Morphologie und mechanische Eigenschaften von Zellulosefasern : Untersuchungen mit Röntgen- und Neutronenstreuung

Kölln, Klaas

Zellulose ist das am häufigsten vorkommende biologische Polymer. Die morphologische Struktur besteht aus kleinen Kristallen, den so genannten Mikrofibrillen, die von ungeordneten Bereichen umgeben sind. In diesem Sinne kann Zellulose als ein Kompositmaterial aufgefasst werden. In der vorliegenden Arbeit werden Messungen an Zellulosefasern mit Röntgendiffraktion und inelastischer Neutronenstreuung vorgestellt, die mit Streckexperimenten kombiniert wurden. Der Schwerpunkt der Untersuchungen lag auf hochorientierten Fasern aus Flachs und Ramie, ferner wurden Proben aus künstlicher Zellulose sowie Fasern aus Fichtenholz untersucht. Durch inelastische Neutronenspektroskopie an protonierten und deuterierten Proben wurde der Einfluss der Hydrolyse auf die morphologische Struktur von Zelluloseproben aus Baumwolllinters und Holzzellstoff untersucht. Hochorientierten Flachs- und Ramiefasern wurden mittels Röntgendiffraktion untersucht. Der Dehnungsprozess der Mikrofibrillen konnte für Zugexperimente bei einer konstanten Dehnungsrate mit einer zeitlichen Auflösung von einigen Sekunden bestimmt werden. Unter der Annahme einer einfachen Modellierung des mechanischen Verhaltens konnte so auf den Elastizitätsmodul der Zellulosekristalle zurückgeschlossen werden. Erstmals wurde eine Poissonzahl für Zellulosekristalle experimentell ermittelt. Dabei wurde die aus theoretischen Rechnungen vorhergesagte Anisotropie der Elastizitätsmoduln bestätigt. Durch den Vergleich von Messungen an einzelnen Holzzellen konnte das Auftreten von plastischen Verformungsmechanismen bei der Verstreckung der hochorientierten natürlichen Fasern erklärt werden.

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Kölln, Klaas: Morphologie und mechanische Eigenschaften von Zellulosefasern : Untersuchungen mit Röntgen- und Neutronenstreuung.

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