Institut für Verfahrenstechnik, Umwelttechnik und Techn. Biowissenschaften
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Charakterisierung von Cellulose-Regeneratfasern und darin enthaltener Partikel über optische Bildanalyse

Die Anforderungen an die Produktqualität von Viskosefasern, speziell an deren mechanische Eigenschaften und die Gleichmäßigkeit dieser über die gesamte Faserlänge, steigen zusehends; beispielsweise werden in der Reifenherstellung aktuell Cords aus hochverstreckten Viskose-Garnen zum Aufbau des Stützgewebes der Laufflächen verwendet, die im Betrieb starken Belastungen ausgesetzt sind. Vor allem für die Qualitätssicherung in produzierenden Betrieben sind daher die Kenntnis charakteristischer Verteilungsparameter (Faserlänge, Faserdurchmesser, usw.) sowie grundlegende Zusammenhänge bezüglich der Entstehungsmechanismen unerwünschter Verunreinigungen immer mehr von Bedeutung; es ist nötig, Analysenmethoden anzuwenden bzw. zu entwickeln, die Rückschlüsse auf Art und Gehalt sowie Größenverteilungen von Verunreinigungen oder - für spezielle Anwendungen - bewusst in der Produktion zugesetzten Partikeln (i.e. Flammschutzmittel, Partikel zur Festigkeitssteigerung) erlauben. Neben reproduzierbaren Methoden zur Charakterisierung von Fasereigenschaften und Erfassung bzw. Darstellung von Partikeln sollen Methoden zur Einflussnahme und Prozessüberwachung on-line, also direkt für den Produktionsprozess entwickelt werden.

Ein Hauptansatzpunkt ist hierbei die optische Bildanalyse mittels Lichtmikroskopie und Scanner. In einem ersten Schritt wird für die Proben eine passende Aufbereitungs- und Darreichungsform gewählt und es werden physikalische Parameter der Analysenmethode, wie Auflösung, Kontrast, etc. angepasst. Anschließend werden softwaregestützt Aufnahmen erstellt, die die zu analysierenden Eigenschaften möglichst aussagekräftig präsentieren. Bereits an diesem Punkt können qualitativ Erkenntnisse gewonnen, sowie Entscheidungen über zielführende Vorgangsweisen für weitere Analysen (Durchlicht, Phasenkontrast, Fluoreszenz, Einsatz von Polarisationsfiltern u.v.m.) getroffen werden. Über speziell entwickelte Algorithmen der Bildverarbeitung können unterschiedliche Faserparameter, Partikel-Konzentration und Partikelgrößenverteilungen auch quantitativ erfasst, statistische Kenngrößen verglichen und diese schließlich mit ebenfalls messtechnisch erfassten mechanischen Eigenschaften wie Festigkeit und Reißdehnung, etc. korreliert werden.

Probenvorbereitung und Arbeitsablauf erschließen sich dabei nicht trivial. Beispielsweise kann für die Aufgabenstellung eine mechanische Vorzerkleinerung in Schneidmühlen ebenso nötig sein, wie eine Gegenüberstellung von Daten aus automatisierten Messmethoden der Faseranalyse (vgl. MorFi) mit entsprechenden Daten aus der optischen Bildanalyse. Auch ist bei der Charakterisierung von Cellulose-Regeneratfasern die starke Quellung der Cellulose in wässrigen Lösungen zu berücksichtigen, wie ebenso die bei hohen Auflösungen nötige gute Übereinstimmung der Brechungsindizes von zu untersuchender Probe und Dispersionsmedium. Zudem können unterschiedliche Probenkonzentrationen im Dispergiermittel und probenspezifische Strategien zum Anfärben der zu untersuchenden Strukturen noch entscheidende Verbesserungen in puncto Auswertbarkeit und Bildqualität liefern.

Einem weiten Feld zu untersuchender Eigenschaften stehen demnach die unterschiedlichsten Möglichkeiten bezüglich Probenvorbereitung und -Analyse gegenüber, die anwendungsorientiert adaptiert werden.

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Kontakt:

Privatdozent Dipl.-Ing. Dr.techn. Andreas Bartl