Originál zadání práce

Originál zadání práce

Stránka | 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 vědoma 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

Podpis

Stránka | 4 PODĚKOVÁNÍ

Ráda bych tímto poděkovala panu Ing. Ondřeji Novákovi Ph.D. za odborné vedení, cenné rady a vstřícný přístup, který mi poskytl při realizaci této práce. Děkuji i vedení spol. Holík International s.r.o. za poskytnutí materiálů k měření.

Velké poděkování patří také mé rodině za podporu a trpělivost, kterou se mnou měli při psaní této diplomové práce.

Stránka | 5 ANOTACE

Předložená diplomová práce se zabývá hodnocením odolnosti ochranných materiálů proti mechanickým rizikům, zejména odolnosti proti oděru a řezu čepelí. Teoretická část je zaměřena na problematiku mechanického poškození textilie a zabývá se principy, kterými je odolnosti dosaženo. Na základě zjištěných poznatků, jsou v další části práce navrženy kombinace materiálů, které jsou z hlediska mechanických vlastností vhodné pro výrobu ochranných rukavic. V experimentální části jsou materiály podrobeny laboratornímu zkoušení a na základě výsledných hodnot porovnávány. Pro návrh optimální materiálové skladby vhodné do sendviče rukavic, byl vytvořen program umožňující výsledky přehledně třídit a kombinovat dle zadaných kritérií.

KLÍČOVÁ SLOVA

Mechanická rizika, ochranné materiály, odolnost v oděru, odolnost proti řezu, ochranné rukavice, mechanické poškození

ANNOTATION

The presented diploma thesis deals with an evaluation of protective material resistance against mechanical risks, particularly resistance against abrasion and cutting by the blade. The theoretical part is focused on mechanical damage of textiles and. Also it deals with principles by which the resistance is achieved. Based on findings, there are proposed combinations of materials which are suitable for production of protective gloves in terms of mechanical characteristics. In the experimental part materials are subjected to laboratory testing and they achieved results are compared and evaluated. In order to design an optimal material composition suitable for gloves, there has been created a software, which enables to sort and combine results according to defined criteria.

KEYWORDS: Mechanical risks, protective materials, resistance against abrasion, cut resistance, protective gloves, mechanical damage

Stránka | 6 Obsah:

Seznam použitých zkratek a symbolů ... 8

Úvod ... 9

1 Ochranné rukavice proti mechanickým rizikům ... 11

1.1 Ochranné rukavice ... 11

1.2 Mechanické vlastnosti textilních materiálů ... 12

1.3 Odolnost textilních materiálů ... 14

1.4 Norma ČSN EN 388... 15

2 Odolnost textilních materiálů proti oděru a řezu ... 18

2.1 Tribologie ... 18

2.1.1 Tření obecně ... 19

2.1.2 Opotřebení obecně ... 20

2.2 Oděr materiálu ... 21

2.2.1 Mechanismus oděru ... 22

2.3 Faktory ovlivňující odolnost materiálu v oděru ... 23

2.4 Prořez materiálu ... 26

2.4.1 Mechanismus řezu ... 26

2.5 Faktory ovlivňující odolnost materiálu v řezu ... 29

3 Materiály vhodné pro výrobu odolných rukavic ... 30

3.1 Vysoce výkonné materiály ... 30

3.2 Materiálový sendvič rukavic ... 32

3.3 Silikonizace a zátěry ... 33

3.4 Komfort rukavice ... 34

4 Experimentální část ... 36

4.1 Popis a cíl experimentu ... 36

4.2 Zkušební materiály ... 36

4.2.1 Vnější vrstva... 36

4.2.2 Mezivrstva ... 37

Stránka | 7

4.2.3 Membrána ... 38

4.2.4 Vnitřní vrstva - podšívka ... 38

4.3 Měření odolnosti materiálů proti řezu čepelí ... 39

4.3.1 Realizace experimentálního zařízení ... 40

4.3.2 Postup měření ... 43

4.3.3 Výsledky měření ... 45

4.4 Měření odolnosti materiálu proti oděru ... 50

4.4.1 Měření na přístroji Martindale ... 51

4.4.2 Hlavní komponenty přístroje Martindale ... 52

4.4.3 Postup měření ... 54

4.4.4 Výsledky měření ... 55

4.5 Vliv na odchylky v měření ... 59

4.6 Zkoušení ohybové tuhosti ... 60

4.6.1 Měření délky ohybu materiálů podle ISO 9073-7 ... 62

4.6.2 Výsledky měření ... 67

4.7 Měření tloušťky ... 71

4.7.1 Výsledky měření ... 72

5 Vyhodnocení výsledků ... 76

5.1 Návrh vhodné skladby materiálů pomocí programu ... 79

6 Dotazníkové šetření ... 84

7 Závěr ... 86

SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY ... 90

SEZNAM OBRÁZKŮ ... 92

SEZNAM TABULEK ... 93

SEZNAM PŘÍLOH ... 94

Stránka | 8 Seznam použitých zkratek a symbolů

ČSN Česká technická (státní) norma

EN Evropská norma

f relativní pevnost

g gram

HDPE yysokohustotní polyetylen (High-density polyethylen)

HPPE vysoce výkonný polyetylen (High-performance polyethylene)

I výsledný index

i_n index

ISO Mezinárodní organizace pro normalizaci (International Organization for Standardization)

KNT Katedra netkaných textilií kPa kilopascal

lT tržná délka

min. minimum

mm milimetr

N Newton

NT netkané textilie NV Nařízení vlády

OOP ochranné oděvní pomůcky

P pevnost

PBI Polybenzimidazol

PE Polyetylén

PTFE Polytetrafluorethylén

PU Polyuretan

S plocha

spol. s r.o. společnost s ručením omezeným

T jemnost

ε tažnost

∆l protažení do přetrhu

Σ suma

σ napětí do přetrhu ρs plošná hmotnost

Stránka | 9

Úvod

Každý den na celém světě vyráží hasičské a záchranné jednotky do terénu, kde jsou vystaveny různým rizikům, která mohou způsobit zranění. V mnoha případech se jedná o zranění rukou při manipulaci s nebezpečnými předměty. Tato zranění pak mohou zanechat závažné a trvalé následky, vyžadující dlouhou dobu léčení. Podobným úrazům lze však předcházet, pokud je zajištěna dostatečná ochrana, např. ve formě ochranných pomůcek, mezi něž patří i bezpečnostní rukavice. Cílem této práce je navrhnout materiálové složení rukavic, které by nejen zajišťovalo dostatečnou ochranu proti poranění, ale zároveň splňovalo požadavky na odolnost proti mechanickým rizikům dle normy ČSN EN 388 na ochranné rukavice proti mechanickým rizikům, konkrétně na odolnost proti řezu a oděru.

Běžné ochranné rukavice, které splňují požadavky v odolnosti proti poškození, mohou být sice dostatečně odolné, ale leckdy nesplňují další důležité požadavky.

Problém nastane, pokud rukavice snižují hybnost ruky a citlivost prstů, jsou nekomfortní, příliš teplé a ruka se v nich potí, mohou být zdravotně závadné nebo nemají dostatečnou životnost.

V teoretické části diplomové práce je úvodní kapitola věnována mechanickým vlastnostem textilií a jsou zde popsány normované požadavky na ochranné rukavice.

Další kapitola je zaměřena na odolnost textilních materiálů proti řezu a oděru. Ke správnému pochopení chování materiálů při namáhání jsou nejprve popsány obecné principy mechanismu oděru a řezu, aby bylo možné v další části lépe určit faktory, které mají na jejich vzniku vliv. Poslední kapitola teoretické části, je věnována rešerši materiálů, které jsou svými vlastnostmi pro výrobu ochranných rukavic vhodné. Přesto, že se tato práce nezabývá odolností proti ohni, byly materiály voleny i s ohledem na možnost použití při hasičských záchranných akcí. Vzorky k otestování poskytla společnost Holík International s.r.o., která se výrobou ochranných rukavic zabývá.

Experimentální část spočívá ve stanovení odolnosti materiálů proti oděru normovaným odíracím prostředkem, kterým je skelný papír a dále ve stanovení odolnosti materiálů proti řezu normovanou ocelovou čepelí. U měření odolnosti v oděru se sleduje počet cyklů, kdy dojde k prodření textilie. Měření se provádí na přístroji Martindale. U měření řezu ostrou čepelí se zaznamenává počet cyklů, při kterých dojde k proniknutí čepele zkušebním materiálem. Hodnota vyjadřující počet cyklů je dále

Stránka | 10 staticky zpracovávána. Měření řezu probíhá na přístroji, který byl k tomuto účelu zkonstruován. Materiály jsou navíc podrobeny i měření tloušťky a ohybové tuhosti. Je sledován vliv tloušťky materiálu a ohybové tuhosti na výslednou odolnost materiálu.

Výsledky jsou vhodně uspořádány a výsledné hodnoty porovnávány. V závislosti na použitých materiálech a jejich výsledných vlastnostech je možné navrhnout optimální skladbu materiálů, která bude splňovat náročná kritéria požadovaná pro bezpečnostní rukavice. Pro návrh vhodné kombinace je vytvořen program, který materiály třídí a vyhodnocuje dle zadaných požadavků.

Stránka | 11

1 Ochranné rukavice proti mechanickým rizikům

Rukavice proti mechanickým rizikům jsou snad tím nejdůležitějším prvkem v ochraně proti vnějším vlivům a hrají v životě hasiče důležitou roli. Jejich prostřednictvím se člověk vystavený riziku dostává do přímého kontaktu s nebezpečnými předměty či prostředím. Nebezpečí nemusí být pouze mechanického charakteru, ale vyskytovat se může i v podobě ohně, chemických látek nebo elektrického proudu.

1.1 Ochranné rukavice

Ochranné rukavice jsou ochranné oděvy patřící do skupiny výrobků označovaných jako Ochranné oděvní pomůcky – OOP. Pro tuto skupinu výrobků jsou stanoveny technické požadavky vyplývající z NV č. 21/2003.

Definice OOP: OOP jsou zařízení nebo prostředky, které jsou určeny pro nošení nebo užití jednotlivcem pro ochranu před jedním nebo více zdravotními a bezpečnostními riziky.

Rozdělení OOP:

I. kategorie – minimální rizika (nízká či rozpoznatelná rizika ) - jednoduchá konstrukce, nejsou stanoveny certifikace

Př.: Rukavice pro úklid, zahradnické rukavice, rukavice pro manipulaci s horkými předměty do 50 °C

II. kategorie – střední rizika - konstrukce s odpovídajícím střihem, odolností, nezávislé certifikace úředně pověřeným orgánem

Př.: použití tam, kde se vyžaduje dobrá ochrana proti proříznutí, propíchnutí a oděru.

III. kategorie – vysoká rizika – (smrtelné riziko), složité konstrukce určených k ochraně proti smrtelnému nebezpečí nebo proti nebezpečím, která mohou vážně a nevratně poškodit zdraví, testováno a certifikováno úředně oznámeným orgánem, výrobce je povinen používat systém zajišťování kvality

Stránka | 12 Př.: Rukavice pro speciální použití (př. ochrana proti chemickým látkám, ochrana proti mechanickému poškození)

[1]

1.2 Mechanické vlastnosti textilních materiálů

Veškeré oděvní textilie jsou během užívání neustále podrobovány vnějšímu namáhání.

Mechanické vlastnosti v podstatě popisují odezvy materiálů při mechanickém namáhání. K mechanickému namáhání materiálu dochází důsledkem působení vnějších sil. Opakovaným působením těchto sil dochází, resp. může docházet ke změně tvaru - k deformaci materiálu.

Velikost jakékoliv deformace je závislá na:

 Velikosti zatížení

 Rychlosti namáhání

 Době trvání

Nejdůležitějšími mechanickými vlastnostmi textilních materiálů jsou:

 pevnost

 tažnost

 odolnost proti oděru

 trvanlivost

 poddajnost

 mačkavost

 srážlivost

 plstivost

Při zpracování a nošení dochází neustále k namáhání a deformací vláken a materiálu.

Při hodnocení kvality textilního materiálu se vychází z: pevnosti v tahu, pevnosti v ohybu, deformace v tahu, pružnosti a odolnosti v oděru.

Mechanické vlastnosti jsou popisovány ultimativními charakteristikami:

 Pevnost – síla do přetrhu – P [ N ]

 Napětí do přetrhu – σ [Pa]

Stránka | 13

 Protažení do přetrhu - ∆l [mm]

 Tažnost – deformace do přetrhu – ε [%]

 Relativní pevnost – f [N/tex]

 Tržná délka – lT [km]

Při mechanickém namáhání textilie dochází také ke změnám ve struktuře materiálu.

Namáhání můžeme sledovat z pohledu, zda dochází k namáhání do přetrhu nebo v oblastech, kdy nedochází k porušení vláken. Existuje velké spektrum způsobů namáhání, které poskytují informace o mechanických projevech vláken. Vždy se měří odezva na vnější síly, resp. deformace ve zvoleném způsobu namáhání.

Obrázek 1 - Destrukce vláken pod rastrovým elektronovým mikroskopem na levé straně modakrylová podšívka, na pravé straně Nomex tkanina

Nejedná se však jen o fyzikální nebo mechanické vlivy, ale i a chemické vlivy, které na textilie neustále působí, tím mění jejich vzhled, kvalitu, nebo mohou dokonce způsobit jejich částečnou destrukci. Odezvou textilie na toto vnější namáhání je odolnosti textilií. [2,3]

Stránka | 14

1.3 Odolnost textilních materiálů

Odolnost textilií je důležitá vlastnost materiálu, neboť má vliv na trvanlivost výrobku, tedy schopnost co nejdéle odolávat poškození během užívání. Odolnost textilie je odezvou textilie na vnější namáhání.

Rozdělení odolností textilií je následující:

 Oděr - Odolnost proti odření

Odolnost textile proti oděru je stěžejní vlastnost, neboť rozhoduje o trvanlivosti a funkčnosti výrobku. Narušení struktury vlivem oděru může vést ke snížení pevnosti oděvu a ovlivní také jeho vzhled. Nedostatečná odolnost v oděru bývá také důvodem častých reklamací. Je tedy nutné vyrábět takové výrobky, které mají vysokou živostnost a to se neobejde bez použití kvalitních materiálů.

Obrázek 2 - Prodření netkané aramidové textilie

 Odolnost proti tvorbě žmolků – Žmolkovitost

Jedná se o základní užitnou vlastnost textilních materiálů, která určuje vzhled výrobku.

Je proto velmi důležité tuto nežádoucí vlastnost materiálů co nejvíce omezit. Vzhledem ke struktuře jednotlivých vláken a způsobu tvorby plošné textilie nelze tomuto jevu zcela zabránit. U každé plošné textilie se více či méně (záleží na druhu materiálu) objevují na povrchu vyčnívající konce vláken. Tyto konce se při kontaktu s jiným tělesem (nebo při praní) zaplétají či slepují a tím dochází k vytvoření žmolku.

K vytvoření žmolku může také přispět vytahování vlákna z vlákenného svazku při

Stránka | 15 cyklickém namáhání. Tak či onak, k tomuto jevu dochází při jakékoliv manipulaci s materiálem.

Obrázek 3 - Vznik žmolku na modakrylové podšívce

 Zátrhovost - Odolnost proti vytržení nití

K zátrhovosti dochází vlivem zachycení příze o ostrý předmět. Pokud dojde k vytažení nitě, dochází k poškození povrchu a to následně ovlivňuje vzhled textilie. K zátrhovosti dochází především u vazeb, které vykazují velkou pohyblivost nití ve vazných bodech.

Ve všech třech případech dochází vlivem namáhání k uvolnění jednotlivých vláken z vlákenného útvaru a postupně ke ztenčení textilie. To má za následek snižování odolnosti vůči dalšímu opotřebení a snižují se estetické a funkční vlastnosti výrobku. [3]

1.4 Norma ČSN EN 388

Ochranné rukavice proti mechanickému riziku musí být zkoušeny podle příslušného článku ČSN EN 388 (Ochrana proti mechanickému riziku). Dle normy ČSN EN 388 musí zároveň ochranné rukavice vyhovět všem příslušným požadavkům EN 420 (Ochranné rukavice).

Stránka | 16 ČSN EN 388 specifikuje požadavky, zkušební metody a značení ochranných rukavic proti mechanickým rizikům.

Ochranné rukavice proti mechanickým rizikům musí dle normy poskytovat ochranu proti min. jednomu z násl. mechanických rizik:

 Odolnost proti oděru

 Odolnost proti řezu čepelí

 Odolnost proti propíchnutí

 Odolnost proti dalšímu trhání

Tabulka 1 - Úrovně (třídy) provedení dle ČSN EN 388

Zkouška Úroveň

(třída) 1

Úroveň (třída) 2

Úroveň (třída) 3

Úroveň (třída) 4

Úroveň (třída) 5 Odolnost proti oděru (počet cyklů) 100,00 500,00 2000,00 8000,00 -

Odolnost proti řezu (index) 1,20 2,50 5,00 10,00 20,00

Odolnost proti dalšímu trhání (N) 10,00 25,00 50,00 75,00 - Odolnost proti propíchnutí (N) 20,00 60,00 100,00 150,00 -

Rukavice jsou certifikovány v případě, že je výsledná hodnota provedení v minimální úrovni (třídě) 1 nebo vyšší a nejméně v jedné z vlastností (oděr, řez čepelí, další trhání a propíchnutí). Úrovně (třídy) klasifikuje Tabulka č. 1. Odolnosti jsou rozděleny celkem do 5 výkonnostních úrovní. Hodnoty jsou vztaženy pro měření dlaňové části rukavic.

Mechanické vlastnosti rukavic musí být znázorněny piktogramem spolu se čtyřmi čísly tříd provedení. Na obrázku 4 je znázorněn přiklad piktogramu s úrovní provedení, kde odolnost proti oděru dosahuje třídy 3, odolnost proti řezu třídy 1. „0“ znamená, že nebylo dosaženo úrovně 1, nebo že rukavice nebyla testována pro dané vlastnosti z důvodu, že daná zkušební metoda nebyla vhodná pro daný materiál.

[4]

Stránka | 17 Obrázek 4 - Piktogram s úrovní výkonnosti

[4]

Stránka | 18

2 Odolnost textilních materiálů proti oděru a řezu

Textilie jsou během svého užívání neustále vystavovány chemickým nebo fyzikálním vlivům, které mají vliv na konečné vlastnosti, vzhled a funkčnost výrobku. Odezvou na tato namáhání je odolnost textilií. Aby bylo možné lépe pochopit problematiku odolnosti textilií, je nutné zabývat se principy chování materiálů při samotném namáhání.

2.1 Tribologie

Při namáhání různých druhů materiálů je nežádoucím výsledkem takového namáhání opotřebení materiálu. Studium procesu opotřebení se věnuje obor Tribologie (z řeckého τρίβω - třít). Jde o vědecký obor zabývající se procesy tření, opotřebení, mazání – jinak řečeno chováním dotýkajících se povrchů, které jsou ve vzájemném pohybu (či pokusu o pohyb). Tribologický proces charakterizuje chování materiálů, mezi látky a okolí při vzájemném tření, ke kterému dochází v prostoru a čase.

Obrázek 5 - Vzájemné vazby v tribologickém systému

[5]

Tribologický systém je složen ze dvou navzájem pohyblivých povrchů a z jejich okolí.

Velikost a způsob opotřebení, ke kterému mezi komponenty dochází, je ovlivněn použitými materiály, jejich vlastnostmi a vlivem okolního prostředí (teplota, vlhkost, tlak,…). Pokud jsou použity povrchové úpravy materiálů, i ty mají významný vliv na míru opotřebení.

Stránka | 19 Obrázek 6 - Tribologický systém

1) Základní materiál 2) vnější materiál 3) vlivy prostředí 4) materiály použité pro povrchovou úpravu

5) zatěžování 6) pohyb [5]

2.1.1 Tření obecně

Tření je proces, ke kterému dochází při relativním pohybu dvou dotýkajících se povrchů v tribologickém systému. V podstatě se dá tření definovat jako ztráta mechanické energie při vzájemném pohybu dvou dotýkajících se materiálů. Při tzv. „suchém tření“

(tření tuhých těles) je nutné sledovat mechanické a chemické chování dotýkajících se materiálů. Abychom byli schopni toto chování pozorovat, je důležité znát

A. vlastnosti povrchů:

 mechanické vlastnosti

 chemické složení

 velikost povrchů

 tepelné vlastnosti materiálů

B. vztahy, které ovlivňují velikost tření:

 velikost tření není závislá na ploše kontaktu mezi tělesy

 velikost tření není závislá na rychlosti vzájemného pohybu kontaktních těles

 třecí síla závisí na typu materiálu a drsnosti povrchu

Stránka | 20

 velikost třecí síly je přímo úměrná normálové přítlačné síle mezi povrchy v kontaktu

Při každém tření dochází k deformaci vrcholků nerovností a velikost tření ovlivňuje geometrie povrchu. Za ideální povrch, se dá označit povrch, který je zcela rovný.

Kvalitu povrchu je možné hodnotit měřením drsnosti povrchu. Drsnost povrchu je však velmi složitý proces, který měřen pomocí normou daných veličin.

Obrázek 7 - Geometrie povrchu

1- Ideálně rovný povrch, 2 - odchylka tvaru a polohy, 3 - vlnitost povrchu, 4 - drsnost pod mikroskopem, 5 - mikroskopické nerovnosti

2.1.2 Opotřebení obecně

K opotřebení materiálu dochází tehdy, když „zrna“ neboli „pevné částice“ jednoho materiálu obrušují nebo odstraňují materiál z opačného povrchu a to vede k nežádoucí trvalé změně tvaru, velikosti nebo struktury materiálu na povrchu (úbytek materiálu).

Základní rozdělení opotřebení:

 adhezivní, kdy adhezními silami dochází při těsném kontaktu k ulpívání a vytrhání částic materiálu (výsledkem je plastická deformace materiálu a vytvoření mikrospojů, které vznikají chemickou reakcí stykových materiálů)

 abrazivní, kdy dochází k oddělování částic z povrchu jednoho tělesa za působení tvrdého a drsného povrchu druhého tělesa (výsledkem je např. vznik rýhy na povrchu materiálu materiálu)

Stránka | 21 Při cyklickém opotřebování dochází k únavě materiálu. Ta vzniká, pokud je zatížení vyšší než únavová pevnost materiálu. Mez únavy je hodnota mechanického napětí, a dokud není tato hodnota překročena, je možné materiál zatěžovat neomezeným počtem cyklů, aniž by došlo k jeho narušení. K narušení materiálu pak dochází nejprve na povrchu a poté se šíří do podpovrchových oblastí.

Dobrá odolnost proti opotřebení závisí více na množství vynaložené energii do porušení než na houževnatosti materiálu. Materiál by měl být tedy schopen absorbovat uvolněnou energii (energii v tahu, smyku, tlaku a ohybu). [6]

2.2 Oděr materiálu

Ke vzniku oděru materiálů a následně jeho opotřebením dochází třením textilie o různé druhy materiálů:

 Tření textilního materiálu o jiný textilní materiál (př.: ponožka o koberec)

 Tření textilního materiálu o cizí předmět (př.: tření příze o jehlu, tření rukavice při manipulaci s různými předměty)

 Tření mezi vlákny (pronikáním prachu a písku mezi vlákna a jejich postupné řezání – jedná se o velmi pomalý proces – př.: plavky, vlajka,…)

Tření mezi komponenty tkanin (vzniká během používání – vlákna se natahují, ohýbají, což způsobuje přemísťování vláken, k prokluzu, ke tření a narušení).

[5]

Oděr narušuje samotnou soudržnost vláken v přízi tím, že dochází ke smyku těchto vláken. Při tření dochází ve vláknech k tahovému a smykovému napětí a opakováním tohoto napětí dochází k únavě jednotlivých vláken. Toto tzv. vyčerpání vláken snižuje mechanické vlastnosti vláken a příze až dojde k destrukci. Vlákna v koruně příze jsou postupně rozebrána a postupně dojde ke snížení soudržnosti vláken a pevnosti příze.

Třecí síly jsou schopny vlákna přemísťovat ze své polohy ohýbáním, až dojde k prasknutí – tímto pak způsobí samotný oděr.

[6]

Stránka | 22

2.2.1 Mechanismus oděru

Jak už bylo zmíněno, při oděru dochází k deformaci povrchu textilie vlivem tření mezi povrchy. Toto tření má za následek změny struktur vláken a následné přetržení vláken a postupně i příze nebo žmolkovatost. Tření je tedy způsobeno silami vznikajícími na rozhraní mezi dvěma povrchy. Na rozdíl od tření mezi vlákny, které je nezbytné k soudržnosti útvaru, je vysoké tření mezi plochami důvodem k narušení povrchu vláken.

Faktory ovlivňující velikost tření:

 Vlastnosti materiálu – vlastnosti třecích ploch

 Způsobu provázání nití – drsnost povrchu

 Směr tření (po vlákně, proti vláknu – u přírodních vláken)

 Měrný tlak

 Kluzná rychlost

 Teplota

 Způsob odvodu tepla

 Vlhkost - se zvyšujícím obsahem vlhkosti ve vlákně, roste součinitel tření.

 Zatížení - S rostoucím zatížením roste tření. V klidném stavu do sebe nerovnosti

„zapadají, neboli zaklesnou“ a toto spojení se při skluzu povrchu přeruší. Pokud zvýšíme tlak, kontaktních bodů přibude a výsledkem je, že tření roste úměrně tlaku

Uvažujeme-li, že při tření dvou ploch dochází vlivem nerovnosti povrchů k obrušování vrcholků těchto nerovností a tento mechanismus se převede na příklad: povrch textilie a jiný materiál (víme, že textilní materiál je na povrchu drsný) bude na povrchu textilie docházet k plastické deformaci a následně k poškození. Snahou tedy bude vysokému tření předcházet volbou materiálu s minimálními defekty na povrchu. [6]

Obecná teorie tření také předpokládá, že velikost tření není závislá na rychlosti vzájemného pohybu kontaktních těles, je však experimentálně prokázáno, že tření je závislé na ploše kontaktu tělesa, a že velikost tření je na rychlosti závislá. Toto bylo prokázáno u polymerů. Pokud by dle teorie třetí mělo platit, že kinetické tření je menší než statické tření, u vláken z polymerů by s rostoucí rychlostí bylo toto tvrzení neplatné.

[2]

Stránka | 23 Obrázek 8 - Závislost rychlosti na kinetickém tření

[2]

2.3 Faktory ovlivňující odolnost materiálu v oděru

Na textilii působí mnoho různých sil a jednotlivá vlákna jsou tak opakovaně namáhána a deformována. Časem dojde ke zhroucení vnitřní soudržnosti jednotlivých vláken a následně k rozpadu soudržnosti mezi vlákny a tím k narušení povrchu textilie. Na relativní výskyt těchto jevů má značný vliv struktura a geometrie textilií (např.

konstrukce příze či vazba) a to v závislosti na individuálním chování různých vláken.

A. VLASTNOSTI VLÁKNA

Mechanické vlastnosti a rozměry vláken hrají velmi důležitou roli, která ovlivňuje odolnost materiálu v oděru. Rozhodujícími kritérii jsou:

 délka vlákna

 jemnost vlákna

 typ vlákna

Vlákna, která mají vysokou tažnost a elastické zotavení po protažení a mají dobrou schopnost odolávat opakovanému namáhání, mají také schopnost dosahovat dobrých výsledků v odolnosti proti oděru. Nejlepších vlastností obecně dosahují následující materiály:

 nylon

 polyester

 polypropylen

Stránka | 24 Pokud tyto materiály spojíme s přírodními materiály jako je vlna nebo bavlna, odolnost zvýšíme na úkor snížení jiných vlastností. Naopak nejnižších výsledků v odolnosti dosahuje např. viskóza.

Faktory, které mají vliv na soudržnost nití v přízi, je délka vlákna. Délka vlákna rozhoduje o využití pevnosti vláken v přízi. Delší vlákna jsou lépe začleněna do struktury tkaniny a je potřeba daleko větší energie tyto vlákna ze struktury vyčlenit.

Ke zvýšení odolnosti v oděru může také přispět jemnost vlákna. Pokud bude použito při výrobě příze vlákno jemnější, bude nutné zvýšit počet vláken v přízi a tím se zvýší i soudržnost příze. Tedy pro docílení lepší odolnosti v oděru je lepší použít jemnější vlákna a tkaniny a pleteniny vyrobené z kruhových vláken. Kruhová vlákna dosahují lepších výsledků než pleteniny z OE (open-end) nití.

B. VLASTNOSTI PŘÍZE Oděr textilie ovlivňuje:

 struktura příze - všeobecně tenčí příze jsou méně odolné na oděr.

 počet vláken v přízi

 zákrut příze

Zákrut příze by měl být optimální. Pokud je zákrut příliš nízký, vlákna mohou být snadno odstraněna z příze a tím postupně snižovat průměr příze. Naopak při příliš vysokých hodnotách zákrutu, je příze pevná a tužší a je snadnější ji narušit působícím tlakem. Znamená to, že vlákna v přízi jsou zákrutem příliš napnuta a natažena a není potřeba vynaložit takové působení, aby došlo k narušení struktury příze.

 chlupatost příze

Zvýšená chlupatost příze může vést při odírání k masivním ztrátám materiálu, proto je důležité použití materiálu s nižší chlupatostí.

 způsob výroby

Příze, které jsou vyráběné mykanou technologií, poskytují menší odpor než příze vyráběné česáním. Prstencové spředené příze jsou chlupatější, ale více kompaktně strukturované než OE příze. Pokud budeme porovnávat stejné struktury vyrobené z kompaktní příze a prstencové příze, bude kompaktní příze vykazovat vyšší odolnost v oděru. Kompaktní příze má nižší chlupatost a vysokou pevnost, a v rámci struktury drží více při sobě a proto je i větší podíl vláken na plochu, což také snižuje odpor proti posunutí vláken.

Stránka | 25 C. STRUKTURA PLOŠNÉ TEXTILIE A JEJÍ VLASTNOSTI

Vlastnosti tkanin:

 struktura

 tloušťka

 hmotnost

 počet příze (hustota vlákna)

 způsob provázání na jednotku plochy

Velký význam na odolnost tkanin má její vazba. Vazba tkaniny je důležitá jak pro samotnou konstrukci textilie, kdy se vytváří vzor, vzhled a částečně i vlastnosti budoucího materiálu, tak i na samotnou odolnost proti oděru. Nejlepších vlastností dosahuje plátnová vazba tkaniny, jelikož je to pevná, pravidelně se opakující vazba. U keprové vazby je provázání nití volnější a časem může docházet k posuvu nití ve švu vlivem tření. U atlasové vazby je na povrchu tkanina volná a má sklon k posunu nití.

Tato vazba je všeobecně málo odolná (doporučuje se tam, kde se vyžaduje spíše vzhled). Struktura má daleko větší kontaktní plochu a vlivem tření usnadňuje přízi ztratit svůj tvar. Plocha je daleko více vystavena namáhání. U kepru jsou příze daleko více uzamčeny do struktury a opotřebení je rozmístěno rovnoměrněji po celé tkanině.

Vlastnosti pletenin:

Osnovní pletenina je obtížně paratelná, méně roztažná (ovlivněno délkou platinových obloučků), má hladší povrch, je odolnější proti oděru, zkrucování a krčení než zátažné pleteniny.

Vlastnosti netkané textilie:

Odolnost netkaných textilií závisí na mnoha parametrech, včetně:

 vlastnosti vláken

 struktury vláken – závisí na parametrech procesu tvorby vláken - jako je rychlost zvlákňování, tažení za tepla, relaxace napětí

 způsob uložení vláken ve struktuře

 způsob výroby a zpracování

Textilie vyrobené technologií Melt-blown vykazují nižší odolnost v oděru. [6]

Stránka | 26

2.4 Prořez materiálu

Posouváním ostré hrany po textilním materiálu je jedním z nejnebezpečnějších případů, kdy může dojít k poranění, neboť není potřeba vynaložit vysokého působícího zatížení.

Při řezu zatlačuje ostří hrany čepele do materiálu velikostí síly F za účelem porušení materiálu v řezné rovině čepele (v rovině podle níž se čepel pohybuje). V momentě, kdy ostří začne na materiál působit tlakem, začne v ploše materiálu působit tahové a tlakové napětí. Vlákna jsou postupně deformována – stlačováním, protahováním a ohýbáním.

Ve chvíli, kdy ostří dosáhne hloubky, při které nastane řez, dosáhne tahové napětí hodnoty, při níž dojde k porušení materiálu ve směru nejvyššího smykového napětí. Na hraně ostří dosahuje tahové napětí nejvyšší hodnoty a z tohoto důvodu vznikne řez v tomto místě.

Obecně: čím vyšší je síla nutná k prořezání, tím vyšší bude odolnost materiálu

Prořez je ovlivněn

 Tuhostí materiálu

 Třecí sílou

2.4.1 Mechanismus řezu

Pokrok ve vývoji zkušebních metod pro hodnocení odolnosti materiálu je velmi pomalý z důvodu složitosti řezacího jevu. Lepší pochopení „mechanismu řezu“ je zásadním krokem, který může vést k vývoji a zlepšení vysoce odolných textilních materiálů. Aby bylo možné se zabývat výzkumem vhodných materiálů odolných proti řezu, je nutné se nejprve zabývat samotnou mechanikou řezu a mechanikou tření (které při řezu nastává)

Síly působící při řezání Síly potřebné k procesu řezání:

 Normálová síla – v místě kontaktu ostří čepele a materiálu

 Třecí síla – vzniká, když ostří čepele proniká materiálem

 Výsledná řezná síla – výsledný faktor normálové a třecí síly

Stránka | 27 U většiny materiálů může být třecí síla několikanásobně vyšší než normálová síla, tzn., že energie k řezání makromolekulárních řetězců je mnohem menší, než energie rozptýlená při tření. Toto je typické pro některé pryžové materiály.

Obrázek 9 - Metoda testování řezu dle normy ČSN EN 388

[7]

Řezné síly jsou ovlivněny především materiálem, geometrií řezného nástroje a řeznými podmínkami. Čím je tvrdost materiálu větší (tvrdost = odolnost vůči deformaci) tím vyšší jsou řezné síly. Pokud bude hrana řezného nástroje ostřejší, bude řezná síla nižší.

Velikost řezného odporu mohou ovlivnit vlastnosti jako je modul pružnosti, struktura materiálu a kluzná rychlost.

[8]

Jsou dva typy tření, vznikající při řezání:

 Tření vyvolané působením normálního zatížení, vyvolané na obou stranách čepele

 Posuvné tření vyvolané řezem skrze materiál – k tření dochází na povrchu hrotu čepele

Odolnost proti řezu materiálem, za působení normálové síly a posuvného pohybu řezacího nástroje, je závislá na koeficientu tření. Se zvýšením koeficientu tření se může odolnost zvýšit nebo snížit, v závislosti na:

 tloušťce materiálu

 modulu pružnosti materiálu

 mikrostruktuře materiálu

Celková energie, která je potřeba k provedení řezu, je závislá na 2 složkách:

 základní řezné energii, vznikající při řezu na hraně ostří

Stránka | 28

 ztracené energii, která je rozptýlená do materiálu (vzniká při stlačení matriálu) Na výsledný odpor v řezu materiálem má zvýšení těchto energií zcela opačný efekt (ISO13997)

Odolnost materiálu se zvyšuje v případě, že se zvýší rozptýlená energie. Pokud se však zvýší energie vznikající na hraně ostří, odolnost materiálu se snižuje

Zároveň zvýšením koeficientu tření se zvyšují obě tyto energie a to má vliv na různé výsledky řezání. Při normálním zatížení, kdy ostří vniká do vzorku materiálu, musí smykové napětí vyvolané na vrstvě materiálu, překonat molekulární soudržnost a hysterezní tření (vyvolávající viskoelastické chování).

Vznikají: 2 TŘECÍ PROCESY

 Makroskopické tření vyvolané tlačením ostří na materiál (na obou stranách čepele)

 Kluzné tření vyvolané podél hrotu čepele

Obrázek 10 - Schéma deformace vláken při průniku čepele

Tlak, v důsledku normálního zatížení, je v místě špičky ostří vysoký přesto, že je průměr hrotu čepele velmi malý. Naopak třecí síla je v tomto místě velmi nízká.

Ztracená energie na stranách čepele je mnohem vyšší, než je energie potřebná pro samotný řez materiálem.

Posuvná třecí síla v mikroskopickém měřítku obvykle souvisí s vlivem adheze a hystereze. Např. u elastomerních materiálů jako je kaučuk, který se vyznačuje vysokým modulem pružnosti, se součinitel tření projevuje v deformační a adhezní složce.

Adhezní tření souvisí s přitažlivými silami mezi segmenty makromolekul pryže a třecím

Stránka | 29 povrchem. Deformační tření se projevu jako deformace povrchových segmentů pryže na drsnosti povrchu čepele. Pokud by se mezi dva třecí povrchy vložil elastický film, tření by se potlačilo.

[8,9]

Ke zvýšení odolnosti proti řezu přispívá zvýšení

 hustota materiálu

 použití vysoce pevných materiálů

použití kompozitních přízí (kombinace vysoce výkonných přízí s přízí z nerez oceli nebo laminátu apod.) [9]

2.5 Faktory ovlivňující odolnost materiálu v řezu

Aby rukavice dostatečně odolávaly řezu, jsou většinou vyrobeny z jádrových nití.

Základní nitě jsou vyrobeny obalováním různých přízí kolem vlákna jádra. Každý obal obsahuje faktory, které mají vliv na odolnost proti proříznutí.

Rukavice odolné proti prořezání musí zajistit i požadavky na odolnost v oděru a pevnost v tahu.

Faktory, které je nutné zahrnout do návrhu odolných rukavic:

 Roztažnost – nutná k překonání pohybu materiálu po hraně ostří čepele tak, aby nedošlo ihned k narušení – více odolné jsou PLETENINY, méně vhodné tkaniny

 Valivost – při pohybu čepele po přízi se příze válí – analogie nůž a mrkev.

Pokud se bude mrkev kutálet, nedojde k řezu, ale pokud bude mrkev v klidu, řez nastane.

 Vrstvení – použití laminátů

Ve studii: Development of Textile Laminates for Improved Cut Resistance bylo prokázáno, že např. vrstvená konstrukce složená z Kevlarové textile a otevřené buněčné PU pěny, je velmi vhodná k výrobě materiálů odolných proti rizikům způsobených ostrými předměty. Obecně tedy, vyvinuté pěnové lamináty se zlepšenou odolností a komfortem se doporučují pro aplikace pro výrobu ochranných obleků.

[10]

Stránka | 30

3 Materiály vhodné pro výrobu odolných rukavic

Pro výrobu speciálních oděvů, jako jsou rukavice odolné proti mechanickému riziku, jsou aplikovány technologie mnohem složitější na zpracování než pro běžné oděvní materiály. Pokud se jedná o speciální použití, musí být materiál zvolen tak, aby chránil před možným nebezpečím, přičemž by neměl omezovat pohybovou aktivitu člověka.

Vedle požadavku na ochranu proti poranění musí materiály splňovat i celou řadu dalších vlastností lišících se především dle účelu a způsobu použití. Po vynálezu vysoce výkonných materiálů se zvýšil zájem o výzkum ochranných prostředků nejprve pro armádu a později i pro využití v oblasti bezpečnosti práce. Vysoce výkonná vlákna jsou široce používána všude tam, kde je potřeba vysoké odolnosti. Mezi vysoce výkonné materiály patří např. nylonová vlákna, skleněná vlákna, aramidová vlákna, PBI nebo vysokohustotní polyethyleny, které vynikají vysokou pevností a vysokým modulem pružnosti. Tyto materiály jsou používány pro výrobu osobních ochranných prostředků ve formě vlákna, příze, tkanin nebo kompozitu.

3.1 Vysoce výkonné materiály

Před vynálezem vysoce výkonných materiálů byly použity spíše konvenční způsoby ochrany rukou. Patřili sem např. ocelové drátěné rukavice, kožené rukavice nebo rukavice vyrobené ze slitin (hliníku, mědi,…). Bohužel tento způsob ochrany nebyl většinou dostačující. Výrobky z těchto materiálů byly nepříjemné, snižovaly citlivost (obratnost) a nedostatečně chránili

Struktura vlákna, struktura příze a mechanické vlastnosti – zejména modul pružnosti v tahu, houževnatost a tažnost jsou hlavními ukazateli textilií odolných proti řezu. P- aramidy a HDPE (High Density Polyethylen – PE s vysokou hustotou (0,941- 0,954g/cm³)) se z důvodu vysoce výkonných vláken používají pro ochranu před mechanickými riziky. Odolnost materiálů pak zvyšují speciálně konstruované kompozitní textilie. Oproti běžným kovům z oceli a slitin vynikají maximální pevností při minimální hmotnosti. Většina polymerů je ohebná, pružná a mají textilní vlastnosti.

[10]

Stránka | 31 Vlákna odolná řezu:

HPPE: Vysoce výkonná polyetylénové vlákna - poskytují maximální pevnost při minimální hmotnosti. HPPE je 10 krát odolnější než ocel podle hmotnosti a jsou o 40%

silnější než aramidová vlákny nabízející jemnější alternativu. Např.: kombinace oceli a skla z HPPE a aramidových vláken pomáhají výrazně zvýšit úroveň ochrany proti prořezání.

Aramidová vlákna: Od ostatních syntetických organických vláken se liší vysokým Youngovým modulem v tahu, vyšší tepelnou odolností – dlouhodobě 200-300 °C a většinou vysokou pevností.

Obchodní názvy aramidů: KEVLAR (USA), NOMEX(USA), TWARON (HOL)

m-aramidy (meta-aramidová vlákna) – jedná se o speciální vlákno skupiny meta- aromatických polyamidů. Příkladem jsou vlákna značky Nomex, která jsou rozšířená především díky dobré tepelné odolnosti, elektrické izolační schopnosti a vysoké pevnosti. Vyznačují se vysokou mechanickou odolností proti otěru, odolností proti plísním, významně dlouhodobou tepelnou odolností. Nevzněcují se, neodkapávají, netaví se, a proto jsou použity při výrobě ochranných oděvů proti ohni. I za vysokých teplot si udržují delší dobu mechanickou pevnost. Odolávají vysokým teplotám (až 400°C). Dalším představitelem m-aramidů je KERMEL, který je charakteristický svou pružností. Materiál je složen z kovových vláken nebo z karbonového vlákna s uhlíkovým jádrem. Vyznačují se vysokou odolností v oděru.

p-aramidy (para-aramidová vlákna) – např. KEVLAR (Twaron) : který je 5x odolnější než ocel a poskytuje vysokou pevnost v tahu a tepelnou odolnost – všechny tyto vlastnosti jsou zajištěny dobrou orientovanou tuhou molekulární strukturu.

Aramidová vazba zajišťuje Kevlaru termální stabilitu a para struktura zajišťuje pevnost.

Paraaramidová vlákna se často směsují: (Např. Kevlar a PBI)

PBI (polybenzimidazol): vlákno, které vyniká svou tepelnou odolností. Do ochranných rukavic se používá v kombinaci s aramidovými vlákny – dobře se míchá s jinými vlákny. Zatímco aramidová vlákna poskytují pevnost, vlákna z PBI zajistí nehořlavost.

Vlákna také dobře odolávají působení kyselin i alkálií za studena i za horka.

Spectra: polyethylenové vlákno, které je 10x tvrdší než ocel na jednotku hmotnosti a tak vyniká vysokou odolnost proti proříznutí (i v mokrém stavu).

Taeki5: příze Taeki5, ze sklolaminátu a syntetických vláken, která poskytuje vysokou odolnost proti proříznutí a to, bez snížení hmatové citlivosti.

Stránka | 32 Při hodnocení odporu proti pořezání vycházejí velmi dobře i materiály jako jsou např.

aromatické polyestery, které jsou zhruba 3x odolnější než aramidy a vysoce pevný PE (u těchto polymerů je tato odolnost prakticky stejná).

[11,12]

3.2 Materiálový sendvič rukavic

Pokud se zaměříme na rukavice (určené např. pro armádu, policii nebo hasiče) jako na kompaktní výrobek, který by měl splňovat náročná kritéria v oblasti ochrany rukou, musí vedle hlavního požadavku na ochranu, plnit i funkce vedlejší. Požadavky jsou kladeny především na funkční vlastnosti, pohodlí a komfort. Aby bylo docíleno maximální efektivity, výrobek se vrství. Vhodná rukavice odolná proti mechanickému riziku, které je určená pro hasiče by navíc měla být také vhodná pro zacházení s chemikáliemi, radioaktivními látkami a splňovat ochranu proti ohni a sálavému teplu.

Materiály do sendviče rukavic lze rozdělit do 4 vrstev:

 Ochranná vrstva, vnější – je z tepelně odolných textilních materiálů s nízkou tepelnou vodivostí a zajišťuje ochranu proti konkrétnímu nebezpečí – materiál odolný proti mechanickému poškození, ochrana proti teplu, chemickým látkám,… (např.

přírodní usně, aramidové pleteniny)

 Mezivrstva – zvyšuje vlastnosti vnější vrstvy, zajišťuje ochranu membrány a měla by být žáruvzdorná (např. netkané textilie z aramidových vláken – Nomex, Kevlar, atd.)

 Membrána – reguluje tepotu těla – odolnost proti oděru, vodě, rozpouštědlům;

ochrana proti chemikáliím, bakteriím, ochrana proti proniknutí vody a vodních par (např. polyuretanové membrány PTFE nebo jejich kombinace) – membrána použitá do rukavic bývá vlaminována mezi vnější materiál a podšívku a tvoří tak kompaktní výrobek

Stránka | 33 Obrázek 11 – Třívrstvý laminát

[13]

 Spodní vrstva, podšívka – je v trvalém kontaktu s pokožkou, zajišťuje komfort, má dobré antibakteriální vlastnosti a dobré mechanické vlastnosti (bavlna, podšívka z kevlaru, PES,…)

Aby bylo docíleno optimální ochrany, je nezbytně nutné volit materiály dle místa pokrytí ruky. Pro dlaňovou část rukavic by měly být použity materiály, které vynikají svou pevností, jako jsou pletená para-aramidová vlákna, která mají vysokou odolnost proti prořezání. Přičemž na plochu, která je určená k pokrytí hřbetu ruky by měly být použity materiály pružné z přírodních nebo syntetických organických vláken (jako je např. pletená bavlněná textilie).

Použitím více vrstev však může být snížena pružnost výsledného výrobku a to může vést k omezení mobility a pohodlí uživatele. Rukavice by tedy měly být stále pružné, komfortní a s nízkou hmotností.

3.3 Silikonizace a zátěry

Zátěr nebo elastomer je pružný pevný film nebo vrstva v podobě vhodného polymeru, která je nanesena na povrch textilie nátěrem. Rozlišuji se zátěry na bázi polyuretanu (PU), akrylu, polyvinylchloridu aj. Zpravidla se nanášejí na vnější část materiálů.

Použitím silikonové úpravy na vnější stranu materiálu je dosaženo vysoce účinného a vodoodpudivého efektu. Při tomto technologickém procesu jsou vlákna tkaniny

Stránka | 34 napuštěna silikonem, čímž se tkanina stává mimořádně vodě odpudivou. V kombinaci s PU zátěrem na vnitřní straně tkaniny je tato úprava v současnosti jedním z nejčastějších způsobů ochrany proti pronikání vlhkosti. Důvodem nanášení silikonů je také zvýšení pevnosti, pružnosti a odolnosti proti přetržení.

Vrstva elastomeru může zvýšit odolnost (např. hydroizolace) vůči jiným látkám (jako je např. olej) a současně tak může zvýšit i odolnost vůči opotřebení nebo poškození textilie tím, že zajistí posunutí vláken při manipulaci s předměty nebo při kontaktu s drsným povrchem. Elastomery mají kromě hydroizolace a ochrany textilie proti vnějšímu prostředí také schopnost dosahovat velmi dobrých výsledků v odolnosti proti mechanickým rizikům zejména odolnosti proti propíchnutí nebo roztržení. V této souvislosti je výhodnější používat elastomery z roztoků, které mohou mít lepší mechanické vlastnosti. Elastomer, který vychází z vodné disperze je např. polyuretan.

Způsob, kterým se potahují elastomery z vodné disperze, popisuje mnoho studií. Např.

patent EP0716817 popisuje postupné ponořování textilie do vodné disperze (nedoporučuje se přímé namáčení textilie do vodné disperze, neboť to má za následek snížení pružnosti textilie)

Přesto, že při použití silikonů se zvyšuje pevnost materiálů, je experimentálně ověřeno, že se zároveň zvyšuje i ohybová tuhost. Pokud má být použití silikonů pro výrobu rukavic hodné, musí se jeho množství regulovat s ohledem na snížení ohybové tuhosti, což je u rukavic nežádoucím jevem.

[14]

3.4 Komfort rukavice

Materiály pro výrobu rukavic musí být příjemné, ale i zdravotně nezávadné a hygienické. Ruka je po dobu nošení v trvalém kontaktu s materiálem a tak dochází k neustálému přenášení hmatových smyslů, což má vliv na pocity člověka. U člověka dochází k tzv. psycho - fyzikálnímu vjemu, jenž je stimulovaný povrchovými, mechanickými a tepelnými vlastnosti textilie.

Fyziologické vlastnosti oblečení jsou obvykle hodnoceny za jasně vymezených podmínek. V praxi se však tyto podmínky mohou rychle měnit, což může vést ke změnám vlastností oblečení.

Stránka | 35 Mezi důležité vlastnosti fyziologického komfortu patří:

 Prodyšnost – schopnost textile propouštět vzduch

 Propustnost vodních par – schopnost propouštět vodní páry

 Tepelně izolační vlastnosti – schopnost textilie propouštět a vést teplo

 Nasákavost / vysýchavost – schopnost absorbovat vodu do struktury / odevzdávat do okolí

 Savost - schopnost textilie vázat vodu

 Smáčivost – vodoodpudivost

Voda, vzduch, teplo, všechny tyto klimatické účinky mohou změnit rozsah použití materiálu a ovlivnit zdraví člověka (např.: změna tělesné teploty - podchlazení, přehřátí, apod.).

[15]

Stránka | 36

4 Experimentální část

4.1 Popis a cíl experimentu

Účelem experimentální části bylo zjištění odolnosti zkušebních materiálů proti oděru a prořezu. Na základě výsledků, byly zkušební materiály podrobeny dalšímu testování, které bylo zaměřené na ověření tloušťky materiálu a ohybové tuhosti. Výsledky materiálů byly následně porovnávány. Pro lepší vyhledávání kombinací skladeb byl vytvořen program, který umožňuje výsledky nejen přehledně třídit a kombinovat, ale i vyhledávat výslednou optimální skladbu rukavic dle požadovaných kritérií.

4.2 Zkušební materiály

Pro experiment byly použity textilní materiály, které jsou svými vlastnostmi vhodné pro výrobu ochranných rukavic. Vzorky materiálů poskytla spol. Holík International s.r.o., která se zaměřuje na vývoj a výrobu ochranných obleků pro hasiče, armádu a policii.

Materiály byly navrženy tak, aby bylo jejich použití vhodné pro mechanickou odolnost a zároveň splňovaly ochranu proti ohni. Jelikož jsou rukavice 4-vrstvé - materiály jsou zvoleny s ohledem na účel použití.

V prvním kroku byly materiály rozděleny do 4 vrstev.

4.2.1 Vnější vrstva

Matriály na vrchní části rukavic musí být navrženy tak, aby byly schopny chránit ruku proti nejvyššímu stupni rizika. Materiály vynikají svou pevností a jsou zároveň odolné proti ohni a sálavému teplu. Jako doporučené materiály jsou zvoleny aramidová vlákna, Nomex, Kevlar tkaniny nebo pleteniny, s různými druhy zátěrů. Dále jsou měření podrobeny materiály jako je PBI, Kermel nebo kombinace s PU, Spandex a PES. Pro testování byla také použita kůže, která se všeobecně vyznačuje dobrou odolností proti

Stránka | 37 oděru. Na některé materiály byly použity finální úpravy v podobě nanesení silikonu nebo keramického zátěru.

Tabulka 2 - Materiály určené pro vnější vrstvu Označení

materiálu Název Materiálové složení

1 Para aramid + Vektran složení není k dispozici

2 Nomex pletenina 93% Nomex; 5% Kevlar; 2% Antistatika

3 Nomex pletenina s keram.zátěrem 93% Nomex; 5% Kevlar; 2% Antistatika +keramik 4 Nomex tkanina s keram.zátěrem 75% Nomex; 23% Kevlar; 2% Antistatika+keram.

5 Nomex tkanina 75% Nomex; 23% Kevlar; 2% Antistatika

6 Aramid. pletenina s Si zátěrem složení není k dispozici 7 Aramid. pletenina s Si zátěr., nový složení není k dispozici

8 PBI 58% Paraaramid; 40% PBI; 2% Antistatika

9 Kermel 99% kermel,; 1% Antistatika

18 Oligocen Para aramidová tkanina; Silikon

19 Hliník 100% Para aramid

22 Keramik manžetový Aramid s keram. Zátěrem

23 Amareta umělá kůže

24 Výztuhová Pletenina

Kevlar 16%; Nylon 57,7%; Spandex 8,7%

PU 17,6%

25 Spandex PES; Spandex

4.2.2 Mezivrstva

Další vrstvu tvoří materiály, které zvyšují odolnost ochranné vrstvy a zajišťují ochranu membrány. Tyto materiály musí být vedle vynikající mechanické odolnosti i odolnost proti ohni - materiál musí být žáruvzdorný. Do 2. vrstvy – tzv. mezivrstvy byly zvoleny především materiály z netkané aramidové textilie různých směsí. Např. kombinace meta a para aramidových vláken nebo kombinace Nomex a Kevlar. Materiály jsou zvoleny tak, aby byla jejich gramáž na m² odlišná. Tabulka 3 znázorňuje materiály a jejich složení určené pro 2. vnější vrstvu.

Stránka | 38 Tabulka 3 - Materiály určené pro mezivrstvu

Označení

materiálu Název Materiálové složení

10 Netkaná Aramidová textilie 70g, recyklát Směs meta a para aramid 11 Netkaná Aramidová textilie 130g, recyklát Směs meta a para aramid 12 Netkaná Aramidová textilie 50g originál 50%Nomex; 50%Kevlar 13 Netkaná Aramidová textilie 100g originál 100% Kevlar

4.2.3 Membrána

Vrstva membrány by měla splňovat požadavky na prodyšnost, větru odolnost, vodo- nepropustnost a zároveň propustnost vodních par. Dále plní funkci bariéry proti virům, bakteriím a popř. chemickým látkám. Pro tuto vrstvu byly zvoleny membrány vyrobené z PTFE a PU (Polytetrafluoretylen a Polyuretan). Výhodou těchto materiálů je také, že jsou nehořlavé a ohnivzdorné.

Tabulka 4 - Materiály určené pro vrstvu membrány

4.2.4 Vnitřní vrstva - podšívka

Poslední vrstvu tvoří podšívka, která je v trvalém kontaktu s pokožkou. Vrstvu tvoří materiály, které jsou příjemné na dotek, jsou odolné proti mechanickému poškození, odvádí vlhkost z povrchu pokožky a mají antibakteriální schopnosti. Materiál se nesmí tavit nebo vznítit, proto byly. Zkoušení byly podrobeny materiály jako je bavlna nebo materiály z aramidových vláken jako jsou: Kevlar, Tvaron a Modakryl.

Označení

materiálu Název Materiálové složení

16 Membrána PTFE polytetrafulorethylen

17 Membrána PU P540 PU

Stránka | 39 Tabulka 5 - Materiály určené pro podšívku

Označení

materiálu Název Materiálové složení

20 Bavlněná podšívka 100% Bavlna jednolícním s počes.

21 Modakrylová podšívka 100% Modakryl

14 Aramidová podšívka 100% Kevlar

15 Aramidová podšívka Tournier 70% Para aramid; 30% Tvaron

4.3 Měření odolnosti materiálů proti řezu čepelí

Podstata zkoušky:

Vzorky materiálu jsou řezány kruhovou čepelí až do proniknutí řezné čepele zkušebním vzorkem, přičemž je poprvé zasažen podkladový materiál.

Přípravu vzorků a zkoušení upravuje norma ČSN EN 388 – Ochranné rukavice proti mechanickým rizikům. Tato norma specifikuje požadavky a zkušební metody v odolnosti proti prořezu.

Definice: Ochranná rukavice odolná proti mechanickým rizikům je rukavice, která splňuje min. provedení v úrovni (třídě) 1.

Tabulka 6 - Třídy provedení pro odolnost proti řezu

Zkouška Úroveň

(třída) 1

Úroveň (třída) 2

Úroveň (třída) 3

Úroveň (třída) 4

Úroveň (třída) 5

Odolnost proti řezu (index) 1,20 2,50 5,00 10,00 20,00

Odběr zkušebních těles a kondicionování Podmínky pro kondicionování zkušebních těles.:

 Teplota vzduchu 23ᵒC (+/- 2ᵒC)

 Relativní vlhkost vzduchu 50% (+/- 5%)

Dle normy, musí být pro účely klasifikace odebrán testovací vzorek z dlaňové části rukavic.

[4]

Stránka | 40

4.3.1 Realizace experimentálního zařízení

Aby bylo vůbec možné podrobit zkušební vzorky měření v odolnosti, bylo nejprve nutné sestavit takové zařízení, které by měření umožnilo. Na obr. 14 je schéma zařízení pro měření odolnosti proti řezu čepelí, pomocí kterého se zařízení konstruovalo. Důraz byl především kladen na aplikovatelnost měření. Požadované zařízení bylo po navržení a sestavení odzkoušeno v reálných provozních podmínkách v laboratorních prostorách KNT (Katedra netkaných textilií). Za návrhem a realizací zařízení stojí vedoucí této práce – Ing. Ondřej Novák, Ph.D.

Obrázek 12 – Schéma zařízení pro měření odolnosti proti řezu

ZKUŠEBNÍ ZAŘÍZENÍ sestává z:

a. Zkušebního stolu, z ocelové konstrukce, který umožňuje střídavý horizontální pohyb. Ovládání stolu je v jednoduchém provedení. Obsluha ovládá pohyb manuálně

Stránka | 41 střídavě ve dvou směrech a délce 50mm. Zařízení je sestaveno tak, aby se čepel při pohybu posouvala po vzorku materiálu při stanoveném zatížení.

b. Řezací čepel je umístěná ve spodní části vodící dřevěné tyče, přičemž tlak působící na čepel je stanoven normou na 5 N. Pro docílení odpovídající síly, muselo být rameno zatíženo závažím, jak znázorňuje obrázek 17.

Obrázek 13 – Specifikace kruhové čepele

c. Velikost působícího tlaku je kontrolována pomocí počítačem podporovaném tlakovém snímači sil.

d. Kruhová řezací čepel - norma stanovuje použití řezací čepele z wolframové oceli kruhovitého tvaru o průměru 45mm a tloušťce 3mm. Na obrázku 16 je znázorněna použitá a normou doporučená čepel OLFA RB 45-1.

Obrázek 14 - Rotační čepele OLFA RB 45-1

e. Držák zkušebního vzorku – jedná se o kovový stahovací rámeček, díky kterému je zajištěn materiál proti nežádoucímu prokluzu. V každém rohu rámečku je materiál na

Stránka | 42 vnitřní části zajištěn ostny, které se při stažení rámu zabodávají do vzorku materiálu a tím zajistí stabilitu vzorku během měření.

f. Systém ke zjištění okamžiku proříznutí, vč. elektronického měřicího přístroje (multimetr)

Obrázek 15 – Zatížení čepele

Pomocné materiály:

Kontrolní vzorek – Pro zkoušku je stanoven vzorek z bavlněného plátna na střižený na rozměry 100 x 60 mm.

Technické parametry jsou stanoveny normou:

 Tkanina – osnova a útek – bavlna spředená z vláken OE o jemnosti 161 tex.

 Zákrut osnovní a útkové nitě je dvojitý s 280 t/m a jednotlivými vlákny z 500 t/m.

 Hustota osnovy je 18 nití / 1 cm, hustota útku 11 nití / 1 cm

 Zkadeření osnovy 29 %, zkadeření útku 4 %

 Pevnost v tahu ve směru osnovy 1400 N, pevnost v tahu ve směru útku 1000 N

 Plošná hmotnost 540 g/m²

 Tloušťka 1,2 mm

Stránka | 43 Obrázek 16 - Řezací čepel a zkušební materiál

Realizace systému pro zjištění okamžiku proříznutí

Protože samotná pryžová podložka není vodivá, je na ni umístěna hliníková fólie (tloušťky 0,01mm), na kterou je připojen konektor multimetru. Pro detekci vodivého spojení, se druhý konektor multimetru napojí na řezací čepel. Multimetr musí být nastaven na měření elektrického odporu - ohm (Ω). V případě, že dojde k prořezu - doteku čepele s fólií, vznikne vodivé spojení a multimetr vyšle signál.

Obrázek 17 - Upínací zařízení

4.3.2 Postup měření

1. Na pryžovou podložku se položí hliníková fólie, na kterou se položí kontrolní vzorek vystřižený na pásy o rozměrech 60 x 100 mm