Faserforschung und Textiltechnik: Band 22, Heft 4 April 1971 [Reprint 2021 ed.] 9783112489420, 9783112489413

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4

»71

Faserforschung und Textiltechnik WISSENSCHAFTLICH-TECHNISCHE F Ü R DIE C H E M I E F A S E R -

UND

ZEITSCHRIFT

TEXTILINDUSTRIE

AUS

DEM

INHALT

Perepelkin Beziehung zwischen d e r S t r u k t u r und einigen mechanischen Eigenschaften von Faserstoffen v o m Gesichtspunkt d e r Festkörperphysik M a r k o , J a m b r i c h und H r i v n ä k D e r z e i t i g e r Stand d e r E r z e u g u n g und Entwicklung v o n Polypropylenfaserstoffen in d e r C S S R und in d e r W e l t Wiedemann

BEGRÜNDET ERICH

CORRENS

HERAUSGEGEBEN W O L F G A N G BURKART

Untersuchungen z u r M o r p h o l o g i e d e r Glasseide

VON

VON

BOBETH

PHILIPP

SCHRIFTLEITER

UND

-

-

WALTER

ERICH HANS

Krasnov und K r u g l o v a Untersuchung der Struktur poröser Polyacrylnitrilfaserstoffe

CORRENS BOHRINGER

CHRISTIAN

J. B R X M E R

FRENZEL

UND

-

HERMANN

KLARE

RUSCHER I.

RUSCHER

Chemiefaserstoffe i m Jahre 2000 (Rod I u msges präch) Kurze Mitteilungen Z u r D e u t u n g d e r Glasfadenfestigkeit 2. Internationales S y m p o s i u m „Polykondensationsprozesse" Industriezweig k o l l o q u i u m „ P o l yacry I n i t r i Ifaserstoffe" Z u m G e d e n k e n an W a l t e r F r e n z e l N e u e Bücher Patentschau Literaturschau

AKADEMIE-VERLAG

BERLIN

Faserforsch, u. Textiltechnik • 22. Jahrg. • H e f t h • Seiten 171 —226 • Berlin i m A p r i l 1971

HILFSM ITTEL Präparieren Schmälzen Waschen Antistatischa usrüsten

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Faserforschung und Textiltechnik

22 (1971) 4, S. 171-226

J ) K 0 7 7 . 4 : 539.21.6.1:077.014.SO

DK

Perepelkin,

Krasnm',

A\ E.

Beziehung zwischen der Struktur und einigen mechanischen Kigensehaften von Faserstoffen vom Gesichtspunkt der Festkörperphysik Faserforsch. u. Textiltechnik 0 Abb., 12 Tab., 152 L i l .

22

(1971)

'J, S. 1 7 1 - 1 8 0 .

Der B e i t r a g gibt anhand zahlreicher Literaturstellcn einen Überblick über die mechanischen Grenzeigenschaften und einige andere mechanische Eigenschaften hochorienticrter Strukturen. E s werden die energetischen Wechselwirkungen und die Deformation der Bindungen bei mechanischen Einwirkungen sowie F r a g e n der Festigkeit und Lebensdauer von Faserstoffen diskutiert. "Weiter werden Einfluß der Versuchsbedingungen sowie der elastischen Eigenschaften der kristallinen Strukturbereiche, die Abhängigkeit des Deformationsmoduls von ihnen und die Korrelation der zwischenmolekularen Beziehungen behandelt. Schließlich wird über physikalische Grundlagen für die Herstellung von Faserstoffen mit guten mechanischen Eigenschaften berichtet.

DK

077.494.742.3:077.021.12:077.021.123.044:388.45

Marko,

Jan,

Jambrich,

Martin,

Texiiitechnik

22

K. P., und Kruglova,

G. f..

Untersuchung der Struktur poröser Polyacrylnilrilfaserstoi'fc Faserforsch, u. Textiltechnik 6 Abb., 4 Tab., 21 Lit.

22

(1971)

4,

S. 2 0 3 - 2 0 9 .

Die Änderung der S t r u k t u r von Volyacrylnitrilfaserstoffen in verschiedenen Stadien ihres Herstellungsprozesses wird mit Hilfe der TieftemperaturStickstoffsorption, der Quecksilberporosimetrie und verschiedener Methoden der Dichtebestimmung untersucht. Hierbei wird insbesondere der Einfluß der Oberflächenspannung der im F a d e n inkludierten flüssigen P h a s e studiert. Nach Ableitung von Kriterien zur quantitativen B e s t i m m u n g der Porosität von l ' V Y - F a s e r s t o f f e n werden die mit den einzelnen Untersuchungsmethodcn erhaltenen Ergebnisse diskutiert.

D K 061.3.055.1 ( 4 3 0 . 2 - 2 . 7 3 ( " 1 9 7 0 . 1 2 . 0 3 / 0 4 " : 6 7 7 . 4 " 2 0 0 0 "

und Jfriundk,

Pavel

Derzeitiger Stand der Erzeugung und Entwicklung Polypropylenfaserstoi'l'en in der C S S R und in der Well Faserforsch, u. 3 Tab., 2 Lil.

077.494.745.32:077.014.874:077.014.82:531.754

(1971)

von

S. 1 8 7 - 1 9 2 .

hl der C S S t t wurde die Entwicklung von Polypropylenfaserstoffen mit eigenen Technologien bis zur großtechnischen Keife entwickelt. Die Produktionskapazität beträgt gegenwärtig etwa 1 0 0 0 t/a. I n der vorliegenden Arbeit wird über einige Einzelheiten der Entwicklung von Polypropylenfaserstoffen in der C'SSIt berichtet, es werden die verschiedenen F ä r b e möglichkciten erläutert und das Massefärben ausführlich diskutiert. I n der C S S R geprüfte Einsatzgebiete für Polypropylenfaserstoffe werden angegeben.

Jacobasch, Ii ans- Jörg Chemiefasersloffe im J a h r e 2000 Uericht über das Podiumsgespräch im Kähmen des 3. Internationalen Chemiefasersymposiunis, 1. bis 4. 12. 1970 in •Dresden Faserforsch. u. Textiltechnik 22 (1971) 4, S. 2 0 9 - 2 1 1 . Kurze Mitteilungen D K 677.521:677.017.4

Barthelf Rolf, Beyreuiher, Roland, und Müller, Zur Deutung der Glasfadenfestigkeit

Walter

Faserforsch. u. Textiltechnik 22 (1971) 4, S. 2 1 2 - 2 1 4 . 3 L i l . D K 061.3.051.1 (430.2 - 2.73) " 1 0 7 0 . 0 9 . 2 0 / 3 0 " : 00.095.3

Jaeger, Werner 2. Internationales Symposium „Polykondensationsprozesse" 29. bis 30. 9. 1970 in Dresden Faserforsch, u. Textiltcclinik 22 (1971) 4, S. 214 — 210. D K 061.3.055.1 (430.2) " 1 9 7 0 . 1 0 . 2 7 " : 6 7 7 . 4 9 4 . 7 4 5 . 3 2 : 6 7 7 . 0 2 1 . 1 2 5

Indus triezweigkolloquium „Polyacrylnitrilfaserslof'i'e" des V E B Chemiefaserkombinat Schwarza „Wilhelm P i e c k " , Rudolstadt Faserforsch. n. Texlilleehnik 22 (1971) 'i, S. 2 1 7 - 2 1 8 .

D K 677.521:539.2:535.827.2:537.533.35

Bobeth,

Wiedemaun,

Zum Gedenken an Walter Frcnzcl

Gottfried

Untersuchungen zur .Morphologie der Glasseide Faserforsch. u. Textiltechnik 29 Abb., 2 Tab., 19 Lit.

22

(1971)

4,

S. 1 9 2 - 2 0 2 .

E s wird über phänomenologische Eigenschaftsuntcrsuchungcn berichtet, die llückschlüsse auf das morphologische Verhalten der Glasseide zulassen. I m Interesse der Darstellung charakteristischer Eigenschaften wurden insbesondere chemische (Problematik der Kationbeweglichkeit, selektive Lösevorgänge), thermische (dilatometrischos Verhalten, differentialthermoanalytische Untersuchungen) und physikalische (Ii-Modul, E S l t - U n t e r suchungen) Methoden eingesetzt. Die hieraus gezogenen Schlüsse führen in Verbindung mit mechanischen Betrachtungen, resultierend aus erhaltenen Spannungszuständen, zur Ableitung eines morphologischen Charakteristikums nach Art einer Schraubenlinie. Anhand von licht-, elektronen- und hochtemperaturmikroskopisehen Methoden k a n n eine derartige S t r u k t u r nachgewiesen werden. Abschließend wird eine Vorstellung über die E n t stehung der Schraubenlinienstruktur entwickelt, die Ansatzpunkte für eine vergleichende B e t r a c h t u n g organischer und anorganischer Faserstoffe bietet.

Wolf gang

Faserforsch. u. Textiltechnik 22 (1971) 4, S. 219 Neue Bücher S. 2 1 8 - 2 2 1 . Patentschau S. 2 2 1 - 2 2 3 . LiLeraturschau S. 223 — 226.

Der Nachdruck dieser Angaben ist s t a t t h a f t

N e u für d i e internationale Fachwelt

INCHEBA '71

Internationale Chemische M e s s e

BRATISLAVA CSSR

v o m 24. - 3 0 . Juni 1971

INCHEBA

Die Chemie in der Textil- und Pelzindustrie Holz- und Möbelindustrie Lederwaren-, Schuh-, Galanterie- und Bijouterieindustrie Automobilindustrie und Spielwarenindustrie Fettindustrie, Parfümerie, Kosmetik und in der übrigen Konsumgüterindustrie

D i e Zeitschrift „ F a s e r f o r s c h u n g und T e x t i l t e c h n i k " erscheint monatlich in H e f t e n zu 48 Textseiten im F o r m a t A 4. D e r Preis f ü r das E i n z e i h e f t b e t r ä g t M 15,— (Sonderpreis f ü r D D R M 9, — ), f ü r den V i e r t e l j a h r b e z u g M 45,— (Sonderpreis f ü r D D R M 27, — ). zuzügl. Bestellgeld. Die Berechnung e r f o l g t zu B e g i n n eines V i e r t e l j a h r s f ü r 3 H e f t e . Bestellungen aus d e m Gebiet der Deutschen Demokratischen R e p u b l i k an ein P o s t a m t , eine Buchhandlung oder den V e r l a g , aus der Deutschen Bundesrepublik an eine Buchhandlung oder die Auslieferungsstelle K u n s t und Wissen, Erich Bieber, 7 S t u t t g a r t 1, W i l h e l m straße 4 — 6, aus dem Ausland an eine I m p o r t b u c h h a n d l u n g , den Deutschen B u c h - E x p o r t und - I m p o r t G m b H . , 70i L e i p z i g , Postschließfach 276, oder den A k a d e m i e - V e r l a g G m b H . , 108 Berlin, L e i p z i g e r Str. 3 - 4 ( F e r n r u f : 2 2 0 4 4 1 ; T e l e x - N r . 0112020; P o s t s c h e c k k o n t o 35021) erbeten. Bestellnummer dieses H e f t e s : 1014/22/4. Alleinige Anzeigenannahme D E W A G - W E R B U N G , 102 Berlin, Rosenthaler Str. 28/31, und alle D E W A G - B e t r i e b e in den Bezirksstädten der D D R . — Bestellungen in der U d S S R nehmen e n t g e g e n : Städtische A b t e i l u n g e n v o n „ S O J T Z P E C H A T J " b z w . P o s t ä m t e r und P o s t k o n t o r e . Herausgeber und v e r a n t w o r t l i c h f ü r den I n h a l t : P r o f . D r . Erich Correns, I n s t i t u t f ü r Faserstoff-Forschung der Deutschen A k a d e m i e der Wissenschaften zu Berlin, 153 T e l t o w - S e e h o f , F e r n r u f : T e l t o w 4831; P r o f . D r . - I n g . habil. W o l f g a n g B o b e t h , I n s t i t u t für Technologie der Fasern der Deutschen A k a d e m i e der Wissenschaften zu Berlin, 801 Dresden, H o h e Str. 6, F e r n r u f : 4 47 21; P r o f . D r . - I n g . H a n s Böhringer, I n s t i t u t f ü r T e x t i l t e c h n o l o g i e der Chemiefasern R u d o l stadt, F e r n r u f : R u d o l s t a d t 20 31; P r o f . D r . H e r m a n n K l a r e , P r o f . D r . habil. B u r k a r t P h i l i p p und D r . habil. Christian Iluscher, I n s t i t u t f ü r Faserstoff-Forschung der Deutschen A k a d e m i e der Wissenschaften zu Berlin, 153 T e l t o w - S e e h o f , F e r n r u f : T e l t o w 4831. Schriftleiter: J o a c h i m B r ä m e r und Dipl.-Chem. I n g e b o r g Ruscher, 153 T e l t o w - S e e h o f , K a n t s t r . 55. V e r l a g : A k a d e m i e - V e r l a g G m b H . , 108 Berlin, L e i p z i g e r Str. 3 - 4 . Satz und D r u c k : Druckhaus „ M a x i m G o r k i " , 74 A l t e n b u r g . — V e r ö f f e n t l i c h t unter der L i z e n z n u m m e r 1280 des Presseamtes b e i m Vorsitzenden des Ministerrates der Deutschen Demokratischen R e p u b l i k . Manuskriptsendungen sind an einen der Herausgeber oder die Schriftleitung zu richten. F ü r I n h a l t und F o r m gelten die „ R i c h t l i n i e n für die A n n a h m e und A b f a s s u n g v o n B e i t r ä g e n " , erhältlich v o n der Schriftleitung, D i e Verfasser größerer wissenschaftlicher A r b e i t e n erhalten außer dem H o n o r a r ein H e f t und 50 Sonderdrucke ihrer A r b e i t unentgeltlich. N a c h d r u c k e sowie Übersetzungen in f r e m d e Sprachen des Inhalts dieser Zeitschrift und deren Verbreitung — auch auszugsweise m i t Quellenangabe — bedürfen der schriftlichen Vereinbarung m i t dem V e r l a g .

F a s e r f o r s c h u n g und T e x t i l t e c h n i k WISSENSCHAFTLICH-TECHNISCHE

Z E I T S C H R I F T FÜR DIE C H E M I E F A S E R - UND

B a n d 22

TEXTILINDUSTRIE

April 1971

Hefl 4

Beziehung zwischen der Struktur und einigen mechanischen Eigenschaften von Faserstoffen vom Gesichtspunkt der Festkörperphysik" K. E.

Perepelkin

Allunionsforsciiungsinstitut

für Kunstfasern,

Außenstelle

Leningrad D K 677.4:539.21ti.l:677.014.86

Der B e i t r a g gibt a n h a n d zahlreicher Literaturstellen einen Überblick über die mechanischen Grenzeigenschal'ten und einige andere mechanische Eigenschaften hochorientierter S t r u k t u r e n . Ks werden die energetischen Wechselwirkungen und die Deformation der Bindungen bei mechanischen Einwirkungen sowie F r a g e n der F e s t i g k e i t und Lebensdauer von Faserstoffen diskutiert. W e i t e r werden E i n f l u ß der Versuchsbedingungen sowie der elastischen Eigenschaften der kristallinen S t r u k t u r b e r e i c h e , die Abhängigkeil des Deformationsmoduls von ihnen und die Korrelation der zwischenmolekularen Beziehungen behandelL. Schließlich wird über physikalische Grundlagen für die Herstellung von Faserstoffen mit guten mechanischen E i g e n s c h a f t e n b e r i c h t e t . BaauMoc6H3b Mewcdy cmpyKmypoü meepdoso mejia

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between

the Structure

and some

Mechanical

Properties

of Fibres

from

the Physics

of Solids

Point

of

Referring to literature d a t a the limiting mechanical properties and some other mechanical properties of highly oriented structures are reviewed. The energy of i n t e r a c t i o n and the deformation of bonds responding to e x t e r n a l mechanical forces are related to the strength and the service life of fibres. T h e effects of experimental conditions and of the elastic properties of crystalline regions on the modulus of deformation as well as the correlations between intermolecular relationships are discussed. F i n a l l y , the physical conditions to be observed for o b t a i n i n g fibres with satisfying mechanical properties are reported. Einleitung Eines der wichtigsten Probleme in der Theorie der llerstellungsprozesse von polymeren F e s t k ö r p e r n , darunter von Chemiel'asersloffen, ist das Auffinden von K o r r e l a t i o n e n zwischen der S t r u k t u r der Polymeren, der gelenklen F o r m gebung und dem K o m p l e x der mechanischen E i g e n s c h a f t e n , wie Festigkeit, Dehnung, E r m ü d u n g , thermomechanisches V e r h a l t e n u. a. Die wesentlichen Korrelationen zwischen Vorgetragen auf dem 3. I n t e r n a t i o n a l e n Chemiefasersymposium in Dresden a m 3. Dezember 1970.

der SLrukLur, ihren E n e r g i e k e n n w e r t c n und den E i g e n s c h a f ten von polymeren F e s t k ö r p e r n können durch das in B i l d 1 angegebene G r u n d s c h e m a dargestellt werden, aus dem der komplizierte Z u s a m m e n h a n g dieser Korrelat ionen anschaulich hervorgeht. Die zunehmende Anwendung orientierter polymerer S y s t e m e , wie ChcmiefasersLol'fe, Filme, nadeiförmige Kristalle, fordert die B e a n t w o r t u n g von F r a g e n , die mit der Vorhersage von E i g e n s c h a f t e n , der B e s t i m m u n g der GrenzwcrLe von E i g e n s c h a f t e n , dem Auffinden optimaler W e g e für die F o r m g e b u n g und mit der Aufklärung der Ursachen für die E i g e n s c h a f t s a b w e i c h u n g e n von vorhergesaglen W e r t e n verbunden sind. Da es n i c h t möglich ist, die vielgestaltigen E i g e n s c h a f t e n , oder auch nur die mechanischen E i g e n s c h a f t e n , und deren Beziehung zur S t r u k t u r gleichzeitig zu erfassen, b e s c h r ä n k e n sich die vorliegenden B e t r a c h t u n g e n vornehmlich auf die mechanischen Grenzeigenschaften und einige andere m e c h a nische E i g e n s c h a f t e n hochorientierter S t r u k t u r e n . Struktur

und

bildenden

energetische

Wechselwirkungen

in

Die h o c h k o m p l e x e mechanische E i g e n s c h a f t e n weisenden

faden-

Polymeren polymeren

Faserstoffe

haben

orientierte amorph/kristalline Struktur. Ihr

eine

nachhoch-

Kristallini-

t ä t s g r a d b e t r ä g t gewöhnlich 6 0 bis 9 5 % , und der mittlere Bild 1. Schematische Darstellung der Beziehungen zwischen S t r u k t u r und Eigenschaften von polymeren Festkörpern 1

Faserforsrhuiiii

molekulare metrische

Orientierungswinkel Werte

zur

Struktur

ist der

2

bis

8°.

Geo-

Polymermoleküle,

Faserforschung und T e x t i l t e c h n i k 22 (1971) H e f t 4

172

Perepelkin: Beziehung zwischen der Struktur und einigen mechanischen Eigenschaften von Faserstoffen vom Gesichtspunkt der Festkörperphysik

zur K o n f i g u r a t i o n der P o l y m e r k e t t e n oder -schichten und zum Aufbau der kristallinen Bereiche der P o l y m e r e n liegen nahe bei den entsprechenden W e r t e n analoger niedermolekularer \ erbindungen und sind in der L i t e r a t u r [1 bis 18] angegeben. Die polymeren F e s t k ö r p e r sind durch eine große Vielgestaltigkeit der übermolekularen S t r u k t u r charakterisiert, die in letzter Zeit eingehend u n t e r s u c h t wurde [13, 19 bis 2(i]. F ü r hochorientierte polymere S y s t e m e ist das \ orliegen von B ü n d e l n und fibrillären S t r u k t u r e n mit r e c h t weitgehender Orientierung längs der F a d e n a c h s e charakteristisch. Hei diesen S t r u k t u r e n , die Querschnittsabmessungen von ungefähr 50 bis 3 0 0 Ä haben, b e o b a c h t e t man einen deutlichen W e c h s e l von kristallinen und amorphen Hereichen m i t einer Periode von etwa 100 bis 700 A. Von einer R e i h e von Autoren wurde gezeigt, daß in den kristallinen oder geordneten F a d e n b e r e i c h e n gefaltete S t r u k t u r e n vorliegen, woraus folgt, daß die Anzahl der durchgehenden K e t t e n im Fibrillenq u c r s c h n i t t in den amorphen Bereichen geringer ist als in den kristallinen und im Grenzfall 1/2 bis 1/3 der Anzahl der K e t t e n in den kristallinen Bereichen betragen k a n n [10, 19, 20, 21, 2(> bis 35], F ü r die zwischena t o m a r e n und zwischenmolekularen Wechselwirkungen in P o l y m e r e n charakteristische W e r t e sind in verschiedenen Literaturquellen [3, 6, 8, 14, 3(i bis 47] angegeben. P o l y m e r e Faserstoffe sind typische V e r t r e t e r heterodynamischer S t r u k t u r e n , die zwei Arten von Bindungen m i t unterschiedlichen Energien aufweisen, nämlich eine zwischenatornare in der Größenordnung von 2 0 0 bis 500 k.J/mol und eine zwischenmolekulare in der Größenordnung von 4 bis 40 kJ/mol. Demzufolge liegt in orientierten polymeren Faserstoffen neben der Anisotropie der geometrischen F o r m und Anordnung der Makromoleküle und übermolekularen S t r u k t u r e n auch eine Anisotropie der strukturellen K e n n w e r t e für die E n e r g i e n und K r ä f t e vor. In den letzten J a h r e n wurde gezeigt, daß n i c h t nur h e t e r o d y n a m i s c h e lineare P o l y m e r e die Grundlage zur Herstellung biegsamer F ä d e n sein können. Vielmehr ist die Herstellung solcher F ä d e n auch auf der Grundlage von h e t e r o d y n a m i s c h e n schichtförmigen „zweidimens i o n a l e n " P o l y m e r e n , wie Graphit, B o r n i t r i d u. a., möglich. Zur B e t r a c h t u n g der Korrelationen zwischen der S t r u k t u r und den Eigenschaften ist eine Reihe von

Tabelle 1. Einige Art des Polymeren

Polyät hylen Polypropylen Polyacrylnitril Polyvinylalkohol Polycaproamid Polyoxyme thy len Poly ä I liylenlei'epht lialat Cellulose Oellulosetriacetal Graphit

strukturelle

i • 10- 4 1 /cm2

vk

5,5 2,85 3,35---3/i5 4,8 5,5 5,8 4,85 3,1 1,5 10,5

65 •••90 55 •••90 klein 65 •••70 «•••70

%

40 •••00 40 •••60 15---20 -

strukturellen K e n n w e r t e n der P o l y m e r e n sehr wichtig [43, 44]. Zu ihnen gehören a) die Anzahl der in dicht gepackten S t r u k t u r b e r e i c h e n durch die Querschnittseinheit hindurchgehenden Molekülketten i, b) der K r i s t a l l i n i t ä t s g r a d V j , c) die Dissoziationsenergie der chemischen Bindungen pro mol Um und pro Volumeneinheit des P o l y m e r e n ^ sp > d) die zwischenmolekulare Wechselwirkungscnergie pro mol der Grundeinheiten Dm und pro Volumeneinheit U s p des P o l y m e r e n , e) die E i n f r i e r t e m p e r a t u r des P o l y m e r e n Tg, f) die B i e g s a m k e i t des P o l y m e r e n und einige andere Kennwerte. Die K e n n w e r t e sind für einige P o l y m e r e in T a b e l l e 1 verzeichnet. Sie können zu einer R e i h e mechanischer F a d e n e i g e n s c h a f t e n leicht in K o r r e l a t i o n gebracht werden. Die wichtigsten strukturellen K e n n w e r t e von Polymeren sind diejenigen Größen, die die zwischenmolekularen Wechselwirkungen und die E i g e n b i e g s a m keit der P o l y m e r k e t t e n charakterisieren [2, 3, 8, 11, 43, 44, 4 8 bis 54]. U m K o r r e l a t i o n e n zu den m e c h a n i s c h e n E i g e n s c h a f t e n aufzustellen, erwies es sich als notwendig, eine neue Größe einzuführen, nämlich die spezifische Volumenenergie Dsp der zwischenmolekularen Wechselwirkung in P o l y m e r e n [43, 44], bezogen auf die Volumeneinheit der regelmäßig g e p a c k t e n S t r u k t u r b e r e i c h e in P o l y m e r e n . W i e nachfolgend gezeigt wird, k a n n diese Größe leicht zu einer R e i h e von mechanischen Eigenschaften der P o l y m e r e n in K o r r e l a t i o n gebracht werden. Diese K o r r e l a t i o n b e r u h t darauf, d a ß auch die mechanischen E i g e n s c h a f t e n durch auf das Volumen der P r o b e oder die Querschnittseinheit der P r o b e mit vorgegebener L ä n g e bezogene Größen ausgedrückt werden können. Zum Vergleich der E i g e n s c h a f t e n von P o l y m e r e n oder Faserstoffen ist es in m a n c h e n F ä l l e n erforderlich, die E i g e n b i e g s a m k e i t der Molekülketten zu kennen, die durch den P o t e n t i a l w a l l der R o t a t i o n und die Energiedifferenz von R o t a t i o n s i s o m e r e n b e s t i m m t ist ¡3, 8, 12, 48, 5 5 bis 58], Durch Anwendung der für niedermolekulare Verbindungen b e k a n n t e n W e r t e kann man auch für P o l y m e r e eine etwa entsprechende Reihenfolge für die freie R o t a t i o n um verschiedene chemische Bindungen, entsprechend der A b n a h m e der freien

Kennwerte um kJ/mol 250 •••320 230---270 200--215 250---315

von fadenbildenden L'sp kJ/cm 3

Dm kJ/mol

18---23 13--14.5 9--- 9,5 15---19,5

8 , 4 - •10,9 1 0 , 1 - •17 27 •• •28,5 3 3 , 5 - •42 4 6 •••65 7 , 1 - •10,9 46 •• •61 78 •• •94 43 •• •61 42

—

—

190

9,5

—

—

—

—

460---480

Polymeren

—

—

87---90

Dsp k J /cm3 0,300,280,631,030,5 •• 0,360,350,750,218

0,39 0,37 0,71 1,3 0,71 0,54 0,45 0,92 0,38

°C — 70 -100 — 12 20 7 5 - " 100 7 5 " - 130 40... 50 -70 80 60-•• 100 2 2 0 " ' 270 1 6 5 - " 170 -

F a s e r f o r s c h u n g und T e x t i l t e c h n i k 22 ( 1971) H e f t 4

173

Perepelkin: Beziehung zwischen der S t r u k t u r und einigen m e c h a n i s c h e n E i g e n s c h a f t e n von FasersLot'i'en vom G e s i c h t s p u n k t der F e s t k ö r p e r p h y s i k

R o t a t i o n , aufstellen: C - 0

gewichtslänge der B i n d u n g /0 entspricht, gilt

< C-N < C-C < C = C
2-B2< ) 3 - P h a s e n

für

be-

die

nachgewiesen

ab-

werden

k o n n t e n . Iis e r h e l l t sieh n u n die F r a g e , ob die g e z e i g t e n Erscheinungen Wendel

insbesondere im

auch

auf

(z. B . A - G l a s s e i d e n ) Mit

Hille

der

erkannt

streifigkeit

( B i l d 2(i)

(Bild 27)

werden,

daß

nungsbildes seiden

a u f die

Si(),-

zutreffen. werden, bis

zu

reichten.

gleiche

die

von

angedeuteten

Deshalb

kann

Quer-

Schraubenangenommen des

C.harakleristika

Zusammensetzung

konnten

einfacher

Gesetzmäßigkeiten

morphologischer

anderer

Hinblick

Cdaszusammensetzungen

Ilochtemperaturmikroskopie

Strukturen linien

andere

ebenfalls

Erscheifür

Glas-

zutreffend

sind. Mit

der hier auf experimenteller

Modellvorstellung

ist

man

in

der

Basis Lage,

entwickelten einige

Eigen-

s c h a f t s a b h ä n g i g k e i t e n b e s s e r z u b e g r ü n d e n : so z. I i .

Bild 2 2 a u n d b . H o c h t e m p e r a l u r - U i c l i t n i i k r o s k o p i s r l i c Aufn a h m e e i n e r E - G l a s s e i d e (9 [¿in) m i t S c h r a u b e n l i n i e n e l ' f e k l

i ! i l d 2 ' i . E - C l a s s e i d c (9 ¡¿ni) mil A b s c h ä l e l f c k t e n d e r M a n t c l zone

F a s e r f o r s c h u n g und T e x t i l t e c h n i k 22 (1971) H e f t U

201

Wiedemann:

Untersuchungen zur Morphologie der Glasseide

-f

V

V

W

W

W

W

W

W

Bild 26.

2

J loch tempera tur-Lich tmikroskopische e i n e r A - G l a s s e i d e (9 [im] — „Querstreifigkcit" —

Aufnahme

ifBW

3 B i l d 25.

Stark

vereinfachte Modellvorstcllung Wendelstruktur

der

Si()2-

— die Abhängigkeit der Festigkeit von clicinisehen und thermischen Behandlungen sowie von Alterungseinflüssen, — die Auswirkungen des thermischen \ crdielitungseffekts, wonach durch Thermobehandlungen der Glasseide die Dichte, der Brechungsindex, der IiModul, die thermische Leitfähigkeit und die spezifische Wärme ansteigen, — der Fragenkomplex der chemisch bewirkten Kontraktion. In einem ReferaL anläßlich des 4. Wissenschaftlichen Kongresses ,,Glas — Glasseide — feuerfeste K e r a m i k " 1.!)(W in Leipzig äußerte liobelh im Rahmen der Diskussion der Eigenschaften thermohehandelter Glasfäden die \ ermutung, daß hierdurch die beim Spinnprozeß gestreckten Si—O—Si-Elemente ihren natürlichen gewinkelten Lagezustand wieder einnehmen |9]. Diese Einschätzung kann heute mit höherer Sicherheit angenommen werden. Auch die von 1 ogi'l [10j aufgestellte Hypothese, nach der die die Festigkeit maßgeblich beeinflussenden Kcrbstellen bzw. Griffith- l aschen mit den Phasengrenzen tröpfchenföriniger Mikroentmisehungsbezirke in Verbindung gebracht werden, gewinnt an weiterer Beweiskraft. Es können ferner die von Sla;/ter III], Prehna und Mu-hener f l 2 | sowie Zarzyrki und Mezard [131 geäußerten Vermutungen über das Vorhandensein gewundener Kettenstrukturen bei der Glasseide bestätigt und, wie dargelegt, präzisiert werden. Wir sind heute nicht in der Lage, die beschriebenen Phänomene wissenschaftlich hinreichend zu klären. Der \ ersuch, die Entstehungsweise qualitativ zu deuten, soll jedoch unternommen werden. Die Skizze 1 in Bild 28 soll uns als Modell für den soeben die Düsenöffnung verlassenden Glasseidenfaden dienen. Die Deformation ist mit einer Volumenvergrößerung verbunden. Der Herstellungsvorgang ist mit einer Oberflächenvergrößerung gleichzusetzen es wird Arbeit gegen Oberflächenenergie v e r " richtet.. Mit der Oberfläehenvergrößerung tritt, eine adiabatische Abkühlung der Oberfläche ein, hinzu

B i l d 27.

IIoehtemperatur-Lichtmikroskopische Aufnahme e i n e r A - ü l a s s c i d e (9 p.m) — „angedeutete Schraubenlinien" —

kommt noch die gleichsinnig wirkende Abkühlung durch Leitung und Strahlung [14]. Das hat zur Folge, daß die Fadenoberflächenzone erheblich zäher ist als das Fadeninnere, an der Oberfläche also bereits das Einfrierstadium beginnt. Die Oberflächenzone erreicht die Temperatur des Transformationsintervalls, und bei weiterer Abkühlung wird die Kontraktion der Oberfläche geringer. Das Fadeninnere zieht sich wegen seiner noch über T 0 liegenden Temperatur stärker zusammen. Wir wollen dies durch die Skizze 2 des Modells versinnbildlichen. Dieser Prozeß schreitet weiter fort, bis auch das Fadeninnere T0 unterschreitet, der Endzustand ist erreicht. Man erkennt die sich ausbildende Schraubung. Hierzu soll einschränkend vermerkt werden, daß diese grobe Vorstellung nicht annähernd die ganze Komplexität der Fadenbildung widerspiegelt, sie sollte jedoch eine gewisse Denkhilfe darstellen.

Bild 28. Modell für die E n t s t e h u n g der

Schraubenlinie

F a s e r f o r s c h u n g u n d T e x t i l t e c h n i k 11 (1971) H e f t 4

202 W iedemann:

riilersuchungcn zur Morphologie der (llasscule

D u r c h d r i n gi-u n gi- im Interesse der Weiterentwickhinob b e a c h t e t werden müssen. Herrn Professor D r . - I n g . haliil. Ilobeth sowie den Herren Dr. Marthel, Dr. h'renzel und Dr. daeobasch bin ich für förderliche Diskussionen d a n k b a r , ebenso Herrn Dr. Müller von der 'I I Dresden. F r a u b ischer und Fräulein Malzhe bei reuten technische A r b e i t e n mit großer S o r g f a l t , auch ihnen gilt mein herzlicher D a n k . Lilerttliir

Iiild 29.

Wcndelarlige Erscheinungen Polyäthylen [17J

an

ausgespnl/.lem

B e i der B e t r a c h t u n g dieses morphologischen P h ä n o m e n s der Glasseide k a n n m a n nun gewisse P a r a l l e l e n zur S c h m e l z t e x t u r bei C h e m i e f a s e r s t o f f e n aus organischen P o l y m e r e n e r k e n n e n . Die von Vmogradov 15] bzw. White Ki] v e r w e n d e t e elastische Iteynolds-'/.nhl bzw. AicWeiflenherg-Zahl z u m S t u d i u m der F r s c h e i n u n gen der S c h i n e t z t e x t u r geht b e k a n n t l i c h z u r ü c k auf die ain oben g e n a n n t e n -Modell a u f t r e t e n d e n S p a n n u n g e n . E s k o n n t e m e h r f a c h gezeigt werden, in letzter 1 Zeit von Mengen und dohannaber [17J, daß und wie bei Ü b e r s c h r e i t u n g einer b e s t i m m t e n S c h e r g e s c h w i n d i g k e i t wendelartige Frscheinungen auftreten. Bei Überschreiten eines u. a. v o m B a s i s m a t e r i a l (in diesem F a l l e P o l y ä t h y l e n ) a b h ä n g i g e n S c h w e l l w e r t e s wurden die im Bild 2 9 gezeigten F o r m e n in folgenden S t a d i e n e r h a l t e n : — —

V e r f o r m u n g zu einer wendeiförmigen K o n f i g u r a t i o n , abwechselndes Austreten relativ glatter Teilstücke, u n t e r b r o c h e n d u r c h s t a r k v e r w i r b e l t e , kürzere Zonen, — u n r u h i g e r S t r a n g , der aus linsenförmigen Teilen bestellt. A u c h an S e h m e l z s p i n n f ä d e n k ö n n e n zum T e i l dera r t i g e E r s c h e i n u n g e n e r k a n n t werden. E i n e Analogie hierzu wäre u n t e r Hinweis auf Dolmetsch [18] d e n k b a r , der c h a r a k t e r i s t i s c h e F ä l t e l u n g e n , QuerstreifigkeiL und S c h r ä g v e r s c h i e b u n g e n an P o l y a m i d - , P o l y e s t e r - und P o l y a c r y l n i I rilfaserstoffen f e s t s t e l l t e . I n t e r e s s a n t ist m diesem Z u s a m m e n h a n g ein Hinweis von A.slanoi'a I 1 0 j , die a n n i m m t , daß „ K e t t e n " in der G l a s s c h m e l z e v o r h a n d e n sind, die sich beim Z i e h v o r g a n g faseraxial orientieren. Dieser V o r t r a g sollte über einige neue U n t e r s u c h u n gen an G l a s f ä d e n b e r i c h t e n und dabei A s p e k t e der Bes o n d e r h e i t e n der G l a s s e i d e n s t r u k t u r im \ ergleich zum Basisglas sowie der Morphologie der Glasseide herausa r b e i t e n . G e m e i n s a m k e i t e n zwischen den F o r s c h u n g s g e b i e t e n der C h e m i e f a s e r s t o f f e und der Glasseide wurden in der V e r g a n g e n h e i t trotz g e g e b e n e r Spezifik m e h r f a c h e r w ä h n t . Iis wird a n g e n o m m e n , d a ß a u c h der S t o f f v e r f o r m u n g s - und -Veredlungsprozeß für beide G e b i e t e P a r a l l e l e n aufweist, die durch wechselseitige

[1] löget, II'..' Struktur und Kristallisation der (¡läser. Leipzig: Verlag' I'. (¡rundsloffind. 1965. [2] Scholz?, //.: Glas. Braunsehweig: Yieweg Sohn 19(15. ¡3] Aslanot'a, M. S.: Zugfestigkeit der (ilasseiden und der Seiden aus glasigem Si< >2 in A bhängigkei t vom Oberl'lächenzusfand und von der Mikrost rukI nr. Yerres el Kel'r. 22 (1%8) ('., S. » 8 5 - 5 8 « . |'l] .[stunovu, \l. S., l'ostniktH', l . ,S\, Balasov, du. S., Ivanov, -V. 1'., und Saina, Z. /.: Relaxal ionscrscheinungen in leinen (¡lasseiden. Abdruck der Vorträge aul' der V. tinionskonferenz über den (Ilaszusland (2(1. bis .'}(). 5. 19(19 in Leningrad). [5] Otto, II". Ii.: Compaelion efl'ecls in glass l'ibers. .1. anier. cerain. Soe. 4 1 (1901) S. (18- 72. [Ii] Bloch, K. /.: Thermische Ausdehnung und Struktur der Glasseiden. Jzv. Akad. Xauk S S S K , Ser. .N'eorg. mal. 2 (19(1(1) 7, S. 1 2 8 0 - 1 2 8 ' i . [7] Shevelevie, Ii. S.: Paraniagnelisehe Elektroncnresonanz in (¡lasfasern. Izv. Akad. S a n k S S S R , Ser. Xcorg. mal. 2 (196(1) 2, S. 3 9 0 - : ) ! ) ' . . [8J Bobeth, IV., und Schöne, A.: .Mikroskopische l'nlersuchungen an (¡laslascrsloffen. Fascrforsch. u. Texlilleehnik 17 (1966) 5, S. 21^. —220. [9] Bobeth, M ' . : Zur wachsenden Jicdeutung der (¡lasseide. Silikallechnik. Soiiderheil zum 4. wiss. Kongrel.1 „(.¡las — (¡lasseide — i'eueri'este Keramik'' Leipzig März 1968, S. 51 — ti'i. [10] \'ojiel, II'.: Zur mechanischen Festigkeit des (¡lases. Z. Chemie 4 (19(14) 5, S. 190 — 192. [11] Slayter, (!.: Strengt Ii ot' glass. liull. amer. cerain. Soe. 31 (1952) S. 27ti — 278. [12] I'rebus, A. /ix CTa^Hfix

npoueoea

lix

n p o n 3 u o A C T i 3 a n p i i n o M o m n i i M i J i x o r e M n e p a T y p n o i i c o p ö i ^ H H a w r a , p x y T i i o t t n o p o M C T p m i h p a ^ j i n n i i b i x MeTo;i,on M3MepeiiMH IiaTHHieilMH

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otom o c o ö o e BiiHMaiiM© ö b i j i o y ; t e ; i e i i o o n p e ^ e j i e H H i o bjthhiihh n o B e p x i i o c T H o r o B HHTH JKHJKOI1