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Fachberichte - Feststoffanalytik

 

Feststoffanalytik - Fachberichte
 

Anwendungen der Terahertz-Spektroskopie in der
Kunststofftechnik und zur Überwachung von
Compoundierprozessen
- Detektion Füllstoffgehalt - Zerstörungsgrad prüfen - Detektion Dispergiergüte - Schäume, Granulate messen - Dickenmessung - Fehlerdetektion - Faserorientierung - Strukturanalyse -

Thomas Hochrein /
Süddeutsches Kunststoff-Zentrum, Friedrich-Bergius-Ring 22, 97076 Würzburg
6. Kolloquium - 8. und 9. November 2010
Arbeitskreis Prozessanalytik
in Waldbronn - Fa. Polytec

     


Der Terahertz-Frequenzbereich des elektromagnetischen Spektrums
ist in der messtechnischen Praxis bislang kaum genutzt worden. Die Ursache sind die teils aufwändigen Verfahren zur Generierung und Detektion der Strahlung zwischen dem infraroten Licht und den Mikrowellen. Die Entwicklung der Terahertz-Technologie schreitet jedoch stetig voran und ist bald in der Lage, auch industrielle Anwendungen zu erschließen.
Viele Kunststoffe sowie deren Zuschlagsstoffe sind für Terahertz-Wellen transparent und lassen sich somit mittels Terahertz-Wellen charakterisieren.
Im Wesentlichen stehen hierzu heute drei Technologien zur Verfügung:

  • gepulste oder
  • kontinuierliche elektrooptische sowie
  • rein elektronische Terahertz-Systeme.

Die Terahertz-Wellen können je nach Systemauslegung für Messungen in

  • Transmission,
  • Reflexion oder
  • Streuanordnung

genutzt werden. Neben der

  • reinen Materialcharakterisierung eignen sie sich auch für
  • bildgebende oder
  • tomografische Verfahren.
 
     

Kunststoffcompoundierprozesse in Echtzeit
Ein erster Demonstrator mit gepulster Terahertz-Strahlung konnte durch die Weiterentwicklung der Hardwaretechnologie in einer semi-industriellen Umgebung eingesetzt werden. Hierbei wurden Kunststoffcompoundierprozesse in Echtzeit überwacht.
Im Mittelpunkt der Untersuchungen lagen dabei

  • die Ermittlung des Gehalts an Zuschlagsstoffen im Polymer,
  • des Zerstörungsgrads eingebrachter Füllstoffe sowie der
  • Dispergiergüte eingebrachter Partikel.

Die Methode zeigte sich als geeignetes Instrument zur inline Überwachung von Compoundierprozessen.

 

 

 
     

Aufklärung struktureller Eigenschaften von Polymeren und Compounds
Weitere Untersuchungen zeigen die Fähigkeit der Terahertz-Wellen zur Aufklärung struktureller Eigenschaften von Polymeren und Compounds.

Beispielsweise kann mittels polarisierter Terahertz-Strahlung die Glasfaserausrichtung in Bauteilen detektiert werden.

Die Terahertz-Spektren liefern zudem Aufschluss über die kristalline Struktur oder den Glasübergang.

Ermittlung der Schweißgüte an Kunststoffhalbzeugen
Bildgebende oder tomografische Verfahren eignen sich z. B. zur Ermittlung der Schweißgüte an Kunststoffhalbzeugen oder zur Überwachung der Produktqualität.

Wanddickenmessung
Der erste industrielle Einsatzbereich der Terahertz-Technologie könnte die inline Wanddickenmessung in der Extrusion darstellen, in der die Terahertz-Strahlen als Nachfolgetechnologie für Ultraschallmesstechnik angesehen werden.
Im Vergleich zum Ultraschall besitzen Terahertz-Wellen

  • eine höhere Eindringtiefe,
  • können ohne Ankopplungsmedium berührungslos arbeiten und
  • eignen sich auch zum Einsatz an geschäumten Materialien.

Die zukünftige Durchsetzungsfähigkeit der Terahertz-Systeme wird eine Funktion der Hardwareweiterentwicklung und den damit zusammenhängenden Systempreisen sowie neuen validierten Anwendungsbeispielen sein.

 
   
 
     
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