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In den letzten Jahrzehnten wurde die Degradation der polymeren Matrix von flammgeschützten Polymeren eingehend untersucht. Erst in den letzten Jahren jedoch hat sich die Frage der Lebensdauer der Funktionalität des Flammschutzes selbst als wichtige Fragestellung herauskristallisiert, z.B. bei Kabeln. Deshalb sollte diese Fragestellung durch systematisch-variierte künstliche Klima- und Bewitterungstests an flammgeschützten Polymerwerkstoffen untersucht werden.
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.
Das Ziel des Forschungsvorhabens war die Untersuchung der Wirkungsweise von halogenfreien Flammschutzmitteln in WPC.
Eine große Anzahl verschiedener Flammschutzmittel wurde hinsichtlich ihrer Wirkmechanismen umfassend untersucht, um ein Verständnis für die ablaufenden Prozesse zu entwickeln. Hierbei wurden verschiedene Brandtests eingesetzt, um die Materialien bezüglich verschiedener Applikationen (E&E, Transportwesen, Bauwesen) zu beleuchten.
Die verschiedenen Untersuchungen liefern aber auch ein umfassendes Bild vom Brandverhalten in den verschiedenen Eigenschaften, wie Entflammbarkeit und Brandausbreitung.
Die prinzipiellen Ansätze wurden anhand von verschiedenen Flammschutzmitteln beleuchtet, ihre Pyrolyse und ihre Performance in verschiedenen Brandtests gegenübergestellt. Bei der angestrebten geringen Zusatzmenge ist durch den Zusatz eines einzigen Flammschutzmittels keine zufriedenstellende Reduktion der Brandeigenschaften zu erwarten. Multikomponentensysteme zur Steigerung der Effizienz sind angezeigt. Einige prinzipielle Kombinationsmöglichkeiten wurden für alle Hauptflammschutzmittel durchgespielt. Die teilweise deutlichen Verbesserungen zeigen Wege zur erfolgreichen Produktentwicklung auf. So konnten bei den Spritzgießcompounds Eigenschaften erzielt werden, die eine UL 94 V0 Klassifizierung ermöglichen.
Ein Einsatz der im Forschungsvorhaben hergestellten Compounds als Baustoff ist aufgrund des Brandverhaltens in den baustoffspezifischen Prüfungen nicht möglich. Hier sind weitere Flammschutz-Konzepte zu erproben.
Gleitmittel nehmen bei den untersuchten Extrusionscompounds keinen Einfluss auf das Brandverhalten. Haftvermittler nehmen ebenfalls keinen signifikanten Einfluss auf das untersuchte Brandverhalten, können aber zu einer veränderten Verteilung der Füllstoffe
und damit zur Ausbildung einer effektiveren Schutzschicht führen.
Feinere Holzpartikel schneiden bei den Brandprüfungen besser ab als grobe Holzpartikel.
Bei Einsatz von grobem Holz wird eine schlechtere Rückstandsstruktur ausgebildet, was das Brandverhalten negativ beeinflusst. Der Einsatz von vorbehandeltem Holz
brachte nicht die erwartete Verbesserung.
Die neu konzipierte Aufbereitungsanlage auf Basis des Planetwalzenextruders konnte erfolgreich in Betrieb genommen werden. Vergleichende Versuche mit dem Doppelschneckenextruder zeigten, dass der PWE-Aufbau eine gute Alternative zur etablierten DSE-Aufbereitung darstellt.
Zusätzlich wurden an Compounds vielversprechender Flammschutzansätze weitere Materialprüfungen (Biegeversuch, Schlagversuch, Wasseraufnahme) durchgeführt, um den Einfluss der FSM auf die spezifischen Eigenschaften der WPC zu beleuchten.
A silicon MIS-structure prepared with thin layers of the super-ionic conductor LaF3 and Pd is used to detect hydrogen. The sensor is able to detect hydrogen in a concentration range from below one ppm to the lower flammable limit in air which is 4 vol.-%. The chip operates at room temperature which results in an extremely low energy consumption compared to other hydrogen sensors. Only once per day a short heating pulse is necessary to reactivate the sensor chip. In cooperation with the BAM, a long-term experiment was carried out. The duration of the measurement was about three months, with a hydrogen exposure every two weeks. The sensor signal remained stable over the measured period.
We present a new high resolution X-ray imager based on a pnCCD detector and a polycapillary optics. The properties of the pnCCD like high quantum efficiency, high energy resolution and radiation hardness are maintained, while color corrected polycapillary lenses are used to direct the fluorescence photons from every spot on a sample to a corresponding pixel on the detector. The camera is sensitive to photons from 3 to 40 keV with still 30% quantum efficiency at 20 keV. The pnCCD is operated in split frame mode allowing a high frame rate of 400 Hz with an energy resolution of 152 eV for Mn Kα (5.9 keV) at 450 kcps. In single-photon counting mode (SPC), the time, energy and position of every fluorescence photon is recorded for every frame. A dedicated software enables the visualization of the elements distribution in real time without the need of post-processing the data. A description of the key components including detector, X-ray optics and camera is given. First experiments show the capability of the camera to perform fast full-field X-Ray Fluorescence (FF-XRF) for element analysis. The imaging performance with a magnifying optics (3×) has also been successfully tested.
Compact pnCCD-based X-ray camera with high spatial and energy resolution: a color X-ray camera
(2011)
For many applications there is a requirement for nondestructive analytical investigation of the elemental distribution in a sample. With the improvement of X-ray optics and spectroscopic X-ray imagers, full field X-ray fluorescence (FF-XRF) methods are feasible. A new device for high-resolution X-ray imaging, an energy and spatial resolving X-ray camera, is presented. The basic idea behind this so-called 'color X-ray camera' (CXC) is to combine an energy dispersive array detector for X-rays, in this case a pnCCD, with polycapillary optics. Imaging is achieved using multiframe recording of the energy and the point of impact of single photons. The camera was tested using a laboratory 30 µm microfocus X-ray tube and synchrotron radiation from BESSY II at the BAMline facility. These experiments demonstrate the suitability of the camera for X-ray fluorescence analytics. The camera simultaneously records 69696 spectra with an energy resolution of 152 eV for manganese Kα with a spatial resolution of 50 µm over an imaging area of 12.7 × 12.7 mm². It is sensitive to photons in the energy region between 3 and 40 keV, limited by a 50 µm beryllium window, and the sensitive thickness of 450 µm of the chip. Online preview of the sample is possible as the software updates the sums of the counts for certain energy channel ranges during the measurement and displays 2-D false-color maps as well as spectra of selected regions. The complete data cube of 264 × 264 spectra is saved for further qualitative and quantitative processing.