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Ingenieurbauwerke wie Brücken, hoch beanspruchte Verkehrsflächen oder auch Hochhäuser und deren Bauwerksteile wie z.B. Hochhausfassaden werden aus technischen und ästhetischen Gründen durch Fugen in Einzelabschnitte unterteilt. Zur Sicherstellung der Gebrauchsfähigkeit und zum Schutz des Gesamtbauwerks, aber in zunehmendem Maße auch zur statisch-konstruktiven Anbindung der Bauwerksteile, werden diese Fugenspalte in aller Regel durch spezielle Fugenfüllsysteme verschlossen. Aufgrund der hohen Sicherheitsrelevanz bei Fugenfüllungen im Glasfassadenbau fordert das Baurecht auch bei diesen Bauprodukten als Voraussetzung für die baupraktische Verwendbarkeit neben dem Nachweis der Funktionsfähigkeit auch den Nachweis der Dauerhaftigkeit. Da die hierfür bekannten Nachweismethoden zur Dauerhaftigkeit keine allgemeine Zulassungsakzeptanz finden, kann das ästhetische, bauphysikalische und ökonomische Potential von modernen geklebten Ganzglasfassaden (sogenannte SSG-Fassaden) in der Baupraxis der Bundesrepublik Deutschland derzeit nicht ausgenutzt werden. Grund dafür sind die ungenügend erfassten und in den Bewertungsverfahren simulierten Wechselwirkungen derartiger Baukonstruktionen mit der Umwelt. In diesem Beitrag soll am Beispiel moderner Fugen im Glasfassadenbau (SSG-Fassaden) eine ganzheitliche gebrauchsbezogene Versuchsmethodik zur kontrollierten Ansprache der Funktionsfähigkeit und Dauerhaftigkeit von Fugensystemen unter realitätsnah und reproduzierbar simulierten Umwelteinwirkungen vorgestellt werden. Dazu werden die maßgebenden Umwelteinflüsse und die Quantifizierung der daraus folgenden Beanspruchungen auf derartige Fugensysteme dargestellt. Basierend darauf werden eine repräsentative Beanspruchungsfunktion zur Nachstellung der maßgebenden Umwelteinflüsse und Beanspruchungen auf das System Tragrahmen - Fugenfüllung- Glasscheibe sowie eine geeignete Probendimensionierung abgeleitet. In der Konsequenz werden die Erkenntnisse in den Aufbau einer neuartigen komplexen Versuchseinrichtung überführt. Funktionsprinzip und Leistungsparameter dieser Anlage zur Umweltsimulation werden vorgestellt. Die Möglichkeiten der Systemkennzeichnung werden vorgestellt. Erste Versuchsergebnisse zeigen das Potential der neuartigen Bewertungsmethodik auf, die Kunst der Fuge im Bauwesen gebrauchsorientiert weiter zu entwickeln.
The surface temperature of test specimens exposed to natural and artificial solar radiation are roughly ascertained with black standard thermometers BST and white standard thermometers WST. For the calibration of these thermometers a new European Standard prEN 16465 was published in 2015, describing the well-known contact method and a new contactless method with a pyrometer. It can be confirmed that the temperature calibrations according to the two methods provide different calibration results which are not interchangeable (which is already stated in the scope of this standard). The described contactless method to determine the surface temperature 'under radiation load' results in clearly too high temperatures. This paper tries to highlighting the reasons.
A new irradiation device for the exposure of plastic products is presented. Developed in the BAM division 3.1 "Dangerous Goods Packaging" it can be used for artificial UV irradiation of plastic Containers filled with hazardous liquids.
Present regulations and tests only investigate the exposure effects of UV and of media separately, but as the damaging effect is expected to be synergistic for at least some media, a combined test was looked for.
A chamber of 60 cm by 60 cm base area and 1 m height gives space for up to 40 cm wide objects. Two fluorescent UV lamp arrays are arranged on opposite walls, separated from the chamber by quartz glass panes. By continuously rotating the exposure object by means of a rotary disc that the object is placed on, spatial irradiation homogeneity is achieved over the exposure duration. The spectral irradiance of the chosen UVA 340 nm lamps gives the best match of global solar radiation in the short wavelength ränge. The close arrangement of the UVA lamps (15 each side) results in 60 W m'2 UV irradiance.
Constant temperature is adjusted to typically 40 °C by the control of the fan speed. This temperature is chosen, as it is the required temperature for three week storage of filled polyethylene Containers, for proving Chemical compatibility in the field of dangerous goods. To ensure homogeneity, an interiorfan provides for air circulation.
Häufig ist es wünschenswert, für neue Materialien oder Anwendungen künstliche Bewitterungsverfahren zu benutzen, die auf die spezifischen Anforderungen besser zugeschnitten sind, als es bei bestehenden standardisierten Verfahren der Fall ist. Nachdem man die spezifischen Parameter der Beanspruchung unter Anwendungsbedingungen und die spezifische Empfindlichkeit des Materials erfasst hat, beginnt ein Prozess, der als „Test Tailoring“ häufig abstrakt verwendet, auf den aber nur selten näher eingegangen wird. Genau dieser Prozess soll hier am Beispiel der Entwicklung eines künstlichen Bewitterungstests unter saurer Beaufschlagung, dem in der BAM entwickelten Acid Dew and Fog Test, beispielhaft erläutert werden.
Additively manufactured test specimens made of polyamide 12 (PA 12) by Laser Sintering (LS) as well as of acrylnitril-butadien-styrol (ABS) by Fused Layer Modeling (FLM), were tested with active thermography. For this, two different excitation methods (flash and impulse excitation) were used and compared, regarding the suitability for the detection of constructed and imprinted defects. To increase the quality of the thermograms, data processing methods like thermal signal reconstruction (TSR) and Fourier-Transformation were applied. Furthermore, the long-term stability of the probes towards environmental stress, like UV-radiation, heat, water contact and frost is being investigated in the presented project with artificial weathering tests.
Es wird ein Verfahren zur Charakterisierung der Beständigkeit und Langzeitstabilität von additiv gefertigten Kunststoff-Bauteilen vorgestellt. Dabei sollen die Prüfkörper über 2000 Stunden künstlich bewittert und währenddessen die Änderungen der Eigenschaften der Bauteile zerstörungsfrei untersucht werden.
Mit additiven Fertigungsverfahren hergestellte Bauteile und Produkte aus Kunststoffen werden zunehmend nicht mehr nur als Prototypen, sondern als voll funktionsfähige Bauteile und Produkte gefertigt. Bedingt durch die Fertigungsprozesse und den schichtweisen Aufbau resultieren physikalische Materialeigenschaften, die stark von den Fertigungsparametern abhängen und zudem anisotrop sind. Von den Fertigungsparametern werden auch die Oberflächeneigenschaften beeinflusst, sodass zu erwarten ist, dass sich die Beständigkeit gegenüber äußeren Umwelteinflüssen bei additiv gefertigten Bauteilen von der konventionell gefertigter unterscheiden kann. Nachfolgend wird daher die Entwicklung eines Qualitätssicherungskonzeptes basierend auf spektroskopischen und zerstörungsfreien Prüfverfahren vorgestellt, in dem der Alterungsprozess von mittels Fused Deposition Modelling (FDM) und mittels Lasersintering (LS) hergestellten Probekörpern untersucht wird.
The effects of weathering exposure on unfilled and filled thermoplastic polyurethanes (TPU) materials are described as performed under different humidity conditions. For this purpose, a weathering device was used with UV-A 340 nm lamps at a constant temperature of 40 °C. The effects of environmental (UV and humidity condition) degradation on the frictional properties of TPU materials are presented along with surface analyses to characterize the chemistry of the degradative process. Photooxidative degradation of unfilled polymer leads to deterioration of physical and mechanical properties, which affects its tribological behavior significantly. Due to crosslinking, the stiffness of the material increases, reducing drastically the friction coefficient of unfilled TPUs. The frictional behavior of glass fiber reinforced TPU is less affected by radiation.
Exposure response function for a quantitative prediction of weathering caused aging of polyethylene
(2019)
The exposure response function of the carbonyl formation over the bulk has been determined for a high-density polyethylene of a thickness of 200 μm, which was used as a weathering reference material according to ISO TR 19032. To this end, spectral sensitivity was studied by local measurement of the effect of spectrally dispersed irradiation. Both the exposure device and the methodology of determination are described.
The temperature dependency of photooxidation was determined by UV exposure at various temperatures between 23 and 80 °C. Deviations from linearity and thus reciprocity below 40 °C are discussed and assumed to be related to diffusion limitations. An Arrhenius approach –based on data of linear carbonyl formation – has been incorporated into the exposure response function. Using this exposure response function, aging in terms of the distribution of a quantitative property change over a plastic component can be predicted for a specific outdoor location with real chronologic weather data as input for the exposure. Thus, artificial and natural weathering can be linked and compared. The established exposure response function has been validated by outdoor exposure results from the literature. If an estimated diffusion limitation is taken into consideration, calculations and published data are in good agreement.
In the present study, a simple approach was used to investigate the effect of UV-exposure on two high density Polyethylene materials (PE-HD), commonly used for storage tanks, on fuel sorption behavior and colonization by microorganisms. The aim was to investigate whether the sorption behavior of the fuels (diesel/biodiesel) and the colonization by microorganisms, frequently occurring in the fuel, is affected and may lead to undesirable or safety-relevant material changes. We showed that the UV-irradiation leads to significant changes of the sorption behavior due to chemi-crystallization and crosslinking. The fuel Sorption is affected by the UV-induced formation of polar carbonyl and hydroxyl groups predominantly occurring at the surface. With respect to microbial colonization behavior for Bacillus subtilis and Pseudomonas aeruginosa, isolated from a contaminated diesel sample, differences of the initial adhesion could be shown depending on the initial type of polyethylene as well as on the degree of UV-induced degradation.
The impact fracture behavior of two common high-density polyethylene grades for container applications were intensively studied by the instrumented Charpy impact test after well-defined exposure to UV-irradiation. Individual stages of the impact event, such as crack initiation and crack propagation energy as well as maximum impact load, were investigated from the recorded load–deflection curves. UV-induced material property changes were further investigated by infrared spectroscopy, differential scanning calorimetry, and dynamic-mechanical analysis as well as density measurements. Based on the results of the Charpy impact test, three indicators were identified to describe the extend of photooxidation on high-density polyethylene: (a) a reduced Charpy impact strength—at least to half of its initial value for a distinctly brittle impact fracture, (b) a marked decrease in the crack propagation contribution to the impact strength, and (c) an increase of the brittle features of the fracture surface.
In previous papers, we investigated the influence of biodiesel or diesel on mechanical properties of a high-density polyethylene (PE-HD) for tank applications using Charpy impact tests and dynamicmechanical analysis (DMA). In this work, covering two more PE-HD materials, we extend our study to addressing the tensile properties, especially changes of Young's modulus, after immersion in biodiesel or diesel at 60 °C. As we cover sorption and desorption behavior, during desorption, i.e. storage at 60 °C in a circulating air oven, ageing or degradation phenomena were also observed and characterized in some detail using spectral reflectance measurements and FT-IR spectroscopy. The results obtained here support the concept of co-oxidation, i.e. the faster oxidation of the PE-HD matrix if the samples were previously saturated with biodiesel, itself easily oxidizable.
Transport und Lagerung flüssiger Chemikalien erfolgen häufig in HDPE-Behältern. Diese Behälter müssen Bauteilprüfungen bestehen, die mechanische und chemische Beanspruchungen kombinieren. UV-Beanspruchungen sind kein Bestandteil der Zulassungsprüfungen; gefordert wird aber eine ausreichende UV-Stabilisierung. Inwiefern diese UV-Stabilisierung aber abhängig vom jeweiligen Füllgut ist, soll hier untersucht werden.
Vorgestellt wird der experimentelle Aufbau zur kombinierten Beanspruchung von Kunststoffproben durch UV-Strahlung und flüssige Chemikalien. Aufgrund des Gefährdungspotenzials sind dabei entsprechende Sicherheitsvorgaben einzuhalten. Ziel ist die Bewertung synergistischer Effekte beider Einzelbeanspruchungen. Die Wirksamkeit verschiedener Stabilisierungskonzepte bei Beanspruchung durch 55 %-ige Salpetersäure wird beleuchtet. Es wird anschaulich gezeigt, dass nur pigmentiertes HDPE ausreichende Stabilität aufweist.
Weathering reference materials (WRMs) are used to characterize the harshness of an exposure, aiming on either reproducibility of a specific exposure or on the comparability between various kinds of natural or artificial weathering exposure.
The materials that are used as weathering reference materials differ in their sensitivities (as well as in interactions and interferences of the latter), conditioned by the different processes which lead to the respective property change. It is also essential to take into account the necessary measurement equipment for the respective property change, in order to allow timely intervention.
What are the key issues on choosing a weathering reference material?
What can be learned from the weathering reference materials, investigated so far?
Possibilities and limitations are discussed on the basis of existing weathering reference materials. Conclusions are drawn, for establishing new weathering reference materials.
On the basis of a lot of investigation on the spectral sensitivity of photo degradation of plastics and on the underestimated influence of temperature and relative humidity on degradation processes a new type of weathering device was presented at the end of the seventies:
It was a combination of a radiation source with fluorescent UV lamps and a precise climatic cabinet.
The radiation emission from a combination of four different types of fluorescent UV lamps was superimposed on the specimen surfaces in the climatic cabinet to match the UV part of solar radiation as closely as possible. Air temperature was controlled to within ± 1 °C, and relative humidity to within ± 5 %RH.
As the lamps’ emission is focussed on the UV range almost no radiation heating of the sample occurs. Therefore, the temperature of the sample, which is the quantity of consideration for the degradation, is nearly identical with the chamber’s air temperature, which is the quantity to be controlled. Also, therefore, high humidity can be obtained on the sample surface. The limitation of the emission to the UV range is sufficient for the study of the polymer matrix.
This type of weathering device offers an exactness of microclimatic control of the sample’s surface, which should be a standard for weathering devices. Even now it is the only weathering device which generates pure relative humidity (without aerosol).