Müşteri BAŞARI HİKAYESİ
Stabilize Poliakrilonitril (PAN) Elyafların Yangın Testi
Gelecekte, NETZSCH TAURUS LOI 901 oksijen indeksi analizörü, Carbon LabFactory Saxony'de Preox elyafları olarak da bilinen termal olarak stabilize edilmiş PAN elyaflarını analiz etmek ve selüloz veya lignin bazlı öncüller gibi sürdürülebilir alternatifleri araştırmak için kullanılacaktır."
Bu, Chemnitz Teknik Üniversitesi Hafif Yapılar ve Polimer Teknolojisi Bölümü'nde karbon elyaf ve işleme teknolojileri araştırma alanında araştırma görevlisi olan Dr. Claudia Vogt'un bir müşteri başarı öyküsüdür. Vogt ,NETZSCH TAURUS LOI 901 oksijen indeksi analiz cihazını kullanarak Preox elyafların gelecekteki uygulamalarına ilişkin araştırmaları rapor ediyor. Preox elyaflarının incelenmesi, şu anda Boxberg'de kurulmakta olan ve Carbon LabFactory Saxony olarak bilinen araştırma merkezinde süreç izlemenin ayrılmaz bir parçası haline geliyor. Fiber numuneler için yeni bir numune tutucu, NETZSCH TAURUS uygulama laboratuvarı ile başarılı bir işbirliği içinde geliştirilmiştir.
“NETZSCH mükemmel müşteri hizmetleri sunmaktadır. Sınırlayıcı oksijen indeksi cihazı LOI 901 için uygun bir numune tutucu ararken, aksesuarların bir fiber numune tutucu içermediğini fark ettim. Soruşturmamın ardından, Preox fiber malzememize dayalı özelleştirilmiş bir numune tutucu geliştirmek için NETZSCH adresinden hemen ilk fikirleri aldım.”
Chemnitz Teknoloji Üniversitesi Hakkında
Chemnitz Teknoloji Üniversitesi (Şekil 1) güçlü bölgesel, ulusal ve uluslararası ağlara sahip kozmopolit bir üniversitedir. Yaklaşık 2.300 akademik ve idari çalışanın yanı sıra yaklaşık 90 ülkeden 8.600'den fazla öğrenciye ev sahipliği yapmaktadır. Dolayısıyla Saksonya'daki en büyük üçüncü üniversitedir (2024 itibariyle).
Yabancı öğrenci oranı bakımından Chemnitz Teknoloji Üniversitesi, ülke çapındaki devlet üniversiteleri arasında en üst sırada yer almaktadır. Yakın zamanda yapılan bir araştırmaya göre, 2025 Avrupa Kültür Başkenti olan Chemnitz, Almanya'nın yaşamak için en iyi on büyük şehri arasında yer almaktadır ve olağanüstü bir yaşam kalitesine sahiptir. Şehirde ayrıca large kısmen üniversitenin varlığına bağlı olarak yüksek nitelikli çalışanların oranı da oldukça yüksektir. Chemnitz Teknoloji Üniversitesi şehrin entelektüel kalbidir ve gelecekteki değer yaratma süreçleri ve sürdürülebilir kalkınma için uluslararası alanda görünür bir araştırma merkezi haline gelmiştir.
Carbon LabFactory Saxony Hakkında
Boxberg, Yukarı Lusatia, Almanya'da bulunan "Carbon LabFactory Saxony" (CLFS), pilot hat ölçeğinde karbon elyafların araştırılması ve geliştirilmesine adanmış önemli bir projedir. Yeni araştırma tesisi, örneğin selüloz veya lignin kullanarak poliakrilonitril gibi petrokimyasal öncüllere sürdürülebilir alternatiflerin kullanımına odaklanmaktadır. Karbon elyaflar çok aşamalı bir termal süreçte üretilmektedir. CLFS ayrıca hammaddeden bitmiş bileşenlere kadar tüm değer zincirini göz önünde bulundurmakta ve süreçlerin sürdürülebilirliğine özel önem vermektedir.
CLFS'nin araştırmalarının merkezinde karbon elyaf üretimi ve bu elyafların örneğin sahada da bulunacak olan tekstil makineleri yardımıyla işlenmesi yer almaktadır. Poliakrilonitril, selüloz veya lignin gibi öncül maddelerin stabilizasyonu ve ardından karbonizasyonu pilot ölçekli bir karbonizasyon tesisinde gerçekleştirilmektedir. Bu tesis, yüksek kaliteli karbon elyaf üretimi için gerekli işlem adımlarını gerçekleştirmek için kullanılır. Öncül malzeme ilk olarak özel stabilizasyon fırınlarında 150°C ile 300°C arasındaki sıcaklıklarda ısıl işleme tabi tutulur. Karbonizasyon daha sonra koruyucu bir gaz atmosferinde iki aşamada gerçekleşir: 1200°C'ye kadar düşük sıcaklıklı bir fırında ve ardından 2200°C'ye kadar yüksek sıcaklıklı bir fırında. Proses parametrelerinde ince ayarlar yapılarak karbon elyaf üretiminin özellikleri kontrol edilebilir ve optimize edilebilir.
Geri Dönüşüm ve İleri Dönüşüm
İleriye dönük bir diğer araştırma alanı, kaynak verimliliğini artırmak ve çevresel etkiyi en aza indirmek için geri dönüşüm ve ileri dönüşüm stratejileri de dahil olmak üzere geri dönüştürülebilir malzeme ve ürünlerin geliştirilmesidir. Amaç, malzemelerin üretim atıklarından geri kazanılması da dahil olmak üzere kapalı döngü malzeme döngüleri oluşturmaktır.
Yukarı Lusatia'da Chemnitz Teknoloji Üniversitesi'nin bir şubesi olarak kurulacak olan CLFS (Şekil 3), kömürün kullanımdan kaldırılmasının getirdiği yapısal değişimden ciddi şekilde etkilenen bir bölgenin sürdürülebilir dönüşümüne önemli bir katkı sağlayacaktır. Fraunhofer Uygulamalı Polimer Araştırma Enstitüsü(Fraunhofer IAP) ve Brandenburg Teknoloji Üniversitesi Cottbus-Senftenberg (BTU) ile yapılan işbirliği, yeni karbon elyaf türlerinden yenilikçi hafif ürünlerin geliştirilmesine olanak tanıyan verimli bir araştırma altyapısı oluşturacaktır. IAP'nin bu çabadaki ana odak noktası, selüloz gibi sürdürülebilir öncüllerin üretimi ve bunların laboratuvar ölçeğinde dönüştürülmesidir.
Boxberg'deki araştırmanın özel odak noktası, teknolojilerin endüstriyel ölçeklenebilirliği olacaktır. Pilot tesis ölçeği, geliştirilen süreçlerin ve malzemelerin endüstriyel uygulamalara aktarılmasını kolaylaştıracaktır. Bu, geliştirilen çözümlerin hem ekonomik olarak uygulanabilir hem de sürdürülebilir olmasını sağlamak için araştırma kurumları ve endüstriyel ortaklar arasında yakın işbirliği gerektirmektedir.
Açıklanan yaklaşım ve fırsatlarla "Carbon LabFactory Saxony", sürdürülebilir karbon elyafların Avrupa'daki gelişiminde öncü bir rol üstleniyor. Tüm değer zincirini kapsayan ve ekolojik inovasyonu hedefleyen bütünsel yaklaşımı sayesinde CLFS, karbon elyafların sadece yüksek performanslı değil aynı zamanda çevre dostu olduğu bir geleceğe katkıda bulunmaktadır. Böylece Avrupa iklim hedeflerine ve sera gazı nötr bir geleceğe önemli bir katkıda bulunmaktadır.
Claudia, lütfen kendinizi ve araştırma ve uygulama alanınızı tanıtın.
Benim adım Claudia Vogt. Kimya alanında doktora yaptım ve Ağustos 2023'ten bu yana Chemnitz Teknoloji Üniversitesi Hafif Yapılar ve Polimer İşleme Bölümü'nde (SLK), özellikle karbon elyaflar ve işleme teknolojileri araştırma alanında araştırma görevlisi olarak çalışıyorum.
Şu anda Carbon LabFactory Saxony'nin laboratuvar planlamasında yer alıyorum ve daha sonra karbon elyafların, ara aşamalarının (Preox elyaflar) veya son ürünlerin (örneğin kompozitler, tekstil kumaşları) kimyasal analizi ile ilgili sorulardan sorumlu olacağım. Elimizdeki geniş analitik ekipman yelpazesi, LOI kullanarak alev geciktirme testinden termal analize (örn. STA, TMA) ve tansiyometri kullanarak yüzey özelliklerinin belirlenmesine kadar uzanmaktadır. Ekibimiz hem birlikte hem de el ele çalışmaktadır.
NETZSCH ile işbirliğiniz ne kadar süredir devam ediyor?
SLK profesörlüğü uzun yıllardır NETZSCH ile çalışmaktadır. Polimer alanındaki sorunları çözmek için rutin olarak termal analiz cihazlarını (TGA, DSC) kullanmaktadırlar.
Neden NETZSCH adresini seçtiniz? Müşteri desteğimizi ve servisimizi de deneyimlediniz mi?
Çeşitli cihazların yanı sıra NETZSCH mükemmel müşteri hizmetleri de sunuyor. Sınırlayıcı oksijen indeksi cihazı için uygun bir numune tutucu ararken, aksesuarların bir fiber numune tutucu içermediğini fark ettim. İlk sorgulamamın ardından, numune malzemesine göre özelleştirilmiş bir numune tutucu geliştirmek için hemen bir teklif aldım. Çok kısa bir süre içinde NETZSCH geliştirme laboratuvarından bu numune tutucu için ilk fikirleri aldım.
NETZSCH için Özelleştirilmiş Numune Tutucu LOI 901
Stephan Strickmann, Yangın Testi Satış ve Uygulama Çözümleri NETZSCH, bildiriyor:
"Yangın testi ve Termal İletkenlikTermal iletkenlik (W/(m-K) birimiyle λ), sıcaklık gradyanının bir sonucu olarak enerjinin - ısı şeklinde - kütleli bir cisim boyunca taşınmasını tanımlar (bkz. Şekil 1). Termodinamiğin ikinci yasasına göre, ısı her zaman düşük sıcaklık yönünde akar.termal iletkenlik cihazları konusunda uzman olan NETZSCH TAURUS, yüksek hassasiyetli cihazların üretiminde uzmanlaşmıştır. Buna, ISO 4589-2 ve ASTM D 2863 uyarınca oksijen indeksini (LOI = sınırlayıcı oksijen indeksi) belirleyerek malzemelerin yanma davranışını değerlendirmek için kullanılan LOI 901 da dahildir. Chemnitz Teknoloji Üniversitesi, özel bir malzeme olan Preox elyafları (Şekil 5) üzerinde özel yangın davranışı testleri gerçekleştirebilme talebiyle bize başvurdu. Bu numunenin benzersiz özelliklerine uyum sağlamak için testler için özel bir numune tutucu geliştirdik ve kullandık. Amacımız, Preox elyafların oda sıcaklığındaki yangın davranışına ilişkin değerli veriler sağlayan bu testlerin metodolojisini, kurulumunu ve sonuçlarını belgelemekti."
Preoks lifleri, ince ve ipliksi yapıları nedeniyle yangın davranışı testlerinde özel bir zorluk teşkil etmektedir. Test sırasında numunenin bütünlüğünü sağlamak için özel bir numune tutucu dikkatlice tasarlanmış ve üretilmiştir.
Bu özelleştirilmiş numune tutucu, Preox elyafları için güvenli bir tutuş sağlayarak başarılı bir test için yangın davranışlarının hassas ve güvenilir ölçümlerini mümkün kılar.
Sonuçlar
Test sırasında ortam sıcaklığı dikkatlice kontrol edilmiş ve optimum test koşullarını sağlamak için 23 ± 2°C'de tutulmuştur. Normalde, test için başlangıç oksijen konsantrasyonu, benzer malzemelerle olan kapsamlı deneyimlerimize dayanarak seçilir. O zamanlar Preox elyaflarla çok az deneyimimiz olduğundan, ilgili literatüre başvurduk ve bu malzemenin genellikle %45'i aşan oldukça yüksek bir LOI'ye sahip olduğunu gördük.
Güvenli tarafta olmak için testlere %40 oksijen konsantrasyonu ile başladık. Bu seviyede Preox liflerinde tutuşma gözlenmedi. Daha sonra her adımı dikkatle izleyerek oksijen konsantrasyonunu kademeli olarak artırdık. 40 ile %45 oksijen arasında görünür alev yoktu, ancak numune termal bozulma belirtileri gösterdi: eridi ve sonra kayboldu, bu da yanma olmadan önemli bir dönüşüm olduğunu gösteriyor.
İlk sürekli yanma yaklaşık %60'lık bir oksijen konsantrasyonunda meydana geldi. Bu seviyede, Preox elyafı tutuştu ve düzgün bir şekilde yandı, bu da diğer geleneksel malzemelere kıyasla tutuşma için daha yüksek oksijen gereksinimini doğruladı. Nihai oksijen indeksini belirlemek için daha ileri testler yapılmaktadır. Bu ilk sonuç, düşük oksijenli ortamlarda yanmaya karşı direnci vurgulayan yüksek LOI değerinin bildirilen faydasıyla tutarlıdır.
Claudia, lütfen bize özel uygulamanız hakkında daha fazla bilgi verin. Sonuçlar araştırma, kalite kontrol, geliştirme ve üretiminizi geliştirmenize nasıl yardımcı olacak?
Daha önce de belirtildiği gibi, karbon elyaf üretimi çok aşamalı bir termal süreçtir. Öncül malzemenin termal olarak stabilize edildiği ilk adım, poliakrilonitril için özellikle çok önemlidir. Bu ön işlem olmadan, poliakrilonitril elyaflar yüksek termal StresStres, iyi tanımlanmış bir kesite sahip bir numune üzerine uygulanan kuvvet seviyesi olarak tanımlanır. (Stres = kuvvet/alan). Dairesel veya dikdörtgen kesitli numuneler sıkıştırılabilir veya gerilebilir. Kauçuk gibi elastik malzemeler orijinal uzunluklarının 5 ila 10 katına kadar gerilebilir.stres altında bozulmaya eğilimli olacaktır. Bu nedenle PAN liflerinin Preox liflerine karmaşık yapısal dönüşümü, PAN'dan karbon liflerinin üretimi için bir ön koşuldur. Bu termal stabilizasyon süreci, çeşitli etki faktörleri (örn. ısıtma hızı, sıcaklık profili) ile kontrol edilebilir. LOI (Şekil 7) Preox elyafların stabilizasyon derecesini kontrol etmek için kullanılır. İncelenen Preox elyaflarının LOI değeri ne kadar yüksekse, kullanılan proses parametreleri de o kadar umut vericidir. Bu yaklaşım, devam eden araştırma kampanyaları sırasında süreç parametrelerinin hızlı bir şekilde ayarlanmasına olanak tanır. Ayrıca karbon elyafın ara aşamasının sürekli bir kalite kontrolü olarak da hizmet eder.
Sevgili Claudia, bu çığır açan araştırmaya ilişkin görüşleriniz için çok teşekkür ederiz. Yakında Carbon LabFactory Saxony'den daha fazla haber ve araştırma sonucu duymayı dört gözle bekliyoruz.
NETZSCH hakkında LOI 901
Plastikler, özellikle otomotiv, havacılık, elektronik ve inşaat endüstrilerinde metaller, seramikler veya doğal malzemeler gibi diğer malzemelere göre daha hafif, daha çok yönlü, korozyona daha dayanıklı ve gereksinimlere bağlı olarak elektriksel olarak iletken veya yalıtkan ve genellikle daha uygun maliyetli oldukları için belirli avantajlara sahiptir.
Kullanılan polimerlerin yangın davranışı, bileşenlerin ve tertibatların güvenliğinin ve uygulanabilirliğinin değerlendirilmesinde önemli bir rol oynamaktadır. Plastik bir bileşenin tutuşması halinde, yanma sırasında büyük ölçüde zehirli gazların açığa çıkması ve yangının hızla yayılması, insanlar ve çevre için tehlikeli, yaşamı tehdit eden durumlara yol açabilir.
LOI 901, tanınmış ISO 4589-2 ve ASTM D2863 standartlarına uygun olarak polimerlerin yanma davranışını belirlemek için son derece hassas bir cihazdır. Cihaz özel bir yanma odası ile donatılmıştır ve oksijen indeksini, plastiklerin yanıcılığını, yanma süresini ve yanma mesafesini belirlemek için kontrollü bir oksijen atmosferi kullanır.
