Vlákna anorganická. Ostatní umělá vlákna Přednáška č.7 Larysa Ocheretna Vlákna anorganická. Ostatní umělá vlákna

Anorganická vlákna Speciální vlákna: Obsah Skleněná Horninová Uhlíková Pokovená vlákna Bikomponentní vlákna (konjugovaná) Nanovlákna

Chemická vlákna – rozdělení Z přírodního polymeru Celulózová Z rostl. bílkovín Ze živ. bílkovín Z přír. kaučuku Ze syntetického polymeru Polyamidová Polyesterová Polyakrylová Polyuretanová Polyetylenová Polypropylenová Anorganická Z minerálů Z kovů Speciální Konjugovaná Dutá Vysocesorpční

Anorganická vlákna – rozdělení Z minerálů : Skleněná, horninová, uhlíková apod. Z kovů : Kovová ↔ Pokovená

Skleněná vlákna – získání Fénický rybař, Egejské moře Tavicí vana, T=1200°C Tantalové trysky (oscilační hořáky) Sklářský kmen (směs kysličníku: křemičitý 50-60%, vápenatý 15-20%, hlinitý 5-10%) Lubrikace (snižuje adhezí, není vhodná pro kompozity) Sdružování vláken

Skleněná vlákna – výroba kompozitů (laminátů) tkanina měděná folie laminát

Skleněná vlákna – použití Kompozitní materiály (lamináty) pro: automobilový průmysl, letecký průmysl, lodní průmysl. Izolační materiály Spotřební zboží Komunální služby Nepoužívají se v oděvních výrobcích – podráždění pokožky (zákaz praní) Podpůrné zubní pásky a kolíky: Dentapreg (CZ) – 19 zemí Zdroj: http://www.esa.int/Our_Activities/Technology/Glass_fibre_for_splinting_teeth

Skleněná vlákna – použití Vlhké prostory; Tapetování stropů – nebezpečí popraskání; Odolnost vůči mechanickému poškození, ohni; Životnost až 30 let; Omezená barevnost; Komplikované odstranění; Dodržení bezpečnosti práce při instalaci tapet (poškození pokožky, oči apod.). Zdroj: http://furniture.trendzona.com/category/interior-design/page/29

Horninová vlákna (čedičová) Nehořlavá vlákna – automobilový, letecký průmysl.. 1923 – Paul Dhé, první pokus vyrobit čedičové vlákno (Spojené státy), patent Po Druhé světové válce – Spojené státy, Evropa, Rusko – armáda (střely), letectví 1995 – široký spektrum využití čedičového vlákna 1 – drcení horniny 2 – dávkovač I 3 – dopravní systém 4 – dávkovač II 5 – tavicí zóna I 6 – tavicí zóna II 7 – tryska 8 – lubrikace 9 – sdružování vláken 10 – napínání vlákna 11 – navíjení

Horninová vlákna (čedičová)

Horninová vlákna (čedičová) – použití Nádoby pro skladování přírodního plynu Brzdové špalíky Lopatky věterných mlýnů Surfovací desky Automobilový průmysl Letecký průmysl

Uhlíková vlákna Nejtužší a nejpevnější textilní vlákno (mechanické zkoušky: ohyb, namáhání v podélném směru), křehká při stlačování (obtížné pojení); nízká hustota – malá hmotnost, využití – výztuž kompozitních materiálů Složení – atomy uhlíku, struktura – grafit 1958 – Roger Bacon – karbonizace celulózového vlákna, 20% uhlíku (nízká pevnost a tuhost). Zač. 1960 – použití PC, 55% uhlíku Raketoplán Kolumbie

Uhlíková vlákna - výroba Oxidace a následně – termická pyrolýza PC prekursoru Grafitizace ~ 2000°C (karbonizace): pec, plynová atmosféra (argon, dusík) – přestavba vnitřní striktury Přetržení vodíkových vazeb a oxidace PC akrylonitril

Uhlíková vlákna - vzhled 5-10 µm

Uhlíková vlákna – použití Oblast použití Rok Cena, $/kg Letectví 1985 120 2000 40 Automobilový průmysl (nižší obsah uhlíku, nižší pevnost) 15-30

Uhlíková vlákna – produkce Světová produkce uhlíkových vláken2009

Charakteristika a výrobce úhlikových vláken Vlákno/prekurzor Pevnost v tahu, GPa Modul pružnosti, Gpa Tažnost, % Výrobce Karbonizované / PC (95% uhlíku) 5,5 250 1,9 Toray, Japonsko Grafitované / PC (99% uhlíku) 4,4 377 1,2 -/- / VS (99% uhlíku) 100 0,5 Sohim, Bělorusko Nanovlákno (0,2µm) 7,0 600 Applied Science, USA S-sklo 4,5 85 5,7 Agy, USA

Anorganická vlákna – kompozity Zdroj: http://edu-support.blogspot.com/2012/07/basic-workshop-technology-engineering.html

Anorganická vlákna – hmotnost vs. cena

Vlákna pokovená Zákaz žehlení

Kovová vlákna 70% bambus 55% stříbro 30% stříbro 45% polyamid 82% bavlna 17 % měděná vlákna 1% stříbro Radiofrekvenční stínění Stínění elektrického pole Vysoký stupeň uzemnění Statický výboj Radiofrekvenční stínění: wi-fi, radary, mikrovlny, TV vysílání apod. Využití: záclony, závěsy, „nebesa“, oděvy Radiofrekvenční stínění Využití: pyžama, košile, závěsy

Bikomponentní (konjugovaná) vlákna

Side-by-side bikomponentní vlákna Převážně 2 komponenty, v profilu jsou zřejmé 2 nebo více odlišných oblastí Dobrá adheze Různá sráživost komponent – samovolná obloučkovitost; Různé teploty tání – pojení NT; „Rozdělitelná“ vlákna – ohýbání přes ostrou hranu nebo rozpouštění jedné z komponent s/s typ Přírodní vlákno typu s/s?

Side-by-side bikomponentní vlákna

Matrix-fibril bikomponentní vlákna Matrix-fibril / Islands-in-the-sea Vhodné pro výrobu mikrovláken. „Ostrovy“ - polymery s dobrou zvlákňovací schopností (PA 6.6, PL, PP), „moře“ – vodě rozpustné polymery (polyvinylalkohol) – rozdílné PS m/f typ

Matrix-fibril bikomponentní vlákna Nano- a mikrovlákna

Sheath-core bikomponentní vlákna Jedná z komponent (jádro) je zcela obklopena druhou komponentou (plášť) Adheze není podstatná Jádro – stabilita (snížení ceny) Plášť – specielní vlastnosti: lesk, barvitelnost... Tvar trysky Potahování jiným polymerem (procházení roztokem) Zvlákňování kopolymeru do koagulační lázni, obsahující jiný polymer s/c typ

Sheath-core bikomponentní vlákna 1, 2 – extruder 3 – zvlákňovácí článek (2 trysky nad sebou) 13 – komora z proudícím studeným vzduchem

Sheath-core bikomponentní vlákna Pojivo pro výrobu NT, první komerční aplikace – výroba koberců, čalounictví Vlastnosti pláště

Sheath-core bikomponentní vlákna

Segmentové (pie) struktury vláken PL + PA 6.6 16 segmentů, pavučina je podstoupena intenzivnímu proudění vzduchu nebo vody – rozštěpení vláken na segmenty, spojení pavučiny Ulehčení rozštěpení Ulehčení procesu mykání

Segmentové (pie) struktury vláken

? ?

Nanovlákna Zvětšení 1000x Nano – jedna miliardtina základní jednotky (x10-9) Nanovlákno – vlákno, které má průměr 50-500 nm (<1000nm) 1882 – sprejování v elektrostatickém poli (Lord Rayleigh). 1902 – Cooley a Mortonem – patent procesu elektrostatického zvlákňování 1934 – první pokusy o výrobu nanovláken – technologie elektrostatického zvlákňování (electrospinning – spol. Formhals, US patent). 1959 – první vize nanotechnologií (Richard Feynman). K masovému využití technologie ani vláken nedošlo z důvodu složitosti výroby v průmyslovém meřítku. 1964-1969 – Taylor pracuje na teoretickém popisu procesu elektrostatického zvlákňování (Taylorův kužel). '90 – přehled polymeru vhodných ke zvlákňování (Reneker and Rutledge). 2003 – TUL (FT, KNT) – patentována technologie průmyslové výroby nanovlákenných materiálů. Název technologie: NanospiderTM.

Vědecké práce a patenty zabývající se elektrostatickým zvlákňováním Nanovlákna Vědecké práce a patenty zabývající se elektrostatickým zvlákňováním Předpokládaný vývoj nanotechnologií Základní výzkum Aplikovaný výzkum První komerční výrobky Rychlý technol. pokrok Masový trh 81% - USA 7% - Korea 6% - Německo 6% - jiné

Elektrostatické zvlákňování Elektrostatické zvlákňování (angl. electrospinning) – proces využívající elektrostatických sil k utváření jemných vláken z polymerního roztoku nebo taveniny. A – injekční stříkačka B – elektroda (kapilára – zvlákňování tryska) C – zdroj vysokého napětí D – vlákna E – kolektor Produkt – vlákenná pavučina (NT) – omezené aplikace

Elektrostatické zvlákňování Rotující kolektor (velká rychlost otáčení)

Elektrostatické zvlákňování

Elektrostatické zvlákňování - NANOSPIDER Zvlákňování bez kapilár a trysek Produkce: 1 – 5 g*min-1*m-1 Polymery: roztoky, taveniny Průměr vláken 100 – 300 nm

Nanovlákna - vlastnosti Malý průměr vláken – velký měrný povrch. Nízká hmotnost - váží pouze 0,1 – 1 g/m2 (něco malo prez 1 g nanovláken by opásalo Zemi v rovníku). Vysoce orientované krystalické oblasti ve vnitřní struktuře vláken – vysoká pevnost (kdyby bylo vlákno silné jako malíček na ruce dítěte, dokázalo by udržet šestnáct afrických slonů).

Nanovlákna – použití (aplikace) Kompozitní materiály (transparentnost) Filtrační / separační materiály (výší filtrační efektivita) Zvukopohltivé materiály Kosmetika Ochranné oděvy (páropropustná, zároveň nepropustná pro chemikálie) Solární, světelné plachty Aplikace pesticidů na rostliny Nanoelektrické aplikace: nanovodiče, polem řízené tranzistory, ultra malé antény Nosiče chemických katalyzátorů Vodíkové nádrže pro palivové články Biomedicína (většina lidských tkání jsou v nanovlákennych formách a strukturách) Umělé orgány Tkáňové inženýrství Krevní cévy Systémy cíleného doručení léčiv Obvazoviny (bakteriální štíty, prevence jizev) Dýchací masky/roušky

Děkuji za pozornost