Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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Die Analytik von Phthalaten (DMP bis DEHP) in der Luft ist mit thermischer Desorption unter Verwendung von Quarzwolle als Adsorbens erfolgreich realisierbar. Dies wurde durch eine Methodenvalidierung bestätigt. Es wurden sowohl Messungen im Innenraum als auch in Emissionskammern vorgenommen. In den Emissionskammermessungen wurden mögliche Senkeneffekte der Kammeroberfläche (Glas) untersucht. Unter Zuhilfenahme der idealen Abklingkurve wird bestätigt, dass diese Oberfläche eine Senke darstellt.
EBSD is nowadays a common technique for the characterization of crystalline microstructures in scanning electron microscopy. The diffraction patterns are often interpreted by superimposing individual Kikuchi bands which are geometrically described by band edges derived from Braggs law. For the typically very simple crystal structures of technically applied materials, such a simplification of the Kikuchi pattern interpretation works sufficiently well, especially for orientation determinations as a main application of EBSD. The more complex crystal structures, however, are a challenge for EBSD indexing routines which in such cases often fail unpredictably. The use of only the intensities of single reflectors for a description of the Kikuchi band intensity and as a cut-off criterion for a pre-selection of the strongest bands are not satisfactory. Often the result will match too many phases, or there are certain deviations in the intensity prediction which must be adapted manually. This is already problematic if one is absolutely sure that the patterns are originating from the expected phase and it becomes a very questionable procedure for an unknown phase.
Bisphenol A polycarbonate/acrylonitrile–butadiene–styrene (PC/ABS) with and without bisphenol A bis(diphenyl phosphate) (BDP) and 5 wt.% zinc borate (Znb) were investigated. The pyrolysis was studied by thermogravimetry (TG), TG-FTIR and NMR, the fire behaviour with a cone calorimeter applying different heat fluxes, LOI and UL 94. Fire residues were examined with NMR. BDP affects the decomposition of PC/ABS and acts as a flame retardant in the gas and condensed phases. The addition of Znb results in an additional hydrolysis of PC. The fire behaviour is similar to PC/ABS, aside from a slightly increased LOI and a reduced peak heat release rate, both caused by borates improving the barrier properties of the char. In PC/ABS + BDP + Znb, the addition of Znb yields a borate network and amorphous phosphates. Znb also reacts with BDP to form alpha-zinc phosphate and borophosphates that suppress the original flame retardancy mechanisms of BDP. The inorganic–organic residue formed provides more effective flame retardancy, in particular at low irradiation in the cone calorimeter, and a clear synergy in LOI, whereas for more developed fires BDP + Znb become less effective than BDP in PC/ABS with respect to the total heat evolved.
Untersucht wurde der Einfluss der Applikationsart (konventionelle und gespritzte Herstellung, Wasserlagerung bis zur Prüfung), der Einfluss von Fasern (konventionelle Herstellung, Wasserlagerung bis zur Prüfung) und der Einfluss von Schwindreduzierern (konventionelle Herstellung, Luftlagerung bis zur Prüfung).
Biofilms living on gold (Au) grains play a key role in the biogeochemical cycle of Au by promoting the dispersion of Au via the formation of Au nanoparticles as well as the formation of secondary biomorphic Au. Gold grains from Queensland, Australia, are covered by a polymorphic, organic-inorganic layer that is up to 40 μm thick. It consists of a bacterial biofilm containing Au nanoparticles associated with extracellular polymeric substances as well as bacterioform Au. Focused ion beam (FIB) sectioning through the biofilm revealed that aggregates of nanoparticulate Au line open spaces beneath the active biofilm layer. These aggregates (bacterioform Au type 1) resulted from the reprecipitation of dissolved Au, and their internal growth structures provide direct evidence for coarsening of the Au grains. At the contact between the polymorphic layer and the primary Au, bacterioform Au type 2 is present. It consists of solid rounded forms into which crystal boundaries of underlying primary Au extend, and is the result of dealloying and Ag dissolution from the primary Au. This study demonstrates that (1) microbially driven dissolution, precipitation, and aggregation lead to the formation of bacterioform Au and contribute to the growth of Au grains under supergene conditions, and (2) the microbially driven mobilization of coarse Au into nanoparticles plays a key role in mediating the mobility of Au in surface environments, because the release of nanoparticulate Au upon biofilm disintegration greatly enhances environmental mobility compared to Au complexes only.
Phosphorus-based flame retardancy mechanisms - Old hat or a starting point for future development?
(2010)
Different kinds of additive and reactive flame retardants containing phosphorus are increasingly successful as halogen-free alternatives for various polymeric materials and applications. Phosphorus can act in the condensed phase by enhancing charring, yielding intumescence, or through inorganic glass formation; and in the gas phase through flame inhibition. Occurrence and efficiency depend, not only on the flame retardant itself, but also on its interaction with pyrolysing polymeric material and additives. Flame retardancy is sensitive to modification of the flame retardant, the use of synergists/adjuvants, and changes to the polymeric material. A detailed understanding facilitates the launch of tailored and targeted development.
Faser-Bragg-Gitter (FBG) werden als Dehnungssensoren zur Bestimmung der Bauteilverformung dort eingesetzt, wo herkömmliche elektrische Dehnungsmesstechnik an ihre Grenzen stößt (z. B. im Hochspannungsbereich, bei starken elektromagnetischen Feldern, in der Medizintechnik, in sicherheitsrelevanten und strahlungsbelasteten Bereichen). Die Applizierung dieser Sensoren auf Oberflächen verschiedener Materialien und die Qualifizierung der FBG als Dehnungssensoren sind Gegenstand dieser Arbeit. Bisher ist für oberflächenapplizierte FBGDehnungssensoren kein geprüftes und zertifiziertes Applizierungsverfahren bekannt. Die Bestimmung der Dehnungsübertragung und die Definition eines Dehnungsübertragungskoeffizienten aus der Änderung der Bragg- Wellenlänge in Relation zur Dehnung des Messobjekts sind bisher mit keinem experimentellen Prüfverfahren validiert worden. Diese Arbeit behandelt die Entwicklung einer Messmethodik zur Bestimmung der Dehnungsübertragung zwischen Messobjekt und FBG- Dehnungssensor durch ein physikalisch unabhängiges optisches Referenzverfahren. Die auf die Dehnungsübertragung Einfluss nehmenden Parameter wurden zunächst experimentell quantifiziert und die Wellenlängenänderung der FBG-Dehnungssensoren in Relation zur Dehnungsmessung mit Dehnungsmessstreifen analysiert. Einige Werkstoffkennwerte der eingesetzten Klebstoffe wurden bestimmt. Auf Basis dieser Untersuchungen wurde im Rahmen dieser Arbeit eine Prüfeinrichtung für oberflächenapplizierte FBG-Dehnungssensoren aufgebaut. Die Funktionsfähigkeit der Messmethodik wird aufgezeigt. Untersuchungen, die die Charakterisierung der Prüfeinrichtung und die Validierbarkeit von FBG-Dehnungssensoren durch die hier entwickelte Messmethode zum Ziel haben, sind in dieser Arbeit begonnen worden. Für den Spezialfall der Dehnungsermittlung an einem Rotorblatt sind oberflächen- applizierbare FBG-Patches entwickelt und ihr charakteristisches Verhalten untersucht worden. Es wurde zusätzlich eine Integrationstechnik für FBG-Dehnungssensoren während der Rotorblattherstellung entwickelt. Als ersten Schritt in Richtung Standardisierung der zu prüfenden Kenngrößen bei der Ermittlung der Dehnungsübertragung und der Spezifizierung von Einfluss nehmenden Parametern auf den Dehnungsübertragungskoeffizienten ist unter Mitwirkung der Autorin dieser Arbeit eine Richtlinie für den Umgang mit oberflächenapplizierten FBG- Dehnungssensoren entstanden.
Im Ergebnis des Vorhabens steht für die praktische Anwendung eine wissenschaftlich fundierte Methode der Gefahrenbewertung für Selbstentzündungsvorgänge bei der Lagerung von Massenschüttgütern, Deponiestoffen und Recyclingmaterialien zur Verfügung. Diese Methode besteht aus drei Bestandteilen:
- Experimentelle Bestimmung der relevanten physiko-chemischen Eigenschaften des Materials,
- Experimentelle Bestimmung des Reaktionsverhalten mittels thermischer Analyseverfahren,
- Vorhersage der Selbstentzündung und des Brandverlaufes durch numerische Simulation anhand der realen Geometrie der Lageranordnung.
Eine solche Methode wurde bisher nicht systematisch angewendet, weshalb sowohl bei der Erstellung von Brandschutzkonzepten durch die Betreiber von Deponien oder Recyclinglagern als auch bei der Genehmigung solcher Anlagen durch die Behörden große Unsicherheit bezüglich des vorbeugenden Brandschutzes bestehen. Diese Unsicherheiten können mit den Ergebnissen des Vorhabens ausgeräumt werden. Den Nutzen hieraus ziehen vor allem KMU, die den Hauptteil der Betreiberfirmen von Deponien und Recyclinglagern stellen. Darüber hinaus erwuchsen aus dem Vorhaben auch grundlegende Erkenntnisse zum thermischen und Reaktionsverhalten solcher Lager:
- Gemische von Kunststoffen mit zellulosehaltigen oder faserartigen Stoffen sowie Gemische von Kunststoffen mit inerten Stoffen zeigen eine stärkere Selbstentzündungsgefahr als reine Kunststoffe.
- Auch bei sehr geringen Anteilen brennbarer Stoffe kommt es noch zu gefährlicher Wärmefreisetzung.
- Bei heterogener Verteilung der brennbaren Komponente (brennbare Einschlüsse in nicht-brennbarem Material) kann eine „Übertragung“ der Zündung zwischen brennbaren Einschlüssen erfolgen.
Dies spiegelt z.B. die Situation in Lagern für Baumischabfälle wieder. Mit dem im Vorhaben entwickelten mathematischen Modell können Selbstentzündungsprozesse in beliebigen Lageranordnungen vorhergesagt werden. Die Ziele des Vorhabens wurden erreicht. Weiterer Forschungsbedarf wurde zu folgenden Teilaspekten erkannt:
- Selbstentzündungsverhalten von Abfällen, die als sogenannte Ersatzbrennstoffe aufbereitet werden (Pressballen mit und ohne Folieumwicklung),
- tiefer gehende Klärung der Reaktionsmechanismen beim Abbrand von Abfallgemischen.
Für die Entwicklung dauerhafter Hochleistungsbetone sind Untersuchungen der Zementsteinmatrix im Mikro- und Nanobereich unerlässlich. In dieser Arbeit wurden flexible extrinsische Fabry-Perot-Interferometer-Sensoren für Messungen im jungen Alter der Zementsteinmatrix und Faser-Bragg-Gitter-Sensoren für Messungen von lastbedingten Verformungen des erhärteten Betons umfassend untersucht. Die Messergebnisse der flexiblen extrinsischen Fabry-Perot-Interferometer-Sensoren für Mikroverformungsmessungen wurden mit denen eines berührungslos messenden Laservibrometers sowie der digitalen Radiographie verglichen und erfolgreich validiert. Die Rückwirkung des eingebetteten Sensors auf die Zementsteinmatrix ist der einer Stahlfaser vergleichbar. Ein Angriff der alkalischen Matrix auf die Glasfaser des Sensors wurde in dem für Verformungsmessungen relevanten Zeitraum nicht festgestellt. In den folgenden Untersuchungen wurde der Übergang der eindimensionalen Verformung während des plastischen Schwindens zu einer dreidimensionalen Verformung charakterisiert. Um die Anwendbarkeit und die Leistungsgrenze der Sensoren zu testen, wurden frühe Verformungen durch unterschiedliche Faktoren beeinflusst: Variation der Mahlfeinheit des Zements, Variation des Wasserzementwerts sowie zyklische Temperaturbelastung. Die Messungen zeigten eine vom Wasserzementwert abhängige zeitliche Differenz zwischen dem Erstarrungsende nach Vicat (t0) und dem Knickpunkt der Verformungsrate. Bei zyklischer Temperaturbelastung konnten Expansions- und Kontraktionskoeffizient einer Zementleimmischung ab dem Erstarrungsende bestimmt werden. Durch Fasersensoren, die in unmittelbarer Umgebung eines Bewehrungsstahls angeordnet wurden, war erstmals die durch den Stahl hervorgerufene Verformungsbehinderung direkt in der Zementsteinmatrix messbar. Deutlich höher ist dabei erwartungsgemäß der Verformungsbehinderungsgrad bei gerippten Stählen gegenüber glatten Stählen. Die zusätzliche Variation des Stahldurchmessers stellt eine realitätsnahe Versuchsanordnung dar. Die Messungen im mikroskopischen Maßstab im Inneren der Matrix haben gezeigt, dass mit faseroptischen Sensoren die Informationen aus der Rasterelektronenmikroskopie und Röntgenverfahren optimal ergänzt werden können. Für Faser-Bragg-Gitter-Sensoren wurde eine Schutzkonstruktion entwickelt, die eine Einbettung der optischen Faser in der Betonmatrix ermöglicht. In Vergleichsmessungen von eingebetteten Faser-Bragg-Gitter-Sensoren und oberflächenapplizierten Sensoren wurde ermittelt, dass die gemessenen Verformungen im Inneren um bis zu 5 % geringer sind als außen.