Kapitola 2. Teorie zpevnění vlákenné vrstvy. Vazný bod, působící síly

Transkript

1 Kapitola 2. Teorie zpevnění vlákenné vrstvy Vazný bod, působící síly Doporučená literatura: O.Jirsák, K.Kalinová: Netkané textilie skripta TUL; S.J.Russell: Handbook of nonwovens, Woodhead Publishing Ltd, 2007; W.Albrecht: Nonwoven Fabrics, Wiley-VCH Verlag, Weinheim, Krčma, R., :Teorie netkaných textilií skripta TUL; Liberec 1986

2 Mechanicko-fyzikální vlastností netkaných textilií Základní mechanicko-fyzikální vlastností je pevnost a tažnost při různém způsobu namáhání. Vzhledem ke specifickému použití netkaných textilií je nutné definovat jejich reálné namáhání podle aplikace [1] (geotextilie, stavebnictví, čalounění, automobilový průmysl...). Jsou to např.: Odolnost při protržení (bursting strength) Odolnost vůči oděru (abrasion resistance) Odolnost vůči dalšímu trhání (tear strength) dynamické trhání kyvadlem, trhání nařízlého lichoběžníku Odolnost vůči protlačování kuličkou, válcem Relaxace tloušťky textilie při opakovaném stlačování (compression and recovery) [1] EDANA, INDA associations: Nonwovens Standard Procedures, Edition 2015,

3 Faktory ovlivňující mechanicko fyzikální vlastnosti: A) Materiálové vlastnosti vláken a přízí B) Technologické parametry Jemnost vláken (příze) Délka vláken (distribuce) Tvar průřezu vláken, obloučkování Povrchové vlastnosti vláken apretace a její vliv na elektrostatické vlastnosti a tření. Koeficient zaplnění textilie C) Struktura textilie Anizotropie textilie Parametry vazného bodu Deformace vazného bodu a textilie při namáhání

4 Faktory ovlivňující mechanicko fyzikální vlastnosti: A) Materiálové vlastnosti vláken Tensile Young's Density Elongation Brinell Tg Strength Modulus Polymer Hardiness (kg/m 3 (MPa, (GPa, ) Number N/mm 2 (%) ) GN/m 2 ) PVC C Polystyrene C PTFE C Polypropylene C Nylon C Cellulose Acetate C Acrylic (metacrylate) C Polyethylene C

5 Faktory ovlivňující mechanicko fyzikální vlastnosti: B) Technologické parametry Jemnost vláken (příze): pevnost, odpor vůči ohybu, oděr Délka vláken: pevnost, elasticita, schopnost deformace, redistribuce směru dle působící síly Tvar průřezu vláken, obloučkování : odolnost vůči stlačení, pružnost Povrchové vlastnosti vláken apretace: elektrostatické vlastnosti, tření, oděr Koeficient zaplnění textilie: pevnost, tuhost

6 Faktory ovlivňující mechanicko fyzikální vlastnosti: C) Struktura textilie C1 Anizotropie textilie Základním stavebním prvkem textilie je vlákno. Jeho uspořádání v prostoru, nebo v ploše lze definovat mírou anizotropie (uspořádanosti). Vzhledem k typickému délkovému charakteru vláken lze očekávat, že vyšší pevnost, vyšší sorpce kapalin a menší tažnost bude mít textilie ve směru jejich délky tedy jejich uspořádání. Tento efekt je snížen obloučkováním vláken a jejich deformací během procesu zpevňování. Je vhodné odlišovat anizotropii plošnou důležitou pro tenké textilie a prostorovou, která se uplatňuje u objemných textilií.

7 Faktory ovlivňující mechanicko fyzikální vlastnosti; C) Struktura textilie; anizotropie textilie Ze strukturního hlediska patří mezi nejvíce uspořádané útvary tkaniny, méně uspořádané jsou pleteniny a netkané textilie jsou uspořádány nejméně, čemuž odpovídá i vyšší izotropie uspořádání (viz. obr.). 4:6 a) Tkanina b) Pletenina c) Tříosý kompozit d) Vpichovaná textilie e) Airlaid pojený termicky Obr. Různé anizotropie deformace textilií.

8 Faktory ovlivňující mechanicko fyzikální vlastnosti; C) Struktura textilie; anizotropie textilie Způsoby určování anizotropie 1) Obrazová analýza Nasnímání 2D obrazu vlákenné struktury a určení převládajících směrů orientace vláken pomocí Steinerova kompaktu (viz. cvičení předmětu Teorie netkaných textilií ). 2) Měření mechanických vlastností v různých směrech. 3) Měření transportních vlastností (smáčivost) v různých směrech

9 Faktory ovlivňující mechanicko fyzikální vlastnosti; C) Struktura textilie; anizotropie textilie Příklad postupu určení anizotropie pomocí Steinerova kompaktu (ukázka z návodu na cvičení předmětu TNT) a) Přes studovanou strukturu přeložte síť úhlů β 1 β 2 β n, narýsovanou na transparentní fólii nebo papíru. b) b) Zjistěte počty průsečíků xˆ sítě úhlů se sledovanou strukturou v jednotlivých směrech, tak jak ukazuje obr. 1. Toto měření opakujte v různých místech zkoumaného objektu samozřejmě bez změny orientace jak vlákenného projektu, tak sítě úhlů. c) Hodnoty počtů průsečíků xxˆ vynášejte do (nové sítě úhlů) polárního diagramu jako hodnoty libovolných délkových jednotek. Polární diagram počtu průsečíků xˆ přitom pootočte oproti síti úhlů o π/2. Tento program počtu průsečíků se nazývá průsečíková růžice, viz obr. 3. Obr. 1: Průsečíky sítě úhlů se sledovaným materiálem Obr. 2: Síť úhlů pootočená o π/2. Do ní jsou naneseny v libovolném délkovém měřítku hodnoty průsečíků původní sítě uhlů s vlákenným materiálem průsečíková růžice.

10 Faktory ovlivňující mechanicko fyzikální vlastnosti; C) Struktura textilie; anizotropie textilie Příklad postupu určení anizotropie pomocí Steinerova kompaktu (ukázka z návodu na cvičení předmětu TNT) d) Vztyčte kolmice v koncových bodech průsečíkové růžice. Kolmice vymezí v rovině mnohoúhelník. Mnohoúhelník musí být konvexní a středově symetrický. Nazývá se Steinerův kompakt, viz obr. 3. e) Vzdálenost vrcholů mnohoúhelníka určuje hodnoty texturní funkce pro směry souhlasné se směry stran Steinerova kompaktu. f) Podle pravidla e) zkonstruujte směrovou růžici. Výsledná konstrukce je znázorněna na obr. 4. Obr. 3: Steinerův kompakt Obr. 4: Odhad směrové růžice anizotropie vlastností.

11 Faktory ovlivňující mechanicko fyzikální vlastnosti; C) Struktura textilie; C2 Parametry vazného bodu mechanicky pojených textilií Fyzikálním principem pojení je v podstatě tření mezi povrchy vláken. Pro mechanicky pojené netkané textilie je vazným bodem míněna základní stavební jednotka tvořena soustavou vláken. Vlákna jsou provázána buď jednotlivě, v nahodilých svazcích, nebo vysoce uspořádanými svazky vaznými nitěmi. Vlákna nejsou pevně spojena, takže je možné je opět z části izolovat. Při namáhání textilie umožňuje volnost pohybu změnu orientace vláken vliv na tuhost, deformovatelnost a zejména na odolnost v dalším namáhání.

12 Faktory ovlivňující mechanicko fyzikální vlastnosti; C) Struktura textilie; Parametry vazného bodu Základní vazné body: a) Jednotlivá vlákna uplatněná ve vlněné plsti. Dochází k mechanickému zaklesnutí šupinek vlákna do sebe. Též lze najít u papírenského způsobu nánosu (kombinace tření a adheze). Obr.1: Struktura povrchu vlněného vlákna a způsob plstění. Obr. 2: Struktura vrstvy wet-laid

13 Faktory ovlivňující mechanicko fyzikální vlastnosti; C) Struktura textilie; Parametry vazného bodu Základní vazné body: b) Svazky vláken provazující nahodile rouno ve směru převažujícím kolmo k rovině rouna technologie vpichování, spunlace. Působením jehly, nebo paprsku vody dochází k mechanické deformaci vlákna. Po odlehčení (při pohybu jehly vzhůru) dochází k relaxaci vlákna. Pozice ostatních vláken ve svazku však brání vláknu dosáhnout původního tvaru. Síla daná pružností vlákna vyvolává třecí síly mezi vlákny. Vlákna před průchodem jehly Žluté vlákno je zachyceno ostnem jehly a pružně deformováno Po uvolnění způsobuje relaxace vlákna do původního tvaru třecí síly k ostatním vláknům.

14

15 Svazky vláken tvořících vazbu pleteniny proplet bez vazné nitě (Arabeva, Mali). Podmínkou je dostatečná délka vláken. Jejich svazek musí být schopen vytvořit smyčku. Vazné niti proplety, technologie ROTIS. Uspořádání vláken do délkového útvaru (příze) umožňuje lokálně zvýšení třecí síly působící na vlákna. Textilie tak není pojena homogenně, ale v definovaných rozestupech. Co definuje rozestupy?

16 Ukázka technologie rotis Směr pohybu produktu

17 Faktory ovlivňující mechanicko fyzikální vlastnosti; C) Struktura textilie; Deformace vazného bodu při namáhání Větší volnost pohybu vláken oproti tkaninám a některým termicky, nebo chemicky pojeným textiliím. Nižší tuhost Možnost změny orientace vláken a tím i růst pevnosti v dalším trhání. Možnost prosmyku vláken závisí na míře zpevnění. Růst tažnosti.