Sekaná vlákna

Sekaná skleněná vlákna (délka 5 mm)

Sekaná vlákna (angl.: chopped fibres, něm.: gehackte Fasern) jsou velmi krátké ústřižky textilních filamentů používané jako výztuž ke zpevnění vláknových kompozitů.[1]

Z historie sekaných vláken

Sekaná vlákna pro zpevnění kompozitů se začala vyrábět ve 40. letech 20. století, původně ze skla, v 50. a 60. letech byla vyvinuta (pro speciální účely) sekaná vlákna z uhlíku, z aramidů aj. I ve 3. dekádě 21. století se však skleněná vlákna podílejí asi 90 % na celkové výrobě textilií pro zpevňování kompozitů. Vedle krátkých vláken se pro kompozity používají také příze a plošné textilie, které mají případně vyšší pevnost. Výhoda použití jednotlivých krátkých („diskontinuálních“) vláken je ve vyšší přilnavosti výztužového elementu k matrici a vyšší pružnost, kterou se zabrání trhlinám v kompozitu.[2]

Objem celosvětového obchodu se skleněnými textilními vlákny ke zpevňování kompozitů se v roce 2018 odhadoval na 12 miliard USD, podíl sekaných vláken na této částce není známý.[3] Podrobná každoroční analýza trhu se sekanými vlákny se dá zakoupit za cca 4000 USD.[4]

Druhy sekaných vláken

Sekaná uhlíková vlákna (délka 8 mm)

Podle délky se vlákna často dělí na 3 skupiny:

  • mletá = 0,03 – 3,0 mm
  • krátká sekaná = do 6 mm
  • dlouhá sekaná = do 50 mm[5]

Například určitý druh uhlíkových vláken s tloušťkou 7 µm se vyrábí

jako mletá s délkou 0,08-0,15 mm (bez povrchové úpravy)

jako sekaná s délkou 6 mm šlichtovaná[6]

Způsob výroby

Vlákna se přivádějí ke zpracování zpravidla ve formě svazků kontinuálních filamentů (rovingů).

  • Mletí se provádí např. na zařízení se 4 noži upevněnými na vřetenu s maximálním obrátkami 15 000/min. Nože se otáčejí v kruhu s průměrem 40 mm s povrchovou rychlostí 100-468 mm/min, materiál se přivádí rychlostí do 100 m/min.[7]
  • Moderní stroje na sekání textilních vláken pracují v principu se třemi válci: přítlačným, napínacím a nožovým. Přítlačný válec přivádí filamenty k napínacímu válci se zářezy, do kterých se zarývají sekací nože.[8] [9] Stroj může mít různé rozměry a výkon, např. nožový válec o průměru 75 mm se 6 noži se 100 otáčkami za minutu. Výkon může s předlohou 5 rovingů vedle sebe dosáhnout až 600 g/min sekaného vlákna se standardní délkou 12 mm.[10]
Asijští výrobci nabízejí laciné sekací stroje, které pracují na principu gilotiny. Z odborných publikací nejsou známé žádné posudky jejich výkonu a jakosti.[11]
Na sekacím stroji se vlákenný materiál před sekáním většinou napouští šlichtou a suší. Ke kvalifikovanému použití stroje patří zejména volba vhodných sekacích nožů (z ušlechtilé oceli nebo karbonu) a jejich přesné seřízení.[12] [13]

Použití

Sekaná vlákna se přidávají jako výztuž

  • do prepregů (polotovarů k výrobě kompozitů), nejčastěji ve formě rohože tvořené z vláken sekaných zařízením, které je součástí výrobního agregátu. Kompozity z těchto prepregů se používají na stavební části v automobilovém a leteckém průmyslu a k výrobě sportovních potřeb.[14]
  • do vláknového betonu se přisypávají (nejčastěji skleněná a uhlíková) vlákna s pomocí jednoduchých nástrojů [15] [16]
V roce 2012 přišel na trh stroj na sekání skleněných vláken, který se dá instalovat na pojízdný mísič betonu. Zařízení váží 50 kg, z předkládaných 20 kg rovingu se dá sekat a rovnoměrně přisypávat do betonu až 1 kg vláken (6-12 mm) za minutu. [17]
  • do biaxiální pleteniny se na osnovním stávku přivádí rohož ze sekaných vláken (50-100 mm). Zařízení pracuje na stejném principu jako při výrobě prepregů.[18]

Reference

  1. History of Composites [online]. nptel, 2021 [cit. 2021-07-16]. Dostupné online. (anglicky) 
  2. Composites Overview [online]. The Dibner Intitute for the History of Science an Technology, 2001 [cit. 2021-07-16]. Dostupné online. 
  3. Global Glass Fiber Reinforcements Market Overview 2018 [online]. Research and Markets, 2018-02-26 [cit. 2021-07-16]. Dostupné online. (anglicky) 
  4. Chopped Fiber Market Size 2021 [online]. WRDE, 2021-04-20 [cit. 2021-07-16]. Dostupné online. (anglicky) 
  5. L.C.Hollaway/L.Hollaway: Polymers and Polymer Composites in Construction,Thomas Telford 1990, ISBN 9780727715210, str. 8
  6. Wypych: Handbook of Fillers 4th Edittion, Elsevier 2016, ISBN 9781895198911, str. 264
  7. Milling of Carbon Fiber-Reinforced Plastics [online]. Power-Sprays, 2015 [cit. 2021-07-16]. Dostupné online. (anglicky) 
  8. Manufacturing and Characterisation of Ultra-Stiff Composite Material [online]. CHALMERS UNIVERSITY OF TECHNOLOGY, 2019 [cit. 2021-07-16]. Dostupné online. (anglicky) 
  9. Fiber chopping machines, Chopcot Technology [online]. YouTube, 2015-09-26 [cit. 2021-08-16]. Dostupné online. (anglicky) 
  10. Multi Roving Glass Fibre Chopper [online]. Power-Sprays, 2012 [cit. 2021-07-16]. Dostupné online. (anglicky) 
  11. Carbon fiber strand chop machine [online]. Yangzhou Nuodi Machinery, 2019-06-21 [cit. 2021-08-16]. Dostupné online. (anglicky) 
  12. Manufacture of high-quality chopped carbon fibers [online]. SAGE journals, 2017-06-29 [cit. 2021-08-16]. Dostupné online. (anglicky}) 
  13. Fiber Chopping Blaes [online]. caenceinc, 2016 [cit. 2021-07-16]. Dostupné online. (anglicky) 
  14. Vliv orientace a skladby materiálů skleněného vlákna [online]. Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně, 2017 [cit. 2021-08-16]. Dostupné online. 
  15. Carbon fiber strand chop machine [online]. Yangzhou Nuodi Machinery, 2019-06-21 [cit. 2021-08-16]. Dostupné online. (anglicky) 
  16. Fibre Reinforced Cement Composites [online]. IntechOpen, 2017-10-15 [cit. 2021-07-16]. Dostupné online. (anglicky) 
  17. DC Electric Glass Fibre Chopper [online]. Power-Sprays, 2012 [cit. 2021-07-16]. Dostupné online. (anglicky) 
  18. Kettenwirkmaschine mit Magazin-Schußeintrag und Glasfaser-Schnitzel-System [online]. Liba, 2021 [cit. 2021-07-16]. Dostupné online. (německy) 

Související články

Média použitá na této stránce

Chopped strands of glass.jpg
Chopped strands of glass (length 5 mm) used to reinforce thermoplastic or thermoset resins and composite materials.
Kohlenstoff fasern 8mm laenge 2000dpi.jpg
Autor: Achim Hering, Licence: CC BY 3.0
Carbon fibres, 8mm length, chopped, scanned in at 2000dpi