Die physikalische Eigenschaften des Haares ergeben sich direkt aus der Organisation der verschiedenen Strukturelemente der Faser: Proteine, Fibrillen oder Zellen. Diese Eigenschaften sind zu einem großen Umfang verantwortlich für den Zustand und das Aussehen der Haare und ihre Verbesserung ist das Ziel jede Haarbehandlung. Einige Autoren haben sogar das Verhalten eines Kopfes von Haar als Kombination der verschiedenen Eigenschaften der einzelnen Fasern.
Das Interesse an der Untersuchung der physikalischen Eigenschaften des Haares ist also zweifach: Erstens, um die Werkzeuge und definieren Kriterien zur Bewertung der Integrität der internen Struktur des Fasern, ihre Veränderungen im Laufe der Zeit oder unter der Wirkung einer angewandten Behandlung oder Umweltverwitterung und zweitens, um das kosmetische Verhalten des Kopfes von Haare.
Die Eigenschaften, die auf einen Haarkopf wirken, sind im Wesentlichen mechanische Eigenschaften. Sie sind sind ein wertvoller Indikator für die Qualität der Faser und stehen in enger Beziehung zu ihrer Struktur. Sie auch bestimmte Eigenschaften des Haares wie Körper, Styling, etc. beeinflussen. Das Aussehen der Haare hingegen ist weitgehend von den Oberflächeneigenschaften des Haares abhängig.
Die biologische Herkunft der Haare erschwert die Untersuchung. Der Forscher kann nicht wählen Sie die Probe, an der gemessen wird (Form, Farbe, etc.) und den Eigenschaften variieren von Haar zu Haar und sogar über die Länge eines einzelnen Haares. Alle Eigenschaften der Haare sind eng mit ihrer Struktur verbunden und unterliegen daher Variabilität in Abhängigkeit von der biologischen Herkunft.
Mechanische Eigenschaften
Aufgrund seiner komplizierten und einzigartigen Struktur hat das Haar bemerkenswerte mechanische Eigenschaften. Die deren Messung ist eines der einfachsten Mittel zur Beurteilung der Integrität und Eigenschaften der Faser. Sie ist auch eine der ältesten, da das Verhalten verschiedener Keratin Fasern, insbesondere die der Wolle, wurde in den 1930er Jahren ausführlich beschrieben. In der Tat, die geringste Veränderung der chemischen Zusammensetzung oder Struktur der Haare kann seine mechanischen Eigenschaften verändern.
Jedes mechanisch beanspruchte Material (massiv oder pseudo-massiv) erhält seine Form verändert und widersteht diesem Stress durch gegenläufige Kräfte, die auf eine Rückkehr zu seinem ursprünglichen Staat. Im Allgemeinen werden vier Hauptbeanspruchungsarten betrachtet: der "einachsige" Modus (Zug- oder Druck), Scherung, Torsion und Biegung.
Die Beanspruchung kann auf unterschiedliche Weise erfolgen: statisch (Dehnung oder Veränderung der Form ist langsam oder schnell, aber nicht zyklisch, was darauf hindeutet, dass das Gleichgewicht konstant ist. erreicht), dynamisch (das Material wird zyklisch über die Zeit unterschiedlich stark belastet), in Relaxation oder in Kriechstudien. Auf diese Weise wird das Verhalten des Materials unter einer Belastung von unterschiedliche Amplitude, bis der Bruch untersucht werden kann.
Zugfestigkeitseigenschaften
Aufgrund der Geometrie der Haare sind die Zugeigenschaften am einfachsten zu bewerten und haben lange studiert worden. Das übliche Verfahren zur Beurteilung der Zugeigenschaften von Haaren ist die Verwendung von ein klassisches Gerät, das allgemein als "Extensometer" bezeichnet wird.
1. Zwischen ca. 0% und 2-3% Dehnung ist die Dehnung nahezu proportional zur Spannung angewandt. Das Haar verhält sich wie ein elastisches Material, daher der Name, dieses Gebiet ist die Region Hookean. Dieses Bild wird nun in Frage gestellt, und es wird geglaubt. dass das Haar in dieser Zone eher ein viskoelastisches Verhalten hat.
2. Zwischen 2-3 und 25-30% Dehnung, die Dehnung steigt sehr schnell an, ohne dass man es merkt. Änderung der angewandten Spannung. Das Haar verhält sich in diesem Bereich wie flüssig oder fast perfektes Kunststoffmaterial. Dieses Gebiet wird die Ertragsregion genannt. Unter spezifischen Bedingungen kann jedoch eine Erholung beobachtet werden.
3. Bei einer Dehnung von mehr als 30% werden Dehnung und Spannung wieder proportional, und verhält sich das Haar wieder wie ein elastischer Festkörper. Es ist der Bereich nach der Ausbeute, in dem Schäden und schließlich zum Bruch der Faser kommen. Eine Reihe von Arbeiten haben versucht, die drei Bereiche dieser Kurve als Funktion von die strukturelle Organisation von Keratin. Einige Studien über Wolle identifizierten eine Umwandlung von das α-Keratin bis β-Keratin (unter bestimmten Bedingungen) knapp außerhalb der Region Hooke. Im Hookean-Teil ist die makroskopische Dehnung vor allem auf die Wasserstoff- und Salzbindungen, wenn die Haarfaser im trockenen Zustand stabilisiert wird. Durch ab der Ertragsregion erhöht sich die Menge an β-Keratin. Am Ende dieser Region, Etwa ein Drittel des Keratins befindet sich in der β-Struktur. Über 30% des Dehnung ist die Neigung nach der Dehnung unabhängig von der Haarregion. Der Widerstand gegen Dehnung in dieser Region durch kovalente Bindungen und insbesondere durch Disulfidbindungen gesteuert wird.
Neuere Studien mit Differential Scanning Calorimetry (DSC) und Röntgenstrahlen
Die Beugung an Wolle und Haaren wurde durchgeführt, um die Kenntnisse über die α- β zu verbessern. Übergang. Aus Röntgenuntersuchungen bei der Dehnung von Fasern wurden die Ergebnisse zeigen, dass der Übergang α-β beim Dehnen nicht gleichzeitig, sondern während des anschließenden Dampfaushärteprozesses (für die verstreckten Fasern). Synchrotronstudien zeigen, dass der Übergang α-β eng mit dem "Einschnürungs"-Verzug (in der Ausbeute Region). Die "unausgehackten" Segmente bleiben in der Form α (und die Form β entwickelt sich dann während des folgenden Dampfaushärtungsprozesses), während die Form β durch "Einschnürung" erfasst wird Segmente. Dieses Phänomen, das "Einschnüren", wie es bei anderen Materialien üblich ist, wurde erstmals beschrieben in Wolle und Haar. Der Verzerrungsprozess wurde durch die Kombination zeitaufgelöster Kleinwinkel-Röntgenscanning (SAXS) und mechanische Dehnung der Haarfasern, was zu der Schlussfolgerung führt, dass ein α Helixspulenübergang der Domains erscheint anstelle des allgemein zugelassenen α-β Übergangs bei 30% r.F.
Außerdem wurde gezeigt (135), dass die mechanische Dehnung der Mikrofibrille umfasst eine Kombination aus zwei Prozessen, einer Streckung der Keratinketten und einer gleitenden dieser Ketten innerhalb der Mikrofibrille. In Wasser überwiegt der Gleitvorgang, während bei 45% r.F., die Kombination beider Verfahren führt zu einem "Schmelzen" der Mikrofibrille supramolekulare Struktur. Das allgemeine Erscheinungsbild dieser Spannungs-/Dehnungskurven ist ähnlich dem bestimmter Polymere (zum Beispiel das "Einschnürungsverfahren"). Ein überraschendes Phänomen ist jedoch spezifisch für Keratinfasern ist ihre Fähigkeit, zumindest im nassen Zustand ihre ursprüngliche Zustand nach Entspannung der Spannung, auch nach Erreichen des "plastischen" Bereiches entsprechend auf die Ausbeute (bis zu 30% Dehnung).
Bei vollkommen elastischen Materialien ermöglicht das Ablassen von Spannungen die Rückgewinnung der Probe seine Anfangsdimensionen sofort. Im Gegensatz dazu, bei vollkommen plastischen Materialien, Die Entlastung verursacht keine Verschiebung der Dehnung.
Das Haar ist in der Tat nie perfekt elastisch, auch nicht im Hooke-Bereich. Die Rückkehr in die Anfangszustand erfolgt mit einer bestimmten Geschwindigkeit (das Haar muss also als viskoelastische Material) und dies kann bei in Wasser gedehnten Fasern aus dem Beginn des Nacherntebereichs und entspannt nach dem Trocknen. Wenn das Haar im Wasser gedehnt wird, wird es gewinnt seine ursprüngliche Größe und Eigenschaften ziemlich schnell (innerhalb weniger Stunden) wieder. Es verhält sich also wie ein viskoelastisches Kunststoffmaterial.
Bruch. Das Haar ist eine Faser von großer Stärke. Die Belastung, die erforderlich ist, um den Bruch eines natürliches, gesundes Haar variiert zwischen 50 und 100 g. Der durchschnittliche gesunde Kopf (120.000 Haare) kann 12 Tonnen handhaben. Haare vom afrikanischen Typ sind aufgrund ihrer stark verdrehten Konfiguration ziemlich zerbrechlich, Abflachung bei der Annäherung an eine kollabierte Struktur im Bereich der Verdrehung und Mehrfachverdrehung Umkehrungen entlang der Faserlänge. Das vorzeitige Versagen wird durch Zug- und Torsionsermüdung durch Pflegeverfahren.
Asiatisches Haar ist sehr stark, und die Bruchfestigkeit ist ähnlich wie bei kaukasischem Haar.
Um den Bruch zu visualisieren, wurden einige Studien (191-194) mit Hilfe von SEM durchgeführt. Beim Bruch von menschlichem Haar werden drei Arten von Brüchen unter Längs Extension: glatter Bruch, Stufenbruch und fibrillierte Fraktur (193). Luftfeuchtigkeit und Konditionierung der Haarfaser spielen eine wichtige Rolle bei der Art des beobachteten Bruchs.
Haarbruch kann auch mit anderen Arten von Stress untersucht werden, die das wirkliche Leben besser widerspiegeln Bedingungen als der Zugversuch.