uapesti Műszaki és Gazaságtuományi Egyetem Polimertechnika Tanszék Textilmechanikai technológia SZÁLAK ÁLTALÁNOS TULAJDONSÁGAI 2/17/2016
Szálak alkalmazásának, előállításának története Természetes szálak: i.e. 7000: a juh már háziállat volt Ázsiában i.e. 4000: fejlett lentermesztés Egyiptomban i.e. 2000: gyapot termesztés és felolgozás Iniában Mesterséges szálak: 1860-99: cellulóz-nitrát szál, viszkózszál, acetátszál, üvegszál 1900-29: PVC 1930-39: akril polimerek, PA nylon, PU, PET, erősítő üvegszál 1940-49: PE, PTE teflon, szilikon polimerek, SR, AS; 1950-59: ipp, PAC, PC, PAN, POM, LDPE, HDPE; polifenilénoxi; 1960-69: aromás poliami arami, Kevlar, PAN-alapú szénszálak; 1970-79: polifenilénszulfi, poliéterszulfon, PEEK, PAI, PT, folyaékkristályos önerősítő polimer LCP vagy SR; 1980-89: PEI, poliariléter, aromás poliéterkarbonát, HPPE, 1990-99: szuperszilár PO, hő- és lángálló R, intelligens, természetes szálakat imitáló szálak 2000- a fenti fejlesztési tenenciák 2
Szálak csoportosítása ereet szerint TERMÉSZETES SZÁLAK a természetben szálformában megtalálhatóak: Növényi ereetű: Háncsrostok: len, kener, juta Magszálak: pamut Állati ereetű: Mirigyválaékok: hernyóselyem, pókselyem Szőrök: gyapjú, stb. Ásványi ereetű: Azbeszt MESTERSÉGES SZÁLAK vegyi szálak; a szálforma mesterségesen van létrehozva: Természetes polimer alapú a természetben megtalálható polimerekből: Cellulóz alapú: viszkóz kor ehérje alapú Kaucsuk alapú Mesterséges polimer alapú a polimer is mesterségesen van létrehozva: HPPE, poliészter, poliami, aramiok Kevlár, stb. Szervetlen: üvegszál, szénszál, kerámiaszál, bazaltszál, fémszálak 2/17/2016 3
A szálas erősítő szerkezetek csoportosítása 2016.02.17. 4
Mesterséges szálak gyártása Nem alkalmazható az ömleékes szálképzés, ha Az anyag bomlás nélkül nem olvasztható meg pl. cellulóz, fehérje, arami, PAN A kívánt száltulajonság pl. kis szálátmérő, nagy szilárság szempontjából az olatos eljárás előnyösebb pl. PVC,PU Az ömleék viszkozitása túl nagy, hőmérséklet emelésre már bomlana, a szükséges kis viszkozitás olatos eljárással érhető el pl. PVC Kívánatos, e túl nagy móltömeg esetén az anyag az erős másolagos kötések miatt nem jól ömleszthető meg, ill. lehűtve a kívánt renezettségű finomszerkezet nem tu kialakulni pl. UHMWPE, HPPE=HOPE 2016.02.17. 5
Népesség és a szálfelhasználás 6
A világ száltermelése 7
Szálak alapjellemzői és típusai Lineáris sűrűség: q=ml /l, 1 tex=1 g/km =1 mg/m Karcsúsági inex: =l/ Textilszál efiníciója: 1D, =1000 5000, textiltechnológiákkal felolgozható Szálak szilársági jellemzői: fajlagos szilárság Q [N/tex], szakítóhossz R [km] Textilszálak típusai: Mesterséges szálak típusai: ilament: mono- és multifilament Műszál = vágott-, vagy röviszál Roving 2/17/2016 8
Szálak és lineáris textíliák lineáris sűrűsége 2/17/2016 9
Szálforma geometriai jellemzői 1. Szálak keresztmetszete Konvex alakúak Konkáv alakúak Üregesek Szálak sűrűségjellemzői Térfogati és lineáris sűrűség Szálhossz jellemzői Szálhossz statisztikai jellemzői átlag, szórás, szakálliagram, szakállhossz, rövi- és hosszúszál tartalom Szálalak típusok Egyenes, hullámos, hurkos, göngyölőött hullámos szálalakok, hullámosság Szálfelületi jellemzők Sima, éres, barázált, hornyolt, göröcskés, tagolt felület 2/17/2016 10
Szálforma geometriai jellemzői 2. Szálak keresztmetszete a Pamut b Lenrost c Viszkóz Gyapjú e Acetát f Poliami g Hernyóselyem h nyúlszőr Mesterséges szálak: Homogén anyagú szálak: Konvex, konkáv, üreges Társított szálak: bilaterális a, mag/köpeny b, szál/mátrix c 2/17/2016 11
Szálforma geometriai jellemzői 3. Szálak sűrűségjellemzői: Szálfinomság Lin.sűrűség Átmérő Szálfajta Ultra urva: > 10 tex > 100 m Durva: 5 10 tex 22 100 m Normál, középfinom 2 5 tex 15 22 m inom: 1 2 tex 10 15 m Mikroszálak: 0,1 1 tex 3 10 m Ultra finom: < 0,1 tex 0,5 3 m Nanoszálak < 0,01 tex < 500 nm Selyem Gyapjú Len Kener Pamut Rami Kazein Acetát Viszkóz Rézoxi Sűrűség [g/cm³] 1,25 1,30 1,49 1,50 1,55 1,55 1,30 1,31 1,52 1,52 2/17/2016 12
Mechanikai tulajonságok 1. Szálak szakítószilársága Szál preparálása szakítóvizsgálathoz a. Papírkeret b. Szál l o L Ragasztó O o 1-len, 2-rami, 3-finomszálú pamut, 4-középszálú pamut, 5-selyem, 6-gyapjú 1-üveg, 2-ezacetilezett acetát, 3-nagyszil. viszkóz, 4-PA6.6, 5-rézoxi, 6-viszkóz, 7-PVDC kopolimer Saran, 8-acetát, 9-zein, 10-kazein 2/17/2016 13
Mechanikai tulajonságok 2. Textilszálak számított szakítószilársági jellemzői Lineáris sűrűségre vetített fajlagos erő Q=/q=σ/ρ Q q Nm mg ajlagos szakítóerő Q s Q S q S Húzófeszültség Húzó- és szakítószilárság S Kezeti húzómerevség K Kezeti rugalmassági moulus E Egytengelyű húzásra a Hooke törvény alakja kis nyúlásoknál Szakítóhossz R= s /q g=σ s /ρ g=q s /g A K=AE [N] = E N m 2 S A E K A N m 2 10 3 QS R [ ] 9,81 km S A 2/17/2016 14
Műszaki szálak szakítóhossza Gyenge PE fólia Szuperszilár HPPE: R=400 km Zylon PO szál: R=450 km, E=270 GPa, =5,8 GPa T b =650 o C, LOI=68 Acél R=25-35 km; E=210 GPa, =1,9 GPa, T o =1425 o C 2/17/2016 15
Szálparaoxonok Mechanikai tulajonságok 3. 1 Szilártest paraoxona: Az anyagok szakítószilársága szálformában nagyobb, mint a szokásos, terjeelmesebb, tömbalakban, e kisebb az elméletileg elérhetőnél:, tömb, szál, elméleti Anyag Alumínium Al Vas, acél e Polietilén HDPE Polietilén HPPE Poliami PA Arami Kevlar Szén Grafit Üveg Kerámia Al 2 O 3 Szakítószilárság, [MPa] Tömbforma Szálforma Elméleti max. 600 1400 30 30 80-100 100 100 200 800 4100 1000 2000-3500 850 3000 3000 20000 4000 1600 3800 11200 25000 25000 25000 25000 35000 35000 11000 26000 2/17/2016 16
2/17/2016 17 Mechanikai tulajonságok 4. Szálparaoxonok 2 Szálforma paraoxona: Miközben az szakítóerő nő, a szálak szakítószilársága csökken a szálátmérő növekeésével, azaz ha 1 < 2 szálátmérők, akkor: 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 a. b. _ 0 0
Mechanikai tulajonságok 5. Szálparaoxonok a. _ 3 Szálhossz paraoxona: A szálak szakítóereje =áll esetén csökken az l o terhelt, azaz szaba befogási 0 hossz növekeésével, vagyis: ha l o1 <l o2 befogási hosszak, úgy: b. 0 _ lo1 lo2 0 0 l o 2/17/2016 18