Computertomograph zur multiskalaren Prüfung von Polymer- und Hybridverbundwerkstoffen

• Fachliche Zuordnung: Produktionstechnik
• Förderung: Förderung in 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 567367290

Antragsgegenstand ist ein multiskalares System zur hochauflösenden computertomografischen (CT-)Analyse von Polymer- und Hybridwerkstoffen sowie daraus hergestellter Bauteile. Die integrierte Mikrofokus-Röntgenröhre wird Messungen in hoher Auflösung (bis max. ca. 1 µm Voxelauflösung) ermöglichen, die Mesofokus-Röntgenröhre wird für massive Bauteile zum Einsatz kommen. Die Systemgeometrie wird Scans von Proben mit Durchmessern von bis zu 500 mm ermöglichen. Daneben wird auch ein Phasenkontrastmodul, durch das der Kontrast in schwach absorbierenden Proben deutlich erhöht werden kann, enthalten sein. Schwerpunktmäßig soll das CT-System für die zwei folgenden Forschungsbereiche eingesetzt werden: (1) Strukturuntersuchung von Rezyklaten und Verbundwerkstoffen CT-Messungen in hoher Abbildungsqualität dienen z. B. zur morphologischen Bewertung und Optimierung von Rezyklaten, die als Blends verschiedene Polymerphasen und Fremdkontaminationen enthalten. In Faserverbundkunststoffen können die Faserorientierung in Abhängigkeit der Spritzguss-, Werkzeug- sowie Materialparameter oder auch Faserverschiebungen beim Umformen analysiert werden. Dies ermöglicht die Simulation bzw. Optimierung von Herstellungsprozessen, Materialeigenschaften und dem strukturmechanischen Verhalten. Ebenso können Schädigungsmechanismen und Schadensverläufe bei Langzeitbelastungen oder zyklischen Prüfungen durch zerstörungsfreie Zwischenprüfungen analysiert werden. (2) Analyse von Alterungs- und Abbauprozessen Mittels des beantragten CT-Systems werden Alterungs- und Abbauvorgänge sowohl von konventionellen Kunststoffen in der Gebrauchsphase als auch von konventionellen oder biologisch abbaubaren Polymerwerkstoffen in der Umwelt untersucht. Der dreidimensionale, durch Abbauvorgänge induzierte Materialverlust über die Zeit dient als Grundlage für Modelle, welche für verschiedene Kunststoffe die Persistenz bzw. den Materialabbau und die Abbaukinetik in Abhängigkeit von den signifikanten Werkstoff- bzw. Bauteil- und Umgebungsparametern beschreiben. Zusammengefasst wird mit dem beantragten CT-System ein flexibel einsetzbares Instrument an der Leibniz Universität Hannover etabliert, mit dem unterschiedlichste Proben auf einer Größenskala vom mm-Bereich bis zu einem Probendurchmesser von ca. 50 cm untersucht werden können. Der Fokus liegt auf der Untersuchung von Kunststoffen und Faserverbund- sowie Hybridwerkstoffen, gleichzeitig ist das System in Hinblick auf universitätsinterne Mitnutzer auch für die Untersuchung schwierig zu durchstrahlender Materialien, z. B. Materialverbünde oder metallische Werkstoffe, ausgelegt. Gegenüber herkömmlichen Systemen erhöht die Phasenkontrast-CT den Informationsgehalt signifikant und ermöglicht Analysen, die sonst aufgrund unzureichender Differenzierung zwischen verschiedenen Komponenten nicht möglich wären. Damit wird das materialanalytische Untersuchungspotential beim Antragsteller und der Leibniz Universität Hannover insgesamt signifikant erweitert.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Computertomograph zur multiskalaren Prüfung von Polymer- und Hybridverbundwerkstoffen
• Gerätegruppe: 4070 Spezielle Röntgengeräte für Materialanalyse, Strukturforschung und Werkstoff-Bestrahlung
• Antragstellende Institution: Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover
• Leiter: Professor Dr.-Ing. Hans-Josef Endres