Universität Stuttgart
Permanent URI for this communityhttps://elib.uni-stuttgart.de/handle/11682/1
Browse
8 results
Search Results
Item Open Access Constitutive correlations for mass transport in fibrous media based on asymptotic homogenization(2023) Maier, Lukas; Kufferath-Sieberin, Lars; Pauly, Leon; Hopp-Hirschler, Manuel; Gresser, Götz T.; Nieken, UlrichMass transport in textiles is crucial. Knowledge of effective mass transport properties of textiles can be used to improve processes and applications where textiles are used. Mass transfer in knitted and woven fabrics strongly depends on the yarn used. In particular, the permeability and effective diffusion coefficient of yarns are of interest. Correlations are often used to estimate the mass transfer properties of yarns. These correlations commonly assume an ordered distribution, but here we demonstrate that an ordered distribution leads to an overestimation of mass transfer properties. We therefore address the impact of random ordering on the effective diffusivity and permeability of yarns and show that it is important to account for the random arrangement of fibers in order to predict mass transfer. To do this, Representative Volume Elements are randomly generated to represent the structure of yarns made from continuous filaments of synthetic materials. Furthermore, parallel, randomly arranged fibers with a circular cross-section are assumed. By solving the so-called cell problems on the Representative Volume Elements, transport coefficients can be calculated for given porosities. These transport coefficients, which are based on a digital reconstruction of the yarn and asymptotic homogenization, are then used to derive an improved correlation for the effective diffusivity and permeability as a function of porosity and fiber diameter. At porosities below 0.7, the predicted transport is significantly lower under the assumption of random ordering. The approach is not limited to circular fibers and may be extended to arbitrary fiber geometries.Item Open Access Chitin/cellulose blend fibers prepared by wet and dry‐wet spinning(2020) Ota, Antje; Beyer, Ronald; Hageroth, Ulrich; Müller, Alexandra; Tomasic, Patricija; Hermanutz, Frank; Buchmeiser, Michael R.We describe the wet and dry‐wet spinning of multifilament cellulosic composite fibers, namely chitin/cellulose fibers. The direct solution process for the two biopolymers based on an ionic liquid as solvent represents an environmentally friendly and alternative technology to the industrially applied viscose and lyocell process. Both cellulose and chitin possess good solubility in 1‐ethyl‐3‐methylimidazolium propionate ([C2C1Im][OPr]) and were spun into multifilament composite fibers. Moreover, for the first time, pure chitin multifilament fibers were obtained by dry‐wet spinning. The effect of chitin addition on the filament properties was investigated and evaluated by microscopic, spectroscopic, and mechanical analyses.Item Open Access Analyse der Faservereinzelung im Kardierprozeß zur Vermeidung einer Faserschädigung(2002) Jehle, Volker; Egbers, Gerhard (Prof. Dr.-Ing.)Die Karde beeinflußt die Garnqualität wesentlich. Ihre Aufgabe ist es, Faserflocken bis zur Einzelfaser aufzulösen, zu orientieren, Nichtfaseranteile, Staub, Kurzfasern und Faserverknotungen wie Nissen zu entfernen. Dabei soll die Karde diese Aufgaben, ohne die Faser zu schädigen, erledigen. In den letzten 20 Jahren konnte der Faserdurchsatz beim Kardieren um das Dreifache auf bis zu 120 kg/h gesteigert werden. Dies erfordert von der Karde eine wesentlich intensivere Flockenauflösung sowie höhere Reinigungseffizienz. Eine intensivere Flockenauflösung und -reinigung bedeutet jedoch auch immer eine intensivere Faserbeanspruchung und damit die Gefahr einer Faserschädigung. Die Intensität der Flockenauflösung hängt von vielen Kardierparametern ab. Zu den wichtigsten Parametern gehören die Vorreißerdrehzahl, die Spitzendichte der Vorreißergarnitur und die Einlaufgeometrie Speisewalze/Vorreißer. Im eigentlichen Kardierbereich Tambour/Deckel sind die Tambourdrehzahl, der Faserdurchsatz, der Deckelabstand sowie die effektive Kardierfläche die entscheidenden Kriterien. Auch der Rohstoff hat einen Einfluß auf die Flockenauflösung. Im Rahmen dieser Arbeit wurden die Bedeutung dieser Parameter untersucht und Zusammenhänge zwischen diesen Kenngrößen einerseits und der Flockenauflösung sowie der Faserschädigung andererseits herausgearbeitet. Dabei wurden online-Meßsysteme an der Karde eingesetzt, mit denen es möglich war, die Faser- und Kardierelement-Belastung während der Produktion zu erfassen. Fasern und Garne wurden geprüft, um die Faserschädigung beim Kardieren zu ermitteln. Es werden die Gefahren für eine Faserschädigung sowie die Potentiale für eine intensivere Kardierung aufgezeigt. Durch eine schonendere Kardierung wird eine bessere Rohstoffausnutzung möglich. Die Ergebnisse der Arbeit stellen eine gute Ausgangsbasis für die Neu- und Weiterentwicklung von Karden in Hinblick auf eine weitere Leistungssteigerung bei gleichzeitig schonender Faserbehandlung dar.Item Open Access Reversible N‐heterocyclic carbene‐induced α‐H abstraction in Tungsten(VI) imido dialkyl dialkoxide complexes(2020) Musso, Janis V.; Benedikter, Mathis J.; Wang, Dongren; Frey, Wolfgang; Altmann, Hagen J.; Buchmeiser, Michael R.The first reversible N‐heterocyclic carbene (NHC) induced α‐H abstraction in tungsten(VI) imido‐dialkyl dialkoxide complexes is reported. Treatment of W(NAr)(CH2Ph)2(OtBu)2 (Ar=2,6‐dichlorophenyl, 2,6‐dimethylphenyl, 2,6‐diisopropylphenyl) with different NHCs leads to the formation of complexes of the type W(NAr)(CHPh)(NHC)(CH2Ph)(OtBu) in excellent isolated yields of up to 96 %. The highly unusual release of the tert‐butoxide ligand as tBuOH in the course of the reaction was observed. The formed alkylidene complexes and tBuOH are in an equilibrium with the NHC and the dialkyl complexes. Reaction kinetics were monitored by 1H NMR spectroscopy. A correlation between the steric and electronic properties of the NHC and the reaction rates was observed. Kinetics of a deuterium‐labeled complex in comparison to its non‐deuterated counterpart revealed the presence of a strong primary kinetic isotope effect (KIE) of 4.2, indicating that α‐H abstraction is the rate‐determining step (RDS) of the reaction.Item Open Access Method of manufacturing structural, optically transparent glass fiber-reinforced polymers (tGFRP) using infusion techniques with epoxy resin systems and E-glass fabrics(2023) Heudorfer, Klaus; Bauer, Johannes; Caydamli, Yavuz; Gompf, Bruno; Take, Jens; Buchmeiser, Michael R.; Middendorf, PeterRecently, fiber-reinforced, epoxy-based, optically transparent composites were successfully produced using resin transfer molding (RTM) techniques. Generally, the production of structural, optically transparent composites is challenging since it requires the combination of a very smooth mold surface with a sufficient control of resin flow that leads to no visible voids. Furthermore, it requires a minimum deviation of the refractive indices (RIs) of the matrix polymer and the reinforcement fibers. Here, a new mold design is described and three plates of optically transparent glass fiber-reinforced polymers (tGFRP) with reproducible properties as well as high fiber volume fractions were produced using the RTM process and in situ polymerization of an epoxy resin system enclosing E-glass fiber textiles. Their mechanical (flexural), microstructural (fiber volume fraction, surface roughness, etc.), thermal (DSC, TGA, etc.), and optical (dispersion curves of glass fibers and polymer as well as transmission over visible spectra curves of the tGFRP at varying tempering states) properties were evaluated. The research showed improved surface quality and good transmission data for samples manufactured by a new Optical-RTM setup compared to a standard RTM mold. The maximum transmission was reported to be ≈74%. In addition, no detectable voids were found in these samples. Furthermore, a flexural modulus of 23.49 ± 0.64 GPa was achieved for the Optical-RTM samples having a fiber volume fraction of ≈42%.Item Open Access Dual catalysis with an N‐heterocyclic carbene and a Lewis acid : thermally latent precatalyst for the polymerization of ε‐caprolactam(2020) Altmann, Hagen J.; Steinmann, Mark; Elser, Iris; Benedikter, Mathis J.; Naumann, Stefan; Buchmeiser, Michael R.So far, the earlier reported strong correlation between basicity of an N‐heterocyclic carbene (NHC) and its reactivity in poly(ε‐caprolactam) (PA6) synthesis resulted in a substantial limitation of applicable carbenes. Here, to overcome this issue, 1,3‐dimethylimidazolium‐2‐carboxylate, an easily accessible, air and moisture‐stable NHC, was applied as thermally latent initiator. In order to compensate for its low basicity, reactivity was enhanced by the addition of both a Lewis acid and an activator to ease the initial polymerization step. The resulting mixtures of ε‐caprolactam, the CO2‐protected NHC, a Lewis acid and N‐acylazepan‐2‐one constitute homogeneous, thermally fully latent “single‐component” blends for the anionic polymerization‐based synthesis of PA6. They can be stored both in the liquid and solid state for days and months, respectively, without any loss in activity. The role of the Lewis acid as well as technical implications of the prolonged pot‐times are discussed.Item Open Access Nachhaltige Unternehmensführung : ein kybernetischer Ansatz für betriebliches und überbetriebliches Umweltmanagement(2002) Winkler, Tobias; Fischer, Thomas (Prof. Dr. rer. pol. habil. Ing.)Spätestens seit der UN-Konferenz für Umwelt und Entwicklung, 1992 in Rio de Janeiro, besteht ein gesellschaftlicher Konsens darüber, dass die Umwelt nicht mehr als unbegrenztes (Natur-)Gut betrachtet werden kann, sondern als Basis für den Fortschritt in die Planung menschlichen Handelns mit einbezogen werden muss. Das umwelt- und entwicklungspolitische Leitbild hierfür ist das Sustainable Development, wofür in der Übersetzung der Begriff "nachhaltig zukunftsverträgliche Entwicklung" verwendet wird. Die Integration dieses Leitbildes in die Unternehmenstätigkeiten wird als nachhaltige Unternehmensführung bezeichnet. Übergeordnetes Ziel ist es, Bedürfnisse der Kunden mit Produkten und Dienstleistungen zu erfüllen, die über ihren Produktlebensweg möglichst geringe Umwelteinwirkungen verursachen. Wesentliche Voraussetzung für die Erreichung dieses Zieles ist die Fähigkeit zu produktions- und produktintegrierten Innovationen, die sich auf den Herstellungsprozess des Produktes und auf die Gestaltung des Produktes selbst beziehen. In der Arbeit werden Bausteine einer Infrastruktur vorgestellt, die Textilunternehmen bei der Umsetzung einer nachhaltigen Unternehmensführung unterstützen. Zur Entwicklung und Beschreibung der Infrastruktur werden Konzepte und Methoden der Wirtschaftskybernetik angewendet. Das Management wird als ein mehrstufiges, hierarchisches Regelungssystem modelliert. Für dessen Stufen Strategieentwicklung, Strukturmanagement und Prozessmanagement wird jeweils ein Baustein der Infrastruktur dargestellt. Jeder Baustein der Infrastruktur wird als ein System modelliert, das sich aus den Elementen (organisatorisches) Konzept, Methodik und Technologie zusammensetzt. Die Bausteine entstanden im Rahmen von drei Forschungsprojekten zusammen mit Industrieunternehmen und Forschungsinstituten. Dabei wurden Lösungsansätze vorrangig aus dem betrieblichen und überbetrieblichen Umweltmanagement, aber auch aus dem Bereich von Innovations- und Wissensmanagement aufgegriffen.Item Open Access Melt spinning of propylene carbonate‐plasticized poly(acrylonitrile)‐co‐poly(methyl acrylate)(2020) König, Simon; Kreis, Philipp; Reinders, Leonie; Beyer, Ronald; Wego, Andreas; Herbert, Christian; Steinmann, Mark; Frank, Erik; Buchmeiser, Michael R.The primary use of poly(acrylonitrile) (PAN) fibers, commonly referred to as acrylic fibers, is in textile applications like clothing, furniture, carpets, and awnings. All commercially available PAN fibers are processed by solution spinning; however, alternative, more cost‐effective processes like melt spinning are still highly desired. Here, the melt spinning of PAN‐co‐poly(methyl acrylate) (PMA) plasticized with propylene carbonate (PC) at 175°C is reported. The use of methyl acrylate (MA) as comonomer and PC as an external plasticizer renders the approach a combination of internal and external plasticization. Various mixtures of PAN and PC used in this work were examined by rheology, subjected to melt spinning, followed by discontinuous and continuous washing, respectively. The best fibers were derived from a PAN‐co‐PMA copolymer containing 8.1 mol‐% of MA having a number‐average molecular weight Mn of 34 000 g/mol, spun in the presence of 22.5 wt.‐% of PC. The resulting fibers were analyzed by scanning electron microscopy and wide‐angle X‐ray scattering (WAXS), and were subjected to mechanical testing.