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Struktur und mechanische Eigenschaften von Faserstoffen

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Part of the Die Physik der Hochpolymeren book series (HP, volume 4)

Zusammenfassung

Die physikalischen Eigenschaften der hochpolymeren Faserstoffe werden letzten Endes natürlich durch die Eigenschaften der Einzelmoleküle bestimmt. Doch hängt es von der übermolekularen Struktur ab, wieweit die molekularen Größen, Länge und Beweglichkeit der Moleküle sowie Zahl und Verteilung der funktionellen Gruppen zur Auswirkung kommen. Hierfür nämlich ist die gegenseitige Lage und Vernetzung der Moleküle in den nichtkristallinen Gebieten und in den kristallinen Gebieten sowie Anteil, Größe, Form und gegenseitige Ordnung der letzteren maßgebend, übermolekulare Strukturgrößen also, die unter den Stichworten Orientierung und Kristallinität zusammengefaßt werden können.

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Referenzen

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    Wir wollen in diesem Zusammenhang darauf verzichten, die bei der Ermittlung der physikalischen Eigenschaften von Faserstoffen zu beachtenden Normvorschriften zu erörtern und verweisen diesbezüglich auf DIN 50012, Entwurf August 1954 (Beschaffenheit des Prüfraumes, Messen der relativen Luftfeuchtigkeit), DIN 53 802, Entwurf August 1954, Angleichen der Proben an das Normklima, Din 53 803, Richtlinien bei der Probenentnahme und DIN 53 804, 1955, Auswertung der Meßergebnisse H. Bischoff: Melliand-Textil-Ber. 34, 120 (1953), sowie auf die entsprechende A. S. T. M. Standards on Textile Materials vom A. S. T. M. Committee D-13 und S. N. V. 96441. Bei der Prüfung an Garnen und Zwirnen kommt noch die Nummernbestimmung hinzu, vgl. Kap. IV 13 § 21 c und DIN 53 831. Diese allgemeinen Richtlinien werden ausführlich auch von E. Wagner: Mech. Techn. Textilprüfung, 6. Aufl. 1953, S. 3–52 diskutiert. Bezüglich der speziellen Richtlinien für die Bestimmung der Kennwerte mittels der sogenannten statischen Prüf gerätegruppesei auf die Ausführungen und Literaturstellen des Kapitels Iv, § 22 verwiesen. Diese Richtlinien sind notwendig, wie beispielsweise auch die Untersuchungen von R. Meredith: J. Text. Inst. 45, T 30 (1954) sowie O. Andersson u. L. Sjoberg: Svensk Papperstidn. 56, 615 (1953), über den Einfluß der Dehnungsgeschwindigkeit auf das Festigkeitsverhalten von Viscose- und Acetat-Reyon sowie Nylon und Papier usw. zeigen; jedoch oft noch nicht hinreichend.Google Scholar
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    Auf die Gebrauchswerteigenschaften, die nicht durch das mechanische Verhalten der Faserstoffe bedingt sind, wie z. B. die Gewebeverschmutzung und deren Messung (vgl. New York Section Amer. Dyestuff Reporter p. 322, 1952) oder der Voraussage des Wärmebehaglichkeitsgleichgewichtes aus den physikalischen Daten des Gewebes, wie sie von H. B. Hardy, J. W. Ballbou u. O. C. Wetmore: Text. Res. J. 23, 1 (1953) auf Grund sorgfältiger Messungen versucht worden ist, wollen wir trotz der unzweifelhaften Bedeutung für die Praxis nicht eingehen.Google Scholar
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    Dies ist nur ein praktisches Beispiel, wie sich die Verarbeitung auf die physikalischen Meßwerte auswirkt. Sowohl in der Zwirnerei wie Weberei und Wirkerei sind, wie in dem Kap. IV (§ 21 c) geschildert wird, naturgemäß noch eine Reihe weiterer Einflußfaktoren bei der Verarbeitung vorhanden (vgl. auch H. Böhringer 4).Google Scholar
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    Frode Andersen: Trans. Danish Acad. Techn. Sci. 3, 1 (1950).Google Scholar
  147. 2.
    Vergleicht man insbesondere die Bezeichnungen der Ordinaten bei den hier wiedergegebenen Diagrammen, so finden wir Krafting und Kraft in g/den sowie Reißlast in g/den, Belastung (Spannung) in kg/mm2. Bei anderen Literaturstellen findet man genau so die Angabe Kraft in g/g xusw. Wir haben davon abgesehen, diese Ordinatenbezeichnungen zu ändern, da die Diagramme verschiedenen Literaturstellen entnommen worden sind; möchten jedoch, um Mißverständnisse zu vermeiden, auf die korrekten Definitionen, wie sie z. B. in dem Normentwurf DIN 53 816 wie auch in dem Beitrag von P. A. Koch: Landolt-Börnstein Stoffwerte, 6. Auflage, Springer-Verlag 1955, Bd. IV, Teil 1, 4137, S. 385 ff. und W. Kast, Kapitel VII, A, § 54, angegeben worden sind, verweisen. In diesem Zusammenhang sei auch noch ein Hinweis auf die Auswertung von Kraft-Längenänderungs-Diagrammen gestattet, da immer noch die Mittelung der Dehnungswerte bei bestimmten Kraftstufen vorgenommen wird, die unzulässig ist. Ebenso ist die Mittelung der Kraftwerte bei bestimmten Dehnungsstufen unzweckmäßig, da z. B. bei vollsynthetischen Fasern mit sehr steilen Kraft-Längenänderungskurven in keiner Weise die Charakteristik des jeweiligen Schaubildes zum Ausdruck kommt. Es ist also nur die grafische Mittelung zu empfehlen.Google Scholar
  148. 1.
    Domke, R.: Vortrag vor dem Internat. Chemiefaser-Kongreß D. T. 17, Paris 1954.Google Scholar
  149. 1.
    Vgl. auch W. Schefer: Textil-Rundschau 10, 279 (1955).Google Scholar
  150. 1.
    Diese Normung bedeutet eine willkürliche Einschränkung der Variationsmöglichkeiten in der Richtung einer Einpunktsmethode.Google Scholar
  151. 2.
    Diese DIN-Vorschrift berechnet die unmittelbar nach der Entlastung vorhandene Restdehnung εr s1 als Verhältnis der Restverlängerung zur ursprünglichen Einspannlänge und gibt dabei gar nicht an, wie diese Restverlängerung festgestellt wird. Dasselbe geschieht mit der elastischen Nachwirkung εel, n. Hieraus folgt, daß dieses Normblatt noch die üblichen Festigkeitsprüfgeräte, wie sie in Kap. IV (§ 22a) beschrieben worden sind, zugrunde legt, wobei die Pendelgeräte nach unserer Auffassung jedoch für derartige Untersuchungen gar nicht geeignet sind. Es sollte vielmehr ein Prüfgerätetyp mit wegloser Kraftmessung und automatischer Steuerung, wie z. B. der Statigraph — Kap. IV (§ 22 d) — oder der Instrontester — Kap. IV (§ 22 d) — vorgeschrieben werden.Google Scholar
  152. 1.
    In neuester Zeit ist eine Größe in den Blickpunkt gerückt, die bereits im Jahre 1835 als ein Maß für die elastische Energie, die von einem Körper gespeichert wird, angesehen und mit Resilienzbezeichnet wurde. Dieser Begriff hat im Laufe der Zeit einen Bedeutungswandel durchgemacht und ist durch L. F. Besteund R. M. Hoffmann 2zu einer Kenngröße geworden, die aus einem dreidimensionalen Kennlinienbild entnommen wird, dessen Achsen 1. die Steifheit (E-Modul), 2. die Abhängigkeit der Steifheit von der Dehnung, 3. die Erholung von der Deformation (Spannungs- und Arbeitserholung) bedeuten. Diese Größe wurde dann in Beziehung zum Gebrauchswert gesetzt. Wir sind demgegenüber der Ansicht, daß dieser Weg nicht gangbar ist; denn erstens werden rein statische Größen zur Beurteilung des Materials herangezogen, zweitens kann man weder den Verlauf des E-Moduls noch die Nachgiebigkeit aus dem KΔL Diagramm ermitteln. Außer L. F. Besteund R. M. Hoffmannhaben sich auch W. J. Hamburger 3und andere mit diesem Problem beschäftigt.Google Scholar
  153. 2.
    Beste, L. F. u. R. M. Hoffmann: Text. Res. J. 20, 441 (1950).Google Scholar
  154. 3.
    Hamburger, W. J.: Text. Res. J. 18, 102 (1948).Google Scholar
  155. 1.
    In der Abb.VII, 67 sind ebenfalls Kraft-Dehnungs-Diagramme wiedergegeben. Hier findet man sogar die Kraft in km-Faserlänge ausgedrückt, eine Definition, die in der Textiltechnik leider gebräuchlich geworden ist. Es gilt auch hier der bereits in der Anm. 2 auf S. 493 gemachte Hinweis auf die korrekte Definition und außerdem auf eine klar definierte Maßeinheit. Es sollte insbesondere das Durcheinander in der Verwendung von Kraft und Spannung bei den Ordinatenbezeichnungen vermieden werden.Google Scholar
  156. 2.
    Eisenhut, O. u. W. Grether: Melliand Textilber. 3, 1 (1941).Google Scholar
  157. 1.
    Siehe S. 492, Fußnote 1.Google Scholar
  158. 1.
    Susich, G. u. St. Baker: Text. Res. J. 21, 482 (1951).Google Scholar
  159. 2.
    Erholungserscheinungen bei Papier unter sucht J. Kubat: Svensk Papperstidn. 56, 670 (1953).Google Scholar
  160. 3.
    Eisenhut, O. u. W. Grether: Melliand-Textilberichte 3, 1 (1941).Google Scholar
  161. 1.
    Heckert, W. W.: Ind. Engng. Chem. 44, 2103 (1952).Google Scholar
  162. 2.
    Es sei darauf hingewiesen, daß speziell die elastische Erholung an Teppichfasern von J. L. Barach: Text. Res. J. 19, 355 (1949) besonders untersucht worden ist.Google Scholar
  163. 1.
    Sommer, H.: Faserforsch. u. Textiltechnik 2, 468 (1951). Fa. Chem. Fa. Z. Tex. 8. Din 53 890, Entwurf Jan. 1954.Google Scholar
  164. 1a.
    Vgl. auch J. A. Kalkman, Reyon Revue 9, 49 (1955).Google Scholar
  165. 2.
    Sayre, J. F. u. A. J. Weldon: Vortrag vor dem Internat. Chemiefaser-Kongreß, Paris, Juli 1954.Google Scholar
  166. 2a.
    Vgl. auch T. F. Cooke, J. H. Dusenbury, R. H. Kienle u. E. E. Lineken: Text. Res. J. 24, 1015 (1954).Google Scholar
  167. 2b.
    J. F. Krasny u. A. M. Sookne: Text. Res. J. 25, 493 (1955).Google Scholar
  168. 2c.
    J. F. Krasny, G. D. Mallory, J. K. Phillips u. A. M. Sookne: Text. Res. J. 25, 499 (1955). Der Einfluß der sogenannten knitterfreien Ausrüstung auf den Knittererholungswinkel wird ausführlich von N. BarnabÉ diskutiert. Vortrag vor dem Internat. Chemiefaser-Kongreß, Paris, Juli 1954,Google Scholar
  169. 2d.
    von E. Pieper: Reyon, Zellwolle und andere Chemiefasern 31, 239 (1953) eingehend behandelt.Google Scholar
  170. 1.
    Der Ausdruck Fließgrenze ist nicht glücklich gewählt. Es ist richtiger, im Sinne der vorstehenden Darlegungen von einer unteren und oberen Grenze der quasipermanenten Verformung zu sprechen.Google Scholar
  171. 2.
    Dieser gesamte Fragenkomplex steht auch in engem Zusammenhang mit dem Problem der mechanischen Konditionierung (mechanical conditioning) von Textilfasern [vgl. G. Susich: Text. Res. J. 23, 545 (1953)] und Papier [vgl. B. Ivarsson: Svensk Papperstidn. 51, 383 (1948)], der die Analyse dieses Vorganges mit Hilfe des Eyringschen Drei-Elementen-Modells vornimmt (vgl. Kap. IV, § 21 a).Google Scholar
  172. 3.
    Wolf, K.: Vortrag vor dem Dvm am 12.10.1955 in Stuttgart4. — J. F. Clark u. J. M. Preston: J. Text. Inst. 44, T596 (1953).Google Scholar
  173. 3a.
    R. Ecker: Schweizer Arch. 301 (1954) ; Gummi u. Asbest 8, 111 (1955).Google Scholar
  174. 4.
    Bueche, F.: J. appl. Physics 26, 738 (1955);ADSGoogle Scholar
  175. 4a.
    Bueche, F.: J. appl. Chem. 26, 1133, (1955).ADSGoogle Scholar
  176. 5.
    Hier sei noch einmal auf den außerordentlich großen Einfluß der Feuchtigkeit auf die Gestalt des PΔ L-Diagrammes hingewiesen, wie er z. B. von W. Wegener: Melliand Textilber. 33, 37 (1952)Google Scholar
  177. 5a.
    A. Webster: Text. Manufacturer 10, 542 (1952) und anderen eingehend untersucht worden ist (vgl. Abb. VII, 617).Google Scholar
  178. 6.
    Stein, H.: Textil-Prax. 9, 131 (1954).Google Scholar
  179. 7.
    Bergen, W. Von: Ind. Engng. Chem. 44, 2157 (1952).Google Scholar
  180. 1.
    Wegener, W.: Textil-Prax. 9, 1115 (1954).Google Scholar
  181. 2.
    Zart, A.: Melliand Textilber. 31, 593 (1950).Google Scholar
  182. 1.
    Hajmassy, T.: Magyar Textiltechnika 6, 165 (1953).Google Scholar
  183. 2.
    Wie bereits in Kap. IV (§ 23 a) erwähnt, ist die Bezeichnung unglücklich gewählt, da es sich um eine Dauerwechselbeanspruchung handelt und nicht um eine Dauerbeanspruchung mit konstanter Last.Google Scholar
  184. 3.
    Wegener, W.: Z. ges. Textilind. 52, 27, 55, 79, 108 (1950);Google Scholar
  185. 3a.
    Wegener, W.: Melliand Textilber. 34, 7, 640 (1953).Google Scholar
  186. 1.
    Zöppritz, H. P.: Dauerprüfung und Ermüdung von Gespinsten. Diss. Aachen 1936.Google Scholar
  187. 2.
    Die verwendeten dynamischen Prüfgeräte sind kritisch in Kapitel VII, § 23, diskutiert worden; dabei mußte eine Auswahl getroffen werden, die nach unserer Auffassung der neuesten Entwicklung gerecht wird. Wir wollen jedoch nicht versäumen, daß zahlreiche weitere Möglichkeiten, das zu prüfende Material dynamisch zu beanspruchen, gegeben sind. Soweit sie einer Kritik standhalten, ist gegen diese Prüfgeräte nichts einzuwenden. Die folgenden Literaturhinweise V. A. Gordeev: Textilind. (russ.) 15, 37 (1955);Google Scholar
  188. 2a.
    Z. Bartha: Acta chim. Acad. Sci. hung. 5, 481 (1955);Google Scholar
  189. 2b.
    Z. Bartha: Magyar Textiltechnika 90 (1955) ; P. Mauvisseau: Bull. Inst. Textile France 51, 47 (1955);Google Scholar
  190. 2c.
    W. Wegener u. W. Falch: Reyon, Zellwolle u. andere Chemiefasern 33, 542 (1955); K. Wolf: Vortrag vor dem Dvm am 12.10.1955 in Stuttgart;Google Scholar
  191. 2d.
    J. H. Wakelin, E. T. L. Voong, D. J. Montgomery u. J. H. Dusenburg: J. appl. Physics 26, 786 (1955); H. Böhringer: D. W. P. 7012; W. Kern (Mattiagerät)ADSGoogle Scholar
  192. 2e.
    vgl. Fußnote 1 S. 521 und die Zusammenstellung von W. Meskatu. O. Rosenberg: Reyon, Zellwolle u. andere Chemiefasern 31, 555, 617 (1955) können noch beliebig fortgesetzt werden, sollen jedoch genügen. Wegen der besonderen Ausführungen der Prüfgeräte bei mehrschichtigen Körpern mit Verbundcharakter, wie z. B. die Textilgummitransportbänder, sei auf A. Matting: Vortrag vor dem DVM, 12. 10. 1955 in Stuttgart hingewiesen.Google Scholar
  193. 3.
    Kainradl, P. u. F. Händler: Kautschuk u. Gummi 5, 1, WT 3 (1952);Google Scholar
  194. 3a.
    Kainradl, P. u. F. Händler: Kautschuk u. Gummi 5, 2, WT 22 (1952); Deutsche Kautschuk-Gesellschaft, Vortragstagung 7.–9. 5.1953 Goslar.Google Scholar
  195. 1.
    Loughborough, D. L., J. M. Davies u. G. E. Monfore: Canad. J. Res. 28, F 490 (1950).Google Scholar
  196. 2.
    Es ist auch hier auf die Temperaturfunktion der mechanischen Dämpfung zu achten. Vgl. E. Buchdahl, N. E. Nielsen: J. Polym. Sci. 15, 1 (1955). W. Meskat u. Rosenberg, Tabelle VII/8.ADSGoogle Scholar
  197. 1.
    Palandri, G.: Rubber Age 64, 45 (1948).Google Scholar
  198. 2.
    Wakeham, H. u. E. Honold: J. appl. Physics 17, 698 (1946).ADSGoogle Scholar
  199. 1.
    Vgl. Kap. I, § 3e. Bezüglich der Bezeichnungen in den Tabellen VII, 8 u. 9, vgl. Abb. VII, 74, S. 512.Google Scholar
  200. 1.
    Von W. Wegener u. W. Falch: Reyon, Zellwolle u. andere Chemiefasern 33, 542 (1955), werden die bisher üblichen Prüfmethoden für Reifencord, wie die Schlagbiegebeanspruchung, Ermittlung des Biegewertes usw. eingehend betrachtet. Wir können diesen Ausführungen nicht immer folgen, da z. B. die Schlagbiegebeanspruchung heute nicht mehr angewandt wird und auch die Ermittlung des Biegewertes wie des Rollbiegewiderstandes nur in Verbindung mit einer Avivage-Prüfung brauchbar ist.Google Scholar
  201. 2.
    Von P. Kainradl u. F. Händler wird in einer neuen Arbeit auf den Einfluß des Zwirnens besonders eingegangen. Kautschuk u. Gummi 8, W. T. 257 (1955).Google Scholar
  202. 1.
    Meskat, W. u. O. Rosenberg: Reyon-Zellwolle und andere Chemiefasern 31, 555, 617 (1953).Google Scholar
  203. 2.
    Im allgemeinen versteht man unter der Wöhler-Kurve den funktionalen Zusammenhang zwischen der periodischen Kraft und der Anzahl der Lastwechsel. Bei Textilien kann man an Stelle der periodischen Kraft auch die periodische Dehnung in Abhängigkeit von der Anzahl der Belastungswechsel wiedergeben. Auch diese Darstellung wollen wir als Wöhler-Kurve bezeichnen. Die besonderen Eigenschaften des textilen Materials verlangen darüber hinaus noch eine Erweiterung des Begriffs. Neben den Koordinaten der periodischen Dehnung und der Lastwechselzahl ist noch als dritte Koordinate das Fließen bzw. die bleibende Verformung des Materials hinzuzunehmen, so daß zur Darstellung des Verhaltens von Faserstoffen bei einer Dauerwechselbeanspruchung eine Wöhler-Fläche im Raum benötigt wird.Google Scholar
  204. 1.
    Hajmassy, T.: Magyar Textiltechnika 6, 165–169 (1953).Google Scholar
  205. 1.
    Vgl. Kap. IV § 21, Abschn. 2 u. P. F. Grisshin: J. Textili Instit. 45T 167, 179, 192, 209 (1954).Google Scholar
  206. 2.
    Williams, K. R., J. W. Hannel u. J. M. Swanson: Ind. Engng. Chem. 45, 796 (1953).Google Scholar
  207. 1.
    Siehe M. W. Wilson: Text. Res. J. 21, 47 (1951).Google Scholar
  208. 1a.
    W. Kern (Mattiagerät): Kautschuk u. Gummi 8, W. T. 195, W. T. 233 (1955)Google Scholar
  209. 1b.
    auch W. Brötz: Papier 6, 368 (1952).Google Scholar
  210. 2.
    Man darf dabei nicht übersehen, daß diese Forderung die Gefahr der Entwicklung von Modellgeräten mit nicht definierter Beanspruchung heraufbeschw ört.Google Scholar
  211. 1.
    Bussmann, A.: Zum Problem der Riemenprüfung. A. Matting: Neue Dauerprüfverfahren für Gummitextilförderbänder. Vorträge vor dem DVM am 12.10.1955 in Stuttgart.Google Scholar
  212. 1.
    Vgl. auch A. Springer: Faserforsch. u. Textiltechnik 6, 76 (1955).Google Scholar
  213. 2.
    Vgl. z. B. W. Griehl u. R. Hoffmeister: Faserforsch. u. Textiltechnik 6, 504 (1955).Google Scholar
  214. 3.
    Vgl. z. B. C. H. Fisher: Text. Res. J. Z.5, 1 (1955).Google Scholar

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