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German Pages 62 [69] Year 1972
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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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Bitte besuchen Sie uns zur Leipziger Messe VEB F E T T C H E M I E - K A R L - M A R X - S T A D T / D E U T S C H E D E M O K R A T I S C H E REPUBLIK
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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rOBeHIIOCTH BOJIOHOH. B /jaJIbHeßllieM paCCMaTpHBaiOTCfl BJIHHHHe yCJIOBHH OnblTOB H 9JiaCTH4eCKHX CBOHCTB KpHCTajijiH^ecKHx oöJiacTeii CTpyKTyp na Bejinnmiy MoayjiH ae^opMaijHH, a TaKHkmojicKyjiflpubix B3anMooTHomeHHfl. B aanjitoneHne H3JiaraioTcn (¡)W3HLtecKne ocnoBbi np0M3B0ÄCTBa bojiokoii c XOpOIIIHMIi Mexa?IH4eCKHMH CBOßCTBaMM. Relationsidf) View
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
hjiotiiocth.
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