Vlákno M5 (PIPD)

M5 je obchodní označení vlákna s chemickým složením poly{2,6-diimidazo[4,5-b:4’,5’-E]pyridinylen-1,4-(2,5-dihydroxy)fenylen}, zkráceně PIPD. Vlákno vyvinula nizozemská firma Akzo Nobel v posledních letech 20. století. [1]

Výroba

Struktura molekuly PIPD

Výchozí surovinou k výrobě vlákna je polymer s mnohonásobně opakovanými cykly z uhlíku, kyslíku, dusíku a vodíku v molekulárním řetězci (viz nákres vpravo). Kondenzační polymerizaci (s přidáním kyselin) se po schlazení ze sloučeniny vytváří poddajná tmavošedá hmota. Ta se vytlačováním s následujícím průchodem tryskou zvlákňuje na sotva viditelný světle modrý filament. Vlákna se potom perou, zahřívají a dlouží. Dloužením se silně ovlivňuje krystalická struktura, čímž materiál získává část svých jedinečných vlastností.

Zvlákňování PIPD se až dosud provádělo jen pokusně, v roce 2009 se mělo začít s průmyslovou výrobou.[1] Údaje o výkonnosti výrobního zařízení, o parametrech příze nebo stříže a o konkrétních možnostech jejich zpracování nebyly dosud (2009) publikovány. Nyní vlákno vyrábí Magellan Systems International a DuPont Advanced Fiber Systems. V roce 2016 zůstává rozsah použití vláken PIPD na nízké úrovni. Jako důvod se uvádí jejich neúměrně vysoká cena a nedostatečný výzkum aplikačních možností.[2] V roce 2019 obnášel celosvětový výnos z prodeje M5 vláken hrubým odhadem 600 milionů USD (cca 5 % ze všech vysoce výkonných vláken).[3]

Vlastnosti vláken

[1] M5 patří ke skupině speciálních vláken tzv. high performance fibers. U M5 se vývoj zaměřuje především na dosažení vysoké pevností. V následující tabulce jsou porovnány některé fyzikální vlastnosti PIPD s vlákny, která v tomto směru dosud zaznamenala špičkové výsledky:

VláknoObchodní
značka
Specif.
hmotnost

g/cm³

Tažná
pevnost

GPa

Modul
pružnosti

GPa

jednostěnné
nanotrubičky
(laboratorně)2,27<100<3000([4])
uhlíkové vláknoT1000G1,816,4227
para-aramidKevlar 491,443,6110
UHMW (polyethylen)Spectra0,973,0192
PBO (polybenzazol)Zylon1,565,8169
PIPD z roku 2002M51,75,7271
PIPD ve vývojiM51,79,5450

Hodnoty nanovláken jsou měřeny laboratorně. Jejich praktické využití se uskuteční pravděpodobně až za více než 10 let.

Vlákno M5 je ohnivzdorné, méně křehké než např. výrobky z uhlíku, má mít vysokou balistickou odolnost, dá se snadno klížit (v kompozitech) a je odolné proti kyselinám a povětrnostním vlivům.

Použití

  • Příze z PIPD se mají používat na výrobu ochranných oděvů, především jako osobní pancíře. Počítá se také s použitím ke zlepšení vlastností kompozitů na výrobu součástí dopravních a vojenských prostředků. [5]
  • V projektu The Space Elevator (upoutání zemských satelitů a podobných přístrojů na několikakilometrovém laně) bylo na začátku 21. století lano z PIPD jedna z reálných alternativ [6]

Literatura

  • Chen: Advanced Fibrous Composite Materials, Woodhead Publishing 2016, ISBN 9781782424840

Reference

  1. ↑ a b c High Performance M5 [online]. 23th Army Science Conference, 2002 [cit. 2018-04-16]. Dostupné online. (anglicky) 
  2. ↑ Bhat: Structure and Properties of High-Performance Fibers, Woodhead Publishing 2017, ISBN 978-0-08-100550-7, str. 163
  3. ↑ Market Research Report [online]. kbv research, 2020 [cit. 2023-11-03]. Dostupné online. 
  4. ↑ Single-walled carbon nanotubes [online]. Tuball, 2021-05-13 [cit. 2023-11-02]. Dostupné online. (anglicky) 
  5. ↑ M5 Fiber for Ballistic Protection [online]. Body Armor News, 2005-04-20 [cit. 2018-04-16]. Dostupné online. (anglicky) 
  6. ↑ Lunar Space Elevators [online]. ResearchGate, 2005-05-27 [cit. 2018-04-16]. Dostupné online. (anglicky) 

Média použitá na této stránce