Fachgebiet Trennende und Fügende Fertigungsverfahren
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T-Age

Einsatz der THz-Sensorik zur Bestimmung der Alterung von Klebverbunden

Projektbeschreibung

Alterungsfaktoren wie Feuchte, Wärme oder UV-Strahlung mindern in der Regel die mechanischen Kennwerte von Materialien ab. Gerade im Bereich der Klebtechnik werden zur Untersuchung dieser Alterungseffekte vornehmlich zerstörende Methoden wie Zugscher- oder Schälprüfungen eingesetzt, welche für Klebungen im Feld nicht eingesetzt werden können. Zerstörungsfreie Prüfmethoden hingegen, beispielsweise Thermografie, Ultraschall oder Shearografie, lassen zwar Aussagen über Einschlüsse, Fehlstellen oder Delaminationen des Klebstoffs zu, sind allerdings für Aussagen hinsichtlich chemisch-physikalischer Veränderungen in den an der Klebung beteiligten Kunst- bzw. Klebstoffen nicht geeignet.
THz-Strahlung hingegen ermöglicht die spektroskopische Auswertung von Kunststoffsubstraten und Klebstoffen hinsichtlich alterungsbedingter Materialparameter wie Brechungsindex und Absorptionskoeffizient.  Dies ist nicht nur in durchstrahlenden Experimenten (Transmission) an Reinstoffen möglich; durch Auswertung von THz-Pulsen, die sich aus der Reflexion an den unterschiedlichen Grenzschichten im Klebverbund ergeben, kann durch eine Einzelmessung jede Polymerschicht der Klebung ausgewertet werden.
Die Ergebnisse dieser optischen Messungen sollen schließlich chemisch-physikalischen (FT-IR-spektroskopische Veränderungen, Tg etc.) wie mechanischen Parametern (E-Modul, Festigkeit, Bruchdehnung, Bruchzähigkeit etc.) gegenübergestellt werden, um auf diese Weise Abhängigkeiten identifizieren zu können.


Projektziele

  • Aufbau einer Datenbank mit Kleb- bzw. Kunststoffkenngrößen vor und nach Alterung mittels THz-Sensorik, FT-IR und zerstörender Prüfmethoden
  • Untersuchung gealterter/ungealterter Klebverbunde mittels THz-Spektroskopie und ergänzender physiko-chemischer und mechanischer Analytik
  • Korrelation zwischen den Ergebnissen der THz-Sensorik und anderer Prüfverfahren
  • Möglichkeiten und Grenzen der THz-Sensorik innerhalb der Klebtechnik bei der Beurteilung alterunsspezifischer Fragestellungen
  • Erarbeitung eines Leitfadens
xcv

Laufzeit
01.01.2017 – 31.12.2018

AiF-Forschungsvorhaben-Nr:
18824N

Fördermittelgeber
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie
Arbeitsgemeinschaft industrieller Fördervereinigungen „Otto von Guericke“ e.V.

Forschungsvereinigung
Forschungsvereinigung Schweißen und verwandte Verfahren e.V. des DVS
DECHEMA e.V.

Veröffentlichungen
A. Winkel, S. Sommer, M. Kahlmeyer, J.C. Balzer, B. Fischer, M. Koch, S. Böhm, Aging condition determination of bonded joints by THz spectroscopy, AB2017, Porto, 2017.

S. Sommer, A. Winkel, S. Engelbrecht, K. Tybussek, S. Böhm, J. Balzer, M. Koch, B. Fischer, Terahertz Spectroscopy of Aged Epoxy Resin Adhesive, Conference: 9th TeraHertz Days, Dunkerque, 2017.

A. Winkel, M. Kahlmeyer, S. Böhm, E.-M. Stübling, S. Sommer, M. Koch, Einsatz der THz-Sensorik zur Bestimmung der Alterung von Klebverbunden, Kolloquium Gemeinsame Forschung in der Klebtechnik, Köln, 2018.

A. Winkel, Terahertz-Sensorik in der Klebtechnik – Einsatzmöglichkeiten und Grenzen, Klebtechnisches Kolloquium 2018, TC-Kleben, Übach-Palenberg, 2018.

E. Stübling, L. Gomell, S. Sommer, A. Winkel, M. Kahlmeyer, S. Böhm, M. Koch, THz Properties of Adhesives, J. Infrared Milli THz Waves 2018, 39(6), 586-593.

Projektbetreuer
Dr. rer. nat. Andreas Winkel

Kooperierende Forschungsstelle
AG Experimentelle Halbleiterphysik
Philipps-Universität Marburg