Mechanické a tepelné vlastnosti monifilu pro vývoj membrán

Ing. Martina Košátková Hušková

Doctoral thesis

Mechanical and Themal Properties of Monofilament for Development of Membrane

Abstract:

Výzkum a výroba ionexových heterogenních membrán je dynamicky se rozvíjející obor, který umožňuje filtrací již průmyslově použité vody a látek v ní rozpuštěných např. v papírenském průmyslu či při výrobě průmyslových hnojiv, znovu je oddělit a následně opakovaně využít. Výroba heterogenních membrán (tj. vysoce plněných polymerních kompozitů z jemně mletých polymerních částic) spočívá v zalaminování dvou armovacích textilií do roztavené plnící směsi. Iontoměničové membrány jsou využívány k filtraci ve vodném roztoku, kde polymer zbotná a změní své chemické a mechanické vlastnosti - z tuhé látky se stane plastickou, schopnou filtrace aniontů či kationtů pomocí difúzního mechanismu nebo působením elektrického pole. Armovací tkaniny plní funkci udržení tvaru membrány, zajišťují rozměrovou stálost heterogenní membrány ve směru její délky a šířky a dále zajišťují její mechanické vlastnosti v suchém stavu, i po zbotnání mletých polymerních částic ionexové směsi ve filtrované tekutině. Armovací tkaniny zajišťují tedy soudržnost celé membrány po zbotnání a umožňují tak manipulaci s celým filtračním systémem vyrobeným z jednotlivých "plátů" heterogenních membrán. Zalaminování dvou vrstev tkaniny do vysoce viskózní membránové směsi se prování při teplotě do 150°C. K tomu je třeba mít armovací tkaniny vyrobené z dostatečně tepelně a mechanicky odolných vláken. Tato práce se zabývá možnostmi testování geometrických, mechanických a tepelných vlastností polyesterového a polypropylénového monofilu. Byla vyvinuta a v interní normě zakotvena metodika ke standardizaci a zpracování výsledků měření tepelné sráživosti a srážecí síly vláken maximální, efektivní i zbytkové, dále stanovení tepelné citlivosti vláken. Výsledky práce ukazují na souvislost mezi mechanickými a tepelnými vlastnostmi úzce spojenými s vnitřní strukturou vláken a orientací.

Abstract:

The research and production of ion exchange heterogeneous membranes is a dynamically developing field that enables separation and subsequent reuse of industrially used water and substances dissolved in it by filtration. This technology is used, for example, in the paper industry or in the production of fertilizers. Heterogeneous membranes are highly filled polymer composites of finely divided polymer particles, and their production consists of laminating two reinforcing fabrics into the molten filling mixture. Ion exchange membranes are used to filter in aqueous solution in which the polymer swells and changes its chemical and mechanical properties - it becomes plastic from the solid, capable of filtering anions or cations through a diffusion mechanism or by an electric field. The heterogeneous membranes in the filtered fluid change significantly their mechanical and dimensional properties. The reinforcing fabrics provide them with dimensional stability in all directions, ensuring its mechanical properties in the dry state, and also in the filtered fluid. Thus, the reinforcing fabrics ensure the cohesion of the entire membrane, allowing the manipulation with the whole filtration system, which is made of individual "sheets" of the heterogeneous membranes. Reinforcing fabrics have to be made of sufficiently thermally and mechanically resistant fibers because the laminating of two layers of the fabric into a highly viscous membrane mixture is performed at a temperature up to 150°C. This thesis deals with testing of geometrical, mechanical and thermal properties of polyester and polypropylene monofilaments. A methodology how to standardize and process the results of thermal shrinkage and maximum, effective and residual fiber shrinkage strength with further assesment of thermal sensitivity of the fiber was developed and enshrined as an internal standard. The results indicate a correlation between mechanical and thermal properties which are closely related to the internal structure of the fiber orientation.

Keywords

Polyesterový monofil, tepelná sráživost, tepelná srážecí síla, mechanické vlastnosti, orientace vláken, počáteční modul

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 20. 7. 2019

Thesis defence

• Supervisor: doc. Dr. Ing. Dana Křemenáková

Technical University of Liberec

Faculty of Textile Engineering

Doctoral programme / field:
Textile Engineering / Textile and material engineering