Polyakrylonitrilová vlákna

Polyakrylnitrilová vlákna (mezinárodní zkratka: PAN) jsou umělá textilní vlákna.

Historický vývoj

PAN vlákno bylo vyvinuto ve 40. letech 20. století, s komerčním využitím se začalo v roce 1950.

V roce 2005 dosáhla světová produkce 2,5 milionu tun, v západní Evropě byla v roce 2005 zaznamenána výroba 148 000 tun, což byla jen asi polovina množství z roku 2000. V ČR se polyakrylové vlákno nikdy nevyrábělo.

Chemické složení

PAN vlákno 400 x zvětšené

Podle obsahu akrylonitrilu se rozlišují dva typy akrylového vlákna:

• normální typ s obsahem nejméně 85 % akrylonitrilu
• modakryl obsahuje nejméně 50 (v Americe 35) a nejvýš 85 % akrylonitrilu

Výroba

Akrylonitril se vyrábí z propylenu a amoniaku. Akrylonitril se polymerizuje, polymer se rozpouští a zvlákňuje.

Menší část se zvlákňuje suchým způsobem. (Tekutina z vlákenné hmoty se po průchodu tryskami vypaří). Přibližně 80 % světové výroby se spřádá za mokra. Vlákenná hmota zde po průchodu tryskami tvrdne koagulací.

Mimo normálního, jednoduchého typu se vyrábí celá řada modifikovaných druhů. Na příklad bikomponentní vlákno vzniká tak, že každým ze dvou otvorů dvojité trysky probíhá roztok s rozdílnou sráživostí nebo afinitou k barvivům a materiál z obou otvorů se před ztvrdnutím spojuje dohromady.

Modifikované druhy polyakrylu se odlišují (alespoň teoreticky) od modakrylu. Při výrobě tohoto vlákna obsahuje roztok 20-50 % vinylchloridu, čímž se má především snížit hořlavost výsledného vlákna.

PAN vlákno se dodává k textilnímu zpracování jako hedvábí, kabílek nebo stříž.

Vlastnosti

• Polyakryl má vynikající odolnost proti vlivům světla, povětrnosti a mikroorganizmů.
• Pevnost je nižší než u jiných syntetických vláken a tím ale i nižší sklon ke žmolkování (pilling).
• PAN vlákno je pružné a měkké, velmi vhodné k mísení s vlnou a jako alternativa k vlněným výrobkům.

Použití

Svinovací závěsy z PAN příze

Staplové příze z čistého polyakrylu se velmi často požívají k výrobě strojních i ručních pletenin všeho druhu.

Z tkaného zboží je akryl sotva nahraditelný u levných přikrývek, nábytkových potahů, u imitátů kožešin a u všech textilií vystavených povětrnostním vlivům (markýzy, slunečníky atd).

Zacházení s výrobky z polyakrylových vláken

Výrobky jsou obvykle označovány obchodními názvy jako: Dolan, Dralon, Orlon, Cashmilon atd.

Praní je možné jen ve vlažné vodě, žehlení je většinou zbytečné (nemačkavost).

Při chemickém čistění se polyakryl chová zcela odlišně od jiných syntetických vláken, proto musí být obsah PAN na výrobcích podaných k čištění zřetelně vyznačen.

Uhlíková vlákna

Polyakrylnitril je nejvhodněší surovina na výrobu uhlíkového vlákna pyrolyzou. Poněkud horší fyzikální hodnoty mají vlákna získaná z alternativních materiálů, na příklad z viskozy nebo pryskyřice.

První uhlíkové vlákno (z bambusu) vyrobil Edison v roce 1890. V roce 1955 se podařila orientace krystalů uhlíku, což pak umožnilo výrobu těchto vláken v širokém měřítku.

Výrobní proces probíhá v několika stupních:

Zahřívání horkým vzduchem => oxydace => zahřívání bez přístupu vzduchu (karbonizace) na nejméně 1300° C. (Výsledek: roztavený polymer ve tvaru stužky) => kondenzace polymeru do tvaru lamel. (Polymer obsahuje atomy dusíku, který se v tomto stádiu odděluje v plynné formě a zůstává až 98 % uhlíku) => krystalizace lamel, velikostí a orientací krystalů se určují vlastnosti výsledného vlákna.

Výsledné vlákno se dodává k dalšímu zpracování jako hedvábí, stříž o délce 3–12 mm nebo mleté 100-155 μm dlouhé ústřižky.

Výrobní proces je velmi nákladný, za uhlíková vlákna se platí několikanásobně víc než je cena obyčejného syntetického vlákna.

Vlákno	Pevnost v tahu GPa	Tažnost %	E-modul GPa	Bod tání °C
uhlíkové	3,8	1,6	225	2400
p-aramid	2,8	3-5	110	550
skleněné	cca. 1,8	2-5	7-45	850

Vlastnosti

V tabulce vlevo jsou uvedeny některé parametry vlákna o průměru 7-7,5 μm s obsahem 95 % uhlíku v porovnání s podobnými vlákny.

Tepelná a elektrická vodivost je u uhlíkových vláken závislá na modifikaci při výrobě a ta je volitelná mezi silnou vodivostí a dobrou izolační schopností.

Použití

• Hedvábí se zpracovává na textilní výrobky (viz příklady), jako příměs umělých hmot a stavebních materiálů ke zvýšení pevnosti nebo vodivosti a také jako vinutí v elektronice.

Tkanina z uhlíkového hedvábí

Příklady textilního zpracování:

- Tkaniny v plátnové a képrové vazbě, v šířce 120 cm, 4–12 nití/cm, osnova i útek z uhlíkové příze 70-800 tex nebo směsi s útkem z aramidové nebo skleněné příze

- Pásy v šířkách 5-15 cm jsou v podobném složení jako tkaniny.

Tkaniny se zpravidla používají k výrobě kompozitů (angl. Composite, něm.Verbundwerkstoff) na extrémně namáhané stavební díly lodí, letadel, raket atd. Prvotřídní kompozity se nejčastěji zhotovují jako prefabrikáty (prepregs) tím způsobem, že se na speciálních zařízeních tkanina (nebo osnova z uhlíkových nití) napouští pryskyřicí (30-50 % váhového podílu).

• Stříže se používají k výrobě kompozitů vstřikovací metodou. Tyto výrobky se uplatňují zejména na místech s velkými rozdíly teploty.

Příklad výrobku ze stříže: Rouno v šířce 100 cm, délka vláken 12 mm, 10 % pojiva (polyvinyl), tlouštka 0,25-0,35 mm, váha 20-30-g/cm2

• Použití mletých vláken je podobné jako u stříže. Tento materiál je také vhodný jako příměs ke zlepšení elektrické vodivosti, na př. u podlahovin.

Schematické zobrazení uhlíkové trubičky

• V oblasti nanotechnologie byly vyvinuty umělé svaly z uhlíkových trubiček (carbon nanotubes,CNT), které jsou stokrát silnější než lidský sval. V plánu jsou obleky pro americkou armádu, ve kterých budou tyto elementy integrovány. V tomto oděvu pak mají vojáci snadno překonávat velké terénní překážky a dopravovat těžká břemena.

Literatura

• Alfons Hofer, Stoffe : 1. Textilrohstoffe, Garne, Effekte, str. 337-358, 7. völlig überarbeitetet Auflage, Frankfurt am Main : Deutscher Fachverlag, 1992, ISBN 3-87150-366-5
• Příručka textilního odborníka (SNTL Praha 1981) str.191-196 a 209
• Sval z uhlíku:“ Supermann für die Supermacht“ (DER SPIEGEL (2/2007) - 08.01.2007, str. 171)