zásahových rukavic
Bakalářská práce
Studijní program: B3107 – Textil
Studijní obor: 3106R016 – Textilní technologie, materiály a nanomateriály Autor práce: Matěj Němeček
Vedoucí práce: Ing. Ondřej Novák, Ph.D.
Liberec 2019
Bachelor thesis
Study programme: B3107 – Textil
Study branch: 3106R016 – Textile Technologies, Materials and Nanomaterials
Author: Matěj Němeček
Supervisor: Ing. Ondřej Novák, Ph.D.
Liberec 2019
Byl jsem seznámen s tím, že na mou bakalářskou práci se plně vzta- huje zákon č. 121/2000 Sb., o právu autorském, zejména § 60 – školní dílo.
Beru na vědomí, že Technická univerzita v Liberci (TUL) nezasahuje do mých autorských práv užitím mé bakalářské práce pro vnitřní potřebu TUL.
Užiji-li bakalářskou práci nebo poskytnu-li licenci k jejímu využití, jsem si vědom povinnosti informovat o této skutečnosti TUL; v tomto pří- padě má TUL právo ode mne požadovat úhradu nákladů, které vyna- ložila na vytvoření díla, až do jejich skutečné výše.
Bakalářskou práci jsem vypracoval samostatně s použitím uvedené literatury a na základě konzultací s vedoucím mé bakalářské práce a konzultantem.
Současně čestně prohlašuji, že texty tištěné verze práce a elektronické verze práce vložené do IS STAG se shodují.
16. 4. 2019 Matěj Němeček
Poděkování
Velmi rád bych při této příležitosti poděkoval vedoucímu bakalářské práce Ing.
Bc. Ondřeji Novákovi, Ph.D. za velkou ochotu, věcné připomínky, trpělivost a vstřícnost při vypracování této bakalářské práce. Děkuji i zástupcům firmy Holík International s.r.o. za poskytnutí vzorků materiálů k měření.
V neposlední řadě patří velké poděkování mé rodině za podporu během studijních let.
Anotace
Tématem této bakalářské práce byla optimalizace vybraných vlastností pracovních zásahových rukavic určených pro profesionální i dobrovolné hasiče především na technické zásahy. Toto téma vzniklo na popud autora práce, který je sám profesionálním hasičem. Konkrétní zadání, tedy zjištění příčiny popraskání švů, vyplynulo z výsledků dotazníkového průzkumu. V teoretické části se řeší problematika mechanického poškození textilií, především měření pevnosti švů a oděru. Dále je vysvětleno, jakými postupy je zmíněnou odolnost textilií možno dosahovat.
Při profesní činnosti hasiče je ochrana rukou zásadní záležitostí, s rukavicemi firmy Holík Lesley Plus se setkávají hasiči Královéhradeckého kraje při každodenním zásahu. Vlastnosti rukavic jsou častým tématem uživatelů, proto byl vytvořen dotazník, který by mohl být podkladem pro zjištění nedostatků a určil směr, kterým se dále ubírat.
Záměrem bylo otestovat vliv počtu cyklů ohybu prstu na snižování pevnosti švů.
Experimentální část obsahuje návrh a výrobu 3D robotického prstu, na kterém byly následně prováděny experimenty na vzorcích textilních materiálů používaných pro výrobu rukavic Lesley Plus a dodaných firmou Holík s.r.o. Získané výsledky byly posléze vyhodnoceny i diskutovány.
Výsledky poklesu pevnosti vlivem cyklického ohýbání však ukázaly, že pokles pevnosti švu prakticky nenastává, příčinu porušení švu je nutno hledat v jiném mechanismu narušení nitě. Proto byly hledány možné příčiny, provedeny konzultace s uživateli a byl učiněn pokus dohledat takto porušené rukavice. Výsledkem těchto analýz bylo konstatování, že s největší pravděpodobností bude příčinou porušení švu oděr. Proto byl navržen nový experiment, upraveno testovací zařízení a realizován experiment, kde vzorky byly namáhány oděrem. Poté se vypárané nitě opět podrobily testům pevnosti. Výsledky potvrdily, že příčinou poklesu pevnosti švu je skutečně oděr.
Provedené experimenty ukázaly příčinu popraskání švů hasičských rukavic určené pro zásahy technického charakteru. Byla proto navržena řešení, která zvýší odolnost švů a tím i životnost daných rukavic.
KLÍČOVÁ SLOVA
Ochranné rukavice, mechanická rizika, odolnost v oděru, odolnost pevnosti švů, ochranné materiály, mechanické poškození
Annotation
This bachelor thesis deals with the issue of optimization of given properties of work emergence gloves which are used by professional and voluntary firefighters.
Gloves are used especially for technical interventions. This theme has been created on impulse of the author of this thesis who is professional firefighter as well. Specific task (to find the cause of joins cracking) has been created on the basis of a survey.
Problematics of mechanical damage of textiles (especially joins strength and abrasion measurements) is solved in theoretical part of the thesis. Then it is explained which procedures it is possible to apply to reach mentioned resistance of textiles.
Hand protection is fundamental question during professional firefighter´s activities. I use gloves by HolíkLeley Plus on daily basis. Properties of gloves is hot topic of their users. Therefore, the survey has been created to find out possible weaknesses.It offered the starting point of new way for improvement. The aim: how the number of bending of fingers (given number) influences decrease of joins strength.
There is a proposal and production of 3D robotic finger in experimental part. It has been used to test samples of textile materials which are used for gloves Lesley Plus produced by Holíks.r.o. Obtained results were evaluated and discussed.
Results showed that decrease of joins strength is not caused due to cyclic bending of fingers. Therefore, it was necessary to find the proper source of joins´
damage. I looked for possible causes, consulted it with other users and traced gloves with such type of mechanical damage. On the basis of these analysis, I claim, thatit is probably caused by joints abrasion. New experiment wasdrawn, testing device modified. I implemented the test for which samples were tried by abrasion. Loose thread underwent test of strength. Results confirmed that thedecrease of joins strength is really caused by abrasion.
Performed experiments showed the cause of joins cracking of firefighter’s gloves used for technical interventions. Solutions for increase of abrasion resistance of joins has been suggested. It will help to increase the service life of given gloves.
KEYWORDS
Safety gloves, mechanical risks, abrasion resistance, joins strength resistance, protectivematerials, mechanical damag
9 Obsah
1. Úvod ... 12
2. Dotazníkový průzkum ... 13
2.1. Výběr otázek ... 13
2.2. Okruh respondentů ... 14
2.3. Způsob vyhodnocení dotazníku... 14
2.4. Vyhodnocení dotazníku ... 15
2.5. Výsledky dotazníkového průzkumu a výběr problematiky ... 18
3. Rešerše ... 19
3.1. Mechanická rizika ... 19
3.1.1. Měření odolnosti proti oděru plošných textílií... 20
3.2. Měření odolnosti proti řezu čepelí plošných textilií ... 21
3.2.1. Měření odolnosti pevnosti švů ... 22
3.3. Materiály a jejich struktura pro zásahové rukavice ... 22
3.3.1. Kevlar ... 23
3.3.2. Nomex ... 23
3.3.3. Polyuretan ... 24
3.3.4. Vysokomolekulární polyetylen ... 24
3.3.5. Skelná vlákna ... 25
3.3.6. Polyester ... 25
3.4. Tkanina... 26
3.5. Pletenina ... 26
3.6. Netkaná textilie ... 28
3.7. Komfort ... 29
3.7.1. Fyziologický komfort ... 29
10
4. Experimentální část ... 30
4.1. Plán Experimentu ... 30
4.1.1. Zařízení pro cyklické namáhání vzorků ... 30
4.1.2. Výroba dílů robotického prstu ... 31
4.1.3. Servomotor... 32
4.1.4. Ovládání servomotoru ... 33
4.1.5. Montáž ... 33
4.1.6. Úpravy ... 34
4.1.7. Nastavení ... 34
4.2. Úprava testovaného vzorku ... 35
4.3. Nasazení vzorku na robotický prst ... 36
4.4. Zvolení počtu cyklů. ... 37
4.5. Měření... 38
4.6. Eulerovo tření ... 38
4.7. Materiál rukavic Lesley Plus ... 40
5. Výsledky ... 42
5.1. Vyhodnocení cyklického namáhání ... 48
5.2. Testování švů na odolnost proti oděru ... 49
5.3. Vyhodnocení pevnosti nití v oděru... 56
6. Diskuze ... 58
7. Závěr ... 60
8. Použitá literatura ... 62
11 Seznam použitých zkratek a symbolů
ČSN česká státní norma
EN evropská norma
ISO international organization for standardization s.r.o. společnost s ručením omezeným
PVDF polyvinylidenfluorid
PU polyuretan
Seznam použitých symbolů
% procento
°C teplota
mm milimetr
cm centimetr
Hz frekvence
N newton
x̄ průměr
n počet měření
µs mikrosekunda
cN centinewton
dtex decitex
V volt
kg kilogram
s směrodatná odchylka
Seznam vzorečků
(1) F1 = Fg ∙ 𝑒µβ (2) s2 = 1
𝑛 −1 𝑛𝑖=1(xi−x̄)2
12 1. Úvod
Již od dětství jsem obdivoval hasiče, jejich záslužnou práci a odvahu, kterou projevují při zásazích a proto jsem se rozhodl stát se profesionálním hasičem. Hlavním posláním hasičů je záchrana osob, zvířat, majetku i zabránění škodám na životním prostředí. Zachraňovat životy v nečekaných událostech je nejdůležitějším posláním celého Integrovaného záchranného systému. Hasičský záchranný sbor je jeho významnou součástí. Tato složka podléhá pod správu Ministerstva vnitra České republiky. Hasič je lidmi v naší zemi chápán vždy v první řadě jako ochránce před požáry. To je však jen malá část z jeho každodenní pracovní náplně. Do ní patří totiž také pomoc při dopravních nehodách, které jsou v poslední době stále (častěji se vyskytujícím) problémem, likvidace škod při záplavách či vichřicích, které se také v důsledku výkyvů počasí objevují s velkou četností. Ale jejich kvalitní a čestnou práci ukazuje i zvládnutí nepředvídatelných událostí jako byla v minulých letech například epidemie ptačí chřipky. Výběr tématu mé bakalářské práce byl zcela záměrný. Pracuji jako profesionální hasič a ochranné rukavice používáme při každém zásahu. Proto by odolnost rukavic, která chrání před zraněním, nepřízní počasí, průnikem kapalin apod.
měla být jedním z hlavních měřítek jejich kvality.
Tato bakalářská práce bude zaměřena na téma plynoucí z výsledků dotazníkového průzkumu provedeného mezi profesionálními hasiči Královéhradeckého kraje.
13 2. Dotazníkový průzkum
Aby byly získány konkrétní poznatky o problémech rukavic Lesley Plus (více viz kap. 4.8 Materiál rukavic Lesley Plus), byl zhotoven internetový dotazník, který obsahoval deset otázek a formou e-mailu byl odeslán výjezdovým hasičům sloužícím ve 24 hodinovém směnném provozu. Dotazník byl směřován pouze profesionálním hasičům z Královéhradeckého kraje, kteří tento typ používají. Od dotazovaných byl požadován zodpovědný přístup při vyplňování tohoto dotazníku. Vyplnění dotazníku bylo možné provést v termínu od 14.6.2018 do 30.10.2018. Během třech měsíců se nashromáždilo kolem devadesáti odpovědí ze čtyřsetdvaceti dotázaných respondentů.
2.1. Výběr otázek
Otázky byly voleny na základě vlastní zkušenosti s použitím rukavic a konzultací se spolupracovníky z útvaru. Vzhledem k používání pouze jednoho druhu zásahových rukavic od konkrétního dodavatele, byly otázky směrovány přímo k tomuto výrobku.
Otázky řeší stupeň ochrany i komfort.
1. Jak jste spokojen s rukavicí Holík z hlediska komfortu?
2. Jak Vám vyhovuje velikost?
3. Myslíte si, že Vás rukavice dostatečně ochrání před chladem?
4. Myslíte si, že Vás rukavice dostatečně ochrání před kapalinami?
5. Myslíte si, že Vás rukavice dostatečně ochrání před ostrými předměty?
6. Jak jste celkově spokojen s kvalitou úchopu této rukavice?
7. Co Vám na rukavicích nejvíce vadí?
8. Došlo u Vás k poškození rukavic?
9. Co byste na rukavicích upravil z hlediska základních funkcí?
10. Co by ještě rukavice mohly mít?
Cílem bylo vyjádřit celkovou spokojenost a zjistit případné nedostatky. Na základě zjištěných informací se pak pokusit vybranou problematiku řešit.
14 2.2. Okruh respondentů
Respondenti byli především profesionální hasiči z více druhů stanic Královéhradeckého kraje, kteří mají s používáním záchranářských rukavic Lesley Plus od firmy Holík International s.r.o. letité zkušenosti a ochotně mi poskytli své poznatky a připomínky.
Jedná se o respondenty z těchto útvarů:
PS Náchod
PS Jaroměř
PS Broumov
PS Jičín
PS Trutnov
Ostatní
Celkem bylo osloveno 420 potencionálních respondentů. Bylo očekáváno větší procento odpovědí, které se nakonec ustálilo na hodnotě 34,3 % (144 hasičů), což ale stačilo k vyjádření, jakou mají zasahující hasiči zkušenost a jaká je spokojenost s použitím těchto rukavic. Z výsledku byl vytvořen přehled, ze kterého bylo možno čerpat potřebné informace a určit, jakým směrem se bude tato bakalářská práce ubírat.
2.3. Způsob vyhodnocení dotazníku
Dotazník byl vytvořen v internetové anketě Google+, který byl od kolegů průběžně vyplňován a výsledky zaznamenány do vytvořeného profilu a ihned počítačem vyhodnoceny. Následně byly hodnoty zaneseny do tabulek a finálních grafů.
15 2.4. Vyhodnocení dotazníku
1. Jak jste spokojen s rukavicí Holík z hlediska komfortu?
Graf 1- Komfort n = 144
x̄ = 2,25
2. Jak Vám vyhovuje velikost?
Graf 2 - Velikost rukavic n = 144
x̄ = 1,92
0 20 40 60
Známka 1 Známka 2 Známka 3 Známka 4 Známka 5
Komfort
0 20 40 60 80
Známka 1 Známka 2 Známka 3 Známka 4 Známka 5
Velikost
Známka Počet
1 47
2 38
3 40
4 14
5 5
Tabulka 1- Komfort
Známka Počet
1 70
2 49
3 4
4 9
5 12
Tabulka 2- Velikost
16 3. Myslíte si, že Vás rukavice dostatečně ochrání před chladem?
Graf 3 - Ochrana před chladem n = 144
x̄ = 2,39
4. Myslíte si, že Vás rukavice dostatečně ochrání před kapalinami?
Graf 4 - Ochrana před kapalinami n = 144
x̄ = 3,03
5. Myslíte si, že Vás rukavice dostatečně ochrání před ostrými předměty?
Graf 5 - Ochrana před ostrými předměty n = 144
x̄ = 2,08
0 20 40 60
Známka 1 Známka 2 Známka 3 Známka 4 Známka 5
Ochrana před chladem
0 20 40 60
Známka 1 Známka 2 Známka 3 Známka 4 Známka 5
Ochrana před kapalinami
0 20 40 60
Známka 1 Známka 2 Známka 3 Známka 4 Známka 5
Ochrana před ostrými předměty
Známka Počet
1 33
2 28
3 47
4 25
5 3
Tabulka 3 - Ochrana před chladem
Známka Počet
1 21
2 26
3 47
4 27
5 23
Tabulka 4- Ochrana před kapalinami
Známka Počet
1 51
2 48
3 34
4 4
5 7
Tabulka 5- Ochrana před ostrými předměty
17 6. Jak jste celkově spokojen s kvalitou úchopu této rukavice?
Graf 6 - Kvalita úchopu n = 144
x̄ = 2,14
7. Co Vám na rukavicích nejvíce vadí?
Nejčastější odpovědi:
1) Nejsou vodotěsné - 78 odpovědí
2) Poutko na karabinku se rychle utrhlo - 43 odpovědí 3) Tuhé/ Tvrdé - 25 odpovědí
4) Chybí karabinka na zavěšení na oblek - 18 odpovědí
8. Došlo u Vás k poškození rukavic?
Nejčastější odpovědi:
1) Utržená poutka - 49 odpovědí 2) Popraskání švů - 35 odpovědí
3) Opotřebení na konečkách prstů - 17 odpovědí 4) Změna barvy - 5 odpovědí
9. Co byste na rukavicích upravil z hlediska základních funkcí?
Nejčastější odpovědi:
1) Membrána proti vodě / voděodolnost - 68 odpovědí 2) Citlivost / Komfort úchopu - 31
3) Odvod potu - 16 odpovědí
4) Ochrana proti chladu - 5 odpovědí
10. Co by ještě rukavice mohly mít?
Nejčastější odpovědi:
1) Karabinku na zavěšení rukavic - 33 odpovědí 2) Reflexní prvky - 8 odpovědí
0 20 40 60 80
Známka 1 Známka 2 Známka 3 Známka 4 Známka 5
Kvalita úchopu
Známka Počet
1 33
2 74
3 24
4 10
5 3
Tabulka 6 - Kvalita úchopu
18 2.5. Výsledky dotazníkového průzkumu a výběr problematiky
Dle dotazníku je největším problémem rukavic Holík Lesley Plus jejich voděodolnost. Rukavice se velmi rychle promočí a práce v mokrých rukavicích, zejména v chladném počasí, je velmi obtížná, protože prochladlé prsty ztrácí citlivost.
Dalším důsledkem pak může být nachlazení. Dále rukavice vlivem nasáklé vody ztěžkne, což dále zhoršuje pracovní výkon. Naopak dle dotazníku rukavice hasiče dobře ochrání před ostrými předměty, kde se s nimi setkáváme převážně u nehod a technických zásahů, jako jsou práce na poškozených střechách, vývraty stromů či úklid po přírodních kalamitách. Velkým a nečekaným problémem bylo popraskání švů rukavic. Po konzultaci s firmou Holík bylo rozhodnuto řešit tuto problematiku, neboť nepromokavost je řešena membránou u jiného typu nabízených rukavic. Podobně je tomu i u poškození na konečcích prstů. Chybějící karabiny budou přidávány ke každému páru a trhající se poutka budou zesílena. Lze tedy říci, že dotazník pomohl řešit některé další problémy a ukázal také na fakt, že výběrová řízení, kdy je nakoupen jeden jediný univerzální typ rukavic, nemusí být zcela vhodná. Řešením může být nabídka a následný nákup dvou typů rukavic, s vyšším a nižším stupněm ochrany nebo nákupem mírně dražších, ale odolnějších rukavic. Zde je třeba upozornit, že rukavice průměrně vydrží asi tři roky.
Na základě dotazníkového průzkumu bude tedy řešena problematika odolnosti švů, přičemž bude hledán mechanismus poškození švu rukavic Lesley Plus.
19 3. Rešerše
Při práci hasiče, který zachraňuje lidské životy společně s majetkem, je velice důležité, aby byl sám chráněn před různými nebezpečími a riziky. K tomu mu kromě dalších ochranných pomůcek slouží především rukavice, neboť se při záchranných pracích dostává do bezprostředního kontaktu s nebezpečnými a zdraví ohrožujícími předměty nebo pracuje ve škodlivém prostředí. Nebezpečí mohou být různého charakteru, ať již mechanického (požadavky na pevnost, oděr, či proříznutí), tepelného (odolné proti ohni, sálavému teplu, chladu…), chemického (poleptání) nebo nebezpečí plynoucí z vlastností izolačních, tj. ochrana proti elektrickému proudu. Všechny tyto vlastnosti by měl výrobek splňovat, i když je téměř nemožné všechna tato kritéria splnit, neboť některé požadavky mohou být až protichůdné. Navíc se výrobce musí řídit příslušnými státními i evropskými normami, dodržovat technologické postupy a předepsané zkoušky výrobků, což ho značně omezuje jak ve výběru materiálu, tak i v konstrukci rukavice.
3.1. Mechanická rizika
Ochranné rukavice proti mechanickému riziku musí být testovány podle Technické normy ČSN EN 388 (Ochrana proti mechanickému riziku). Dále musí ochranné rukavice splňovat veškeré požadavky týkající se normy ČSN EN 420 (ochranné rukavice).
Značení ochranných rukavic proti mechanickým rizikům a zkušební metody jsou obsaženy v ČSN EN 388 [2] [3].
Ochranné rukavice musí dle normy splňovat ochranu proti minimálně jednomu z následujících mechanických rizik:
Odolnost proti oděru
Odolnost proti řezu čepelí
Odolnost proti trhání
Odolnost proti propíchnutí [2].
20 Zkouška (jednotka)
Úroveň (třída)
1
Úroveň (třída)
2
Úroveň (třída)
3
Úroveň (třída)
4
Úroveň (třída)
5
Odolnost proti oděru (cykly) 100 500 2000 8000 -
Odolnost proti řezu (koeficient) 1,2 2,5 5,0 10,0 20,0
Odolnost proti trhání (Newton) 10 25 50 75 -
Odolnost proti propíchnutí (Newton) 20 60 100 150 -
Tabulka 7 - Úrovně třídy provedení dle ČSN EN 388 [2]
Rukavice získají certifikaci, jestliže splňují výsledná kritéria. Musí mít provedení v úrovni (třídě) 1 nebo vyšší, nejméně v jedné z vlastností oděr, řez čepelí, trhání a propíchnutí. Úrovně jsou rozděleny do 5 tříd. Měřený vzorek je dlaňová část rukavice, která je z hlediska bezpečnosti nejdůležitější.
Tyto výkonnostní úrovně jsou zobrazeny piktogramem se čtyřmi čísly, která obsahují rukavice. Každé číslo udává úroveň dosažených výsledků [2].
3.1.1. Měření odolnosti proti oděru plošných textilií Podstata zkoušky:
Kruhová zkušební tělesa materiálu jsou pod známým tlakem odírána cyklickým rovným pohybem ve tvaru Lissajousova obrazce, který je výsledkem jednoduchých navzájem kolmých harmonických pohybů. Odolnost proti oděru je měřena počtem cyklů potřebných k prodření. Tomu se rozumí stav, při kterém se ve zkušebním vzorku objeví otvor. V praxi se používá plstěný kotouč s určitou hrubostí (připomíná smirkový papír), který se otáčí konkrétním počtem otáček a pod určitým tlakem působí na povrch látky, dokud nedojde k prvnímu poškození tkaniny.
Obrázek 1- Piktogram [4]
21 Metodu zkoušení a tvorbu zkušebního vzorku určuje norma ČSN EN 388 - Ochranné rukavice proti mechanickým rizikům. Aby hasičské rukavice splnily požadavky, musí podle normy být dosaženo nejméně třídy 3 (2000 cyklů), kterou upravuje norma ČSN EN ISO 659+A1 - Ochranné rukavice pro hasiče [2] [3].
3.2. Měření odolnosti proti řezu čepelí plošných textilií Podstata zkoušky:
Vzorky testovaného materiálu jsou řezány protisměrně se otáčející kruhovou čepelí, která vykonává střídavý pohyb pod předepsaným zatížením. Měří se počet cyklů, přičemž test končí proniknutím kruhové čepele testovaným vzorkem.
Metodu zkoušení a zkušební vzorek nařizuje norma ČSN EN 388 - Ochranné rukavice proti mechanickým rizikům.
Pokud hasičské rukavice mají splnit dané požadavky, musí být dosaženo nejméně třídy 2 (koeficient 2,5), kterou upravuje norma ČSN EN ISO 659+A1 Ochranné rukavice pro hasiče [2] [3].
Obrázek 2- Přístroj na měření oděru - Martindale [5]
22 3.2.1. Měření odolnosti pevnosti švů
Podstata zkoušky:
Zkušební vzorek plošné textilie s centrálně umístěným švem je upnut ve středové části v čelistech o stanovených rozměrech a je napínán kolmo ke švu konstantní rychlostí až do přetržení švu. Zaznamenává se maximální síla při přetrhu švu.
Metoda Strip - tahová zkouška, při které je v čelistech zkušebního přístroje upnuta celá část zkušebního vzorku.
Metoda Grab - tahová zkouška, při které je v čelistech zkušebního přístroje upnuta pouze středová část zkušebního vzorku. Aby i zde hasičské rukavice splnili požadavky, musí být síla potřebná k roztržení švu větší než 350 N, kterou upravuje norma ČSN EN ISO 659+A1- Ochranné rukavice pro hasiče [2] [3].
3.3. Materiály a jejich struktura pro zásahové rukavice
Všechny ochranné pomůcky pro hasiče a především rukavice musí být odolné proti mechanickému poškození. Na tyto výrobky jsou používány nejmodernější materiály v porovnání s ostatními oděvy a pomůckami. Při výrobě výše uvedených ochranných oděvů a pracovních pomůcek musí být použit takový materiál, který by jednak chránil před nebezpečím a zároveň neomezoval pracovníka (hasiče) při pohybu.
Hlavní požadavek je kladen na ochranu proti poranění. Ovšem tento materiál, z něhož jsou zhotoveny tyto ochranné pomůcky, musí mít i další požadované vlastnosti, aby byly splněny podmínky vysoké bezpečnosti i při jiném použití. V dnešní době již výzkum dalece pokročil, jsou již známy vysoce odolné materiály a tím se výrazně zvýšila bezpečnost práce. Tyto materiály, které mají velkou odolnost, byly nejprve testovány a ověřovány v armádě a po úspěšných testech zařazeny i pro práci v jiných profesích (např. hutě, strojírenský průmysl) a tím si získaly uplatnění v Hasičském záchranném sboru. Požadavky na vysokou odolnost splňují nové materiály, jako jsou Kevlar, Nomex (aramidová vlákna), nylonová vlákna, polyuretanová vlákna, nebo vysokohustotní polyetyleny. Tyto materiály jsou charakterizovány vysokou pevností a vysokým modulem pružnosti. Proto jsou výše uvedené materiály z těchto vláken (příze, tkaniny a kompozity) používány pro výrobu osobních ochranných prostředků [6].
23 3.3.1. Kevlar
Nejznámějším vláknem pro odolné ochranné oděvy je Kevlar. Patří do skupiny para-aramidových vláken. Jeho řetězce jsou velmi tuhé v důsledku přítomnosti benzenových jader. Rovněž struktura vlákna je vlivem mezimolekulárních sil (tzv.
vodíkové můstky) vysoce krystalická (stupeň krystalinity je 95 %). Vlákna Kevlaru jsou netavitelná, vlivem tepla se rozkládají. Zachovávají si požadovanou odolnost proti vysokým teplotám při zachování pevnosti a pružnosti. U těchto vysokých teplot je pevnost Kevlaru v tahu mírně snížena o 10 - 20 % a s rostoucí dobou působení po několika hodinách se pevnost v tahu opět snižuje. Např. při 160 °C se pevnost Kevlaru sníží asi o 10 % až po 500 hodinách. Při teplotě 260 °C se sníží pevnost Kevlaru asi o 50 % až po 70 hodinách. Při teplotě cca 450 °C. Kevlar sublimuje, to znamená, že se přeměňují tuhé látky v plynné zahříváním bez předchozího přechodu v kapalnou fázi.
Vlhkost nezpůsobuje významný pokles mechanických vlastností. Vlákno Kevlaru je citlivé na ultrafialové záření. Vykazuje vysokou odolnost proti oděru. Tato vlákna jsou obtížně barvitelná, a proto se barví ještě v rozpuštěné formě. Vlákna Kevlaru mají vysokou pevnost, je velmi nesnadné jejich oddělování (stříhání, řezání) [12]. Vybrané vlastnosti Kevlaru jsou uvedeny v tab. 8
Tabulka 8 - Vlastnosti kevlaru 3.3.2. Nomex
Nomex je vlákno ze skupiny meta - tzv. aromatických polyamidů. Vlákno Nomex má pro naše účely použití důležité vlastnosti a to především vysokou termickou odolnost a vynikající elektroizolační vlastnosti. Vlákna a výrobky odolávají po velmi dlouhou dobu vysokým teplotám až 300˚C a i při této vysoké teplotě si vlákna a tím i výrobky z Nomexu zachovávají rozměrovou stabilitu a vysokou pevnost v tahu.
Nezanedbatelnou výhodou Nomexu je jeho nižší cena avšak oproti Kevlaru je méně tuhý a pevný. Nomex je lehce barvitelný a odolný vůči chemikáliím. Proto se vlákna
Materiál Pevnost [cN/dtex]
Modul E [cN/dtex]
Tažnost [%]
Tr [°C]
Kevlar 20 490 3,6 550
24 Nomex používají jako první vrstva vícevrstvých zásahových hasičských rukavic [12].
Vybrané vlastnosti Nomexu jsou uvedeny v tab. 9
Tabulka 9- Vlastnosti Nomexu 3.3.3. Polyuretan
Polyuretany (PU) jsou kondenzační produkty diolů a diizokyanátů. Velkou výhodou PU je jejich flexibilita - pružnost (vlastnost materiálu se po deformaci vrátit do původního stavu bez vzniku trvalé deformace), která je dále doprovázena stálostí a to jak proti vodě, tak i proti rozpouštědlům. Segmentované PU s obsahem měkkých i tvrdých bloků fungují jako elastomery, tj. materiály, které mají tvarovou paměť.
Spojení mezi tvrdými a měkkými úseky je realizováno pomocí uretanové vazby (-CO-O-OH). Při průchodu těchto materiálů přes teplotu zeskelnění dochází k výraznému snížení modulu a zvýšení segmentální pohyblivostí měkkých bloků. To se projevuje zvýšenou propustností vzduchu a vodních par, což je pro práci všech osob důležité, aby nedocházelo ke snížení jejich fyziologickému komfortu. Nepropustnost kapalné vody zůstává zachována, což je také důležitá požadovaná vlastnost [12].
3.3.4. Vysokomolekulární polyetylen
Vysokomolekulární polyetylen (UHMW PE - ultra high molecular weight polyethylen - polyetylen s velmi vysokou molekulovou hmotností) je často používaný materiál. Vyniká dobrou mechanickou odolností proti nárazu nebo proti praskání, kterou si zachovává i při nízkých teplotách. Některé jeho vlastnosti jsou naprosto unikátní. UHMW PE je jedním z nejvíce oděruvzdorných plastů vůbec, což jej předurčuje k aplikacím v případech, kde je nutná odolnost proti opotřebení. Dále je odolný proti chemikáliím a také odolává vysokým zatížením (až o 35 % pevnější, než aramidová vlákna). Naopak nevýhodou je, že vlákna méně odolávají vyšším teplotám,
Materiál Pevnost [cN/dtex]
Modul E [cN/dtex]
Tažnost [%]
Tr [°C]
Nomex 4,9 75 35 415
25 a tak se nepoužívají v aplikacích nad 100 °C. Aplikace UHMW PE jsou také součásti namáhané třením, rybářské sítě, neprůstřelné vesty, horolezecká lana, atd. [12].
3.3.5. Skelná vlákna
Skelná vlákna se většinou vyrábějí z E-skel, které obsahují 55 % SiO2, 8 % Al2O3, 18 % CaO a 4,6 % MgO (obsah ostatních oxidů je pod 5 %), mají vysokou pevnost a dostatečný modul pružnosti. Strukturně tvoří SiO2 síť křemíkových atomů obklopených kyslíkovými atomy, které sdílejí. Základní výhodou křemíkových skel je velmi nízká měrná hmotnost a poměrně vysoká pevnost. Skleněná vlákna odolávají ohni a řadě chemikálií. Přítomnost vlhkosti ve vláknech však silně snižuje jejich pevnost.
K absorpci vlhkosti dochází zejména u čerstvě zvlákněných skel. Jejich další nevýhodou je nízká odolnost vůči statickému dlouhodobému namáhání (statická únava).
Bod měknutí se pohybuje kolem 700 °C a maximální teplota pro dlouhodobé použití je 450 0C [12].
3.3.6. Polyester
Polyester (PES) je syntetické vlákno, které bylo poprvé použito v 1. světové válce jako impregnační materiál. Vlákno syntetického polyesteru bylo vynalezeno v roce 1941 v Anglii. Průmyslová výroba polyesteru začala od roku 1947. V dnešní době je jedním z nejpoužívanějších materiálů textilního průmyslu vzhledem k nízké ceně. Největšími producenty polyesteru jsou Čína a Indie. Dutá polyesterová vlákna se používají jako alternativa k peří s tou výhodou, že se výrobky plněné tímto materiálem dají prát. Polyesterová vlákna mají různé modifikace, jako jsou již zmíněná dutá vlákna, odpuzující mikroby, mikrovlákna či snížená žmolkovitost [16].
Vlastnosti polyesteru:
nízká navlhavost a rychlejší sušení,
odolnost proti větru
odolnost oděvů a textilu na světle
odolnost proti mikroorganizmům (bytový textil)
lehkost materiálu
nemačkavost [16]
26 3.4. Tkanina
Tkanina se vyrábí na tkacím stroji, který je z minulosti znám také pod názvem tkalcovský stav. Tkací stroj je mechanické zařízení, na kterém jsou navedeny osnovní nitě. Útkové nitě se zavádějí do prošlupu. Tyto soustavy jsou na sebe navzájem kolmé a jsou mezi sebou navzájem provázané v určité vazbě. Její druh má velký význam na celkovou pevnost a odolnost, vzor i vzhled, což určuje i vizuální výsledek tkaniny.
Nejlepších vlastností dosahuje plátnová vazba, jelikož je pevná s minimální střídou.
Výsledkem je tkanina, která je definována jako plošná textilie, vznikající vzájemným provázáním osnovních a útkových nití [7].
3.5. Pletenina
Pletenina se vyrábí na pletařském stroji, který je znám z minulosti jako pletařský stávek. Jako vynálezce se uvádí angličan WilliamLee, který jej sestrojil roku 1589.
Pletenina je tvořena očky, která jsou tvořena v řádku a ve sloupci. Výsledkem je pletenina, která je definována jako plošná textilie, vzniklá vzájemným provlékáním oček uspořádaných do sloupců a řádků. Pleteniny rozdělujeme na zátažné a osnovní [8].
Obrázek 3 - Struktura tkaniny [7]
27 Zátažné pleteniny:
Očka se tvoří v pletenině postupně při každé otáčce stroje vždy jen z jedné nitě, která tvoří řádek. Zátažné pleteniny jsou proto snadno páratelné [8].
jednolícní pleteniny (očka jsou provlékány jedním směrem)
oboulícní pleteniny (sloupky obsahují pouze lícní nebo rubní očka)
obourubní pleteniny (lícní i rubní očka jsou tvořena ve sloupci)
interlokové pletenina (vzniká vzájemným prostoupením dvou oboulícních podstruktur [8].
Osnovní pleteniny:
Očka se tvoří kolmým směrem z několika set nití najednou.
jednolícní pletenina (obsahuje pouze lícní nebo rubní očka)
oboulícní pletenina (obsahuje lícní a rubní sloupky) Osnovní pleteniny jsou nepáratelné [8].
Obrázek 4 – Struktura pletenin[9]
28 3.6. Netkaná textilie
Netkaná textilie je vlákenná vrstva vyrobená z jednosměrně nebo náhodně orientovaných vláken, která jsou spojená třením, kohezí nebo adhezí. Jde tedy o výrobu vlákenné směsi a její zpevňování [10].
Výchozí vlákna pro výrobu jsou běžně vyráběné vlákenné suroviny pro textilní průmysl. Kromě toho se mohou vlákna zvlášť upravovat, například více tvarovat s cílem dosažení vyšší objemnosti výrobků, speciální úpravou povrchu apod. Některé typy vláken vznikají v procesu tvorby vlákenné vrstvy přímo z polymeru. Složkou surovinové základny jsou též sekundární vlákenné suroviny pocházející z technologických odpadů ze všech stupňů zpracování vláken v textilním a oděvním průmyslu a ze sběrových textilií. Základní vlákna posuzujeme z pohledu zpracovatelnosti v jednotlivých výrobních a dle působení vlastností vláken na vlastnosti netkané textilie.
Způsoby zpevňování vlákenné vrstvy mají zásadní vliv na zpracovatelské a užitné vlastnosti netkaných textilií a tedy i na jejich použití [10].
Obrázek 5 - Zpevňování vlákenné vrstvy [10]
Obrázek 6- Netkaná textilie [11]
29 3.7. Komfort
Vzhledem ke skutečnosti, že ochranné oděvy a rukavice jsou důležitým a nezbytným vybavením hasiče při jeho obtížné a nebezpečné práci, kdy dochází ke stálému styku hlavně rukou a tím vlastně k přenosu hmatových pocitů a smyslů na duševní pohodu člověka, musí být tyto ochranné pomůcky (hlavně rukavice) příjemné na dotyk a nezávadné zdravotně i hygienicky. Při práci s rukavicemi dochází u jejich uživatele jak k psychologickému, tak i fyzikálnímu vnímání, jež je charakterizováno vlastnostmi textilie, ať již povrchovými, mechanickými, či tepelnými. I z těchto důvodů jsou kladeny vysoké požadavky na použitý materiál, ze kterého jsou ochranné rukavice vyrobeny, aby při jejich používání měl jejich nositel příjemný a bezpečný pocit.
Veškeré požadované vlastnosti oblečení a rukavic jsou hodnoceny za velmi přísných podmínek. Někdy se však teorie poněkud rozchází s praxí a tak se mohou požadavky měnit. I proto dochází ke změnám a vylepšením vlastností ochranných pomůcek (vybavení hasiče)[13].
3.7.1. Fyziologický komfort
Fyziologický komfort se dá zjednodušeně chápat jako stav organismu. Někdy bývá tento pojem nahrazen komfortem termofyziologickým. Celkově se jedná o stav, kdy termofyziologické funkce lidského organismu jsou na optimální hladině a člověk tento stav vnímá jako pocit pohodlí.
Mezi fyziologický komfort patří:
Tepelně izolační vlastnost - schopnost materiálu shromažďovat teplo.
Prodyšnost - schopnost materiálu propouštět vzduch.
Propustnost vodních par - schopnost materiálu propouštět vodní páry (pot).
Savost - schopnost materiálu vstřebávat vodu.
Vysychavost - schopnost materiálu odevzdat vodu do okolí.
Venkovní podmínky velmi ovlivňují akceschopnost člověka při fyzické zátěži.
Proto se musí brát ohled na použití materiálu, aby se člověk příliš nepřehříval, naopak nepodchlazoval, dále nepotil, čím se snižuje celkový komfort. Ten je pro hasiče velmi zásadní neboť hrozí, že ochranných prostředků z těchto materiálů nebude využíváno [13].
30 4. Experimentální část
4.1. Plán Experimentu
Cílem experimentu je zjistit mechanismus popraskání švů mechanicky namáhaných zásahových rukavic. Lidská ruka není schopna zajistit stejný, přesně se opakující pohyb v tak velkých časových intervalech (např. 10 000 cyklů). Ani by takový test nebyl pro jednoho probanta proveditelný. Proto bylo nutno sestrojit zařízení napodobující pohyb prstu při sevření rukavice v pěst.
Dále je nutno od výrobce testovaných rukavic zajistit dostatečné množství vzorků, které budou následně upraveny za pomocí šicího stroje do podoby prstu rukavice (tunýlku).
Hlavní částí experimentu je vlastní mechanické zatěžování textilních vzorků na sestrojeném robotickém zařízení. Důležitým prvkem bude vlastní nastavení prstu, jako je vhodně zvolená frekvence a sevření či vzpřímení prstu.
Po namáhání se provede ověření změny pevnosti švu. Textilie bude kontrolována pouze vizuálně, kdežto nitě se po cyklickém namáhání nejprve vypárají z testovaných vzorků a následně vloží do zkušebního zařízení, které vyhodnotí danou pevnost. Mělo by se potvrdit, že nepoužitý materiál (niť) dosahuje vyšší pevnosti než cyklicky namáhaný.
Nepotvrdí-li se očekávání popsaná výše, bude se příčina popraskání švů zásahových rukavic hledat v jiném mechanismu poškození.
4.1.1. Zařízení pro cyklické namáhání vzorků
Návrh zařízení probíhal formou rešerše existujících řešení, která by byla po přizpůsobení pro experiment použitelná. Zařízení, které by simulovalo pohyb prstu, nebylo nalezeno. Proto bylo zvažováno využít např. energetických vodících řetězů (flexibilní vedení kabelových svazků) viz obr. 7. Pokud by se podařilo nalézt vhodný rozměr včetně délky článku a rozsahu pohybu, postačilo by již jen vyřešit pohybový mechanismus. Při vyhledávání možnosti zajištění pohybu byl však nalezen internetový článek o robotickém prstu viz. obr. 11, který neřešil jen samotný pohyb, ale zároveň poskytoval vhodně namodelovanou geometrii jednotlivých článků prstu. Proto bylo využito této možnosti. V [Finger Starter. Inmoov.fr [online]. [cit. 2019-01-16].
Dostupné z: http://www.pevi.cz/zajimavosti-z-oboru/polyester-material-pouzivany-i-
31 pro-pracovni-odevy.html] byl popsán postup výroby a montáže robotického prstu a taktéž zajištění jeho pohybu
4.1.2. Výroba dílů robotického prstu
Výroba dílů probíhala v laboratořích Katedry netkaných textilií a nanovlákenných materiálů pomocí 3D tisku technologií FDM (FusedDeposition Modeling). Z výše uvedeného odkazu byl získán soubor typu *.stl (soubor typu mračno bodů), který se následně upravil v programu určeném pro přípravu řezů (Slic3r od společnosti Prusa Research), které budou následně tištěny na 3D tiskárně. Výsledkem je vygenerovaný G-kód, který kromě informací o posuvech, rychlostech posuvu, tloušťkách vrstvy, teplotách ohřevu trysky a podložky obsahuje také informace o typu použitých tiskových podpor a další nutné informace pro tisk. Poté se vytiskly komponenty, u kterých bylo potřeba obrousit ostré hrany a upravit otvory pro vložení čepů.
Obrázek 8 - 3D komponenty robotického prstu
Obrázek 7 - Energetický vodící svazek ve vzpřímené a sevřené a poloze
32 4.1.3. Servomotor
K testování byl použit osvědčený standardní servomotor od firmy Hitec HS 422 (viz obr. 9), který se používá v modelářství pro ovládání letadel, aut či lodí. Pro jeho spolehlivost a nenáročnost byl velmi vhodný pro naše účely [14]. Parametry servomotoru jsou v tab. 10.
Tabulka 10 - Parametry servomotoru [14]
Typ servomotoru analogové řízení elektroniky
Tah při 4.8V [kg/cm] 3.3
Tah při 6.0V [kg/cm] 4.1
Napájení [V] 4.8 - 6
Délka [mm] 40.6
Šířka [mm] 19.8
Výška [mm 36.6
Hmotnost [g] 45.5
Obrázek 9 - Použitý servomotor[14]
33 4.1.4. Ovládání servomotoru
Z internetového odkazu na výrobu robotického prstu bylo doporučeno ovládání prstu využít desku Arduino. Vzhledem k blízkému vztahu k modelářství bylo nalezeno řešení jednoduší a vhodnější. Jedná se o kontroler, který se používá k ověřování funkčnosti a stavu modelářských servomotorů. Ten jej ovládá a ukládá povely zajištující potřebné pohyby připojeného servomotoru. Kontrolér byl napájen externím zdrojem 240V s výstupním napětím 6 V. Šířka výstupního signálu je 800-2200µs (mikrosekund) a rozsah používané frekvence je možno nastavit od 0,1 - 0,8 Hz. Použit byl kontrolér typu HJ 1-4S5-6V viz. obr. 10 [15].
4.1.5. Montáž
Sestavení všech dílů předcházelo nejdříve zhlédnutím montážního videa z internetového odkazu, kde bylo vysvětleno, jaké pevné díly se spojují lepením a jak je čepy zajištěna pohyblivost článků prstů. Důraz byl kladen na problémy, kterých je nutno se vyvarovat, aby byla zajištěna bezvadná funkčnost robotického prstu apod..
Následně probíhalo samotné sestavení a dokoupení potřebných dílů. Bylo nutné použít výkonný servomotor tak, aby dokázal pohybovat prstem i s navlečeným vzorkem. Výše uvedený zdroj používá k ovládání servomotoru vývojovou desku Arduino. V této práci
Obrázek 10 - Připojený kontrolér[15]
34 byl použit profesionální kontrolér pro ovládání servomotorů s externím elektrickým zdrojem 240V/6V. Dále bylo nutno propojit řídící jednotku ovládající daný servomotor.
Pro pohyb prstu byl použit polyvinyldenfluoridový (PVDF) rybářský vlasec o průměru 1,2 mm a deklarovanou nosností 70 kg, který se upevnil na rameno servomotoru. Vlasec tvoří smyčku provlečený špičkou prstu. Pohyb prstu je zajištěn střídavým tahem za jeden nebo druhý konec vlasce. Prst se podle toho svírá nebo rozevírá.
4.1.6. Úpravy
Díly robotického prstu bylo nutné poupravit vzhledem k tomu, že k sevření prstu s navlečenou rukavicí je nutné vyvinout poměrně velkou sílu. Bylo proto zapotřebí:
upravit držák servomotoru, protože byl použit výkonnější a tedy i rozměrnější typ servomotoru a při jeho použití docházelo ke kolizi s částmi prstu a omezoval se tak jeho pohyb. Servomotor byl posunut dále od dráhy prstu a byly pro něj vytvořeny nové připevňovací otvory.
prst nedosahoval úplného sevření, proto bylo zapotřebí upilovat některé části omezující rotaci jednotlivých kloubů prstu.
4.1.7. Nastavení
3D prst bylo z hlediska funkčnosti potřeba seřídit a nastavit, aby prováděl přesně definovaný pohyb. Nejdříve se provedlo nastavení sevření prstu. Nastavením se zjistilo,
Obrázek 11 - Sestrojený robotický prst
35 že síla potřebná k sevření prstu je poměrně vysoká. Proto bylo potřeba zmenšit poloměr, na kterém dochází k rotaci ramene servomotoru, aby byla zajištěna potřebná síla, respektive moment k úplnému a dostatečně silnému sevření prstu. Poté se nastavila vzpřímená poloha prstu a mohlo se přejít k odzkoušení funkčnosti. Optimální frekvence pohybu prstu se pohybovala okolo 26 cyklů za minutu (f = 0,433 Hz), při kterém byla zajištěna funkčnost. Při dalším zvyšování frekvence byl pohyb prstu už velmi rychlý a do krajních poloh, které jsou pro odpovídající namáhání nutné, se již nedostával.
Funkčnost byla ověřena na 100 cyklech. Rameno servomotoru (poloměr otáčení) bylo nastaveno na 10 mm z hlediska maximální síly, kterou udává tabulka č. 10 pro toto zařízení.
4.2. Úprava testovaného vzorku
Vzorky materiálu k testování poskytla firma Holík International s.r.o., která je výrobcem hasičských rukavic Lesley Plus. Pro experiment bylo potřeba použít stejné materiály, které jsou shodné s materiály výrobce pro ochranné rukavice.
Firmou Holík bylo celkem zasláno 20 kusů normovaných textilních vzorků o rozměrech 240 mm x 100 mm. Jednalo se vždy o dva kusy různých materiálů sešitých dvojitým stehem.
Před samotným testováním bylo nutné upravit vzorek, aby se následně mohl nasunout na funkční robotický prst. Průměr prstu se zvolil dle vlastního, který po změření dosahoval asi 20 mm. Pomocí šicího stroje byl vytvořen takzvaný tunýlek tak, aby materiál držel na robotickém prstu bez dalších vnějších sil. Švy byly vytvořeny pomocí krátkého stehu, aby se zajistila dostatečná pevnost i přilnavost k testovacímu zařízení.
36 4.3. Nasazení vzorku na robotický prst
Po zhotovení tunýlku byl vzorek nasazen na robotický prst a poté odzkoušen.
Vzorek nebylo nutné na prst nějak upevňovat. Servomotor bez jakéhokoliv problému poháněl testovací zařízení se vzorkem. Z hlediska co největšího ohybu prstu byl servomotor seřízen na nejvyšší možný rozsah. Frekvence pohybu pak byla 26 cyklů za minutu (f = 0,433 Hz).
Obrázek 12 - Výroba tunýlku
Obrázek 13 - Robotický prst ve vzpřímené poloze
37 4.4. Zvolení počtu cyklů.
Počet cyklů byl zvolen v pěti postupně rostoucích sériích a to 5000, 7500, 10000, 12500 a 15000 cyklů. Frekvence pohybu prstu odpovídá 26 cyklům za minutu (f = 0,433Hz). Na základě doby jednoho cyklu byla odhadnuta doba nutná k provedení celkového počtu cyklů (tab. 11).
Doba cyklu se bude opakovaně kontrolovat, zda se nemění např. vlivem zahřátí elektromotoru nebo mechanickým oslabením textilie. Aby bylo dosaženo požadovaného počtu cyklů, byl nastaven časovač upozorňující na dosažení požadované doby testu. Po ukončení každé série cyklů bylo potřeba šetrným způsobem vypárat horní i spodní nit ze vzorku, aby se mohlo provést měření a vyhodnotit výsledky.
Počet cyklů Odhad doby testování
5000 3h 12min 18s
7500 4h 48 min 27s
10000 6h 24min 37s
12500 8h 46s
15000 9h 36min 55s
Tabulka 11- Znázornění doby testování na počtu cyklů Obrázek 14 - Robotický prst v sevřené poloze
38 4.5. Měření
Měření probíhalo v laboratoři Technické Univerzity v Liberci. Měřily se vypárané vzorky na univerzálním testovacím přístroji LabTest 4.050 (viz. obr. 15) s tenzometrickým snímačem o jmenovitém rozsahu 0 – 5 kN. Vzorky byly umístěny do čelisti následovně. Nit byla několikrát obtočena okolo tyčky o průměru 3 mm a délce 25 mm z důvodu dosažení dostatečného tření (Euler – pásové tření). To zajistí, že nebude docházet ke koncentraci napětí přímo v čelistech. Tyčky byly vloženy do čelistí tak, jak ukazují obr. 16 - 18 a následně vkládány do čelistí měřícího přístroje. V žádném případě tak nemohlo dojít k postupnému uvolňování nitě z čelisti a tudíž nepřesnému výsledku, který by celý proces znehodnotil.
4.6. Eulerovo tření
Navržené upnutí nití vychází ze vztahu (1)
F1 = Fg∙ 𝑒µβ (1)
kde 𝑒 je Eulerovo číslo, β je úhel udaný v obloukové míře a µ je koeficient tření.
Obrázek 15- Měřící zařízení LabTest 4.050
39 Z něj je zřejmé, že s rostoucím počtem obtočení nitě se výsledná síla exponenciálně zvyšuje. To zajistí dostatečně pevné upevnění v čelistech a zamezí prokluzu, podobně jako tomu bylo v kolíčkových čelistech určených přímo pro zkoušení pevnosti přízí.
Obrázek 16 - Náhled Eulerova tření
Obrázek 18 - Vizualizace upevnění nitě na hřídele
Obrázek 17 - Vizualizace upevnění vzorků do čelistí
40 4.7. Materiál rukavic Lesley Plus
Rescue rukavice určená pro práci hasičů a záchranářů při zásazích technického charakteru. Předností této rukavice je odolnost vůči mechanickým rizikům a flexibilita.
Rukavice jsou testovány a certifikovány dle normy:
ČSN EN 420:2004+A1:2010
ČSN EN 388:2004 [1]
Složení materiálů rukavic:
Hřbet rukavice - Spandex - přilnavost, komfort.
Ochrana kloubů - speciální reflexní výztuha s pěnovou výplní.
Ochrana prstů - kevlarová výztuha s pěnovou výplní.
Ochrana špiček prstů - výztuha s protiskluzovou úpravou.
Dlaň rukavice - syntetická useň - citlivost, pevnost, odolnost vůči oděru.
Výztuhy dlaně - Kevlar - zvýšená ochrana exponovaných míst vůči mechanickým rizikům.
Elastická manžeta ukončená pruženkou.
Nitě k šití - Polyester
Bezprostřední ochranu ruky tvoří kevlarová podšívka se skelným vláknem, která je extra odolná proti prořezu: ČSN EN 388, třída 5 [1].
Obrázek 19 - Náhled rukavic Holík Lesley Plus [1]
41 Vnější vrstva
Materiál na hasičské rukavice proti mechanickým rizikům musí být navržen tak, aby chránil ruku proti nejvyššímu stupni rizika. Volí se materiály, které dosahují vysokých pevností a odolností. Podle výrobce jsou zvoleny materiály, jako jsou aramidová vlákna (Kevlar), Poyluretan, Spandex a Polyester.
Vnitřní vrstva
Vnitřní vrstvu tvoří materiály, které jsou příjemné na dotek, protože jsou neustále v kontaktu s pokožkou. Proto je zde brán velký důraz na komfort, práce v nepohodlných rukavicích stěžují hasičské práce. Dále musí být odolné proti mechanickému poškození, odvádět přebytečné vlhko a hlavně mají antibakteriální schopnosti. Výrobce zde navrhl textilní pleteninu para-aramid, Polyester a skleněná vlákna.
42 5. Výsledky
Nitě bez namáhání
První graf (příloha 7) znázorňuje maximální pevnost třech nití do jejich úplného přetrhnutí. Nitě nebyly nikdy podrobeny žádným zkouškám, aby mohla být zjištěna maximální síla pevnosti nové nepoužité nitě. Pevnost nití (F) se pohyboval od 37,02 - 40,13 N. Výsledný průměr činil 39,15 N a průměrná deformace 16,05 mm.
Vzorec směrodatné odchylky: s2 = 1
𝑛 −1 𝑛𝑖=1(xi−x̄)2 (2)
Zkouška Amax Fmax
[mm] [N]
3 14,91 37,02
2 16,33 40,3
1 16,92 40,13
STAT Amax Fmax
mm N
x̄ 16,05 39,15
s 1,033 1,84
Tabulka 12- Výsledky měření Tabulka 13 - Naměřené hodnoty
Graf 7 - Nenamáhané nitě
43 Zátěž 5000 cyklů
Na zátěži 5000 cyklů je průměrná pevnost nitě 33,37 N a průměrné deformace 17,36 mm. Oproti původním pevnostem a deformacím zde nebyl zaznamenán žádný rozdíl.
Zkouška Amax Fmax W l1 l2 Umístění
mm N J mm mm nitě
1 17,62 34,26 0,29 0,05 17,62 horní
2 18,25 34,42 0,29 0,05 18,25 horní
3 15,32 31,37 0,22 0,05 15,32 spodní
4 18,24 33,44 0,3 0,05 18,24 spodní
Tabulka 14 – Naměřené hodnoty
Tabulka 15 - Výsledky měření
STAT Amax Fmax W l1 l2
mm N J mm mm
x̄ 17,36 33,37 0,27 0,05 17,36
s 1,389 1,402 - - -
Graf 8 - 5000 cyklů
44 Zátěž 7500 cyklů
Na zátěži 7 500 cyklů je průměrná pevnost nitě 33,7 N a průměrné deformace 19,33 mm. Ani zde nedošlo ke snížení pevnosti či deformaci nitě.
Tabulka 17 – Výsledky měření
Zkouška Amax Fmax W l1 l2 Umístění
mm N J mm mm nitě
1 20,97 34,42 0,36 0,05 20,97 horní
2 17,67 32,92 0,26 0,05 17,67 horní
3 19,12 34,35 0,31 0,05 19,12 spodní
4 19,54 33,12 0,28 0,05 19,54 spodní
STAT Amax Fmax W l1 l2
mm N J mm mm
x̄ 19,33 33,7 0,3 0,05 19,33
s 1,358 0,793 - - -
Tabulka 16- naměřené hodnoty Graf 9 - 7500 cyklů
45 Zátěž 10000 cyklů
Na zátěži 10 000 cyklů je průměrná pevnost nitě 33,81 N a průměrná deformace 18,36 mm. Rozdíl oproti původní niti je zde stále zanedbatelný.
Zkouška Amax Fmax W l1 l2 Umístění
mm N J mm mm nitě
1 19,1 35,07 0,32 0,05 19,1 horní
2 18,2 34,09 0,3 0,05 18,2 horní
3 19,03 34,09 0,31 0,05 19,03 spodní
4 17,13 31,98 0,24 0,05 17,13 spodní
Tabulka 18 - Naměřené hodnoty
STAT Amax Fmax W l1 l2
mm N J mm mm
x̄ 18,36 33,81 0,29 0,05 18,36
s 0,919 1,302 - - -
Tabulka 19 - Výsledky měření Graf 10 - 10 000 cyklů
46 Zátěž 12 500 cyklů
Na zátěži 12 500 cyklů je průměrná pevnost nitě 31,8 N a průměrné deformace 17,75 mm. Zde již došlo k mírnému snížení pevnosti a to o 18,8 % původní pevnosti nitě.
Tabulka 21- Výsledky měření
Zkouška Amax Fmax W l1 l2 Umístění
mm N J mm mm nitě
1 17,85 34,09 0,3 0,05 17,85 horní
2 17,74 31,5 0,25 0,05 17,74 horní
3 16,57 28,74 0,2 0,05 16,57 spodní
4 18,82 32,89 0,29 0,05 18,82 spodní
Tabulka 20- Naměřené hodnoty
STAT Amax Fmax W l1 l2
mm N J mm mm
x̄ 17,75 31,8 0,26 0,05 17,74
s 0,921 2,301 - - -
Graf 11 - 12 500 cyklů
47 Zátěž 15000 cyklů
Na zátěži 15 000 cyklů se pevnost horních nití naměřila 29,71 N a 32,22 N.
Spodní nitě i zde dosáhly většího rozdílu v pevnostech a to 18,83 N a 31,01 N. Při deformaci nití byly naměřeny hodnoty od 14,8 mm - 19,11 mm, což je největší rozdíl v dosahovaných měřeních. Průměr byl stanoven na hodnotu 15,92 mm.
Na zátěži 15 000 cyklů je průměrná pevnost nitě 27,94 N a průměrná deformace 15,92 mm. Zde došlo k nejvyššímu poklesu v pevnosti a to o 28,64 %.
Zkouška Amax Fmax W l1 l2 Umístění
mm N J mm mm nitě
1 14,8 29,71 0,19 0,05 14,8 horní
2 19,11 32,22 0,31 0,05 19,11 horní
3 14,51 31,01 0,21 0,05 14,51 spodní
4 15,27 18,83 0,13 0,05 15,27 spodní
Tabulka 22 - Naměřené hodnoty
STAT Amax Fmax W l1 l2
mm N J mm mm
x̄ 15,92 27,94 0,21 0,05 15,92
s 2,148 6,161 - - -
Tabulka 23 - Výsledky měření Graf 12 - 15 000 cyklů
