TERMICKY POJENÝCH NETKANÝCH TEXTILIÍ STUDIUM MECHANICKÝCH VLASTNOSTÍ

STUDIUM MECHANICKÝCH VLASTNOSTÍ TERMICKY POJENÝCH NETKANÝCH TEXTILIÍ

Bakalářská práce

Studijní program: B3107 – Textil

Studijní obor: 3107R007 – Textilní marketing Autor práce: Martin Martikan

Vedoucí práce: Ing. Jiří Chaloupek, Ph.D.

Liberec 2015

THE STUDY OF MECHANICAL PROPERTIES THERMALLY BONDED NONWOVEN

Bachelor thesis

Study programme: B3107 – Textil

Study branch: 3107R007 – Textile marketing

Author: Martin Martikan

Supervisor: Ing. Jiří Chaloupek, Ph.D.

Liberec 2015

Tento list nahraďte originálem

zadání.

Prohlášení

Byl jsem seznámen s tím, že na mou bakalářskou práci se plně vztahuje zákon č. 121/2000 Sb., o právu autorském, zejména § 60 – školní dílo.

Beru na vědomí, že Technická univerzita v Liberci (TUL) nezasahuje do mých autorských práv užitím mé bakalářské práce pro vnitřní potřebu TUL.

Užiji-li bakalářskou práci nebo poskytnu-li licenci k jejímu využití, jsem si vědom povinnosti informovat o této skutečnosti TUL; v tomto případě má TUL právo ode mne požadovat úhradu nákladů, které vynaložila na vytvoření díla, až do jejich skutečné výše.

Bakalářskou práci jsem vypracoval samostatně s použitím uvedené literatury a na základě konzultací s vedoucím mé bakalářské práce a konzultantem.

Současně čestně prohlašuji, že tištěná verze práce se shoduje s elektronickou verzí, vloženou do IS STAG.

Datum:

Podpis:

ANOTACE

Tato bakalářská práce se zabývá studiem mechanických vlastností termicky pojených netkaných textilií. Pro tento účel bylo v laboratoři vytvořeno celkem 48 typů vzorků netkaných textilií. Od každého typu bylo vyrobeno celkem 8 ks, které byly následně měřeny. Práce je rozdělena na dvě části, teoretickou a experimentální.

V teoretické části jsou přiblíženy netkané textilie z pohledu jejich vlastností, významu a použití. Dále jsou zde uvedeny materiály, ze kterých se netkané textilie vyrábí včetně popsání jednotlivých výrobních technologií, použitých při jejich výrobě.

Experimentální část popisuje přesný postup výroby těchto vzorků, které byly poté podrobeny následnému měření prodloužení za tepla a pevnosti v tahu. Vyrobené vzorky se lišily poměrem vláken, plošnou hmotností, hloubkou vpichu a tloušťkou vzorku při termickém pojení. Výsledky měření byly dále vyhodnoceny a prezentovány v závěru této práce.

Klíčová slova: netkané textilie, polyesterová vlákna, bikomponentní vlákna, vpichování, termické pojení, měření.

ABSTRACT

This thesis deals with the study of the mechanical properties of thermally bonded nonwoven fabrics. For this purpose there were created 48 types of nonwovens samples in the laboratory. 8 pieces of each type was produced and they were subsequently measured. The work is divided into two parts: theoretical and experimental.

The theoretical section analyzes nonwovens in terms of their characteristics, meaning and use. Furthermore, there are materials from which the nonwoven fabric is produced, including description of particular manufacturing technology used during their production.

The experimental part describes the exact process of production of these samples, which were then subjected to the subsequent measurement of elongation under heat and tensile strength. Produced samples differed in fiber diameter, basis weight, needle-punched depth and spacing distances during thermal bonding. The results were further evaluated and presented at the conclusion of this work.

Keywords: nonwoven fabrics, polyester fibers, bicomponent fibers, needle- punching, thermal bonding, measurement.

Poděkování

Na tomto místě bych rád poděkoval vedoucímu své bakalářské práce panu Ing.

Jiřímu Chaloupkovi, PhD. Děkuji mu tímto za jeho ochotu a čas, který mi věnoval při práci v laboratořích, při přípravě zkoumaných vzorku a dále pak za odbornou pomoc, cenné rady a poskytnuté materiály, které mi pomohli při zpracování mé bakalářské práce.

V neposlední řadě bych rád poděkoval všem, kteří mi během zpracování této práce pomáhali a podpořili mě.

OBSAH

ÚVOD ... 10

1 TEORETICKÁ ČÁST ... 11

1.1 Historie NT ... 11

1.2 Netkané textilie ... 12

1.2.1 Netkané textilie – definice ... 12

1.2.2 Produkce, výroba a užití netkaných textilií ... 12

1.2.3 Rozdělení netkaných textilií podle technologie výroby ... 13

1.3 Technologie výroby ... 13

1.3.1 Mechanické způsoby přípravy vlákenných vrstev ... 14

1.3.2 Vrstvení vlákenné pavučiny-podélné vrstvení ... 16

1.3.3 Mechanické zpevňování vlákenných vrstev ... 17

1.3.4 Termické způsoby zpevňování vlákenných vrstev ... 20

1.3.5 Pojení kalandrem ... 23

1.4 Vlákna pro výrobu netkaných textilií ... 24

1.4.1 Syntetická vlákna ... 25

1.4.2 Polypropylenová vlákna ... 25

1.4.3 Polyesterová vlákna ... 25

1.4.4 Bikomponentní vlákna ... 26

1.5 Měření mechanických vlastností plošných textilií ... 28

1.5.1 Popis měření pevnosti v tahu na trhacím přístroji Labtest 2.05 ... 28

2 EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST ... 30

2.1 Parametry použitého materiálu a vzorků ... 30

2.1.1 Použitý materiál ... 30

2.1.2 Jemnosti a poměry vláken ... 30

2.1.3 Tloušťka vzorků ... 30

2.1.4 Plošná hmotnost ... 31

2.1.5 Hloubka vpichu ... 31

2.1.6 Logika vyráběných vzorků ... 31

2.2 Postup výroby vzorků ... 33

2.2.1 Vážení a směšování vlákenného materiálu ... 33

2.2.2 Mykání ... 34

2.2.3 Vpichování ... 34

2.2.4 Stříhání vzorků ... 34

2.2.5 Termické pojení - lisování ... 35

2.2.6 Stříhání výsledných vzorků ... 35

2.3 Měření ... 35

2.3.1 Měření prodloužení vzorků v teplovzdušné komoře ... 35

2.3.2 Měření pevnosti v tahu ... 37

2.4 Vyhodnocení měření obou zkoušek ... 37

2.4.1 Výsledky měření prodloužení ... 37

2.4.2 Výsledky měření pevnosti v tahu ... 42

ZÁVĚR ... 51

LITERATURA ... 53

PŘÍLOHY ... 55

10

Ú

V dnešní době jsou již netkané textilie (dále jen NT) neodmyslitelnou součástí našeho života. Setkáváme se s nimi v našem každodenním životě, jako například ve společnosti, v dopravních prostředcích, hlavně v domácnostech a dokonce i v přírodě.

Tato bakalářská práce se zaobírá výrobou vrstev netkaných textilií, které jsou vyrobeny dle navrhnutého zadání a měřením mechanických vlastností těchto vrstev.

Rozhodující proměnné při této výrobě NT jsou procento smíchání použitých vláken, rozdílné plošné hmotnosti, hloubky vpichu při vpichování a rozdílné objemové hmotnosti při termickém pojení. Z takto vyrobených NT bylo vyrobeno 48 typů vzorků, na kterých bylo prováděno měření mechanických vlastností, jako je měření prodloužení při určitých teplotách v teplovzdušné komoře a pevnost v tahu pomocí trhacího zařízení.

Práce je rozdělena na dvě části a to na teoretickou a experimentální.

Teoretická část této práce se zabývá představením, seznámením s NT a vysvětlením pojmů týkající se tématu této práce. Kapitoly v této části práce jsou logicky řazeny od historie, přes rozdělení NT podle použití, po samotné výrobní technologie a materiály vhodné k jejich výrobě

Experimentální část této práce začíná kapitolou 2.1, kde budou zmíněny parametry a druh použitého materiálu, dále přesný postup a metody výroby těchto typů vrstev NT a postupy měření těchto vzorků. Závěrem této práce budou vyhodnoceny a prezentovány výsledky experimentu.

Cílem této práce bylo vyrobit vrstvy NT dle předem stanoveného postupu na základě procentuálního smíchání vláken polyesteru a kopolyesteru v různých plošných hmotnostech, které byly dále vpichovány různou hloubkou vpichu a následně termicky pojeny s různou objemovou hmotností.

Tímto měřením šlo o prokázání vlivu mechanických vlastností jednotlivých vzorků vyrobených v rámci zmiňovaných proměnných.

11

1

V teoretické části bude popsána technologie výroby NT se zaměřením na mechanickou výrobu vlákenné vrstvy – mykání, dále mechanické zpevňování této vrstvy – vpichování a na termickém pojení této vrstvy. Dále zde budou uvedeny materiály vláken, které se používají při výrobě NT a které byly použity v experimentální části při výrobě vzorků.

1.1 Historie NT

První doložená výroba plošných textilií pochází již z prehistorie a jedná se o zpracování plstěných srstí postupem plstění zvířecích srstí. Tento postup znamenal současné působení vody, tepla a případně chemických či mechanických vlivů. Takto zpracované výrobky byly nejčastěji používány jako přikrývky či přístřešky. Slaměné rohože při stavbách byly dalším možným využitím, které potvrdily archeologické nálezy.

Počátek moderního vývoje NT začal v 19. století a jako nejdůležitější se zde projevovalo zužitkování odpadního materiálu z výroby textilu. Každá textilní výroba obsahovala cca 10 – 20 % odpadního materiálu a jako snahou se ukázalo, použít tento odpad k vývoji nových technologií, jako je vpichování. Finální výrobek měl již výsledné vlastnosti jako již zmiňované plsti.

Polovina 20. století ukázala výrazný růst spotřeby plošných textilií, což vedlo k efektivnějším a levnějším metodám výroby. Zejména v USA a poté v Československu vznikla řada nových postupů tvorby vlákenných metod a jejich mechanických zpevňování za pomoci adheziv či termicky.

Od 60. let až po nynější současnost, je výroba NT primárně zaměřena na výrobky zcela nových vlastností, které nelze vyrábět jinými technologiemi. Jsou to například zdravotnické, stavební a konstrukční materiály, filtry, ochranné oděvy, high-tech materiály pro automobilový, letecký či kosmický výzkum, či izolační a protihlukové materiály. Toto odvětví je nyní velmi významné a stává se centrem pozornosti na výstavách, jako je Index (Švýcarsko), Idea (USA), či Techtextil (Německo)[1].

12

1.2 Netkané textilie

V této kapitole bude vysvětlen pojem, co je netkaná textilie, její výroba ve světovém měřítku a její užití. Závěrem, bude uvedeno rozdělení netkaných textilií podle technologie výroby, na které bude navazováno v dalších kapitolách.

1.2.1 Netkané textilie – definice

Tyto textilie v sobě zahrnují širokou škálu výrobků získanou různými technologiemi, avšak s odlišující se strukturou. V rámci toho, že v současnosti vznikají nové technologie a s tím spojené výrobky a struktury, podléhá tato definice neustálému vývoji. V současné době lze netkané textilie definovat následovně: netkaná textilie je vrstva materiálu, vyrobená z jednosměrně nebo náhodně orientovaných vláken, spojených třením, a/nebo kohezí a/nebo adhezí s výjimkou papíru a kromě výrobků vyrobených tkaním, pletením, všíváním, proplétáním či plstěním [1].

1.2.2 Produkce, výroba a užití netkaných textilií

Netkané textilie se svým objemem výroby blíží 20 % světové výroby a tento podíl se neustále zvyšuje. V České a Slovenské republice se vyrábí zhruba 40 000 t/rok, což odpovídá 150 milionům m². Celosvětová produkce činí 4 miliony t/rok. Pouze západní Evropa produkuje více než 1 milion t/rok což představuje 25 miliard m². Na rozdíl od celosvětové produkce ostatních druhů textilií, zaznamenávají netkané textilie celosvětový roční nárůst okolo 6 % a v západní Evropě až 9 %. Tento nárůst je srovnatelný snad jen s rozvojem mikroelektroniky. Hlavními výhodami tohoto průmyslu jsou ekonomické výhodnosti a kvalitativní rozvoj, který zabezpečuje pronikání těchto výrobků do nových oblastí jejich technického využití [1].

V roce 2011 bylo celkově vyprodukováno 1,898 milionů tun NT, což znamenalo meziroční nárůst o 5,7 %, v porovnání s rokem 2010. Porovnání roků 2009 a 2010 znamenalo nárůst o 10,9 %. Odhad celkového nárůstu v Evropě je definován sumou 6,218 milionů EUR. Vývoz a export z EU27 do světových zemí v roce 2011 je odhadován na 321786 milionů tun v porovnání s rokem 2010, které činilo 296344 milionů tun. Cenově lze toto vyjádřit sumou 1396,9 milionů EUR. Import v roce 2011 byl odhadován na 0,7 milionů tun. Tento obrovský objem výroby NT zaměstnal kolem 25400 lidí. Tento sektor zahrnuje práci ve 100 000 firmách v Evropské unii [5].

13

V roce 2013 nabyla výroba netkaných textilií o 2 % a dosáhla objemu 2 044 215 tun. Ve srovnání s tempem růstu v předchozích dvou letech o 1,7 % v roce 2012 a 6,2 % v roce 2011 [2].

1.2.3 Rozdělení netkaných textilií podle technologie výroby

Výroba vlákenné vrstvy

 Mokrá cesta

 Suchá cesta

 Mechanicky (vlákna orientovaná: podélně, příčně, kolmo)

 Aerodynamicky (vlákna orientovaná nahodile)

 Přímo z polymeru (spunbond, meltblown, elektrostatické zvlákňování)

Zpevňování vlákenné vrstvy

 Mechanicky

 vpichování, spalace, proplétání.

 Chemicky

 impregnací, pěnou, postřikem.

 Termicky

 teplovzdušně, kalandrem[1].

1.3 Technologie výroby

V této kapitole budou vysvětleny všechny pojmy používané při výrobě netkaných textilií a dále zde budou podrobně uvedeny všechny technologické postupy použité při výrobě zkoumaných vzorků NT. Kapitoly budou logicky řazeny postupně od samotného zahájení procesu výroby, jako je příprava vlákenných surovin pro samotnou výrobu vlákenné vrstvy, přes zpevňování této vrstvy, až po samotné termické pojení.

14

1.3.1 Mechanické způsoby přípravy vlákenných vrstev

Tyto způsoby jsou založeny na vytvoření vlákenné pavučiny, která se dále vrství. K této přípravě pavučiny se využívá mykacích strojů nebo mykacích zařízení určených přímo pro výrobu netkaných textilií. Nejběžněji jsou používány mykací stroje víčkové (bavlnářské) nebo válcové (vlnařské). Vlnařské jsou používány mnohem častěji díky své velké šíři, která činí 1,5 - 3,5 m, čímž dosahuje vyšších výkonů. Novější modely tohoto provedení zpracují 200 - 1000 kg/hod. Naproti nim bavlnářské pouze 5 - 30 kg/hod.

Principem tohoto zařízení z obr. 1 viz níže je soustava válců, které jsou na svém povrchu opatřeny drátkovým nebo pilkovým pracovním povrchem. Tyto povlaky válců jsou na válcích v různých postaveních, jak je patrno z obr. 2 a to na mykání (tambur - pracovní válec), na snímání (obraceč - pracovní válec) a povytažení (volant - tambur) [1].

Obr. 1 Schéma válcového mykacího stroje: 1 – podávací pás, 2 – podávací ústrojí, 3 – přenosový válec, 4 – tambur, 5 – kryt mykacího stroje, 6 – obraceč, 7 – pracovní válec, 8 – snímací válec, 9 – volant, 10 – volantový snímač, 11 – sčesávací pilka, 12 – navíjecí válec, 13 – kryt mykacího stroje[3].

15

Obr. 2 Vzájemné postavení pracovních potahů mykacího stroje včetně směrů rychlostí [1].

Drátkové a pilkové pracovní povlaky mykacího stroje

Drátkové pracovní povlaky (obr. 3) se od sebe liší typem a tloušťkou drátků, jejich počtem a tvarem na jednotku plochy potahu.

Obr. 3 Drátkové povlaky mykacího stroje

Pilkové povlaky (obr. 4) mají především vyšší životnost, a proto se používají stále ve větší míře. Tyto se poté dále dělí na povlaky s vinutím do drážky a na samovolné, a to zavírací nebo zaklíněné. Povlaky s vinutím do drážky se zatlačují do drážky na mykacích válcích. Nevýhodou tohoto typu je, že při opakovaných výměnách dochází k poškozování drážek. Tento typ uložení je pevnější, a proto se používá u více namáhaných povlaků třeba na vstupních ústrojích.

Mykací zařízení je účinnější tehdy, čím vyšší je počet pracovních drátků nebo hrotů na plochu a také větším rozdílem obvodových rychlostí tamburu a pracovních válců a těsnějším sesazením pracovních povrchů. Jemnost mykacích povlaků je spjata s jemností používaných vláken. Na druhé straně hrubá vlákna způsobují rychlejší poškozování jemných povlaků.

16

Obr. 4 Pilkové mykací povlaky a) s vinutím do drážky, b) uzavírací, c) zaklíněné[1].

1.3.2 Vrstvení vlákenné pavučiny-podélné vrstvení

Vlákenná pavučina vystupující z mykacího zařízení má obvykle plošnou hmotnost 5 – 30 g.m^-2. Takto vytvořenou pavučinu lze přímo navést ke zpevňovacímu zařízení pro získání lehké netkané textilie. Jednotlivé pavučiny lze podélně vrstvit na sebe při použití několika mykacích zařízení za sebou. Tím je možno podélně jednotlivé vrstvy navrstvit na sebe a zvýšit tak plošnou hmotnost výsledné vrstvy do 100 g/m² [1].

Obr. 5 Uspořádání mykacích strojů při podélném vrstvení: 1 – mykací stroj, 2 – pavučina, 3 – odváděcí dopravník [1].

17

1.3.3 Mechanické zpevňování vlákenných vrstev

K jednomu z nejstarších a nejrozšířenějších způsobů zpevňování vlákenných vrstev patří vpichování, které vzniklo v minulém století, jako náhrada plstění. Podstatou této technologie je provazování vlákenné vrstvy svazky vláken, které vznikly přeorientací částí vláken v důsledku průniku jehel opatřenými ostny. Při průběhu této operace dochází k výrazné redukci tloušťky vrstvy, dále přeorientaci všech vláken a změně délky a šířky vrstvy.

Obr. 6 Schéma vpichovacího stroje: 1 – vlákenná vrstva, 2 – přiváděcí ústrojí, 3 – stírací rošt, 4 – opěrný rošt, 5 – jehelná deska, 6 – jehly, 7 – pohon [4].

Princip této technologie zpevňování spočívá v přívodu vlákenné vrstvy vstupním zařízením mezi dva perforované rošty. Rošty jsou opatřeny otvory, do kterých pronikají periodicky vpichovací jehly, které jsou umístěny v jehelné desce. Jehly jsou opatřeny ostny, které zachytávají různá vlákna vrstvy a přeorientovávají je kolmo k vrstvě a protahují je touto vrstvou. Posunování vrstvy je zajišťováno odtahovými válci po spodním, tzv. opěrném roštu. Při pohybu soustavy jehel zpět zabezpečí, tzv. stírací rošt, vysunutí jehel zpět z této vrstvy. Pevnost vlákenné vrstvy má přímou souvislost s počtem vpichů na jednotku plochy této vrstvy. Výkon stroje tedy závisí na počtu jehel umístěných v jehelné desce a frekvencí jehelné soustavy. Při průchodu jehly vlákennou vrstvou působí na jehly značná síla, která může dosahovat, až 10 N. Tento fakt

18

napovídá, že jednotlivé konstrukce tohoto stroje, jako je konstrukce roštů, jehelné desky a pohybového ústrojí, musí být vyrobeny z masivní konstrukce.

Pro dosažení vysokých frekvencí jehelné desky, které se pohybují běžně kolem 800 zdvihů za minutu, po nejrychlejší až 2200 zdvihů za minutu, je nutné limitovat amplitudu výkyvu včetně vzdáleností roštů na obvyklou hranici 60 nebo až 40 mm.

Přiváděcí ústrojí má za úkol redukci tloušťky přiváděné vrstvy, která může dosahovat až 250 mm, na rozměr menší než je vzdálenost mezi rošty. Tento problém je řešen buď konstrukcí přiváděcího zařízení nebo předvpichovacím strojem.

Tyto stroje mají nižší počet jehel, které jsou umístěny v úzké jehelné desce, a větší vzdálenosti roštů. Jsou tedy určeny pro ztenčování vysokých vlákenných vrstev, které následně vstupují do vpichovacích strojů. Nevýhodou tohoto použití jsou další finanční náklady [1].

Na obr. 7 je pro názornost vyobrazena vpichovací plstící jehla redukovaná.

Pracovní část je tvořena průřezem rovnostranného trojúhelníku. Ostny mohou být na jedné či obou stranách jehly, obvykle bývají na všech třech stranách [1].

Obr. 7 Plstící jehla redukovaná – 1 – hrot, 2 – pracovní část, 3 – osten, 4 – zúžení, 5 – redukovaná část, 6 – stvol, 7 – kolínko[4].

Příklady označení vpichovacích jehel

Tyto jehly se označují dle mezinárodních zvyklostí alfanumerickým kódem, který vystihuje všechny parametry jehly. Průměr jehly je dán v jednotkách gauge (počet dílů na 1“), délky pak v palcích nebo písemným kódem. Katalogové nebo oborové číslo výrobce je poslední skupinou.

Tyto jehly jsou obvykle vyráběny lisováním ocelového drátu vyrobeného z vysoce legující uhlíkové oceli. Po získání tvaru se jehly tepelně zpracovávají kalením a popouštěním v oleji pro dosažení jejich finální tvrdosti a pevnosti. Dále mohou být jehly nerezové nebo s chromovým povrchem [4].

19

Obr. 8 Označení vpichovacích jehel, dle mezinárodního alfanumerického kódu[4].

Základní parametry procesu vpichování

 Počet vpichů na jednotku plochy textilie

(1) V_p počet vpichů v /m^-2/

a celkový počet jehel na 1 m vpichovací desky (součet všech řad) f frekvence desky /s^-1/

p počet průchodů textilie strojem v rychlost odvádění textilie /m.s^-1/

 Hloubka vpichu

Je vzdálenost špiček jehel od pracovní plochy opěrného roštu v dolní úvrati pohybu jehel. Je dána v mm a pohybuje se v rozpětí 5 – 25 mm.

Tyto dva parametry zásadně ovlivňují strukturu a vlastnosti takto zpevněných textilií. Mimo těchto dvou parametrů je výsledek vpichování ovlivněn dalšími aspekty, jako jsou:

 Typ a způsob rozmístění vpichovacích jehel

 Tahové vlastnosti, délka, jemnost povrchových vláken související s typem a koncentrací preparace

20

Soudružnost při vpichování spočívá na tření mezi vlákny. Při deformaci vzniklé vpichováním se vlákna přeorientovávají směrem působící síly. Při tomto dochází ke zvětšujícím se třecím plochám a silám, kterými jsou k sobě přitlačovány.

Z toho vyplývá typická tahová křivka, která se vyznačuje nízkým počátečním modulem a vysokou trvalou deformací.

Touto technologií lze vyrábět široké množství výrobků jako geotextílie, papírenské a odvodňovací plstěnce, filtry, dekorační materiály, oděvní a obuvnické vložkové materiály, a podlahové krytiny. Plošné hmotnosti, které jsou typické pro tuto technologii, se pohybují v rozmezí 100 – 2000 g.m^-2 [1].

1.3.4 Termické způsoby zpevňování vlákenných vrstev

V této kapitole bude popsán způsob zpevnění vlákenných vrstev pojivy ve formě pevných polymerů nebo kopolymerů.

Podstatou procesu je:

 Nanesení pojiva na pavučinu nebo vlákennou vrstvu (prášek, pasta) nebo vrstvení vlákenné vrstvy s plošným pojivým útvarem (mřížka, folie), nebo příprava vlákenné vrstvy skládající se ze směsi základních a pojivých vláken (níže tajících nebo bikomponentních vláken)

 Tavením pojiva zvýšením teploty vrstvy

 Formování pojících míst

 Zpevnění pojiva ochlazením

Z výše uvedeného vyplývá využití pojivových polymerů v různých formách:

a) Prášky – rozměr zrn obvykle mezi 0,1 – 0,5 mm, příprava nejčastěji mechanickým drcením granulátu ve speciálních mlýnech pod teplotou Tg.

b) Vlákna a bikomponentní pojivová vlákna, která se připravují zvlákňováním c) Folie, které se připravují kalandrováním nebo vytlačováním taveniny

tryskami.

d) Mřížky, které se vyrábí zvlákňováním speciálními tryskami nebo prořezáváním folií s roztahováním do šířky [5].

21 Z chemického hlediska se využívají pojiva typu:

 Níže tajících homopolymerů (polypropylén, polyamid)

 Kopolymerů (kopolyestery s teplotami tání 110 – 260 °C, kopolyamidy s teplotami tání 110 – 200 °C, polyvinylacetát, polyvinylchlorid, etylén – vinylacetát apod.) [5].

Volba typu polymeru či kopolymeru je řízena požadavky na tepelnou či chemickou odolnost výrobku a na míře zpevnění, která je dána adhezí pojiva k základním vláknům. Právě adheze je kritickou veličinou z hlediska mechanických vlastností výrobků. Adheze je podstatná zejména vzhledem k relativně malé ploše styku pojiva s vlákny, ve srovnání s textiliemi pojenými chemicky. Menší plochy styku jsou dány podmínkami tvorby pojících míst, zejména pak vysokou viskozitou tavenin polymerů. Obecně zde platí, že adheze mezi polymery je tím vyšší, čím jsou tyto polymery chemicky podobnější. Pro pojení polyesterových vláken jsou vhodné kopolyestery. Kopolyamidy, díky přítomnosti svých polárních skupin, mají dobrou adhezi k většině základních vláken.

Bikomponentní vlákna nebo monokomponentní vlákna jsou nejčastěji používanou formou pojiva. Tyto vlákna musí mít v rámci teplovzdušného pojení některé specifické vlastnosti:

 Vhodnou teplotu tání vzhledem k tepelné odolnosti základních vláken a k požadavkům na tepelnou odolnost výrobků

 Odolnost vůči tepelné a tepelně oxidační degradaci při teplotním pojení

 Nízkou sráživost za tepla. Nevýhoda vysoké sráživosti vede k zužování výrobku a vzniku nerovnoměrností

 Nízkou viskozitu taveniny. Toto se zaručí polymery s nižší molekulovou hmotností a vyšším indexem toku.

 Vysoká viskozita zabraňuje přeformování taveniny do pojících míst.

 Dobrou adhezi k základním vláknům

 Nízký obsah a vhodný typ povrchové preparace. Preparace obecně snižuje adhezi a jejím odpařováním se znečišťuje ovzduší.

Tyto požadavky platí i pro základní vlákna v rámci tepelné odolnosti, sráživosti, obsahu preparace a olejů. Velikost povrchového znečištění může být omezujícím faktorem zpracovatelnosti zejména sekundárních vlákenných surovin [5].

22

Způsoby nanášení pojiv na vlákenné vrstvy – pojivová vlákna

Pojivová vlákna se mísí se základními vlákny v mísících komorách, mykacích čechradlech a mykacích strojích. Při tomto mísení je nutno dosáhnout vysokého stupně ojednocení základních i pojivových vláken a jejich vzájemného promísení. V opačném případě, kdyby se ve vlákenné vrstvě objevovali celé svazky vláken, docházelo by k nižšímu využití pojiva a zpevnění textilie a ke zhoršení omaku výrobku. Tyto operace jsou nákladné a spolu s cenou pojiv představují stinnou stránku pojení termoplasty.

Dostatečného ojednocení a promísení se dosáhne použitím dvojicí mykacích stojů, mezi nimiž je materiál dopravován příčným kladečem [5].

Výhody a nevýhody pojení termoplasty

Mezi výhody ve srovnání spojením disperzemi pojiv se zejména uvádí:

 Hygienická nezávadnost výrobků

 Ekologicky nižší závadnost (nepoužívají se síťovací prostředky, není skladování chemikálií)

 Jednodušší strojní zařízení

 Vyšší rychlost ohřevu

 Nižší spotřeba energie Nevýhodami jsou:

 Ušlechtilejší a dražší forma pojiv

 Vyšší náročnost mísení vláken pojivem

 Nižší plocha styku vlákno – pojivo, větší problémy se stabilitou výrobku v průběhu údržby

 Snížení produkce výrobního zařízení – rounotvorným zařízením prochází pojivo ve formě vláken [5].

Další výhody termického pojení:

 relativně měkké výrobky mohou připomínat textilii – důležitá jsou složení směsi na místě spoje.

Možno pojit vysoce objemné výrobky skrz celou jejich tloušťku. Může tak být dosaženo 100 % využití vlákenných komponentů [1].

23 1.3.5 Pojení kalandrem

Při tomto typu pojení probíhá vlákenná vrstva s pojivem mezerou mezi dvěma válci, z nichž jeden nebo oba válce jsou vyhřívané. Mezi těmito válci dochází ke stlačení procházející vrstvy a k jejímu zahřátí na takovou teplotu, kdy pojivo pomalu taje nebo je ve viskoelastickém stavu. Vlivem tlaku je pojivo formováno do tvaru pojících míst a následným ochlazením dochází ke zpevňování pojiva a vlákenné vrstvy.

Nejčastěji se pro výrobu netkaných textilií používají dvouválcové kalandry s ocelovými válci dosahujících průměrů 150 – 300 mm. Tyto válce jsou vyrobeny z tlustostěnných trubek z vysoce homogenní oceli pro zajištění rovnoměrného rozvodu tepla po celém povrchu válců a odolnosti proti průhybu vlivem vloženého zatížení. Tyto válce jsou vytápěny olejem nebo jiným kapalným médiem, uzavřeným či cirkulujícím uvnitř válce a ohřívaným elektricky, plynem nebo parou. Jsou konstruovány pro teploty vyhřívání až 250 °C, dále pro přítlak válců dosahující do 300 000 N.m^-1 a pracovní rychlosti do 150 m.min^-1. Pojiva jsou nejčastěji ve formě prášků nanesených na vrstvu, pojivých vláken přimíchaných k vláknům základním, folií, mřížek vložených mezi dvě vrstvy základních vláken.

Výrobní rychlost omezuje malá plocha styku vlákenné vrstvy s válci a tloušťkou vlákenné vrstvy. Plošné hmotnosti, které jsou obvyklé pro tento typ pojení, dosahují 10 – 100 g.m^-2. Pro vrstvy s větší plošnou hmotností možno použít kalandrů s předhřívacím infračerveným nebo horkovzdušným zařízením, popřípadě víceválcových kalandrů, které jsou určeny pro plošné hmotnosti 1,5 – 3,0 kg.m^-2. Válce mohou být hladké nebo rastrované. Hladkými válci se propojí vrstva v celé ploše a rastrovanými je v místech volitelných tvarů.

Základní parametry procesu pojení kalandrem jsou:

 Typ a koncentrace pojiva

 Teplota

 Tlak

 Rychlost postupu vlákenné vrstvy

 Plošná hmotnost vlákenné vrstvy

24

V závislosti na uvedených veličinách dochází k roztavení pojiva a tvorbě spojů mezi vlákny. Vzniká aglomerační struktura s rozdílným stupněm spojitosti částic pojiva [5].

Obr. 9 Pojení termoplastickými vlákny – aglomerační struktura

a) bikomponentními vlákny, b) monokomponentními vlákny, c) pojení za tlaku[5].

Takto vyrobené výrobky se vyznačují nízkou objemností s vysokou smykovou tuhostí blížící se vlastnostmi papíru. Diskrétní rozmístění pojiva v ploše ve formě pojících míst ponechává naopak mezi pojícími místy plochu s volnými, neukotvenými a snadno pohyblivými úseky základních vláken. Tyto skutečnosti vedou ke zvýšení splývavosti, ohebnosti, pevnosti v dalším trhání, prodyšnosti a ke zlepšení omaku při nepatrném snížení tahové pevnosti.

Typické výrobky vyrobené tímto pojením jsou výrobky určené především pro nemocnice, hygienické zboží, čistící textilie, různé typy textilií vyrobené pod tryskou atd. [5].

1.4 Vlákna pro výrobu netkaných textilií

V této kapitole budou uvedeny základní vlákna pro výrobu netkaných textilií a dále pak vlákna použitá při výrobě vrstev vzorků netkaných textilií v rámci zadání bakalářské práce, která jsou vhodná pro termické pojení. Detailněji zde budou popsány vlákna polyesterová (dále PES) a bikomponentní (dále BIKO). U BIKO vláken budou představeny jejich příčné průřezy bok po boku a jádro plášť – jako metody, které jsou v termických technologiích nejčastěji používané

25 1.4.1 Syntetická vlákna

V produkci NT jsou na prvním místě syntetická vlákna. Jsou zastoupeny ve více než 90 % celkové produkce. Tyto vlákna spadají do 3. tříd, vlákna vyrobená z přírodních polymerů, ze syntetických polymerů a z anorganických polymerů.

V procentuálním vyjádření světového používání vláken určených pro světovou produkci netkaných textilií obsahuje - polypropylen 63 %, polyester 23 %, viskózové hedvábí 8 %, akryl 2 %, polyamid 1,5 %, a další speciální vlákna 3 % [1].

1.4.2 Polypropylenová vlákna

Výhodou těchto vláken je jejich výborná odolnost proti chemikáliím kromě dlouhodobého vystavení působení olejů a jsou minimálně navlhavé. Nevýhodami jsou nižší tepelná vodivost (Tt), nemožnost povrchového barvení a nízká odolnost vůči ultrafialovému záření. Teplota tání je 170 °C, teplota měknutí je kolem 145 – 155 °C, tepelná odolnost výrobků je do 110 °C [5].

1.4.3 Polyesterová vlákna

Tento typ vláken představuje nejpoužívanější typ syntetických nebo umělých vláken. Tato vlákna jsou velmi univerzální a jsou používána pro různé druhy oděvů, textilií pro domácnost a průmyslové aplikace. Polyesterová vlákna vyrobená zvlákňováním z taveniny jsou na bázi kondenzačních polymerů vytvořených z kyseliny tereftalové a dvojsytného alkoholu. Nejpoužívanější polymer je polyethylentereftalát, který je tvořen z kyseliny tereftalové a etylenglykolu[6].

K vlastnostem těchto vláken patří dobrá schopnost zotavení, vysoká pružnost a objemnost, dobrá odolnost proti vůči chemikáliím včetně dlouhodobého účinku, s výjimkou kyselin a zásad. Nevýhodou je náročnější barvení a žmolkování. Teplota tání je 256 °C, tepelná odolnost výrobku je 180 – 200 °C [5].

Obr. 10 Chemický vzorec polyetylentereftalátu [7].

26 1.4.4 Bikomponentní vlákna

Vyrábějí se zvlákňováním nejčastěji dvou různých polymerů za pomoci zvláštní zvlákňovací hubice. Tato vlákna jsou obecně klasifikována hlavně podle průřezu jako bok po boku, jádro- plášť, ostrovy v moři, avšak pouze typ bok po boku a jádro a plášť jsou vhodné pro termické pojení [5].

Tato vlákna se skládají z minimálně dvou odlišných polymerních složek.

K nejstarším komerčně používaným vláknem bylo vlákno bok po boku, které se nazývalo Cantrece vyrobené firmou Dupont v šedesátých letech minulého století.

Následovalo ho samoobloučkovací vlákno Monvel od firmy Monsanto, které se používalo v punčochovém průmyslu v sedmdesátých letech. V rámci nákladných výrobních procesů nebylo ani jedno vlákno komerčně úspěšné. V roce 1986 bylo vyvinuto úspěšnější spřádací zařízení od firmy Neumag, což byla firma zabývající se výrobou strojů pro syntetická vlákna. Rozmach požívání BIKO vláken, se zrychlil na počátku devadesátých let, kdy byla nouze o stejnoměrné pojení celé tloušťky NT, které vzhledem ke své velké plošné hmotnosti nebylo možné pojit chemicky.

V poslední době je tento trh s BIKO vlákny rozvíjen hlavně Japonskem a Koreou. Celosvětově je jen jejich podíl odhadován kolem 91 milionů kilogramů ročně.

Typ vlákna bok po boku

Tento typ vláken tvoří dvě složky, které jsou uspořádány bok po boku a jsou rozděleny na dvě nebo více dílů, jak je znázorněno na obr. 11. Tyto dvě složky musí mít dobrou přilnavost. V opačném případě by se jednalo o výrobu dvou vláken rozlišného složení. Pro výrobu tohoto typu vláken existuje několik způsobů výroby. Zejména asymetrické uspořádání umožňuje dosažení trojrozměrného obloučkování během termického pojení, za pomoci rozdílného termického srážení těchto dvou složek. Toto skryté obloučkování vede ke zvyšování objemové stálosti a měkčí textilii na dotek.

Vlastnosti obloučkování jsou stanoveny podle vlastností polymeru, hmotnostnímu poměru a struktury pavučiny, která se liší způsobem výroby. Za použití rozdílných termických sráživých vláken může nastat zvýšení úrovně obloučkování z 15 % na 30 % a zvýšení počtu obloučku na cm z 6,5 na více než 22 [9].

27

Obr. 11 Příčné průřezy bikomponentních vláken typu bok po boku [9].

Typ vlákna jádro-plášť

U tohoto typu vláken je jedno ze složek (jádro) zcela obklopeno vnější složkou (plášť). Uspořádání jádra je buď excentrické, nebo koncentrické, podle požadovaných vlastností textilie. Při požadavku vysoké pevnosti textilie je forma vlákna koncentrická, je-li požadován objem, je použito formy excentrické. Pro celistvost vlákna není vždy požadována dobrá přilnavost. Členité rozhraní mezi vnějším obalem a jádrem může poskytovat mechanické sevření, které je žádoucí při nedostatku dobré přilnavosti jak znázorňuje obrázek č. 12. Barvitelnost, požadovaný lesk a zpracovatelské vlastnosti (jádro, u kterého převládají tahové vlastnosti) jsou jedněmi z výhod tohoto typu bikomponentních vláken. Další výhodou je minimalizace finančních nákladů, díky technologii a vzájemnému poměru těchto dvou polymerních složek. Typický je i poměr dvou složek a to 50 : 50 nebo 30 : 70, v některých případech je možno použít poměru i 10 : 90. První průmyslové využití těchto vláken, se týkalo provedení coPES/PES nebo PE/PP určené pro hygienické aplikace ve formě vícevrstvé vaty, dále čistící textilie, zdravotnické tampony a filtry. Rozdíl v teplotě tání u jádra-plášť PE/PP je kolem 40 °C.

U coPES/PES, obal taje při 100 - 110 °C, zatímco jádro taje při 250 - 256 °C.

Vlákna typu coPES/PES tvoří silné primární vazby sami mezi sebou, a proto jsou vhodné pro použití struktury se základními vlákny. Zde právě závisí na typu základních vláken. Vlákna je možné upravit tak, že mezi bikomponentními vlákny jsou tvořeny sekundární vazby. Příkladem jsou vlákna PE/PES , které mají velký rozdíl mezi teplotou tání obalů PE (125 - 135 °C) a jádra PES (250 - 256 °C) a tím přináší řadu výhod při termickém pojení netkaných textilií. Mezi tyto výhody patří zejména široká škála pojících teplot, které mohou být snášeny, dokud není jádro ovlivněno teplotní škálou [9].

28

Obr. 12 Příčné průřezy bikomponentních vláken typu jádro-plášť [9].

1.5 Měření mechanických vlastností plošných textilií

1.5.1 Popis měření pevnosti v tahu na trhacím přístroji Labtest 2.05

Obr. 13 – Měřicí přístroj Labtest 2.05

1 – Horní příčník, 2 – pohyblivý příčník, 3 – siloměrný snímač, 4 – bezpečnostní STOP tlačítko, 5 – kontrolka napájení, 6 – modul napájení, 7 – spodní zarážka, 8 – horní zarážka[10].

Tento stroj je určen pro měření pevnosti a tažnosti plošných textilií, šicích nití a vlastností švů oděvních výrobků. Stroj se rozděluje na horní část, pohyblivou část a posuvný příčník. Siloměrný snímač umístěný na horním pevném příčníku má jmenovité zatížení tah/tlak do 100 N a tentýž snímač umístěný na dolním pohyblivém příčníku má jmenovité zatížení tah/tlak do 2500 N. Na předním panelu stroje je umístěno bezpečnostní tlačítko STOP a napájecí kontrolka. Na zadním panelu stroje je umístěn hlavní vypínač, pojistkový držák a konektor síťového napětí.

29 Příprava a upevnění vzorku

Před vlastním měřením je nutné připravit vzorky podle norem (ČSN 80 0812, ČSN 80 0841, ČSN 80 0700, ČSN 80 0842, ČSN80 0810). Horní pracovní část – do 100 N – je určena pro měření pevnosti a tažnosti nití, měření cyklického namáhání nití a měření pevnosti a tažnosti lepeného spoje. Dolní pracovní část trhačky – do 2500 kN je určena pro měření pevnosti a tažnosti plošných textilních lan, šitých spojů. [10].

Zapnutí a vypnutí stroje

Tyto činnosti včetně modulu řízení jsou zajišťovány hlavním vypínačem na zadním panelu stroje. Nikdy nevypínat zařízení a modul napětí je-li příčník v pohybu.

Bezpečnostní vypnutí stroje – v případě, že dojde k selhání zkušebního stroje, je nutné provést stiskem tlačítka STOP nebo vypnutím hlavního vypínače [10].

Nastavení zarážek koncových spínačů

Horní i spodní zarážka musí být nastavena tak, aby nemohlo dojít ke kolizi a tím k poškození stroje. Po nastavení zarážky na požadovanou pozici se poté zafixuje šroubem [10].

Průběh měření

1. Zapnutí trhacího zařízení – spuštěním programu Labtest.

2. Příprava vzorků – dle norem – viz výše.

3. Volba pracovního prostoru stroje

4. Zapnutí vhodného konektoru trhacího přístroje horní/dolní do panelu periferií.

5. Otevření nebo vytvoření nového souboru.

6. Otevření nebo vytvoření nové definice.

7. Nastavení upínací délky – přes panel v programu.

8. Upnutí vzorků do čelistí závisí na typu zkoušky.

9. Spuštění chodu trhacího zařízení.

10. Tisk protokolu – uložení/export naměřených dat.

11. Konec měření.

30

2 E

V této části práce budou popsány parametry použitého materiálu pro výrobu vzorků a postup jejich výroby. Dále zde budou uvedeny postupy a techniky měření těchto vzorků. V závěru práce budou tyto výsledky vyhodnoceny a prezentovány ve formě zápisu a za použití grafů a tabulek.

Výroba těchto vzorků byla realizována v poloprovoze netkaných textilií.

Testování a měření vzorků probíhalo v poloprovoze a v laboratořích netkaných textilií.

2.1 Parametry použitého materiálu a vzorků

Zde budou popsány vlastnosti a parametry zvolených vláken a výsledných vzorků. V rámci různých proměnných faktorů při výrobě, jako poměrů vláken, plošných hmotností, hloubky vpichu, objemových hmotností a směrů průřezů, byla zajištěna široká škála vzorků pro následné měření. Závěrem bude za pomocí tabulky vysvětlena logika vyráběných vzorků.

2.1.1 Použitý materiál

Jako vlákenný materiál pro výrobu vzorků byly použity základní směsi vláken polyesteru a pojivých bikomponentních vláken polyesteru/kopolyesteru typu jádro- plášť. Použitá PES vlákna byla o délce 80 mm a pojivová BIKO vlákna polyester/kopolyester byla o délce 45 mm.

2.1.2 Jemnosti a poměry vláken

Pro výrobu vzorků bylo použito PES vláken o jemnosti 6,7 dtex a pojivých BIKO vláken polyester/kopolyester o jemnosti 3,3 dtex. Tato vlákna (základní vlákna/pojivá vlákna) byla poté smísena do dvou vybraných poměrů 80/20 a 20/80.Tyto dva poměry tvoří hlavní rozdělení při výrobě vzorků.

Všechny vyrobené vzorky byly vyrobeny pouze z těchto typů a jemností vláken.

2.1.3 Tloušťka vzorků

Každý poměr zmíněný v kapitole 2.1.2 byl vyroben ve dvou tloušťkách, které byly zajištěny pomocí železných distančních rozpěrek, které odpovídali zmiňovaným tloušťkám.

31 2.1.4 Plošná hmotnost

U každého poměru zmíněného v kapitole 2.1.2 a 2.1.3, byly zvoleny dvě hodnoty plošných hmotností a to100 g.m^-2, 300 g.m^-2.

2.1.5 Hloubka vpichu

Následně byly vyrobené vzorky vpichovány třemi různými hloubkami vpichu:

0 mm, 4 mm, 8 mm.

2.1.6 Logika vyráběných vzorků

Jak již bylo zmíněno v kapitolách 2.1.2, až 2.1.5 vyráběné vzorky se lišily výše uvedenými parametry. Hlavními skupinami byly poměry vláken PES a BIKO, které byly zvoleny: 80 % PES/ 20 % BIKO – počet vzorků 24 (z toho 12 bylo v průřezu příčném a 12 v průřezu podélném) a 80 % BIKO/20 % PES počet vzorků 24 (z nichž bylo 12 ve směru příčném a 12 ve směru podélném).

Z prvních 24 vzorků vyrobených v poměru 80 % PES/20 % BIKO, bylo vyrobeno 12 vzorků v tloušťce 2 mm a 12 vzorků o tloušťce 4 mm.

V prvních 12vzorcích u složení 80 % PES/20 % BIKO a tloušťce 2 mm bylo použito plošné hmotnosti 100 g.m^-2 a hloubek vpichu 0 mm, 4 mm a 8 mm. U druhých 12vzorků v poměru 80 % PES/20 % BIKO a tloušťce 4 mm, bylo použito plošné hmotnosti 300 g.m^-2 a hloubek vpichu 0 mm, 4mm a 8 mm.

Stejně bylo postupováno u třetích 12vzorků, kde u složení 80 % BIKO/20 % PES a tloušťce 2 mm bylo použito plošných hmotností 100 g.m^-2 a hloubek vpichu 0 mm, 4 mm a 8 mm. U čtvrtých 12vzorků se složením 80 % BIKO/20 % PES bylo použito plošné hmotnosti 300 g.m^-2 a tloušťky 4 mm a hloubek vpichu 0 mm, 4 mm a 8 mm.

Jak již bylo popsáno výše, bylo vyrobeno celkem 48 vzorků, které byly při výrobě chronologicky označovány a to od: A2 až po L4. Velké písmeno abecedy označuje, o jaký vzorek v pořadí se jedná a index označuje tloušťku vzorku, při termickém pojení. Na obrázku č. 14 viz níže je znázorněno označení jednotlivých vzorků během jejich výroby.

V tabulkách 1 a 2 bude znázorněn zápis jednotlivých vzorků s jejich parametry a vlastnostmi.

32

Obr. 14 Příklad označení jednotlivých vzorků. Vzorek B2 s tloušťkou 2 mm v příčném průřezu, ve složení 80 % PES/20 % BIKO, plošnou hmotností 100g.m^-2 a hloubkou vpichu 4 mm

Označení vzorku

Plošná hmotnost

Hloubka vpichu v mm

Distance term.

pojení

Směs % PES a BIKO vláken

Směr

Vzorek A2 100g/M2 0 mm 2 mm 80% PES/20% BIKO příčný Vzorek A2 100g/M2 0 mm 2 mm 80% PES/20% BIKO podélný Vzorek B2 100g/M2 4 mm 2 mm 80% PES/20% BIKO příčný Vzorek B2 100g/M2 4 mm 2 mm 80% PES/20% BIKO podélný Vzorek C2 100g/M2 8 mm 2 mm 80% PES/20% BIKO příčný Vzorek C2 100g/M2 8 mm 2 mm 80% PES/20% BIKO podélný Vzorek D2 300g/M2 0 mm 2 mm 80% PES/20% BIKO příčný Vzorek D2 300g/M2 0 mm 2 mm 80% PES/20% BIKO podélný Vzorek E2 300g/M2 4 mm 2 mm 80% PES/20% BIKO příčný Vzorek E2 300g/M2 4 mm 2 mm 80% PES/20% BIKO podélný Vzorek F2 300g/M2 8 mm 2 mm 80% PES/20% BIKO příčný Vzorek F2 300g/M2 8 mm 2 mm 80% PES/20% BIKO podélný Vzorek A4 100g/M2 0 mm 4 mm 80% PES/20% BIKO příčný Vzorek A4 100g/M2 0 mm 4 mm 80% PES/20% BIKO podélný Vzorek B4 100g/M2 4 mm 4 mm 80% PES/20% BIKO příčný Vzorek B4 100g/M2 4 mm 4 mm 80% PES/20% BIKO podélný Vzorek C4 100g/M2 8 mm 4 mm 80% PES/20% BIKO příčný Vzorek C4 100g/M2 8 mm 4 mm 80% PES/20% BIKO podélný Vzorek D4 300g/M2 0 mm 4 mm 80% PES/20% BIKO příčný Vzorek D4 300g/M2 0 mm 4 mm 80% PES/20% BIKO podélný Vzorek E4 300g/M2 4 mm 4 mm 80% PES/20% BIKO příčný Vzorek E4 300g/M2 4 mm 4 mm 80% PES/20% BIKO podélný Vzorek F4 300g/M2 8 mm 4 mm 80% PES/20% BIKO příčný Vzorek F4 300g/M2 8 mm 4 mm 80% PES/20% BIKO podélný

Tab. 1 Prvních 24 vzorků se složením směsi 80 % PES/20 % BIKO s tl. 2 a 4 mm

33 Označení

vzorku

Plošná hmotnost

Hloubka vpichu v mm

Distance term.

pojení

Směs % PES a

BIKO vláken Směr

Vzorek G2 100g/M2 0 mm 2 mm 80% BIKO/20% PES příčný Vzorek G2 100g/M2 0 mm 2 mm 80% BIKO/20% PES podélný Vzorek H2 100g/M2 4 mm 2 mm 80% BIKO/20% PES Příčný Vzorek H2 100g/M2 4 mm 2 mm 80% BIKO/20% PES podélný

Vzorek I2 100g/M2 8 mm 2 mm 80% BIKO/20% PES příčný Vzorek I2 100g/M2 8 mm 2 mm 80% BIKO/20% PES podélný Vzorek J2 300g/M2 0 mm 2 mm 80% BIKO/20% PES příčný Vzorek J2 300g/M2 ^{0 mm} 2 mm 80% BIKO/20% PES podélný Vzorek K2 300g/M2 ^{4 mm} 2 mm 80% BIKO/20% PES příčný Vzorek K2 300g/M2 4 mm 2 mm 80% BIKO/20% PES podélný Vzorek L2 300g/M2 ^{8 mm} 2 mm 80% BIKO/20% PES příčný Vzorek L2 300g/M2 ^{8 mm} 2 mm 80% BIKO/20% PES podélný Vzorek G4 100g/M2 ^{0 mm} 4 mm 80% BIKO/20% PES příčný Vzorek G4 100g/M2 ^{0 mm} 4 mm 80% BIKO/20% PES podélný Vzorek H4 100g/M2 4 mm 4 mm 80% BIKO/20% PES Příčný Vzorek H4 100g/M2 4 mm 4 mm 80% BIKO/20% PES podélný

Vzorek I4 100g/M2 8 mm 4 mm 80% BIKO/20% PES příčný Vzorek I4 100g/M2 8 mm 4 mm 80% BIKO/20% PES podélný Vzorek J4 300g/M2 0 mm 4 mm 80% BIKO/20% PES příčný Vzorek J4 300g/M2 0 mm 4 mm 80% BIKO/20% PES podélný Vzorek K4 300g/M2 4 mm 4 mm 80% BIKO/20% PES příčný Vzorek K4 300g/M2 4 mm 4 mm 80% BIKO/20% PES podélný Vzorek L4 300g/M2 8 mm 4 mm 80% BIKO/20% PES příčný Vzorek L4 300g/M2 8 mm 4 mm 80% BIKO/20% PES podélný

Tab. 2 Druhých 24 vzorků se složením směsi 80 % BIKO/20 % PES s tl. 2 mm a 4 mm

2.2 Postup výroby vzorků

Tato kapitola popisuje použité postupy a technologie při výrobě vzorků. Z výše uvedených tabulek 1 a 2, bylo vyrobeno celkem 48 typů vzorků. Každý vzorek byl zhotoven osmkrát pro následné měření prodloužení pří zatěžování v teplovzdušné komoře a měření napětí v tahu na trhacím přístroji.

2.2.1 Vážení a směšování vlákenného materiálu

K získání uvedených poměrů bylo použito digitální váhy, PES vláken a pojivých BIKO vláken. Na digitální váze bylo naváženo určité množství těchto vláken. Pro poměr 80 % PES/20 % BIKO bylo váženo 80 % vláken PES a 20 % BIKO.

Pro druhý poměr bylo připravováno stejným postupem s opačným poměrem vláken.

Tímto způsobem bylo připraveno více navážek pro vytvoření dostatečného materiálu pro mykací stroj pro přípravu vlákenné pavučiny. Postup směsování byl prováděn ručně.

34 2.2.2 Mykání

Mykání proběhlo na válcovém mykacím stroji. Pro zajištění rovnoměrného smíchání obou typů vláken, prošel smísený a přesně navážený materiál pro oba poměry mykacím strojem celkem dvakrát. Po zapnutí stroje byly určité navážené poměry promíseného materiálu nepřetržitě vkládány do vstupního zařízení mykacího stroje.

Po prvním průchodu strojem vznikl na výstupu nekladený materiál. Z tohoto materiálu bylo odebráno určité množství vláken pro druhý průchod mykacím strojem, kde bylo potřeba odvážit přesné množství materiálu pro dané plošné hmotnosti 100 g.m^-2 a 300 g.m^-2. Takto bylo postupováno pro oba poměry vláken. Při druhém mykání byla vlákenná pavučina na výstupu navíjena na válec, čímž bylo simulováno podélné kladení. Takto bylo vyrobeno celkem 24 vlákenných pavučin ve dvou odlišných poměrech. U každého poměru bylo vyrobeno 12 vrstev o plošné hmotnosti 100 g.m^-2 a 12 vrstev o plošné hmotnosti 300 g.m^-2.

2.2.3 Vpichování

Před termickým pojením byly vzniklé vlákenné vrstvy vpichovány. Všech 24 vlákenných pavučin o zmiňovaných plošných hmotnostech bylo vpichováno hloubkou vpichu 0 mm, 4 mm a 8 mm.

Výrobní parametry:

a = 2 200 m^-1, f = 210 min^-1,p = 1, v = 0,6 m.min^-1

V

=

=

=

2.2.4 Stříhání vzorků

Ze zpevněných vrstev roun vpichováním (celkem 24), byly vystřiženy z každého rouna dva vzorky o zvoleném rozměru 40 x 40 cm. Vždy jeden vzorek byl vystřižen v příčném a druhý v podélném směru. Celkem bylo takto získáno 48 vzorků pro následné termické pojení. Při tomto postupu bylo použito pravítka, tužky a stříhacích nůžek.

35 2.2.5 Termické pojení - lisování

Takto připravených 48 vzorků, z toho 24 v příčném směru a 24 v podélném směru, bylo následně termicky pojeno. Termické pojení bylo uskutečněno na lisovacím stroji. Jednotlivé vzorky byly pojeny po jednom. Teplota lisování byla nastavena na 130

°C po jednotnou dobu u každého vzorku 40 vteřin. Každý vzorek byl vložen mezi dvě desky lisovacího zařízení spolu s distančními železy. V rámci zmiňované logiky výroby vzorků bylo prvních 24 vzorků pojeno pomocí distančních želez o tloušťce 2 mm a druhých 24 vzorků bylo pojeno pomocí distančních rozpěrek o tloušťce 4 mm.

2.2.6 Stříhání výsledných vzorků

Po procesu termického pojení bylo přistoupeno k finální přípravě vzorků pro následné měření. Z každého termicky pojeného vzorku (celkem 48) bylo vystřiženo 8 ks vzorků pro následné měření. Celkem tak bylo vytvořeno 384 ks vzorků., které byly rozděleny do 48 skupin, označených na obr. 14, dle logiky vzorků uvedených v tabulkách 1 a 2. Výsledné vzorky byly vytvořeny o rozměrech 20 cm x 5 cm vhodných pro následné měření. Pro tento postup bylo použito pravítka, tužky a střihacích nůžek.

2.3 Měření

V této kapitole budou popsány postupy a pomůcky pro měření mechanických vlastnosti: prodloužení jednotlivých vzorků v teplovzdušné komoře a zjištění pevnosti v tahu pomocí trhacího zařízení. V závěru budou uvedeny výsledky a zhodnocení měření.

2.3.1 Měření prodloužení vzorků v teplovzdušné komoře

Zde budou uvedeny parametry měření, použité pomůcky a postup měření. Pro toto měření bylo použito magnetické závaží o hmotnosti 100 g. Parametry měření byly teplota teplovzdušné komory a čas namáhání vzorků v komoře.

Teploty použité pro toto měření byly zvoleny 110 °C a 130 °C. U obou teplot byl čas v teplovzdušné komoře 40 s. Jelikož, vzorky o plošné hm. 300 g.m^-2 složení 80

% BIKO/20 % PES a tloušťce 4 mm nevykazovaly žádné prodloužení, byl zvolen čas namáhání 80 s o teplotě 130 °C. Nejprve bylo měřeno 48 vzorků o teplotě 110 °C. Od

36

každého tohoto vzorku byly měřeny 3 ks. Poté bylo měřeno znovu všech 48 vzorků o teplotě 130 °C. Od každého vzorku byly měřeny 3 ks.

Celkem tak bylo proměřeno 288 ks vzorků. Při tomto měření bylo postupováno následovně. Každý testovaný vzorek byl vyjmut z označeného slidu. Na každém vzorku byly v jeho střední části za pomoci pravítka a tužky vyznačeny dvě čáry, které byly od sebe vzdáleny 10 cm. Na spodní část vzorku bylo upevněno 100 gramové magnetické závaží. Čas namáhání vzorků v komoře byl měřen stopkami. Po uplynutí nastavené doby měření byly vzorky vyjmuty a následně bylo za pomocí pravítka měřeno jejich prodloužení. Toto bylo zjišťováno pomocí pravítka změřením vzdáleností dvou čar, které byly před měřením od sebe vzdáleny 10 cm. Rozdíl délky nad 10 cm byl výsledek prodloužení.

Změřené údaje byly zapisovány do souhrnné tabulky jako podklad pro následné vyhodnocování.

Označení vzorku

Plošná hmotnost

Hloubka vpichu v mm

Distance term.

pojení

Směs % PES a BIKO vláken

Směr Prodloužení v mm T - 110 °C, T -čas 40 s

F - 100 g

Prodloužení v mm T - 130 °C, T - čas 40 s F - 100 g Vzorek

A2

100g/M2 0 mm 2 mm 80% PES / 20% biko

příčný 350 mm

350 mm Vzorek

A2

100g/M2 0 mm 2 mm 80% PES / 20% biko

podélný 43 mm

350 mm Vzorek B2 100g/M2 4 mm 2 mm 80% PES /

20% biko

příčný 350 mm 350 mm

Vzorek B2 100g/M2 4 mm 2 mm 80% PES / 20% biko

podélný 39 mm

350 mm Vzorek C2 100g/M2 8 mm 2 mm 80% PES /

20% biko

příčný 96,5 mm

350 mm Vzorek C2 100g/M2 8 mm 2 mm 80% PES /

20% biko

podélný 25,5 mm

350 mm Vzorek

D2

300g/M2 0 mm 2 mm 80% PES / 20% biko

příčný 6 mm

227,5 mm Vzorek

D2

300g/M2 0 mm 2 mm 80% PES / 20% biko

podélný 3 mm

10,5 mm Vzorek E2 300g/M2 4 mm 2 mm 80% PES /

20% biko

příčný 5 mm

44 mm Vzorek E2 300g/M2 4 mm 2 mm 80% PES /

20% biko

podélný 3 mm

5 mm Vzorek F2 300g/M2 8 mm 2 mm 80% PES /

20% biko

příčný 3 mm

20,5 mm Vzorek F2 300g/M2 8 mm 2 mm 80% PES /

20% biko

podélný 1 mm

4,5 mm

Tab. 3 Příklad zapsaných průměrných hodnot prodloužení jednotlivých vzorků.

Zapsaná hodnota 350 mm při tomto měření představuje mez, při které došlo při měření k přetržení vzorku. Z takto získaných hodnot prodloužení (celkem 4 tabulky) byly dále sestaveny grafy, ve kterých bylo posuzováno a vyhodnocováno prodloužení