Papierphysik und Messtechnik

Messtechnik ist ein elementarer Bestandteil der Papierphysik. Die heutige Sensortechnik eröffnet neue, tiefere Einblicke in Papierstrukturen und Produktionsprozesse. Typische Fragestellungen befassen sich mit der Bewertung von Faserstoffen, von Papieren und Karton sowie deren Produkte und ihr Verhalten im Papierkreislauf. Hierunter fallen z. B. Faseranalysen, Papierprüfungen und Rezyklierbarkeitsuntersuchungen.

Aber auch zur Bewertung von Prozessstufen in der Halbstofferzeugung (Stoffaufbereitung) und der Papierherstellung bedarf es unterschiedlicher Messmethoden und angepasste Analysentechniken. An unserem Fachgebiet stehen eine Vielzahl unterschiedlicher Mess- und Analysenmethoden zur Verfügung. Neben der Anwendung etablierter Messverfahren arbeiten wir aktiv an der Entwicklung neuer Mess- und Analysemethoden. Bei den meisten dieser Projekte spielt die Bildanalyse eine wichtige Rolle, da heute verschiedene Techniken zur Erzeugung von Bildern zur Verfügung stehen und mit leistungsfähigen Computern wirkungsvolle Auswertungsalgorithmen möglich sind.

Die Verformung von Papier unter Krafteinwirkung wird schon sehr lange untersucht. Allerdings gibt es bisher keine Methoden, welche die Verformung einer Probe in alle drei Raumrichtungen gleichzeitig mit hoher Auflösung erfassen kann. Wir verwenden dazu eine handelsübliche Kamera, die eine in eine Zugprüfmaschine eingespannte Probe beobachtet. Aus der Verformung der Oberflächenstrukturen des Papiers während der Belastung lassen sich die Verformungskennwerte für die Papierebene ermitteln. Über einen Spiegel wird bei dem neuesten Versuchsaufbau zeitgleich die seitliche Ansicht der Papierprobe in das Kamerabild eingeblendet.

Auch die Messung von Schmutzpunkten ist lange etabliert und weit verbreitet im Einsatz. Kamerabasierte Messungen wie z. B. der Equivalent Black Area (EBA) gemäß Tappi T 563 haben den Nachteil, dass immer nur eine verhältnismäßig kleine Fläche erfasst und ausgewertet wird. Daher werden meist Scanner eingesetzt, um größere Flächen, wie z.B. die eines Laborblatts zu analysieren. Bei einem Scanner ist in der Regel die definierte und homogene Beleuchtung nicht gewährleistet. Wir haben deshalb den unten dargestellten Aufbau konzipiert, bei dem eine sehr große Fläche von 450 cm² homogen von allen Seiten im Winkel von 45° ± 5° (circumferential) ausgeleuchtet wird und somit normgerecht ausgewertet werden kann. Durch die ringförmige, 360° umfassende Beleuchtung spielt die Laufrichtung der Probe bei der Messung keine Rolle. Für die Datenerfassung wird hier eine handelsübliche, hochauflösende Kamera eingesetzt Bei einseitiger Beleuchtung beeinflussen Oberflächenstruktur der Probe sowie Lichtfang- und Abschattungseffekte an Schmutzpunkten die Ergebnisse. Diese Effekte sind auch bei der Bewertung der Bedruckbarkeit von Bedeutung. Insgesamt lassen sich mit der kamerabasierten Messanordung wesentlich genauere Daten erzielen, da die lokalen optischen Eigenschaften anders als bei einem Scanner korrekt und normgerecht erfasst werden.