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Adsorption of n-Alkyl Alcohols by Polyurethane Foam Powder: Kinetics, Isotherms, and Thermodynamics
Authors: El-Aila Hesham Juma'a yousef , Elsousy Khaled M.
Published: December 2013

Adsorption of different n-alkyl alcohols (hexanol, pentanol, butanol, propanol, ethanol and methanol) out of aqueous media by polyurethane foam, an insulation waste powder, (PUF) was investigated using batch system under controlled conditions. Kinetic data followed more closely to the pseudo-first-order model. The adsorption rate and the related parameters, such as the PUF dosage, n-alkyl alcohol initial concentration, pH, temperature, and ionic strength were studied. The saturation equilibrium was also studied as a function of the related parameters (PUF dose, alcohol initial concentration, temperature, pH and ionic strength). The adsorption isotherm was established for the adsorption of different alcohols on PUF. Linearized Langmuir, Freundlich and Frumkin models were applied to estimate the adsorption constants. It was estimated that the adsorption rate is positively affected by increasing PUF dose, adsorbent concentration, acidity and temperature. The adsorption equilibrium was shifted toward higher adsorption capacity by increasing the PUF dose, substrate concentration, temperature and acidity in the order of: n-hexanol > n-pentanol > n-butanol > n-propanol > ethanol > methanol. It was not affected by ionic strength. The adsorption data fit to Freundlich, Langmuir and Frumkin models, but attained a better correlation to models in the order of as Langmuir > Freundlich > Frumkin. In addition to the Freundlich, Langmuir und Frumkin constants the thermodynamic parameters of activation and adsorption were determined.
Clouding and Aggregation Behavior of PPO-PEO-PPO Triblock Copolymer (Pluronic®25R4) in Surfactant Additives Environment
Authors: Sharma Rakesh , Murali Rajaraman , Murthy Chivukula N.
Published: December 2013

Aqueous solutions of commercially available Pluronic®R i. e. triblock copolymer composed of polypropylene oxide(PPO)-polyethylene oxide(PEO)-polypropylene oxide(PPO), (code named 25R4, BASF) in the presence of surfactant additives viz. hydrotropes (NaTS, NaXS), anionics (SDS, SDBS) and cationics (DTAB, CTAB) were investigated by cloud point(CP), surface tension and conductance techniques. All the techniques clearly indicated that Pluronic®25R4 interacts strongly with anionic surfactants but weakly with cationic surfactants. Surfactant additives used here, produced a marked increase in the CP of the copolymer. Elevation in CP is attributed to the solubility of PPO block of the copolymer and formation of Pluronic-surfactant complex. The effect of NaCl salt on the CP of Pluronic®25R4 at added SDS and CTAB was also studied and it was decreased due to the screening effect. At the presence of 25R4 in its non-associated form, the surface tension and conductance data is discussed with binding process and indicated strong interaction of Pluronic®25R4 with SDS, showing two break points (P1and P2) in the plot and very weak interaction with CTAB observing single break point.
Spontaneous Vesicle Formation from Bulky Tetrasiloxane-tailed Dicephalic Surfactant
Authors: Qu Wenshan , Wang Guoyong
Published: December 2013

The spontaneous vesicle formation from a novel bulky tetrasiloxane-tailed dicephalic surfactant composed of a carbohydrate and ethylene glycol ethyl ether was reported. The surface tension measurements revealed that aggregates are formed, and dynamic light scattering (DLS) measurements suggested the aggregates are vesicles. The size and morphology were observed by transmission electron microscopy (TEM). The vesicle formation was further confirmed by dye entrapment studies.
Synthesis and Properties of Three Series Amino Acid Surfactants
Authors: Qiao Weihong , Zheng Zhibo , Peng Huan , Shi Lu
Published: December 2013

Three series of surfactants with different amino acid moieties (glycine, glutamic acid and lysine) were synthesized with octanoic acid, decanoic acid, dodecanoic acid, tetradecanoic acid and glycine, glutamic acid, lysine respectively. The reaction conditions and their properties including surface activity, emulsibility and foamability were studied. For the surfactants with glycine moiety and glutamic acid moiety respectively, cmc (critical micelle concentration) and γcmc (surface tension at cmc) decreased and surface activity enhanced as the length of carbon chain increased. The surfactants with glycine moiety exhibited the best emulsibility and foamability in the three series. The surfactants with glutamic acid moiety showed disappointing emulsibility, but their foamability was good. The surfactants with lysine moiety did not display favorable emulsibility and foamability due to the length of their double-chain.
Determination of Heavy Metals in Domestic, Commercial and Industrial Soot Samples
Authors: Iqbal Yousaf , Muhammad Sohail Syed , Ahmad Imtiaz , Saeed Khalid
Published: December 2013

The heavy metals such as manganese (Mn), cadmium (Cd), zinc (Zn), chromium (Cr), lead (Pb), nickel (Ni), copper (Cu) and iron (Fe) were determined in domestic, commercial and industrial soot samples via atomic absorption spectrophotometer. The vehicle soot samples showed highest concentration of investigated heavy metals as compared to other soot samples. It was also found that the concentration of Fe was high in the soot samples (range 5.75–1105 mg/Kg) followed by Cu (70–990 mg/Kg) while the concentration of Ni was lower (range 0.5–3 mg/Kg). It was also found that the concentration of Mn and Fe was decreased as decreased the size of the soot samples while the concentration of other investigated heavy metals increased as decreased the size fraction.
Micellar Catalysis on 1,10-Phenanthroline Promoted Chromic Acid Oxidation of Glycerol in Aqueous Media
Authors: Ghosh Sumanta K. , Saha Rumpa , Ghosh Aniruddha , Mukherjee Kakali , Saha Bidyut
Published: December 2013

On pseudo-first order conditions, the monomeric species of Cr(VI) was found to be kinetically active in the absence of phenanthroline (phen) whereas in the phen-promoted path, the Cr(VI)-phen complex undergoes a nucleophilic attack by glycerol to form a ternary complex which subsequently experience a redox decomposition leading to glyceraldehydes and Cr(III)-phen complex. The effect of the cationic surfactant, cetyl pyridinium chloride (CPC); anionic surfactant, sodium dodecyl sulphate (SDS) and nonionic surfactant, triton X-100 (TX-100) on the unpromoted and phen-promoted path have been studied. Micellar effects have been explained by considering the preferential partitioning of reactants between the micellar and aqueous phase.
Kinetics, Equilibrium, and Isotherm of the Adsorption of Chlorine by TDRP
Authors: Timothy Elles , Khaled Elsousy , Erric Evans
Published: December 2013

Adsorption of Cl2 out of aqueous media by TDRP (tire derived rubber particles) was investigated. For this propose batch system and sodium hypochlorite solutions were used on controllable conditions. The kinetic data were followed more closely to the pseudo-first-order model, the adsorption rate and the effecting parameters such as substrate initial concentration, the TDRP relative quantity, temperature, pH and ionic strength; were studied. The saturation equilibrium and the related parameters (initial concentration, temperature and pH) were also studied. The adsorption isotherm was established and compared to the activated carbon adsorption isotherm. Linearized Langmuir and Freundlich models were tried to estimate the adsorption constants. It was estimated through this study that the adsorption rate is positively affected by rising temperature, adsorbent concentration, TDRP relative quantity, and acidity. The adsorption equilibrium was shifted towards higher adsorption capacity by substrate concentration, temperature and acidity. The adsorption data could be applied to Freundlich and Langmuir and fitted more with Freundlich model. Activation enthalpy of adsorption, the adsorption thermodynamic parameters, the Freundlich and Langmuir constants were obtained.
Alkyl Poly Glucosides (APGs) Surfactants and Their Properties: A Review
Authors: Geetha Daz , Tyagi Rashmi
Published: December 2013

Alkyl polyglucosides are non-ionic surfactants consisting of a hydrophilic saccharide moiety and a hydrophobic fatty alkyl chain. They are synthesized from renewable raw materials and have excellent ecotoxicological profiles and are readily biodegradable. The alkyl polyglucosides are mixtures of homologues, anomers and isomers. The alkyl polyglucosides with a longer alkyl chain biodegrade faster than those with a shorter one. The short to medium alkyl chain containing alkyl polyglucosides are water soluble. They exhibit favorable wetting and surface tension reduction, electrolyte and hard water tolerance, great stability in wide pH range, synergism with other surfactants and act as hydrotropes and dispersants. The dermatological, toxicological, mildness and high compatibility to skin make alkyl polyglucosides superior to all other existing surfactants. They show good functionality in various applications like detergents, food emulsifiers, cosmetic surfactants, industrial emulsifiers and pharmaceutical granulating agents.
Adsorptive Removal of Ni2+from Aqueous Solution by Low Cost Cellulosic Adsorbent-Adsorption Kinetics and Isotherm Study
Authors: Alam Sultan , Noor-ul-Amin  , Najeeb-ur-Rehman  , Ullah Azmat
Published: December 2013

Adsorptive removal of Ni2+from aqueous solution by low cost cellulosic adsorbent was investigated with respect to adsorption kinetics and adsorption isotherm. Adsorbent was characterized by BET surface area, SEM, EDX, FTIR and Zeta potential technique and reported earlier. The surfaces contain carbonyl and hydroxyl functional groups, which act as binding sites for Ni2+ion. Adsorption kinetics of Ni2+was tested by first order, Elovich, parabolic diffusion and Bangham kinetic equations. Thermodynamic parameters like ΔH≠, ΔS≠and ΔG≠were calculated from the kinetic data. The rate of adsorption was high at high adsorption temperature. Positive values of ΔS≠reflect some structural exchange among the active site of the adsorbent and metal ion. Freundlich, Langmuir, Temkin isotherms and distribution coefficient were found fit to the adsorption isotherm data.
Thermogravimetric Analysis of Copper(II) soaps Derived from Azadirecta indica (Neem) and Pongamia pinnata (Karanj) Non-Edible Oils
Authors: Sharma Rashmi , Heda Lal Chand , Joram Anju
Published: December 2013

Copper(II) soaps derived from Neem (CN) and Pongamia (CP) non-edible oils have been thermally analyzed using TGA technique to determine their energy of activation. IR and NMR spectroscopic studies have been also done earlier. The copper soaps derived from these oils show a single step thermal degradation corresponding to saturated, monounsaturated and polyunsaturated fatty acid components of the non-edible oils. Various equations like Coats-Redfern, Horowitz-Metzger, Broido equations were applied to evaluate the energy of activation. The values of activation energy are observed to be in the following order for all these soaps: CN > CP. CP is observed to be more stable than CN due to its higher activation energy.
Release and Rheological Properties of Topical Drugs
Authors: Vitková Zuzanna , Oremusová Jarmilla , Herdová Petra , Kodadová Alexandra
Published: December 2013

The paper deals with the kinetics of liberation of chlorhexidine dihydrochloride (CHH) from chitosan-based hydrogels in the presence of the substance with antiseptic effect, namely benzethonium chloride at the temperature range 25 – 40 °C. The concentration of the CHH in the system was 0.1 % (w/w). The used benzethonium chloride was in concentration range of 0.1 – 1.0 % (w/w). It was found that the release of CHH is influenced by both factors: the concentration of benzethonium chloride and temperature. The release rate constants increase with increasing temperature and decrease with increasing concentration of benzethonium chloride in hydrogels. The activation energy of the release of the substance CHH from hydrogel is higher for hydrogels with higher content of benzethonium chloride. The activation energies of the benzethonium chloride release from the prepared hydrogels were virtually the same.
Cost Effective Procedures for Extremely Efficient Synthesis of Environmental Friendly Surfactants
Authors: Shah Afzal , Shah Azhar Hussain , Shams-ul-Mahmood  , Ullah Imdad , Zia-ur-Rehman
Published: December 2013

Für die Synthese von Tensiden mit bestimmten Eigenschaften werden verschiedene Vorgehensweisen der Synthese ausgearbeitet. In der gegenwärtigen Arbeit werden einige kostengünstige Vorgehensweisen mit reduzierter Anzahl an Reaktionsschritten zur äußerst effizienten Synthese biologisch abbaubarer und umweltfreundlicher Tenside diskutiert. Die in diesen Methoden verwendeten Ausgangsmaterialien stammen aus ökonomisch günstigen Quellen wie Monosacchariden, Harzsäuren, Fettsäuren etc. Kosten entstehen dann nur noch aufgrund des Einsatzes von Lösemitteln und Spezialreagenzien. Obwohl viele Naturprodukte bereits jetzt schon erhältlich sind, sind nur einige wenige für die Umsetzung zu Tensiden geeignet. Die Diskussion über die Herstellung von verschiedenen Tensiden für gängige Produkte ergibt sich aus der Tatsache, dass kein gutes Universaltensid für jede potentielle Anwendung erhältlich ist.
Surface and Interfacial Performance of Unsaturated Octadecyl Carboxybetaine
Authors: Dong Shuangjian , Li Yunling , Niu Jinping , Liu Xiaochen
Published: December 2013

The surface tension of the unsaturated octadecyl carboxybetaine aqueous solution, and the interfacial tension between crude oil and surfactant solutions prepared by formation water were measured. Meanwhile, solutions of the corresponding saturated octadecyl carboxybetaine were prepared and determined for comparison. The effect of surfactant concentration, Na+ concentration, and Ca2+ concentration on the interfacial behavior of crude oil-water were investigated in detail. The results showed that the critical micelle concentration of unsaturated octadecyl carboxybetaine was higher but the surface tension at critical micelle concentration was lower than the corresponding saturated octadecyl carboxybetaine. Compared to the saturated betaine, the interfacial tension of unsaturated octadecyl carboxy betaine could reach to ultralow values (10–3 mN · m–1) at lower surfactant concentration and at higher Na+ concentration and Ca2+ concentration.
Novel Diphenyl Methane Based Quaternary Ammonium Surfactants: Synthesis, Surface Properties and Antimicrobial Activity
Authors: Kassem Tawfik M. , El-Sawy Abdallah A. , Mohamed Ammona S. , Mohamed Dalia E. , Abdelhafiz Fatma M.
Published: December 2013

A homologous series of cationic gemini diphenyl methane quaternary ammonium salts have been synthesized via chloromethylation of diphenyl methane followed by quaternization using tertiary amines with different chain length. The chemical structures of the prepared surfactants were confirmed using different spectroscopic techniques including, FTIR and 1H-NMR spectra. Surface activity of these compounds have been thoroughly studied and their surface properties including surface and interfacial tension, emulsification power, critical micelle concentration, effectiveness, efficiency, maximum surface excess and minimum surface area were determined. The new synthesized surfactants were screened as antimicrobial agents against different strains of bacteria, yeast and fungi.
The Long-Term Study of the Surfactant Degradation in a Constructed Wetland
Authors: Šíma Jan , Havelka Michal , Diáková Kateřina
Published: December 2013

A horizontal subsurface flow constructed wetland was studied with respect to its capability to remove surface active compounds from municipal wastewater. The long-term aspect (five years) of the study is emphasized. The degradation efficiency reached 82.3 and 98.5% in the case of anionic and nonionic surfactants, respectively. All data were processed using multivariate statistical analysis. The removal efficiency of anionic surfactants depended mainly on the flow rate of the influx (multiple R2 of 0.300). A significant effect of redox potential was observed in the case of nonionic surfactants (multiple R2 of 0.812). No systematic decrease of the surfactant degradation efficiency was observed. The constructed wetland can serve as a suitable natural alternative to clean the wastewater generated by small communities.
Dynamic Interfacial Tension Behavior of Alkyl Amino Sulfonate in Crude Oil-Brine System
Authors: Ren Zhao Hua , Luo Yue
Published: December 2013

The compatibility of surfactants, a series of alkyl amino sulfonate containing various the length of alkyl chain (dodecyl, tetradecyl, hexadecyl and octadecyl, developed in our laboratory), with formation water matching the Xinjiang Oil Field reservoir water and the dynamic interfacial tensions (DIT) behaviors between the crude oil and the formation water for a number of alkaline flooding systems were measured. These surfactants are found to be well compatible with formation water up to 0.10 g L−1 surfactant concentration, especially Dodec-AS and Tetradec-AS show a good compatibility with formation water over the full range of surfactant concentration investigated (0.01–0.20 g L−1). All surfactants exhibit the dynamic interfacial tension behavior, and can reach and maintain low interfacial tension at very low concentration. The time for reaching the equilibrium DIT (DITeq) is longer for surfactant with stronger lipophilicity, e.g. octadecyl-AS. It is interestingly found that the ratio value between DITeq and the tension at crude oil/reservoir water interface in the absence of surfactant is in the range of 10−4–10−3 mN m−1, accordingly based on which and the previous results, four surfactants individually or with other additives together may become potent candidates for enhanced oil recovery. Fortunately, the alkyl amino sulfonate combinational systems without alkali designed by our group can reduce the interfacial tension even to 10−4 mN m−1 at very low surfactant concentration. These surfactants or their systems have characteristic of “Green”, in addition to the excellent salt-tolerance and the less expensive cost for enhanced oil recovery, and therefore they are good oil-displacing reagents for enhanced oil recovery.
Research on the Emulsifying Ability of Surfactants in Crude Oil
Authors: Chen Lifeng , Zhao Xiutai , Wang Zengbao , Tang Jinyu , Feng Baohua , Tang Mingguang
Published: December 2013

A novel colorimetric method to measure the emulsifying ability of surfactants for crude oil has been proposed. The emulsifying ability of five surfactants for two kinds of crude oil was determined at different temperatures and salinities. The oil-water interfacial tension, particle size distribution of emulsion, emulsion stability and ability of reducing viscosity by emulsifying were investigated at the corresponding condition. The results show that there is no correlation between emulsifying ability and HLB value of surfactants. The property of crude oil has a certain impact on the emulsifying ability, and the interfacial activity is the main influencing factor on it. The emulsifying ability is affected obviously by temperature. At first it increases and then it decreases with rising temperature. Inorganic salts of low concentration are beneficial to enhance the emulsifying ability. The emulsifying ability has negative correlation with the particle size of emulsion, and positive correlation with the ability of reducing viscosity by emulsifying. There is no inevitable relation between emulsifying ability and emulsion stability.
Selection of Promoter and Micellar Catalyst for Chromic Acid Oxidation of Tartaric Acid in Aqueous Medium at Room Temperature
Authors: Mukherjee Kakali , Ghosh Sumanta K. , Nandi Rumki , Ghosh Aniruddha , Saha Indrajit , Saha Rumpa , Saha Bidyut
Published: December 2013

Chromic acid oxidation of tartaric acid in aqueous acid media produces glycolaldehyde very sluggishly at room temperature. Suitable combination of promoter (2,2′-bipyridine and 1,10-phenanthroline) and micellar catalyst (sodium dodecyl sulphate, cetylpyridinium chloride, triton X-100) enhances the rate of reaction to almost 14-fold. Observation showed that anionic surfactant (SDS) and nonionic surfactant (TX-100) accelerates the process but cationic surfactant (CPC) retards the reaction. The efficient combination for the production of glycolaldehyde from tartaric acid is found to be 1,10-phenanthroline and SDS.
Spezielle röntgenographische Mikrobeugung
Authors: Bauch Jürgen , Ullrich Hans-Jürgen
Published: December 2013

Kurzfassung

Es gibt weltweite Anstrengungen, Mikrobereiche kompakter Proben mittels Röntgenmikrobeugungsverfahren („X-ray Microdiffraction“) zu untersuchen. Die synchrotron- bzw. elektronenstrahlangeregte KOSSEL-Technik (Teil 1) und die neu entwickelte Röntgen-Drehschwenk- Technik (Teil 2) werden als spezielle röntgenographische Verfahren vorgestellt und hinsichtlich ihrer Einsatzmöglichkeiten und Grenzen verglichen. Ausgehend vom Prinzip der Entstehung und des Informationsgehaltes dieser Interferenzen werden Auswertungsmethoden und ausgewählte Anwendungen im Mikrobereich wie die Präzisionsgitterkonstantenbestimmung, die Einzelkorn-Orientierungsbestimmung sowie die Eigenspannungsanalyse II. und III. Art an Werkstoffbeispielen beschrieben. Erstmalig wird ein neu entwickeltes „KOSSEL-EBSD-REM-Multifunktionssystem“ vorgestellt.
Dauerfestigkeit von Radsatzwellen und Eisenbahnrädern
Authors: Hug Joachim , Runzer Veronika , Traupe Markus , Zenner Harald , Esderts Alfons
Published: December 2013

Kurzfassung

Für die Auslegung von Radsätzen und deren sicheren Einsatz in Eisenbahnfahrwerken ist die Verifizierung der Dauerfestigkeit in der Berechnung und dem Versuch ein wesentliches Kriterium. Radsatzwellen werden nach den europäischen Normen EN 13103 und EN 13104 dimensioniert. Prüfungen und Messungen nach normierten Standards werden nur teilweise durchgeführt. Für eine Vergleichbarkeit der Ergebnisse aus Messungen, Versuchen und Berechnungen gemäß allgemeiner Richtlinien, wie z.B. FKM-Richtlinie, Euro-Codes etc., sind diese experimentellen Nachweise jedoch unumgänglich. Im Beitrag sollen verschiedene Prüfverfahren vorgestellt, Bewertungsmöglichkeiten aufgezeigt und ein Konzept einer innovativen Prüftechnik präsentiert werden.
Schweißen artfremder Werkstoffpaarungen
Authors: Krüger Sebastian , Wagner Guntram , Eifler Dietmar
Published: December 2013

Kurzfassung

Das Ultraschallmetallschweißen ist in vielen Bereichen der metallverarbeitenden Industrie etabliert. So werden beispielsweise Heizungsrohre, Airbagsprengkapseln, aber auch Litzen von PKW-Kabelbäumen in großen Stückzahlen ultraschallgeschweißt. Seit einigen Jahren können mit diesem Verfahren auch artfremde Werkstoffpaarungen zwischen Glas bzw. Keramik und Metall hergestellt werden. Die dabei gewonnenen Erfahrungen werden neuerdings ebenfalls genutzt, um nicht nur Glasbauteile sondern auch Glasfasern durch Ultraschallenergie mit metallischen Komponenten zu verschweißen.
Druckmittelspannungen
Authors: Rörup Jörg
Published: December 2013

Kurzfassung

Zur Untersuchung des Einflusses der Mittelspannungen auf das Schwingfestigkeitsverhalten wurden Proben einer axial beanspruchten Platte mit aufgeschweißter Längssteife untersucht. Es zeigte sich, dass das Niveau der schweißinduzierten Eigenspannungen einen entscheidenden Einfluss auf die erreichte Lebensdauer hat. Ein Zugeigenspannungsfeld, welches die Rissspitze vor sich her schiebt und mit zunehmender Risslänge an Größe und Intensität verliert, ermöglicht ein Fortschreiten des Risses in Bereiche, in denen Druckeigenspannungen aus dem Schweißprozess vorliegen. Mittels nicht-linearer Strukturanalysen mit der Methode der Finiten Elemente wurden Schließeffekte für einen Durchriss erfasst. Dabei konnte die in den Versuchen ermittelte Rissverzögerung durch die berechnete Rissfortschrittskurve in zufrieden stellender Weise abgebildet werden.
Refraction computed tomography
Authors: Müller Bernd R. , Lange Axel , Harwardt Michael , Hentschel Manfred P. , Illerhaus Bernhard , Goebbels Jürgen , Bamberg Joachim , Heutling Falko
Published: December 2013

For the first time metal matrix composites have been investigated by 3D computed tomography combined with enhanced interface contrast due to X-ray refraction. The related techniques of refraction topography and refraction computed tomography have been developed and applied during the last decade to meet the actual demand for improved non-destructive characterization of high performance composites, ceramics and other low-density materials and components. X-ray refraction is an optical effect that can be observed at small scattering angles of a few minutes of arc as the refractive index n of X-rays is nearly unity (n = 1 − 10−6). Due to the short X-ray wavelength, the technique determines the amount of inner surfaces and interfaces of nanometer dimensions. The technique can solve many problems in understanding micro and sub microstructures in materials science. Applying 3D refraction computed tomography, some questions could be clarified for a better understanding of fatigue failure mechanisms under cyclic loading conditions.
Emissionsbegrenzung aus Laserdruckern und Kopierern
Authors: Rockstroh Jens , Jann Oliver , Wilke Olaf , Noske Reinhard , Brödner Doris , Kalus Sabine , Schneider Uwe , Krocker Christian , Horn Wolfgang
Published: December 2013

Kurzfassung

Vor dem Hintergrund der notwendigen Revision der Kriterien zur Vergabe des Gütezeichens „Blauer Engel“ für Laserdrucker, Kopierer und Multifunktionsgeräte mussten auch die Prüfmethoden angepasst werden, da die alten Verfahren nicht mehr die heutigen Anforderungen an Emissionsmessungen erfüllen. In diesem Zusammenhang wurde auch das unterschiedliche Emissionsverhalten von Hardcopy-Geräten auf Grund der verschiedenen und nicht miteinander vergleichbaren Prüfverfahren heftig diskutiert. Aus diesen Gründen wurde ein neues Prüfverfahren entwickelt, mit dem eine verlässliche und reproduzierbare Prüfung der Emissionsraten von Staub, Ozon und flüchtigen organischen Verbindungen auf der Basis des ECMA (European Computer Manufacturer Association) Standards 328 möglich ist. Dazu wurden neun verschiedene Geräte unter verschiedenen Bedingungen untersucht. Als ein Ergebnis dieser Studie wurden neue Kriterien zur Vergabe des „Blauen Engels“ für Kopierer, Drucker und Multifunktionsgeräte festgelegt.
Dissipation and fatigue damage
Authors: Charkaluk Eric , Constantinescu Andrei
Published: December 2013

The discussion of fatigue damage is generally separated in two domains: Low Cycle Fatigue (LCF) and High Cycle Fatigue (HCF). The transition zone concerns the case of limited endurance, while the unlimited endurance is generally assimilated with HCF. Fatigue failure is the result of complex microscopic phenomena which occur under cyclic loading. However, the principal mechanism responsible for the crack initiation, common to all domains, is the spatial extension of inelastic strains (plastic or viscous) in the grains due to the motion of dislocations. The major difference between HCF and LCF regimes is that inelastic strains develop at the material's mesoscopic and macroscopic scales, respectively. As the underlying mechanics are the same, there should be no reason to have distinct criteria in HCF and LCF. The objective of this paper is to give some further considerations based on dissipation towards a unified method to treat fatigue damage.
Die Zähigkeit als Werkstoff- und Bauteileigenschaft
Authors: Blumenauer Horst
Published: December 2013

Kurzfassung

Von einem mechanisch beanspruchten Bauteil wird neben hoher Festigkeit eine ausreichende Zähigkeit als Sicherheit gegen Bruch verlangt. Im Unterschied zur spannungsbasierten Festigkeit, für die es seit mehr als 100 Jahren allgemein akzeptierte Definitionen und Prüfverfahren gibt, musste beim Zähigkeitsmaß lange Zeit auf aus Erfahrungen – meist sehr unangenehmer Art – abgeleitete Festlegungen zurückgegriffen werden. Infolge der daraus resultierenden Unsicherheit enthält das technische Vorschriftenwerk häufig noch zu konservative Anforderungen an die Zähigkeit der Werkstoffe. Höhere Leistungsparameter von Maschinen und Anlagen, ihr zuverlässiger und wirtschaftlicher Betrieb sowie die exakte Beurteilung der mit hochauflösenden zerstörungsfreien Prüfverfahren nachweisbaren Defekte machen es aber erforderlich, die bisher in den Dimensionierungsvorschriften dominierende Sicherheit gegen festigkeitskontrolliertes Versagen durch eine beanspruchungs- und bauteilgerechte Zähigkeitsbewertung zu ergänzen.
Kennwerte der Bruchmechanik – kritisch bewertet
Authors: Roos Eberhard , Schuler Xaver , Eisele Ulrich , Udoh Annett , Seidenfuß Michael
Published: December 2013

Kurzfassung

Quantitative Bewertungen der Bauteilsicherheit erfordern Werkstoffkennwerte, die auf das Bauteil übertragbar sind. Bei bruchmechanischen Bewertungen, die letztendlich den Ausschluss katastrophalen Bauteilverhaltens zum Ziel haben, kommt somit der Forderung nach der Übertragbarkeit der Kennwerte besondere Bedeutung zu. Die vorgestellten experimentellen Ergebnisse liefern den Nachweis, dass die im Hochlagenbereich wirksamen Versagensmechanismen auch im Übergangsbereich der Zähigkeit wirken und zum Versagen infolge Umschlagens des duktilen Risswachstums in Spaltbruch führen können. Gegenüber den auf der Spaltbruchinstabilität beruhenden Bruchzähigkeitswerten KJC, auf denen u.a. auch der Masterkurven- Ansatz beruht, besitzen die Rissinitiierungskennwerte KIJ den Vorteil der direkten Übertragbarkeit auf das Bauteil und damit der direkten Anwendbarkeit.
Verschleißerscheinungsformen und-mechanismen von explantierten Metall-Metall-Hüftprothesen*
Authors: Sprecher Christoph M. , Schneider E. , Wimmer M. A.
Published: December 2013

Kurzfassung

Die von Metallpartikeln ausgekratzten Ablagerungen lassen darauf schließen, dass diese durch den alltäglichen Betrieb in vivo erzeugt wurden und die Kontaktflächen vollständig oder teilweise bedeckten. Damit handelt es sich um tribochemisch erzeugte Reaktionsschichten und nicht etwa um chemische Ablagerungen. Es wird spekuliert, dass diese den direkten Metall-Metall-Kontakt und damit die Adhäsion („Fressen“) der identischen Kontaktpartner verhindern und somit als Festschmierstoff dienen. Über die Höhe der Verschleiß reduzierenden Wirkung ist jedoch bislang wenig bekannt und dies wird Gegenstand zukünftiger Forschungsarbeiten sein.
Laser vibrometry of air-coupled Lamb waves
Authors: Solodov Igor , Pfleiderer Klaus , Busse Gerhard
Published: December 2013

A new non-contact methodology combining air-coupled ultrasonic excitation and laser detection of the Lamb waves is developed and applied for advanced material characterization. The flexural modes are generated in a specimen at normal and slanted incidence of a focused air-coupled beam. A laser scanning vibrometer is used for dynamic visualization of the Lamb wave field. As the local flexuaral wave velocity depends on the thickness of a specimen, the meth-odology enables remote imaging and profiling of thickness at high accuracy. Direct imaging of the flexural wave-defect interaction is capable of visualizing the damaged areas in fibre-reinforced composites. The shape of the detected flexural waveforms is shown to reflect the in-plane material anisotropy. The experiments proved a high sensitivity of the technique in remote imaging and measuring of local fibre orientation in composite materials.
Erzeugung ultrafeiner Gefüge in Stählen mit mittlerem Kohlenstoffgehalt
Authors: Mašek Bohuslav , Nový Zbyšek , Drnek Jaroslav , Meyer Lothar W.
Published: December 2013

Kurzfassung

Die thermomechanische Behandlung der Stähle ermöglicht es, bei geeigneter Wahl der Strategie hervorragende mechanische Eigenschaften zu erzielen. Dabei können auch klassische Stähle ohne spezielles und kostenintensives Legierungskonzept eingesetzt werden. Diese Tatsache wurde hier am Beispiel des Stahls C45 dokumentiert. Bei dem ausgewählten Konzept der thermomechanischen Behandlung konzentrierte man sich vor allem auf den Kornfeinungsprozess, durch den hohe Streckgrenzen, Festigkeiten und Kerbschlagzähigkeiten im ferritisch-perlitischen Zustand bei gleichzeitig guter Dehnung erreicht wurden.
Einflussgrößen auf den Elastizitätsmodul von Stählen für den Karosseriebau
Authors: Münstermann Sebastian , Bleck Wolfgang
Published: December 2013

Kurzfassung

Im Automobilbau wird seit einigen Jahren nachdrücklich das Ziel verfolgt, möglichst leichte Karosserien herzustellen. Aus diesem Grund werden in vielen Fällen die Blechdicken der einzelnen Karosseriebauteile reduziert. Die Tragfähigkeit eines Bauteils hängt aber von der Festigkeit des verwendeten Werkstoffs, von der Blechdicke und von der Bauteilform ab. Deshalb würde durch den Einsatz von dünneren Blechen die Tragfähigkeit der Karosserie herabgesetzt, wenn nicht gleichzeitig Stähle mit erhöhter Festigkeit verwendet würden. Infolgedessen haben sich in den letzten zehn Jahren die Liefermengen der höher-, hoch- und höchstfesten Stähle verfünffacht [1]. In erster Näherung hat sich der Elastizitätsmodul der genannten modernen Stähle mit erhöhter Festigkeit im Vergleich zu klassischen weichen Tiefziehstählen zwar nicht geändert. Im Automobilbau sollten aber die verwendeten Werkstoffe einen möglichst großen Elastizitätsmodul besitzen. In einer im Jahr 2002 durchgeführten Literaturstudie wurden die Einflussgrößen auf den Elastizitätsmodul von Stählen mit dem Ziel zusammengefasst, Möglichkeiten zur gezielten Einstellung eines besonders hohen Elastizitätsmoduls aufzuzeigen. Die Ergebnisse dieser Studie werden nachfolgend dargestellt.
Betriebsfeste Auslegung hochbelasteter Kunststoffbauteile im Motorraum
Authors: Moosbrugger Egon , Wieland Robert , Gumnior Paul , Gerharz Johann Josef
Published: December 2013

Kurzfassung

Das Schwingfestigkeitsverhalten eines kurzglasfaserverstärkten Polyamids wurde eingehend untersucht. Dank der berücksichtigten Einflussgrößen wie Kerben, Faserorientierung, Temperatur, Mittelspannung und Lastfolge liegen zum ersten Mal Kennwerte vor, die eine betriebsfeste Bemessung hochbelasteter Kunststoffbauteile im Motorraum erlauben. Es wurde ein Bemessungsverfahren entwickelt, das neben den Festigkeitskennwerten eine genaue FE-Rechnung des Spannungsgradienten bzw. des höchstbeanspruchten Volumens für die Stelle der maximalen örtlichen Spannung benötigt. Das Verfahren wurde auf ein ausgesuchtes Bauteil angewandt, und die Ergebnisse wurden erfolgreich überprüft.
Leichtbau durch Strukturoptimierung auf Basis von Betriebsfestigkeitskennwerten
Authors: Dannbauer Helmut , Dutzler Eberhard , Eichlseder Wilfried
Published: December 2013

Kurzfassung

Moderne Simulationswerkzeuge für die Strukturoptimierung ermöglichen die systematische Entwicklung von Leichtbaukomponenten. Die Weiterentwicklung der Optimierungsprogramme sowie die Verknüpfung mit verschiedenen Analysesystemen verbreitern das Anwendungsspektrum und verbessern die Qualität der Optimierung. Neben Bauteileigenschaften wie Steifigkeit und Stabilität hat die Betriebsfestigkeit eine besonders hohe Bedeutung, da die Festigkeit oft den begrenzenden Faktor darstellt. Die Beurteilung der Zeit- und Dauerfestigkeit stellt wiederum die wichtigsten Aspekte der Betriebsfestigkeit dar.
Betriebsfeste Auslegung mittels Innenhochdruck umgeformter Bauteile aus AlMgSi0,5V
Authors: Wallmichrath Marc , Kaufmann Heinz , Roll Karl
Published: December 2013

Kurzfassung

Aluminiumwerkstoffe eröffnen zusammen mit zukunftsweisenden Umformtechnologien durch eine gezielte Ausnutzung der spezifischen Werkstoffeigenschaften neue Möglichkeiten für moderne Leichtbaustrukturen. Zur Ausschöpfung der Potenziale und zur Optimierung der Prozessparameter der Innenhochdruck-Umformtechnologie im Hinblick auf das resultierende Betriebsfestigkeitsverhalten von Automobilstrukturen benötigt der Konstrukteur Schwingfestigkeitskennwerte der Aluminiumbleche, die von der Umformmethode und vom Umformgrad abhängen. Bei der Übertragung dieser Kennwerte auf die umgeformten Aluminiumblechkonstruktionen zur Festigkeitsbeurteilung und Lebensdauerabschätzung müssen auch die aus dem Umformvorgang resultierenden Wanddickenänderungen und somit Beanspruchungs- und Steifigkeitsänderungen berücksichtigt werden.
Challenges in developing a general constitutive relation for cyclic loading*
Authors: Ellyin Fernand , Xia Zihui
Published: December 2013

Deformation of most metals and alloys is time-dependent and this dependency becomes more pronounced at temperatures exceeding a third of the material's melting point. Furthermore, the deformation response of a material to cyclic loading involves transients prior to stabilization. Some manifestations of the transient responses are: strain hardening or softening, loading sequence effect, strain-rate and strain-path history dependency, creep-plasticity interaction, strain ratcheting, among others. In addition, a constitutive model formulated in terms of macroscopic parameters must have a certain underlying microscopic rationalization. In this paper rate-dependent constitutive relations for an inelastic material are presented. This constitutive model is of a coupled nature, in the sense that the effect of prior creep on the subsequent plastic deformation and vice versa, are taken into account. Thus, the framework for these constitutive relations is based on the concept that any loading sequence can be predicted by two separate (elastoplastic and creep) but coupled models. A number of examples covering a wide range of cyclic loading types are presented.
Der Normenausschuss Materialprüfung (NMP) im DIN, Deutsches Institut für Normung e.V. – Ein Porträt
Authors: Wehrstedt Alois
Published: December 2013

Kurzfassung

Dieses Porträt bildet den Auftakt einer Aufsatzreihe in der Zeitschrift “Materialprüfung”, in der einzelne Fachbereiche bzw. Sachgebiete des Normenausschusses Materialprüfung vorgestellt werden.*
Biaxial thermomechanical fatigue on a 304L-type austenitic stainless steel*
Authors: Maillot Valérie , Degallaix Gérard , Degallaix Suzanne , Fissolo Antoine
Published: December 2013

Various components of nuclear power plants are submitted to very sharp multiaxial thermomechanical loadings, due for instance to the incomplete mixing of flows at different temperatures. As an example, thermal fatigue damage has been detected in auxiliary loops of the primary cooling circuits of Pressurized Water Reactors. In particular, crack networks were observed in in-service pipes submitted to thermomechanical loading resulting from cyclic temperature gradients across the wall-thickness of components in 304 L type austenitic stainless steel. The thermal fatigue behaviour of AISI 304 L type steel has been studied using a specific thermal fatigue test, called Splash, developed in order to reproduce experimentally such thermomechanical biaxial loading in the thickness of parallelepipedic specimens. All tests have been performed at a maximum temperature of 320°C, but with different minimum temperatures. First, the morphological characteristics of the growing networks were analysed, in surface and in depth. Crack initiation is multiple and occurs on sliding lines or at material defects. Crack network stabilization is observed after 400 000 cycles at a temperature of 150°C. The maximum depth is 2.5 mm. Secondly, the stability of the thermal-fatigue cracknetworks previously obtained was investigated under additional isothermal mechanical loading (four-point bend tests). Selection mechanisms of a dominating crack are observed, showing a great influence of shielding effects, branching and tortuous path. Comparison of the dominating crack behaviour with one having a single crack initiated at a notch tip reveals a significant delay effect.
Improvement of the tensile properties and mode I fracture toughness of bonded joints using nanoadhesives
Authors: Hedia Hassan S. M. , Allie Lazbourne , Ganguli Sabyasachi , Aglan Heshmat A.
Published: December 2013

Nanoadhesives of epoxy resin are synthesized and evaluated. It is organically modified by multiwalled carbon nanotubes (MWCNT) (1% by weight) as reinforcement. Tensile tests are conducted on multiple identical unnotched and notched specimens to evaluate the overloading and fracture behavior of the nanoadhesives and are then compared with the neat epoxy resin. In comparison with the neat epoxy, it is found that the 1% MWCNT reinforcement increased the ultimate and residual strength by about 29 and 56%, respectively. In comparison with the neat resin, there is a 265% increase in the fracture toughness of the MWCNT adhesive. Fracture surface analysis revealed the various mechanisms by which the MWCNT adhesive acquire its superior strength and toughness in comparison with the neat resin.
Zerstörungsfreie Ermittlung der Tragfähigkeit von Clinchverbindungen beim Werkstoff DC04 mit Hilfe der kNN-Regression
Authors: Tan Yiming , Hahn Ortwin , Du Feina , Voigt Hans-Michael
Published: December 2013

Kurzfassung

Zur zerstörungsfreien Ermittlung der Tragfähigkeit von geclinchten Verbindungselementen unter quasistatischer Belastung werden die Untersuchungen mit Hilfe eines Lernverfahrens, das auf der k-nächsten-Nachbarn-Regression (kNN-Regression) basiert, vorgestellt. Als Eingangsgrößen des Lernverfahrens dienen die Prozessdaten, die während eines Fügens aus den aktuellen Signalen wie z.B. der Fügekraft und dem Stempelweg aufgenommen und abstrahiert werden. Die zu ermittelnden Ausgangsgrößen sind die Scheroder Schälzugkraft einer Clinchverbindung. In diesen Untersuchungen wurde der Stahlwerkstoff DC04 ZE mit zwei verschiedenen Dicken 0,8 mm und 1,0 mm im Anlieferzustand eingesetzt. Als Clinchverfahren kam das einstufige nicht schneidende Fügeverfahren mit geschlossener Matrize zum Einsatz. Die Ergebnisse zeigten, dass unter Beachtung verschiedener Verwendungsbedingungen die ermittelten Scher- und Schälzugkräfte mit den gemessenen Werten gut übereinstimmten.
Simulations of fatigue crack propagation in friction stir welds under flight loading conditions*
Authors: Ghidini Tommaso , Polese Claudia , Lanciotti Agostino , Dalle Donne Claudio
Published: December 2013

Since Friction Stir Welding has been identified as a key technology for primary aerospace structures, fatigue crack growth testing and modelling is required. However, there is still a complete lack of information regarding the fatigue crack propagation in friction stir welds under variable amplitude loading and flight loading conditions. Experimental investigations have been performed on centre cracked 4 mm thick AA2024-T3 base metal and FSW specimens: regarding the FSW samples, the crack was placed 5 mm out of the weld centre, in the most critical part of the joint: the coupons have been tested under simple variable amplitude load sequences, and under a standardized flight-simulation load history, Falstaff. The fatigue crack propagation was then predicted using widespread aerospace fracture mechanics software packages. Interaction effects and internal residual stresses were firstly separately simulated and than combined in order to evaluate the ability to predict the fatigue crack propagation on FSW welded structures under service loading conditions.
Fügen von gebauten Wellen und Verbundbauteilen durch Einwalzen*
Authors: Hagedorn Michael , Kessler Nadine , Weinert Klaus , Wilcke Gerhard , Röttger Karsten
Published: December 2013

Kurzfassung

Das Glatt- und Festwalzen von Bohrungen und anderen Konturen ist ein seit vielen Jahren bewährtes Verfahren, mit dem einerseits sehr gute Oberflächen erzielt werden können und andererseits auch die Betriebsfestigkeit von Bauteilen signifikant erhöht werden kann. Mit dem Einwalzen zur Herstellung von Verbundbauteilen wie z.B. gebauten Wellen können die Einsatzmöglichkeiten des Walzens um einen interessanten Aspekt erweitert werden. Dabei wird mit angepassten Werkzeugen und einem höheren Walzübermaß ein anforderungsoptimiertes Innenbauteil plastisch aufgeweitet und so in ein den speziellen Anforderungen entsprechendes Außenteil gefügt.
Development of a model for the stiffness and life time prediction of self piercing riveted joints in automotive components*
Authors: Dannbauer Helmut , Gaier Christian , Dutzler Eberhard , Halaszi Csaba
Published: December 2013

Stiffness and strength behaviour of light weight components in the automotive industry are significantly affected by the properties of the joints. The applied joining process, the number and the location of the spot joints have thus a large technological and economic influence. The strength of spot welds can only marginally be increased by the strength of the applied plate material. By application of high strength steels the utilization of mechanical joining techniques like self piercing riveting is recommended which exhibit higher strengths. Because of light weight design and safety aspects the application of high strength steels in the development of car bodies becomes increasingly important. For an efficient design and optimization of these complex structures reliable CAE techniques are required. For spot welding suitable models for the evaluation of strength and life time of complex structures like car bodies have already been developed, but sufficient models for calculation of self piercing riveted joints are not existent up to the present, because the strength properties of mechanical joints are more difficult to integrate. For this reason, a substitution model has been created which accounts for a correct local stiffness and enables life time assessments. The model has been calibrated based on test data and by parameters like material properties, plate thickness, rivet diameter and their combinations into account. The result is a substitution model similar to that applied to spot welding, but by consideration of additional parameters to achieve a good agreement with the experiments. Summarizing, the substitution model covers all parameters (plate thickness, rivet diameter) which are relevant in the automotive and light truck industry.
Festigkeitsnachweis an Fahrrädern
Authors: Neumann Karl-Heinz , Schellbach Dieter , Lerchner Kay
Published: December 2013

Kurzfassung

Im vorliegenden Beitrag wird über die umfangreichen Fahrraduntersuchungen berichtet, die Fachbereich Maschinenbau und Kraftfahrzeugtechnik, Labor Leichtbau/Betriebsfestigkeit an der Westsächsischen Hochschule Zwickau (FH) in den vergangenen Jahren durchgeführt wurden. Zusammen mit der Fahrradindustrie, insbesondere Diamant Fahrradwerke GmbH und Sachsen Zweirad GmbH wurden Prüfstände sowohl für das Gesamtfahrzeug als auch für Einzelkomponenten entwickelt und eingesetzt.
Ultraschall-Prozesskontrolle mechanischer Parameter von aushärtenden Polymeren
Authors: Döring Joachim , Stark Wolfgang , Bartusch Jürgen , McHugh Jarlath , Simon Werner
Published: December 2013

Kurzfassung

Mit einer neuartigen Ultraschall-Sensorik ist die differenzierte kontinuierliche Überwachung der Harzaushärtung in der Produktion von Bauteilen aus vernetzten Kunststoffen realisierbar. Der optimale Ablauf dieses Prozesses ist bestimmend für die mechanischen Eigenschaften der Komponenten und ihre Lebensdauer, was insbesondere für deren zunehmenden Einsatz in sicherheitsrelevanten Anwendungen an Bedeutung gewinnt. Die hier eingesetzte Durchschallung des gefüllten Werkzeugs ermöglicht mit der Verfolgung der Schalllaufzeit den direkten Zugriff auf die elastischen Moduli als qualitätsbestimmende Eigenschaften. Die Extremwerte der Ableitung der normierten Laufzeit können direkt für die Prozesssteuerung verwendet werden und haben sich bereits in der industriellen Praxis bewährt.