Průřez vzorkem

Modul pružnosti v ohybu E, lze poté stanovit na základě zjištění maximálního průhybu Xm podle vztahu (8).

25

3 Základní dělení vláken

Vlákna lze dělit dle několika kritérií. Mezi základní dělení vláken patří dělení podle jejich původu, chemického složení, délky, termického chování a dle jejich chování při mechanickém namáhání.

3.1 Podle původu vláken

Prvním dělením vláken je dělení dle jejich původu. V této kategorii se nachází tři velké skupiny vláken: přírodní vlákna, chemická vlákna z přírodních polymerů a chemická vlákna vznikající ze syntetických polymerů. U každé z těchto skupin lze rozlišit následující podskupiny:

 přírodní vlákna (rostlinná, živočišná a minerální),

 chemická z přírodních polymerů (regenerovaná celulóza, deriváty celulózy, regenerované bílkoviny, atd.),

 chemická ze syntetických polymerů (Polyamidy, polyestery, vinylové deriváty, polyolefíny, atd.).²⁵

3.2 Podle chemického složení

Dalším důležitým dělením vláken je rozdělení dle chemického složení. Do tohoto rozdělení jsou řazena vlákna s hlavním uhlíkovým řetězcem prvního, druhého a třetího typu. Dále poté vlákna s heterogenním hlavním řetězcem, která mohou být dále rozdělena na dusíkaté a bezdusíkaté. Posledními typy jsou vlákna neobsahující uhlík a vlákna nepolymerního charakteru.

25 MILITKÝ, J. Textilní vlákna: Speciální vlákna: přednášky. Vyd. 2. Liberec: Technická univerzita v Liberci, 2007. ISBN 978-80-7372-169-5 str. 19 – 20

26

 Vlákna s hlavním uhlíkovým řetězcem:

• 1. typu ( -CH2-CHR-CH2- )

- polyolefíny (např. polypropylen, kde substituentem R je -CH3), - vinylové polymery (např. polyvinylchlorid, u kterého R je -Cl), - polynitrily (polyakrylonitril) R = -CN,

- polyalkoholy (polyvinylalkohol), u kterých je substituentem -OH, - polykyseliny (polyvinylacetát) pro R = -OCOCH3,

• 2. typu ( -CH2-CR2-CH2-, popř. -CR2-CR2-),

- vinylidenové polymery (např. polyvinylidenchlorid) kde R = CL, - halogenované polyolefíny (polytetrafluoretylen),

• 3. typu (-CR=CH-CH2-CH2-),

- polydieny (polybutadien) kde je substituentem -H.

 Vlákna s heterogenním hlavním řetězcem:

• dusíkaté - N -

bílkoviny (typickým představitelem je vlna, přírodní hedvábí, skupina -CO-NH-),

- polyamidy (pro polyamidy je typická -CO-NH- skupina), - polyuretany (charakteristická skupina -NH-CO-O-), - polymočovina (skupina -NH-CO-NH-),

- polyiminy (charakteristické skupinou -NR-), - polyimidy (typickou skupinou -R-(CO)2-N-).

• Bezdusíkaté - O -

- celulóza, její deriváty (heterocykl s kyslíkem a třemi -OH- skupinami), - stabilní deriváty celulózy (zástupci jsou acetát, nitrát),

- polyestery (-CO-O- je jejich typická skupina), - polyoxidy (-O-),

- polysulfidy (-S-),

- polysolfony (jejich typickou skupinou je -SO2-), - polyanhydridy,

- polykarbonáty, - polysulfony.

27

 Vlákna hlavního řetězce neobsahujícího uhlík:

- polysiloxany (typickou skupinou polysiloxanů je -Si-R2-O-), například u silikonového kaučuku je substituentem -CH3.

 Nepolymerní vlákna:

- kovy a slitiny kovů (mohou být vlákna hliníková, stříbrná, měděná, ocelová, mosazná),

- nekovy a jednoduché sloučeniny (vlákna uhlíková, křemíková, bórová), - skleněná vlákna,

- minerální vlákna (azbest, čedič, láva, struska).26

3.3 Podle délky

Dle délky jsou vlákna rozlišována na několik druhů: nano-vlákna, vlákna pro kompozita, staplová vlákna a nekonečná vlákna.

o Nano-vlákna jsou vlákna, jejichž tloušťka je v rozmezí 50 – 500 nm.

Charakteristickým znakem těchto vláken je jejich velmi vysoká povrchová plocha, díky které disponují vysokou porositou při zachování malých rozměrů pórů.

o Vlákna pro kompozita, nejčastěji whiskery, monokrystaly, polykrystaly. Jejich tloušťka se pohybuje kolem 1µm a délka kolem 0,1 mm. Využívají se k zesílení kompozitního materiálu, především zlepšují pevnost a zároveň snižují hmotnost výrobku.

o Staplová vlákna jsou dlouhá zhruba 30 až 100 mm a jejich tloušťka je v rozmezí 10 až 20 µm. Většina přírodních vláken, kromě přírodního hedvábí, je staplová.

U chemických vláken se konečné délky dociluje řezáním nebo trháním. Hlavním důvodem je, že příze z těchto staplových vláken mají unikátní vlastnosti.

o Nekonečná vlákna se dělí do základních tří skupin: hedvábí s jemností od 2 do 2000 dtex, které dále může být monofilové nebo multifilové. kabílky s jemností do 10 000 dtex a kabely, které obsahují více než 100 000 vláken.27

26 MILITKÝ, J. Textilní vlákna: Speciální vlákna: přednášky. Str. 21 – 26

27 Tamtéž, str. 26 – 27

28

3.4 Podle termického chování

Dle termického chování lze vlákna rozdělit na dva typy a to reaktoplasty (termosety) a termoplasty. Reaktoplasty se se zvyšující teplotou vytvrzují (síťují) a výsledkem je tak netavitelný nerozpustný polymer. Naopak termoplasty se zvyšující se teplotou měknou a stávají se tvárnými. Při ochlazení opět tuhnou do původního stavu. Tento jev lze opakovat permanentně.²⁸

3.5 Podle chování při mechanickém namáhání

Podle mechanických projevů se vlákna dělí na elastomery, fibroblasty a duroplasty.

Elastomery mají jedinečnou schopnost snadné deformace a vrácení do stavu před mechanickým namáháním. Fibroplasty jsou z pravidla houževnaté materiály. Při použití materiálu nad teplotou 0.8Tg dochází k plastickému chování, tj. ztrácí tvárnost a snižuje se jejich viskozita. Teoretická pevnost těchto vláken je E^0.75. Duroplasty jsou naopak tuhé a křehké. Jejich teoretická pevnost odpovídá E^0.8. E je zde jako Youngův modul pružnosti. Teplota materiálu má velmi vysoký vliv na mechanické chování vláken.29

28 MILITKÝ, J. Textilní vlákna: Speciální vlákna: přednášky. Str. 27

29 Tamtéž, str. 28

29

4 Přírodní vlákna

Nejrůznější archeologické nálezy dokazují, že přírodní vlákna byla používána už od pradávna. Například len byl v Evropě pěstován už v době kamenné. V Peru a Asii byly ve starých hrobech nalezeny pozůstatky bavlněných tkanin. Klasické přírodní hedvábí se objevilo už ve staré Číně. Používání vlny bylo známé již před šesti tisíci lety. Během několika tisíciletí měla přírodní vlákna dominantní postavení.³⁰

4.1 Rostlinná

Pro rostlinná vlákna se nejčastěji používá dělení podle vláken ze semen, stonků, listů a vláken z plodů. Avšak v praxi mohou být tato vlákna dělena například podle jemnosti, kdy jsou rozlišována jemná vlákna a hrubá. Mezi jemná vlákna se řadí například bavlna, len, konopí, ramie, juta, kenaf a mezi hrubá vlákna patří sisal a textilní banánovník.31

4.1.1 Bavlna

Jedná se o nejdůležitější přírodní vlákno. Bavlna je tvořena jednobuněčným vláknem vyskytujícím se kolem semen bavlníku. Je také nejčistším zdrojem celulózy. Používá se jako cigaretový papír, bankovní papír, nebo také jako surovina pro výrobu nitrocelulózy. Kvalita bavlny se dělí na tři základní druhy:

 nezralá vlákna (v podstatě pouze primární stěna, slabý lumen),

 částečně zralá vlákna [sekundární vrstva, avšak slabá, nízká konvoluce (stáčení vlákenné stužky)],

 zralá vlákna (silná sekundární vrstva, lumen s pravidelnou stáčivostí).

30 CHOLEVA, E. Textilní rostliny tropů a subtropů. Praha: Státní pedagogické nakladatelství, 1967.

Učební texty vysokých škol, str. 4

31 Tamtéž, str. 4

30

Složení bavlny se může měnit vlivem poškození škůdci, nebo půdou, na které bavlníky rostou. Typicky je však složení zhruba 88 – 96 % celulózy, 0,9 – 1,2 % pektinu, 1,1 – 1,9 % bílkovin, 0,3 – 1 % vosků, 0,5 – 1 % organických kyselin, 0,7 – 1,6 % minerálních solí, 0,3 % cukru a 0,9 % dalších látek.³²

4.1.2 Kapok

Zdrojem kapoku je strom o výšce až 50 m mající kuželovité ostny na kmeni. Plod (tobolka), z kterého pochází tato vlákna, je veliký přibližně 5 mm. Při zrání tobolka praskne a padá k zemi. Na kvalitu vláken má značný vliv sucho, díky kterému může docházet ke zrání tobolek. Z jednoho stromu lze získat až 600 tobolek, v kterých jsou až 3 kg vlákna. Materiál je vysoce elastický a lehký s nízkou tepelnou vodivostí. Vlákna kapoku lze tedy použít například do izolací chladniček, leteckých kabin apod. Na rozdíl od bavlny nemá kapok zákruty.33

4.1.3 Len

Len má 12 rodů. Například rod Linum má 230 druhů. Technicky významný má pouze len setý (lat. Linum usitatissimum). Tento druh je výborným zdrojem lnu i lněných semen, která však nejsou sbírána ze stejné rostliny. Len, který poskytuje kvalitní vlákna, už neposkytuje dobré osivo. Může vyrůst do výšky až 1,3 m a průměr stonku má 4 až 5 mm. Vlákna jsou velmi jemná a bílá, až šedivě zabarvená. Nekvalitní vlákna jsou hrubá, šedo-hnědá a obsahují zbytky stonků.34 Vlákna jsou relativně velmi pevná s dobrou pevností za mokra. Jsou také lesklá se studeným omakem. Zároveň jsou však vysoce navlhavá s nízkou tepelnou vodivostí.35

32 MILITKÝ, J. Textilní vlákna: klasická a speciální. Liberec: Technická univerzita v Liberci, 2002.

ISBN 80-7083-644-x str. 96 – 101

33 CHOLEVA, E. Textilní rostliny tropů a subtropů. Str. 83 – 86

34 CATLING, D. and GRAYSON, J. Identification of vegetable fibres. New York: Chapman and Hall, 2004. ISBN 1-873132-61-1 str. 12 – 15

35 MILITKÝ, J. Textilní vlákna: klasická a speciální. Str. 111

31 podélného řezu vláknem juty je patrné, že je vlákno silně prostoupeno dřevinou. Z juty jsou získávána vlákna dlouhá 2 – 4 m. Délka elementárního vlákna je přibližně 0,8 – 5 mm. Získaná vlákna mají zpravidla zbarvení do šedobílé, občas žlutobílé, nebo dokonce stříbrošedé barvy. Přičemž žlutá, nebo nahnědlá barva signalizuje horší jakost.

Čím jsou vlákna juty lesklejší, tím jsou více kvalitní, avšak časem se tento lesk a tedy i pevnost, zmenšuje. Juta je používána převážně kvůli své nízké ceně pro výrobu obalů, tedy pytlů. Může se však využívat pro výrobu některé čalounické tkaniny, běhounů,

Ramie se používá jako odpadové hedvábí, tedy jako polohedvábná tkanina. Osvědčila se také jako výborná náhražka lnu pro stolní, kuchyňské a ložní prádlo. Tkanina z ramie

36 MILITKÝ, J. Textilní vlákna: Speciální vlákna: přednášky. Str. 129 – 130

37 CATLING, D. and GRAYSON, J. Identification of vegetable fibres. Str. 21

38 CHOLEVA, E. Textilní rostliny tropů a subtropů. Str. 149 – 152

39 MILITKÝ, J. Textilní vlákna: Speciální vlákna: přednášky. Str. 132

32

se vyznačuje velmi dobrou odolností proti vodě. Používá se také v kombinaci s bavlnou, která je známá pod jménem Ramitex.⁴⁰

4.1.7 Kenaf

Vlákno kenafu je o něco pevnější než vlákno juty, je však méně pružné. Celkově je velmi podobné jutě a proto ji i často nahrazuje. Délka vláken je 1,5 – 3 m. Délka elementárního vlákna je 2 – 6 mm s průměrem 14 – 30 µm. Barva vlákna je bílá, až nažloutlá. Časem se barva vlákna příliš neliší. Používá se pro výrobu pytlů, kabelek, rybářských sítí, atd.

Kenaf je 3 m vysoká jednoletá rostlina, která obsahuje méně necelulózových materiálů než juta. Pevnost kenafu je o něco málo nižší, než u vláken juty. Co se pevnosti vláken týče, dochází mezi autory k rozporu. Militký41 tvrdí, že vlákna kenafu jsou méně pevná, než vlákna juty. Zatímco Choleva42 tvrdí, že vlákna kenafu jsou naopak pevnější.

4.1.8 Kokos

Vlákna jsou získávána z plodů kokosu a elementární délka těchto vláken je 0,3 – 1 mm.

Ze všech celulózových vláken má kokos nejlepší tažnost, obsahuje cca 40 – 45 % celulózy. Vlákno má pórovitou strukturu.43

Jedná se o velmi kvalitní, jemné a spřadatelné vlákno, které se získává z nezralých plodů a je světlé barvy. Vlákna mají výbornou stálost ve vodě a jsou odolná proti opotřebení. Používají se nejčastěji na běhouny, předložky a lodní plachty. Hrubší vlákna se poté využívají v kartáčnictví a čalounictví.44

40 CHOLEVA, E. Textilní rostliny tropů a subtropů. Str. 140 – 141

41 MILITKÝ, J. Textilní vlákna: Speciální vlákna: přednášky. Str. 133

42 CHOLEVA, E. Textilní rostliny tropů a subtropů. Str. 118 – 128

43 MILITKÝ, J. Textilní vlákna: Speciální vlákna: přednášky. Str. 134

44 CHOLEVA, E. Textilní rostliny tropů a subtropů. Str. 233

33 4.1.9 Sisal

Vlákna se získávají z listů, které mohou dorůstat délky až 2 metry a mohou být až 150 mm široké. Obvykle mají vlákna bílou, žluto až hnědou barvu, často s nádechem růžové a mají slabý lesk.45

Vlákna sisalu se používají jako kompozitní materiál, zejména díky své pevnosti a tuhosti. V každém listu je obsaženo 700 – 1400 technických vláken. Technické vlákno je dlouhé 0,6 – 1,2 m a elementární vlákno je dlouhé 2,5 – 8 mm a dosahuje průměru až 40 µm. Vlákna mají pórovitou strukturu.⁴⁶

4.2 Živočišná vlákna

Živočišná vlákna jsou tvořena bílkovinami. Zpravidla jsou dělena na vlákna ze srstí a vlákna ze sekretu hmyzu. Ze srstí se převážně jedná o ovčí vlnu, kozí vlnu, atd.

Vlákna tvořená sekretem hmyzu jsou například přírodní hedvábí, pavoučí hedvábí, atd.

Tato vlákna jsou na bázi proteinu, který je tvořen aminokyselinami. Je známo kolem dvaceti základních aminokyselin.47

4.2.1 Ovčí a kozí vlna

Vlákno vlny se skládá ze dvou základních modifikací orto a para kortexu. Struktura vlněného vlákna má svou specifickou šupinkovou strukturu. Díky těmto šupinkám, které jsou charakteristické téměř pro všechna keratinová vlákna (ze srsti), mají vysoký stupeň kadeřavosti a lze je plstit. Ovčí vlnu je nutné před zpracováním důkladně vyprat (vyčistit), jelikož obsahuje veliké množství nečistot. Mezi tyto nečistoty patří i ovčí tuk, z kterého se praním získává lanolin pro výrobu parafínů. Ovčí vlna se také třídí dle kvality, která závisí na druhu ovce a z jaké části těla je sejmuta. Podobné vlastnosti má i vlna kozí.48

45 CATLING, D. and GRAYSON, J. Identification of vegetable fibres. Str. 51 – 54

46 MILITKÝ, J. Textilní vlákna: klasická a speciální. Str. 115

47 MILITKÝ, J. Textilní vlákna: Speciální vlákna: přednášky. Str. 136-137

48 Tamtéž, str. 141 – 151

34

Mezi další keratinová vlákna patří velbloudí srst, která má podobné parametry jako srst kozy kašmírské. Tato vlákna se sbírají v době línání, tedy se z velblouda nestříhají.

Dalším vláknem je vlákno z domestikované lamy známé jako alpaka. Oproti vlně nejsou tato vlákna tak kadeřavá a jsou více navlhavá.⁴⁹

4.2.2 Přírodní hedvábí

Přírodní hedvábí se používalo už 3000 let př. n. l. v Číně. Hedvábí je prvním představitelem fibroinových vláken, tedy vláken tvořených sekretem hmyzu. Toto vlákno je získáváno z výměšků snovacích žláz housenek bource morušového. Kromě přírodního hedvábí lze získat také hedvábí nepravé, neboli tussah, které je získáváno z výměšků housky bource dubového. Housenky těchto motýlů vytvářejí tato vlákna při tvorbě kokonu, který je tvořen fibroinem a sericinem. Fibroin zde zastupuje vlákno a sericin zde slouží jako pojivo, kterým jsou vlákna přilepena k sobě. K získání hedvábí je zapotřebí vlákna vyčistit od sericinu.

Mezi další představitele fibroinových vláken patří pavoučí hedvábí, které je tvořeno pomocí speciálních žláz a každá tato žláza produkuje jiné hedvábí. Pavouk může svůj produkt (pavučinu) znovu zkonzumovat a přeměnit ji opět na patřičný protein. Tato vlákna se vyznačují velice vysokou pevností a odolností vůči vodě.50

49 MILITKÝ, J. Textilní vlákna: Speciální vlákna: přednášky. Str. 151 – 152

50 Tamtéž, str. 153 – 159

35

5 Experimentální část

Cílem této bakalářské práce bylo vytvoření vláknových kompozitů z juty a lnu. U juty se jednalo o použití vláken juty z jutové tkaniny spolu s polyesterovou pryskyřicí. Pro porovnání výsledků byla použita polyesterová pryskyřice na polyesterové přízi. Dále se experiment zabýval vlivem předpínání kompozitu při vytvrzování na mechanické vlastnosti. Len byl použit v podobě prepregu s epoxidovou pryskyřicí a byl vyroben i jako vícevrstvý. V druhé části byly vyrobené vzorky podrobeny dvěma zkouškám – tahové zkoušce a zkoušce ohybem.

5.1 Plán experimentu

5.1.1 Předpínání

Použití předpínaných kompozitů je aplikováno zejména ve stavebnictví (Obr. 7), kde je běžně využíváno pro betonové konstrukce. Hlavním důvodem předpínání betonových konstrukcí je skutečnost, že beton má výborné vlastnosti při namáhání tlakem, nižší při ohybovém namáhání (5x nižší), ale špatné v tahovém namáhání (cca 15x nižší). Proto konstrukce namáhané velkými tahovými napětími (nosníky o velkém rozpětí) se s výhodou předpínají strunami nebo svazky splétaných ocelových lan (Obrázek 8).

V předepnutém nosníku je poté pouze tlakové napětí, které je pro beton výhodné, přičemž výztuž je namáhána tahem.⁵¹

51 LANÍKOVÁ, I. Předpjatý beton [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně, 2016 [cit. 2017-03-01]. Dostupné z: http://www.fce.vutbr.cz/BZK/lanikova.i/CL01/CL01_prednaska_2.pdf

36

In document Studium vlastností kompozitů vyztužených přírodními vlákny (Page 24-36)