MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ. Lesnická a dřevařská fakulta. Ústav nauky o dřevě

MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta Ústav nauky o dřevě

Vliv tepelné modifikace na mechanické vlastnosti kompozitu dřevo - uhlíková vlákna

Diplomová práce

2010/2011

Bc. Vendula Jelínková

Prohlášení

Prohlašuji, ţe jsem diplomovou práci na téma Vliv tepelné modifikace na mechanické vlastnosti kompozitu dřevo - uhlíková vlákna zpracovala sama a uvedla jsem všechny pouţité prameny. Souhlasím, aby moje diplomová práce

byla

zveřejněna v souladu s 47b Zákona č. 111/1998 Sb., o vysokých školách a uloţena v knihovně Mendelovy univerzity v Brně, zpřístupněna ke studijním účelům ve shodě s Vyhláškou

rektora

Mendelovy

univerzity

o archivaci

elektronické

podoby

závěrečných prací. Autor kvalifikační práce se dále zavazuje, ţe před sepsáním licenční smlouvy o vyuţití autorských práv díla s jinou osobou (subjektem) si vyţádá písemné stanovisko univerzity o tom, ţe předmětná licenční smlouva není v rozporu s oprávněnými zájmy univerzity a zavazuje se uhradit případný příspěvek na úhradu nákladů spojených se vznikem díla dle řádné kalkulace.

V Brně, dne: ....................................................podpis studenta

Tímto děkuji všem lidem, kteří mě po celou dobu mého studia podporovali a těm, kteří mi pomohli s realizací této diplomové práce. Můj dík patří také Ing. Janu Tippnerovi, Ph.D. za konzultace a vedení této práce.

VENDULA JELÍNKOVÁ

Vliv tepelné modifikace na mechanické vlastnosti kompozitu dřevo - uhlíková vlákna Influence of thermal modification on the mechanical properties of composite wood - carbon fiber Abstrakt: Diplomová práce se zabývá studiem uhlíkových vláken, kompozitů na bázi dřeva a uhlíkových vláken a lepidel pouţitých k přípravě těchto kompozitů. Cílem práce je připravit kompozit na bázi dřeva a uhlíkových vláken, podrobit jej působení tepla a experimentálně posoudit mechanické vlastnosti kompozitu před a po úpravě. Sledován je rovněţ vliv zvýšení teploty při lisování. Zkoumanými vlastnostmi jsou pevnost (MOR) a modul pruţnosti v ohybu (MOE). K experimentu jsou pouţita překliţovaná tělíska z bukových dýh a jednosměrné tkaniny z uhlíkových vláken. Klíčová slova: uhlíkové vlákno, tkanina, buk, epoxidové lepidlo, teplota, modifikace, pevnost, modul pruţnosti Abstrakt: Diploma work is about

a study of carbon fibres, wood-based carbon fiber

composites and adhesives used in these composites. The aim is to prepare a composite of wood and carbon fiber, expose this material to heat and experimentally evaluate the mechanical properties of composites before and after treatment. An influence of hotpressing is also subject matter of the work. Examined characteristics are modulus of rupture (MOR) and

modulus of elasticity (MOE). For experiment we used

an plywood consist of beech veneer and unidirectional carbon fiber fabrics. Keywords: carbon fiber, fabric, beech, epoxy adhesive, temperature, modification, modulu sof rupture, modulus of elasticity

OBSAH 1

ÚVOD................................................................................................................... - 8 -

2

CÍL PRÁCE .......................................................................................................... - 9 -

3

LITERÁRNÍ PŘEHLED .................................................................................... - 10 3.1

Uhlík ............................................................................................................ - 10 -

3.2

Alotropické modifikace uhlíku ................................................................... - 10 -

3.2.1

Technické formy uhlíku ....................................................................... - 10 -

3.2.2

Další formy uhlíku ............................................................................... - 11 -

3.3 Vlákna pro kompozity ................................................................................. - 11 3.3.1

Uhlíková vlákna ................................................................................... - 12 -

3.3.2

Ostatní vlákna ...................................................................................... - 14 -

3.3.3

Postup výroby uhlíkového vlákna........................................................ - 15 -

3.3.4

Pouţití uhlíkových vláken ................................................................... - 18 -

3.4

4

Vláknové kompozity ................................................................................... - 18 -

3.4.1

Vlastnosti ............................................................................................. - 19 -

3.4.2

Druhy vláken........................................................................................ - 19 -

3.4.3

Druhy matric ........................................................................................ - 20 -

3.4.4

Postup výroby kompozitu z uhlíkových vláken ................................... - 23 -

3.5

Teplo a dřevo............................................................................................... - 24 -

3.6

Kompozit dřevo −uhlík ............................................................................... - 25 -

MATERIÁL A METODIKA ............................................................................. - 29 4.1

Pouţitá lepidla ............................................................................................. - 29 -

4.1.1

Epoxidová pryskyřice LH 3000 ........................................................... - 29 -

4.1.2

Epoxidová pryskyřice LH 260 ............................................................. - 30 -

4.1.3

Epoxidová pryskyřice LH 300 ............................................................. - 31 -

4.2

Pouţitá vlákna ............................................................................................. - 32 -

4.3

Teplota......................................................................................................... - 33 -

4.4

Technologický postup výroby vzorků ......................................................... - 33 -

4.5

Tepelná modifikace ..................................................................................... - 36 -

4.6

Sušení .......................................................................................................... - 36 -

4.7

Experimentální tělísko ................................................................................ - 37 -

4.8

Přístroje pouţité pro přípravu vzorků a měření........................................... - 38 -

4.8.1

Lis Italpresse SCF 6 ............................................................................. - 38 -

4.8.2

Trouba SIEMENS ................................................................................ - 38 -

4.8.3

Univerzální zkušební stroj Zwick Z050............................................... - 39 -

4.9 5

Zkouška tříbodým ohybem ......................................................................... - 39 -

VÝSLEDKY....................................................................................................... - 41 5.1

Statistické vyhodnocení výsledků ............................................................... - 41 -

5.1.1

Vzorky vyrobené s pouţitím lepidla LH 3000 a tuţidla DH 25 ......... - 43 -

5.1.2

Vzorky vyrobené s pouţitím lepidla LH 260 a tuţidla H146 .............. - 45 -

5.1.3

Vzorky vyrobené s pouţitím lepidla LH 300 a tuţidla H 303 HT ....... - 47 -

6

DISKUZE ........................................................................................................... - 52 -

7

ZÁVĚR ............................................................................................................... - 54 -

8

SUMMARY ....................................................................................................... - 56 -

9

POUŢITÁ LITERATURA ................................................................................. - 57 -

10 PŘÍLOHY ............................................................................................................. - 8 10.1 Naměřené výsledky všech vzorků ................................................................. - 8 10.2 Naměřené výsledky jednotlivých sérií ........................................................ - 12 10.3 Pracovní diagramy vzorků jednotlivých lepidel ......................................... - 16 -

1 ÚVOD

Dřevo jako obnovitelný materiál bylo odjakţiva pouţíváno na konstrukce nábytku. Ve srovnání s jinými konstrukčními materiály je levné, lehké, je obnovitelným materiálem. Zároveň má řadu nevýhod, např.: je tvarově nestálé, navlhavé a málo odolné vůči houbám a hmyzu. Ve speciálních případech je jeho tuhost a pevnost v ohybu nedostačující. Uhlíkové vlákno je materiál budoucnosti, jeţ by měl jednou nahradit kovy a další konstrukční hmoty. Pouţívá se při výrobě vysoce mechanicky namáhaných částí. Například u letadel, automobilů nebo sportovních potřeb. Uhlíkové vlákno má výrazně vyšší pevnost a tuhost neţ dřevo a právě tohoto faktu je při aplikaci vláken do dřeva vyuţíváno. Běţně pouţívané jsou také kompozity dřevo − uhlíkové vlákno. Tento druh kompozitu se pouţívá především u sportovních potřeb, jako jsou lyţe, hokejky, či vesla.

-8-

2 CÍL PRÁCE

Cílem práce je zjistit vliv tepelné modifikace na mechanické vlastnosti kompozitu dřevo - uhlíková vlákna. Smyslem této práce je najít nové způsoby vyztuţení dřeva, či materiálů na bázi dřeva uhlíkovými vlákny a najít vhodná lepidla pro jejich spojení. Kombinací hi-tech materiálu a materiálu po staletí známého tedy vytvořit kompozit, který by našel uplatnění v nábytkářském průmyslu. Snahou je zvýšit pevnost a tuhost materiálu vyztuţením vlákny a zároveň posoudit jaký vliv na zvýšení pevnosti a tuhosti má jeho modifikace teplem. Je třeba porovnat chování kompozitů při různých teplotách lisování, tepelně je modifikovat a posoudit vlastnosti vzorků kompozitů v ohybu. Součástí této práce je teoretický přehled o uhlíkových vláknech v kompozitech obecně.

-9-

3 LITERÁRNÍ PŘEHLED 3.1 Uhlík Uhlík jako prvek je znám aţ od druhé poloviny osmnáctého století. Je to biogenní prvek. To znamená, ţe se vyskytuje v ţivých organismech. V přírodě jej také můţeme nalézt ve sloučeninách anorganických. Např. kalcit, magnezit, dolomit, vápenec, nebo jako oxid uhličitý. Běţně je dvojvazný, excitovaný uhlík (vázaný v organických sloučeninách) je čtyřvazný. Má schopnost řetězit se a tvořit násobné vazby. K sousedním atomům se obvykle váţe kovalentní vazbou. Uhlík je poměrně málo reaktivní, s jinými prvky reaguje aţ při vyšších teplotách. (Bína, 1980)

3.2 Alotropické modifikace uhlíku Další alotropické modifikace uhlíku jsou grafit, diamant a fullereny. Grafit krystalizuje v šesterečné soustavě. Díky tomu, ţe jsou mezi vrstvami slabé přitaţlivé síly je grafit měkký − Mohseova stupnice 0,5 (Sommer, 1974). Má černo-šedé zbarvení, kovový lesk, dobře vede elektrický proud, má vrstevnatou strukturu. Diamant krystalizuje v krychlové soustavě a je nejtvrdším nerostem (Řehoř, 1973). Dle Sommera (1974), má diamant číslo 10 na Mohseově stupnici. Je průzračný, lesklý, někdy zabarvený příměsemi. Jsou výborně tepelně vodivý, ale elektricky nevodivý. Diamant je chemicky, mechanicky i tepelně extrémně odolný. Diamant se dá vyrobit z grafitu působením vysokých teplot a tlaků. Fullereny jsou synteticky vyrobenou modifikací uhlíku. Skládají se z pěti nebo častěji šestičlenných kruhů atomů uhlíku. Jsou velmi odolné. Mezi nejdůleţitější vlastnost patří jejich supravodivost. Fullereny se uměle připravují pyrolýzou organických sloučenin laserem (Řehoř, 1973).

3.2.1 Technické formy uhlíku Technickými formami uhlíku jsou nazývány koks, uhlí a saze.

- 10 -

Dle Legendre (2001), jsou saze rozptýlený uhlík vznikající při nedokonalém spalování organických látek. Pouţívají se jako plnivo při výrobě kaučuku a pneumatik. Koks je šedá, tvrdá a pórovitá pevná látka. Hnědá nebo černá hořlavá hornina se nazývá uhlí. Dle Řehoř (1973), je uhlí sloţeno především z uhlíku, obsahuje však také další chemické prvky především síru a příměsi radioaktivní (uran a thorium). Aktivní uhlí je pórovitá forma uhlíku s velkým povrchem. Absorbuje škodlivé látky. Pouţívá se pro filtry ochranných masek nebo v lékařství jako tzv. ţivočišné uhlí.

3.2.2 Další formy uhlíku Dle Legendre (2001), jsou jinými formami uhlíku uhlíková nanovlákna, grafen, skelný grafit a aerogely. Uhlíková nanovlákna jsou uměle vyrobené mikroskopické trubičky sloţené z atomů uhlíku o tloušťce pouhých několika nanometrů. Pouţívá se při výrobě velmi pevných a zároveň lehkých kompozitních materiálů a tkanin a také v elektronice. Grafen je forma uhlíku podobná grafitu. Tvoří jej rovinná síť několika vrstev vzájemně propojených atomů uhlíku uspořádaných do tvaru šestiúhelníků. Uměle vyrobenou formou grafitu je skelný grafit (glassy carbon). Vyznačuje se vysokou hustotou, nízkou pórovitostí a značnou chemickou a mechanickou odolností. Dle Grégr (2008), se vyrábí dlouhodobým vysokoteplotním rozkladem organických látek na povrchu normálního grafitu. Uhlíkové aerogely jsou vyráběny karbonizací aerogelů připravených z resorcinformaldehydových pryskyřic.

3.3 Vlákna pro kompozity Vláknové mikrokompozity obsahují vlákna o průměru 1 aţ 100 μm. Některé kompozity obsahují vlákna o průměru pod 1 μm v podobě krátkých (diskontinuálních) nanovláken a zařazují se proto mezi nanokompozity. Pevnost vlákna je významně větší neţ pevnost stejného materiálu v kompaktní formě. Příčinou je malý příčný průřez vláken. V tenkých vláknech jsou minimalizovány rozměry vrozených vad materiálu a také nebezpečnost povrchových vad je při velmi malých příčných rozměrech menší.

- 11 -

Vady existují jen v podobě mikroskopických dutinek a trhlinek, které jsou přednostně orientovány v podélném směru vlákna (Kořínek, 2009).

3.3.1 Uhlíková vlákna Dle Horský (1998), byla první uhlíková vlákna vyrobena z bambusu v roce 1879. Vyrobil je Thomas Alva Edison. První vědecké pojednání zahrnující vláknité formy uhlíku se objevuje v roce 1890. O půl století později byla vypěstována vlákna rozkladem metanu, propanu a etylenu při 1 200 °C na křemenných podloţkách. V roce 1955 se podařila orientace krystalů uhlíku, coţ pak umoţnilo výrobu těchto vláken v širokém měřítku (Legendre, 2001). Počátkem šedesátých let zaznamenáváme úspěšné pokusy o karbonizaci organických vláken. Nejlepším prekursorem se jeví vlákna polyakrylonitrilová. Vlivem napětí při teplotách nad 2 000 °C se zlepšily mechanické vlastnosti vláken z viskózového prekursoru. Počátek sedmdesátých let znamená nástup uhlíkových vláken z izotropních smol. Následovaly experimenty na vylepšování kvality PAN (polyakrylonitrile) prekursoru se současným růstem mechanické pevnosti vláken a počátky uplatnění mezifázových smol. Uhlíková vlákna z par, díky rozpracování katalytických vlivů přechodných kovů, obzvláště ţeleza na kvalitu růstu vláken, postupně přecházely do průmyslových objemů. Po objevu fullerenů přicházejí na svět uhlíkové nanotrubice a vzniká tak plynulý přechod od kontinuálních uhlíkových vláken aţ po vlákna v nanopodobě. Technologický vývoj v oblasti uhlíkových vláken pokračuje neustále dál k vyšším mechanickým parametrům a k jejich lepšímu vyuţití (Legendre, 2001).

Vlastnosti Dle Legendre (2001), mají uhlíková vlákna vysokou pevnost v tahu a vysoký modul pruţnosti v tahu. Vysokou odolnost proti únavě, ale zároveň nízký koeficient tření. Mají nulovou plastickou deformaci při namáhání a nízkou měrnou hmotnost. Vlákna mají nízký koeficient tepelné roztaţnosti a široké rozpětí koeficientu tepelné vodivosti. Jsou vysoce odolná proti tepelným rázům, proti vysokým i nízkým teplotám. - 12 -

Kromě elektrické i magnetické vodivosti mají uhlíková vlákna také vysokou propustnost pro rentgenové záření a naopak jsou nepropustná proti záření elektromagnetickému. Co se týká chemických vlastností, jsou odolná vůči kyselinám, zásadám a rozpouštědlům. Jsou nehořlavá a chemicky inertní. Jsou také biologicky dobře snášenlivá.

Obr. 1 Příčný a podélný mikroskopický řez uhlíkovým vláknem (www.vslib.cz)

Existuje řada druhů vláken. Tato vlákna se liší modulem pruţnosti, pevností a hustotou. Nejčastěji se rozdělují do čtyř kategorií (dle Legendre, 2001).  UHM (ultra high modulus) - velmi vysoký modul (obsah uhlíku je 99,8%)  HM (high modulus) - vysoký modul (obsah uhlíku je 99,0%)  UHS (ultra high strenght) - velmi vysoká pevnost (obsah uhlíku je 96,5%)  HS (high strenght) - vysoká pevnost (obsah uhlíku je 94,5%)

Obr. 2 Graf znázorňuje pevnost v tahu [MPa] na ose y a modul pruţnosti [GPa] na ose x jednotlivých druhů vláken (Havel, 2010)

- 13 -

3.3.2 Ostatní vlákna Aramidová vlákna Název vznikl zkrácením názvu aromatický polyamid. Je to pevný ţáruvzdorný syntetický materiál. Nejznámějším aramidovým vláknem je Kevlar. Vznik kevlaru udává mnoho zdrojů různě. O vznik kevlaru se zaslouţila Stephanie Kwolek, výzkumný vědec laboratoře DuPont v roce 1965 spřádáním vláken kapalného kristalického roztoku. Vlákno je odolné vůči oděru, teplu a organickým rozpouštědlům. Málo odolné vůči vlhkosti. Má vysokou pevnost a Youngův modul pruţnosti. Je nevodivé, špatně zápalné. Patří do skupiny vysokopevnostních vláken (tzv. high performance fibers). Je zde mnoho mezi-řetězcových vazeb coţ dělá materiál extrémně pevným. Výroba kevlaru je nákladná díky obtíţím spojenými s pouţitím koncentrované kyseliny sírové, která je zapotřebí k tomu, aby udrţela vodou nerozpustný polymer v roztoku v průběhu syntézy a soukání (Kinzel, 2009). Skleněná vlákna Skleněná vlákna mají silikátový základ. Vyrábějí se taţením taveniny směsi oxidů Si s malým podílem oxidů alkalických kovů. Vyrábí se vstřikováním proudu přes trysky. Mají výborné technické vlastnosti. (Kořínek, 2009) Například vysokou pevnost v tahu (1 850 – 2 150 MPa) a hodnotu Youngova modulu pruţnosti (70 000 MPa) (www.basaltex.cz). Jsou odolné vůči vysokým teplotám a chemikáliím. Jsou nehořlavé. Mají také dobré elektrické vlastnosti. Jejich neopomenutelnou výhodou ve stavebnictví jsou vynikajících tepelně a zvukově izolačních vlastnosti. Kovová Jsou vlákna vyráběná z kovů taţením (drát, plech, folie) nebo pokovováním přírodních a chemických vláken.

Jako výchozí látka se nejčastěji pouţívá ocel

(surová, pocínovaná, nebo pozinkovaná), dále také slitiny niklu a hliníku a na speciální vlákna platina, wolfram, molybden, či berylium. Hodnoty meze pevnosti se pohybují od 450 MPa (měď) do 4 000 GPa (ocel) (dle Pospíšil, 1981).

- 14 -

Čedičová Jedná se o nový typ technického vlákna. Kromě vysoké tepelné a chemické odolnosti má toto vlákno také velmi přijatelnou cenu. Vlákna jsou pevná a vysoce odolná. Čedičová vlákna jsou sloţena ze svazku nekonečně dlouhých fibril vzniklých rozvlákňováním taveniny anorganického minerálu čediče. Čedičová vlákna ve formě technického hedvábí jsou nekonečná a uplatní se hlavně v textilním zpracování na roving, čedičové nitě tkané, druţené a kordy. Ty se dále dají zpracovávat na plošné a délkové textilní útvary – provazce, hadice a popruhy a prostorové textilní technické útvary.

Čedičová

vlákna

jsou

podobná

skleněným

vláknům,

jsou

však

aţ o 40 % levnější. Vlákna lze pouţít v teplotách od −260 do +820 °C (skleněná vlákna od − 60 do +600 °C). Mají vysokou pevnost v tahu (1 850 – 2 150 MPa) a hodnotu Youngova modulu pruţnosti (100 000 MPa). (www.basaltex.cz). Borová Borová vlákna jsou textilní materiál získaný nanášením plynného boru na tenké dráty z wolframu nebo z uhlíku. Borová vlákna se zařazují do skupiny výrobků s vysokoteplotní aplikací. Hodnoty meze pevnosti se udávají kolem 1 500 MPa. Borová vlákna se pouţívají k výrobě součástí extrémně namáhaných tlakem v letectví, vojenské a sportovní technice. Vyrábějí se také hybridní prepegy ze směsi boru a uhlíku. Jednou z hlavních nevýhod borových vláken je jejich vysoká cena (www.specmaterials.com). Hojně

uţívaná

jsou

také

polymerní

vlákna.

Jsou

to

vlákna

PET (polyethylenová), PAN (polyakrylonitrilová) a PA (polyamidová). Mezi přírodní vlákna patří přírodní vlákna rostlin, ţivočichů a také minerální vlákna.

3.3.3 Postup výroby uhlíkového vlákna Výroba uhlíkového vlákna probíhá v několika krocích: Dle Kořínka (2009), je v první fázi připraven prekurzor. Je to výchozí látka, z níţ vzniká chemickou přeměnou výsledný produkt. Materiál upravíme buď taveným zvlákňováním, nebo zvlákňováním z roztoku. Poté je vlákno taţeno do poţadovaného průměru. Struktura prekurzoru ovlivňuje strukturu a pevnost uhlíkových vláken. Poté - 15 -

je třeba vlákno stabilizovat. Stabilizace se provádí na vzduchu zahřátím na 200 – 450 °C po dobu 20 – 30 minut. Vlákno naváţe molekuly kyslíku ze vzduchu a dojde tak ke změně struktury. Při stabilizaci se musí zabránit přehřívání vlákna. Provádí se, aby z dlouhých vláken vznikla teplotně stabilní zesítěná struktura. Polymer obsahuje atomy dusíku. Ty se v plynné formě oddělují v další fázi - karbonizaci. Karbonizace je převod prekurzoru na uhlíková vlákna. Provádí se v inertní atmosféře (dusík) při teplotách 1000 – 2000 °C. Díky inertní atmosféře, tedy bez obsahu kyslíku, vlákno při těchto teplotách nehoří. Vysoká teplota však způsobí rozkmitání atomů. Většina neuhlíkových atomů je tak odstraněna. Výsledné vlákno má 85 – 95 % uhlíku. Toto stádium je nejdůleţitější pro pozdější vlastnosti vlákna. U takto upraveného vlákna se následně provádí grafitizace. Díky ní vznikají tzv. grafitová vlákna. Provádí se v inertní atmosféře při teplotách 2 400 °C – 3 000 °C. Podíl uhlíku se zvyšuje na minimálně 99%. Vzniká také uspořádaná vrstevnatá struktura. Vyvinutější mikrokrystaly

vedou

ke

zvětšení

tuhosti vlákna,

ovšem za

cenu

poklesu

pevnosti, protoţe zvětšováním velikosti krystalů se také zvětšují defekty mezi nimi. U nejtuţších vláken provádíme tzv. dlouţení. Při tomto procesu se zmenší úhel odklonu mikrokrystalu od osy vlákna. Vznikají tzv. vysokomodulová vlákna. Uhlíkové vlákno zahřívané při teplotách 1 000 – 2 000 °C získává nejvyšší pevnost v tahu (asi 5 650 MPa), zatímco vlákno zahřívané na teploty 2 400 k 3 000 °C (při grafitizaci) získává vyšší modul pruţnosti v tahu (asi 531 GPa). Aby byla dostatečně zajištěna synergie kompozitních materiálů, musí nastat dobrá interakce mezi vlákny a matricí. Uhlíková vlákna mají přirozeně odpudivé chování vůči pojivům díky obsazeným hladinám π-elektronů. Proto jsou podrobována úpravám, které mají za úkol vnést aktivní skupiny na povrch. Tyto skupiny se účastní vazebných i nevazebných interakcí mezi vláknem a matricí. Cílem těchto úprav je také mechanická ochrana vlákna. Klasicky se povrch upravuje oxidací povrchu. Existují ovšem i jiné varianty. Kombinace povrchové elektrolýzy, roubování nebo růstu polymerů na povrchu vláken, vytváření funkčních skupin nebo tenkých povlaků plasmovými technologiemi. Díky povrchové úpravě je vlákno pokryto vrstvou proti poškození při vinutí a proplétání.

Materiály

pouţívané

k

pokrytí

jsou

většinou

epoxidové

pryskyřice, polyester nebo nylon. Vlákno se pak vine na válce zvané vřetena. Z nich je pak vedeno do spřádacího stroje a vlákna jsou překroucena do příze různých průřezů. Asi 90% uhlíkových vláken je vyrobeno z polyakrylonitrilových vláken (PAN). - 16 -

Zbývajících 10% je vyrobeno z viskózových vláken nebo jsou vyrobena ze smol dehtu, které jsou zbytky po krakování ropy (pitch- vlákna). Pan vlákna Polyakrylonitrilová vlákna (PAN) jsou umělá textilní vlákna vyrobená z polyakrylonitrilu. Vlákno je pruţné a měkké. Pevnost vláken je ovšem niţší neţ u ostatních. Hustota vlákna je 1 180 – 1 220 kg/m3.

Vlákno špatně vede

teplo, je vysoce hořlavé a při hoření se uvolňují jedovaté plyny. Pravá PAN vlákna jsou tuhá

na omak, špatně

barvitelná.

Pouţívají

se

především

pro koberce (Kořínek, 2009). Viskózová vlákna Dle Pospíšil (1981), Viskóza (rayon) byla prvním umělým vláknem vyrobeným pro textilní průmysl. Výroba tohoto materiálu začala koncem 18. století. Vlákna jsou levnější náhradou za hedvábí (původně se nazývala umělé hedvábí), bavlnu a vlnu. Kromě standardních viskózových vláken existují také vlákna modifikovaná. Hustota viskózového vlákna je 1 500 – 1 520 kg/m3. Při výrobě uhlíkového vlákna z viskózy se přemění pouze jen 25% hmoty původního vlákna.

Pitch-vlákna Pitch-vlákna jsou vlákna vyráběná z uhelného dehtu nebo ropných smol. Dříve byla tato vlákna povaţována za méně hodnotná, s niţší pevností. Postupem času se pomocí vhodného výrobního postupu téměř dosáhla kvalit uhlíkových vláken z PAN. Mohou být pouţita jako výztuţ termoplastů, cementového tmelu či betonu. Také jsou odolné vůči alkáliím (Kořínek, 2009).

- 17 -

3.3.4 Pouţití uhlíkových vláken Uhlíková vlákna se pouţívají především pro technické účely a to jako výztuţ kompozitů. Uhlík se přidává ve formě mletých vláken, sekaných pramenů, filamentů, rovingů, rohoţí, tkanin, pletenin a splétaných textilií. Vlákna jako uhlíkový kompozit se pouţívají v nejrůznějších odvětvích průmyslu. Jako první byl tento kompozit vyuţit v leteckém a kosmickém průmyslu. Kovové kompozity

se

vyznačují

vysokou

pevností

a

tuhostí,

malou

tepelnou

roztaţností, vysokou korozní odolností a nepropustností RTG paprsků. Aby výrobky co nejefektivněji odolávaly předpokládanému zatíţení, jsou důleţité také parametry kompozitu. Typ vlákna, směr navíjení, tvar a rozměr výrobku (www.bibus.cz).

Obr. 3 Vztah mezi pevností a modulem pruţnosti u tradičních kovových materiálů a kompozitů (www.bibus.cz)

3.4 Vláknové kompozity Obecně jsou kompozity materiály sloţené ze dvou nebo více sloţek s výrazně odlišnými fyzikálními a chemickými vlastnostmi. Nespojitá sloţka se nazývá výztuţ. Je tvrdší, tuţší a pevnější. Spojitá sloţka se nazývá matrice. Matrice spojuje vlákna a vytváří vhodnou strukturu a chrání je před povrchovým poškozením. Také slouţí k přenosu napětí do vláken a naopak, která dávají kompozitu pevnost. Spojitá sloţka zastává v kompozitu funkci výztuţe. Výztuţ je obvykle pevnější v tahu neţ matrice. Podíl výztuţe musí být větší neţ 5 %. Obecně platí, ţe mechanické vlastnosti kompozitu - 18 -

stoupají se zvyšujícím se obsahem vyztuţující sloţky aţ do podílu 80 %. Všechna vlákna musejí být totiţ dokonale smočena pojivem-pryskyřicí. Aby byly plně vyuţity pevnosti vláken, musí se zabezpečit dobrá adheze mezi vlákny a matricí a tím i dokonalý přenos síly z matrice na výztuţ. Vlákna se proto na povrchu chemicky upravují tak, aby se na rozhraní mezi matricí a vláknem vytvořily pevné chemické vazby. V leteckém průmyslu se nejvíce pouţívají mikro-kompozitní materiály. Jejich příčné rozměry jsou 100 – 102 μm. Oproti tomu makro-kompozity mají výztuţ velikosti 100 – 101 mm v průřezu. Makro-kompozity jsou pouţívány ve stavebnictví (Legendre, 2001).

3.4.1 Vlastnosti Kompozitní materiály (heterogenní) mají před těmi homogenními řadu předností. Tou nejdůleţitější je, ţe mají lepší mechanické vlastnosti. Kombinací dvou materiálů můţeme kombinovat jejich vlastnosti a ve výsledku vytvořit materiál, ve kterém eliminujeme ty špatné a naopak vyzdvihneme ty dobré. Tímto lze dosáhnout lepších výsledných vlastností, neţ by odpovídalo součtu jejich sloţek. Takovému jevu se říká synergie. Dobré vlastnosti kompozitů jsou především lehkost, pevnost, tepelná odolnost, houţevnatost a většinou také niţší cena. Jsou anizotropní, tj. mají odlišné mechanické vlastnosti pro různé směry zatíţení. Vysokou pevnost mají jen ve směru orientace vláken. V ostatních směrech je pevnost niţší, nejmenší je kolmo na směr vláken. Pro jednoosé zatíţení se pouţívají kompozity jednosměrné, kde jsou všechna vlákna rovnoběţná. Pro sloţitější zatíţení se pouţívají kompozity sloţené z více vrstev s různou orientací vláken nebo vyztuţené tkaninou. Světová spotřeba kompozitů je ze 40 % v letectví a kosmonautice, dalších 40 % je spotřebováno na sportovní náčiní a 20 % v ostatním průmyslu.

3.4.2 Druhy vláken  Roving - jsou sdruţené prameny s nulovým nebo malým počtem zákrutů (méně neţ 40 zákrutů/m) pro výrobu předimpregnovaných vláken (prepegů). Jemnost rovingu

se

udává

v tex (hmotnost

při délce 1 000 m). - 19 -

vláknového

produktu

v gramech

 Jednoduchá příze - vzniká zkrucováním pramenů a jejich sdruţováním. Pouţívá se pro výrobu technických tkanin.  Rohože - netkané textilie, rouna. Tvoří je v rovině leţící nahodile uspořádané kontinuální nebo na větší délky sekané prameny. Sekaná vlákna jsou v rohoţi spojena polymerními pojivy rozpustnými v rozpouštědlových pryskyřicích. Pouţije-li se k výrobě rohoţí kontinuálních vláken, není zapotřebí udrţet jejich vzájemnou polohu pojivem.  Sekané prameny - jsou určeny pro přípravu lisovacích a vstřikovacích směsí, prameny jsou nasekány na potřebné délky.  Prepeg (předimpregnovaná vlákna) - jsou různě široké role nebo kotouče. Obsahují

buď

paralelně

uspořádané

rovingy,

tkaninu,

nebo

rohoţ

a polovytvrzenou reaktoplastickou, nebo termoplastickou matrici. Je moţné téţ vyrobit pramenový, nebo rovinový prepeg. Vlákna jsou impregnována matricí  Tkaniny - jsou tkané z rovingů a jsou určené pro kontaktní laminování, pultruzi, navíjení a výrobu tkaninových prepegy (Kořínek, 2009)

3.4.3 Druhy matric Matrice je pojivo výztuţe v kompozitech. Funkcí matrice je zafixovat vlákna v kompozitu tak, aby bylo moţné zavádění a odvádění zátěţe. Hlavním úkolem matrice je chránit výztuţ proti vnějším vlivům. Pevnost vláken uloţených v matrici by měla být vyšší neţ pevnost samotné matrice. Velký vliv na mechanické a termické vlastnosti má vzájemná přilnavost vláken k matrici. Některá vlákna se proto napouštějí chemikáliemi, či ozařují ultrafialovými paprsky. Při výběru pryskyřice musíme přihlíţet jak k vlastnostem uţitným, jako jsou pevnost, modul pruţnosti, či tepelná odolnost, tak k vlastnostem technologickým. Jako například viskozita pryskyřice, doba ţelatinace a skladovatelnost. Nejpouţívanější matrice jsou matrice polymerové. Ty se dělí na reaktoplastové a termoplastové. Reaktoplasty jsou většinou tekuté a vytvrzují se chemickými prostředky. Tyto kompozity se jiţ po vytvrzení nedají tvarovat, jejich výhodou však - 20 -

je, ţe mají vyšší pevnost a jsou více odolné při vysokých teplotách neţ termoplastické matrice.

Nejpouţívanějšími

reaktoplastickými

matricemi

jsou

močovino-

formaldehydové a fenolové pryskyřice. Termoplastické matrice jsou tuhé a zkapalňují aţ při teplotách nad 200°C. Výhodou těchto kompozitů je, ţe je lze dodatečně tvarovat. Nejčastěji pouţívanými termoplastickými kompozity jsou polypropylen a aromatické polymery (Kořínek, 2009). Protoţe se při lepení nábytku obvykle spojuje dřevo, nebo materiály na bázi dřeva, uplatňuje se v tomto oboru jiţ tradičně lepidla s polárním charakterem, dobře fungující na povrchu polárních materiálů zaloţených na celulóze (Beran, 2008). Epoxidové pryskyřice Epoxidové pryskyřice patří mezi nejvšestrannější reaktoplasty. Jsou to lepidla dvousloţková, je tedy nutná reakce s tvrdidlem. Důleţité u epoxidových pryskyřic je velmi

přesné

dávkování.

V porovnání

s ostatními

reaktoplasty

jsou

houţevnatější, odolnější proti tečení a únavě a mají výbornou přilnavost k vláknům (adhezi) a také kohezi. Při vytvrzování se také méně smršťují, takţe v lepené spáře nevzniká pnutí. Jsou vysoce chemicky odolné. Velmi dobře lepí dřevo s jinými materiály a pouţívají se také jako laminovací pryskyřice (Komárek, 1986). Vytvrzovací reakce u epoxidových pryskyřic jsou vyvolány polyadicí chemickou reakcí. Molekuly se spojují bez vzniku vedlejších zplodin. Tyto reakce probíhají pomalu, ale tento čas lze zkrátit pouţitím urychlovačů. Většina z těchto tvrdidel jsou ţíraviny. Epoxidová lepidla vytváří dobré spoje odolné vůči vodě a teplotě do 70 °C. Lze však pouţít pryskyřice s vysokou odolností proti teplotě. Ty však musí být vytvrzovány za teplot vyšších, neţ pokojových. Lepidla jsou vhodná pro lepení nesavých a netěsných spojů. Nevhodná jsou

naopak

pro

spojování

materiálů

s nepolárním

povrchem

např.: polystyrénu, polyetylenu a polyvinylchloridu. Pouţití epoxidových pryskyřic při lepení dřeva je ale omezené vzhledem k jejich ceně. Nejčastější příčinou selhání epoxidových lepidel je chudý spoj. K porušení takového spoje je třeba poměrně málo síly. Příčinou je, ţe se lepidlo vsáklo do lepeného povrchu. To můţe být zapříčiněno vysokou vlhkostí a pórovitostí lepeného materiálu, nízkou viskozitou lepidla, či jeho pomalých vytvrzováním (Raftery, 2009).

- 21 -

Polyuretanová (PUR) lepidla Novým trendem v lepení jsou v současnosti PUR lepidla. Patří mezi reaktoplasty. Hlavní sloţkou je izokyanát a polyesterová pryskyřice. Lepidlo je poměrně pevné a pruţné. Je odolné vůči vlhkosti. Nevýhodou je, ţe vlivem dynamického namáhání spojů můţe podléhat studenému toku (creepu). Stejně jako u epoxidů probíhá vytvrzování chemickou reakcí (Komárek, 1986). V případě lepení dřeva se uplatňují polyuretanové prepolymery schopné vytvrzení reakcí se vzdušnou a materiálovou vlhkostí. Tyto polymery vytváří tvrdý a vysoce vodě vzdorný spoj, splňující nároky EN 204 – D4. Plošná spotřeba PUR holmetů je poloviční ve srovnání s tradičními ethylen vinylacetátovými lepidly, nebo amorfní poly-alfa-olefinovými APAO tavnými lepidly. Rovněţ teplota zpracování je niţší. Samozřejmě u PUR lepidel nastává otázka zdravotní nezávadnosti při práci. Stopové mnoţství monomerů izokyanátů mohou působit na alergenně (Beran, 2008). UF lepidla Močovino-formaldehydová a melamin-formaldehydová lepidla jsou jiţ dlouhou pouţívána v celé řadě dřevařských aplikací od výroby aglomerovaných materiálů, přes povrchové úpravy aţ po montáţní lepení. Četné jsou i nedřevařské aplikace. Močovinoformaldehydová lepidla mají vysokou smykovou pevnost a nízkou cenu (Komárek, 1986). Jejich nezanedbatelnou nevýhodou je však škodlivý vliv formaldehydu na zdraví, který se z lepidla uvolňuje vlivem hydrolýzy (Beran, 2008). Za poslední léta se výrazně zpřísnily normy na emise formaldehydu u výrobků a emisní limity v pracovním prostředí, proto se prosazují i lepidla bez formaldehydu, jako jsou PVAc disperze, izokyanáty, případně fenolická lepidla, které sice formaldehyd obsahují, ale po vytvrzení jej neemitují. (Pastrňák, 2008). PVAc lepidla Polyvinylacetátové Je nejpouţívanějším

lepidlo lepidlem

je

disperzní,

v nábytkářství.

vodou

ředitelné

Vytvoření

lepidlo.

lepidlového

filmu u PVAc, stejně jako u ostatních vodou ředitelných lepidel probíhá odpařením vody, tedy fyzikální změnou. Tlakem způsobíme zatlačení lepidla do pórů. Dřevo jejich působením bobtná (Komárek, 1986). Nevýhodou PVAC lepidla je nutnost pouţití velkého lisovacího tlaku a delšího času (Beran, 2008). Vlivem nízkého podílu sušiny - 22 -

je lepidlo sice velmi ekologické, ale snadno se vpíjí do povrchu a můţe dojít k tzv. chudému spoji. Takový spoj nemá celistvý film lepidla. PVAc lepidla mají vysokou smykovou pevnost. Výhodou polyvinylacetátového lepidla je, ţe na vytvrzení stačí minimální filmotvorná teplota (MFT – nejniţší teplota, při které se tvoří pevný a souvislý lepený film). Jejich tepelná odolnost je však pouze kolem 50 °C (Komárek, 1986). Souhrnem lze říci, ţe lepení nadále zvyšuje svůj význam při výrobě nábytku. Do popředí se dostávají lepidla se zvýšenou odolností vůči vodě a vůči vysokým teplotám (Suchý, 2008). Tam, kde poţadujeme lepit materiály k sobě a vyţadujeme vysokou pevnost a tuhost, zvolme reaktivní lepidla. A to lepidla epoxidová, nebo polyuretanová (Beran, 2008).

3.4.4 Postup výroby kompozitu z uhlíkových vláken Dle Legendre (2009), jsou vrstvy uhlíkového vlákna lepeny fenolovou pryskyřicí a vytvarovány do konečné podoby. Jako přísada se přidává koks nebo jiný čistý uhlík. Poté je vše zahřáté v inertní atmosféře. Pyrolýzou se fenolová pryskyřice rozloţí a vytvoří uhlíkovou matrici. Při tomto procesu ztrácí směs objem a začínají se vytvářet póry. Ty jsou částečně eliminovány přídavnými přísadami. Uhlíková matrice se dále impregnuje furylalkoholem. Následují dalšími pyrolýzy, jimiţ je matrice zahušťována a zesilována. Nakonec jsou póry postupně několik dní vyplňovány za vysoké teploty uhlíkotvorným plynem, např. acetylenem. Při konečné úpravě je povrch materiálu za vysoké teploty v inertní atmosféře pokryt vrstvičkou karbidu křemíku, která chrání čistý uhlík před oxidací. Kompozitní materiály se vyrábějí dvěma způsoby: pultruzí nebo vstřikováním. Pultruzí se vyrábějí kompozitní profily stálého průřezu. Je to kontinuální proces, při kterém se vlákna odvíjejí a přes naváděcí kladky se rozmístí do průřezu vyráběného profilu. Potom jsou vedena přes impregnační vanu, kde jsou prosycena matricí a dále vstupují do průběţné formy, kde dojde ke konečnému zformování a vytvrzení. Na konci linky je profil dělen na poţadované délky. Pultruzí se vyrábějí tyče,

trubky

a

hranoly.

Vstřikováním

zpracováváme

kompozity

s matricí

z termoplastického polymeru vyztuţené sekanými vlákny. Tento způsob výroby přináší - 23 -

vyšší produktivitu neţ u laminátů vyztuţených dlouhými vlákny nebo tkaninou. Výhodou také je, ţe termoplasty můţeme druhotně zpracovávat.

3.5 Teplo a dřevo Dle Staša (2008), tepelným zpracováním (v teplotním rozmezí 160 – 215 °C) dochází ke změně vlastností dřeva. Působením vysokých teplot se dřevo stává křehkým, výrazně se sniţuje jeho rázová houţevnatost z důvodů termického rozkladu dřeva (pyrolýzy), dochází k odbourávání sacharidového podílu dřeva hlavně hemicelulóz, mění se chemické sloţení dřeva, hmotnost a barva dřeva. Dřevo má zvýšenou štípatelnost a má niţší pevnost v ohybu. Tento proces zahrnuje zahřátí dřeva na teploty přesahující jeho teplotu samovolného vznícení pomocí vodní páry, která má ochrannou funkci. Odlišné teploty, odlišná doba zpracování a odlišné techniky sušení propůjčují dřevu poţadované vlastnosti. Dle (www.drevari.sk), je hustota materiálu niţší, liší se podle pouţité dřeviny. Materiál je rozměrově a tvarově stabilnější v podmínkách běţné proměnlivé vlhkosti s redukcí všech vnitřních napětí a trvalých i dočasných rozměrových a tvarových změn, jako můţe být následné praskání výrobku, nebo tvarové borcení a kroucení. Během zpracovávání získá ošetřované dřevo rovnoměrné hnědé zabarvení. Intenzitu barvy lze ovlivnit aplikací různých teplot zpracování. Tmavnutí různých druhů dřeva je dáno jejich přirozenými vlastnostmi.

- 24 -

3.6 Kompozit dřevo −uhlík Cheng a Hu (2009) zkoumali účinky typů vláken, druhů lepidla a úhel mezi vlákny uhlíkovými a vlákny dřeva. Pracovali se vzorky topolu. Výsledky ukázaly, ţe kvalita vlepení vláken do dřeva je lepší při vlepení uhlíkových vláken rovnoběţně s dřevními. (www.woodboatbuilder.com) se zabýval lemováním vnitřních nosníků lodi jednosměrnou uhlíkovou tkaninou. Nosníky jsou namáhány na ohyb. Poukázali na důleţitost pevnosti vazby mezi uhlíkovými vlákny. Snaţili se mnoţství epoxidu udrţet na minimu, proto pouţívali vakuové pytle. Pirvu, Gardne a Lopez-Anido (2005) se zabývali kompozity dřevo – uhlík jako materiálu pouţité ke stavebnictví. Hodnotili trvanlivost tohoto spojení, kdyţ se podrobí podmínkám ţivotního prostředí a konzervačním přípravkům na dřevo. K lepení uţíval vinyl – esterové pryskyřice. Campilho a kol. (2009) se zabývali experimentálními a numerickými studiemi vyztuţení

dřevěných

trámu

uhlíkem

a

epoxidem

ve

čtyřbodém

ohybu.

Zjišťovali, ve kterém z míst se vzorky poruší, zda v místě spojení materiálu s lepidlem, v lepidle samotném, či ve dřevěném trámu. Ling, Xie a Tsai (2009) se zabývali pouţitím uhlíkového laminátu v různých druzích dřev a to ve 1, 2 a 3 vrstvách. Například u ostrolistce kopinatého dosáhli zvýšeného procenta pevnosti v ohybu o 39 %, 44 % a 61 %. Jang (1992) zkoumal zlepšování adheze mezi uhlíkovým vláknem a matricí. Plochy uhlíkových vláken byly za studena ošetřeny kyslíkem, dusíkem, argonem, čpavkem a propylenem. Byla prokázána účinnost uţití různých druhů plazmatů na zlepšení povrchové adheze mezi uhlíkovým vláknem a pryskyřicí. Přidání kyslíkových atomů na povrch způsobuje zhrubnutí povrchu, větší pórovitost a smáčivost vláken pro lepší mechanické spojení s těmito látkami. Jako nejvhodnější pro ošetření uhlíkových vláken v kompozitu se jeví amoniak/argon plazma. V těchto případech byla pozorována větší smáčivost a nevyvolává ţádné znatelné sníţení pevnosti vlákna. V práci Vliv předpětí uhlíkových vláken na MOE a MOR dřevěného experimentálního tělíska vyztuţeného uhlíkovými vlákny (Jelínková, 2009) jsem se zabývala způsoby umístění uhlíkového vlákna do dřeva. K experimentu jsem pouţila normovaná experimentální tělíska z bukového dřeva vyztuţená uhlíkovými vlákny. Metodu zjišťování modulu pruţnosti při statickém ohybu popisuje norma ČSN 49 0116. Norma stanovuje metodu zjišťování modulu pruţnosti při statickém ohybu a měřením deformací v zóně čistého ohybu. Zkušební tělesa musí mít tvar pravoúhlých hranolů - 25 -

o šířce 20 x 20 mm a délce ve směru vláken 300 mm. Při měření jsme tedy pouţily tělíska, kde byla vyfrézovaná dráţka o velikosti 2 × 3 mm. V práci jsme testovali vzorky s různými metodami vlepení vláken do tělíska. Vzorky, kdy dvě normovaná tělíska byla slepená k sobě a do nich bylo vloţeno uhlíkové vlákno samotné, či vlákno s uzlíky. Poté normovaná tělíska vyztuţená jedním, nebo dvěma vlákny.

Obr. 4 Graf MOE (MPa) – srovnání experimentálních tělísek po různé metody vlepení uhlíkových vláken do ohybového tělíska (Jelínková, 2006)

Obr. 5 Graf MOR (MPa) - srovnání experimentálních tělísek po různé metody vlepení uhlíkových vláken do ohybového tělíska (Jelínková, 2006)

- 26 -

Na obrázku 4 a 5 můţeme pozorovat, ţe nedošlo k ţádnému statisticky významnému nárůstu pevnosti a modulu pruţnosti tělíska. Vzhledem k nevýraznému nárůstu MOE a MOR u tělísek z předchozího měření jsme se rozhodli vyuţít nové technologie předpětí uhlíkových vláken. Námi měřená vlákna byla vlepená do vyfrézované dráţky standardizovaného experimentálního tělíska a následně předepjata silou 50 a 100 N.

Obr. 6 Graf MOE (MPa) – srovnání vzorků předepnutých experimentálních tělísek (Jelínková, 2006)

Obr. 7 Graf MOR (MPa) – srovnání vzorků předepnutých experimentálních tělísek (Jelínková, 2006)

- 27 -

Z práce vyplývá, ţe vlivem vyztuţení se mírně zvyšuje pevnost v ohybu. Statisticky významné zvýšení pevnosti jsme však zaznamenali aţ u tělísek s vlákny předepnutými. U předpětí 5 kg se hodnota pevnosti zvýšila o 34 % a u předpětí 10 kg se zvýšila o 28 % oproti normovanému experimentálnímu tělísku bez vláken (obr. 6). Nejvyšší pevnost však vykazovala tělíska se čtyřmi vloţenými vlákny předepjatými 15 kilogramy. Průměrná hodnota meze pevnosti byla o 61 % vyšší neţ u tělíska bez vláken (Jelínková, 2006). Výsledky práce tedy prokázaly zvýšení pevnosti dřeva po vlepení uhlíkových vláken. Těleso se vţdy porušilo v lepené spáře, podstatný vliv má tedy volba lepidla a také vzhled tělíska a způsob umístění vlákna, či uhlíkové tkaniny do dřeva.

- 28 -

4 MATERIÁL A METODIKA

Při měřeních byla pouţita překliţovaná tělíska sloţená z dýh a uhlíkových vláken. Tato tělíska byla lisována za různých teplot a následně tepelně modifikována. Působení teploty během lisování má vliv na vlastnosti lepeného spoje. Pro porovnání vlastností materiálů byla zvolena ohybová zkouška. Vyjadřuje nejpravděpodobnější zatíţení materiálu pouţitého v nábytku.

4.1 Použitá lepidla Z literárního přehledu vyplývá, ţe epoxidová a polyuretanová lepidla jsou vhodná pro spojení dvou materiálů vyţadující vysokou pevnost a tuhost. U Polyuretanových lepidel se při práci uvolňuje mnoţství monomerů izokyanátů (Beran, 2008). Jednou z nejdůleţitějších částí práce je zajistit kvalitní lepený spoj. Dřevo a uhlíkové vlákno jsou velmi rozdílné materiály. Proto jsme vybrali lepidla epoxidová, pro něţ je toto spojení dvou různých materiálů typické a pro spojení epoxid − uhlíkové vlákno se jiţ pouţívá. Lepidla se váţí na povrch spojovaných materiálů, proto povrch adherendu ovlivňuje fyzikální a chemické vlastnosti lepidla. Povrch dřeva by měl být hladký, rovný a bez mechanických nečistot. Epoxidová lepidla jsou lepidla dvousloţková, proto jsme ke kaţdému lepidlu vybrali odpovídající tvrdidlo. Vytvrzovací reakce u běţných epoxidů probíhají pomalu, proto jsme pouţili lepidla obsahující urychlovače. Běţně jsou směsi epoxidových lepidel odolné vůči teplotě do 70 °C. Námi vybrané epoxidové pryskyřice (obr. 10) LH 3 000, LH 300 a LH 260 jsou pryskyřice s vysokou tepelnou odolností. Je však nutné je vytvrzovat při vyšších teplotách. Proto vyuţijeme teplotní rozpětí lisu (20 − 160 °C) (Havel, 2010).

4.1.1 Epoxidová pryskyřice LH 3 000 Je to epoxid nové generace. Je vysoce flexibilní. Laminační systém na bázi silně modifikované epoxidové pryskyřice a urychleného vysokomodulárního tvrdidla. Zpracovatelnost je 30 aţ 140 minut. Lepidlo má dobrou teplotní odolnost i při vytvrzení za pokojové teploty. Viskozita směsi při pokojové teplotě je 350 aţ 400 MPa/s. Vhodná

- 29 -

tuţidla, která se míchají v poměru 100:30 (váhově) a mohou se dle potřeby mezi sebou míchat dle poţadavků zpracovatele (Havel, 2010). Tuţidlo H 1 000 Tuţidlo vhodné pro epoxidovou pryskyřici LH 3 000 pro teploty vytvrzování při pokojové teplotě (min. 15 °C). Tepelná odolnost směsi je 55 − 60 °C. Doba zpracovatelnosti je 30 minut. Poměr míchání je 100:30 váhově (Havel, 2010). Tuţidlo DH 25 Tuţidlo vhodné pro epoxidovou pryskyřici LH 3000 pro teploty vytvrzování nad 90 °C. Toto tuţidlo jsme tedy vyuţili u teploty 2 a 3. Doba zpracovatelnosti je 100 minut při 25 °C. Tepelná odolnost po působení 90 °C při 8 hodinách v lisu je 120 °C. Poměr míchání 100:30 (váhově) (Havel, 2010).

4.1.2 Epoxidová pryskyřice LH 260 Epoxidová pryskyřice LH 260 pro zvýšenou teplotní odolnost. LH 260 nekrystalizuje. U tuţidel 133, 134, 135, 136, 137, 138 (100:35) není nutné tepelné dotvrzení, ale teplotní odolnost je niţší. Proto jsme se rozhodli pouţít tuţidlo H 146 s poměrem míchání 100:30 váhově. Výrobek po prvopočátečním vytvrzení je ještě nutné postupně tepelně dotvrdit. Tímto se zvyšuje jeho teplotní odolnost. Epoxidová pryskyřice LH 260 se vyznačuje nízkou viskozitou. Při vytvrzování aminy nebo polyaminy nabízí vysoce kvalitní aplikační vlastnosti jako vysoké mechanické vlastnosti, dobrou chemickou odolnost, výborné teplotní vlastnosti atd. Systém laminační pryskyřice a tuţidla, má rozdílné doby zpracovatelnosti (v závislosti na pouţitém tuţidle) pro výrobu s pouţitím skelných, uhlíkových a kevlarových vláken a vyznačuje se vysokými statickými a dynamickými vlastnostmi (Havel, 2010). Tuţidlo H 146 H 146 je kvalitní tuţidlo pro vytvrzování epoxidových pryskyřic. Poměr míchání je 100:30 váhově a doba zpracovatelnosti 50 − 60 min. Minimální teplota vytvrzení je 25 °C doporučeno je však 30 °C a více (Havel, 2010).

- 30 -

4.1.3 Epoxidová pryskyřice LH 300 Velmi kvalitní, středně viskózní nízkomolekulární pryskyřice pro laminování dílů s vysokou teplotní odolností (aţ do 160 °C). Nutno temperovat při 90 °C po dobu min. 3 hod. Míchá se s tuţidlem H 300 (10:25) pro teplotní odolnost do 120 °C nebo s tuţidlem H 303 HT pro získání teplotní odolnosti do 150 °C (100:25). Pro výrobu forem doporučujeme tuţidlo HG 90 HT (100:32), teplotní odolnost formy je cca 150 °C. Teplotní odolnost 160 °C je teplotou, při které nedochází ke změnám mechanickým parametrům a vlastností. Při vystavení větším teplotám postupně dochází k tak zvanému roztékání vytvrzené pryskyřice, stejně jak tomu dochází u většiny termosetů. Při teplotách nad 160 °C můţe postupně dojít při zatíţení k tvarové deformaci výrobku a při teplotách dlouhodobě zahřívaných přes 250 °C dochází k hnědnutí a oxidaci. Tento systém lze dodat na základě poţadavku v samozhášenlivé úpravě, která zásadně zvýší odolnost proti zapálení či úplnému vznícení výrobku (Havel, 2010). Tuţidlo H 303 HT Pro naše účely jsme vybrali tuţidlo H 303 HT, se kterým získáme lepidlo s teplotní odolností do 150°C. Poměr míchání je 100:25 (Havel, 2010).

Obr. 10 Lepidla a tuţidla pouţitá při lepení

- 31 -

4.2 Použitá vlákna V počáteční fázi jsme uvaţovali o pouţití jiných vláken. Po porovnání dobrých a špatných vlastností a především vhodnosti uţití pro naše vzorky jsme se rozhodli pracovat s vlákny uhlíkovými. Mezi nejpevnější vlákna patří vlákna kovová (0,45 − 4 MPa). Manipulace s materiálem je však poměrně sloţitá a náročná na nástroje. Vlákna skleněná a čedičová jsou vysoce pevná v tahu (1 850 – 2 150 MPa), jsou však velmi křehká. Vlákna borová mají naopak velmi malou pevnost (1 500 MPa). Ve srovnání s ostatními vlákny mají vlákna uhlíková vyšší pevnost (7 000 MPa), práce s tímto materiálem je práce s uhlíkovými vlákny jako materiálem poměrně rychlá, bezpečná a lze je upravovat běţně dostupnými nástroji. Jako uhlíkový materiál jsme zvolili jednosměrné uhlíkové vlákno 50K (obr. 11) o plošné hmotnosti 125 g/m2. Vlákna jsou roztaţena do šířky a spojena mříţkou. Materiál je vhodný pro výrobu trubek profilů a dalších výrobků, které je nutné podélně či také příčně vyztuţovat. Práce s uhlíkovými vlákny spojenými mříţkou je snadnější a rychlejší, neţ se samostatnými vlákny. Klasické uhlíkové tkaniny jsou aţ 4x draţší při stejné gramáţi, jako jednosměrná vlákna. Vzorek budeme zatěţovat na ohyb a vlákna tedy na tah pouze po jejich délce. Proto byla pro výrobu vzorků zvolena jednosměrná uhlíková vlákna s mříţkou.

Obr. 11 Jednosměrná uhlíková vlákna 50K (Havel, 2010) - 32 -

4.3 Teplota Tepelným zpracováním v teplotním rozmezí 160 − 215 °C dochází ke změně vlastností dřeva. Proto je teplota 160 °C nejvyšší moţnou teplotou pouţitelnou v lisu při vytvrzení, kdy zachováme dobré vlastnosti dřeva a zároveň usnadníme vniknutí lepidla do dřeva a jeho reakci s vláknem. Minimální teplotou je naopak 15 °C, coţ je minimální teplota, při které lze epoxidy vytvrdit. Zkušební vzorky jsme se rozhodli s ohledem na praktické moţnosti výroby zahřívat na teploty 30 °C, 90 °C a 120 °C. Teplota 30 °C je prakticky teplotou pokojovou, při které epoxidy běţně vytvrzujeme. Je to také minimální vytvrzovací teplota u lepidla LH 260. Epoxidové pryskyřice LH 3 000 a LH 300 vyţadují pro vyšší teplotní odolnost dotvrzení minimálně při 80 °C. Lépe je však pouţít teplotu vyšší. Proto jsme se rozhodli pro teplotu 90 °C. Lis nám umoţnil vytvrzovat na maximální teplotu 120 °C. Tato teplota postačuje k vytvrzení lepidel a získání jejich vyšší tepelné odolnosti. Kaţdé z vybraných lepidel je tedy podrobeno působením 3 různých teplot. Pouze v případě Epoxidové pryskyřice LH 3 000 jsme museli pouţít 2 druhy tvrdidel. Tuţidlo H 1 000 pouţijeme pro vytvrzení při pokojové teplotě. Naopak pro tvrdidlo DH 25 musíme zajistit minimální teplotu vytvrzení a to 80 °C. Ostatní kombinace tvrdidel a lepidel lze pouţít při všech teplotách. Všechny druhy vzorků jsme se rozhodli následně tepelně modifikovat teplotou 160 °C. Při působení vyšších teplot jiţ dochází ke změnám dřeva.

4.4 Technologický postup výroby vzorků Bukové dýhy rozměrů 1 200 × 800 mm jsme podle obr. 12 rozdělili na 6 částí. Pro kaţdý ze třech druhů lepidla jsme měli k dispozici 3 kusy dýh formátu 400 × 400 mm. Po rozdělení jsme získali dýhy pro vzorky lisované při třech různých teplotách a jeden vzorek bez uhlíkových vláken.

- 33 -

Do lisu jsme vkládali 4 soubory dýh a tkanin velikosti 400 × 400 mm. Po ořezu krajů a řezné spáře 3 mm jsme vyrobili z kaţdé z těchto částí 32 vzorků. Při výrobě vzorků musíme dbát na správný průběh vláken. Při namáhání na ohyb namáháme spodní vrstvu vláken na tah. Proto krajní vrstvy dýhy i vrstvy vláken pod ní musí mít podélný průběh vláken (obr. 8).

Obr. 12 Nářezový plán listu dýhy

Na analytických digitálních vahách jsme odváţili přesné mnoţství lepidla a tvrdidla, obojí jsme smíchali. Doporučený nános epoxidového lepidla je 240 g/m2, při velikosti plochy 4 x 160 cm2, bychom potřebovali 153 g lepidla. Vzhledem k vysoké savosti uhlíkové tkaniny jsme pouţili 250 g. Lepidlo LH 3 000 vykazovalo nízkou viskozitu. Bylo tedy pravděpodobné, ţe se bude více vsakovat do podkladu. Z tohoto důvodu jsme pouţili 300 g lepidla na jeden soubor. Jednotlivé vrstvy jsme dle obr. 8 slepili k sobě. Důleţitá je podélná orientace vláken vnějších dýh a vláken uhlíkových. Epoxidová lepidla jsme nanášeli umělohmotnou stěrkou (obr. 13). Zkušební vzorky byly vyrobeny ze tří vrstev bukové dýhy a dvou vrstev uhlíkového vlákna. Bylo pouţito tří různých druhů epoxidových pryskyřic vytvrzovaných při třech různých teplotních reţimech. Pro měření bylo získáno 16 vzorků od kaţdého druhu lepidla při kaţdé z teplot. Tento počet je dostatečný pro statistické vyhodnocení vzorků.

- 34 -

Obr. 13 Aplikace lepidla stěrkou Jako první byly lisovány vzorky teploty 30 °C. V lisu byly tyto vzorky po dobu 18 hodin. Po tomto lisování byly desky lisu zahřáté na 120 °C, coţ je maximální moţná teplota v tomto lisu. Do něj byly vloţeny vzorky tvrditelné při 120 °C. Za 2 hodiny teplota v lisu klesla na 90 °C, coţ je hodnota druhé vytvrzovací teploty. Do lisu byl vloţen zbytek vzorků. Desky byly poté lisovány při klesajících teplotách uvedených v grafu 1. Tento reţim odpovídá i praktickému a ekonomickému vyuţití lisu. Při lisování byly vzorky zatíţeny silou 0,4 MPa po dobu 18 hod. (Obr. 14). 140 120

Teplota

100 80 60 40 20 0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

Hodiny

Obr. 14 Graf poklesu teploty v lisu – teplotní reţim lisování Obr. 14 znázorňuje průběh výroby podobný reálnému procesu. Při vytvrzování jsme museli respektovat podmínky lisu. Tento postup vytvrzování sniţuje náklady na energii a šetří čas.

- 35 -

4.5 Tepelná modifikace Vzorky lepené při všech 3 tepelných reţimech jsme také podrobili tepelné modifikaci po dobu dvou hodin. Modifikovali jsme je v peci (obr. 16), kde působila přehřátá pára o teplotě 160 °C. Je to nejvyšší teplota odolnosti garantovaná od výrobce lepidla, pokud dodrţíme minimální teploty vytvrzování. Je to zároveň nejvyšší teplota, kterou lze pouţít, abychom neţádoucím způsobem nezměnili vlastnosti dřeva. Všechny vzorky byly společně kondicionovány přibliţně 5 dní v podmínkách dílny asi při 25 °C a 20 % RVV.

4.6 Sušení Při měření jsme všechny vzorky zváţili a označili. Díky tomu jsme následně mohli určit vlhkost vzorků před a po modifikaci. Tu jsme určili gravimetrickou metodou dle ČSN 49 0103. Gravimetrická metoda je přímá metoda, která vychází z definičního vzorce vlhkosti podle rovnice (Horáček, 2008).

Dle ČSN 49 0103, tato metoda je nejpřesnější metodou určení vlhkosti dřeva a je také referenční metodou při posuzování přesnosti ostatních metod. Pracovní postup při gravimetrické metodě spočívá ve zjištění hmotnosti vlhkého dřeva mw a absolutně suchého dřeva m0 po jeho vysušení při teplotě 103 ± 2 °C. Sušení se kontroluje opakovaným váţením. Dřevo se za vysušené povaţuje tehdy, kdyţ mezi následujícími dvěma váţeními v intervalu dvou hodin se hmotnost nezmění o více neţ 0,02 g, resp. 1 %. U překliţek, laťovek, dřevotřískových a dřevovláknitých desek se hmotnost vzorku povaţuje za stálou, kdyţ rozdíl mezi dvěma po sobě následujícími váţeními v intervalu 6 hodin nepřesahuje 0,1 g hmotnosti zkoušeného vzorku. Výhodou gravimetrické metody je její vysoká přesnost, k nevýhodám patří náročnost na čas, pracnost přípravy tělísek a nemoţnost kontinuálního měření vlhkosti.

- 36 -

4.7 Experimentální tělísko

Obr. 8 Uloţení vrstev dýhy a jednosměrného vlákna Při všech měřeních byla pouţita překliţovaná tělíska (obr. 9). Toto tělísko obsahovalo 5 vrstev materiálu skládaných dle obr. 4. Liché vrstvy tvořila buková dýha tloušťky 2,7 mm, sudé vrstvy jednosměrná uhlíková vlákna 50K spojená mříţkou 125 g/m2 (obr. 11). Rozměry byly zvoleny s ohledem na výtěţ z jednotlivých lisovaných desek. Pro testování byl zvolen postup vycházející z normy ČSN EN 310. Délka tělíska musím být 20 – ti násobkem jmenovité tloušťky + 50 mm s největší délkou 1 050 mm a minimální délkou 150 mm. Podpěry mají mít vzdálenost 20 – ti násobku jmenovité tloušťky (obr. 17).

Obr. 9 3D model dřevěného experimentálního tělíska

- 37 -

4.8 Přístroje použité pro přípravu vzorků a měření

4.8.1 Lis Italpresse SCF 6 Lis (obr. 15) je schopen lisovat v teplotním rozmezí 20 − 160 °C. Reálné v praxi proveditelné vytvrzení se však provádí pouze v rozmezí 20 − 120 °C. Lisovací tlak 0 − 500 bar. Světlá výška lisu je 60 cm.

Obr. 15 Lis Italpresse SCF 6

4.8.2 Trouba SIEMENS Klasická kuchyňská trouba. Rozmezí teplot je od 50 do 250 °C. Součástí této trouby je a ventilátor, který rozhání horký vzduch uvnitř, takţe teplota je ve všech částech trouby stejná. V pravé části trouby se nachází nádobka na vodu, médiem pro přenos teploty je tedy pára. Pro zahřátí na potřebnou teplotu (150 °C) je potřeba 20 minut, proto byla doba modifikování o tento čas prodlouţena.

Obr. 16 Trouba SIEMENS

- 38 -

4.8.3 Univerzální zkušební stroj Zwick Z050 Zkušební stroj pro měření mechanických vlastností dřeva v různých způsobech zatíţení (tlak, taj, ohyb a smyk). Zwick Z050 je připojen na počítač, na kterém je program Test Xpert 11.0, který je nutný k jeho ovládání. Maximální zkušební síla je 50 kN a rychlost příčníku 0,001 − 500 mm/min. Pomocí siloměrné hlavy je zaznamenávána síla, pomocí extensometru posunutí. Veličiny jsou dle poţadavků zpracovány do hodnot pevnosti dřeva ve statickém ohybu (MOR), modulu pruţnosti ve statickém ohybu (MOE).

4.9 Zkouška tříbodým ohybem Pevnost dřeva při statickém ohybu se zjišťuje při tzv. zkoušce tříbodým ohybem. Dle normy ČSN 310 se zkušební tělísko poloţí na plocho na podpěry, podélnou osou v pravém úhlu k těmto podpěrám, se středem pod zatěţovací hlavou. Vzorky byly ohýbány dle obr. 17 a 18 s předzatíţením 15 N a konstantní rychlostí zatíţení 20 mm/min. Ohybový stroj je nastaven, aby měřil aţ do doby, kdy síla poklesne o 50 % vůči síle maximální. Postup zkoušení materiálových vlastností dřeva ve statickém ohybu popisuje norma ČSN EN 310. Jako první jsme podrobili měření vzorky vytvrzované při teplotě 30 °C. Nejprve to byly vzorky bez vloţených vláken a poté s vlákny a třemi různými druhy lepidel. Poté jsme pokračovali se vzorky vytvrzovanými při 90 °C a měřili jsme taktéţ vzorky bez vláken a s vlákny. Jako poslední byly měřeny vzorky s teplotou vytvrzování 120 °C.

- 39 -

Obr. 17 Schéma konfigurace zkoušky dle normy ČSN EN 310

Obr. 18 Tělísko namáhané na ohyb ve zkušebním stroji Zwick Z050 Norma ČSN EN 310 byla pro naše účely modifikována, kvůli výtěţnosti z lisovaného formátu (obr. 12). Délka tělíska odpovídá jeho dvojnásobné jmenovité tloušťce. Rozměry podpor byly také upraveny. Jejich vzdálenost byla 120 mm.

- 40 -

5 VÝSLEDKY Pro experiment jsme pouţili kompozitů uhlík-dřevo rozměrů 8 × 20 × 160 mm (obr. 9). Vzorky obsahovaly 3 dýhy tloušťky 2,7 mm a 2 pláty uhlíkové tkaniny (obr. 8). Tyto vzorky byly pouţity pro všechna měření. Ve výsledcích srovnáváme zejména mez pevnosti a modul pruţnosti tří různých lepidel při třech různých teplotách a výsledky vzorků před a po modifikaci.

5.1 Statistické vyhodnocení výsledků Teplota 30°C 90°C 120°C

LH 3000 [MPa] 148,32 164,59 145,67

LH 260 [MPa] 67,07 170,17 165,01

LH 300 [MPa] 178,29 180,51 184,87

Tab. 1 Srovnání MOR u jednotlivých lepidel nemodifikovaných vzorků Teplota 30°C 90°C 120°C

LH 3000 [MPa] 13147,1 14513,2 13754,1

LH 260 [MPa] 13863,3 14539,2 14751,0

LH 300 [MPa] 16049,4 16885,4 15892,3

Tab. 2 Srovnání MOE u jednotlivých lepidel nemodifikovaných vzorků

Obr. 19 Graf středních hodnot MOR u jednotlivých lepidel

Obr. 20 Graf středních hodnot MOE u jednotlivých lepidel

- 41 -

Obr. 21 a obr. 22 uvádí formou krabicového grafu výsledky MOR a MOE v jednotlivých případech kompozitů. Střední čárka v krabici představuje medián. Hranice krabice pak představují horní a dolní kvartil. Kvartil odděluje statistický soubor na čtvrtiny. Kosočtverec představuje aritmetický průměr. Extrémní hodnoty představují koncové úsečky.

Obr. 21 Krabicový graf hodnot MOE u třech druhů lepidel před a po modifikaci (MOD)

Obr. 22 Krabicový graf hodnot MOE u třech druhů lepidel před a po modifikaci (MOD)

- 42 -

5.1.1 Vzorky vyrobené s pouţitím lepidla LH 3 000 a tuţidla DH 25 a H 1 000

Teplota 30°C 90°C 120°C 120°C BV

Normální vzorky MOR [MPa] Medián Arit. Průměr 148,32 145,99 164,59 162,73 145,67 150,31 152,37 155,06

Modifikované vzorky MOR [MPa] σ Medián Arit. Průměr σ 8,85 142,56 142,74 7,03 6,90 157,77 157,50 8,27 16,04 151,00 149,63 6,62 15,95 151,90 152,24 9,93

Tab. 1 Srovnání hodnot MOR u jednotlivých teplot modifikovaných a nemodifikovaných vzorků s vlákny i bez vláken (BV) lepených LH 3 000

Teplota 30°C 90°C 120°C 120°C BV

Normální vzorky MOE [MPa] Medián Arit. Průměr 13147,1 13105,4 14513,2 14605,7 13754,1 13743,0 14050,3 14082,4

σ 580,7 416,9 329,2 786,5

Modifikované vzorky MOE [MPa] Medián Arit. Průměr σ 12977,1 12815,8 562,67 13543,6 13647,1 527,05 12754,7 12740,6 537,4 13550,9 13410,3 497,26

Tab. 2 Srovnání hodnot MOE u jednotlivých teplot modifikovaných a nemodifikovaných vzorků s vlákny i bez vláken (BV) lepených LH 3 000

Obr. 23 Graf aritmetických průměrů hodnot MOR u jednotlivých teplot modifikovaných a nemodifikovaných vzorků

Obr. 24 Graf aritmetických průměrů hodnot MOE u jednotlivých teplot modifikovaných a nemodifikovaných vzorků

- 43 -

Vzorky epoxidové pryskyřice LH 3 000 vykazují nízké hodnoty směrodatné odchylky. Jsou tedy statisticky dobře vyhodnotitelné. Nízkou směrodatnou odchylku (tab. 1) u lepidla LH 3 000 vytvrzeného při 120 °C s vlákny dokazují i průběhy pracovních diagramů obr. 25. Obrázek ukazuje průhyb v milimetrech v závislosti na působící síle. Aţ do meze pruţnosti tvoří graf přímka, která se stává křivkou a je rostoucí aţ do meze pevnosti. Při dosaţení meze pevnosti se těleso poruší a graf je prudce klesající.

Obr. 25 Pracovní diagramy vzorků LH 3 000 120 °C s vlákny

- 44 -

5.1.2 Vzorky vyrobené s pouţitím lepidla LH 260 a tuţidla H146

Teplota 30°C 30°C BV 90°C 120°C

Normální vzorky Pevnost [MPa] Medián Arit. Průměr 67,07 70,77 174,13 173,86 170,17 170,88 165,01 167,07

σ 19,77 8,57 14,34 15,76

Modifikované vzorky Pevnost [MPa] Medián Arit. Průměr σ 143,13 154,60 7,81 83,15 96,31 51,99 150,12 155,94 13,59 149,38 151,19 8,51

Tab. 3 Srovnání hodnot MOR u jednotlivých teplot modifikovaných a nemodifikovaných vzorků s vlákny i bez vláken (BV) lepených LH 260

Teplota 30°C 30°C BV 90°C 120°C

Normální vzorky Modifikované vzorky Modul pruţnosti [MPa] Modul pruţnosti [MPa] Medián Arit. Průměr σ Medián Arit. Průměr σ 13863,3 13534,0 786,3 12566,9 12260,6 1017,5 16312,9 16250,7 493,3 9965,0 9420,1 4907,6 14539,2 14481,2 683,0 13763,8 13799,1 579,3 14751,0 14627,8 766,7 13256,0 13183,9 558,4

Tab. 4 Srovnání hodnot MOE u jednotlivých teplot modifikovaných a nemodifikovaných vzorků s vlákny i bez vláken (BV) lepených LH 260

Obr. 26 Graf aritmetických průměrů hodnot MOR u jednotlivých teplot modifikovaných a nemodifikovaných vzorků

Obr. 27 Graf aritmetických průměrů hodnot MOE u jednotlivých teplot modifikovaných a nemodifikovaných vzorků - 45 -

Vzorky vyrobené s pouţitím lepidla LH 260 vytvrzované při 30 °C s vlákny měly velmi nízkou pevnost a naopak vysokou variabilitu pevnosti. Průběh pracovního diagramu viz. obr. 28. Při průměrné hodnoty pevnosti 70 MPa je směrodatná odchylka 20 MPa (tab. 3). Výsledky MOR byly velmi variabilní.

Z grafu je rovněţ patrné,

ţe mez úměrnosti byla velmi blízká mezi pevnosti (křehký materiál). Řada vzorků také po vzniku porušení dále prostřednictvím tkaniny přenášela sílu (viz. obr. 28).

Obr. 28 Pracovní diagramy vzorků LH 260 vytvrzených při 30 °C s vlákny

- 46 -

5.1.3 Vzorky vyrobené s pouţitím lepidla LH 300 a tuţidla H 303 HT

Teplota 30°C 90°C 90°C BV 120°C

Normální vzorky Modifikované vzorky Pevnost [MPa] Pevnost [MPa] Medián Arit. Průměr σ Medián Arit. Průměr σ 178,29 176,13 12,75 151,72 136,59 47,57 180,51 180,42 6,68 172,22 171,17 10,11 135,30 133,68 8,53 128,70 123,87 14,62 184,87 185,51 10,34 175,64 176,94 9,21

Tab. 5 Srovnání hodnot MOR u jednotlivých teplot modifikovaných a nemodifikovaných vzorků s vlákny i bez vláken (BV) lepených LH 300

Teplota 30°C 90°C 90°C BV 120°C

Normální vzorky Modul pruţnosti [MPa] Medián Arit. Průměr σ 16049,37 16310,33 853,34 16885,42 16688,5 800,6 12546,09 12396,47 776,1 15892,30 15721,37 923,44

Modifikované vzorky Modul pruţnosti [MPa] Medián Arit. Průměr σ 14123,61 12355,43 4545,63 15551,42 15562,25 595,83 11367,84 11317,6 526 14321,61 14116,67 714,04

Tab. 6 Srovnání hodnot MOE u jednotlivých teplot modifikovaných a nemodifikovaných vzorků s vlákny i bez vláken (BV) lepených LH 300

Obr. 29 Graf aritmetických průměrů hodnot MOR u jednotlivých teplot modifikovaných a nemodifikovaných vzorků

Obr. 30 Graf aritmetických průměrů hodnot MOE u jednotlivých teplot modifikovaných a nemodifikovaných vzorků

- 47 -

Obr. 31 Krabicový graf hodnot MOR před a po modifikaci lepených LH 300

Obr. 32 Krabicový graf hodnot MOE před a po modifikaci lepených LH 300

- 48 -

30 °C 90 °C 90 °C bez vláken 120 °C

30 °C x 0,055 0,156 0,297

90 °C 0,444 x 0,267 0,136

90 °C bez vláken 3,786E-06 1,779E-08 x 0,313

120 °C 0,159 0,292 7,032E-08 x

t-test

f-test

Tab. 7 Dvouvýběrový f-test a t-test lepidla LH 300 pro MOE

30 °C 90 °C 90 °C bez vláken 120 °C

30 °C x 0,435 0,420 0,404 f-test

90 °C 0,407 x 0,358 0,468

90 °C bez vláken 9,75E-07 2,30E-07 x 0,329

120 °C 0,198 3,77E-02 3,95E-06 x

t-test

Tab. 8 Dvouvýběrový f-test a t-test lepidla LH 300 pro MOR

V tabulce 7 pozorujeme, ţe dle t-testu je statisticky významný rozdíl mezi hodnotami MOR vzorků vytvrzených při 90 °C bez vláken a ostatními vzorky. Rozdíl mezi ostatními vzorky je statisticky nevýznamný. V tabulce 8 pozorujeme statisticky významný rozdíl mezi hodnotami MOE vzorků vytvrzených při 90 °C bez vláken s ostatními vzorky a také mezi vzorky vytvrzenými při 90 a 120 °C. T-test rovněţ prokázal statistickou nevýznamnost mezi hodnotami MOE u ostatních vzorků.

- 49 -

Obr. 33 Pracovní diagramy vzorků LH 300 při 120 °C s vlákny

Obr. 34 Pracovní diagramy vzorků LH 300 při 90 °C bez vláken, po modifikaci Ve srovnání s pracovními diagramy vzorků LH 300 vytvrzených při 120 °C s vlákny jsou vzorky bez vláken vytvrzené při 90 °C mnohem variabilnější. Rozdíl mezi hodnotami MOR i MOE jsou statisticky významné.

- 50 -

Teplota 25 °C 90 °C 120 °C 120 °C bez vláken 25 °C 25 °C bez vláken 90 °C 120 °C 25 °C 90 °C 90 °C bez vláken 120 °C

LH 3000

LH 260

LH 300

Průměrně

Vlhkost Vlhkost nemodifikované (%) modifikované (%) 4,29 2,09 3,68 1,94 3,87 2,08 3,48 1,91 4,52 2,23 3,76 2,27 3,48 1,97 3,82 2,09 4,01 2,01 4,84 2,14 4,02 2,37 3,66 1,79 3,95 2,08

Tab. 9 Srovnání vlhkosti vzorků před a po modifikaci

Dle tabulky 7 můţeme srovnat vlhkost vzorků před a po modifikaci. Před modifikací byla průměrná vlhkost 3,95 %, zatím co modifikované vzorky měli průměrnou vlhkost 2,08 %, coţ je hodnota téměř poloviční. Všechny vzorky byly společně kondicionovány přibliţně 5 dní v podmínkách dílny asi při 25°, coţ je dostatečná doba vzhledem k malému rozdílu vlhkosti k vyrovnání vlhkosti a ustálení na rovnováţné vlhkosti cca 4 %, odpovídajících relativní vzdušné vlhkosti a teplotě prostředí. Rozdíl ve vlhkosti je způsoben patrně sníţením sorpce vlivem modifikace.

- 51 -

6 DISKUZE Měřeno bylo celkem 190 experimentálních tělísek. Vyhodnocením výsledků docházíme k závěru, ţe nejvhodnějším lepidlem pro uhlíková vlákna je lepidlo LH 300 s tvrdidlem H 303 HT. Vzhledem k tomu, ţe výsledky nemůţeme porovnat s literaturou, porovnáváme tedy vzorky bez vláken se vzorky s vlákny. Vzorky vyrobené s pouţitím lepidla LH 3 000 a tuţidla DH 25 a H 1 000 Z tab. 1 vyplývá, ţe nejvyšší pevnosti dosahovalo toto lepidlo při vytvrzení při 120 °C a to jak ve stavu před, tak i po modifikaci. Jednou z příčin niţších hodnot MOR můţe být velké mnoţství lepidla vsáknutého do materiálu, které jsme pozorovali jiţ při nanášení lepidla. A to z důvodu nízké viskozity lepidla. Další nevýhodou tohoto lepidla je nízká doba zpracovatelnosti. Tato nevýhoda můţe být také příčinou nedostatečně pevného spoje, nemusí však být problémem při sériové výrobě. Z pohledu práce s materiálem, nevýhodou tohoto lepidla je nutnost pouţití dvou různých tuţidel. Tuţidlo H 1000 vhodné pro niţší teploty vytvrzování a tuţidlo DH 25 pro vytvrzování za vyšších teplot. Lepidlo LH 3000 je nutné vytvrzovat při 90 °C nejméně 8 hodin. Zde můţeme najít další z příčin nedostatečné pevnosti lepidla. Dle obr. 14 jsme byli tuto teplotu schopni zajistit pouze po dobu 4 hodin. Vzorky vyrobené s pouţitím lepidla LH 260 a tuţidla H146 Dle popisu je epoxidová pryskyřice LH 260 vhodná k výrobě uhlíkových laminátů. Naše měření však prokázalo fakt, ţe toto lepidlo rozhodně není vhodné pro výrobu laminátu dřevo – uhlík. Dle tab. 3 vzorky v průměru dosahovaly vyšší pevnosti neţ u epoxidu LH 3 000. U vzorků s vlákny vytvrzovaných při teplotě 30 °C docházelo k porušení v průměru při 70 MPa. Vlákna jakoby prokluzovala mezi vrstvami dýhy. Přitom pevnost vzorků vytvrzených při stejné teplotě bez vláken byla v průměru 174 MPa. V případě modifikovaných vzorků byl v mnoha případech vzorek viditelně poškozen jiţ před měřením. Prokázali jsme tedy, ţe lepidlo LH 260 je vhodné na dřevo, podle technického listu je také vhodné na uhlíkové vlákno, ne však na kompozit těchto dvou materiálů. Dalším problémem u toho epoxidu bylo, ţe jej bylo nutné vytvrdit minimálně na 30 °C, coţ jiţ vyţaduje vyhřívání lisu. - 52 -

Vzorky vyrobené s pouţitím lepidla LH 300 a tuţidla H 303 HT Dle naměřených výsledků (tab. 5) dosahuje epoxid LH 300 nejlepších výsledků ze všech lepidel. Pevnost stoupá se vzrůstající teplotou vytvrzování. K dispozici máme porovnání vzorků s vlákny a bez vláken při vytvrzovací teplotě 90 °C. Z výsledků vyplývá, ţe vzorky bez vláken mají pevnost 136 MPa a s vlákny 181 MPa. Rozdíl v těchto hodnotách je 45 MPa, coţ je rozdíl poměrně významný. Při měření dosahovaly některé vzorky s vlákny hodnot přes 200 MPa. Nejvyšší naměřená hodnota byla 200,25 MPa. Směrodatné odchylky v obou měřeních jsou malé, výsledky bychom tedy mohli povaţovat za poměrně přesné, přesto, ţe jsme měli k dispozici pouze 8 vzorků z kaţdé skupiny. Nespornou výhodou LH 300 oproti ostatním epoxidům je kratší doba vytvrzování pro tepelnou odolnost.

Při 90 °C stačí na vytvrzení pouze 3 hodiny,

coţ jsme podle obr. 14 byli schopni zajistit. Modifikované vzorky dle našeho očekávání dosahovaly niţší pevnosti neţ vzorky před modifikací. Rozdíl u vzorků vytvrzovaných při 90 a 120 °C byl minimální, do 10 MPa. Naopak u vzorků vytvrzovaných pouze 30 °C byl dle očekávání rozdíl vyšší. V průměru 40 MPa. Tyto výsledky korespondují s technickým listem lepidla, který uvádí, ţe lepidlo je odolné vůči teplotě aţ 160 °C, ale pouze při vytvrzení při teplotě minimálně 90 °C. Dle výsledků mají modifikované vzorky také niţší hustotu (viz. příloha). Sníţení rovnováţné vlhkosti dřeva po modifikaci pravděpodobně ještě eliminuje pokles mechanických vlastností. V případě vzorků vytvrzovaných při 25 °C je rozdíl největší. Přepočtem dle vzorce (Horáček, 2008) lze dokázat, ţe pevnost při změně vlhkosti o 2 % by měla vzrůst z hodnoty 176 MPa na hodnotu 190 MPa, rozdíl mezi hodnotami je tedy 14 MPa. Dle naměřených výsledků pozorujeme naopak sníţení pevnosti u modifikovaných vzorků a to o 40 MPa. V případě modulu pruţnosti máme k dispozici srovnání vzorků s vlákny i bez vláken vytvrzených při 90 °C. Průměrná hodnota modulu pruţnosti vzorků s vlákny je 16 688,5 MPa. Hodnota MOE vzorků s vlákny je o 4292 MPa, tedy o 25 % niţší. Maximální dosaţená hodnota je 17 761,1 MPa. Jak jiţ bylo řečeno, dle technického listu jsou vzorky odolné do 160 °C, krátkodobě i do 250 °C. Tato teplota by ovšem znehodnotila dřevěné dýhy, proto jsme vzorky této teplotě nepodrobili. Kromě výše zmíněných příčin sníţení pevnosti vzorků jsou tu také jiné. Působení teploty vyšší neţ 160 °C na dřevo můţe způsobit sníţení pevnosti v ohybu a houţevnatosti. Dřevo se stává celkově křehčím (Horáček, 1998). - 53 -

7 ZÁVĚR Uhlíkové výztuţe nachází stále nová uplatnění ve výrobcích všeho druhu. Jejich kombinací se dřevem vyuţíváme obnovitelných zdrojů. Problém nastává ve spojení těchto dvou materiálů, tedy v lepené spáře. Bylo třeba najít nejvhodnější umístění vlákna do dřeva a nejvhodnější lepidlo. Pracovali jsme pouze s lepidly epoxidovými, a to LH 3 000, LH 260 a LH 300. Jsou vhodná pro spojení s uhlíkovými vlákny a aplikaci do dřeva. Pro následnou modifikaci byla záměrně vybírána lepidla s vysokou teplotní odolností. Cílem této práce bylo zjistit, zda teplota při vytvrzení a tepelná modifikace má vliv na pevnost kompozitu na bázi dřeva a uhlíkových vláken. Tepelná modifikace u kompozitů na bázi uhlíkových vláken je jiţ běţnou záleţitostí. Jejím výsledkem je zvýšení pevnosti kompozitu. Rovněţ se provádí tepelná modifikace dřevěných materiálů, jejímţ výsledkem je pokles mechanických vlastností. Cílem bylo posoudit vliv tepelné modifikace na komplex dřevo – epoxid – uhlíkové vlákno. Naším úkolem bylo také zjistit, které lepidlo je pro výrobu kompozitů vhodnější a porovnat jejich chování při třech různých teplotách vytvrzování. Ke stanovení modulu pruţnosti a meze pevnosti v tříbodém ohybu bylo pouţito celkem 190 experimentálních tělísek. Po naměření a následném vyhodnocení získaných dat docházíme k závěru, ţe nejvhodnějším lepidlem pro kompozit dřevo − uhlíková vlákna je lepidlo LH 300 s tvrdidlem H 303 HT. Vzorky vytvrzované při všech teplotách s vlákny dosahují průměrných pevností v rozmezí 178,3 − 184,9 MPa, coţ je velmi malý rozptyl. Vytvrzovací teplota má tedy minimální vliv na pevnost v ohybu u nemodifikovaných vzorků. Vyztuţení vlákny zvýšilo pevnost o 33,4 % (tab. 5) a modul pruţnosti o 34,5 % (tab. 6). Nejvyšších hodnot pevnosti dosahovalo lepidlo LH 300 s vlákny vytvrzované při 120 °C. Průměrná pevnost byla 184,9 MPa (tab. 5), maximální hodnota 200 MPa. Nejvyšších hodnot modulu pruţnosti dosahovaly vzorky vytvrzené při 90 °C. Statisticky významný rozdíl pozorujeme mezi hodnotami MOR vzorků vytvrzených při 90 °C bez vláken a ostatními vzorky. Rozdíl mezi ostatními vzorky je statisticky nevýznamný. Průměrná hodnota činila 16 885,4 MPa (tab. 6). Hodnota vzorků bez vláken byla o 25 % niţší, tedy 12 396,5 MPa (tab. 6). Nejvyšší hodnotu modulu pruţnosti dosáhly vzorky vytvrzované při 90 °C s vlákny. Maximální hodnota je 17 206,1 MPa (viz. příloha). Statisticky významný rozdíl nastává mezi hodnotami MOE vzorků - 54 -

vytvrzených při 90 °C bez vláken s ostatními vzorky a také mezi vzorky vytvrzenými při 90 a 120 °C (Tab. 8). T-test rovněţ prokázal statistickou nevýznamnost mezi hodnotami MOE u ostatních vzorků. Dle technického listu jsou lepidla odolná do 160 °C, pokud jsou vytvrzena za předepsané teploty. Tepelnou modifikací vzorky svou pevnost sníţily o nejvýše 5 %. Vzorky, které nebyly vytvrzeny při alespoň 80 °C, svoji pevnost sníţily aţ o 85 %, v průměru o 17,5 %. Některé vzorky byly viditelně poškozené před testováním. Lepený spoj zde zcela neplnil svou funkci a zatíţení během modifikace vedlo k delaminaci kompozitu.

- 55 -

8 SUMMARY The carbon reinforcement is increasingly used in new products. The combination of we use renewable timber resources. The problem is in the combination of two materials, in the bond interstice. It was necessary to find the best location for carbon fibers in the wood and the best adhesive. We worked only with epoxy adhesives − LH 3 000, LH 260 and LH 300. These are right for connection of carbon fibers and wood. Adhesive with a high thermal resistence for thermal modifications. The aim of this study was to determine if the curing temperature and thermal modification have effect on the strength of the composite of wood and carbon fiber. Thermal modifications of carbon composites is ordinary. The result is increment strength of the composite. We also performed thermal modification of wood materials. Our part was to find which glue is the best for making composites and to compare their behavior in three different curing temperatures. To determine the elastic modulus and strength in three-point bending was used 190 experimental particles. After the measurement and subsequence data evaluation, we conclude that the best adhesive for composite wood - carbon fiber is the LH 300 glue with hardener H 303 HT. Samples with fibers cured in all temperatures reach up the average strength in the range of 178.3 to 184.9 MPa, which is very small variance. Curing temperature has the minimal effect on the strength of unmodified samples. Reinforcement of fiber increased strenght by 33.4% (Table 5) and modulus by 34.5% (Table 6). The highest values of strength get LH 300 with fibers cured at 120 ° C. The average strength was 184.9 MPa (Table 5), the maximum value was 200 MPa. The highest values of modulus get samples cured at 90 ° C. The average value was 16 885.4 MPa (Table 6). According to the technical specifications, the adhesives are resistant to 160 ° C cured by the prescribed curing temperature. The sample reduces their strength more than 5% by thermal modification. Samples were not cured at least 80 ° C, their strength reduced by 85%, at average by 17.5%. Some samples were visibly damaged before testing. Glue joints are not fully complied the function and load during the modification resulted in delamination of the composite.

- 56 -

9 POUŽITÁ LITERATURA BAREŠ R.A., 1988. Kompozitní materiály. 1 vyd. Praha, Státní nakladatelství technické literatury, 325 s. ISBN 80-8076-007. BERAN, R., 2008. Nové trendy lepení ve výrobě nábytku. Trendy v nábytkářství a bydlení, sborník konference Křtiny. 1.vyd. Brno, Ediční středisko MZLU, 345 s. ISBN 978-80-7375-235-4. BERTHELOT, J. Composite Materials : Mechanical Behavior and Structural Analysis. New York: Springer Verlag, 1998. 25 s. Mechanical Engineering Series. ISBN 0-38798426-7. BÍNA J. A KOL. 1980. Malá encyklopédia chemie. 2 vyd. Bratislava, Vydavatelství Obzor, 816 s. ISBN 80- 210-3300-2. BODIG, J. -- JAYNE, B. A. Mechanics of Wood and Wood Composites. Malabar: Krieger Publish.Comp., 1993. 21 s. ISBN 0-89464-777-6. CLEMONS, C. -- JACOBSON, R. E. -- CAULFIELD, D. F. Handbook of wood chemistry and wood composites. Boca Raton, FL: R.M. Rowell, ed, Taylor and Francis, 2005. DŮM TECHNIKY ČSVTS, 1986. Moderní kompozitní materiály. 1 vyd. Praha, 63 s. ISBN 0- 632-02309-0. HILL, C. A. S. Wood modification : chemical, thermal and other processes. Chichester, England: John Wiley & Sons, 2006. 239 s. Wiley series in renewable resources. ISBN 978-0-470-02172-9. HORÁČEK P, 1998. Fyzikální a mechanické vlastnosti dřeva I. 1. vyd. Brno, Mendelova zemědělská a lesnická univerzita, 124 s. ISBN 80-7157-347-7. HORSKÝ J., 1998. Albert Einstein, Génius lidstva. 1 vyd. Praha, Prométheus. ISBN 80-7196-093-4. JELÍNKOVÁ V., 2009. Vliv předpětí uhlíkových vláken na MOE a MOR dřevěného experimentálního tělíska vyztuţeného uhlíkovými vlákny. 1 vyd. Brno - 57 -

KOMÁREK Z.,1986. Prehľad lepidel. ALFA LEGENDRE A., 2001. Uhlíkové materiály. 1 vyd. Praha, Informatorium, 173 s. ISBN 80-86073-82-3. PASTRŇÁK, P. 2008. Vývojové trendy UF lepidel pro výrobu nábytku. Trendy v nábytkářství a bydlení, sborník konference Křtiny. 1.vyd. Brno, Ediční středisko MZLU, 345 s. ISBN 978-80-7375-235-4. POŢGAJ, A. -- CHOVANEC, D. -- KURJATKO, S. -- BABIAK, M. Štruktúra a vlastnosti dreva. 1. vyd. Bratislava: Príroda, 1993. 485 s. ISBN 80-07-00600-1. POSPÍŠIL, T. A KOL. Příručka textilního odborníka. 1. vyd. Praha: SNTL, 1981. ISBN 04-825-81. PTÁČEK. L. A KOL., 2001. Nauka o materiálu 1. 1 vyd. Brno, Akademické nakladatelství CERM, 505 s. ISBN 80-01-02770-8. RAAB, M., 1999. Materiály a člověk. 1.vyd. Praha, Encyklopedický dům, 228 s. ISBN 80-86044-13-0. RAFTERY, G.M. HARTE, A.M. RODD, P.D. 2009. Bonding of FRP materials to wood using thin epoxy gluelines. International Journal of Adhesion. ŘEHOŘ J. A KOL., 1973. Organická chemie. 2 vyd. Praha, Státní zemědělské nakladatelství, 645 s. ISBN 80-7235-108-7. SHIELDS, J. Adhesives Handbook. Cleveland: The Chemical Rubber Company Press, 1970. 355 s. SOMMER K., 1974. Přehled chemie v heslech, příkladech a tabulkách. 1 vyd. Praha, Státní pedagogické nakladatelství, 288 s. SUCHÝ, A., 2008. Pevnostní vlastnosti lepených spojů. Trendy v nábytkářství a bydlení, sborník konference Křtiny. 1.vyd. Brno, Ediční středisko MZLU, 345 s. ISBN 978-80-7375-235-4.

- 58 -

WEB: BASALTEX

a.s.

[online].

2010

[cit.

2011-01-20].

Dostupné z WWW: BIBUS

S.R.O.

[online].

2010

[cit.

2011-01-10].

Dostupné z WWW: <www.new.bibus.cz/pdf/Comat/Kompozitni_materialy_COMAT.p df > GRÉGR J., Moderní pohled na formy a modifikace uhlíku [online]. 2008 [cit. 2011-0110]. Dostupné z WWW:
B3.2.51%5D. pdf> HAVEL Composites CZ s.r.o. [online]. 2005 [cit. 2011-02-20]. Dostupné z WWW: < http://www.havel-composites.com/> KINZEL,

T.,

2009.

Kevlar

[online].

[cit.

2011-01-21].

Dostupné z WWW: KORINEK, Z. Počítačová podpora, kompozity [online]. 2009.

[cit. 2011-02-20].

http://volny.cz/zkorinek. Dostupné z WWW: MENDELU,

Ústav

nauky

o

dřevě

[online].

2010.

[cit.

2011-02-20].

Dostupné z WWW: <wood.mendelu.cz/cz/sections/Props/files/verejny/Cviceni/Bc%20%20cv06%20-%20ohyb/staticky_ohyb.ppt> SCIENCE DIRECT, Carbon fiber-vinyl ester composite reinforcement of wood using the VARTM/SCRIMP fabrication process [online]. 2004. [cit. 2011-02-22]. Dostupné z WWW: SCIENTIFIC Bonding Quality of Fiber-Wood Interface with Wood Adhesives [online]. 2010

[cit.

2011-03-20].

Dostupné z WWW:
116.552> SPECIALITY

MATERIALS,

INC.

[online].

2010

[cit.

2011-01-21].

Dostupné z WWW:

- 59 -

STAŠA, Dřevěné profily, tepelně upravené speciální technologií [online]. 2008. [cit. 2011-02-20].

Dostupné

z WWW:
thermo.html> Technická univerzita v Liberci, nanotechnologie [online]. 2009. [cit. 2009-01-15]. Dostupné z WWW: <www.fp.vslib.cz/kch/texty/fs/prednasky/Ch9-kompozity.pdf> WOOD

BOAT

BUILDER

[online].

2011.

[cit.

2011-03-20].

Dostupné z WWW: ZOLTEC,

Carbon

Fiber

[online].

2011.

[cit.

2011-02-20].

Dostupné

z WWW:

NORMY ČSN EN 310 (490147) stanovení modulu pruţnosti v ohybu a pevnosti v ohybu, 1995

- 60 -

SEZNAM OBRÁZKŮ

Obr. 1 Příčný a podélný mikroskopický řez uhlíkovým vláknem Obr. 2 Modul pruţnosti v tahu jednotlivých druhů vláken Obr. 3 Vztah mezi pevností a modulem pruţnosti u tradičních kovových materiálů a kompozitů Obr. 4 Graf MOE – srovnání experimentálních tělísek po různé metody vlepení uhlíkových vláken do ohybového tělíska Obr. 5 Graf MOR - srovnání experimentálních tělísek po různé metody vlepení uhlíkových vláken do ohybového tělíska Obr. 6 Graf MOE – srovnání vzorků předepnutých experimentálních tělísek Obr. 7 Graf MOR – srovnání vzorků předepnutých experimentálních tělísek Obr. 8 Vloţení vrstev dýhy a jednosměrného vlákna Obr. 9 3D model dřevěného experimentálního tělíska Obr. 10 Lepidla a tuţidla pouţitá při lepení Obr. 11 Jednosměrná uhlíková vlákna 50K (www.havel-composites.com) Obr. 12 Nářezový plán listu dýhy Obr. 13 Aplikace lepidla stěrkou Obr. 14 Graf poklesu teploty v lisu – teplotní reţim lisování Obr. 15 Lis Italpresse SCF 6 Obr. 16 Trouba SIEMENS Obr. 17 Schéma působení síly na tělísko dle normy ČSN EN 310 Obr. 18 Tělísko namáhané na ohyb ve zkušebním stroji Zwick Z050 - 61 -

Obr. 19 Graf středních hodnot MOR u jednotlivých lepidel Obr. 20 Graf středních hodnot MOE u jednotlivých lepidel Obr. 21 Krabicový graf hodnot MOE u třech druhů lepidel před a po modifikaci (MOD) Obr. 22 Krabicový graf hodnot MOE u třech druhů lepidel před a po modifikaci (MOD) Obr. 23 Graf aritmetických průměrů hodnot MOR u jednotlivých teplot modifikovaných a nemodifikovaných vzorků Obr. 24 Graf aritmetických průměrů hodnot MOE u jednotlivých teplot modifikovaných a nemodifikovaných vzorků Obr. 25 Pracovní diagramy vzorků LH 3 000 120 °C s vlákny Obr. 26 Graf aritmetických průměrů hodnot MOR u jednotlivých teplot modifikovaných a nemodifikovaných vzorků Obr. 27 Graf aritmetických průměrů hodnot MOE u jednotlivých teplot modifikovaných a nemodifikovaných vzorků Obr. 28 Pracovní diagramy vzorků LH 260 vytvrzených při 30 °C s vlákny Obr. 29 Graf aritmetických průměrů hodnot MOR u jednotlivých teplot modifikovaných a nemodifikovaných vzorků Obr. 30 Graf aritmetických průměrů hodnot MOE u jednotlivých teplot modifikovaných a nemodifikovaných vzorků Obr. 31 Krabicový graf hodnot MOR před a po modifikaci lepených LH 300 Obr. 32 Krabicový graf hodnot MOE před a po modifikaci lepených LH 300 Obr. 33 Pracovní diagramy vzorků LH 300 při 120 °C s vlákny Obr. 34 Pracovní diagramy vzorků LH 300 při 30 °C bez vláken, po modifikaci

- 62 -

SEZNAM TABULEK Tab. 1 Srovnání MOR u jednotlivých teplot modifikovaných a nemodifikovaných vzorků LH 3000 Tab. 2 Srovnání MOE u jednotlivých teplot modifikovaných a nemodifikovaných vzorků LH 3000 Tab. 3 Srovnání MOR u jednotlivých teplot modifikovaných a nemodifikovaných vzorků LH 260 Tab. 4 Srovnání MOE u jednotlivých teplot modifikovaných a nemodifikovaných vzorků LH 260 Tab. 5 Srovnání MOR u jednotlivých teplot modifikovaných a nemodifikovaných vzorků LH 300 Tab. 6 Srovnání MOE u jednotlivých teplot modifikovaných a nemodifikovaných vzorků LH 300 Tab. 7 Dvouvýběrový f-test a t-test lepidla LH 300 pro MOR u předepnutých tělísek Tab. 8 Dvouvýběrový f-test a t-test lepidla LH 300 pro MOE u předepnutých tělísek Tab. 9 Srovnání vlhkosti vzorků před a po modifikaci

- 63 -

SEZNAM PŘÍLOH Tab. 1 Naměřené výsledky všech vzorků lepených LH 3000, LH 260 a LH 300 před a po modifikaci Tab. 2 Naměřené výsledky jednotlivých sérií lepených LH 3000, LH 260 a LH 300 před a po modifikaci Obr. 1 Pracovní diagramy vzorků LH 260 30 °C bez vláken Obr. 2 Pracovní diagramy vzorků LH 300 30 °C s vlákny Obr. 3 Pracovní diagramy vzorků LH 300 90 °C s vlákny Obr. 4 Pracovní diagramy vzorků LH 260 120 °C s vlákny Obr. 5 Pracovní diagramy vzorků LH 300 90 °C s vlákny Obr. 6 Pracovní diagramy vzorků LH 260 90 °C s vlákny Obr. 7 Pracovní diagramy vzorků LH 3 000 30 °C s vlákny Obr. 8 Pracovní diagramy vzorků LH 3 000 30 °C s vlákny Obr. 9 Pracovní diagramy vzorků LH 3 000 90 °C s vlákny Obr. 10 Pracovní diagramy vzorků LH 3 000 25 °C s vlákny po modifikaci Obr. 11 Pracovní diagramy vzorků LH 3 000 30 °C s vlákny po modifikaci Obr. 12 Pracovní diagramy vzorků LH 3 000 90 °C s vlákny po modifikaci Obr. 13 Pracovní diagramy vzorků LH 3 000 120 °C s vlákny po modifikaci Obr. 14 Pracovní diagramy vzorků LH 3 000 120 °C bez vláken po modifikaci Obr. 15 Pracovní diagramy vzorků LH 260 30 °C s vlákny po modifikaci Obr. 16 Pracovní diagramy vzorků LH 260 30 °C bez vláken po modifikaci Obr. 17 Pracovní diagramy vzorků LH 260 90 °C s vlákny po modifikaci Obr. 18 Pracovní diagramy vzorků LH 260 120 °C s vlákny po modifikaci - 64 -

Obr. 19 Pracovní diagramy vzorků LH 300 30 °C s vlákny po modifikaci Obr. 20 Pracovní diagramy vzorků LH 300 90 °C s vlákny po modifikaci Obr. 21 Pracovní diagramy vzorků LH 300 90 °C bez vláken po modifikaci Obr. 22 Pracovní diagramy vzorků LH 300 120 °C s vlákny po modifikaci

- 65 -

10 PŘÍLOHY

10.1 Naměřené výsledky všech vzorků

Specimen thickness

Specimen width

Length

Fmax

e-F max

MOR

MOE

Density

Weight

Nr

mm

mm

mm

N

mm

MPa

MPa

kg/m3

g

1

8,05

20,50

149

1175,2

4,48

159,23

16010,01

892

21,95

2

8,00

20,44

149

1235,8

5,35

170,04

15954,71

870

21,19

3

7,88

20,58

149

1281,7

4,25

180,53

16755,68

903

4

8,01

20,53

149

1224,8

4,12

167,37

15310,57

5

7,98

20,32

149

1345,0

5,24

187,10

6

8,05

20,47

149

1283,2

4,26

174,13

7

8,00

20,41

149

1296,4

4,75

8

8,00

20,30

149

777,1

9

8,14

20,49

149

301,2

10

7,93

20,24

149

11

8,08

20,59

12

8,16

20,54

13

7,98

14 15

Poznámka

WRm

EMod

Teplota

J

N/mm

°C

LH 260 BV

3,3

415,1

30

LH 260 BV

4,14

404,8

30

21,81

LH 260 BV

3,26

404,7

30

849

20,81

LH 260 BV

2,96

391,2

30

16683,36

928

22,43

LH 260 BV

4,52

415,5

30

16312,87

891

21,89

LH 260 BV

3,33

420,4

30

178,65

16727,62

910

22,13

LH 260 BV

3,89

422,0

30

2,34

107,67

14115,25

850

20,58

LH 260

0,94

349,3

30

0,87

39,94

12568,17

831

20,65

LH 260

0,13

357,3

30

448,6

8,15

63,44

13870,15

890

21,30

LH 260

2,17

339,1

30

149

502,4

1,39

67,27

13856,41

850

21,07

LH 260

0,35

375,3

30

149

432,4

1,20

56,90

12695,29

838

20,94

LH 260

0,26

372,1

30

20,43

149

679,4

1,91

94,00

14417,40

878

21,33

LH 260

0,67

369,4

30

8,03

20,49

149

514,2

1,41

70,05

14355,81

846

20,75

LH 260

0,37

372,0

30

8,22

20,48

149

514,1

1,60

66,87

12393,88

843

21,14

LH 260

0,43

341,1

30

16

8,00

20,46

149

1438,6

5,24

197,75

17548,88

941

22,95

LH 300

4,89

451,2

30

17

7,94

20,51

149

1331,5

4,00

185,36

17738,01

959

23,26

LH 300

3,14

435,8

30

18

8,05

20,50

149

1358,6

4,79

184,08

15944,11

951

23,38

LH 300

3,97

414,6

30

19

8,12

20,51

149

1218,4

5,03

162,17

15226,78

972

24,11

LH 300

3,94

415,9

30

20

8,16

20,67

149

1204,4

3,41

157,51

15662,37

936

23,53

LH 300

2,25

424,2

30

21

8,02

20,55

149

1334,6

5,42

181,75

16559,85

951

23,36

LH 300

4,83

428,6

30

22

8,12

20,61

149

1250,5

3,44

165,63

16154,63

949

23,67

LH 300

2,32

432,2

30

23

8,15

20,40

149

1316,0

4,42

174,82

15647,98

986

24,42

LH 300

3,50

427,1

30

24

7,91

20,57

149

1287,4

3,98

180,06

17455,80

912

22,12

LH 300

3,00

430,2

90

25

7,91

20,59

149

1360,8

4,85

190,13

17019,95

892

21,65

LH 300

4,09

420,4

90

26

8,12

20,59

149

1267,2

4,80

168,02

15858,41

891

22,19

LH 300

4,00

430,1

90

27

7,95

20,51

149

1316,5

4,37

182,81

17122,92

910

22,11

LH 300

3,52

428,2

90

28

7,79

20,64

149

1307,7

4,34

187,93

17761,13

907

21,72

LH 300

3,41

420,5

90

29

8,14

20,44

149

1352,7

5,03

179,79

15174,68

899

22,28

LH 300

4,19

406,3

90

30

8,10

20,28

149

1283,6

4,15

173,64

16364,18

918

22,46

LH 300

3,19

425,7

90

31

8,03

20,49

149

1328,3

4,39

180,96

16750,89

903

22,13

LH 300

3,54

429,2

90

32

7,82

20,54

149

1085,6

4,20

155,56

14662,75

870

20,82

LH 260

2,67

346,0

120

33

7,83

20,48

149

1082,7

3,97

155,21

14464,74

863

20,62

LH 260

2,44

342,9

120

34

7,93

20,47

149

1379,5

5,61

192,90

14839,20

915

22,14

LH 260

4,63

366,4

120

35

7,97

20,51

149

1168,8

4,70

161,49

13410,11

886

21,59

LH 260

3,22

335,7

120

37

7,76

20,59

149

1160,9

4,52

168,53

14900,80

886

21,09

LH 260

3,08

348,5

120

38

7,73

20,50

149

981,0

3,94

144,15

13671,67

875

20,66

LH 260

2,17

315,5

120

39

7,83

20,59

149

1190,1

4,29

169,69

16039,63

893

21,46

LH 260

3,04

379,4

120

40

7,97

20,49

149

1367,0

5,07

189,06

15033,85

910

22,13

LH 260

4,07

377,5

120

41

7,84

20,59

149

987,7

3,98

140,47

13389,86

858

20,63

LH 3000

2,23

319,5

120

42

7,86

20,43

149

1182,4

4,82

168,62

14238,49

884

21,16

LH 3000

3,33

342,4

120

43

7,93

20,41

149

951,7

3,56

133,47

13723,64

834

20,12

LH 3000

1,88

336,2

120

44

7,83

20,52

149

961,2

4,37

137,53

13124,81

879

21,04

LH 3000

2,56

312,4

120

45

7,79

20,49

149

1016,9

4,55

147,20

13955,79

840

19,98

LH 3000

2,85

327,1

120

46

7,88

20,49

149

1027,7

4,03

145,39

13776,72

836

20,12

LH 3000

2,38

333,6

120

47

7,79

20,32

149

999,8

4,12

145,95

13731,38

829

19,54

LH 3000

2,36

317,4

120

48

7,87

20,55

149

1300,1

5,64

183,86

14003,29

857

20,65

LH 3000

4,36

336,1

120

49

7,95

20,45

149

1347,1

4,64

187,61

16212,38

968

23,44

LH 300

3,60

400,6

120

50

7,81

20,35

149

1155,6

4,42

167,57

14623,85

933

22,09

LH 300

2,87

344,5

120

51

7,75

20,56

149

1252,5

5,01

182,56

15200,42

910

21,60

LH 300

3,62

348,9

120

52

7,81

20,54

149

1392,3

4,77

200,03

16846,54

953

22,77

LH 300

3,83

394,6

120

53

7,91

20,51

149

1304,7

4,60

183,01

15826,32

923

22,32

LH 300

3,50

385,3

120

54

7,62

20,45

149

1163,2

5,09

176,34

14626,72

860

19,96

LH 300

3,44

317,6

120

55

7,84

20,44

149

1303,3

4,81

186,73

15958,27

976

23,30

LH 300

3,57

379,8

120

56

7,88

20,48

149

1414,8

4,95

200,25

16476,45

926

22,26

LH 300

4,07

394,7

120

57

7,73

20,50

149

994,3

5,11

146,11

13590,05

824

19,46

LH 300 BV

3,26

312,1

90

58

7,83

20,65

149

907,2

4,07

128,98

12577,71

830

19,99

LH 300 BV

2,18

301,8

90

59

7,84

20,57

149

992,6

5,63

141,31

12234,22

820

19,71

LH 300 BV

3,53

294,8

90

60

7,81

20,47

149

823,1

4,07

118,66

10194,33

830

19,77

LH 300 BV

1,88

255,2

90

61

7,78

20,54

149

933,5

4,44

135,15

12723,07

814

19,39

LH 300 BV

2,51

297,6

90

62

7,83

20,47

149

944,3

4,76

135,44

12337,54

828

19,77

LH 300 BV

2,75

293,5

90

63

7,84

20,56

149

978,1

4,73

139,31

13000,35

818

19,64

LH 300 BV

2,86

315,2

90

64

7,80

20,51

149

862,7

4,03

124,45

12514,47

804

19,16

LH 300 BV

2,05

290,4

90

65

7,61

20,50

149

889,2

5,05

134,82

12747,84

837

19,47

LH 3000 BV

2,79

276,3

120

66

7,72

20,39

149

943,7

4,75

139,79

13753,88

816

19,13

LH 3000 BV

2,80

311,8

120

67

7,73

20,00

149

1211,0

5,08

182,41

15513,07

888

20,46

LH 3000 BV

3,69

342,2

120

68

7,55

20,72

149

924,1

5,07

140,84

13445,23

797

18,58

LH 3000 BV

2,95

289,5

120

69

7,53

20,50

149

1013,8

5,32

156,99

14277,87

870

20,00

LH 3000 BV

3,37

298,2

120

70

7,59

20,56

149

972,1

4,78

147,74

14154,35

867

20,17

LH 3000 BV

2,88

303,9

120

71

7,66

20,57

149

1129,9

7,02

168,50

14820,58

847

19,87

LH 3000 BV

5,43

327,2

120

72

7,86

20,20

149

1174,2

7,10

169,36

13946,15

862

20,40

LH 3000 BV

5,65

327,8

120

73

7,90

20,53

149

1120,2

3,94

157,37

14980,95

930

22,48

LH 260

2,54

364,6

90

74

7,92

20,44

149

1387,7

5,17

194,83

15326,16

958

23,10

LH 260

4,19

373,0

90

75

7,91

20,30

149

1293,5

4,76

183,32

15152,40

914

21,86

LH 260

3,55

372,4

90

76

7,85

20,45

149

1030,3

4,13

147,17

13093,25

927

22,17

LH 260

2,37

317,2

90

77

8,12

20,56

149

1321,0

4,65

175,40

14431,23

952

23,68

LH 260

3,55

382,3

90

78

8,07

20,56

149

1335,2

4,89

179,50

14647,07

971

24,01

LH 260

3,78

391,4

90

79

8,05

20,50

149

1217,3

4,44

164,93

14314,38

934

22,98

LH 260

3,08

375,0

90

80

7,81

20,42

149

1138,2

4,47

164,48

13904,04

941

22,37

LH 260

2,79

334,3

90

81

8,08

20,44

149

1083,4

4,26

146,13

12775,17

835

20,56

LH 3000

2,64

344,0

30

82

8,06

20,39

149

1089,7

4,04

148,07

13297,50

823

20,15

LH 3000

2,46

348,5

30

83

8,11

20,44

149

1112,6

4,20

148,96

13012,84

822

20,31

LH 3000

2,70

345,7

30

84

7,95

20,52

149

1070,4

4,05

148,57

13532,36

799

19,43

LH 3000

2,46

333,4

30

85

8,15

20,52

149

957,3

3,85

126,42

12020,39

814

20,27

LH 3000

2,12

322,8

30

86

8,02

20,55

149

1036,8

3,95

141,19

12791,31

810

19,89

LH 3000

2,33

330,0

30

87

8,07

20,49

149

1185,2

4,33

159,87

14131,88

835

20,57

LH 3000

3,00

369,4

30

88

7,99

20,43

149

1077,7

4,10

148,73

13281,37

813

19,78

LH 3000

2,53

335,1

30

89

7,90

20,46

149

1175,8

4,37

165,75

14945,26

923

22,24

LH 3000

3,02

361,0

90

90

7,94

20,48

149

1180,2

4,77

164,53

14511,28

903

21,89

LH 3000

3,42

358,1

90

91

7,59

20,51

149

1080,8

4,97

164,64

15119,00

913

21,19

LH 3000

3,36

325,5

90

92

7,72

20,55

149

1149,8

4,86

168,98

14497,19

915

21,64

LH 3000

3,32

327,4

90

93

8,03

20,30

149

1061,5

4,05

145,97

13815,34

853

20,71

LH 3000

2,44

351,3

90

94

8,03

20,15

149

1220,8

4,73

169,13

14314,04

874

21,07

LH 3000

3,45

364,6

90

95

7,80

20,45

149

1116,6

4,84

161,54

15128,24

889

21,13

LH 3000

3,41

353,2

90

96

7,86

20,19

149

1117,6

4,38

161,28

14515,20

887

20,96

LH 3000

2,87

341,0

90

97

8,02

20,37

149

1041,1

4,01

143,03

13164,94

807

19,64

LH 3000

2,40

335,3

30

98

7,98

20,46

149

1108,6

4,06

153,16

13147,50

799

19,43

LH 3000

2,49

330,0

30

99

8,09

20,55

149

981,8

3,74

131,40

11874,84

761

18,85

LH 3000

2,01

314,1

30

100

8,02

20,49

149

1040,4

3,84

142,09

13193,13

807

19,77

LH 3000

2,29

337,6

30

101

7,92

20,46

149

983,4

3,61

137,93

13622,33

806

19,47

LH 3000

2,04

339,1

30

102

7,92

20,43

149

1063,2

4,32

149,33

12678,00

785

18,92

LH 3000

2,60

312,8

30

103

7,98

20,47

149

1080,8

4,21

149,25

12806,62

802

19,52

LH 3000

2,51

325,9

30

104

8,09

20,39

149

1006,5

4,06

135,76

12038,96

781

19,19

LH 3000

2,28

322,0

30

105

7,79

20,48

149

1089,3

4,27

157,77

13224,42

901

21,41

LH 3000

2,57

317,7

90

106

7,57

20,49

149

1073,9

4,50

164,63

14561,09

929

21,48

LH 3000

2,83

312,4

90

107

7,99

20,43

149

1136,6

4,21

156,86

13496,77

919

22,36

LH 3000

2,65

341,4

90

108

7,99

20,47

149

1201,3

4,68

165,46

13596,12

931

22,69

LH 3000

3,29

342,3

90

109

7,77

20,51

149

1041,3

4,32

151,38

13543,57

875

20,79

LH 3000

2,57

314,7

90

110

7,63

20,47

149

1093,8

4,59

165,21

14216,06

921

21,44

LH 3000

2,87

313,1

90

111

7,86

20,34

149

985,5

4,27

141,17

12891,57

856

20,40

LH 3000

2,41

308,4

90

112

7,88

20,56

149

1028,4

4,31

145,00

12788,94

818

19,75

LH 3000

2,51

313,0

120

113

8,05

20,53

149

1154,9

4,30

156,26

12944,25

849

20,90

LH 3000

2,80

337,9

120

114

7,87

20,39

149

1066,9

4,37

152,07

12355,68

864

20,66

LH 3000

2,53

307,9

120

115

7,92

20,48

149

1127,8

4,59

158,02

13137,62

793

19,16

LH 3000

2,99

321,8

120

116

7,88

20,50

149

1078,4

3,98

152,49

13747,16

852

20,50

LH 3000

2,37

335,5

120

117

7,88

20,37

149

1037,8

4,06

147,69

12403,28

852

20,37

LH 3000

2,31

307,5

120

118

7,90

20,54

149

965,7

3,64

135,59

12720,54

820

19,83

LH 3000

1,91

308,9

120

119

8,04

20,39

149

1097,9

4,45

149,93

11827,66

861

21,03

LH 3000

2,65

306,5

120

120

7,85

20,35

149

987,7

4,90

141,77

12414,83

806

19,19

LH 3000 BV

2,93

294,7

120

121

7,71

20,24

149

1144,3

5,09

171,19

13842,66

820

19,07

LH 3000 BV

3,43

312,4

120

122

7,53

20,52

149

937,8

4,49

145,08

13010,82

824

18,98

LH 3000 BV

2,46

273,3

120

123

7,54

20,38

149

912,2

4,26

141,71

13757,60

824

18,86

LH 3000 BV

2,35

292,7

120

124

7,61

20,56

149

1021,3

4,93

154,40

13550,92

831

19,38

LH 3000 BV

3,00

296,4

120

125

7,65

20,61

149

1069,7

4,85

159,64

13912,57

851

19,99

LH 3000 BV

3,08

309,1

120

126

7,70

20,54

149

1027,7

4,66

151,90

13382,91

809

19,07

LH 3000 BV

2,82

304,3

120

127

8,05

20,41

149

1126,5

4,80

153,31

10717,04

857

20,97

LH 260

2,79

292,6

30

128

8,13

20,45

149

1112,0

3,58

148,09

13287,74

821

20,34

LH 260

2,19

366,3

30

129

8,16

20,56

149

1152,5

4,34

151,53

12195,98

833

20,82

LH 260

2,83

329,1

30

130

8,02

20,40

149

1269,1

4,84

174,09

13150,29

861

20,98

LH 260

3,49

339,6

30

131

8,08

20,50

149

1146,5

4,56

154,19

12155,87

841

20,75

LH 260

2,90

320,8

30

132

8,00

20,44

149

1127,6

4,12

155,15

13083,22

854

20,81

LH 260

2,57

334,9

30

133

8,35

20,53

149

1172,7

4,89

147,47

10556,76

790

20,18

LH 260

3,20

309,3

30

134

8,19

20,53

149

1170,1

3,96

152,95

12937,75

806

20,18

LH 260

2,57

355,9

30

135

8,07

20,48

149

1333,7

4,93

180,00

15663,02

897

22,10

LH 260 BV

4,13

411,8

30

136

8,53

20,51

149

439,9

5,65

53,06

5737,28

808

21,07

LH 260 BV

1,58

198,2

30

137

8,08

20,46

149

946,8

2,93

127,58

12746,73

863

21,27

LH 260 BV

1,44

336,3

30

138

7,86

20,42

149

1160,1

4,78

165,53

15439,34

906

21,66

LH 260 BV

3,46

369,0

30

139

8,24

20,52

149

617,9

1,85

79,83

11540,31

847

21,34

LH 260 BV

0,56

338,1

30

140

8,37

20,59

149

692,9

2,92

86,47

8389,63

790

20,28

LH 260 BV

0,97

277,7

30

141

8,30

20,35

149

339,8

2,89

43,63

4114,01

841

21,18

LH 260 BV

0,48

139,2

30

142

8,60

20,50

149

289,5

7,16

34,37

1730,30

792

20,80

LH 260 BV

1,21

51,5

30

143

7,99

20,54

149

1264,4

4,44

173,56

14362,53

904

22,11

LH 260

3,16

368,9

90

144

8,14

20,57

149

1094,9

-7,95

144,60

13007,40

895

22,33

LH 260

1,79

351,2

90

145

8,01

20,51

149

1053,0

3,57

144,03

13371,87

902

22,09

LH 260

2,08

347,8

90

146

8,14

20,43

149

1116,1

3,64

148,41

13251,90

897

22,22

LH 260

2,23

368,3

90

147

7,89

20,54

149

1010,1

3,48

142,20

13309,83

930

22,46

LH 260

1,92

333,0

90

148

7,93

20,28

149

1276,6

4,69

180,18

14468,87

929

22,26

LH 260

3,34

348,6

90

149

8,13

20,68

149

1235,7

4,01

162,72

14155,82

891

22,32

LH 260

2,84

392,1

90

150

7,82

20,34

149

1049,1

3,88

151,82

14464,73

935

22,15

LH 260

2,33

340,6

90

151

7,91

20,55

149

997,1

4,07

139,59

12655,27

847

20,53

LH 260

2,35

320,7

120

152

8,10

20,56

149

1140,7

3,96

152,21

12700,37

876

21,75

LH 260

2,44

336,7

120

153

7,95

20,49

149

1082,3

4,16

150,44

12333,60

834

20,23

LH 260

2,47

307,0

120

154

7,95

20,54

149

1235,1

4,23

171,25

14142,89

870

21,17

LH 260

2,90

357,5

120

155

7,83

20,59

149

1035,3

3,78

147,63

13396,02

800

19,21

LH 260

2,15

322,8

120

156

7,82

20,39

149

1059,8

3,79

152,99

13546,30

830

19,73

LH 260

2,23

332,8

120

157

8,05

20,51

149

1095,1

3,70

148,31

13115,91

875

21,52

LH 260

2,21

339,7

120

158

8,00

20,44

149

1068,9

3,69

147,07

13581,00

859

20,93

LH 260

2,22

354,9

120

159

8,04

20,47

149

1379,9

5,05

187,71

15729,23

930

22,81

LH 300

4,35

409,4

30

160

8,12

20,45

149

1230,4

4,35

164,26

14333,01

912

22,56

LH 300

3,17

384,1

30

161

8,60

20,48

149

934,8

2,91

111,09

11267,22

871

22,86

LH 300

1,47

363,1

30

162

8,23

20,55

149

1119,2

3,74

23,12

837,75

901

22,71

LH 300

2,36

367,9

30

163

8,12

20,64

149

1125,2

3,25

148,83

13914,21

920

22,98

LH 300

1,91

394,4

30

164

8,09

20,46

149

1215,3

3,61

163,37

15347,11

925

22,80

LH 300

2,52

414,7

30

165

8,22

20,50

149

1075,5

3,43

139,76

12955,22

907

22,77

LH 300

2,08

374,6

30

166

8,11

20,38

149

1151,4

3,31

154,61

14459,69

917

22,59

LH 300

2,07

402,1

30

167

8,11

20,53

149

1286,4

4,11

171,48

15604,29

889

22,06

LH 300

3,16

420,8

90

168

8,11

20,39

149

1319,8

4,86

177,15

15201,75

870

21,44

LH 300

3,92

404,3

90

169

8,13

20,31

149

1154,8

4,02

154,84

14434,12

882

21,70

LH 300

2,74

384,3

90

170

8,01

20,17

149

1217,4

4,07

169,33

15632,42

903

21,73

LH 300

2,91

392,4

90

171

7,95

20,54

149

1247,4

4,76

172,96

15498,55

877

21,34

LH 300

3,70

388,9

90

172

8,11

20,39

149

1168,1

3,93

156,77

15377,17

876

21,59

LH 300

2,73

409,7

90

173

7,88

20,54

149

1292,9

4,68

182,47

16198,20

889

21,44

LH 300

3,64

399,2

90

174

8,00

20,55

149

1347,1

4,55

184,37

16551,46

886

21,70

LH 300

3,72

422,9

90

175

7,94

20,47

149

977,7

4,68

136,37

11484,21

805

19,49

LH 300 BV

2,65

286,3

90

176

7,93

20,57

149

884,6

3,98

123,10

11232,67

811

19,70

LH 300 BV

2,03

283,8

90

177

7,88

20,30

149

952,1

4,06

135,96

12021,39

806

19,22

LH 300 BV

2,18

291,1

90

178

7,93

20,53

149

911,7

4,04

127,11

11467,65

807

19,57

LH 300 BV

2,08

290,7

90

179

7,94

20,49

149

963,8

4,30

134,30

11268,02

789

19,13

LH 300 BV

2,31

282,2

90

180

7,96

20,49

149

820,6

3,87

113,77

10396,54

786

19,11

LH 300 BV

1,77

260,2

90

181

7,80

20,56

149

625,6

2,77

90,03

10699,09

792

18,92

LH 300 BV

0,93

252,2

90

182

7,84

20,53

149

913,4

3,77

130,29

11971,25

793

19,02

LH 300 BV

1,96

298,2

90

183

7,83

20,35

149

1215,1

4,83

175,30

13069,89

893

21,20

LH 300

3,20

305,5

120

184

7,99

20,58

149

1350,2

4,54

184,98

14271,03

913

22,36

LH 300

3,41

372,2

120

185

7,93

20,55

149

1402,6

4,84

195,37

15203,44

907

22,02

LH 300

3,85

378,4

120

186

7,99

20,34

149

1296,9

4,33

179,77

14372,19

938

22,70

LH 300

3,05

359,6

120

187

7,85

20,40

149

1191,4

4,61

170,59

13374,13

904

21,57

LH 300

3,04

326,1

120

188

7,88

20,64

149

1207,6

4,18

169,61

14440,55

921

22,31

LH 300

2,78

349,3

120

189

7,98

20,45

149

1273,1

4,02

175,97

14827,73

922

22,42

LH 300

2,82

383,9

120

190

7,79

20,43

149

1129,1

4,37

163,93

13374,38

857

20,33

LH 300

2,72

318,9

120

Tab. 1 Naměřené výsledky všech vzorků lepených LH 3000, LH 260 a LH 300 před a po modifikaci

10.2 Naměřené výsledky jednotlivých sérií LH 3000 30 °C n=8 x s Min. Max. q L 5% LH 3000 90 °C n=8 x s Min. Max. q L 5% LH 3000 120 °C n=8 x s Min. Max. q L 5% LH 3000 120 °C BV n=8 x s Min. Max. q L 5% LH 260 30 °C n=8 x s Min. Max. q L 5% LH 260 30 °C BV n=7 x s Min. Max. q L 5%

Fmax N 1076,62 64,55 6,00 957,26 1185,18 924,29

-F max mm 4,10 0,16 3,85 3,85 4,33 3,73

MOR MPa 145,99 9,46 6,48 126,42 159,87 123,67

MOE MPa 13105,35 620,75 4,74 12020,39 14131,88 11640,38

Density 3 kg/m 819 12 1,52 799 835 789

EMod N/mm 341,10 14,35 4,21 322,82 369,43 307,24

WRm J 2,53 0,26 10,30 2,12 3,00 1,91

Weight g 20,12 0,40 1,98 19,43 20,57 19,18

Fmax N 1137,89 53,74 4,72 1061,52 1220,83 1011,07

-F max mm 4,62 0,32 6,91 4,05 4,97 3,87

MOR MPa 162,73 7,37 4,53 145,97 169,13 145,33

MOE MPa 14605,69 445,69 3,05 13815,34 15128,24 13553,88

Density 3 kg/m 895 24 2,66 853 923 838

EMod N/mm 347,76 14,94 4,30 325,53 364,55 312,49

WRm J 3,16 0,36 11,35 2,44 3,45 2,31

Weight g 21,35 0,52 2,42 20,71 22,24 20,13

Fmax N 1053,43 122,78 11,66 951,67 1300,09 763,66

-F max mm 4,38 0,64 14,50 3,56 5,64 2,88

MOR MPa 150,31 17,15 11,41 133,47 183,86 109,85

MOE MPa 13743,00 351,94 2,56 13124,81 14238,49 12912,41

Density 3 kg/m 852 21 2,46 829 884 803

EMod N/mm 328,08 10,70 3,26 312,36 342,35 302,84

WRm J 2,74 0,78 28,53 1,88 4,36 0,90

Weight g 20,41 0,56 2,73 19,54 21,16 19,09

Fmax N 1032,25 122,81 11,90 889,19 1211,04 742,42

-F max mm 5,52 0,97 17,53 4,75 7,10 3,24

MOR MPa 155,05 17,05 11,00 134,82 182,41 114,81

MOE MPa 14082,37 840,80 5,97 12747,84 15513,07 12098,08

Density 3 kg/m 848 30 3,57 797 888 777

EMod N/mm 309,60 21,97 7,10 276,33 342,15 257,76

WRm J 3,70 1,18 32,03 2,79 5,65 0,90

Weight g 19,76 0,66 3,32 18,58 20,46 18,21

Fmax N 521,16 147,61 28,32 301,23 777,11 172,81

-F max mm 2,36 2,38 100,92 0,87 8,15 -3,26

MOR MPa 70,77 21,13 29,86 39,94 107,67 20,90

MOE MPa 13534,04 840,64 6,21 12393,88 14417,40 11550,14

Density 3 kg/m 853 20 2,39 831 890 805

EMod N/mm 359,44 14,76 4,11 339,12 375,32 324,61

WRm J 0,66 0,66 99,50 0,13 2,17 -0,89

Weight g 20,97 0,29 1,38 20,58 21,33 20,29

Fmax N 1263,16 55,56 4,40 1175,20 1345,04 1127,04

-F max mm 4,64 0,50 10,69 4,12 5,35 3,42

MOR MPa 173,86 9,25 5,32 159,23 187,10 151,20

MOE MPa 16250,69 532,75 3,28 15310,57 16755,68 14945,47

Density 3 kg/m 892 26 2,91 849 928 828

EMod N/mm 410,52 10,91 2,66 391,17 421,96 383,78

WRm J 3,63 0,56 15,55 2,96 4,52 2,25

Weight g 21,74 0,56 2,56 20,81 22,43 20,38

LH 260 90 °C n=8 x s

Fmax N 1230,42 124,67 10,13 1030,32 1387,74 936,20

-F max mm 4,56 0,40 8,77 3,94 5,17 3,61

MOR MPa 170,87 15,33 8,97 147,17 194,83 134,71

MOE MPa 14481,19 730,12 5,04 13093,25 15326,16 12758,09

Density 3 kg/m 941 19 1,98 914 971 897

EMod N/mm 363,76 25,17 6,92 317,16 391,40 304,37

WRm J 3,23 0,64 19,77 2,37 4,19 1,72

Weight g 22,83 0,75 3,28 21,86 24,01 21,06

Fmax N 1046,18 412,98 39,48 0,09 1379,53 92,19

-F max mm 4,03 1,61 39,79 0,00 5,61 0,33

MOR MPa 148,51 57,88 38,97 0,01 192,90 14,82

MOE MPa 14627,84 819,59 5,60 13410,11 16039,63 12693,60

Density 3 kg/m 887 17 1,94 863 915 847

EMod N/mm 351,46 21,83 6,21 315,46 379,36 299,93

WRm J 2,81 1,31 0,00 4,63 -0,21

Weight g 21,29 0,58 2,73 20,62 22,14 19,95

Fmax N 1306,57 78,37 6,00 1204,39 1438,57 1121,61

-F max mm 4,47 0,79 17,59 3,41 5,42 2,61

MOR MPa 176,14 13,63 7,74 157,51 197,75 143,97

MOE MPa 16310,33 912,26 5,59 15226,78 17738,01 14157,40

Density 3 kg/m 956 16 1,7 936 986 917

EMod N/mm 428,70 11,69 2,73 414,62 451,22 401,12

WRm J 3,61 1,01 27,96 2,25 4,89 1,23

Weight g 23,59 0,48 2,02 22,95 24,42 22,46

Fmax N 1313,04 33,27 2,53 1267,24 1360,78 1234,53

-F max mm 4,49 0,37 8,16 3,98 5,03 3,62

MOR MPa 180,42 7,14 3,96 168,02 190,13 163,57

MOE MPa 16688,50 855,87 5,13 15174,68 17761,13 14668,64

Density 3 kg/m 904 10 1,06 891 918 881

EMod N/mm 423,83 8,13 1,92 406,26 430,15 404,64

WRm J 3,62 0,43 12,01 3,00 4,19 2,59

Weight g 22,08 0,27 1,23 21,65 22,46 21,44

Fmax N 929,47 62,16 6,69 823,12 994,32 782,77

-F max mm 4,61 0,57 12,31 4,03 5,63 3,27

MOR MPa 133,68 9,12 6,82 118,66 146,11 112,15

MOE MPa 12396,47 987,20 7,96 10194,33 13590,05 10066,68

Density 3 kg/m 821 9 1,1 804 830 800

EMod N/mm 295,07 18,38 6,23 255,15 315,22 251,69

WRm J 2,63 0,58 22,19 1,88 3,53 1,25

Weight g 19,61 0,26 1,34 19,16 19,99 18,99

Min. Max. q L 5%

Fmax N 1291,68 96,52 7,47 1155,55 1414,75 1063,90

-F max mm 4,79 0,23 4,72 4,42 5,09 4,25

MOR MPa 185,51 11,05 5,96 167,57 200,25 159,43

MOE MPa 15721,37 829,68 5,28 14623,85 16846,54 13763,33

Density 3 kg/m 931 37 3,94 860 976 844

EMod N/mm 370,74 30,03 8,10 317,64 400,58 299,87

WRm J 3,56 0,35 9,69 2,87 4,07 2,75

Weight g 22,22 1,10 4,95 19,96 23,44 19,62

LH 3000 30 °C MOD n=8 x s

Fmax N 1038,22 45,67

-F max mm 3,98 0,24

MOR MPa 142,74 7,52

MOE MPa 12815,79 601,51

Density 3 kg/m 793 17

EMod N/mm 327,09 10,22

WRm J 2,33 0,22

Weight g 19,35 0,33

4,40

5,97

5,27

4,69

2,09

3,13

9,29

1,71

Min. Max. q L 5% LH 260 120 °C n=9 x s Min. Max. q L 5% LH 300 30 °C n=8 x s Min. Max. q L 5% LH 300 90 °C n=8 x s Min. Max. q L 5% LH 300 90 °C BV n=8 x s Min. Max. q L 5% LH 300 120 °C n=8 x s

Min. Max. q L 5%

981,82 1108,62 930,43

3,61 4,32 3,42

131,40 153,16 125,00

11874,84 13622,33 11396,22

761 807 754

312,76 339,06 302,97

2,01 2,60 1,82

18,85 19,77 18,57

LH 3000 90 °C MOD n=7 x s Min.

Fmax N 1088,81 68,44 6,29 985,49

-F max mm 4,40 0,18 4,15 4,21

MOR MPa 157,50 8,93 5,67 141,17

MOE MPa 13647,08 569,28 4,17 12891,57

Density 3 kg/m 905 29 3,19 856

EMod N/mm 321,43 14,22 4,42 308,38

WRm J 2,74 0,29 10,58 2,41

Weight g 21,51 0,81 3,74 20,40

Max. q L 5%

1201,26 921,14

4,68 3,96

165,46 135,62

14561,09 12252,35

931 834

342,31 286,58

3,29 2,03

22,69 19,54

LH 3000 120 °C MOD n=8 x s

Fmax N 1069,72 59,83 5,59 965,65 1154,94 928,52

-F max mm 4,21 0,30 7,19 3,64 4,59 3,50

MOR MPa 149,63 7,08 4,73 135,59 158,02 132,92

MOE MPa 12740,64 574,51 4,51 11827,66 13747,16 11384,80

Density 3 kg/m 838 25 3,01 793 864 779

EMod N/mm 317,35 12,91 4,07 306,46 337,85 286,89

WRm J 2,51 0,33 12,96 1,91 2,99 1,74

Weight g 20,27 0,64 3,17 19,16 21,03 18,76

Fmax N 1014,38 78,73 7,76 912,17 1144,28 821,49

-F max mm 4,74 0,29 6,06 4,26 5,09 4,04

MOR MPa 152,24 10,73 7,05 141,71 171,19 125,96

MOE MPa 13410,33 537,11 4,01 12414,83 13912,57 12094,42

Density 3 kg/m 824 15 1,8 806 851 787

EMod N/mm 297,55 13,05 4,39 273,30 312,44 265,57

WRm J 2,87 0,37 12,91 2,35 3,43 1,96

Weight g 19,22 0,38 1,96 18,86 19,99 18,30

Fmax N 1159,63 49,09 4,23 1112,03 1269,07 1043,77

-F max mm 4,39 0,47 10,80 3,58 4,89 3,27

MOR MPa 154,60 8,35 5,40 147,47 174,09 134,90

MOE MPa 12260,58 1087,76 8,87 10556,76 13287,74 9693,46

Density 3 kg/m 833 26 3,07 790 861 772

EMod N/mm 331,05 23,94 7,23 292,58 366,30 274,55

WRm J 2,82 0,40 14,23 2,19 3,49 1,87

Weight g 20,63 0,34 1,65 20,18 20,98 19,83

Fmax N 727,58 385,60 53,00 289,52 1333,74 -182,43

-F max mm 4,14 1,78 43,00 1,85 7,16 -0,06

MOR MPa 96,31 55,58 57,71 34,37 180,00 -34,86

MOE MPa 9420,08 5246,49 55,69 1730,30 15663,02 -2961,64

Density 3 kg/m 843 45 5,31 790 906 738

EMod N/mm 265,21 124,70 47,02 51,48 411,80 -29,08

WRm J 1,73 1,34 77,70 0,48 4,13 -1,44

Weight g 21,21 0,54 2,57 20,28 22,10 19,93

Fmax N 1137,48 105,92 9,31 1010,13 1276,58 887,52

-F max mm 2,47 4,23 -7,95 4,69 -7,52

MOR MPa 155,94 14,53 9,31 142,20 180,18 121,66

MOE MPa 13799,12 619,27 4,49 13007,40 14468,87 12337,64

Density 3 kg/m 910 18 1,96 891 935 868

EMod N/mm 356,32 19,02 5,34 333,02 392,10 311,44

WRm J 2,46 0,58 23,62 1,79 3,34 1,09

Weight g 22,24 0,13 0,56 22,09 22,46 21,95

Min. Max. q L 5% LH 3000 120 °C BV MOD n=7 x s Min. Max. q L 5% LH 260 30 °C MOD n=8 x s Min. Max. q L 5% LH 260 30 °C BV MOD n=8 x s Min. Max. q L 5% LH 260 90 °C MOD n=8 x s Min. Max. q L 5%

LH 260 120 °C MOD n=8 x s Min. Max. q L 5% LH 300 30 °C MOD n=8 x s Min. Max. q L 5% LH 300 90 °C MOD n=8 x s Min. Max. q L 5% LH 300 90 °C BV MOD n=8 x s Min. Max. q L 5% LH 300 120 °C MOD n=8 x s Min. Max. q L 5%

Fmax N 1089,28 72,39 6,65 997,11 1235,07 918,45

-F max mm 3,92 0,21 5,41 3,69 4,23 3,42

MOR MPa 151,18 9,10 6,02 139,59 171,25 129,71

MOE MPa 13183,92 596,96 4,53 12333,60 14142,89 11775,09

Density 3 kg/m 849 27 3,14 800 876 786

EMod N/mm 334,02 17,16 5,14 306,98 357,48 293,51

WRm J 2,37 0,24 10,31 2,15 2,90 1,79

Weight g 20,63 0,88 4,26 19,21 21,75 18,56

Fmax N 1153,97 129,22 11,20 934,80 1379,88 849,01

-F max mm 3,71 0,69 18,55 2,91 5,05 2,08

MOR MPa 136,59 50,86 37,23 23,12 187,71 16,57

MOE MPa 12355,43 4859,48 39,33 837,75 15729,23 887,05

Density 3 kg/m 910 18 2,03 871 930 867

EMod N/mm 388,76 19,37 4,98 363,07 414,68 343,04

WRm J 2,49 0,90 36,14 1,47 4,35 0,37

Weight g 22,76 0,14 0,60 22,56 22,98 22,44

Fmax N 1254,24 69,88 5,57 1154,76 1347,11 1089,31

-F max mm 4,37 0,38 8,63 3,93 4,86 3,48

MOR MPa 171,17 10,81 6,32 154,84 184,37 145,65

MOE MPa 15562,25 635,90 4,09 14434,12 16551,46 14061,52

Density 3 kg/m 884 10 1,14 870 903 860

EMod N/mm 402,81 14,33 3,56 384,26 422,93 368,99

WRm J 3,32 0,48 14,59 2,73 3,92 2,17

Weight g 21,63 0,23 1,05 21,34 22,06 21,09

Fmax N 881,19 114,73 13,02 625,62 977,71 610,43

-F max mm 3,94 0,55 13,93 2,77 4,68 2,64

MOR MPa 123,87 15,63 12,62 90,03 136,37 86,97

MOE MPa 11317,60 562,32 4,97 10396,54 12021,39 9990,53

Density 3 kg/m 799 9 1,18 786 811 776

EMod N/mm 280,57 16,00 5,70 252,20 298,23 242,81

WRm J 1,99 0,50 25,21 0,93 2,65 0,80

Weight g 19,27 0,28 1,47 18,92 19,70 18,60

Fmax N 1258,23 89,91 7,15 1129,07 1402,60 1046,05

-F max mm 4,47 0,29 6,58 4,02 4,84 3,77

MOR MPa 176,94 9,85 5,57 163,93 195,37 153,69

MOE MPa 14116,67 763,34 5,41 13069,89 15203,44 12315,19

Density 3 kg/m 907 24 2,65 857 938 850

EMod N/mm 349,22 29,40 8,42 305,54 383,92 279,82

WRm J 3,11 0,38 12,15 2,72 3,85 2,22

Weight g 21,87 0,79 3,61 20,33 22,70 20,00

Tab. 2 Naměřené výsledky jednotlivých sérií lepených LH 3000, LH 260 a LH 300 před a po modifikaci

10.3 Pracovní diagramy vzorků jednotlivých lepidel

Obr. 1 Pracovní diagramy vzorků LH 260 30 °C bez vláken

Obr. 2 Pracovní diagramy vzorků LH 300 30 °C s vlákny

Obr. 3 Pracovní diagramy vzorků LH 300 90 °C s vlákny

Obr. 4 Pracovní diagramy vzorků LH 260 120 °C s vlákny

Obr. 5 Pracovní diagramy vzorků LH 300 90 °C s vlákny

Obr. 6 Pracovní diagramy vzorků LH 260 90 °C s vlákny

Obr. 7 Pracovní diagramy vzorků LH 3000 30 °C s vlákny

Obr. 8 Pracovní diagramy vzorků LH 3000 30 °C s vlákny

Obr. 9 Pracovní diagramy vzorků LH 3000 90 °C s vlákny

Obr. 10 Pracovní diagramy vzorků LH 3000 25 °C s vlákny po modifikaci

Obr. 11 Pracovní diagramy vzorků LH 3000 30 °C s vlákny po modifikaci

Obr. 12 Pracovní diagramy vzorků LH 3000 90 °C s vlákny po modifikaci

Obr. 13 Pracovní diagramy vzorků LH 3000 120 °C s vlákny po modifikaci

Obr. 14 Pracovní diagramy vzorků LH 3000 120 °C bez vláken po modifikaci

Obr. 15 Pracovní diagramy vzorků LH 260 30 °C s vlákny po modifikaci

Obr. 16 Pracovní diagramy vzorků LH 260 30 °C bez vláken po modifikaci

Obr. 17 Pracovní diagramy vzorků LH 260 90 °C s vlákny po modifikaci

Obr. 18 Pracovní diagramy vzorků LH 260 120 °C s vlákny po modifikaci

Obr. 19 Pracovní diagramy vzorků LH 300 30 °C s vlákny po modifikaci

Obr. 20 Pracovní diagramy vzorků LH 300 90 °C s vlákny po modifikaci

Obr. 21 Pracovní diagramy vzorků LH 300 90 °C bez vláken po modifikaci

Obr. 22 Pracovní diagramy vzorků LH 300 120 °C s vlákny po modifikaci