60 jaar NETZSCH-Gerätebau: De thermobalans in gebruik bij de afdeling Polymeermaterialen van de Universiteit van Bayreuth

Onze jarenlange klant, de Universiteit van Bayreuth, Duitsland, gebruikt ook een TG 209 F1 Libra^®. Lees in het volgende praktijkverslag hoe de afdeling Polymeermaterialen van de universiteit van Bayreuth de TG 209 gebruikt F1 Libra^® in combinatie met de NETZSCH Kinetics Neo software voor het voorspellen van het verouderingsgedrag van kunststoffen.

Gebruikersverslag van de Universiteit van Bayreuth:

De tand des tijds weerstaan of voorspellen?

Hoe de afdeling Polymeermaterialen van de Universiteit van Bayreuth de NETZSCH TG 209 F1 gebruikt Libra^®in combinatie met de NETZSCH Kinetics Neo software voor het voorspellen van het verouderingsgedrag van kunststoffen.

Iedereen kent wel dingen die beter worden met de tijd. Rode wijn is misschien het eerste waar je aan denkt, of een mooie, goed onderhouden classic auto. Maar over het algemeen laat niemand rode wijn 60 jaar rijpen, want - in tegenstelling tot de producten van NETZSCH-Gerätebau - wordt er bij het wijnmaken niet voortdurend gestreefd naar perfectie om zo'n hoog kwaliteitsniveau te bereiken.

Polymeerdegradatie - een uitdaging in de bouw

In tegenstelling tot zowel NETZSCH als de eerder genoemde rode wijn, verbeteren de eigenschappen van polymeren helaas niet altijd na verloop van tijd. Naarmate kunststoffen verouderen, veranderen hun eigenschappen vaak totdat het materiaal het begeeft. Op moleculair niveau breken de atomaire bindingen in de polymeerketens, waardoor de zijgroepen kunnen oplossen of de hoofdketen defect raakt. Postkristallisatie, migratie van weekmakers en vorming van spanningsscheuren kunnen hier echter ook genoemd worden als verouderingseffecten.

Ze hebben allemaal gemeen dat ze plaatsvinden als functie van temperatuur en tijd, elk met verschillende kinetische reactiemodellen. Een voordeel van de reacties die plaatsvinden, is echter dat ze vaak gepaard gaan met een verandering in massa. Weekmakers die het volume verlaten, zoals gasvormige producten van polymeerafbraak, veroorzaken een afname in gewicht. Volgens dit principe worden dynamische TGA-metingen gebruikt om de relatie tussen temperatuur en afbraak op te helderen en wordt - op basis van de verkregen gegevens - een kinetisch model gecreëerd dat gebruikt kan worden voor simulaties onder isotherme omstandigheden.

In het huidige geval worden nieuwe epoxyharssystemen onderzocht voor gebruik in vliegtuigonderdelen en dus blootgesteld aan hoge temperaturen. Deze materialen moeten bestand zijn tegen de gegeven omstandigheden, zonder defect te raken, gedurende ten minste de levensduur van de assemblage, of beter nog, van het hele vliegtuig. Echte blootstellingstests onder de bedrijfsomstandigheden kunnen echter niet worden uitgevoerd over een periode van 15 jaar. Er zal dus een alternatief uit de trukendoos worden gezocht om het materiaalgedrag te voorspellen.

Thermogravimetrie als basis voor simulaties

Op de afdeling Polymeermaterialen van de Universiteit van Bayreuth wordt een NETZSCH TG 209 F1 Libra^® gebruikt voor dergelijke metingen. De directe temperatuurmetingen die door het instrument worden uitgevoerd, maken de meest nauwkeurige instelling van de werkelijke temperatuur mogelijk, zelfs voor endo- en exotherme reacties. Voor het opzetten van simulaties is een hoge mate van nauwkeurigheid vereist voor de ingevoerde gegevenssets, omdat de foutvoortplanting anders de afwijkingen zou verveelvoudigen. Dankzij het keramische binnenwerk van de TG kunnen zelfs polymeren met zeer corrosieve ontledingsproducten gekarakteriseerd worden.

Modelleren en voorspellen met behulp van Kinetics Neo

De meeste chemische reacties verlopen niet in één enkele stap; hetzelfde geldt voor ontledingsreacties van polymeren. Afhankelijk van het polymeer kan een combinatie van parallelle en seriële stappen optreden. Met behulp van Kinetics Neokunnen modellen van de totale reacties worden opgesteld door deze individuele reacties te combineren. Aan elke stap kunnen specifieke parameters worden toegewezen. Het programma biedt zowel automatische optimalisatie als handmatige aanpassing van elke waarde. Op deze manier geniet de gebruiker van een maximum aan mogelijkheden. Het model wordt opgesteld door het aan te passen aan de werkelijke meetgegevens. De evaluatie wordt uitgevoerd door de R²-waarde of de F-test weer te geven.

Voor gevallen waarin het model een fout van small laat zien in vergelijking met de gemeten gegevens, kunnen voorspellingen worden berekend op basis van de wiskundige functie van het model. Hier wordt duidelijk waarom goede meetapparatuur, zoals de TG 209 F1 Libra^®noodzakelijk is. Alleen met behulp van nauwkeurige meetgegevens kan een nauwkeurige simulatie worden opgesteld die de werkelijkheid correct weergeeft.

Verdere toepassingen van de TG 209 F1 Libra^® bij de afdeling Polymeertechniek

Naast de beschreven toepassing wordt de TG 209 F1 Libra^® gebruikt voor vele andere materiaalkarakterisaties. Industrieel relevante eigenschappen worden onderzocht, zoals het vulstofgehalte van thermoplasten of het vezelvolumegehalte van composietmaterialen. Ook wetenschappelijke vragen zoals de Thermische stabiliteitEen materiaal is thermisch stabiel als het niet ontleedt onder invloed van temperatuur. Een manier om de thermische stabiliteit van een stof te bepalen is door een TGA (thermogravimetrische analyser) te gebruiken. thermische stabiliteit onder verschillende atmosferen van nieuw ontwikkelde duromeren kunnen worden beantwoord. Deze veelzijdigheid maakt de TG 209F1 Libra^® een apparaat dat voortdurend in gebruik is op de afdeling.

We feliciteren NETZSCH-Gerätebau met haar ^60e verjaardag. Als NETZSCH net als in het verleden blijft innoveren en streven naar perfectie, kijken we uit naar nog vele jaren van succesvolle samenwerking.

Hartelijk dank aan de afdeling Polymeermaterialen van de Universiteit van Bayreuth voor dit interessante verslag en de hartelijke wensen. Ook wij kijken uit naar nog vele jaren van samenwerking!