670 Industrielle und handwerkliche Fertigung
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Because of a high product and technology complexity, companies involve external partners in their research and development (R&D) processes. Interorganizational projects result, which represent temporary organizations. In these projects heterogenous organizations work closely together. Since project work is always teamwork, these projects face due to their characteristic’s major challenges on an organizational, relational, and content-related collaboration level. Thus, this paper raises the following research question: “How can a project team be supported on an organizational, relational, and content-related level in an interorganizational new product development setting?” To answer this research question, an explorative expert study was set up with two digital workshops using the interactive presentation tool Mentimeter. The results show that a cooperative innovation culture could support project teams on an organizational and relational level in the future in minimizing predominant problems. Moreover, it supports project teams for example in a functional communication. Furthermore, 18 values of a cooperative innovation culture result which are for example openness and transparency, risk and failure tolerance or respect. On a content-related level the results show that an adaptable tool which promotes creativity and collaboration method as well as content-related input support could be beneficial for problem-solving in an interorganizational new product development setting in the future. Because the tool can guide product developers through the process with suitable creativity and collaboration methods, can give content-related input and can enable interactive interchange on a table-top. Future research could mainly focus on the connection of the cooperative innovation culture and the tool since these potentially influence each other.
Different network architectures are being used to build remote laboratories. Historically, it has been difficult to integrate industrial control systems with higher level IT systems like enterprise resource planning (ERP), manufacturing execution systems (MES), and manufacturing operations management (MOM). Getting these systems to communicate with one another has proven to be relatively difficult due to the absence of shared protocols between them. The Open Platform Communications United Architecture (OPC-UA) protocol was introduced as a remedy for this issue and is gaining popularity, but what if open-source protocols that are widely used in the IT industry could be used instead? This paper presents the development of an IT-Architecture for a cyber-physical industrial control systems laboratory that enables a seamless interconnection and integration of its elements. The architecture utilises Node-Red technology. Node-RED is an open-source programming platform developed by IBM that is focused on making it simple to link physical components, APIs, and web services. This cyber-physical laboratory is for learning principles of an industrial cascaded process control factory. Finally, this text will also discuss future work relating to digital twin (DT). A coupled tank system is selected as a teaching factory to illustrate a range of fluid control application in a typical chemical process factory.
Naturfasern dienen der Menschheit seit Urzeiten als wichtiger Rohstoff für viele Gegenstände des täglichen Lebens, sei es als Kleidung, als technische Textilprodukte oder, im Falle von Cellulosefasern, als Ballaststoffe bei unserer Ernährung. Waren die allerersten Gebrauchstextilien unserer Vorfahren noch hauptsächlich tierischen Ursprungs in Form von Fellen und Pelzen, so wurden zunehmend die Pflanzenfasern als Ressource für vielfältige Anwendungen entdeckt. Dem Beispiel der Natur folgend, fanden die unterschiedlichen Faserarten Anwendung entsprechend ihres natürlichen Bestimmungszwecks bzw. entsprechend ihrer morphologischen und technologischen Eigenschaften. So wurde und wird z.B. Wolle aufgrund ihrer flexiblen, isolierenden und wärmenden Eigenschaften hauptsächlich als Kleidung und als Kälteschutz eingesetzt, während sich die steifen, glatten und festen Bastfasern wie Flachs oder Hanf, sich eher als Seile, Netze oder auch als Bogensehnen eigneten.
The pH value of the human skin is not in the neutral range but is slightly acidic with values of – depending on the body part – 3.5 to 6. This provides a suitable habitat for the commensal skin floral but has a killing effect on some pathogenic micro-organisms and an inactivating effect on some viruses. This protective acid mantle of the skin thus represents a first external protective layer against infestation by pathogens. An appropriate surface pH on textiles can help to minimize the transmission of pathogens through the clothing of healthcare workers while at the same time not exerting a negative influence on the skin’s own flora. In addition, the colonization of e.g. bed linen by pathogenic microorganisms can be reduced. This can also have a positive influence on bacteria-associated odor formation on functional clothing.
The pH value of the human skin is not in the neutral range but is slightly acidic with values of – depending on the body part – 3.5 to 6. This provides a suitable habitat for the commensal skin floral but has a killing effect on some pathogenic micro-organisms and an inactivating effect on some viruses. This protective acid mantle of the skin thus represents a first external protective layer against infestation by pathogens. An appropriate surface pH on textiles can help to minimize the transmission of pathogens through the clothing of healthcare workers while at the same time not exerting a negative influence on the skin’s own flora. In addition, the colonization of e.g. bed linen by pathogenic microorganisms can be reduced. This can also have a positive influence on bacteria-associated odor formation on functional clothing.
Der pH-Wert der menschlichen Haut liegt nicht im neutralen Bereich, sondern ist mit Werten von 3,5-6 – je nach Körperstelle – leicht Sauer. Das bietet der Kommensalen Hautflora einen geeigneten Lebensraum, wirkt jedoch abtötend auf einige pathogene Mikroorganismen und inaktivierend auf einige Viren. Dieser Säureschutzmantel der Haut stellt somit eine erste äußere Schutzschicht vor dem Befall von Krankheitserregern dar. Ein entsprechender Oberflächen-pH-Wert auf Textilien kann dazu beitragen, die Übertragung von Krankheitserregern durch die Kleidung von Mitarbeitern im Gesundheitswesen zu minimieren und gleichzeitig keinen negativen Einfluss auf die hauteigene Flora auszuüben. Zudem kann die Besiedlung von z.B. Bettwäsche durch pathogene Mikroorganismen vermindert werden. Einen positiven Einfluss kann dies zudem auf die bakterienassoziierte Geruchsbildung auf Funktionskleidung haben.
Der pH-Wert der menschlichen Haut liegt nicht im neutralen Bereich, sondern ist mit Werten von 3,5-6 – je nach Körperstelle – leicht Sauer. Das bietet der Kommensalen Hautflora einen geeigneten Lebensraum, wirkt jedoch abtötend auf einige pathogene Mikroorganismen und inaktivierend auf einige Viren. Dieser Säureschutzmantel der Haut stellt somit eine erste äußere Schutzschicht vor dem Befall von Krankheitserregern dar. Ein entsprechender Oberflächen-pH-Wert auf Textilien kann dazu beitragen, die Übertragung von Krankheitserregern durch die Kleidung von Mitarbeitern im Gesundheitswesen zu minimieren und gleichzeitig keinen negativen Einfluss auf die hauteigene Flora auszuüben. Zudem kann die Besiedlung von z.B. Bettwäsche durch pathogene Mikroorganismen vermindert werden. Einen positiven Einfluss kann dies zudem auf die bakterienassoziierte Geruchsbildung auf Funktionskleidung haben.
Schweißerschutzkleidung muss unterschiedlichen Anforderungen genügen. Sie muss u.a. flammfest sein, den Schweißer vor Metallspritzern schützen, die beim Schweißen entstehen, und auch einen Schutz vor UV-Licht sicherstellen, das im Schweißbogen entsteht. Besonders der Schutz vor Metallspritzern wird durch das Flächengewicht der Textilien bestimmt. Der entsprechende Schutzfaktor wird durch Tropfen flüssigen Eisens bestimmt, die auf ein Gewebe fallen. Dabei gilt: je höher das Flächengewicht, desto höher der Schutz vor Schweißspritzern. Jedoch gilt auch: je höher das Flächengewicht, desto schlechter ist der Tragekomfort und desto wärmender ist die Kleidung und damit die körperliche Belastung des Trägers. Durch die Applikation von Nanopartikeln ist es möglich, das benötigte Flächengewicht der Kleidung zu reduzieren.
Modern production systems are characterized by the increasingly use of CPS and IoT networks. However, processing the available information for adaptation and reconfiguration often occurs in relatively large time cycles. It thus does not take advantage of the optimization potential available in the short term. In this paper, a concept is presented that, considering the process information of the individual heterogeneous system elements, detects optimization potentials and performs or proposes adaptation or reconfiguration. The concept is evaluated utilizing a case study in a learning factory. The resulting system thus enables better exploitation of the potentials of the CPPS.
A premise guaranteeing the successful interdisciplinary teamwork in product design is a mutual understanding of both professional and academic communities of the different design expertise and the role they play in the process. It appears that the open compound word industrial design is open to interpretation in European education. This ambiguity had a negative impact on the labour policies of some European countries, which have labelled some professions with incorrect names. Therefore, this terminological inconsistency urges for clarification within the design community. This work analyses the term industrial design, it presents historical developments in European industrial design education, in particular in Germany and in the Netherlands, and discusses how the education to the industrial design profession was positioned towards product development. This paper suggests that the causes for the observed lack of clarity about the meaning of the term industrial design are of an etymological and disciplinary kind. In order to act as a bridge between the professional and academic communities, universities should create the premises for interdisciplinary collaboration between designers and engineers through standardized communication, ultimately contributing for a sustainable future in both design and engineering education.
The requirements for textiles differ greatly depending on the area of application, whereby it often does not remain with only one required functionality. For example, in the field of functional clothing or protective clothing/PPE, it is necessary to protect the textile’s wearers from UV radiation. At the same time, self-cleaning effects offer certain advantages in that field. In addition, an antimicrobial effect in functional clothing can reduce the formation of unpleasant odors, and in PPE – especially in the healthcare sector – can contribute to the interruption of the chain of infection. One way to achieve these 3 desired functions in just one finishing step is to immobilize titanium dioxide (TiO2). However, TiO2 is viewed critically for application in the textile sector due to a REACH listing. Another disadvantage is that it only takes effect under UV radiation and is therefore not suitable for indoor use. Alternatively, photocatalysts such as doped zinc oxides (ZnO) can be used, which also exhibit catalytic activity through activation by visible light, which can lead to the killing of microorganisms and the degradation of organic soiling.
In dem Beitrag wurden exemplarisch Möglichkeiten aufgezeigt, die mittels der Verknüpfung unterschiedlicher Technologien zur Steigerung von Genauigkeit und Effizienz bei der Bearbeitung genutzt werden können. Dabei sind Kenntnisse aus unterschiedlichen Bereichen erforderlich. Dies sind sowohl Bearbeitungs- und Prozesstechnologie, die Konstruktion von Maschinen, Vorrichtungen und Werkzeugen, sowie Mess- und Steuerungstechnik. Daneben sind auch neue Geschäftsmodelle und Technologien für die Nutzung und Verfügbarmachung von Daten und Informationen erforderlich.
Säureschutzmantel - Ausrüstung zum Schutz gegen mikrobiellen Befall - (DTNW Mitteilung Nr. 129)
(2022)
Ziel des Forschungsvorhabens war es, den Effekt des Säureschutzmantels der menschlichen Haut auf der textilen Oberfläche unter der Verwendung von Säurekatalyten nachzuahmen, um so neuartige, antibakterielle Textilien zu entwickeln. Hierzu sollten für die Textilindustrie wässrige Ausrüstungen entwickelt werden, die über konventionelle Veredlungstechniken wie das Foulardieren appliziert werden können. Die Aktivität der Ausrüstung sollte im feuchten Millieu gegeben sein, um einen Effekt beim Tragen von z.B. Funktionskleidung oder Arbeitskleidung im medizinischen Bereich zu gewährleisten.
Für die Erfüllung der Projektziele wurden verschiedene kommerzielle Polyoxometallate verwendet. Zudem wurden Polyoxometallate synthetisiert und funktionalisiert. Diese führen im wässrigen Millieu eine saure Katalyse durch und kommen als industrielle Katalysatoren an Membranen gebunden zum Einsatz. Ein Aktivitätsscreening geeigneter Kandidaten zeigte, dass eine wässrige Applikation möglich ist und zu einer antibakteriellen Aktivität der ausgerüsteten Textilien führt.
Die Polyoxometallate konnten durch das Sol-Gel-Verfahren mittels Tetraethoxysilan durch Foulardierverfahren im Labormaßstab an verschiedenen Textilien immobilisiert werden. Eine Hochskalierung auf den Technikumsmaßstab gelang ebenfalls. Das Aktivitätsscreening der Ausrüstungen zeigte, dass ein saurer Oberflächen-pH-Wert von ≤ 4 durch die entwickelte Ausrüstung möglich ist und zu einem antibakteriellen Effekt führt. Die Abrasionsbeständigkeit war gegeben. Nach Waschversuchen verloren die Ausrüstungen zum Teil ihren antibakteriellen Effekt.
Insgesamt ergab sich ein Einblick in den Nutzen von Polyoxometallaten als katalytisch aktive Substanz, die zur Ausrüstung von Textilien geeignet ist. Da die in diesem Forschungsvorhaben synthetisierten Polyoxometallate keine genotoxische und mutagene Aktivität aufweisen, können die KMU des textilveredelnden Wirtschaftszweigs eine neue Art der antibakteriellen Ausrüstung anwenden. Um eine Waschstabile Ausrüstung zu erzielen, müssen die Funktionalisierungen und darüber die Bindung der Polyoxometallate an die Ausrüstungsmatrix jedoch weiterentwickelt werden.
Die Ziele des Forschungsvorhabens wurden erreicht.
Das vorliegende Taschenbuch fasst die bekannten Berechnungsformeln und Erkenntnisse aus der betrieblichen Praxis und aus wissenschaftlichen Untersuchungen im Bereich des Weberei-Vorwerks und der Weberei zusammen. Die bei der Gewebeherstellung notwendigen Entscheidungsprozesse sollen damit erleichtert werden.
Mit dieser Formelsammlung lassen sich jedoch nicht nur die optimalen Fertigungsvorschriften für Gewebe praxisgerecht erstellen, sondern auch die wichtigsten technischen und physikalischen Grundlagen des Fabrikbetriebs werden in der gebotenen Kürze dargestellt.
Porous silica materials are often used for drug delivery. However, systems for simultaneous delivery of multiple drugs are scarce. Here we show that anisotropic and amphiphilic dumbbell core–shell silica microparticles with chemically selective environments can entrap and release two drugs simultaneously. The dumbbells consist of a large dense lobe and a smaller hollow hemisphere. Electron microscopy images show that the shells of both parts have mesoporous channels. In a simple etching process, the properly adjusted stirring speed and the application of ammonium fluoride as etching agent determine the shape and the surface anisotropy of the particles. The surface of the dense lobe and the small hemisphere differ in their zeta potentials consistent with differences in dye and drug entrapment. Confocal Raman microscopy and spectroscopy show that the two polyphenols curcumin (Cur) and quercetin (QT) accumulate in different compartments of the particles. The overall drug entrapment efficiency of Cur plus QT is high for the amphiphilic particles but differs widely between Cur and QT compared to controls of core–shell silica microspheres and uniformly charged dumbbell microparticles. Furthermore, Cur and QT loaded microparticles show different cancer cell inhibitory activities. The highest activity is detected for the dual drug loaded amphiphilic microparticles in comparison to the controls. In the long term, amphiphilic particles may open up new strategies for drug delivery.
Ziel des Forschungsvorhabens war es, unter Verwendung von photokatalytisch aktiven Zinkoxid- und/oder Titandioxid-Partikeln Kombinationsausrüstungen für die Textilindustrie zu entwickeln, welche einen hohen UV-Schutz (UPF-Wert: 50+), eine hohe antimikrobielle Wirksamkeit und selbsteinigende Eigenschaften garantieren, um so neue hygienischere Textilien zu schaffen. Hierzu sollten wässrige Ausrüstungen entwickelt werden, die über konventionelle Veredlungstechniken – „pad-dry-cure“ – appliziert werden können. Die Aktivität der Partikel sollte unter Einstrahlung von Raumlicht gegeben sein. Daher sollten die Partikel so modifiziert werden, dass ihre Absorption im Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichtes liegt.
Für die Erfüllung der Projektziele wurden verschiedene dotierte TiO2- und ZnO-Nanopartikel synthetisiert, die durch das Einbringen von Dotanden eine Verschiebung der Absorption elektromagnetischer Strahlung erfahren haben. Ein Aktivitätsscreening geeigneter Kandidaten zeigte, dass einige einen Abbau organischer Referenzmaterialien katalysierten und eine antibakterielle Aktivität vorwiesen. Eisendotiertes Zinkoxid (Fe-ZnO) vereinte die beiden gewünschten Eigenschaften in ausreichendem Maße und verfügte zudem über eine hohe Absorption von UV-Strahlung, sodass damit auch das dritte Projektziel - ein ausreichender UV-Schutz - erreicht werden konnte.
Die wiederholte Synthese von Fe-ZnO gelang im Labormaßstab. Die Partikel konnten durch das Sol-Gel-Verfahren mittels anorganischem Tetraethoxysilan, sowie über einen organischen Polyurethanbasierten Binder durch Foulardierverfahren an verschiedenen Textilien immobilisiert werden. Die Waschstabilität war gegeben und eine Photodegradation des Binders und der Textilien konnte zumindest für das TEOS-System ausgeschlossen werden. Das Aktivitätsscreening der ausgerüsteten Textilien zeigte, dass immobilisierte Nanopartikel zwar zum Erreichen der anvisierten
Projektziele genügen, jedoch konnte die Aktivität des als Referenz verwendeten TiO2 nicht übertroffen werden.
Insgesamt ergab sich ein Einblick in den Nutzen von Nanopartikeln als katalytisch aktive Substanz, die zur Ausrüstung von Textilien geeignet ist. Um eine genügende Aktivität im sichtbaren Wellenlängenbereich zu erzielen und damit einen Nutzen für eine Innenraumanwendung zu generieren, müssen jedoch deutlich besser die Grundlagen der Dotierung und ihre Auswirkung auf die ROS-Generierung verstanden werden.
Die Ziele des Forschungsvorhabens wurden zum Teil erreicht.
The approach of self-organized and autonomous controlled systems offers great potential to meet new requirements for the economical production of customized products with small batch sizes based on a distributed, flexible management of dynamics and complexity within the production and intralogistics system. To support the practical application of self-organization for intralogistics systems, a catalogue of criteria for the evaluation of the self-organization of flexible logistics systems has been developed and validated, which enables the classification of logistics systems as well as the identification and evaluation of corresponding potentials that can be achieved by increasing the degree of self-organization.
Im IGF-Projekt Nr. 19617 N wurden stickstoff- und phosphorsubstituierte Alkoxysilane hergestellt und ihre flammhemmenden Eigenschaften für Textilien untersucht. Die Synthesen erfolgten nach unterschiedlichen Strategien wie der Klick-Chemie und der nukleophilen Substitution kommerziell erhältlicher Organophosphorverbindungen mit aminobasierten Trialkoxysilanen und/oder Cyanurchlorid. Diese neuartigen, halogen- und aldehydfreien Flammschutzmittel wurden auf Stoffe aus Baumwolle (BW), Polyethylenterephthalat (PET), Polyamid (PA), sowie Mischgeweben daraus mit der industriell etablierten Pad-Dry-Cure-Technik und mittels Sol-Gel-Verfahren aufgetragen. Die flammhemmenden Eigenschaften wurden mit den Prüfverfahren nach EN ISO 15025 (Schutzkleidung – Schutz gegen Hitze und Flammprüfverfahren für begrenzte Flammenausbreitung= bewertet. Eine gute Schwerentflammbarkeit der hybriden organisch-anorganischen Materialien wurde bei einer geringen Menge von 3-5 Gew.% auf Baumwollgeweben erreicht. Darüber hinaus konnten die Wasserlöslichkeit und die Waschbeständigkeit durch die an das Phosphoratom gebundenen funktionellen Gruppen und durch die Optimierung der Härtungstemperatur kontrolliert werden. Insgesamt zeigte das Forschungsprojekt, dass N-P-Silane sehr gute permanente Flammschutzmittel für Textilien sind.
Der betriebswirtschaftlichen Forschung in der Textil- und Bekleidungsindustrie gelingt es nicht, Lösungen zu erarbeiten, die das Nachhaltigkeitsproblem der Branche lösen. Dies liegt primär an der Art und Weise, wie in unserem Fachbereich geforscht wird. In Anbetracht der Problemstellung kann der starke Fokus auf empirische Arbeiten nur eine begrenzte Hilfestellung leisten. Denn empirische Forschung erfolgt innerhalb der bestehenden Denkmuster und ist tendenziell gegenwarts- oder vergangenheitsorientiert. Für die Lösung zukunftsorientierter Fragestellungen werden jedoch völlig neue Parameter und Logiken benötigt. Ein Umdenken ist gefragt.
Das textile Bauen ist ein seit vielen Jahren wachsender Bereich der Textilindustrie. Durch die Verwendung textiler Materialien bieten sich nicht zuletzt für die Architektur neue gestalterische Möglichkeiten, die mit konventionellen Baumaterialien nicht realisierbar sind. Bekannte Beispiele für textile Bauwerke sind große Sportarenen, Bahnhöfe und Flughäfen. Dabei sind Leichtbauweisen und zumindest teilweise Transparenz der Bauwerke auf einer Seite herausragende Eigenschaften, auf der anderen Seite stellen diese Gebäude besondere Anforderungen an das Klima- und Energiemanagement. Der Innenraum kann sich bei Sonneneinstrahlung stark aufheizen, da neben dem sichtbaren Licht vor allem ein Großteil des Infrarotanteils der solaren Strahlung transmittieren kann. Im konventionellen Bauen existieren bereits hohe Anforderungen an die energietechnische Ausgestaltung von Bauwerken, die u.a. über eine effiziente Wärmedämmung erfüllt werden. Dies wird in der Regel mit Hilfe von voluminösen, offenporigen Dämmstoffen erreicht. Ziel ist es dabei vornehmlich, den Verlust von Wärme aus dem Innenraum zu verringern, gleichzeitig können schlecht wärmeleitende Stoffe bei hoher Masse und hoher spezifischer Wärmekapazität Temperaturspitzen im Sommer abpuffern. Auch für das textile Bauen ist die Energieeffizienz ein wichtiger Aspekt. Die Verwendung von schweren Dämmstoffen widerspricht dabei aber der Idee der flexiblen textilen Leichtbauweise.
In the IGF project No. 19617 N, nitrogen and phosphorous substituted alkoxysilanes were prepared and their ability to inhibit fire growth and spread for fabrics was explored. To this end, a series of flame retardants were synthesized using different strategies including click chemistry and nucleophilic substitution of commercial organophosphorus compounds with amino-based trialkoxysilanes and/or cyanuric chloride. The new halogen-free and aldehyde-free flame retardants were applied to different fabrics such as cotton (CO), polyethylene terephthalate (PET), polyamide (PA) and their blends using the well-known pad-dry-cure technique and sol-gel method. The flame-retarding efficiencies were evaluated by EN ISO 15025 test methods (protective clothing-protection against heat and flame method of test for limited flame spread). Good flame retardancy of the hybrid organic-inorganic materials was achieved with the addition of as small amount as 3-5 wt.% for cotton fabrics. Moreover, the water solubility and the washing resistance could be controlled through the functional groups attached to the phosphor atom or through the optimization of the curing temperature. Overall, the research project demonstrated that N-P-silanes are very good permanent flame retardants for textiles.
Sol-Gel basierte Flammschutzmittel stellen einen vielversprechenden Ansatz für Textilien dar, gerade im Bereich des Ersatzes von derzeit etablierten halogenhaltigen Flammschutzmitteln. Letztere sind aufgrund ihrer toxikologisch Bedenklichkeit sowie ihrer mitunter bioakkumulierenden Eigenschaften in die Kritik geraten. In diesem Forschungsvorhaben wurde daher untersucht wie aus Phosphor- und stickstoffhaltige Silane halogenfreie Flammschutzmittel verwirklicht werden können. Die Sol-Gel-Schicht fungierte dabei zum einen als nicht brennbarer Binder, zum anderen konnten über das Anbinden von Phosphorgruppen in an kommerziell verfügbare Silane Flammschutz aktive Gruppen direkt mit eingebunden werden. Verschiedene Syntheseansätze wurden dabei verfolgt, wobei durch alle hergestellten N-P-Silane ein Flammschutz nach DIN EN ISO 15025 (Schutzkleidung – Schutz gegen Hitze und Flammen) erhalten wurden. Dabei hängt die Flammschutzwirkung stark von den funktionellen Gruppen und der Oxidationsstufe des Phosphors ab, dabei konnte ein entsprechender Flammschutz bei Auflagen von 5 % erzielt werden. Es konnte gezeigt werden, dass ein Mechanismus auf Basis der Bildung einer Schutzschicht hauptsächlich verantwortlich für den Flammschutz ist. Dieses Ergebnis ist für eine zukünftige, weitere Optimierung entsprechender Ausrüstungen nicht zu unterschätzen. Durch Ausrüstungsversuche im semi-industriellen Maßstab konnte weiterhin gezeigt werden, dass einer großtechnischen Umsetzung der angewandten Ausrüstungen prinzipiell nichts im Wege steht. Je nach funktioneller Gruppe am Phosphor konnte die Wasserlöslichkeit und die Waschstabilität kontrolliert werden. Dabei konnte zum einen gezeigt werden, dass hydrophobes N-P-Silane eine bessere Waschbeständigkeit aufweisen, hydrophile N-P-Silane erhalten diese erst bei Fixierungstemperaturen von 180 °C. Ausgehend von den Ergebnissen konnten sticktstoffgenerierende und cyanursäure-basierte N-P-Silane entwickelt werden, welche sich besonders in einer guten Flammschutzwirkung bei Mischgeweben auszeichnen. Insgesamt konnte innerhalb des Forschungsvorhabens gezeigt werden, dass N-P-Silane hervorragende permanente Flammschutzmittel für Textilien sind und auf welchem Mechanismus dieser Flammschutz begründet ist.
A systematic study using a central composite design of experiments (DoE) was performed on the oxygen plasma surface modifications of two different polymers—Pellethane 2363-55DE, which is a polyurethane, and vinyltrimethoxysilane-grafted ethylene-propylene (EPR-g-VTMS), a cross-linked ethylene-propylene rubber. The impacts of four parameters—gas pressure, generator power, treatment duration, and process temperature—were assessed, with static contact angles and calculated surface free energies (SFEs) as the main responses in the DoE. The plasma effects on the surface roughness and chemistry were determined using scanning electron microscopy (SEM) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Through the sufficiently accurate DoE model evaluation, oxygen gas pressure was established as the most impactful factor, with the surface energy and polarity rising with falling oxygen pressure. Both polymers, though different in composition, exhibited similar modification trends in surface energy rise in the studied system. The SEM images showed a rougher surface topography after low pressure plasma treatments. XPS and subsequent multivariate data analysis of the spectra established that higher oxidized species were formed with plasma treatments at low oxygen pressures of 0.2 mbar.
Die pharmazeutische Verpackungsindustrie ist durch umfangreiche Regularien geprägt und daher in der Innovationsdynamik etwas eingeschränkt. In einem sechsmonatigen Projekt zur Entwicklung von Zukunftsszenarien für die Pharmaverpackung wurde aufgezeigt, dass zwar neue Technologien, wie E-Labels oder Kindersicherungen, die Marktreife erreicht haben oder in Kürze erreichen werden, neue Anforderungen in absehbarer Zukunft aber weiteren Entwicklungsbedarf erfordern. Die pharmazeutische Verpackungsindustrie muss sich zusammen mit ihren Kunden und Technologielieferanten enger und intensiver austauschen, um die nächste Verpackungsgeneration, Smart Packaging 2.0, auf den Weg zu bringen.
Die OLED-Technologie wurde vor über zehn Jahren als Revolution in der Verpackungs-industrie gefeiert, die jedoch in der Praxis ausblieb. In einem industriellen Kooperations-projekt zur Zukunftsszenarienentwicklung der pharmazeutischen Verpackungsindustrie stellt sich die OLED-Technologie als Schlüsseltechnologie für das Zukunftsszenario Smart Packaging 2.0 dar.
Im Rahmen des Forschungsprojektes wurden Ausrüstungsmittel und -verfahren entwickelt, die dem vorbeugenden Schutz von Textilien (insbesondere Bodenbelägen) vor Anschmutzung dienen. Das Verfahren sieht eine kombinierte Ausrüstung von Textilien mit fluorierten Polymeren mit inkorporierten Nanopartikeln (in erster Linie: SiO2) zur Erhöhung der Rauhigkeit vor. Es wurden kommerziell erhältliche Hydrophobiermittel (Fluorcarbon- oder Kohlenwasserstoff-basierte Polymere) in Kombination mit SiO2-Nanopartikeln auf Teppiche aufgebracht und hinsichtlich eines Anschmutzens - z.B. durch Kaffee, KoolAid, Rotwein, AATCC Standard Soil, schwarze Schuhcreme - untersucht. Hierzu wurden die scherempfindlichen Dispersionen der Hydrophobiermittel mit neu entwickelten angepassten Dispersionen von SiO2-Nanopartikel versetzt. Die SiO2-Nanopartikel wurden mit systematisch variierten Größen von 10-1.000 nm synthetisiert, umfassend charakterisiert und mit Hilfe von neu entwickelten Fluormethacrylat-Copolymeren mit reaktiven Gruppen (Maleinsäure-, Itaconsäure- oder Citraconsäureanhydrid) und hydrophilen Modifiern (Alkohol- oder Amingruppen) stabilisiert. Die resultierenden Polymer-Teilchen-Dispersionen konnten aus wässrigen oder ethanolisch-wässrigen Lösungen auf Textilien (PA-, PES- oder WO-Teppiche und -Gewebe) appliziert werden. Weiterhin wurden auch die neu entwickelten Fluorcarbon-Polymere hinsichtlich ihrer Anwendung getestet. In Anschmutzungsversuchen wiesen die so ausgerüsteten Teppiche ein geringeres Anschmutzen durch Standardschmutz als Referenzmaterialien auf. Die Beständigkeit der Ausrüstung bei mechanischer Belastung konnte durch Vernetzung der Polymere auf dem Textilmaterial verbessert werden. Für PA 6- und PA 6.6-Teppiche wurden die besten Ergebnisse hinsichtlich eines geringeren Anschmutzens durch wasserlösliche Verschmutzungen (Kaffee, Rotwein, KoolAid) im Vergleich zu unbehandelten Teppichen ermittelt, wenn die Ausrüstung mit Fluorpolymer-stabilisierten SiO2-Nanopartikeln oder mit einer kombinierten Dispersion aus SiO2-Partikeln und Fluorcarbonharzen vorgenommen wurde. Eine im Vergleich zu unbehandelten Teppichen weniger starke Anschmutzung durch AATCC Standard Soil (DIN EN ISO 11378-2) wurde für mit SiO2-Partikeln behandelte PA 6-Teppiche ermittelt. Hydrophobe Anschmutzungen (z.B. schwarze Schuhcreme) konnten von mit Fluorcarbon-Polymeren ausgerüsteten Teppichen am besten entfernt werden. Die Kombination von SiO2-Partikeln mit Fluorcarbon-Polymeren erwies sich meist als günstiger als die alleinige Behandlung mit Fluorcarbonharzen. Ein Zusammenhang zwischen der Größe der Nanopartikel, der Abrasionsbeständigkeit und den Reinigungseigenschaften wurde festgestellt, und es konnte gezeigt werden, dass FC-Nanopartikel-Composites diese verbessern. Die mechanische Beständigkeit der Antischmutzausrüstung mit SiO2-Nanopartikeln und Fluorcarbon-Polymeren auf Polyamidteppichen wurde z.B. durch Hexapod-Trommelbeanspruchung (nach ISO 10361) geprüft. Durch REM, IR-Spektroskopie und den Wassertropfentest wurde nach 4.000 und auch nach 12.000 Touren noch eine intakte Beschichtung nachgewiesen. Mit Vernetzern, die das Polymer selbst, das Polymer mit Partikeln und/oder der Substratoberfläche vernetzen, konnte z.T. die Abrasionsbeständigkeit verbessert werden (hier müssen ggf. optimalere Vernetzer gesucht werden).
Die Ausrüstung von Textilien mit Sol-Gel-Beschichtungen wird seit einigen Jahren intensiv verfolgt. Eine Vielzahl von bekannten, aber auch neuen Ausrüstungseffekten können über diesen Ansatz realisiert werden. Besonders interessant ist die Sol-Gel-Technik wegen der Möglichkeiten, multifunktionelle Ausrüstungen zu synthetisieren. Problematisch ist eine in vielen Fällen geringe Beständigkeit solcher Ausrüstungen, insbesondere gegenüber Waschprozessen. Ziel des Projektes war es davon ausgehend, Vorbehandlungsstrategien für textile Fasermaterialien, basierend auf synthetischen Polymeren oder aus Naturfasern, zu entwickeln, die die Haltbarkeit von Sol-Gel-basierten Ausrüstungen verbessern. Im Rahmen der Arbeiten wurden, angepasst an die jeweiligen Faserpolymere - Polyethylenterephthalat, Polyamid, Polypropylen und Baumwolle - funktionelle Gruppen über geeignete Anker auf den Polymeren etabliert, die in der Lage sind, kovalente Bindungen zu Sol-Gel-basierten Beschichtungssystemen auszubilden. Als Anker wurden primär Trialkoxysilane verwendet, die zusätzlich z.B. Epoxy-, Isocyanato-, Azido- oder Amino-funktionelle Reste besitzen. Mit diesen Resten können die Anker kovalent an die Polymere angebunden werden. Die meisten Sol-Gel-basierten Systeme enthalten zumindest zu einem gewissen Anteil SiOx und/oder MexOy-Cluster. Die zur Funktionalisierung der Oberflächen eingesetzten Alkoxysilane können generell an solche Systeme/Cluster per Kondensation gebunden werden und dienen daher für die effektive Anbindung verschiedenster funktioneller Sol-Gel-Schichten. Entsprechend vorfunktionalisierte Substrate wurden in der Folge mit exemplarisch ausgewählten Sol-Gel-Ausrüstungen beschichtet. Dabei wurden für den Großteil der Untersuchungen hydrophobierende Sole appliziert. Vorteilhaft ist, dass sich der mit hydrophobierenden Solen erzielte Ausrüstungseffekt genau wie dessen Beständigkeit mit vergleichsweise überschaubarem Aufwand über die Untersuchung der Benetzbarkeit (DuPont-Noten, Kontaktwinkel, Tropfeneinsinkzeiten) charakterisieren lässt. Die Wirksamkeit der Vorbehandlungen wurde dann vor allem anhand von Untersuchungen zur Waschbeständigkeit der Ausrüstungen überprüft. Im Rahmen der Arbeiten konnte gezeigt werden, dass sich über die Etablierung geeigneter Anker die Beständigkeit von Sol-Gel-Ausrüstungen bzw. der daraus hervorgehenden Effekte verbessern lässt. Es zeigt sich gleichzeitig, dass die erzielten Verbesserungen sehr stark vom jeweiligen Sol abhängen. D.h., dass sich erzielte Verbesserungen nicht zwangsläufig auf andere Sol übertragen lassen. Analytische Charakterisierungen weisen darauf hin, dass in vielen Fällen die Beständigkeit der Beschichtungsnetzwerke selbst einen weit größeren Einfluss besitzt als die Anbindung an das Substrat. So zeigt sich bei verschiedenen Untersuchungen, dass die Auflage der Sol-Gel-Beschichtung vor allem nach einer ersten Wäsche, aber auch darüber hinaus, signifikant sinkt, oftmals aber ohne dass der durch Ausrüstung erzielte Effekt verloren geht. Dies deutet auf ein (Auf-)Lösen der Beschichtungsmatrizes hin, wovor die Anker nicht schützen können, da deren Wirkung auf die Grenzfläche zum Substrat beschränkt ist. Neben den hydrophobierenden Ausrüstungen wurden exemplarisch auch antibakterielle Ausrüstungen nach den entsprechenden Vorbehandlungen appliziert. Auch hier konnten Verbesserungen in der Beständigkeit des Effektes erzielt werden. Abschließend wurde untersucht inwieweit sich die Vorbehandlungen im Vergleich zur einfachen Ausrüstung negativ auf die textilen Produkte auswirken. Hierzu wurden relevante textile Parameter wie z.B. Höchstzugkräfte, Weißgrade, Steifigkeit oder Luftdurchlässigkeiten bestimmt. Diese Parameter wurden in der überwiegenden Zahl der Vorbehandlungen nicht oder nur geringfügig beeinflusst.
Most antimicrobial peptides (AMPs) and their synthetic mimics (SMAMPs) are thought to act by permeabilizing cell membranes. For antimicrobial therapy, selectivity for pathogens over mammalian cells is a key requirement. Understanding membrane selectivity is thus essential for designing AMPs and SMAMPs to complement classical antibiotics in the future. This study focuses on membrane permeabilization induced by SMAMPs and their selectivity for membranes with different lipid compositions. We measure release and fluorescence lifetime of a self-quenching dye in lipid vesicles. Apart from the dose-response, we quantify the strength of individual leakage events, and, employing cumulative kinetics, categorize permeabilization behavior. We propose that differing selectivities in a series of SMAMPs arise from a combination of the effect of the antimicrobial agent and the susceptibility of the membrane (with a given lipid composition) for certain types of leakage behavior. The unselective and hemolytic SMAMP is found to act mainly by the asymmetry stress mechanism, mediated by hydrophobic insertion of SMAMPs into lipid layers. The more selective SMAMPs induced leakage events occurring stochastically over several hours. Lipid intrinsic properties might additionally amplify the efficiency of leakage events. Leakage behavior changes with both the design of the SMAMP and the lipid composition of the membrane. Understanding how leakage behavior contributes to the selectivity and activity of antimicrobial agents will aid the design and screening of antimicrobials. An understanding of the underlying processes facilitates the comparison of membrane permeabilization across in vitro and in vivo assays.
In recent years, machine learning algorithms have made a huge development in performance and applicability in industry and especially maintenance. Their application enables predictive maintenance and thus offers efficiency increases. However, a successful implementation of such solutions still requires high effort in data preparation to obtain the right information, interdisciplinarity in teams as well as a good communication to employees. Here, small and medium sized enterprises (SME) often lack in experience, competence and capacity. This paper presents a systematic and practice-oriented method for an implementation of machine learning solutions for predictive maintenance in SME, which has already been validated.
Process quality has reached a high level on mass production, utilizing well known methods like the DoE. The drawback of the unterlying statistical methods is the need for tests under real production conditions, which cause high costs due to the lost output. Research over the last decade let to methods for correcting a process by using in-situ data to correct the process parameters, but still a lot of pre-production is necessary to get this working. This paper presents a new approach in improving the product quality in process chains by using context data - which in part are gathered by using Industry 4.0 devices - to reduce the necessary pre-production.
Driven by digital transformation, manufacturing systems are heading towards autonomy. The implementation of autonomous elements in manufacturing systems is still a big challenge. Especially small and medium sized enterprises (SME) often lack experience to assess the degree of Autonomous Production. Therefore, a description model for the assessment of stages for Autonomous Production has been identified as a core element to support such a transformation process. In contrast to existing models, the developed SME-tailored model comprises different levels within a manufacturing system, from single manufacturing cells to the factory level. Furthermore, the model has been validated in several case studies.
Additive manufacturing is a key technology which applies the ideas of Industry 4.0 in order to enable the production of personalized and highly customized products economically. Especially small and medium sized companies often lack the competence and experience to evaluate objectively and profoundly the potential of additive manufacturing technologies in small and medium sized companies. Furthermore, the method has been validated in a small medical technology company evaluating the additive manufacturing potential of an existing surgery tool.
The persistent development towards decreasing batch sizes due to an ongoing product individualization, as well as increasingly dynamic market and competitive conditions lead to new changeability requirements in production environments. Since each of the individualized products mgith require different base materials or components and manufacturing resources, the paths of the products giong through the factory as well as the required internal transport and material supply processes are going to differ for every product. Conventional planning and control systems, which rely on predifined processes and central decision-making, are not capable to deal with the arising system's complexity along the dimensions of changing goods, layouts and throughput requirements. The concepts of "self-organization" in combination with "autonomous ocntrol" provide promising solutions to solve these new requirements by using among other things the potential of autonomous, decentralized and target-optimized logistical objects (e.g. smart products, bins and conveyor systems) wich are able to communicate and interact with each other as well as with human wokers. To investigate the potential of automation and human-robot collaboration for intralogistics, a research project for the development of a collaborative tugger train has been started at the ESB Logistics Learning Factory in lin with various student projects in neighboring research areas. This collaboraive tugger train system in combination with other manual (e.g. handcarts) and (semi-) automated conveyoer systems (e.g. automated guided forklift) will be integrated into a dynamic, self-organized scenario with varying production batch sizes to develop a method for target-oriented sefl-organization and autonomous control of intralogistics systems. For a structured investigation of self-organized scenarios a generic intralogistics model as well as a criteria cataloghe has been developed. The ESB Logistics Learning will serve as a practice-oriented research, validation and demonstration environment for these purposes.
After the initiator of the ESB Logistics Learning Factory, Prof. Vera Hummel had made experience in developing and implementing a concept for a Learning Factory for Advanced Industrial Engineering (aIE) at the University of Stuttgart, Institute IFF between 2005 and 2008, she was appointed as a full professor at ESB Business School, a faculty of Reutlingen University in March 2010. Lacking a realistic, hands on learning and teaching environment of industrial scale for its industrial engineering students, first ideas for a Learning Factory that would strongly focus on all aspects of production logistics were drafted in 2012. Already back then, a strong integration of virtual and physical factory was desired: While the Learning Factory itself would be physical, the neighboring partners along the supply chain, such as suppliers or distribution warehouses, could be added in a fully virtual way. Considering implementation of the ESB Logistics Learning Factory a strategic initiative of the university, initial funding was provided by the faculty ESB Business School itself. Following its own creed, to provide future-oriented training for the region, also primarily local suppliers and manufacturers were selected as equipment providers to the new Learning Factory. During the initialization phase, 2014, a total of three researchers and nine students worked approximately four months to set up a first assembly line, storage racks, AGVs, or pick-by-light systems in conjunction with the underlying didactical concept. Since then, several hundred of students have participated in trainings and lectures held in the ESB Logistics Learning Factory, several research projects were carried out, and multiple high-level politicians and industry executives have been touring the shop floor. Also, more than EUR 2 million in research and infrastructure funds could be secured for expansion and upgrade — allowing the ESB Logistics Learning Factory today to represent many core aspects of an Industrie 4.0 production environment.
Abreinigbare Schlauchfilter kommen zur Abscheidung von Stäuben sowie staubförmigen Substanzen zum Einsatz. Aufgrund typischer Prozessbedingungen unterliegen sie während ihres Einsatzes thermischer, chemischer und mechanischer Beanspruchung. Das IGF-Projekt Nr. 18307 "Untersuchung der chemischen und thermischen Degradation von abreinigbaren Filtermedien und Verbesserung deren Beständigkeit durch Oberflächenmodifikation" hat mehrere Prüfmethoden verglichen.
Homogeneous and monodispersed furan functionalised melamine-formaldehyde particles were produced. As a precursor, 2-chloro-1,3,5-triazine-2,4-diamine (Mel) was selectively substituted with 2-aminomethyl furan (Fu) units in a convenient one step reaction. The pure reaction product Fu-Mel, which was used without further purification, was reacted with formaldehyde by conventional sol-gel condensation in aqueous medium to yield chemically homogenous, spherically shaped and monodispersed particles. The particles were analysed using ATR-FT-IR, Raman, 1H and 13C NMR spectroscopy, TGA, SEM and DSC measurements. The reactivity of the furan groups located at the particle surface was studied by performing a thermoreversible Diels-Alder cycloaddition reaction with bis-maleimide coupling agents. The formed networks showed thermoreversible behaviour, which was characterised by dynamic IR and DSC measurements.
Cleanable bag filter : comparisons of different testing methods of ageing of filter materials
(2019)
Cleanable bag filters are used to separate dust and other airborne particulate systems. Due to typical process conditions, they are subject to thermal, chemical and mechanical stress during use. The main objective of the IGF project no. 18307 "Investigation of the chemical and thermal degradation of cleanable filter media and improvement of their resistance by surface modification", was the development of a valid test method which can reproduce degradation caused by high temperatures and aggressive chemical atmospheres in a practice-oriented but time-saving manner. Within the IGF project, 2 accelerated ageing methods were applied, both of which have the decisive advantage of investigating damage in the gas phase. Many resistances of filter materials are otherwise carried out by immersing the materials in a mostly liquid damage medium at a defined temperature. These resistances are difficult to transfer ageing in the gas phase.
It has not yet been possible to achieve the desired aim of decoupling economic growth from global material demand. Small and medium sized enterprises (SMEs) represent the backbone of most industrialized economies. Although material efficiency is of vital importance for many SMEs, few of them actually treat it as their top priority. There is a cornucopia of tools and methods available which can be used for material efficiency purposes. These, however, have gained little ground in the SME-field. This work deals with the enabling factors for material efficiency improvements in manufacturing SMEs and projections towards aspects of supply chain and circular economy. A multi-disciplinary decoupling approach for manufacturing SMEs and an implementation roadmap for further practical development are proposed. The approach combines appropriate complexity of technology and socio-economic considerations. It enables a connection of existing methods and the implementation of established information technologies.
The flexible and easy-to-use integration of production equipment and IT systems on the shop floor becomes more and more a success factor for manufacturing to adapt rapidly to changing situations. The approach of the Manufacturing Integration Assistant (MIALinx) is to simplify this challenge. The integration steps range from integrating sensors over collecting and rule-based processing of sensor information to the execution of required actions. This paper presents the implementation of MIALinx to retrofit legacy machines for Industry 4.0 in a manufacturing environment and focus on the concept and implementation of the easy-to-use user interface as a key element.
In smart factories, maintenance is still an important aspect to safeguard the performance of their production. Especially in case of failures of machine components diagnosis is a time-consuming task. This paper presents an approach for a cyber-physical failure management system, which uses information from machines such as programmable logic controller or sensor data and IT systems to support the diagnosis and repairing process. Key element is a model combining the different information sources to detect deviations and to determine a probable failed component. Furthermore, the approach is prototypically implemented for leakage detection in compressed air networks.
The paper describes a new stimulus using learning factories and an academic research programme - an M.Sc. in Digital Industrial Management and Engineering (DIME) comprising a double degree - to enhance international collaboration between four partner universities. The programme will be structured in such a way as to maintain or improve the level of innovation at the learning factories of each partner. The partners agreed to use Learning Factory focus areas along with DIME learning modules to stimulate international collaboration. Furthermore, they identified several research areas within the framework of the DIME program to encourage horizontal and vertical collaboration. Vertical collaboration connects faculty expertise across the Learning Factory network to advance knowledge in one of the focus areas, while Horizontal collaboration connects knowledge and expertise across multiple focus areas. Together they offer a platform for students to develop disciplinary and cross-disciplinary applied research skills necessary for addressing the complex challenges faced by industry. Hence, the university partners have the opportunity to develop the learning factory capabilities in alignment with the smart manufacturing concept. The learning factory is thus an important pillar in this venture. While postgraduate students/researchers in the DIME program are the enablers to ensure the success of entire projects, the learning factory provides a learning environment which is entirely conducive to fostering these successful collaborations. Ultimately, the partners are focussed on utilising smart technologies in line with the digitalization of the production process.
Gesellschaftliche und industrielle Trends im Zuge der Digitaliserung induzieren Veränderungsprozesse in der Industrie. Eine hohe Flexibilität und schnelle Entscheidungsfindungsprozesse stellen entscheidende Wettbewerbsvorteile für Unternehmen dar, um zukünftig erfolgreich am Markt agieren zu können. Um dies zu ermöglichen, müssen aggregierte Echtzeitdaten und Prognosen unmittelbar sowohl am Ort der Wertschöpfung als auch dezentral zur Verfügung stehen. Die Entscheidungsunterstützung mit Hilfe geeigneter Visualisierungen ist ein maßgeblicher Bestandteil von Shopfloor Management Systemen. Aufgrund der steigenden Anforderungen wurde das konventionelle und analoge Shopfloor Management in den letzten Jahren verstärkt durch digitale Lösungen ersetzt. Ein ganzheitlicher Shopfloor Management Ansatz, der die Trends und die daraus resultierenden Herausforderungen für die Industrie abdeckt, ist aktuell nicht vorhanden. Zukünftige Shopfloor Management Lösungen sollen diese Lücke schließen. Hierfür wurde ein ganzheitliches System entwickelt, welches Produktionsinformationen in Echtzeit unmittelbar am Shopfloor visualisiert, eine integrierte flexible Planung und Steuerung der Produktion beinhaltet sowie die Mitarbeiterbedürfnisse berücksichtigt. Eine flexible und individuelle Schichtplanung durch die Mitarbeiter und eine umfassende automatische Beanspruchungsbeurteilung sind dazu integriert worden. Zudem ermöglicht das System die Prognose und Visualisierung von Produktionsinformationen und unterstützt die Anwender bei der Durchführung strukturierter Shopfloor-Meetings. Dadurch werden Entscheidungen direkt auf den Ort der Wertschöpfung verlagert.
Jeder weiß, dass die Textil- und Bekleidungsindustrie ein Nachhaltigkeitsproblem hat und es neuer Lösungsansätze bedarf. Auch Konsumenten und deren Verhalten haben einen entscheidenden Einfluss auf die Erfolgsaussichten einer nachhaltigen Entwicklung. Welche Rolle und Bedeutung obliegt jedoch dem einzelnen Mitarbeiter in diesem Prozess? Und welche Handlungsmaßnahmen können daraus abgeleitet werden? Eine empirische Analyse von über 100 internationalen Bekleidungsunternehmen gibt Aufschluss.
Impact of phenolic resin preparation on its properties and its penetration behavior in Kraft paper
(2018)
The core of decorative laminates is generally made of stacked Kraft paper sheets impregnated with a phenolic resin. As the impregnation process in industry is relatively fast, new methods need to be developed to characterize it for different paper-resin systems. Several phenolic resins were synthesized with the same Phenol:Formaldehyde ratio of 1:1.8 and characterized by Fourier Transform Infrared Spectrometry (FTIR) as well as Size-Exclusion Chromatography (SEC). In addition, their viscosities and surface tensions when diluted in methanol to 45% of solid content were measured. The capacity of each resin to penetrate a Kraft paper sheet was characterized using a new method, which measures the conductivities induced by the liquid resin crossing the paper substrate. With this method, crossing times could be measured with a good accuracy. Surprisingly, the results showed that the penetration time of the resin samples is not correlated to the viscosity values, but rather to the surface tension characteristics and the chemical characteristics of paper. Furthermore, some resins had a higher swelling effect on the fibers that delayed the crossing of the liquid through the paper.
Functionalised particles are highly requested in materials research, as they can be used as vital components in many advanced applications such as smart materials, functional coatings, drug carrier systems or adsorption materials. In this study, furan-functionalised melamine-formaldehyde (MF) particles were successfully prepared for the first time using an organic sol-gel process. Commercially available 2-Aminomethylfuran (AMF) and 2-Aminomethyl-5-methylfuran (AMMF) were used as modifying agents. In the isolated polymer particles, a melamine (M) to modifying agent ratio of M:AMF mol/mol 2.04:1 and M:AMMF ratio of mol/mol 1.25:1 was used. The obtained particles were isolated in various centrifugation and re-dispersion cycles and analysed using ATR-FT-IR, Raman and solid state 13C NMR spectroscopy, TGA, SEM and DSC measurements. Upon functionalisation the size of the MF particles increased (MF 1.59 µm, 27% CV (coefficient of variation); MF-AMF 2.56 µm, 25% CV; MF-AMMF 2.20 µm, 35% CV). DSC measurements showed that another type of exothermic residual reactivity besides condensation-based curing takes place with the furan-modified particles that is not related to the liberation of volatile compounds. The newly obtained particles are able to undergo Diels-Alder reactions with maleimide groups. The characteristic IR and Raman absorbance bands of the reaction products after the particles were reacted with 4,4′-Diphenylmethanebismaleimide reagent confirm the formation of a Diels-Alder adduct.
Soft thermoplastic polysiloxane-urea-elastomers (PSUs) were prepared for the application as a biomaterial to replace the human natural lens after cataract surgery. PSUs were synthesized from amino-terminated polydimethylsiloxanes (PDMS), 4,4′-Methylenebis(cyclohexylisocyanate) (H12MDI) and 1,3–Bis(3-aminopropyl)-1,1,3,3–tetramethyldisiloxane (APTMDS) by a two-step polyaddition route. Such a material has to be highly transparent and must exhibit a low Young’s Modulus and excellent dimensional stability. Polydimethylsiloxanes in the range of 3000–33,000 g·mol−1 were therefore prepared by ring-chain-equilibration of octamethylcyclotetrasiloxane (D4) and APTMDS in order to study the influence of the soft segment molecular weight on the mechanical properties and the transparency of the PSU-elastomers. 2,4,6,8-Tetramethyl-2,4,6,8-tetraphenylcyclotetrasiloxane (D4Me,Ph) was co-polymerized with D4 in order to adjust the refractive index of the polydimethyl-methyl-phenyl-siloxane-copolymers to a value equivalent to a young human natural lens. Very elastic PSUs with Elongation at Break values higher than 700% were prepared. PSU-elastomers, synthesized from PDMS of molecular weights up to 18,000 g·mol−1, showed transmittance values of over 90% within the visible spectrum range. The soft segment refractive index was increased through the incorporation of 14 mol % of methyl-phenyl-siloxane from 1.4011 to 1.4346 (37 °C). Young’s Moduli of PSU-elastomers were around 1 MPa and lower at PDMS molecular weights up to 15,000 g·mol−1. 10-cycle hysteresis measurements were applied to evaluate the mechanical stability of the PSUs at repeated stress. Hysteresis values at 100% strain decreased from 32 to 2% (10th cycle) with increasing PDMS molecular weight. Furthermore, hysteresis at 5% strain was only detected in PSU-elastomers with low PDMS molecular weights. Finally, preliminary results of in vitro cytotoxicity tests on a PSU-elastomer showed no toxic effects on HaCaT-cells.
Polyelectrolyte multilayer (PEM) are thin polymeric films produced by alternating adsorption of positively and negatively charged polyelectrolytes (PE) on a substrate. These films are considered drug delivery agents as well as coating material for implants, due to their antibiofouling and biologically benign properties. For these reasons the film mechanical properties as well as response to mechanical stress are important measurement parameters. Especially intriguing is the correlation of the mechanical properties of PEM on macroscopic level with the structure of PEM on molecular level, which is addressed here for the first time. This study investigates PEM from PDADMA/PSS produced by spraying technique with neutron and X-ray reflectometry. Reflectometry technique provides precise information on thickness and density (i.e., electron density or scattering length density, respectively), and, this way, allows to conclude on changes in film composition. Thus, neutron and X-ray reflectometry technique is suitable to investigate the overall and the internal transformations, which PEM films might undergo upon exposure to mechanical load. During uniaxial elongation two regimes of PEM deformation can be observed: An elastic regime at small elongations (below ca. 0.2%), which is characterized by a reversible change of film thickness, and a plastic regime with a permanent change above this limit. Both regimes have in common, that the mechanical load induces an increase of the film thickness, which is accompanied by an uptake of water from the surrounding atmosphere. The strain causes a molecular rearrangement within the PEM-structure of stratified layers, which, even in elastic regime, is permanent, although the thickness change remains reversible.
Der vorliegende Beitrag zeigte die Anwendung eines Extended Kalman Filters für die Beurteilung des Verschleißzustandes von Rollenketten. Anders als in den üblicherweise eingesetzten signalbasierten Verfahren wurde damit ein modellbasierter Ansatz gewählt. Der Einsatz des Extended Kalman Filters ermöglicht die Schätzung von Parametern eines reduzierten Kettenmodells, das die Dynamik der einzigen Messgröße, nämlich des Drehmoments des antreibenden Motors näherungsweise nachbildet. Im Beitrag wurde dieses Verfahren auf Messdaten aus vier Dauerversuchen an Rollenketten eingesetzt und gezeigt, dass mit steigendem Verschleiß eine Änderung ausgewählter Modellparameter erfolgt.
Diese Vorgehensweise ist ein erster Ansatz, der durch weitere Forschungsarbeiten noch verbessert werden muss. In zukünftigen Forschungsarbeiten wird zusätzlich zur Parameterschätzung eine Prädiktion durchgeführt, um einen Schätzwert für die Restlebensdauer zu erhalten. Hierzu gibt es Ansätze in der Literatur, die auf das konkrete Problem angepasst werden müssen. Zudem muss die Modellierungssystematik so erweitert werden, dass Wissen über das Prozessverhalten in die Modellierung mit eingebracht wird, um die Aussagekraft der Ergebnisse sowie die Robustheit des Verfahrens bezüglich Betriebsparametern, Umgebungsbedingungen und Exemplarstreuungen zu verbessern.
The promise of immutable documents to make it easier and less expensive for consumers and producers to collaborate in a verifiable way would represent an enormous progress, especially as companies strive for establish service contracts which are based on the flow of many small transactions using machine-to-machine communication. The blockchain technology logs these data, verifies the authenticity and make them available for service offers. This work deals with an architecture enabling to setup order processing between consumers and produceers using blockchain. In this way, the technical feasibility is shown and the special characteristics of blockchain production networks will be discussed.