NETZSCH耐驰Thermal Simulations热模拟软件

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NETZSCH耐驰Thermal Simulations热模拟软件

NETZSCH – 热模拟软件能够模拟各种材料的热行为。主要应用包括高热势材料的模拟,预测热爆炸危险,及预测如环氧树脂固化过程中的过热现象。

考虑到表面热损耗与反应器内部的热传导,选取了下列因素,作为方程中的外部边界条件:

  • 反应器类型(无限平板,无限圆柱体,球形)
  • 反应器的厚度或半径
  • 反应器内的初始温度 T
  • 环境温度 Ta(作为温度程序)
  • 从表面到环境的传热系数 k
  • 材料的导热系数(与温度有关)
  • 材料的密度(与温度有关)
  • 材料的比热 Cv(与温度有关)
  • 反应热 H

NETZSCH耐驰ChemRheo®化学流变软件

NETZSCH耐驰ChemRheo®化学流变软件

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NETZSCH耐驰ChemRheo®化学流变软件

NETZSCH 高级软件 – 化学流变软件用于分析温度与时间对于反应性与非反应性材料的粘度的影响。

对于反应性的系统,在流变测量中存在着两个相互叠加的效应,一为粘度随温度的变化,二为粘度随反应程度增长而增长。通过使用 差示扫描量热法 DSC 研究固化/交联动力学并以此描述固化/交联过程中粘度的增长过程,能够对这两个效应加以区分。

化学流变软件提供如下六种不同模型,以拟合转化程度与粘度之间的关系:

  • Pahl-Hesekamp 模型(环氧树脂)
  • Extended Pahl-Hesekamp 模型(环氧树脂)
  • Macosko 模型(环氧树脂)
  • Gel-switch 模型
  • Exponential gain 模型
  • Exponential gain with energy change 模型(粉末涂料)

Pahl-Hesekamp 模型适用于环氧树脂等反应系统的固化反应。这类模型所依据的是随反应程度而变的玻璃化转变温度(见图一)。通过方程(1)[J.P.Pascault, R.J. Williams: J. Polym. Sci. Part B 28(1990) 85],对这一玻璃化温度与反应程度的函数关系进行了拟合,以进行进一步的分析。

基于 DSC 测量数据的动力学分析结果,使用方程(1),对于预设的温度区域与相应的玻璃化转变温度 Tg(x) 计算了反应程度 x。现在可以通过方程(2),使用粘度的动态与/或等温测量数据,求得未知参数 C1、C2 与 B1、B2 的值。

由此得到了所需的全部参数,便可进行粘度对时间/温度函数关系的拟合。以类似的方式,使用多元非线性回归,求得了另一粘度拟合模型的相关参数。

 

NETZSCH耐驰PurityDetermination纯度计算软件

NETZSCH耐驰PurityDetermination纯度计算软件

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NETZSCH耐驰PurityDetermination纯度计算软件

NETZSCH – 纯度计算软件通过考察DSC曲线上的熔融峰,对材料的纯度进行分析。

软件特点:

  • 使用 VAN’T HOFF 方程进行纯度计算,不使用数学近似,其有效计算范围拓展至纯度 95 mol%,估算范围拓展至纯度 90 mol%,超越包括 ASTM E 928 在内的其他计算方法。

Vant’t Hoff 方程(不使用数学近似)

  • 相比传统的由纯金属熔融峰左侧斜率直接进行热阻计算的方法,在本软件中使用已知纯度的物质、将计算后纯度与已知纯度值作比较进行 DSC 热阻校正,不仅在高纯度范围内拥有很高的精度,而且也能使用较低纯度的物质进行仪器的热阻校正。
  • 用户可以将所测量的材料的名称与分子量储存于软件的 Substance 表格中并随时调用。
  • 使用 ASCII 格式的文件,进行数据的调用与交换。
  • 在熔融峰面积计算中可选的 DSC 基线类型有如下三种:线性、反曲线、切线。基线的确定自动使用非线性回归。

 

计算结果:

参数 结果
Impurity / mol% 杂质的浓度和
Purity / mol% 纯度
To / ℃ 纯物质熔融温度,将 1/部分面积 外推至 0 处的温度
TempClear / ℃ 将 1/部分面积 外推至 1 处的温度。
TempBegin / ℃ 部分面积 = 0.1 处的温度
Correction / % 对峰面积的校正
Enthalpy (KJ/mol) 由 DSC 熔融峰计算而得的材料的熔融焓

NETZSCH耐驰DSC/DTA 校正软件

NETZSCH耐驰DSC/DTA 校正软件

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NETZSCH耐驰DSC/DTA 校正软件

为了在动力学分析与纯度测定中获得较好的结果,常常需要参照测量系统的热阻与时间常数对 DSC/DTA 测量结果进行校正。

例一、对金属铟(In)的 DSC 熔融峰的校正

  • 由于热阻(thermal resistance),吸热峰左侧曲线呈斜线状上升到最高峰。
  • 在到达最高峰之后曲线呈指数曲线状下降。根据研究,这一形状为多条指数曲线的叠加。

按照 DSC 测量国际标准,温度数据是在参比端测得的。而这一温度值与样品内部的实际温度可能存在一定的温差。为了得到真实的样品温度,测量结果必须针对热阻进行校正。

在针对热阻进行校正之后,熔融曲线左侧接近垂直地上升到最高峰,表明此时样品温度为恒定。

NETZSCH耐驰PeakSeparation峰分离软件

NETZSCH耐驰PeakSeparation峰分离软件

NETZSCH耐驰PeakSeparation峰分离软件

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NETZSCH耐驰PeakSeparation峰分离软件

NETZSCH – 峰分离软件可以用于对多种类型的测量曲线中的重叠峰进行分析。软件通过不同的数学模型,将实测的原始数据(复合峰)拟合为多个单峰的叠加,其中每个单峰可使用下述各类数学分布模型进行拟合:

  • Gaussian 分布
  • Cauchy 分布
  • Pseudo-Viogt 分布(Gaussian 与 Cauchy 的混合型)
  • Fraser-Suzuki 分布(非对称 Gaussian 分布)
  • Pearson-7 分布(从 Gaussian 到 Cauchy 的过渡)

每个单峰由下述参数所确定:

  • 位置
  • 幅度
  • 半宽度
  • 不对称性(仅用于 Fraser-Suzuki 分布)
  • 细长性(仅用于 Pearson 分布)

对于使用基线校正,软件提供 Tschebyscheff 多项式,最大可到第三级。

通过峰分离,我们能够得到:

  • 最优化的参数及标准误差。
  • 统计学数据,如相关系数与平均拟合误差。
  • 拟合后的单峰与复合峰的图谱。
  • 各单峰的面积、在复合峰中所占百分比,及起始点、峰值、终止点等参数。

NETZSCH 耐驰Proteus®热分析软件

NETZSCH 耐驰Proteus®热分析软件

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NETZSCH 耐驰Proteus®热分析软件

Proteus® 软件基于 MS Windows®(2000/XP Professional)操作系统,是当前市场上最完善的热分析软件包之一,功能强大,在一套软件包内集成了所有与仪器设置、实验设定、测试监控、数据储存与常规分析相关的功能。这一软件包具有极为友善的用户界面,包括易于理解的菜单操作和自动操作流程,并且适用于各种复杂的分析。

Proteus® 是耐驰公司所有热分析产品的标准配置软件,既可安装在仪器的控制电脑上联机工作,也可安装在其他电脑上脱机使用

NETZSCH 耐驰TG-GC-MS高解析能力的逸出气体分析

NETZSCH 耐驰TG-GC-MS高解析能力的逸出气体分析

NETZSCH 耐驰TG-GC-MS高解析能力的逸出气体分析

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NETZSCH 耐驰TG-GC-MS高解析能力的逸出气体分析

气相色谱(GC)是一种具有高解析能力的分析技术,用于分离挥发态与半挥发态的产物。气体混合物基于在静态相(例如毛细管的内部涂层)与流动相(吹扫气,例如 He)中组分分布的差异,得到有效分离。由于在色谱柱中的这一气体分离需要一定的时间 — 该持续时间依赖于样品特性,色谱柱流动速度,色谱柱长度,以及静态与流动相 — 因此不可能将连续的在线样品气体流直接连接到 GC。而我们的解决方案,则是开发了一种使用加热的自动阀的准连续模式的直接联用,允许软件控制的气态形式进样(流动-通过进样循环),以及短间隔的气体注入。

  • 独特的 TG/STA-GC-MS 联用解决方案,使用事件驱动或温度相关的触发
  • 全程加热的气体传输管(300℃),连接TG/STA与GC的六通阀与注射器
  • 量程宽广、测量快速的 QMS,用于气相色谱分析
  • GC-MS 可独立操作使用,在任意时间下进行液体/气体注射

对于 GC-MS 联用系统,我们的合作伙伴是世界闻名的 Agilent 公司,以及 Joint Analytical Systems (JAS) 公司。这确保了 GC-MS 系统的供应与服务质量。

TG-GC-MS – 技术特性(持续更新中)

质谱(MSD Agilent)

  • 质量数范围:1.6 u … 1050 u(*)
  • 质量过滤器:单片双曲四极
  • 质量解析度:单一质量(可以微调)
  • 离子化:非涂覆的惰性电子冲击源
  • 离子化能量:标准为 70 eV(可选范围:5 eV – 241.5 eV)
  • 2 个灯丝
  • 检测器:三倍轴 SEM,带长寿命 EM
  • 扫描速率:12.500 u/s(电子),8.000 u/s写入磁盘速度

(*): 统一化的原子质量单元

气相色谱(Agilent)

  • 阀门盒能够加热到 300℃,进样循环 250 µl
  • Unis 500 注射器(split, splitless) 最高 450℃
  • 色谱柱:标准 HP-5ms 毛细管(30m,最高 325℃,根据特定应用有其他色谱柱可选)
  • 在无需中断 MS 真空的情况下快速更换毛细管柱(swap’n go, JAS)
  • 色谱柱炉温:35 … 425℃

NETZSCH 耐驰TG-GC-MS高解析能力的逸出气体分析

TG 或 STA 端的气体传输系统

  • 加热的炉体适配器,最高温度 300℃(用于质谱,红外或 GC-MS 联用)
  • 加热的传输管线:玻璃内衬钢管,最高温度 300℃(强制气流,使用泵压通过样品循环)
  • 支路系统,用于炉体内的过量气体。

NETZSCH 耐驰TG-GC-MS高解析能力的逸出气体分析

NETZSCH 耐驰QMS403/5Skimmer热质联用

NETZSCH 耐驰QMS403/5Skimmer热质联用

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NETZSCH 耐驰QMS403/5Skimmer热质联用

在进行热重实验的时候,人们常常希望希望除了获得材料随温度的质量变化数据外,还能够对过程中释放的气体产物进行定性的在线分析。NETZSCH 公司推出了世界领先的热重- 气相质谱 Skimmer 联用技术,具有许多独特的优点。

SKIMMER 联用系统与四极质谱仪(QMS)是世界范围内最为灵敏的热质联用系统。该联用系统包括:配有特定炉体的同步热分析仪(STA 409 和 STA 429)、检测和分析产物气体的四极质谱仪与一个双级减压系统组成。

在气体从热重仪向气相质谱仪传送的过程中有一个很关键性的技术问题,只有把逸出气体的真正具有代表性的样品传送到气相质谱仪 QMS 中,才能确保 QMS 检测的准确性,因此,须绝对避免在传送过程中由气相组分的冷凝导致的气体分离和损失。

Skimmer 联用技术的开发成功地解决了这一技术难题。其热质连接部有一前一后两个通气孔,并保持与样品相同的温度。第一个通气孔作为分叉口形成了一个压缩区域,紧接着是被称为 Skimmer 的第二个通气孔,延续并形成平行的微小颗粒束,导向 QMS 的离子源。

两个通气孔直接设计在样品的上方。气体颗粒通过它们,传输距离仅为几毫米,这保证了短的滞后时间与特别高的灵敏度。气体组分的凝结在毛细管联用系统中经常发生,且或多或少与该组分的质量数有关, 并且无关联性, 无法进行修正。而 Skimmer 联用系统保持样品和通气孔系统于同一温度,能够有效减少气体组分的凝结。因此,实验结果在灵敏度方面有很大提高(视质量数情况,实验信号强度可提高一百多倍)。

可以使用 PulseTA® 对质谱信号进行量化。这种技术是将一定量的所需气体注入惰性载气流中,观察在反应进程中质量和热焓的变化。

对于不同的应用场合,可选用不同的 Skimmer 联用配置:
·氧化铝 Skimmer 系统:适用于氧化气氛,最高温度 1450℃。
·玻璃碳 Skimmer 系统:适用于惰性气氛,最高温度 2000℃。

Skimmer 联用系统是一种十分有用的工具,用于材料研发和工艺改进,及能源与环境领域的研究。

QMS 403/5 SKIMMER – 技术参数

  • QMS 可选的不同的质量范围:
    ·1 amu … 300 amu
    ·1 amu … 512 amu
    ·1 amu … 1024 amu
  • 解析度:0.5 amu
  • 电子碰撞离子化:25 eV – 100 eV (可选)
  • 两个钨阴极
  • 90°SEV
  • 检测限 > 10-15 mbar,或 > 100 ppb
  • STA 409 CD 可选的不同炉体类型:1450℃(SiC),2000℃(石墨)
  • Skimmer 温度:样品温度
  • Skimmer 材料:氧化铝(1450℃);玻璃碳(2000℃)

NETZSCH 耐驰QMS403/5Skimmer热质联用

NETZSCH 耐驰PCE428高温等效熔锥测试仪

NETZSCH 耐驰PCE428高温等效熔锥测试仪

NETZSCH 耐驰PCE428高温等效熔锥测试仪

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NETZSCH 耐驰PCE428高温等效熔锥测试仪

由于其组成与结构的非均一性,陶瓷耐火材料并不显示一个单一的熔点。其耐火性能通过光学高温等效熔锥方法(根据 Seger 原理)来表征,即取一由样品材料制成的锥体,从其尖端软化的温度直至其到达基盘的温度。将参比锥(已知高温等效熔锥,根据 SK xx 或 ISO xxx 温度间隔 10℃ 或以上)与由样品材料所制造的测试锥一起在同一个炉子中加热,由此可以获得精确而有可比性在约 20℃ 之内的耐火材料的软化点。

PCE 428 测试工作台有一机械杠杆,将样品与参比锥的基板放于加罩炉内;炉盖上的观察窗口带辐射过滤片与表面镜允许可视化观测等效熔锥。按照 DIN EN 993-12,最高熔融温度测定可至 1700℃(符合 SK 31, ISO 170)。炉体装备有单温度控制器。

PCE 428 无需使用软件即可操作。

PCE 428 – 技术参数

  • 温度范围:RT … 1700℃
  • 加热元件:4 Kanthal-Super 1800
  • 升降温速率:0.01 … 5 K/min
  • 熔锥支撑:氧化铝盘
  • 温度测量:炉体热电偶
  • 熔锥尺寸:小型(实验室)熔锥
  • 气氛:空气,静态

NETZSCH 耐驰HMOR422断裂模量测试仪

NETZSCH 耐驰HMOR422断裂模量测试仪

NETZSCH 耐驰HMOR422断裂模量测试仪

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NETZSCH 耐驰HMOR422断裂模量测试仪

在高温下测量耐火材料的断裂模量,作为在工作温度下评价材料性能的一种方法已得到了广泛的使用。很多公司为这一类型的测试建立了各自的规范。它与其它热物理性能一起,成为了耐火材料研发与质控领域非常重要的参数。

断裂模量定义为某一特定尺寸的矩形测试材料在特定装置上受到三点弯曲时能够承受的最大压力。它的单位是 N/mm2 或 MPa。

国际标准测试方法见于 ISO5013。

NETZSCH – HMOR 422 D/3,能够在最高温度 1500℃、最大负荷 5000N(60 N/mm2)的情况下测量耐火材料的断裂模量,并能使用三点弯曲模式进行连续测量。

若使用用于负载与形变测量,以及恒定形变速率的可选设备,能够得到陶瓷试样的弹性与裂纹扩展的限度的额外信息。

HMOR 422 E/4 用于测量小的单个样品,遵从四点弯曲方法,支撑点之间的距离为 40mm。通过易于操作的二合罩炉体(最高温度 1450℃),简化了试样插入的方法。该型号使用差示测量系统,与 RUL/CIC 421 所使用的系统类似,用于精确测定试样的形变。

HMOR 422 D/3 – 技术参数

  • 温度范围:室温 … 1500℃(HMOR 422 E/4 则为 1450℃)
  • 加热元件:SiC
  • 弯曲支撑件:SiC
  • 负载:1 N … 5000 N
  • 加载速率:1.25 N/s … 125 N/s,4 档速率
  • 弯曲测量范围:10000 μm(422 E/4 则为 2500 μm)
  • 测温热电偶:S 型
  • 样品尺寸:150 mm × 25 mm × 25 mm(422 E/4 则为 45 mm x 4.5 mm x 3.5 mm)
  • 弯曲模式:三点弯曲(422 E/4 则为四点弯曲)
  • 气氛:空气,静态(包含保护气入口的可选配件)
  • 恒定形变:10 μm/min … 2000 μm/min(仅针对 422 D/3)

NETZSCH 耐驰HMOR422断裂模量测试仪

HMOR 422(使用三点弯曲模式测量 MOR)结构示意图