DIPLOMOVÁ PRÁCE

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI FAKULTA TEXTILNÍ

DIPLOMOVÁ PRÁCE

LIBEREC 2013 Bc. VĚRA LUKÁŠOVÁ

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI FAKULTA TEXTILNÍ

Textilní materiálové inženýrství Katedra materiálového inženýrství

VLIV VAZBY A TYPU VLÁKENNÉ SUROVINY NA TEPELNÝ KOMFORT PLETENIN

POUŽÍVANÝCH NA FUNKČNÍ PRÁDLO THE INFLUENCE OF THE TYPE OF FIBER AND WEAVE FOR THERMAL COMFORT OF KNITTED FABRICS USED FOR FUNCTIONAL

UNDERWEAR

Bc. Věra Lukášová KMI - 001

Vedoucí práce: Ing. Jana Špánková

Počet stran textu: 96

Počet obrázků: 22

Počet tabulek: 41

Počet grafů: 32

Počet příloh: 3

P r o h l á š e n í

Byla jsem seznámena s tím, že na mou diplomovou práci se plně vztahuje 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 diplomové práce pro vnitřní potřebu TUL.

Užiji-li diplomovou práci nebo poskytnu-li licenci k jejímu využití, jsem si vědom povinnosti informovat o této skutečnosti TUL; v tomto případě má TUL právo ode mne požadovat úhradu nákladů, které vynaložila na vytvoření díla, až do jejich skutečné výše.

Diplomovou práci jsem vypracovala samostatně s použitím uvedené literatury a na základě konzultací s vedoucím diplomové práce a konzultantem.

V Liberci, dne 27. května 2013 . . . Podpis

Poděkování

Děkuji Ing. Janě Špánkové, vedoucí diplomové práce, za poskytnuté odborné rady, trpělivost, věcné připomínky a vedení při zpracování této práce. Dále děkuji panu Ing. Radku Sobotkovi z firmy JITEX – COMFORT s.r.o., za poskytnuté vzorky materiálů pro experiment této práce. Ráda bych také poděkovala rodině za podporu při studiu na vysoké škole.

Anotacet

Tato práce obsahuje rozsáhlou studii vlivu vazby a vlákenné suroviny na tepelný komfort pleteniny použité k výrobě funkčního prádla. Práce obsahuje experiment, ve kterém byl zjišťován vliv hustoty pleteniny na tepelný komfort. Kromě porovnání jednotlivých vlivů struktur na tepelný komfort, se práce věnuje i porovnání typu vlákenné suroviny. Tato práce obsahuje hodnocení vlivu tepelného komfortu na pletenině v zátažné hladké jednolícní vazbě a na dalších složitějších vazbách.

Annotation

This work includes an extensive study of the weave and materials for thermal comfort fabric used in the manufacture of functional clothing. Work includes experiment in which they investigated the influence of density fabric for thermal comfort. In addition comparison of the effects of structures on thermal comfort, the thesis deals with the comparison of the fiber material. This work includes assessing the impact on thermal comfort in knit elements weave and other complex weave.

Klíčová slova

Tepelný komfort Funkční prádlo Pleteniny Vazby pletenin Vlákenné suroviny

Key words

Thermal comfort Functional underwear Knitted fabrics Weave knitted fabrics Fibers materials

OBSAH:

ÚVOD ... 12

REŠERŠNÍ ČÁST ... 13

1 Tepelný komfort ... 13

1.1 Biofyzikální aspekty regulace teploty lidského těla ... 13

1.1.1 Tvorba tepla ... 14

1.1.2 Výdej tepla ... 14

1.2 Hodnocení fyziologických vlastností ... 16

1.3 Termoregulace ... 18

1.3.1 Prostup tepla ... 18

1.3.2 Tepelný tok ... 19

1.3.3 Radiace (přenos tepla zářením) ... 21

1.4 Odvod vlhkosti z povrchu lidského těla ... 22

1.4.1 Difúze ... 24

1.4.2 Kapilární odvod ... 25

1.4.3 Sorpce ... 26

2 Funkční prádlo ... 26

2.1 Základní rozdělení ... 27

2.2 Systém vrstveného oblékání ... 27

2.2.1 Transportní vrstva ... 28

2.2.2 Izolační vrstva ... 30

2.2.3 Svrchní vrstva ... 30

3 Vlastnosti použitých materiálů ... 31

3.1 Bavlna ... 32

3.2 Vlna ... 32

3.3 Viskóza ... 33

3.4 Polyesterová vlákna ... 35

3.5 Polypropylenová vlákna ... 36

3.6 Modifikace vláken ... 37

4 Pleteniny ... 38

4.1 Zátažná jednolícní pletenina hladká ... 39

4.2 Ostatní vazby pletenin ... 41

5 Normy ... 42

6 Přístroje ... 45

6.1 Přístroje na měření tepelného komfortu ... 46

6.1.1 ALAMBETA ... 46

6.1.2 PSM ... 47

6.1.3 TCi ... 48

6.1.4 PERMETEST ... 50

6.1.5 Sweating Guarded Hotplate ... 51

6.2 Hodnocení prodyšnosti textilií ... 52

6.2.1 FX 3300 ... 53

EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST ... 54

7 Hladká jednolícní pletenina ... 54

7.1 Parametry struktury pletenin ... 56

7.1.1 Hustota celková Hc ... 57

7.1.2 Koeficient zaplnění kd ... 59

7.1.3 Porozita ... 61

7.1.4 Tloušťka ... 63

7.1.5 Plošná hmotnost ... 65

7.2 Měření tepelného komfortu ... 67

7.2.1 Měrná tepelná jímavost ... 67

7.2.2 Měrná tepelná vodivost ... 69

7.2.3 Paropropust ... 71

7.2.4 Výparný odpor ... 73

7.2.5 Tepelný odpor ... 75

7.2.6 Prodyšnost ... 77

8 Pleteniny v odlišných typech vazeb ... 79

8.1 Struktura pleteniny a příze ... 81

8.1.1 Hustota celková ... 82

8.1.2 Tloušťka ... 83

8.1.3 Plošná hmotnost ... 84

8.2 Měření tepelného komfortu ... 85

8.2.1 Tepelná jímavost ... 85

8.2.2 Měrná tepelná vodivost ... 86

8.2.3 Paropropustnost ... 87

8.2.4 Výparný odpor ... 89

8.2.5 Tepelný odpor ... 90

8.2.6 Prodyšnost ... 91

DISKUSE VÝSLEDKŮ ... 93

9 Vyhodnocení ... 93

9.1 Vyhodnocení měření hladké jednolícní pleteniny ... 93

9.1.1 Tepelná jímavost ... 93

9.1.2 Měrná tepelná vodivost ... 94

9.1.3 Paropropustnost ... 95

9.1.4 Výparný odpor ... 96

9.1.5 Tepelný odpor ... 98

9.1.6 Prodyšnost ... 98

9.2 Vyhodnocení měření pletenin v ostatních vazbách ... 100

9.2.1 Tepelná jímavost ... 100

9.2.2 Měrná tepelná vodivost ... 101

9.2.3 Paropropustnost ... 102

9.2.4 Výparný odpor ... 103

9.2.5 Tepelný odpor ... 104

9.2.6 Prodyšnost ... 105

ZÁVĚR ... 107

LITERATURA ... 109

12

ÚVOD

Každý den si na sebe vrcholoví i rekreační sportovci oblékají tzv. funkční oblečení, které jim poskytuje potřebný komfort. Toto oblečení se v této oblasti natolik ujalo, že dnes spotřebitelé požadují funkční oblečení i v běžném životě. Chtějí si na sebe obléci oděv, díky kterému se budou i v klimatizovaných kancelářích cítit komfortně. Výrobci se stále předhánějí, s novými trendy v této oblasti. Ruku v ruce společně s vývojem nových materiálu (např. profilovaných, dutých vláken, apod.) se rozšiřuje i oblast zkoumání jejich struktury a vlastností. Pro tyto účely byly vyrobeny přístroje, na kterých lze tepelný komfort měřit, což je pro tuto problematiku velmi přínosné. Masivní reklama výrobců funkčního prádla, přesvědčuje zákazníky o transportních a funkčních vlastnostech profilovaných vláken. Jistě jsme se všichni setkali s obchodními názvy Coolmax, Coolplus, atd. Otázkou však zůstává, zda jsou vlastnosti textilií dány pouze typem příze (popř. vláken) nebo hraje významnou roli vazba či struktura pleteniny.

Práce je složena z několika části. Rešeršní část se věnuje teoretickým vztahům mezi jednotlivými veličinami tepelného komfortu. Práce se také věnuje vlivu jednotlivých parametrů, jako je typ použité vlákenné suroviny a druh použité textilní výrobní technologie. Obsáhlou část rešerše pak tvoří popis měřicích přístrojů a norem.

Experimentální část je zaměřena na vyhodnocení jednotlivých naměřených veličin.

Obsahuje dva experimenty. V prvním případě byly zkoumány pleteniny v zátažné hladké jednolícní vazbě, kdy byl sledován vliv vlákenné suroviny a vliv rozdílné hustoty pleteniny. V druhém případě byly hodnoceny pleteniny, které byly vyrobeny z odlišné vlákenné suroviny a ve třech odlišných vazbách a to v zátažné oboulícní vazbě s chytovými kličkami, v zátažné jednolícní vazbě s chytovými kličkami a v zátažné interlokové vazbě žebrové.

Závěr práce obsahuje vyhodnocení, ve kterém je diskutována závislost mezi strukturálními parametry pletenin a tepelným komfortem.

13

REŠERŠNÍ ČÁST 1 Tepelný komfort

Tepelný komfort je definován hned v několika odvětví. Od toho základního, kdy se mluví o tepelném komfortu lidského těla, až po disciplíny, kde se ho využívá pro zlepšení užitných vlastností (např. zateplení domů, tepelná vodivost kovů, apod.), což může být ve stavebnictví, v nábytkářství, ve strojírenství a v textilním průmyslu.

Fyzikální vlastnosti textilních materiálů, které přispívají k fyziologickému komfortu, zahrnují kombinaci přenosu tepla a hmoty. Každá se může vyskytovat separátně nebo obě společně. Jsou závislé na čase a mohou být brány v úvahy buď v ustáleném stavu, nebo v měnících se podmínkách. Tepelná odolnost je výsledek kombinace přenosu tepla sálavého, kondukčního a konvekčního. Jeho hodnota závisí na tom, jak každé z nich přispívá k celkovému přenosu tepla. Ačkoliv jde o vnitřní vlastnost materiálu, její naměřená hodnota se může měnit následkem podmínek při zkoušce, vlivem vzájemného působení složek, jako např. přenosu sálavého tepla a okolí.

1.1 Biofyzikální aspekty regulace teploty lidského těla

Člověk patří mezi teplokrevné živočichy. Jeho tělesná teplota je za fyziologických podmínek nezávislá na teplotě okolí. Tělesná teplota je dána stavem rovnováhy mezi tvorbou tepla organizmem, příjmem tepla z vnějšího prostředí a výdejem tepla z organizmu. Termoregulace neboli řízení tělesné teploty je souhrn mechanismů, jimiž naše tělo udržuje tělesnou teplotu na určité úrovni, jen s nepatrnými výkyvy.

Fyziologické rozmezí teploty na povrchu lidského těla je mezi 36 – 37 ºC. Stálá teplota lidského těla je zajišťována dvěma procesy, které musí být neustále v rovnováze s tvorbou tepla a jeho výdejem. Dojde-li k porušení rovnováhy těchto dvou procesů, může dojít k přehřátí nebo naopak k podchlazení organismu. Oba tyto stavy mohou vést k poškození organismu až k jeho smrti [1].

14 Obr. 1: Rovnováha mezi tvorbou a ztrátami tepla v organizmu [2]

1.1.1 Tvorba tepla

Teplo vzniká v těle neustále při metabolických procesech lidského těla. Nejvíce tepla vytvářejí orgány s nejintenzivnějším metabolismem. Jsou to hlavně játra a svaly, dále ledviny a srdce. Orgánem, který produkuje při své činnosti nejvíce tepla, jsou játra.

Krev, která vytéká z jater, má teplotu okolo 39ºC. Organismus může získávat teplo také ze svého okolí při pobytu v teplém prostředí [1].

1.1.2 Výdej tepla

Překročí-li teplota vzduchu teplotu kůže, dochází k tepelné výměně: organizmus přijímá teplo ze vzduchu (např. sluneční sálání, sálání z přehřátých objektů). V našich podmínkách je většinou teplota vzduchu nižší, a proto organizmus teplo nepřijímá, ale naopak, dochází k výdeji tepla z organizmu. Při něm se uplatňují čtyři fyzikální mechanizmy: vedení, proudění, sálání a vypařování [3].

15

1.1.2.1 Vedení (kondukce)

Vedení neboli kondukce je výměna tepla při styku těles s rozdílnou teplotou. Je to předávání kinetické energie molekul jednoho objektu molekulám druhého objektu (prostředí) vzájemným narážením. Tepelná vodivost různých látek je přímo úměrná jejich vodivosti elektrické. Dobře vedou teplo kovy, nekovy (např. textil) se používají jako tepelné izolátory. Tepelná výměna vedením je u člověka malá a nepřesahuje 1%

z celkového výdaje tepla. Je to dáno jednak malou tepelnou vodivostí vzduchu, jednak tím, že většina předmětů, s jejichž větší plochou přicházíme do styku, špatně vede teplo (dřevo, textil). Významně se uplatňuje vedení ve vodě, kde je tepelná výměna asi 23x větší než ve vzduchu [3].

1.1.2.2 Proudění (konvekce)

V kapalinách a plynech dochází k proudění. Je to způsobeno pohybem částic s vyšší vnitřní energií. V organizmu se teplo odvádí proudem krve. Z činných orgánů (játra, svaly) se rozvádí do ostatních částí těla. Důležitým mechanizmem je odvádění tepla do kožních kapilár a odtud do okolního prostředí. Tímto způsobem vydává člověk asi 15%

z celkové tepelné výměny [3].

1.1.2.3 Sálání (radiace)

Každé těleso vydává do okolí tepelné záření. Účinná radiační plocha kůže je kolem 80% skutečného povrchu při poloze vsedě nebo vestoje, ve schoulené poloze kolem 50%. Velikost sálání závisí na rozdílu teploty mezi kůží a okolními předměty (proto lze cítit zimu v teplé místnosti se studenými stěnami). U člověka v klidu činí ztráta sáláním v našich podmínkách 55 - 60% vytvořeného tepla [3].

1.1.2.4 Vypařování (evaporace)

Vypařování je velmi účinným mechanizmem tepelné výměny. Je to jediný mechanizmus, který zbývá, když je okolí teplejší než kůže (ostatními mechanizmy se pak teplo naopak přijímá). Nejvýznamnějším evaporačním mechanizmem je pocení.

Vyměšování potu může dosáhnout za hodinu až 1,7 litru. Maximální denní množství je asi 12 litrů. Vypařování velmi závisí na vlhkosti okolního vzduchu, ve vlhkém prostředí se podstatně snižuje. Například v sauně snáší člověk teplotu vzduchu až 120ºC (při

16 relativní vlhkosti asi 3 - 5%) bez zvýšení tělesné teploty, zatímco již krátkodobý pobyt ve vlhké místnosti vede ke zvýšení tělesné teploty (v parní lázni při 50ºC za patnáct minut o 1ºC).

Tepelná kapacita závisí na objemu, tepelné ztráty na povrchu, proto batolata regulují tělesnou teplotu obtížněji. V extremních podmínkách může aktivní člověk ztratit 8 - 12 litru vody za den. Pokud není doplnění ztrát pitím úplné, klesá diuréza a houstne krev (sklon k ledvinovým kamenům a kardiovaskulárním potížím) [3].

1.2 Hodnocení fyziologických vlastností

Fyziologické vlastnosti plošných textilií zajišťují komfort hotových oděvních výrobků. Tento komfort je dán schopností textilií propouštět různá media – teplo, vzduch a vlhkost. Komfort je pocit, kdy se v oděvu cítíme dobře.

Funkce oděvu z hlediska komfortu:

 Oděv nás má chránit před zimou a před teplem – tepelný komfort.

 Oděv má umožňovat tělu volně dýchat. Na těle nesmí být přítomen kapalný pot – propustnost vzduchu, vodních par a vlhkosti [4].

Termofyziologický komfort nastává za těchto optimálních podmínek:

 teplota pokožky 33 - 35°C,

 relativní vlhkost vzduchu 50 ± 10%,

 rychlost proudění vzduchu 25 ± 10 cm.s^-1,

 obsah CO₂ 0,07%,

 nepřítomnost vody na pokožce [5].

Tepelný komfort vnějšího i vnitřního prostředí ovlivňují následující parametry:

 relativní vlhkost vzduchu φ,

 rychlost vzduchu v_A,

 teplota suchého teploměru (nebo vzduchu) tA,

 teplota vlhkého teploměru tWB, silně závislá na φ a vA,

17

 teplota kulového teploměru tO, která je měřená v centru černé koule, tímto zahrnující i účinek slunečního záření. Souhrnný tepelný efekt okolí vyjádřený pomocí teploty mokrého kulového teploměru tWBG [5].

(1)

Příklady skupin parametrů okolního ovzduší, které poskytují termofyziologický komfort pro různé fyzické aktivity, za předpokladu, že hladina teploty sálání (vydávaná např. vedlejší stěnou) nepřekračuje hodnotu teploty suchého vzduchu (okolí) tA o více než 2°C [5].

Tab. 1: Příklady skupin parametrů okolního ovzduší

tA φ vA

Administrativní práce 21°C ± 3°C 55% ± 15% 0,1 m/s

Lehká manuální práce v sedě 19°C ±3 °C 55% ± 15% 0,2 m/s

Těžká manuální práce 18°C ±3 °C 50% ± 15% 0,4 m/s

Velmi těžká práce 17°C ±3 °C 50% ± 15% 0,5 m/s

Obr. 2: Teplotní zóny těla (podle Aschoffa)[3]

18

1.3 Termoregulace

Termoregulací se nazývá schopnost organismu udržovat stálou tělesnou teplotu, přestože produkce tepla, jeho příjem i ztráty, nepřetržitě kolísají. Organismus člověka představuje samoregulační systém, jehož fyziologický mechanismus je zaměřen na udržení stálosti vnitřního prostředí na principu rovnováhy mezi množstvím tepla vytvořeného organismem a množstvím tepla odevzdaného do okolního prostření.

Termoregulace je proces, který slučuje fyziologické pochody řízené centrálním nervovým systémem, udržujícím tělesnou teplotu na optimální hodnotě, při které probíhají metabolické přeměny. Na tomto základě existuje termoregulace dvojího druhu:

 Chemická – tvorba tepla

 Fyzikální – výdej tepla

Chemická termoregulace představuje látkovou přeměnu, tedy intenzitu chemických reakcí, a tedy tvorbu tepla. Je zároveň závislá na fyzické zátěži organismu, na jeho činnosti. Největší množství produkovaného tepla je při namáhavé činnosti organismu.

Fyzikální termoregulace zahrnuje podíly jednotlivých odvodů tepla z organismu, tedy tvorbu a výdej tepla [5].

1.3.1 Prostup tepla

Prostup tepla je zvláštním případem vedení tepla. Dochází k němu na rozhraní dvou materiálů o různých teplotách. Je definován, jako množství tepala, které musí za jednotku času projít tělesem, aby na jednotkovou délku byl jednotkový teplotní spád [6]. Jedná se o fyzikální veličinu. Vyhodnocuje se dvěma způsoby, laboratorně nebo výpočtem. Zkoušky v laboratořích probíhají za podmínek určených normou. Metoda výpočtu využívá vlastností materiálů, které byly naměřeny. Při výpočtech je nutné zahrnout veškeré aspekty, jež by mohly ovlivnit konečné chování materiálů [7].

Množství tepla prošlého plošnou textilií (kolmým směrem k ploše textilie) se projevuje tzv. gradientem teploty .

19

ϑ2 – je teplota na druhé straně textilie h – je tloušťka textilie

Gradient teploty je hodnota tepelného spádu určující rychlost průniku tepla textilií.

Odvod tepla (jeho šíření) jde směrem záporného gradientu. Z toho se pak vypočítává tepelný tok Φ [4].

Obr. 3: Prostup tepla [5]

Označíme-li celkovou plochu textilie, kterou teplo prostupuje jako S, pak celkové množství tepla prošlého plochou textilie lze vyjádřit vztahem [4]:

(3)

1.3.2 Tepelný tok

Tepelný tok Φ je množství tepla šířící se z ruky (hlavice přístroje) o teplotě t2 do textilie o počáteční teplotě t1 za jednotku času. Pro krátkou dobu kontaktu přibližně platí [4]:

(4)

20 Tepelný tok přenášený jakýmkoli druhem proudění vyjadřuje Newtonův zákon [9]:

(5)

Obr. 4: Přestup tepla prouděním[5]

Koeficient přestupu tepla [W/m²K] je relativně nízký pro přirozené proudění a vzrůstá pro vynucené proudění. Pro podmínky typické pro užití oděvu, koeficient přestupu tepla může být spočítán následujícími přibližnými vztahy:

α = 2,28 (t_sk-t_a)^0,25 pro volnou konvekci (volné proudění) α = 3,5+5,2 v pro nucenou konvekci s rychlostí 0-1 m/s α = 8,7 v ^0,6 při vyšších rychlostech proudění [10]

Teplotní spád na tepelné mezní vrstvě při přestupu tepla prouděním je důsledkem tzv. vnějšího tepelného odporu Rmezní vrstvy = R_E, který musí být zahrnut do celkového tepelného odporu RTOT. R_E lze stanovit ze vztahu:

(6) V oděvních systémech se část tepla přenáší i zářením, což lze zahrnout lineárním koeficientem přestupu tepla zářením αc [11].

21 Poměr mezi maximálním a ustáleným tepelným tokem Φ [8]:

(7)

Fourierův zákon vyjadřuje úměrnost mezi tokem tepla q [W/m²], tepelnou vodivostí λ [W/m.K] a teplotním gradientem grad t [12].

(8)

1.3.3 Radiace (přenos tepla zářením)

Záření představuje elektromagnetické vlnění šířící se prostorem o rychlosti c = 300 000 000 m/s. Tomuto záření, které má vlnový charakter o délce vlny λ, lze také přiřadit frekvenci záření f, a to dle vztahu [13]:

(9)

Podle vhodných délek rozlišujeme záření gama (s vůbec nejkratšími vlnovými délkami), dále pak záření rentgenové, extrémní ultrafialové, ultrafialové, optické, infračervené, submilimetrové, mikrovlnné a radiové. Na povrch Země dopadá ultrafialové záření UVA (320 až 400nm) a UVB (280 až 320nm), infračervené paprsky a viditelné světlo. Nejškodlivější záření o vlnové délce méně než 240nm je naštěstí absorbováno kyslíkem, ozón zase absorbuje záření v rozmezí 230 až 290nm. Kosmické záření, gama paprsky, rentgenové záření a UVC záření (200 až 280nm) tudíž na povrch země nedopadnou [13].

Tok tepla prostupující skrz oděvní vrstvy pomocí IR (infračerveného záření) představuje až 25% celkového tepelného toku. V horkých dnech nebo zemích způsobuje sluneční záření (viditelné i neviditelné) základní termofyziologický diskomfort.

Tepelný výkon je v tomto případě přenášen viditelnými (VIS) a neviditelnými (IR) elektromagnetickými vlnami. Viditelná část elektromagnetického spektra zahrnuje vlnovou délku λ = 0,4 – 0,75µm, kde energie vypařovaná sluncem činí přibližně 50%

celkové sluneční tepelné energie přenášené na zemi. Zbývajících 50% je vyzařováno v neviditelné IR části spektra (0,75 - 100µm), hlavně v blízkosti blízké části spektra (až 2µm). Ve viditelné části spektra bílé oděvy odrážejí dobře sluneční tepelnou energii zejména proto, že jsou bílé a hladké. V IR části spektra stupeň odrazu ρ < 1 už nemůže

22 být charakterizován bílou barvou – nemůžeme zde rozlišovat žádné barvy, ale jakýkoliv hladký povrch odráží IR záření lépe než drsný, hrubý povrch. Proto ochranné oděvy proti tepelnému slunečnímu záření by měly být bílé (nebo leštěný kov) a současně hladké.

Podle Wienova zákona je součin absolutní teploty zářiče T [K], a vlnové dálky λMAX

[µm] odpovídající maximální hladině výdeje energie konstantou, dle následující rovnice [14]:

(10)

Tok tepla přenášený zářením mezi sluncem a člověkem dosahuje své maximální úrovně pro zelené světlo (0,55µm), zatímco oblečení lidé vyzařují teplo do chladnějšího okolí na vlnové délce přibližně 10µm. Závislost tepelného toku přenášeného radiací na vlnové délce záření vyjadřuje Planckův zákon. Jeho integrací přes všechny vlnové délky vznikne zákon Stephan – Bolzmannův, který nalezl uplatnění v praxi při výpočtu množství tepla přenášeného infračerveným zářením mezi různými objekty o různé teplotě.

Tohoto zákona můžeme použít i k výpočtu tepelného toku q [W/m²] přenášeného IR zářením mezi 2 oděvními vrstvami (oblečením). Příslušný vztah platí pro přenos tepla v propustném prostředí mezi rovnoběžnými rovinami udržovanými na teplotách T1 a T2

a s hodnotami emisivity ε1, ε2, kde σ = 5,67.10^-8 je tzv. radiační konstanta [15]:

(11)

Další důležitý vztah slouží k výpočtu tepelného toku přenášeného mezi objektem a rozlehlým vzdáleným okolím. Objektem může být i člověk o povrchové emisivitě ε [16]:

(12)

1.4 Odvod vlhkosti z povrchu lidského těla

Lidský organismus v rámci své termoregulační činnosti produkuje vodu ve formě potu. Při teplotách kůže do 34°C uvolňuje lidské tělo do okolí přibližně 0,03 l.h^-1 potu, pokud se tělo zahřeje nad tuto teplotu, zvedne se tato hodnota až na 0,7 l.h^-1.

23 K ochlazování dochází pouze při odpařování potu. U volného povrchu kůže je jedinou podmínkou odparu dostatečný rozdíl parciálních tlaků páry [5].

U oblečeného člověka je však situace složitější, neboť transport vlhkosti se řídí jinými principy:

 difúzí,

 kapilárně,

 sorpčně.

Vlhkost ve formě vodní páry může být v oděvních systémech, podobně jako teplo, přenášena vedením a prouděním. Hnací silou je zde gradient mezi koncentrací nasycené páry nebo nasyceným tlakem pWSAT [Pa] na povrchu lidské pokožky a aktuální koncentrací vodní páry jejím parciálním pWE [Pa] v okolním prostředí. Opačný poměr těchto parametrů vynásobený 100 nazýváme relativní vlhkostí ϕ [%]. Při dostatečném gradientu výše uvedené hnací síly se odparem vlhkosti m* [kg/m²s] z povrchu kůže odvede tepelný tok q [W/m²] dle vztahu:

q = m*L, (13)

kde L značí výparné teplo vody, které má při 20°C hodnotu cca 2 400 000 J/kg. Toto vysoké výparné teplo umožňuje dosáhnout jisté úrovně termofyziologického komfortu (pokud oděv umožní transport potu) dokonce i při vysoké teplotě vzduchu a dostatečně suchém vzduchu (hodnota nižší než ϕ = 60-70%). Když relativní vlhkost vzduchu je vyšší než 90%, pak žádný stav komfortu pří teplotě vzduchu nad 35°C není dosažitelný [5].

Pokud je oděvní systém uzavřen, mezery mezi textilními vrstvami jsou malé a oděv je málo prodyšný, pak se vodní pára v tomto systému přenáší převážně vedením.

24 Obr. 5: Přenos vlhkosti vedením mezi kůží a okolím [5]

1.4.1 Difúze

Difúzní prostup vlhkosti z povrchu kůže přes textilii je realizován prostřednictvím pórů, které se svojí velikostí a tvarem podílejí na kapilárním odvodu.

Obr. 6: Difuzní odvod [5]

Vlhkost prostupuje textilií ve směru nižšího parciálního tlaku vodní páry. Difúzní odpor jednotlivých oděvních vrstev různých kvalit a druhů se sčítá, přičemž značnou roli hraje i odpor vzduchových mezivrstev.

Vteřinové množství páry m*[kg/m².s] přenášené difuzí vrstvou klidného vzduchu je úměrné difúznímu koeficientu DP [kg/m.s.Pa] a gradientu parciálního tlaku Δpparc / Δx podle Fickova zákona:

25 m* = - D_P. Δpparc / Δx = -DP . (p_WSAT – p_WE) / h = (p_WSAT – p_WE) / R, (14) kde

R_WP = h / D_P nebo R_WC = h / D_C. (15, 16) V porézním prostředí jakým jsou textilie je pára přenášena vedením (difúzí) otvory resp. kanály které existují v jednotlivých oděvních součástech oděvu. Pokud chybí vliv volné konvekce nebo tzv. pumpovací efekt vyvozený ventilací, je odpor proti průchodu vodní páry porézním prostředím s průchozími kanály (póry) dán vztahem:

RWP = ξ . h / ε DP (17)

Zvýšení odporu proti přenosu vlhkosti porézními textilními materiály oproti hladině nad volnou mezerou způsobuje klesající koeficient porosity ε < 1 a zvětšující se délka kanálů charakterizovaná faktorem tortuosity ξ > 1. Následně může být odpor proti přenosu vodní páry RWF materiálu relativně vysoký. Díky větší porositě mají otevřené materiály, jako jsou např. pleteniny, přirozeně vyšší propustnost vodní páry nebo nižší opor proti přenosu vodní páry než tkaniny [5].

1.4.2 Kapilární odvod

Kapilární odvod potu se zakládá na tom, že kapalný pot ulpívající na kůži je v kontaktu s první textilní vrstvou a jejími kapilárními cestami vzlíná do její plochy všemi směry. Jde o tzv. knotový efekt. Kapilární tlak Δ P, způsobující tok kapalné vlhkosti obecně od velkých pórů o efektivním poloměru R k malým pórům odpovídajícího poloměru r, je úměrný povrchovému napětí vody γ a funkci cos kontaktního úhlu Θ charakterizujícího smáčení schopnosti této textilii podle rovnice:

ΔP = 2γ [(pr.cos Θr / r) – (pR. cos ΘR / R)], (18) kde termín p představuje zvětšení vnitřního povrchu kapilárních kanálů. Jestliže bylo dosaženo nějaké povrchové úpravy vláken, které zvyšují drsnost vláken, kapilární tlak se zvýší, a proto takto upravené látky vykazují vyšší knotové vlastnosti.

Pro dosažení intenzivního odvodu vlhkosti, musí být struktura příze kompaktní a prostor mezi speciálně tvarovanými vlákny co nejmenší. Současně musí být adheze mezi kapalinou a vláknem dostatečně malá, aby výsledný silový účinek preferoval

26 pohyb vlhkosti. Příkladem vláken, kde adhezní síly převyšují síly kapilární, jsou vlákna bavlněná nebo viskózová.

Aby vlhkost přestoupila z pokožky do v podstatě hydrofobní kontaktní vlákenné vrstvy, musí společně působit vhodná dynamická síla, která je vytvořená vibracemi oděvu při tělesném pohybu, nebo musí být kontaktní povrch chemicky aktivizován vhodnou povrchově aktivní látkou [5].

Obr. 7: Odvod potu první textilní vrstvou [5]

1.4.3 Sorpce

U sorpčního procesu se předpokládá nejprve vznik vlhkosti či kapalného potu do neuspořádaných mezimolekulárních oblastí ve struktuře. Tento proces je nejpomalejší a je podmíněn použitím textilie alespoň částečně obsahující sorpční vlákna.

Všechny tři výše uvedené mechanismy se transportu vlhkosti zúčastňují současně.

Nejrychlejší mechanismus transportu je kapilární a difúzní, na posledním místě pak způsob sorpční [5].

2 Funkční prádlo

Jako funkční prádlo bývá označováno oblečení, které má díky svému materiálovému složení nebo použité výrobní technologii rozšířené základní vlastnosti o další nadstandardní vlastnosti přinášející svému spotřebiteli nějaký komfort. Základní vlastnosti oděvu jsou ochrana lidského těla, fyziologický a tepelný komfort, reprezentativnost, možnost údržby a trvanlivost. U oblečení označené jako funkční

27 prádlo se předpokládá, že tyto základní vlastnosti jsou zdokonalené. Především pro zlepšení fyziologického a tepleného komfortu se stalo toto oblečení velice populární pro vrcholové ale i pro rekreační sportovce. Díky modifikovaným polyesterových a polypropylenovým vláknům má funkční prádlo zvýšený transport vlhkosti, tepelně izoluje nebo naopak tělo chladí.

2.1 Základní rozdělení

Rozdělení funkčního prádla není nijak definované. Každý výrobce si vytvořil svoje kategorie, které usnadní orientaci zákazníků v jejich nabízeném sortimentu.

Dalším ovlivňujícím faktorem při určování kategorií může být specializace výrobců pro konkrétní činnosti, vyhovující materiál aj. Tyto kategorie jsou určeny především pro zákazníky.

Rozdělení funkčního prádla:

 podle pohlaví: dámské, pánské, dětské

 podle střihu: sportovní podprsenky, kalhotky, spodky, kalhoty, nátělníky, tílka, trika, mikiny, vesty, bundy, zdravotní pomůcky (bederní pásy), atd. a jejich výztuže (např. výztuž do cyklistických kalhot),

 podle materiálového složení: bavlna (ba), vlna merino (vl), polyester (PES), polyamid (PAD), polypropylen (POP), viskóza (VS), Modal^® (MO), Lycra a jejich směsi,

 podle vrstvení: 1. vrstva, 2. vrstva, 3. vrstva,

 podle účelu použití: atletika, běh, horolezectví, letní turistika, cyklistika, halové sporty, běh na lyžích, sjezdové lyžování, kanoistika, atd.

 podle ročního období: zima, léto, jaro - podzim.

2.2 Systém vrstveného oblékání

Používání funkčního prádla má svá pravidla, které zajišťují jejich správnou funkčnost. Je důležité, aby se spotřebitel cílil v teple a zároveň v suchu. Toho lze dosáhnout tehdy, když bude pot odváděn směrem ven od těla. Z toho důvodu je důležité dodržovat zásady vrstveného oblékání. Systém vrstvení oblékání získal velkou popularitu, jelikož poskytuje efektivní způsob, jak i v náročných klimatických podmínkách udržet tělo v optimálních tepelných podmínkách bez příznaků podchlazení

28 nebo přehřátí. Systém byl založen na vhodné kombinaci materiálů rozdílných vlastností.

Proto není možné měnit pořadí jednotlivých vrstev, jelikož by v tomto případě došlo ke zrušení celého efektu. Systém vrstvení oblékání je založen především na udržování tzv.

mikroklima těla. Pokud dojde k velké ztrátě tepla nebo přehřátí, v těle dochází ke zpuštění procesů k obnovení rovnováhy a optimálního tělesného mikroklimatu. Celý tento děj vyžaduje od lidského organizmu vysokou spotřebu energie. Systém oblečení by proto měl být z tohoto důvodu optimálně využíván, a to především vzhledem ke změnám počasí a stupni naší pohybové aktivity. Systém vrstveného oblékání se skládá ze tří základních vrstev a to transportní (sací), izolační a svrchní vrstvy, z nichž každá funguje jako specifický ochranný prvek. V extremních podmínkách se užívají ještě další vrstvy tzv. super izolační vrstvy [17].

Obr. 8: Graficky znázorněný systém vrstvení oblečení i se znázorněným transportem [18]

2.2.1 Transportní vrstva

Základní vrstvovou celého systému je transportní vrstva, která má za úkol odvádět pot od povrchu těla směrem ven a její hlavní vlastností je tedy sání a větrání.

Tato vrstva je v přímém kontaktu s kůží a vyrábí se z vláken, které pot neabsorbují, ale

29 odvádí. Jde většinou o lehká neabsorbující syntetická vlákna vyráběná na bázi polyesteru nebo polypropylenu. Vlákna z těchto materiálů dokáží nejen kvalitně izolovat, ale také odsávat kapalné vlhkosti s téměř nulovou nasákavostí. Moderní speciálně profilovaná syntetická vlákna neabsorbují vodu a zajišťují rychlý odvod tělesné vlhkosti. Zajišťují tak stálý pocit sucha a tepla a zabraňují ochlazování nebo přehřívání organismu v důsledku fyzické aktivity.

První vrstva hraje zásadní roli s ohledem na správnou kombinaci a funkčnost jednotlivých vrstev. Je proto důležité volit takový materiál, který bude dobře odvádět vlhkost od těla do prostoru a nebude se jí držet v první vrstvě. Termoprádlo nehraje důležitou roli pouze v zimě. Je velice účinné i v teplém počasí. Do první vrstvy řadíme především funkční prádlo nebo ponožky. Spodní prádlo by mělo být příjemné na dotek.

Při jeho nošení bychom měli věnovat pozornost také tomu, aby prádlo přiléhalo přímo na tělo, protože jen v kontaktu s kůží dokáže optimálně plnit svoji funkci [17].

Obr. 9: Ukázka funkčního prádla – Transportní vrstva [19]

30

2.2.2 Izolační vrstva

Hlavním úkolem izolační vrstvy je termoizolace. Tato vrstva zamezuje ztrátě tepla zachycením (akumulací) tělesného tepla. Současně se po této vrstvě požaduje výborná prodyšnost, rychlý odvod potu a přebytečné tepelné energie ven směrem k vnější vrstvě oblečení. Tímto procesem zabraňuje koncentraci potu mezi vrstvami a napomáhá udržovat potřebnou tělesnou teplotu. Vyprodukované teplo by se jinak nahromadilo v látce v podobě potu a ten by tělo následně ochlazoval.

Izolační vrstva může být vyrobena z různých druhů izolačních vláken, které nehromadí vlhkost a zachovávají si dobré izolační vlastnosti. V letním a jarním období se často používá jako svrchní vrstva, proto se od těchto oděvů vyžaduje také větruvzdornost [17].

Obr. 10: Ukázka funkčního prádla – Izolační vrstva [19]

2.2.3 Svrchní vrstva

Svrchní vrstva je ochranná vrstva, která se používá jako prostředek ochrany proti nepříznivým vlivům počasí a zároveň jako prostředek k uchování vlastností spodních vrstev. Tato vrstva by měla poskytovat nejen vysokou prodyšnost, ale především by se

31 měla vyznačovat nepromokavostí. Nepromokavá úprava zabrání promočení spodní transportní a izolační vrstvy. S ohledem na funkčnost spodních vrstev je důležité zachovat prodyšnost, díky které se tělesné výpary budou dále odvádět od těla a nebude tak docházet k akumulaci vlhkosti ve spodních vrstvách. Výběr svrchní vrstvy ovlivňuje roční období a zvolený typ aktivity.

V extrémních podmínkách lze využít vlastností super izolační vrstvy. Tato vrstva napomáhá ke zpomalení ztráty tepla [17].

Obr. 11: Ukázka funkčního prádla – Svrchní (ochranná) vrstva [19]

3 Vlastnosti použitých materiálů

Podstatným parametrem před samotnou výrobou plošné textilie je její materiálové složení. Vlastnosti použitých materiálů jsou vstupním parametrem, který bude do značné míry bude dále ovlivňovat vlastnosti plošné textilie a nakonec samotného výrobku. Pro další zkoumání vlastností plošných textilií je tedy důležité znát vlastnosti surovin, které byly k výrobě použity.

32

3.1 Bavlna

Bavlna je nejdůležitější přírodní vlákno na bázi celulózy. Byla známa již ve 3. a 4.

tis. př. Kr. Bavlna jsou jednobuněčná vlákna odrůstající ze semena bavlníku. Jako jediné z přírodních vláken úspěšně konkuruje syntetickým vláknům.

Vlastnosti bavlněných vláken jsou určeny druhem bavlníku, stupněm zralosti vláken a ovlivněny jsou i tím, kde byla bavlna pěstována. Bavlněná vlákna mívají délku 10 až 60 μm, tloušťka bavlněného vlákna je 12 až 40 μm, průměrně 26 μm. Tažnost a pružnost bavlněných vláken jsou nízké. Vlákna mají velmi dobrou navlhavost, proto se i dobře barví. Jejich předností je i malý sklon ke vzniku elektrostatického náboje.

Následkem dlouhodobého působení slunečního světla bavlna hnědne a křehne. Bavlna hnědne rovněž při delším působení teplot kolem 200°C, při vyšších teplotách dochází k jejímu zuhelnatění. Působením minerálních kyselin (např. H₂SO₄, HNO₃) bavlna uhelnatí, organické kyseliny ji zpravidla nepoškozují. Horné roztoky hydroxidů narušují bavlněná vlákna až po delší době působení [20].

Tab. 2: Vlastnosti bavlny [21]

Vlastnost materiálu Parametr

Jemnost 1 – 4dtex

Pevnost za sucha 2 - 5 cN/dtex,

za mokra 100 – 120% pevnosti za sucha

Tažnost za sucha 6 - 10%,

za mokra 100 - 110% tažnosti za sucha Model pružnosti Deformace 2% … vratná deformace 99%

Deformace 5% … vratná deformace 55%

Měrná hmotnost (hustota) 1520 kg/m³

Navlhavost dobrá navhlavost

3.2 Vlna

Ovčí vlna je nejvýznamnější textilní vlákno živočišného původu. K oděvním účelům se využívá již několik tisíc let. Ovce se podle jakosti vlny, její jemnosti a podle obsahu pesíků a podsady v rounu dělí na ovce:

- merinové, - kříženecké, - anglické, - nížinné.

33 Vlněná vlákna obsahují keratin, což je látka bílkovinné povahy, pigment a chemicky vázanou vodu.

K výrobě funkčního prádla se využívá vlna z merinových ovcí. Tyto ovce poskytují jemnou silně zkadeřenou vlnu, která je měkká a poměrně málo lesklá. Vlákna mají délku 50 – 76 mm a tloušťku 14 – 25 μm.

Pevnost vlněných vláken je nižší než pevnost vláken rostlinného původu. Mají však vysokou tažnost, která se zamokra ještě zvyšuje. Vlněná vlákna mají také výbornou pružnost a velmi dobrou tvárnost. Vlhkost přijímá vlna velmi snadno. Vlákna mohou absorbovat 30 až 40% vlhkosti, aniž by byla na omak mokrá. Charakteristickou vlastností vlny je plstivost. Vlna má velmi dobré tepelně izolační vlastnosti. Tepelná odolnost vlněných vláken je nižší než tepelná odolnost vláken rostlinného původu.

Působením slunečního světla klesá u vlny pevnost a bílá vlákna žloutnou [20].

Tab. 3: Vlastnosti vlny [21]

Vlastnost materiálu Parametr

Pevnost za sucha 0,9 -1,8 cN/dtex,

za mokra 70 -80% pevnosti za sucha

Tažnost za sucha 20 – 35%,

za mokra 25 – 50%

Model pružnosti deformace 2% … vratná deformace 99%

deformace 5% … vratná deformace 55%

Měrná hmotnost (hustota) 1310 kg/m³

Navlhavost absorpce vlhkosti 30 až 40%

Termické vlastnosti dobré tepelně izolační vlastnosti

3.3 Viskóza

Viskózová vlákna se řadí mezi vlákna chemická z přírodních polymerů, které se vyrábí z regenerované celulózy. Začátek výroby viskózových vláken se datuje od roku 1904 a tvoří 80% celkové výroby chemických vláken z přírodních polymerů. Výroba těchto vláken je laciná, ale jejich základní nevýhodou je ekologicky neúnosný způsob výroby. [21] Vyrábějí se z buničiny. Působením hydroxidu sodného na buničinu, vzniká alkaliceluloza, která se dále mísí se sirouhlíkem a reakcí těchto dvou substancí se alkalicelulóza mění v xantogenát celulózy. Xantogenát se rozpouští ve zředěném roztoku hydroxidu sodného a vzniká přadný roztok – viskóza, který se nechá zrát a potom se zvlákňuje.

34 Zvlákňování se provádí za mokra. Viskóza se vytlačuje otvory trysek do zvlákňovací lázně, která zpravidla obsahuje kyselinu sírovou, síran sodný, síran zinečnatý a vodu. Ve zvlákňovací lázni celulóza regeneruje zpět ve formě vláken.

Vlákna se v plastickém stavu dlouží a dále upravují, vypírají, odsiřují, popř. bělí a kadeří.

Kromě standardních viskózových vláken se vyrábějí vlákna modifikovaná způsobem výroby, většinou z upraveného roztoku viskózy.

Firma Lenzing vyrábí viskózová vlákna pod odchodní značkou Modal^®. Tento typ viskózového vlákna se vyznačuje tím, že celulóza na jeho výrobu se získává pouze ze stromů buků.

Pevnost viskózových vláken je nižší než u bavlněných vláken a zamokra značně klesá. Odolnost vůči oděru je poměrně nízká. Výhodou vláken je malý sklon k tvorbě žmolků. Tvarová stálost a elastičnost jsou nízké, schopnost zotavení nedostatečná.

Viskózová vlákna mají značnou navlhavost a velkou schopnost bobtnání. Tepelná odolnost je poměrně nízká, vlákna se rozkládají při teplotě 174 až 190°C. Stálost na světle je nízká, při delším působením slunečního světla ztrácejí vlákna pevnost.

Působením anorganických kyselin se vlákna rozkládají, organické kyseliny je poškozují.

Jsou méně odolná proti působení koncentrovaných zásad. Vlákna mají sklon k tvorbě elektrostatického náboje [20].

35 Tab. 4: Vlastnosti viskózy [21]

Vlastnost materiálu Parametr

Pevnost za sucha 1,9 -3 cN/tex,

za mokra 4,4 – 8,8 cN/tex

Tažnost za sucha 20 – 30%,

za mokra 25 – 35%

Model pružnosti za sucha 530 – 790 cN/tex za mokra 44 – 88 cN/tex Měrná hmotnost (hustota) 1490 kg/m³

Navlhavost 90 – 100%

Termické vlastnosti 174 - 190°C – počátek destrukce Vliv chemikálií

anorganické kyseliny – rozklad organické kyseliny – poškození alkálie – málo odolné

Ostatní působení světla – pokles pevnosti,

sklon k tvorbě elektrostatického náboje

3.4 Polyesterová vlákna

Polyesterová vlákna tvoří největší podíl v celosvětové spotřebě vláken a mají široký záběr uplatnění. Tyto vlákna jsou definována jako vlákna obsahující více než 85% hmotnostních procent esterů aromatických kyselin zejména kyseliny tereftálové.

Polymer se vytváří polykondenzací tereftalové kyseliny a etylénglykolu a zvlákňuje se z taveniny. Polyesterová vlákna se dodávají ve formě stříží a monofilamentového resp. multifilamentového hedvábí. Vedle standardních vláken se vyrábí celá řada modifikovaných vláken s pozměněnými vlastnostmi, se sníženou žmolkovatostí, sráživá, nesráživá a další [20].

Polyesterová vlákna mají velkou elastičnost, značnou odolnost vůči oděru a vynikající odolnost vůči působení světla a slunečních paprsků. Mají značný sklon ke tvorbě žmolků. Vlákna mají nízký koeficient tření, jsou dobrými elektrickými izolanty, silně náchylnými k tvorbě elektrického náboje. Vyznačují se velmi nízkou navlhavostí a velkým sklonem ke vzniku elektrostatického náboje. Významná je jejich výborná tepelná odolnost. Vůči působení kyselin jsou vlákna odolná, silné zásady je rozkládají jen na povrchu, nevnikají dovnitř. Jsou stálá v běžných rozpouštědlech používaných při čištění [20].

36 Tab. 5: Vlastnosti polyesterových vláken [21]

Vlastnost materiálu Parametr

Jemnost stříž: 1,3-1,7-3,3-4,4-20 dtex

hedvábí: 50 dtex – 200 dtex

Pevnost 3,8 – 7,2 cN/dtex

Tažnost 50 – 70 %

Model pružnosti 1300 cN/tex

Měrná hmotnost (hustota) 1390 kg/m³

Navlhavost 0,3 - 0,4 %

Termické vlastnosti

teplota měknutí: 230°C teplota tání: 258°C

180°C – pevnost klesá na 50%

nízká tepelná vodivost a specifické teplo Vliv chemikálií

zředěné kyseliny – dobrá odolnost koncentrovaná H2SO4 – rozklad alkálie - hydrolýza

Ostatní působení světla – vynikající odolnost,

sklon k tvorbě elektrostatického náboje

3.5 Polypropylenová vlákna

Polypropylenová vlákna jsou stejně populární jako polyesterová vlákna. Jejich výhodou je velmi snadná dostupnost základní suroviny, která je vedlejším produktem při zpracování ropy. Vláknotvorný polymer se získává polymerací propylenu.

Polypropylen se zvlákňuje z taveniny. Polypropylenová vlákna se vyrábějí převážně ve tvaru stříží a používají se hlavně ve směsích s jinými druhy vláken.

Vlákna se vyznačují velkou odolností vůči oděru. Mají nízkou tvarovou stálost, velký sklon k mačkavosti a malou schopnost zotavení. Tyto vlastnosti částečně omezují jejich použití v oděvních textiliích. Nejsou navlhavá, vyznačují se však velkou vzlínavostí, která umožňuje značný transport vlhkosti. Vlákna jsou termoplastická, mají nízkou teplotu měknutí. Dále se vlákna vyznačují značnou odolností vůči působení kyselin a zásad. Málo odolávají působení organických rozpouštědel.

V oděvních textiliích se využívá schopnosti vláken přenášet vlhkost. Textilie se konstruují tak, že na vnitřní straně, blíže k pokožce, jsou použita polypropylenová vlákna, která odvádějí tělesnou vlhkost na vnější stranu textilie, tvořenou vlákny schopnými absorbovat vlhkost [20].

37 Tab. 6: Vlastnosti polyesterových vláken [21]

Vlastnost materiálu Parametr

Pevnost 1,5 - 6 cN/dtex

Tažnost 15 – 60 %

Měrná hmotnost (hustota) 910 kg/m³

Navlhavost nejsou navlhavá

Termické vlastnosti

teplota měknutí: 149 - 154°C teplota tání: 165 - 170°C

nízká tepelná vodivost 0,1 –0,3 W.m^-1.K^-1 vysoké specifické teplo 83 – 86 kJ.mol^-1.K^-1 Vliv chemikálií

výborná,

porušují jen koncentrovaná HNO3 a horké koncentrované alkálie

Ostatní

působení světla – malá odolnost, malý sklon k tvorbě elektrostatického náboje

3.6 Modifikace vláken

Modifikací vláken lze získat pozitivní vlastnosti vláken s ohledem na cíl jejich použití. Modifikovaná vlákna se označují jako vlákna II. generace, kde již název vlákna dle chemického složení nic moc neříká o vlastnostech. Označení jako polypropylen, polyester atd. zde tedy pouze indikuje, co je převažujícím chemickým složením a nikoliv to, jaké mají vlákna složení. Modifikovaná vlákna dnes tvoří velkou skupinu syntetických vláken se širokým použitím. Z hlediska toho, v kterém stádiu se modifikace provádí ji lze rozdělit do těchto skupin:

A. Modifikace v průběhu přípravy polymeru:

1) změna relativní molekulové hmotnosti, 2) kopolymery (blokové, statistické), 3) přídavek aditiv.

B. Modifikace v průběhu přípravy vlákna:

1) úprava podmínek dloužení a fixace, 2) nekruhový průřez, ultrajemná vlákna, 3) tvarování,

4) bikomponentní vlákna.

C. Modifikace při použití vláken:

1) roubování

2) dodatečná krystalizace,

38 3) řízená povrchová destrukce.

K výrobě funkčního prádla jsou využívaná modifikovaná vlákna z polyesteru a polypropylenu, u nichž dochází k modifikaci v průběhu přípravy vláken. Výroba modifikovaných PES a POP vláken spočívá v tom, že polymerní roztok je zvlákňován tryskou nekruhového průřezu. Podle typu použité trysky můžeme získat různé vlastnosti. U vláken s průřezem, který má přímé roviny se tak dá dosáhnout zvýšení lesku. Vlákna s laločnatým a hvězdicovitým průřezem mají lomený „hedvábní“ lesk.

Změna průřezu se projeví ve změně omaku textilie. Profilovaná vlákna mají menší sklon ke žmolkování a rychleji se smáčí.

Tímto procesem výroby se získávají také vlákna s tvarem tetrachanel a hexachannel. Takto tvarovaná vlákna mají zvýšený transport vlhkosti a zlepšují se u nich tepelně izolační vlastnosti. Tyto vlákna jsou známá pod obchodní značkou Coolmax^®, Thermocool^®. Kromě nekruhového průřezu se tímto způsobem výroby vyrábí vlákna s dutinou neboli dutá vlákna. Tyto vlákna mají velice dobré tepelně izolační vlastnosti. Známá jsou pod obchodní značkou Thermolite^®.

Další využívanou modifikací PES a POP vláken pro výrobu funkčních oděvů jsou ultrajemná vlákna. Jsou to vlákna o jemnosti kolem 0,1dtex. Při jejich výrobě se používá např. zvlákňovaní v proudu vzduchu, speciální dloužení nebo fibrilace folií.

Výhodou těchto vláken jej jejich omak, možnost transportu vlhkosti mezi vlákny, zvýšený čistící efekt [21].

4 Pleteniny

Největší skupinu textilních materiálů používaných k výrobě funkčního prádla tvoří pleteniny. Vlivem svého charakteristického strukturálního uspořádání obsahuje pletenina ve svém objemu poměrně velké množství vzduchu. Tato skutečnost může výrazně ovlivňovat vlastnosti, které s tím souvisejí, jako je prostup tepla a prodyšnost.

Proto je důležité znát struktury pletenin používaných k výrobě funkčního prádla [22].

Zátažná pletenina je tvořena jednou nebo více soustavami nití, které jsou navzájem určitým způsobem propojeny pletařskou technikou tak, aby vznikl celistvý plošný útvar.

Zátažnou pleteninu na rozdíl od ostatních plošných textilií tvoří pouze jedna nit, ze

39 které lze celistvý plošný útvar vytvořit. Pletenina může mít otevřené, uzavřené, chytové a podložené kličky [22].

Základní rozdělení pletenin:

ZJ Zátažné jednolícní pleteniny – všechna očka provlékána stejným směrem, tj. na lícní stranu.

ZO Zátažné oboulícní pleteniny – obsahující sloupky lícních i rubních oček.

ZR Zátažné obourubní pleteniny – obsahují lícní a rubní očka.

ZI Zátažné interlokové pleteniny – vznikají vzájemným prostoupením dvou oboulícních podstruktur.

OJ Osnovní jednolícní pleteniny – obsahují jeden druh oček

OO Osnovní oboulícní pleteniny – obsahují lícní a rubní sloupky [23].

4.1 Zátažná jednolícní pletenina hladká

Zátažná jednolícní pletenina je vázána na jednu soustavu jehel jednoho lůžka, a má tedy na každé straně pouze jeden typ oček. Na povrchu lícní strany jsou vidět stěny oček a na rubní straně obloučky. Tento druh pleteniny má nejmenší možnou strukturální jednotku (opakování), kterou je jediné očko.

Obr. 12: Zátažná jednolícní pleteniny – hladká [23]

Zátažná hladká jednolícní pleteniny má nejjednodušší strukturu, proto se na ní vztahují teoretické výpočetní modely zjišťující strukturální vlastnosti pletenin. Z těchto

40 geometrických modelů lze zjistit geometrické parametry a mechanické vlastnosti pletenin.

Geometrie je součástí struktury, která do značné míry ovlivňuje pleteninu.

Hlavními geometrickými parametry pleteniny jsou:

 délka nitě v očku l a průměr nitě d,

 rozteč sloupků w a řádků c, tloušťka pleteniny t,

 převrácená hodnota rozteče hustota sloupků Hs a řádku Hř [23].

Obr. 13: Dalidovičův model očka [23]

Dalidovičův model očka jednolícní pleteniny vychází z předpokladu neměnného průměru nitě, obloučky jsou definovány jako půlkružnice, sousední jehelní a platinové obloučky mají společnou vodorovnou osu a stejný průměr, stěny očka jsou definovány jako úsečky. Geometrický model není ale schopen dobře Popsat fyzikální podstatu textilie, ignoruje vlastnosti nitě, působení sil a momentů, tření atd. Model je vhodný pro průměrně hustou pleteninu

Z uvedených předpokladů vyplývá, že průměr obloučků je:

D=w/2 +d, (19)

délka nitě ve stěnách očka je přibližně 2 c a celková délka nitě v očku:

41 (20) Zaplnění pleteniny se nejčastěji vyjadřuje tzv. koeficient zaplnění kd, který je dán poměrem l/d. Vyjadřuje poměrným způsobem jak málo nebo hodně je textilního materiálu v pletenině.

Velmi obtížně se stanovuje parametr d, průměr příze. Nesprávně určený průměr může ovlivňovat výsledné hodnoty teoretického měření. Dalšími prvky ovlivňující teoretické vyhodnocení použitých modelů může být rozdílná hustota ρ vlákenné hmoty a v hodnotě součinitele zaplnění příze μ [23].

4.2 Ostatní vazby pletenin

Zbylé vazby už nemusí mít tak pravidelný tvar oček jako hladká zátažná jednolícní pletenina. Je to způsobeno tím, že se ve vazbě objevují kromě lícního očka, očka rubní, chytové a podložené klička. Tato odlišnost vede ke změně strukturálních parametrů pleteniny tj. zaplnění, tloušťky, ale především geometrii pleteniny. Výše uvedené vzorce se sice dají na tyto pleteniny aplikovat, ale správnost jejich vyhodnocení se můžou od skutečnosti daleko odchylovat.

Obr. 14: Chytová a podložená klička [23]

42 Obr. 15: Rozdíl mezi délkou nitě l v očku u lícního očka a u chytové kličky

5 Normy

Normy definují a popisují postup při zpracování experimentu.

ČSN EN 31 092 (80 0819) Textilie. Zjišťování fyziologických vlastností – měření tepelné odolnosti vůči vodním parám za stálých podmínek (zkouška pomocí vyhřívanou destičkou)

Tato norma stanovuje metody pro měření tepelné odolnosti a odolnosti vůči vodním parám, v ustálených podmínkách, např. textilií, filmů, nátěrů, pěn a kůží, včetně vrstvených sestav, pro použití v odívání prošívaných přikrývek, spacích pytlů, čalounění a podobných textilních nebo textilu podobných výrobků. Použití tohoto principu měření je omezeno na maximální tepelnou odolnost a odolnost vůči vodním parám, které jsou závislé na rozměrech a konstrukci použitého zkušebního přístroje (např. 2 m².K/W a 700 m². Pa/W každý samostatně, jako minimální specifikace zařízení uvedeného v této normě). Zkušební podmínky používané v této normě nemají představovat specifické komfortní situace a nejsou stanoveny provozní specifikace vztahující se k fyziologickému komfortu.

Pro účely této normy platí následující definice:

 tepelné odolnosti, Rct: rozdíl teplot mezi dvěma povrchy materiálu rozdělenými výsledným tepelným tokem na jednotku plochy ve směru gradientu. Suchý tepelný tok se může sestávat z jedné nebo více vodivých, konvekčních a

43 sálavých komponet. Tepelná odolnost Rct, vyjádřená v [m². K/W] je specifická vlastnost textilních plošných útvarů nebo kompozit, která určuje suchý tok tepla danou plochou v důsledku aplikovaného stacionárního gradientu teploty.

 odolnost vůči vodním parám, Ret: rozdíl tlaku vodních par mezi dvěma povrchy materiálu, dělený výsledným výparným tepelným tokem na jednotku plochy ve směru gradientu. Výparný tepelný tok se může skládat jak z rozptýlených, tak i z konvekčních složek. Odolnost vůči vodním parám Ret, vyjádřená v [m².Pa/W]

je veličina specifická pro textilní materiály nebo kompozity, která je definovaná jako „laterní“ výparný tepelný tok procházející danou plochou, odpovídající ustálenému použitému tlakovému gradientu páry.

Zkouška probíhá na přístroji, který pomocí destiček simuluje lidskou kůži a okolní klimatické podmínky. Horká destička pro zkoušku pocení (často označovaná jako

„model kůže“), Popisovaná v této normě je určena k napodobování procesů přenosu tepla a hmoty, ke které dochází u lidské kůže. Měření zahrnující jeden nebo oba procesy se mohou provádět buď separátně nebo za současného využití měnících se vnějších podmínek, zahrnujících kombinaci teploty, relativní vlhkosti, rychlosti proudění vzduchu v kapalné nebo plynné fázi. Naměřené hodnoty přenosu mohou tedy odpovídat rozdílným okolním podmínkám a podmínkám nošení jak v proměnlivých tak i v ustálených stavech. V této normě je zvolen ustálený stav.

Podstatou zkoušky je měření zkušebních vzorků, které se umístí na elektricky vyhřívanou destičku a klimatizovaný vzduch proudí paralelně s jeho povrchem. Pro zjištění tepelné odolnosti se měří tok tepla zkušebním vzorkem po dosažení ustálených podmínek. Technický popis v této normě stanoví tepelnou odolnost Rct materiálu tím, že tepelná odolnost mezní vzduchové vrstvy nad povrchem zkušebního zařízení se odečte od odporu zkušebního vzorku a vzduchové vrstvy, přičemž obě se měří za stejných podmínek [24].

 Interní norma č. 23-303-01/01 Zjišťování stupně vlhkostní jímavosti textilií [25].

ČSN 80 0855 (800855) Zjišťování relativní propustnosti vodních par plošnou textilií

44 Tato norma obsahuje zkušební postup pro nepřímé zjišťování propustnosti vodních par plošnou textilií. V roce 2011 se stala norma neplatnou, ale dosud nebyla nahrazena novou. Norma definuje propustnost vodních par textilií jako schopnost plošné textilie propouštět vlhkost ve formě vodní páry z prostoru uzavřeného textilií.

Propustnost vodních par se udává v %, je to poměr přírůstku hmotnosti vysoušedla ve zkušební misce s textilií a přírůstkem hmotnosti vysoušedla ve zkušební misce bez textilie.

Princip uvedené metody spočívá v [%] tom, že vodní páry procházející za daných podmínek plošnou textilií jsou absorbovány vysoušedlem, u kterého se zjišťuje přírůstek hmotnosti. Paralelně se zjistí absorpce vodních par v misce se vzorky textilie a ve srovnávací misce bez textilie.

Naměřené hodnoty jsou zadané do rovnice, ze které získáme výslednou propustnost vodních par v [%.]

ms [g] - je přírůstek hmotnosti vysoušedla bez textilie [26].

 Interní norma č. 23-304-01/01 Stanovení termofyziologických vlastností textilií [27]

ČSN EN ISO 9237 (800817) Textilie. Zjišťování prodyšnosti plošných textilií Tato norma stanovuje metodu pro měření prodyšnosti plošných textilií. Je použitelná pro většinu typu plošných textilií, které jsou prodyšné, včetně průmyslových textilií pro technické účely, netkané textilie a textilní oděvní výrobky.

Pro účely této normy se používá následující definice: prodyšnost je rychlost proudu vzduchu procházejícího kolmo na zkušební vzorek při specifikovaných podmínkách pro zkušební plochu, tlakový spád a dobu. Podstatou zkoušky tedy je měření rychlosti proudu vzduchu procházejícího kolmo danou plochou plošné textilie při stanoveném tlakovém spádu.