Délkové a plošné textilie se speciální funkcí

Transkript

1 Délkové a plošné textilie se speciální funkcí Jana Drašarová Vysocefunkční textilie

2 Délkové textilie využití pro VFT Vysocefunkční textilie

3 Délkové textilie využití pro VFT Monofil, Multifil, Staplová příze, Speciální struktury vlákna výroba JAK změnit vlastnosti? technologie struktura vlastnosti Vysocefunkční textilie

4 Multifil - výroba Příprava roztoku nebo taveniny polymeru Protlačení polymerní kapaliny zvlákňovací tryskou Postupné tuhnutí polymeru v lázni nebo šachtě ( nedloužené vlákno) Dloužení vlákna ( dloužené vlákno) Tepelná fixace struktury vláken Finální úprava vláken - tvarování Vysocefunkční NÁZEV PREZENTACE textilie DATUM

5 Staplová příze - výroba rozvolňování čištění míchání mykání příprava pro česání česání družení a protahování předpřádání dopřádání vlákenná surovina rozvolňování čištění míchání mykání družení a protahování předpřádání dopřádání rozvolňování čištění míchání mykání družení a protahování dopřádání česaná mykaná OE prstencové dopřádání rotorové dopřádání frikční předení předení vzduchem ovíjené předení předenoskaní skaní

6

7 Základní charakteristiky DT technologie struktura vlastnost 1. jemnost průměr zákrut 2. zaplnění porozita 3. povrch chlupatost 4. pevnost tažnost

8 1. jemnost průměr zákrut 4T D s Z n l 31,6... a T 100 2/3 T Vysocefunkční textilie

9 Průměr nitě Kde příze končí? Nit není homogenní Zaplnění vlákny není konstantní Není kruhová D obvod kruhu, v němž se nachází převážná většina hmoty vláken teoretický pojem Vysocefunkční textilie

10 2. zaplnění porozita zaplnění [1] 0;1 V V S C S C hraniční hodnoty idealizovaná struktura příčného řezu paralelní válcová vlákna v kontaktu = struktura plástvová V část objemu vlákenného útvaru vyplněná hmotou vláken V C celkový objem vlákenného útvaru V P objem pórů = objem vzduchu porozita Vp Vc V 1 V V c c Staplová příze limit m = 0,8 průměr d = 0,15 Multifilament limit m = 0,7 Vysocefunkční textilie

11 Zaplnění DT - komprimační hypotéza Vysocefunkční textilie T D 4 zaplnění 1 m mezní zaplnění 1 T F jemnost vláken tex F hustota vláken kg/m 3 T jemnost příze tex K materiálová konstanta mm M materiálově-technologická konstanta m tzv. ŠNR tex m kgm 2000 m 1 tex tex 1 tex kgm 8 mm 1 T Z M T t T K m m m m m m

12 Porozita DT velikost, distribuce a tvar pórů póry v DT jsou kapiláry lze vypočítat průměr a délku pórů v DT (vzlínavost, kapilarita, ) PES příze Porozita [-] Průměr póru [mm] Průměr póru/ průměr vlákna [-] Délka póru/délce vláken v hm. jednotce [-] Vzlínací výška [mm] 0,6 0,019 1,5 0,7 34 <32; 36> 0,62 0,019 1,2 1,2 41 <38; 44> Vysocefunkční textilie

13 3. povrch chlupatost multifil rotorová ovinek prstencová Vysocefunkční textilie

14 Pozn: vznik ovinků zdroj ovinku = bridge fiber, dopadne tak, že jedním koncem zasáhne vznikající přízi a druhým koncem prostor na vnitřním povrchu rotoru; pramínek uchopí konec vlákna a začne jej navíjet na svůj povrch. vzniká šroubovice opačného směru, než u zákrutu; jak se místo prvního styku vlákna s přízí vzdaluje od rotoru, oviny jsou hustší; po překročení mezního okamžiku, v němž je vlákno přiváděno kolmo na směr osy příze, se navíjení obrátí. zbytek délky vlákna je navíjen v souhlasném směru se zákrutem, přičemž křižuje dříve navinutou část; příze projde nálevkou, za níž se rozkroutí nepravé zákruty. tím se uvolní část vlákna se souhlasným směrem zákrutu a utáhne druhá část navinutá opačným směrem. na povrchu výsledné příze jsou pozorovány velmi volné úseky vláken ( divoká vlákna ) i utažené ovinky ( prstýnky ). zakrytí příze ovinky

15 0,01 0,03 0,05 0,07 0,09 0,11 0,13 0,15 0,17 0,19 0,21 zaplnění [-] Chlupatost oblast příze, která překrývá mezinitné póry vnitřní, hustá přimykající se ke kompaktní části nitě MECH vnější, řídká odstávající vlákna 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 poloměr [mm] Vysocefunkční textilie

16 různé typy filtračních tkanin Chlupatost technologie technologie DT vlastnosti PT (prodyšnost, průchod světelných paprsků, omak, drsnost povrchu apod.) Př: TTX - filtrace Vysocefunkční textilie kompaktní prstencová příze ( chlupatost, zakrytí, prodyšnost)

17 4. pevnost tažnost tahové namáhání - nejčastější forma silového zatížení (vedle ohybu a oděru), kterému jsou nitě vystaveny během zpracování i používání Tahové vlastnosti nitě - ovlivněny především: Sklonem vláken k ose nitě v důsledku tahového namáhání se sklon vláken k ose nitě mění Migrací vláken převážně otázka staplových vláken; poloha vláken v přízi se během času ( výroba, používání) mění (radiální, zákrutová) Zvlněním vláken Vlákno 1: napjaté; po zatížení dochází k jeho napínání Vlákno 2: mírně zvlněné; po zatížení dojde k jeho narovnání Vlákno 3: značně zvlněné; ani po zatížení nepřenáší žádné napětí Prokluzy vláken převážně otázka staplových vláken; souvisí s mírou tření mezi vlákny Vysocefunkční textilie

18 Průměr DT deformace DT ve tkanině zpracování deformace niti zploštění vlastnosti PT modely příze ovál elipsa čočka multifil Vysocefunkční textilie

19 Tvarování multifilu bulky, textured objemnost zaplnění porozita plnost lesk prodyšnost omak tepelná izolace filtrace... Vysocefunkční textilie

20 Tvarování multifilu - filtrace Sedifilt - POP multifil Vysocefunkční textilie

21 Vícevrstvé DT uspořádání vláken (směs, povrchy) / rozdílné fce předení, ovíjení, splétání prstencové skací stroje ovinování s dutým vřetenem (otáčky vřetene až 35000/min. (3xvíce než PP, 100% CF, 70tá léta) ovíjení zkříženými filamenty (protichůdný směr, 100% CF, 80tá léta) BD Vysocefunkční textilie

22 Ovíjené příze (wrapped yarn) (monofil, multifil, staplová příze, pramen, pásek, drát, elastomer, ) Příze s: elasticitou (elastomerové jádro ovíjené bavlnou) tuhostí (jádro PES multifil) tažností (jádro skleněný multifil) el. vodivostí (jádro kovový drát) lycra (oblečení, svetry, ponožky, plavky, denim, spodní prádlo, outdoor oblečení, ) Vysocefunkční textilie

23 Ovíjené příze (wrapped yarn) Př: Spandura ovíjená příze jádro vysoká elasticita - Lycra obal vysoká odolnost v oděru PAD 6.6 Cordura (tuhost) tkanina měkká na omak, ohebná, tažná a pružná s vysokou odolností v oděru outdoor oblečení, batohy, zavazadla, obuv Př: ROTONA modifikace rotorového předení jádro PES multifil; obal bavlna CF 96 % pracovní oblečení Vysocefunkční textilie

24 Ovíjené příze (wrapped yarn) Př: Elektricky vodivé příze jádro ohebné 1 zákrut vodivé 2 zákrut textilní = omak, oděr Ochranné tkaniny Elmg. záření Vyzařování celulární sítě Vodivé tkaniny Přenos dat Vytápění Vysocefunkční textilie

25 VFT duté příze (hollow, air rich) polyvinylalkohol (zkratka PVOH, PVA, nebo PVAL) je ve vodě rozpustný syntetický polymer PVA* bavlna směs nebo ovíjení PVA - rozpuštění měkký omak Vysocefunkční textilie

26 Vícevrstvé - oplétané Př: 3-vrstvá struktura oplétané příze Vysocefunkční textilie

27 Splétání technické textilie - kompozity, C-C, C-S, lana, Vysocefunkční textilie

28 Lana pro splétané výrobky (sítě..), konstrukce (mosty..), poutání (kotvení), transport (vázání), zabezpečení materiál vše co bylo dostatečně flexibilní a dlouhé (proužky kůže, stonky rostlin) kroucení pro zvýšení soudržnosti Dochováno lano z papyru 500 BC třípramenové Vysocefunkční textilie

29 počet přízí v prameni jádro Lana - pojmy příze drát Regulární vinutí (příze v prameni jsou krouceny obráceně než prameny) Stabilní - nerozplétají se R S pramen délka vinutí = 1Z 1pramene Stejnosměrné vinutí (příze v prameni jsou krouceny stejně jako prameny) Odolnější v ohybu a oděru o 20% Opotřebení odolnost v oděru odolnost v ohybu Vysocefunkční textilie

30 Lana základní typy Paralelní svazky s obalem Paralelní prameny s ovíjeným obalem Vysoké využití pevnosti Vysoký modul Vysocefunkční textilie

31 Hexagon Warrington Lana základní typy Kabely - kroucené (s obalem) Splétaná lana (8-13 svazků) Vysoké využití pevnosti Vysoký modul Odolnost vůči cyklickým pohybům v kladkách Opřádaná (ovíjená) Střední využití pevnosti Střední využití modulu Výborná strukturální integrita Měkčí

32 Lana - materiál do 30 tých let - vlákna přírodní (lýková, bavlna), ocelové dráty od 30 tých let nylon (pevnější, odolnější vůči cyklickému namáhání) od 50 tých let polyestery (tužší) a polyolefiny (např. POP lehčí ale nízká tepelná odolnost a odolnost vůči UV) SPECIÁLNÍ SYNTETICKÁ vysocepevná od 1971 Kevlar (extrémní pevnost ale střední odolnost vůči oděru a UV) od 1984 Dyneema, Spectra (extrémní pevnost, odolnost proti oděru a měrná hmotnost ale nízký bod tání) od 90 tých let Vectran (extrémní pevnost, odolnost proti oděru a rázu ale nízká stálost na světle) aromatický kopolyamid Technora Vysoká pevnost a modul (tah, ohyb, krut) Nízká deformabilita Nízký creep (tečení) Odolnost vůči působení okolí (UV, vlhkost, hnití) Odolnost vůči oděru Absorbce rázů (šokových zatížení) Odolnost vůči tepelnému působení Odolnost vůči cyklickému namáhání Snadná skladovatelnost Pomalé stárnutí Nízká tepelná roztažnost (polyethylen a polypropylen bod tání pod 195 C) Vysocefunkční textilie

33 Tržná délka l T - délka [m], při níž by vlákno prasklo vlastní vahou F p je síla do přetrhu F l * * S l * p T p T lt 1000* F r Tržná délka [km] Kevlar UHMWPE (Dyneema, Spectra,...) Hliník Dřevo Ocel (lanová) Titan Hedvábí Vysocefunkční textilie

34 Plošné textilie pro VFT TKANINA

35 Základní charakteristiky tkaniny projektant, výrobce, uživatel Jemnost Dostava počet nití v jednotce délky (čtvercová, mezní) Setkání velikost zkrácení niti zatkáním Plošná hmotnost hmotnost tkaniny vztažená na určitou plochu Zakrytí, Porozita - viz společně s pleteninami JAK změnit vlastnosti? vlákna (pevnost, sorpce, el.vodivost, tvar, ) příze (jemnost, zákrut, chlupatost, ) parametry (plošná hmotnost, zakrytí, pevnost, tažnost, prodyšnost, propustnosti, splývavost, tuhost, omak,...) technologie struktura vlastnosti T o D o s l l l o o to to G D T (1 s ) D T (1 s ) o o o u u u

36 Popis vazné buňky popis geometrie vazného bodu tkaniny předpoklady: kruhový průřez niti tkanina je relaxovaná, vyrovnaná neutrální osa = vazná vlna střední rovina tkaniny

37 Popis vazné buňky Peircův model nahrazení vazné vlny obloukem a přímkou čtyři parametry: rozteč os přízí ve vazném bodě, relativní výška zvlnění osnovy nebo útku a dostava osnovy a útku lze určit pro vyrovnanou pro obecnou tkaninu

38 Funkční příze celá plocha (osnova, útek, obojí) intervaly (osnova, útek, obojí) el. vodivost, vysoká pevnost, odolnost v oděru, (SPANDURA) kovové vlákno PES multifil, s aditivem (uhlíková čerň)

39 VAZBA - plátnová Př. To Tu, D osnova : D útek (2:1) maximální zvlnění osnovních nití a minimální (téměř nulové) zvlnění útkových nití útek schován v tkanině, na povrchu z obou stran osnovní nitě namáhány na oděr pro dosažení zvýšené odolnosti tkaniny proti oděru stačí použít nitě se zvýšenou odolností proti oděru pouze ve směru osnovy.

40 VAZBA - Ripstop Ripstopová vazba = plátnová vazba, pravidelně zesílené nitě v osnově a útku zvýšení odolnosti proti protržení

41 VAZBA - perlinková vazba sousední osnovní nitě nejsou při provazování s útky uspořádány paralelně, ale dochází k jejich vzájemnému křížení, zafixování polohy vazných bodů otevřené tkané struktury s dobrou tvarovou stabilitu okraje tkaniny, výztužné a podkladové textilie, filtrační textilie pro hrubou filtraci, obvazové materiály

42 VAZBA - keprová silné úhlopříčné řádkování míra provázání nití v tkanině dostavy nití plošné zakrytí tkaniny keprové vazby s větší střídou (delšími neprovázanými úseky nití tzv. flotážemi) struktura otevřená (klesá rozměrová stabilita) pro většinu technických nebo ochranných aplikací keprové vazby s malou střídou

43 VAZBA - atlasová nevýrazné šikmé řádkování různého sklonu; vazné body jsou pravidelně rozloženy vzájemně se nedotýkají provázanost nití, resp. nejvolnější struktura dostavy nití (rozměrová stabilita) plošné zakrytí tkaniny lze dosáhnout nejhladšího povrchu tkaniny, nitě jedné soustavy jsou situovány převážně na lícní stranu tkaniny, Př: kalandrování

44 Tri-axiální tkaniny 2 soustavy osnovních nití vzájemně provázané a zároveň provázané s 1 soustavou útkových nití pod úhlem 60 (biaxiální 90 ) mezinitné póry - šestiúhelník odolnost proti roztržení pevnost v tahu - účinky napětí se rozkládají do 3 směrů odolnost ve střihu - nedochází k posuvu nití ve vazných bodech - fixace převážně TTX - plachty, balónové textilie, výztuhy do pneumatik, tlakových nádob apod.

45 Plošné textilie pro VFT PLETENINY

46 zátažná Pletenina osnovní vzniká provázáním jedné nebo více nití formou oček tvorba oček v řádku 1 nit vazby tvorba oček ve sloupku deformabilita, variabilita (design, struktura, vlastnosti), relaxace, nestabilita

47 Základní charakteristiky pleteniny projektant, výrobce, uživatel Jemnost T o Hustota řádků, hustota sloupků H S, H R Délka nitě v očku délka nitě AB (nastavitelná na pletacím stroji) l Plošná hmotnost hmotnost pleteniny vztažená na určitou plochu Zakrytí, Porozita viz společně s tkaninami Jak změnit vlastnosti? vlákna (pevnost, sorpce, el.vodivost, tvar, ) příze (jemnost, zákrut, chlupatost, ) parametry (plošná hmotnost, zakrytí, pevnost, tažnost, prodyšnost, propustnosti, splývavost, tuhost, omak,... technologie struktura vlastnosti

48 Vazba pleteniny základní vazební prvky Očko (lícní, rubní) Chytová klička Podložená klička Parametry očka: Dalidovičův model ignoruje vlastnosti nitě, působení sil a momentů, tření atd. je vhodný pro průměrně hustou pleteninu očka různě tvarována vazby v důsledku torzního momentu v niti dochází k častému zešikmení oček (důsledek zakroucení nití)

49 Funkční příze celá plocha (osnova, útek, obojí) intervaly (osnova, útek, obojí) el. vodivost, vysoká pevnost, odolnost v oděru, (SPANDURA) Sukno + řetízek (pouze částečně navlečen kladecí přístroj v určitých místech je řetízkem zapletena nit se zvýšenou vodivostí)

50 Vazba výplňková (laid-in knit) výplňková nit netvoří očka - zachycena (chytové a podložené kličky) nitě vysoce pevné, vysoce elastické, vodivé, s vyšší tuhostí, sníženou hořlavostí... Zátažné Funkční nitě jen zachyceny, jen na 1 straně Osnovní Výplněk více uzavřen uvnitř struktury trikot

51 Vazba - krytá nitě odlišných vlastností omak, hydrofilní hydrofobní, lesk mat ne zcela čistě ve všech základních vazbách Zátažné kryté pleteniny (obě niti kladeny do pletacích jehel speciálním vodičem nebo se klade krycí a základní (krytá) nit odděleně), varianty: polokrytá pletenina, krytá pletenina s očky ze tří nití (prostřední nit, zpravidla elastanový filament, je krytá na lícní i rubní straně výrobku) Osnovní kryté pleteniny (tzv. dvojitou vazbou. V jednom očku se sbíhají dvě dílčí vazby; příklady: dvojitý trikot, dvojitý atlas apod.

52 Vazba - integrované pleteniny, dvouvrstvé, dvousložkové obě vrstvy jsou tvořeny plnohodnotnou pletenou strukturu (narozdíl od výplňku nebo kryté vazby výplněk netvoří sám o sobě ani plošnou textilii; v kryté vazbě vážou obě nitě společně) vznikne spojením obou stran duté vazby míru propojení obou vrstev lze cíleně regulovat pletařskými vazbami

53 Vazba - integrované pleteniny s absorpčními knoty 1 hydrofilní vrstva s absorbční knoty (bavlněná příze) 2 hydrofobní vrstva

54 Další charakteristiky PT - zakrytí Očko je chápáno jako rovinný útvar možno přijmout pouze u základních vazeb Vliv překřížení nití se zanedbává ( překřížená místa se započítávají 2x)

55 Další charakteristiky PT - porozita mikro mezo 10-3 makro velikost pórů v textilii, jejich tvar, uspořádání a četnost (prodyšnost, propustnost pro vodní páry, transport kapalné vlhkosti, tepelně-izolační vlastnosti, filtrační schopnosti, propustnost světelných paprsků apod.) metody předpoklady nepřesnosti popis porozity PT makroporozita biporézní str.

56 3D textilie dle technologie tkané, pletené, splétané (konvenční, nové) dle tvaru výrobku (pevné s tvarovaným průřezem, pevné ortogonální, tvarované, duté, distanční, větvené) 3D textilie klasické - např. plyšové, smyčkové aj technické 3D vyvinuté k technickým účelům (např. výztuže kompozitů) vzhled, omak (oděvní nebo bytové textilie) cíl zlepšit mechanické vlastnosti (např. pevnost po délce i kolmo k ploše (a snížit náchylnost k delaminaci výztuže v kompozitech aj.) bezešvé, bezodpadové tvarovatelné

57 do roku D tkaniny vícevrstvé s tvarovaným průřezem složena z několika tkanin spojených nitěmi s vysokou pevností (aramid, skleněná, uhlíková příze apod.). stuhové tkaniny, na tkacích strojích s člunkovým prohozem, s extrémně vysokou dostavu (až 220 útků/cm), pevné kraje, hadicové nebo asymetrické tvary a různé profily stuh (L, T, dvojité T aj.) hnací řemeny, bezpečnostní a nosné pásy pro přenos těžkých břemen, výztuže do kompozitů

58 do roku D textilie ortogonální tkanina (through-the-thickness fabric) - ze tří vzájemně kolmých systémů nití, vytváří prostorový útvar - na přizpůsobených nebo účelových tkacích strojích s žakárovou jednotkou 1.dvě osnovy a jeden útek (pod značkou 3Weave TM ): normální osnova a útek je zde protkána druhou, vaznou osnovou 2.jedna osnova a dva systémy zanášení útku (systém Biteam) omezený průřez (cca 60 x 60 nití)

59 do roku D tkaniny tvarované (shape weaving) výrobky ve tvaru polokoule, válce, krychle a podobných vypuklin na speciálně upraveném pokusném stroji s žakárovým ústrojím se kombinují 3 techniky: 1. S použitím paprsku se třtinami sestavenými do tvaru vějíře se dosáhne variabilní hustoty osnovních nití 2. Odtahová rychlost jednotlivých nití nebo skupin nití se reguluje pomocnými zařízeními (pro určitý tvar výrobku) 3. Variací vazeb tkaniny se přizpůsobuje její hustota tvaru konečného výrobku útvary s plochou cca 1,5 m² a výškou vypukliny 30 cm se dají tkát za 2-3 minuty

60 do roku D textilie duté tkaniny provazuje dvojitá osnova se systémem dvou útků

61 do roku D textilie distanční tkaniny (spacer fabric) ze dvou tkanin spojených vaznými osnovními nitěmi na jehlovém tkacím stroji s dvěma prošlupy nad sebou do obou se zanáší současně útky osnovní nitě jsou vedeny listovkou nebo nitěnkami žakárového ústrojí do jednoho z prošlupů nebo do mezery mezi nimi mezera mezi oběma tkaninami může být nastavena až na 100 mm (klasika na koberce, velury - rozstřihávání) např. nafukovací matrace a čluny, dvojité stěny tankových lodí

62 do roku D textilie distanční pleteniny (spacer) zátažné i osnovní (dvoulůžkové) prodyšnost - cirkulace vzduchu mezi povrchy hmotnost v poměru k objemu jednoduchý transport vlhkosti pružnost = stupeň vratné deformace jednoduchá tvarovatelnost antialergický a zdravotně nezávadný nepodporuje výskyt roztočů a plísní 100 % PES, tuhost lze ovlivnit vazbou, hustotou a použitým monofilem regulovatelná distance - od 1,5 65 mm lze měnit vazbu a vytvářet otevřenější nebo uzavřenější strukturu

63 3D textilie splétané (braided)

64 Finální úpravy cílené úpravy vlastností textilních materiálů změna povrchu i vnitřní struktury chemické, fyzikální, mechanické postupy kombinace Zlepšení vzhledu textilie Eliminace negativních vlivů předchozích operací Zlepšení vlastností (zpříjemnění používání) Vytvoření nových vlastností (rozšíření možností použití) Problémy: ekologické aspekty trvanlivost úpravy ovlivnění omaku či splývavosti textilie

65 Finální úpravy efekty omakové - tj. měkčící, tužící, plnící apod. vzhledové - tj. kalandrování, mandlování, lisování, dekatování, česání, postřihování, broušení apod. stabilizační - tj. kompresivní srážení, fixace, nesráživé, nemačkavé, nežehlivé a Permanent - press úpravy, protižmolkové, neplstivé apod. ochranné - tj. hydrofobní, oleofobní, nehořlavé, antistatické, nešpinivé, an- timikrobiální, protimolové apod. dočasné trvalé / permanentní Technologie (coating system): 1. nános funkčního prostředku (vytahování z lázně, ponořený nanášecí válce, nánosování, postřik, posyp) 2. fixace

66 Spojování vrstev - laminace spojení 2 3 vrstev natavování povrch pěny se natavuje plamenem v celé šíři - lepivý textilie je přitlačována a po ochlazení dochází k vytvoření pevného spoje adhesivní pojení použitím roztoků nebo disperzí pojiv ultrazvuk (sympatex + fleece)

67 Konstrukce textilních výrobků (konfekce) střihové řešení je nezbytné pro správnou funkci textilního výrobku (př. funkční spodní prádlo). střihové řešení vysoce funkční vlastnosti textilního výrobku ještě zvyšuje (př. zimní sportovní bundy). Přísná kritéria jsou kladena na konstrukci a střihové řešení ochranných pracovních oděvů: lze použít jen určitý typ švů počet švů musí být minimalizován přesně definovaný způsob zapínání přesně definovaný způsob zakončení rukávů, nohavic a průkrčníku vyloučeny některé střihové díly apod.

68 Vyšívání vytváření komplikovaných struktur variabilita směrového uspořádání vláken a nití vytváření 3-D struktur vrstvení stehů přes sebe použití vysoce funkčních vláken, a to v přesně specifikovaných místech výrobku Př:obvazy Brání prorůstání tkání 3-D struktura s pevnými elementy, které lokálně stimulují tkáň a napomáhají hojení