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ermittlung_der_materialdaten [2026/05/10 21:30] – deppe2ermittlung_der_materialdaten [2026/05/27 23:02] (aktuell) – deppe2
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 Diese sinusförmigen Kapillarwellen oder Fadeneinschnürungen werden in großen Zeitintervallen in einen Rechner eingelesen und ausgewertet.  Diese sinusförmigen Kapillarwellen oder Fadeneinschnürungen werden in großen Zeitintervallen in einen Rechner eingelesen und ausgewertet. 
  
-FIXME PLATZHALTER ABBILDUNG 111: Versuchsaufbau zur Erfassung und Auswertung von dispersen Fadenzerfallsprozessen mit einem Heiztisch zur Bestimmung der Grenzflächenspannung 
  
 Von dem Faden werden der Ausgangsdurchmesser $D_0$, die Wellenlänge $λ$ der größte und der kleinste Fadendurchmesser $D{max}$ und $D_{min}$ gemessen. Die folgende Abbildung zeigt die prinzipielle Form einer solchen Kapillarwelle mit ihren für die theoretische Betrachtung kennzeichnenden Größen.  Von dem Faden werden der Ausgangsdurchmesser $D_0$, die Wellenlänge $λ$ der größte und der kleinste Fadendurchmesser $D{max}$ und $D_{min}$ gemessen. Die folgende Abbildung zeigt die prinzipielle Form einer solchen Kapillarwelle mit ihren für die theoretische Betrachtung kennzeichnenden Größen. 
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 $$γ_{12} (T) = γ_{12.0} - γ_{12.m} \cdot T$$ $$γ_{12} (T) = γ_{12.0} - γ_{12.m} \cdot T$$
  
-FIXME PLATZHALTER ABBILDUNG 114: Dimensionslose Wachstumsrate als Funktion der Wellenzahl X und des Viskositätsverhältnisses p 
  
 Der Wert $γ_{12.0}$ ist hierbei der Schnittpunkt der Approximationsfunktion mit der Ordinatenachse, während $γ_{12.m}$ der Steigung dieser Funktion entspricht. In folgender Abbildung ist der prinzipielle Verlauf der Grenzflächenspannung $γ_{12}$ über der Temperatur $T$ für ein Polypropylen (PP) / Polyamid (PA6)- Blend prinzipiell dargestellt.  Der Wert $γ_{12.0}$ ist hierbei der Schnittpunkt der Approximationsfunktion mit der Ordinatenachse, während $γ_{12.m}$ der Steigung dieser Funktion entspricht. In folgender Abbildung ist der prinzipielle Verlauf der Grenzflächenspannung $γ_{12}$ über der Temperatur $T$ für ein Polypropylen (PP) / Polyamid (PA6)- Blend prinzipiell dargestellt. 
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 ==== Zugfestigkeit ==== ==== Zugfestigkeit ====
  
-Die Zugfestigkeit von Agglomeraten ist definiert als die maximale Zugkraft $F_N$, bezogen auf die Querschnittsfläche eines Agglomerates, wobei die Kraft senkrecht zur Fläche zu wirken hat [[gefuellte_polymere#literatur|[Sch75]]].+Die Zugfestigkeit von Agglomeraten ist definiert als die maximale Zugkraft $F_N$, bezogen auf die Querschnittsfläche eines Agglomerates, wobei die Kraft senkrecht zur Fläche zu wirken hat [[ermittlung_der_materialdaten#literatur|[Sch75]]].
  
 Probleme bei der Berechnung der Zugfestigkeit ergeben sich aus der Tatsache, dass es sich bei den Agglomeraten nicht um Kontinua handelt, sondern um eine Probleme bei der Berechnung der Zugfestigkeit ergeben sich aus der Tatsache, dass es sich bei den Agglomeraten nicht um Kontinua handelt, sondern um eine
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 {{ :rex310_de_120.svg?nolink&700 |}} {{ :rex310_de_120.svg?nolink&700 |}}
  
-[[gefuellte_polymere#literatur|[Sch75]]]+[[ermittlung_der_materialdaten#literatur|[Sch75]]]
  
 Die Zugfestigkeit ergibt sich somit aus der Summe der einzelnen Haftkräfte, bezogen auf die Querschnittsfläche der Agglomerate:  Die Zugfestigkeit ergibt sich somit aus der Summe der einzelnen Haftkräfte, bezogen auf die Querschnittsfläche der Agglomerate: 
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 $$σ_z = \frac{F_{N,max}}{A} = \frac {1}{A} Σ_{i=1} F_{Np,i} (Δl)$$ $$σ_z = \frac{F_{N,max}}{A} = \frac {1}{A} Σ_{i=1} F_{Np,i} (Δl)$$
  
-Da das Kraft - Dehnungsverhalten der Agglomerate weitgehend unbekannt ist, ist diese Beziehung aber ohne praktische Bedeutung. Schubert [[gefuellte_polymere#literatur|[Sch75]]] hat verschiedene Ansätze zur Beschreibung der Zugfestigkeit von Agglomeraten zusammengetragen. Unter anderem wird ein Ansatz von Rumpf [[gefuellte_polymere#literatur|[Rum61]]] für statistisch gepackte, monodisperse Partikel vorgestellt: +Da das Kraft - Dehnungsverhalten der Agglomerate weitgehend unbekannt ist, ist diese Beziehung aber ohne praktische Bedeutung. Schubert [[ermittlung_der_materialdaten#literatur|[Sch75]]] hat verschiedene Ansätze zur Beschreibung der Zugfestigkeit von Agglomeraten zusammengetragen. Unter anderem wird ein Ansatz von Rumpf [[ermittlung_der_materialdaten#literatur|[Rum61]]] für statistisch gepackte, monodisperse Partikel vorgestellt: 
  
 $$σ_z = (1-ε) \cdot k \cdot \frac{F_H}{A_p} = \frac {(1-ε)}{ε} \cdot \frac {F_H}{{d_p}^2}$$ $$σ_z = (1-ε) \cdot k \cdot \frac{F_H}{A_p} = \frac {(1-ε)}{ε} \cdot \frac {F_H}{{d_p}^2}$$
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-Hierbei werden die zu untersuchenden Agglomerate in die runde Probenaufnahme gegeben, komprimiert und dann noch getwistet. Unter twisten versteht man das vom Jenike-Schergerät bekannte Verdrehen des Komprimierungsstabes in der Probenaufnahme, so dass Umlagerungs- und Umorientierungsvorgänge stattfinden können. Nachdem die Probenaufnahme gefüllt ist, werden die beiden Hälften der Probenaufnahme auseinander gezogen und die Kraft, die dazu nötig ist, wird gemessen. Die Zugfestigkeit kann dann aus dem Verhältnis der beim Auseinanderbrechen der Hälften wirkenden Kraft zur Querschnittsfläche des Gerätes berechnet werden. Diese und weitere Testmethoden sind im Detail in [[gefuellte_polymere#literatur|[Sch75]]], [[gefuellte_polymere#literatur|[PC97]]], [[gefuellte_polymere#literatur|[Wic91]]] beschrieben.+Hierbei werden die zu untersuchenden Agglomerate in die runde Probenaufnahme gegeben, komprimiert und dann noch getwistet. Unter twisten versteht man das vom Jenike-Schergerät bekannte Verdrehen des Komprimierungsstabes in der Probenaufnahme, so dass Umlagerungs- und Umorientierungsvorgänge stattfinden können. Nachdem die Probenaufnahme gefüllt ist, werden die beiden Hälften der Probenaufnahme auseinander gezogen und die Kraft, die dazu nötig ist, wird gemessen. Die Zugfestigkeit kann dann aus dem Verhältnis der beim Auseinanderbrechen der Hälften wirkenden Kraft zur Querschnittsfläche des Gerätes berechnet werden. Diese und weitere Testmethoden sind im Detail in [[ermittlung_der_materialdaten#literatur|[Sch75]]], [[ermittlung_der_materialdaten#literatur|[PC97]]], [[ermittlung_der_materialdaten#literatur|[Wic91]]] beschrieben.
  
 In der Abbildung ist exemplarisch die Zugfestigkeit von Talkum in Abhängigkeit der Porosität aufgetragen. In der Abbildung ist exemplarisch die Zugfestigkeit von Talkum in Abhängigkeit der Porosität aufgetragen.
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 {{ :rex310_de_118.svg?nolink&700 |}} {{ :rex310_de_118.svg?nolink&700 |}}
  
-Die Messungen dieser Werte fanden auf einem Gerät statt, welches prinzipiell dem oben dargestellten ähnelt. Es ist im Detail in [[gefuellte_polymere#literatur|[Wic91]]] beschrieben. +Die Messungen dieser Werte fanden auf einem Gerät statt, welches prinzipiell dem oben dargestellten ähnelt. Es ist im Detail in [[ermittlung_der_materialdaten#literatur|[Wic91]]] beschrieben. 
  
  
 ==== Porosität ==== ==== Porosität ====
  
-Die Porosität ist definiert als das Verhältnis von Hohlraumvolumen zu Gesamtvolumen [[gefuellte_polymere#literatur|[Wic91]]]. +Die Porosität ist definiert als das Verhältnis von Hohlraumvolumen zu Gesamtvolumen [[ermittlung_der_materialdaten#literatur|[Wic91]]]. 
  
 $$ψ = \frac{V_H}{V_{ges}} $$ $$ψ = \frac{V_H}{V_{ges}} $$
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 {{ :rex310_de_119.svg?nolink&700 |}} {{ :rex310_de_119.svg?nolink&700 |}}
  
-[[gefuellte_polymere#literatur|[Wic91]]]+[[ermittlung_der_materialdaten#literatur|[Wic91]]]
  
 Im Allgemeinen kann bei einer Messung nicht getrennt werden, welcher Anteil der Primärpartikelporosität $ψ_p$, der Agglomeratporosität $ψ_a$ und der Schüttgutporosität $ψ_b$ zuzurechnen ist. Gemessen werden meist Dichten. Ein poröser Stoff hat eine geringere Dichte als die Feststoffdichte $ρ_f$. Die Dichte der Einzelpartikel $ρ_p$ ist mit der Porosität wie folgt verknüpft:  Im Allgemeinen kann bei einer Messung nicht getrennt werden, welcher Anteil der Primärpartikelporosität $ψ_p$, der Agglomeratporosität $ψ_a$ und der Schüttgutporosität $ψ_b$ zuzurechnen ist. Gemessen werden meist Dichten. Ein poröser Stoff hat eine geringere Dichte als die Feststoffdichte $ρ_f$. Die Dichte der Einzelpartikel $ρ_p$ ist mit der Porosität wie folgt verknüpft: 
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 ==Quecksilber-Penetrationsmethode== ==Quecksilber-Penetrationsmethode==
-Diese von Washburn 1921 [[gefuellte_polymere#literatur|[Was21]]] vorgeschlagene Methode eignet sich zur Bestimmung des Porenvolumens und der Porenradienverteilung. Quecksilber benetzt sehr+Diese von Washburn 1921 [[ermittlung_der_materialdaten#literatur|[Was21]]] vorgeschlagene Methode eignet sich zur Bestimmung des Porenvolumens und der Porenradienverteilung. Quecksilber benetzt sehr
 schlecht und umhüllt die Agglomerate. Das von dem Agglomerat verdrängte Quecksilbervolumen wird von einem in der Abbildung dargestellten Quecksilber Porosimeter gemessen.  schlecht und umhüllt die Agglomerate. Das von dem Agglomerat verdrängte Quecksilbervolumen wird von einem in der Abbildung dargestellten Quecksilber Porosimeter gemessen. 
  
-FIXME PLATZHALTER ABBILDUNG 121: Quecksilber-Porosimeter [[gefuellte_polymere#literatur|[PHS79]]] 
  
-Bei bekannter Feststoffdichte ergibt sich die Agglomeratdichte entsprechend DIN 53193 oder DIN 51057 aus dem verdrängten Volumen und der Massendifferenz. In Abhängigkeit vom aufgewendeten Druck dringt Quecksilber entsprechend der Gauß-Laplace Gleichung FIXME**(5.75)** in kleine Poren ein. +Bei bekannter Feststoffdichte ergibt sich die Agglomeratdichte entsprechend DIN 53193 oder DIN 51057 aus dem verdrängten Volumen und der Massendifferenz. In Abhängigkeit vom aufgewendeten Druck dringt Quecksilber entsprechend der Gauß-Laplace Gleichung **(4.75)** in kleine Poren ein. 
  
-$$p = \frac {2σcos(Θ)}{r}$$+$$p = \frac {2σcos(Θ)}{r} \tag{4.75}$$
  
 mit $p$ = aufgewendeter Druck, $s$ = Oberflächenspannung des Quecksilbers, $Q$= Randwinkel von Quecksilber und $r$ = Porenradius.  mit $p$ = aufgewendeter Druck, $s$ = Oberflächenspannung des Quecksilbers, $Q$= Randwinkel von Quecksilber und $r$ = Porenradius. 
  
-Mit dieser Gleichung lässt sich die Porenradienverteilung berechnen [[gefuellte_polymere#literatur|[PHS79]]]. Bei höheren Drücken muss die Kompressibilität des Quecksilbers berücksichtigt werden. +Mit dieser Gleichung lässt sich die Porenradienverteilung berechnen [[ermittlung_der_materialdaten#literatur|[PHS79]]]. Bei höheren Drücken muss die Kompressibilität des Quecksilbers berücksichtigt werden. 
  
 ===== Literatur ===== ===== Literatur =====