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Advantages of the in situ diameter measurement for the tensile behavior analysis of Mangalitza pig hair and poly(ethylene terephthalate) fibers

Laura-Jean Khadija Peters

Art der Arbeit

Masterarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Physik

Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)

Masterstudium Physics

Betreuer*in

Herwig Peterlik

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DOI

10.25365/thesis.73321

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-21512.16031.930683-2

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Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Die Bestimmung materialspezifischer Parameter und des Spannungs-Dehnungs-Verhaltens von Fasern ist sowohl für die wissenschaftliche Forschung als auch für industrielle Anwendungen relevant. Viele entsprechende Untersuchungen beruhen jedoch auf vereinfachenden Annahmen bezüglich der Querdimension der Faser, da die Änderung des Durchmessers während der Messung nicht oder aus nur einer Richtung verfolgt wird. Vor allem für Fasern mit nicht-kreisförmigem Querschnitt sind deshalb Ungenauigkeiten in den untersuchten Größen zu erwarten. In der vorliegenden Arbeit wird das laterale und longitudinale Dehnungsverhalten von Mangalitzaschweinehaaren und Polyethylentherephthalatfasern (PET-Fasern) untersucht. Hierfür wurde ein neues Gerät verwendet, das die Messung des Durchmessers in situ und aus beliebig vielen Winkeln ermöglicht. Insgesamt sieben Schweinehaare und sechs PET-Fasern wurden bis zum Bruch gedehnt. Mit den aus verschienenen Winkeln aufgenommenen Durchmessern konnte für jeden Dehnungsschritt die entsprechende Querschnittsfläche der Probe bestimmt werden, wodurch die wahre während der Dehnung auftretende Spannung sowohl für die PET-Fasern als auch für die elliptischen Schweinehaare ermittelt werden konnte. Hierdurch konnte ein möglicher weiterer Abschnitt im klassischen Modell der Spannungs-Dehnung-Kurve von Haaren aufgezeigt werden, der mit dem α → β-Übergang im gedehnten Keratin in Zusammenhang stehen könnte. Es zeigte sich für alle Proben eine Abhängigkeit zwischen beobachtetem Dehnungsverhalten sowie abgeleiteten Größen und dem Winkel, aus dem der Probendurchmesser gemessen wurde. Am stärksten betroffen waren hier die Messungen mit Schweinehaaren. Da die PET-Fasern einen kreisförmigen Querschnitt haben, ist die Bestimmung des Durchmessers aus mehreren Winkeln für grundlegende Materialparameter wie den Elastizitätsmodul oder die Poissonzahl von geringer Signifikanz. Bei Untersuchung von inhomogenen Materialien wie Schweinehaaren ergibt sich jedoch ein deutlicher Informationsgewinn und ein höherer Grad an Genauigkeit. Die Möglichkeit, die Änderung des Durchmessers von gedehnten Fasern in situ zu untersuchen eröffnet viele Angriffspunkte für die zukünftige Erforschung von Spannungs-Dehnungs-Kurven inhomogener Materialien. Zudem erlaubt der vorgestellte Ansatz die genauere Untersuchung von materialspezifischen Parametern.

Abstract

(Englisch)

Determining material specific parameters and the straining behavior of fibers is of importance for both scientific and industrial purposes. In many cases however, the diameter of a strained sample is not kept track of during the measurement or measured from one angle only, leading to the need of making simplified assumptions on the sample’s shape. This can be especially problematic for fibers of non-circular cross-section. The present work investigates the longitudinal and lateral straining behavior of Mangalitza pig hair and poly(ethylene terephthalate) (PET) fiber samples stretched by a newly-built device that allows for the in situ and multi-angular measurement of the sample diameter. Seven pig hair samples and six PET fibers have been strained until failure. From the sample diameters recorded at different angles, it was possible to determine the crosssectional area for each straining step. This allowed for the calculation of the true stress for both the circular PET fibers and the elliptical pig hair samples. This way, for the pig hair, an additional region to the classical concept of hair straining was found for the true stress-strain curves. This region is possibly assigned to some phase of the α- to β-keratin transition taking place in keratin-containing strained materials. It could be shown that the observed straining behavior of all the samples as well as derived quantities were highly dependent on the angle it was looked at, especially for the pig hair. Because of the circular cross-section of the PET fibers, measuring the diameter from more than one angle is probably not of high importance for basic physical properties like Young’s modulus or Poisson’s ratio. For the pig hair however, it is informative and more accurate because of the hair’s inhomogeneity. Being able to study the cross-sectional change of strained fibers with a non-circular cross-section raises many points of application for future research. Also, even for circular fibers like PET fibers, the presented measuring approach provides the possibility of studying material-dependent parameters in a more accurate way.

Autor*innen

Laura-Jean Khadija Peters

Haupttitel (Englisch)

Advantages of the in situ diameter measurement for the tensile behavior analysis of Mangalitza pig hair and poly(ethylene terephthalate) fibers

Paralleltitel (Deutsch)

Vorteile der in-situ-Messung des Durchmessers für die Analyse des Dehnungsverhaltens von Mangalitzaschweinehaaren und Polyethylenterephthalatfasern

Publikationsjahr

2022

Umfangsangabe

135 Seiten : Illustrationen

Sprache

Englisch

Beurteiler*in

Herwig Peterlik

Klassifikationen

33 Physik > 33.60 Kondensierte Materie. Allgemeines ,

33 Physik > 33.62 Mechanische Eigenschaften. akustische Eigenschaften. thermische Eigenschaften

AC Nummer

AC16810796

Utheses ID

65478

Studienkennzahl

UA | 066 | 876 | |

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