung. Hal ini juga berfungsi sebagai kontrol kualitas yang konstan pada tahap menengah serat karbon.
Claudia yang terhormat, terima kasih banyak atas wawasan Anda dalam penelitian yang inovatif ini. Kami berharap dapat mendengar lebih banyak berita dan hasil penelitian dari Carbon LabFactory Saxony segera.
Tentang NETZSCH LOI 901
Plastik memiliki keunggulan khusus dibandingkan bahan lain seperti logam, keramik atau bahan alami, terutama di industri otomotif, kedirgantaraan, elektronik dan konstruksi, karena lebih ringan, lebih serbaguna, lebih tahan korosi dan, tergantung pada kebutuhan, baik konduktif listrik atau isolasi dan seringkali lebih hemat biaya.
Perilaku api dari polimer yang digunakan memainkan peran penting dalam menilai keamanan dan penerapan komponen dan rakitan. Jika komponen plastik terbakar, pelepasan sebagian besar gas beracun selama pembakaran dan penyebaran api yang cepat dapat dengan cepat menyebabkan situasi yang berbahaya dan mengancam jiwa manusia dan lingkungan.
LOI 901 adalah instrumen yang sangat tepat untuk menentukan perilaku pembakaran polimer sesuai dengan standar ISO 4589-2 dan ASTM D2863 yang diakui. Instrumen ini dilengkapi dengan ruang pembakaran khusus dan menggunakan atmosfer oksigen terkontrol untuk menentukan indeks oksigen, sifat mudah terbakar plastik, waktu pembakaran, dan jarak pembakaran.
