RESUMEN

OBJECTIVES: This investigation focuses, first, on the question to which extent wet and dry tensile tests on human hair may be considered as leading to independent results. Second, we try to assess the sensitivities of wet and dry-testing to detect changes of mechanical properties. Specifically, we were interested in separating changes, which were induced by a combination of a chemical (oxidation/bleach) and a physical treatment (heat). METHODS: The basis for our study are data for the tensile properties (wet and dry) of a set of untreated and bleached hair tresses, which were submitted to the same schedule of thermal treatments. As characteristic tensile parameters, we chose modulus (E), break extension (BE), and break stress (BS). First, parameters were analysed across treatments for the correlations between wet and dry data. Second, we applied two-factor analysis of variance to assess the effects of the factors and their potential interaction. RESULTS: Correlations for the dry versus wet data show only a weak relationship for E, while coefficients of determination (R2 ) are quite high for BE and BS. Two-factor ANOVA enables to quantify the various contributions to the Total Sum-of-Squares for all three parameters. We show that the parameters respond quite differently to the chemical and the thermal treatments as well as to testing conditions (wet or dry). It is of interest to note that the interaction between the chemical and the physical treatment is generally quite weak. For the interpretation of the results, we use the concept of the humidity-dependent as well as strain-induced glass transition of the amorphous matrix. CONCLUSIONS: The independence hypothesis for dry and wet tensile measurements only applies for modulus. Overall, we consider modulus (wet) as the best tensile measure of fibre damage when assessing chemical and/or physical treatments. Under ambient conditions (dry), break stress is shown to be a feasible alternative measure.

OBJECTIFS: Cette expérience porte d'abord sur la question de savoir dans quelle mesure les tests de traction humide et sec sur cheveux humains peuvent être considérés comme conduisant à des résultats indépendants. Deuxièmement, nous essayons d'évaluer les sensibilités des tests humides et secs pour détecter les modifications des propriétés mécaniques. Plus précisément, nous nous sommes intéressés à séparer les changements, qui ont été induits par une combinaison d'un produit chimique (oxydation/eau de javel) et d'un traitement physique (chaleur). MÉTHODES: Notre étude repose sur les données relatives aux propriétés de traction (humides et secs) d'un ensemble de tresses capillaires non traitées et décolorées, qui ont été soumises au même programme de traitements thermiques. En tant que paramètres de traction caractéristiques, nous avons choisi le modulus (E), l'extension de rupture (BE) et le stress de rupture (BS). Tout d'abord, les paramètres ont été analysés entre les traitements, pour observer les corrélations entre les données humides et secs. Deuxièmement, nous avons appliqué une analyse de variance à deux facteurs, pour évaluer les effets des facteurs et leur interaction potentielle. RÉSULTATS: Les corrélations entre les données sèches et humides montrent uniquement une relation faible pour E, tandis que les coefficients de détermination (R2) sont assez élevés pour BE et BS. L'analyse ANOVA à deux facteurs permet de quantifier les différentes contributions à la somme totale des carrés pour les trois paramètres. Nous montrons que les paramètres répondent de façon assez différente aux traitements chimiques et thermiques ainsi qu'aux conditions de test (humide ou sec). Il est intéressant de noter que l'interaction entre la substance chimique et le traitement physique est généralement assez faible. Pour l'interprétation des résultats, nous utilisons la notion de transition vitreuse hygro-dépendante ainsi que de la matrice amorphe induite par une contrainte. CONCLUSIONS: L'hypothèse d'indépendance pour les mesures de traction sec et humide ne s'applique qu'au module. Dans l'ensemble, nous considérons le module (humide) comme la meilleure mesure de traction des dommages des fibres, lors de l'évaluation des traitements chimiques et/ou physiques. Dans des conditions ambiantes (sèches), le stress de rupture est une mesure alternative réalisable.

Asunto(s)

RESUMEN

Tensile testing of keratin fibres, such as wool and hair, in the wet state is a well established tool in the academic as well as applied portfolio of mechanical analyses. For the tensile curve of a hair fibre, fourteen material-specific stress-, strain, and work-related variables were identified. Analysing twelve samples of cosmetically untreated hair, we show that the variables show good precision and a satisfactory degree of homogeneity across samples. Correlation analysis shows strong relationships between essentially all variables. Some strong correlations were in fact expected. However, their actual extent is very surprising, including even rather dissimilar variables (e.g., elastic-vs break-modulus). This observation led us to investigate whether variables may be clustered into a number of groups in order to define a set of underlying orthogonal factors, using Factor Analysis. The results show that 87% of data variance can be accounted for by just two factors, which we refer to as 'stress-' and 'strain'- factor, respectively. The tensile properties of untreated hair (wet) are thus well described by just any pair of strong variables from each factor, such as elastic modulus and break strain. We hypothesize that similar principles may also be applicable for treated hair. This type of approach and its implications may also have relevance for other epidermal appendages (nails, claws, horn, etc) or even more generally for other biological composite materials, such as skin, tendon and bone.

Asunto(s)

Asunto(s)