7.5 Technische Eigenschaften von Polymerwerkstoffen
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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.
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.
Es wurden mittels Fused Layer Modeling (FLM) Probekörper aus ABS und mittels Laser Sintering (LS) Probekörper aus PA 12 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.
Die Erkenntnisse dienen für die Entwicklung einer Strategie für eine Qualitätskontrolle von additiv gefertigten Kunststoffteilen.
Es wurden Prüfkörper aus additiver Fertigung mittels Laser Sinter Verfahren (Polyamid 12, PA 12) und Fused Layer Modeling (Acrylnitril-Butadien-Styrol, ABS) sowie Prüfkörper aus dem Kunststoff-Spritzguss Verfahren (PA 12 und ABS) über 2000 Stunden künstlich bewittert. Vor, während und nach der Bewitterung erfolgte eine zerstörungsfreie Prüfung mittels Thermografie, optischer Mikroskopie und spektralen Methoden (UV/VIS-Spektroskopie und spektrale Reflexion), um den Alterungsfortschritt zu untersuchen und Schäden durch die künstliche Bewitterung sowie eingedruckte Defekte zu identifizieren und zu detektieren.
Zusätzlich wurden zerstörende Zugprüfungen vorgenommen, welche mit einer IR-Kamera verfolgt wurden. Auf diese Weise konnten lokale Temperaturänderungen, hervorgerufen durch elastische sowie plastische Verformungen, zeitaufgelöst erfasst und ausgewertet werden.
This paper is intended to be the first study to discuss the fire suppressing performance of the four most common extinguishing media under the same reproducible conditions. The tests were performed in bench-scale and used standardized 5A wood cribs as well as a miniature extinguishing system with a liquid flow rate of 1.4 lmin−1. The tests results present a consistent overview of the fire suppression efficacies of water, water with a foaming agent, nozzle-aspirated foam and compressed air foam. Depending on their jet types, the cooling capabilities of the extinguishing media water and water with a foaming agent were compared to the cooling capability of a full Jet of wet, general and dry foams. The results show that compressed air foam suppressed fire most effectively under the test conditions. Because of the convoluted crib structure, water and water with foaming agents used from a distance are more effective in the form of a full jet rather than a spraying jet. At close range, spraying jets multiply their effectiveness. A slight difference can be observed in the cooling performance of extinguishing foams that use foaming agents from different manufacturers. The paper establishes a link between the foaming agent's cooling capability and its wetting power by relating the results of wood crib fire tests according to DIN EN 3–7 and findings from laboratory immersion tests compliant with DIN EN 1772.
Recent bus fires in Europe, such as the bus fire in France 2015 with 43 fatalities and the bus fire in Germany 2017 with 19 fatalities, show that these fires can be very hazardous and time for escape can be too short. Recently, several fire safety measures came into force for busses. Engine compartment suppression systems will be mandatory for all busses in Europe. This is a big step in fire safety as about 80 % of fires start in the engine compartment. However, in several recent bus fires a time of less than 5 minutes has been reported from detection of the fire to a fully developed fire. As normally many people are on board of a bus, a bus fire is not comparable to fire in a home. Especially for people with reduced mobility or for fires after a collision the available times for escape are too short. When the fire service is on scene the transition to a fully developed fire might have happened already. Passengers who are not able to escape in this short period of time mostly cannot be rescued by the fire service even with quick response times because of the dramatic fire development. Fires that do not start in the engine compartment but develop in the cabin are rarer but extremely dangerous because fire and smoke spread very rapidly. The reason for the fast fire and smoke development in the cabin are the materials which are used. Over the last tens of years materials in busses had major developments. The amount of plastic in the cabin has grown significantly. In a modern coach the biggest fire load often is not the fuel anymore but the interior materials.
Bus fire safety is mainly regulated by ECE regulations R 118 and R 107. A comparison with European standards for trains shows that for trains, in contrast to busses, a holistic fire concept exists. Fire scenarios as well as escape scenarios and passenger behaviour are taken into account, resulting in fire safety regulations on a high level compared with bus regulations. In contrast to regulations for train materials no limits for heat or smoke production are given for bus materials. Larger heat release values promote more rapid fire spread. Also smoke production and toxicity are key factors in fires. The smoke reduces the visibility in the case of fire, and together with the toxicity of the smoke can make escape from the vehicle impossible. Figure 1 shows the remains of the bus from the recent severe bus fire in Germany in 2017.
As a result of experience with real cases and results from research projects we think it is necessary to develop a holistic fire safety concept for busses as it exists for other transport means like railways. The fire safety concept should include vehicle configuration and design as well as areas of use, e.g. use in cities, use in long-distance traffic on motorways and use in tunnels.
Bare steel constructions are often integrated in modern buildings. Intumescent coatings are widely used to protect the steel from heating up too quickly in a case of fire. As the functionality of intumescent coatings decreases with the impact of weathering processes, it is important to understand the mechanisms of material degradation to maintain long durability. The weathering-induced degradation behavior of a water-borne intumescent coating was examined, and the weakest points of the formulation were identified by a systematic approach. Resulting from this investigation, adjustments to the formula were made, leading to improved weathering resistance.
Whereas the degradation of flame retardant polymers has been discussed since decades, only more recently, the lifetime of the flame retardancy itself becomes an important factor, e.g. for cables used as building products. In this work, several kinds of accelerated artificial ageing tests are performed simulating different environmental exposures and thus highlighting different degradation mechanisms: artificial accelerated weathering, climatic chamber, water immersion, salt spray chamber, and autoclave test. The durability is expected to be different for different flame-retardant materials. Thus, various sets of halogen-free fire-retarded polymers were investigated: ethylene vinyl acetate (EVA) with aluminum hydroxide (ATH), boehmite and synergists, ester-based and ether-based thermoplastic polyurethane (TPU) with melamine cyanurate (MC), aluminum diethylphosphinate (AlPi), and boehmite, and glass fiber reinforced polyamide 66 (PA66) with AlPi-based mixtures.
Intensive degradation of the surface was observed, e.g. yielding discoloration and yellowing, EVA showed cracking when weathered. Changes in chemical structure was investigated by ATR-FTIR. The flammability was investigated with the cone calorimeter, UL-94 classification, and oxygen index (LOI). The flame retardancy of most of the materials studied degraded only slightly for the investigated exposure times. EVA/ATH achieved an improved LOI due to flame retardants agglomeration at the surface. Sets of materials, based on EVA and TPU, were also investigated as cable jackets. While flame retarded EVA exhibited no dripping during burning, TPU flame-retarded with MC cables showed pronounced melt-dripping. Cone calorimeter tests were carried out using cable rafts as well as our self-made cable module test, simulating a vertical bundle of cables at the bench scale. The comparison of different fire tests, different exposure conditions, and different materials carved out the specific degradation phenomena with respect to each of these parameters.
Most of this work was supported by the IGF Project (18926 N) of the Fördergemeinschaft für das Süddeutsche Kunststoff-Zentrum e.V., supported by the AiF within the framework of the program “Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF)” of the German Federal Ministry for Economic Affairs and Energy based on a decision of the Deutschen Bundestag.
Nowadays, various polymeric materials are used in E&E applications with sufficient flame retardance by adding rather different flame retardants. It doesn’t matter whether cables are used outdoor or are installed indoor as building products, the weathering exposures such as UV radiation, humidity and variation in temperature occur and influence the flame-retardant property. Recently, the lifetime of the flame retardance itself becomes an increasingly important factor. In this work, several devices were used to perform accelerated artificial ageing simulating different environment exposures.
The comprehensive and global understanding of the durability of flame retardance in dependence on the weathering or ageing conditions is still a matter of discussion. Therefore, the weathering resistance of various halogen-free fire-retarded polymers was investigated in this work. Polymeric systems with different kinds of fire retardants were chosen, including various fire retardant mechanisms. Ethylene Vinyl Acetate (EVA) blends with high amounts of inorganic flame retardant such as aluminum hydroxide (ATH), boehmite and synergists, which mainly dilutes the polymer resin work as heat sink and cooling agent, and enhance residue formation was examined. Thermoplastic Polyurethane (TPU) was modified with melamine cyanurate (MC), which mainly acts by changed melt flow and dripping behavior as well as fuel dilution. Additionally, aluminum diethylphosphinate and boehmite are induced as assistant flame retardant. Furthermore, glass fiber reinforced Polyamide 66 (PA) was investigated containing different kinds of aluminum diethylphosphinate based flame retardant mixtures, which acts by flame inhibition and additional char formation.
The degradation of the surface was analyzed after the different weathering conditions. Most of the specimens exhibited an intensive material degradation at the top surface accompanied by a distinct discoloration, e.g. getting darker or showing yellowing. The weathering of the EVA samples lead to numerous cracks (already) after 4000 h. The corresponding changes in the chemical structure was investigated by ATR FT-IR for all materials.
The flammability was investigated by cone calorimeter, UL-94 burning chamber, and oxygen index (LOI) using plate and bar specimens. The flame retardance of most of the materials studied degrades only slightly or were rather stable for the investigated exposure times. Interestingly, also some opposite results were found. EVA modified by different inorganic flame retardants such as ATH achieved higher LOI after exposing in the humidity chamber and the accelerated oxidation under water in the autoclaves. It is suggested that the particle size of ATH and boehmite plays an important role, when these flame retardants agglomerate at the surface during accelerated weathering.
Both materials, EVA and TPU, were also investigated as cable jackets. While EVA modified with inorganic flame retardants exhibits low-smoke and non-dripping fire behavior, TPU flame-retarded with MC yields cables with pronounced melt-dripping. Cone calorimeter tests were carried out using cable rafts of the size of 100 mm * 100 mm as well as our self-made cable module test, which simulates the vertical full-scale test of a bundle of cables at the bench-scale. Both methods were used to investigate the weathering resistance of the flame retardance in cables. The results of the cable module test for the flame-retarded EVA cables were only slightly affected even when a long time hydrothermal ageing was carried out. This is because of inorganic residue which just delays the fire growth but does not extinguish. However, for the flame-retarded TPU cable jackets, the cable module test exhibited an accelerated fire spread and a melt-dripping behavior which was promoted by weathering exposure.
Leather is among the most ancient, widely used materials worldwide. Industrial-scale leather production produces large quantities of organic waste attained during shaving and buffing steps during processing. In this study, leather wastes (LW) are used as fillers in flame retarded polymer composites. LW is investigated as a multifunctional bio-filler that enhances the fire performance of flame retarded poly(ethylene–vinyl acetate) (EVA) containing phosphorus flame retardants (P-FRs) ammonium polyphosphate (APP) or a melamine-encapsulated APP (eAPP). Using LW from tanneries as adjuvants to enhance P-FRs in EVA reduces industrial wastes that otherwise require costly waste management solutions. Materials are characterized multi-methodically via mechanical tests, electron microscopy, rheology, thermogravimetric analysis, evolved gas analysis, and condensed phase FTIR, also reaction-to-small-flames and cone calorimeter tests. EVA containing 10 wt-% LW and 20 wt-% P-FRs achieve 20% reductions in fire loads versus EVA, and up to 10% reduction in effective heats of combustion versus EVA with equal (30 wt-%) P-FR loadings. Enhanced char stabilization of EVA composites with LW and P-FRs lowered peaks of heat release rates up to 53% compared to EVA, and up to 40% compared to equal P-FRs loadings. Synergisms between LW and P-FRs in EVA are quantified. A chemical decomposition mechanism is proposed.
Behälter aus hochdichtem Polyethylen (PE-HD) werden zur Lagerung und für den Transport von Kraftstoffen eingesetzt. Beim Kontakt beider Medien diffundiert der Kraftstoff in das Polymer, erhöht dessen Volumen und Duktilität und ändert damit das Fließverhalten des Polymers unter Zugbelastung. Zudem weist PE-HD in Luft im verstreckten Bereich das sogenannte strain-whitening (Lichtstreuung) auf, während in Diesel gelagertes PE-HD optisch transparent wird. Zur Untersuchung dieses Phänomens wurden ortsaufgelöste Röntgenrefraktion und –diffraktion (Topographie) eingesetzt. Aus Sicht der molekularen Struktur (Diffraktion) weisen die beiden Probentypen keine Unterschiede auf: im verstreckten Bereich liegt eine „Fasertextur“ der Polymerketten in Belastungsrichtung vor, im unverstreckten Bereich nahezu ideale Isotropie. Die für mikroskopische Strukturen empfindliche Röntgenrefraktion zeigt außerdem für die Probe in Luft im verstreckten Bereich eine ausgeprägte Orientierung von Grenzflächen in Zugrichtung, während die in Diesel gelagerte Probe keine Grenzflächen zeigt. In Analogie zum optischen Verhalten bewirken die ähnlichen Brechungsindizes beider Medien im Röntgenbereich, dass eindiffundierter Diesel als Immersionsflüssigkeit die Brechungseigenschaften herabsetzt.
Behälter aus hochdichtem Polyethylen (PE-HD) werden zur Lagerung und für den Transport von Kraftstoffen eingesetzt. Beim Kontakt beider Medien diffundiert der Kraftstoff in das Polymer, erhöht dessen Volumen und Duktilität und ändert damit das Fließverhalten des Polymers unter Zugbelastung. Zudem weist PE-HD in Luft im verstreckten Bereich das sogenannte strain-whitening (Lichtstreuung) auf, während in Diesel gelagertes PE-HD optisch transparent wird. Zur Untersuchung dieses Phänomens wurden ortsaufgelöste Röntgenrefraktion und –diffraktion (Topographie) eingesetzt. Aus Sicht der molekularen Struktur (Diffraktion) weisen die beiden Probentypen keine Unterschiede auf: im verstreckten Bereich liegt eine „Fasertextur“ der Polymerketten in Belastungsrichtung vor, im unverstreckten Bereich nahezu ideale Isotropie. Die für mikroskopische Strukturen empfindliche Röntgenrefraktion zeigt außerdem für die Probe in Luft im verstreckten Bereich eine ausgeprägte Orientierung von Grenzflächen in Zugrichtung, während die in Diesel gelagerte Probe keine Grenzflächen zeigt. In Analogie zum optischen Verhalten bewirken die ähnlichen Brechungsindizes beider Medien im Röntgenbereich, dass eindiffundierter Diesel als Immersionsflüssigkeit die Brechungseigenschaften herabsetzt.
Die Präsentation gibt einen Überblick über die Arbeiten im German Pilot des EU-Projekts TREEADS. Es werden klein-, mittel- und großskalige Versuche an Waldboden mit einheimischer Vegetation durchgeführt. Begleitend werden numerische Untersuchungen durchgeführt, die eine Variation der Parameter, wie Bodenfeuchte, Temperaturen und Wind über die Experimente hinaus erlauben. Die gemessenen Materialparameter dienen als Input für die numerischen Berechnungen. Die numerischen Modelle werden mit den mittel- und großskaligen Experimenten validiert.
Polymers with intrinsic microporosity are promising candidates for the active separation layer in gas separation membranes. Here, by means of inelastic neutron scattering, the vibrational density of states (VDOS) and the molecular mobility were investigated for PIM-1, the prototypical polymer with intrinsic microporosity. The results are compared to data measured for a more conventional high-performance polyimide used in gas separation membranes (Matrimid).
The measured data show the characteristic low frequency excess contribution to the VDOS above the Debye sound wave level, generally known as the Boson peak in glass-forming materials. In comparison to the Boson peak of Matrimid, that of PIM-1 is shifted to lower frequencies. This shift is discussed considering the microporous, sponge-like structure of PIM-1 as providing a higher compressibility at the molecular scale than for conventional polymers.
Elastic fixed window scans were measured on a neutron backscattering spectrometer to have an overview about the molecular dynamics at a time scale of ca. 1 ns. The temperature dependence of the estimated mean squared displacement shows a step-like increase in the temperature range from 100 K to 250 K indicating the onset of some molecular mobility. The nature of this motional process was analyzed in detail by quasielastic neutron scattering where the data are discussed with regard to both the q- and the temperature dependence.
Polymers with intrinsic microporosity are promising candidates for the active separation layer in gas separation membranes. Here, by means of inelastic neutron scattering, the vibrational density of states (VDOS) and the molecular mobility were investigated for PIM-1, the prototypical polymer with intrinsic microporosity. The results are compared to data measured for a more conventional high-performance polyimide used in gas separation membranes (Matrimid).
The measured data show the characteristic low frequency excess contribution to the VDOS above the Debye sound wave level, generally known as the Boson peak in glass-forming materials. In comparison to the Boson peak of Matrimid, that of PIM-1 is shifted to lower frequencies. This shift is discussed considering the microporous, sponge-like structure of PIM-1 as providing a higher compressibility at the molecular scale than for conventional polymers.
Elastic fixed window scans were measured on a neutron backscattering spectrometer to have an overview about the molecular dynamics at a time scale of ca. 1 ns. The temperature dependence of the estimated mean squared displacement shows a step-like increase in the temperature range from 100 K to 250 K indicating the onset of some molecular mobility. The nature of this motional process was analyzed in detail by quasielastic neutron scattering combining Time-of-Flight and backscattering where the data are discussed with regard to both the q- and the temperature dependence.
Polymers with intrinsic microporosity are promising candidates for the active separation layer in gas separation membranes. Here, by means of inelastic neutron scattering, the vibrational density of states (VDOS) and the molecular mobility were investigated for PIM-1, the prototypical polymer with intrinsic microporosity. The results are compared to data measured for a more conventional high-performance polyimide used in gas separation membranes (Matrimid).
The measured data show the characteristic low frequency excess contribution to the VDOS above the Debye sound wave level, generally known as the Boson peak in glass-forming materials. In comparison to the Boson peak of Matrimid, that of PIM-1 is shifted to lower frequencies. This shift is discussed considering the microporous, sponge-like structure of PIM-1 as providing a higher compressibility at the molecular scale than for conventional polymers.
Elastic fixed window scans were measured on a neutron backscattering spectrometer to have an overview about the molecular dynamics at a time scale of ca. 1 ns. The temperature dependence of the estimated mean squared displacement shows a step-like increase in the temperature range from 100 K to 250 K indicating the onset of some molecular mobility. The nature of this motional process was analyzed in detail by quasielastic neutron scattering combining Time-of-Flight and backscattering where the data are discussed with regard to both the q- and the temperature dependence.
Im Rahmen des laufenden IGF Projektes 20762 N wurde der Einfluss von Haftklebebändern auf das Brandverhalten von Klebverbunden Untersucht. Dabei wurden sowohl kommerziell verfügbare Klebebänder mit unterschiedlichem Brandverhalten als auch Modellhaftklebebänder mit neuartigen Flammschutzmitteln eingesetzt.
Zunächst wurde das Brandverhalten der Klebebänder adressiert und anschließend der Einfluss jenes Brandverhaltens auf Brandeigenschaften von entsprechend geklebten Verbunden analysiert.
Im Bezug auf die Entflammbarkeit besitzt das Klebeband im Inneren eines Klebverbundes nur einen geringen Einfluss auf das Brandverhalten und die Eigenschaften des Substrates dominieren.
Im sich entwickelnden Brand, hier simuliert durch das Cone Calorimeter, sind deutliche Unterschiede zwischen massivem und geklebten Bauteil zu erkennen. Dabei wirkt die Klebfuge je nach Substrat und Klebebandbeschaffenheit unterschiedlich.
Weitere Untersuchungen zu flammgeschützten Haftklebstoffen sollen erfolgen und somit neue Wege in der Haftklebstoffentwicklung aufzeigen.
Valorizing “non-vegan” bio-fillers: Synergists for phosphorus flame retardants in epoxy resins
(2022)
Sustainable, biogenic flame retardant adjuvants for epoxy resins are receiving increased focus. Zoological products like insects, bone meal, and eggshells are available in large quantities, but remain uninvestigated as functional fillers to epoxy resins, although they are potential synergists to flame retardants. The efficacy and flame retardancy of “non-vegan” additives in combination with flame retardants is investigated and the fire behavior and thermal decomposition of bio-sourced epoxy resin composites is characterized. By comparing the fire performance of composites containing flame retardants or fillers at varying loadings (5, 10, and 20%), their role as synergists that enhance the function of organophosphorus flame retardants in bio-epoxy composites is identified and quantified. Peak heat release rates were 44% lower in composites containing both filler and flame retardant versus those containing only flame retardants, and fire loads were reduced by 44% versus the pure resin, highlighting the ability of “non-vegan” fillers to function as synergists.
The valorization of macroalgae digestate as a secondary resource for high value chemicals and nutrients will promote the sustainability and circularity of anaerobic digestion based biorefinery. In this study, three digestates from A. nodosum C.linum and L. digitata were separated into liquid and solid fractions to investigate the production of high value added chemicals through pyrolysis using Pyrolysis Gas Chromatography Mass Spectroscopy (Py-GC/MS) while the filtered liquid fractions were tested as an alternative culture media to grow C. sorokiniana under mixotrophic conditions. The digestates showed different thermal degradation and an improvement of bio-oil profiles compared to the starter material. Pyrolyzates from raw macroalgae were characterized by a high anhydrosugar content in contrast to high aromatics observed in the case of their digestates. Toluene, benzofuran and vinylphenol, base chemicals for many industries, represented together 30–37% of the total chemicals produced during pyrolysis of the three macroalgae digestate. On the other hand, C. sorokiniana cultured on digestate-based media showed a higher lipid content with an increase in monounsaturated fatty acids and a lower poly-unsaturated fatty acid content in comparison to microalgae grown in standard tris-acetate-phosphate media. Thus, the acyl composition was shifted in a direction more suitable for biodiesel production by this process. In addition, the increase of Chemical Oxygen Demand and Volatile Fatty Acids concentration in the digestate was found to reduce ammonium toxicity. Finally, 94% of Chemical Oxygen Demand and 83% of ammonium were removed by microalgae from the digestate-based media which will reduce the pollution risk of the biorefinery. Overall, the results indicate that using macroalgae solid digestates can generate improvements in the quality of
products obtained by pyrolysis and the liquid digestate can positively influence microalgae growth and its products.
Combining buffing leather fibers from industrial waste streams with ammonium polyphosphate and bentonite clay is proposed as a flame-retardant additive for polypropylene. The paper addresses how they can be processed into attractive composites with the desired mechanical properties. Buffing leather fibers function as a multifunctional bio-filler and as a synergist for the flame retardant, resulting in fire retardancy successful enough to increase the oxygen index (LOI) by up to 7 vol.-% and to achieve a V0 UL 94 classification. Impressively reduced heat release rates are obtained in the cone calorimeter at 50 kW/m2 irradiation; for instance, the maximum average rate heat evolved (MARHE) drops from 765 to below 200 kW m 2. The synergistic effects are quantified and shown to be very strong for LOI and MARHE. This work opens the door to use waste buffing leather fibers as a promising multifunctional and synergistic bio-filler.
Zur Bedarfsplanung von Feuerwehren in Städten in der Bundesrepublik Deutschland wurden im Jahr 1998 die Qualitätskriterien Hilfsfrist, Funktionsstärke und Erreichungsgrad für ein standardisiertes Schadensereignis erarbeitet. Das standardisierte Schadensereignis basiert auf Ergebnissen der O.R.B.I.T.-Studie aus dem Jahr 1978. Der dort dargestellte Rauchgas-temperaturverlauf für einen standardisierten Wohnungsbrand stellt Ergebnisse von Brandversuchen in einer Wohnung aus dem Jahr 1939 dar. Die zur Untersuchung herangezogenen Einrichtungsgegenstände bestanden dabei überwiegend aus cellulosehaltigen Materialien wie Holz und Papier. Die zunehmende Verwendung von Werkstoffen auf der Basis von Holz und Polymeren führt jedoch zu einer veränderten stofflichen Zusammensetzung von Einrichtungsgegenständen in Wohnungen. Im Rahmen der vorliegenden Dissertation wurde der Einfluss dieser veränderten stofflichen Zusammensetzung von gegenwärtigen Einrichtungsgegenständen auf den Verlauf von Raumbränden sowie auf die damit verbundene Stoff- und Energiefreisetzung während der Brandentstehungs- und Brandausbreitungsphase untersucht. Im Fokus der Untersuchung stand der Raum der Brandentstehung sowie ein angrenzender Raum.
Die Ergebnisse zeigen, dass gegenwärtige Einrichtungsgegenstände sowohl im Raum der Brandentstehung als auch in dem angrenzenden Raum zu höheren Rauchgastemperaturen und -konzentrationen führen. Grund hierfür sind neben den höheren Wärmefreisetzungsraten auch die höheren Stoffausbeuten der in den gegenwärtige Einrichtungsgegenständen verwendeten Materialzusammensetzungen. Vor diesem Hintergrund zeigt sich, dass sich die auf Basis der O.R.B.I.T.-Studie definierten Standards nicht mehr als Grundlage zur Bedarfsplanung von Feuerwehren eignen. Diese können mit Hilfe der vorliegenden Ergebnisse einer Prüfung unterzogen werden, um den veränderten Brandverläufen im Rahmen einer zukünftigen Bedarfsplanung gerecht zu werden.
Das EU Projekt TREEADS „A Holistic Fire Management Ecosystem for Prevention, Detection and Restoration of Environmental
Desasters” beschäftigt sich mit der Erforschung der drei Phasen „Prävention und Bereitschaft“, „Detektion und Reaktion“ und
„Aufforsten und Anpassen“ der Waldbrandverhütung. Im Projekt gibt es acht ausgewiesene Pilotregionen, in denen Deutschland
auch mit einer Pilotregion in Sachsen-Anhalt bzw. in Brandenburg vertreten ist. Unsere Arbeit auf Charakterisierung des Waldbodens und numerische Simulation wird vorgestellt.
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 Kunststoff-Spritzguss hergestellt wurden.
Die Erkenntnisse dienen für die Entwicklung einer Strategie für eine Qualitätskontrolle von additiv gefertigten Kunststoffteilen.
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.
The individual and collective impacts of additives in melt dripping behaviour were studied under UL 94 vertical test conditions. A set of polyamide 6 (PA6) based materials compounded with melamine cyanurate (MCA) – a ˝dripping agent˝ – and glass fibre (GF) – a ˝non-dripping agent˝ - was investigated in detail. Dripping quantification was carried out during first and second ignition. The materials and their drops were investigated with respect to thermal decomposition, melt viscosity, and others properties. PA6 with V-2 classification improves to V-0 when MCA is added; and is worsened to HB in presence of glass fibre. Together, PA6/GF/MCA achieved V-2. The non-flaming drops of PA6/MCA are formed by oligomeric fragments. The flaming drops of PA6/GF contain a high amount of glass fibre. The dripping behaviour of PA6/GF/MCA under fire is a complex response of the specimen, but not explained by an easy superposition of the materials’ properties. The dripping behaviour is influenced by the interaction and concurrence of the different phenomena.
Although the main flame retardant modes of action are known, in practise the detailed scientific understanding usually falls short, when it comes to modern multicomponent systems, the important tiny optimizations, or quantifying in terms of specific fire properties. The description of the flame retardant modes of action remains usually vague and fragmentary. This talk tries to deliver thought-provoking impulses how the understanding of the fire behaviour and flame retardancy can be utilized to direct the development of future flame retardant polymer products. Some overseen details are picked up as well as rethinking of concepts memorised long ago is encouraged to discover something new. Furthermore, the talk tries to fill the gap between flame retardant modes of action and fire performance constituting a product. This talk promotes the evidence-based development of flame retardant polymers
Polyethylen hoher Dichte (PE-HD) wird als Werkstoff für Rohre und Behälter für den Transport und zur Lagerung von Gefahrgütern verwendet. Für die Beurteilung und technische Freigabe dieser Materialien ist insbesondere das Verständnis des Schädigungsmechanismus des langsamen, umgebungsbedingten Spannungsrisses (engl.: „environmental stress cracking“, ESC) essentiell. ESC tritt bei relativ geringen auf einen Werkstoff einwirkenden mechanischen Spannungen auf. An lokalen Fehlstellen (z.B. Defekte, Inhomogenitäten, Kerben) beginnend wächst ein Riss langsam durch das Material und führt nach gewisser Zeit zu einem charakteristischen, pseudo-spröden Bruch. Dabei wird das Risswachstum durch äußere Medieneinwirkung zusätzlich entscheidend beeinflusst. Dieses langsame Risswachstum wird als Hauptursache für das plötzliche und unerwartete Versagen von Polymerwerkstoffen angesehen.
Eine etablierte Prüfmethode zur Bewertung des Materialverhaltens gegenüber dieses Schädigungsmechanismus ist der Full-Notch Creep Test (FNCT), der für PE-HD Behältermaterialien üblicherweise unter Verwendung von wässrigen Netzmittellösungen (Arkopal N 100) durchgeführt wird. Die aus dem FNCT erhaltene Standzeit dient dabei als Bewertungskriterium für verschiedene PE-HD-Werkstoffe. In einer Studie wurden neben einer typischen Arkopal-N-100-Netzmittellösung praktisch relevante, organische Flüssigkeiten wie Biodiesel und Diesel als Testmedien verwendet, um deren Einfluss auf das ESC-Verhalten von PE-HD-Behältermaterialien zu charakterisieren. Neben der klassischen Standzeit-Auswertung erfolgte eine erweiterte Bruchflächenanalyse mittels Licht- (LM), Laserscanning- (LSM) und Rasterelektronenmikroskopie (REM). Insbesondere die LSM erlaubt eine schnelle und einfache Unterscheidung pseudo-spröder und duktiler Bruchbilder, die zur Beurteilung der Repräsentativität des FNCT für das dem Spannungsriss zugrundeliegenden langsamen Risswachstum von Bedeutung ist.
Polyethylen hoher Dichte (PE-HD) ist ein weit verbreitetes Material für Transportbehälter, die oft für eine längere Nutzungsdauer vorgesehen sind. Insbesondere in diesem Fall können mikroskopische Schäden im Material auch weit unterhalb der Streckgrenze auftreten, die durch eine Spannungskonzentration verursacht werden, deren Ursprung in intrinsischen Materialfehlern oder äußeren Kratzern liegt. Mit fortschreitender Schädigung bilden sich Rissstrukturen, die von verstreckten Fibrillen aufgespannt werden, bis es zum Versagen dieser Fibrillen kommt und sich der Riss ausbreitet. Dieser Schadensmechanismus des langsamen Risswachstums kann durch eine Vielzahl von Umgebungsmedien beschleunigt werden und wird dann als "environmental stress cracking" (ESC) bezeichnet. Eine international normierte Methode zur Validierung der Spannungsrissbeständigkeit von PE-HD Materialien ist der „Full Notch Creep Test“ (FNCT).
Anhand von Bruchflächenauswertungen mittels Rasterelektronenmikroskopie und Laser-Scanning-Mikroskopie, werden die typischen Schädigungsstrukturen des ESC sichtbar. Die fibrillierten Strukturen des ESC auf der Bruchfläche von PE-HD ergeben sich besonders bei oberflächenaktiven wässrigen Umgebungsmedien. In Lösungsmittel-Umgebungsmedien, im Zusammenspiel mit PE-HD, kommt es aufgrund der plastifizierenden Wirkung zur Herabsetzung der Streckspannung und Bruchflächen aus dem FNCT veranschaulichen keine signifikanten Anzeichen des Schädigungsmechanismus ESC.
Fire resistance of fiber-reinforced polymers (FRPs) has been an important area of research for many years since FRPs are mainly used in the transportation and construction sectors. This study presents the fire behavior, and mechanical performance between the flame retarded pure epoxy resin and flame retarded glass-fiber composites before, during, and after a fire event. This enables a deeper understanding of the transferability of flame retardants on composite materials.
This study presents the processability, fire behavior, and mechanical performance between the flame retarded pure epoxy resin and flame retarded glass-fiber-reinforced plastic before, during, and after a fire event. This enables a deeper understanding of the transferability of flame retardants, modes of action, char enhancement, and flame inhibition on composite materials
Thermoplastic polyurethane - How thespecific two-stage decompositioncontrols its fire behavior
(2018)
Thermoplastic polyurethanes (TPUs) are one of the major classes of thermoplastic elastomers used in the cable and wire industry. Due to their chemical structure, they are considered as linear block copolymers with alternating hard and soft segments. This specific structure is not only responsible for the excellent mechanical properties of TPU like high tensile strength or abrasion resistance, but it also influences the pyrolysis and burning behavior. TPU is a highly flammable polymer which forms liquid pool fires or burning drops which results in intensive flame spread. Because of that, TPU often does not meet the strict requirements for indoor applications given by the cable market.
Under thermal stress, TPU decomposes in a specific way. At first, the hard segments decompose and the material becomes soft and melts. Subsequently, pool fires are formed and melted material burns extensively. There are not many works addressing this problem in detail especially in terms of suitable flame retardant solutions. It is crucial to understand at which stage the flame retardants are working and how they affect the thermal decomposition of TPU. Hence, the focus of this work was put on the identification of the reactions occurring during each stage of TPU decomposition and the contribution of released products to the effective heat of combustion (EHC). Moreover, the detailed analysis of the melt dripping behavior was performed to better understand the influence of the decomposition degree on the viscosity.
The use of melamine cyanurate (MC) in combination with other additives was reported to be a promising flame retardant solution for TPU, especially in cable jacket applications. Hence, the combinations of MC with various flame retardants were used in TPU (Elastollan® 1185A10) and were investigated in terms of fire behavior, flammability, pyrolysis and decomposition products. As flame retardants, common ones were used including aluminum trihydrate (ATH), melamine polyphosphate (MPP), or aluminum diethylphosphinate (AlPi). Moreover, commercial product TPU-FR (Elastollan® 1185A10FHF) was investigated as a reference.
Um Stahlbauteile im Brandfall vor einer zu schnellen Erwärmung zu schützen, wird häufig auf reaktive Brandschutzsysteme (RBS) zurückgegriffen. Die Produkte eigenen sich besonders aufgrund der profilfolgenden Applikationsmöglichkeit und der vergleichsweise geringen Beschichtungsdicken. Bei einer Brandbeanspruchung schäumt das RBS auf und bildet eine thermische Schutzschicht um das Stahlprofil aus. Dadurch wird die Erwärmung des Stahls verlangsamt und der temperaturbedingte Festigkeitsverlust verzögert, wodurch sich die Feuerwiderstandsdauer des Stahlbauteils verbessert. Aus Brandversuchen ist bekannt, dass die Leistungsfähigkeit von RBS auf Stahlprofilen mit gekrümmter Oberfläche meist schlechter ausfällt als bei vergleichbaren Bauteilen mit ebener Oberfläche. Zum Einfluss der Oberflächenkrümmung auf die thermische Schutzwirkung von RBS werden in dem folgenden Beitrag sowohl theoretische Hintergründe als auch die Ergebnisse aus Brandversuchen an kleinformatigen Probekörpern vorgestellt. Die systematischen Untersuchungen zeigen, dass mit zunehmender Oberflächenkrümmung die Leistungsfähigkeit des RBS tendenziell abnimmt. Bei der Beurteilung der thermischen Schutzwirkung eines RBS sollte die Oberflächenkrümmung eines Bauteils berücksichtigt werden. Die alleinige Fokussierung auf den Profilfaktor eines Stahlprofils ist im Allgemeinen nicht ausreichend. Die Untersuchungen bilden die Grundlage für die Entwicklung von Screening-Tests zur Beurteilung der Eignung von RBS für gekrümmte Oberflächen, wodurch eine Vorauswahl von Produkten für diesen Einsatzzweck ermöglicht wird.
This study aims at investigating the use of coal fly ash-based alkali activated mortars as passive fire protection system for steel structures. These systems are used to slow down the temperature rise of the steel substrate in case of fire. In addition, the protective system should guarantee the ability to prevent and/or mitigate steel corrosion phenomena. The behavior of a light-weight mortar was compared to that of a normal-weight mortar. Density and porosity were measured to better characterize the physical properties of the mortars. The degree of protection in case of fire was assessed by performing medium-scale fire tests. Acoustic emission measurements were conducted to analyze cracking phenomena during the high temperature exposure. The corrosion process was evaluated using an electrochemical approach in order to monitor the durability of the developed material. Preliminary results show that a 20 mm-thick layer of light-weight mortar is able to protect the steel substrate from reaching the critical temperature of 500 °C for 38 minutes in case of cellulosic fire. In addition, alkali activated mortars provide protection for carbon steel in presence of aggressive environment (i.e. presence of chlorides). The corrosion resistance is strictly related to the physical properties of the developed mortars.
The Role of Decomposition Temperature for Flame Redartancy Mode of Action in the Condensed Phase
(2018)
Condensed-phase mechanisms play a major role in fire-retardant polymers. Generations of development have followed the concept of charring to improve fire properties. Whereas the principal reactions are believed to be known, the specific description for multicomponent systems is lacking, as is the picture across different systems. One important aspect in achieving, adjusting and optimising flame retardancy in the condensed phase is exploiting chemical reactions between the pyrolysing polymer and flame retardant at the right place, time and temperature. It is the aim of this contribution to address the role of the decomposition temperature of both flame retardant and polymer by the means of two examples: First, aryl phosphates in Polycarbonate/ Acrylonitrile-Butadiene-Styrene (PC/ABS) blends, where the reaction with the early stage decomposition products of PC is controlling the flame retardancy mechanism in the condensed phase. Second, a comprehensive set of phosphorus flame retardants in thermosets and their corresponding carbon fibre reinforced composites based on two different epoxy systems. Both examples show that key reactions between intermediate decomposition products only occur when the decomposition temperature ranges correspond to each other. The systems can be shifted towards condensed phase activity such as charring or inorganic glass formation as well as towards phosphorus release and thus flame inhibition in the gas phase. Changing the role of flame retardancy mechanisms also influence the efficiency in the achieved flame retardancy.
In the processing of nanocomposites, high shear stresses at elevated tempera-tures orient two-dimensional nanoparticles like graphene. This orientationleads to anisotropic mechanical, thermal or barrier properties of the nanocom-posite. This anisotropy is addressed in this study by comparing graphene (few-layer graphene, FLG) with a nanoscaled carbon black (nCB) at a filler contentof 3 phr, by varying the vulcanization, and by comparing different FLG con-tents. Transmission electron microscopy gives insight into the qualitative ori-entation in the nanocomposite with FLG or nCB. The storage moduli paralleland normal to the orientation reveal the direction dependency of reinforce-ment through dynamic mechanical analysis (DMA). Dimensional swellingmeasurements show a restriction of the expansion parallel to the FLG orienta-tion, and an increased expansion normal to the orientation. The vulcanizationsystem and crosslinking determine the respective level of property values, andhigher crosslinking densities increase the anisotropy in DMA resulting invalues of up to 2.9 for the quantified anisotropy factor. With increasing FLGcontent, the anisotropy increases. A comparison of the results reveals swellingmeasurements as the most suitable method for the determination of anisot-ropy. Compared to recent literature, the presented processing induces higheranisotropy, leading to higher reinforcing effects in the direction of orientation
Emergency exits as bottlenecks in escape routes are important for designing traffic facilities. Particularly, the capacity estimation is a crucial performance criterion for assessment of pedestrians' safety in built environments. For this reason, several studies were performed during the last decades which focus on the quantification of movement through corridors and bottlenecks. These studies were usually conducted with populations of homogeneous characteristics to reduce influencing variables and for reasons of practicability. Studies which consider heterogeneous characteristics in performance parameters are rarely available. In response and to reduce this lack of data a series of well-controlled large-scale movement studies considering pedestrians using different types of wheelchairs was carried out. As a result it is shown that the empirical relations are strongly affected by the presence of participants with visible disabilities (such as wheelchair users). We observed an adaption of the overall movement speeds to the movement speeds of participants using a wheelchair, even for low densities and free flow scenarios. Flow and movement speed are in a complex relation and do not depend on density only. In our studies, the concept of specific flow fits for the nondisabled subpopulation but it is not valid for scenario considering wheelchair users in the population.
Understanding movement in heterogeneous groups is important for a meaningful evaluation of evacuation prediction and for a proper design of buildings. The understanding of interactions and influencing factors in heterogeneous groups on key performance figures is fundamental for a safe design. This contribution presents results of experimental studies on movement of a crowd through a bottleneck involving participants with and without disabilities. High precise trajectories of the attendees extracted from video recordings were used to calculate density and velocity of the participants. Besides the well-established fundamental diagram new insights into the individual relation between density and velocity are discussed. A complex structure and considerate behaviour in movement implicates a strong influence of the heterogeneity on key performance values of safe movement.
Understanding movement in heterogeneous groups is important for a meaningful evaluation of evacuation prediction and for a proper design of buildings. The understanding of interactions and influencing factors in heterogeneous groups on key performance figures is fundamental for a safe design. This contribution presents results of experimental studies on movement of a crowd through a bottleneck involving participants with and without disabilities. High precise trajectories of the attendees extracted from video recordings were used to calculate density and velocity of the participants. Besides the well-established fundamental diagram new insights into the individual relation between density and velocity are discussed. A complex structure and considerate behaviour in movement implicates a strong influence of the heterogeneity on key performance values of safe movement.
Emergency exits as bottlenecks in escape routes are important for designing traffic facilities. Especially the fundamental diagram is a crucial performance criterion for assessment of pedestrians' safety in facilities and an important basis for calculation methods. For this reason, several studies were performed during the last decades which focus on the quantification of movement through bottlenecks. These studies were usually conducted with populations of homogeneous characteristics to reduce influencing variables and for reasons of practicability.
Studies which consider heterogeneous characteristics in performance parameters are rarely available. In response and to reduce this lack of data a series of well-controlled large-scale movement studies considering pedestrians with different disabilities was carried out.
Emergency exits as bottlenecks in escape routes are important for designing traffic facilities. Especially the fundamental diagram is a crucial performance criterion for assessment of pedestrians' safety in facilities and an important basis for calculation methods. For this reason, several studies were performed during the last decades which focus on the quantification of movement through bottlenecks. These studies were usually conducted with populations of homogeneous characteristics to reduce influencing variables and for reasons of practicability.
Studies which consider heterogeneous characteristics in performance parameters are rarely available. In response and to reduce this lack of data a series of well-controlled large-scale movement studies considering pedestrians with different disabilities was carried out.
The importance of empirical relations to quantify the movement of pedestrians through a facility has increased during the last decades since performance-based design methods became more common. Bottlenecks are of special interest because of their importance for egress routes and as they result in a reduced capacity. The empirical relations as the density-dependent movement speed or flow rate were derived by studies under laboratory conditions, which were usually conducted with populations of homogeneous characteristics forbetter control of influencing variables.
If individual characteristics of a crowd become more heterogeneous, individuals were forced to adapt their individual movement and control individual manoeuvring.
These unintended interactions lead to a different shape of the fundamental empirical relations. Here, we present results from a movement study under well-controlled boundary conditions in which participants with and without different characteristics of disabilities participated. To consider the effect of different heterogeneities on the capacity of a facility, fundamental diagrams are generated using the Voronoi method. If participants with visible disabilities (such as using assistive devices) are part of a crowd, significant differences relating to the shape of the empirical Relations and the capacities are found. This indicates that the heterogeneity of a Population leads to an increased interpersonal interaction which results in influenced movement characteristics.