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The development of hydrogen technologies entails high safety requirements in distribution and dispensing infrastructure. Therefore, it is necessary to pursue research on material compatibility in hydrogen, especially for critical parts with tribological issues.
The focus of this study is to evaluate the influence of hydrogen on a wider range of commercially available polymer materials. Thereby, the friction and wear behavior of different grades of TPE, POM, PA66, PA12, PPA, PEEK, PPS, PTFE, PAI, PI and PBI were investigated against a rotating steel disk (AISI 304). Filled and unfilled polymers from different suppliers were evaluated at room temperature in air, vacuum and hydrogen gas (H2) as well as in liquid hydrogen at - 253°C (LH2).
The sliding behavior of the polymer materials is discussed by means of surface analyses, whereby special attention is paid to the formation of a transfer film.
According to the results at ambient temperature, the effect of hydrogen environment on the tribological behavior of neat polymers may be related to lack of moisture, but also to saturated hydrocarbons in gaseous hydrogen. In liquid hydrogen, the best tribological performances were achieved with neat PA polymers as well as PPS and PI composites.
The residual post-fire mechanical properties of fiber-reinforced epoxy composites are influenced by their fire residues after burning. This study uses intumescent/low-melting glass flame retardants to tailor fire residues in epoxy resin. Processibility of prepregs and their quality are analysed for transfer of the flame-retardant epoxy resins to layered glass-fiber reinforced composites. Minimal effects were found on the pre-fire flexural strengths of the composites due to low loading of the flame retardants. However, when transferred to glass-fiber reinforced composites, the fire residues diminish significantly. Further studies are required to improve theoretical and experimental estimations of the post-fire mechanics of the composites.
The residual post-fire mechanical properties of fiber-reinforced epoxy composites are influenced by their fire residues after burning. This study uses intumescent/low-melting glass flame retardants to tailor fire residues in epoxy resin. Processibility of prepregs and their quality are analysed for transfer of the flame-retardant epoxy resins to layered glass-fiber reinforced composites. Minimal effects were found on the pre-fire flexural strengths of the composites due to low loading of the flame retardants. However, when transferred to glass-fiber reinforced composites, the fire residues diminish significantly. Further studies are required to improve theoretical and experimental estimations of the post-fire mechanics of the composites.
The transfer of flame-retardant epoxy resin formulations to composites for structural and lightweight applications in the energy and transport sector can be complex and requires systematic investigation. Here, uncoated and silane-coated ammonium polyphosphate (APP, Si-APP) intumescent compounds are transferred to prepregs using a Bisphenol A diglycidyl ether (DGEBA) resin matrix to 0/90o bidirectional glass fibers with an aerial weight of 600 g/m2. Inorganic silicates (InSi) are added to improve the fire residues of the composites after combustion and the total amount of flame retardants in the resin formulations was 10% by weight. The prepregs' fiber volume content (FVC) is corroborated using in-process measurements and thermogravimetric analysis. This was found to be approximately 60% for the composites containing APP, which is ideal for load-bearing applications with high mechanical strength. However, the Si-APP containing prepregs showed an inconsistent FVC potentially due to interactions with the commercial sizing of the glass fibers. The composites subsequently prepared are analysed for potential filtration effects of the additives via SEM after immobilization in a cured resin and platinum sputtering. The inter-laminar shear strength and the mechanical strength of the composites are compared via three-point bending tests. Additionally, the fire performance of the composites is analysed using cone calorimetry. It was found there was minimal impact of the loading of the flame retardants on the delamination of the composites and the flexural strength. However, the high density of the glass fibers possibly results in a suppression of the mode of action of the flame retardants in the composites. Therefore, the fire residues of the composites are further compared using SEM, and the flame-retardant modes of action upon transfer are investigated.
Leather is a widely used material for thousands of years and in modern days it is produced on industrial scale. This production produces high amounts of organic waste during the tannery process. These fibers can become a resource and act as a multi-functional bio-filler in flame retardant composites.
This project investigates two leather fibers towards their ability to enhance the flame-retardancy in different composites. These composites use ammonium polyphosphate (APP) or aluminum trihydroxide (ATH) as flame retardants. Different silicon based synergists support polymers with ATH to reduce the load of flame retardant. The different modes of action (charring, gas phase activity, barrier effect) can be quantified of each composite.
The new composites form a stable char layer resulting in an increase in residue, lower peak heat release rates (pHRR) and higher limiting oxygen index (LOI). In addition, the ratings in the UL94-classification increased up to V-0.
Zirconium vanadate (ZrV2O7) is a well-known negative thermal expansion (NTE) material that exhibits significant isotropic contraction over a broad temperature range (~150°C < T < 800°C). Therefore, it can be used to create composites with controllable expansion coefficients and prevent thermal stress, fatigue, cracking, and deformation at interfaces. We implement interdisciplinary research to analyze such material. We study the influence of the synthesis methods and their parameters on the sample's purity, crystallinity, and homogeneity. Moreover, we implement ab initio-based vibrational computations with partially treated anharmonicity in combination with experimental methods to follow temperature-induced structural changes and rationalize the negative thermal expansion in this material, including the influence of the local structure disorder.
Leather is a widely used material for thousands of years and in modern days it is produced on industrial scale. This production produces high amounts of organic waste during the tannery process. These fibers can become a resource and act as a multi-functional bio-filler in flame retardant composites.
This project investigates two leather fibers towards their ability to enhance the flame-retardancy in different composites. These composites use ammonium polyphosphate (APP) or aluminum trihydroxide (ATH) as flame retardants. Different synergists support polymers with ATH.
The new composites form a stable char layer resulting in an increase in residue, lower peak heat release rates (pHRR) and higher limiting oxygen index (LOI). In addition, the ratings in the UL94-classification increased up to V-0.
Akustische Bestimmung der Werkstoffparameter faserverstärkter Kunststoffe mittels geführter Wellen
(2021)
Akustische Verfahren eignen sich hervorragend zur Bestimmung der Werkstoffeigenschaften. Die Verfügbarkeit derartiger Verfahren ist vor allem für Kunststoffe wichtig, da deren Eigenschaften stark abhängig vom jeweiligen Herstellungsprozess und vom Alterungszustand sind. Exakte und vollständige Werte sind daher in Datenbanken oder von Herstellern nur begrenzt zu finden. Insbesondere die Entwicklung von Methoden zur Charakterisierung faserverstärkter Kunststoffe (FKV) ist nach wie vor Gegenstand der Forschung. Hier müssen anisotropiebedingt mehrere Kennwerte bestimmt werden. Da FKV zumeist als dünnwandige Bauteile zum Einsatz kommen, können die Werkstoffparameter aus den Dispersionseigenschaften der Lamb-Wellen, die sich in diesen Strukturen ausbreiten, abgeleitet werden. Dazu ist eine räumliche Abtastung des sich ausbreitenden Schallfelds erforderlich.
In der vorliegenden Untersuchung wird dieser Ansatz für die relativ neue Werkstoffklasse der faserverstärkten Thermoplaste angewendet. Diese zeichnet ein ausgeprägtes Dämpfungsverhalten und eine Anisotropie der Materialparameter aus. Dazu wurde das Schallfeld im Ultraschallbereich mit einem Laser-Doppler-Vibrometers vermessen. Rechnerisch bestimmte Dispersionskurven wurden dann an die gemessenen Werte angepasst, womit die richtungsabhängigen Materialparameter bestimmt werden konnten.
Im Vortrag wird das Messverfahren vorgestellt und auf spezielle Probleme, die sich z.B. aus dem Dämpfungsverhalten des Werkstoffs ergeben, eingegangen. Ausgewählte gemessene Werte werden mit den Ergebnissen von Referenzverfahren verglichen.
Akustische Verfahren eignen sich hervorragend zur Bestimmung der Werkstoffeigenschaften. Die Verfügbarkeit derartiger Verfahren ist vor allem für Kunststoffe wichtig, da deren Eigenschaften stark abhängig vom jeweiligen Herstellungsprozess und vom Alterungszustand sind. Exakte und vollständige Werte sind daher in Datenbanken oder von Herstellern nur begrenzt zu finden. Insbesondere die Entwicklung von Methoden zur Charakterisierung faserverstärkter Kunststoffe (FKV) ist nach wie vor Gegenstand der Forschung. Hier müssen anisotropiebedingt mehrere Kennwerte bestimmt werden. Da FKV zumeist als dünnwandige Bauteile zum Einsatz kommen, können die Werkstoffparameter aus den Dispersionseigenschaften der Lamb-Wellen, die sich in diesen Strukturen ausbreiten, abgeleitet werden. Dazu ist eine räumliche Abtastung des sich ausbreitenden Schallfelds erforderlich.
In der vorliegenden Untersuchung wird dieser Ansatz für die relativ neue Werkstoffklasse der faserverstärkten Thermoplaste angewendet. Diese zeichnet ein ausgeprägtes Dämpfungsverhalten und eine Anisotropie der Materialparameter aus. Dazu wurde das Schallfeld im Ultraschallbereich mit einem Laser-Doppler-Vibrometers vermessen. Rechnerisch bestimmte Dispersionskurven wurden dann an die gemessenen Werte angepasst, womit die richtungsabhängigen Materialparameter bestimmt werden konnten.
Im Vortrag wird das Messverfahren vorgestellt und auf spezielle Probleme, die sich z.B. aus dem Dämpfungsverhalten des Werkstoffs ergeben, eingegangen. Ausgewählte gemessene Werte werden mit den Ergebnissen von Referenzverfahren verglichen.