Terahertz-Wellen auf der Suche nach Gelpartikeln

Ein Projekt am SKZ geht der Frage nach, ob Terahertz-Wellen Gelpartikel in Kunststoffschmelzen detektieren und den Aufschmelzgrad charakterisieren können.

Im Rahmen eines öffentlich geförderten Forschungsprojekts werden die zur Detektion von Gelpartikeln notwendigen Terahertz-Komponenten in einen Extruder integriert. Der Hintergrund: Ein Nachteil bei der Verwendung von recyceltem Material besteht im vermehrten Aufkommen von sogenannten Gelpartikeln und ungewissen Aufschmelzgraden. Dies führt insbesondere bei Verpackungsanwendungen zu Qualitätsproblemen. Die Definition von Gelpartikeln ist dabei nicht eindeutig, denn sowohl unaufgeschmolzenes Fremd- als auch teilvernetztes Grundmaterial werden als Gelpartikel bezeichnet. Die Prüfung auf Gelpartikel erfolgt bis dato über die Herstellung von Folien oder Platten und einer anschließenden visuellen Inspektion. Dies ist zeitaufwändig und ermöglicht keine 100-Prozent-Kontrolle. Große Ausschussmengen und nur zeitverzögerte Korrekturmöglichkeiten führen zu einer geringen Wirtschaftlichkeit.

„Die Terahertz-Technologie ermöglicht hingegen eine wirtschaftlich sinnvolle 100-Prozent-Inline-Kontrolle direkt an der Kunststoffschmelze im Extruder. Die Terahertz-Strahlung ist im Vergleich zur Röntgenstrahlung nicht ionisierend und damit gesundheitlich völlig unbedenklich. Die Prüfung erfolgt berührungsfrei und ist weitestgehend temperaturunabhängig“, erklärt SKZ-Wissenschaftler Marcel Mayr.

Eine Inline-Detektion ist möglich, da Gelpartikel in der Regel einen anderen Aggregatszustand (fest) als die umgebende Schmelze (flüssig) und somit zusätzliche Grenzflächen aufweisen. Der Aufschmelzgrad der Kunststoffschmelze wird hingegen durch unterschiedliche Absorptionseffekte messbar gemacht. Werden diese Effekte auf physikalische Wechselwirkungsmechanismen reduziert und in ein Systemmodell überführt, können Aussagen über den Aufschmelzgrad und vorhandene Gelpartikel getroffen werden.

Das Projekt ist Anfang März 2020 gestartet und hat eine Laufzeit von zwei Jahren. Unternehmen, die Interesse an einer im Prozess dokumentierten Produktqualität der Kunststoffschmelze haben und sich besonders für Gelpartikel und Aufschmelzgrade interessieren, haben die Möglichkeit, kostenlos und unverbindlich an dieser Entwicklung teilzuhaben.

sk