História de sucesso do cliente
Teste de fogo de fibras de poliacrilonitrila (PAN) estabilizadas
No futuro, o analisador de índice de oxigênio NETZSCH TAURUS LOI 901 será usado no Carbon LabFactory Saxony para analisar fibras PAN termicamente estabilizadas - também conhecidas como fibras Preox - e para pesquisar alternativas sustentáveis, como precursores à base de celulose ou lignina."
Esta é uma história de sucesso de cliente da Dra. Claudia Vogt, pesquisadora associada da Universidade Técnica de Chemnitz no Departamento de Estruturas Leves e Tecnologia de Polímeros na área de pesquisa de fibra de carbono e tecnologias de processamento. Ela relata as investigações sobre as futuras aplicações das fibras Preox usando o analisador de índice de oxigênio NETZSCH TAURUS LOI 901. A investigação das fibras Preox está se tornando parte integrante do monitoramento de processos no centro de pesquisa que está sendo montado em Boxberg, conhecido como Carbon LabFactory Saxony. Um novo suporte de amostra para amostras de fibra foi desenvolvido em colaboração bem-sucedida com o laboratório de aplicação NETZSCH TAURUS.
“NETZSCH oferece excelente atendimento ao cliente. Em minha busca por um suporte de amostra adequado para o instrumento de índice de oxigênio limitante LOI 901, notei que os acessórios não incluíam um suporte de amostra de fibra. Após minha consulta, recebi prontamente ideias iniciais da NETZSCH para desenvolver um suporte de amostra personalizado com base em nosso material de fibra Preox.”
Sobre a Universidade de Tecnologia de Chemnitz
A Universidade de Tecnologia de Chemnitz (figura 1) é uma universidade cosmopolita com fortes redes regionais, nacionais e internacionais. Ela abriga cerca de 2.300 funcionários acadêmicos e administrativos, além de mais de 8.600 alunos de cerca de 90 países. É, portanto, a terceira maior universidade da Saxônia (em 2024).
Em termos de proporção de alunos estrangeiros, a Chemnitz University of Technology ocupa uma posição de destaque entre as universidades estaduais de todo o país. Chemnitz, a Capital Europeia da Cultura de 2025, está entre as dez melhores cidades maiores da Alemanha para se viver, de acordo com um estudo recente, e possui uma qualidade de vida excepcional. A cidade também tem uma proporção notavelmente alta de funcionários altamente qualificados, devido em large parte à presença da universidade. A Universidade de Tecnologia de Chemnitz é o coração intelectual da cidade e se transformou em um local de pesquisa com visibilidade internacional para processos de criação de valor futuro e desenvolvimento sustentável.
Sobre o Carbon LabFactory Saxony
O "Carbon LabFactory Saxony" (CLFS) em Boxberg, na Alta Lusácia, Alemanha, é um projeto importante dedicado à pesquisa e ao desenvolvimento de fibras de carbono em escala de linha piloto. A nova instalação de pesquisa concentra-se no uso de alternativas sustentáveis aos precursores petroquímicos, como a poliacrilonitrila, usando celulose ou lignina, por exemplo. As fibras de carbono são produzidas em um processo térmico de várias etapas. O CLFS também considera toda a cadeia de valor - desde a matéria-prima até os componentes acabados - e dá ênfase especial à sustentabilidade dos processos.
O estágio central da pesquisa da CLFS é a fabricação de fibras de carbono e seu processamento, por exemplo, com a ajuda de máquinas têxteis que também estarão disponíveis no local. A estabilização e a subsequente carbonização de precursores, como poliacrilonitrila, celulose ou lignina, são realizadas em uma planta de carbonização em escala piloto. Essa planta é usada para executar as etapas essenciais do processo para a produção de fibras de carbono de alta qualidade. O material precursor é primeiramente tratado termicamente em fornos de estabilização especiais a temperaturas entre 150°C e 300°C. Em seguida, a carbonização ocorre em uma atmosfera de gás protetor em dois estágios: em um forno de baixa temperatura de até 1.200°C e, depois, em um forno de alta temperatura de até 2.200°C. Com o ajuste fino dos parâmetros do processo, as propriedades da fabricação das fibras de carbono podem ser controladas e otimizadas.
Reciclagem e upcycling
Outra área de pesquisa voltada para o futuro é o desenvolvimento de materiais e produtos recicláveis, incluindo estratégias de reciclagem e upcycling para aumentar a eficiência dos recursos e minimizar o impacto ambiental. O objetivo é criar ciclos de materiais de ciclo fechado, incluindo a recuperação de materiais de resíduos de produção.
O CLFS, que será estabelecido como uma filial da Universidade de Tecnologia de Chemnitz na Alta Lusácia (figura 3), fará uma contribuição significativa para a transformação sustentável de uma região que foi severamente afetada pela mudança estrutural provocada pela eliminação gradual do carvão. A colaboração com o Fraunhofer Institute for Applied Polymer Research(Fraunhofer IAP) e a Brandenburg University of Technology Cottbus-Senftenberg (BTU) criará uma infraestrutura de pesquisa eficiente que permitirá o desenvolvimento de produtos leves e inovadores a partir de novos tipos de fibras de carbono. O foco principal do IAP nesse empreendimento é a produção de precursores sustentáveis, por exemplo, de celulose, e sua conversão em escala laboratorial.
O foco específico da pesquisa em Boxberg será a escalabilidade industrial das tecnologias. A escala de planta-piloto facilitará a transferência dos processos e materiais desenvolvidos para aplicações industriais. Isso exige uma estreita cooperação entre as instituições de pesquisa e os parceiros industriais para garantir que as soluções desenvolvidas sejam economicamente viáveis e sustentáveis.
Com as abordagens e oportunidades descritas, o "Carbon LabFactory Saxony" está assumindo um papel de liderança no desenvolvimento europeu de fibras de carbono sustentáveis. Graças à sua abordagem holística, que inclui toda a cadeia de valor e visa à inovação ecológica, o CLFS contribui para um futuro em que as fibras de carbono não sejam apenas de alto desempenho, mas também ecologicamente corretas. Assim, ela faz uma importante contribuição para as metas climáticas européias e para um futuro neutro em termos de gases de efeito estufa.
Claudia, apresente-se e apresente sua área de pesquisa e aplicação.
Meu nome é Claudia Vogt. Tenho doutorado em química e trabalho como assistente de pesquisa no Departamento de Estruturas Leves e Processamento de Polímeros (SLK) da Universidade de Tecnologia de Chemnitz desde agosto de 2023, especificamente na área de pesquisa de fibras de carbono e tecnologias de processamento.
Atualmente, estou envolvido no planejamento do laboratório da Carbon LabFactory Saxony e, posteriormente, serei o principal responsável por questões de análise química de fibras de carbono, seus estágios intermediários (fibras Preox) ou produtos finais (por exemplo, compostos, tecidos). A ampla gama de equipamentos analíticos disponíveis para nós vai desde o teste de retardamento de chama usando LOI até a análise térmica (por exemplo, STA, TMA) e a determinação de propriedades de superfície usando tensiometria. Nossa equipe trabalha em estreita colaboração e também de mãos dadas.
Há quanto tempo está em andamento a colaboração com o site NETZSCH?
O corpo docente da SLK tem trabalhado com o site NETZSCH por muitos anos. Eles usam rotineiramente instrumentos de análise térmica (TGA, DSC) para resolver problemas no campo dos polímeros.
Por que você escolheu o site NETZSCH? Você também já experimentou nosso serviço e suporte ao cliente?
Além de uma variedade de instrumentos, a NETZSCH também oferece um excelente atendimento ao cliente. Na minha busca por um suporte de amostra adequado para o instrumento de índice de oxigênio limitante, notei que os acessórios não incluíam um suporte de amostra de fibra. Após minha consulta inicial, recebi prontamente uma oferta para desenvolver um suporte de amostra personalizado com base no material da amostra. Em um curto espaço de tempo, recebi as ideias iniciais para esse suporte de amostra do laboratório de desenvolvimento NETZSCH.
O suporte de amostras personalizado para o site NETZSCH LOI 901
Stephan Strickmann, Vendas e Soluções de Aplicativos para Testes de Incêndio da NETZSCH, relata:
"Como especialista em testes de incêndio e instrumentos de Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica, a NETZSCH TAURUS é especializada na fabricação de instrumentos de alta precisão. Isso inclui o LOI 901, que é usado para avaliar o comportamento de queima de materiais por meio da determinação do índice de oxigênio (LOI = índice de oxigênio limitante) de acordo com a ISO 4589-2 e a ASTM D 2863. A Universidade de Tecnologia de Chemnitz nos procurou com uma solicitação para que pudéssemos realizar testes específicos de comportamento de fogo em fibras Preox (figura 5), um material especial. Para acomodar as características exclusivas desse espécime, desenvolvemos e usamos um suporte de espécime especial para os testes. O objetivo era documentar a metodologia, a configuração e os resultados desses testes, que fornecem dados valiosos sobre o comportamento ao fogo das fibras Preox em temperatura ambiente."
As fibras de preox apresentam um desafio especial nos testes de comportamento ao fogo devido à sua natureza fina e filamentosa. Para garantir a integridade da amostra durante o teste, um suporte de amostra especial foi cuidadosamente projetado e fabricado.
Esse suporte de amostra personalizado oferece uma fixação segura para as fibras de Preox, permitindo medições precisas e confiáveis de seu comportamento ao fogo para um teste bem-sucedido.
Resultados
Durante o teste, a temperatura ambiente foi cuidadosamente controlada e mantida em 23 ± 2°C para garantir condições ideais de teste. Normalmente, a concentração inicial de oxigênio para o teste é escolhida com base em nossa ampla experiência com materiais semelhantes. Como tínhamos pouca experiência com fibras Preox na época, consultamos a literatura pertinente e descobrimos que esse material tem um LOI notavelmente alto, geralmente superior a 45%.
Por segurança, iniciamos os testes com uma concentração de oxigênio de 40%. Não foi observada nenhuma ignição das fibras de Preox nesse nível. Em seguida, aumentamos gradualmente a concentração de oxigênio, monitorando cuidadosamente cada etapa. Entre 40% e 45% de oxigênio, não houve chamas visíveis, mas a amostra mostrou sinais de degradação térmica: derreteu e depois desapareceu, indicando uma conversão significativa sem combustão.
A primeira combustão sustentada ocorreu em uma concentração de oxigênio de cerca de 60%. Nesse nível, a fibra Preox entrou em ignição e queimou uniformemente, confirmando sua maior necessidade de oxigênio para a ignição em comparação com outros materiais convencionais. Outros testes estão sendo realizados para determinar o índice final de oxigênio. Esse resultado inicial é consistente com o benefício relatado de um alto valor de LOI, que destaca a resistência à queima em ambientes com baixo teor de oxigênio.
Claudia, conte-nos mais sobre sua aplicação específica. Como os resultados o ajudarão a melhorar sua pesquisa, controle de qualidade, desenvolvimento e produção?
Como já mencionado, a produção de fibra de carbono é um processo térmico de várias etapas. A primeira etapa, na qual o material precursor é estabilizado termicamente, é particularmente importante para a poliacrilonitrila. Sem esse pré-tratamento, as fibras de poliacrilonitrila seriam propensas à degradação sob alto EstresseA tensão é definida como um nível de força aplicado a uma amostra com uma seção transversal bem definida. (Tensão = força/área). As amostras com seção transversal circular ou retangular podem ser comprimidas ou esticadas. Materiais elásticos, como a borracha, podem ser esticados até 5 a 10 vezes seu comprimento original.estresse térmico. A complexa transformação estrutural das fibras PAN em fibras Preox é, portanto, um pré-requisito para a produção de fibras de carbono a partir da PAN. Esse processo de estabilização térmica pode ser controlado por vários fatores de influência (por exemplo, taxa de aquecimento, perfil de temperatura). O LOI (figura 7) é usado para verificar o grau de estabilização das fibras Preox. Quanto mais alto for o LOI das fibras Preox examinadas, mais promissores serão os parâmetros de processo utilizados. Essa abordagem permite o ajuste rápido dos parâmetros do processo durante as campanhas de pesquisa em andamento. Ela também serve como um controle de qualidade constante do estágio intermediário da fibra de carbono.
Prezada Claudia, muito obrigado por suas percepções sobre essa pesquisa inovadora. Esperamos receber mais notícias e resultados de pesquisa do Carbon LabFactory Saxony em breve.
Sobre o site NETZSCH LOI 901
Os plásticos têm vantagens específicas em relação a outros materiais, como metais, cerâmicas ou materiais naturais, especialmente nos setores automotivo, aeroespacial, eletrônico e de construção, porque são mais leves, mais versáteis, mais resistentes à corrosão e, dependendo dos requisitos, condutores ou isolantes elétricos e, muitas vezes, mais econômicos.
O comportamento ao fogo dos polímeros usados desempenha um papel importante na avaliação da segurança e da aplicabilidade de componentes e montagens. Se um componente de plástico entrar em combustão, a liberação de gases altamente tóxicos durante a combustão e a rápida propagação do fogo podem levar rapidamente a situações perigosas e com risco de vida para as pessoas e o meio ambiente.
O LOI 901 é um instrumento altamente preciso para determinar o comportamento de combustão de polímeros de acordo com os padrões reconhecidos ISO 4589-2 e ASTM D2863. O instrumento é equipado com uma câmara de combustão especial e usa uma atmosfera de oxigênio controlada para determinar o índice de oxigênio, a inflamabilidade dos plásticos, o tempo de queima e a distância de queima.
