60 Years ofNETZSCH-Gerätebau：バイロイト大学ポリマー材料学科で使用されている熱天秤

当社の長年の顧客であるドイツのバイロイト大学も、TG 209F1 Libra^® を使用しています。バイロイト大学高分子材料学科がどのようにTG 209を使用しているか、以下のフィールドレポートでご覧ください。 F1 Libra^®を、NETZSCH Kinetics Neo ソフトウェアと組み合わせて、プラスチックの経年変化挙動の予測にどのように使用しているかを、次のフィールドレポートでご覧ください。

バイロイト大学のユーザーレポート：

バイロイト大学キャンパスの航空写真。近代的な建物、緑地、ソーラーパネルが特徴で、持続可能な教育を推進している。 — 出典：uni-bayreuth.de (© University of Bayreuth)

時の猛威に抗うか、それとも予見するか？

バイロイト大学ポリマー材料学科では、NETZSCH TG 209F1 をどのように使用しているか。Libra^®を、NETZSCH Kinetics Neo ソフトウェアと組み合わせて、プラスチックの老化挙動予測に使用しています。

時が経てば経つほど良くなるものというのは誰もが知っている。真っ先に思い浮かぶのは赤ワインかもしれないし、手入れの行き届いた美しい車（classic ）かもしれない。というのも、NETZSCH-Gerätebauの製品とは異なり、このような高水準の品質を保証するために、ワイン醸造において完璧を追求し続けることはないからだ。

ポリマーの劣化-建築における課題

NETZSCH 、前述の赤ワインとは対照的に、残念ながらポリマーの特性は時間とともに向上するとは限らない。プラスチックが古くなると、その特性はしばしば変化し、材料が駄目になることもある。分子レベルでは、ポリマー鎖の原子結合が切断され、側鎖基が溶解したり、主鎖が破壊されたりする。しかし、結晶化後、可塑剤の移行、応力亀裂の形成なども経年変化として挙げられる。

これらはすべて、温度と時間の関数として起こるという点で共通しており、それぞれ異なる速度論的反応モデルを持っている。しかし、起こる反応の利点のひとつは、しばしば質量の変化を伴うことである。ポリマー分解のガス状生成物など、体積から出る可塑剤は重量の減少を引き起こす。この原理に従い、温度と分解の関係を解明するために動的TGA測定を行い、得られたデータに基づいて、等温条件下でのシミュレーションに使用できる速度論モデルを作成する。

異なるエポキシ樹脂試料は、老化条件下で様々な劣化を示し、航空宇宙用途の材料挙動解析を浮き彫りにしている。 — 図1.異なるエージング条件下でのエポキシ樹脂

現在、航空機の部品に使用され、高温にさらされる新しいエポキシ樹脂システムが研究されている。これらの材料は、少なくともアセンブリの耐用年数の合計時間、さらには航空機全体の耐用年数の合計時間、故障することなく、与えられた条件に耐えなければならない。しかし、実際の使用条件下での暴露試験を15年間も実施することは不可能である。したがって、材料の挙動を予測するために、トリックの袋から別のものを探し出すことになる。

シミュレーションの基礎としての熱重量測定

バイロイト大学工学部の建物。近代的な建築とサイン。 — 写真バイロイト大学工学部の建物 (© University of Bayreuth; © Polymer Engineering)

バイロイト大学のポリマー材料学科では、このような測定にNETZSCH TG 209 F1 Libra^®を使用している。この装置による直接的な温度測定は、発熱（発熱性）反応であっても、実際の温度を最も正確に設定することを可能にします。シミュレーションを確立するためには、入力されたデータセットに高い精度が要求される。TGの内部はセラミック製であるため、腐食性の高い分解生成物を含むポリマーの特性評価も可能である。

動的TGA測定曲線は、加熱速度を変化させたときのポリマーの劣化を示すもので、材料の老化予測に極めて重要である。 — 図2.異なる加熱速度におけるダイナミックTGA測定の測定曲線

によるモデリングと予測 Kinetics Neo

ポリマーの分解反応も同様である。ポリマーの分解反応も同様である。ポリマーによっては、並列ステップと直列ステップの組み合わせが起こる。によって、反応全体のモデルを構築することができる。 Kinetics Neoこれらの個々の反応を組み合わせることで、反応全体のモデルを構築することができる。各ステップに特定のパラメーターを割り当てることができます。このプログラムは、自動最適化と各値の手動調整の両方を提供します。このようにして、ユーザーは最大限の可能性を享受することができる。モデルは、実際の測定データに当てはめることによって確立される。評価は、R²値またはF-検定を出力することによって実行される。

動的TGA試験から得られる測定曲線は、温度に対するポリマーの劣化挙動を示し、予測モデルの助けとなる。 — 図3.TGAによる測定曲線とモデルのフィット曲線

測定データと比較してモデルがsmall 誤差を示す場合、モデルの数学的関数に基づいて予測値を計算することができる。ここで、TG209のような優れた測定装置が必要な理由が明らかになる。 F1 Libra^®のような優れた測定器が必要な理由が明らかになる。正確な測定データを適用することによってのみ、現実を正しく表現する正確なシミュレーションを確立することができるのです。

動的TGA測定曲線によるポリマーの経時劣化の温度依存性予測。 — 図4.確立されたモデルに基づくポリマー分解の等温予測。

TG209のさらなる応用 F1 Libra^®ポリマー工学科にて

TG 209F1 Libra^® は、ここで説明した用途以外にも、多くの材料特性評価に使用されています。熱可塑性プラスチックのフィラー含有量や複合材料の繊維体積含有量など、工業的に重要な特性を調べることができます。また、新しく開発されたデュロマーの異なる雰囲気下での熱安定性など、科学的な疑問にも答えることができます。このような多用途性により、TG 209F1 Libra^®は、当部門で常に使用されている装置である。

NETZSCH-Gerätebauの創立⁶⁰周年をお祝い申し上げます。NETZSCH がこれまでと同じように、技術革新と完璧を目指した前進を続けるなら、私たちはさらに何年にもわたる協力関係の成功を期待しています。

研究助手のLukas Endner氏とRuckdäschel教授は、研究室でNETZSCH TG 209F1 Libra を使用してポリマー材料を分析する。 — 写真：研究助手のルーカス・エンドナー（左）とTG209F1 `Libra^®` およびルックデッシェル教授。(© University of Bayreuth; © Polymer Engineering)

バイロイト大学高分子材料学部の皆さん、このような興味深い報告書と温かいお言葉をありがとうございます。私たちもまた、長年にわたる協力関係を楽しみにしています！