Vlákna anorganická. Ostatní umělá vlákna

1. Přednáška č.7 LarysaOcheretna Vlákna anorganická. Ostatní umělá vlákna

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

3. Chemická vlákna – rozdělení

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

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

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

7. 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

8. 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

9. 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

10. Horninová vlákna (čedičová)

11. Horninová vlákna (čedičová) – použití • Nádobypro skladování přírodního plynu • Brzdové špalíky • Lopatky věterných mlýnů • Surfovacídesky • Automobilový průmysl • Letecký průmysl

12. 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 – RogerBacon – karbonizace celulózového vlákna, • 20% uhlíku (nízká pevnost a tuhost). • Zač. 1960 – použití PC, 55% uhlíku Raketoplán Kolumbie

13. 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

14. Uhlíková vlákna - vzhled 5-10 µm

15. Uhlíková vlákna – použití

16. Uhlíková vlákna – produkce Světová produkce uhlíkových vláken2009

17. Charakteristika a výrobce úhlikových vláken

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

19. Anorganická vlákna – hmotnost vs. cena

20. Vlákna pokovená Zákaz žehlení

21. Kovová vlákna 70% bambus 30% stříbro 55% 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

22. Bikomponentní (konjugovaná) vlákna

23. 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?

24. Side-by-side bikomponentní vlákna

25. 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

26. Matrix-fibril bikomponentní vlákna Nano- a mikrovlákna

27. 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

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

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

30. Sheath-core bikomponentní vlákna

31. 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

32. Segmentové (pie) struktury vláken

33. ? ?

34. 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.

35. 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

36. 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

37. Elektrostatické zvlákňování Rotující kolektor (velká rychlost otáčení)

38. Elektrostatické zvlákňování

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

40. 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).

41. 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

42. Děkuji za pozornost