Strukturanalyse in der Polymerschaumextrusion
Inline-Qualitätskontrolle mittels zeitaufgelöster Terahertz-Spektroskopie
Der weltweite Markt für Polymerschäume umfasste 2017 etwa 23,1 Millionen Tonnen, wobei bis 2019 ein weiteres jährliches Wachstum von 4,8 % prognostiziert wird. Die Hauptabsatzmärkte bilden die Bauindustrie und die Leichtbaubranche im Energie- und Mobilitätssektor, bei denen die guten thermischen und mechanischen Eigenschaften bei gleichzeitig reduziertem Gewicht genutzt werden. Ein Großteil dieser Schäume wird extrudiert und lediglich stichprobenartig, zeitaufwändig sowie teilweise zerstörend offline im Labor charakterisiert. Bis vor kurzem war in der industriellen Praxis kein messtechnisches Konzept bekannt, welches inline, d. h. direkt im laufenden Prozess, Informationen über den zellulären Aufbau sowie die Rohdichte, die maßgebliche Qualitätskriterien darstellen, liefern kann.
Im Zuge dessen wurde eine Messtechnik auf Basis der berührungslosen Terahertz-Technik erprobt und in einen Demonstrator überführt. Dabei wurde eine Vielzahl von Schaummaterialien verschiedener Hersteller untersucht. Es zeigte sich, dass bei der realisierten Inline-Berechnung des Brechungsindex von unbekannten Schäumen durch Anwendung einer entwickelten Kalibriergerade die Rohdichte ermittelt werden kann. Weiterhin konnte durch Betrachtung der frequenzabhängigen Streuung der Terahertz-Wellen auf die mittlere Zellgröße bzw. Zellgrößenverteilung geschlossen werden. Die Ergebnisse wurden mithilfe mikroskopischer und computertomografischer Untersuchungen verifiziert. Um diese zielgerichtet in die Industrie zu transferieren und die Anwenderakzeptanz zu erhöhen, wurden verschiedene Maßnahmen ergriffen. Im Mittelpunkt stehen hierbei die Berücksichtigung von extrusionsbedingten Rahmenbedingungen wie etwa Feuchtigkeit auf das Terahertz-Signal und die Hinterlegung von wesentlichen Projekterkenntnissen.
