お客様のサクセスストーリー
安定化ポリアクリロニトリル（PAN）繊維の火災試験
将来的には、NETZSCH TAURUSLOI 901 酸素指数分析装置は、Carbon LabFactory Saxonyで、熱安定性PAN繊維（Preox繊維としても知られる）の分析や、セルロースやリグニンベースの前駆体のような持続可能な代替品の研究に使用される予定です。"
これは、ケムニッツ工科大学軽量構造・ポリマー技術学部の研究員で、炭素繊維と加工技術の研究分野に携わるクラウディア・フォクト博士によるお客様のサクセスストーリーです。彼女は、NETZSCH TAURUSLOI 901酸素指数アナライザーを使用した、Preoxファイバーの将来の応用に関する調査について報告している。プレオックス繊維の調査は、カーボンラボファクトリー・ザクセンとして知られるボックスベルグに設立中の研究センターにおけるプロセスモニタリングの不可欠な一部となりつつある。繊維試料用の新しい試料ホルダーは、NETZSCH TAURUS アプリケーションラボとの共同開発で成功した。
“NETZSCH は素晴らしいカスタマーサービスを提供してくれます。限界酸素指数装置（LOI 901 ）に適した試料ホルダーを探していたところ、付属品にファイバー試料ホルダーが含まれていないことに気づきました。問い合わせの後、すぐにNETZSCH 、当社のPreoxファイバー素材をベースにカスタマイズした試料ホルダーを開発する初期アイデアをいただきました。”
ケムニッツ工科大学について
ケムニッツ工科大学（図1）は、地域的、国内的、国際的な強力なネットワークを持つ国際的な大学である。ケムニッツ工科大学は、約90カ国から集まった8,600人以上の学生とともに、約2,300人の教職員を擁している。そのため、ザクセン州では3番目に大きな大学である（2024年現在）。
ケムニッツ工科大学は、外国人留学生の割合において、全国の州立大学の中でトップの地位を占めている。2025年の欧州文化首都に選ばれたケムニッツは、最近の調査によると、ドイツで最も住みやすい大都市ベスト10にランクインしており、非常に質の高い生活を誇っている。また、ケムニッツ市は、大学の存在（large ）もあって、高度な資格を持つ従業員の割合が際立って高い。ケムニッツ工科大学は街の知的中心であり、未来の価値創造プロセスと持続可能な開発のための国際的に注目される研究拠点として発展してきた。
カーボンラボファクトリー・ザクセンについて
ドイツ、アッパー・ルシア州ボックスベルクにある「カーボンラボファクトリー・ザクセン」（CLFS）は、パイロットラインスケールでの炭素繊維の研究開発に特化した重要なプロジェクトである。この新しい研究施設では、ポリアクリロニトリルなどの石油化学前駆体の持続可能な代替品として、例えばセルロースやリグニンを使用することに重点を置いている。炭素繊維は多段階の熱プロセスで製造されるが、CLFSでは原料から完成品までのバリューチェーン全体を考慮し、特にプロセスの持続可能性に重点を置いている。
CLFSの研究の中心となっているのは、炭素繊維の製造とその加工である。ポリアクリロニトリル、セルロース、リグニンなどの前駆体の安定化とそれに続く炭化は、パイロット規模の炭化プラントで行われる。このプラントは、高品質の炭素繊維の製造に不可欠な工程を行うために使用される。前駆体原料はまず、特殊な安定化加熱炉で150℃から300℃の温度で熱処理される。その後、保護ガス雰囲気中で最高1200℃の低温加熱炉と最高2200℃の高温加熱炉の2段階で炭化が行われる。プロセスパラメーターを微調整することで、炭素繊維の製造特性を制御し、最適化することができる。
リサイクルとアップサイクル
資源効率を高め、環境への影響を最小限に抑えるためのリサイクルやアップサイクル戦略など、リサイクル可能な素材や製品の開発も、将来を見据えた研究分野である。その目的は、生産廃棄物からの材料回収を含む、クローズドループの材料サイクルを作り出すことである。
ケムニッツ工科大学の分校として上部ルスアチア地方に設立されるCLFSは（図3）、脱石炭によってもたらされた構造的変化によって深刻な影響を受けているこの地域の持続可能な変革に大きく貢献することになる。フラウンホーファー応用高分子研究所（FraunhoferIAP）とブランデンブルク工科大学コットブス・ゼンフテンベルク校（BTU）との協力により、新しいタイプの炭素繊維から革新的な軽量製品を開発できる効率的な研究インフラが構築される。IAPはこの取り組みにおいて、持続可能な前駆体、例えばセルロースからの生産と、実験室規模での変換に主眼を置いている。
ボックスバーグにおける研究の特に焦点となるのは、技術の産業的拡張性である。パイロットプラントスケールは、開発されたプロセスや材料の産業応用への移行を促進する。そのためには、開発されたソリューションが経済的に実行可能で持続可能であることを保証するために、研究機関と産業界のパートナーとの緊密な協力が必要である。
このようなアプローチと機会により、「カーボンラボファクトリー・ザクセン」は、持続可能な炭素繊維のヨーロッパ開発において主導的な役割を担っている。バリューチェーン全体を包含し、生態学的革新を目標とするその総合的なアプローチにより、CLFSは炭素繊維が高性能であるだけでなく環境にも優しい未来に貢献する。このようにCLFSは、欧州の気候目標や温室効果ガスニュートラルの未来に重要な貢献をしています。
クラウディア、自己紹介と研究・応用分野をお願いします。
私の名前はクラウディア・フォクトです。化学の博士号を取得し、2023年8月からケムニッツ工科大学の軽量構造・ポリマー加工学科（SLK）で助手として、特に炭素繊維と加工技術の研究分野で働いています。
私は現在、カーボンラボファクトリー・ザクセン（Carbon LabFactory Saxony）の研究室計画に携わっており、その後、主に炭素繊維、その中間段階（プレオックス繊維）、または最終製品（複合材料、繊維織物など）の化学分析に関する問題を担当する予定です。LOIを用いた難燃性試験から、熱分析（STA、TMAなど）、テンシオメトリーを用いた表面特性の測定まで、幅広い分析機器を取り揃えています。私たちのチームは密接に協力し合い、また手を取り合って仕事をしています。
NETZSCH とのコラボレーションはいつから始まったのですか？
SLK教授職は、長年にわたってNETZSCH 。彼らは日常的に熱分析装置（TGA、DSC）を使用してポリマー分野の問題を解決しています。
NETZSCH を選んだ理由は何ですか？また、弊社のカスタマーサポートとサービスを体験されましたか？
様々な装置とともに、NETZSCH 、優れたカスタマーサービスも提供しています。限界酸素指数装置に適した試料ホルダーを探していたところ、付属品に繊維試料ホルダーが含まれていないことに気づきました。最初に問い合わせた後、すぐに、試料材料に基づいてカスタマイズした試料ホルダーを開発する提案を受けました。短期間のうちに、NETZSCH の開発研究所から、この試料ホルダーの最初のアイデアが送られてきた。
NETZSCH 用のカスタマイズされた試料ホルダーLOI 901
ステファン・ストリックマン氏（NETZSCH 、火災試験担当セールス＆アプリケーションソリューションズ）が報告する：
「火災試験と熱伝導率の専門スタッフとして、NETZSCH TAURUS 社は高精度装置の製造を専門としています。ISO 4589-2 および ASTM D 2863 に準拠した酸素指数 (LOI = 限界酸素指数) を測定することで、材料の燃焼挙動を評価するLOI 901 もその一つです。ケムニッツ工科大学からは、特殊な素材であるプレオックス繊維（図5）に対して特定の火災挙動試験を実施できるようにしたいという要望がありました。この試験片のユニークな特性に対応するため、私たちは特別な試験片ホルダーを開発し、試験に使用しました。その目的は、プレオックス繊維の室温での火災挙動に関する貴重なデータを提供するこれらの試験の方法、セットアップ、結果を文書化することでした」。
プレオックス・ファイバーは、その細い糸状の性質から、火災挙動試験において特に難題となる。試験中の試料の完全性を確保するため、特別な試料ホルダーが慎重に設計・製造されました。
このカスタマイズされた試料ホルダーは、プレオックス繊維を確実に保持し、試験を成功させるための正確で信頼できる火災挙動の測定を可能にします。
結果
試験中、最適な試験条件を確保するため、周囲温度は注意深く制御され、23±2℃に維持された。通常、試験の初期酸素濃度は、類似素材の豊富な経験に基づいて選択される。当時はプレオックス繊維の経験がほとんどなかったため、関連文献を参照したところ、この素材はLOIが著しく高く、しばしば45％を超えることがわかりました。
念のため、酸素濃度を40％にして試験を開始した。この濃度ではプレオックス繊維の発火は見られなかった。その後、各段階を注意深くモニターしながら、酸素濃度を徐々に上げていった。酸素濃度40％から45％の間では、目に見える炎は見られなかったが、試料には熱劣化の兆候が見られた。
最初の持続的な燃焼は、酸素濃度約60％で起こった。このレベルでは、プレオックス繊維は着火し、均一に燃焼したことから、着火に必要な酸素濃度が他の従来材料に比べて高いことが確認された。最終的な酸素指数を決定するために、さらなる試験が実施されている。この初期結果は、低酸素環境下での燃焼に対する抵抗性を強調する高いLOI値の利点と一致している。
クラウディアさん、具体的なアプリケーションについて教えてください。この結果は、研究、品質管理、開発、生産の改善にどのように役立ちますか？
すでに述べたように、炭素繊維の製造は多段階の熱プロセスである。特にポリアクリロニトリルでは、前駆材料を熱安定化させる第一段階が重要である。この前処理を行わないと、ポリアクリロニトリル繊維は高い熱応力下で劣化しやすくなる。したがって、PAN繊維からプレオックス繊維への複雑な構造変換は、PANから炭素繊維を製造するための必須条件である。この熱安定性プロセスは、いくつかの影響因子（加熱速度、温度プロファイルなど）によって制御することができる。LOI（図7）は、Preox繊維の安定化の程度を確認するために使用される。検査したPreox繊維のLOIが高いほど、使用するプロセスパラメーターは有望である。このアプローチは、進行中の研究キャンペーン中にプロセスパラメーターを素早く調整することを可能にする。また、炭素繊維の中間段階の一定の品質管理としても機能する。
親愛なるクラウディア、この画期的な研究に対するあなたの洞察に感謝します。カーボンラボファクトリー・ザクセンからのニュースや研究結果を楽しみにしています。
NETZSCH についてLOI 901
プラスチックは、特に自動車、航空宇宙、エレクトロニクス、建設産業において、金属、セラミック、天然素材などの他の素材と比較して、軽量で汎用性が高く、耐食性に優れ、要件によっては導電性または絶縁性を有し、多くの場合、コスト効率が高いという特有の利点がある。
使用されるポリマーの火災挙動は、部品や組立品の安全性や適用性を評価する上で重要な役割を果たす。プラスチック部品が発火すると、燃焼中に有毒ガスが大量に放出され、火災が急速に拡大するため、たちまち人や環境にとって生命を脅かす危険な状況に陥る可能性があります。
LOI 901 は、ISO 4589-2およびASTM D2863規格に準拠してポリマーの燃焼挙動を測定する高精度の装置です。この装置は特殊な燃焼室を備えており、制御された酸素雰囲気で酸素指数、プラスチックの燃焼性、燃焼時間、燃焼距離を測定します。
