60 de ani de NETZSCH-Gerätebau: Termobalanța utilizată la Departamentul de Materiale Polimerice de la Universitatea din Bayreuth

Clientul nostru vechi, Universitatea din Bayreuth, Germania, utilizează, de asemenea, un TG 209 F1 Libra^®. Aflați în următorul raport de teren cum utilizează Departamentul de Materiale Polimerice de la Universitatea din Bayreuth TG 209 F1 Libra^® împreună cu software-ul NETZSCH Kinetics Neo pentru prezicerea comportamentului de îmbătrânire a materialelor plastice.

Raport de utilizare de la Universitatea din Bayreuth:

Vedere aeriană a campusului Universității din Bayreuth, cu clădiri moderne, spații verzi și panouri solare, care promovează educația durabilă. — Sursă: uni-bayreuth.de (© Universitatea din Bayreuth)

Rezistați la ravagiile timpului sau le preziceți?

Modul în care Departamentul de Materiale Polimerice de la Universitatea din Bayreuth utilizează NETZSCH TG 209 F1 Libra^®împreună cu software-ulNETZSCH Kinetics Neo pentru prezicerea comportamentului de îmbătrânire a materialelor plastice.

Toată lumea cunoaște lucruri care devin mai bune cu timpul. Vinul roșu ar putea fi primul lucru care vine în minte; sau o mașină classic frumoasă, bine întreținută. Cu toate acestea, nimeni nu ar avea, în general, vin roșu învechit timp de 60 de ani, deoarece - spre deosebire de produsele NETZSCH-Gerätebau - nu există o căutare continuă a perfecțiunii în vinificație pentru a asigura atingerea unui nivel atât de ridicat de calitate.

Degradarea polimerilor - o provocare în construcții

Spre deosebire de NETZSCH și de vinul roșu menționat anterior, proprietățile polimerilor, din păcate, nu se îmbunătățesc întotdeauna în timp. Pe măsură ce materialele plastice îmbătrânesc, proprietățile lor se modifică adesea până când materialul cedează. La nivel molecular, legăturile atomice din lanțurile polimerice se rup, prin care grupările laterale se pot dizolva sau apare cedarea lanțului principal. Totuși, post-cristalizarea, migrarea plastifiantului și formarea fisurilor de tensiune pot fi, de asemenea, menționate aici ca efecte ale îmbătrânirii.

Toate acestea au în comun faptul că au loc în funcție de temperatură și timp, fiecare cu modele de reacție cinetică diferite. Totuși, un avantaj al reacțiilor care au loc este că acestea sunt adesea însoțite de o modificare a masei. Plastifianții care ies din volum, cum ar fi produsele gazoase ale degradării polimerilor, determină o scădere în greutate. În conformitate cu acest principiu, măsurătorile TGA dinamice sunt utilizate pentru a elucida relația dintre temperatură și degradare și - pe baza datelor obținute - se creează un model cinetic care poate fi utilizat pentru simulări în condiții izoterme.

Diferitele probe de rășină epoxidică prezintă o degradare variabilă în condiții de îmbătrânire, evidențiind analiza comportamentului materialelor pentru aplicații aerospațiale. — Figura 1. Rășină epoxidică în diferite condiții de îmbătrânire

În cazul de față, noi sisteme de rășini epoxidice sunt studiate pentru a fi utilizate în componente de aeronave, fiind astfel expuse la temperaturi ridicate. Aceste materiale trebuie să reziste la condițiile date, fără defecțiuni, cel puțin pe durata de viață a ansamblului sau, chiar mai bine, a întregii aeronave. Cu toate acestea, testele reale de expunere în condiții de funcționare nu pot fi efectuate pe o perioadă de 15 ani. Prin urmare, se va căuta o alternativă din gama de trucuri pentru a prezice comportamentul materialelor.

Termogravimetria ca bază pentru simulări

Vedere a clădirii Facultății de Inginerie de la Universitatea din Bayreuth, care prezintă arhitectură modernă și semnalizare. — Foto: Vedere a clădirii Facultății de Inginerie de la Universitatea din Bayreuth (© Universitatea din Bayreuth; © Polymer Engineering)

La Departamentul de Materiale Polimerice de la Universitatea din Bayreuth, se utilizează un NETZSCH TG 209 F1 Libra^® este utilizat pentru astfel de măsurători. Măsurătorile directe de temperatură efectuate de instrument permit stabilirea cu cea mai mare precizie a temperaturii reale, chiar și în cazul reacțiilor endo- și exoterme. Pentru a stabili simulări, este necesar un grad ridicat de precizie pentru seturile de date introduse, deoarece propagarea erorilor ar multiplica altfel abaterile. Datorită interiorului ceramic al TG, pot fi caracterizați chiar și polimerii cu produse de Reacția de descompunereO reacție de descompunere este o reacție indusă termic a unui compus chimic care formează produse solide și/sau gazoase. descompunere foarte corozive.

Curbele dinamice de măsurare TGA arată degradarea polimerului la diferite viteze de încălzire, esențială pentru predicția îmbătrânirii materialelor. — Figura 2. Curbe de măsurare pentru măsurători TGA dinamice la diferite viteze de încălzire

Modelare și predicție prin intermediul Cinetica Neo

Majoritatea reacțiilor chimice nu au loc într-o singură etapă; același lucru este valabil și pentru reacțiile de Reacția de descompunereO reacție de descompunere este o reacție indusă termic a unui compus chimic care formează produse solide și/sau gazoase. descompunere a polimerilor. În funcție de polimer, poate avea loc o combinație de etape paralele și seriale. Prin intermediul Kinetics Neo, se pot stabili modele ale reacțiilor globale prin combinarea acestor reacții individuale. Parametrii specifici pot fi atribuiți fiecărei etape. Programul oferă atât optimizarea automată, cât și ajustarea manuală a fiecărei valori. În acest fel, utilizatorul se bucură de un maxim de posibilități. Modelul este stabilit prin ajustarea sa la datele de măsurare reale. Evaluarea se realizează prin emiterea valorii R² sau a testului F.

Curbele de măsurare din testele TGA dinamice ilustrează comportamentul de degradare al polimerilor în funcție de temperatură, ajutând modelele de predicție. — Figura 3. Curbele de măsurare de la TGA împreună cu curbele ajustate ale modelului

Pentru cazurile în care modelul dezvăluie o eroare small în comparație cu datele măsurate, predicțiile pot fi calculate pe baza funcției matematice a modelului. Aici, devine clar de ce este necesar un bun echipament de măsurare, precum TG 209 F1 Libra^®, este necesar. Numai prin aplicarea de date de măsurare exacte se poate stabili o simulare precisă care să reprezinte corect realitatea.

Predicții în funcție de temperatură ale degradării polimerului în timp, ilustrate prin curbe dinamice de măsurare TGA. — Figura 4. Predicții izoterme ale degradării polimerului pe baza modelului stabilit

Alte aplicații ale TG 209 F1 Libra^® la departamentul Ingineria Polimerilor

În plus față de aplicațiile descrise, TG 209 F1 Libra^® este utilizat pentru multe alte caracterizări ale materialelor. Sunt examinate proprietățile relevante din punct de vedere industrial, cum ar fi conținutul de umplutură al termoplasticelor sau conținutul volumic de fibre al materialelor compozite. De asemenea, se poate răspunde la întrebări științifice, cum ar fi stabilitatea termică în diferite atmosfere a duromerilor nou dezvoltați. Această versatilitate face din TG 209F1 Libra^® un dispozitiv care este utilizat în mod constant în cadrul departamentului.

Felicităm NETZSCH-Gerätebau cu ocazia celei de-a ^60-a aniversări. Dacă NETZSCH continuă să avanseze cu inovație și să depună eforturi pentru perfecțiune, așa cum a făcut-o și în trecut, așteptăm cu nerăbdare mulți alți ani de colaborare de succes.

Asistentul de cercetare Lukas Endner și Prof. Ruckdäschel analizează materialele polimerice folosind NETZSCH TG 209 F1 Libra în laborator. — Foto: Asistentul de cercetare Lukas Endner (stânga) împreună cu TG 209 `F1` `Libra^®` și Prof. Ruckdäschel în laboratorul termoanalitic al Departamentului de Materiale Polimerice. (© Universitatea din Bayreuth; © Polymer Engineering)

Multe mulțumiri Departamentului de Materiale Polimerice de la Universitatea din Bayreuth pentru acest raport interesant și pentru urările călduroase. Și noi așteptăm cu nerăbdare mulți ani de colaborare!