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- 7.4 Baustofftechnologie (3)
- 8 Zerstörungsfreie Prüfung (3)
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As most of polymeric materials are inherently flammable, flame retardants (FR) are commonly used to reduce their fire risks. Nevertheless, these flame retardant materials are often detrimental to smoke parameters like specific optical density or smoke toxicity. The influence of several smoke suppressants (SP)-zinc stannate, zinc phosphate, titanium oxide and hydrotalcite-were investigated with respect to flame retardancy, smoke emission, particle emission and smoke toxicity in a diethyl aluminum phosphinate (AlPi) flame retardant polyamide 6.6 (PA6.6). It was shown that the interaction between SP, FR and polymer is crucial for smoke and fire properties and can change the mode of action of the FR as well the decomposition mechanism of the polymer. Small amounts of SP show less effect on forced flaming behavior and the optical density, but they can influence flammability and the particle size distribution of the soot particles. The flame retardancy was significantly enhanced by 5 wt.-% zinc stannate in PA6.6 under forced flaming conditions. The charring mechanism was improved, and the mode of action of AlPi switched from the gas to the condensed phase. This resulted of in a reduced PHRR and TSP and an increase in residue yield. The smoke toxicity and optical density were reduced in the smoke density chamber as well. The smoke particles shifted to smaller sizes as the time in the pyrolytic zone increased. The formation of a dense char is assumed to be the key factor to enhance smoke suppression and flame retardancy properties.
To ensure fire safety, polymers are filled with flame retardants and smoke suppressants. To meet the highest requirements, it is essential to understand the decomposition of those polymeric materials. This study reveals interactions between polymer, smoke suppressants, and flame retardants, and discusses their impact on the materials’ flame retardancy, smoke emission, smoke toxicity, and particle emission in conventional loadings to provide deeper general understanding. Low melting oxide glass, melem, spherical silica, sepiolite, melamine polyphosphate, and boehmite in an aluminum diethylphosphinate flame-retarded polyamide 6.6 were investigated. All smoke suppressants improve the protective layer and act as an adjuvant. Silica and melem performed best under forced flaming conditions. Spherical silica reduces the peak of heat release rate by 39% and the total heat evolved by 14%, whereas 10 wt% melem lowers the total smoke production by 41%. Melem alters the mode of action of aluminum diethylphosphinate from gas to more condensed phase activity. This change reduces flame inhibition and hence smoke toxicity, but further improves the protective layer due to charring reactions in the decomposition mechanism. In addition, the sizes of the smoke particles decrease because of the prolonged time in the pyrolytic zone. This study highlights that interactions between polymer, flame retardants, and smoke suppressants can significantly determine the smoking and burning behavior.
Commercial grade-1 titanium samples (Ti, 99.6%) were treated using three alternative methods, (i) femtosecond laser processing, (ii) thermal heat treatment, and (iii) electrochemical anodization, respectively, resulting in the formation of differently conditioned superficial titanium oxide layers. The laser processing (i) was carried out by a Ti:sapphire laser (pulse duration 30 fs, central wavelength 790 nm, pulse repetition rate 1 kHz) in a regime of generating laser-induced periodic surface structures (LIPSS). The experimental conditions (laser fluence, spatial spot overlap) were optimized in a sample-scanning setup for the processing of several square-millimeters large surface areas covered homogeneously by these nanostructures. The differently oxidized titanium surfaces were characterized by optical microscopy, micro Raman spectroscopy, variable angle spectroscopic ellipsometry, and instrumented indentation testing. The tribological performance was characterized in the regime of mixed friction by reciprocating sliding tests against a sphere of hardened steel in fully formulated engine oil as lubricant. The specific tribological performance of the differently treated surfaces is discussed with respect to possible physical and chemical mechanisms.
Der vorliegende Bericht ist der 2.Teil eines Gesamtberichtes und schildert ausführlich die im Kontext des BAM-Innovationsoffensive-Projektes „Chemische Brandspurenanalytik“ durchgeführten Untersuchungen und fasst die gewonnenen analytischen Erkenntnisse zusammen. Der gesamte Bericht gliedert sich in drei Teile. Der erste Teil beinhaltet den Aufbau, die Durchführung und die brandtechnologische Auswertung der durchgeführten Raumbrandversuche, während in dem hier vorliegenden Teil die analytischen Methoden zum Nachweis des Brandbeschleunigers in den Brandrückständen vorgestellt und ausgewertet werden. Die Beurteilung von Brandspuren und daraus abgeleitet die Rekonstruktion eines Brandverlaufes beruhen auch auf der präzisen chemischen Analyse der Brandprodukte. Im Rahmen dieses Projektes wurde eine innovative Methodik entwickelt, wie verfügbare Analysetechniken in geeigneter Weise kombiniert werden können, um aus festen, flüssigen und gasförmigen Brandrückständen Rückschlüsse auf den Brandverlauf ziehen zu können. Neben der Untersuchung von Proben von realen Brandorten wurden verschiedene wohnungstypische Materialien unter Laborbedingungen unterschiedlichen Brandszenarien unterworfen. Die dabei entstehenden Brandgase, Aerosole sowie der verbleibende Brandrückstand wurden durch geeignete analytische Verfahren analysiert, um mögliche Brandursachen beurteilen zu können. Der Schwerpunkt dieses Berichtes liegt in dem Nachweis von Brandbeschleunigern. Es zeigte sich, dass mittels der Kombination aus HS-SPME-GC-MS sowohl in den festen Brandrückständen, als auch in den Kondensaten Brandbeschleuniger eindeutig und verlässlich nachgewiesen werden können. 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, die im Bericht Teil 1 enthalten sind, 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 genommen und mit Hilfe einer entwickelten HS-SPME-GC-MS-Methode (Headspace-Solid Phase Micro Extraction-Gas Chromatographie-Massenspekrometrie) in Hinblick eines möglichen Brandbeschleunigernachweis analysiert.