Table Of ContentChemie, Physik und Technologie der Kunststoffe
in Einzeldarstellungen
6
Kunststoffe
Struktur, physikalisches Verhalten
und Prüfung
In zwei Bänden
llerausgegehen von
Rudolf Nitsche t und Karl A. Wolf
Erster Band
Struktur und physikalisches Ve rhalten
der Kunststoffe
Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH
1962
Struktur und physikalisches
Verhalten der Kunststoffe
Unter Mitarbeit zahlreicher Fachleute
herausgegeben von
Karl A. Wolf
Mit 582 Abbildungen
Springer-Verlag Berlin Beideiberg GmbH
1962
Alle Rechte, insbesondere das der Ubersetznng in fremde Sprachen, vorbehalten
Ohne ausdriickliche Genehmigung des Verlages ist es auch nicht gestattet,
dieses Buch oder Teile daraus auf photomechanischem Wege
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ISBN 978-3-662-23037-4 ISBN 978-3-662-25000-6 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-662-25000-6
® by Springer-Verlag Berlin Heide1berg 1962
Urspriinglich erschienen bei Springer-Verlag OHG., Berlin/Gottingen/Heidelberg 1962.
Softcover reprint of the hardcover 1s t edition 1962
Die Wiederga.be von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem
Buche berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dall solche Namen
im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wiiren und
daher von jedermann benutzt werden diirften
Vorwort
Der Plan zu dem vorliegenden Buch entstand aus der Überlegung, daß es
nützlich sei und einem Bedürfnis entspräche, das derzeitige Fachwissen über die
anwendungstechnisch wichtigen Kunststoffeigenschaften möglichst vollständig
darzustellen. Hierzu gehört die ausführliche Behandlung des gegenwärtigen
Standes der technologischen Kunststoffprüfung, wie er im zweiten Band ge-
schildert ist, aber auch eine umfassende Darstellung des physikalischen Ver-
haltens der Kunststoffe im Zusammenhang mit ihrem strukturellen Aufbau und
den molekularen Vorgängen in den betrachteten Stoffen, wie dies im ersten Band
versucht wird. Dabei sind auch die der Strukturforschung dienenden physika-
lischen Untersuchungsmethoden und deren Ergebnisse zu behandeln. Die
chemischen Grundlagen können in diesem Zusammenhang knapp zusammen-
gefaßt und auf das Notwendigste beschränkt werden.
Es muß naturgemäß in einer solchen Darstellung die Diskrepanz in Er-
scheinung treten, die zur Zeit noch zwischen dem Stand der Kenntnis von
Struktur und physikalischem Verhalten einerseits und deren Anwendung beispiels-
weise in der praktischen Kunststoffprüfung andererseits besteht. Es soll nicht
zuletzt Aufgabe dieses Buches sein, dem Techniker das notwendige Wissen zu
vermitteln, um diese Diskrepanz vermindern zu helfen.
Die Bedeutung der Ergebnisse der Strukturforschung für Anwendung und
Prüfung der Kunststoffe wird in sehr allgemeiner Form im ersten Kapitel heraus-
gestellt, das den eigentlichen Sachkapiteln dieses ersten Bandes vorangestellt
wurde. Die nächsten beiden Kapitel behandeln die strukturellen Grundlagen.
Neben den chemischen Grundtatsachen und der Polymolekularität kommt dabei
der Darstellung der Zustände (der Begriffwurde weit gefaßt und auch Orientierungs-
zustände und Überstrukturen dazugerechnet) und der Übergangserscheinungen
besondere Bedeutung zu. Der Schwerpunkt des Bandes liegt in der ausführlichen
Behandlung des physikalischen Verhaltens, der Methoden zu seiner Erforschung
und seiner Modifizierung bei Mehrstoffsystemen sowie bei besonderen Strukturen
und Einflüssen (Kap. 4 bis 6).
Es wurde angestrebt, durch eine starke Unterteilung des Bandes in Einzel-
beiträge einer größeren Zahl von Fachleuten, und zwar sowohl solchen der
klassischen Forschungsrichtung als auch Vertretern eigenwilliger Auffassungen
Gelegenheit zu geben, ihre Betrachtungsweisen zur Geltung zu bringen. Außerdem
sollten sowohl namhafte Forscher auf dem Polymerengebiet zu Wort kommen
als auch Fachleute aus der jüngeren Generation, die noch keine Möglichkeit hatten,
ihre Anschauungen zusammenfassend darzulegen. Die Gefahr, daß bei einem der-
artigen Programm die Einheitlichkeit des Buches leidet und Überschneidungen
auftreten, wurde in Kauf genommen. Allerdings blieben dabei auch einige
VI Vorwort
Wünsche auf Vollständigkeit unerfüllt (z. B. hinsichtlich der Behandlung der
kalorischen Phänomene oder der Elektronenresonanz), sei es, weil Teilfragen
eines Themas in verschiedenen Artikeln angeschnitten wurden und daher eine
geschlossene Darstellung unterblieb, oder weil bestimmte Ergebnisse zu spät
bekannt wurden, um noch ihrer Bedeutung entsprechend berücksichtigt werden
zu können.
Es ist naturgemäß kaum möglich, daß eine große Zahl in der Forschung
tätiger Autoren (es sind im ersten Band insgesamt 50) ihre Beiträge auch nur
annähernd zur gleichen Zeit zu Ende bringen. Dabei ist es besonders dankens-
wert, daß die Autoren früh abgeschlossener Artikel diese später überarbeiteten,
ergänzten und auf den neuesten Stand brachten. Auch diejenigen, die für einen
Kollegen einsprangen, der seinen Beitrag selbst nicht zu Ende führen konnte,
haben sich ein großes Verdienst um das Zustandekommen des Buches erworben.
Dr. JuLius SPRINGER und seine Mitarbeiter haben in großzügiger Weise den
Änderungen, Ergänzungen und Schwerpunktsverlagerungen, die im Verlauf der
Arbeit notwendig wurden, ihre Zustimmung gegeben.
Der Tod meines :Mitherausgebers RunoLF NrTSCHE noch vor der Vollendung
des Buches, dem er mit soviel Liebe einen großen Teil der Arbeitskraft seiner
letzten Jahre gewidmet hatte, erschwerte und verzögerte den Abschluß der
Arbeiten. P AUL N OWAK, der nach NrTSCHEs Tod die Aufgaben zur Herausgabe des
zweiten Bandes übernahm, hat in verständnisvoller Zusammenarbeit die Fertig-
stellung des Buches gefördert. Eine besonders wertvolle Hilfe hat ÜTTO FucHs
durch gerraue und fachkundige Durchsicht der Umbruchkorrektur des ersten
Bandes und zahlreiche Verbesserungsvorschläge geleistet. Für tatkräftige Untere
stützung bei den abschließenden Arbeiten, insbesondere bei der Koordinierung
der Korrekturen und der Abfassung des Namen- und Sachverzeichnisses sei
meinen Mitarbeitern ELISABETH ULLMER und WoLFGANG AzoNE herzlich gedankt.
Außer RuDOLF NITSCHE haben ERNST JENCKEL und ADOLF SMEKAL, die
an diesem ersten Band mitgearbeitet haben, ebenso wie ERWIN MoTzKUS und
W ALTER ToELDTE, beide Mitarbeiter am zweiten Band, das Erscheinen des
Buches nicht mehr erlebt. Es sei ihrer hier in dankbarer Verehrung gedacht.
Heidel b erg, Juli 1961
K. A. Wolf
Mitarbeiterverzeichnis
Adam, Gerold, Dr., Institut für Polymere der Universität Marburg a. d. Lahn
van Amerongen, Gerrit J., Dr., Haarlem, Niederlande
Becker, Gerhard W., Dr., Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Braunschweig
Charlesby, Arthur, D. Sc., Ph. Dr., Professor, Royal Military College of Science, Shriven-
ham, England
Dexheimer, Hans, Dr., Farbwerke Hoechst AG., Frankfurt a. Main-Höchst
Fuchs, Otto, Dr., Farbwerke Hoechst AG., Frankfurt a. Main-Höchst
Gätb, Rudolf, Dr., Direktor, Badische Anilin- & Soda-Fabrik AG., Ludwigshafen a. Rhein
Gast, Theodor, Dr., Professor, Göttingen
Grace, Charles S., M. Sc., Royal Military College of Science, Shrivenham, England
Heijboer, Johannis, Ir., Centraal Laboratorium T. N. 0., Delft, Niederlande
Heinze, H. Dieter, Dr., Badische Anilin- & Soda-Fabrik AG., Ludwigshafen a. Rhein
Hendus, Hans, Dr., Badische Anilin- & Soda-Fabrik AG., Ludwigshafen a. Rhein
Hengstenberg, Josef, Dr., Direktor, Badische Anilin- & Soda-FabrikAG., Ludwigshafen
a. Rhein
Höehtlen, August, Dr., Direktor, Farbenfabriken Bayer AG., Leverkusen-Bayerwerk
lllers, Karl-Heinz, Dr., Badische Anilin- & Soda-Fabrik AG., Ludwigshafen a. Rhein
Jenckel, Ernst t, Dr., Professor, Institut für physikeJische Chemie der Rheinisch-West-
fälischen Technischen Hochschule, Aachen
Käsbauer, Friedrich, Dr., Badische Anilin- & Soda-Fabrik AG., Ludwigshafen a. Rhein
Kast, Wilhelm, Dr., Professor, Universität FreiburgjBr.
Kerkbof, Frank, Dr., Ernst-Mach-Institut, FreiburgjBr.
Kollek, Leo, Dr., Dr. h. c., Direktor, Badische Anilin- & Soda-Fabrik AG., Ludwigshafen
a. Rhein
Kosfeld, Robert, Dr., Institut für physikalische Chemie der Rheinisch-Westfälischen
Technischen Hochschule, Aachen
Kratky, Otto, Dr., Professor, Institut für physikalische Chemie der Universität Graz,
Österreich
Knhn, Werner, Dr., Dr. h. c., Professor, Physikalisch-chemisches Institut der Universi-
tät Basel, Schweiz
Leugering, Hans-Joachim, Dr., Farbwerke Hoechst AG., Frankfurt a. Main-Höchst
Magat, Michel, Dr., Professor, Laboratoire de Chimie Physique de la Faculte des Seiences
de Paris, Orsay (S. & 0.), Frankreich
Mark, Hermann, Dr., Dr. h. c., Professor, Polymer Research Institute, Polytechnic
Institute of Brooklyn, Brooklyn N. Y., USA
VIII Mitarbeiterverzeichnis
Müller, F. Horst, Dr., Professor, Institut für Polymere der Universität Marburg a. d. Lahn
Oberst, Hermann, Dr., Farbwerke Hoechst AG., Frankfurt a. Main-Höchst
Peterlin, Anton, Dr., Professor, Camille Dreyfus Laboratory, Research Triangle Institute,
Durham, N. 0., USA
Rehage, Günther, Dr., Dozent, Institut für physikalische Chemie der Rheinisch-West-
fälischen Technischen Hochschule, Aachen
Reinisch, Lydia, Dr., Laboratoire de Chimie Physique de la Faculte des Seiences de Paris,
Orsay (S. & 0.), Frankreich
Richter, Manfred, Dr.-Ing. habil. Professor, Oberreg.-Rat in der Bundesanstalt für Mate-
rialprüfung, Berlin
Schäfer, Karl, Dr., Badische Anilin- & Soda-Fabrik AG., Ludwigshafen a. Rhein
Schardin, Hubert, Dr., Professor, Weil a. Rhein
Scheurlen, Hans, Dr., Farbenfabriken Bayer AG., Leverkusen-Bayerwerk
Schmieder, Karl, Dr., Badische Anilin- & Soda-Fabrik AG., Ludwigshafen a. Rhein
Schneider, Paul, Dr., Farbenfabriken Bayer AG., Leverkusen-Bayerwerk
Schnell, Georg, Dr., Badische Anilin- & Soda-Fabrik AG., Ludwigshafen a. Rhein
Schreuer, Eduard, Dr., Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Braunschweig
Schuch, Erich, Dr., Badische Anilin- & Soda-Fabrik AG., Ludwigshafen a. Rhein
Schuhmann, Hans, Dr., Köln-Sülz
Schnitze, Werner, Dr., Badische Anilin- & Soda-Fabrik AG., Ludwigshafen a. Rhein
Schwarzl, Friedrich R., Dr., Centraal Laboratorium T. N. 0., Delft, Niederlande
Sliwka, Wolfgang, Dr., Badische Anilin- & Soda-Fabrik AG., Ludwigshafen a. Rhein
Stuart, Herbert A., Dr., Professor, Laboratorium für Physik der Hochpolymeren am
Institut für physikalische Chemie der Universität Mainz
Thurn, Helmut, Dr., Badische Anilin- & Soda-Fabrik AG, Ludwigshafen a. Rhein
Ucberreiter, Kurt, Dr., Professor, Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft, Berlin
Vieweg, Richard, Dr., Dr-Ing. E. h., Professor, Darmstadt
van Wijk, Dirk J., Ir., s'Gravenhage, Niederlande
Wolf, Karl A., Dr., Professor, Badische Anilin- & Soda-Fabrik AG., Ludwigshafen a. Rhein
Würstlin, Franz, Dr., Badische Anilin- & Soda-Fabrik AG., Ludwigshafen a. Rhein
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitende Bemerkungen zur Bedeutung der physikalischen Struktur-
forschung für Anwendung und Prüfung der Kunststoffe
Seite
1.1 Der Beitrag physikalischer Untersuchungsmethoden von R. VrEWEG . 1
1.2 Die Entwicklung der Strukturforschung von H. MARK 3
1.3 Die Darstellung der Eigenschaften durch physikalische Meßgrößen von
K . .A. WoLF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.3.1 .Auswahl geeigneter Meßgrößen und Untersuchungsmethoden . . . . . . 6
1.3.2 Untersuchungen in .Abhängigkeit von stoff-und umweltbedingten Variablen 7
1.3.3 .Anwendung mehrerer Untersuchungsmethoden auf das gleiche Struktur-
problem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.4 Die wirtschaftliche und technische Bedeutung einer wissenschaftlich fun-
dierten Prüfung von L. KOLLEK . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.5 Die Berücksichtigung wissenschaftlicher Grundlagen bei der Prüfung von
D. J. VAN WIJK . . . . . . 10
1.5.1 Die Viskositätsmessung . . 11
1.5.2 Die Deformationsmechanik. 11
1.5.3 Die Vorgänge beim Bruch . 13
1.5.4 Dielektrische Messungen . . 13
1.5.5 Die Grundlagen des optischen Verhaltens 13
Literatur ..... 14
2 Der molekulare Aufbau
2.1 Der chemische .Aufbau von R. GÄTH . . 15
2.1.1 Was sind Kunststoffe? . . . . . . . . . . . 15
2.1.2 Aufbauprinzipien und Molekülformen . . . . . 16
2.1.3 Chemischer .Aufbau und Herstellungsmethoden . 18
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.2 Molekulargewicht und Polymolekularität von 0. FucHs 27
2.2.1 Molekulargewicht . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.2.2 Polymolekularität und mittleres Molekulargewicht 29
2.2.3 Molekülgrößenverteilung und Uneinheitlichkeit . . 32
2.2.4 Beispiele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.2.5 Überschneidung des Molekulargewichtseinflusses mit dem Einfluß weiterer
Strukturelemente auf die Eigenschaften . . . . . . . . . . . . . 79
2.2.6 Stoffkonstanten als Durchschnittswerte und ihre Gültigkeitsgrenzen 81
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
X Inhaltsverzeichnis
Seite
2.3 Bestimmung des Molekulargewichtes, seiner Verteilung und der Molekülform
von A. PETERLIN . . . . . . . . . . . 94
2.3.1 Einführung ............. . 94
2.3.2 Gestalt des unverzweigten Fadenmoleküls 96
2.3.3 Das verzweigte Makromolekül 98
2.3.4 Endgruppenbestimmung 100
2.3.5 Osmotischer Druck . . . . . 101
2.3.6 Lichtstreuung . . . . . . . 104
2.3. 7 Diffusion und Sedimentation . llO
2.3.8 Viskosität ll4
Literatur ll5
2.4 Chemische Uneinheitlichkeit von 0. FucHs u. H.-J. LEUGERING ll8
2.4.1 Uneinheitlichkeit hinsichtlich Molekulargewicht und chemischer Zusammen-
setzung .................. . ll8
2.4.2 Bestimmung der chemischen Uneinheitlichkeit . ll9
2.4.3 Darstellung der Meßergebnisse . . . . . . . 121
2.4.4 Weitere Beispiele . . . . . . . . . . . . . 121
2.4.5 Einfluß auf die mechanischen Eigenschaften. 123
Literatur 126
2.5 Molekularkräfte und Bewegungsmechanismen von F. H. MüLLER 128
2.5.1 Hochpolymere im kompakten Zustand . . . . . . . . . . 128
2.5.2 Molekulares Kraftfeld und Wechselwirkung zwischen kleinen Molekülen . 131
2.5.3 Makromolekulare Aggregatzustände 148
2.5.4 Abschließende Bemerkungen 155
Literatur 158
3 Zustände und Übergänge
3.1 Glaszustand und Einfriervorgang von E. JENCKEL t, überarbeitet und ergänzt
von G. ADAM, K.-H. lLLERS, R. KosFELD u. G. REHAGE . . . 160
3.1.1 Aggregatzustände . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
3.1.2 Übergang der Schmelze in den Glaszustand; Einfriervorgang 161
3.1.3 Auflösung eines Glases; Einfrierwärme . . . 168
3.1.4 Koexistenz eines Glases mit anderen Phasen 171
3.1.5 Zur Struktur der Gläser . . . . . . . . . . 174
3.1.6 Viskosität und Diffusion . . . . . . . . . . 180
3.1.7 Weitere Einfriertemperaturen und mechanische Relaxationserscheinungen
unterhalb der Glastemperatur 184
Literatur 187
3.2 Kristallisieren, Kristallzustand und Schmelzen von K. DERERREITER 189
3.2.1 Kristallisation 189
3.2.2 Kristalliner Zustand . 201
3.2.3 Umwandlungen 211
3.2.4 Schmelzen . . 215
3.2.5 Schmelzpunkt. 217
Literatur 232
3.3 Gummielastischer Zustand von W. KuHN 234
3.3.1 Besondere Merkmale des gummielastischen Zustandes 234
3.3.2 Die Gestalt von Molekülfäden als Grund für das Auftreten von Zusammen·
haltsmechanismen mit stark verschiedenen Relaxationszeiten ...... 235
