60 Tahun NETZSCH-Gerätebau: Cara Mengoptimalkan Pengawetan Komposit

Diagram Layanan Komposit 360° Blacks yang menyoroti proses-proses utama: analisis termal, perekayasaan, laminasi, dan banyak lagi untuk solusi komposit. — Gambar: Portofolio layanan orang kulit hitam

Kinetika Neo - Sebuah Kisah Sukses:

Berikut ini, kami merangkum keseluruhan cerita bersama dengan Dr. Chiara Leonardi, Manajer Litbang di Blacks.

"Beberapa tahun yang lalu, kami memutuskan untuk memperluas laboratorium kami dengan membeli DSC dan TGA dari NETZSCH, untuk mengontrol prepreg dan produk yang diawetkan. Kebutuhan harian kami adalah melakukan pengukuran rutin pada bahan baku yang masuk, penuaan prepreg, transisi kaca, kandungan serat, dan 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 produk akhir kami, hanya untuk menyebutkan beberapa contoh," kata Dr.

Pada tahun 2018, Blacks menghadapi tantangan baru: mereka diminta untuk memproduksi pelek sepeda karbon. 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 ditetapkan pada 95%, untuk memastikan tingkat kinerja mekanis dan termal yang diminta oleh pelanggan. Nilai ini ditentukan 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 menerapkan, pertama-tama, siklus curing 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," kenang 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 total bahan ini (_Htot), dan - di bawah 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:

Formula kurva DSC yang menggambarkan perhitungan tingkat curing untuk material komposit, yang menyoroti optimalisasi dalam proses manufaktur.

Kurva DSC menampilkan hasil analisis termal untuk prepreg (merah) dan SN1 (ungu), yang merinci transisi kaca dan aliran panas. — Gambar 1. Kurva DSC dari prepreg (merah) dan SN1 (ungu); laju pemanasan: 20 K/menit, atmosfer: nitrogen

Untuk SN1, nilai α yang dihasilkan adalah 94,5%, sehingga lebih rendah dari yang ditargetkan.

Bagaimana cara mencapai tingkat pengawetan 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, 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 curing yang serupa dengan yang pertama, namun dengan waktu yang lebih lama. Meskipun siklus ini mencapai tingkat curing yang ditargetkan, total waktu siklus yang dihasilkan, 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 datanya kepada 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.

Kurva DSC yang mengilustrasikan aliran panas prepreg pada berbagai laju pemanasan (1, 2, 5, dan 10 K/menit) dalam atmosfer nitrogen. — Gambar 2. Kurva DSC dari prepreg pada 1, 2, 5 dan 10 K/menit; atmosfer: nitrogen

Melakukan studi kinetik dan memprediksi 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 - yang pada saat itu baru saja dikembangkan.

Gambar 3 menunjukkan kecocokan konversi sebagai hasil dari penerapan pendekatan bebas model, yang dipilih dari beberapa model 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.

Grafik kecocokan konversi dari perangkat lunak NETZSCH's Kinetics Neo, yang menunjukkan optimasi bebas model untuk proses pengawetan pada berbagai suhu. — Gambar 3. Kesesuaian konversi untuk data DSC pada 1, 2, 5 dan 10 K/menit menggunakan "optimasi numerik", sebuah pendekatan tanpa model.

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 siklus curing sebelumnya, hal ini terdengar sangat menjanjikan untuk penghematan waktu produksi.

Tetapi, bagaimana dengan tingkat pengeringan yang ditargetkan?

Waktu yang lebih singkat, efisiensi pengawetan yang lebih baik

Blacks mengandalkan siklus curing baru yang dioptimalkan dan memutuskan untuk menerapkannya dalam pembuatan prototipe ketiga (SN3).

"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," 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 melebihi tingkat pengawetan yang ditargetkan (dengan hasil akhir 96,1%) dan menghindari panas berlebih di waktu yang sama.

Gambar 4 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.

Tabel perbandingan siklus termal, waktu total, entalpi, dan derajat curing untuk produksi pelek sepeda komposit. — Gambar 4. Tabel ringkasan: perbandingan siklus termal, waktu siklus, pengukuran entalpi dan tingkat penyembuhan untuk setiap langkah proyek

Ucapan terima kasih

Kolaborasi antara Blacks S.r.l. dan NETZSCH diperluas ke area lain dan masih aktif. Dr. Chiara Leonardi sering menjadi pembicara tamu kami di konferensi, seminar, dan webinar.

Studi kasus "Curing Optimization" juga dipresentasikan di seluruh dunia dan dipublikasikan di Majalah Compositi (Edisi Desember, 2018: halaman 20-28). Di sini, Anda dapat membaca artikel lengkapnya untuk mendapatkan wawasan yang lebih dalam tentang proyek ini.

Selain itu, Blacks terus berkembang: survei "Champions of Growth" edisi kelima oleh Institut Kualitas ITQF Jerman mengakui Blacks sebagai salah satu dari 800 perusahaan yang mendorong pemulihan ekonomi tahun ini, dengan tingkat pertumbuhan tahunan rata-rata lebih dari 11,3% dalam periode tiga tahun dari 2018 hingga 2021.

Pengakuan ini menegaskan kembali komitmen mereka yang berkelanjutan untuk mengejar keunggulan dan inovasi. Tampaknya Blacks benar-benar memiliki visi Proven Excellence yang sama dengan kami!

Kami mengucapkan selamat kepada pelanggan kami dan sekali lagi berterima kasih kepada Dr. Chiara Leonardi atas dukungannya, sambil menantikan untuk menghadapi tantangan baru bersama.

______________________________________________________________________________________

^{Untuk informasi lebih lanjut tentang cara menggunakan perangkat lunak Kinetics Neo kami untuk memodelkan proses pengawetan, silakan kunjungi}^{bagian situs web khusus}^.

^{Jika Anda tertarik untuk melihat rekaman webinar yang dipresentasikan oleh Dr. Chiara Leonardi, silakan hubungi kantor cabang kami di Italia secara langsung melalui email:}^{info.niv@NETZSCH.com}