Typy vláken. Zabarvovací test. Spandex. x =40

Transkript

1 Typy vláken Základní charakteristiky Dělení dle původu vláken Dělení dle chemického složení Dělení dle délky Dělení dle mechanických projevů Dělení dle tepelných projevů měkké tuhé Zabarvovací test Spandex x =40

2 Textilie dle geometrie lineární plošné prostorové - vlákna - tkaniny - plsti -příze - pleteniny - špalky -nitě - netkané textilie - 3D tkaniny - pleteno/tkaniny - 3D pleteniny

3 Základní charakteristiky vláken Tloušťka vláken je o několik řádů menší než délka. Tloušťka běžných vláken: d = m Délka v rozsahu l = m. Poměr l/d =10 3 ukazuje, že převažujícím rozměrem je délka. U vláken přírodních je délka i tloušťka dána podmínkami růstu vláken a je ovlivnitelná člověkem pouze nepřímo. U vláken chemických a syntetických je možné měnit nejen délku a tloušťku, ale také tvar příčného řezu záměrně.

4 Přírodní vlákna Rostlinná Živočišná Minerální Ze semen, plodů Z listů Ze stonků vlna a chlupy hedvábí asbest Bavlna sisal len ovčí pravé kokos agave juta mohér tussah (plané) henequen konopí kašmír pavoučí kašmír pavoučí abaca ramie alpaka abaca ramie alpaka

5 Vlákna chemická z přírodních polymerů Regenerovaná deriváty regenerované biosyntéza celulóza celulózy bílkoviny ostatní Viskózová triacetát kasein kyselina mléčná Mědnaté hedvábí semi diacetát zein polyhydroxibutyrát Nitrátové hedvábí arašídová bakteriální celulóza Lyocelová sojová chitinová chitosanová Zroztoku v 3 P 4 regenerované hedvábí alginátová

6 Vlákna chemická ze syntetických polymerů Polyamidy Polyestery Vinylové deriváty Polyolefíny Polyuretany Speciální PA 6 PES(2)* PAN PE EL PB PA 6.6 PEN PVC PP PBI PA 4 PES(3) PVA - PEI Nomex PES(4) PTFE - PEEK Kevlar Aromatické Polystyren - Novolak *číslo v závorce označuje počet metylénových skupin v glykolovém zbytku. Běžný poletylénglykoltereftalát má číslo 2.

7 Vlákna s hlavním uhlíkovým řetězcem 1.lavní řetězec typu -C 2 -CR-C 2 - a) polyolefíny (polyetylén PE R je -, polypropylén PP) R je -C 3 Polypropylénový řetězec lze vyjádřit vzorcem C C 3 C C C 3 C Struktura polypropylénu b) vinylové polymery (polyvinylchlorid PVC) R je -Cl c) polynitrily (polyakrylonitril PAN) R je -CN d) polyalkoholy (polyvinylalkohol PVA) R je - e) polykyseliny (polyvinylacetát) R je -CC 3

8 Vlákna s hlavním uhlíkovým řetězcem 2.lavní řetězec typu -C 2 -CR 2 -C 2 - resp. -CR 2 -CR 2 - a) vinylidenové polymery (polyvinylidenchlorid ) -C 2 -CCl 2 -C 2 - b) plně halogenované polyolefíny (polytetrafuoretylén PTF) -CF 2 - CF 2-3.lavní řetězec typu -CR=C-C 2 -C 2 a) polydieny (polybutadien PBD) R je -., (polyizopren PIP) R je -C 3 Vlákna ze skupiny 1 a 2 vznikají typicky polymerací vinylových monomerů obecného vzorce C 2 =CR.

9 Vlákna s heterogenním hlavním řetězcem Dva monomery A-R 1 -A a B-R 2 -B, které mají na obou koncích reaktivní skupiny A a B Typická skupina -A-B- v hlavním řetězci vzniká odštěpením nízkomolekulární látky AB. Jde o typickou kondenzační reakci typu B-R 2 -B-A-R 1 -A 1. dusíkaté -N - a) bílkoviny (vlna W, přírodní hedvábí SE) Typická skupina - C-N- Struktura bílkoviny je vyjádřena vzorcem N R C C Výchozí jsou tzv. α N C C R 1 Struktura polypeptidů (bílkovin) -aminokyseliny.

10 Vlákna s heterogenním hlavním řetězcem 1. dusíkaté -N - b ) polyamidy (PA). Typická skupina -C-N- Polyamid typu PA 6.6 (nylon) je kondenzační produkt kyseliny adipové a hexametyléndiaminu. N (C 2 ) 6 N C (C 2 ) 4 C Struktura polyamidu PA 6.6 Polyamid typu PA 6 (Nylon 6 a dříve Silon) je kondenzačním produktem kyseliny - aminokapronové. ε N (C 2 ) 6 N N C (C 2 ) 5 N (C N 2 ) 5 C (C 2 ) 5 C Struktura polyamidu PA6

11 Vlákna s heterogenním hlavním řetězcem 1. dusíkaté -N- c) polyuretany (EL). Typická skupina -N-C-d) polymočovina. Typická skupina -N-C-Ne) polyiminy. Typická skupina -NRf) polyimidy. Typická skupina Standardní způsob přípravy vláken syntetických je zde polykondenzace (i když lze některé polyamidy připravovat polymerací laktámů). R C C N

12 Vlákna s heterogenním hlavním řetězcem 2. bezdusíkaté - - a1) celulóza a její deriváty (bavlna C viskóza CV ) Typická skupina -heterocykl se zabudovaným kyslíkem a třemi -skupinami C 2 C 2 Struktura celulózy

13 Vlákna s heterogenním hlavním řetězcem 2. bezdusíkaté -- a2) Stabilní deriváty celulózy (acetát, nitrát )

14 Vlákna s heterogenním hlavním řetězcem 2. bezdusíkaté -- b) polyestery ( PES) Typická skupina -C-- Nejznámějším představitelem je polyetylénglykoltereftalát jako produkt kyseliny tereftalové a etylénglykolu. Jeho řetězec lze vyjádřit vzorcem C C (C 2 ) 2 C C (C 2 ) 3 trimetylen Struktura polyesteru (C 2 ) 4 butylen

15 Vlákna s heterogenním hlavním řetězcem 2. bezdusíkaté - - b) polyoxidy (polyétery, polyacetály) Typická skupina -- Poly(etereterketon) PEEK C Struktura polyéteréterketon c) polysulfidy (thioestery) Typická skupina -Sd) polysolfony Typická skupina -S 2 - e) polyanhydridy Typická skupina -C--Cf) polykarbonáty Typická skupina --C-g) polysulfony Typická skupina -S 2 - Typický způsob přípravy syntetických vláken zde je polykondenzace.

16 Vlákna s hlavním řetězcem neobsahujícím uhlík a) polysiloxany Typická skupina R Si R Struktura polysiloxanu Silikonový kaučuk R je -C 3 Si

17 Nepolymerní vlákna (anorganická) a) kovy a slitiny (vlákna hliníková, měděná, stříbrná, ocelová, mosazná) b) nekovy a jednoduché sloučeniny (vlákna uhlíková, křemíková, bórová) (oxidy: Si 2, Zr 2, Al 2 3, Th 2 ) (nitridy: nitrid bóru BN) (karbidy: karbid bóru B 4 C 3, karbid křemíku SiC) c) skleněná vlákna ( složení Si 2, B 2 3, Al 2 3, Ca, Mg, K 2, Na 2 ) d) minerální vlákna (azbest, čedič, láva, struska) křemičitany uhlíku, hořčíku, vápníku

18 Dělení podle délky I Vlákna nevhodná pro textilní zpracování Nano-vlákna (tloušťka nm), ve fázi výroby se formují do vlákenné spleti (velmi tenké membrány). Mají extrémně veliké povrchové plochy (až tisíce m 2 /g) takže mají vysokou porositu při velmi malých rozměrech pórů. Pokud jsou připravovány z roztoku dochází k tomu, že zbytkové rozpouštědlo umožňuje spojení vláken ve spleti kohezními vazbami. Takováto struktura je pak dostatečně pevná, umožňuje snadný transport vlhkosti při nízké prodyšnosti vzduchu. Vlákna pro kompozita (whiskers, monokrystaly, polykrystaly délka 0,1 mm tloušťka kolem 1 µ m), Používají se jako zesílení do kompozit, kde zvyšují pevnost resp. modul a snižují tepelnou roztažnost i hmotnost výrobků.

19 Dělení podle délky II Vlákna vhodná pro textilní zpracování Staplová vlákna: (délka je 3 10 cm, tloušťka m). Přírodní vlákna (s výjimkou přírodního hedvábí) jsou staplová. U vláken chemických se konečné délky dosahuje buď řezáním nebo trháním. Důvodem není pouze požadavek směsování s přírodními vlákny ale zejména unikátní vlastnosti přízí ze staplových vláken zejména pro oděvní účely. Nekonečná vlákna: a) hedvábí (jemnost je dtex) - monofilové, multifilové b) kabílky (až dtex) c) kabely (více než vláken) Jediným reprezentantem nekonečných přírodních vláken je přírodní hedvábí (SE) jehož délka se pohybuje v rozmezí 1 2,5 km. µ

20 Dělení podle tepelných projevů Reaktoplasty (termosety): Zvyšováním teploty reagují (vytvrzují se) a tvoří netavitelný nerozpustný polymer. Patří sem přírodní vlákna. Nedají se tvarovat permanentně teplem (žehlení je jen přechodná stabilizace tvaru působením tepla a vlhka). Termoplasty: Zvyšováním teploty měknou a ochlazováním tuhnou. Jsou tavitelné (někdy za rozkladu). Patří sem syntetická vlákna. Dají se permanentně tvarovat působením tepla v kombinaci s vlhkem (fixace, žehlení).

21 Dělení podle mechanických projevů I Elastomery: Jsou snadno deformovatelné a deformace je z větší části vratná. Elastomer má schopnost prakticky úplného elastického zotavení po deformacích řádově ve stovkách procent. Entropická elasticita, kdy napětí je úměrné teplotě T a funkci deformace σ σ [ ] (1 + ) (1 + ) 2 = NRT * ε ε Zde N je počet molů polymerních řetězců na jednotku objemu a R je universální plynová konstanta. Závislost napětí na deformaci je konkávně rostoucí a monotónní. Entropická elasticita je ε způsobena speciálním uspořádáním řetězců a přechodem ze sbalené formy (klubko) do protažené formy a zpět. Elastomery se používají při teplotách T vyšších než je jejich teplota zeskelnění T g. ε σ

22 Dělení podle mechanických projevů II Fibroplasty: Jsou při běžných teplotách použití houževnaté. Jejich Tg je vyšší než teplota používání. V oblasti teplot 0.8Tg již dochází k plastickému chování. Teoretická pevnost je úměrná E 0.75, kde E je Youngův modul pružnosti. Většina syntetických vláken patří do této skupiny. Duroplasty: Jsou při běžných teplotách použití tuhé a křehké. Typický je křehký lom způsobený vznikem trhlin. Jejich Tg je podstatně vyšší než teplota použití. Teoretická pevnost je E 0.8. Mechanické chování vláken je silně ovlivněno vztahem mezi T g teplotou jejich použití (obyčejně za studena tj. kolem o C). a