Materiály

Aramidová vlákna jsou vlákna a polyamidů s dlouhým uhlovodíkovým řetězcem, z jehož peptidických vazeb nejméně 85% musí být spojeno se dvěma aromatickými jádry.

Dělení aramidových vláken:

Meta-aramidy (metafenylen-izoftalamidy, zkráceně také MPIA), vynikající svou termickou odolností a elektroizolačními schopnostmi. (např. Nomex®).
Para-aramidy (p-fenylen-tereftalamidy, zkráceně PPTA) s podstatně vyšší pevností v tahu a vyšším modulem pružnosti. (např. Kevlar®, Twaron®).

Aramidové vlákna a mohou zpracovávat se všemi běžnými reaktivními pryskyřicemi i termoplasty.

Mezi hlavní přednosti patří vysoká pevnost v tahu při nízké specifické hmotnosti. Aramidová, resp. para-aramidová vlákna (vyšší pevnost v tahu a vyšší modul pružnosti) jsou známá především pod obchodním názvem KEVLAR®, TWARON®.

Vybrané typy Kevlarových vláken a jejich využití

Kevlar 29 – je nejvíce používané vlákno a ochranné oděvy, neprůstřelné vesty, lana, kompozity, jako náhrada azbestu.

Kevlar 49 – má větší modul než skleněné vlákno. Hlavní aplikace kevlaru 49 nalezneme v leteckém průmyslu.

Kevlar 129 – má oproti Kevlaru 29 o 15 až 20 % větší pevnost a o 30 až 35 % větší modul. Tento typ kevlaru je vhodný zejména pro balistické aplikace (neprůstřelné vesty).

Aramidová vlakna se používají buďto samostatně nebo v kombinaci s anorganickými vlákny:

Aramid + karbon (konstrukční prvky v automobilovém průmyslu)
Aramid + sklo (kapoty)
Aramid + basalt (slouží jako úplná náhrada hybridních struktur za sklo)

Aramidové tkaniny mají výbornou odolnost proti abrazi za vůči chemikáliím. Absorpce rázové energie (způsobené např. střelou) je 4× vyšší než u běžných polyamidů.

Aplikace

Hybridní tkaniny

Basaltová vlákna se řadí mezi výborné tepelné izolátory. Jsou nehořlavá, silně tlumí pronikající oheň a plameny. Lze je dlouhodobě používat při teplotách do 700 °C.

Basaltová vlákna mají trojnásobně lepší tepelně izolační vlastnosti než vlákna vyrobená z azbestu. Oproti skleněným vláknům mají basaltová vlákna širší rozpětí operační teploty.

K přednostem basaltových vláken patří dobrá dostupnost a nenákladnost surovin. Díky nízké ceně má basalt široké použití v řadě technických aplikací.

Basalt jako materiál má přednosti zejména v odolnosti proti:

vodě
většině alkálií
organickým a anorganickým kyselinám
organickým rozpouštědlům
UV záření
většině chemikálií a jiným agresivním látkám

Uplatnění v průmyslu

Standardně a basalt používá pro výrobu litých výrobků z taveniny (dlaždice, trubky) se zvýšenou odolností v oděru a dobrou tepelnou resp. chemickou odolností. Ve formě krátkých vláken se používá především pro izolační účely (basaltová vlna – „rockwool“). Basaltové multifilamentové hedvábí (roving) se začalo ve větší míře používat až po zvládnutí technologie kontinuálního zvlákňování.

Basaltová vlákna a basaltové textilie z nich zhotovené jsou vhodnou alternativou pro oblasti, kde se běžně dosud používala skleněná nebo azbestová vlákna. Při své výrobě či likvidaci představují nízkou zátěž pro životní prostředí.

Basalt vs. sklo

Skleněná vlákna (všeobecně za všechny typy) odolávají ohni a řadě chemikálií. Přítomnost vlhkosti ve vláknech však silně snižuje jejich pevnost (basalt nenasákává vlhkost). Jejich další nevýhodou je nízká odolnost vůči statickému dlouhodobému namáhání (statická únava). Bod měknutí se pohybuje kolem 700 °C a maximální teplota pro dlouhodobé použití je pouze 450 °C.

V praxi tak basalt plně nahradí skleněná vlákna např. při výrobě tkaniny v perlinkové vazbě pro stavebnictví. Jako výztužná hmota plně poslouží v kompozitech pro různé technické výrobky.

Aplikace

Hybridní tkaniny

Karbonová vlákna jsou technická vlákna o průměru mezi 5 a 10 μm tvořená převážně atomy uhlíku, které jsou spojeny dohromady v mikroskopické krystaly, jenž formují samotné vlákno.

Způsob výroby karbonových vláken se liší v závislosti na použitém prekurzoru. Lze se tedy setkat s rozdílnými výrobními postupy u vláken na bázi PAN, smoly a mezofáze, viskózy a vláken charakteru whiskerů, připravovaných katalytickým rozkladem plynných uhlovodíků.

Výrobou je možné získat celou řadu vláken od vysoce pevných se středním modulem pružnosti, vysokým modulem pružnosti až extrémně vysokým modulem pružnosti.

Karbonová vlákna jsou považována za nejlepší výztuž pro kompozity, kde je požadována nízká hmotnost a vysoká odolnost vůči dynamickému namáhání.

Mezi další jejich vlastnosti patří také vysoká korozní odolnost, dobrá elektrická a tepelná vodivost.

Pro získání lepší rázové vlastnosti se karbon často kombinuje s aramidem.

Typy karbonových vláken

V současné době rozlišujeme:

karbonová vlákna nižších parametrů

pevnost v tahu < 1000 MPa, modul pružnosti v tahu < 100 GPa
Používají se jako tepelná izolace, elektromagnetické stínění, odstraňování elektrostatických nábojů v povrchových vrstvách kompozitních struktur.

karbonová vlákna s vysokými mechanickými parametry (high performance carbon fibers)

pevnost v tahu 3,5 - 7 GPa, modul pružnosti 230 - 930 GPa
Podle konkrétních mechanických vlastností je tato skupina dále členěna:

vysocepevná vlákna (high tensile or high tenacity – HT fibers), (standardní)
vysokomodulová vlákna (high modulus – HM fibres)
středně modulová vlákna (intermediate modulus – IM fibers)
vlákna se supervysokým modulem (ultrahigh modulus – UHM fibers)

Aplikace

Hybridní tkaniny

Pod tímto souhrnným názvem si lze představit prakticky jakýkoliv „drát“. Základním principem je to, aby použitím vhodného vodiče bylo dosaženo požadované vlastnosti (vyhřívání v ploše či v určitém tvaru, odstínění určitých vlnových délek elektromagnetického spektra, odvod statického náboje…).

Mezi hlavní zástupce pro vodivé materiály je měděný drátek nebo měděné lanko. Měď jako druhý nejlepší vodič dosahuje vynikajících výsledků při minimálních ztrátách. Dalšími zástupci mohou být nerezový vodič (jako drát nebo spředená nerezová vlákna – Bekinox®), karbonový roving apod.

Pro správnou volbu vodivého materiálu je zapotřebí znát jeho konečnou aplikaci. Neexistuje vodivý materiál a jeho zatkání v ploše, aby splnil naprostou univerzálnost v použití. Jeden druh materiálu může být vhodné integrovat do tkaniny jako vytápěcí element, jiný zas jako stínění pro elektromagnetické vlny (větší nebo menší oka, materiál a síla vodiče). Aplikovatelnost může být v základních směrech (osnova a útek) nebo v různých „diagonální“ (pomocí Open Reed Weaving). V neposlední řadě dalšími parametry jsou průměr vodiče, tvar, ve kterém je zatkán apod.

Přidáváním vodivých drah do tkaniny může být i za účelem navýšení tuhosti, pevnosti nebo i rozměrové stálosti tkaniny.

Aplikace

Jedná se o přírodní materiál získávaný ze semen bavlníku. Jeho rozšíření a popularita z hlediska svých vlastností je bezesporná především pro oděvní účely.

Bavlna, jako čistě přírodní materiál z dnešního hlediska může hrát velkou roli při hledání materiálů pro technické a smart textilie jako lehce recyklovatelný nebo spíše eco friendly materiál. Bavlněná příze může sehrát svoji roli i v kompozitních prvcích. Může sloužit i jako fixátor prostorových struktur, kde hladké materiály po sobě můžou lehce klouzat. V případě smart textilií se jedná o materiál, který bude nosičem chytré elektroniky (výhřev, senzor apod.).

Aplikace

Hybridní tkaniny

Polyesterová vlákna (PES) jsou syntetické výrobky ze skupiny, ke které patří textilní vlákna z polyetylentereftalátu (PET), z polybutyletereftalátu (PBT) a z polytrimatylentereftalátu (PTT).

Označením polyesterová vlákna jsou zpravidla míněny výrobky z PET, ze kterých velká většina vláken pochází.

K nejdůležitějším kladným vlastnostem polyesterových vláken patří:

Vysoká odolnost na světle, vůči povětrnosti a mikroorganizmům.

Polyester je na srovnání s Polyamidem relativně tuhé vlákno. Používá se ve směsích s bavlnou, vlnou, viskózovou střiží do mykaných a česaných přízí. Zvyšuje tuhost výrobku, a snižuje jeho mačkavost. Mnohé vlastnosti se dají také snadno zlepšit chemickými nebo mechanickými procesy. A to na příklad: zvýšenou orientací molekul se dá zvýšit pevnost (pneumatikové kordy, dopravní pásy, šicí nitě).