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Terahertz-Technologie

Die Forschungsvorhaben des SKZ zeigen beachtliche Potenziale zur Inspektion von Kunststoffen mit der Terahertz-Technoogie.

In zwei erfolgreich abgeschlossenen Forschungsvorhaben konnten die Möglichkeiten und Grenzen der Terahertz-Technologie zur bildgebenden Inspektion von Kunststoffbauteilen verdeutlicht werden. Zum einen zeigt eine umfangreiche Studie an thermoplastischen Kunststoffen die Möglichkeiten zur quantitativen Bestimmung verschiedener Additive mittels zeitaufgelöster Terahertz-Zeitbereichsspektroskopie. Im zweiten Vorhaben wurden die Potentiale vollelektronischer Terahertz-Systeme bei der Prüfung von glasfaserverstärkten Duroplasten gezeigt. Die gewonnenen Erkenntnisse sind sowohl für Terahertz-Systemanbieter als auch für die kunststoffverarbeitende Industrie wegweisend für zukünftige Entwicklungen.

Eigenschaften wie der Füllstoffgehalt, die Faserorientierung oder der Feuchtigkeitsgehalt bei der Verarbeitung sind wichtige Kenngrößen von Kunststoffen, welche unmittelbaren Einfluss auf die Qualität der Bauteile haben. Die quantitative Detektion dieser Eigenschaften ist häufig nur zerstörend möglich. Es besteht daher erheblicher Bedarf an neuen, innovativen Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung (ZfP) von Kunststoff-bauteilen.

In dem kürzlich abgeschlossenen Forschungsvorhaben konnte das SKZ einen Terahertz-Prüfstand für Kunststoffbauteile realisieren. Eine umfangreiche Analyse der Potenziale der zeitaufgelösten Terahertz-Spektroskopie zur ZfP von Kunststoffbauteilen wurde damit durchgeführt. Beispielsweise konnte gezeigt werden, dass die Terahertz-Technologie unter anderem zur bildgebenden und quantitativen Inspektion von Füllstoffgehalt (Abbildung 1), Faserorientierung (Abbildung 2), Feuchtigkeitsgehalt sowie Partikelgröße geeignet ist. Messungen in Abhängigkeit der Polarisation an verstreckten Bauteilen ermöglichten eine Analysen der Ausrichtung der Molekülstruktur. Die Ergebnisse der Terahertz-Messungen wurden mit etablierten Referenzprüfmethoden abgesichert. Außerdem wurden im Rahmen des Forschungsvorhabens umfangreiche Algorithmen zur Datenauswertung sowie zur Quantifizierung der Zielgrößen entwickelt. Besonderer Fokus wurde auf Untersuchung in Reflexionsanordnung gelegt, da ein einseitiger Probenzugang wesentlich anwendungsfreundlicher ist.

In einem weiteren Forschungsvorhaben wurden relevante Fragestellungen aus dem Bereich Faserverbundwerkstoffe untersucht. Beispielsweise war es möglich, mit dem in diesem Forschungsvorhaben eingesetzten vollelektronischen Terahertz-Messsystem den relativen Aushärtegrad der duroplastischen Matrix zu verfolgen. Besonders eindrucksvoll ist die Detektion von Materialeinschlüssen aller Art. Abhängig von Größe, Lage und Material konnten beispielsweise Lufteinschlüsse, metallische Einschlüsse oder auch verschiedene Kunststoffe eindeutig detektiert werden. Teilweise konnte auch die Ausrichtung der verschiedenen Verstärkungsfasern im Laminat bestimmt werden. Neben planparallelen Probekörpern konnten erstmals auch Freiformkörper inspiziert werden, in dem der Messkopf mit einem 6-Achs-Roboter geführt wurde (Abbildung 3).

Die IGF-Forschungsvorhaben 16546 N und 17277 N der Forschungsvereinigung Fördergemeinschaft für das SKZ wurden über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Wir danken dem Fördermittelgeber für die finanzielle Unterstützung.

Foto: SKZ

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Ansprechpartner:

Dr. Johann Erath
Leiter Forschungsmanagement
+49 931 4104-472
j.erath@skz.de
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