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Einfluss von Feuchte und Nässe auf die Witterungs-induzierte Alterung am Beispiel eines Polyurethans
(2017)
In diesem Beitrag soll der relative Einfluss des Wassers als Feuchte und Nässe unter den Beanspruchungsfaktoren untersucht werden. Die Unterscheidung von Luftfeuchte und Nässe bezüglich ihrer Wirkung ist dabei notwendig, weil die stehende Nässe zusätzliche Extraktionswirkung besitzt und auch die verfügbare Sauerstoffmenge beeinflusst.
Dazu wurde ein Polymer, das im Rahmen des BAM-internen Projektes PolyComp untersucht wird, künstlich bewittert. Hierzu wurde ein Fluoreszenzlampengerät mit UV-A 340 nm Leuchtstoffröhren verwendet, in dessen Probenraum durch zusätzliche Kammern die gleichzeitige Bewitterung unter drei unterschiedlichen Feuchte-Varianten realisiert wurde (bei konstanter Temperatur):
- UV und trocken
- UV und hohe Luftfeuchte
- UV und stehende Nässe
Das gleichzeitige Einwirken der einzelnen Einflussfaktoren kann dabei konkurrierende oder aufeinander folgende chemische Reaktionen und physikalische Prozesse und somit ein anderes Ergebnis bewirken, als wenn sie isoliert nacheinander auf eine Probe eingewirkt hätten.
Über die erwähnten Varianten hinaus kann auch noch der spezifische Einfluss der UV-Strahlung mit untersucht werden, weil die Proben im Bereich ihrer Befestigung verdeckt sind.
Die Methodik und erste Ergebnisse dieser Untersuchung werden präsentiert.
Einfluss von Feuchte und Nässe auf die Witterungs-induzierte Alterung am Beispiel eines Polyurethans
(2017)
Bei der Bewitterung von Polymeren kommt es auf molekularer Ebene zur Alterung, die sich in verschiedenen Eigenschaften als unterschiedlich starke Änderung äußert. Art und Geschwindigkeit dieser molekularen Alterung und die damit einhergehenden Eigenschaftsänderungen hängen dabei neben einer Reihe anderer Einflussfaktoren von der Art und Intensität der Beanspruchung ab.
In diesem Beitrag soll der relative Einfluss des Wassers als Feuchte und Nässe unter den Beanspruchungsfaktoren untersucht werden. Die Unterscheidung von Luftfeuchte und Nässe bezüglich ihrer Wirkung ist dabei notwendig, weil die stehende Nässe zusätzliche Extraktionswirkung besitzt und auch die verfügbare Sauerstoffmenge beeinflusst.
Dazu wurde ein Polymer, das im Rahmen des BAM-internen Projektes PolyComp untersucht wird, künstlich bewittert. Hierzu wurde ein Fluoreszenzlampengerät mit UV-A 340 nm Leuchtstoffröhren verwendet, in dessen Probenraum durch zusätzliche Kammern die gleichzeitige Bewitterung unter drei unterschiedlichen Feuchte-Varianten realisiert wurde (bei konstanter Temperatur):
- UV und trocken
- UV und hohe Luftfeuchte
- UV und stehende Nässe.
Das gleichzeitige Einwirken der einzelnen Einflussfaktoren kann dabei konkurrierende oder aufeinander folgende chemische Reaktionen und physikalische Prozesse und somit ein anderes Ergebnis bewirken, als wenn sie isoliert nacheinander auf eine Probe eingewirkt hätten.
Über die erwähnten Varianten hinaus kann auch noch der spezifische Einfluss der UV-Strahlung mit untersucht werden, weil die Proben im Bereich ihrer Befestigung verdeckt sind.
Die Methodik und erste Ergebnisse dieser Untersuchung werden präsentiert.
Polyurethanes (PU) are formed by polyaddition reaction between diols and diisocyantes. They can be formed utilizing three building blocks, namely a polyol or long-chain diol, a chain extender or short-chain diol, and a diisocyanate. The derived multi-phase block copolymer has thermoplastic properties and is called thermoplastic PU (TPU). This modular approach allows for a variety of alternations yielding a broad range of structural properties and applications. TPUs are based on three main classes of polyols, i.e. polyethers, polyesters, and polycaprolactones. With these different polyols and the ability of changing the ratio of building blocks a variety of material properties can be obtained thus TPUs find numerous applications in e.g. lightweight construction1, insulation, flame retardants, lacquer and glue, as well as medicine.
Linear, isocyanate terminated, polyurethane prepolymers prepared from non-equivalent amounts of diisocyanate such as methylene diphenyl diisocyanate (MDI) attached to a polyol are widely used as precursors of the correspondent polymers. Chain-extending reactions with low molecular weight compounds bearing different amounts of active hydrogens enable both linear and crosslinked polyurethane to be formed.
Due to TPUs being used in a broad range of applications facing a variety of stress (e.g. mechanical, hydrolytic, thermal, radiative/UV, as well as its combinations) the complexity of possible degradation mechanism is high. A functional group derived from degradation of the bulk matrix can be detected utilizing a suited fluorogenic sensor molecule. There are several fluorogenic dyes known for the application as sensor for amine groups e.g. fluorescamine, pyrylium dyes, deriving a fluorescent signal upon reaction.
Polyurethane (PU) bilden eine der vielseitigsten Klassen der Polymerwerkstoffe. Kein anderer Kunststoff wird sowohl als Thermoplast, als Elastomer wie auch als Duroplast verarbeitet und eingesetzt. Entsprechend vielfältig sind auch die Anforderungen an den Flammschutz. Je nach Material und Anwendung müssen spezifische Brandnormen erfüllt werden. Der vorliegende Aufsatz gibt einen Überblick über die verfügbaren Ansätze, um durch geeignete Auswahl der Rohstoffe und der Flammschutzmittel diese verschiedensten Anforderungen an das Brandverhalten zu erfüllen.
Der Vortrag gibt einen Überblick über die Thematik der flammgeschützten Polyurethanwerkstoffe, d.h. thermoplastisches und elastomeres Polyurethan (TPU, PUR), PUR Hard- und Weichschäume, PUR Coatings. Die Werkstoffcharakteristika wie Pyrolyse, effektive Verbrennungswärme, Rückstandsausbeute, Verarbeitungsparameter und kg-Preis definieren die Anforderungen an Flammschutzlösungen. Der Flammschutz ist spezifisch für das Material ausgelegt, aber auch für die verschiedenen Anwendungen (Automobilbau, Schienenfahrzeuge, Bauwesen, Elektrotechnik, usw.), d.h. um verschiedene Brandtests zu bestehen. Die Pyrolyse und das Brandverhalten von PUR und PUR-Schäumen sowie der flammgeschützten Varianten wird diskutiert. Die gängigen Flammschutzmittel(-kombinationen) für PUR Hard- und Weichschaum sowie thermoplastisches und elastomeres PUR werden zusammengefasst.
Überblick über die Herausforderungen, Anforderungen und Lösungswege für den Flammschutz von Polyurethanwerkstoffen (thermoplastisches und elastomeres Polyurethan (TPU, PUR), PUR Hard- und Weichschäume, PIR, PUR Coatings). Die Werkstoffcharakteristika wie Pyrolyse, effektive Verbrennungswärme, Rückstandsausbeute, Verarbeitungsparameter und kg-Preis definieren die Anforderungen an Flammschutzlösungen. Der Flammschutz ist spezifisch für das Material ausgelegt, aber auch für die verschiedenen Anwendungen (Automobilbau, Schienenfahrzeuge, Bauwesen, Elektrotechnik, usw.), d.h. um spezielle Brandtests zu bestehen. Die Pyrolyse und das Brandverhalten von PUR und PUR-Schäumen sowie der flammgeschützten Varianten wird diskutiert. Die gängigen Flammschutzmittel(-kombinationen) werden zusammengefasst und mit Beispielen belegt.
Der Beitrag versucht sich an der Herausforderung, trotz beschränktem zeitlichen Rahmen einen ansprechenden Spagat zwischen umfangreichem Überblick und wissenschaftlichem Verständnis und so eine unabhängige und unparteiliche Einführung in Thematik flammgeschützte PUR-Schäume zu geben. Er kann sicherlich nicht individuelle Antworten oder konkrete Entwicklungsziele wie neue Rezepturvorschläge liefern, aber hofft zum Hintergrund und als Handwerkzeugs für das Aufstellen und Überdenken von Entwicklungsstrategien beizutragen.
Soft polymers such as the investigated polyurethane, characterized by low Young’s moduli and prone to high shear deflection, are frequently applied in pneumatic cylinders. Their performance and lifetime without external lubrication are highly determined by the friction between seal and shaft and the wear rate. FEM simulation has established itself as a tool in seal design processes but requires input values for friction and wear depending on material, load, and velocity. This paper presents a tribological test configuration for long stroke, reciprocating movement, allowing the generation of data which meet the requirements of input parameters for FEM simulations without the geometrical influences of specific seal profiles. A numerical parameter study, performed with an FEM model, revealed the most eligible sample geometry as a flat, disc-shaped sample of the polymer glued on a stiff sample holder. At the same time, the study illustrates that the sensitivity of the contact pressure distribution to Poisson’s ratio and CoF can be minimized by the developed and verified setup. It ensures robust, reliable, and repeatable experimental results with uniform contact pressures and constant contact areas to be used in databases and FEM simulations of seals, enabling upscaling from generically shaped samples to complex seal profiles.