DE19845867A1

DE19845867A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung der Oberflächenspannung von Polymerschmelzen

Info

Publication number: DE19845867A1
Application number: DE19845867A
Authority: DE
Inventors: Karina Dr Grundke; Hans-Joerg Prof Dr Jacobasch; Dietrich Arnold; Petra Dr Uhlmann; Stefan Michel; Wolfgang Dr Jenschke; A W Prof Neumann; Oscar Del Rio
Original assignee: Leibniz Institut fuer Polymerforschung Dresden eV
Current assignee: Leibniz Institut fuer Polymerforschung Dresden eV
Priority date: 1997-10-06
Filing date: 1998-10-05
Publication date: 1999-07-22
Anticipated expiration: 2018-10-06
Also published as: DE19845867C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Ver fahren zur Bestimmung der Oberflächenspannung von Polymerschmelzen, bei der die Außenkontur von ge schmolzenen Polymertropfen mit einer elektronischen Bildverarbeitung, bei vorgebbaren Temperaturen und ggf. Drücken bestimmbar ist.

Für die verschiedensten Applikationen von Polymeren ist es von Bedeutung, deren Oberflächeneigenschaften und dabei insbesondere die Oberflächenspannung bzw. das Benetzungsvermögen von Polymeren auf verschiede nen anderen Ausgangsmaterialien (z. B. Glas- oder Kunststoffasern) zu kennen, so daß eine optimale Aus wahl von Polymeren für die jeweiligen Applikationen erfolgen kann. Außerdem ist es häufig wichtig und interessant, die entsprechenden Eigenschaften von Polymermischungen bzw. die Änderungen der Eigenschaf ten durch die Zugabe von Additiven bewerten zu kön nen.

Für die Bestimmung von Oberflächenspannungen an flüs sigen Proben haben sich die verschiedensten Meßver fahren und Meßprinzipien durchgesetzt, deren ver schiedene Ergebnisse jedoch nicht ohne weiteres mit einander verglichen werden können, so daß man bereits bei Auswahl des entsprechenden Meßverfahrens einen Einfluß auf die Qualität der erhaltbaren Aussagen über die Oberflächeneigenschaften des jeweiligen Po lymers ausüben kann.

Dabei spielt insbesondere die Tatsache eine Rolle, daß die verschiedenen Messungen in verschiedenen Meß apparaturen durchgeführt werden und demzufolge nicht immer unter miteinander vergleichbaren Bedingungen erfolgen. Dies führt zusätzlich neben den ver schiedenen Einflüssen, die bei den verschiedenen Meß prinzipien auftreten, zur Beeinflussung der Meßergeb nisse und deren Bewertung.

So ist es in jüngster Zeit durch verbesserte Auswer teverfahren bei der Tropfenprofilanalyse liegender und hängender Flüssigkeitstropfen möglich geworden, die Oberflächenspannung bzw. die Benetzung von ver schiedenen flüssigen Materialien unter Verwendung der elektronischen Bildverarbeitung und entsprechender spezieller Software zu bestimmen.

Dabei ist es üblich, die Dichte der jeweiligen Flüs sigkeit (z. B. Polymerschmelze) und die lokale Erdbe schleunigung vor der Tropfenprofilanalyse in einen Computer einzugeben. Durch bekannte Verfahren der elektronischen Bildverarbeitung werden die Koordina ten des experimentellen Tropfenprofiles, die unter Verwendung einer Lichtquelle in Verbindung mit einer Optik und einer üblicherweise hierfür verwendeten CCD-Kamera erfaßt worden sind, mit diesem Computer bestimmt.

Durch die Verwendung einer speziellen Software kann dann im Nachgang die Oberflächenspannung der Polymer schmelze, der Benetzungswinkel für den Fall eines liegenden Tropfens, das jeweilige Volumen des ge schmolzenen Polymertropfens und der Kontaktradius des Tropfens mittels Computer berechnet und ausgegeben werden.

Bei der optischen Bestimmung des Tropfenvolumens mit einer elektronischen Bildverarbeitung ist ein voll kommen achsensymmetrischer Tropfen erforderlich, um den Meßfehler klein zu halten. Hierfür werden be stimmte Substrate (z. B. Si-Wafer), die optimale rich tungsunabhängige, homogene und glatte Oberflächenei genschaften aufweisen und die Spreitung zu einem sol chen optimalen Tropfen ermöglichen, verwendet.

Solche Substrate sind aber teuer und bewirken Wärme leitungsprobleme. Außerdem können sie nur für die Auswertung an liegenden Tropfen verwendet werden.

Daneben ist es bekannt, die Oberflächenspannung und Benetzung von Polymeren unter Ausnutzung des Wilhel my-Prinzips zu bestimmen. Hierbei wird das Polymer in einem Gefäß geschmolzen und eine Faser mit bestimmtem Durchmesser aus verschiedenen Materialien durch Rela tivbewegung von Schmelze und Faser aufeinander zu bewegt, so daß die Faser in die Schmelze eintaucht und je nach verwendeter Paarung von Fasermaterial und Polymer die Faser benetzt wird. Gleichzeitig wird mit einer entsprechend empfindlichen Waage die Kraft, die an der Faser wirkt, bestimmt. Dabei sind verschiedene Kraftkomponenten bekannt oder können vernachlässigt werden, so daß der Anteil der Kraft, der durch die Benetzung des Polymers an der Faser wirkt, selektiv erfaßbar ist. Die Berechnung wird dabei soweit redu ziert, daß die Oberflächenspannung der Polymerschmel ze durch Verhältnisbildung von gemessener Kraft und bekanntem Umfang der eingetauchten Faser ermittelt werden kann. Das entsprechende Verfahren und die hierfür verwendete Vorrichtung sind z. B. in "Grenz flächenphänomene an Pulverlackfilmen" von P. Uhlmann, K. Grundke u. a. in "Farbe und Lack 10211 (1996), Sei ten 48-55 und in Colloids and Surfaces, A: Physicochemical and Engineering Aspects 116 (1996) 93-104 beschrieben.

Bei der Berechnung wird jedoch immer vorausgesetzt, daß eine vollständige Benetzung mit einem Randwinkel 0° erfolgt ist, und der entsprechende Fehler in Kauf genommen.

Obwohl bei der dort gezeigten Vorrichtung auch eine optische Überwachung mit einer CCD-Kamera erfolgt, wird das erfaßte bzw. aufgenommene Bild bei der Be wertung der Oberflächeneigenschaften der Polymer schmelze außer acht gelassen und es wird, wie bereits erwähnt, die Oberflächenspannungsmessung auf die rei ne Kraftmessung reduziert.

Eine ähnliche Lösung ist in DE 38 08 860 A1 beschrie ben, wobei hierzu die Methode der Bestimmung des Randwinkels eines Tropfens, der durch Benetzung eines Festkörpers gebildet wird, herangezogen wird. Dabei wird mit bekannten Mitteln der elektronischen Bild verarbeitung ein Videobild eines solchen Tropfens ausgewertet und aus dem bereits erwähnten Randwinkel die Oberflächenspannung eines Substrates mathematisch bestimmt.

Die Verwendung von Mitteln der elektronischen Bild verarbeitung zur Bestimmung der Oberflächenspannung von Flüssigkeiten durch Erfassung eines Tropfenbildes ist ebenfalls in WO 92/16 824 A2 beschrieben, wobei ebenfalls die Oberflächenspannung einer Flüssigkeit mit Hilfe des Bildes berechnet wird.

Die Verwendung von photographischen Mitteln, in äqui valenter Form zu der elektronischen Bildverarbeitung, geht aus DE 34 41 317 A1 hervor. Dabei wird ein pho tographisch erhaltenes Bild eines Tropfens vermessen und die Oberflächenspannung ebenfalls mathematisch berechnet.

In US 5,615,276 ist wiederum die Verwendung einer elektronischen Bildverarbeitung zur Bestimmung der Oberflächenspannung an Flüssigkeitstropfen beschrie ben.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit zu schaffen, um Oberflächenspannungen für Polymer schmelzen in komplexer Weise zu bestimmen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungs formen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich bei Anwendung der in den untergeordneten Ansprüchen enthaltenen Merkmale.

Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemä ßen Verfahrens kann dabei so auf gebaut sein, daß die Oberflächenspannung von Polymerschmelzen bei ver schiedenen vorgebaren Temperaturen und ggf. Drücken unter nahezu gleichen Bedingurgen auf verschiedene Art und Weise, d. h. mit verschiedenen Meßprinzipien bestimmt werden kann und so eine Möglichkeit geschaf fen worden ist, miteinander vergleichbare Meßergeb nisse zu erhalten.

Dabei wird ein temperierbarer Rezipient verwendet, in dem unter Verwendung eines beweglichen Probentisches, auf dem ein Substrat angeordnet werden kann und dort die Oberflächenspannung für einen liegenden Tropfen unter Verwendung bekannter Verfahren der elektroni schen Bildverarbeitung und einer speziellen Tropfen profilanalysensoftware bestimmt werden kann.

In den Rezipienten kann außerdem eine beheizbare, be wegliche Spritze durch mindestens eine Durchführung einführbar sein, wobei die Außenkontur eines an der Spritze der Kanüle hängenden Tropfens entsprechend ausgewertet werden kann.

Die Spitze der Kanüle und der Probentisch, inklusive Substrat, können dabei so angeordnet werden, daß sich der liegende bzw. der hängende Tropfen im Strahlen gang zwischen einer Lichtquelle und einer Optik, die vor einer CCD-Kamera angeordnet ist, befindet, so daß der mit der CCD-Kamera erfaßte Bildausschnitt die gesamte jeweilige Tropfenkontur enthält.

Eine weitere Alternative, mit der die Oberflächen spannung sowohl für einen liegenden Tropfen, wie auch für einen hängenden Tropfen uber die Bestimmung der Außenkontur bestimmbar ist, besteht darin, daß der Tropfen durch Aufschmelzen der jeweiligen Polymerpro be auf einer kreisrunden Fläche eines Stempels ausge bildet wird. Ein solcher Stempel kann günstigerweise aus einem nahezu beliebigen Material, mit bevorzugt guter Wärmeleitfähigkeit, verwendet werden, so daß der finanzielle Aufwand, gegenüber den bisher teueren hierfür verwendeten Substraten stark verringert wer den kann. Es ist lediglich zu sichern, daß es zu kei nerlei chemischen Reaktionen zwischen dem Stempelma terial und dem Polymer kommt, die die Polymereigen schaften entsprechend beeinflussen würden. Dabei muß die gesamte ebene, kreisrunde Fläche des Stempels benetzt sein. Außerdem ist eine ausreichende Tempera turstabilität des verwendeten Materials erforderlich.

Ein solcher Stempel sollte günstigerweise, zumindest teilweise kegelförmig ausgebildet sein, wobei die kreisrunde Fläche und die kegelförmige Mantelfläche einen Winkel, der ungleich 90° ist, einschließen sollten. Vorteilhaft ist es, diesen Winkel kleiner als 90° und besonders vorteilhaft im Bereich zwischen 80° und 30° zu halten.

Es wird dann so verfahren, daß eine relativ einfach empirisch zu ermittelnde Masse des jeweiligen Poly mers auf die kreisrunde Fläche des Stempels in fester Form aufgebracht und anschließend aufgeschmolzen wird. Die polymerspezifisch zu verwendende Masse wird dabei so ausgewählt, daß sich bei einem liegenden Tropfen ein Randwinkel zwischen 60° und 90°, bei der jeweils höchsten Meßtemperatur ausbildet. Bevorzugt sollte die Polymermasse so ausgewählt werden, daß ein Randwinkelbereich zwischen 70° und 80° erreicht wer den kann.

Ein solcher Stempel sollte günstigerweise mittels eines Halters bzw. einer Halterung gehalten werden. Dabei kann ein solcher Halter, der den Stempel für die Auswertung an einem liegenden Tropfen fixiert, auch auf den Probentisch aufgesetzt werden.

Der bereits beschriebene Stempel kann aber auch für die Auswertung an einem hängenden Tropfen ohne weite res und unverändert verwendet werden. Hierzu ist es lediglich erforderlich, einen solchen Stempel mittels einer geeigneten Halterung in um 180° gedrehter Stel lung, gegenüber dem Verfahren, der Bestimmung an ei nem liegenden Tropfen, während der Messung anzuord nen.

In diesem Fall wirkt sich der sehr gut erfaßbare Randwinkel, durch den gut erfaßbaren Absatz, der durch den Winkel zwischen kreisrunder Fläche und ke gelförmigem Mantelbereich des Stempels ausgebildet ist, besonders vorteilhaft aus.

Bei der Bestimmung der Oberflächenspannung an einem hängenden Tropfen kann es erforderlich sein, die je weilige Polymermasse zu variieren. In der Regel ist die Masse hierbei geringfügig größer, als bei einem liegenden Tropfen. Auch in diesem Fall kann die er forderliche Polymermasse auf einfache Art und Weise empirisch ermittelt werden, wobei die Form eines sol chen hängenden Tropfens nicht zu gestreckt und nicht zu rund sein sollte. Bei einer zu runden Form liegt zwar eine Laplace Form vor, Unterschiede in der Ober flächenspannung beeinflussen das Tropfenprofil aber kaum, so daß in diesem Fall die Oberflächenspannung nur schwer bestimmbar ist.

Bei zu gestreckter Form des Tropfens verhindert die Viskosität das Abreißen des Tropfens. Daraus ergibt sich eine Abweichung von der Laplace Form, die zu größeren Fehlern bei der Bestimmung der Oberflächen spannung führt.

Generell ist jedoch festzuhalten, daß für die bereits beschriebenen verfahrensmäßigen und die nachfolgend noch zu beschreibenden Varianten, generell die Tempe ratur der Umgebung, d. h. der entsprechenden Atmosphä re, der Schmelztemperatur (Meßtemperatur) angepaßt sein muß, um eine Wärmeabgabe von Tropfen an das je weilige Gas bzw. in umgekehrter Richtung zu vermei den.

Durch die beschriebene Stempelgeometrie, die von Hau se aus eine kreisrunde Form vorgibt, kann das Erfor dernis der achsensymmetrischen Ausbildung eines aus zuwertenden Tropfens einfach und ohne weiteres er reicht werden. Mittels der Kante am Stempel wird ein Abfließen in vertikaler Richtung (liegender Tropfen) durch die so ausgebildete Barriere verhindert. Außer dem kann hierdurch die Tropfengeometrie, insbesondere infolge der vergrößerten Winkeländerung einfacher bestimmt und der Meßfehler verringert werden.

Mit der vollständigen Benetzung der kreisrunden Flä che des Stempels sowie dem idealen Verhältnis zwischen der eingesetzten Masse der jeweiligen Poly merprobe und dem Durchmesser der kreisrunden Fläche des verwendeten Stempels stellt sich ein optimales Tropfenprofil ein, das trotz messungsbedingter Tempe raturänderung in einem geeigneten Bereich zur Profil auswertung verbleibt.

Dadurch, daß erfindungsgemäß die Dichte- und Oberflä chenspannung zumindest nahezu simultan erfolgt, wird der Meßfehler stark verkleinert.++ Eine Erhöhung der Meßgenauigkeit ist weiterhin durch die Bestimmung der Oberflächenspannung, mittels der Volumenbestimmung an einem hängenden Tropfen größer, als dies bei der ent sprechenden Vorgehensweise an einem liegenden Tropfen der Fall ist. Diese Tatsache beruht auf der größeren Veränderung der Profilform, infolge des höheren Ein flusses der Gravitationskraft an einem hängenden Tropfenprofil.

Für die entsprechende Auswertung an einem hängenden Tropfen, kann der bereits beschriebene Stempel mit tels einer speziellen Halterung eingesetzt werden. Die Halterung sollte so ausgestaltet sein, daß der Stempel vertikal, mit der kreisrunden Fläche nach unten, fixiert gehalten werden kann.

Eine solche Halterung kann auch eine Küvette aufwei sen, die so angeordnet und ausgebildet ist, daß das Tropfenvolumen, wie bereits beschrieben, bestimmt werden kann.

Es bietet sich jedoch eine weitere Möglichkeit, die den Anwendungsbereich der Erfindung erweitert, mit einer solchen Küvette in Verbindung mit einem an ei nem bereits beschriebenen Stempel hängenden Tropfen, an. Hierbei wird in der Küvette ein zweites aufge schmolzenes Polymer vorgelegt und der am Stempel hän gende Polymertropfen in das geschmolzene Polymer ein getaucht.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann zusätzlich wei ter gebildet werden, in dem die Oberflächenspannung mit dem bekannten Wilhelmy-Prinzip zusätzlich bewer tet und bestimmt werden kann. Hierfür kann die Vor richtung so ausgebildet werden, daß die Spritze durch eine Vorrichtung ersetzt bzw. ergänzt wird, mit der eine in die Polymerschmelze einführbare Faser in der bekannten Form benetzt wird. Dabei besteht einmal die Möglichkeit, die entsprechende Kraft in der bekannten Form zu messen und zusätzlich kann der durch die Be netzung der Faser an dieser ausgebildete Meniskus nicht nur optisch erfaßt, sondern das entsprechende Bild auch mit Verfahren der elektronischen Bildver arbeitung ausgewertet werden, so daß vorteilhaft auch der Benetzungswinkel gemessen und bewertet werden kann.

Günstig ist es, den in der erfindungsgemäßen Vorrich tung verwendeten temperierbaren Probentisch so zu gestalten, daß eine definierte Bewegung in vertikaler Richtung möglich ist. Dadurch kann dieser einmal bei der Auswertung eines hängenden Tropfens aus dem Bild entfernt werden und zum anderen kann diese Bewegung für das Eintauchen der Faser in die Polymerschmelze berücksichtigt werden. Das Eintauchen der Faser kann auf diese Weise weg- und geschwindigkeitsabhängig erfaßt werden. Der Probentisch sollte günstigerweise auch in horizontaler Richtung bewegbar sein, um mehre re Polymerproben, die dort angeordnet sind unter gleichen Umgebungsbedingungen zu vermessen.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist nicht nur der Rezipient mit einer Heizung und einer Kühlung für die Temperierung ausgestattet, sondern der Proben tisch verfügt neben einer Heizung, die bevorzugt elektrisch erfolgen kann, über eine Kühlung, wobei die Kühlung durch im Probentisch enthaltene Kanäle, durch die günstigerweise Stickstoff als Kühlmittel geführt werden kann, gebildet wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann günstig so be trieben werden, daß zuerst die Oberflächenspannung an einem an der Spitze der Kanüle hängenden Tropfen be stimmt wird und im Anschluß an diese Bestimmung an einem liegenden Tropfen, der auf dem Probentisch bzw. dem dort angeordneten Substrat entweder nach selbst tätigem Abriß von der Kanüle oder mittels einer Vor richtung zur Abtrennung des hängenden Tropfens er zeugt wird. Die Oberflächenspannung beider Tropfen profile kann unter Verwendung bekannter Verfahren der elektronischen Bildverarbeitung und einer speziellen
Tropfenprofilanalysensoftware berechnet werden. Dies eröffnet die Möglichkeit, da beide verschiedenen Meß verfahren unter gleichen Bedingungen durchgeführt worden sind, diese Werte wesentlich besser miteinan der zu vergleichen, als dies vorab der Fall war.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann außerdem da durch weiter gebildet werden, daß eine monochromati sche Lichtquelle mit einer ausgewählten Wellenlänge oder ein im Nachgang an den Lichtaustritt der Licht quelle angeordnetes optisches Filter verwendet wird. Dies hat den Vorteil, daß Licht mit optimalen Wellen längen verwendet werden kann, um die elektronische Bildauswertung qualitativ zu verbessern. Dabei soll ten die verwendeten Wellenlängen so ausgewählt wer den, daß optimale Kontrastverhältnisse erreicht wer den können.

Dies hat insbesondere bei der Messung nach dem Wil helmy-Prinzip den Vorteil, daß der sich an der Faser ausbildende Meniskus aus geschmolzenem Polymer auch eindeutig optisch vermessen werden kann. Die verwen deten Wellenlängen sollten so ausgewählt werden, daß die optischen Eigenschaften des jeweiligen Polymers und der verwendeten Faser, insbesondere die verschie denen Brechungsindizes, das Reflexions- und Absorp tionsvermögens berücksichtigt werden und es dadurch möglich wird, die Faserdimension, insbesondere deren Durchmesser und die Benetzungskontur mit kapillarer Steighöhe und Benetzungswinkel optisch zu erfassen.

Da der Austausch verschiedener monochromatischer Lichtquellen aufwendiger ist, bietet sich der einfa chere Austausch entsprechender optischer Filter, die bestimmte Wellenlängen sperren, an.

Bei der Messung unter Ausnutzung des bekannten Wil helmy-Prinzips, kann die entsprechende Probe in einem auf den Probentisch aufsetzbaren ebenfalls temperier baren Gefäß aufgenommen sein, dessen Durchmesser we sentlich größer als der Durchmesser der verwendeten Faser ist. Die Faser kann aber auch in einen liegen den Tropfen mit entsprechend großem Volumen einge taucht und benetzt werden und so die Bestimmung mit diesem Prinzip durchgeführt werden.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem ent sprechenden Verfahren ist es vorteilhaft möglich, eine einzige Probe, also eine gleiche Charge unter bereits erwähnten gleichen Bedingungen zu bestimmen.

Erfindungsgemäß ist die Masse der jeweiligen Probe vor und/oder nach der Bestimmung der Oberflächenspan nung zu bestimmen, um den bisher in Kauf genommenen Fehler, der durch lediglich Eingabe der Dichte auf trat, zu kompensieren. Die Dichte kann durch sehr genaue Ermittlung der Masse, z. B. mit einer Präz isionswaage und der Volumenbestimmung der jeweiligen Probe mit Hilfe einer speziellen Auswertesoftware bei der Tropfenprofilanalyse sehr genau bestimmt werde. Dies hat gegenüber der herkömmlichen Vorgehensweise den wesentlichen Vorteil, daß die Oberflächenspannung bei den verschiedensten Temperaturen und Meßverfahren immer unter Berücksichtigung der exakten Dichte der jeweiligen Probe bestimmt wird. Dagegen wurde bisher die Dichte parallel in anderen Apparaturen, unter anderen Bedingungen unter in Kaufnahme von Fehlern ermittelt.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können sowohl die Oberflächenspannung, wie auch die Grenzflächenspan nung eines in eine andere Flüssigkeit getauchten bzw. von dieser umgebenen Tropfens bestimmt werden, wobei zur Ermittlung der Grenzflächenspannung die Dichte differenz von Probe und Umgebungsflüssigkeit bekannt sein muß. Außerdem kann simultan der Kontaktwinkel liegender Tropfen ermittelt werden.

Dabei kann so vorgegangen werden, daß das optisch gemessene jeweilige Tropfenprofil unter Berücksichti gung der Laplace-Gleichung

ΔP=γ(1/R₁ + 1/R₂)

an ein vorgebbares theoretisches Tropfenprofil ange paßt wird. Hierbei γ ist die Oberflächen- bzw. Grenz flächenspannung, ΔP ist die Druckdifferenz an der Ober- bzw. Grenzfläche des Tropfens und R₁ und R₂ sind die zwei Krümmungsradien des Tropfens.

Die beste Anpassung zwischen experimentellem und theoretischem Tropfenprofil definiert die korrekte Oberflächen-/Grenzflächenspannung und, im Fall lie gender Tropfen, den Kontaktwinkel.

Zur Bewertung der Übereinstimmung des experimentellen Tropfenprofiles mit einer berechneten Lapace-Kurve wird folgende Zielfunktion gebildet:

Diese Funktion beschreibt die Abweichung des experi mentellen vom theoretischen Profil als die Summe der gewichteten Einzelfehler e_i.

Der Wert E der Zielfunktion ist eine Funktion eines Parametersatzes a, mit den Elementen a_k, k = 1,. . .M. Das Ziel der Analyse ist es, die Werte von a_k zu berechnen, die E minimieren, das heißt, einen Parametersatz a zu finden, der die beste Anpas sung zwischen experimentellen Punkten (optisch gemes sen) und der Laplace-Kurve angibt. Die Zielfunktion wird einen einzelnen absoluten Minimalwert an einem Punkt im M-dimensionalen Raum E annehmen, wobei a der Vektor von 5 Parametern (M=5) sein kann.

Dabei ist e_i sowohl eine Funktion des Parametersatzes a, als auch der Lage des jeweiligen Punktes (x_i, y_i), die durch seine Bogenwinkellänge s_i bestimmt wird. Darüberhinaus hängt s_i von den Werten der Parameter in a ab.

Weitere Details des mathematischen Verfahrens sind in dem Buch A.W. Neumann, J.K. Spelt (eds.) "Applied surface Thermodynamics", Surfactant Science Series Vol. 63, Marcel Dekker, New Jork (1996), Kap. 10 be schrieben.

Der Vorteil des oben beschriebenen mathematischen Verfahrens besteht u. a. darin, daß die Kenntnis der tatsächlichen Koordinaten des Scheitelpunktes des Tropfens nicht mehr erforderlich ist. Für die Berech nung können einige beliebige optisch erfaßte Punkte entlang des experimentellen Tropfenprofils mit ihren Koordinaten x_i, y_i benutzt werden, wobei deren Genau igkeit wieder das letztendliche Ergebnis in seiner Genauigkeit beeinflußt.

Bei der Bestimmung von tatsächlichem Tropfenvolumen, Oberflächen- bzw. Grenzflächenspannung und ggf. Kon taktwinkel wird mit Hilfe eines speziellen Software programms automatisch in mehreren Zyklen (ca. 10) die Anpassung des tatsächlichen an das theoretische Trop fenprofil durchgeführt, wobei jeweils mindestens zehn, günstiger jedoch zwanzig verschiedene ermittel te Punkte mit ihren Koordinaten des tatsächlichen Tropfenprofils aus der Bildverarbeitung verwendet werden.

Neben den bereits genannten Größen können außerdem die Oberfläche des tatsächlichen Tropfens und für ei nen liegenden Tropfen der Kontaktradius mit dem Sub strat ermittelt werden.

Mit der Erfindung erhöht sich die Meßgenauigkeit er heblich, so daß z. B. der Randwinkel mit einer Genau igkeit besser als ± 0,3 bestimmt werden kann.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind im Rezi pienten an verschiedenen Orten, z. B. an der Kanüle, an der temperierbaren Spritze, am Probentisch und an weiteren Orten im Rezipienten Temperatursensoren an geordnet, die für die Regelung bzw. Steuerung der Temperatur ausgenutzt werden. Dabei kann im einfach sten Fall die Temperierung durch einfache Mittelwert bildung der verschiedenen gemessenen Temperatursigna le erfolgen. Günstiger ist es jedoch, die gemessenen Temperatursignale der verschiedenen Temperatursenso ren, deren lokale Anordnung berücksichtigend, ver schieden zu wichten. Diese Wichtung kann weiter unter Berücksichtigung der jeweiligen Auswertung erfolgen. So ist es z. B. vorteilhaft, bei der Auswertung der Oberflächenspannung eines hängenden Tropfens, die Temperatursignale der Temperatursensoren, die an der Kanüle bzw. in deren Nähe angeordnet sind, höher zu bewerten, als die von diesem Ort weiter entfernten. Wird dagegen die Bestimmung an einem liegenden Trop fen durchgeführt, sollten die Temperatursignale, die am bzw. in der Nähe des Probentisches angeordnet sind, höher gewertet werden.

Es ist außerdem möglich, die jeweilige Viskosität der Probe zu bestimmen, wenn die Faser in die geschmolze ne Probe eingetaucht und wieder herausgezogen wird. Unter Nutzung der bekannten Relativgeschwindigkeit und der gemessenen auf die Faser wirkenden Kraft kann die Viskosität temperaturabhängig gemessen werden.

Zur Vermeidung von weiteren Meßfehlern, kann die je weilige Polymerprobe vor der eigentlichen Bestimmung der Oberflächen- und ggf. der Grenzflächenspannung entgast und blasenfrei gemacht werden. Hierfür wird zumindest während der Aufschmelzphase ein Druck im Rezipienten erzeugt, der unterhalb des atmosphäri schen Umgebungsdrucks liegt. Dies kann auch ein Vaku um sein. Dadurch kann das Volumen der jeweiligen Po lymerprobe genauer bestimmt werden. Die Entgasung kann auch in einer gesonderten Kammer vorab durchge führt werden.

Nach der Entgasung kann die Oberflächenspannung an der nun blasenfreien Polymerprobe bestimmt werden, wobei die Oberflächenspannung bei mehreren vorgebba ren Temperaturen erfaßt wird. Dies kann gestuft beim Erwärmen oder Abkühlen der tropfenförmigen Polymer probe erfolgen, wobei bei Erreichen der jeweils ge wünschten Temperaturstufe, diese solange gehalten wird, bis sich ein Gleichgewicht eingestellt hat, d. h. das sämtliche Gegenstände im Rezipienten, die Polymerprobe und die Atmosphäre im Rezipienten auf der nahezu gleichen Temperatur gehalten sind.

Nachfolgend soll die Erfindung an Ausführungsbeispie len näher beschrieben werden.

Dabei zeigen:

Fig. 1 ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Vor richtung in einer schematischen Seitenan sicht;

Fig. 2 das in der Fig. 1 gezeigte Beispiel in einer anderen Ansicht mit einer angeschlos senen elektronischen Bildverarbeitung;

Fig. 3 ein Beispiel eines Stempels zur Ausbildung eines liegenden oder hängenden, achsensym metrischen Tropfens;

Fig. 4 ein erstes Beispiel eines Halters für einen Stempel nach Fig. 3;

Fig. 5 ein zweites Beispiel eines Halters für ei nen Stempel nach Fig. 3 und

Fig. 6 eine Halterung für einen Stempel mit einer Küvette.

Bei dem in der Fig. 1 gezeigten Beispiel einer er findungsgemäßen Vorrichtung ist ein Rezipient 1 mit einem Anschluß an eine Vakuumpumpe, der über nicht dargestellte Ventile sperrbar ist und in dessen Be reich Drucksensoren angeordnet sind, versehen, wobei dieser Anschluß an der linken Seite des Rezipienten 1 angeordnet ist. Auf der entgegengesetzten Seite ist ein ebenfalls mit nicht dargestellten Ventilen sperr barer Zufluß für ein inertes Gas, z. B. Argon, vorhan den. Dadurch können die Untersuchungen sowohl unter Vakuumbedingungen, wie auch unter dem Einfluß einer inerten Atmosphäre unter definierten Drücken durch geführt werden deren komplexe Regelung und Über wachung durch mehrere nicht dargestellte Drucksensoren realisiert wird.

Der innere zentrale Bereich des Rezipienten 1, der für die eigentlichen Messungen ausgebildet ist, ist mit einer Kühlung 6 und einer Heizung 5 umschlossen oder darüber bzw. darunter angeordnet, wobei die ein zelnen Kühl- und Heizelemente alternierend angeordnet sind.

Im Rezipienten 1 ist ein Probentisch 4 angeordnet, auf den austauschbare Substrate flächenhaft aufge bracht werden können, um das Benetzungsvermögen von Polymeren in jeweils verschiedenen Paarungen bestim men zu können. Der Probentisch 4 ist ebenfalls mit alternierend angeordneten Kühl- und Heizelementen bestückt, so daß die jeweils gewünschte Temperatur eingestellt werden kann. In der Fig. 1 ist auf dem Probentisch 4 auf einem Substrat ein liegender Trop fen 7 dargestellt, der mit Mitteln, die nachfolgend bei der Beschreibung der Fig. 2 weiter definiert werden, ausgewertet wird.

Oberhalb des Probentisches 4 ist eine temperierbare Spritze 2 mit integrierter Heizung angeordnet. Dabei befindet sich die Spitze der Kanüle 3 der Spritze 2 am oberen Rand eines Sichtfensters, das in der Fig. 1 durch einen Kreis dargestellt ist. Mit der beheiz baren Spritze 2 ist es möglich, einen Tropfen mit vorgebbarer Temperatur als hängender Tropfen auszu bilden, der wie nachfolgend noch zu beschreiben ist, ausgewertet wird.

Im Rezipienten 1 sind Temperatursensoren 10, 11, 12 und weitere Temperatursensoren 8 und 9 an der Spritze 2 und ein Temperatursensor 13 am Probentisch 4 ange ordnet, wobei die verschiedenen Temperatursignale dieser Temperatursensoren für die Steuerung und Rege lung der Temperatur im Rezipienten und besonders der ausgebildeten liegenden oder hängenden Tropfen ausge nutzt und für die Auswertung der Oberflächenspannung und des Benetzungsvermögens berücksichtigt werden.

Weiterhin gewährleistet die verwendete Gas- und Vaku umtechnik eine hohe Reinheit der Atmosphäre im Rezi pienteninneren, die nach vorab erfolgten Reinigungs prozeduren nur noch geringste Mengen an Substanzen enthält, die zur chemischen Veränderung der Probe bzw. der Substratoberfläche bei den gewählten Meßtem peraturen führen würden. Für die Messungen besteht zudem die Notwendigkeit die Drücke im Inneren zu er fassen, um diese für reproduzierbare Bedingungen für Messungen verschiedener Proben zugrunde zu legen. Die Anordnung der Drucksensoren ist variabel, so daß für jede Meßmethode die geeignete Position der Sensoren hergestellt werden kann und diese keine Beschädigun gen erleiden. Außerdem kann die Konzentration eines oder mehrerer Gase im Rezipienten 1 durch geregelte Zu- und Abfuhr eingestellt werden, um eine definierte Atmosphäre im Rezipienten 1 einstellen zu können.

Daneben besteht, wie dies bei der allgemeinen Be schreibung der Erfindung bereits angedeutet worden ist, die Möglichkeit, z. B. die Spritze 2 durch eine andere Vorrichtung zu ersetzen, mit der die Oberflä cheneigenschaften von geschmolzenen Polymeren unter Anwendung des Wilhelmy-Prinzipes bestimmt werden kön nen.

In der anderen Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrich tung, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, kann die elektronische Bildverarbeitung der ausgebildeten ge schmolzenen Polymertropfen deutlich erkannt werden. An sich gegenüberliegenden Rändern des Rezipienten 1 sind Fenster 20 und 20' vorhanden, durch die Licht einer Lichtquelle 15 in den Rezipienten 1 gelangt.

Die Abbildung des liegenden Tropfens 7 oder des hän genden Tropfens 14, wie dies konkret in der Fig. 2 erkannt werden kann, erfolgt dann unter Verwendung einer ersten Optik 16, die beispielsweise ein Mikro skop sein kann, auf einer herkömmlichen CCD-Kamera 17. Die mit der CCD-Kamera 17 erfaßten Bildkoordina ten des jeweiligen Tropfens werden in digitalisierter Form mit speziellen Verfahren der Tropfenprofilanaly se im Computer 18 ausgewertet, so daß die Oberflä chenspannung des schmelzflüssigen Polymers bestimmt werden kann.

Zusätzlich ist eine zweite Optik 16' mit einer zwei ten CCD-Kamera 17' geneigt zur ersten Optik 16 ange ordnet, mit der der jeweilige Tropfen aus einer ande ren Perspektive durch Fenster 20'' im Bild erfaßt und das Bild elektronisch verarbeitet und mit dem Compu ter 18 beide Bilder für die genauere Berechnung des Volumens des Tropfens zur Verfügung stehen. Die zwei te Optik 16' kann günstigerweise in einen Winkelbe reich zwischen 0 und 90° in bezug zur ersten Optik 16 verschwenkt werden, wobei der jeweilige Winkel bei der Berechnung des Tropfenvolumens berücksichtigt wird. In der Fig. 2 ist ein Winkel von 45° einge stellt.

In den Darstellungen ist nicht erkennbar, daß der Computer 18 gleichzeitig zur Regelung bzw. Steuerung aller variabler Parameter der vorhandenen Komponenten eingesetzt werden kann (wie Heizung, Kühlung, Motor steuerung, Gas- und Vakuumtechnik).

In der Fig. 2 ist ebenfalls nicht dargestellt, daß beispielsweise am Sichtfenster 20 eine Aufnahme für optische Filter vorhanden sein kann, die je nachdem, welche Wellenlängen das optische Filter passieren sollen, ausgetauscht werden können.

Außerdem sind Schutzscheiben 21, 21' und 21'' vorhan den.

In der Fig. 3 ist ein Beispiel eines hier vollstän dig rotationssymmetrischen Stempels 22 gezeigt, der aus Edelstahl X10CrNiS besteht, dessen Oberfläche auch mittels geeigneter Methoden chemisch, physika lisch und/oder mechanisch verändert sein kann.

Dieser Stempel 22 verfügt über eine ebene, kreisrunde Fläche 23, auf der das jeweilige aufzuschmelzende Polymer aufgebracht und in einem Rezipienten 1 ent sprechend erwärmt und geschmolzen werden kann. Die kreisrunde Fläche 23 hat hier einen Durchmesser von 5 mm und eine mittlere Oberflächengüte von mindestens 50µm, so daß die empirisch zu ermittelnde Polymer masse bei dieser Stempelform und -abmessung im Be reich zwischen 15 und 25 mg liegt, wenn ein liegender Tropfen ausgebildet werden soll.

An die kreisrunde Fläche 23 schließt sich ein kegel förmiger Teil an, dessen kegelförmige Mantelfläche 24 in bezug zur kreisrunden Fläche 23, in einem Winkel kleiner als 90°, bevorzugt, wie hier dargestellt, mit einem Winkel von 60°, abgewinkelt ist. An den kegel förmigen Teil des Stempels 22 schließt sich ein be vorzugt zylinderförmiger Teil an, wobei dieser Teil auch anders gestaltet sein kann.

Der in der Fig. 3 gezeigte Stempel 22 kann sowohl bei der Bestimmung des Tropfenvolumens für liegende, wie auch für hängende Tropfen verwendet werden, wobei für die Messung an einem hängenden Tropfen die jewei lige Polymermasse bei ca. 25 bis 35 mg, für einen solchen hier gezeigten Stempel 22, liegt. Für die Bestimmung des Tropfenvolumens an einem liegenden Tropfen, unter Verwendung eines Stempels 22, wie er beispielhaft in Fig. 3 gezeigt worden ist, kann ein Halter 25 verwendet werden, wie er in Fig. 4 darge stellt ist. Ein solcher Halter 25 soll den Stempel 22 fixieren und ein Kippen verhindern, wobei außerdem gesichert werden soll, daß die kreisrunde Fläche 23 exakt horizontal ausgerichtet ist.

Außerdem soll eine sehr gute Wärmeübertragung von der Heizung bzw. Kühlung zum Stempel 22, durch vergrößer te Berührungsflächen erreicht werden können.

Ein solcher Halter 25 kann, wie in Fig. 4 darge stellt, eine rotationssymmetrische Scheibe, mit einer Dicke von ca. 5 mm sein, in deren Zentrum eine Boh rung von 5 mm ausgebildet ist, in die der Stempel 22 mit seinem zylinderförmigen Teil eingeführt werden kann. Die Halterung 25 kann dann großflächig durch direkten Kontakt temperiert werden und infolge des relativ großen Kontaktbereiches, an der inneren Man telfläche der Bohrung mit der äußeren Mantelfläche des zylinderförmigen Teils des Stempels 22 ein rela tiv schneller Temperaturausgleich erreicht werden. Hierfür steht auch die gute Wärmeleitfähigkeit des verwendeten Metalls, wobei hier ebenfalls für die Halterung 25, der gleiche Edelstahl verwendet werden kann, wie er für den Stempel 22 gewählt wurde.

In der Fig. 5 ist ein weiteres Beispiel eines Hal ters 26 für einen Stempel 22, wie er beispielhaft in Fig. 3 dargestellt worden ist, in zwei Ansichten gezeigt.

Die obere Darstellung in Fig. 5 ist eine Seitenan sicht auf einen Halter 26 dargestellt, der aus dem gleichen Edelstahl hergestellt worden ist, wie dies auch für den Stempel 22 der Fall war. Die untere Dar stellung zeigt eine Draufsicht auf den Halter 26.

Der Halter 26 kann, wie bei diesem Beispiel gezeigt, als Zylinder - aber auch in nicht dargestellter Form z. B. als Quader ausgebildet sein.

Durch den Halter 26 ist eine Fensterbohrung 27 ge führt, in die der Stempel 22 mit seiner kreisrunden Fläche 23 und demzufolge auch der daran bzw. darauf ausgebildete hängende bzw. liegende Tropfen 7 oder 14 hineinragt und im Strahlengang der Lichtquelle 15 und der Optik 16 angeordnet werden kann. Der Stempel 22 kann durch die Einführbohrung 28 gesteckt und mittels der Fixierung 29, z. B. eines Gewindestiftes am Halter 26 befestigt werden. Die Einführbohrung 28 stellt eine relativ genaue Passung mit dem Außendurchmesser des Stempels 22 dar, so daß ein großflächiger Kon takt, vorteilhaft für die Wärmeübertragung, erreicht werden kann.

Der Halter 26 mit fixiertem Stempel 22 kann in zwei Stellungen in den Rezipienten 1 eingesetzt werden. Dabei ist in der Fig. 5 die Stellung dargestellt, in der eine Volumenbestimmung an einem hängenden Tropfen möglich ist. Wird der Halter 26 um 180° gedreht, kann die Tropfenvolumenbestimmung bei einem liegenden Tropfen erfolgen.

Günstigerweise können im Halter 26 Kanäle zur Durch führung von Fluiden für dessen Temperierung vorhanden sein, die gegebenenfalls an die Rezipientenheizung 5 bzw. Rezipientenkühlung 6 angeschlossen werden kön nen.

In der Fig. 6 ist in einer Explosionsdarstellung eine Halterung 30 dargestellt, mit der eine Volumen bestimmung an einem hängenden Tropfen und wie bereits im allgemeinen Teil der Beschreibung ausgeführt, auch eine Grenzflächenspannung zu einem zweiten Polymer bestimmbar ist.

Die Halterung 30 sollte ebenfalls aus einem relativ gut wärmeleitenden Material bestehen und dabei rela tiv kleinformatig ausgebildet werden, so daß die Tem perierung auf Grund der kleineren Eigenmasse der Hal terung 30 für die Messung relativ schnell erfolgen kann.

Bei diesem Beispiel einer Halterung 30 wird ein Klemmflansch 31, der aus zwei symmetrischen Teilen besteht, die mittels Schrauben 36 verbindbar sind, verwendet. Im Klemmflansch 31 sind hier Gewindeboh rungen vorhanden, in die vier Säulen 32, als Ab standshalter einer Traverse 33, einschraubbar sind. Die Traverse 33 kann formschlüssig auf die vier Säu len 32 lokal definiert aufgesetzt werden.

In der Traverse 33 ist wiederum eine Einführbohrung 39 für einen Stempel 22 vorhanden, in die dessen zy linderförmiger Teil eingeführt werden und mit dem Gewindestift 37 fixiert werden kann. Auch in diesem Fall ist wieder ein großflächiger Kontakt zwischen Traverse 33 an der inneren Mantelfläche der Einführ bohrung 39 mit der äußeren zylindrischen Mantelfläche des Stempels 22 günstig. In nicht dargestellter Form ragt zumindest die kreisrunde Fläche 23 mit dem daran hängenden Tropfen 14 über den unteren Rand der Tra verse 33 hinaus.

In dieser Form kann die Halterung 30 bereits für die Bestimmung des Tropfenvolumens an einem hängenden Tropfen verwendet werden.

Günstigerweise wird sie jedoch mit einem Küvettenträ ger 34 ergänzt, der mittels des Klemmflansches 31 gehalten werden kann. Im Küvettenträger 34 ist eine Küvette 38 ausgebildet, wobei zumindest ein Ein schnitt vorhanden ist, durch den die Optik den hän genden Tropfen erfassen und dessen Volumen sowie den an der kreisrunden Fläche 23 ausgebildeten Randwinkel zu bestimmen.

In der Küvette kann ein zweites Polymer vorgelegt und aufgeschmolzen werden, in das der hängende Tropfen 14, in hier nicht dargestellter Form eintaucht, und dabei die Grenzflächenspannung zwischen zwei geeigne ten Polymerproben bestimmbar ist.

In der Traverse 33 sind Bohrungen 40 bzw. anders ge formte Öffnungen ausgebildet, die einem Wärmestau unterhalb der Traverse 33 entgegen wirken.

Bezugszeichenliste

1

Rezipient

2

Spritze

3

Kanüle

4

Probentisch

5

Rezipientenheizung

6

Rezipientenkühlung

7

Liegender Tropfen

8

Temperatursensor

9

Temperatursensor

10

Temperatursensor

11

Temperatursensor

12

Temperatursensor

13

Temperatursensor

14

Hängender Tropfen

15

Lichtquelle

16

,

16

' Optik

17

,

17

' CCD-Kamera

18

Computer

19

Videomonitor

20

,

20

',

20

'' Sichtfenster

21

Schutzscheibe

22

Stempel

23

kreisrunde Fläche

24

kegelförmige Mantelfläche

25

Halter

26

Halter

27

Fensterbohrung

28

Einführbohrung

29

Fixierung

30

Halterung

31

Klemmflansch

32

Säule

33

Traverse

34

Küvettenträger

35

Schraube

36

Schraube

37

Gewindestift

38

Küvette

39

Einführbohrung

40

Bohrung

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung der Oberflächenspannung von Polymerschmelzen durch Erfassung der Außen kontur von geschmolzenen Polymertropfen (7, 14) mit einer elektronischen Bildverarbeitung (17, 18, 19, 20) bei vorgebbaren Temperaturen, bei dem in einem temperierbaren Rezipienten (1) die Oberflächenspannung durch Bestimmung der Außenkontur eines Tropfens (7, 14) der Probe bestimmt wird, wobei die Masse der jeweiligen Probe vor und/oder nach der Bestimmung der Ober flächenspannung zur Bestimmung der Dichte der Probe ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenkontur ei nes hängenden und eines liegenden Tropfens (7, 14) der gleichen Probe bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Tropfenvolumen mit dem mit der elektronischen Bildverarbeitung (17, 18, 19) bestimmten Tropfenprofil bestimmt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß mit bestimmtem Trop fenvolumen und der Masse der Probe, bei bekann ter lokaler Gravitationskonstante, die Dichte und Oberflächenspannung bestimmt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß das Tropfenvolumen mit einigen experimentell gemessenen Koordinaten punkte (x_i, y_i) des Tropfenprofils durch Ver gleich mit einem vorgebbaren theoretischen Trop fenprofil und deren Anpassung bestimmt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine polymerspezi fisch, empirisch ermittelte Masse eines Polymers auf eine ebene, kreisrunde Fläche (23) eines Stempels (22) gegeben und aufgeschmolzen wird, wobei gesichert wird, daß sich für einen liegen den Tropfen (7) bei maximaler Meßtemperatur ein Randwinkel an der Kante der kreisrunden Fläche des Stempels (22) von mindestens 60° und maximal 90° ausbildet.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenkontur ei nes hängenden Tropfens (14), durch Anordnung des Stempels (22) in um 180° gedrehter Stellung, bestimmt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7. dadurch gekennzeichnet, daß eine Grenzflächen spannung durch Eintauchen eines hängenden Trop fens (14) in ein zweites aufgeschmolzenes Poly mer bestimmt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem temperierba ren Rezipienten (1) zusätzlich die Oberflächen spannung und die Benetzung durch definiertes Eintauchen einer Faser in die Polymerschmelze nach dem Wilhelmy-Prinzip bestimmt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Licht mit Wellenlän gen unter Berücksichtigung der optischen Eigen schaften der Polymerprobe und/oder einer in die geschmolzene Probe einführbaren Faser verwendet wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur im Rezipienten (1) mit mehreren an verschiedenen Orten angeordneten Temperatursensoren (8, 9, 10, 11, 12, 13) gemessen und die Temperierung in Abhängigkeit der gemessenen Temperaturen gere gelt wird, wobei je nach Meßverfahren zur Be stimmung der Oberflächenspannung die Signale der einzelnen Temperatursensoren (8, 9, 10, 11, 12, 13) unterschiedlich gewichtet werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendruck im Rezipienten (1) mit mehreren an verschiedenen Orten angeordneten Drucksensoren gemessen und der Innendruck im und/oder die Zu- und Abfuhr von Gas(en) in dem oder an dem Rezipienten (1) geregelt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß durch definiertes Eintauchen und/oder Herausziehen der Faser in die geschmolzene Probe die Viskosität der Probe bestimmt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Bestimmung der Oberflächenspannung die jeweilige Polymer probe beim Aufschmelzen entgast und blasenfrei wird, indem im Rezipienten (1) ein Druck erzeugt wird, der unterhalb des atmosphärischen Umge bungsdruckes liegt.

15. Vorrichtung zur Bestimmung der Oberflächenspan nung von Polymerschmelzen mittels eines Verfah rens nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß in einem temperierbaren Rezipienten (1) ein temperierbarer Probentisch (4) und mindestens eine Durchführung für eine temperierbare Spritze (2) an deren Austritt ein daran hängender Trop fen (14) und/oder eine in die auf dem Proben tisch (4) angeordnete Polymerschmelze einführ bare Faser, die mit einer Vorrichtung zur Be stimmung auf die Faser wirkender Kräfte verbun den ist, ausgebildet/vorhanden ist, am Rezipien ten (1) angeordnet ist, und der hängende Tropfen (14) oder die Polymerschmelze auf dem Proben tisch (4) im Strahlengang zwischen einer Licht quelle (15) und einer Optik (16) mit nachfolgen der Bildverarbeitung angeordnet ist.

16. Vorrichtung zur Bestimmung der Oberflächenspan nung von Polymerschmelzen mittels eines Verfah rens nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß in einem temperier baren Rezipienten (1) ein Stempel (22) mit ebe ner, kreisrunder Fläche (23) auf und/oder an der ein Tropfen liegend oder hängend ausgebildet ist, im Strahlengang zwischen einer Lichtquelle (15) und einer Optik (16) mit nachfolgender Bildverarbeitung, angeordnet ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel (22) zumindest teilweise kegelförmig ausgebildet ist und die kreisrunde Fläche (23) und die kegelför mige Mantelfläche (24) einen Winkel ungleich 90° einschließen.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel (22) mittels eines Halters (25) oder einer Halterung (30) fixiert ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß an der Halterung (30) eine Küvette (38) vorhanden ist, in der der Stempel (22) mit hängendem Tropfen (14) im Strahlengang zwischen der Lichtquelle (15) und Optik (10) angeordnet ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß in der Küvette (38) ein zweites aufgeschmolzenes Polymer vorgelegt ist, in das der hängende Tropfen (14) zur Grenz flächenbestimmung eintaucht.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Optik (16') mit einer nachfolgend angeordneten Kamera (17') zur ersten Optik (16) geneigt angeordnet ist, mit der die Tropfenkontur(en) aus einem an deren Winkel anvisiert und der nachfolgenden Bildverarbeitung (19, 20) übermittelbar ist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Optik (16') in bezug zur ersten Optik (16) in einem Winkelbereich zwischen 0 und 90° schwenkbar ist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die temperierbare Spritze (2) im Strahlengang in vertikaler Rich tung bewegbar ist.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der temperierbare Probentisch (4) definiert in vertikaler und/oder horizontaler Richtung bewegbar ist.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß im Probentisch (4) eine Heizung und eine Kühlung integriert und daran angeordnet sind.

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Probentisch (4) mittels durch Kanäle führbarem Stickstoff kühl bar und mittels elektrischer Heizung erwärmbar ist.

27. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß an der Kanüle (3) der Spritze (2) eine Vorrichtung zur Abtrennung eines hängenden Tropfens vorhanden ist.

28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (15) monochromatisches Licht einer ausgewählten Wel lenlänge aussendet oder am Lichtaustritt der Lichtquelle (15) ein optisches Filter angeordnet ist.

29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Filter austauschbar ist.

30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15, 23 oder 27, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Faser auf dem Probentisch ein temperierbares Gefäß zur Aufnahme einer geschmolzenen Polymer probe mit einem Durchmesser, der wesentlich grö ßer als der Durchmesser der Faser ist, angeord net ist.