Filtern
Erscheinungsjahr
Dokumenttyp
- Beitrag zu einem Tagungsband (49)
- Zeitschriftenartikel (47)
- Beitrag zu einem Sammelband (42)
- Vortrag (42)
- Posterpräsentation (4)
- Monografie (1)
- Buchkapitel (1)
- Dissertation (1)
- Forschungsbericht (1)
Sprache
- Englisch (107)
- Deutsch (80)
- Mehrsprachig (1)
Schlagworte
- Weathering (39)
- Bewitterung (26)
- UV (15)
- Chemiluminescence (13)
- Artificial weathering (11)
- Spectral sensitivity (10)
- Künstliche Bewitterung (9)
- Alterung (6)
- Degradation (6)
- Action spectra (5)
Organisationseinheit der BAM
- 7 Bauwerkssicherheit (30)
- 7.5 Technische Eigenschaften von Polymerwerkstoffen (30)
- 3 Gefahrgutumschließungen; Energiespeicher (11)
- 3.1 Sicherheit von Gefahrgutverpackungen und Batterien (11)
- 8 Zerstörungsfreie Prüfung (6)
- 8.0 Abteilungsleitung und andere (6)
- 6 Materialchemie (5)
- 6.3 Strukturanalytik (4)
- 5 Werkstofftechnik (3)
- 5.3 Polymere Verbundwerkstoffe (2)
Eingeladener Vortrag
- nein (42)
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.
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.
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.
Das vorgestellte Projekt beschäftigt sich mit den optischen, thermophysikalischen und mechanischen Materialeigenschaften von additiv gefertigten Kunststoffteilen und deren Alterung. Dazu wurden mittels Fused Layer Modeling (FLM) Probekörper aus ABS hergestellt, die anschließend für drei Monate einer künstlichen Bewitterung unterzogen wurden. Die dabei erzeugte definierte Alterung wurde nach drei Zeitabschnitten jeweils mit zerstörungsfreien Methoden charakterisiert. Dabei wurde neben den spektroskopischen Standardmethoden auch die aktive Thermografie eingesetzt. Die Ergebnisse zeigen, dass sich mittels der Thermografie sowohl chemische Veränderungen als auch mechanische Schädigungen (Fehlstellen) darstellen lassen. Die Bewitterung beeinflusst die Teiltransparenz der Proben zumindest im sichtbaren Spektralbereich, was bei der Charakterisierung der Fehlstellen, die mittels optisch angeregter aktiver Thermografie detektiert wurden, berücksichtigt werden muss.
Durch das Füllen von Polymeren mit Nanopartikeln oder Nanoröhren werden verbesserte Materialeigenschaften z.B. bezüglich mechanischer Stabilität, Witterungsbeständigkeit, elektrischer Leitfähigkeit und Flammschutz angestrebt. Mit dem vermehrten Einsatz derartiger Nanokomposite gewinnen aber auch Fragen des Umwelt- und Gesundheitsschutzes an Bedeutung. Es gilt zu klären, ob durch Herstellung, Benutzung und Witterungsbeanspruchung möglichweise nanoskalige Partikel freigesetzt werden können. Zu diesem Zweck wurden mit Kohlenstoffnanoröhren, Carbon Nanotubes (CNT), gefüllte Polymerkomposite spektral breitbandig wie auch quasimonochromatisch unter variierter klimatischer Beanspruchung bestrahlt. Die sich vor allem an der Oberfläche mit der Alterung abzeichnenden Veränderungen wurden mikroskopisch und spektroskopisch charakterisiert.
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.
To determine a polymer’s spectral response of photo degradation, two main methods have been established. The so-called “filter technique” uses polychromatic radiation, which is filtered by a set of various sharp cut-on filters. This procedure provides separated reading points of an activation spectrum of the investigated material. With the "spectrographic technique” a specimen is irradiated with pectrally dispersed radiation, locally quasi monochromatically, and the local property changes.are related to the radiant exposure at the respective wavelengths. A third method, the irradiation of specimens with quasi monochromatic radiation behind interference filters, is rarely used.
These methods have advantages and disadvantages and therefore, there are limits for conclusions from these spectral data. Concerning the quasi monochromatic Irradiation of specimens the development of new UV radiation sources looks promising.
With the rapid development of inexpensive UV Light-emitting diodes (LEDs), new : sources of nearly monochromatic radiation in the UV ränge are available, even down to about 250 nm. To determine the spectral response, the use of such UV-LEDs in TO-18 ) and TO-39 metal cases combines the advantages of low cost and energy efficiency, stable spectral irradiance, temperature.and humidity control, larger specimen areas, and an easy and stable analysis.
Combinations of different UV LEDs are also discussed as replacement for xenon arc ' radiation sources, see patent application EP01528388A1.
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
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.
Additiv gefertigte Prüfkörper aus Polyamid 12 (Laser Sinter Verfahren) und Acrylnitril-Butadien-Styrol (Fused Layer Modeling Verfahren) wurden über 2000 Stunden künstlich bewittert und ihr Alterungsverhalten untersucht. Die Ergebnisse wurden anschließend mit denen von Prüfkörpern verglichen, welche auf dieselbe Weise künstlich bewittert, aber mittels konventionellem KunststoffSpritzguss hergestellt wurden.
Temperature is an important parameter in weathering tests. In many (photo-)chemical degradation processes a Variation of the specimen temperature by A t = + 1 °C can cause a Variation of AP(property change) by ± 8%.
Since the early eighties it is well known that some types of black panel thermometers can show temperatures that are far below the maximum surface temperature of a black specimen. Although, there were precise requirements for the black coating of the BPT, a replacement by a white coating - depending on the design of the BPT - did not really change the temperature shown by the thermometer. There was no correlation between the BPT and the specimen surface temperature.
In Europe and later at ISO the so-called black- and white-standard thermometers BST/WST were introduced. Now, there are BST and WST (ISO) and there are thermally uninsulated and insulated BPT and WPT (ASTM), partly for artificial or for outdoor exposure. And there are other adventurous procedures to determine surface temperatures.
The different types of thermometers and different procedures will be discussed and it will be shown that there is no procedure which establishes a correlation between outdoor surface temperatures and surface temperatures in artificial exposure tests.
To avoid a catastrophic failure of insulation in high-voltage (HV) applications, a monitoring of partial discharges (PDs) is necessary. Fluorescently labelled polymer optical fibers (F-POF) offer an electrically passive method for PD detection in HV facilities. F-POFs could be embedded in HV cable accessories, which are usually made of silicone rubber. Herein they detect the light emitted by the PD and convert it into an electrical signal that can be monitored. Due to the difficult accessibility of HV cable accessories, a self-healing silicone rubber with prolonged service life after PD detection represents an attractive material design for HV accessories. With this contribution, we would like to present and discuss the possibilities of combining self-healing materials with POF-based sensors for PD detection in HV applications.
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.
Der Anteil von Polymeren als Funktions- und Konstruktionswerkstoffe in dauerhaften medizinischen Anwendungen steigt beständig. Derartige Materialien müssen den mechanischen, biologischen und chemischen Bedingungen im Körper widerstehen (u.a. Abrieb, Hydrolyse, Degradation) und gleichzeitig gut verträglich sein. Der sichere Einsatz von polymeren Materialien erfordert die Kenntnisse über ihre Langzeitstabilität unter verschiedenen äußeren Bedingungen. Diese sind nicht nur beeinflusst durch die unmittelbare Umgebung in vivo, sondern auch durch die Historie der verwendeten Materialien. Dazu zählen u. a. erhöhte Temperaturen unter sauerstoffhaltiger Atmosphäre während der Verarbeitung oder die Exposition von ionisierender Strahlung oder reaktiven Radikalen während der Sterilisation.
Waste disposal of carbon nanotube (CNT) containing products is expected to be the most important pathway for release of CNTs into the environment. In the present work, the use of radiolabelled CNTs (14C-CNT) for polycarbonate polymer nanocomposites with 1 wt% 14C-CNT content allowed for the first time to quantify and differentiate the CNT release according to the type of impact along the materials' ageing history. After an initial exposure of the nanocomposite by solar-like irradiation, further environmental impacts were applied to composite material. They aimed at mimicking disposal site conditions that may induce further ageing effects and CNT release. This study included shaking in water, rapid temperature changes, soaking in humic acid solution as well as waste water effluent, and, finally, gentle mechanical abrasion. All ageing impacts were applied sequentially, both on pristine (control) and on solar-irradiated nanocomposites. All experiments were accompanied by absolute quantification of radioactive release as well as chemical and morphological analyses of the nanocomposite surfaces using infra-red (IR) spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and scanning electron microscopy (SEM). The morphological analysis showed that spectral irradiation can uncover CNT networks on the outer nanocomposite surface layers by polymer degradation. After having subjected the solar-irradiated nanocomposite to all studied disposal site effect, the total radioactive release was quantified to amount to 64 mg CNT/m2, whereas only 0.8 mg CNT/m2 were found for the un-irradiated control sample. Solar degradation of polymers was thus found to significantly increase the propensity of the studied polymer nanocomposites to release CNTs during ageing effects at the product's end-of-life typical for disposal sites.
Quantitative Auswertemöglichkeiten bei der spektralen Bestrahlung – Berechnung des Wirkungsspektrums
(2017)
Für die Bewertung des Wellenlängeneinflusses auf die Alterungsvorgänge bei der Bestrahlung UV- oder lichtempfindlicher Materialien kann die Methode der spektralen Bestrahlung angewendet werden. Im Prinzip wird dabei das linear dispergierte Spektrum einer Strahlenquelle mit kontinuierlichem Spektrum (z.B. Xe-Lampe) auf eine Probenoberfläche abgebildet, so dass Ort einer Materialänderung und Wellenlänge der Bestrahlung einander zugeordnet werden können. Nachfolgende lokal-auflösende Analysemethoden ermitteln eine Eigenschaftsänderung an einem spezifischen Ort der Probe, aus dem sich dann die Bestrahlungswellenlänge ergibt.
Der verwendete Aufbau wird beschrieben. Es wird an einem ausgewählten Beispiel gezeigt, wie durch geeignete Anbindung eines Messsystems zur Bestimmung der spektralen Bestrahlungsstärke und ortsaufgelöste Messungen der Eigenschaftsänderungen eine quantitative Auswertung realisiert werden kann. Der Einfluss nichtlinearer Alterungsverläufe wird diskutiert. Grenzen der Methode werden aufgezeigt und Erweiterungsmöglichkeiten dargestellt.
Quantitative Auswertemöglichkeiten bei der spektralen Bestrahlung – Berechnung des Wirkungsspektrums
(2017)
Für die Bewertung des Wellenlängeneinflusses auf die Alterungsvorgänge bei der Bestrahlung UV- oder lichtempfindlicher Materialien kann die Methode der spektralen Bestrahlung angewendet werden. Im Prinzip wird dabei das linear dispergierte Spektrum einer Strahlenquelle mit kontinuierlichem Spektrum (z.B. Xe-Lampe) auf eine Probenoberfläche abgebildet, so dass Ort einer Materialänderung und Wellenlänge der Bestrahlung einander zugeordnet werden können. Nachfolgende lokal-auflösende Analysemethoden ermitteln eine Eigenschaftsänderung an einem spezifischen Ort der Probe, aus dem sich dann die Bestrahlungswellenlänge ergibt.
Der verwendete Aufbau wird beschrieben. Es wird an einem ausgewählten Beispiel gezeigt, wie durch geeignete Anbindung eines Messsystems zur Bestimmung der spektralen Bestrahlungsstärke und ortsaufgelöste Messungen der Eigenschaftsänderungen eine quantitative Auswertung realisiert werden kann. Der Einfluss nichtlinearer Alterungsverläufe wird diskutiert. Grenzen der Methode werden aufgezeigt und Erweiterungsmöglichkeiten dargestellt.
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.
The aim of the joint project ViPQuali (Virtual Product Qualification) was to describe a components ageing behaviour in a given environment, by numerical simulation.
Having chosen polypropylene (PP) as the material, which does not show sensitivity to moisture, the relevant weathering parameters of the doseresponse functions could be limited to spectral irradiance and temperature.
In artificial irradiation tests, for PP plates of varied stabiliser content, spectral sensitivity as well as temperature dependence of irradiation-caused crack formation was quantified. For that purpose, samples were exposed both to artificial weathering tests at various constant temperatures and to spectrally resolved irradiation. The temperature dependence could be modelled by an Arrhenius fit. For fitting the spectral sensitivity, a plateau function was chosen. Subsequently, the stabiliser content was parameterised and extrapolated.
The formed dose–response functions were incorporated into a Computational Fluid Dynamics (CFD) software program, simulating the environment of a sample within a Phoenix-exposed IP/DP (Instrument Panel/Door Panel box) box, based on sun position and weather conditions, including radiation interactions. Observed local effects as well as the general ageing advance of PP hats are compared with respect to simulation and experiment.
Resulting from this project, for this most simple example of PP of varied stabiliser content, the time to failure can be estimated for each weathering exposure environment with known time-resolved irradiance and temperature conditions.
After several months of operation, many photovoltaic (PV) modules develop a discolouration defect called snail trails which appear as irregular dark traces across the cells. These traces are caused by silver nanoparticles accumulating within the encapsulation foil directly above the grid finger. In this work we systematically investigate combinations of encapsulation and back-sheet foils with respect to their susceptibility for snail trails. We can show that certain additive compositions within the encapsulation and back sheet foils are critical for the formation of the discolouring silver nanoparticles. We suggest a reaction model explaining the formation of snail trails from a chemical point of view. This fundamental understanding allows the rapid testing of foils for their snail trail sensitivity as well as the special design of resistant foils.
Polarized fluorescence and orientational order parameters of a liquid-crystalline conjugated polymer
(1999)
We report a study of the orientational order of aligned thin films of the liquid crystalline conjugated polymer poly(9,9-dioctylfluorene). Steady state polarized fluorescence measurements were used to determine the orientational order parameter <P2> and <P4>. The influence of intermolecular and intramolecular excitation energy transfer on the degree of polarization is discussed. The role of film morphology is also examined by comparison of the results for glassy and crystalline films.
Polarized fluorescence and orientational order parameters of a liquid crystalline conjugated polymer
(1999)
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.
Jerrycans made from three different types of high-density polyethylene (HDPE) were exposed outdoors, for one Berlin summer season. They were filled with a 55 percent nitric acid solution (HN03), pure water, or air, and half of them were protected from sunlight by an UV absorbing canvas. Thus, the separate effects of UV radiation and nitric acid could be compared to the combined impact. Combined impact was mainly affected by decomposition of nitric acid, resulting in presence of reactive nitrogen oxides, increased oxygen partial pressure, and UV radiation energy, simultaneously in vapour phase.
To investigate the degradation effects after the outdoor exposure, jerrycans were exposed to a so called hydraulic internal pressure test, similar to an approval test for dangerous goods packaging. After combined impact of UV radiation and nitric acid, internal pressure tests showed very fast failures, whereas after separate impacts no remarkable deteriorations were observed, compared to unaged jerrycans.
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.
Aufgrund des tieferen Eindringens der solaren Strahlung treten bei transparenten und bei transluzenten (durchscheinenden) Kunststoffen veränderte Bedingungen gegenüber opaken Proben auf. Dies kann zu speziellen Effekten und damit zu einem abweichenden Bewitterungsverhalten führen. Auch aus Mangel an geeigneten Normen werden diese Effekte häufig vernachlässigt. Deshalb initiiert der DIN-FNK auf ISO-Ebene ein entsprechendes Dokument.
Die Norm ist in der Form eines Technical Reports geplant. In einem ersten Teil sollen die Besonderheiten transparenter oder transluzenter Kunststoffe erläutert werden, um den Nutzer für mögliche Probleme zu sensibilisieren. Im zweiten Teil werden Empfehlungen für Bestrahlung oder Bewitterung herausgearbeitet. In einem dritten Teil geht es dann um Besonderheiten bei der Messung von Eigenschaftsänderungen transparenter bzw. transluzenter Kunststoffe. In informativen Anhängen sollen verschiedene Beispiele die Thematik illustrieren.
Photo-oxidative ageing of polymers under defined exposure (UV, humidity) was investigated from two points of view: a) the ageing process Starts from the topmost surface and penetrates slowly towards bulk and b) radicals play an important role among ageing. Therefore, X-ray photoelectron (XPS) and electron spin resonance (ESR) spectroscopy were applied to show both, the progressive incorporation of oxygen during in-situ UV irradiation (XPS) and the formation of radicals (ESR) in the polymer. The intensity of ESR Signals served as measure for radical concentration. The Validation of this correlation was checked for polyethylenes (PE) equipped with different concentrations of Hostavin N30 UV stabilizer.
Natürliche und künstliche Alterung von Polymeren - Bericht über die XXII. Donauländergespräche
(2002)
Different climatic conditions and weather variables during natural and artificial exposure of polymers may be reasons for an unsatisfying correlation between the ageing results. Here the main differences are discussed for:
- Global solar radiation
In weathering devices there is a constant spectral irradiance which is 5 times higher than the averaged spectral irradiance outdoors, which is strongly varying in its diurnal course. Intensified weathering using Fresnel reflectors concentrates only the direct solar radiation with a relatively low UV proportion. Problems of reciprocity may arise from the different mean of irradiance levels.
- Temperatures at specimen surfaces.
Because of the high irradiance levels mentioned above, artificial exposures may lead to high surface temperatures and large temperature differences between differently coloured specimen surfaces, if the artificial radiation source emits much VIS- and IR-radiation. Outdoors the surface temperature and temperature differences of exposed specimens are influenced by considerably lower irradiance levels and additionally by an effective radiation loss in the night.
- Relative humidity at specimen surfaces
In weathering devices the relative humidity at specimen surfaces is very low if it is uncontrolled. If controlled by ultrasonic humidifiers or spray nozzles, the additional exposure to water droplets is quite likely.
- Wetness on specimen surfaces
All usual spray programs prescribed in weathering standards recommend frequently changing of short spray/dry periods and result in total times of wetness (TOW) of the exposed specimen surfaces which is only about 30 % of the outdoor TOW.
- Acidic precipitation and bio films
Acidic precipitation and bio films are usual outdoor conditions which are only considered in special weathering tests.
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.
High loadings of carbon black (CB) are usually used to achieve the properties demanded of rubber compounds. In recent years, distinct nanoparticles have been investigated to replace CB in whole or in part, in order to reduce the necessary filler content or to improve performance. Multilayer graphene (MLG) is a nanoparticle made of just 10 graphene sheets and has recently become commercially available for mass-product nanocomposites. Three phr (part for hundred rubbers) of MLG are added to chlorine isobutyl isoprene rubber (CIIR)/CB composites in order to replace part of the CB. The incorporation of just 3 phr MLG triples the Young’s modulus of CIIR; the same effect is obtained with 20 phr CB. The simultaneous presence of three MLG and CB also delivers remarkable properties, e.g. adding three MLG and 20 phr CB increased the hardness as much as adding 40 phr CB. A comprehensive study is presented, showing the influence on a variety of mechanical properties. The potential of the MLG/CB combination is illustrated to reduce the filler content or to boost performance, respectively. Apart from the remarkable mechanical properties, the CIIR/CB/MLG nanocomposites showed an increase in weathering resistance.
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.
Elastomers are usually reinforced and employed in different applications. Various different nanoparticles, including layered silicates, carbon nanotubes, and expanded graphite, are currently being used as nanofiller. Multilayer Graphene (MLG) is proposed as promising nanofiller to improve the functional properties of Chlorine-Isobutylene-Isoprene Rubber (CIIR), Nitrile-Butadiene Rubber (NBR), Natural Rubber (NR) and Styrene–Butadiene Rubber (SBR) at low concentrations. MLG is constituted by only approximately 10 graphene sheets. Nanocomposites with extremely low MLG content (3 phr) showed evident improvement in rheological, mechanical and curing properties. The Young's modulus of the nanocomposites increased more than twice in comparison with the unfilled rubbers. MLG also improved the weathering resistance of the different rubbers. The nanocomposites conserved their initial mechanical properties against weathering exposure.
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.
Die Grenzen der Oberflächentemperaturen von Proben, die der natürlichen oder einer künstlichen Globalstrahlung ausgesetzt sind, können grob mit sog. Schwarzstandard Thermometern BST oder Weißstandard Thermometern WST ermittelt werden [ 1a) ].
Um einige Mängel der aktuellen Konstruktion zu beseitigen, wird ein neues Konzept dieser Thermometer vorgeschlagen, das sie weniger träge und ihre physikalischen Eigenschaften ähnlicher denen einer 5 mm dicken Polymerplatte macht. Es wird auch gezeigt, dass eine Anforderung an die Reaktionszeit von weniger als 1 min in EN 513 unrealistisch ist.
Bei der Bestrahlung und Bewitterung von polymeren Werkstoffen wird die Degradation durch eine Absorption von Strahlung initiiert und meistens durch weitere Klimagrößen, wie z.B. Wärme, Feuchte und atmosphärische Gase beeinflusst. Die Messung einer effektiven Bestrahlungsstärke und ihre zeitliche Integration sind deshalb von großer Bedeutung und zwar sowohl für die Kontrolle der Funktion des Bewitterungs- oder Bestrahlungsgerätes als auch als zusätzliche Angabe der wirkenden Beanspruchung.
Photochemische Prozesse werden beim Sehen oder allgemeiner bei Farbstoffen schon durch sichtbare (VIS) Strahlung, dagegen bei der Erythembildung der Haut und der Photodegradation von Polymeren erst durch die energiereicheren Photonen der ultravioletten (UV) Strahlung initiiert. Die spektrale Empfindlichkeit des Auges und die Erythembildung sind im VIS- bzw. UV-Bereich sehr stark wellenlängenabhängig, was durch die Angabe der mit der spektralen Hellempfindlichkeit V(λ) des Auges bewerteten VIS-Strahlung in Lux (lx) bzw. die mit der Erythem-Wirkfunktion Serythem bewertete UV Strahlung als dimensionsloser UV-Index berücksichtigt wird. Spektrale Empfindlichkeiten.
Die Photodegradation von Polymeren ist im UV-Bereich ebenfalls stark wellenlängenabhängig, was bisher bei der radiometrischen UV-Messung nicht berücksichtigt wurde. Seit Mitte der 70er Jahre, als die lx- bzw lxh- Messung bei der Strahlungsbeanspruchung langsam durch die Ermittlung der radiometrischen UV-Bestrahlungsstärke bzw. der UV-Bestrahlung im gesamten UV-Bereich abgelöst wurde, gab es hier bei der Bewitterungsprüfung keine weiteren Fortschritte auf dem Gebiet der Charakterisierung der Strahlungsbeanspruchung im UV-Bereich.
Seit Jahren liegen zahlreiche Ergebnisse über die spektrale Empfindlichkeit von Photo-degradationsprozessen vor, die zeigen, dass die spektrale Empfindlichkeit im Bereich der Globalstrahlung an der kurzwelligen Grenze bei ca. 300 nm, am größten ist und im langwelligen UV-Bereich bei ca. 400 nm gegen Null geht. Die Messungen der radiometrischen Größen UV-Gesamtbestrahlungsstärke und UV-Gesamtbestrahlung erfasst deshalb über weite Wellenlängenbereiche Strahlungsanteile, die für die Photodegradation bedeutungslos sind und mittelt über potenziell bedeutsame Änderungen im kurzwelligen UV-Bereich hinweg.
Es wird das Konzept eines neuen UV-Radiometers vorgestellt, dessen spektrale Empfindlichkeit einer mittleren spektralen Empfindlichkeit der Photodegradation von Polymeren entspricht. Die effektive UV-Bestrahlungsstärke und UV-Bestrahlung kann dadurch wesentlich genauer erfasst werden.
Genormte künstliche Bewitterungstests sind häufig nicht spezifisch für die Anwendungssituation oder das Material. Das macht die Entwicklung spezifischer Tests erforderlich. Für deren Entwicklung müssen Maximalparameter der Anwendungssituation bekannt sein, womit dann der künstliche Test formuliert wird und dessen Bedingungen werden dann solange optimiert, bis die Korrelation der Effekte von natürlichem und künstlichem Test ausreichend ist.
Für Untersuchungen der Freisetzung kann der verbleibende Rest in der Probe und/oder die freigesetzte Menge in Luft, Boden, Wasser bestimmt werden.
Im ersten Beispiel der Witterungswirkung wurde die Freisetzung von Kohlenstoff-Nanoröhrchen (CNT) aus Polymer-Kompositen untersucht (unter Verwendung von empfindlich-nachweisbarer radioaktiver 14C-Markierung für einzelne CNT-Partikel), in einem zweiten die Freisetzung von anorganischen und organischen Bestandteilen aus elastomeren Bestandteilen von Sportböden (Bahnen und Kunstrasen) in Wasser.
In this paper, we demonstrate the effects of radiation exposures of polymeric materials with UV-A 340 nm lamps (ISO 4892-3, Type 1A) at -10 °C in comparison to an irradiation at +50 °C using a Global UV Test 200 fluorescent lamp device from Weiss Umwelttechnik GmbH, which incorporates an active cooling appliance. While the effects at -10 °C actually are lower than at + 50°C their extent was clearly beyond expectations.
Für Polypropylen unterschiedlicher Stabilisierung wurden in künstlichen Bestrahlungstests sowohl die spektrale Empfindlichkeit als auch die Temperaturabhängigkeit der Rissbildung quantitativ ermittelt. Dafür wurde die Dauer bis zur Rissbildung sowohl bei spektraler Bestrahlung als auch bei Bestrahlung in einem UV-Leuchtstofflampengerät bei verschiedenen Temperaturen bestimmt.
Die Temperaturabhängigkeit konnte als Arrhenius-Abhängigkeit beschrieben werden; das Wirkungsspektrum wurde an eine Stufenfunktion angepasst. Anschließend wurde auch noch der Einfluss des Stabilisatorgehalts als Potenzfit parametrisiert. Die Einzelabhängigkeiten wurden zu einer Gesamtfunktion der Wirkungen in Abhängigkeit der Dosis zusammengesetzt, die es ermöglicht die Wirkungen unterschiedlicher Dosiskombinationen abzuschätzen.
Zur Validierung der Dosis-Wirkungsfunktionen wurden Freibewitterungsergebnisse aus Phoenix/Arizona herangezogen. Mit der Dosis, die sich aus den Wetterdaten dieser Freibewitterung ergibt, wurden anhand der Dosis-Wirkungs-Funktionen die jeweiligen Lebensdauern errechnet und mit dem experimentell bestimmten Versagen in der Freibewitterung verglichen.
Die Arbeiten erfolgten im Rahmen des ViPQuali-Projektes mit dem Ziel der Bestimmung der Materialkenngrößen.
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.
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)
Influence of weathering on the leaching behaviour of zinc and PAH from synthetic sports surfaces
(2017)
Synthetic materials used for outdoor sports grounds consist of a mix of inorganic, organic and polymeric compounds that show ageing due to weathering and a complex leaching behaviour by percolation of rainwater, which can limit its lifetime. Additionally, weathering exposure induces degradation processes in the polymers, which leads to the formation of new surfaces allowing water to access additional reservoirs of leachable compounds. A laboratory test comprising artificial weathering, ozonisation and subsequent leaching was developed to investigate this behaviour in a reproducible and controllable way. The experiments showed a general decline of Zn, polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) and total organic carbon (TOC) concentrations after an initial increase. Within this general trend, the course of concentration over exposure duration is very specific for individual sample materials and the analyte under investigation. The results indicate that weathering and degradation behaviour cannot be predicted from initial material conditions. Thus, weathering experiments are recommended to fill this gap of knowledge.
The outdoor weathering of polymers is mainly due to UV radiation, water, Pollution, humidity, temperature etc. To understand the effects of weathering, simulated tests need to be undertaken in lab scale. Such tests must be quite efficient and similar to the effects of natural weathering. This paper mainly focuses on the effects of UV radiation along with humidity on LDPE.
A siloxane compound (MVC) and a bi-group phosphaphenanthrene/triazine compound (TGD) were employed in epoxy thermosets to explore high-efficiency flame retardant systems. With only 1wt% MVC and 3wt% TGD, an epoxy thermoset passed UL 94 V-0 rating test and achieved a limiting oxygen index value of 34.0%, exhibiting an excellent flame retardant effect. The MVC/TGD system not only decreased the peak value of heat release rate and effective heat of combustion but also imparted an improved charring ability to thermosets, thereby outstandingly reducing the flammability of 1%MVC/3%TGD/EP. Compared with the fire performance of 4%TGD/EP and 4%MVC/EP, the MVC/TGD system showed an obvious flame retardant synergistic effect, mainly depending on the general improvement of flame inhibition, charring and barrier effects of the thermoset during combustion. Evolved gas analysis combinedwith condensed-phase pyrolysis product Analysis jointly revealed the details of the changed pyrolysis mode.
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.
Grundsätzliches zur Frage der "UV-Beständigkeit" bzw. der "Lichtbeständigkeit" polymerer Werkstoffe
(2013)
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.
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.