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Eingeladener Vortrag
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Im Mittelpunkt dieser Arbeit stehen die konjugierten Polymere, die sich durch äußerst interessante elektrooptische Eigenschaften auszeichnen. Die sich daraus ergebenden Anwendungen liegen vor allem auf dem Gebiet der Elektrolumineszenz, z. B. als LED- Materialien. Ein Hauptproblem für die Einsatzfähigkeit ist die Stabilität der konjugierten Polymere. Dabei spielen Oxida-tionsprozesse sowie strukturelle und morphologische Veränderungen eine entscheidende Rolle. Zur Untersuchung der thermooxidativen Stabilität wurde die Chemilumineszenz-Methode (CL) und zum Nachweis der strukturellen und morphologischen Defekte die Thermolumineszenz-Methode (TL) eingesetzt. Um die Stabilität der konjugierten Polymere zu erhöhen, wurden im Rahmen dieser Arbeit zahlreiche Einflussfaktoren auf die thermooxidative Stabilität sowie auf die molekulare Beweglichkeit mit Hilfe der CL und der TL untersucht und diskutiert.
The thermo-oxidative degradation of a polymeric optical cable is investigated by chemiluminescence, The results are reliable and reproducible. Two distinct processes are reported marked by a peak and a plateau behavior versus the time, respectively. Both processes are ruled by thermally activated processes. Beside the dependencies of temperature and time, the influence of absorbed water is discussed. Chemiluminescence is proposed as a promising candidate for a suitable testing method assessing the thermo-oxidative stability of plastic optical fibers and cables. it requires not more than a simple one-day testing procedure and has the advantage that it can be carried out even within the lo cv temperature ranges of the cables' intended use.
The excitation energy transfer (EET) of a bichromophoric cross-shaped molecule was investigated by stationary polarized fluorescence spectroscopy in the solid state. For this purpose 2,2[prime],7,7[prime]-tetrakis(biphenyl-4-yl)-9,9[prime]-spirobifluorene was embedded in a polymeric bisphenol-A-polycarbonate (PC) matrix. The dependence of the fluorescence on concentration and wavelength was determined. The role of the intermolecular and intramolecular EET is dealt with separately and discussed by means of the degree of polarization. The intermolecular excitation energy transfer is described in terms of a Förster transfer mechanism. The intramolecular transfer is prevented for the zero-point vibrational levels by the molecular cross-shaped structure, but is found for a wide range of wavelength, presumably based on vibrationally excited states.
Introduction of irregularities into plasma polymers by radiative and auto-oxidative processes
(2005)
Degradation effects of automotive coatings after weathering as detected by thermoluminescence
(2004)
Angesichts der spezifischen Bedeutung der Aushärtung von Phenolharzen für ihre Eigenschaften als Ingenieurwerkstoffe besteht großes Interesse an deren quantitativer Charakterisierung. Mittels DSC-Messungen unter hohem Druck (HP-DSC) kann die Vernetzungsreaktion der Phenolharzformmassen durch die Unterdrückung der Verdampfung niedermolekularer Substanzen ohne störende Überlagerungen verfolgt werden. Mittels verschiedener Vernetzungsgrade können die Einflussparameter der Aufheizrate und der Nachtemperung optimiert werden. Die Messergebnisse ermöglichen eine Modellierung der Reaktionskinetik mit dem Ziel einer verbesserten Prozessführung und Qualitätskontrolle in der industriellen Praxis.
Dünne, mit einem gepulsten Plasma hergestellte Polymerschichten wurden untersucht. Diese Plasmapolymere sollten eine chemisch besser definierte Struktur haben, weil der Anteil an rein chemisch polymerisiertem Produkt während der Plasma-aus-Zeit steigen sollte, während der Anteil an Schichtbildung, der innerhalb der kurzen Plasmapulse durch Monomerfragmentierung und statistische Polyrekombination erzeugt wird, zurückgedrängt wird. Der Monomerfragmentierungsprozeß ist im kontinuierlich brennenden Plasma (cw-Mode) demgegenüber der Hauptprozeß. Neben der Anwendung der klassischen Element- und Bindungsanalysentechnik XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) wurden hier die Schichten auch mittels Thermolumineszenz untersucht. Defekte und Strukturanomalitäten in Polymeren sollten mit dieser Methode charakterisiert werden können. Untersuchungsobjekte waren funktionalgruppentragende Plasmapolymerschichten, die biosensorische oder biokompatible Funktionen besitzen oder als Haftvermittler in Metall-Polymercompositen eingesetzt werden.
Translated Abstract
Characterization of Plasmapolymers by Thermoluminescence
Thin plasma polymer films were deposited using the pulsed plasma (pp) mode. These plasma polymers should possess a more chemically regular structure because of the lower monomer fragmentation during the short plasma pulses and the chemical chain propagation during the plasma-less periods than those produced by the conventional continuous-wave (cw) mode. In addition to the use of the classic thin film characterization method XPS the method of thermoluminescence was applied to characterize defects and structural specifics in the polymer films produced by pp or cw-plasma mode. The thermoluminescence method was applied to functional groups-carrying plasma polymer layers, which are used in medical technology for forming biocompatible and bioactive coatings or in metal-polymer composites as adhesion-promoting interlayers.
Chemi- und Thermolumineszenz-Untersuchungen zur Stabilität von Poly(phenyl-p-phenylenvinylen), P-PPV
(1998)
Investigation of Stability of Poly(phenyl-1,4-phenylenevinylene) by Thermo- and Chemiluminescence
(1998)
Mixtures of hexamethyldisiloxane (HMDSO) and oxygen have been used for deposition of SiO2-like layers by plasma polymerization under low-pressure conditions onto polyethylene and polystyrene used as basecoat. Water glass was cast onto these 0.5 µm plasma thick siloxane-like layers with a thickness of 5 to 40 µm. The adhesion of these bilayer systems and their flame resistance were tested.
The effect of different plasma parameters such as monomer/gas ratio, pressure and power input into the discharge on the deposition rate and the composition of the formed layers was studied. Characterization and chemical composition of the formed films were performed using infrared, X-ray photoelectron and solid state nuclear magnetic resonance spectroscopy.
Peel strengths of composites were measured and the locus of peel front propagation was detected. Thermal properties of composites were analyzed by thermo-gravimetric analysis. Finally, the fire-retardant properties of thick coated polymers were determined by exposure to flames and the behavior of coatings on the polymers during flaming was observed visually.
Mixtures of hexamethyldisiloxane (HMDSO) and oxygen have been used for deposition of SiO2-like layers by plasma polymerization under low-pressure conditions onto polyethylene and polystyrene used as basecoat. Water glass was cast onto these 0.5 pm plasma thick siloxane-like layers with a thickness of 5 to 40 mu m. The adhesion of these bilayer systems and their flame resistance were tested. The effect of different plasma parameters such as monomer/gas ratio, pressure and power input into the discharge on the deposition rate and the composition of the formed layers was studied. Characterization and chemical composition of the formed films were performed using infrared, X-ray photoelectron and solid state nuclear magnetic resonance spectroscopy. Peel strengths of composites were measured and the locus of peel front propagation was detected. Thermal properties of composites were analyzed by thermo-gravimetric analysis. Finally, the fire-retardant properties of thick coated polymers were determined by exposure to flames and the behavior of coatings on the polymers during flaming was observed visually.
Experimentelle Untersuchungen zum Einfluss von Brandbeschleuniger auf den Verlauf von Raumbränden
(2013)
Anhand von 5 verschiedenen Zimmerbrandversuchen wurde der Einfluss von Brandbeschleunigern auf den Brandverlauf experimentell untersucht. Es wurden verschiedene brandtechnologische Kennwerte, wie der Massenverlust des gesamten Brandraums, Brandraumtemperaturen, die Wärmefreisetzungen sowie die Rauchgasemissionen ermittelt und beurteilt. Die Rauchgasanalyse erfolgte im Schlot, im Brandraum sowie in der Brandraumöffnung mittels Fourier Transformierte Infrarot-FTIR-Spektroskopie. Neben diesen brandtechnologischen Untersuchungen erfolgten auch chemisch-analytische Untersuchungen nach dem Brand, mit dem Ziel, den eingesetzten Brandbeschleuniger nachzuweisen. Im Anschluss an die jeweiligen Zimmerbrandversuche wurden verschiedene Brandrückstandsproben aus dem Brandschutt, Wischproben von den Wänden und den übriggebliebenen Gegenständen sowie Proben in Form von Adsorbensmaterialien und Tenax-Röhrchen genommen und mit Hilfe der HSSPME-GC-MS-Methode (Headspace-Solid Phase Micro Extraction-Gas Chromatographie-Massenspekrometrie) in Hinblick eines möglichen Brandbeschleunigernachweis analysiert.
Welche stofflichen und energetischen Gefahren während und nach einem Wohnzimmerbrand auftreten können, werden im Rahmen dieses Vortrages vorgestellt. Im Mittelpunkt stehen dabei die Rauchgasentwicklung, die Wärmefreisetzung, die entstehenden Rauchgastemperaturen sowie die Rauchgaszusammensetzung. In den Einrichtungen der Gesellschaft für Materialforschung und Prüfungsanstalt für das Bauwesen Leipzig mbH (MFPA) wurden dazu fünf verschiedene Wohnzimmerbrandversuche durchgeführt. Die Modell-Zimmer wurden jeweils mit dem gleichen Mobiliar ausgestattet. Als Brandbeschleuniger kamen Benzin und Diesel als Gemisch zum Einsatz. Bei den Versuchen zeigte sich unter anderem, dass der Brandbeschleuniger deutlich die Zeit bis zum Flashover verkürzt. Aus den ermittelten Kennwerten zur Wärmefreisetzung und den Rauchgastemperaturen können Rückschlüsse auf die energetischen Gefahren abgeleitet werden. Die quantitative Erfassung toxischer Rauchgaskomponenten erfolgte mit Hilfe der Fourier-Transformations-
Infrarot-(FTIR)-Spektroskopie. Die qualitative und quantitative Rauchgaszusammensetzung wurde dabei in der Brandraummitte, an der Brandraumöffnung, unter der Brandraumdecke und im Schlot ermittelt.
Aus der Massenverlustrate und der quantitativen Rauchgasanalyse können Aussagen zur Rauchgastoxizität getroffen werden und die stofflichen Gefahren beurteilt werden. Das Wissen über die Bildung von energetischen und stofflichen Brandprodukten ermöglicht somit eine risikogerechte Beurteilung der Brandgefahren bei Raumbränden, auch in Hinblick auf die unterschiedlichen Brandphasen.
A controlled-atmosphere cone calorimeter that is built by modifying the Standard apparatus with the addition of a controlled-atmosphere chamber offers a time- and cost-saving approach for reaction-to-fire testing in vitiation- and ventilation-controlled atmospheres. Due to the design of the added enclosure no mechanical changes on cone calorimeter’s Standard ductwork are required. This offers some advantages but also important limitations. The design has an open connection between the outlet of the added enclosure and the cone calorimeter’s exhaust hood. Therefore, sufficient ambient air from the laboratory surroundings is drawn into the System to introduce effects which have the potential to affect test results significantly.
A procedure which is is suitable to consider physical effects of the ambient air on the calculation of the heat release rate is presented as well as initial results of an application towards toxic potency assessment. Signs for Chemical effects of the ambient air such as post reactions are shown but subject of an ongoing work.
The influence of fire accelerants on the fire behavior during living room fires was experimentally investigated by performing 5 different room fire scenarios. During the tests flre-technological quantities were determined as well as chemical-analytical studies were carried out. The focus was on the detection of smoke gases and the proof of used fire accelerants. The evaluation of traceable fire accelerants and the reconstruction of the fire development are based on a precise Chemical analysis of the combustion products.
In this work an innovative methodology was developed to combine available analyticai techniques to draw conclusions from solid, liquid and gaseous fire residues about the fire process. Each ofthe fire rooms was equipped with the same living room inventory. The location and amount of fire accelerant (a mixture of diesel/gasoline) differed in 4 of 5 tests. Orte room fire experiment was carried out without fire accelerant.
The following fire technological characteristics were determined during the room fire experiments: mass loss (of the complete room), temperatures (at several locations in the room), heat release and smoke gas emission (measured at three different locations: in the chimney, in the fire room and at the door opening).
While the smoke gases were analysed by using Fourier Transform Infrared spectroscopy, the fire residues and swipe samples (particles) were examined by Headspace-Solid Phase Microextraction-
Gaschromatography-Mass spectrometry. These procedures make it possible to detect low concentrations of volatile components of the fire accelerants. The Chemical analyticai results of the fire accelerant detection are presented.
Brandanalytik
(2012)
Chemiluminescence (CL) is a sensitive method of investigating the thermo-oxidative stability of polymers in the early stages of degradation. Therefore, CL measurements were applied to different automotive coatings to evaluate their degradation behavior during artificial weathering. In this work, CL measurements were carried out for different automotive coatings to follow their degradation behavior during artificial weathering. The CL emission depends on sample-specific parameters like stabilizer, matrix, or hardener; experimental parameters like the oxygen partial pressure; and exposure parameters like the duration of weathering. The potential of CL could be demonstrated by classifying materials into categories of good, medium, and low degradation performance at a much earlier stage of weathering exposure than in combination with the usual visual detection of weathering effects.
Thermally stimulated luminescence (TL) can be used to detect damage in the early stages of degradation after artificial weathering, and to analyze the efficiency of stabilizers used in automotive coatings. TL is particularly suitable for this task due to its inherent high sensitivity to structural, morphological, and chemical changes in macromolecular chains. In this work, TL measurements were carried out for different automotive coatings to follow their degradation progression during artificial weathering. The TL results demonstrate high sensitivity to parameters like stabilizers, matrices, hardeners, and weathering time, and provide an opportunity to monitor the early stages of damage in polymers, which therefore reduce the time required for further outdoor weathering tests.
Brandverhalten von Bauprodukten: Brauchen wir Regelungen für die Menge und Giftigkeit der Rauchgase?
(2008)
Thin plasma polymer films were deposited using the pulsed plasma mode. These plasma polymers should possess a more regular structure than those produced by the conventional continuous-wave (cw) mode, because of lower monomer fragmentation caused by the plasma pulses and the chemical chain propagation during the plasmaless (free!) periods. The thermoluminescence method was applied to functional groups carrying plasma polymer layers which are used in medical technology. Examples are formation of biocompatible, biosensoric and bioactive coatings or in metal polymer composites such as adhesion-promoting interlayers.
In addition to the use of the conventional X-ray Photoelectron Spectroscopy for thin film characterization, the new method of thermoluminescence was applied to characterize undesired defects and structural specifics produced in the polymer films by pp or cw plasma mode. The main areas of focus were oxygen-containing groups produced by post-plasma oxygen introduction via auto-oxidation, oxidation of implemented unsaturations and trapped radical sites known as typical irregular structures in plasma polymers.
Zur Toxizität von Brandgasen insbesondere von organischen Stoffen liegen bisher noch unzureichende Erkenntnisse vor, obwohl diese für die Sicherheit der damit konfrontierten Personen oft von entscheidender Bedeutung sind. Ziel der hier dargestellten Untersuchungen ist es, die Zusammensetzung des Brandgases und die Menge der Brandgaskomponenten im Brandfall zu beurteilen und zu quantifizieren sowie entsprechende Prozeduren hierfür aufzuzeigen. Dazu wurden verschiedene Brandszenarien, die durch Verwendung von unterschiedlichen Arten von Prüföfen simuliert wurden, sowie Proben in den unterschiedlichen Größenmaßstäben untersucht. Durch den Einsatz eines mobilen FTIR-Gerätes (Fourier Transformations Infrarot Spektroskopie) ist es experimentell möglich, zeitaufgelöst quantitative Bestimmungen einzelner toxischer Brandgaskomponenten während der jeweiligen Brandszenarien zu ermitteln und somit eine Abschätzung der Toxizität vorzunehmen. Am Beispiel von Polyvinylchlorid (PVC) wird gezeigt, welche Auswirkungen die unterschiedlichen Brandszenarien auf die qualitative und quantitative Brandgaszusammensetzung haben.
Stability of poly(phenyl-1,4-phenylene vinylene) investigated by thermo- and chemilumineszenz
(1998)
Chemical-analytical investigation of fire products in intermediate storages of recycling materials
(2012)
Organic materials like paper, cardboard, textiles or plastics are mostly flammable. In intermediate storages for recycling products, these materials are stored in large amounts. If fire occurs in these stores, large emissions of smoke and other potentially harmful products are likely. In the present study, the gaseous products released from fires of such materials—for example, because of self-ignition—were investigated. Different fractions (paper/cardboard, textiles and plastics) were crushed at low temperatures (about 80 K) and subsequently allowed to smoulder at different temperatures using the German standard Deutsches Institut für Normung 53436. The gases produced were sampled and analysed using Fourier transform infrared spectroscopy. The chemical composition of these gases differed considerably depending on fuel type. For flammable materials without heteroatom, the gases consisted predominantly of toxic compounds like carbon monoxide and carbon dioxide. Smouldering of materials containing heteroatoms showed, in addition to carbon monoxide, carbon dioxide and water vapour, further toxic components containing the heteroatom. Materials containing chlorine produced hydrogen chloride, and materials containing nitrogen produced ammonia and hydrogen cyanide.
The chemical analysis of fire debris represents a crucial part in fire investigations to determine the cause of a fire. A headspace solid-phase microextraction (HS-SPME) procedure for the detection of ignitable liquids in fire debris using a fiber coated with a mixture of three different sorbent materials (Divinylbenzene/Carboxen/Polydimethylsiloxane, DVB/CAR/PDMS) is described. Gasoline and diesel fuel were spiked upon a preburnt matrix (wood charcoal), extracted and concentrated with HS-SPME and then analyzed with gas chromatography/mass spectrometry (GC/MS). The experimental conditions—extraction temperature, incubation and exposure time—were optimized. To assess the applicability of the method, fire debris samples were prepared in the smoke density chamber (SDC) and a controlled-atmosphere cone calorimeter. The developed methods were successfully applied to burnt particleboard and carpet samples. The results demonstrate that the procedure that has been developed here is suitable for detecting these ignitable liquids in highly burnt debris.
At the moment more than 1 Million photovoltaic (PV) power generators are connected to the national grid in Germany1. This leads to an increasing number of estimated 300 fire accidents caused by this technology every year. Often the fire brigades deny extinguishing a burning PV generator. The fear of electric shock and poisonous heavy metals in PV solar panels refrain the firemen from doing their task. The cause of a fire of PV Systems can be the ignition of the building where the generator is mounted on, arson or technical errors in the PV modules, like strings or the inverter.
Dieser Bericht behandelt die Durchführung, Auswertung und Ergebnisse einer Versuchsserie zu Raumbränden. Diese wurde zur Untersuchung von Fragestellungen zum Einfluss von Brandbeschleuniger auf den Brandverlauf sowie zu den Möglichkeiten des Nachweises des Brandbeschleunigers in kriminaltechnischen Ermittlungen durchgeführt.
Die Versuche haben im Rahmen des Forschungsprojekts Brandspurenanalytik der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung im Jahr 2012 an der Brandprüfstelle Laue der Gesellschaft für Materialforschung und Prüfungsanstalt für das Bauwesen Leipzig mbH stattgefunden. Im Forschungsprojekt wurden verschiedene Materialien und ihr Brandverhalten in Kombination mit flüssigen Brandbeschleunigern in der Rauchdichtekammer (DIN EN ISO 5659-2), dem Cone Calorimeter (ISO 5660-1) und dem Single Burning Item Test (DIN EN 13823) untersucht. Die Untersuchungen hatten zwei Schwerpunkte.
Einerseits wurde im Anschluss an die Versuche der Brandrückstand mit analytischen Methoden mit dem Ziel des Nachweises des Brandbeschleunigers untersucht. Andererseits dienen die gemessenen Größen wie Massenverlustrate, Wärmefreisetzungsrate und Temperaturen innerhalb der Proben als Vergleichsgrößen bei der Validierung numerischer Simulationen und der genutzten Materialmodelle. Ergänzend zu den kleinskaligen
Versuchen wurden die selben Materialien in den in diesem Bericht vorgestellten Raumbränden verwendet, um das Brandverhalten im Originalmaßstab zu untersuchen.
Der gesamte Bericht gliedert sich in drei Teile. Der hier vorliegende Teil 1 thematisiert den Aufbau, die Durchführung und die brandtechnologische Auswertung der Versuche und diskutiert Untersuchungsergebnisse zum Brandverlauf. In Teil 2 werden die analytischen
Methoden zum Nachweis des Brandbeschleunigers in den Brandrückständen vorgestellt und ausgewertet und in Teil 3 werden Empfehlungen zur Probenahme von Proben zum Brandbeschleunigernachweis auf Basis der gewonnen Erkenntnisse im Forschungsprojekt gegeben sowie die Ergebnisse der in diesem Bericht vorgestellten Versuche
vorgestellt.
Die hier beschriebenen Versuche bildeten einen typischen Wohnzimmerbrand ab. In einem Brandraum mit einer Fläche von 20m² wurden verschiedene Einrichtungsgegenstände, wie Sofas, Regale, ein Esstisch, vier Stühle und ein Couchtisch, als Brandlast angeordnet. Insgesamt wurden fünf Versuche bei identischer Brandlast durchgeführt.
Beim ersten Versuch erfolgte die Zündung mit einem Feuerzeug an einem der Sofas.
Bei den vier weiteren Versuchen wurde mit einem Benzin-Diesel-Gemisch als Brandbeschleuniger an jew. unterschiedlichen Positionen im Brandraum gezündet. Während dem Versuch wurden die Temperaturen im Brandraum mit Mantelthermoelementen, Wärmeströme auf Oberflächen mit Plattenthermometern, die Konzentration verschiedener
Gasspezies, der globale Massenverlust, der Fluidmassenstrom durch die Zuluftöffnung und die Wärmefreisetzungsrate gemessen.
Im Anschluss an den Versuch wurden Brandschutt- und Rußwischproben genommen.
Diese wurden mit dem Ziel des Nachweises der verwendeten Brandbeschleuniger analysiert.
Die Zündung mit Brandbeschleuniger führte primär zu einer erhöhten Brandentwicklungsgeschwindigkeit.
Der Flashover trat bei allen Versuchen, die mit Brandbeschleuniger gezündet wurden, wesentlich früher auf, als bei dem ersten Versuch, der mit einem Feuerzeug gezündet wurde. Die erreichten Maximalwerte der brandtechnologischen Kenngrößen, wie beispielsweise die Temperaturen im Brandraum oder die Wärmefreisetzungsrate,
waren jedoch bei allen fünf Versuchen in der gleichen Größenordnung. Die gewonnen Daten zum Brandverlauf können als Vergleichswerte für numerische Simulationen verwendet werden.
Experimentelle und numerische Untersuchungen zur Brandgefährdung in Lagern von Recyclingstoffen
(2013)
Um Stahlbauteile im Brandfall vor einer zu schnellen Erwärmung zu schützen, wird häufig auf reaktive Brandschutzsysteme (RBS) zurückgegriffen. Die Produkte eigenen sich besonders aufgrund der profilfolgenden Applikationsmöglichkeit und der vergleichsweise geringen Beschichtungsdicken. Bei einer Brandbeanspruchung schäumt das RBS auf und bildet eine thermische Schutzschicht um das Stahlprofil aus. Dadurch wird die Erwärmung des Stahls verlangsamt und der temperaturbedingte Festigkeitsverlust verzögert, wodurch sich die Feuerwiderstandsdauer des Stahlbauteils verbessert. Aus Brandversuchen ist bekannt, dass die Leistungsfähigkeit von RBS auf Stahlprofilen mit gekrümmter Oberfläche meist schlechter ausfällt als bei vergleichbaren Bauteilen mit ebener Oberfläche. Zum Einfluss der Oberflächenkrümmung auf die thermische Schutzwirkung von RBS werden in dem folgenden Beitrag sowohl theoretische Hintergründe als auch die Ergebnisse aus Brandversuchen an kleinformatigen Probekörpern vorgestellt. Die systematischen Untersuchungen zeigen, dass mit zunehmender Oberflächenkrümmung die Leistungsfähigkeit des RBS tendenziell abnimmt. Bei der Beurteilung der thermischen Schutzwirkung eines RBS sollte die Oberflächenkrümmung eines Bauteils berücksichtigt werden. Die alleinige Fokussierung auf den Profilfaktor eines Stahlprofils ist im Allgemeinen nicht ausreichend. Die Untersuchungen bilden die Grundlage für die Entwicklung von Screening-Tests zur Beurteilung der Eignung von RBS für gekrümmte Oberflächen, wodurch eine Vorauswahl von Produkten für diesen Einsatzzweck ermöglicht wird.
Meta-analysis of heat release and smoke gas emission during thermal runaway of lithium-ion batteries
(2023)
Herein a meta-analysis of 76 experimental research papers from 2000 to 2021 is given about possible effects on the thermal runaway of lithium-ion battery cells. Data on the hazards of gas emissions and released heat are related to each other and differentiated by cell properties such as, cell geometry, cathode type or state of charge. Quantitative information on the total heat release in the range of 2.0–112.0 kJ Wh−1, the peak heat release rate in the range of 0.006–2.8 kW Wh−1and the smoke gas emission were extracted, normalized in terms of cell energy (Wh), combined in a data library and compared graphically. The total amount of gas emitted (3–48 mmol Wh−1) as well as the released amount of carbon monoxide (1–161 mg Wh−1) and hydrogen fluoride (2–197 mg Wh−1) were investigated as a function of the state of charge and cell geometry. The analysis reveals that the measured values are significantly influenced by the types of calorimeters and smoke gas analyzers used as well as by the type of thermal runaway trigger. This meta-analysis can serve as an important basis for any risk assessment of lithium-ion batteries.
Wesentlich für das Sicherheitsniveau und damit die nachhaltige Wettbewerbsfähigkeit des Technologiestandortes Deutschland ist der Brandschutz in Industrieanlagen, in Gebäuden und im Transportwesen. Der vorbeugende bauliche Brandschutz hat u. a. das Ziel, die Brand- und Rauchausbreitung im Brandfall für eine gewisse Zeit zu behindern, damit die erforderlichen Lösch- und Rettungsarbeiten durchgeführt werden können. Dies geschieht u.a. durch Anforderungen an die Feuerwiderstandsfähigkeit brandbeanspruchter Bauteile. Der Feuerwiderstand eines Bauteils ist die Fähigkeit während eines angegebenen Zeitraums in einer genormten Feuerwiderstandsprüfung bezüglich mechanischer Stabilität und/oder thermischer Isolierung nicht zu versagen. Reaktive Brandschutzbeschichtungen erhöhen für viele Bauteile sehr effektiv den Feuerwiderstand. Die Beschichtungen und die Brandprüfungen müssen jedoch an die immer komplexeren Anwendungen und/oder extremeren Anforderungen angepasst und weiterentwickelt werden. Aktuelle Forschungsschwerpunkte liegen dabei in der Entwicklung neuer Materialien (z.B. Geopolymere, keramisierende Beschichtungen, silikonbasierte Beschichtungen) für extreme Brandszenarien (extreme Temperaturen, lange Beanspruchungszeiten) und in der Realisierung komplexer Funktionalitäten (komplexe Geometrien, bewegliche Komponenten) sowie in der Entwicklung neuer Testmethoden (Feuerwiderstand als bench-scale Tests, kostengünstiges Screening, Feuerwiderstand in extremen Brandszenarien). Die Entwicklung geht dabei weg von der präskriptiven Bewertung hin zur leistungsorientierten (performance-based) Bewertung in individuellen Brandszenarien oder von komplexen Bauteilen. Im Rahmen dieser Arbeit werden Lösungsansätze für die neuen Herausforderungen an die reaktiven Brandschutzsysteme unter Extrembedingungen und deren Testmöglichkeiten vorgestellt und diskutiert. Im Mittelpunkt stehen dabei neu entwickelte bench-scale Testmethoden zum Screening von neuen Beschichtungsmaterialien sowie zur Beurteilung spezieller bzw. materialspezifischer Aspekte des Feuerwiderstands unter Extrembedingungen.
The inhalationof smoke gases is awell-established cause of poisoning and leads to the death of fire victims. Carbonmonoxide(CO) and Hydrogen cyanide (HCN) are two of the main noxious gases,whereby HCN is formed by an incomplete combustion of materials containing nitrogen. These materials may be natural materials, such as wool, silk and feathers or synthetic plastics, such as polyacrylonitrile (PAN), polyamide and polyurethane. These materials are very common in modern household furnishings; therefore, notonlyCObutalsoHCN can be produced during home fires. Up tonowonly a fewstudieshave been carried out on the generation of HCN as the fire proceeds, e. g. by Crewe et al. The data from such analyses are useful for forensic purposes. This enables the possibility to more accurately assess the events at the fire location, the Situation in which the fire victims are found as well as the cause of death. One way to analyze the gas composition of smoke is to perform bench scale fire tests, where various fire scenarios can be simulated on a smaller scale (e. g. using a smoke density chamber). The results from such experiments were compared with the results obtained in an enclosed room fire test.
The hazards for passengers during vehicle fires result from the increasing temperature and the emitted smoke gases. A fire was set on a car to investigate the development of temperature and of gaseous fire products in the passenger compartment. The study was based on a full-scale test with a reconstructed scene of a serious car fire. The aim of this work was to identify the conditions for self-rescuing of passengers during a car fire.
A dummy, equipped with several thermocouples, was placed on the driver’s seat. Also, the smoke gases were continuously collected through a removable probe sensor corresponding to the nose of the dummy in the passenger compartment and analyzed using Fourier transform infrared spectroscopy. Additionally, several car components were investigated in the smoke density chamber (smoke emission and smoke gas composition). It was found that the toxic gases already reached hazardous levels by 5 min, while the temperatures at the dummy were at that time less than 80 °C. The toxicity of smoke gases was assessed using the
fractional effective dose concept. The various experimentally parameters (temperature and smoke gas composition) were implemented into numerical simulations with fire dynamics simulator. Both the experimental data and the numerical simulations are presented and discussed.
Solarmodule im Brandfall
(2014)
Es wurden systematische Brandversuche an verschiedenen PV-Modulen durchgeführt. Dabei wurden verschiedene Brandszenarien unterschiedlicher Beanspruchungsniveaus mit handelsüblichen Modulen realisiert und das Brandverhalten sowie die Feuerwiderstandsfähigkeit analysiert. Brände an Photovoltaik-Anlagen sind extrem selten, treten aber dennoch auf. Fünf verschiedene Modularten, dazu gehörten monokristalline Si-Dickschicht- und Si-Dünnschicht-Module, CIGS-, CdTe-Module sowie Silizium-Folien-Module, wurden verschiedenen Brandszenarien unterworfen. Dabei wurden verschiedene Brandsätze ober- und unterhalb der PV-Module auf einem Schräg- und Flachdach gezündet, um das Brandverhalten beurteilen zu können.
Smoke and fire analysis
(2013)