60 år av NETZSCH-Gerätebau: Termobalansen i bruk vid institutionen för polymera material vid universitetet i Bayreuth

Vår långvariga kund, universitetet i Bayreuth, Tyskland, använder också en TG 209 F1 Libra^®. I följande fältrapport kan du läsa om hur avdelningen för polymera material vid universitetet i Bayreuth använder TG 209 F1 Libra^® i kombination med programvaran NETZSCH Kinetics Neo för att förutsäga åldringsbeteendet hos plast.

Användarrapport från universitetet i Bayreuth:

Motstå tidens tand eller förutse den?

Hur institutionen för polymera material vid universitetet i Bayreuth använder NETZSCH TG 209 F1 Libra^®tillsammans med programvaranNETZSCH Kinetics Neo för att förutsäga plasters åldringsbeteende.

Alla känner till saker som blir bättre med tiden. Rödvin är kanske det första man tänker på, eller en vacker och välskött bil classic. Men ingen skulle i allmänhet ha rödvin som lagrats i 60 år eftersom det - till skillnad från produkterna från NETZSCH-Gerätebau - inte finns någon kontinuerlig strävan efter perfektion i vinframställningen för att säkerställa att en så hög kvalitetsnivå uppnås.

Polymernedbrytning - en utmaning inom byggbranschen

I motsats till både NETZSCH och det tidigare nämnda rödvinet förbättras tyvärr inte alltid polymerernas egenskaper med tiden. När plaster åldras förändras ofta deras egenskaper tills materialet går sönder. På molekylär nivå bryts de atomära bindningarna i polymerkedjorna, varvid sidogrupperna kan lösas upp eller huvudkedjan bryts. Efterkristallisation, migration av mjukgörare och bildning av spänningssprickor kan dock också nämnas som åldringseffekter.

Gemensamt för dem alla är att de sker som en funktion av temperatur och tid, var och en med olika kinetiska reaktionsmodeller. En fördel med de reaktioner som äger rum är dock att de ofta åtföljs av en massförändring. Mjukgörare som lämnar volymen, t.ex. gasformiga produkter från nedbrytning av polymerer, orsakar en viktnedgång. Enligt denna princip används dynamiska TGA-mätningar för att klargöra förhållandet mellan temperatur och nedbrytning och - baserat på de erhållna uppgifterna - skapas en kinetisk modell som kan användas för simuleringar under isotermiska förhållanden.

I det aktuella fallet undersöks nya epoxihartssystem som ska användas i flygplanskomponenter och därmed utsättas för höga temperaturer. Dessa material måste klara de givna förhållandena, utan att gå sönder, under åtminstone hela komponentens livslängd, eller ännu hellre hela flygplanets livslängd. Verkliga exponeringstester under driftsförhållandena kan dock inte utföras under en period av 15 år. Därför måste man försöka hitta ett alternativ för att förutsäga materialets beteende.

Termogravimetri som grund för simuleringar

Vid avdelningen för polymera material vid universitetet i Bayreuth används en NETZSCH TG 209 F1 Libra^® används för sådana mätningar. De direkta temperaturmätningarna som utförs av instrumentet möjliggör den mest exakta inställningen av den faktiska temperaturen, även för endo- och exotermiska reaktioner. För simuleringar krävs en hög grad av noggrannhet för inmatade datauppsättningar eftersom felutbredning annars skulle multiplicera avvikelserna. Tack vare TG:s keramiska insida kan även polymerer med mycket korrosiva sönderdelningsprodukter karakteriseras.

Modellering och prediktion med hjälp av Kinetics Neo

De flesta kemiska reaktioner sker inte i ett enda steg; detsamma gäller för nedbrytningsreaktioner av polymerer. Beroende på polymeren kan en kombination av parallella och seriella steg förekomma. Med hjälp av Kinetics Neokan modeller av de övergripande reaktionerna upprättas genom att kombinera dessa enskilda reaktioner. Specifika parametrar kan tilldelas varje steg. Programmet erbjuder både automatisk optimering och manuell justering av varje värde. På så sätt får användaren maximalt med möjligheter. Modellen fastställs genom att den anpassas till de faktiska mätdata. Utvärderingen sker genom att R²-värdet eller F-testet matas ut.

För de fall där modellen visar ett small fel jämfört med mätdata, kan förutsägelser beräknas utifrån modellens matematiska funktion. Här blir det tydligt varför det är nödvändigt med bra mätutrustning, som TG 209 F1 Libra^®är nödvändig. Endast genom att använda exakta mätdata kan en exakt simulering upprättas som korrekt representerar verkligheten.

Ytterligare tillämpningar av TG 209 F1 Libra^® vid avdelningen för polymerteknik

Utöver de beskrivna användningsområdena används TG 209 F1 Libra^® för många andra materialkarakteriseringar. Industriellt relevanta egenskaper undersöks, t.ex. fyllmedelsinnehållet i termoplaster eller fibervolyminnehållet i kompositmaterial. Även vetenskapliga frågor som t.ex. den termiska stabiliteten under olika atmosfärer hos nyutvecklade duromerer kan besvaras. Denna mångsidighet gör TG 209F1 Libra^® till en enhet som ständigt används på avdelningen.

Vi gratulerar NETZSCH-Gerätebau till ^{60-årsjubileet}. Om NETZSCH fortsätter att driva innovation och sträva efter perfektion, som man gjort tidigare, ser vi fram emot många fler år av framgångsrikt samarbete.

Ett stort tack till avdelningen för polymera material vid universitetet i Bayreuth för denna intressanta rapport och de varma önskningarna. Vi ser också fram emot många fler år av samarbete!