TY - THES A1 - Rettig, Marco Reinhold T1 - Flammfeste, elektronenstrahlhärtbare Reaktivharze auf Basis nachwachsender Rohstoffe T1 - Flame-retardant, electron beam curable resins based on renewable resources N2 - Pflanzenöle als Rohstoff für Polymere versprechen eine gute Nachhaltigkeit beim Einsatz in Duromermaterialien. Aus diesem Grund wurden elektronenstrahlhärtbare Harzsysteme auf Basis von epoxidiertem bzw. acryliertem Lein- oder Sojaöl untersucht, die aufgrund ihrer hohen Funktionalität eine gute Vernetzbarkeit versprechen. Die Elektronenstrahlhärtung hat gegenüber der konventionellen thermischen Härtung den Vorteil, dass wesentlich kürzere Härtungszeiten benötigt werden, die Reaktion bei geringeren Temperaturen stattfinden kann und im Falle der Acrylatharze kein Initiator benötigt wird. Der Schwerpunkt der Arbeit lag auf der Entwicklung von neuartigen Harzsystemen, deren Eigenschaftsprofil geeignet ist für verschiedenartige Anwendungen, z. B. als Maschinengehäuse, Arbeitsplatten im Haushaltsbereich, Schutzbeschichtungen oder für die Inneneinrichtung von Schienenfahrzeugen. Notwendig hierfür sind eine hohe Glasübergangstemperatur, eine hohe Bruchzähigkeit sowie eine hohe Oberflächenhärte des Materials. Insbesondere die Inneneinrichtung von Schienenfahrzeugen unterliegt sehr strengen Normen hinsichtlich des Brandschutzes. Aus diesem Grund lag ein weiteres Augenmerk auf der Optimierung der Flammfestigkeit des Materials. Es wurden Untersuchungen zur Optimierung der Strahlungsdosis und der Initiatorkonzentration durchgeführt. Die Reinharzproben aus epoxidiertem bzw. acryliertem Pflanzenöl waren hierbei allerdings nicht in der Lage, Glasübergangstemperaturen von mindestens 100 °C zu erreichen. Dies ist notwendig, damit das Material beim Kontakt mit z. B. Wasserdampf oder Heizungsluft mechanisch stabil bleibt. Bei den Harzsystemen auf Basis von epoxidiertem Leinöl war eine Steigerung der Glasübergangstemperatur über 100 °C auch nicht durch Zugabe größerer Mengen an petrochemischen Comonomeren möglich, weshalb sie sich als ungeeignet für die angestrebten Anwendungen erwiesen. Bulkproben aus acryliertem Leinöl mit 20 Ma.-% Trimethylolpropantriacrylat und 20 Ma.-% Bisphenol A-Methacrylat erreichten mit einer Strahlungsdosis von 132 kGy hingegen eine Glasübergangstemperatur von 117 °C. Dieses Harz wies allerdings eine sehr hohe Sprödigkeit auf. Aus diesem Grund wurden verschiedene flüssige, wachsartige und thermoplastische Additive zur Steigerung der Bruchzähigkeit untersucht, wobei keines eine signifikante Erhöhung bewirkte. Mehr Erfolg hatte der Einsatz von partikulären Füllstoffen wie Aluminiumhydroxid, phosphorhaltigen Nanopartikeln und Mikrokorund, die in Kombination eine Verbesserung der Bruchzähigkeit auf bis zu K1c = 0,88 MN/m3/2 bewirkten. Die genannten Füllstoffe und phosphorhaltige Flammschutzmittel bewirkten eine Verringerung der Wärmefreisetzung im Brandfall. Allerdings sind die erzielten Werte nicht ausreichend, um die strengen Brandschutzvorschriften im Schienenfahrzeugbereich zu erfüllen. Während Aluminiumhydroxid zudem die Rauchfreisetzung beim Brand deutlich senken konnte, bewirkten sämtliche phosphorhaltigen Flammschutzmittel allesamt eine erhöhte Rauchentwicklung. Bei den phosphorhaltigen Nanopartikeln war hierbei eine direkte Zunahme der Rauchfreisetzung in Abhängigkeit des Phosphorgehalts der Partikel zu beobachten. Die Oberflächenhärte wurde durch alle drei Füllstoffe deutlich erhöht. Der Effekt von Aluminiumhydroxid und phosphorhaltigen Nanopartikeln war dabei über-raschenderweise höher als bei Mikrokorund, obwohl letzterer eine wesentlich höhere Härte aufweist. Fazit: Es ist gelungen elektronenstrahlhärtbare Harzformulierungen mit einem hohen Anteil an nachwachsenden Rohstoffen auf Basis von acryliertem Leinöl herzustellen, die gute thermomechanische Eigenschaften, eine gute Bruchzähigkeit, eine hohe Flammwidrigkeit sowie eine gute Oberflächenhärte besitzen. Die Untersuchungen zeigten, dass Harze auf Basis von epoxidiertem Leinöl die gewünschten Eigenschaften nicht erreichen konnten. Mit dem Eigenschaftsprofil der Harze ist eine Anwendung als Maschinengehäuse, Arbeitsplatten im Haushaltsbereich oder Schutzbeschichtungen möglich. Anwendungen im Schienenfahrzeugbereich sind aufgrund der nicht ausreichenden Brandeigenschaften allerdings nicht möglich. N2 - Renewable resources are an important factor to improve the sustainability of thermosetting materials. Epoxidized and acrylated linseed or soybean oil with a high amount of polyunsaturated fatty acids are well suited for highly cross-linkable resins. Electron beam curing of resins is a quick and energy-efficient process, which offers several advantages compared to thermally cured system. - considerably shorter curing time - curing takes place at room temperature, which causes less thermal stress - initiator-free curing of acrylate resins The development of new resin systems with good properties for applications such as machine housings, work plates, surface coatings and interior for rail vehicles was the main objective of the project. Therefor the material needs a high glass transition temperature, high fracture toughness, high surface hardness as well as high flame resistance. Resins based on acrylated linseed oil with petrochemical co-monomers achieved glass transition temperatures above 100 °C. This is important so that the material remains stable when exposed to high temperatures. Even with high amounts of petrochemical co-monomers, resins based on epoxidized linseed oil were not able to reach glass transition temperatures above 100 °C. Bulk samples of acrylated linseed oil with 20% w/w trimethylolpropane triacrylate and 20% w/w bisphenol A-dimethacrylate were cured with a radiation dose of 132 kGy and showed a glass transition temperature of 117 °C. Several liquid, waxy and thermoplastic additives were investigated to enhance the poor fracture toughness of the resin, but none of them caused a significant improvement. Aluminum hydroxide, phosphorus containing nanoparticles and micro corundum as fillers caused an increase of the fracture toughness up to K1c = 0.88 MN/m3/2. These fillers also greatly reduced the heat release rate of the burning material, but phosphorus containing flame retardants also caused an increase of the smoke release. The fillers also improved the surface hardness significantly. Aluminum hydroxide and phosphorus containing nanoparticles showed a greater effect than the micro corundum. Conclusion: Resins and composites with a high amount of renewable resources based on acrylated linseed oil were electron beam cured and showed a high glass transition temperature, high fracture toughness, high surface hardness and high flame resistance. Applications as machine housings, work plates or surface coatings are possible whereas applications as interior for rail vehicles are currently not possible since the strict fire protection requirements are not met. KW - Leinöl KW - Nachwachsender Rohstoff KW - Elektronenstrahlhärten KW - Flammenhärten KW - Acrylharz KW - Leinöl KW - Elektronenstrahlhärtung KW - Nachwachsende Rohstoffe KW - Flammfestigkeit KW - Arcrylatharze KW - Linseed oil KW - Electron beam curing KW - Renewable resources KW - Flame retardance KW - Acrylic resins Y1 - 2010 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-20712 ER - TY - THES A1 - Concord, Arnaud T1 - Debonding technologies for adhesive bonded structures T1 - Wiederlösbare Klebstoffe für Strukturklebungen N2 - Adhesive bonding is the preferred bonding method for a lot of different application because of is particularities. As an example, adhesive bonding does not require to drill holes like for riveting or screwing. Thin and fragile material as well as of different arts can be successfully joined using adhesives. Moreover, adhesive bonding provides a uniform load distribution within the bonding joint during mechanical load. For these reasons, adhesive bonding should be used systemically for joining fiber reinforced polymers, since the fibers would be damaged by drilled holes. The mechanical properties of the parts given by the fibers would then remain. The problem is that it is very difficult to separate adhesively bonded structures. The first layer of fibers is often damaged by rough mechanical separation, or the resin matrix is damaged because of high temperatures applied. For these reasons, fibers reinforced polymers are up to now still very often screwed or riveted. New adhesive systems that allow debonding of structural bonding joints are developed and investigated in this work. For this purpose, epoxide and polyurethane adhesive are modified with foaming agents that weaken the adhesive above their expansion temperature. These modified adhesive should keep properties as close as possible to the properties of the unmodified adhesives. The expansion temperature should be above the upper service temperature of the adhesive as far as possible but also below the limit of the thermal stability of the substrates. This is contradictory and the window of temperature at which the expansion should take place is very narrow. In a second method, a commercial electrically disbonding adhesive is used in combination with fiber reinforced polymer substrates. This adhesive can be electrically disbonded by applying a voltage at the terminals of the adhesive. Therefore, electrically conductive substrates are necessary and the metallization of the fiber reinforced polymer substrates is investigated. N2 - Kleben ist für viele Anwendungen die bevorzugte Verbindungsmethode aufgrund seiner Besonderheiten. Beispielsweise ist es nicht notwendig Löcher, wie beim Nieten oder Schrauben, zu produzieren. Materialien, welche dünn, spröde oder unterschiedlich sind, können mit Klebstoffen ebenfalls effizient verbunden werden. Darüber hinaus erlaubt das Kleben eine gleichmäßige Spannungsverteilung. Aus diesen Gründen sollte das Kleben häufig für das Verbinden von Faserverbundwerkstoffen verwendet werden. Dadurch würden die enthaltenen Fasern nicht beschädigt und mechanischen Eigenschaften des Materials beibehalten werden. Das Problem hierbei allerdings ist, das sehr schwierige Trennen von geklebten Teilen. Die oberste Lage der Fasern wird oft bei einem gewaltigen mechanischen Lösen beschädigt, oder die Harzmatrix wegen hoher eingesetzten Temperaturen. Aus diesen Gründen werden Faserverbundwerkstoffe heutzutage noch viel geschraubt und genietet. In dieser Arbeit, wurden neue Klebstoffsysteme entwickelt, die das Wiederlösen von Strukturklebungen erlaubt. Zu diesem Zweck sind Klebstoffe, basierend auf Epoxiden und Polyurethanen mit Expansionsstoffen, die die Klebeverbindung oberhalb der Expansionstemperatur schwächen, modifiziert worden. Die modifizierten Klebstoffe sollten Eigenschaften aufweisen, die den Eigenschaften unmodifizierten Klebstoffe sehr ähnlich sind. Die Expansionstemperatur sollte, so fern wie möglich, sich in der obersten Einsatztemperatur des Klebstoffes befinden, aber ebenfalls im Bereich der Temperaturbeständigkeit der Substrate. Diese Anforderung steht sich im Widerspruch und ruft deshalb einen kleinen möglichen Temperaturbereich zur Anwendung hervor. In einer zweiten Methode wurde ein kommerzieller elektrisch lösbarer Klebstoff eingesetzt. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung an den Klemmen des Klebstoffes konnte die Klebeverbindung getrennt werden. Dafür sind elektrisch leitfähige Substrate notwendig. Für eine Verwendung dieses Klebstoffes auf nicht elektrisch leitfähige Substrate wie Faserverbundwerkstoffe, ist die Metallisierung von Kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen untersucht worden. KW - Klebeverbindung KW - Adhäsion KW - Klebstoff KW - Wiederlösbar KW - Verbundwerkstoff KW - CFK KW - Adhesive KW - Debonding KW - Composite KW - CFRP Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-23741 ER - TY - THES A1 - Kahle, Olaf T1 - Einsatzmöglichkeiten und Grenzen der temperaturvariablen Ellipsometrie zur thermophysikalischen Charakterisierung polymerer Schichten N2 - Die Temperaturvariable Ellipsometrie (VTE) ist eine neue Methode zur thermophysikalischen Charakterisierung von transparenten Polymeren in dünner Schicht (50 nm bis 2 mikrom). Die wesentlichen Fehlereinflüsse werden aufgezeigt und quantifiziert, wobei der Genauigkeit der Bestimmung der optischen Eigenschaften des Substrates der größte Einfluss zukommt. Der Anwendungsbereich der Methode wird erforscht und es werden viele Beispiele gezeigt. Mögliche Anwendungen sind neben der Bestimmung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten und der Glasübergangstemperatur die Untersuchung aller Prozesse, die mit einer Masseänderung der Schicht verbunden sind (z.B. Abdampfen niedermolekularer Komponenten, Wassergehalt der Schicht, thermisches Abbauverhalten). N2 - Variable Temperature Ellipsometry (VTE) is a new method for the characterization of thermophysical properties of thin transparent polymer layers in the range of 50 nm to 2 mikrom. The sources of errors are investigated and quantified in detail. The most relevant error source is the accuracy of the determination of the optical properties of the substrate. The range of applications is explored and many examples are given. Possible applications are aside from the determination of the coefficient of thermal expansion and the glass transition temperature the investigation of all processes connected to mass change of the layer (e.g. evaporation of low molecular components, amount of water, kinetics of thermal degradation). KW - Polymerfilm KW - Thermophysikalische Eigenschaft KW - Ellipsometrie KW - Temperaturabhängigkeit KW - Temperaturvariable Ellipsometrie KW - Dünne Schicht KW - Methodenentwicklung KW - Polymer Y1 - 2002 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-000000266 ER - TY - THES A1 - Sueck, Thorsten T1 - Neue UP-Harze für das SMC- und BMC-Verfahren T1 - New UP-Resins for SMC- and BMC-Process N2 - Ungesättigte Polyesterharze auf Basis von Maleinsäureanhydrid und 1,2-Propandiol (MS-PG) gehören zum Stand der Technik und liefern Glasübergangstemperaturen von etwa 185 °C. Diese Arbeit beschäftigt mit dem Ziel der Herstellung von UP-Harzen mit einer Glasübergangstemperatur größer 185 °C. Bislang werden solche Glasübergangstemperaturen nur durch aufwendige thermooxidative Nachhärtung von DCPD-UP-Harzen oder Hybrid-Harzen erhalten. In dieser Arbeit werden UP-Harze auf Basis von Tricyclodecandimethanol (TCD-DM) vorgestellt. Diese UP-Harze werden mittels Gelpermeationschromatographie (GPC), Viskosität und Säurezahl analysiert. Anschließend werden die gehärteten UP-Harze untersucht. N2 - Unsaturated polyester resins (UPR) based on Maleic anhydride and 1,2-Propanediol (MS-PG) belong to the state of the art and provide glass transition temperatures of approximately 185 °C. This work employs for the purpose of producing UPR with a glass transition temperature greater than 185 °C. So far, these glass transition temperatures can only be realized by costly thermo oxidative post-curing DCPD-UP-Resin or hybrid resins. This work will present UPR based on Tricyclodecandimethanol (TCD-DM). These UPR are analyzed by using Size Exclusion Chromatography (SEC), viscosity and acid number. Then the cured UPR will be investigated. KW - Ungesättigter Polyesterharz KW - Formmasse KW - Gelchromatographie KW - SMC KW - BMC KW - UP-Harze KW - SMC KW - BMC KW - UP-Resin Y1 - 2008 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-4621 ER - TY - THES A1 - Brezina, Robert T1 - Qualitative und quantitative Bestimmung der intrinsisch gebildeten Emittenten (Hexanal und Hexansäure) und deren Verteilungs- und Diffusionskoeffizienten während der chemischen Trocknung in Alkydharzlacken T1 - Qualitative and quantitative determination of the intrinsically formed emitter (hexanal and hexanoic acid) and their distribution and diffusion coefficients during the chemical drying in alkyd paints N2 - Alkydharzlacke emittieren nach ihrer Applikation unter normalen Bedingungen (Raumtemperatur und relativer Luftfeuchte von 50 %) über einen Zeitraum von mehreren Wochen Stoffe, die einen negativen Einfluss auf die Qualität der Innenraumluft aus üben. In der vorliegenden Arbeit wurden schnelle und robuste Methoden zur qualitativen und quantitativen Bestimmung der VOC - Emittenten (Hexanal und Capronsäure) von Alkydharzlacken während der Trocknung entwickelt. Dafür wurden eine Prüf- (nach dem AgBB-Schema) und eine Mikro-Kammer von Markes verwendet. Zudem konnte der Verteilungs- und Diffusionskoeffizient der in situ gebildeten Emittenten bestimmt werden, wodurch deren Emissionsraten besser verstanden und dadurch eine bessere Interpretation der Emissionsverläufe ermöglicht wird. Der Diffusionskoeffizient wurde in einem statischen und einem dynamischen System mit Hilfe eines neuen Applikations- und Herstellungsverfahrens der Lackproben bestimmt. Des Weiteren wurde ein physikochemischer Ansatz verfolgt, der die Löslichkeit von Hexanal in der Lackmatrix verringert. Die Verweilzeit des Hexanals in der Lackmatrix verkürzt sich und somit wird weniger Hexanal zu Capronsäure autoxidiert. Dadurch wird die Belastung der Innenraumluft durch die Trocknung von Alkydharzlacken gesenkt. N2 - Alkyd paints emit over a period of several weeks after application under normal conditions (room temperature and relative humidity of 50 %) substances which have a negative impact on the Indoor Air Quality. In the present work, fast and robust methods for the qualitative and quantitative determination of the VOC - emitter (hexanal and caproic acid) during the drying of alkyd paints were developed. For this test, a so called "test chamber"' (according to the AgBB scheme) and a micro - chamber from Markes were used. In addition, the distribution - and diffusion coefficients of the emitters formed in situ were determined, to get a competent knowledge of their emission rates and thereby an improved interpretation of the emission profiles. The diffusion coefficient was determined in a static and dynamic system with the help of a new application and manufacturing method of the coating samples. Furthermore, a physicochemical approach was used to reduce the solubility of hexanal in the coating matrix. The dwell time of hexanal in the paint matrix is reduced and thus less hexanal is autoxidized to caproic acid. According to this, the contamination of indoor air by the drying of alkyd resin is lowered. KW - Alkydharzlack KW - Emission KW - Mikro-Kammer KW - Micro–chamber KW - Verteilungs– und Diffusionskoeffizient KW - Alkydharz KW - Lack KW - Hexansäure KW - Trocknung Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-35109 ER - TY - THES A1 - Schütt, Matthias T1 - Thermoplastische Zwischenlagen zur Verbesserung der Brandbeständigkeit von carbonfaserverstärkten Epoxidharzsystemen T1 - Improving the fire resistance of carbon fiber reinforced plastics using thermoplastic interlayers N2 - Das Verhalten von Faserverbundwerkstoffen auf Polymerbasis im Brandfall ist aufgrund ihrer organischen Matrix ein zentrales Thema in der Werkstoffentwicklung. Um unter Hitzeeinwirkung Flammbildung zu verhindern, den Brand einzudämmen oder zu löschen, werden den meisten Werkstoffen Flammschutzmittel (FSM) hinzugefügt. Gängige FSM haben jedoch einen Einfluss auf die Verarbeitbarkeit des Trägermaterials und dessen Eigenschaften. Dazu zählen die Erhöhung der Harzviskosität, Versprödung der Matrix oder die Freisetzung toxischer Stoffe im Brandfall. Ein zentrales Thema der aktuellen Entwicklung faserverstärkter Verbundwerkstoffe ist der Wechsel von Prepreg- hin zu Infusionsprozessen. Dabei spielt der Einfluss auf die Verarbeitbarkeit eine besondere Rolle, da viele FSM im Infusionsprozess aufgrund der Erhöhung der Harzviskosität, Agglomeration oder Filtereffekten nicht verarbeitet werden können. In der vorliegenden Arbeit wurde eine neue Methode entwickelt, strukturelle Faserverbundwerkstoffe mithilfe eines Multi-Lagen-Aufbaus im Brandfall vor der Hitzeeinwirkung zu schützen, ohne die Bauteileigenschaften im Normalbetrieb zu beeinträchtigen. Dabei wurde der Ansatz verfolgt, in carbonfaserverstärkte Laminate auf Epoxidbasis Lagen aus Hochleistungsthermoplasten einzubringen, die im Brandfall als Intumeszenz- bzw. Barriereschicht dienen. Zur Evaluierung der Materialien wurden neben der Bestimmung des Brandverhaltens mittels Cone Kalorimetrie zusätzlich in der Luftfahrt zulassungsrelevante Prüfverfahren zur Bestimmung der Brennbarkeit, Flammausbreitung und der Freisetzung von Wärme, Rauch und toxischer Stoffe durchgeführt. Zusätzlich wurde die für den strukturellen Bereich wichtige Feuerbeständigkeit untersucht und kritische mechanische Größen, wie die interlaminaren Eigenschaften, Druckfestigkeit und die Impakt-Toleranz bestimmt. Darüber hinaus wurde die Beständigkeit des Materials gegenüber luftfahrtrelevanten Medien untersucht. Neben der Materialcharakterisierung wurden die Mechanismen untersucht, die im Brandfall im Material ablaufen, um mit dem daraus resultierenden Verständnis das Material gezielt optimieren zu können. In diesem Zusammenhang wurde u.a. das Brandverhalten in Abhängigkeit von der Beaufschlagungstemperatur, Probendicke, Probenfeuchtigkeit und von mechanischen Schäden bestimmt. Außerdem wurden die freigesetzten Pyrolysegase und die Änderung der thermischen Eigenschaften des Materials betrachtet. Mithilfe modifizierter Cone Kalorimeter-Messungen wurde darüber hinaus die Temperaturverteilung und die Zersetzung des Materials über den Probenquerschnitt während der Messung beobachtet. Durch den Einfluss der Modifizierung auf die Verarbeitbarkeit, speziell im hier verwendeten Infusionsverfahren, wurde neben der Materialentwicklung auch der Verarbeitungsprozess betrachtet und angepasst. Ein Beispiel hierfür ist die Anpassung der Infusionstemperatur an die Löslichkeit der Thermoplaste im Harzsystem. Die Arbeit zeigt, dass thermoplastische Zwischenlagen im Brandfall durch Intumeszenz bzw. Barriereeffekte das darunterliegende Material schützen. Dadurch wird die Restfestigkeit und die Zeit bis zum Versagen des Bauteils erhöht. Zudem wirken die Lagen zähmodifizierend und verbessern die mechanischen Eigenschaften im Normalbetrieb. Zusätzlich können die Lagen als Träger für zusätzliche Modifikatoren dienen. N2 - The behavior in case of fire is an important issue in the development of polymer based fiber reinforced composites. For improving the material properties concerning flammability, burning behavior and fire resistance, the materials are modified with flame retardants (FSM). However, common FSM have an influence on the processability and the properties of the material they are mixed in. This includes increasing the resin viscosity, embrittlement of the matrix and the release of toxic substances in case of fire. One focus of the current development of fiber reinforced composites is the change from prepregging to infusion processing. An important issue in this topic is the influence of the FSM on the processing, because many FSM are not processible by infusion due to increase of the resin viscosity, agglomeration or filter effects. The aim of this study is to develop a new method of fire protection for carbon fiber reinforced composites which is manufactured using the infusion process and is applied in aeronautic structures without a detraction of the processing and the material properties under operational conditions. In this approach, thermoplastic (TP) interlayers were used in a multi-layered laminate (MLL) as barrier and/or intumescent layers to protect the material below from the heat impact. Besides the characterization using the cone calorimeter, testing methods in accordance to the aeronautic regulation and specification were used to evaluate the MLL regarding flammability, flame spread and the release of heat, smoke and toxic gases. In addition, fire resistance, the most critical mechanical properties and the resistance against common aeronautic media were measured. Additional to the characterization, the mechanisms under heat impact were studied. The resulting understanding of the behavior in case of fire was used as basis for a systematic optimization of the MLL. For this purpose, the burning behavior was measured, depending on the heat impact, sample thickness, moisture and mechanical damage. Furthermore, the released gases and the change of the thermal properties were measured. Modified cone calorimetry measurements were used to analyze the temperature distribution and the degradation of the material through the sample thickness. Due to the influence of the modifications on the processability of the materials in the used infusion process, also process development was part of the work. One example is the adjustment of the processing temperature due to the solubility of the TP in the matrix resin. This study shows that the interlayers protect the material below by building an intumescent and/or protective layer in case of fire. This effect increases the residual strength and the time to failure. Additionally, the interlayers increase the mechanical properties of the material under operational conditions by toughening the matrix resin. Furthermore, the interlayers can be used as carrier for additives for a selective and well defined modification of the laminate. KW - Carbonfaserverstärkte Verbundwerkstoffe KW - Carbon fiber reinforced plastics KW - Multi-layered laminates KW - Multi-Lagenlaminate KW - Fire resistance KW - Feuerbeständigkeit KW - Hochtemperaturthermoplaste KW - Epoxidharz KW - Epoxy resin KW - High performance thermoplastic polymers KW - Epoxidharz KW - Feuerfestigkeit Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-35775 ER - TY - THES A1 - Broßke, Dirk T1 - Sol-Gel-Synthese von nanoskaligen binären und ternären Metallfluoriden T1 - Sol-gel synthesis of binary and ternary nano metal fluorides N2 - Das Ziel dieser Promotionsarbeit war die Synthese von verschiedenen binären und ternären nano-Metallfluoriden mittels der fluorolytischen Sol-Gel-Synthese. Dabei wurden neue Syntheserouten zur Herstellung von Nanopartikeln entwickelt und die gebildeten Produkte auf ihre Eigenschaften hin analytisch untersucht. Bei der Synthese der binären Metallfluoride lag der Fokus auf der Herstellung von Magnesiumfluorid aus Magnesiumethoxid, welches bisher für diese Art der Synthese nicht geeignet erschien. Diese Syntheseroute war möglich durch die Aktivierung von Magnesiumethoxid mittels Kohlenstoffdioxid, Magnesiumchlorid und weiterer Verbindungen. Es wurden ebenfalls umfangreiche Untersuchungen des Intermediates durchgeführt, das sich bei der Umsetzung von Magnesiumethoxid mit Kohlenstoffdioxid bildet. Über die verschiedenen Präkursoren war die Synthese von Solen, die Nanopartikel von unter 10 nm enthielten, möglich. Auch die Verwendbarkeit von dem so hergestellten nano-Magnesiumfluorid für antireflexive Beschichtungen von Gläsern konnte gezeigt werden. Bei der Herstellung von Lithiumfluorid wurde der Einfluss des verwendeten Lösungsmittels und der eingesetzten Präkursoren untersucht. Die Synthese von klaren Solen war möglich, wenn die Edukte im jeweils verwendeten Lösungsmittel löslich waren. Weiterhin konnten erfolgreich fluorolytische Sol-Gel-Synthesen von nanoskopischem Berylliumfluorid durchgeführt werden. Ein Hauptaugenmerk bei der Sol-Gel-Synthese von ternären Metallfluoriden lag auf der Darstellung von nanoskopischem Kaliumfluorozinkat. Dabei war es möglich, Partikel mit einer Größe von 16nm zu synthetisieren. Die hergestellten Sole wurden weiterhin für eine Verwendung als Flussmittel optimiert, sodass es möglich war, Aluminium mit bis zu 5 g/m2 zu beschichten. Es konnten auch verschiedene Syntheserouten zur Herstellung von Lithiumfluoroberyllat gezeigt werden. N2 - The goal of this Ph.D. thesis was the synthesis of various binary and ternary nano metal fluorides using the fluorolytic sol-gel synthesis. New synthetic routes for the preparation of nanoparticles were developed and the properties of the products were investigated analytically. The focus of the synthesis of binary metal fluorides was on the production of magnesium fluoride from magnesium ethoxide, which so far was not considered suitable for this type of synthesis. This synthetic route was possible due to the activation of magnesium ethoxide by means of carbon dioxide, magnesium chloride and other compounds. Moreover, extensive investigations of the intermediate formed by the reaction of magnesium ethoxide with carbon dioxide were carried out. The synthesis of sols containing nanoparticles below 10 nm was achieved by employing different precursors. The usability of the synthesized nano magnesium fluoride for the production of antireflective glas coatings could also be shown. The influence of the used solvent and precursors on the production of lithium fluoride was investigated. The synthesis of clear sols was possible if the reactants were soluble in the employed solvent. Moreover, fluorolytic sol-gel synthesis of nanoscopic beryllium was performed succesfully. A main focus of the sol-gel synthesis of ternary metal fluorides was on the synthesis of nanoscopic potassium fluorozincate. In this case, it was possible to synthesize particles with a size of 16 nm. The produced sols were further optimized for their use as fluxs thus enabling a coating of aluminum with up to 5 g /m2. Moreover, various synthetic routes for the preparation of lithium fluoroberyllate were shown. KW - Metallfluoride KW - Fluorolytische Sol-Gel-Synthese KW - Nanopartikel KW - Metal fluorides KW - Fluorolytic sol-gel synthesis KW - Nanoparticles KW - Sol-Gel-Verfahren KW - Metallfluoride KW - Nanopartikel Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-36262 ER - TY - THES A1 - Keller, Jürgen T1 - Micro- and nanoscale characterization of polymeric materials by means of digital image correlation techniques N2 - This thesis comprises the development, accuracy testing and application of the so-called nanoDAC method (nano Deformation Analysis by Correlation). The method combines scanning probe microcopy (SPM) images and digital image correlation (DIC) to derive an in-situ deformation measurement technique. The results are full-field 2D displacement fields with nanometer resolution. The method can be performed on bulk materials, thin films, and on microelectronic components. A thermosetting polymer material typically applied in microelectronics systems serves as an example to emphasize the capability of the method. Crack tip opening fields of a compact tension (CT) specimen are experimentally determined by means of nanoDAC and the obtained fields act as the basis for the extraction of the stress intensity factor as a fracture mechanical property. In addition finite element analyses are carried out and an adaptation strategy between experimental and numerical results is developed. N2 - Die Arbeit beinhaltet die Entwicklung, Prüfung der Messgenauigkeit und Anwendung der so genannten nanoDAC Methode (nano Deformation Analysis by Correlation), die Rastersondenmikroskopie und digitale Bildkorrelation zur Ableitung einer in-situ Deformationsmesstechnik kombiniert. Als Ergebnis erhält man 2D-Verschiebungsfelder mit Auflösungsgenauigkeit im Nanometerbereich. Die Methode kann an Bulkmaterialien, dünnen Schichten und mikroelektronischen Komponenten angewendet werden. Ein für mikroelektronische Systeme typisches Thermoset-Polymer dient als Anwendungsbeispiel der Methode. Rissöffnungsfelder an einer CT- (compact tension) Probe werden mittels der nanoDAC Methode experimentell ermittelt und die daraus abgeleiteten Felder stellen die Basis zur Ableitung des Spannungsintensitätsfaktors als bruchmechanische Kenngröße dar. Zusätzlich werden Finite Elemente Analysen durchgeführt und eine Adaptionsstrategie zwischen experimentellen und numerischen Ergebnissen wird entwickelt. KW - Duroplast KW - Deformationsmessung KW - Nanometerbereich KW - Rastersondenmikroskopie KW - Bildkorrelation KW - Nanomechanics KW - AFM KW - NanoDAC KW - Defomation measurement KW - Crack tip field Y1 - 2005 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-000000706 ER - TY - THES A1 - Steffen, Sebastian T1 - Neue intrinsisch flammfeste, halogenfreie ungesättigte Polyesterharze T1 - New intrinsically fire retardant, halogen-free unsaturated polyester resins N2 - Brandschutz ist eine der zentralen Herausforderungen im Verkehrswesen. Besonders für Schienenfahrzeuge definiert die Norm DIN EN 45545 höchste Anforderungen an die verwendeten Werkstoffe. Ungesättigte Polyesterharze (UP-Harze) stellen eine der mengenmäßig am häufigsten eingesetzte Materialklasse für Schienenfahrzeuge dar, besitzen jedoch nur eine geringe Brandfestigkeit. Heutige flammfeste UP-Harze enthalten in der Regel sehr hohe Anteile an Aluminiumhydroxid oder enthalten halogenierte Flammschutzmittel, um die Anforderungen bezüglich der Brandfestigkeit zu erfüllen. In Bezug zur neuen DIN EN 45545 reicht dies jedoch nicht mehr aus. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden daher phosphorhaltige Monomere als Rohstoffe für UP-Harze und organisch/anorganische Hybridharze aus Polysilazanen und UP-Harzen untersucht. Es wurden drei phosphorhaltige Monomere (eine Säurekomponente und zwei Diolkomponenten) festgelegt, die in Kombination mit Standardrohstoffen eingesetzt werden sollten. Als Säurekomponente wurde Vinylphosphonsäure verwendet. Diese Säure zeigte jedoch nur mangelhafte Kondensationseigenschaften und führte zu UP-Harzen mit schlechten Verarbeitungseigenschaften, Glasübergangstemperaturen und Brandfestigkeiten. Als phosphorhaltige Diole wurden Derivate des 9,10-Dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanthren-10-oxids (DOPO) und Isobutylbis-(3-hydroxypropyl) phosphinoxid untersucht. Beide Monomere wurden in Bezug auf die Kondensations-, Verarbeitungs- (Handlaminierverfahren) und Materialeigenschaften bewertet. Die erhaltenen UP-Harze auf Basis dieser Komponenten zeigten sehr gute Werkstoffeigenschaften, besonders bei Kombination beider Komponenten. Um die Anforderungen der DIN EN 45545 zu erfüllen, war jedoch die Zugabe von ATH als zusätzliches Flammschutzmittel erforderlich. Im Rahmen dieser Arbeiten konnten vier Formulierungen identifiziert und entwickelt werden, die der höchsten Anforderung in Bezug auf den MAHRE-Wert (Maximalwert der durchschnittlichen mittleren Wärmefreisetzung) aus der DIN EN 45545 gerecht werden und gleichzeitig einfacher verarbeitet werden können als heutige kommerzielle Formulierungen. Durch die Kombination von UP-Harzen mit Polysilazanen zu Hybridharzen sollte ebenfalls die Brandfestigkeit durch die Bildung einer keramischen Schicht erhöht werden. Da Polysilazane mit den Endgruppen (insbesondere mit den Säuregruppen) der UP reagieren, war es erforderlich, die UP-Harze mittels Endgruppenverschlusses zu modifizieren. Um zufriedenstellende Werkstoffeigenschaften zu erreichen, wurden insbesondere vernetzbare Reagenzien für den Endgruppenverschluss eingesetzt. Die eingebrachten Polysilazane führten zu einem deutlich erhöhten Brandrückstand (keramische Abbauprodukte), einer geringeren Rauchentwicklung und einer geringeren Gesamtwärmefreisetzung als bei Standard-UP-Harzen. Besonders die hohe Festigkeit des Brandrückstands ist für zahlreiche Anwendungen, insbesondere bei tragenden Konstruktionen, interessant. N2 - Fire safety is one of the greatest challenges in public and individual transportation. Especially, the DIN EN 45545 standard for railway demands a very high fire retardance. One of the most commonly used materials for railway applications is the class of unsaturated polyesters (UP). Unfortunately, this widely applicable class of thermosetting composite materials shows only a low fire retardance. Due to the new European standard, UPs are highly jeopardized for further use in railway infrastructure and rolling stock. Today’s UP resins and parts thereof are already fire retardant but in an unsatisfying manner. Commercial materials are filled with a high content of aluminum hydroxide (ATH) or contain halogenated fire retardants. Aim of this work was to use fire retardant monomers to achieve UP resins with high fire retardance. Therefore, phosphorus containing monomers and organic/inorganic hybrid resins from polysilazanes and UPs have been investigated. Three different phosphorus containing monomers (one diacid and two diols) have been investigated in combination with state-of-the-art monomers for UP resins. The phosphorus containing diacid was vinyl phosphonic acid. This acid showed bad condensation properties and the resins a bad performance in terms of processing, glass transition temperature and fire retardance. A derivative from 9,10-dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanthrene-10-oxide (DOPO) and isobutylbis (hydroxypropyl) phosphine oxide have been investigated as phosphorus containing diols. These compounds were evaluated in terms of condensation, processing (hand lay-up) and material properties. Both compounds achieved very good material properties - especially in combination - but all formulations required ATH as an additional fire retardant filler to reach the highest fire retardance. Four formulations have been identified and developed which fulfill the highest requirement for Maximum Average Rate of Heat Emission (MARHE) in DIN EN 45545 standard and showed much better processing properties than commercially available UP resins. The combination of UPs and polysilazanes aimed to increase the fire retardance of unsaturated polyester resins without fillers for resin transfer molding by forming a ceramic protective layer. Due to their high reactivity against standard UP end groups a chemical modification of the UPs has been necessary to develop an appropriate hybrid resin with good processing properties. Crosslinkable end capping reagents are important to obtain satisfying properties in cured Fiber Reinforced Plastics (FRP). The use of polysilazanes leads to an increase in char formation (formation of ceramic products) as well as smoke suppression and total heat reduction in comparison to standard UP resins. Beneficial for this material is a high mechanical stiffness of the burned FRPs which could be of interest for various applications, especially construction purposes, where residual mechanical properties are necessary. KW - Ungesättigte Polyesterharze KW - Flammfestigkeit KW - Schienenfahrzeuge KW - DIN EN 45545 KW - Unsaturated polyester KW - Fire retardancy KW - Railway vehicle KW - DIN EN 45545 KW - Schienenfahrzeug KW - Ungesättigtes Polyesterharz KW - Brandschutz KW - Materialkunde Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-34792 ER - TY - THES A1 - Glaser, Daniela Sibylle T1 - Analyse der Molekülstrukturen und des Netzwerkaufbaus von mono- und difunktionellen Cyanaten bei Coreaktionen mit Thiolen und Alkoholen N2 - Die Reaktion von Cyanatestermonomeren läuft in einem typischen Stufenwachstumsprozess ab. Die entstandenen Netzwerkpolymere werden aufgrund ihrer Eigenschaften, wie hohe Temperaturbeständigkeit, hohe Glastemperaturen, gute Adhäsion sowie niedrige Dielektrizitätskonstanten, als Laminate, Klebstoffe, Verbundwerkstoffe und in der Elektroindustrie eingesetzt. Strukturelle und chemische Modifikationen können durch Verwendung von Comonomeren, z.B. mono- und polyfunktionellen Phenolen, erzielt werden. Bei der Polymerisation von mono- und difunktionellen Cyanaten werden in dieser Arbeit Thiophenol, 1-Dodecanthiol und Benzylalkohol als Comonomere eingesetzt. Die Analyse der Molekülstrukturen und der Polymerverteilungen der Reaktionsprodukte erfolgte mittels Massenspektrometrie (MALDI-TOF-MS) und Hochleistungflüssigchromatographie (HPLC). Abschließend wurden Aktivierungsenergien verschiedener Cyanat/Comonomer-Mischungen bestimmt. N2 - The reaction of cyanate ester monomers follows a typical step-growth network building process which leads to cyanurates. These polymers can be used as laminates, adhesives, casting resins in electronics and composite applications because of their characteristics like high temperature stability, high glass temperatures, good adhesion and low dielectric losses. Structural as well as chemical modifications can be achieved by using comonomers e.g. mono- and polyfunctional phenols. In this study thiophenol, 1-dodecanethiol and benzyl alcohol are used as comonomers in the polymerisation of mono- and difunctional cyanates. The molecular structures and the polymer distributions of the reaction products are analysed by mass spectrometry (MALDI-TOF-MS) and high performance liquid chromatography (HPLC). Finally, activation energies of different cyanat/comonomer-mixtures are determined. KW - Cyanate KW - Thiophenol KW - Copolymere KW - Polymeres Netzwerk KW - MALDI-MS KW - HPLC KW - Thiol KW - Cyanat KW - Polymer KW - Maldi-TOF-MS KW - Thiol KW - Strukturanalyse Y1 - 2003 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-000000314 ER -