Terahertz-Zeitbereichsspektroskopie: zerstörungsfreie Charakterisierung von Polymeren und Verbundwerkstoffen

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In dieser Arbeit wird das Potenzial der Terahertz-Zeitbereichsspektroskopie als zerstörungsfreie Charakterisierungsmethode für Kunststoffe ausgelotet. Dies umfasst die Bestimmung von Transmissionseigenschaften gebräuchlicher Basispolymere, von Compounds mit verschiedenen Zusatzstoffen sowie bildgebende Messungen an Prüfkörpern unterschiedlichster Geometrie und Zusammensetzung. Für Compounds aus LLDPE, PP und PA66 mit jeweils verschiedenen Additivkonzentrationen von Mg(OH)2, CaCO3 und Glasfasern hängt der mittlere Brechungsindex linear vom Volumenanteil des Additivs ab. In die transmittierte Intensität der THz-Strahlung geht neben der Menge auch die Größenverteilung der Additivteilchen ein. Größere Primärteilchen, aber auch Aggregate und Agglomerate führen aufgrund von Streuung der THz-Wellen zu höheren Absorptionskoeffizienten. Im Fall von anisotropen Materialien treten zusätzliche Abhängigkeiten von der THz-Strahlpolarisation auf. In bildgebenden THz-Messungen bewirken laterale Strukturgrößen bereits ab 1 mm eine Signatur. Damit lassen sich Wandstärken und Kerbtiefen komplex geformter Kunststofferzeugnisse sowie Additivkonzentration und Dispergiergüte flächiger Proben ortsaufgelöst bestimmen.