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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.
Synergistic multicomponent systems containing melamine poly(metal phosphate)s have been recently proposed as flame retardants. This work focuses on the decomposition pathways, molecular mechanisms and morphology of the fire residues of epoxy resin (EP) flame retarded with melamine poly(zinc phosphate) (MPZnP) to explain the modes of action and synergistic effects with selected synergists (melamine polyphosphate (MPP) and AlO(OH), respectively). The total load of flame retardants was always 20 wt.%. The decomposition pathways were investigated in detail via thermogravimetric Analysis coupled with Fourier transform infrared spectroscopy. The fire residues were investigated via elemental analysis und solid-state nuclear magnetic resonance spectroscopy. The morphology of intumescent fire residues was investigated via micro-computed tomography and scanning electron microscopy.
EP + (MPZnP + MPP) formed a highly voluminous residue that showed structural features of both EP + MPZnP and EP + MPP, resulting in a highly effective protection layer. EP + (MPZnP + AlO(OH)) preserved the entire quantity of phosphorus content during combustion due to the Formation of Zn₂P₂O₇ and AlPO₄.
Multilayer Graphene (MLG), a nanoparticle with a specific surface of BET = 250 m²/g and thus made of only approximately 10 graphene sheets, is proposed as a nanofiller for rubbers. When homogenously dispersed, it works at low loadings enabling the replacement of carbon black (CB), increase in efficiency, or reduction in filler concentration. Actually the appropriate preparation yielded nanocomposites in which just 3 phr are sufficient to significantly improve the rheological, curing and mechanical properties of different rubbers, as shown for Chlorine-Isobutylene-Isoprene Rubber (CIIR), Nitrile-Butadiene Rubber (NBR), Natural Rubber (NR), and Styrene-Butadiene Rubber (SBR). A mere 3 phr of MLG tripled the Young’s modulus of CIIR, an effect equivalent to 20 phr of carbon black. Similar equivalents are observed for MLG/CB mixtures. MLG reduces gas permeability, increases thermal and electrical conductivities, and retards fire behavior. The later shown by the reduction in heat release rate in the cone calorimeter. The higher the nanofiller concentration is (3 phr, 5 phr, and 10 phr was investigated), the greater the improvement in the properties of the nanocomposites. Moreover, the MLG nanocomposites improve stability of mechanical properties against weathering. An increase in UV-absorption as well as a pronounced radical scavenging are proposed and were proved experimentally. To sum up, MLG is interesting as a multifunctional nanofiller and seems to be quite ready for rubber development.
Multilayer graphene/chlorine-isobutene-isoprene rubber nanocomposites: the effect of dispersion
(2016)
Multilayer graphene (MLG) is composed of approximately 10 sheets of graphene. It is a promising nanofiller just starting to become commercially available. The Dispersion of the nanofiller is essential to exploit the properties of the nanocomposites and is dependent on the preparation method. In this study, direct incorporation of 3 parts per hundred of rubber (phr) MLG into chlorine-isobutene- isoprene rubber (CIIR) on a two-roll mill did not result in substantial enhancement of the material properties. In contrast, by pre-mixing the MLG (3 phr) with CIIR using an ultrasonically assisted solution mixing procedure followed by two-roll milling, the properties (rheological, curing, and mechanical) were improved substantially compared with the MLG/CIIR nanocomposites mixed only on the mill. The Young’s moduli of the nanocomposites mixed in solution increased by 38%. The CIIR/MLG nanocomposites produced via solution showed superior durability against weathering exposure.