Prozessnahe Bestimmung von Vernetzungs- und Aushärtegrad mit optischen Verfahren

Das Kunststoff-Zentrum SKZ in Würzburg und das Institut für Lasertechnologien in der Medizin und Meßtechnik an der Universität Ulm (ILM) untersuchen gemeinsam die Nutzung verschiedener optischer Verfahren zur Vernetzungs- und Aushärtegradbestimmung. Im neu gestarteten Forschungsvorhaben OptiXlink wird die Eignung dieser nicht-invasiven Verfahren zur Online-Prozesskontrolle intensiv beleuchtet.

Durch Vernetzen werden die mechanischen, thermischen und chemischen Eigenschaften von Standardthermoplasten gezielt und kostengünstig verbessert. Bekanntestes Beispiel sind dabei Rohre aus vernetztem Polyethylen (PE-X). Ebenso vernetzen Klebstoffe bzw. duroplastische Matrixmaterialien von Faserverbundkunststoffen während der Aushärtung.

Die wichtigste Qualitätskennzahl für Faserverbundkunststoffe bzw. Klebstoffe ist der Aushärtegrad bzw. im Falle von PE-X der Vernetzungsgrad. Bis dato kommen für dessen Bestimmung – insbesondere bei PE-X – stichprobenartig zerstörende und teilweise sehr zeitaufwändige (Norm-)Prüfmethoden zum Einsatz. Von Seiten der Industrie und Forschung bestehen bereits seit längerem Bestrebungen, alternative Verfahren wie die dynamisch-mechanische Analyse oder Kernspinresonanz (NMR) zur beschleunigten Vernetzungsgradprüfung einzusetzen.

Einen vielversprechenden neuartigen Lösungsansatz zur prozessnahen, zerstörungsfreien und schnellen Vernetzungsgradbestimmung direkt an (Endlos-)Bauteilen bieten optische Verfahren unter Verwendung der Ulbrichtkugel, der Streifenprojektion sowie der kollimierten Transmission. Dabei wird ausgenutzt, dass sich das Streu- und Absorptionsverhalten der untersuchten Kunststoffe beim Vernetzen bzw. Aushärten verändert.

Im Rahmen des Forschungsvorhabens mit einer Laufzeit von zwei Jahren verfolgen SKZ und ILM das Ziel, diese zerstörungsfreien, optischen Verfahren für die prozessnahe Bestimmung von Vernetzungs- bzw. Aushärtegrad nutzbar zu machen und gleichzeitig deren Einsatzgrenzen systematisch zu evaluieren. Als Referenz dienen verschiedene in der Praxis gängige Prüfverfahren.

Basierend auf den Ergebnissen des Forschungsvorhabens sollen die Zukunftstrends E-Mobilität und Leichtbau sowie die sichere Verwendung von PE-X-Rohren durch eine beschleunigte, prozessnahe Qualitätssicherung unterstützt werden.

Interessierte Industrieunternehmen sind eingeladen, sich beim SKZ oder ILM zu melden, um das Projekt kostenfrei zu begleiten und frühzeitig von den Ergebnissen zu profitieren.

Das Vorhaben 20848 N der Forschungsvereinigung “Fördergemeinschaft für das Süddeutsche Kunststoff-Zentrum e. V.” wird über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen e. V. (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Das SKZ ist Mitglied der Zuse-Gemeinschaft. Diese ist ein Verbund unabhängiger, industrienaher Forschungseinrichtungen, die das Ziel verfolgen, die Leistungs- und Wettbewerbsfähigkeit der Industrie, insbesondere des Mittelstandes, durch Innovation und Vernetzung zu verbessern.

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