60 Tahun NETZSCH-Gerätebau: Thermobalance yang Digunakan di Departemen Bahan Polimer di Universitas Bayreuth

Pelanggan lama kami, Universitas Bayreuth, Jerman, juga menggunakan TG 209 F1 Libra^®. Cari tahu dalam laporan lapangan berikut ini bagaimana Departemen Bahan Polimer di Universitas Bayreuth menggunakan TG 209 F1 Libra^® bersama dengan perangkat lunak Kinetika Neo NETZSCH untuk prediksi perilaku penuaan plastik.

Laporan pengguna dari Universitas Bayreuth:

Pemandangan udara kampus Universitas Bayreuth yang menampilkan bangunan modern, ruang hijau, dan panel surya, yang mempromosikan pendidikan berkelanjutan. — Sumber: uni-bayreuth.de (© Universitas Bayreuth)

Melawan Kerusakan Waktu atau Memprediksinya?

Bagaimana Departemen Bahan Polimer di Universitas Bayreuth menggunakan NETZSCH TG 209 F1 Libra^®bersama dengan perangkat lunakNETZSCH Kinetika Neo untuk memprediksi perilaku penuaan plastik.

Semua orang tahu bahwa segala sesuatu akan menjadi lebih baik seiring berjalannya waktu. Anggur merah mungkin menjadi hal pertama yang terlintas dalam pikiran Anda; atau mobil classic yang indah dan terawat dengan baik. Namun, umumnya tidak ada yang memiliki anggur merah yang berumur 60 tahun karena - tidak seperti produk dari NETZSCH-Gerätebau - tidak ada upaya terus menerus untuk mencapai kesempurnaan dalam pembuatan anggur untuk memastikan bahwa kualitas setinggi itu tercapai.

Degradasi Polimer - Tantangan dalam Konstruksi

Berbeda dengan NETZSCH dan anggur merah yang disebutkan di atas, sifat-sifat polimer sayangnya tidak selalu membaik seiring berjalannya waktu. Seiring bertambahnya usia plastik, sifat-sifatnya sering berubah hingga materialnya gagal. Pada tingkat molekuler, ikatan atom dalam rantai polimer putus, di mana gugus samping dapat larut atau terjadi kegagalan pada rantai utama. Pasca Kristalisasi (Kristalisasi Dingin)Pasca kristalisasi plastik semi-kristal terjadi terutama pada suhu tinggi dan peningkatan mobilitas molekul di atas transisi gelas. Pasca-kristalisasi, migrasi pemlastis, dan pembentukan retak tegangan, bagaimanapun, juga dapat disebutkan di sini sebagai efek penuaan.

Semuanya memiliki kesamaan yaitu terjadi sebagai fungsi dari suhu dan waktu, masing-masing dengan model reaksi kinetik yang berbeda. Satu keuntungan dari reaksi yang terjadi, bagaimanapun, adalah bahwa mereka sering disertai dengan perubahan massa. Pemlastis yang keluar dari volume, seperti produk gas dari degradasi polimer, menyebabkan penurunan berat. Mengikuti prinsip ini, pengukuran TGA dinamis digunakan untuk menjelaskan hubungan antara suhu dan degradasi dan - berdasarkan data yang diperoleh - model kinetik dibuat yang dapat digunakan untuk simulasi dalam kondisi IsotermalPengujian pada suhu yang terkendali dan konstan disebut isotermal.isotermal.

Sampel resin epoksi yang berbeda menunjukkan degradasi yang berbeda-beda dalam kondisi penuaan, menyoroti analisis perilaku material untuk aplikasi ruang angkasa. — Gambar 1. Resin epoksi dalam kondisi penuaan yang berbeda

Dalam kasus saat ini, sistem resin epoksi baru sedang diselidiki untuk digunakan pada komponen pesawat terbang yang terpapar pada suhu tinggi. Bahan-bahan ini harus tahan terhadap kondisi tertentu, tanpa kegagalan, setidaknya selama masa pakai perakitan, atau bahkan lebih baik lagi, seluruh pesawat. Namun, uji paparan nyata dalam kondisi pengoperasian tidak dapat dilakukan selama 15 tahun. Oleh karena itu, alternatif dari sekian banyak trik akan dicari untuk memprediksi perilaku material.

Termogravimetri sebagai Dasar untuk Simulasi

Pemandangan gedung Fakultas Teknik di Universitas Bayreuth, yang menampilkan arsitektur dan papan nama modern. — Foto: Pemandangan gedung Fakultas Teknik di Universitas Bayreuth (© Universitas Bayreuth; © Polymer Engineering)

Di Departemen Bahan Polimer di Universitas Bayreuth, sebuah NETZSCH TG 209 F1 Libra^® digunakan untuk pengukuran tersebut. Pengukuran suhu langsung yang dilakukan oleh instrumen memungkinkan pengaturan suhu aktual yang paling akurat, bahkan untuk reaksi endotermal dan EksotermikTransisi sampel atau reaksi dikatakan eksotermik jika dihasilkan panas. eksotermal. Untuk membuat simulasi, tingkat akurasi yang tinggi diperlukan untuk kumpulan data yang dimasukkan karena perambatan kesalahan akan melipatgandakan penyimpangan. Berkat interior keramik TG, bahkan polimer dengan produk dekomposisi yang sangat korosif dapat dikarakterisasi.

Kurva pengukuran TGA dinamis menampilkan degradasi polimer pada berbagai tingkat pemanasan, yang sangat penting untuk prediksi penuaan pada material. — Gambar 2. Kurva pengukuran untuk pengukuran TGA dinamis pada laju pemanasan yang berbeda

Pemodelan dan Prediksi dengan Menggunakan Kinetika Neo

Sebagian besar reaksi kimia tidak terjadi dalam satu langkah; hal yang sama berlaku untuk Reaksi penguraianReaksi penguraian adalah reaksi yang diinduksi secara termal dari senyawa kimia yang membentuk produk padat dan/atau gas. reaksi penguraian polimer. Tergantung pada polimernya, kombinasi langkah paralel dan serial dapat terjadi. Dengan cara Kinetika Neomodel reaksi keseluruhan dapat dibuat dengan menggabungkan reaksi individual ini. Parameter spesifik dapat ditetapkan untuk setiap langkah. Program ini menawarkan pengoptimalan otomatis dan penyesuaian manual untuk setiap nilai. Dengan cara ini, pengguna menikmati kemungkinan yang maksimal. Model ditetapkan dengan menyesuaikannya dengan data pengukuran aktual. Evaluasi dilakukan dengan mengeluarkan nilai R² atau F-test.

Kurva pengukuran dari pengujian TGA dinamis menggambarkan perilaku degradasi polimer terhadap suhu, yang membantu model prediksi. — Gambar 3. Kurva pengukuran dari TGA bersama dengan kurva model yang sesuai

Untuk kasus-kasus di mana model menunjukkan kesalahan small bila dibandingkan dengan data yang diukur, prediksi dapat dihitung berdasarkan fungsi matematis model. Di sini, menjadi jelas mengapa peralatan pengukuran yang baik, seperti TG 209 F1 Libra^®sangat diperlukan. Hanya melalui penerapan data pengukuran yang akurat, simulasi yang tepat dapat dibuat yang merepresentasikan realitas dengan benar.

Prediksi degradasi polimer yang bergantung pada suhu dari waktu ke waktu, diilustrasikan oleh kurva pengukuran TGA dinamis. — Gambar 4. Prediksi IsotermalPengujian pada suhu yang terkendali dan konstan disebut isotermal.isotermal degradasi polimer berdasarkan model yang dibuat

Aplikasi lebih lanjut dari TG 209 F1 Libra^® di departemen Teknik Polimer

Selain aplikasi yang dijelaskan, TG 209 F1 Libra^® digunakan untuk banyak karakterisasi material lainnya. Sifat-sifat yang relevan secara industri diperiksa, seperti kandungan pengisi termoplastik atau kandungan volume serat bahan komposit. Juga pertanyaan ilmiah seperti Stabilitas TermalSuatu bahan dikatakan stabil secara termal jika tidak terurai di bawah pengaruh suhu. Salah satu cara untuk menentukan stabilitas termal suatu zat adalah dengan menggunakan TGA (penganalisis termogravimetri). stabilitas termal di bawah atmosfer yang berbeda dari duromer yang baru dikembangkan juga dapat dijawab. Keserbagunaan ini menjadikan TG 209F1 Libra^® menjadi perangkat yang selalu digunakan di departemen ini.

Kami mengucapkan selamat kepada NETZSCH-Gerätebau pada hari jadinya yang ^ke-60. Jika NETZSCH terus bergerak maju dengan inovasi dan berjuang untuk kesempurnaan, seperti di masa lalu, kami menantikan kolaborasi yang sukses selama bertahun-tahun.

Asisten peneliti Lukas Endner dan Prof. Ruckdäschel menganalisis bahan polimer menggunakan NETZSCH TG 209 F1 Libra di laboratorium. — Foto: Asisten peneliti Lukas Endner (kiri) bersama dengan TG 209 `F1` `Libra^®` dan Prof. Ruckdäschel di laboratorium termos-analitik Departemen Material Polimer. (© Universitas Bayreuth; © Teknik Polimer)

Terima kasih banyak kepada Departemen Bahan Polimer di Universitas Bayreuth atas laporan yang menarik ini dan ucapan selamat datangnya. Kami juga menantikan kolaborasi selama bertahun-tahun!