Harald Beese Livres

Für die zur Herstellung von Vakuumisolationspaneelen werden robuste und langzeitstabile Barrierefolien mit geringer Wärmeleitfähigkeit und Durchlässigkeit gefordert. Besonders kritisch ist dabei die Wasserdampfdurchlässigkeit. Folglich werden hier abhängig vom Stützkernmaterial, der gewünschten Lebensdauer und den Einsatzbedingungen Wasserdampfdurchlässigkeiten kleiner 0,1 bis kleiner 10-4 g m-2 d-1 gefordert. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Messtechnik zur Prüfung der Wasserdampfdurchlässigkeit weiterentwickelt, die den Nachweis von Wasserdampfdurchlässigkeiten bis 10-6 g m-2 d-1 ermöglicht. Mit dieser Messtechnik wurden ausgewählte zwei und dreifach metallisierte Barrierefolien untersucht. Unter tropischen Bedingungen (38 °C, 90 % r. F.) wurden für diese Barrierefolien Wasserdampfdurchlässigkeiten im unteren 10-2 g m-2 d-1 Bereich ermittelt. Anschließend wurden diese Barrierefolien nach der DIBt-Methode thermisch gealtert und eine repräsentative Anzahl an Barrierefolien nach verschiedenen Alterungsstufen (10-90 Tagen 1-10 Jahren) erneut vermessen. Mit dem 48 h Schnelltest konnte innerhalb der Messunsicherheit für keine Barrierefolie eine signifikante Beeinflussung der Wasserdampfdurchlässigkeit aufgrund von Alterungsprozessen festgestellt werden. Neben der thermischen Alterung wurde der Einfluss von mechanischer Beanspruchung untersucht. Dazu wurden 48 h Schnelltests mit 90 und 180 Falzungen mit und ohne Knickpunkten sowie Versuche mit mechanischer Wechselbelastung mit bis zu 164000 Zyklen durchgeführt. Auch nach diesen mechanischen Beanspruchungen konnte keine signifikante Verschlechterung der Wasserdampfdurchlässigkeit der Barrierefolien nachgewiesen werden. Lediglich bei den Versuchen mit 180 Falzungen wurden ca. 20 - 40 % höhere Wasserdampfdurchlässigkeiten nachgewiesen. Bezieht man diese höhere Durchlässigkeit auf die Knicklänge, ergibt sich für ein VIP der Größe 500 x 500 x 20 mm3 noch eine um 2,6 % höhere Wasserdampfdurchlässigkeit. Diese Ergebnisse zeigen, dass die ausgewählten Barrierefolien robust gegenüber den an VIP auftretenden zulässigen Beanspruchungen sind.

Die vorliegende Dissertation befasst sich mit der Konstruktion und dem Aufbau von Messgeräten zur Bestimmung der Wasserdampfdurchlässigkeit von Barrierematerialien. Im Mittelpunkt stehen Durchlässigkeiten im Bereich von 10 hoch minus 3 bis 10 hoch minus 6 g m 2 d hoch minus 1, wie sie für moderne Verpackungsmaterialien für Dünnschichtsolarzellen, Vakuumisolationspanelle, Displays oder Beleuchtungen gefordert werden. Mit dem entwickelten Permeationsmesssystem wurden Messungen nach der quasi-isostatischen Konzentrationsanstiegsmessung in der Gasphase und nach dem isostatischen Trägergasverfahren durchgeführt und verglichen. Eine signifikante Unterbestimmung der Wasserdampfdurchlässigkeit bei dem quasi-isostatischen Messverfahren konnte auf den Einfluss von Adsorption zurückgeführt werden. Aus dieser Erkenntnis wurden zwei neue Messverfahren, die optimal für den Ultrabarrierebereich geeignete sind, entwickelt. Das im Rahmen dieser Arbeit entstandene Permeationsmesssystem wurde im Bereich 10 hoch minus 2 g m hoch minus 2 d hoch minus 1 gegenüber nach DIN EN ISO 15106-3 arbeitenden coulometrischen Permeationsmesssystemen evaluiert. Weiterhin konnten Messergebnisse von Ultrabarrierefolien im Bereich 10 hoch minus 4 g m 2 d hoch minus 1 im Vergleich zu Ergebnissen des Calciumspiegeltests und der Tritiumverfahren gezeigt werden.