9. syntetická vlákna

Syntetická vlákna
Vytvořená ze syntetických polymerů. Základem je
monomer
Dvou
tří
čtyř
funkční
Lineární polymer (vhodný pro vlákna). Počet jednotek >80
Rozvětvený polymer (omezeně vhodný
pro vlákna).
Polymerizační reakce I
A. Polykondenzace
( - R1 - NH2 + HOOC - R2 - ) → R1 - NH - CO - R2 + H2O
Reakce je stupňovitá, jde o rovnovážné reakce
k1
↔
(výchozí látky)
(produkty reakce)
k2
Rovnovážná konstanta K = k1/k2.
PŘEDPOKLADY: - vysoká čistota výchozích látek,
- stechiometrický poměr funkčních skupin
Stupeň konverze p = (N0 - N)/N0 , kde N0 je celkový počet molekul
před reakcí a N je počet vzniklých molekul. PPS = 1 / (1 - p) = N0/N
Důležité polykondenzace
a) esterifikace dikarboxylové kyseliny a dioly
- R1 - C O - O - R2
- esterová vazba
b) reakce dikarboxylové skupiny a diaminy
- R1 - CO - NH - R2
- amidická vazba
c) polykondenzace dihydroxysilanů
- silikony
R
- Si - O-
R
Polymerizační reakce II
B. Polyadice
Stupňovitá reakce bez oddělení nízkomolekulární sloučeniny
reakce diisokyanátů a diolů
OCN - R1 - NCO + HO - R2 - OH → - OCNHR1NHCOOR2Opolyuretany
Realizace postupných polyreakcí
a) v tavenině: T>Tm, inertní atmosféra, snížený tlak
b) v roztoku: aromatické polyamidy
c) v tuhé fázi: Tg<T<Tm, ohřev drtě polymeru v proudu inertního
plynu -dopolykondenzace
d) mezifázová - na rozhraní dvou kapalin (nemísitelných)
obsahujících monomery, velmi rychlá a velká PPS.
Polymerizační reakce III
C. Polymerace
řetězová polymerace (polyetylén)
CH2
CH2
iniciace
terminace
*
CH2
CH2
*CH propagace *
2
CH2
CH
CH2
*
CH2 CH2
CH2
a) monomery alespoň s jednou dvojnou vazbou
b) monomery s násobnou vazbou mezi uhlíkem a jiným atomem
(O, N, S)
CH2
CH2
*
CH2
*
CH2
Radikálová polymerace
π
Volnější - elektrony vazby se symetricky rozdělí na dva nepárové
elektrony
Iniciace: ozáření, peroxidické látky
Terminace:
a) rekombinace
→
R1 – CH*2 + *CH2 - R2
R1 - CH2 - CH2 - R2
b) disproporcionace
→
R1 - CH2 - CH*2 +*CH2 - R2
R1 - CH = CH2 + CH3 - R2
c) přenos řetězce
→
R1 - CH*2 + H - R2
R2 - CH3 + R*1
Iontová polymerace
Polarizace dvojné vazby s využitím katalyzátorů odnímajících nebo
předávajících elektrony
Aniontová polymerace - (syntetický kaučuk, laktámy,
polyformaldehyd). Katalyzátory jsou zásadité látky Na, Li,
organokovy - (butyllithium C4HgLi)
Kationtová polymerace - (polyformaldehyd)
Katalyzátory jsou silné kyseliny -HCl, H2SO4, uvolňující proton H+
Koordinační polymerace (stereospecifická)
Vznikají prostorově uspořádané polymery (izotaktické,
syndiotaktické).
Ziegler - Natta katalyzátory - chlorid titanitý (TiCl3) +
trietylaluminium (Al(C2H5)3) Vzniká krystalický alkylovaný chlorid
titanu Ti(C2H5)Cl2. Isotaktický POP
Reakce polymerů I
A. Nemění se polymerační stupeň - polymeranalogická
reakce
příprava polymerů, které nelze připravit
polymerací,
modifikace vlastností stávajících polymerů.
Chlorování PVC PVC + Cl2 → chlorovaný PVC
Příprava polyvinylalkoholu
- CH2 - CH-
COOCH3
NaOH
- CH2 - CH-
OH
CEL1 - OH
HO - CEL2
- H2O
CEL1 - O- CH2 - O - CEL2
CH2O
Reakce polymerů II
B. Polymerační stupeň roste
1. bloková dopolykondenzace - zvyšování molekulové hmotnosti
PES vláken
- H2O
PES1 - COOH + HOOC - PES2
PES1- COO - PES2
2. roubování bočních řetězců - reakce PAD s oxiranem
CO
NH
+
n
CH2 - CH2
O
oxiran
CO
N-(CH2 - CH2 - O)n -H
3. zesítění (zlepšení tvarové stálosti). Vznik metylénového můstku
působením formaldehydu
Reakce polymerů II
C. Polymerační stupeň klesá (degradace)
Energie vnějšího působení je vyšší než energie vazby v
hlavním řetězci.
N = M+R
PM + PR
1. Statistické štěpení PN
Rozpad polymerního řetězce probíhá v náhodných místech
PN
PN-1 + M
2. Depolymerace
Postupně se odštěpují molekuly monomeru (M)
PA 6.6: NYLON (USA), ANID (Rusko)
Polyamidová vlákna I
Chemickou podstatou se blíži vlně (amidická vazba
v hlavním řetězci) .
A Produkt polykondenzace - diaminy + dikarbonové kyseliny
- H2O
H [-HN-(CH2)m-NH-OC-(CH2)n-CO-]NOH
H2N-(CH2)m-NH2 + HOOC-(CH2)n-COOH
PA 6.6 : n = 4 - kyselina adipová, m = 6 - hexametyléndiamin
NH2(CH2)6NH2
H COO(CH2)4COOH
(+ NH3(CH2)6NH3+)
(- COO(CH2)4COO -)
AH sůl
Nylonová sůl
PA 6: Perlon (BRD), Kapron (Rusko), Nylon 6 (USA),
Dederon (GDR), AMILAN (JPN),
Polyamidová vlákna II
B. Adiční polymerizace laktámů
Polykondenzace - aminokyselin: H2N - (CH2)n - COOH
n = 3: kyselina aminomáselná (PAD 4)
n = 5: kyselina - aminokapronová (PAD 6)
n = 6: kyselina - aminoenantová (PAD 7)
n = 10: kyselina - aminoundekanová (PAD 11)
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CO
CH2
CO
NH
NH
ε
- kaprolaktam
α
-pyrolidin
Rozdíl PA 6
a PA 6.6
„
„
Vlivem lichého počtu vazeb v PA 6
vzniká méně vodíkových můstků
Postavení amidových skupin:
HLAVA - HLAVA: CONH ... CONH.
Vlákno je méně pevné. Méně
vhodné uspořádání snižuje bod
tání PA 6 na 225oC
Vlivem sudého počtu vazeb v PA
6.6 je bod tání 256oC. Postavení
amidových skupin: HLAVA - PATA:
CONH ... NHCO. Vlákno je
pevnější.
PA 6
PA 6.6
PA 6
Vyráběl se pod názvem SILON v ČR. Objev v
r. 1938 Paul Schlack firma A.G.Farben
Průměrný polymerační stupeň pro PA 6
je 100 – 200 pro PA 6.6 je 50 – 100
Složení řetězců
Hustota kohezní energie CED = 774 J/cm3 . Koncové NH2 skupiny
0.054 gekv./kg. Koncové COOH skupiny 0.1 gekv./kg. (část - NH2
acetylována). Isoelektrický bod pH 5.4 (část COOH a část COO-)
NH-(CH2)5-CO
Oligomery
[CO-(CH2)5-NH]n
n = 0: monomer (90%). Rozpouští vlákna
n = 1, 2, 3: cyklické
Monomer rozpustný v
teplé vodě - způsobuje
degradaci vláken.
Oligomery vznikají stále
Je třeba časté praní.
Nejlépe při 60 – 80oC).
f(x)
4 % oligomeru
123
Mw
Stupeň krystalinity: 40 - 60%
Krystalinita
K
M
A
M
1/3 2/3
1/3
K
1) Snadná krystalizace: bez napětí vznikají "sférolity" při dloužení
"fibrily"
2) Délka krystalitů: 0.6 - 0.7 nm, tloušťka amorfní zóny 0.2 nm
M - mezomorfní , A – amorfní, K – krystalická
3) Polymorfní chování:
α -monoklinická (stálá, mnoho H-můstků).
β -orthorhombická (v částečně orientovaném, tepelně
nezpracovaném vlákně)
γ -pseudohexagonální (ochlazení taveniny),
β γ - méně vodíkových -můstků: občas vede na α -formu
γ tvoří prostorovou síť vodíkových můstků. Vzniká při rychlostní
zvlákňování > 1000 m/min
Krystalické formy
v reálném vlákně
A. Běžné podmínky - směs α a γ formy
B. Při temperaci 120oC - přechod na γ formu
C. Při dloužení roste krystalinita: a studena - γ , za tepla - α forma
Teplota zeskelnění: Tg (podle způsobu měření od 40 do 80oC).
Výsledky ovlivňuje především vlhkost.
Metoda stanovení z DSC
suché vlákno
relativní vlhkost vzduchu 100% - vlákno
Tg = 50oC
Tg = 29oC
Struktura
dloužených vláken
Krystalinita: 50%,
orientace krystalické fáze fc: > 90,
Orientace amorfní fáze fa: 0.6
Hlavní role interfibrilární vazné molekuly
(orientovaná amorfní fáze)
Vazne
Amorfni
retezce
Napjaté vazné řetězce
podíl: 0.09 - 0.145
Krystalicka
Výroba PA 6
Surovina FENOL (cyklohexanol, cyklohexanon,
cyklohexanonoxim a pak Beckmanův přesmyk na
N - OH
O
kaprolaktam)
OH
fenol
Kaprolaktam: bod tání 70oC
cyklohexanon
CH2 - CH2 - CH2
cyklohexanonoxim
NH
CH2 - CH2 - CO
Polymerace: směs kaprolaktamu s H2O a ohřev na 220 – 240oC v
inertní atmosféře.
Zvlákňování
1) tavení (270oC) - bez přístupu vzduchu
2) protlačování tryskami a odtahování 800 - 1000 m/min (chladicí
šachta)
3) dloužení
a) za studena (deformace 180 - 350%) vzniká krček
b) za tepla - kordy (deformace 300 - 600%) homogenní dloužení
Důsledek dloužení: růst orientace a krystalinity (o 20%)
4) stabilizace (voda 95oC) - částečná relaxace, praní oligomerů
4a)předfixace (190oC, vzduch)
5) aviváž (nános preparace) 3000 m/min POY - stabilní předorientace
5000 m/min FOY - zcela vydloužené
Formy PA 6
Hedvábí:
monofil 1 - 3.3 tex (punčochy)
multifil 1.7 - 840 tex (pleteniny, technické textilie)
kabílek 33 - 110 ktex (koberce)
Stříž: 0.17 - 4.4 tex (délka 25 - 150 mm, B, V, L, K, Ttyp)
Příčný řez: dle tvaru trysky, většinou kruhový
Dloužící poměr
Vlastnosti
„
Teplota tání: 220oC.
Sorpce vlhkosti ( při 65% RH): 3 - 4.5%
„
Pevnost
„
„
„
„
„
„
za sucha fs: 3.6 - 7.5 cN/dtex
za mokra fm: 80 - 90% fs
Tažnost:
za sucha: 23 - 55 %
Počáteční modul:
za sucha 340 cN/tex (nízký),
Hořlavost
LOI = 0.201
Měrný odpor: 1011 Ω m (elektrostatický náboj)
Externí
vlivy
Vliv teploty
„
90 – 100oC: pokles pevnosti
170oC : teplota měknutí, teplota žehlení:
„
170oC dlouhodobě na vzduchu - destrukce molekul
„
mírně žloutne při 1500C po 5 hod.
Vliv vlhkosti:
• retence vody 9 - 12% ze suché hmoty
• bobtnání podélné: 2.7%
• bobtnání příčné : 2.5%
„
Vliv světla: fotodegradace (stabilizátory)
Externí vlivy
II
„
„
Vlastnosti PA 6
jsou citlivé na
změny vlhkosti
Teplota zeskelnění
rychle klesá s
obsahem vlhkosti
ve vlákně
obsah vlhkosti [%]
Vliv chemikálií
„
„
„
„
Nejvíce rozpustný ve fenolech, kresolech (za
tepla) a 10 - 30% ních roztocích kovů alkalických
zemin CaCl2.
Rozpustný v koncentrovaných minerálních
kyselinách a HCOOH !
Odolnější vůči alkáliím a zředěným kyselinám
Typický zápach při spalovací zkoušce - vůně celeru,
ale méně intenzívní než u PA 6.6
Výhody/nevýhody
Technologické výhody:
Technologické nevýhody:
- dobré mechanické vlastnosti - nízký modul, nízká odolnost
(odolnost vůči opakovanému
v krutu
namáhání)
- malá odolnost vůči zvýšeným
- vysoká pružnost
teplotám
- nejvyšší odolnost v oděru
- malá odolnost vůči
- malá bobtnavost (snadné
slunečnímu záření (žloutne)
praní, rychle schne)
- vznik statického náboje
- nízká měrná hmotnost
- nízká navlhavost
- termoplasticita
Časté použití ve směsích:
10/90 PAD/vl, 25/75 VS/PAD, 25/75/25 VS/PAD/PAN
Alifatické
polyamidy I
„
„
O
NH
( CH2 )N
C
Obecně z aminokyselin nebo laktámů Čím menší N,
N – počet skupin CH2
tím vyšší teplota
zeskelnění Tg
Platí i pro teplotu tání
PA (N)
Tm
N
[oC]
Tg [oK]
3
340
4
265
7
225
8
185
9
194
100/N
10
177
Označení
N polyamid
Laktám
1
Polyisokyanát
2
Polyacetolaktám
3
Polypropiolaktám
4
Polybutyrolaktám
5
Polyvalerolaktám
6
Polykaprolaktám
7
Polyenantolaktám
8
Polykaprylolaktám
9
Polypelargolaktám
10
Polykaprinolaktám
11
Polyundekanelaktám
12
Polylaurolaktám
Sudé N
Liché N
Lichý počet CH2 Sudy počet CH2
Horší vlastnosti Optimální vlastnosti
Alifatické polyamidy II
Hustota amorfní fáze [g/cm3] tj. ρ [kg / m 3 ] / 1000
Hustota [g/cm3]
„
100/N
Amorfní polyamidy
Alifatické polyamidy III
Navlhavost [%] při relativní vlhkosti vzduchu RH
RH 20 %
RH 40 %
RH 100 %
2
9
14
52
3
6
10
41
4
4
7
33
6
3
5.5
24
7
2
3.7
16
8
1.3
2.3
10
11
0.9
1.6
5
12
0.8
1.5
4.5
13
-
-
3
N polyamid
PA 4
„
„
„
„
„
Vysoký bod tání 265oC, vysoká absorpce vody 9.1 % při 65 %
RH a 28 % při 99 % RH.
Výsledkem je vysoká rozměrová nestabilita. Krystalinita v α
modifikaci. Vlákna se tvoří z roztoku v kyselině mravenčí.
Výchozí materiál je 2 pyrrolidon
V suchém vlákně je Tg 80oC, měrná hmotnost amorfní fáze je
1176 kg/m3
Při tavení PA 4 dochází k rychlé degradaci. Výsledkem je
nestejnoměrné vlákno s nízkou pevností (polovina pevnosti PA
6). Zvlákňování z roztoku vede také ke zhoršení mechanických
vlastností. Prakticky zkoušeno jen v Rusku - TAJMIR
PA 7, 11, 12
„
„
„
„
PA 7. Vlákno typu ENANT (Rusko). Vlastnosti jsou blízké PA 6
a PA 6.6. Výroby monomeru je však komplikovaná. Teplota tání
195oC.
Kromě PA 6 se podařilo s ohledem na ekonomiku výroby
komerčně realizovat pouze PA 11 a PA 12.
PA 6 je výhodný z hlediska ceny, tepelných vlastností, tření a
trvanlivosti.
Na druhou stranu obsahují PA 11 a PA 12 pouze malé množství
monomeru, mají malou navlhavost a vyšší rozměrovou stabilitu.
Jejich teplota tání je podstatně nižší (kolem 178oC). Křehnou při
podstatně nižších teplotách ( -70oC) ve srovnání s PA 6 (-30oC).
Tyto vlastnosti jsou však vhodné spíše pro plasty. Zajímavé jsou
nízké měrné hmotnosti (pro amorfní PA 12 je to 990 kg/m3).
Teplota zeskelnění PA 12 je kolem 40oC. Vlákna z PA 11 se
vyrábí pod značkou RYLSAN ale bez většího uplatnění.
Vlastnosti vyšších PA
vlastnost
pevnost [cN/tex]
tažnost [%]
modul [cN/tex]
ohyb [počet cyklů]
oděr [počet cyklů]
rel.navlhavost [%]
PAD 7
54-63
26
378
4000
2200
3
PAD 9
55
24
430
40000
4000
2.5
PAD 11
50-63
27
450
56000
6000
1.2
POLYAMID 6.6
Původní patent Carothers firma DuPont v r. 1935. Rozšířen
zejména v USA pod názvem NYLON.
teplota tání[oC]
Navlhavost [%]
Hustota krystalické
fáze [kg/m3]
Hustota amorfní
fáze [kg/m3]
α
PA 6.6
PA6
256
3.8
220
4.5
1240
1170
1090
1084
-modifikace (trojklonná soustava) - mnoho vodíkových
můstků. Ohřev na 175oC - přechod na hexagonální uspořádání
Voda/ chloroform
Výroba PAD 6.6
„
Mísení metanolových roztoků
kyseliny adipové a
hexametyléndiaminu za varu. Vzniká
nylonová sůl (AH bílá sůl). AH sůl je
rozpustná v H2O, má teplotu tání TM
= 193oC a rychle kondenzuje
-
OOC-(CH2)4-COO-
+
H3N-(CH2)6-NH3+
Polykondenzace:
• 60% AH soli (90oC), ohřev v autoklávu na 260 - 280oC (pod
dusíkem). Řízení PPS pomocí CH3COOH - 0.5%. Odstraňování
vznikající H2O. Reakce trvá 4 - 16 hod. PPS = 80 - 100, vytlačení
do vody - drť
Zvlákňování:
Tavení při 270oC - odtah 600 - 1200 m/min (ofukování v chladicí šachtě
parou - málo vlhkosti). Krystalizuje rychleji než PAD 6 (o řád).
Dloužení stejné jako u PAD 6. Předfixace (190oC) - vzduch
Typický zápach při spalovací zkoušce. Jako celer
Vlastnosti PAD 6.6
Pevnost za sucha fs: 3.6 - 4.1
150oC (6 hod.) žloutne cN/dtex o málo více než u
klesá pevnost
PA 6.
• teplota žehlení: 180 200oC (PA 6: 160oC)
Tažnost za sucha 18 - 25%
• teplota měknutí: 235oC
Počáteční modul za mokra:
450 cN/tex
Pozor na značení žehliček z
Měrný odpor: 4 . 1010 Ω m
dovozu, ne pro SILON!
Chemická odolnost- poněkud vyšší než PA 6 (rozpustnost jen v
některých fenolech)
Identifikace : Taví se dříve než-li hoří, sám uhasíná, nerozpustný
v acetonu nebo vařících roztocích NaOH, rozpustný v koncentrované
kyselině mravenčí, rozpustný ve studené 4,2 N HC1
Modifikace
Fyzikální, chemická a
kombinovaná
a) fyzikální: příčný řez, jemnost,
dloužení
b) chemická: zesítění (HCHO),
větší tepelná odolnost
Kopolyamidy: PA 6 a PA 12,
teplota tání 110 - 120oC
(speciálně pro netkané textilie)
Roubování: akrylové sloučeniny
Vlákna se zvýšenou
navlhavostí
A. Chemická modifikace:
dodání silně hydrofilních -OH
skupin
1) zpracování v HCHO
2) kopolyamidy
3) roubování - kyselina akrylová
B. Směsi polymerů: silně
hygroskopický polymer (PEG).
C. Povrchová modifikace:
1) dispergace sloučenin, které
jsou vypratelné (mikrokrátery)
2) zpracování (doba pod 1s) ve
vodném roztoku H2SO4 a propírání v
C2H5OH
3) naleptání povrchu – studená
plazma nebo rozpouštědlo
Modifikace II
Vlákna antistatická: zvýšená
elektrická vodivost
1) bikomponentní C/S, M/F: Antron,
Ultron - tyčinky (- 0.5 µ m, délka
30 µ m) z PEG (molekulová
hmotnost 600)
2) epitropická vlákna - vodivá v
povrchové vrstvě substance
uhlík (Antron III.)
Cu2S (Rhodistat)
Polymerní směsi:
Typ S/S: silně obloučkovaná
(různě smrštěná). PAD
6.6/kopolyamid - Cantrece
(DuPont)
PAD 6/kopolyamid - Kanebo
Nylon 2L. PAD 6.6/PUR
elastomer
Typ MF: Matrix PA 6, 70%
Fibril - PES 30%. Kordy
(Enkatron, 1973)
Typ C/S:
nižší teplota tání
PA 6.6
Cambrelle (1969)
Vlákna se změněnou
barvitelností
Pro barvení PA je možno použít: kyselá barviva (NH2)
kationtová barviva (COOH)
Řízením množství NH2 a COOH (blokováním) se ovlivňuje
barvitelnost.
Standardně:
PA 6
(0.098 mol/kg, NH2 a CONH) - lépe se barví
PA 6.6
(0.04 mol/kg, NH2 a CONH)
N - non dyeable (cationic) (< 0.02 mol/kg NH2)
D - deep dyeable (jako PA 6)
U - ultra deep dyeable (0.09 mol/kg NH2)
POLYESTEROVÁ
VLÁKNA
Dacron
Terylen
První místo mezi
syntetickými vlákny (47.5%
produkce) .První patenty na
.
PES
podali Whinfeld a
Dickson v r. 1941.
diol: HO - (CH2)n - OH, dikyselina: HOOC - R - COOH
Klasická PES vlákna: polyetyléntereftalát
HOOC
kyselina tereftalová
COOH
HO-(CH2)2-OH
etylénglykol
Další polyestery
Jiný počet metylénových skupin: - (CH2)n –
„
„
n = 3 (polytrimetylénterftalát) PTT (Tg = 45- 65oC,
Tm = 228oC)
n = 4 (polybutyléntereftalát) PBT (Tg = 25- 40oC,
Tm = 221oC)
Polyetylén 2,6 naphtalát (PEN)
Rychlost krystalizace [min-1]
Poločas krystalizace [min]
Krystalizace
Stupeň podchlazení
Stupeň podchlazení
Porovnání
vlastností polyesterů
„
Polyestery
použité jako
matrice v
kompozitech
se skleněným
plnivem
(obsah 30%)
PTT
„
PTT syntetizovali Whinfield a Dickson v r. 1942 stejně jako
PET. Rozšíření bránila cena výroby propandiolu. Až výroba
z etylénoxidu umožnila rozvoj PTT včetně vláken
O
CH2
CH2
CO
PET sudý počet CH2
-trans
H2
katal.
HOCH2CH2CH2OH
PTT lichý počet CH2
-gauche
Elastické zotavení po 2 cyklech
Vlastnosti PTT
„
„
„
„
„
„
„
„
„
Deformace
10 %
20 %
PTT
89
81
PA 6
80
68
Nízká navlhavost (0,03%)
PBT
78
66
Odolnost vůči zašpinění
65
42
Vyšší měkkost (3x menší ohybová PET
tuhost ve srovnání s PET)
Nízký modul
Výborné zotavení
Díky nízkému Tg možno barvit za varu krystalické fáze
Odolnější vůči alkáliím v porovnání s PTT 2.59 GPa
PET
PET 107 GPa
Nižší žmolkovitost než PET (o jeden
stupeň)
Vysoká tažnost 60%
Fixace při 140oC (180-190 oC u PET)
Odolnější v oděru než PET
vlákna CORTERRA
Porovnání PTT
sigma
Pi .. Deformační práce v i - tém cyklu
Zi… Práce zotavení v i - tém cyklu
epsilon
Zpožděné zotavení
RR = 100*(Pi+1-Zi)/Pi
stav
parametr
PTT
PBT
PA 66
Schopnost zotavení
RR = 100*Pi+1/Pi
Počatek 1-2
RR [%]
50
50
50
Počatek 1-2
FR [%]
21,4
17,5
10
Rychlé zotavení
FR = 100*Zi/Pi
Počatek 1-2
DR [%]
28,6
32,5
23,3
Final 119-120
RR [%]
100
100
100
Final 119 - 120
FR [%]
87,3
57,7
62,5
Final 119 – 120
DR [%]
12,7
42,3
37,5
PTT má nejlepší
rychlé zotavení
jak v první fázi
cyklického
namáhání tak i
po 120 cyklech.
Použití do koberců:
•Elastické zotavení
•Nižší modul
•Nižší opotřebení
dvojlom
PTT použití
Rychlost zvlákňování
Dlouženo při 180oC
Dlouženo za studena
Alkalická hydrolýza při 89oCv 25 % NaOH
[m/min]
Napětí [MPa]
PEN
„
„
„
„
PEN má ve srovnání s PET vyšší teplotu
zeskelnění Tg (kolem 1230C), vyšší
teplotu krystalizace (1940C) a vyšší bod
tání (2740C)
Stupeň krystalinity je 50 %, měrná
hmotnost 1360 kg/m3
Pevnost je až 1.2 GPa, a počáteční
modul 23 GPa
Elastický modul krystalických oblastí
PEN ve směru osy řetězců je 145 GPa ,
což je o cca. 40% více než odpovídající
modul PET 108 GPa.
Deformace
Modul [GPa]
Teplota [oC]
Strukturní jednotky PET a
PEN
O
O
C
O
O
C
C
C
0.57 nm
0.8 nm
Molarní objem
PEN VPEN = 182.4 cm3/mol
hustota amorfní
PEN ρ aPEN = 1327 kg/m3
Hustota krystlická
PEN ρ cPEN = 1407 kg/m3
PET VPET = 144 cm3/mol.
PET
PET
ρ aPET = 1333 kg/m3.
ρ cPET = 1440 kg/m3.
Naftalénový kruh
„
„
„
Během deformace se naftalénové
kruhy uspořádají paralelně k
povrchu vláken.
Následný prokluz kruhů vede ke
vzniku krčkového efektu (snadná
deformace za mezí kluzu)
Naftalénové části mají větší
krípovou poddajnost.
Prokluz mezi vrstvami
Omezená rotace
PEN , PET dynamická
mechanická spektra
Konformace PEN
Konformace PET
α relaxace
β relaxace
Teplota [oC]
PEN
Pevnost [cN/dtex]
PET/PEN
vlákna
PET/PEN 95/5
Rychlost zvlákňování
Tm [oC]
Tažnost [%]
Již malé množství 2,6 naftalénových
jednotek způsobí:
„
Omezení krystalinity,
„
Růst Tg,
„
Zlepšení uspořádání řetězců,
„
Snížení lokální segmentální
pohyblivosti v amorfních oblastech
PET
Rychlost zvlákňování [m/min]
Obsah PEN
[m/min]
Modifikace
Docílení speciálních efektů:
Zlepšení positivního
Omezení negativního
Modifikační komponenty
SO3H
COOH
COOH
HOOC
HOOC
A kyselina izoftalová
HO-(CH2)n-OH
C Polyetylénglykol (PEG)
B
kyselina 5-sulfoizoftalová
HOOC-(CH2)4-COOH
D kyselina adipová
Rozmezí koncentrací modifikačních složek: A (8-12%),
B (1-2%), C (4-6%), D (9-15%)
Klasický polyester
a) přímá esterifikace kyseliny tereftalové a etylénglykolu
(vysoká čistota - 99.95%)
b) předesterifikace DMT (dimetyltereftalát)
snadné čištění
HO(CH2)2-OOC
COO-(CH2)2OH
Vedlejší produkt (5%) DEG (dietylénglykol)
HO(CH2)2 - O - (CH2)2OH
Katalyzovaná polykondenzace při 270 – 290oC za vakua.
Název častý polyetyléntereftalát - PET.
Vlastnosti I
Vlastnosti PET:
O
O
C
C
planární forma
- C - - C - možné komplanární uspořádání (van der Waalsovy
síly)
-CH2-CH2-CH2-O- nebo
Konformační změny
V roztoku ohebné řetězce. Krystalický stav - trans konformace
Krystalografická soustava:
trojklonná (trans), měrná hmotnost 1515 kg/m3
amorfní oblasti (gauche), měrná hmotnost 1335 kg/m3
Teplota zeskelnění Tg = 77 – 80oC
začátek krystalizace > 90oC, maximum 180 - 190oC
Nedloužená vlákna prakticky amorfní!
Vlastnosti II
Celková síla sekundárních vazeb je
1.37 kJ/mol
(na jádro je 1.02 kJ/mol), klesá s 6
tou mocninou vzdáleností dokonalé stérické uspořádání
Trans: délka elementární jednotky:
1.075 nm - optimální
Gauche: kratší
Pohyblivost řetězců zvětšuje DEG +
oligomery
Zvlákňování
Rychlostní zvlákňování
POY - 3500 - 4000 m/min
(stupeň krystalinity je 0.04)
FOY - 9000 m/min (stupeň
krystalinity 0.3)
Zvlákňování PET
Zvlákňuje se z taveniny (MW: 20 – 30 000), rychlost zvlákňování:
400 - 1500 m/min,. Vlákno předorientované (smrštivé) a prakticky
amorfní. Matování 0.05 - 2.5% TiO2.
Dloužení:
za tepla při 75 – 90oC (ve vodě), dloužící poměr 3 – 5. Při dloužení
probíhá krystalizace a orientace. Výsledkem je fibrilární struktura
PET lze dloužit také za studena - s krčkem, ale vznikají mikrotrhliny
Temperace (fixace)
U výrobce: (130 – 180oC, beznapěťové) - srážení a relaxace napětí
U spotřebitele: stabilizace struktury, rekrystalizace (180 - 210oC za
napětí).
Aviváž, řezání
Dloužení
„
Vliv teploty na dloužení
Struktura po dloužení za studena
Fixace
• Parciální tání
• Rekrystalizace
Tepelné
zpracování
Kvalita krystalické
fáze
Isometrická fixace – stejná délka (relaxace napětí – prokluz
řetězců)
Isotonická fixace – stejné napětí (srážení )
Isometrická fixace – TA
Fixace
Isotonická fixace – FA
změna vlastností
S [%]
TA
FA
Teplota fixace [oC]
M [mg barviva/g vlákna]
Vliv teploty fixace na srážlivost Vliv teploty fixace na barvitelnost
při 130oC M[mg barviva/g vlákna]
S [%]
FA
TA
Teplota fixace [oC]
Málo DEG (0.5 - 3%)
Oligomery
„
„
„
PET vlákno má až 4% cyklických
oligomerů - převážně trimer TM =
314 – 316oC
Trimer je částečně
rozpustný v horké vodě,
při 25oC je rozpustost
0,4 mg/l, při 120oC je rozpustost
0,4 g/l, při 130oC je rozpustost
0,54 g/l,
Po vysoko-tepelném barvení může trimer krystalizovat na
povrchu vlákna. Zvýšení drsnosti povrchu, oděr pracovních
částí strojů.
Zabránění: vypouštění horké lázně, redukční čištění
Nadmolekulární
struktura I
Stupeň krystalinity je 0.4,
orientační faktor krystalické fáze
fc > 0.95,
orientační faktor amorfní fáze
fa =0.6
Mikrofibrily -:průměr 10 - 15
nm, délka: 103 nm
Fibrily: průměr 30 - 45 nm.
Krystality ve fibrilách o 5o
skloněné vzhledem k ose
vlákna.
TTM ( napjaté vazné řetězce )
Nadmolekulární
struktura II
„
„
Hlavní role:
orientovaná
nekrystalická fáze
(TTM) – „taut tie
molecules“
Podíl TTM je 0.1 0.05 (odpovídá za
řadu mechanických
vlastností
Krystalit
TTM (4-7 nm)
5-10 nm
Amorfni
Vazne
TTM
Krystalicka
Vlivy
Vliv světla: fotodegradace v
Stříž: 1.3 - 1.7 - 3.3 - 4.4 – 20
UV záření ( kolem 300 nm)
dtex ČR., délky 32 - 57 - 80 –
Navlhavost: 0.3 - 0.4%
100 - 110 mm - TESIL
Vliv chemikálií:
Hedvábí:
- zředěné kyseliny - dobrá odolnost
50 dtex (f 18) - 200 dtex (f 48)
- koncentrovaná H2SO4 – rozklad
„ Nízký koeficient tření
- alkálie – hydrolýza
(Ţ = 0.174).
- Rozpustnost v nitrobenzenu
„ Dobrý elektrický
(za tepla), fenolech, DMF
izolant, silně náchylný tvorbě
Ca(OH)2 (hydroxid vápenatý) při 100oC
elektrostatického náboje
působí 12x rychleji než NaOH (pozor pří
úpravě směsí ln/PES).
Alkalické odbourávání
Kinetika odbourávání závisí na:
1. Typu alkálie
2. Koncentraci
3. Času
4. Teplotě
Kinetika procesu je známa:
nastavení podmínek pro
Původní
Po odbourání
předepsané množství
odbourané hmoty vlákna.
NaOH postupné odbourávání
(zjemňování)
alifatické aminy odbourávání NaOH kaustifikace Alifaticke aminy
odbourani po vrstvach amorfni oblasti
amorfní fáze (porozita)
Vlastnosti
Mechanické vlastnosti:
Závislé na přípravě vláken,
obecně velmi dobré.
Vysoký modul pružnosti: 1300
cN/tex (tuhý omak)
Pevnost: 3.8 - 7.2 cN/dtex
Tažnost: 50 - 70%
Elastické zotavení: 85 - 90%
PA je lepší v oděru a
Opakovaných deformacích.
PES má rychlé zotavení
Termické vlastnosti:
Teplota měknutí: 230oC
Nízká tepelná vodivost a
specifické teplo
Hořlavost LOI = 0.206
120 – 130oC - pevnost beze
změny
180oC - pevnost klesá na 50%
(za několik dní)
Teplota tání:
258oC
Pozor, teplo + vlhko částečná hydrolýza (tepelná
stabilita lepší než PA, PAN, ba)
Rozpustný v horkém nitrobenzenu, horkém fenolu. Rozpustný
v metakresolu, nerozpustné v acetonu a koncentrované kyselině mravenčí.
Výhody/nevýhody
Výhody:
- dobré mechanické
vlastnosti
- odolnost vůči oděru
- termoplasticita
- dobrá termická odolnost
(200oC)
- lépe odolávají slunci než
PAD
- rychlé schnutí a snadná
údržba
Nevýhody:
- vysoká žmolkovitost
- nízká navlhavost
- nabíjení
elektrostatickou elektřinou
- vysoká měrná hmotnost
Použití často ve směsích 60/40
PES/vl, 55/45 PES/vl, 67/33 PES/ba,
75/25 PES/VI. Je lépe volit <50%
PES - projeví se výrazně druhá
složka.
Identifikace Dobrá stálost vůči kyselině fluorovodíkové. Podrží si
vláknitou formu při ponoření na 1 min. do 90% kyseliny fosforečné.
Sráživá vlákna I
Příprava měkkých objemných vlákenných útvarů, vhodné pro použití ve směsi s
vlnou, bavlnou. Jsou k dispozici i samovolně roztažná (3%) ve vodě.(omezení
vrásnění švů). Sráživá vlákna- VELANA - S, TREVIRA 550. Dnes se používají
spíše sráživá PAN.
a) sráživá za varu ve vodě (S):
Vlákna s nízkou krystalinitou, vyrobená dloužením při nízkých teplotách. Jde o
tzv. amorfní srážení. Při zahřívání probíhají dva konkurenční děje:
- krystalizace, která brání dalšímu smršťování
- desorientace řetězců, která smršťování způsobuje
b) diferenčně (lineárně) sráživá (DS):
Principem srážení je krystalizace a rekrystalizace, kdy se napjaté polymerní
řetězce skládají do krystalitů. Zároveň při tom nastává částečná desorientace.
Výhodou je, že při tomto mechanizmu srážení nedochází k přílišným změnám
orientace. Jde o tzv. krystalizační srážení
Sráživá vlákna II
a) sráživá za varu ve vodě (S):
Fyzikální modifikace
Při rychlém ohřevu převažuje desorientace řetězců (vlákna se sráží v max. míře).
Při pomalém zahřívání může rychlost krystalizace převýšit rychlost desorientace
(vlákna se makroskopicky nesrážejí). Při nízké orientaci ve vlákně je možnost
desorientace malá, což vede k nízkosráživým vláknům. Sráživost v horké vodě je
30 - 50%, po vysrážení mají vlákna tažnost přes 150%.
Chemická modifikace
Používá se modifikace kyselinou izoftalovou nebo kyselinou sulfoizoftalovou.
Dochází ke zpomalení rychlosti krystalizace, a tím se umožňuje vyšší
desorientace, a tím roste sráživost. Tato vlákna se nemohou před objemováním
zpracovávat při teplotě vyšší než je teplota zeskelnění , neboť by došlo ke
krystalizaci a ztrátě sráživosti. Proto se často provádí současně barvení (60oC) i
objemování. Barví se pomocí přenašečů.
Srazeni [%]
Sráživá
vlákna III
S
30
DS
20
PES
10
100
b) diferenčně (lineárně) sráživá (DS):
Vyrábějí se z kopolyesterů s vysokým obsahem
modifikační komponenty (10 –14%) - kyseliny izoftalové.
Vlákna jsou vysoce orientovaná a fixovaná při vyšších
teplotách, a proto mají za nižších teplot nízkou sráživost.
Zahřátím na 160 –200oC se vysráží (až o 35%).
Zobjemnění se provádí až v konečné fázi zušlechťování
(fixační rám), tím se dosáhne zlepšení omaku a "vlněného„
charakteru povrchu - pro vlnařské tkaniny ve směsi s
jinými chemickými vlákny. TESIL 57, TREVIRA 550,
DIOLEN 33
150
Teplota [oC]
Vlákna se sníženým sklonem
ke žmolkování
Pevnost
Tah
Ohyb
Žmolky vznikají vlivem kombinace
tření a oděru na povrchu plošné textilie.
Nejvýraznější vliv na pevnost vlákna, a tím i na
dynamickou únavu v ohybu má molekulová
10 000
20 000
hmotnost polymeru. Pokles měrné pevnosti o 30%,
Molekulova hmotnost
který nastane vlivem snížení polymeračního stupně, způsobí pokles odolnosti v
ohybu o 91%. TREVIRA 350
Realizace pomocí snížení Mm (omezením je nezbytnost zajištění dostatečné
viskozity taveniny)
Zvýšení tavné viskozity:
- sloučeniny bóru, křemíku
CH2 OH
CH2 OH
- malé stabilní zesítění (pod 1%) PERT
C
- Kyselina sulfoisoftálová (resp. její sodná sůl)
CH2 OH
CH2 OH
Pentaerytritol (PERT)
Zlepšení barvitelnost
Disperzní barviva
Cíl - vlákna barvitelná za varu bez přenašeče (NCD).
„
Realizace:
- blokové PET/PES (400 - 3000)
- směsné modifikace (KI + KSI)
Kationtová barviva SO3H
Pro zajištění barvitelnosti kationtovými
barvivy je třeba 1 - 3% KSI
COOH
HOOC
AKRYLOVÁ
VLÁKNA
Zaujímají 3.místo co do spotřeby mezi syntetickými vlákny.
"Pravá„ polyakrylonitrilová vlákna (obsah > 85% PAN).
Modakrylová vlákna (obsah <85% PAN).
Specialita: nelze zvlákňovat z taveniny ( PAN se rozkládá).
Historie:
1931 - H. Rein, I.G.Farben - roztok PAN v thiokyanatanu
vápenatém (nevhodné pro vlákna)
1942 - H. Rein - roztok PAN v dimetylformamidu (DMF), resp. α pyrrolidonu (používané pro zvlákňování)
1944 - omezená výroba v Německu (PAN - Seide)
1942 - Houtz E.I.DuPont - (zvlákňování z roztoku v DMF)
1948-50 - Vlákna typu Orlon (USA)
Příprava PAN
Akrylonitril CH2 = CH - CN jedovatá kapalina, bod varu 78oC.
Polymerace:
- radikálová (iniciace - teplo, ozařování)převládá
- aniontová (iniciace bazickým katalyzátorem)
Vlastnosti ovlivněné zejména vysokou tuhostí řetězců vlivem -CN
a vodíkovými můstky mezi –CN. Šroubovicová struktura řetězců ,
výška šroubovice 0.6 nm.
- vysoká teplota zeskelnění Tg: 80 – 100oC
- malá rozpustnost
- měrná hmotnost: 1180 - 1220 kg/m3
- kohezní energie PAN: 44.5 kJ/mol - snadná fibrilace, PA 6: 80.8
kJ/mol, PET: 69.2 kJ/mol
Pyrolýza
Chování za vysokých teplot
při 160 - 170oC (cyklizace + hnědnutí nevratné)
teplota rozkladu: 315 – 320oC
při 400oC černá (úplné cykly) - orlonová čerň
při 1000oC uhlíkové vlákno
Zvlákňování
parametr
koncentrace PAN [%]
typ roztoku
rychlost [m/min]
dloužení
průřez
lesk
omak
barvitelnost
produkty
1. za mokra - koagulace ve srážecí lázni
2. za sucha - odpaření rozpouštědla
ve vzdušné šachtě.
3. kombinace - "DRY-JET-WET"
(nejdříve vzdušná šachta a pak
koagulace v lázni)
za mokra
10-30
všechny
100
simultánní
kruh
nižší
tužší
snazší
stříž hrubší
za sucha
20-40
těkavé
1000
oddělené
piškot
vyšší
měkčí
horší
stříž, hedvábí
jemnější
Nedloužená vlákna nemají znatelnou fibrilární strukturu ani
pórovitost. Dloužená vlákna již jsou fibrilární a vznikají mikropóry
Typy zvlákňování
zvlákňování za mokra
zvlákňování za sucha
- koagulační lázeň H2O +
- z roztoku v DMF při 80 - 150oC DMF (zpomalení), teplota 20 oC
- zvlákňovací šachta (vzduch
30
230oC)
Vzniká fibrilární pórovitá
- promývání vodou
struktura (objem pórů 0.9 10-5
o
- dloužení za tepla 140 C
m3 g-1)
dloužící poměr 6 - 10)
- současné dloužení (ve
- stabilizace na vzduchu při 140oC
vodě za varu na dloužící poměr 2
(pára 115oC)
- 3). Roste orientace a
- preparace, obloučkování
fibrilárního uspořádání
- sušení ve volném stavu při
konstantní délce. Kolaps
struktury (zánik většiny pórů)
Vývoj porózity
porozita
měrný povrch
[m2 g-1]
koagulace
75
dloužení H2O
0.9
sušení
0.7
Změna pórovitosti u
kopolymeru PAN s
metylakrylátem
objem pórů
[m3 g-1]
0.97 . 10-5
0.19 . 10-5
0.10 . 10-5
Struktura
Nadmolekulární
struktura:
„
Silně neregulární krystality
(ortorhombická soustava)
ze skládaných řetězců.
„
Modely:
a) dvoufázová (krystality a
amorfní fáze)
b) jednofázová
(parakrystalická struktura)
„
Druhy PAN vláken
Pravá (100%) PAN - tuhý omak, špatná barvitelnost. ORLON 41, ORLON 81.
Používá se zřídka (jen pro koberce)
Kopolymery - pro zlepšení barvitelnosti, omaku a dalších vlastností Používají se:
a) kyselé skupiny - SO3Na, - COOH (1 - 2%). Vyskytují se téměř u všech vláken
(možnost barvení kationtovými barvivy).
b) bázické skupiny - NH2. ACRILAN 16, ORLON 28, LEACRYL N (možnost
barvení aniontovými barvivy).
c) neionizovatelné skupiny - OH, - O -, - CO - rozvolňující strukturu (možnost
barvení disperzními barvivy).
d) skupiny bez interakce s barvivy (- CHCl -) pouze rozvolňují strukturu
e) amfoterní skupiny, např. NH2 - R - COOH. Možnost použití obou skupin
barviv (aniontových i kationtových)
Pro vysoce sráživá vlákna se používá 15% vinylacetátu. Srážení v horké vodě o
50%.Vlákna typu DRALON X 550, DOLAN 87
Vlastnosti I
Vlastnosti mechanické:
- pevnost za sucha:
fs = 1.3 - 3.2 cN/dtex
- pevnost za mokra:
fm = 90% fs
- tažnost za sucha:
20 - 30%
- malá odolnost v ohybu a
kroucení
.- modul: 300 - 500 cN/tex
- koeficient tření 0.27
Vlastnosti termické:
- Tg ve vodě 60oC
- teploty větší než 160oC žloutne, hnědne, černá
- špatné vedení tepla (teplý
omak)
- vysoká hořlavost, LOI
0.182, uvolňování jedovatých
zplodin!
- Měkne při 2350C, při
2530C dochází k 5%srážení, při
2600C 10% srážení
Při teplotách nad Tg (60oC) jsou PAN vlákna ve vodě velmi
snadno deformovatelné (modul 40x nižší).
Vlastnosti II
- sorpce H2O je 0.9 - 2%
- odolné vůči středně koncentrovaným kyselinám za
studena
- izoelektrický bod při pH 2 - 3
- zředěná alkálie za horka působí snížení pevnosti
- koncentrovaná alkálie působí úplnou degradaci
- 4% KMNO4 za varu působí rychlou degradaci
- LiBr, ZnCl2 a soli alkalických kovů rozpouštějí
vlákno
- běžná rozpouštědla nepůsobí (ani fenol za horka)
Vlastnosti elektrické:
- elektrický odpor 5 . 1010 Ω m (vedou lépe než
PES)
Výhody/nevýhody
nevýhody:
vyšší oděr
nízká navlhavost
sklon ke
žmolkování
elektrostatický
náboj
výhody:
- příjemný, vlně podobný
omak
- termoizolační vlastnosti
- malá měrná hmotnost
- nízká cena (o 30%
méně než PAD, PES)
Identifikace Hoří, přičemž
- dostatečná odolnost
zanechává tvrdou černou kuličku,
vůči světlu (UV
záření)
není poškozován ledovou kyselinou
octovou
Vysoce nasáklivá PAN
„
„
Porézní jádro (póry 1 - 2 µ m) a kompaktní
plášť (podélné trhliny), celkový počet dutin:
20%
Měrná hmotnost: 900 kg/m3 Schopnost
zadržet vodu: 30 - 40%. Navlhavost (pára):
blízká klasickým předivům.
DUNOVA (1971) BAYER
AQUALOY - KANEBO
LEAGOR - MONTEDIREN
Pozor, pro zachování pórovité struktury nutno sušit
při 80 až 100oC. Při barvení vyžadují vyšší
koncentraci barviv než neporézní vlákna pro
docílení stejné sytosti
Modakrylová vlákna
„
„
„
Mají výrazně sníženou hořlavost.
Typy :
DYNEL, VINYLON N (40% PAN,
60% PVC),
NEVEL (75% PAN, 25% PVC).
Snížená žmolkovitost: ZEFRAY
Kanekaron
VLÁKNA
POLYPROPYLENOVÁ
Koordinační stereospecifická polymerace propylénu
CH2 = CH - CH3 s využitím Ziegler – Nattových V r. 1954 popsal
Natta - přípravu
katalyzátorů Katalyzátor TiCl3, Al(C2 H5)3
isotaktického POP.
o
při 100 C a tlaku 3 MPa.
V r. 1960 započala
Výsledkem je vysoce krystalický izotaktický
průmyslová výroba
Meraklon IT
POP. Molekulová hmotnost granulátu
(Montecatini)
Mn = 100 000 - 600 000 a vlákna 50 000 až 250 000.
CH2
Cl Ti Cl
Cl Cl
CH3
CH2
Cl Ti Cl
Cl Cl
CH3
Výroba vlákna
Klasický postup
- zvlákňování z taveniny (citlivé na přítomnost O2)
- chlazení v dlouhé šachtě (nízká tepelná vodivost)
- Nedloužené vlákno má 70% krystalinity
- dloužení (s krčkem) = 3.5
Při vyšších rychlostech zvlákňování nad 1000 m min-1 vzniká POY.
Zkrácené zvlákňování
- nízká rychlost zvlákňování 30 - 150 m min-1 a krátká chladicí zóna. Speciální
dloužení (pevnost až 7 cN/dtex)
Štěpení folií
- extruze folie
- jednoosé dloužení
- řezání
Vysoká orientace a vysoká pevnost 4.5 až 6.5 cN/dtex. Pro obalový materiál.
Struktura vláken I
Vlivem objemné CH3 skupiny
vzniká prostorová spirála se
stoupáním 3 monomerní jednotky
(gauche). Mezimolekulové
síly jsou van der Waalsovy.
Teplota zeskelnění Tg = -10 až
0oC.
Izotaktický polymer: hustota 900
kg/m3, teplota tání Tm =
165oC
Ataktický polymer: hustota 800
kg/m3, teplota tání Tm = 80oC
Stereobloky I + A maximálně
4%.
Krystalizace
Velmi snadná,
polymorfismus (α , β , γ )
resp. spíše deformace
mřížky.
- nestabilní smektická
struktura (rychlé chlazení)
- stabilní monoklinická
mřížka vzniká při pomalém
chlazení resp. ohřevu
nestabilní struktury na více
než 80oC
Struktura
vláken II
dloužená vlákna
- mají vysokou orientaci
nedloužená vlákna
krystalických oblastí fc = 0.98 ale
- u nedloužených vláken je
lamelární struktura. Může nízkou orientaci oblastí amorfních
dojít k sekundární
fa = 0.2 - 0.4.
krystalizaci ( po 30 hod při
Mikrodutiny 20%
o
18 C až 30 %).
Vazné řetězce 3 %
- dloužením (od dloužícího
Krystalická fáze 70%
poměru 3.5) vzniká
Amorfní fáze 7 %
fibrilární struktura. Stupeň
krystalinity hotových
Zlepšení zotavovacích
vláken 70-80 %
vlastností pomocí fixace
- v závislosti na teplotě
(stabilizace)
dloužení vznikají ve
oC - ve volném stavu
při
130
vlákně mikrodutiny
(srážení až o 40%)
Vlastnosti
vláken
- vysoký
Vliv světla: - málo odolné
(nutnost fotostabilizace)
koeficient tření: 0.24
- pevnost 1.5 - 6 (vysoce pevná 10)
cN/dtex
- tažnost: 15 - 60%
- voskový omak
- sráživost (v horké vodě): 0 - 5%
- dobré elektroizolační vlastnosti
- vysoký elektrický odpor, malá
náchylnost ke tvorbě
elektrostatického náboje (nízká
polárnost)
- sorpce vody při 65% RH je
0 - 0.005%
- teplota žehlení: max. 130oC
- teplota měknutí:
149 – 154oC
- teplota tání: 165 – 170oC
- LOI = 18 před hořením se
sráží a taví
- nízká tepelná vodivost
0.1 - 0.3 W m-1 K-1
- vysoké specifické teplo
83 - 86 kJ mol-1 K-1]
Výhody/nevýhody
-
Výhody
odolnost vůči oděru
trvanlivost
nízká měrná
hmotnost
snadná
formovatelnost
nízká úroveň
elektrostatického
náboje
-
Nevýhody
nízké (pomalé) zotavení
nízká navlhavost
nízká tepelná odolnost
(tepelná sráživost)
nepříjemný omak (voskovitý)
malá tuhost
nízká barvitelnost. Možno
barvit ve hmotě
modifikovat vlákna (soli Ni)
Odolnost vůči chemikáliím: - výborná, porušují je
jen koncentrovaná HNO3 a horké koncentrované alkálie
POLYVINYLCHLORID
(PVC)
.
První syntetické
- pevnost 1 až 4 cN/dtex
vlákno. - CH2- CHCl-. - tažnost 20 až 60 % (po fixaci ve
volném stavu až 180 %)
Nechlorované vlákno
- vysoké smrštění za tepla (při 100oC
obsahuje cca 53 %
až 50 %)
chlóru. Je rozpustné
oC
teplota
tání
160
až
185
ve směsi CS2 a
- LOI 40 až 50 tedy nehořlavé vlákno
acetonu.
- chemická stálost
Chlorované vlákno
obsahuje 61 až 70 % - sklon ke tvorbě statického náboje
(nabíjí se kladným nábojemchlóru. Je rozpustné
antirheumatické prádlo)
v acetonu.
Označení: PVC - RHOVYL, Chlorované
PVC - CHLORIN, Kopolymery CLEVYL, VYNION
horká voda při 100oC horký olej při 200oC
PVA
Příprava hydrolýzou polyvinylacetátu (1924).Nevýhoda je
rozpustnost ve vodě za tepla (vlákna Synthofil). Sakurada (1939) docílení nerozpustnosti ve vodě Acetylace, tj. působení HCHO a
H2SO4 při 70oC. Stále vysoká afinita k vodě. Až 70 %
sekundárních vazeb tvoří vodíkové můstky. Snadno krystalizující
polymer. Tg je 73-80oC a teplota tání 230 až 250oC
Polymer - CH2 - CHOH - je rozpustný:
- za varu ve vodě
polyvinylalkohol
- v dimetylformamidu
- ve vodných roztocích rhodaminů
Zvlákňování z roztoku do koagulační lázně (Na2SO4),dloužící poměr
1.5 - 3. Acetylace a tepelné zpracování při 130-200oC. Krystalinita
30 - 50 %.
PVA vlákna
Vlastnosti
- pevnost 3 cN/dtex, za mokra o 30%
nižší.
- tažnost 15 až 26 %
- vysoký modul pružnosti
- sorpce vody při 65% RH je 4 - 5 %
- měrná hmotnost 1260 - 1300 kg m-3
- vysoká odolnost v oděru
- dobrá odolnost vůči světelnému záření
- LOI 19.7 tedy snadno hořlavé vlákno
- chemická stálost
Pomocí techniky gelového
zvlákňování lze připravit
vysoce orientovaná a
pevná PVA vlákna
(pevnost srovnatelná
s vlákny Kevlar 49.).
vhodná pro technické
aplikace. Vlákna jsou
celkem odolná vůči
působení vyšších teplot
(pouze se objevují lokální
poruchy na povrchu