Entwicklung eines inline-Verfahrens zur nicht-taktilen, zerstörungsfreien Erfassung ableitfähiger Strukturen im Sub-Millimeter-Bereich in Multilayer-Folien

Schnitt durch eine ableitfähige Multilayerfolie. Gesamtdicke ca. 180µm.

Ableitfähige Multilayer-Folien werden als Inliner in Großpackmitteln, sogenannten BigBags (FIBC) eingesetzt, um die Gefahr von Staubexplosionen beim Befüllen und Entleeren mit zündfähigen Schüttgütern zu eliminieren. Solche ableitfähigen Packmittel werden in explosionsgeschützten Bereichen eingesetzt. Die einwandfreie Funktion (Ableitfähigkeit) ist für die Sicherheit von Mensch und Umwelt sehr wichtig. Bereits wenige benachbarte, nicht ableitfähige Bereiche können zu einer Aufladung führen, die zum Zünden des Schüttgutes ausreicht. Eine solche Multilayer-Folie besteht im Wesentlichen aus drei Schichten (s. Abbildung) 

Die dem Schüttgut zugewandte Seite besteht aus einem, oder mehreren Polymeren (z.B. PE/OPA). Die Zwischenschicht ist aus Aluminium und die dem Schüttgut abgewandte Seite besteht zumeist aus einem PET-Layer. Zur Generierung der Ableitfähigkeit müssen in den, dem Schüttgut zugewandten, Polymerlayer Mikrobohrungen eingebracht werden, um den Ladungsträgern freien Zugang zum Aluminium zu gewährleisten. 

Im fertigen BigBag wird dieser Aluminium-Layer geerdet, so dass die Ladungsträger abfließen können. Eine saubere Freilegung des Aluminiumlayers ist also entscheidend für die Ableitfähigkeit der Multilayer-Folie.

Das bisherige Prüfverfahren sieht eine Probennahme am Anfang und Ende einer Folienrolle vor, die mehr als 1000 Meter Folie umfassen kann. Mit einem Isolationsmessgerät und einer entsprechenden Messelektrode wird die Folie bei 100V Prüfspannung auf Durchgang geprüft. Hierbei dient Ultraschallgel als Kontaktmittel zwischen der Messelektrode und dem Aluminiumlayer. Dieses Verfahren eignet sich weder zur inline Prozesskontrolle, noch für eine 100% Prüfung.

Im Rahmen dieses ZIM-Kooperations-Projektes zwischen der Firma thinkworks GmbH (www.thinkworks.de) aus Bocholt und dem Laserzentrum der Fachhochschule Münster, soll ein neuartiges, optisches Verfahren entwickelt werden, welches berührungslos und zerstörungsfrei die Ableitfähigkeit der Mikrobohrungen im laufenden Herstellungsprozess überwacht. Hierdurch soll erstmalig eine 100% Kontrolle ableitfähiger Multilayerfolien ermöglicht werden. Darüber hinaus soll auch der Aluminiumlayer auf seine Integrität hin überprüft werden, da dieser zusätzlich als Diffusionssperre dient und somit unbeschadet bleiben muss. 

Es soll eine vollständige Sensoreinheit entwickelt werden, die das innovative optische Verfahren inklusive Auswerteelektronik und Software zur Erfassung und Analyse der Daten beinhaltet. Ziel ist es am Ende des Projektes einen funktionsfähigen, industrietauglichen Prototyp präsentieren zu können, der in Anlagen zur Herstellung von Multilayer-Folien eingesetzt werden kann.
Perspektivisch ist auch der Einsatz dieser Sensoreinheit zur Erfassung von Durchgangsbohrungen in transparenten Folien denkbar, was den Einsatzbereich in der Verpackungsindustrie signifikant erweitert.