Faserstoffe.Ueber die Prüfung des Papieres. Von Nic. Teclu. Mit Abbildung. Ueber die Prüfung des Papieres. Um die Untersuchung des Papieres auf seine Festigkeit und Dehnung rascher und genauer bewerkstelligen zu können, benutze ich eine Methode, bei welcher verhältnissmässig kleine Papierblättchen, von nicht genau beschnittenen Rändern, in Anwendung kommen und die mechanische Kraft automatisch, gleichmässig wirksam wird, sowie die Prüfung des Papieres gleichzeitig nach allen Richtungen erfolgt. Das Princip dieser Methode beruht auf der Anwendung der Spannkraft gepresster Luft. Die Einrichtung des Apparates wird durch Fig. 1 veranschaulicht. A ist ein metallener, 8 l fassender Compressionsapparat, welcher mit Wasserstandsanzeiger, Sicherheitsventil und Manometer versehen ist. Eine Bleiröhre verbindet denselben mit der Wasserleitung, von welcher der Hahn a die Zuführung des Wassers gestattet. Durch b, einem Hahn mit Kegelverschluss, wird die gepresste Luft, die durch einen Hahn aus dem Gefässe dringt, regulirt. Der Compressionsapparat besitzt noch ein Wasserabflussrohr, das mit dem Hahn d versehen ist. B ist der Zerreissapparat, im Wesentlichen aus einem aufrecht stehenden Metallcylinder1)Die kreisrunde Oeffnung des Cylinders hat einen Durchmesser von 6 cm, welche Weite zur Prüfung der gewöhnlich im Handel vorkommenden Papierqualitäten ausreicht. bestehend, auf dessen Oeffnung mittels einer eisernen Schraubenvorrichtung eine eiserne Platte aufgeschraubt werden kann. Die Platte trägt ein ⊤-Rohr, dessen eine der drei Röhrenmündungen luftdicht in die Platte eingelassen ist, während die anderen e und f freistehen. Im Inneren des Cylinders, bis gegen die Mitte der Oeffnung reichend, befindet sich der eine Hebelarm eines mit Sperrhaken versehenen zweiarmigen Hebels, welcher seinen Unterstützungspunkt in h hat. Der andere Hebelarm functionirt ausserhalb des Zerreissapparates als Zeiger und dient zur Angabe der Dehnung. C ist ein Rückschlussventil mit den Ansatzröhren k und l. D ist ein Druckregulator, bestehend aus einer spiralig gewundenen Metallröhre von 7 mm innerem Durchmesser mit den Mündungen m und n.

Fig. 1.Prüfung des Papieres.

E ist ein Quecksilbermanometer, dessen eine Schenkel mit der Zuflussöffnung o und dem Hahn p versehen ist. Alle diese einzelnen Apparate A, B, C, D und E sind bei b, e, f, k, l, m, n und o durch dickwandige Kautschukschläuche mit einander luftdicht verbunden. Die Untersuchung wird in folgender Weise ausgeführt: Aus dem Probepapier wird ein Blatt von etwa 9 cm Breite und 11 cm Länge ausgeschnitten, dieses sonach beiläufig in der Mitte mit einer Guttaperchascheibe2)Wenn man Luft unter geeigneten Umständen gegen ein Papierblatt presst, dann kann man in den meisten Fällen die Beobachtung machen, dass letzteres, bei einem gewissen Druck, für die Luft durchlässig wird und demnach nicht zerreisst, wenn der Luftdruck allmählich ansteigt. Aus diesem Grunde wird das Papierblatt mit der dünnsten, im Handel vorkommenden Guttaperchafolie bedeckt, welche das Papier vollständig dichtet. Erstere ist dehnbarer und weniger widerstandsfähig gegen das Zerreissen, als irgend eine Papiergattung; ihr Widerstand erscheint, bei den Untersuchungen dieser Art, unmessbar klein. von etwa 8 cm Durchmesser bedeckt, auf welche ein ringförmiges Band von vulkanisirtem Kautschuk3)Der Kautschukring bezweckt die Herstellung der seitlichen Dichtung. gelegt wird, dessen Breite 1,5 cm und innerer Radius 3 cm beträgt. Die Papierprobe sammt Beleg wird hierauf, anstossend an eine Metalleiste, auf die Mündung des Zerreissapparates geschoben und die Eisenplatte aufgeschraubt. Während nun die Hähne c und d geschlossen sind, wird durch den Hahn a so lange Wasser in den Compressionsapparat einfliessen gelassen, bis das Manometer desselben den Druck von 1,25 at anzeigt, dann werden die Hähne a und p geschlossen und bei geöffnetem Hahn b4)Dieser Hahn gestattet, die Ausflussöffnung nach Bedarf zu regeln und einzustellen. der Hahn c plötzlich aufgemacht. Die gepresste Luft dringt nun in das ⊤-Rohr auf die Papierprobe, von da durch das Rückschlussventil5)Dieses Ventil hat die Einrichtung, die gepresste Luft hindurchtreten zu lassen; ihre Bewegung aber in entgegengesetzter Richtung zu verhindern. in den Druckregulator6)Der Druckregulator hat den Zweck, die Schwankungen des Quecksilbers im Manometer zu beheben, welche stets entstehen, wenn die gepresste Luft plötzlich, ohne anfänglich verminderte Spannung, in das Manometer eindringt, wodurch die Richtigkeit der Bestimmungen wesentlich beeinträchtigt wird. und das Quecksilbermanometer, wo es das Quecksilber in dem zunächst befindlichen Schenkel zum Sinken bringt, in dem anderen aber so lange emporhebt7)Die Schnelligkeit, mit welcher das Quecksilber im Manometer steigt, ist auch von der Ausflussöffnung des Hahnes b abhängig. Zu rasches Steigen des Quecksilbers führt zu ungenauen Versuchsergebnissen, während eine zu langsame Bewegung desselben zu viele Zeit für den einzelnen Versuch in Anspruch nimmt; die Oeffnung des Hahnes b wird daher derart gestellt, dass 760 mm Niveaudifferenz in einem Zeitraum von 10 Secunden erreicht werden., bis die Papierprobe zerreisst, in welchem Augenblick das Quecksilber vermöge der Wirkung des Rückschlussventiles auf seinem erlangten Höhenniveau unbeweglich stehen bleibt. Nun wird der Hahn c geschlossen, der Stand des Quecksilbers und des Dehnungszeigers, sowie auch die Temperatur von einem in nächster Nähe sich befindenden Thermometer abgelesen. Man öffnet hierauf den Hahn p1 wodurch sich das Quecksilber im Manometer wieder gleich hoch stellt, schliesst sodann diesen Hahn, öffnet die Hähne c und d, um das Wasser aus dem Compressionsapparat ausfliessen zu lassen, schliesst hierauf beide Hähne, bringt auch den Dehnungszeiger durch Oeffnen des Sperrhakens in wagerechte Lage, womit der Apparat in den Anfangszustand versetzt wird und eine neue Prüfung vorgenommen werden kann. Die abgelesenen Werthe des Quecksilberstandes und der Temperatur ergeben aus der Gleichung: $$W_r=\frac{[b(1-\alpha t)r^2\pi s]}{2g}$$, in welcher Wr den relativen Widerstand in Atmosphären, b die Niveaudifferenz in Centimeter, t die während des Versuches herrschende Temperatur, r den Radius des Zerreissapparates in Centimeter, s das specifische Gewicht des Quecksilbers und g den Druck einer Atmosphäre in Gramm bedeuten, den relativen Widerstand in Atmosphären und für einen speciellen Fall, wo b = 41,05 cm, t = 15° C., r = 3 cm ist, der Gleichung entsprechend: $$W_r=\frac{[41,05(1-0,00018\times 15)]3^2\times 3,141\times 13,59}{2\times 1032,8}=7,614\text{ at,}$$ aus welchem Werth der absolute Widerstand Wa durch Beziehung auf die Dicke8)Siehe meine diesbezüglichen Publicationen in D. p. J. 1892 286 155 und 1894 294 106, wo ich die Dicke des Papieres, statt dessen Gewicht, für die Bestimmung des absoluten Widerstandes in Rechnung brachte. des Papieres von 1 mm erhalten wird. Es resultiren nämlich aus der Gleichung: Wr : d = Wa : 1, in welcher d die Dicke des Papieres in Millimeter bedeutet und in diesem besonderen Falle 0,0512 mm9)Die Dickenmessungen führe ich mit dem von mir angegebenen optischen Dickenmesser aus. Siehe D. p. J. 1895 298 187. beträgt, der Gleichung entsprechend: 7,615 : 0,0512 = Wa : 1 für $$W_0=\frac{7,615}{0,0512}=148,7\text{ at}$$ absoluter Widerstand. Für die Bestimmung des absoluten Widerstandes in der üblichen Form, als Reisslänge in Meter, bietet diese Methode, durch den Werth des relativen Widerstandes in Atmosphären, gleichzeitig den relativen Reisswiderstand in Gramm für einen Papierstreifen von 35,4493 mm Breite, entsprechend der Peripherie einer Kreisfläche von 1 qc. Demnach für diesen Fall, da der Druck einer Atmosphäre 1032,8 g beträgt: 7,614 × 1032,8 = 7863,74 g als relativen Reisswiderstand, aus welchem sich mit Bezug auf das Gewicht von 1 qm des erwähnten Papieres, welches 58,74 g entspricht, mit Hilfe der bekannten Gleichung: $$R=\frac{p}{g.b}\times 1000$$ eine Reisslänge in Metern von: $$R=\frac{7863,74}{58,74\times 35,4493}\times 1000=3777$$ ergibt. Nachdem die Untersuchungen von Papieren keine so weit gehende Genauigkeit der Bestimmung beanspruchen, um auch die während des Versuches herrschende Temperatur berücksichtigen zu müssen, vereinfacht sich die Gleichung zu dem Ausdrucke: $$W_r=\frac{b.r^2\pi .s}{2g}$$ und da ferner, bei ein und demselben Apparate r eine constante Grösse ist, ergibt die Niveaudifferenz b multiplicirt mit dem Factor: $$\frac{r^2\pi s}{2g}=\frac{3^2\times 3,141\times 13,59}{2\times 1032,8}=0,1861$$ den relativen Druck in Atmosphären bezieh. den relativen Reisswiderstand in Gramm. Demnach 41,05 × 0,1861 = 7,639 at, entsprechend 7,639 × 1032,8 = 7889,5 g bezieh. 3789 m Reisslänge. Die Bestimmung der Dehnung, die gleichzeitig mit der Festigkeitsprüfung erfolgt, ergibt sich aus der Function des erwähnten zweiarmigen Hebels, von welchem der eine Arm als Contacthebel figurirt, indem derselbe mit seinem äussersten Ende von unten das Papier berührt und den Bewegungen der Dehnung des Papieres folgt, während der andere Arm ausserhalb des Zerreissapparates, als Zeiger über eine Millimeterscala gleitend, diese Bewegungsgrösse anzeigt.10)Der Zeiger steht mit einem Zahnrad und einem Sperrhaken in Verbindung, wodurch ersterer, der im Verhältniss mit der Dehnung des Papieres weiter wirkt, eine entgegengesetzte Bewegungsrichtung nicht vollziehen kann. Zerreisst das Papier bei seiner Maximaldehnung, dann sollte der Zeiger in der betreffenden Stellung zur Ruhe kommen. Dies geschieht aber unter diesen Umständen nicht, da die Spannkraft der gepressten Luft den Contacthebel und somit auch den Zeiger plötzlich noch weiter bewegt, wodurch die Bestimmung der Dehnung illusorisch wird. Um diese nachtheilige Wirkung aufzuheben, ist an dem Zerreissapparate ausser dem schon erwähnten noch ein zweiarmiger Hebel angebracht, dessen Unterstützungspunkt sich bei r befindet. Der eine Arm desselben ist knapp über den seitlichen Oeffnungen des Apparates in wagerechter Lage als kreisrunde Metallscheibe angebracht, während der andere Arm als Sperrhaken dient und im geeigneten Augenblicke, durch den Windstoss mittelbar bewegt, hemmend in ein gezahntes Rad einschlägt, welch letzteres derselben Achse angehört, wie das Zahnrad der Zeigersperrvorrichtung. Auf Grund der Vorstellung nämlich, nach welcher der Radius jener Papierkreisfläche, welche dem Luftdruck ausgesetzt ist, und der Abstand seiner Verschiebungsgrösse als Katheten eines rechtwinkligen Dreieckes in senkrechter Ebene gedacht werden, unter welchen Umständen die Hypotenuse um die Dehnungsgrösse länger ist als die erstgenannte Kathete, folgt der Werth für die Dehnung aus der Gleichung: $$x=\sqrt{a^2+b^2}-a,$$ in welcher x die Dehnung, a den Radius und b die Länge des an der Scala abgelesenen und reducirten Werthes bedeuten. Mit Bezug auf die erwähnte Papierprobe ist a = 20 mm11)Damit der Contacthebel nicht der vollen Wirkung der gepressten Luft beim Zerreissen des Papieres ausgesetzt werde, berührt hier die Spitze desselben nicht den Mittelpunkt der Papierfläche, sondern eine Stelle, welche von der Peripherie, in der Richtung des Radius gerechnet, 20 mm entfernt ist., b = 3,784 mm12)Diese reducirte Länge ergibt sich aus dem Verhältniss 1 : 1,85 der Hebelarme; der Ausschlag des Zeigers entspricht hier 7 mm. und somit die Dehnung: $$x=\sqrt{{20}^2+3,{784}^2}-20=0,3548$$ Das Papier dehnt sich somit auf eine Länge von 20 mm um 2 × 0,3548 mm aus und es entspricht sonach, bezogen auf 100, seine Dehnung 3,55 Proc. Mit Rücksicht auf den Umstand, dass bei ein und demselben Apparate sowohl das Hebelarmverhältniss als auch die Länge des Contacthebels gleichbleibende Grössen sind, ergeben sich die Procente der Dehnung als Product aus der Millimeteranzahl des Zeigerausschlages und dem Factor 0,507. Vergleichende Prüfungsversuche dieses Papieres, welche sorgfältigst sowohl mit einem Feder- als auch mit einem Gewichtszerreissapparate ausgeführt wurden, wobei zur Regulirung der Kraft Wirkung der regelmässige Schlag eines Metronomes in Anwendung kam, ergaben eine Reisslänge von 3870 m und eine Dehnung von 3,20 Proc. gegen 3789 m Reisslänge und 3,55 Proc. Dehnung bei Benutzung des hier beschriebenen Apparates.13)Derselbe wird vom Mechaniker Anton Schuda, Wien IV, Pressgasse Nr. 1, angefertigt. Wien, Chemisches Laboratorium der Wiener Handelsakademie, im October 1897.