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In den letzten Jahrzehnten wurde die Degradation der polymeren Matrix von flammgeschützten Polymeren eingehend untersucht. Erst in den letzten Jahren jedoch hat sich die Frage der Lebensdauer der Funktionalität des Flammschutzes selbst als wichtige Fragestellung herauskristallisiert, z.B. bei Kabeln. Deshalb sollte diese Fragestellung durch systematisch-variierte künstliche Klima- und Bewitterungstests an flammgeschützten Polymerwerkstoffen untersucht werden.
The durability of flame retardancy is a challenge for cables over long lifetimes. The degradation of flame retardance is investigated in two kinds of exposures, artificial weathering and humidity. In this basic study, typical mineral flame retardants in two polymers frequently used in cable jackets are investigated to get the fundamental picture. Aluminum hydroxide (ATH) and magnesium hydroxide (MDH) are compared in ethylene‐vinyl acetate (EVA), and further in EVA and linear low‐density polyethylene (LLDPE) cables containing the same ATH. The changes in chemical structure at the surface are studied through attenuated total reflectance Fourier transform infrared spectroscopy (ATR‐FTIR), the formation of cracks, and changes in color are investigated. The cone calorimeter and a bench scale fire testing cable module are utilized to evaluate the fire behavior of the cables. Although the flame retardancy deteriorated slightly, it survived harsh exposure conditions for 2000 h. Compared to EVA/MDH and LLDPE/ATH, the fire behavior of EVA/ATH is the least sensitive. Taken together, all of the results converge to estimate that there will be no problem with flame retardancy performance, for materials subjected to natural exposure for several years; the durability of fire retardancy is questionable for longer periods, and thus requires further investigation.
Influence of Weathering on the Stability of Flame Retardancy in Polymeric Materials for Outdoor Use
(2009)
Influence of weathering on the stability of flame retardancy in polymeric materials for outdoor use
(2009)
We report the selective ring opening copolymerisation (ROCOP) of
oxetane and phthalic thioanhydride by a heterobimetallic Cr(III)K
catalyst precisely yielding semi-crystalline alternating poly(esteralt-
thioesters) which show improved degradability due to the
thioester links in the polymer backbone.
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.
The influence of weathering on the fire retardancy of polymers is investigated by means of a cone calorimeter test, before and after artificial weathering. The surface degradation was monitored using different techniques (ATR–FTIR, microscopy, colour measurement). Different kinds of polymeric materials were chosen, all as they are used in practice: polycarbonate (PC) blends, polyamide (PA) and polypropylene (PP) flame-retarded with arylphosphate, melamine cyanurate (MC) and intumescent formulation based on ammonium polyphosphate (APP), respectively.
All samples show material degradation at the surface due to weathering. No significant weathering influence occurs on the flame retardancy when it is a bulk property, as was observed for aryl phosphates in PC blends and MC in PA. When the fire retardancy is dominated by a surface mechanism, dependence on the duration of weathering is detected: for intumescent formulations based on ammonium APP in PP, a worsening in the formation of the intumescent network was observed.
As the results of a 14 weeks outdoor exposure of a series of automotive coatings in South Florida, the panels were found to be overgrown with an almost closed layer of mildew. Pinholes remained as permanent surface damage after removing the mildew mycelium. The extent of the damage differed in dependence of the kind of the coating. By tracing the images and profiles of the coating surfaces systematically over all phases of weathering and the subsequent cleaning procedure, a connection between formation of pinholes and mildew growth could be found. Outdoor weathering tests in other regions of Florida as well as in Europe and Australia showed that pinholes caused by mildew attack could also be found in all other locations, but always to a lower extent than in South Florida. The standardised mildew tests EN ISO 846 and MIL-STD 810F for laboratory exposure failed to reproduce the formation of pinholes.
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.
Die Forderung, dass der Flammschutz von Kunststoffen nicht nur zum bei der Herstellung der jeweiligen Produkte, sondern auch über die gesamte Einsatzdauer im geforderten Maß wirksam ist, stellt eine große Aufgabe dar. Ferner ist die Anforderung für viele Produkte in der Praxis neu, da bisher vor allem der Einfluss der Flammschutzmittel auf die Stabilität der Polymerwerkstoffe, nicht aber die Stabilität des Flammschutzes untersucht wurde. Das Langzeitverhalten halogenfreier Systeme ist bis heute wenig untersucht, insbesondere weil Phosphor- und Stickstoff-basierte Systeme die oxidative Beständigkeit von Polymeren weniger zu beeinflussen scheinen als halogenhaltige FSM. Die Frage, wie zuverlässig der Flammschutz wirkt, wenn Kunststoffe einige Jahre im Innen- und Außenbereich im Einsatz sind und dabei wechselnden Beanspruchungen ausgesetzt waren, wurde bislang nur vereinzelt untersucht. Mögliche Auswirkungen von Witterungseinflüssen auf flammgeschützte Polymerwerkstoffe sind, dass die Flammschutzmittel selbst abbauen, ausgewaschen werden, oder auch durch Wechselwirkung mit den eingesetzten Additiven oder mit den Alterungsprodukten der Polymermatrix in ihrer Wirkung nachlassen. Hier bestand großer Forschungsbedarf, um an den Punkt zu gelangen, die Beständigkeit der Flammschutzeigenschaften eines Produktes über seine gesamte Lebensdauer zuverlässig garantieren zu können. Diese Fragestellung greift das durchgeführte Forschungsvorhaben auf.
Ziel war die Untersuchung der Langzeitstabilität der Flammschutzwirkung von halogenfrei flammgeschützten Polymerwerkstoffen unter diversen Witterungseinflüssen. Dazu wurden die Schädigungsmechanismen der Polymerwerkstoffe und der Flammschutzmittel sowie die auftretenden Wechselwirkungen analysiert, um ein Verständnis für die ablaufenden Prozesse zu entwickeln und Empfehlung für die Reduzierung der Alterung zu erarbeiten. Gegenstand der Untersuchungen waren anwendungsrelevante Flammschutz-Konzepte, die miteinander verglichen wurden. Die Erarbeitung von Struktur-Eigenschafts-Beziehungen ermöglichte die Beschreibung der Empfindlichkeiten und den Vergleich zwischen den Systemen. Darauf basierend wurden für die FSM spezifische Leitlinien für die Optimierung der Langzeitstabilität des Flammschutzes erstellt.