Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF
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Ultraschallprüfung

Mit Ultraschall können mechanische Eigenschaften bei hoher Frequenz untersucht werden. Ultraschallmesstechnik ermöglicht störungs- und zerstörungsfreie Untersuchungen bei Messfrequenzen zwischen 1 MHz und 100 MHz mit Raten von bis zu 1000 Messungen pro Sekunde. Typische Anwendungen sind die zeitliche Verfolgung:

  • von Farb- und Lacktrocknung (wässrig oder lösemittelbasiert)
  • der Härtung von Klebstoffen (Acrylate, Polyurethane, Epoxidharz, UV)
  • von Kristallisationsprozessen

Wir bieten Ihnen Ultraschallmessverfahren in Reflexion oder Transmission zur Untersuchung unterschiedlichster Fragestellungen und passen die Verfahren speziell an Ihre Bedürfnisse an.

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Ultraschallfilmrheometer

Das Messverfahren dient zur zeitaufgelösten Messung der mechanischen Modulwerte von Polymerbeschichtungen: Die simultane Bestimmung von Schub- und Longitudinalwellenmodul sowie Elastizitätsmodul, Kompressionsmodul und Querkontraktionszahl ist möglich.

Ein wichtiges Anwendungsgebiet sind zeitaufgelöste Messungen zur Verfolgung von Trocknungs- bzw. Härtungsverläufen von Lacken, Beschichtungen und Klebstoffen.
Die in der Regel anfangs viskose Probe wird auf die Glasoberfläche der Messzelle (siehe Bild) aufgebracht. Ultraschallsignale werden an der Grenzfläche zwischen Messzelle und Probe reflektiert, die reflektierten Signale werden detektiert und online am Messrechner ausgewertet.
Besondere Merkmale der Methode sind die nach oben offene Probenoberfläche, die hohen Frequenzen des Ultraschalls und die hohe Zeitauflösung. Die offene Oberfläche erlaubt die Variation der Umgebungsbedingungen (Temperatur, Luftfeuchte, Licht- und UV-Einstrahlung) sowie die Kombination des Verfahrens mit anderen Messverfahren (z. B. IR-Spektroskopie).

Geräteparameter:

Messfrequenz:    1 MHz bis 100 MHz (Standard 5 MHz)

Temperatur:        10 °C bis 60 °C

                           Hochtemperaturoption: bis 180 °C

Zeitauflösung:    <10 ms (>100 Messpunkte pro Sekunde)

Filmbildung von wässrigen Polymerdispersionen

Bei der Optimierung von Rezepturen für Lacke oder Klebstoffe ist es nötig, neben den viskoelastischen Eigenschaften auch die Zeitabläufe der Trocknungs- und Verfestigungsvorgänge zu kennen. Das Ultraschallfilmrheometer ermöglicht die direkte Messung der viskosen und elastischen Eigenschaften während der Lacktrocknung, Klebstoffhärtung, Kristallisation oder anderen zeitabhängigen Verfestigungsvorgängen. Die Ultraschallmessmethode wurde für die Kopplung mit IR-Spektroskopie weiterentwickelt. So kann neben der schnellen Erfassung der Modulwerte auch der chemische Umsatz während chemischer Härtungsreaktionen erfasst werden.

  • Verfolgung der Filmbildung von wässrigen Dispersionen und lösemittelhaltigen Lacken (siehe Bild)
  • Verfolgung der thermischen Härtung oder der UV-Härtung von Klebstoffen (Acrylate, Polyurethane, Epoxidharze, Kaseinleime, usw.)
  • Temperaturabhängige Untersuchungen (Kristallisationsprozesse, Phasenübergänge, Glasübergang)
  • Bestimmung der mechanischen Eigenschaften von zementären Massen
  • Verfolgung der Schaumbildung (z. B. PU-Schäume)
  • High-Throughput Screening durch parallelisierte Messung mit bis zu 16 Messkanälen

  • I. Alig, D. Lellinger, J. Sulima, S. Tadjbakhsch, Filmbildung von Lacken und Klebstoffen: Neues Meßverfahren mittels Ultraschall ermöglicht bessere Charakterisierung, Farbe & Lack 102 (1996) 56
  • I. Alig, D. Lellinger, J. Sulima, S. Tadjbakhsch, Ultrasonic shear wave reflection method for measurements of the viscoelastic properties of polymer films, Rev. Sci. Instr. 68 (1997) 1536-1542
  • I. Alig, D. Lellinger, Ultrasonic methods for characterizing polymeric materials, Chemical Innovation (2000) (2) 12-18
  • I. Alig, S. Tadjbach, D. Lellinger, H. Oehler, M.Wenzel, Ultraschallverfahren zur Verfolgung von Trocknung und Verfestigung von Lacken und Klebstoffen, Farbe & Lack 109 (2003) 76
  • H. Oehler, D. Lellinger, I. Alig, Filmbildung von Dispersionen mit Ultraschall verfolgen, Farbe & Lack 111, 7 (2005) 22-26
  • I. Alig, S. Tadjbach, D. Lellinger, H. Oehler, M. Wenzel, Ultraschallverfahren zur Verfolgung von Trocknung und Verfestigung von Lacken und Klebstoffen, Farbe & Lack 109 (2003) 74-78

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