Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Einsatz der THz-Sensorik zur Bestimmung der Alterung von Klebverbunden

Forschungsziel

Die alterungsbedingte Veränderung von Klebstoffen und Verbunden soll durch ein THz-Messsystem nachvollzogen werden, welches die unkomplizierte Prüfung, die leichte Interpretation der Ergebnisse und Rückschlüsse auf die materialspezifischen Eigenschaften der Klebung und ihrer Komponenten zulässt.

Lösungsweg

Klebstoffe und Substrate werden gealtert und in Transmission auf Brechungsindex und Absorptionskoeffizient hin untersucht. Dies dient dem Aufbau einer Datenbank, die als Referenz für die Auswertung von Klebverbunden dient. Diese werden in Reflexion vermessen. Dazu ist die Anpassung eines Algorithmus notwendig, um aus Einzelmessungen Informationen über die verschiedenen Schichten des Verbunds zu gewinnen. Zur vollständigen Beschreibung der Alterungsprozesse werden zudem thermoanalytische, spektroskopische und mechanische Prüfverfahren angewendet.

Angestrebte Ergebnisse

Der Einfluss der verschiedenen Alterungsfaktoren auf Brechungsindex und Absorptions-verhalten soll ermittelt werden, darüber hinaus Aussagen, inwieweit sich die Alterung von Klebstoffen und Substraten von derjenigen der Kombination im Verbund unterscheidet. Der Abgleich der mechanischen und chemisch-physikalischen Kennwerte mit den THz-Ergebnissen soll eine Aussage über die alterungsbedingten Performanceverluste von Klebungen ermöglichen.

Nutzen für KMU

Hohe Kosten für QS-Verfahren sind seitens KMU selten aufzubringen. Im Projekt wird eine kostengünstige zfP-Methode erarbeitet. Dies ist mit einem Wachstum im Bereich der Messsystemlieferanten verbunden, sodass die Kommerzialisierung der THz-Sensorik vorangetrieben wird. Die Ergebnisse kommen Unternehmen zu Gute, die Kunststoffe fügen bzw. Klebverbunde verarbeiten. Zudem wird das Portfolio von Prüflaboren und Ingenieurbüros erweitert. Der Klebtechniksektor wird langfristig dadurch gestärkt, dass sich durch neue Einblicke in die sicherheitsrelevante Verbundalterung neue Möglichkeiten zum konstruktiven Gestalten mit Klebstoffen ergeben.

Ergebniszusammenfassung:

Zusammenfassend kann gesagt werden, dass THz-Sensorik in gutem Maße Aufschlüsse darüber geben kann, dass sich Polymere wie Substrate und Klebstoffe als auch Grenzflächen nicht mehr in ihrem ungealterten Ausgangszustand befinden. Besonders einfach kann dies gelingen, wenn mittels THz-Imaging Veränderungen an Grenzflächen oder Schichtstrukturen auf Einschlüsse und Fremdkörper untersucht werden. Auch Veränderungen an Reinstoffen sind durch Transmissionsmessungen unkompliziert nachweisbar. Die Untersuchungen in dem vorliegenden Forschungsvorhaben haben aber deutlich gezeigt, dass eine Deutung oder gar Zuordnung der Veränderungen der THz-Brechungsindizes oder Absorptionskoeffizienten zu konkreten Alterungsfaktoren schwierig ist. Eine direkte Korrelation mit mechanischen Kennwerten sollte zudem gänzlich unterbleiben, natürlich sind aber Trends im Materialverhalten ableitbar. Deutlich anspruchsvoller gestalten sich Reflexionsexperimente an Klebverbunden. Hier sind äußere Einflüsse wie eine über die Klebfläche leicht unterschiedliche Klebstoffdicke schon ausreichend, um eine effiziente Auswertung zu erschweren. Die Extraktion der THz-Kennwerte von gleichmäßig akkurat gefertigten Proben ist aber möglich: Der final erarbeitete Algorithmus liefert an einer ungealterten Klebung mittels eines Reflexionsansatzes beispielsweise Klebstoffkennwerte, die denen des reinen Klebstoffs, in Transmission ermittelt, entsprechen.

Es kann von positiven Effekten vor allem für zwei Gruppen von kmU ausgegangen werden: Zum einen profitieren Unternehmen, die sich mit der Mess- bzw. THz-Sensorik befassen, da aufgrund der immer noch steigenden Bedeutung des Fügeverfahrens Kleben eine starke Nachfrage nach Analysemethoden und -systemen besteht. Auch unabhängige Labore und Ingenieurbüros können zur Verbreitung der THz-Technik beitragen.