POROVNÁNÍ VLASTNOSTÍ VYBRANÝCH

POROVNÁNÍ VLASTNOSTÍ VYBRANÝCH ANORGANICKÝCH VLÁKEN

COMPARISON PROPERTIES OF THE SELECTED INORGANIC FIBRES

Bakalářská práce

Studijní program: B3107 – Textil

Studijní obor: 3107R007 – Textilní marketing

Autor práce: Martina Kovalčíková Vedoucí práce: Ing.Martina Novotná

Tento list nahraďte originálem zadání.

3

Prohlášení

Byla jsem seznámena 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 vědoma 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 vypracovala 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:

4

Poděkování

Tímto bych ráda poděkovala paní Ing. Martině Novotné za čas, který mi věnovala, za její odborné rady a připomínky při zpracování této bakalářské práce.

Děkuji také mojí rodině a především mamince paní Ireně Kovalčíkové za možnost studovat a za podporu během celého studia.

Poděkování patří také mým přátelům, kteří mi pomáhali při studiu i za rady pro zpracování této práce.

5

Anotace

Tato bakalářská práce se zabývá čedičovými, skleněnými a uhlíkovými vlákny, jejich výrobou, vlastnostmi, možnostmi zpracování a také jejich využitím.

Cílem práce bylo měření a porovnávání jejich vlastností a srovnání s vlastnostmi udávanými výrobcem. Vytvoření marketingového mixu a SWOT analýzy pro tyto vlákna.

Klíčová slova: Čedičové vlákno, skleněné vlákno, uhlíkové vlákno, marketingový mix, swot analýza

Annotation

This bachelor thesis deals with the basalt, glass and carbon Fibres, their production, properties, the possibilities of processing and also their use.

The aim of this thesis was measurement and comparison of the Fibres properties and result comparison with the properties given by the Suppliers.

Conceiving marketing mix and SWOT analysis is at the end of the practical part.

Key words: Basalt fiber, Glass fiber, Carbon fiber, marketing mix, SWOT analysis

6

1. Obsah

Prohlášení ... 3

Anotace ... 5

Seznam zkratek ... 8

Úvod ... 9

1. Literární rešerše ... 10

1.1 Marketingový mix ... 10

1.1.1 Definice marketingového mixu ... 10

1.1.2 Používání marketingového mixu ... 10

1.2 Uhlíková vlákna ... 10

1.2.1 Výroba uhlíkových vláken ... 10

1.2.2 Hlavní druhy uhlíkových vláken ... 14

1.2.3 Využití uhlíkových vláken ... 15

1.2.4 Vlastnosti uhlíkových vláken ... 16

1.3 Skleněná vlákna ... 18

1.3.1 Výroba skleněných vláken ... 18

1.3.2 Metody zvlákňování ... 18

1.3.3 Druhy skleněných vláken ... 19

1.3.4 Vlastnosti skleněných vláken ... 21

1.3.5 Úpravy skleněných vláken ... 22

1.3.6 Využití skleněných vláken ... 24

1.4 Čedičová vlákna ... 25

1.4.1 Vlastnosti čedičových vláken: ... 25

1.4.2 Výroba čedičových vláken ... 26

1.4.3 Výrobky z čedičových vláken a jejich použití ... 26

1.5 SWOT analýza ... 28

2 Experiment ... 30

7

2.1 Zkoušený materiál ... 30

2.2 Marketingový mix ... 30

2.2.1 Čedič ... 30

2.2.2 Sklo ... 31

2.2.3 Uhlík ... 33

2.3 Ověřování vlastností materiálu a jeho zkoušení ... 40

2.3.1 Vibroskop 400 a Vibrodyn 400 ... 41

2.3.2 Labtest ... 42

3 Výsledky diskuse ... 44

3.1 Výsledky z měření na Labtestu ... 44

3.2 Výsledky z měření na Vibrodynu a Vibroskopu ... 46

3.3 Porovnání zkušebních metod při určování pevnosti ... 49

3.4 Porovnání naměřených vlastností s vlastnostmi udávanými výrobcem ... 51

3.5 Swot analýza ... 52

4 Závěr ... 55

Použitá literatura ... 57

Seznam obrázků ... 58

Seznam tabulek ... 58

8

Seznam zkratek

HS High strength Vlákna s vysokým modulem pružnosti

AS Average strength Vlákna s modulem pružnosti HT nebo HTA High Tenacity Vysoce pevná vlákna

HM High modulus Vlákna s vysokým modulem

UHM/VHM Ultra/very high modulus Vlákna s velmi vysokým modulem IM Intermediate modulus Středně modulová vlákna

MPP Meso phase pitch dehet s kapalnými krystaly

SBCF Stretch-broken carbon fiber Diskontinuální vlákna porušená tahem VGCF Vapor grown carbon fiber Vlákna připravená katalytickým rozkladem

E Modul pružnosti v tahu

PAN Polyakrylnitril

PP Polypropylen

MA Methylakrylátová kyselina

MMA Methylmethakrylát

PAEK Polyaretheretherketony

PEI Polyetherimid

PPS Polyfenylensulfid

B2O3 Oxid boru

SiO2 Oxid křemičitý

Si Křemík

Al Hliník

Ca Vápník

Mg Hořčík

Pb Olovo

B Bor

MPa, GPa Jednotky tlaku

RTG Rentgenová metoda

tex Jednotka jemnosti

60K Roving složený z 60 tisíc fibril

9

Úvod

Anorganická vlákna se stala součástí našich běžných životů, aniž bychom si to ve většině případů uvědomovali. Bezesporu se jedná o materiál, který je díky svým fyzikálním vlastnostem využitelný v mnoha, někdy snad až nečekaných odvětvích lidské činnosti.

Tato bakalářská práce si klade za cíl přinést přehled o vlastnostech vybraných anorganických vláken, jejich zpracování a především možnostech využití.

Tato bakalářská práce se zabývá porovnáním vlastností vybraných anorganických vláken. Zaměřuje se na uhlíková, čedičová a skleněná vlákna, která se používají zejména při výrobě kompozitů.

Celá práce je rozdělena do tří částí. První část je literární rešerše, která se zabývá poznatky o uhlíkových vláknech, u kterých je popsán způsob výroby, druhy vláken, možnosti využití a jejich vlastnosti. Dále skleněná vlákna, jejich výroba, rozebrání metody zvlákňování, druhy vláken a jejich úpravy, jejich vlastnosti a využití. A vlákna čedičová, u nichž jsou také popsány jejich vlastnosti, způsob výroby a využití. Rovněž se tato část zabývá poznatky o SWOT analýze a marketingovém mixu.

Druhá část, experimentální, je zaměřena na zkoušený materiál, stanovení počtu vláken ve svazku poskytnutého výrobcem a měřením průměru pomocí Lanametru. V této části je také uvedeno ověřování vybraných vlastností již zmiňovaných vláken a to jejich jemností, pevností, prodloužením, sílou a následným porovnáváním těchto vlastností. Tyto vlastnosti jsou zkoušeny pomocí přístrojů Vibroskop 400 a Vibrodyn 400 a pro možnost srovnání přístrojem LabTest. Tato část je zaměřena i na vytvoření marketingového mixu pro všechna vlákna.

Ve třetí části budou vyhodnoceny výsledky vlastního měření na výše uvedených přístrojích a srovnány s údaji, které o vláknech uvádí výrobce. Budou porovnány metody při určování pevnosti vláken a také bude sestavena SWOT analýza pro jednotlivá vlákna.

10

1. Literární rešerše

1.1 Marketingový mix

1.1.1 Definice marketingového mixu

Philip Kotler a Gary Armstrong uvádějí v jedné z nejpoužívanějších učebnic marketingu Marketing (Grada Publishing 2004, překlad šestého vydání) následující definici marketingového mixu: "Marketingový mix je soubor taktických marketingových nástrojů - výrobkové, cenové, distribuční a komunikační politiky, které firmě umožňují upravit nabídku podle přání zákazníků na cílovém trhu." [7]

1.1.2 Používání marketingového mixu

Marketingový mix představuje a konkretizuje všechny kroky, které organizace dělá, aby vzbudila poptávku po produktu (či v případě demarketingu ji snížila). Tyto kroky se rozdělují do čtyř proměnných:

Produkt označuje nejen samotný výrobek nebo službu (tzv. jádro produktu), ale také sortiment, kvalitu, design, obal, image výrobce, značku, záruky, služby a další faktory, které z pohledu spotřebitele rozhodují o tom, jak produkt uspokojí jeho očekávání.

Cena je hodnota vyjádřená v penězích, za kterou se produkt prodává. Zahrnuje i slevy, termíny a podmínky placení, náhrady nebo možnosti úvěru.

Místo uvádí, kde a jak bude produkt prodáván, včetně distribučních cest, dostupnosti distribuční sítě, prodejního sortimentu, zásobování a dopravy.

Propagace říká, jak se spotřebitelé o produktu dozvědí (od přímého prodeje přes public relations, reklamu a podporu prodeje). [7]

1.2 Uhlíková vlákna

1.2.1 Výroba uhlíkových vláken

Uhlíková vlákna se dnes vyrábějí převážně z vláken polyakrylonitrilových (dále jen PAN) a nejnověji z vláken novoloidu – vláken fenol-aldehydových. Vhodný PAN je ve skutečnosti kopolymer. K monomeru akrylonitrilu se přidá monomer methylakrylátové kyseliny (MA), kyselina methylensuccinova, iniciátorem reakce je 2,2' azo-bis- isobutyronitril (někdy místo monomeru methylakrylátu je možno vycházet z monomeru methylmethakrylátu, MMA).

11

Kyseliny funguji jako katalyzátory kopolymerizace. V hotovém vláknu, které se vyrábí vytlačováním taveniny skrze kapiláry, se musí PAN skládat převážně z izotaktického PAN, který dává kvalitnější uhlíková vlákna než syndiotaktický a ataktický PAN.

Dnes se viskóza (“rayon”) již téměř nepoužívá, protože při přeměně za vysokých teplot dochází k velkým ztrátám hmoty - při karbonizaci viskózy na uhlíkové vlákno se přemění pouze 25 % hmoty původního vlákna.

Ve směru osy vlákna jsou protáhlé (acikulární) mikrokrystaly turbostratického uhlíku, v případě vláken vyrobených z PAN, tvořeny vždy několika paralelními aromatickými rovinami. V příčném řezu vlákna pásy nedosahují větších rozměrů a jsou různě stočeny. V podélném směru vlákna jsou mikrokrystaly vzájemně natočeny pod malými úhly (lze také říci, že pás rovnoběžných aromatických rovin je zvlněný).

Mikrokrystaly lze v pásech detekovat RTG metodou, mají charakteristickou délku 10 až 50 nm. Z tloušťky pásů (transmisní elektronový mikroskop) lze odvodit, že je tvoří 10 až 30 paralelních aromatických rovin.[2]

Vlákno obsahuje též mikroskopické póry protažené ve směru podélné osy vlákna. Vedle těchto mikroskopických pórů vlákno obsahuje i submikroskopické dutiny mezi jednotlivými mikrokrystaly. Submikroskopické dutiny mají v příčném řezu rozměr okolo 3 nm. Vysokou pevnost tzv. středně modulových vláken (IM uhlíková vlákna o pevnosti až 7000 MPa) zaručují jemné mikrokrystaly a minimální množství defektů mezi nimi.[2]

Postup výroby uhlíkového vlákna z PAN je možno rozdělit do tří etap:

- Stabilizace - při teplotách 200 až 300 °C, za působení tahového napětí a v oxidačním prostředí je PAN vlákno stabilizováno. Dojde k cyklizaci vazeb v řetězci makromolekuly PAN (vytvoření paralelních žebříkovitých makromolekul) a k vzájemnému zesítění makromolekul kyslíkovými můstky. Vlákno při této etapě ztmavne a stane se netavitelným.

- Karbonizace - při teplotách od 1000 do 1800 °C v inertním prostředí (velice čistý dusík) ve vláknu proběhne karbonizace (odstraní se vodík a sníží obsah dusíku a kyslíku, 80 až 95 % hmoty tvoří uhlík). Vlákno dosáhne maximální pevnosti v tahu.

12

- Grafitizace dělá se při teplotách do 3000 °C v prostředí argonu. Ještě více se zvětší obsah uhlíku a umožní se vznik dokonalejších mikrokrystalů. Vyvinutější mikrokrystaly vedou k zvětšení tuhosti vlákna.[2]

U vláken z PAN je přírůstek tuhosti dosažen za cenu poklesu pevnosti, protože zvětšení velikosti mikrokrystalů vede též k zvětšování defektů mezi nimi. U nejtužších vláken je používáno dloužení při grafitizaci. Při dloužení se zmenší úhel odklonu mikrokrystalů od osy vlákna (tzv. vysokomodulová vlákna (UHM, “Ultra High Modulus”)). Pro výrobu nejtužších uhlíkových vláken se používá dehtů (zbytků po destilaci ropy nebo černého uhlí).[2]

Velmi tuhá a přitom pevná vlákna poskytuje pouze tzv. mezofázový dehet (v mezofázových dehtech jsou aromatické roviny různé molekulové hmotnosti paralelně uspořádány, tj. i v tekutém dehtu jsou krystaly (dehet s kapalnými krystaly, angl.

“MesoPhase Pitch”, MPP)). Při zvlákňování dehtu ve viskózním stavu (po zahřátí na potřebnou teplotu) se aromatické roviny orientují podél osy vlákna. Špičkové typy vláken, dosahující velkých hodnot modulu pružnosti v tahu E, se při grafitizaci ještě dlouží. Vlákna z dehtů mají jinou mikrotexturu než vlákna z PAN. Početnější paralelní aromatické roviny vytvářejí rozměrnější deskovité krystaly turbostratického uhlíku.

Krystaly jsou téměř rovnoběžné s osou vlákna (aromatické roviny nejsou většinou zvlněny). Jejich převládající uspořádání v příčném řezu je možno charakterizovat jako snopkovité, cibulovité, radiální, radiální zvlněné, smíšené nebo nahodilé. Ve vláknech z dehtů jsou vedle deskovitých krystalů turbostratického uhlíku též mikroskopické póry ve tvaru polyedrů, turbostratické mikrokrystaly a polykrystalicky grafit.[2]

Nejtužší komerčně vyráběná vlákna z mezofázových dehtů dnes dosahují modulu pružnosti v tahu E přes 900 GPa. Běžné typy vláken z dehtů až donedávna nedosahovaly pevnosti vláken z PAN. Souviselo to se skutečností, že pevnost je určována defekty mikrostruktury, kdežto modul pružnosti v tahu závisí na dokonalosti a velikosti mikroskopických krystalů a úhlu odchýlení aromatických rovin od osy vlákna. U vysoce tuhých vláken z mezofázových dehtů, která mají kruhový průřez, může již při ohřevu vznikat tak velké vnitřní pnutí, že dojde k podélnému popraskání vláken. Zdokonalením výroby vláken z rafinovaných uhelných a ropných dehtů se podařilo podobné jevy odstranit a pevnost vysokomodulových vláken je jen o málo

13

menší než pevnost standardních uhlíkových vláken z PAN. Velké tuhosti a současně i velké pevnosti může být dosaženo také výrobou vláken s nekruhovým příčným průřezem. Například u plochého průřezu na vzdálenějších koncích, tj. v místech, kde začínají lomové procesy, je pevná jemná mikrostruktura polyedricky tvarovaných shluků aromatických vrstev.

Rozměrné, dobře vyvinuté deskovité krystaly, které nesměřují radiálně k povrchu vláken, ale leží paralelně se širší stranou průřezu, poskytují vláknu velkou tuhost. Plocha vlákna se také vyznačuje velkou tepelnou vodivostí (350-700 W/mK).

Vlákna získaná při teplotě zvlákňování 319 °C, při které se dosahuje největší modul pružnosti a pevnost (modul E=930 GPa a pevnost v tahu 2750 MPa).

Z mezofázových dehtů se vyrábějí také vlákna jiných průřezů – tvar “dog bone”, Y tvar (“tri-lobal” tvar), vlákna s podélnou trhlinou (s tzv. “Pac-Man” tvarem, který vzniká při karbonizaci při teplotách větších než 500 °C) a dutá vlákna (vznikají při zvlákňování tryskou ve tvaru uzavřeného C). Průřez vlákna, kromě tvaru zvlákňovací trysky, závisí také na rheologii dehtu a rychlosti navíjení hotového vlákna.[2]

Pro výrobu konstrukčních materiálů ve formě kompozitů s polymerními, keramickými a dalšími matricemi jsou využívána mechanicky odolná vlákna krátkých rozměrů (pro izotropní výztuže), kontinuální rovnoběžně uspořádané kabílky s řádově tisícovkami monofilů. Jako textilní útvary jsou dodávány tkaniny, hybridní tkaniny se skleněnými nebo poly-para-aramidovými vlákny. Speciální tkaniny mající přednostní orientaci vláken, jsou vyráběna jako non-crimp tkaniny, 3D integrální profily, pásky a proplety (Siltex a Eurocarbon). V poslední době se rozšiřuje též vyžití netkaných textilií (Advanced Fiber Nonwovens – Hollingsworth & Vose Europe NV, Lantor NV).[1]

Technologie výroby kompozitních výrobků z uhlíkových vláken a pojiv je velmi široká. Pro náročné výrobky jsou využívány technologie zajišťující směrové uspořádání vyztužujících vláken - jedná se tedy o pultruzi, dále o lisování předimpregnovaných pásů – prepregů, tlakové prosycování výztuže předtvarované práškovou technologií - RTM, nebo navíjením. Nejnovější technologie využívají pojiva v tenkých fóliích, z nichž prosycují předem uspořádanou výztuž za vakua (film infusion processes). Tam, kde je požadováno isotropní uspořádání výztuže je využíváno injekční vstřikování termoplastických pojiv.[1]

14 1.2.2 Hlavní druhy uhlíkových vláken Výrobní sortiment zahraničních firem tvoří:

- Karbonizovaná vlákna, která mají střední modul pružnosti a dobrou pevnost v tahu.

Lze je považovat za standardní uhlíková vlákna (HS – “High Strength”, AS – “Average Strength”, HT nebo HTA – “HighTenacity ”(Tenacity je pevnost v tahu).

- Vysoko modulová grafitizovaná vlákna (HM – “High Modulus”)

- Vlákna velmi pevná, se středním modulem pružnosti (IM – “Intermediate Modulus”) - Vlákna s velkým modulem pružnosti (VHM “Very High Modulus”, UHM “Ultra High Modulus”)

- Oxidovaná uhlíková vlákna Pyron od firmy Zoltek a Panox od firmy SGL Group-The Carbon Company

- Dutá uhlíková vlákna

- Diskontinuální vlákna porušená tahem (SBCF, “Stretch-Broken Carbon Fiber”) - Mletá uhlíková vlákna

- Recyklovaná uhlíková vlákna [2]

Uhlíková vlákna jako technický materiál jsou známá zhruba 50 let. Postupně byly vyvíjeny nové typy vláken se speciálními vlastnostmi, původní materiál sloužící pouze pro vysokoteplotní izolace získával stále vyšší pevnost, modul pružnosti, elektrickou a tepelnou vodivost respektive adsorpční vlastnosti. V současné době je třeba rozlišovat:

– uhlíková vlákna nižších parametrů - pevnost v tahu < 1000 MPa, modul pružnosti v tahu < 100 GPa. Tato vlákna jsou obvykle připravována přímo ve formě textilních útvarů - tkanin, pásků, apod. Prekurzorem je viskóza nebo izotropní smoly. Používají se jako tepelná izolace, elektromagnetické stínění, odstraňování elektrostatických nábojů v povrchových vrstvách kompozitních struktur.

– uhlíková vlákna s vysokými mechanickými parametry (high performance carbon fibers) - pevnost v tahu 3,5 - 7 GPa, modul pružnosti 230 - 930 GPa. Do této skupiny zahrnujeme vlákna připravená z polyakrylonitrilové suroviny, z mezofázových smol a vlákna charakteru whiskerů připravených katalytickým rozkladem plynných uhlovodíků (VGCF – vapor grown CF). Podle konkrétních mechanických vlastností je tato skupina dále členěna na vysocepevná vlákna (high tensile or high tenacity – HT fibers), vysokomodulová vlákna označená HM, středně modulová vlákna (intermediate

15

modulus – IM fibers) a vlákna se super vysokým modulem (ultrahigh modulus – UHM fibers).

Standardní HT uhlíková vlákna mají pevnost v tahu mezi 3 až 4 GPa, modul pružnosti 230-300 GPa (typická vlákna mají označení T300 od firmy Toray). Nové typy těchto vláken mají obdobný modul pružnosti, ale pevnost značně vyšší (firma Toray typy T800 a T1000). IM vlákna mají pevnost nad 4 GPa a modul pružnosti nad 290 GPa (M30SC fy Toray, IM 8 fy Hexcel, IMS fy Tenax a MR nebo MS fy Pyrofil).[1]

HM a UHM vlákna mají obvykle pevnost v tahu 2,5–4 GPa, modul elasticity nad 400 GPa, respektive nad 550 GPa (UHM). Typická HM vlákna: M46–M60 fy Toray, UMS fy Tenax; UHM fiber: UHM fy Hexcel. Nejvyšších modulů pružnosti dosahují vlákna z mezofázových smol (Mitsubishi Dialed, BP Amoco K 1100 – modul elasticity 910 GPa).VGCF centimetrových délek se vyznačují vysokou elektrickou a tepelnou vodivostí až 2,6.10⁶ S.m^–1, respektive 1900 W.m^–1.K^–1.[1]

– aktivní uhlíková vlákna s adsorpčními schopnostmi a měrným povrchem řádově 10⁵ m²/kg. Jsou připravována z viskózy, polyakrylonitrilu, poly-meta-aramidů, izotropních smol a dalších polymerních vláken. Využívají se pro čištění plynů a kapalin sorpcí.

– jedno- i vícevrstvé útvary uhlíkových nanotrubic - nejmodernější uhlíkový materiál rozměrově připomínající uhlíková vlákna, s prakticky teoretickými hodnotami mechanických vlastností (E-modul se blíží teoretickému modulu, vyplývajícímu z energie vazby mezi uhlíky, tedy 1 TPa, pevnost v tahu je předpokládána až 200 GPa).

Mají schopnost zachycovat velké objemy plynů, iontů, vyztužovat polymerní vlákna a sloužit jako základní materiál v nanotechnologiích.

Stále ještě poměrně vysoká cena uhlíkových vláken směruje jejich aplikace na obory, v nichž tento handicap tolik neškodí.[1]

1.2.3 Využití uhlíkových vláken

- Letectví a kosmonautika byly první, kdo dal impuls k vývoji těchto materiálů:

konstrukce satelitů vesmírných lodí, konstrukční prvky draků letadel, výztuhy, pohyblivé části, palubní mechanizmy, potahy, sedačky, trysky raket, lopatky motorů, vrtule, tlakové nádoby na palivo, radarová technika a další.

16

- Pozemní doprava: cenové relace jsou méně příznivé pro širokou aplikaci, přesto jsou stavěny karoserie a výztuhy závodních automobilů, listy per, tyče náhonů, ojnice, pístní čepy, součásti brzd a brzdového obložení, těsnící součásti a obdobně.

- Vodní doprava: byla zjištěna výborná odolnost uhlíkových kompozitů vůči mořské vodě, proto jsou výhodné výztuhy, žebra, stožáry a další prvky stavby lodí nákladních, dopravních a sportovních.

- Strojírenství: podle předpovědí by mělo mít největší nárůst spotřeby po roce 2000;

projektují se rychle rotující součásti, součástky s vratným pohybem, textilní stroje, kompresory, odstředivky, paže robotů, měrky a standardy pro opracování, kluzné součásti, ozubená kola, ložiska atp.

- Výroba energie: turbiny a listy větrných elektráren, sběrače elektrického proudu, nosiče solárních článků, speciální baterie a články, elektrody, stínění elektromagnetického pole, tepelné stínění.

- Lékařské použití: byla zjištěna vynikající biologická snášenlivost živé tkáně s uhlíkovými vlákny, proto jsou používány umělé kosti, šlachy, protetika; je známa vynikající propustnost rentgenových paprsků, proto se staví rentgenová lůžka, rentgenové tomografy, speciální snímací elektrody a další lékařské přístroje.

- Chemické výroby: korozivzdorné nádoby, tanky, těsnění, trubky, možnost ohřevu korozívních médií, odstraňování statické elektřiny ze sklolaminátových konstrukcí, nádob a potrubí, korozivzdorná tepelná izolace, filtry atp.

- Spotřební průmysl - sportovní výrobky: tenisové rakety, badmintonové rakety, stolně tenisové pálky, rybářské pruty, golfové hole, výztuhy pádel a vesel, lyže, lyžařské hole, kostry závodních kol, výztuhy hokejek, modelářství; zvuková technika: hudební nástroje, gramofonová technika, antény...

- Stavebnictví: antistatické podlahoviny, v Japonsku byly tyto materiály využity pro stavbu mostů a byl postaven 37- podlažní dům z betonu vyztuženého cca 4 % uhlíkových vláken při značné úspoře stavebních hmot. Filosofie nejvíce expandující firmy Zoltek předpokládá využití uhlíkových vláken pro opravy mostních konstrukcí, využití uhlíkových nanotrubic nabízí další nové možnosti aplikací.[1]

1.2.4 Vlastnosti uhlíkových vláken Tepelné:

- Nízký koeficient tepelné roztažnosti

- Široké rozpětí koeficientu tepelné vodivosti

17 - Odolnost tepelným rázům

- Odolnost vysokým a nízkým teplotám

Mechanické vlastnosti:

- Vysoká pevnost v tahu

- Vysoký modul pružnosti v tahu - Odolnost proti únavě

- Útlum vibrací

- Nízká měrná hmotnost - Nízký koeficient tření

- Nulová plastická deformace při namáhání

Elektrické a elektromagnetické:

- Elektrická vodivost

- Vysoká propustnost RTG záření - Nemagnetičnost

- Nepropustnost elektromagnetického záření

Chemické:

- Odolnost vůči kyselinám, zásadám a rozpouštědlům - Nehořlavost

- Chemická inertnost - Biologická snášenlivost

Cena uhlíkových vláken závisí nejen na jejich parametrech, ale také na počtu monofilů v kabílcích. Nejlevnější standardní typy vláken lze koupit pod (ve formě kabílků s 12 000 paralelními monofily) 20$ za 1 kg, špičková UHM vlákna (kabílky s 2000 monofily) 800$/kg.[1]

18

1.3 Skleněná vlákna

1.3.1 Výroba skleněných vláken

Skleněná vlákna mají silikátový základ (SiO2). Vyrábějí se tažením taveniny směsi oxidů Si (s příměsí oxidů Al, Ca, Mg, Pb a B) a většinou s malým podílem oxidů alkalických kovů Na a K. Potřebného průměru vláken se dosáhne dloužením proudu skla tekoucího platino-rhodiovými tryskami (průměr trysky je 1 mm) ve dnu zvlákňovací hlavy. Konečný průměr vlákna je dán rozdílem mezi rychlosti vytékáni skloviny a rychlosti odtahování vlákna. Jednotlivá vlákna se po povrchové úpravě sdružují do pramene a navíjejí se na cívku. Sdružením pramenů vzniká roving (kabílek).[2]

1.3.2 Metody zvlákňování

Zvlákňování přes trysky: Skelná tavenina při odtahování z trysky rychlostí 30-60 m/sek.

tuhne. Jednotlivé filamenty s jemností 4-13 µm se spojují do jednoho svazku, šlichtují a navíjí. Tímto způsobem se vyrábí více než 90% skleněných filamentů.

Pro staplová vlákna se používá dvoufázová technologie. V prvním stupni se zhotovují z taveniny tzv. pelety, které se případně skladují a ve druhé fázi roztaví a zvlákňují tažením přes trysku s pomocí sítového bubnu rychlostí do 60 m/sek.

Foukání přes trysku. Odtah z trysky se provádí stlačeným vzduchem. Rychlostí 150-200 m/sek. se vytahují niti rozdílných délek a ukládají na sítový buben. Odtud se vlákenný materiál odtahuje, prochází olejovou mlhovinou a navíjí na cívku.

Tažení tyčemi: 100-200 skleněných tyčí 150-190 cm dlouhých a o průměru 4-5 mm se taví na dolním konci při konstantním posunu. Odletující kapky táhnou vlákna a padají na buben, na který se rychlostí 40-50 m/sek. nitě navíjí, zatímco se kapky odhazují.

Modifikované tažení tyčemi: Nitě, které leží na odtahovacím bubnu vedle sebe, se zvedají pomocí proudu vzduchu a vedou do sběrného kanálu. Zde se pak se lámou na různé délky, odtahují a vytváří pramen vláken, který se navíjí jako přást na cívku.

Vlákno se dodává jako hladký nebo tvarovaný filament v tloušťce 400-4000 tex (s průměrem jednotlivých vláken od 6 μm) nebo jako skaná příze 400-2000 tex, případně s mosazným nebo chromovým jádrem nebo jako stříž. [8]

19 1.3.3 Druhy skleněných vláken

A sklo je určeno pro architekturu. Vlákna se z něho nevyrábějí.

Vlákna ze skloviny C s vyšším podílem alkálii mají nižší teplotu měknuti, jsou méně pevná a jejich mechanické vlastnosti rychleji klesají s rostoucí teplotou.

V prostředí obsahujícím kyseliny větší podíl alkalických prvků zlepšuje odolnost proti rozpouštění, v samotné vodě se však alkalické prvky rychle vyluhuji.

D sklo je určeno pro elektrická zařízení. Jedná se o vlákna dielektrická, s malými hodnotami relativní permitivity a malým ztrátovým činitelem.

Skleněná vlákna z E skloviny (tzv. bezalkalické vápenato-hlinito-křemičité sklo, sklo Eutal má eutektické složení s nejmenší teplotou tavení, je nejlevnější (od 1,6 do 3,15 $/kg) a přitom má dobré mechanické a elektrické vlastnosti (nevodivost, velký povrchový odpor, relativně malou relativní permitivitu (dříve dielektrická konstanta) při malých dielektrických ztrátách (relativní permitivita se pohybuje mezi 5,9 až 6,4) a ztrátový činitel (tangens ztrátového uhlu) při frekvenci 1 MHz je 0,0039 a poměrně dobrou odolnost proti hydrolýze (rozkladu v horké vodě). Chemicky odolnější E skla jsou bez oxidu boru (B2O3).

Vlákna ze skloviny ECR, korozivzdorné sklo bez oxidu boru, obchodní značky Advantex, vyráběné společnosti Owens Corning. Řídí se vícesložkovým fázovým diagramem (SiO2--Al2O3-CaO-MgO). Má větší hustotu, větší modul pružnosti, větší teplotu zvlákňovaní, větší teplotu měknuti, větší odolnost v kyselém prostředí a horši elektrickou permitivitu než běžné E sklo.

Vlákna ze skloviny AR jsou vhodná pro alkalické prostředí. Sklovina je odolná vůči tomuto prostředí (používají se například pro výrobu střešních šablon s cementovým pojivem, tzv. „ekologicky” eternit). Pokud není k dispozici, vyhovuje i E sklo. Mají větší podíl oxidu křemíku a hliníku a jsou dražší (jejich cena se pohybuje od 19 do 31,6

$/kg), protože sklovina má větší teplotu tavení. Používají se většinou v kompozitech s epoxidovou matrici. Vlákna mají větší pevnost v tahu a větší modul pružnosti v tahu než standardní vlákna z E skla. Na základě skla S je možno získat nové biomateriály. HPB jsou aktivovaná vlákna, vhodná pro dočasné implantáty. Jsou kompatibilní s řadou termoplastů, jako jsou polyaretheretherketony (PAEK), polyetherimid (PEI) a polyfenylensulfid (PPS). Jsou bez oxidu boru (B2O3).

Vlákna ze skloviny S-1 mají velkou pevnost, neobsahuji B2O3.

20

Vlákna ze skloviny R mají velkou pevnost, neobsahuji B2O3. Ochlazování skloviny se řídí vícesložkovým fázovým diagramem SiO2-Al2O3-CaO-MgO). R sklo například vyrábí Vetrotex Saint-Gobain.

Vlákna ze skloviny S-1 HM mají větší modul pružnosti než vlákna S-2.

Neobsahuji B2O3.

Vlákna ze skloviny S-2 mají největší pevnost. Neobsahuji B2O3.

Pod obchodním názvem ZenTrona aVeTron je vyrábí společnost AGY. (Společnost AGY také vyrábí ultra jemná skleněná vlákna BC2250 a BC3000 pro tištěné elektrické obvody, které potom mohou mít větší hustotu spojů).

Vlákna ze skloviny S-3 UHM s velkým modulem pružnosti v tahu (nový výrobek společnosti AGY). Patrně také neobsahuji oxid boru.

Vlákna ze skloviny L obsahuji oxid olova. Olovo především zvyšuje nepropustnost vyrobeného laminátu pro rentgenové záření. Aplikace tohoto typu skla najdeme v lékařství a vědeckých přístrojích.

NDT sklo – nové sklo společnosti Corning se jmenuje GorillaGlass 3 NDT. Je odolné proti poškrábání, takže se hodí pro dotykové obrazovky (mobilní telefony, tablety, ultrabooky a notebooky) a na čelní automobilová okna (NDR, “Native Damage Resistance). Sklo je připraveno chemickou temperací, jeho odolnost vyplývá z existence tlakového pnutí na povrchu. Vlákna se z něho nevyrábějí.

Dutá skleněná vlákna z H-skla mají menší hustotu než plná vlákna E a S-2 a mají proto velkou měrnou pevnost (N/tex). Jsou elastická a pevná v tlaku, mají dobrou elektrickou, tepelnou a akustickou izolační schopnost a v některých kompozitech se uplatní i jejich dobrá schopnost tlumit energetické rázy (kryty radarů a antény letadel).

Jsou použita i v laminátu lyží Head, jejichž výrobce uvedl, že jde o nejlehčí lyže na trhu pravě díky použití dutých skleněných vláken (název dutých vláken je “Aircoat).

L-Glass™ je nové sklo pro vysokofrekvenční tištěné elektrické obvody a pro radomy letadel (toto sklo má malou relativní permitivitu a malý ztrátový činitel oproti E sklu). Vyrábí jej společnost AGY. Složení skloviny nebylo možno stanovit.

Křemenná vlákna mají stejně nízkou relativní permitivitu jako polymerní aramidová vlákna, ale oproti nim mají o dvě řady menší ztrátový činitel při vysokých frekvencích proudu, velmi malý součinitel délkové teplotní roztažnosti (vydrží teplotní šoky), má nulovou adsorpci vlhkosti a dobrou prostupnost pro UV paprsky světelného

21

záření. Křemenné sklo měkne již při 1300°C, ale při větších teplotách se nestává kapalným. Společnost JPS Composite Materials Corp. vyrábí Astroquartz, Astroquartz II, Astroquartz III, společnost Sain-Gobain dodává Quartzel. Výroba křemenných vláken spočívá v rozemletí čistého krystalického křemene a jeho roztavení (teplota tání 1600-1725 °C).

Vlákna S-Q tvoří přechod mezi křemennými a ostatními skleněnými vlákny.

Obsahují 95 a více %SiO2.

Q-Fiber je křemenná vata pro tepelné izolace a filtraci.

Tellurové sklo (chalkogenidové sklo) má velkou refrakci (velký absolutní index lomu světla) a je schopno přenášet infračervené paprsky (optoelektronické prostředky pro noční vidění, „noktovisory“). Je vhodné pro optická vlákna a laserovou techniku. Další prvky v chalkogenidových sklech jsou Se, Ge, As, Sb, S, I a Ga.[2]

V kompozitech jsou používaná vlákna ze skloviny C (kyselinám odolná vlákna), D (Skleněná vlákna dielektrická), E, ECR (Advantex), AR (vlákna odolná alkáliím) S, S-1, S-1 HM, R a S-2 (pevná vlákna), S3-UHMT (nová skleněná vlákna s velkým modulem pružnosti), L vlákna (skleněná vlákna se zvýšeným obsahem olova), L Glass-skleněná vlákna s malou relativní permitivitou a malým ztrátovým činitelem při vysokých frekvencích, S-Q vlákna s velkým podílem SiO2,a křemenná vlákna. [2]

1.3.4 Vlastnosti skleněných vláken

O mikrostruktuře skleněných vláken je velmi málo poznatků vzhledem k jejich amorfnímu stavu, který je způsoben nepatrnou krystalizační rychlostí směsi oxidů při ochlazováni taveniny. Předpokládá se, že na vysoké pevnosti skleněných vláken, vedle tzv. velikostního faktoru (malý povrch a malé defekty v tenkém vláknu), se podílí také odlišná struktura jádra a povrchových vrstev. Zatímco jádro obsahuje nahodile orientovanou síť kovalentně vázaných atomů, povrch má pravděpodobně semi- orientovanou strukturu. Na povrchu tak vzniká vysoké tlakové napětí v podélném směru, které zabraňuje snadnému rozvoji trhlin při tahovém zatížení vlákna. Podobný mechanismus je v souladu se skutečnostmi, že jakékoliv narušení povrchových vrstev (např. mechanické poškrábáni) vede k drastickému poklesu tahové pevnosti vlákna.

Předpokládaná tenká povrchová vrstva s preferovanou orientací kovalentních vazeb se však neprojevuje měřitelnou anizotropii elastických veličin skleněného vlákna.

22

Při mikro mechanických výpočtech se uvažují stejně veliké hodnoty modulu pružnosti E a Poissonova poměru ve směru podélném i příčném.[2]

U hodnot vlastností skleněných vláken převzatých z různých publikací není obvykle uvedeno, při jakém průměru vláken byly naměřeny. Je však známo, že čím mají vlákna menší průměry, tím jsou pevnější. Při průměrech 3 až 4 µm obdržíme kompozity s větší pevnosti v tahu, než při použití vláken běžných průměrů. [2]

Na laminátech vyztužených skleněnými tkaninami z tenkých vláken bylo zjištěno, že se zvýšil i modul pružnosti. S vlákny velkých průměrů (60 a vice µm) mají zase kompozity větší pevnost v tlaku působícím ve směru vláken. Rozdíly dosahují řádově desítky MPa. Z technologických důvodu jsou nejběžnější průměry od 7 do 15 µm (roving z vláken malých průměrů se totiž hůře prosycuje pryskyřici).[2]

Povrch skleněných vláken je hydrofilní. Oxidy SiO2 a Al2O3 vytvářejí hydroxylové skupiny (–M–OH, kde M je buď Si nebo Al), ke kterým jsou molekuly vody vázány vodíkovými můstky. Na povrchu vláken a v jeho mikroskopických trhlinkách je při 20 °C a relativní vlhkosti vzduchu 65 % adsorbováno asi 0,1%

hmotnostních vody. Adsorpce vlhkosti na povrch čerstvě vyrobených vláken je velmi rychlá (rychlost navlhání je možno demonstrovat například vážením vyžíhaných skleněných vláken na analytických vahách – vlákna rychle zvětšují svou hmotnost).

Adsorbovaná vlhkost působí v povrchových defektech vláken jako tenzoaktivní látka, snižující lomovou energii skla. Pevnost čerstvě vyrobeného vlákna je proto větší než pevnost vlákna s rovnovážným obsahem vody, daným vlhkosti okolní atmosféry.

Vysoký podíl adsorbované vody je překážkou vytvoření dobré vazby mezi vláknem

a polymerní matrici. Proto je nutno výrobky ze skleněných vláken chránit před vzdušnou vlhkostí polyethylenovými obaly a navlhlá vlákna se musí před použitím

vysoušet. Vysušovaní v horkovzdušné sušárně se u skleněných vláken (a výrobků z nich) doporučuje, i když jsou skladovány v relativně suchém prostředí. [2]

1.3.5 Úpravy skleněných vláken

Při manipulaci s nechráněnými vlákny dochází při jejich vzájemném kontaktu k abrazi a následnému snížení pevnosti. Proto se každé jednotlivé vlákno, ihned po vytažení z trysky ve dnu zvlákňovací hlavy, vydloužení a ochlazení na teplotu okolí, pokrývá ochranným povlakem (tzv. “sizing), jehož tloušťka odpovídá hmotnostnímu podílu 0,3 až 1,5 %.

23 Jsou používány:

- lubrikační látky (vosk, olej, škrob, želatina, polyvinylalkohol), které usnadňují další textilní zpracování vláken. Lubrikační látku je nutno před výrobou kompozitu z povrchu vláken odstranit, aby bylo dosaženo potřebné soudržnosti vláken a matrice.

- vazebné prostředky, které mají dobrou afinitu jak ke skleněným vláknům, tak k polymerní matrici.

K pozitivním účinkům ochranných prostředků patři snížení adsorbovaného podílu vody (mají určitý hydrofobizační účinek) a antistatické působeni (vlákna méně přitahuji prach). Běžné vazebné prostředky pro silikátová skla jsou organokovové sloučeniny (hlavně „chromkomplexy“, nejznámější je Volan společnosti DuPont) a organosilany (zkráceně silany). Chemická struktura silanů je komplikovaná, stejně jako mechanismus jejich změn před spojením s polymerem a sklem. Vazebné prostředky nanášené ve vodném roztoku nevytvářejí na povrchu vláken souvislý film, ale jsou přítomny v podobě mikroskopických kapiček ulpívajících na sklu v místech s větším podílem reaktivních skupin (povrch skla má poněkud jiné složeni než jádro).

Již z tohoto důvodu nezabraňují silany (přes určité hydrofobní vlastnosti vnějších vrstev povlaků) působení vody na povrch vláken. Spiše jenom znesnadňují difuzi molekul vody do kompozitu podél vláken. Molekuly vody, které k vláknům difundují skrze polymerní matrici znovu hydrolyzují vazbu vazebného prostředku k povrchu skla.

Ačkoliv jde v podstatě o reverzibilní proces, tj. po vysušení se kovalentní vazby opět obnoví, u mechanicky zatížených kompozitů tato hydrolýza umožňuje smykové posuvy vláken vůči matrici, zvyšovaní množství adsorbované vody a nakonec může dojit i k úplnému porušení rozhraní vláken a matrice. U laminátu se skleněnou výztuží se takové porušení projevuje zbělením poškozeného místa.[2]

V praxi jsou používané úpravy rozlišovány také podle tvrdosti:

 měkká úprava

 polotvrdá úprava

 tvrdá úprava. [2]

Tvrdost vazebného prostředku, dána jeho chemickou strukturou, určuje vhodnost rovingu pro další technologie. Tvrdá úprava, např. methakrylsilanem nebo chromkomplexem (je používán termín „tvrdý roving“) zaručuje dobrou sekatelnost rovingu a rovnoměrný rozpad vláken při sekáni, tj. vlastnosti potřebné při výrobě dílů pomoci stříkacího zařízení nebo při přípravě prepregu pro lisovací technologii (SMC).

24

Je vhodná i při výrobě jednosměrných prepregů a rohoží. Měkká úprava (tzv. měkký roving) např. vinylsilanem nebo aminosilanem zajišťuje rychlou smáčivost vláken

polyesterovou pryskyřici a používá se u rovingů pro navíjení, taženi profilů a pro tkaniny určené k výrobě členitých dílů. Jsou používány povlaky aminosilanu,

silanoesteru, vinylsilanu, sirové silany, polyurethanove (isokyanatove) silany a močovinové silany (1-[3-(trimetoxysilyl)propyl]urea).[2]

U dražších skel typu S, R S1, S2, používaných pro kompozity s epoxidovými matricemi, se užívá jiná úprava. Společnost Owens Corning opatřuje vlákna povlakem na bázi epoxidové pryskyřice (epoxidový silan).[2]

Zvláštní povrchovou úpravu vyžadují skleněná vlákna do fenolformaldehydových pryskyřic. Místo běžných silanů se používají povlaky

na epoxidové bázi. Ochranný povlak PA845 založený na polyimidu se vyznačuje velkou tepelnou stabilitou a je nutné jej použit s pryskyřicemi vyžadujícími vytvrzování při velkých teplotách.[2]

1.3.6 Využití skleněných vláken

 Křemenné vlákno o průměru 9 µm stojí cca 220 $/kg, vlákna většího průměru jsou levnější (při průměru 14 µm 130 $/kg). Vedle tkanin a rohoží pro tepelné izolace se křemenná vlákna používají pro kryty radarů letadel, desky plošných spojů mobilních telefonů a počítačů (s kyanoesterovými pryskyřicemi) a pro vojenské letouny.

K dispozici jsou také voštiny s křemennými vlákny (“quartz honeycomb”). Užití těchto voštin v krytech radarů zaručuje výbornou prostupnost elektromagnetických vln (velká radioprůzračnost). [2]

 Staplové příze se dopřádají na odstředivých nebo frikčních strojích. (Prstencové stroje jsou svým systémem udělování zákrutu pro skleněná vlákna nezpůsobilé). Běžně vyráběné příze mají jemnost 125-2000 tex a používají se většinou pro podkladové tkaniny na tapety a dekorační látky.

 Filamenty se zpracovávají např. na tkaniny ve všech základních vazbách s váhou 600-1300 g/m², tloušťkou 0,8-2 mm, pevností v tahu: osnova 5000 N/5 cm, útek 2500 N/5 cm, bod tání až 1200° C. Ve tkaninách se též kombinuje osnova nebo útek s přízemi z aramidových nebo uhlíkových vláken.

 Z tkanin se šijí ochranné oděvy, především pro extrémně horké provozy (hutníci, svářeči).

25

 Tkaniny nebo paralelně ložené filamenty (jednosměrné svazky, angl.: UD- Rovings) se vkládají jako armatury do kompozit a stavebních hmot.

 Celosvětová výroba skleněných textilních vláken dosáhla v roce 2010 asi 4,7 miliony tun, z toho cca 80% jako roving a 20% příze.

 V roce 2005 bylo v Evropě zhotoveno přes milion tun kompozit (tyto plasty

obsahují cca. 50 % váhového množství skleněných vláken), které se používají na nejrůznější účely: od nárazníků na auta, přes čluny, vrtule větrných elektráren, až

k mostům pro chodce.

 Ze skleněných vláken se také zhotovují izolace proti žáru nebo chemickým vlivům ve formě rohoží (soudržnost je zajištěna lisováním nebo prošíváním vrstvy vláken) a hadic, stuh a šňůr. [8]

1.4 Čedičová vlákna

Jedná se o nový typ technického vlákna, dosud masově v průmyslu nerozšířeného.

Tento typ vlákna dává nové možnosti zvýšení užitných vlastností mnoha technických výrobků. S růstem nároků na nové textilní technické výrobky, se zvýšenými požadavky na tepelnou a chemickou odolnost, se může uplatnit tento nový typ technického vlákna s vynikajícími vlastnostmi a s přijatelnou cenou. Čedičová vlákna jsou složena ze svazku nekonečně dlouhých fibril vzniklých rozvlákňováním taveniny

anorganického minerálu čediče – bazaltu vhodného složení. Jsou vysoce pevná, ohebná a využitelná na výrobu technických výrobků ve všech odvětvích průmyslu. [6]

1.4.1 Vlastnosti čedičových vláken:

 velký tepelný rozsah použitelnosti

 nehořlavost, nízký obsah spalin

 minimální nasákavost

 dobrá chemická odolnost proti:

- vodě

- většině alkálií

- organickým kyselinám - anorganickým kyselinám - organickým rozpouštědlům

- většině chemikálií a jiným agresivním látkám

26

 nízká tepelná vodivost

 vysoký koeficient zvukové pohltivosti

 vysoký elektrický odpor

 dobrá tepelná odolnost

 odolnost proti eroznímu prostředí

 dobrá odolnost proti UV záření

 dobrá odolnost proti plísním a jiným mikroorganizmům. [6]

Jde o vlákna s vlastnostmi podobnými skleněným vláknům typu S. Výhodou je jejich cena, která činí asi 60 % skleněných S vláken a dobrá chemická odolnost. Výroba je analogická výrobě skleněných vláken. [2]

Jsou však až o 40 % levnější, mají specifickou hmotnost 2,8 g/cm³, tažnou pevnost až 4,7 GPa, rozsah praktického použití v teplotách od – 260 do +820 °C (skleněná vlákna = od – 60 do 600 °C). Ve vývoji jsou vlákna o jemnosti 1-3 μm. [9]

1.4.2 Výroba čedičových vláken

První pokusy se zvlákňováním čediče se konaly na začátku 20. století, k rozvoji výroby došlo teprve po 2. světové válce. Výrobní technologie se zakládá na tavném zvlákňování při teplotě 1500-1700 °C. Při dostatečně rychlém zchlazení vzniká sklovitá hmota, při pomalejším chlazení se tvoří krystaly ze směsi minerálů. Pro některé účely se vláknina dlouží při teplotě cca 1300 °C. [9]

Pro výrobu kontinuálních vláken nesmí teplota tavení přesáhnout limit 1250°C.

Technologie, jíž se čedičová vlákna získávají z taveniny, jsou centrifugální vyfukování, multirolování a vyfukování při tuhnutí. Získané vlákno se pak označuje zkratkou BSF (Basalt superthin fibre). [10]

Výrobní linka produkuje (v závislosti na jemnosti vlákna) cca 15- 35 kg/h. Důležití výrobci čedičových textilií jsou v současné době např. v Rusku, na Ukrajině a v Číně. Celosvětová roční produkce se v roce 2008 odhadovala na 3000- 5000 tun. Od roku 2009 měla v Číně produkovat nová výrobní linka s roční kapacitou 2000 tun filamentů o jemnosti 5,7 μm. [9]

1.4.3 Výrobky z čedičových vláken a jejich použití

Nekonečná čedičová vlákna ve formě technického hedvábí naleznou hlavní uplatnění v textilním zpracování na nitě – roving, čedičové nitě skané, družené a kordy. Tato

27

čedičová příze se dále dá zpracovávat na plošné a délkové textilní technické útvary – provazce, hadice a popruhy a prostorové textilní technické útvary. [6]

S využitím čedičových nekonečných vláken a čedičových textilií z nich zhotovených je možno počítat ve všech oblastech, kde se běžně dosud používají skleněná a používala azbestová vlákna. Vzhledem k tomu, že čedičová vlákna předčí svými fyzikálními, mechanickými a chemickými vlastnostmi vlákna skleněná i azbestová, je to základní předpoklad k jejich masivnímu rozšíření v technické praxi.

Dalšími přednostmi jsou nezanedbatelné ekologické a zdravotní výhody proti obdobným vláknům. Především menší zátěž pro životní prostředí při výrobě a likvidaci a menší zdravotní riziko při zpracování a používání. [6]

Filamenty s jemností vláken 7-9 μm a jemností příze 45-68 tex, jednoduché a skané, škrobené (aby se povrch příze přizpůsobil jiným materiálům, zejména pryskyřicím v kompozitech) monofilamenty s jemností 110 tex. Použití: tkaniny v plátnové a keprové vazbě, vpichované plsti na ochranné oděvy proti ohni a chemikáliím a provaznické výrobky.

Rovingy (svazky filamentů) s jemností vláken 10-17 μm a s tloušťkou 68-680 tex, škrobené. Použití: paralelně ložené prepregy na vyztužení kompozitů. Použití kompozitů: stavební díly mostů, radarových zařízení, stěny obrněných vozidel, vodní lyže, prkna na surfing.

Sekaná vlákna s jemností 13-22 μm a délkou 6-70 mm, škrobená. Vkládají se nespředená jako výztuž do termoplastických a cementových kompozitů a vyrábí se z nich vpichované plsti na ochranné oděvy.

Hybridní příze jednoduché a skané s použitím na technické tkaniny, osnovní pleteniny a splétané výrobky. [9]

Plná náhrada skleněných vláken při výrobě tkaniny v perlinkové vazbě pro stavebnictví (omítkové systémy, zalévací hmoty …….),

Geotextilie, armovací tkaniny a vlákna (silniční a železniční stavitelství, živičné povrchy vozovek, lepenky, betonových výrobků …….),

Tepelně-izolační směsi ve stavebnictví pro žáruvzdorné stavební hmoty, plniva do tmelů apod.

Výztužné tkaniny v kompozitech a sekaná vlákna v plastických hmotách, v různých technických výrobcích (rozbrušovací kotouče, lamináty, brzdové destičky...),

28

Izolace tepelné, zvukové a chemické (stavebnictví, letecký průmysl, elektrárny, automobily...),

Filtrování agresivních látek, tkaniny a ucpávkové šňůry v chemickém průmyslu (náhrada azbestopryžových výrobků), horkovzdušná filtrace,

Ochranné žáruvzdorné a kyselinovzdorné pracovní oděvy do provozů s velkou tepelnou zátěží a s agresivním chemickým prostředím (tkaniny s hliníkovou fólií v hutích, ocelárnách, pro hasiče a svářeče, v chemických provozech, galvanovnách…),

Bytové a interiérové nehořlavé textilie (tapety, podkladové textilie …). [6]

1.5 SWOT analýza

SWOT analýza je metoda, jejíž pomocí je možno identifikovat silné (ang: Strengths) a slabé (ang: Weaknesses) stránky, příležitosti (ang: Opportunities) a hrozby (ang:

Threats), které jsou spojeny s určitým typem podnikání, s firmou samotnou popř.

s podnikatelským záměrem. Díky tomu je možné komplexně vyhodnotit fungování firmy, nalézt problémy nebo nové možnosti růstu. Je součástí strategického (dlouhodobého) plánování společnosti. Základ metody spočívá v klasifikaci a ohodnocení jednotlivých faktorů, které jsou rozděleny do 4 výše uvedených základních skupin. Vzájemnou interakcí faktorů silných a slabých stránek na jedné straně vůči příležitostem a nebezpečím na straně druhé lze získat nové kvalitativní informace, které charakterizují a hodnotí úroveň jejich vzájemného střetu. [11]

Analýza spočívá v rozboru a hodnocení současného stavu firmy (vnitřní prostředí) a současné situace okolí firmy (vnější prostředí). Ve vnitřním prostředí hledá a klasifikuje silné a slabé stránky firmy. Ve vnějším prostředí hledá a klasifikuje příležitosti a hrozby pro firmu. Pro vyspecifikování jednotlivých např. silných stránek bývá využit brainstorming s managementem firmy a specialisty na oblast, kterých se SWOT analýza týká. Po brainstormingu se vše roztřídí podle relevantnosti k záměru použití SWOT. Následně nastupuje kvantifikované hodnocení jednotlivých položek všemi zúčastněnými. Po vyhodnocení a spočítání váhy jednotlivých např. silných stránek celým týmem se seřadí dle důležitosti. Dále musí proběhnout jasné rozhodnutí managementu, jak s výsledky analýzy naloží a co bude realizovat. V rámci SWOT analýzy je vhodné hledat vzájemné vazby mezi silnými a slabými stránkami, příležitostmi a silnými stránkami apod. Tyto vazby pak v zápětí mohou být použity pro stanovení strategie a rozvoje firmy.

29

SWOT analýza je subjektivní hodnocení. Proto dobrá SWOT analýza nejprve důkladně analyzuje negativní a až následně pozitivní aspekty podnikání. SWOT analýza podniku je jednoduchá, konkrétní, postavená především na faktech, nikoliv pocitech a rozlišuje striktně mezi stavem kde je firma nyní a kde by firma mohla být. [11]

Je součástí tzv. situační analýzy, která je jedním z výchozích prvků pro tvorbu firemní strategie. SWOT analýza se však stejně tak dá využít i pro poněkud méně rozsáhlé aplikace – přípravu strategie dílčího projektu, jednotlivých výrobků, přípravu strategie pro vítězství v soutěži či výběrovém řízení a v neposlední řadě i pro přípravu strategie bitvy či vojenské, ale také třeba lékařské, operace. [12]

30

2 Experiment

2.1 Zkoušený materiál

Pro vlákna zkoušená v této práci uvádí dodavatel tyto parametry, které najdete v tabulce 1. Hodnoty označené otazníkem dodavatel neuvádí.

Tabulka 1 Tabulka hodnot uváděných dodavatelem

Druh

vlákna Název Dodavatel počet fibril

Průměr fibril[µm]

Jemnost [tex]

Pevnost v tahu[Mpa]

Modul v tahu[GPa]

Pevnost v tahu

[N]

uhlíkové STS40 Tenax 24000 6 1600 4000 240 ?

čedičové basalt

2.520 Basaltex 144 13 2520 2600-2900 85-90 1260 skleněné

Sklo E - PR440

Johns

Manville ? 16 2400 ? ? 700

2.2 Marketingový mix

2.2.1 Čedič Produkt

Nekonečná čedičová vlákna ve formě technického hedvábí naleznou hlavní uplatnění v textilním zpracování na nitě – roving, čedičové nitě skané, tvarované, družené a kordy. Tato čedičová příze se dále dá zpracovávat na plošné a délkové textilní technické útvary – provazce, hadice, popruhy a prostorové textilní technické útvary. Jde o vlákna s vlastnostmi podobnými skleněným vláknům typu S. Výhodou je jejich cena, která činí asi 60% S vláken. Jsou vysoce pevná, ohebná a využitelná na výrobu technických výrobků ve všech odvětvích průmyslu jako například výroba technických a konfekčních tkanin, výroba pásků a fólií, technické služby a zdravotnická výroba.

Cena

Cena Basaltu se pohybuje v rozmezí 11 až 19 $/kg.

Distribuce

Basaltex

(Itálie, http://www.hg-europe.com, http://www.hg-gbfbasalt.com) (ČR- Šumperk)

31

Společnost Basaltex, a.s. se od svého založení zabývá zkoumáním vlastností, zpracováním a uplatněním nového typu nekonečných minerálních čedičových vláken v technické praxi. Společnost je exportérem celého sortimentu čedičových vláken od největšího ruského výrobce ,,Kamenyj věk" do Evropské unie. Dovážené čedičové vlákno je určeno pro vlastní zpracování, pro tuzemský a mezinárodní obchod. Hlavním výrobním zaměřením je zpracování čedičových vláken do plošných i délkových textilií, především výroba technických tkanin. [6]

Muktagiri Industrial Corporation (Indie, http://www.muktagiri.com)

Renomovaný distributor, dovozce a dodavatel kvalitních průmyslových kompozit. Vyrábí zejména skaná vlákna a rovingy.

GBF

(Čína, http://www.basaltfiber-gbf.com) Zejména tvarovaná vlákna.

CASC

(Čína, http://www.basaltfiber.com.cn)

Cheshire Ribbon

(Ukrajina, http://www.cheshireribbon.co.uk)

2.2.2 Sklo Produkt

Sortiment zahrnuje E-skla, jednotlivé příze, strukturované příze, ZeroTwist ®, textilní střiže a C-sklo střižových vláken příze, skelné pásky a punčochy (tkané, jednosměrné, zatkané), (110 g/m2-550 g/m2), 10mm-60mm, přímý roving, vysoce pevná vlákna, jednoduché, kroucené, různé druhy, 12K,24K,48K, vzorkované (texturized) - 200-4000 tex, vzorkované a kroucené - 640-2000x1, 420-2000 x2, Non-textruized, vlákna s polypropylenovou matricí a různé druhy tkanin. Skleněná vlákna se používají jako klíčová složka v produktech, které lidé využívají každý den.

32 Cena

2,55 eur/kg pro roving PP 82% (normálně se nevyrábí) Vetrotex - E – sklo: Cena: 3-4 eur/kg

Cena E-skla: od 1,6 do 3,15 $/kg Cena S2 skla: od 19 do 31,6 $/kg

Distribuce Twintex

(www.twintex.com,USA)

E-skla pro kompozity s polypropylenovou matricí.

Schappe

(www.schappe.com, Francie)

Příze, tkaniny a vlákna s termoplastickou matricí

Havel-composites

(http://www.havel-composites.com, ČR)

Dodává skelné pásky (tkané, jednosměrné, zatkané), (110 g/m2-550 g/m2), 10mm 60mm, různé druhy tkanin, punčochy. Dodává i kombinace sklo/uhlík.

Johns Manville

(www.jm.com, Slovenská republika)

Příze, sekaná vlákna, tkaniny, netkané textilie.

Vertex

(SAINT-GOBAIN ADFORS CZ, www.vertex.cz, http://www.vetrotextextiles.com Vetrotex - E – sklo

Varflex

(http://www.varflex.com, USA) Příze, tkaničky a stuhy.

33 Agy Advanced Glassfiber Yarns

(http://www.kripainternational.com, Indie)

Nittobo

(http://www.nittobo.co.jp, Japonsko)

E-sklo vyrobeno z 50 až 800 monofilamentů, 4 až 9 mikronů průměru s určitým zákrutem.

Caztex

(http://www.caztex.net, Čína)

Sklo i uhlík, velikost: 6, 9, 11 až 13 µm , zákruty, roving.

Lijian composite

(http://www.fiberglass-mat.com, Čína)

Přímý roving, vysoce pevná vlákna, jednoduché, kroucené, různé druhy skleněných vláken.

Stariz

(http://www.stariz.co.kr, Korea, Čína)

E-sklo , vzorkované (texturized) - 200-4000 tex, vzorkované a kroucené.

2.2.3 Uhlík Produkt

Je několik základních typů vláken, které se dělí podle síly a modulu pružnosti. Podle síly na 1K, 3K, 6K, 12K, 24K a 48K – v malé míře se vyrábí i vlákna silnější, ale je to nevýznamné množství. Celých 90 % produkce tvoří vlákna 12K a 24K. Podle modulu se dělí na nízko modulární, středně modulární a vysoko modulární, přičemž v každé skupině má každý výrobce jeden hlavní typ a několik vedlejších typů vláken, které se od sebe mírně liší. Pro průmyslové kompozity se v drtivé většině používají vlákna středně modulární, zastoupená v produkci největšího výrobce Toray označením Torayca T 700. Příkladem užívaných vláken vysoko modulárních je pak vlákno Pyrofil.

Pro tkaniny je nejčastěji používaným vláknem typ 3K. Do této kategorie spadají konstrukce závodních lodí, ultra lehkých letadel, automobilových a motocyklových

34

kapotáží, surfařských a windsurfingových desek. Mohou být využity i ostatní materiály jako jsou například jednosměrné tkaniny, ale jedná se skutečně o zanedbatelné procento výroby. Pro jednosměrné a biaxiální tkaniny se využívají především vlákna 12K a 24K, která se používají rovněž pro navíjení. Hlavní rozdíl v pevnosti a typech vyrobených kompozitů je dán samotnou konstrukcí, typem a množstvím použitých materiálů (sklo, aramid, uhlík, voština, PVC pěna) a typem matrice (polyester, epoxid, různé typy tvrdidel) a samozřejmě i technologií zpracování. [13]

Cena

Cena uhlíkových vláken se pohybuje v rozmezí 15 - 30 $/kg, čím menší je číslo před K, tím větší je cena cívky rovingu.

Zoltek - typické ceny pro normální zákazníky je $ 20 / Kg, nižší pro velké zákazníky.

Ceny se liší podle objemu ne podle sizingu.

SGL - Cena: 18-20eur/kg, 20-22eur/kg

Tenax®-E/J STS40 F13 24K 1600tex - 17,90 EUR/kg Tenax®-E/J STS40 F13 48K 3200tex - 17,90 EUR/kg Tenax®-E HTS40 F13 24K 1600tex - 22.00 EUR/kg Havel compozits - Cena: 0,9 - 10,36 € za jednotku

Distribuce

V České republice se uhlíková vlákna nevyrábějí, pouze se s nimi pouze obchoduje a zpracovávají se zejména pro kompozitní materiály.

Zoltek

(www.zoltek.com, Evropa, USA, Mexiko) Uhlíkový roving jen 50K.

SGL

(www.sglgroup.com, Evropa, USA) Tkaniny, rovingy, krátká vlákna.

35 Toho Tenax

(www.tohotenax.cz, Japan, Europe, USA) Nejvhodnější pro epox. pryskyřici.

Toray

(www.toraycfa.com, Francie, USA, Korea)

Schappe

(www.schappe.com, Evropa)

Grafil Inc, Mitsubishi Rayon

(www.grafil.com, http://www.mrc.co.jp/pyrofil/english/product/index.html) (Pyrofil - Japan,Grafil – USA)

Od 3K do 60K s modulů mezi 34 MSI (235 GPa) a MSI (65 450 GPa).

Grafil - standardní vlákna modulem jsou vyráběna v Sacramentu v Kalifornii, a jsou k dispozici v 12, 24, 30 a 48K vlek velikosti (dodávány buď kulaté, nebo ploché tažení) UD pásky. Kolo vlek je ideální pro aplikace, kde se šíří není nezbytně nutné např. opletení nebo pultruze.

Pyrofil - vysokým modulem, 3, 6, 12, 15 a 18K výrobky vyrobené v Toyohashi , zatímco Japonsko 60K produkt se vyrábí ve výrobním centru Mitsubishi Rayon Group v Otake v Japonsku. Všechny Grafil a Pyrofil uhlíková vlákna jsou snadno dostupné pro zásilky v Sacramentu v Kalifornii zařízení a naší Coventry, Spojené království prodeje a distribuce kanceláře.

Hexcel

(www.haxcel.com, USA, Španělsko)

Havel-composites

(http://www.havel-composites.com, ČR)

Pouze dodává skelné pásky (tkané, jednosměrné, zatkané), různé druhy tkanin, punčochy. Dodává i kombinace sklo/uhlík.

36 Formosa Plastics Group

(http://www.honlu.com.tw/, Taiwan)

Cytec

(www.cytec.com, http://www.cemselectorguide.com/, USA)

AKSA

(http://www.aksacausa.com, Turecko)

Kemrock Indie

(www.kemrock.com, Indie)

Bluestar

(www.bluestarfibres.com, Čína, UK)

Nippon

(http://www31.ocn.ne.jp/~ngf/english/index.htm, Japonsko)

Muktagiri Industrial Corporation (http://www.muktagiri.com, Japonsko) uhlík - 1K, 3K, 6K, 12K, 24K, 50K and 60K

Většina společností považuje poskytnutí informací o svých dodavatelích a především postupu zpracování uhlíkových vláken za velice citlivé informace.

Propagace (čedič, sklo, uhlík)

Marketingová komunikace je součást marketingového mixu a je velmi důležitým nástrojem marketingu. Důležitá je mezifiremní komunikace (B2B – Business to Business), která se používá při prodeji výrobku, který je předmětem dalšího procesu.

Trh výrobních prostředků se značně liší od trhu spotřebních předmětů, a proto se musí lišit i komunikace mezipodniková od komunikace s individuálním spotřebitelem. Trh výrobních prostředků nebo obchodní trh tvoří jen málo zákazníků, kteří tvoří velký