DE102010020182A1

DE102010020182A1 - Verfahren und Vorrichtung zur objektiven Beurteilung der Steifheit, Weichheit und Glätte von Flächengebilden und Fasermaterialien insbesondere von Fasersträhnen

Info

Publication number: DE102010020182A1
Application number: DE102010020182A
Authority: DE
Inventors: Attila Bereck; Dieter Riegel; Axel Brakelmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-05-11
Filing date: 2010-05-11
Publication date: 2011-11-17

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur quantitativen und objektiven Messung der Steifheit (bzw. Weichheit) von Flächengebilden, Fasern, Garnen und anderen Fasermaterialien wie von Faserverbunden insbesondere von Faser- und Haarsträhnen Durch das hier beschriebene Verfahren ist eine quantitative Charakterisierung und ein objektiver Vergleich verschiedener Flächengebilde, Fasern, Ausrüstungen, Veredlungsverfahren und auch haarkosmetischer Behandlungen möglich geworden. Die Messmethode erfasst die Steifheit, Weichheit bzw. Geschmeidigkeit eines Flächengebildes oder einer ganzen Haarsträhne durch eine einzige Messung. Diese Eigenschaften sind sehr komplex und werden durch das Zusammenwirken verschiedener Einflussparameter wie Biegeverhalten und Zusammenhalt – letzterer bedingt durch die Oberflächenrauhigkeit, Welligkeit und/oder Kräuselung, Reibung und ggf. Verklebung – der einzelnen Faser (Haare) im Verbund (z. B. Garn, Gewebe, Bündel oder Strähne) bestimmt. Eine subjektive Beurteilung ist aufwendig, verlangt viel Erfahrung, Zeit und Mühe von den beteiligten Personen und führt zu Ergebnissen, die begrenzt reproduzierbar sind. Sie erlaubt lediglich einen relativen Vergleich der geprüften Proben innerhalb einer Prüfreihe. Durch das neue Verfahren ist eine objektive Beurteilung der genannten Materialien möglich. Die gemessenen Werte sind wiederholbar machen es möglich, Proben nicht nur innerhalb einer Versuchsreihe sondern auch aus unterschiedlichen „Chargen” – ggf. auch mit großem zeitlichem Abstand – miteinander zu vergleichen. Das Prinzip der Messmethode und der oben erwähnten Zusatzeinrichtung wird in den Zeichnungen verdeutlicht. Die zu prüfende Materialprobe (z. B. ein Gewebestreifen oder Haarsträhne) wird zwischen den in der Zeichnung angedeuteten Stäben derart angebracht, dass die Probe diese Stäbe berührt. Die Probe wird (bevorzugt am oberen Ende) im eingesetzten Kraftmessgerät – unter Anwendung einer hierfür herkömmlich verwendeten Vorrichtung (Klemme, Nadelleiste oder Ähnliches) – befestigt. Das für die Herstellung der Stäbe verwendete Material, Durchmesser (z. B. 1 mm bis zu mehreren Zentimetern, erhöht man den Durchmesser der Stäbe, so wird der Beitrag der „Reibungskomponente” verstärkt) und Querschnitt (z. B. kreisrund, elliptisch, drei-, vier- oder vieleckig) der Stäbe können variieren (vgl. Patentansprüche), man kann bevorzugt Metallstäbe mit kreisrundem Querschnitt benutzen. Die Anzahl, Anordnung und Abstand der verwendeten Stäbe kann ebenfalls unterschiedlich sein, s. Beispiele. Es kann nützlich sein, eine Einrichtung zu benutzen, die eine varia s. Beispiele. Anschließend wird die an einem Ende befestigte Probe mit Hilfe des Kraftmessgerätes (Zugprüfgerätes) an dem befestigten Ende über eine bestimmte Strecke hinweg oder bis zu dem Punkt, wo keine nennenswerte Kräfte mehr messbar sind, gezogen (typische Kraft-Weg-Diagramme s. Beispiele), wobei die hierfür verwendete Kraft durch das Gerät (oder durch einen angeschlossenen Computer) gemessen und registriert wird. Zur Auswertung der Ergebnisse kann die bei einer bestimmten Wegstrecke gemessene Zugkraft, der Mittelwert das Integral aller gemessenen Zugkraftwerte, die maximale Zugkraft oder auch andere Methoden herangezogen werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur quantitativen und objektiven Messung der Steifheit (bzw. Weichheit) von Flächengebilden, Fasern, Garnen und anderen Fasermaterialien wie von Faserverbunden insbesondere von Faser- bzw. Haarsträhnen.
Durch das hier beschriebene Verfahren ist eine quantitative Charakterisierung und ein objektiver Vergleich verschiedener Flächengebilde, Fasern, die Wirkung von Ausrüstungen, Veredlungsverfahren und das erste Mal auch von haarkosmetischen Behandlungen möglich geworden. Die Messmethode erfasst den „Griff” (Erklärung s. u.), die Steifheit, Weichheit bzw. Geschmeidigkeit sowie die Oberflächenglätte eines Flächengebildes oder einer ganzen Haarsträhne durch eine einzige Messung.
Die oben erwähnten „griffrelevanten” Eigenschaften sind sehr komplex und werden durch das Zusammenwirken verschiedener Einflussparameter wie Biegeverhalten und Zusammenhalt – letzterer bedingt durch die Oberflächenrauhigkeit, Welligkeit und/oder Kräuselung, Reibung und ggf. Verklebung – der einzelnen Faser (Haare) im Verbund (z. B. Gewebe, Garn, Bündel oder Strähne) bestimmt. Eine subjektive Beurteilung ist aufwendig, verlangt viel Erfahrung, Zeit und Mühe von den beteiligten Personen und führt zu Ergebnissen, die begrenzt reproduzierbar sind. Sie erlaubt lediglich einen relativen Vergleich der geprüften Proben innerhalb einer Prüfreihe. Durch das neue Verfahren ist eine objektive Beurteilung der genannten Materialien möglich. Die gemessenen Werte sind wiederholbar machen es möglich, Proben nicht nur innerhalb einer Versuchsreihe sondern auch aus unterschiedlichen „Chargen” – ggf. auch mit großem zeitlichem Abstand – miteinander zu vergleichen.
Unter Fasermaterialien werden gemäß der Erfindung natürliche Fasern auf Proteinbasis (z. B. Wolle, Kaschmir, Seide, Federn von Vögeln, Humanhaar, usw.), natürliche oder regenerierte Cellulosefasern (z. B. Baumwolle, Leinen, Hanf, Viskose, Newcell usw.) und synthetische Fasern (z. B. Polyester, Polyamid, Polyacryl Polyolefin usw.) verstanden. Gemäß der Erfindung gehören Humanhaar und Faser die als Humanhaarersatz z. B. für Testzwecke oder für die Herstellung von Perücken eingesetzt werden (z. B. tierische Faser wie Yak- oder Büffelhaar oder bestimmte synthetische Faser) auch zu Fasern.
Unter Flächengebilden werden gemäß der Erfindung, wie gemäß dem Stand der Technik textile Flächengebilde, wie Gewebe, Maschenwaren (gestrickte und gewirkte) und Vliesstoffe aus cellulosischen, tierischen und synthetischen Fasern, außerdem beschichtete oder unbeschichtete Folien und Filme aus natürlichen und synthetischen Polymeren, Papier, Leder und Kunstleder, sowie die Kombinationen der beschriebenen Flächengebilden (Mehrkomponentensysteme).
Es gibt viele Möglichkeiten, einen Faserverbund aus Einzelfasern herzustellen, so z. B. durch Zusammenbinden, Flechten, Spinnen, Zwirnen, Kleben, Klammern usw. Die vorliegende Erfindung betrifft auch Garne und insbesondere Haarsträhne – hergestellt aus Humanhaar oder aus den oben erwähnten Ersatzmaterialien – die in der haarkosmetischen Industrie und Praxis gewöhnlich zu Prüf- und Versuchzwecken eingesetzt werden.
Der Griff gehört, zusammen mit Farbe und Glanz, zu denjenigen Qualitätsmerkmalen von Textilien, die für eine Kaufentscheidung zwar primäre Bedeutung haben, ihre Beurteilung jedoch von subjektiven Faktoren stark beeinflusst wird. Ebenfalls von großer Bedeutung ist die Beurteilung des Griffs (oft beschrieben auch durch die Bezeichnungen Steifheit, Weichheit oder „Geschmeidigkeit”) vom menschlichen Haar nach einer Anwendung haarkosmetischer Mittel wie z. B. Shampoos, Haargels oder Haarsprays.
Während aber z. B. die Farbmetrik eine relativ rasch zunehmende Akzeptanz in der Industrie fand und Farbe heute allgemein als eine objektiv messbare Eigenschaft gilt, hält sich die Verbreitung objektiver Meßsysteme für die Griffbestimmung von Textilien in engen Grenzen und für für die Griffbestimmung von Humanhaar ist keine Methode geeignete bekannt geworden.
Hierfür kann man unterschiedliche Gründe nennen:

– der Griff als Merkmal ist, sowohl subjektiv als auch physikalisch betrachtet, wesentlich komplexer und schwerer definierbar, als die Farbe. Bei der subjektiven Beurteilung spielen eine Reihe von Teilaspekten wie z. B. Weichheit, Oberflächenglätte, Sprungelastizität, Dicke und Wärmegefühl eine Rolle, deren Bevorzugung bzw. relative Bedeutung bei der Bildung des ”Gesamturteils” stark abhängig von relevanten Fachkenntnissen, von der Person, von der Tagesform und von der Zugehörigkeit zu einem bestimmten Kulturkreis (1, 2).

Objektive Griffbeurteilung von Flächengebilden v. a. von Textilgeweben ”Per Definition sind die einzig wahren Methoden der Griffbeurteilung die subjektiven Methoden” (1). Die Brauchbarkeit oder die Güte jeder objektiven Methode muss also daran gemessen werden, wie gut die Übereinstimmung der Ergebnisse mit der subjektiven Einstufung ist.
Eine Reihe von physikalischen Prüfmethoden für die Bestimmung des Griffes von Textilien ist vorgeschlagen worden, die Meßgrößen liefern, die jeweils einen Aspekt des Griffeindrucks erfassen und in vielen Fällen befriedigende oder gute Korrelation mit subjektiven Tests ergeben. Hierzu gehören vor allem Zug-, Scher, Biege- und Fall-Tests (1, 2–6), Prüfung der Oberflächenglätte (1, 6) und der Zusammendrückbarkeit (1, 7). Beeindruckend ist die besonders große Kreativität der Erfinder von Methoden für die objektive Bestimmung der Biegesteifigkeit (8–11).
Lo und Hu geben einen Überblick der relevanten Literatur zur Messung und mathematischer Analyse der Biege- (12) und Schereigenschaften (13) (sowie zum Mechanismus der Verformung) von Geweben und liefern einen eigenen Beitrag zu diesem Thema, indem sie existierende mathematischen Modelle mit experimentellen Daten (gewonnen aus Messungen mit Hilfe des Kawabata-Messgerätesystems, s. u.) vergleichen Die Autoren fanden auch, dass man „Drape Profile” und „Drape Coefficient” (Messgröße die man beim „Fall-Test” erhält, charakteristisch für die Gewebe-Steifheit) aus den Scher- und Biegehysteresen voraussagen kann (14).
Griff- Messgerätesysteme
1. Das Kawabata-Messgerätesystem (15, 16):
Kawabata entwickelte ein Messgerätesystem (KES-F), das im Prinzip alle eben genannten Meßmethoden, die verschiedene Aspekte des Griffeindrucks erfassen, einschließt: die Zug- und die Scherprüfung, Biegeprüfung, die Prüfung der Oberflächeneigenschaften (Reibung und Gleichmäßigkeit), Zusammendrückbarkeit und Dicke sowie seit einiger Zeit auch des Wärmeempfindens. Die Geräte und die Messmethodik wurden auch in der deutschsprachigen Literatur mehrfach beschrieben (17, 18).
2. Das FAST-Gerätesystem:
Das von australischen Wissenschaftlern (CSIRO) entwickelte FAST-Gerätesystem (19) ist erheblich weniger aufwendig als das KES-F-System, es ist aber vor allem auf die praxisnahe Voraussage des Verhaltens von Wollgeweben während der Konfektionierung ausgerichtet. Auch hier werden Zugtests durchgeführt (nur bei drei festgelegten Zugkraftwerten), eine in Diagonalrichtung durchgeführte Zugprüfung gibt Auskunft über das Scherverhalten, die Biegesteifigkeit ermittelt man nach der bekannten Cantilever-Methode (Prinzip freihängender Balken, vgl. Lit. 8), die Zusammendrückbarkeit und Dicke unter Anwendung zweier vorgewählter Belastungen.
Die oben genannten Verfahren und Messgerätesysteme weisen folgende Nachteile auf:

1. Die Anschaffung der speziellen Messgeräte ist mit hohen Kosten verbunden.
2. Die Ermittlung der Messgrößen (Durchführung inkl. Probenvorbereitung der Messung) ist arbeitsaufwendig.
3. Die Messungen bzw. Messdaten sind auch bei der Anwendung herkömmlicher Meßgeräte richtungsabhängig mit folgenden Konsequenzen: a) Messungen in unterschiedlichen Richtungen sind notwendig (Kette, Schuss, Diagonal), daher ist der Arbeitsaufwand groß. b) Die Übereinstimmung mit der subjektiven Beurteilung kann je nach Flächengebilde und je nach Prüfrichtung unterschiedlich sein. Man müsste u. U. je nach Stoffart jeweils andere Messparameter (evtl. unterschiedliche Messrichtungen) zur Bewertung heranziehen.

Auf dreidimensionaler Verformung von Geweben basierende Methoden:
Die Ringmethode:
Hierbei wird ein Gewebemuster durch eine runde Öffnung gezogen und die Zugkraft kontinuierlich gemessen (20–22) (ähnlich wie bei der Bestimmung von „Body” bei Humanhaarsträhnen). Für die Charakterisierung des Griffes (im Wesentlichen der Weichheit) werden zwei Parameter, die maximale Zugkraft und die Deformationsarbeit herangezogen.
Die Wuppertaler Methode (23, 24):
Das zu prüfende Muster wird hierbei unter Zuhilfenahme einer speziellen Spannvorrichtung (mit definierter Vorspannung) in einem Probenhalter waagerecht fixiert und anschließend durch einen am Messbalken eines Kraftmessgerätes befestigten Stempel dreidimensional zyklisch gedehnt. Die belastete Prüffläche ist kreisförmig. Zur Auswertung der Weichheit werden zwei Messgrößen, die Hysterese, die aus dem Unterschied zwischen Deformations- und Erholungskraft ergibt und die bei der maximalen Verformung gemessene Kraft ”Modul” herangezogen. Hierbei spielt die Reibung (Oberflächenglätte) im Kontakt mit Messgeräteteilen nur eine untergeordnete bzw. vernachlässigbare Rolle.
Alle bisher beschriebenen Verfahren haben den Nachteil, dass sie einer relativ aufwendigen Probenvorbereitung, Messeinrichtung und Ergebnisauswertung bedürfen.
Griff (Weichheit) von Humanhaar
Der Griff bzw. Weichheit von Humanhaarsträhnen wird von folgenden Parametern beeinflusst (25, 26):

– Biegesteifigkeit von Einzelhaaren
– Welligkeit
– Wechselwirkung einzelner Haare untereinander, die ihrerseits durch die statische Aufladung, (abhängig vom Haarzustand und von der „Ausrüstung” der Haare) von der statischen und dynamischen Reibung (letztere abhängig von der Glätte bzw. von der Rauhigkeit sowie von dem Einfluss von „Lubricants” wie Kämmbarkeitsverbesserern) aber auch durch die Welligkeit und Faserverklebungen (z. B. durch Haarspray oder Gel) beeinflusst werden.

Bis heute ist keine Messmethode bekannt, die eine objektive Bestimmung der Weichheit von Humanhaarsträhnen erlaubt. Sucht man nach einigermaßen relevanten Messverfahren, findet man nur solche die sich entweder auf die Messung von Einzelhaaren oder auf die Wirkung bestimmter haarkosmetischen Behandlungen (mit Haarsprays und Haargels, s. u.) beschränken.
Für folgende Einzelhaar-Eigenschaften sind Messmethoden beschrieben worden:

Biegesteifigkeit (27–29),
Reibung (30)
Messung der Adhäsion zwischen Fasern (31–32)
Messung der Adhäsionskraft von Verklebungen durch Haarspray (33)

Messungen an Haarsträhnen

”Body” (entspricht etwa der Kompressibilität) (34, 35)
Volumen (36–38)
”Oszillationsverhalten von Humanaarwellen” (36)
Formelastizität oder „Bogensteifigkeit” (arc stiffness) (36)
Dynamische Hairspray Analyse (für Haarsprays) (39)
”Balken-Biege-Methode” (Three-Point/Cantilever Methode Gending Device) (40, 41)

Eine große Anzahl eigener Versuche unter Anwendung verschiedener Messanordnungen zeigten ebenfalls keine Befriedigenden Ergebnisse.
Überraschenderweise wurde nun gefunden, dass mittels einer herkömmlichen – und in Industrie und Forschung allgemein verfügbaren – Zugprüfmaschine (als Hersteller hierfür seien stellvertretend Instron^® oder Zwick^® genannt), sowie einer Zusatzvorrichtung – die Gegenstand dieses Patentes ist – Messwerte erhalten werden, die eine hervorragende Übereinstimmung mit der subjektiven Beurteilung (hohe Korrelation, s. a. Beispiele) ergeben.
Durch das hier beschriebene Verfahren ist eine quantitative Charakterisierung und ein objektiver Vergleich verschiedener Flächengebilde, Fasern, Ausrüstungen, Veredlungsverfahren und auch haarkosmetischer Behandlungen möglich geworden. Die Messmethode erfasst die Steifheit, Weichheit bzw. Geschmeidigkeit eines Flächengebildes oder einer ganzen Haarsträhne durch eine einzige Messung. Diese Eigenschaften sind sehr komplex und werden durch das Zusammenwirken verschiedener Einflussparameter wie Biegeverhalten und Zusammenhalt – letzterer bedingt durch die Oberflächenrauhigkeit, Welligkeit und/oder Kräuselung, Reibung und ggf. Verklebung – der einzelnen Faser (Haare) im Verbund (z. B. Garn, Gewebe, Bündel oder Strähne) bestimmt. Auch eine subjektive Beurteilung ist aufwendig, verlangt viel Erfahrung, Zeit und Mühe von den beteiligten Personen und führt zu Ergebnissen, die begrenzt reproduzierbar sind. Sie erlaubt lediglich einen relativen Vergleich der geprüften Proben innerhalb einer Prüfreihe. Durch das neue Verfahren ist eine objektive Beurteilung der genannten Materialien möglich. Die gemessenen Werte sind wiederholbar machen es möglich, Proben nicht nur innerhalb einer Versuchsreihe sondern auch aus unterschiedlichen „Chargen” stammenden Muster – ggf. auch mit großem zeitlichem Abstand – miteinander zu vergleichen.
Das Prinzip der Messmethode und der oben erwähnten Zusatzeinrichtung wird in Zeichnung 1 verdeutlicht. Die zu prüfende Materialprobe (z. B. ein Gewebestreifen oder Haarsträhne) wird zwischen den in der Zeichnung angedeuteten Stäben derart angebracht, dass die Probe diese Stäbe berührt. Die Probe wird (bevorzugt am oberen Ende) im eingesetzten Kraftmessgerät – unter Anwendung einer hierfür herkömmlich verwendeten Vorrichtung (Klemme, Nadelleiste oder Ähnliches) – befestigt. Das für die Herstellung der Stäbe oder Rohre verwendete Material, Durchmesser (z. B. 1 mm bis zu mehreren Zentimetern, erhöht man den Durchmesser der Stäbe oder Rohre, so wird der Beitrag der „Reibungskomponente” verstärkt) und Querschnitt (z. B. kreisrund, elliptisch, drei-, vier- oder vieleckig) der Stäbe können variieren (vgl. Patentansprüche), man kann bevorzugt Metallstäbe mit kreisrundem Querschnitt benutzen. Die Anzahl, Anordnung und Abstand der verwendeten Stäbe kann ebenfalls unterschiedlich sein, s. Beispiele. Es kann nützlich sein, eine Einrichtung zu benutzen, die eine variable Anbringung bzw. Befestigung der Stäbe oder Rohre erlaubt, s. Beispiele. Die Stäbe oder Röhre können unbeweglich befestigt oder frei rotierend gelagert sein. Anschließend wird die an einem Ende befestigte Probe mit Hilfe des Kraftmessgerätes (Zugprüfgerätes) an dem befestigten Ende über eine bestimmte Strecke hinweg oder bis zu dem Punkt, wo keine nennenswerte Kräfte mehr messbar sind, gezogen (typische Kraft-Weg-Diagramme s. Beispiele), wobei die hierfür verwendete Kraft durch das Gerät (oder durch einen angeschlossenen Computer) gemessen und registriert wird. Zur Auswertung der Ergebnisse kann die bei einer bestimmten Wegstrecke gemessene Zugkraft, der Mittelwert das Integral aller gemessenen Zugkraftwerte, die maximale Zugkraft oder auch andere Methoden herangezogen werden.
LITERATUR

1) B. C. Ellis u. R. K. Garnsworthy, A Review of Techniques for the Assessment of Hand, Textile Res. J. 50, 231–238 (1980)
2) P. Gosberg, The Role of Friction in the Mechanical Behaviour of Fabrics in: "Surface Characteristics of Fibres and Textiles", Ed. M. Schick, Marcel Dekker, New York 1977, 564–575
3) M. Shiloh, Fall und Biegeeigenschaften von Geweben und Maschenwaren, Melliand Textilberichte 56, 739–748 (1975)
4) H. M. Elder, S. Fisher, K. Armstrong u. G. Hutchinson, Fabric Stiffness, Handle and Flexion, J. Text. Inst. 75, 99–106 (1984)
5) V. Subramaniam u. M. Sirakumar, An Apparatus for Studying the Shear Behavior of Fabrics, Textile Res. J. 58, 430–432 (1988)
6) J. O. Ajayi, Fabric Smoothness, Friction and Handle, Textile Res. J. 62, 52–59 (1992)
7) H. M. Elder, S. Fisher, K. Armstrong u. G. Hutchinson, Fabric Softness, Handle and Compression, J. Textile Institute 75, 37–52 (1984)
8) H. Sommer und Fr. Winkler, Prüfung von Textilien, Springer Verlag, Berlin, 1960
9) V. T. Bartels u. K-H. Umbach, Neues Messgerät zur Beurteilung der Steifigkeit von Bekleidungstextilien, Melliand Textilberichte, 2005, 869–870
10) K. Machova, P. Klug, M. Waldmann, G. Hoffmann u. Ch. Cherif, Effektive Bestimmung von Abstandsgewirken, Melliand Textilberichte, 2006, 437–438
11) A. Schenk, H. Rödel, M. Seif u. J. Martin, Identifikation von Nahtsteifigkeiten, Melliand Textilberichte, 2006, 380–382
12) Hu, J. L., Lo, W. M. a. Lo, M. T., Bending hysteresis of plain woven fabrics in various directions, Textile Research Journal (2000), 70(3), 237–242.
13) Lo, W. M.; Hu, J. L., Shear properties of woven fabrics in various directions, Textile Research Journal (2002), 72(5), 383–390
14) Lo, W. M.; Hu, J. L.; Li, L. K., Modeling a fabric drape Profile, Textile Research Journal (2002), 72(5), 454–463
15) S. Kawabata u. M. Niwa, Analysis of Hand Evalution of Woo1 Fabrics for Men's Suit Using Data of Thousand Samples and Computation of Hand from the Physical Properties, Proc. V. Int. Wool Text. Res. Conf., Aachen, 1975, Vol. V., 413–323
16) S. Kawabata, The Development of the Objective Measurement of Fabric Handle, Proc. of the Japan-Australia Joint Symp. on Objective Specification of Fabric Quality, Mechanical Properties and Performance, Kyoto, 1982, The Textile Machinery Society of Japan
17) E. Finnimore, Objective Griffbeurteilung nach dem KESF-System, Chemiefasern/Textilindustrie 32, 826–828 (1982)
18) J. H. Dittrich, D. Klee, E. Finnimore, Meßtechnische Neuentwicklung zur Qualitätsprüfung von Wolle, Internationales Textil Bulletin 1983/2, 61–84
19) C. F. Allen, T. Shaw, A. G. De Boos, N. G. Ly, Verbesserung der Qualität von Wolle durch Anwendung des FAST-Systems, Melliand Textilberichte 71, 614–618 (1990)
20) N. Pan a. K. C. Yen, Textile Res. J., 65 (1992), 279–290
21) G. Grover, M. A. Sultan a. S. M. Spivak, J. Text. Inst. 84 (1993)3, 486–494
22) A. Seidel, Griffbewertung von Strumpfwaren mit dem ITV-Griff-Tester, Melliand Textilberichte, 82 (2001), 491–494
23) S. Dillbohner, H. Mitze, B. Weber, D. Riegel, A. Brakelmann, A. Bereck, Verfahren und Vorrichtung zur Beurteilung der mechanischen Eigenschaften (Kraft-Dehnungsverhalten) und insbesondere der Weichheit von (dehnbaren) Flächengebilden, sowie zur Beurteilung der Wirksamkeit von Textil-Weichmachern, Offenlegungsschrift DE 195 21 427 A1 , 2.1.1997, Anmeldung: 14.6.95
24) A. Bereck, S. Dillbohner, H. Mitze, B. Weber, D. Riegel, M. Riegel, J. M. Pieper, A. Brakelmann: Eine neue, einfache Methode zur Messung der Weichheit textiler Flächengebilde, Teil 2: Einfluß der Ausrüstung auf die Gewebeweichheit, Textilveredlung, 32, 216–222 (1997)
25) P. Busch, Subjektive und objektive Methoden in der Haarkosmetik, Ärztliche Kosmetologie, 19, 270–315, 1989
26) C. R. Robbins, G. V. Scott,, Colgate Palmolive Res. C., Prediction of hair assembly characteristics from single fiber properties, JSCC, 29, 179–200 (1978)
27) G. V. Scott, C. R. Robbins, A convenient method for measuring fiber stiffness, TRJ, 39, 975–976; JSCC, 29, 469–485 (1978)
28) F. J. Wortmann, N. Kure, Gending ralaxation properties of human hair..., JSCC, 41, 123–139 (1990)
29) F. Baltenneck et al, L'Oreal Res., JSCC, 52, 355–368 (2001)
30) G. V. Scott, C. R. Robbins, Effects of surfactant solutions on hair fiber friction, JSCC, 31, 179–200 (1980)
31) Kul, Smith, Appl. Pol. Symp., 18 (Part II), 1467, 1971
32) Kamath, Weigmann, JSCC, 43, 169–178 (1992)
33) Randall et al, S. C. Johnson Wax, JSCC, 43, 169–178 (1992)
34) C. R. Robbins,, R. J. Crawford, A Method to Evaluate Body, J. S. C. C., 35, 369–377 (1984)
35) Y. K. Kamath, H.-D. Weigmannn, TRI/Princeton, JSCC, 1997, 256–259
36) P. Busch, Subjektive und objektive Methoden in der Haarkosmetik, Ärztliche Kosmetologie, 19, 270–315, 1989
37) A. Böther, B. Primmel, W. Seidel, Henkel Referate, 35/1999,
38) J. Clarke, C. R. Robbins, Ch. Reich, JSCC 42, 341–350 (1991)
39) J. Jachowicz, K. Yao, ISP, Wayne, N. J., Dynamic Hairspray Analysis, I, II, III, J. S. C. C., 1996, 2001, 2002; J. Jahowicz, HairS '96, Rostock/Warnemünde
40) J. Jachowicz, R. McMullen, ISP, Wayne, N. J., Mechanical analysis...of hair fiber assemblies, J. S. C. C., 53, 2002, 345–361
41) Claudia Wood, BASF, Polymere für Frisuren, Chemie in unserer Zeit, 36, 44–52 (2002)

BEISPIELE
Beispiel 1. Wirkung von Weichmachern auf Baumwollgewebe
Geräte und Materialien:

Instron Universalprüfmaschine Modell 1011, zusammen mit der erfindungsgemäßen Zusatzvorrichtung (s. o.)
Baumwollgewebe vorbehandelt, 188 g/m²

Probenvorbereitung und Prüfmethode:
Das Gewebe wurde mit einem hydrophilen Aminosilikon-Weichmacher behandelt, Silikonaufnahme: 0,8% (Festsubstanz, errechnet aus der Gewichtszunahme). Der Auftrag erfolgte durch Foulardieren aus einer Lösung in Isopropanol. Anschließend wurden die Proben bei 140°C 4 Minuten lang (in Anlehnung an die „Hochveredlung” von Baumwolltextilien) getrocknet.
Die Maße der Prüfmuster: Breite 30 mm und Länge 200 mm.
Das Integral der Zugkraft über eine Strecke von 100 mm ergab einen Wert von 44,3 Nmm für das unbehandelte Gewebe und 29,3 Nmm für das mit Silicon behandelte Muster. Diese Werte demonstrieren, dass die Wirkung des Weichmachers mit Hilfe der Methode hervorragend aufgezeigt bzw. gemessen werden kann.
Weitere Versuche und Vergleiche mit der subjektiven Beurteilung zeigen, dass die Ergebnisse auch über die Oberflächenglätte von Geweben Auskunft geben können.
In den folgenden Beispielen wird die Wirkung von Wasser, von Siliconen sowie von einer Auswahl haarkosmetischer Behandlungen – meistens durchgeführt mit Hilfe von kommerziellen Produkten – wie Bleichen, Haargel, Shampoo, Spülung und Sprays gezeigt.
Beispiel 2. Einfluss von Wasser auf die Weichheit von Haarsträhnen
Geräte und Materialien:

Instron Universalprüfmaschine Modell 1011, zusammen mit der erfindungsgemäßen Zusatzvorrichtung
Handelsübliche Humanhaarsträhnen (Europäisches Humanhaar), Länge 20 cm, Gewicht ca. 3,0 g

Probenvorbereitung und Prüfmethode:
Die Haarsträhnen wurden in Wasser getaucht und per Hand gekämmt. Die Strähnen wurden anschließend – bis zum Erreichen des jeweils angegebenen Feuchtigkeitsgehaltes – an der Luft getrocknet.
. zeigt den Vergleich von Haarsträhnen mit unterschiedlichem (Rest-)Wassergehalt, letztere erzielt durch Trocknen von nassen Haarsträhnen (Wassergehalt 29%) bei RT. Mit zunehmendem Wassergehalt nimmt die Steifigkeit der Haarsträhne (erfasst wird hier nicht die Steifigkeit des Einzelhaares sondern die des Faserverbundes!), das mit zunehmender Adhäsion der Einzelfaser (ähnlich wie in einer Sandburg die Sandkörnchen zusammengehalten werden) zu erklären ist. Messung mit Messanordnung St3.
Eine weitere Trocknung der Haare führt zur Rückkehr zum ursprünglichen mechanischen Verhalten der Haarsträhne. Dieses reversible Verhalten kann mit der Messeinstellung St3 auch gemessen werden, s.
Beispiel 3. Einfluss des Bleichens, Vergleich zwischen gebleichtem und ungebleichtem Haar
Geräte und Materialien:

wie im Beispiel 2.
Die Haarsträhne wurden einer in der Haarkosmetik üblichen „Standardbleiche” unterworfen.
Die Ergebnisse in zeigen, dass gebleichte Haarsträhne sich erwartungsgemäß als härter erweisen (als unbehandelte Haare). Besonders gut unterscheidbar sind die Haare unter den Messbedingungen „St13” (s. o.), d. h. unter stärkerer mechanischer Beanspruchung.

Beispiel 4. Gele
Geräte und Materialien:

Instron Universalprüfmaschine Modell 1011, zusammen mit der erfindungsgemäßen Zusatzvorrichtung
Handelsübliche Humanhaarsträhnen (Europäisches Humanhaar), Länge 20 cm, Gewicht ca. 3,0 g. Die Ergebnisse werden in den - gezeigt

4.1 Restfeuchte 19% (Auftrag 26–30%), 1. Messung, St3 s. .
4.2 Restfeuchte 10% (Auftrag 26–30%), 1. Messung, St3 s. .
4.3 Restfeuchte 6% (Auftrag 26–30%), 1. Messung, St3 s. . Wie man sieht, bleibt die Reihenfolge der Steifigkeit (Gel 1 > 2 > 3 > 4 > Gel 3 verdünnt 1:5 > Wasser > unbehandelt) unabhängig vom Restfeuchte-/Gel-Gehalt gleich.
4.4. Belastbarkeit von Gelen An der gleichen Probe wiederholt durchgeführte Messungen zeigen die Belastbarkeit einer Gelbehandlung auf, s. .

Die Versuche haben klar gezeigt, dass die Steifheit der mit Gel behandelten Haarsträhnen mit abnehmendem Wassergehalt ansteigt.
Beispiel 5. Haarsprays
Geräte und Materialien:

Instron Universalprüfmaschine Modell 1011, zusammen mit der erfindungsgemäßen Zusatzvorrichtung
Handelsübliche Humanhaarsträhnen (Europäisches Humanhaar), Länge 20 cm, Gewicht ca. 3,0 g.

Die Haarsträhnen wurden von beiden Seiten aus ca. 15–20 cm Entfernung mindestens je 5 mal (bis zum Erreichen der gewünschten Gewichtszunahme) besprüht. Die Messergebnisse zeigt
An der gleichen Probewiederholt durchgeführte Messungen zeigen der Belastbarkeit der Haarprspraybehandlung, s. und
Man sieht, dass – wie erwartet und wie auch die Untersuchungen von Jachowicz et al [1–3] gezeigt haben – Haarsprays in erster Linie leicht zerbrechliche Verklebungen der Einzelfaser bilden.
Beispiel 6. Waschen, Shampoonieren
Die Haarsträhnen wurden mit 0,5 ml eines handelsüblichen Shampoos gewaschen. Man sieht, dass Laurylethersulfat die Strähnen steifer macht. Das hier verwendete Shampoo zeigt nur andeutungsweise (wenn überhaupt) eine messbare versteifende Wirkung, s. und .
Beispiel 7. Silicone
Das Silicon wurde in einer Konzentration, die für kommerzielle Shampoos typisch ist, aus einer wässrigen Emulsion aufgebracht.
Man sieht in , dass die Wirkung von Silicon(en) (vgl. auch unten) mit Hilfe der neu entwickelten der Methode sowohl auf unbehandeltem wie auch auf gebleichtem Haar – auch nach einer Wasche mit destilliertem Wasser – sicher nachgewiesen werden kann.
Das Diagramm in soll demonstrieren, dass unbehandeltes und gebleichtes Haar selbst nach einer Silikonbehandlung mit allen drei Methoden St3, St13 und St14 unterschieden werden kann.
Weiterhin können verschiedene Silicone untereinander – quantitativ – unterschieden werden, wie folgendes Beispiel zeigt:
Beispiel 8. Korrelation zwischen objektiver Messung und subjektiver Beurteilung
Korrelation zwischen objektiver Messung und subjektiver Beurteilung der Weichheit von Haarsträhnen nach Behandlung mit verschiedenen Weichmachern inkl. Silikone.
In dieser Versuchsreihe wurden gebleichte Haarsträhnen 10 verschiedenen Ausrüstungen (je 8 Strähnen) unterzogen. Je 4 Haarsträhnen wurden mit der erfindungsgemäßen Messmethode geprüft und je 4 subjektiv beurteilt. Ein Vergleich der gemessenen Werte (hier die Integrale der gemessenen Kraftwerte über eine gesamte Messtrecke von 100 mm) mit den Mittelwerten der subjektiv ermittelten Rangplätze (1–10) ergab eine hervorragende Korrelation, s. .
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19521427 A1 [0026]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

B. C. Ellis u. R. K. Garnsworthy, A Review of Techniques for the Assessment of Hand, Textile Res. J. 50, 231–238 (1980) [0026]
P. Gosberg, The Role of Friction in the Mechanical Behaviour of Fabrics in: ”Surface Characteristics of Fibres and Textiles”, Ed. M. Schick, Marcel Dekker, New York 1977, 564–575 [0026]
M. Shiloh, Fall und Biegeeigenschaften von Geweben und Maschenwaren, Melliand Textilberichte 56, 739–748 (1975) [0026]
H. M. Elder, S. Fisher, K. Armstrong u. G. Hutchinson, Fabric Stiffness, Handle and Flexion, J. Text. Inst. 75, 99–106 (1984) [0026]
V. Subramaniam u. M. Sirakumar, An Apparatus for Studying the Shear Behavior of Fabrics, Textile Res. J. 58, 430–432 (1988) [0026]
J. O. Ajayi, Fabric Smoothness, Friction and Handle, Textile Res. J. 62, 52–59 (1992) [0026]
H. M. Elder, S. Fisher, K. Armstrong u. G. Hutchinson, Fabric Softness, Handle and Compression, J. Textile Institute 75, 37–52 (1984) [0026]
H. Sommer und Fr. Winkler, Prüfung von Textilien, Springer Verlag, Berlin, 1960 [0026]
V. T. Bartels u. K-H. Umbach, Neues Messgerät zur Beurteilung der Steifigkeit von Bekleidungstextilien, Melliand Textilberichte, 2005, 869–870 [0026]
K. Machova, P. Klug, M. Waldmann, G. Hoffmann u. Ch. Cherif, Effektive Bestimmung von Abstandsgewirken, Melliand Textilberichte, 2006, 437–438 [0026]
A. Schenk, H. Rödel, M. Seif u. J. Martin, Identifikation von Nahtsteifigkeiten, Melliand Textilberichte, 2006, 380–382 [0026]
Hu, J. L., Lo, W. M. a. Lo, M. T., Bending hysteresis of plain woven fabrics in various directions, Textile Research Journal (2000), 70(3), 237–242 [0026]
Lo, W. M.; Hu, J. L., Shear properties of woven fabrics in various directions, Textile Research Journal (2002), 72(5), 383–390 [0026]
Lo, W. M.; Hu, J. L.; Li, L. K., Modeling a fabric drape Profile, Textile Research Journal (2002), 72(5), 454–463 [0026]
S. Kawabata u. M. Niwa, Analysis of Hand Evalution of Woo1 Fabrics for Men's Suit Using Data of Thousand Samples and Computation of Hand from the Physical Properties, Proc. V. Int. Wool Text. Res. Conf., Aachen, 1975, Vol. V., 413–323 [0026]
S. Kawabata, The Development of the Objective Measurement of Fabric Handle, Proc. of the Japan-Australia Joint Symp. on Objective Specification of Fabric Quality, Mechanical Properties and Performance, Kyoto, 1982, The Textile Machinery Society of Japan [0026]
E. Finnimore, Objective Griffbeurteilung nach dem KESF-System, Chemiefasern/Textilindustrie 32, 826–828 (1982) [0026]
J. H. Dittrich, D. Klee, E. Finnimore, Meßtechnische Neuentwicklung zur Qualitätsprüfung von Wolle, Internationales Textil Bulletin 1983/2, 61–84 [0026]
C. F. Allen, T. Shaw, A. G. De Boos, N. G. Ly, Verbesserung der Qualität von Wolle durch Anwendung des FAST-Systems, Melliand Textilberichte 71, 614–618 (1990) [0026]
N. Pan a. K. C. Yen, Textile Res. J., 65 (1992), 279–290 [0026]
G. Grover, M. A. Sultan a. S. M. Spivak, J. Text. Inst. 84 (1993)3, 486–494 [0026]
A. Seidel, Griffbewertung von Strumpfwaren mit dem ITV-Griff-Tester, Melliand Textilberichte, 82 (2001), 491–494 [0026]
S. Dillbohner, H. Mitze, B. Weber, D. Riegel, A. Brakelmann, A. Bereck, Verfahren und Vorrichtung zur Beurteilung der mechanischen Eigenschaften (Kraft-Dehnungsverhalten) und insbesondere der Weichheit von (dehnbaren) Flächengebilden [0026]
A. Bereck, S. Dillbohner, H. Mitze, B. Weber, D. Riegel, M. Riegel, J. M. Pieper, A. Brakelmann: Eine neue, einfache Methode zur Messung der Weichheit textiler Flächengebilde, Teil 2: Einfluß der Ausrüstung auf die Gewebeweichheit, Textilveredlung, 32, 216–222 (1997) [0026]
P. Busch, Subjektive und objektive Methoden in der Haarkosmetik, Ärztliche Kosmetologie, 19, 270–315, 1989 [0026]
C. R. Robbins, G. V. Scott,, Colgate Palmolive Res. C., Prediction of hair assembly characteristics from single fiber properties, JSCC, 29, 179–200 (1978) [0026]
G. V. Scott, C. R. Robbins, A convenient method for measuring fiber stiffness, TRJ, 39, 975–976; JSCC, 29, 469–485 (1978) [0026]
F. J. Wortmann, N. Kure, Gending ralaxation properties of human hair..., JSCC, 41, 123–139 (1990) [0026]
F. Baltenneck et al, L'Oreal Res., JSCC, 52, 355–368 (2001) [0026]
G. V. Scott, C. R. Robbins, Effects of surfactant solutions on hair fiber friction, JSCC, 31, 179–200 (1980) [0026]
Kul, Smith, Appl. Pol. Symp., 18 (Part II), 1467, 1971 [0026]
Kamath, Weigmann, JSCC, 43, 169–178 (1992) [0026]
Randall et al, S. C. Johnson Wax, JSCC, 43, 169–178 (1992) [0026]
C. R. Robbins,, R. J. Crawford, A Method to Evaluate Body, J. S. C. C., 35, 369–377 (1984) [0026]
Y. K. Kamath, H.-D. Weigmannn, TRI/Princeton, JSCC, 1997, 256–259 [0026]
P. Busch, Subjektive und objektive Methoden in der Haarkosmetik, Ärztliche Kosmetologie, 19, 270–315, 1989 [0026]
A. Böther, B. Primmel, W. Seidel, Henkel Referate, 35/1999 [0026]
J. Clarke, C. R. Robbins, Ch. Reich, JSCC 42, 341–350 (1991) [0026]
J. Jachowicz, K. Yao, ISP, Wayne, N. J., Dynamic Hairspray Analysis, I, II, III, J. S. C. C., 1996, 2001, 2002; J. Jahowicz, HairS '96, Rostock/Warnemünde [0026]
J. Jachowicz, R. McMullen, ISP, Wayne, N. J., Mechanical analysis...of hair fiber assemblies, J. S. C. C., 53, 2002, 345–361 [0026]
Claudia Wood, BASF, Polymere für Frisuren, Chemie in unserer Zeit, 36, 44–52 (2002) [0026]

Claims

Beansprucht wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur objektiven Beurteilung des Griffes, der Steifheit, Nachgiebigkeit, Weichheit, Geschmeidigkeit oder von sinngemäß ähnlichen physikalischen Eigenschaften von Flächengebilden und Fasermaterialien insbesondere von Fasersträhnen wie Haarsträhnen dadurch gekennzeichnet, 1. dass man mit Hilfe eines herkömmlichen handelsüblichen Kraftmessgerätes die Kraft misst, die man benötigt, ein Muster eines Flächengebildes, lt. entlang einer Anzahl (2 oder mehr) von Stäben oder Rohren zu ziehen. Das Material berührt die Stäbe oder Rohre derart, dass die gemessenen Zugkräfte sowohl aus Reibung zwischen den Fasern untereinander und zwischen Fasern und Stäben wie auch aus der Biegung der Probe resultieren. Die Rohre oder Stäbe können unbeweglich fest oder frei rotierend angebracht werden. 2. dass man gemäß Anspruch 1 anstelle eines Flächengebildes ein Faserverbund dass durch Zusammenbinden, Flechten, Spinnen, Zwirnen, Kleben, Klammern usw. von Einzelfasern hergestellt wird, verwendet 3. dass man gemäß Anspruch 1 anstelle eines Flächengebildes eine Strähne aus Humanhaar, Tierhaar oder anderem Material wie Synthesefaser wie bei haarkosmetischen Prüfungen üblich ist, verwendet 4. dass man gemäß Anspruch 1–3 Stäbe aus Metall, Horn, Holz, synthetischem oder anderem geeigneten Material, bevorzugt aus Metall verwendet 5. dass man gemäß Anspruch 1–4 Stäbe mit kreisförmigen, elliptischem, drei-, vier- oder mehreckigen, bevorzugt mit kreisförmigen oder elliptischem, besonders bevorzugt mit kreisförmigen Querschnitt verwendet 6. dass man gemäß Anspruch 1–5 zwei bis zwölf, bevorzugt drei bis sechs Stäbe verwendet 7. dass man gemäß Anspruch 1 bis 6 den Griff, die Steifheit, Weichheit, Nachgiebigkeit oder Geschmeidigkeit von Flächengebilden durch den Mittelwert, den Maximalwert oder durch das Integral aller – oder der in einem gewählten Abschnitt des Kraft vs. Weg-Diagramms – gemessenen Kraft-Werte charakterisiert. 8. dass man gemäß Anspruch 1 bis 7 den Griff, die Steifheit, Weichheit Nachgiebigkeit oder Geschmeidigkeit von Haarsträhnen im Sinne von Anspruch 3 durch den Mittelwert, den Maximalwert oder durch das Integral aller – oder der in einem gewählten Abschnitt des Kraft- vs. Weg-Diagramms – gemessenen Kraft-Werte charakterisiert.