Lokale Materialstruktur

Forschungstitel:
Durchleuchtungssystem zur Messung der lokalen Materialstruktur von faserbasierten Materialien

Arbeitsgruppe: Verpackungsmaterialien

Forschungsstelle und wissenschaftliche Betreuung:

  1. Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV, Dresden, Cedric Sanjon

Finanzierung: IVLV
Laufzeit: 2023

Die Akzeptanz von Verpackungen aus erdölbasierten Kunststoffen nimmt wegen der Probleme hinsichtlich Recyclings zunehmend ab. Folglich steigt der Druck auf Industrie und Wissenschaft, nachhaltige Verpackungslösungen mit Packstoffen aus nachwachsenden Rohstoffen zu entwickeln und einzusetzen. Aufgrund dieser Entwicklungen müssen die Grenzen für den Einsatz von faserbasierten Materialien, wie Papier und Karton, in anspruchsvollen Verpackungslösungen neu betrachtet werden. Derzeit besteht bei der industriellen Verarbeitung von faserbasierten Materialien oft unzureichendes Wissen über die vorliegenden Eigenschaften der Materialstruktur. So wurde im Rahmen eines DFG-Projektes Nr. 415796511 mit dem Titel „Verbesserte Prozessstabilität bei der dreidimensionalen Papierumformung durch numerische Abbildung der Materialinhomogenität“ der Einfluss der Materialstruktur auf die Umformbarkeit untersucht. Die Ergebnisse haben gezeigt, dass die inhomogene Dicken-, Dichte- und Faserorientierungsverteilung oder die Kombination der jeweiligen Materialstruktur einen Einfluss auf die Dehnbarkeit haben und dass durch die inhomogene Verteilung der Materialstruktur eine lokale Dehnungskonzentration entsteht, was zu einem frühzeitigen Bruch führt.

Der Ansatz des Fraunhofer IVV ist, die lokale Dicke, Masse und Faserorientierung von faserbasierten Materialien mit Hilfe eines Durchleuchtungssystems zu messen und zu überwachen. Die Durchleuchtung des Probenkörpers ermöglicht aufgrund der Materialdurchlässigkeit in Abhängigkeit der Lichtintensität die lokalen physikalischen Materialstrukturen, wie die Dicken-, Dichte- und Faserorientierungsverteilung, zu erfassen. Das faserbasierte Material wird mit einer Lichtquelle definierter Wellenlänge von einer Seite durchstrahlt. Auf der anderen Seite des faserbasierten Materials befindet sich eine Aufnahmeeinheit, z.B. eine Kamera, welche die Lichtintensität misst. Das Messverfahren beruht auf der Annahme, dass zwischen transmittierter Strahlung und Materialstruktur ein definierter Zusammenhang besteht. Dieses Messverfahren ist besonders für opake Materialien geeignet. Vor der Messung muss das spezifische Verhältnis zwischen der Opazität des gemessenen Materials zur physikalischen Struktur ermittelt werden. Dieser Vorgang ist Bestandteil der notwendigen Kalibrierungsmethode.

Die Ergebnisse aus dem Vorhaben sollen Basis für einen Forschungsantrag in Bezug auf die Entwicklung einer Methode zur adaptiven Anpassung der Umformparameter in Abhängigkeit der Inlinematerialstruktur und auf die Vorhersage der Herstellbarkeit von Verpackungen und die Verpackungsqualität werden.


Aktuelle Termine dieser Arbeitsgruppe

15. / 16.03.2023