Vlákna anorganická. Ostatní umělá vlákna
Post on 02-Jan-2016
63 Views
Preview:
DESCRIPTION
Transcript
Přednáška č.7
Larysa Ocheretna
Vlákna anorganická. Ostatní umělá vlákna
1. Anorganická vlákna• Skleněná• Horninová• Uhlíková
2. Speciální vlákna:• Pokovená vlákna• Bikomponentní vlákna (konjugovaná)• Nanovlákna
Obsah
Chemická vlákna – rozdělení
Chemická vlákna
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
Anorganická
Z minerálů
Z kovů
: Skleněná, horninová, uhlíková apod.
: Kovová ↔ Pokovená
Skleněná vlákna – získání
Sklářský kmen (směs kysličníku:
křemičitý 50-60%, vápenatý 15-20%,
hlinitý 5-10%)
Tantalové trysky(oscilační hořáky)
Sdružování vláken
Lubrikace (snižuje adhezí, není vhodná pro
kompozity)
Tavicí vana, T=1200°C
Fénický rybař, Egejské moře
Skleněná vlákna – výroba kompozitů (laminátů)
měděná folie laminát
NT
tkanina
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)
Zdroj: http://www.esa.int/Our_Activities/Technology/Glass_fibre_for_splinting_teeth
Podpůrné zubní pásky a kolíky: Dentapreg (CZ) – 19 zemí
Skleněná vlákna – použití
Zdroj: http://furniture.trendzona.com/category/interior-design/page/29
• 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.).
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 horniny2 – dávkovač I3 – dopravní systém4 – dávkovač II 5 – tavicí zóna I6 – tavicí zóna II7 – tryska 8 – lubrikace9 – sdružování vláken10 – napínání vlákna11 – navíjení
Horninová vlákna (čedičová)
• Nádoby pro skladování přírodního plynu• Brzdové špalíky• Lopatky věterných mlýnů• Surfovací desky• Automobilový průmysl• Letecký průmysl
Horninová vlákna (čedičová) – použití
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
akrylonitrilPřetržení vodíkových vazeb a oxidace PC
Grafitizace ~ 2000°C (karbonizace): pec, plynová atmosféra(argon, dusík) – přestavba vnitřní striktury
Uhlíková vlákna - vzhled
5-10 µm
22
17
1614
5
26
Letectví (trupy a křídla letadel)
Větrné genrátory (rotory apod.)
Kompozity různých druhů (vojenské a civilní lodě, nádrže na plyn)
Sportovní nářadí (čluny, gol-fové hole, skluznice lyží)
Auto (nárazníky, části karoserií)
Ostatní
Uhlíková vlákna – použití
Oblast použití Rok Cena, $/kg
Letectví 1985 120
2000 40
Automobilový průmysl (nižší obsah uhlíku, nižší pevnost)
2000 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 Toray, Japonsko
-/- / VS (99% uhlíku) 1,2 100 0,5 Sohim, Bělorusko
Nanovlákno (0,2µm) 7,0 600 0,5 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 30% stříbro
55% stříbro45% polyamid 82% bavlna
17 % měděná vlákna1% stříbro
• Radiofrekvenční stínění: wi-fi, radary, mikrovlny, TV vysílání apod.
• Využití: záclony, závěsy, „nebesa“, oděvy
• Radiofrekvenční stínění • Využití: pyžama, košile,
závěsy
• Radiofrekvenční stínění
• Stínění elektrického pole
• Vysoký stupeň uzemnění
• Statický výboj
BIKOMPONENTNÍ (KONJUGOVANÁ) VLÁKNA
Side-by-side bikomponentní vlákna
Převážně 2 komponenty, v profilu jsou zřejmé 2 nebo více odlišných oblastí
1. Různá sráživost komponent – samovolná obloučkovitost;
2. Různé teploty tání – pojení NT;3. „Rozdělitelná“ vlákna – ohýbání přes
ostrou hranu nebo rozpouštění jedné z komponent
s/s typ
Dobrá adheze
Přírodní vlákno typu s/s?
Side-by-side bikomponentní vlákna
Matrix-fibril bikomponentní vlákna
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 / Islands-in-the-sea
Matrix-fibril bikomponentní vlákna
Nano- a mikrovlákna
Sheath-core bikomponentní vlákna
Jedná z komponent (jádro) je zcela obklopena druhou komponentou (plášť)
Jádro – stabilita (snížení ceny)Plášť – specielní vlastnosti: lesk, barvitelnost...
1. Tvar trysky2. Potahování jiným polymerem (procházení
roztokem)3. Zvlákňování kopolymeru do koagulační lázni,
obsahující jiný polymers/c typ
Adheze není podstatná
Sheath-core bikomponentní vlákna
1, 2 – extruder
3 – zvlákňovácí článek (2
trysky nad sebou)
13 – komora z proudícím
studeným vzduchem
Sheath-core bikomponentní vlákna
1. Pojivo pro výrobu NT, první komerční aplikace – výroba koberců, čalounictví
2. Vlastnosti pláště
Sheath-core bikomponentní vlákna
Segmentové (pie) struktury vláken
PL + PA 6.616 segmentů, pavučina je podstoupena intenzivnímu proudění vzduchu nebo vody – rozštěpení vláken na segmenty, spojení pavučiny
Ulehčení rozštěpení Ulehčení procesu mykání
Segmentové (pie) struktury vláken
?
?
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 zvlákňování1934 – 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.
Nanovlákna Zvětšení 1000x
Nanovlákna
Předpokládaný vývoj nanotechnologiíVědecké práce a patenty zabývající se elektrostatickým
zvlákňováním
Základní výzkum
Aplikovaný výzkum
První komerční výrobky
Rychlýtechnol. pokrok
Masový trh81% - USA 7% - Korea
6% - Německo 6% - jiné
Elektrostatické zvlákňování
A – injekční stříkačkaB – elektroda (kapilára – zvlákňování tryska) C – zdroj vysokého napětíD – vláknaE – kolektor
Produkt – vlákenná pavučina (NT) – omezené aplikace
Elektrostatické zvlákňování (angl. electrospinning) – proces využívající elektrostatických sil k utváření jemných vláken z polymerního roztoku nebo taveniny.
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
• 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 - vlastnosti
• 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
Nanovlákna – použití (aplikace)
top related