Materialeigenschaften auswerten leicht gemacht

Kunden stellen heutzutage hohe Ansprüche an alle Arten von Materialien. Ein Dichtungsring, der nicht spröde werden darf, eine PET Flasche, die sich nicht verformen sollte oder Medikamente, die genau im richtigen Moment im Körper zu wirken beginnen müssen. In der Materialwissenschaft sind die dynamische Differenzkalorimetrie (DDK, englisch DSC) von Mettler-Toledo nicht mehr wegzudenken.

Die Thermische Analyse leistet einen wertvollen Beitrag in der Qualitätskontrolle bis hin zur Forschung und Entwicklung von Materialien und chemischen Verbindungen.

Es ist nicht trivial, Materialeigenschaften zu beurteilen.

Alle Materialien haben die Eigenschaft, dass sie Energie in Form von Wärme aufnehmen oder abgeben können. Die DSC ist die wichtigste Methode der Thermischen Analyse. Die DSC misst den Wärmestrom einer Probe als Funktion der Temperatur oder der Zeit. Mit der DSC können physikalische Umwandlungen und chemische Reaktionen quantitativ erfasst werden.

Die DSC zeichnet sich durch eine hohe Empfindlichkeit, Genauigkeit und einfache Probenpräparation, Automatisierungsmöglichkeit und geringe Messzeit aus. In allen Bereichen, in denen thermische Grössen bestimmt, thermische Prozesse untersucht sowie Materialien charakterisiert oder verglichen werden, wird die DSC eingesetzt. Dabei werden Fragestellungen nach Stabilität, Einsatz- und Verarbeitungsbedingung, Fehlererkennung, Schadensanalyse, Materialidentifizierung, Stabilität, Reaktivität, chemischer Sicherheit und Reinheit von Materialien beantwortet. Es können unter anderem Polymere wie Thermoplaste, Duroplaste, Elastomere, Kompositwerkstoffe, Klebstoffe, aber auch Nahrungsmittel, Pharmazeutika und Chemikalien untersucht werden.

Die dadurch gewonnen Kurven sind «Wärmekapazität in Abhängigkeit der Temperatur». Interessant sind die Temperaturen, bei denen sich die Wärmekapazität ändert – diese Bereiche werden «Effekt» genannt.

Effekte sind physikalische oder chemische Übergänge – also Phasenübergänge wie beispielsweise Kristallisationen, Schmelzen, Glasumwandlungen oder chemische Reaktionen. Die wichtigen Informationen über die Materialeigenschaften stecken in der genauen Form und Ausprägung dieser Effekte. Die Kurvenform und der Temperaturbereich beinhalten Informationen, die der Anwender zur Interpretation der Effekte verwendet.

Die Auswertung von Messkurven ist zeitaufwendig und herausfordernd, selbst für Spezialisten. Die Projektidee war, die Anwender mittels Künstlicher Intelligenz (KI, englisch AI) zu unterstützen.