SKZ: Terahertz-Wellen in Mission für die Kunststoffwelt

Systematisch sollen die Potenziale und Grenzen der Terahertz-Technologie bei kunststofftechnischen Anwendungen ausgelotet werden.

Das Kunststoff-Zentrum SKZ startet zwei umfangreiche Evaluierungsstudien, um systematisch die möglichen Anwendungsszenarien von Terahertz-Wellen als Messmethode in der Kunststofftechnik ausgiebig zu untersuchen. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen sowohl für die Terahertz-Systemanbieter als auch die Kunststoff verarbeitende Industrie als Wegweiser für zukünftige Entwicklungen dienen.

Terahertz-Wellen können die meisten elektrischen Isolatoren und somit auch Kunststoffe gut durchdringen. Wasser und elektrisch leitfähige Materialien können hingegen nicht oder kaum durchstrahlt werden. Die Arbeit mit diesen nicht-ionisierenden und dadurch industriell einfach handhabbaren Terahertz-Wellen erfolgt berührungslos. Auch Schäume und Bauteile mit Hohlräumen stellen für diese elektro-magnetischen Wellen im Gegensatz zu ihrem akustischen Pendant den Ultraschallwellen kein Hindernis dar. Daher ist die vergleichsweise junge Terahertz-Technologie für die zerstörungsfreie Prüfung (ZfP) von Kunststoffen prädestiniert, so Prof. Dr. Martin Bastian, Institutsdirektor des SKZ.

Das Kunststoff-Zentrum SKZ will bei den anstehenden Untersuchungen sein umfangreiches Know-How in den beiden Teildisziplinen Kunststoff- und Terahertz-Technik nutzen. So konnten am SKZ erstmals Terahertz-Messungen an Kunststoffschmelzen während des Verarbeitungsprozesses in einer semi-industriellen Umgebung realisiert werden. Dafür wurden die Forscher des SKZ und dem IHF der TU Braunschweig bereits im Jahr 2009 mit dem Otto von Guericke-Preis der AiF ausgezeichnet. Derzeit wird mit institutionellen und industriellen Partnern z.B. an der Entwicklung eines Terahertz-Messsystems für die Inline-Ermittlung der Rohrwanddicke während der Extrusion gearbeitet.

Systematische Anwendungsevaluierung für zerstörungsfreie Prüfungen von Thermoplasten bis zu faserverstärkten Sandwich-Bauteilen

Terahertz-Bildgebung an einer scheibenförmigen Kunststoffprobe aus Hochleistungspolymer.

Um die industrielle Anwendung der Terahertz-Technologie voranzutreiben, müssen die Wechselwirkungen von kunststoff- und bauteilspezifischen Eigenschaften mit dem Terahertz-Signal bekannt sein. Daraus können die Leistungsfähigkeit und Grenzen der Terahertz-Technologie evaluiert und die weitere Entwicklungsrichtung bestimmt werden. Mit dieser Absicht wurden Anfang 2012 zwei vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie über die AiF geförderte Projekte gestartet.

Eines der Vorhaben hat zum Ziel, die Eigenschaften von Thermoplasten im Terahertz-Frequenzbereich zu untersuchen. Durch methodische Untersuchungen an einem breiten Spektrum von unterschiedlichen Kunststoffen mit verschiedenen Eigenschaften soll evaluiert werden, welcher Terahertz-Systemtyp für welche Prüfanwendung optimal geeignet ist. Zugleich sollen verbesserte Auswertemethoden entwickelt, erprobt und mit konventionellen Prüfverfahren verglichen werden. Hierbei sollen Reflexionsmessmethoden forciert werden, da dies durch den einseitigen Probenzugang die industriell präferierte Prüfanordnung sei.

Ein weiteres Projekt wird am SKZ in Kooperation zwischen der Messtechnik und dem Geschäftsfeld Composites am Standort Halle bearbeitet. Dabei soll ein vollelektronisches Terahertz-System zur zerstörungsfreien Prüfung von Faserverbundwerkstoffen eingesetzt werden. Diese Systeme bieten vor allem durch ihre Robustheit und Messgeschwindigkeit ein erhebliches Potenzial für industrielle Anwendungen. Faserverbundwerkstoffe ersetzen vermehrt konventionelle Werkstoffe und sind bereits in vielen Anwendungsbereichen zu finden. Mit Hilfe des Terahertz-Systems sollen unter anderem verschiedene Fehlerbilder und Bauteileigenschaften detektiert werden, da im Bereich der Faserverbundwerkstoffe noch signifikanter Bedarf an geeigneten Prüftechniken zur Qualitätsüberwachung und Fehlersuche gesehen wird. Die Untersuchungen sollen vor allem auch an Freiformbauteilen praktiziert werden, um die Praxisrelevanz im Vergleich zu den bislang eher akademischen Untersuchungen mit streng planaren Proben zu erhöhen.

Das SKZ möchte damit einen Beitrag für die zielgerichtete Weiterentwicklung und den zweckvollen Einsatz dieser neuen Prüfmethode auch im Vergleich zu bereits etablierten Techniken leisten. Interessierte Industrieunternehmen können sich beim SKZ melden, um z.B. an den projektbegleitenden Ausschusssitzungen beider Vorhaben teilzunehmen.

SKZ - Das Kunststoff-Zentrum, Würzburg

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