1. Introduction

2. Little of filosophy and history of science and textile science

3. The object of UMSBT

4. Fibres, lenght and arial textiles

5. Properties of textiles

6. Mechanical properties of textiles

7. Dynamical properties of textiles

8. Textile composites

9. Difusion in textiles

10. Diagnostic method of textiles

11. The object of UMSBT

12. Searation

13. Thermal methods

14. Electrical methods

15. Electron ray method

16. Microwave method

17. Laser method

18.Plasma method

19. Water wave method

20. Textile binding

21. Adhesive binding

1. Úvod

4. Vlákna, délkové a plošné textilie (Struktura , technologie a charakteristiky:délkové, plošné a prostorové textilie

5. Vlastnosti vláken a textilií

7. Dynamické vlastnosti textilií mechanické , elektrické

8. Textilní kompozity

9. Difúze v textilních materiálech

Dynamometrické metody, ultrazvuková sonografie, akustická emise, mikroskopie, elektronová mikroskopie, laserová interferometrie, holografie, difraktografie, absorpce, stejnoměrnost

13. Tepelné metody

15. Elektronové

16. Mikrovlnové

17. Vodní paprsek

18. Laserové oddělování

20. Spojování textilií

20. Adhezní pojení

21. Základní pojmy

23. Povrchové zpracování textilií

24. Adhezní síly, práce energie

25. Teorie adheze

26. Adheziva

27. Adhezní pojení textilií

27.1. Délkových

27.2. Plošných (rounin tkanin pletenin)

[ 1 ] Krčma,R., Chrpová,E., Sodomka,L.: Teorie netkaných textilií. Skripta ˇVSST Liberec.

[ 2 ] Sodomka,L.: Struktura a vlastnosti pevných látek. SNTL Praha 1967.

Structure and properties of solids.Illife London 1967.

[ 3 ] Sodomka,L.: Fyzikální vlastnosti pevných látek a polymerů. VŠST Liberec 1976.

Sodomka,L., et al.: Cvičení z pevných látek.

[ 4] Motejl,V.: Technologie II, část 3 .Oděvnictví. str.73

[ 5 ] Sodomka,L., Sodomková, Mag. : Nobelovy ceny za fyziku. Set Out Praha 1997.

[ 6 ] Schick Surface properties of textiles. MarcelDekker, New York

[ 7 ] Sodomka,L.: Rozvoj poznání fyzikálnětechnických věd ve 20. a jeho perspektivy v 21. století. MFI 9 (1999/2000)

[ 9 ] Sodomka,L.: Historie fyzikálnětechnických věd 20.století, Nobelovy ceny.

[ 1 0 ] Osten,M.: Lepení plastických hmot. SNTL Praha 1974.

[ 1 1 ] Habenicht, G.: Kleben.Springer Berlin 1986.

[ 1 2 ] Brews, D.M.: Surface amnalysis and pretreatment of plastics and metals. Appl.Sci.Pub. London 1982.

[ 1 3 ] Schields, J.T.: Adhesives Handbook. 2nd ed. Butherworth London 1976.

[ 1 4 ] Wake, W.G.: Adhesion and the formulation of adhesives. Appl.Sci.Publ. London 1982.

[ 1 5 ] Skeist, I.: Handbook of adhesives. 2nd ed. van Northstrandt-Reinbold New York 1978.

[ 1 6 ] Hartshorn,S.R.: Structural adhesives. Plenum Press New York 1986.

[ 1 7 ] Agarval,B.D., Broutman, L.J.: Vláknové kompozity .SNTL Praha 1987.

[ 18 ] Chawla,K.K.: Composite Materials. Springer Berlin 1987.

[ 1 9 ] Bareš, R.A.: Kompozitní materiály. SNTL Praha 1987

[ 2 0 ] Polymer Handbook

[ 2 1 ] Tobolsky,V.A.: Vlastnosti a struktura polymerů. SNTL Praha 1963.

[ 2 2 ] Hladík,V. a kol.: Textilní vlákna.SNTL Praha 1970.

[ 2 3 ] Foltýn,J.: Příruční tabulky pro chemiky vláknaře. SNTL Praha 1975.

[ 2 4 ] Gupta,K.C.: Microwaves. Wiley New Delhi 1979.

[ 2 5] Duley,W.W.: Laser Processing and Analysis of Materials. Plenum Press New York 1983.

[ 2 6] Lidařík, M. et al.: Epoxidové pryskyřice. SNTL Praha 1983.

[ 27 ] Luenenschloss,J., et al.: Vliesstoffe. Georg Thieme Stuttgard 1982.

[ 2 8 ] Sodomka,L., Sodomková Mag.,Sodomková Mar.: Nobelovy ceny za chemii 2000.

[ 2 9 ] Rutscher,A., et al.: Wissenspeicher.Plasmatechnik. VEB Fachbuchverlag Leipzig 1983.

[ 3 0 ] Millner,R, et al.: Wissenspeicher Ultraschalltechnik. VEB Fachbuchverlag Leipzig 1987.

[ 3 1 ] Bruner,W., et al.: Wissenspeicher Lasertechnik. VEB Fachbuchverlag Leipzig 1989.

[ 3 2 ] Sodomka,L.: Lasery v textilních oborech. Liberec rukopis.

[ 3 3 ] Brunner,W., et al.: Wissenspeicher: Lasertechnik . Fachbuchverlag Leipzig 1989.

[ 3 4 ] Millner, R., et al. : Wissenspeicher: Ultraschalltechnik. Fachbuchverlag Leipzig 1987.

[ 3 5 ] Rutscher, A., et al.: Plasmatechnik. Fachbuchverlag Leipzig 1983.

[ 3 6 ] Luenenschloss J., Albrecht,W.: Vlisstoffe. Tieme Verlag, Stuttgard 1982.

[ 3 7 ] Joerder,H.: Textilien auf Vliesbasis. P.Keppler Verlag Heusenstammm 1977.

Obor spojování a oddělování textilií je pěstován na oděvních či konfekčních katedrách textilních specializací. Je výhodné dávat přednost pojmu konfekční, který je obecnější a může být vztahován i na neoděvní textilní technologie, které doznávají prudký rozvoj v technických textiliích a v obuvnictví. Ty se užívají v nejrůznějších průmyslových odvětvích, jako je automobilový, letecký, raketový, kosmický, chemický, obuvnický, sportovních potřeb a mnoho dalších. Další rozvinutí vývojových způsobů znamenal rozvoj kompozitů a rounových textilií (rounin, netkaných textilií) v padesátých letech 20.století, rozvoj nových fyzikálních, chemických a technologických metod, které vedly k vývoji nových způsobů oddělování a spojování textilií. Z potřeby seznámení se s vývojovými způsoby oddělování a spojování textilií, z nichž mnohé se mohou stát vysoce produktivními metodami jako je např. adhezní pojení a spojování textilií s jinými typy materiálu, sklem, kovy a dalšími a při využití textilií k vytváření kompozitů druhé případně třetí generace (viz kap. o kompozitech). Tak se dostávají textilákům do ruky nové fyzikální a chemické objevy jako je ultrazvuková , laserová, adhezní, plazmová, vodní tryskací a další techniky a technologie, které se postupem vývoje mohou stát velmi produktivními a pro některé účely nenahraditelnými metodami. Mnohé z nich již dokonce pronikly do strojírenství a obuvnického a dřevařského průmyslu, kde se staly nenahraditelnými a nezastupitelnými. Z těchto průmyslu byly převzaty a přebírají se i do textilních oborů.

Publikace Vývojové (neběžné, nekonvenční, netradiční) způsoby oddělování a spojování textilií se snaží přenést některé nové fyzikální a chemické poznatky do technologie konfekčních způsobů oddělování a spojování textilií. Pokud je to možné jsou uvedeny vlastní jak empirické (experimentální) tak i teoretické výsledky. Jde o první pokus zpracovat toto téma soustavně a zařadit je do textilních oborů. Proto je třeba uvést tyto metody do souvislosti s jinými oblastmi ponejvíce fyziky kondenzovaných látek. Zvláštní pozornost bude věnována i fyzice povrchů, aby byl teoretický podklad pro adhezní pojení a která patří mezi aktuální problematiku fyziky. Z ní vyplyne složitost zvláště technického adhezního pojení, které bude vždy odkázáno na empirii a experiment na základě teoretických odhadů. Byl bych rád, kdyby se tento obor stabilizoval touto publikací na textilní fakultě TU v Liberci a přešel i na jiné technologické fakulty jako je obuvnická a další k čemuž má posloužit tato práce.

Obor Vývojové (neběžné, nekonvenční, netradiční) způsoby oddělování a spojování textilií patří mezi typicky interdisciplinární obory. Je proto se třeba seznámit v první části i s výběrem doprovodných částí fyziky kondenzovaných látek, z textilních materiálů a jejich charakteristik, důležitých pro zaváděnou disciplínu. Druhá část je věnována přímo vývojovým metodám a třetí adheznímu pojení a spojování textilií.

V Liberci dne 8. dubna 2000. Lubomír Sodomka autor.

Oddělování a spojování materiálů jsou běžné technologie užívané ve strojírenství a v materiálové technologii, kde jsou mnohé metody již dříve užívány, takže je možné zkušenosti přenášet do textilní technologie. Rovněž i adhezní pojení má velkou tradici v obuvnickém průmyslu, kde se stalo běžnou technologii , která je dnes již mnohem bližší textilní konfekci a mnoho zkušeností lze rovněž přenést do textilní konfekce. Nekonvenční (vývojové, neběžné) metody oddělování a spojování textilií se jen velmi zřídka používají v oděvnictví, kde se preferují klasické mechanické metody oddělování a spojování textilií v oděvy. Nekonvenční metody se užívají ponejvíce pro technickou konfekci a bez některých z nich např. adhezního spojení se již nelze obejít.

Poměrně nové technologie, využívající textilií pro technické účely jsou technologie výroby kompozitů, zvláště pak textilních kompozitů, které jsou žádanými materiály ve všech druzích průmyslu: automobilovém, leteckém, raketovém, kosmickém, chemickém průmyslu, průmyslu sportovního nářadí a v dalších průmyslových odvětvích. I v těchto technologiích se setkáváme s oddělováním a spojováním textilií i kompozitů v prostorové konstrukční celky. Předmět nekonvenční metody oddělování a spojování textilií patří nutně mezi interdisciplinární disciplíny mezi textilními, strojírenskými, chemickým a fyzikálními obory, z nichž poslední dva dávají podněty k novým technologiím a metodám.

Poněvadž neexistuje souborná literatura o vývojových (nekonvečních, netradičních), neběžných způsobech oddělovaní a spojování textilií, je účelem této publikace takovou mezeru v literatuře nahradit, zvláště proto, že existuje na toto téma na textilní fakultě předmět s dlouholetou přednáškovou činností. Vzhledem k tomu, že původní název nekonvenční způsoby oddělování a spojování textilií není přesný a relativní, neboť metody, kterou jsou dnes v textilních oborech nekonvenční mohou být již zcela konvenční v jiných oborech (strojírenství, obuvnictví), nebo se mohou stát konvenčními po několika vývojových etapách, je dána přednost názvu vývojové nebo neběžné způsoby oddělování, spojování či pojení. Pojmu pojení se užívá častěji v oboru rounin (netkaných textilií).

I když textilní obor patří mezi nejstarší obory v civilizovaném světě a jeho počátky sahají až 14 až 16 tisíc let a někdy se uvádí až 25 tisíc let nazpět, dostaly se textilní obory na vědeckou úroveň založenou na teoretických základech až v 2. polovině 20.století. Pro složitost textilních materiálů bylo k porozumění zákonitostí textilií nutné mít k dispozici dříve rozvinutou fyzikální chemii, fyziku kondenzovaných látek, nové měřící techniky a pod. Zdrojem pro rozvoj moderních textilních technologií se staly fyzika, chemie, mechanika a strojírenství. O tom, jaké mohou být zdroje z vědy, z nichž některé již byly využity, poznáme z dalších článků textu.

1. Úvod

20. století představuje dosud největší rozvoj vědy v dějinách lidstva. I když význam vědy si uvědomovali její představitelé již od 13. století (R.Bacon) a v 16. století F.Bacon (1561-1629) formuloval její význam výrokem: “Věda je moc (síla) (Scientia potestas est)”, došlo k naplnění tohoto výroku teprve ve 20.století. Tehdy se tato moc vědy skutečně a okázale projevila objevem jaderné fise a fúze (O.Hahn. L.Meitnerová, F.Strassmann, J.R. Oppenheimer, E. Teller, A.Sacharov, Florov, Petržak, manželé Joliotovi-Curieovi), jejichž pomocí je dokonce schopné lidstvo spáchat sebevraždu. Rozvoj vědy a s ní sdružené techniky je tak bouřlivý, že od třicátých let mluvíme o vědeckotechnické revoluci (J.D.Bernal). Zdá se, že rychlost získávání a význam získaných poznatků ve 20. století nebude již nikdy překonán. Základem poznání pro rozvoj společnosti jsou fyzikálnětechnické vědy (FTV), na kterých staví i moderní filosofické směry jako je empirismus, induktionismus, dialektický materialismus, pozitivismus a neopozitivismus, scientismus a fyzikalismus [ 1 ] , [ 2 ] . Rozvoj FTV je tak prudký, že vznikají věda o vědě a filosofie vědy, které navazují na historii vědy a techniky, nebo se do ní přímo řadí. Poněvadž rozhodující pro rozvoj společnosti jsou FTV, do kterých zahrnujeme matematiku, fyziku, chemii, biologii a jejich interdisciplinární vědy, informatiku, kybernetiku, synergetiku, strojírenství, elektrotechniku, medicínu, textil, a další, omezíme se v tomto příspěvku na základy poznání základních věd ve 20.století a jejich vliv na rozvoj poznání ve století 21. Vliv fyziky na ostatní vědy a jejich integraci je tak veliký, že někteří mluví i o imperialismu fyziky.

Je dnes již uznávanou skutečností, že fyzikální vědy (matematika, fyzika, chemie , biologie, technika a technologie) jsou vědy ,na jejímž základě dochází k rozvoji celé společnosti a o které se opírají i soudobé filosofické směry. Pro moderní filosofii jsou empirickým zdrojem, což lapidárně vyjádřil molekulový fyzik M.A.Volkenštejn výrokem[ 1 9 ] : “Filosofie se musí měnit s každým velkým objevem (přírodo)vědy”. Je skutečností, že některé společnosti považují za vědy pouze přírodní, technické vědy a jejich aplikace. Tyto vědy lze označit také za tvrdé, kdežto ostatní vědy za měkké.

Shodou okolností to byla právě fyzika, která se dostala na přelomu století do “krize”. Ukázalo se, že fyzika nedokáže v té době vysvětlit některé zdánlivě jednoduché jevy jako byl Hallův jev (1879) , fotoelektrický jev (W.L.F.Halwachs 1888) a zákony tepelného vyzařování (druhá polovina 19.století G.R.Kirchhof), objevené experimentálně. Krize fyziky vznikla tím, že selhal model Lagrangeova démona. Ta byla však brzy překonána Planckovým objevem kvant elektromagnetického záření, fotonů. To byl základ nového kvantového, nespojitého, diskrétního pojetí fyziky proti klasickému spojitému pojetí. Dialektický střet spojité-nespojité až do jejich sjednocení se táhne celou historii vědy např. Demokritos-Aristoteles, Spinoza a další.. Planckův objev dal podnět k rozvoji kvantové fyziky a k vytvoření fyzikálních konceptuálních soustav, kvantifikovaných univerzálními fyzikálními konstantami rychlostí světla ve vakuu c=3.10⁸m/s a Planckovou konstantou h=6,62.10^-34J.s [ 3 ] . Tak získáváme ve fyzice čtyři konceptuální soustavy nekvantovou nerelativistickou, kde rychlost světla považujeme za nekonečnou a Planckovu konstantu za nulovou (klasická Newtonova fyzika). Pro c konečné a h nulové relativistickou nekvantovou, pro c nekonečné a h konečné, nerelativistickou kvantovou a konečně pro c a h konečné relativistickou kvantovou konceptuální soustavu, které postupně známe jako klasickou Newtonovu fyziku, relativistickou Einsteinovu fyziku, kvantovou fyziku (Schoedinger, Heisenberg, Born) a kvantovou elektrodynamiku (Dirac,Feynman, Tomonaga, Schwinger, t Hooft, Veltman a další). Každá z nich má při aplikaci své oprávnění.

Fyzika 20. století je objevitelkou velkého množství “elementárních částic” elektronů, fotonů, neutrin a kvarků [ 4 ] a sil působících mezi nimi, které z nich vytvářejí částice složitější., atomy, molekuly a nadmolekulární soustavy a tak se dostáváme opět zpět k Demokritovi. Síly vzájemného působení nyní dělíme do čtyř skupin, a to silné interakce, slabé interakce, elektromagnetické a gravitační interakce. Vedle částic byly objeveny i antičástice, které s příslušnými částicemi anihilují a změní se v energii fotonů. Vzhledem k tomu, že v kosmu nebyly objeveny útvary z antičástic, má se zato, že náš svět je tvořen pouze částicemi, takže je hmotově nesymetrický.

Z kosmických objevů rozpínání vesmíru, objevu reliktního, zbytkového záření, z existence elementárních částic, zvláště kvarků a jejich přeměn pak byl vytvořen model vzniku a vývoje světa velkým třeskem [ 5 ] . Kvantová fyzika vedla k rozvoji fyziky pevných látek a z ní odvozené kvantové mikroelektroniky a počítačové techniky. Experimentální prokázání vlnové funkce vedlo k objevům přesného měření energie až s přesností 2.10^-19eV. Nové kvantové jevy jako kvantové Hallovy jevy přinesly přesnosti do měření elektrických odporů, kvantové supravodivé jevy (Josephsonův jev) do měření elektrického napětí [ 6 ] a ukázaly spolu s kvarky na existenci zlomkových elementárních nábojů. Objevy přesných metod měření povedou k novému předefinování základních jednotek v SI.

Revoluční pokrok nastal ve 20. století v energetice, kdy prozatímní využití jaderného štěpení vedlo ke konstrukci jaderných reaktorů jako zdroje jaderné energie a z nich vytvořených jaderných elektráren s jadernými palivy obohaceným uranem 235 nebo plutoniem a jejich technologii. Hlavní využití jaderného štěpení je dosud v jaderných zbraních: atomových , neutronových a vodíkových pumách, u nichž se využívá již také jaderné fúze (termojaderné reakce). Jaderné elektrárny nahrazují energetiku založenou na spalování paliv (tuhých, kapalných a plynových) a vylučují tak zamořování ovzduší oxidem uhličitým a tak snižují skleníkový jev.

V rozvoji vědeckotechnických věd nezaostávala ani chemie. Pod vlivem kvantové mechaniky se rozvíjela i kvantová chemie a chemie stále složitějších molekul, polymerů, biologických molekul a nejrůznějších samoorganizujících se struktur, blížících se téměř biologickým buňkám a biologických nadstruktur, jako jsou biologické membrány. Rozvoj chemie přecházel přes rozvoj biochemie a biofyziky na biologické struktury. Byly objeveny proteiny a jejich modifikace, enzymy ,koenzymy, nukleové kyseliny (RNA a DNA) jako nositelé dědičnosti, nervové buňky, neurony a jejich sítě. Došlo k objevům uzavřených uhlíkových molekul fulerenů [ 2 1 ] a jejich pevnofázových a vnitromolekulárních modifikací (fuleritů, fuleridů).

Do medicíny zasáhla technika, a to jak v diagnostice, tak i v terapii objevem rentgenového záření (defektospopie, CT, určování atomové struktury), nukleární a spinové rezonance, laserů, elektronových mikroskopů, skanovacích tunelových mikroskopů a atomových silových mikroskopů, umožňujících přímé pozorování molekul v atomovém měřítku a ovlivňování jejich struktury , nanotechnologie a transplantace orgánů. Do vysvětlení mechanismu dědičnosti zasáhl i objev dvojspirálové struktury dezoxyribonukleové kyseliny (DNA) a vytvořil tak podmínky pro genové inženýrství( Wilkins, Crick, Watson). Objev femtochemie, využívající ultrarychlé kamery s laserovými pulsy 0,1fs umožnil sledovat interakci atomů a molekul při chemických reakcích ,zvláště pak na površích látek při katalýze.

Velký pokrok zaznamenaly ve 20.století i biologické vědy založené na chemii (biochemie) a fyzice (biofyzika), což se projevilo i na rozvoji medicíny. Fyzikální a chemické objevy aplikované v medicíně, ji uvedly do technického stavu a daly základy i modernímu farmaceutickému průmyslu. Vakcinací byl podstatně snížen výskyt záškrtu, obrny, tuberkulózy a dalších smrtelných nemocí, byla objevena významná diagnostická zařízení jako jsou počítačové tomografy rentgenové a založené na nukleární magnetické rezonanci, sonografické a ultrazvukové holografické metody. Vedle metod diagnostických se rozvinuly i metody terapeutické využívající nukleárního záření, laserů a dalších. K výzkumu mozku a biopotenciálů se užívají SQUIDy založené na tunelových jevech v supravodičích a další technicky náročná zařízení. Byl učiněn velký pokrok v léčení nádorových onemocnění a v transplantacích orgánů, takže pokroky v medicíně podstatně prodloužili průměrný věk lidstva.

Došlo rovněž ke klonování živočichů a dokonce lidských embryí. Byl rozřešen i lidský genetický kód, což povede k revolučním změnám v medicíně , biotechnologie a postupně dojde k rozřešení genetického kódu podle potřeby všech živočichů a k dalšímu pokroku genového inženýrství. Rozřešený genový kód umožní vytvářet živočichy se žádanými vlastnostmi, vytvářet vymřelé i zcela nové živočichy a možná i bytosti dokonalejší než jsou lidé a předběhnout tak pomalý přírodní vývoj. Bude možné kombinovat roboty s lidkým myšlením. Vytvářet nové genetické kombinace, z nich pak buňky a klonováním nové rostlinná i živočišná individua.

Je skutečností, že FTV 20.století dokázaly principiálně vytlačit náboženský obraz světa a tím i náboženství na periferii dějin a prostoru i času. Věda 20.století ukázala, že se lidstvo v budoucnosti obejde bez náboženství a náboženství zůstane v mysli lidí jen jako kulturní dědictví a mytologie na základech bible [ 2 0 ] . Stejně tak se náboženství může obejít bez vědy a stačí mu biblický obraz světa, zda to stačí civilizaci 20.století zůstává prozatím otevřené.

Poznání konkrétních věd 20.století ukázalo, že FTV jsou schopné řešit základní otázky filosofie [ 9 ] : Co je základem světa a jaké jsou hybné síly jeho vývoje? Co je život? Jaký je člověk a jaká je povaha jeho vědomí? Jaká je podstata duše? Odpovědět na otázku v čem spočívá smysl života? Je svět poznatelný? Podle jakých zákonitostí se vyvíjí lidstvo? Na část těchto problémů odpověděly již FTV a společenské vědy ve 20. století a další části jsou předány jako štafeta stoletím následujícím.

Dnes se stále volá po humanizaci vědy. V čem spočívá humanizace zvláště FTV věd? Ukázat, že tyto vědy vytvářeli vývojem po staletí akumulací poznatků a vyloučením omylů, lidi z masa, kostí a krve ,že slouží člověku k obohacení jeho života a v boji proti přežití a že věda nejsou žádné čáry vznikající činností nadpřirozených bytostí, i když je někdy připomíná svou schopností předvídat a předpovědět nejrůznější události, které se opakují a jsou determinovány zákonitostmi popsané vztahy a rovnicemi. Jsou však události, které se stanou náhodně a opakující se za dlouhou dobu pro člověka nedostupnou nebo se vůbec neopakují a běžně se označují za zázraky ( difúze atomů mědi v mosazi, uhlíku v oceli, různá zjevení). Ale i takové děje je schopná věda vysvětlit. Ukazuje se, že žádné jevy probíhající mezi nebem a zemí jsou nevysvětlitelné a neřešitelné FTV a společenskými vědami.

Poznávací procesy v blízké budoucnosti: Zvládnutí jaderné fúze pro jadernou energetiku. Tím se vyřeší jednou provždy požadavky na neomezené potřeby energie. Ty pomohou rozvinout kosmické lety i mimo sluneční soustavu s možností styku i s mimozemskými civilizacemi a pravděpodobně vytlačí ekonomii do pozadí a hlavní silou se stane tvůrčí práce lidí. Ukazuje se, že existuje určitá pravděpodobnost existence mimozemských civilizací a bude snahou 21. století jejich existenci prokázat a některé i objevit. Ukazuje se, že objeví-li se na některých planetách existence teploty pod 3K, musí na nich existovat civilizace. Je totiž pouze jejich výsadou tyto teploty připravit uměle.

Fyziku čeká v příštím století vypracovat unitární teorii interakcí[ 1 3 ] , která by sloučila dosud známé čtyři uvedené interakce v jedinou teorii. Z ní tak by se daly dedukcí odvodit všechny jevy živé i neživé přírody a teoreticky zdůvodnit problémy nesymetrie vesmíru tvořeného pouze hmotnými částicemi. Při velkém třesku se muselo tvořit podstatně více částic než antičástic, což umožnilo utvoření našeho vesmíru.

Dojde k výzkumu nového oboru objevů a technologií uhlíku založených na molekulách fulerenů a přenesených rovněž i do oblasti biologie, biofulerenů, nové trojrozměrné fulerénové chemie. V technologii uhlíku budou vyvinuty nízkoenergetické technologie výroby diamantů a jejich všestranné využití. Rozvine se syntéza založená na samošířící se vysokoteplotní zóně, která je nejen vysoce ekologická, ale i energeticky nenáročná. Bude sloužit k výrobě špičkových materiálů jako jsou vysokoteplotní keramika, karbidy a nitridy a další materiály vysoce pevné a žáruvzdorné. Z materiálových technologii ovládne technologii technologie kompozitních materiálů, která ovlivní i výstavbu supermrakodrapů a ekologii technologie materiálů. Tato technologie se stane novou materiálovou epochou, epochou syntetických kompozitů, kterou pomalu vytváříme. Tím se i uzavře materiálový vývojový cyklus.

V příštím století se rozšíří vesmírné lety na měsíc a ostatní planety i mimo sluneční soustavu. Biochemie a biofyzika vytvoří umělou buňku. Rozvine se klonovácí technologie na všechny živočichy a náhradní lidské orgány i na klonování člověka, bude vyřešen problém rakoviny a AIADSu. Rozvine se bouřlivě genové inženýrství.

Vzdálenější problémy: Budou postupně odhalovány taje mozku [ 1 5 ] , vědomí [ 1 6 ] a věda vyřeší i problémy s duší živých tvorů [ 1 7 ] a života [ 1 8 ] . Budou konány pokusy s vytvořením umělého života na bázi uhlíkových homologů jako je křemík a další prvky.

Věda bude řešit i předvídání rozvoje společnosti, ekologické problémy a musí vyvinout i nové způsoby života a vztahů ve společnosti, aby předešla jejímu zániku a k tomu využije zárodků vědy vytvořených již ve 20.století. Bude třeba přenášet obecné zákonitosti fyzikálnětechnických věd i do věd společenských k předvídání jejich vývoje (gradienty veličin vedou k pohybu a vyrovnávání, gradient chudoby, gradient hustoty obyvatelstva, gradient nerostných surovin , termodynamika života jedince i společnosti na principu kvazirovnovážných a kvazistabilních soustav, gradient sociálních podmínek života a další, scientismus). Budou vyvíjeny a studovány složité biologické molekuly, jejich struktura a funkce, zvláště pak molekuly vytvářející membrány a mozkové buňky, neurony.

Jak se připravovat na budoucí rozvoj FTV a společenských věd? Postupně pro tyto cíle bude třeba reformovat školství a utvořit z něho otevřenou soustavu, tj. analogii živého organismu s přednostním vytvářením fyzikálnětechnického obrazu světa a světového názoru.

Bude nutné studovat rozvoj FTV, jejich historii a jejich tvůrce. To je možné např. studiem Nobelových cen za fyziku, chemii, fyziologii a medicínu [ 6 ] , jejich historie [ 1 0 ] a cen švédské banky za ekonomii[ 1 1 ] . Zde se poučíme, jak se dělají zásadní objevy a že věda se dá humanizovat [ 1 2 ] . Pro vědu, výzkum a vývoj bude třeba získávat stále více žáků a studentů již od základních škol, neboť věda poskytne zaměstnání neomezeného množství lidí a může zcela odstranit nezaměstnanost.

I když se většina vzdělaných lidí ve FTV a společenských vědách staví za výsledky vědy , hodnotí je většinou pozitivně a hlavně jich intenzivně využívají, nepřijímají vždy všichni bezvýhradně obraz světa založeného na fyzikálnětechnických objevech, ale přiklánějí se i ještě ve 20.století k náboženskému obrazu světa. Jsou i takoví vzdělanci, kteří se stavějí k úspěchům vědy skepticky a někdy i negativně. Tak vzniká vedle vědy i antivěda [ 1 4 ] (alternativní věda, paravěda). Představitelem antivědy se stal O. Spengler, který rozsáhlým dílem “Untergang des Abendlandes (Zánik západu)” (Vídeň 1918-1922)v rozsahu 1200 stran ukazuje , že věda spěje k nevyhnutelnému zániku. O.Spengler má své pokračovatelé v A.Tormbeeovi, T.Roszakovi, Ch.Reichovi, L.Mumfordovi a dalších , v protivědeckých hnutích New Age a dalších. Antivěda, čili opozice vůči vědě je dnes velmi rozšířená a může nabývat rozmanitých forem od zájmu o astrologii, k útokům proti teorii relativity, proti kvantové fyzice, od falešných názorů, které vyplývají z vědecké nevzdělanosti nebo antievolučního kreacionismu (stvoření). Analýza protivědeckých přesvědčení může nakonec vést i ke stanovení souboru strategií pro to, jak se zabývat takovými protikladnými vizemi, které periodicky usilují o to pozvednout se z úrovně zdánlivé neškodnosti až k politicky ambicióznímu úspěchu.

Jako každý obor doznal i obor textilní ve 20.století předtím nevídaného rozmachu. Přesto, že jde o jeden z nejstarších oborů jdoucích až do samých začátků civilizace a jsou o něm zprávy již od období, které nazýváme historickým, tj. více než 14 tisíc (až 25tisíc) let, největší rozvoj textilního oboru zaznamenáváme ve 20.století. Tento rozvoj je podmíněn všeobecným rozvojem FTV, jejich novými objevy a vědeckotechnickou revolucí. Vedle klasických přírodních vláken užívaných v textilním oboru, došlo ve 20.století k objevu nových druhů syntetických vláken, a to polypropylenových, polyethylenových, polyamidových (nylon, silon, perlon a dalších), polyakrylonitrilových, polyvinylchloridových, teflonových a dalších, které se staly materiály pro klasické textilní technologie. Vedle vláken plastomerových byly vyvinuty technologie, při kterých byly z plastomerových vláken připraveny silně elastomerová vlákna pravým i nepravým zákrutem, která svou elasticitou překonávají nebo se blíží vláknům kaučukovitým. Kromě toho byla vyvinuta speciální vlákna používaná pro technické účely jako jsou vlákna sklová (křemičitá, kovová), keramická (oxid hlinitý, karbid křemičitý, nitridová, strusková a další), vysoce orientovaná polyethylenová, polyimidová (nonex, kevlar), borová, uhlíková a další. Jde o vlákna pro výrobu speciálních textilií, které jsou prekursory pro kompozity užívané pro špičkové technologie v automobilovém, leteckém, raketovém a kosmickém průmyslu.

Zatímco v předchozích stoletích byly převážně užívány v konfekci mechanické způsoby oddělování a spojování textilií, přineslo 20..století celou novou škálu nových metod spojování a oddělování textilií, které nazýváme vývojové, netradiční, neběžné či nekonvenční. Jde o metody využívající elektrických zařízení, vyjiskřování, ultrazvuku, laserového záření či záření elektronů, vodního paprsku, plazmového záření a adhezního pojení a spojování textilií a dalších. Ty se většinou užívají pro speciální účely a masového využívání dosáhly pouze adhezní metody pojení a spojování textilií pro technická použití. Zdá se, že ve 20.století byly vyčerpány všechny podstatné možnosti pro nové technologie v textilních oborech a v dalším století se budou stávající technologie jen zdokonalovat a masově realizovat. Tato kapitola měla vytvořit filosofický a potenciální základ při hledání nových metod , inspirací a námětů pro technologické disciplíny oddělování a spojování (pojení) textilií. Prognostiku v oblasti textilních oboru najde čtenář např. v [ 2 2 ] . Také pro textilní účely bude možné využívat znalosti genetických kódu. Bude možné vytváoet genetické kódy rostlin a živoeichů dodávajícíh výhodná vlákna a z nich naklonovat prislušné odrůdy a pod. Pro textilní inženýry čeká pak velmi zajímavá tvořivá práce.

6. Odkazy na literaturu ke kap.2

[ 1 ] Anzenbacher,A.: Úvod do filosofie.SPN Praha 1990.

[ 2 ] Fajkus,B.: Současná filosofie a metodologie vědy.Filosofia Praha 1997.

[ 3 ] Zeman,J.: Filosofie a přírodovědecké poznání. Academia,Praha 1985.

[ 4 ] Šelest, V.P.: O elementárných čiasciciách.Alfa Bratislava 1982.

Nambu,Y.: Quarks. World scientific. Singapure 1985.

[ 5 ] Hawking,S.W.: Stručná historie času. MF Kolumbus 1988.

[ 6 ] Sodomka,L.,Sodomková Mag.Nobelovy ceny za fyziku.Set Out Praha 1997.

[ 7 ] Janča, J.: Praktická homeopatie. Eminent Praha 1992.

[ 8 ] Hrušovský,J.: Zázraky kvantové homeopatie. Methesa Praha 1997.

[ 9 ] Spirkin,A.G.: Učebnice marxistické filosofie. Svoboda Praha 1971, str.11.

[ 1 0 ] Malíšek,V.: Co víte o dějinách fyziky. Horizont Praha 1986.

Spasskij,V.I.: Istorija fyziki. Vyššaja škola . Moskva 1977.

[ 1 1 ] Oslava ekonomie. Academia Praha 1996.

[ 1 2 ] Sodomka,L.,Sodomková Mag., Sodomková Mar.: Nobelovy ceny za chemii, Nobelovy ceny za fyziologii a medicínu. V rukopise.

[ 1 3 ] Weinberg,S.: Snění o fyzikální teorii. Krov Praha 1996.

[ 1 4 ] Holton,G.: Věda a antivěda. Čs.Čas. Fyz. (CKCFAH) 46 (1996) číslo 5-6.

[ 1 5 ] Ingram,J.: Cesta za tajemstvím mozku.Oldag Ostrava 1996.

[ 1 6 ] Mc Crone, J.: Kvantové stavy vědomí. Čs.Čas.Fyz. 46(1996)166.

[ 1 7 ] Crick, F..: Věda hledá duši. MF Kolumbus. Praha 1997.

[ 1 8 ] Schriefers,H.: Was ist Leben? Schattauer Verlag Stuttgart 1982.

Sodomka,L.: What is life? Workshop 98.Czech technical university in Prague. Vol III., p.861.

[ 1 9 ] Odehnal,M.: Supravodivost a jiné kvantové jevy. Academia Praha 1992.

[ 2 0 ] Sodomka,L.: Potřebuje věda víru v boha a náboženství? v Syrovátka J.: Scholé filosofia Liberec 1996 str.253.

Sodomka,L.: Přežije lidstvo třetí tisíciletí. v Syrovátka,J.: Scholé filosofia Liberec 1996 str.248.

[ 2 1 ] Sodomka,L., Sodomka,J.: Historie objevu fulerénů a jejich derivátů. MFI 8(1998,4) 216. Diamanty a ježci v kleci. T97. Prosinec 1997

[ 2 2 ] Pikovskij, G.J.: Textil budoucnosti. SNTL Praha 1977.

Spojování a oddělování textilií jsou nutné operace a technologie v oděvním a konfekčním průmyslu. Jsou nutné proto, že pro praxi odívání a technickou konfekci jsou vyžadovány prostorové útvary, které je nutné připravovat z “nekonečných” délkových a plošných textilií, nití, tkanin pletenin, pletenotkanin a rounin. Prostorové útvary z textilií se vytváří jejich oddělením podle střihů a spojením střihových části v prostorové útvary. Jako příklad uvedeme moderní střih pro kouli vytvořený z pravidelných pětiúhelníků a šestiúhelníků, ze kterého se šijí nebo lepí míče pro nejrůznější hry jako je fotbal, volejbal a košíková. Přestože tento střih vymyslel světoznámý malíř A.Duerer obr.1 [ 1 ] , využívalo se v ne příliš vzdálené minulosti střihů jiných. Je zajímavé, že takové přiblížení ke kulovému tvaru vytvořila také příroda v nejsymetričtější molekule uhlíku, fulerenu objevené v roce 1985. Tento objev byl oceněn Nobelovou cenou za chemii pro rok 1996 (Smalley, Kroto,Curl). Molekula roku 1991 je uvedena na obr.2. Je tvořena 60 atomy uhlíku a označuje se fuleren C60, dvanácti pravidelnými pětiúhelníky pravidelně obklopenými 20 pravidelnými šestiúhelníky a má tedy 32 stěn [ 2 ] . Vznikne jako komolý dvanáctistěn . Je to nejdokonalejší “kulový útvar” sestrojený z konečného počtu částí plošných útvarů. Dokonalý kulový útvar ve spojitém prostředí (nekonečným počtem prvků) vytvoří pak v přírodě kapka kapaliny v beztížném stavu. Konfekční střihy se vytvářejí podle prostorových modelů a účelů použití.

Nejpodstatnější operací k vytvoření prostorové textilie z plošných textilií je jejich oddělování. To může být buď běžně užívané (konvenční, tradiční) nebo vývojové (nekonvenční). Konvenční způsoby oddělování jsou většinou mechanické, a to stříhání, řezání a ražení a nebo nekonvenční, mezi které počítáme všechny ostatní způsoby, většinou kromě řezání vodním paprskem nemechanické. Vzhledem k tomu, že se v poslední době vyskytlo několik nových objevů, jakými jsou např. ultrazvuková, mikrovlnová, plazmová a laserová technologie, které byly s výhodou použity k oddělování materiálů, lze očekávat, že tyto spolu s tepelnými a elektrickými metodami proniknou i do konfekční technologie oddělování a spojování (pojení) textilií.

Odkazy na literaturu ke kap.3

[ 1 ] Koruga, D., et al.: Fullerene C60. North Holland ,Amsterodam 1993 .

[ 2 ] Sodomka,L., Sodomka,J.: Fyzika uhlíku. MFI 7 (1997/98) str.148.

4.1. Vlákna

4.1.1. Základní charakteristiky

Vlákna jsou základní surovinou pro výrobu textilií vyšších generací a nazveme je textiliemi nulté generace. Vlákna jsou morfologicky definována jejich geometrickými rozměry. Jsou-li příčné lineární rozměry vláken zanedbatelné proti jejich délce, mluvíme o ideálním vláknu. Je tedy číselnou charakteristikou vláken poměr délky vláken L k maximální délce jejich průměru d , tj. veličina p= L/d, jsou-li kruhového průřezu. Podle hodnoty této veličiny rozeznáváme vlákna krátká s poměrem 10 až 50, vlákna střední s poměrem nad 50 do 500, dlouhá s poměrem 500 až 5000 a nekonečná s poměrem nad 5000 až do nekonečna. Tato definice je konvenční a může být pro různé potřeby předefinována. Další charakteristikou je jejich efektivní průměr d. Ten získáme z plochy průřezu S, jestliže jej považujeme na kruhový, takže S= p d²/4. a efektivní průměr d=2 Ö (S/p ). Podle efektivního průměru rozeznáváme vlákna normální o efektivním průměru od 0,01mm a výše, mikronová a submikronová a speciální vlákna krystalová, viskry (z angl. whiskers), které se vyznačují teoretickou pevností (viz článek o pevnosti).

Další charakteristikou vláken je fyzikální charakteristika objemová hmotnost (hustota) r =dm/dV (kg.m^-3), kde m je hmotnost v kg a V objem v m^-3. Poněvadž stanovit hustotu vláken přímo není jednoduché, neboť jak hmotnost, tak i rozměry vláken jsou v závislosti na poloze ve vlákně proměnné, užívá se v textilní praxi jiná výhodná fyzikální veličina pro jejich hodnocení, a to délková hmotnost T= dm/dL (kg/m), což je hmotnost jednotkové délky vláken, kde L je délka vlákna. Poněvadž základní jednotka pro délkovou hmotnost je příliš veliká, byla zavedena menší jednotka, která se vyvinula z historicky dříve zavedených jednotek délkové hmotnosti (jemnosti) vláken v souvislosti se zákonným zavedením soustavy mezinárodních jednotek (SI) v menší jednotku přijatelnou v textilní praxi v 1tex. Převodní vztahy mezi

1kg.m^-1=1Mtex, 1tex= 10^-6 kg.m^-1. Poněvadž m=r V= r SL, je T=r SL/L= r S. Z tohoto vztahu snadno určujeme průřez vlákna ze znalosti jeho hustoty a délkové hmotnosti, takže S=T/ r nebo hustotu (objemovou hmotnost), ze znalosti průřezu S, r = T/S.

Užívání vláken jak pro textilní účely, tak i pro zpevňování kompozitů k jejich konstrukci vedly vědce a techniky tyto tři jejich významné charakteristiky: 1. Malá velikost jejich příčných průřezů. To umožňuje dosahovat velkých pevností ve srovnání téhož materiálu v objemném tvaru. To je přímý důsledek nízké hustoty poruch v materiálů. V nich platí zákon, že čím menší je rozměr, tím je menší pravděpodobnost výskytu poruch, které snižují pevnost materiálů. 2. Vysoká hodnota veličiny p= L/d. To umožňuje přenos velkého podílu aplikovaného napětí na kompozitní materiál prostřednictvím matrice na vlákna a využití jejich pevnosti (viz. článek kompozity). 3. Vysoký stupeň ohebnosti (felxibility) vláken, což je charakteristika materiálů s vysokým modulem v tahu a malým poloměrem křivosti R v ohybu. A právě ohebnost vláken umožňuje jejich využití pro textilní materiály v konfekci a k zpevňování kompozitů.

F= 1/MR , kde M je moment síly způsobující zakrivení o poloměru krivosti R

F=1/MR = 64/ p E d ⁴ = 4p / ES² =4p r ² / ET² (2). vztahu (2) je vidět, ze ohebnost F je nejvíce ovlivněna hustotou a jemností vláken T, méně pak modulem E.

4.1.2. Speciální vlákna a jejich technologie

V tomto stručném přehledu se zmíníme jen o speciálních vláknech, které nejsou běžné v textilní praxi a které jsou důležité pro konstrukci speciálních textilií a jako výstuž kompozitu. Půjde o vlákna sklová, borová, uhlíková, silně orientovaná polyetylénová, aramidová, keramická a kovová. Největší pozornost bude věnována vláknum sklovým, uhlíkovým, aramidovým, keramickým a kovovým.

4.1.2.1 Sklová vlákna

Skla počítáme mezi amorfní kondenzované látky, které jeví uspořádanost pouze na krátké vzdálenosti. Částice jsou navzájem vázány kovalentními ci iontovými vazbami a proto dosahují skla značné pevnosti. Vedle skel anorganických existují i skla kovová (viz 4.1.2.5) [ 1 ] . Pro výrobu sklových vláken a s přihlédnutím k jejich použití byla vyvinuta speciální skla označovaná jako skla E, skla C a skla S. Označení E pochází od dobrých elektrických izolačních vlastnosti (E) a s dobrými mechanickými vlastnostmi ( vysoký modul E a pevnost), skla C mají dobré antikorozní vlastnosti a skla S s vysokým obsahem oxidu křemičitého (SiO²) snášejí vysoké teploty. Složení těchto skel najdeme např. v [ 2 ] .

4.1. 2.2. Uhlíková vlákna

(1,6 až 2,2 kg.m ^-3 ), což je důležité pro moderní letecký, raketový , kosmický a sportovní průmysl. Uhlíková vlákna vynikají vysokou pevností, vysokými moduly, snášejí vysoké teploty , jsou antikorozní a chemicky odolná.

Na první pohled se zdá, že pro zajištění vysokých elastických vlastností materiálu, je třeba volit pro namáhání v tlaku a ohybu materiály s vysokými hodnotami elastických modulů v tahu, ve smyku a ve všestranné stlačitelnosti. Vysoké hodnoty modulů je možné zajistit výběrem kovů, které se zdají být pro tyto účely nejvhodnější. Podívejme se však na volbu materiálu podrobněji. Uvažujme nosník čtvercového prùøezu, délky L a tloušťky t namáhavý na jeho konci silou F . Elastickou výchylku konce nosníku d z materiálu o elastickém modulu v tahu E vypočteme podle vzorce

d = 4 L³ F / E t⁴ (3).

Hmotnost nosníku m = r L t² (4).

Po dosazení (4) do (3) získáme pro hmotnost nosníku výraz:

m = (4 L⁵ F/ d ) ^1/2 / (E / r ² )^1/2 (5)

Z tohoto vztahu je zøejmé, ˛e pro danou tuhost nosníku F/d má nosník nejmenší hmotnost, je-li poměr veličina (E/r ²) co největší. To znamená, že podmínku (5) splňují materiály s vysokou hodnotou modulu E a nízkou hustotou r . První vlastnost je dána vláknům a druhá vlastnost materiálům s nízkou hustotou jako např. mají nejčastěji užívaná vlákna aramidová, beriliová, sklová, křemenová a uhlíková . UV mají však ještě další výhody, že snášejí vysoké teploty, jsou elektricky a tepelně vodivá, mají vysokou pevnost a jsou málo tepelně roztažná. Kromě toho se dnes dají vyrábet ve velkém množství a jejich cena se neustále snižuje.

Amorfní uhlíková vlákna se připravují z pryskyřic a smol, které jsou odpadem při zpracování ropy. Ty se protlačují zvlákňovacími tryskami, stabilizují, karbonizují pyrolýzou a připadne grafitizují. Ideálem při těchto procesech je dosazení co největšího krystalického podílu grafitu ve vláknech. Tato vlákna jsou málo krystalická s malým podílem grafitu a nejsou příliš kvalitní. Mnohem lepších vlastností se dosahuje při přípravě vláken z vláknových prekurzoru, z nichž nejužívanějšími jsou polyakrylonitrilová (PAN) vlákna ve formě kabílku, který obsahuje až desetiticíce filamentů (elementárních vláken). Nejdříve se PAN vlákna ohřívají při 250 stupních celsia za protahování, stávají se hnědými. Pak dochází k ohřevu ve vícestupňových pecích v inertní (dusíkové) atmosféře při 1000 až 1500⁰ C, kdy dochází k pyrolýze vláken za výstupu zplodin jako je kyanovodík, oxidy uhlíku, vodík, dusík a další. V této části dochází ke karbonizaci (zuhlíkování) PAN vláken a dále vlákna jsou podrobeny grafitizaci (vytváření grafitové struktury) za zvýšené teploty kolem 3000⁰C v atmosférách inertních plynu za stálého protahování vláken. Vysoké orientace je možné dosáhnout i při přípravě uhlíkových vláken ze smoly. Zde po zvlákňování následuje proces vytvá5ení nematického kapalného stavu (viz [ 1 ] ) a po něm následuje karbonizace a grafitizace. Tímto postupem se dosahuje největšího stupně orientace vláken, které se blíží grafitu. Struktura grafitu je v bazální rovině vázána kovalentními vazbami trigonálních uhlíkových orbitalu sp² , jak je znázorněno na obr.3. Osa UV je orientována ve směru bazálních rovin grafitu a je tvořena ruzně zdeformovanými bazálními rovinami v turbostratickou strukturu znázorněnou na obr.4. [ 3 ] . Grafit dosahuje modulu v tahu E az 1000 GPa. To jsou také teoretické možnosti vysokomodulových UV. Důležitou skutečností je, ze uhlíková vlákna jsou elektricky i tepelně dobře vodivá, čehož se dá s výhodou využit v konfekci i při konstrukci kompozitu.

4.1.2.3. Organická vlákna

Z organických vláken probereme vysoce orientovaná POE vlákna, které dosahují teoretické pevnosti a modulu a vlákna aramidová.

Orientovaný POE : Od roku 1970 se objevily pokusy získat vysoceorientovaný POE, který má vysoký modul a pevnost. Postupy jsou v podstatě dva: Tažením protlačováním a hydrostatickým dloužením je možné dosáhnout u POE modulu až 70GPa . Další metodou je vytvořit POE gel, ten zvláknit a dalším protahováním orientovat. Tak bylo dosazeno modulu až 200 GPa . Výhodou orientovaného POE je jeho nízká hustota, která je pod hustotou vody, nevýhodou nízká teplota tavení, která omezuje jeho využití.

Aramidová vlákna : Se strukturně podobají polyamidovým vláknům. V merních jednotkách se místo lineárních polypeptidových částí nacházejí jádra cyklických sloučenin. Jednotlivé fibrily polyaramidu jsou vázána vodíkovými můstky (obr.4.3). Tato vlákna se vyrábějí pod názvy Nonex, Kevlar, Kevlar 29 a Kevlar 49. Vlákna vykazují vysokou pevnost, a moduly. Mají nízkou hustotu rovnou 1,5 násobku hustoty vody. Jejich výroba je náročná a neekologická. V roztoku se vytváří kapalně krystalický stav nematického typu a z něho pak vysoce orientovaná vlákna.Procesy probíhají v koncentrované kyselině sírové.

4.1.2.4. Keramická vlákna

Výroba keramických vláken je velmi přitažlivá z několika důvodu : mají vysoké hodnoty modulu, vysoké pevnosti, jsou antikorozní a mají schopnost pracovat za vysokých teplot.

4.1.2.5. Kovová vlákna

Kovová vlákna jsou vlastně tenčí dráty vytažené z kovu. Pro ne jsou nejvhodnější berylium (nízká hustota, vysoký modul, toxicita, vysoká cena), ocel (vysoká pevnost, nízká cena), wolfram, molybden (vysoký modul, vysoká pevnost, pro vysoké teploty) a hlíník (nízká hustota). Nová kovová vlákna jsou tvořena kovovými skly, které se vytvářejí extrémně prudkým ochlazováním (viz [ 1 ] ). Jde o slitiny paladia, železa, chromu , kobaltu.

Podrobnosti o speciálních vláknech je možné najít v literatuře [ 4 ] .

4.1.3. Struktura vláken

Pojem struktury je nejpřesněji definován ve fyzice kondenzovaných látek, ze které ji přejmeme a přizpůsobíme pro textilní účely. Základními jednotkami struktury jsou atomy, ionty, či molekuly. Určovat strukturu látek tedy znamená určit , kterými atomy (ionty) je látka tvořena, v jakých polohách se v ní nacházejí, jakými silami jsou navzájem vázány a jaký pohyb v látce vykonávají. Úplná znalost struktury látek je známa jen vyjíečně. Většinou známe složení látky ( z chemické analýzy či syntézy) z atomu a molekul. Známe jejich rozložení, které vede k makroskopickému tvaru, morfologii látky a většinou pohyb atomu v látce zanedbáváme. Známe tedy strukturu látek většinou jen částečně, ale i to je pro mnohé účely dostatečné. Jak jsme ukázali, mikrostruktura látek je zodpovědná za jejich makrostrukturu, objem, rozměry, tvar a pod. Uvažujeme-li jen geometrické parametry struktury, jde o geometrickou strukturu látek. K hodnocení struktury vláken a textilií vystačíme většinou s geometrickou strukturou . K ní přistupuje vedle geometrických rozměrů vláken ještě jejich orientace. Určovat strukturu textilií znamená určit, z jakých vláken jsou textilie vytvořeny, jako jsou jejich geometrické rozměry, jak jsou v prostoru rozloženy a jaká je jejich orientace. Určujeme-li orientaci vláken v textilii, říkáme, že určujeme její texturu. Do určování struktury délkových textilií patří i jejich délková hmotnost, což už není geometrická, ale fyzikální charakteristika struktury.

Symetrie vláken a délkových textilií . Poněvadž jde o délkové jednorozměrové útvary je symetrie (souměrnost ) určena jedinou operací souměrnosti, a to posuvem. Pro nekonečnou délkovou textilii v každém místě o stejném průřezu je libovolný posuv v textilii operací souměrnosti. Je-li taková textilie invariantní vzhledem k operaci souměrnosti, říkáme, že je spojitě stejnoměrná. Jsou-li strukturní charakteristiky rozloženy podél vlákna periodicky s periodou L, pak operací diskrétní (nespojité) souměrnosti je posuv nL , kde n je celé číslo.

Anizotropie délkových textilií. Anizotropie (různosměrovost) délkových textilií je závislost jejich vlastností na působícím směru. Anizotropie vláken je z geometrických rozměru patrná. Rovněž je zřejmá i anizotropie přízí i jiných délkových textilních útvaru.

4.1.3.1. Mikrostruktura vláken

Mikrostruktura vláken se nejčastěji určuje rentgenovou difrakcí. Velmi nadějné i když ještě ne příliš rozšířené jsou metody rentgenové holografie [ 5 ] a pro mikrostrukturu povrchů pak skanovací tunelová mikroskopie (STM) a atomová silová mikroskopie (ATM) [ 6] a femtochemie. Použití STM na UV bude uvedeno později v části III. kap.22.

Podstatu rentgenové difraktografie pochopíme z obr.4.10. Rentgenové záření o vlnové délce l dopadá na soustavu krystalových rovin o Millerových indexech (hkl) o mezirovinové vzdálenosti d . Na těchto rovinách dochází k difrakci zárení, tj. k jeho odchýlení od původního smeru o uhel 2Q . K difrakci ( k selektivní reflexi) záření v tomto směru dochází tehdy, je-li splněna Braggova rovnice tvaru

2 d sin Q = n l , kde n je celé číslo, n řád difrakce (6)

Z rovnice vyplývá, ze dojde-li k difrakci na rovinách s odlišnými d dostáváme různé difrakční úhly Q a tedy i sirku difrakční čáry (obr.4.5.). Pro difrakci na rovinách s přesně definovaným d získáváme ostrou difrakční čáru (obr.4.4). Z naměřených uhlu Q určime užitím rovnice (3) mezirovinové vzdálenosti d krystalových rovin a pro roviny (100), (010), (001) i mřížkové parametry a, b, c.

Příklady rentgenové difrakce budou uvedeny na grafitu, na uhlíkových vláknech jednak volných a jednak vázaných do epoxidové pryskyřice [ 7 ] .

Na obr.4.4 je v horní části uveden difraktogram grafitu z grafitové tyčce, v dolní části teoreticky ideální difraktogram grafitu. Jeho pomocí je možné oindexovat difrakční čáry Millerovými indexy a přiřadit jim krystalové roviny, jak je uvedeno na obr.4.4. Na obr.4.5 je uveden difraktogram uhlíkových vláken ze Smoly připravené ve výzkumném ústavu SVIT SR. Z něho je vidět, ze tato vlákna vykazují krystalovou strukturu jen nevýrazně v rovině (101). Jde tedy o vlákna amorfní. Na obr.4.6. je dfiraktogram uhlíkových vláken turnovské provenience. Tato vlákna jiz vykazují nevýraznou, ale přesto zřetelnou grafitizaci. Na obr.4.7 máme difraktogram uhlíkových vláken známé japonské firmy Toray. Stupeň grafitizace je nižší než u vláken z Turnova. Na difraktogramu obr.4.8 je zachycen spektrální uhlík, který je rovněž krystalický a na obr.4.9 jsou turnovská vlákna v epoxidové matrici. Stupen grafitizace je překryt velkým obsahem epoxidové pryskyřice ve vzorku kompozitu.

Difrakční záznamy byly pořízeny na difraktometru Phillips při užití rentgenového záření o vlnové délce Cu K alfa 0,154 nm na VUANChu v Ustí nad Labem.

4.1.3.2. Makrostruktura vláken

4.1.4. Vlastnosti vláken a délkových textilií

Základní fyzikální vlastnosti vláken a délkových textilií (přízí a nití) je délková hmotnost. Dalšími důležitými vlastnostmi jsou mechanické, tepelné a teplotní, povrchové a elektrické vlastnosti vláken, které jsou potřebné pro oddělování spojování (pojení) vláken v délkových a plošných textilií. Tyto vlastnosti probereme jako příklad na uhlíkových vláknech, jejichž vlastnosti jsme zjišťovali.

Základní charakteristiky: Délková hmotnost uhlíkových vláken (UV) byla mìøena na elektronických váhách z délky 5m a délková hmotnost M_L byla pro UV z Turnova M_LT= 174,4 tex (+-) 2%, pro UV japonská Toray M_LJ= 194,5 tex s chybou 2%, příslušné prùøezy vláken byly ST=0,1026 mm² a SJ= 0,119 mm² chyba 5%, objemová hmotnost r T= 1,69.10³ kg.m^-3, r J= 1,64.10³ kg.m^-3 s podílem dutin ve vláknech vT= 25% a vJ=27%

Mechanické vlastnosti: Z mechanických vlastností budou uvedeny moduly pružnosti, houževnatost, pevnost a součinitelé tření a tlumení.

Moduly pružnosti v tahu E byly míseny pro UV Turnov (UVT) i Toray Japonsko UVJ na dynamometru Textenser. Vedla modulů byla určena z prácového diagramu i trhací práce W a houževnatost vláken W/S, kde S je průřez vláken. Modul E v Pa byl určován z namìøených hodnot síly F(N), hustoty , upínací délky L , délkové hmotnosti M_L (Mtex) a protažení L(m). Jednotlivé veličiny byly vyhodnoceny z prácového diagramu užitím vztahů

E(Pa) = F(N) r (kg/m³) L (m) / M_L (Mtex) D L (m) (7)

W= ò ( dD L) F (J), H= W/S = W r / M_L (J/m²)

Z prácového diagramu byla určena také pevnost F_p (N) a měrná pevnost s = F_p /S (Pa).

Z mechanických vlastností UV byly mìøeny na dynamometru Textenser také dynamické vlastnosti. Amplitudy byly měněny v rozsahu 0,8mm, 0,7mm, 0,6mm, 0,5mm při rychlostech deformace 10mm/s. Výsledky mìøení pro oba druhy UV jsou uvedeny na obr.13. Z něho je vidět vyšší kvalita vláken Toray při dynamickém namáhání. UVJ byla namáhána při výchylce 0,7mm zatímco UVT při 5mm. Uzavřená plocha představuje práci vykonanou při jednom cyklu.

Pro mìøení modulu ve smyku G byla užita kyvadlová metoda. Bylo zkonstruováno torzní kyvadlo, jehož závisem byla UV délky L= 0,5m. Válcové těleso kyvadla mělo poloměr R=50mm a hmotnost 0,61kg. Modul ve smyku G byl určen užitím vztahu

G(Pa)=4 m(kg) L(m) R² (m²) / T² (s) r_ef⁴ (m⁴) , r_ef= Ö (M_L/ p r ) je efektivní poloměr UV (8).

T je doba kmitu torzního kyvadla. Z modulů E a G bylo určeno i Poisssonovo číslo. Torzního kyvadla bylo použito také k mìøení součinitele tlumení a UV za dvou po sobě jdoucích úhlových amplitud A_n a A_n+1 za použití vztahu

a = ln (A_n /A_n+1) /T (9).

Na UVT byly namìøeny torzní amplitudy A_n = 800 ⁰ a A_n+1 = 750⁰ a doba periody kmitů byla 108,4s. Součinitel tlumení UVT je tedy a = 6.10^-4 .

Součinitel tření : Součinitel tření je důležitá charakteristika pro další zpracování UV. Byl mìøen třemi způsoby, a to Roederovou metodou, metodou kluzu vlákna po vlákně a metodou ploch vytvořených z UV vláken stejné orientace. Na rovinnou kluzovou plochu naseseme stejnosměrově UV . Totéž provedeme na kruhovou plochu s vyznačenou po obvodu úhlovou stupnicí. Vlákna na obou plochách mohou svírat různé úhly a tak je možné miřit součinitel tření f , a to jak statický f_s tak i dynamický f_d v závislosti na vzájemné orientaci vláken a určovat jeho anizotropii. Výsledek takového měření je na obr 14. Nejmenší součinitel tření je pro vzájemné kolmá vlákna, nejmenší pro rovnobìžnou orientaci UV. Metoda zkřížených vláken na nakloněné rovině je zcela obecná a univerzální.

Definice uhlíkových vláken (UV) : UV jsou definována kvantitativně na základě jejich obsahu uhlíku a jejich mechanických vlastností: Za UV považujeme taková vlákna, která mají nejmenší obsah uhlíku 92% s dvojsměrovým uspořádáním atomu uhlíku do hexagonálních grafitových rovin rovnobìžných s osou vlákna.

Vysokopevnostní UV vlákna (HT,HS) jsou UV, jejichž hodnoty mírné pevnosti leží nad 3GPa a poměr pevnosti k tuhosti leží od 1,5 do 2%.

Středně modulová UV jsou definována jako vlákna HM s pevností ležící mezi vlákny HS a HM.

Elektrické vlastnosti UV . Zvláštní vlastností UV vláken je jejich elektrická vodivost, které se dá využít k odvádění elektrostatického náboje v textiliích s příměsí UV, jako vyhřívacích prvků pro oddělování a spojování textilií a jako vodièù při mikrovlnovém ohřevu.

Pro hodnocení elektrických vlastností UV je výhodné zavést podobně jako pro jejich délkovou hmotnost M_L délkový odpor

R_L = R/ L, kde R je elektrický odpor vlákna a L jeho délka. (10) Měrný odpor materiálu vláken pak vypočteme

r _E = R _L M_L / r (11)

Korektury až do této části!!!

Geometrická struktura . mikroskop, rád.elmik. Morfologie.

4.1.3.2. Mikrostruktura. Rentgenová strukturní analýza objemu.Povrchu Elekronová difrakce, sk.tun.mikr. at.sil.mikr.

4.1.4. Vlastnosti vláken. Symetrie. Stejnomernost. Anizotropie.Stejnosmerovost. Fyzikální a chemické vlastnosti vláken. Tření.

4.2. Technologie, struktura a vlastnosti plošných textilií

Symetrie, stejnomernost, anizotropie, splývavost. Synergetika vláken v textilií, trení

Odkazy na literaturu v kap.4.

[ 1 ] Sodomka,L.: Fyzika kondenzovaných látek. V rukopise.

Fyzikální vlastnosti pevných látek a polymerů. VSST Liberec 1976.

[ 2 ] Chawla, K.K.: Composite materials. Springer Verlag . Heidelberg 1987.

[ 3 ] Sodomka,L., Sodomka,J.: Fyzika uhlíku. MFI 7 1997/98 str.148.

[ 4 ] Bunsell,A.R.: Fibre reinforcements for composite materials. Elsevier Amsterodam 1988.

[ 5 ] Jorda,S.: Roentgenholographie: Strukturinformation auf direktem Weg. Physikalische Blaetter 52 (1996) No.5.

Tegze,M., Faigel,G.: X-ray holography. Nature 280 (1996) 49.

[ 6 ] Této technice je venováno celé témer celé cislo Cs Cas.Fyz. 48 No.3-4 1998.

[ 7 ] Sodomka,L.: Uhlíková vlákna, jejich struktura , technologie, vlastnosti a pouzití.Vyzkumná zpráva VŠST v Liberci .Ped.Fak. Liberec 1994.

Obr.2.2. Znázornění molekuly fulerenu C60. Zesílené body jsou atomy uhlíku.

Obr.4.1. a) Trigonální usporádání orbitalů sp² ,b) struktura grafitu.

Obr.4. 2.Turbostratická struktura uhlíku ve vláknech.

Obr.4.3. Schematická chemická struktura polyaramidových vláken.

Obr.4.4. Difraktogram grafitu.

Obr.4.5. Difraktogram uhlíkových vláken ze smoly (SVIT , SR).

Obr.4.6. Difraktogram uhlíkových vláken z PANu (Turnov).

Obr.4.7. Difraktogram uhlíkových vláken z PANu (Toray Japonsko).

Obr.4.8. Difraktogram spektrálního uhlíku.

Obr.4.9. Difraktogram uhlíkových vláken v epoxidové pryskyrici.

Obr.4.10. Podstata rentgenové (elektronové) difrakce.

Obr.4.11. Morfologie uhlíkových vláken Turnov na SEMu.

Obr.4.12. Morfologie uhlíkových vláken Turnov na SEMu.

Obr.4.13. Prácové diagramy dynamického namáhání UV.

Obr.4.14. Anizotropie součinitele tření UVT .