Verfahren und Vorrichtung zur Prüfung physikalischer Eigenschaften von Einzelfasern von Faserstoffen. Die Prüfung der textilen Eigenschaften von Einzelfasern von Faserstoffen, insbeson dere der Zellwolle, erstreckt sich hinsichtlich ihres physikalischen Verhaltens zur Zeit auf die Ermittlung der nur auf einige Prozente genau zu messenden Feinheitsnummer, der Festigkeits- und Dehnungseigenschaften (be schränkt auf Zug und gniekung), sowie der Stapelbestimmung. Weitere Prüfverfahren für Einzelfasern sind - abgesehen von den mikroskopischen Bestimmungen - bislang noch nicht bekannt geworden.
Andere wichtige Fasereigenschaften, wie z. B. die für die Verspinnbarkeit massgebende Kräuselung und Weichheit, konnten bisher zahlenmässig noch nicht mit genügender Ge nauigkeit ermittelt werden. Die Erfindung hat die Prüfung von Einzelfasern zum Ge genstand, insbesondere ,der Kräuselung bezw. <B>EI</B> ntkräuselung der Fasern, wobei:
unter Kräu- selnng die Bogigkeit einer Faser und- unter Entkräuselung die physikalische Zustands änderung zu verstehen ist, durch die die Faser<B>a125</B> dem normalen Zustand ,der Bo- ,gigkeit in den Zustand der völligen Gerad- richtung versetzt wird.
Hierbei ist die Fest stellung des Entkräuselungspunktes von Be deutung, das heisst des Scheidepunktes, bei dem die bogige Faser in die völlige Gerad- richtung übergeführt ist und bei weiterer Streckung die Substanzdehnung, das heisst die Dehnung, die sich auf alle Teile eines Faserquerschnittes ,gleichmässig erstreckt, be ginnt.
Erfindungsgemäss wird der Kräuse- lungsgrad der Faser, :das heisst das Verhältnis der Summe aller Einzelbogenlängen der Fa ser zu,der Höhe des durch die Kräuselung-ge- gebenen Raumgebildes, dadurch ermittelt, dass die einzelne Faser mit einer zugleich als Mess- und Belastungsinstrument dienenden Waage, mit der sehr kleine Kräfte, min destens 0,1 mg, .gemessen werden können,
ver- bunden und allmählich belastet wird. Darauf wird die Längenzunahme der Faser und mit Hilfe von verschiebbaren Abgrenzungs- linien quer zur Faserachse der Nrä uselungs- durehmesser ermittelt.
Unter Kräuselungs- durehmes ser wird der weiteste Seitenabstand der Bogen einer Faser verstanden. der als Ab stand zweier Taubenten gemessen, wird, die das durch die Kräuselung "e.-ebeno 1Zatun- gebilde berühren.
Vorteilhaft werden an der Waage nacheinander zunehmende Belastun ben und Entlastungen eingestellt, wobei nach jeder Belastung und Entlastung die Ein- ;n bis zum Erreichen der Nullstellung -des Waagearmes verstellt wird.
Da die bei der Prüfung eintretenden Zu standsänderungen und zum Teil sehr feinen Fasern mit blossem Auge nicht mit genügen- der Genauigkeit beobachtet werden können, kann eine besondere auf dem Prinzip des Mi kroskopen beruhende Vorrichtung vorgesehen werden, wobei zweckmässig die durch das Mi- kros@hop belaubenden Lichtstrahlen auf einen Schirm mit gegeneinander verschiebbaren Skalen projiziert werden.
Die erfindungsgemässe Prüfung der Ein zelfasern geschieht mit einer Vorrichtung. die im wesentlichen aus einer Waage mit sehr feinem Messbereieh, die die Bestimmun; von Kräften von mindestens 0,1 mg gestattet, einer in senkrechter und waagrechter Rich tung messbar zu verschiebenden Einspann- vorrichtunb und einer senkrecht zur Faser achse messbar zu verschiebenden auf dem Prinzip des Mikroskopen beruhenden Beobach tungseinrichtung besteht.
Eine beispielsweise Ausführung der Vor richtung ist in der Zeichnung dargestellt. Fi.g. 1 zeigt die erfindungsgemlsse Vor- richtung in der Ansicht; in Fig. 2 ist die Vorrichtung in Draufsicht dargestellt.
In der Zeichnung ist als Beispiel für eine Waa ;e mit sehr feinem Messbereich eine Tor- sion.swaage dargestellt mit einer Skala 1 und einem Waagearm \i, an dein sich die obere Eiuspannklemme für die Faser befindet.
Die @Vnaäe besitzt noch einen zweiten "@aaöearm :für Gewichtsauflage und einen \pannungs- liebel 4. 5 stellt den Arretierunbshebel der Waage dar.
Gegenüber der oberfit Einspann- kleninio (i befindet sich die untere Einspann- Meinine i, an der eiriit Mikrometerschraube angebracht ist, durch die e:
möglich ist. die Klemmen, und zwar der Waage und der Einspannvorricbtun-. voneinander messbar zu verschieben. Zwischen den 1"inspanulklein- ineit fi und 7 befindet .;
ich die eingespannte Faser 19. 8 bedeutet die Skala zum lesen der vertikalen Ve rschiebun g der untern Einspannklemme, das heisst der vertikalen L < iiröen7unahme der Faser. Mit 8n ist der Versehiebungsnrechani#irms der vertikalen Längenmessung dargestellt.
Die Klemmen sind nicht nur in senkrechter, sondern auch in jÄ7zia"reehter Rielitung Hierzu dient der seitliche Versehiebun-sn,eelianismus 1(l des Län(-renniessgeriites.
Die Einspannvorrichtung ermöglicht es ferner, dass die zu unlersucliende Faser wäh- rend der Prüfung in eine Flüssigkeit ein- tattehen kann.
Da= Flüssigkeitsgefäss ist finit !) bezeichnet. Hierlici kann die Flüssig- keit durch ein in das Fliissi,rkcitsgefäss ein- gebautes Heizelement auf höhere Tempera- lurt,n gebracht, und nntirenfalls gehalten erden. Das Heizelement dient bei leeren Gefässen zur Lufterhitzung.
Die auf dem Prinzip des Mikroskopen beruhende Vorrichtung ist wie folg l.- aus gebildet: Einseitlich von der Einspannvorrichtung waagrecht angeordnetes Mikroskop besitzt eine Optik, deren vorderste Linse eines 0l)- jekt.ives 13 so weit von dein zu betrachten den Objekt 19 absteht. dass das Flüssigkeits - gefiiss 9 noch zwischen Objekt und Objektiv geschoben werden kann.
Dies geschieht in der Weise, dass das Wassergefiiss über die ge krümmte untere Klemme und weiter über die Faser geschoben wird, so dass diese bis zu einem Abstand von 1 mm von der obern Klemme im Wasser hängt und völlig durch- netzt ist. Hierbei ist die untere 1ilemmo an einer Stütze befestigt. die etwa U-förmig aus- g 'bildet wird und ohne Abc1ichtung von oben e C her in das Wassergefäss hineinreicht.
Als Lichtquelle 11 dient eine kleine elek- trischio Glühbirne mit kleinster, praktisch be- langlo.ser Wärmeausstrahlung, wobei das Licht über einen Projektionsspiegel 1? zu dem Objektiv und von dort zu dem Okular 14 geleitet wird. Das Licht kann durch einen Kondensor gesammelt werden. 15 stellt eine Messtrommel mit gegeneinander verschieb baren Skalen zur Bestimmung der Abgren zungslinien für den Kräuselungsdureh- messer dar.
Mit der Schraube 1.6 kann die optische Einrichtung in .seitlicher Richtung und mit der Schraube 17 in vertikaler Rich tung verschoben werden. Um das Auge des Beobachters vor Ermüdungserscheinungen zu schützen, können auch die durch das Mikro skop gelangenden Lichtstrahlen durch ein Prisma senkrecht nach unten gebrochen und auf einen ,Schirm projiziert werden, der zwei gegeneinander messbar verschiebbare Skalen enthält. Wesentlich bei .der mikroskopischen Einrichtung ist ihre Verschiebungsmöglich keit in Faserläugsrichtung über die ganze Einspannlänge.
Die hochempfindliche doppelarmige Tor- siouswaage soll eine untere Gebrauchsgrenze von mindestens 0,1 mg aufweisen. Die Ver schiebung des gesamten Gerätes in seitlicher und Längsrichtung gegenüber der obern Einspannklemme soll eine untere Gebrauchs grenze von 0;01 mm besitzen, und durch .das auf dem Prinzip des Mikroskopes beruhende optische Gerät sollen die parallelen Abgren zungslinien, die als Tangenten in Richtung der Aufspannachse an das Faserbild gelegt werden, von 0,001. zu 0,001 mm messbar ver schiebbar tsein.
Beispiel <I>1:</I> Kräusedungsbestimmung: Die Ermittlung der Kräuselungseigen- schaften nach :dem vorliegenden Verfahren geht nun von der Feststellung zweier völlig neu geschaffener Begriffe aus, nämlich dem Kräuselungsdurchmesser und dem Entkröac selungspunlct. Die zahlenmässige Festlegung dieser beiden Begriffe, welche für die Unter- suchungen nach dem erfindungsgemässen Ver fahren entscheidend sind, geht nun folgender massen vor sich:
Die zu prüfende Faser 19 wird zwischen den senkrecht in bestimmtem Abstand über einander stehenden Klemmen 6 und 7 in un- entkräuseltem Zustand eingespannt. Die un tere Klemme ist an -dem Längenmessgerät be festigt, während die obere Klemme am Waagearm 22 aufgehängt und dort durch das Gegengewicht des zweiten Waagearmes 3 ausgeglichen ist.
Die Prüfung erfolgt in der Weise, dass an der Waage nacheinander zunehmende Be lastungen eingestellt werden. Die Längen zunahme nach jeder Belastung wird durch AbuTä.rtssehrauben der untern Klemme bis zur erfolgten Nullstellung des Waagearmes an den Skalen 8 bezw. 10 ermittelt. Gleich- eit o,
werden durch den Bewegungsmecha- z <B> </B> ig nis:mus 16 und 17 der messbar zu verschieben den Beobachtungseinriehtung 14 die Ab grenzungslinien im mikroskopischen Blick feld auf -das Bild der gekräuselten Faser A eingestellt und die entsprechenden Abstands werte als sogenannte "Kräuselung@sdureh- messer" auf der Messeinrichtung 15 abgelesen.
Die aus messbarer Kraft und Längen zunahme .gebildete Schaulinie liess nach den bisherigen Prüfverfahren den Entkräuselungs- punkt nicht erkennen. Erst die Längen zunahme, in Abhängigkeit von dem genann ten Kräuselungsdurchmesser gekennzeichnet, zeigt den "Entkräusielungspunkt" als Mün dung in eine gerade Linie, welche die Sub stanzdehnung der Faser darstellt. Nunmehr ist die gräuselungslängo erstmalig von der nachfolgenden Dehnung zu scheiden, und ,deshalb eine genaue Dehnungsmessung er möglicht.
,Sehr deutlich erkennbar wird der' "Ent- kräuselungspunkt" und die darauffolgende Dehnung aus gräuselungsdurchmesser und Längenzunahme, wenn fortschreitend be- und entlastet wird.
Nach beendigter Ent- kräuselung setzt die Dehnung immer ein, wenn :das Minimum des Kräuselungsdurch- m;essers erreicht, das heisst die Faser ge- streckt ist, was graphisch dargestellt, als jeweilige Mündung in eine gerade Linie, eben die Linie der Substanzdehnung, deutlich zum Ausdruck kommt.
Die Kräuselungsdurchmesser der im Raume gebogenen Faser hängen an sieh von dem Gesichtswinkel ab, unter dem die Fasern betrachtet werden, denn von einem bestimm ten Standpunkt aus kann der Kräuselungs- durchmesser nur in einer Projektion fest gestellt werden. Unter beliebig andern Ge sichtswinkeln betrachtet, kann das Kräuse.- lungsgebilde andere Werte zeigen.
Da sieh jedoch diese Werte bei fortgesetzter Ab nahme der Kräuselung einem einzigen stets gleichen Minimum nähern, nämlich dem Entkräuselungspunkt, so kann der Kxäuse- lungsdurchmesser im allgemeinen unter eineira beliebiäen Gesichtswinkel gemessen werden.
denn zur endgiiltiben Errechnung des Krä.use- lungs-,vertes dient die Kraft und Längen zunahme bis zu dem Entkräuselungspunkt, während die Kräuselung sdurehmesserwertc nur zur Bestimmung des Entkräuselungspunk- tes hinzuführen haben und dann vernach lässigt werden können.
Die wesentliche Neuheit: der genauen Auffindbarkeit des Entkr*iu-elungspunktes ermöglicht weiterhin die Scheidung von Kräuselungselastizität und Pehnungselastizi- tä t.
Die Kräuselungselastizität ist die Fä hig- keit der Faser, nach der Entkräuselung und darauffolgenden Entspannung wieder in die ursprüngliche oder in eine Lage mit verän derter Raumhöhe zurückzukehren. Grund lage jeder Bestimmung von Elastizität ist der sogenaauite Messpunkt, der innerhalb der Grenzen vollkommener Elastizität liegen muss, theoretisch mit dem Ausgangspunkt oder Nullpunkt identisch sein müsste,
aber infolge Naterialstörrigkeit bei bisherigen Nessungen notgedrungen mit geringen Vor- spa.angew achten aufgenommen wurde. die für Einzelfasern nicht eindeutig festgelegt waren.
Durch die exakte Auffindung des Ent- kräuselungspunktes ist die Ermittlung der elastischen Eigenschaften erst unanta:sthar ge- worden. Sie ist die Grundlage zur Berech nung der elastischen Kräuselungsarbeit sowie der elastischen Dehnungsarbeit, die das Kri terium der Vergleichbarkeit bei verschiedenen Materialien darstellt.
<I>Beispiel 2:</I> Faserfeiwheitsbesthnnnung: Die Faser wird nach Beispiel 1 entkräu- selt. In diesem Zustande kann die tatsächliche Länge aus ursprünglicher Einspannlänge zu züglich der Faserlängung bestimmt., die Fa- se r zwischen den Klemmen ausgeschnitten und dann gewogen werden.
Aus Länge und Gewicht ergibt sieh .die zugehörige Fein- heitsnummer. Beispiel <I>3:</I> Q-uell2ingsbesf,-irytiicu.icg: hie Faser wird nach Beispiel 1 entkräu- zselt. dann durch das Flüssigkeitsgefäss unter \N'asser besetzt. Es tritt eiwi Quellung ein.
die sich sowohl durch Liinbunb, als auch durch eine Vergrösserung des Querschnitts- durchmessers bemerkbar macht. Infolge der Längung nimmt die vorher ermittelte Ent- kräuselungskraft um die Quellungskraft ab, die durch .die Differenz zweier Kraftablesun- gen gegeben ist.
Die Längszunahme der Faser kann nach dem unter I. ;angegebenen Ver fahren gemessen werden, die Zunahme des (Zuersehnittsdurchmessers ist mit Hilfe der beiden gegeneinander versebiebbaren Skalen zu bestimmen.
Die Ermittlung des Entkräuselungs- puiil@tes, von dem in Beispiel 1 die Rede ist, bildet die Grundlage für weitere Prüfverfali- xen. wie der Bestimmung der Kräuselungs- kraft (Widerstandskraft der Faser gegen die Entkräuselung), Zugelastizität, Biegungs- elastizitiit (Fähigkeit der Faser, Biege dehnungen der Faser rückgängig zii machen und damit den ursprünglichen Richtungs verlauf der Faser wieder herzustellen),
fer ner der Schmiegsamkeit und Weichheit, ausserdem des Haftvermögens (Widerstand einer Faser gegen das Bestreben, sie inmitten gleicher oder andersartiger Fasermengen aus der Ruhelage zii bringen bezw. sie in Be- wegting zu erhalten); schliesslich der Q,uel- lung bezw. Schrumpfung in Längs- und Querrichtung und der Quellungs- und Schrumpfungskräfte.
Besonders erwähnt .sei auch die exakte Ermittlung der Feinheit feinster Fasern. Auch chemische Vorgänge, wie die Einwir kung von Säuren und Laugen, lassen sich neben der mikroskopischen Beobachtung gleichzeitig -durch die Messung der hierbei auftretenden Änderungen der Kraft im Ver hältnis zu der Dehnung und andern Än- derungen, verfolgen.