PODĚKOVÁNÍ
Ráda bych tímto poděkovala své vedoucí práce paní Ing. Renátě Nemčokové z katedry oděvnictví z Technické univerzity v Liberci za odborné vedení mé diplomové práce a za podnětné rady. Za poskytnuté textilní materiály děkuji společnosti BeManiax. Dále bych chtěla poděkovat své rodině a příteli za podporu během mého studia.
ANOTACE
V teoretické části této práce je popsán princip metody Moisture management tester a základní pojmy týkající se teorie termografie související s experimentálním měřením v rámci diplomové práce. Je zpracována rešerše týkající se transportu vlhkosti textilií a komfortu nošení oděvu. A jsou stručně popsány pleteniny, polyesterová vlákna a sublimační tisk.
V experimentální části je uveden textilní materiál zkoumaný v této práci. Je popsán průběh a výsledky standardizovaného měření vybraných funkčních materiálů pro měření šíření kapalné vlhkosti na přístroji MMT. Stejně tak je popsán průběh a výsledky experimentálního měření šíření kapalné vlhkosti funkčních materiálů pomocí termografické techniky. Výsledky získané z měření jsou diskutovány a porovnány vybrané charakteristiky z daných metod měření a je analyzován vliv sublimačního tisku na transport kapalné vlhkosti u vybraných funkčních materiálů.
KLÍČOVÁ SLOVA:
Šíření kapalné vlhkosti, termovizní technika, funkční materiály, sublimační tisk
ANNOTATION
In theoretical part of this thesis the principal of moisture management tester method is described along with the main terms concerning the thermography theory related to the experimental measurement for the purpose of this diploma thesis. Then the research of moisture transport through fabric and of a wearing comfort is worked out. And briefly presents knittings, polyester fibers and a sublimation printing.
In the experimental part the textile material examined in this thesis is described.
There is a description of process and results of standardized measurement of functional materials selected for moisture spreading measurement on MMT device. It is followed by the description of process and results of experimental measurement of moisture spreading through functional materials with the thermographic technique. The measurement results are then discussed and selected characteristics of presented measurement methods are compared and analyzes the influence of sublimation printing on the liquid moisture transport in selected funciontal materials.
KEY WORDS:
Liquid moistrue transport, thermovision technique, functional materials, sublimation printing
Obsah
PŘEHLED POUŢITÝCH SYMBOLŮ ... 11
Úvod ... 14
REŠERŠNÍ ČÁST ... 15
1. Moisture management tester ... 16
1.1 Princip metody ... 17
1.2 Ukazatelé získané z přístroje MMT ... 18
1.3 Vyuţití přístroje MMT ve světě ... 20
2. Termografie ... 21
2.1 Termogram ... 21
2.2 Infračervené záření ... 22
2.3 Základní princip termografie ... 22
2.4 Vyuţití termografické techniky při stanovení savosti textilií ... 22
2.5 Emisivita ... 23
2.5.1 Určení součinitele emisivity ... 23
2.6 Další vyuţití termografické techniky ... 24
2.7 Zařízení k měření šíření nasákavosti plošné textilie ... 25
3. Savost ... 26
4. Transport vlhkosti a tepla ... 27
4.1 Odvod kapalné vlhkosti z povrchu lidského těla ... 27
4.1.1 Difúze ... 28
4.1.2 Kapilární odvod ... 29
4.1.3 Sorpce ... 29
4.2 Faktory ovlivňující transport vlhkosti ... 30
4.3 Komfort nošení textilií ... 31
4.3.1 Termofyziologický komfort ... 31
4.3.2 Senzorický komfort ... 32
5. Pleteniny ... 33
6. Polyesterová vlákna ... 34
7. Sublimační tisk ... 36
EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST ... 37
8. Zkoumaný materiál ... 37
8.1 Micro ... 39
8.2 Kostičky ... 40
8.3 Mondrian ... 41
8.4 Picowinter ... 42
9. Měření na přístroji Moisture management tester ... 43
9.1 Průběh měření ... 43
9.2 Výsledky měření ... 44
10. Měření pomocí termografické techniky ... 55
10.1 Termovizní kamery ... 55
10.1.1 Termokamera X6540sc ... 55
10.1.2 Termokamera S60 ... 56
10.2 Průběh měření ... 57
10.3 Provedení způsobu měření ... 58
10.4 Zpracování termogramů ... 59
10.4.1 Kalibrace plochy ... 60
10.4.2 Zpracování snímků ... 60
10.5 Výsledky z termovizní techniky ... 61
11. Porovnání metod ... 69
11.1 Další moţnosti porovnání metod ... 70
12. Vliv sublimačního tisku ... 72
Závěr ... 74
SEZNAM POUŢITÉ LITERATURY ... 76
SEZNAM OBRÁZKŮ ... 78
SEZNAM TABULEK ... 79
PŘÍLOHOVÁ ČÁST ... 80
SEZNAM OBRÁZKŮ PŘÍLOHOVÉ ČÁSTI ... 80
SEZNAM TABULEK PŘÍLOHOVÉ ČÁSTI ... 81
11
PŘEHLED POUŢITÝCH SYMBOLŮ
g – gramy
WTT(horní strana) – doba navlhčení horní strany textilie WTB(dolní strana) - doba navlhčení dolní strany textilie U horní – horní strana textilie
U spodní - spodní strana textilie Tan - tangenta
TAR - savost horní strany tkaniny BAR - savost spodní strany tkaniny s – sekunda
MWR horní – maximální rádius navlhčení pro horní stranu textilie MWR spodní - maximální rádius navlhčení pro spodní stranu textilie
TSS (horní strana) – rychlost šíření roztoku textilií pro horní stranu textilie BSS (spodní strana) – rychlost šíření roztoku textilií pro spodní stranu textilie mm – milimetry
i – pořadí kruhu
ti – čas navlhčení i-tého kruhu
Si – rychlost šíření kapaliny tkaninou R – konstanta, poloměr kruhu, vztah (1.1) t – čas
SS – kumulativní rychlost šíření
N – číslo maximálně navlhčeného kruhu
R – schopnost jednosměrného přenosu vlhkosti, vztah (1.3) OMMC – celkový ukazatel managementu vlhkosti
C1, C2 a C3 – hmotnosti bezrozměrných hodnot ndv - bezrozměrná hodnota
12 BARndv – bezrozměrná hodnota savosti
Rndv - bezrozměrná hodnota jednosměrného přenosu kapaliny BSSndv – bezrozměrná hodnota rychlosti šíření
BARmin – minimální savost BARmax – maximální savost
Rmin – minimální schopnost jednosměrného přenosu kapaliny Rmax – maximální schopnost jednosměrného přenosu kapaliny BSSmin – minimální rychlost
BSSmax – maximální rychlost IČ – infračervené
μm – mikrometr mm – milimetr ε – emisivita
°C – stupně Celsia l - litr
h – hodina
m* - vteřinové mnoţství páry kg – kilogram
m2 – metr čtverečný Dp – difúzní koeficient Pa – Pascal
Δpparc/Δx – gradient parciálního tlaku
pWSAT – koncentrace nasycené páry na povrchu lidské pokoţky pWE – parciální tlak aktuální koncentrace vodní páry v okolí prostředí RWP – odpor přenosu vodní páry
h – tloušťka vzduchové mezery
DC – difúzní koeficient vztaţený na koncentraci ξ – faktor tortuosity
13 ε – koeficient porozity, vztah (4.3)
Δ P – kapilární tlak R – poloměr velkých pórů r – poloměr malých pórů γ - povrchové napětí vody cos – cosinus
Θ – kontaktní úhel
pr - zvětšení vnitřního povrchu kapilárních kanálů u malých pórů Θr – kontaktní úhel malých pórů
pR – zvětšení vnitřního povrchu kapilárních kanálů u velkých pórů ΘR – kontaktní úhel velkých pórů
p - zvětšení vnitřního povrchu kapilárních kanálů kPa – kilopascal
μ – koeficient tření m3 – metr krychlový cN – centinewton dtex – decitex cm – centimetr
Q(n) – pozorovaná hodnota v rozsahu souboru n – největší hodnota výběru
- předposlední hodnota v řadě pozorování x1 – nejmenší hodnota výběru
α – hladina významnosti mK – mili Kelvin Hz – Hertz
mRad – mili Radián µl – mikrolitr
14
Úvod
Jak se vyvíjí textilní materiály, vyvíjejí se i metody měření, kterými lze dané vlastnosti analyzovat. Způsobů, jakými lze analyzovat šíření kapalné vlhkosti textilním materiálem, je celá řada. Vyvíjejí se paralelně s vývojem materiálů, mezi které samozřejmě patří i vývoj funkčních textilií. Vzhledem k tomu, ţe jsou kladeny čím dál větší nároky na funkčnost materiálů, musí vlastnosti s tím spjaté, nevyjímaje šíření kapalné vlhkosti, dát vhodně měřit a analyzovat.
Jak jiţ vyplývá z názvu této práce, analýza šíření kapalné vlhkosti textilním materiálem bude podstatou této diplomové práce. Pro tyto účely bylo vybráno standardizované měření na přístroji Moisture management tester pro měření vybraných funkčních materiálů. Jako experimentální měření je pro tuto práci navrţeno měření pomocí termografické techniky na témţe funkčním materiálu. Z toho vyplývá, ţe stěţejním cílem této diplomové práce je navrţení takového měření šíření kapalné vlhkosti materiálem, kterým by bylo moţné rozšířit moţnosti měření. Proto budou v závěrečné části této práce dvě výše zmíněné metody měření vzájemně porovnány.
Jak jiţ bylo zmíněno, měření bude probíhat na textilních materiálech s funkčními vlastnostmi. Tyto materiály jsou vyrobeny z polyesterových vláken s kruhovým průřezem a dalšími stejnými nebo podobnými vlastnostmi, popsanými v textu této práce, a jediné čím se mezi sebou liší, je provázání oček. Je tedy zřejmé, ţe jedním z dalších cílů bude zkoumání vlivu struktury textilního materiálu.
V dnešní době se klade také velký důraz na designe výrobků a jinak tomu není ani u textilního zboţí. Poţadovaného designu je mimo jiné dosahováno barevností resp.
potištěním těchto výrobků. Pro tuto práci se naskytla moţnost prozkoumat a porovnat šíření kapalné vlhkosti na potištěných materiálech. Z toho vyplývá poslední cíl této diplomové práce, a tím je analýza vlivu sublimačního tisku na transport kapalné vlhkosti u vybraných funkčních materiálů.
15
REŠERŠNÍ ČÁST
Jak jiţ vyplívá z úvodu, snahou této práce je vytvořit paralelní metodu šíření kapalné vlhkosti textilním materiálem k metodě měření na přístroji Moisture management tester, a proto je nezbytné tuto metodu objasnit hned z počátku. První kapitola tedy popisuje parametry měřené na tomto přístroji, dále také objasnění principu metody a ukazatelů naměřených na přístroji Moisture management tester.
Další stěţejní částí této práce je měření pomocí termovizní techniky. Tato kapitola je tedy věnována objasnění pojmů, jako jsou termografie a její základní princip, termogram, infračervené záření, emisivita a také popis zařízení k měření šíření nasákavosti plošné textilie. Dále stručná rešerše vyuţití termografie ve světě, co se týče textilu.
Děje ovlivňující šíření kapalné vlhkosti textilním materiálem jsou popsány v dalších dvou kapitolách. Prvním z dějů je savost, která je dějem poměrně známým a je tedy popsána poměrně stručně. Další děj je transport vlhkosti a tepla. Protoţe tento děj je poněkud sloţitější a souvisí s ním také komfort nošení, je tedy na místě ho řádně objasnit.
Jak jiţ je známo z úvodu práce, zkoumaným materiálem jsou zátaţné pleteniny z polyesterových vláken, které jsou v jedné polovině případů potištěny sublimačním tiskem. Další kapitoly rešeršní práce jsou tedy věnovány právě pleteninám, polyesterovým vláknům a stručně také sublimačnímu tisku.
16
1. Moisture management tester
Jednou ze součástí této diplomové práce je proměření zkoumaného materiálu na přístroji Moisture management tester (dále jen MMT), a proto je nutné tento přístroj, jeho princip měření a ukazatele z něj vyvozené řádně objasnit. Výsledky naměřené na tomto přístroji budou dále porovnány s výsledky naměřenými pomocí termovizní techniky. V této kapitole je také uvedeno vyuţití přístroje MMT ve světě.
Přístroj MMT je pouţíván ke zkoušení vlastností managementu vlhkosti u textilií (u tkanin a pletenin). Schopnost managementu vlhkosti je odborný název pro schopnost tkaniny přenášet vlhkost ve více dimenzích. Přístroj měří dynamické šíření vlhkosti v textilních materiálech a je hodnocena:
Savost - tj. doba, při které dojde k pohlcování vlhkosti tkaninou z rubní a lícní strany
Schopnost jednosměrného přenosu vlhkosti- je uvedena jako přenos vlhkosti z rubní strany na lícní
Rychlost šíření/vysychání- rychlost šíření vlhkosti (na rubní a lícní straně). [1]
Obrázek 1 - Přístroj Moisture management tester [1]
Přístroj MMT se skládá z horních a dolních čidel vlhkosti, mezi které je vkládána testovaná textilie. Na horní stranu textilie je aplikováno předem stanovené mnoţství zkušebního roztoku (syntetický pot). Následně je pozorováno šíření roztoku materiálem a to ve třech směrech:
Šíření roztoku směrem k vnějším okrajům na horní straně textilie Přenos roztoku tkaninou z horní strany na spodní
Šíření roztoku směrem k vnějším okrajům na spodní straně textilie
17 Přístroj MMT sleduje, měří a zaznamenává šíření kapaliny u testovaných textilií. Z naměřených hodnot je následně vypočítána charakteristická schopnost managementu vlhkosti testované textilie.
Přístroj MMT dokáţe rozlišit několik typů textilií. Podle několika faktorů jsou textilie rozděleny do sedmi hlavních skupin (viz. příloha 1). [1]
1.1 Princip metody
Zařízení MMT umoţňuje testování distribuce (rozptýlení) kapalné vlhkosti v ploše textilie a skrz textilii na základě změny elektrického odporu textilie.
Vzorek je za určitého tlaku vodorovně drţen horním a dolním senzorem, který se skládá z měděných krouţků. Na povrch textilie je zavedena pomocí tzv. potní ţlázy (Sweat Gland) daná váha (0,15g) předem definovaného roztoku (syntetický pot, AATCC 15). Přístroj zaznamenává změnu elektrického odporu mezi kaţdou dvojicí nejbliţších kovových krouţků samostatně na horních a dolních senzorech. Zvýšením vlhkosti textilie poklesne elektrický odpor mezi jednotlivými krouţky a na jeho základě je zhodnocena distribuce kapalné vlhkosti v ploše textilie a skrz textilii. [2]
Obrázek 2 - Princip měření na přístroji MMT [2]
18 1.2 Ukazatelé získané z přístroje MMT
Přístroj MMT dokáţe naměřit šest ukazatelů, které jsou uvedeny a popsány níţe.
1) Doba navlhčení – WTT (horní strana) a WTB (spodní strana)
WTT a WTB udávají časový interval mezi počátkem vlhčení tkaniny, tedy počátkem testu, a momentem, kdy vodní sloupec celkového objemu vody na horní i spodní straně tkaniny (U horní a U spodní) překročí hodnotu Tan(15°). Dobu navlhčení lze srovnat s hodnotami absorpčního testu uvedenými v AATCC 79. [1]
2) Savost: TAR = savost horní strany tkaniny, BAR = savost spodní strany tkaniny
TAR a BAR vyjadřují průměrnou schopnost tkaniny absorbovat vlhkost z horní i spodní strany za časový úsek provozu čerpadla.
Průměrná savost (%/s) je definována takto:
TAR = Průměrný (VODNÍ SLOUPEC horní) za dobu provozu čerpadla, BAR = Průměrný (VODNÍ SLOUPEC spodní) za dobu provozu čerpadla. [1]
3) Maximální rádius navlhčení: MWR horní a MWR spodní
Maximální rádie navlhčení (MWR horní a MWR spodní) jsou definovány jako maximální rádius navlhčeného kruhu na horní i spodní straně textilie, přičemţ vodní sloupce celkového objemu vody U horní a U spodní jsou vyšší neţ hodnota Tan(15°) na horní i spodní straně textilie. [1]
4) Rychlost šíření roztoku textilií: TSS (horní strana) a BSS (spodní strana) (mm/s)
Rychlost šíření je definována jako kumulativní rychlost šíření roztoku tkaninou od středu po největší rádius navlhčení. Předpokládejme, ţe kruh i (i = 1, 2, 3, 4, 5, 6) se navlhčí v čase ti, tudíţ rychlost šíření kapaliny tkaninou (Si) v kruhu i-1 je podle vztahu (1.1):
Si = = (1.1)
kde konstanta R je poloměr kruhu.
19 Potom kumulativní rychlost šíření (SS) je dle vztahu (1.2):
SS = = (1.2)
kde N je číslo maximálně navlhčeného kruhu. [1]
5) Index kumulativního jednosměrného přenosu kapaliny tkaninou: R
R je definován jako rozdíl kumulativního obsahu vlhkosti mezi dvěma stranami látky podle vztahu (1.3):
R = (Oblast(U spodní) – Oblast(U horní)) / celkový čas zkoušky. (1.3) 6) Celkový ukazatel managementu vlhkosti textilie (OMMC)
Tento ukazatel slouţí pro vyjádření celkové schopnosti tkaniny rozvádět absorbovanou vlhkost a zahrnuje tři výkonové parametry:
(1) Savost spodní stranou textilie: BAR
(2) Schopnost jednosměrného přenosu vlhkosti: R
(3) Rychlost schnutí spodní strany textilie, kterou představuje kumulativní rychlost šíření: BSS.
Celkový ukazatel managementu vlhkosti textilie je definován podle vztahu (1.4):
OMMC = C1 * BARndv + C2* Rndv + C3 * BSSndv (1.4)
kde C1, C2 a C3 jsou hmotnosti bezrozměrných hodnot (ndv = bezrozměrná hodnota):
BARndv, Rndv a BSSndv ukazatelé savosti (BAR), jednosměrného přenosu (R) a rychlosti šíření (BSS).
Zde jsou hodnoty následující: C1 = 0,25, C2 = 0,5 a C3 = 0,25.
*Metodika zpracování bezrozměrných hodnot tří ukazatelů: BAR, R a BSS se řídí podle vztahů (1.5), (1.6) a (1.7):
BARndv = (1.5)
Rndv = (1.6)
20
BARndv = (1.7)
A proto OMMC ϵ [0,1]. [1]
1.3 Vyuţití přístroje MMT ve světě
Přístroj MMT není samozřejmě vyuţíván pouze v laboratořích Technické univerzity v Liberci, ale je součástí zkoumání a studií na jiných univerzitách a institutech jinde ve světě.
Problematikou zjišťování šíření kapalné vlhkosti ve třech směrech v jednom kroku se zabývala studie z roku 2005 publikovaná v Textile Research Journal. V této studii testovali v laboratořích osm sad sportovního oblečení. Výsledky měření z přístroje MMT ukazují, ţe existuje významný rozdíl mezi všemi měřenými indexy mezi tkaninami. I kdyţ byly textilie vybrány ze značkového sportovního oblečení na trhu, management šíření vlhkosti textilií byl velmi odlišný a uvádí se zde konkrétní typy sportovního oblečení a jejich výsledky naměřené na MMT. Dále zde byl uveden vztah pro výpočet celkové schopnosti šíření vlhkosti (OMMC). To vedlo k závěru, ţe měření OMMC na tkaninách můţe být pouţito pro charakterizaci vlhkosti související s komfortem aktivního sportovního oblečení. [2]
Další studií, která vyuţívala přístroje MMT ke zkoumání sportovního oblečení byla studie publikována téţ v Textile Research Journal z roku 2011, autorů Olgy Troynikovské a Wiaha Wardiningsih. V tomto článku byly zkoumány vlastnosti odvodu vlhkosti u pletenin ze směsí vláken vlna/polyester a vlna/bambus určených jako základní vrstva sportovního oblečení. V této práci dospěli k závěru, ţe přístroj MMT sice měří transport kapalné vlhkosti, ale neměří transport vlhkosti v plynné fázi, který také ovlivňuje lidské vnímání komfortu. Tato zkušební metoda sama o sobě nezměří celkové hodnocení komfortu oděvu nebo textilního výrobku, protoţe lidské vnímání komfortu je ovlivněno vlastnostmi transportu vlhkosti, stejně jako ergonomickými a dalšími mechanickými faktory. Přístroj MMT podle této studie nabízí poněkud jen přibliţné výsledky, co se týče komfortních vlastností testovaných textilií. [3]
21
2. Termografie
Další nezbytnou kapitolou k pochopení problematiky, je část zabývající se termografií, právě proto ţe je podstatou metody, která by mohla v budoucnu nahradit právě přístroj MMT. Vyuţití termografické techniky a jeho potenciálu bylo popsáno v práci autorů Vollmera a Möllmanna - Infrared Thermal Imaging z roku 2010, o které se v této práci také zmíníme. Termografie patří k poměrně novému odvětví vyuţívanému v textilním průmyslu potaţmo v oblasti zkoumající šíření kapalné vlhkosti.
Termografie je vědní obor, který zahrnuje metody pro zobrazování teplotních polí na povrchu snímaných těles. Teplotní pole jsou reprezentována energií a hustotou fotonů emitovaných z povrchu snímaného tělesa a jejich vyhodnocení. [4]
Infračervená termografie je i název pro techniku, pomocí které je moţné zobrazit pro lidské oko neviditelné infračervené záření vyzařované z objektů v závislosti na jejich teplotě. Velice efektivním nástrojem nekontaktní IČ termografie je kamera, snímající IČ záření, zvaná termovize. Termovize je termín, patentovaný firmou FLIR, která se zabývá výrobou termovizních kamer. [4]
Termovize je zařízení podobné videokameře. Termovize na rozdíl od videokamery však zobrazuje tepelné vyzařování objektů. Jedná se o zobrazovací systém transformující informaci o rozloţení teploty na povrchu snímaného objektu v infračerveném spektru na obraz viditelný lidským okem. Sofistikovanější IČ kamery mohou nejenom zobrazovat teplotní pole objektů, ale umoţňují i vyhodnocení teploty těchto polí. Výstupem z IČ kamery je termogram. Termogram je teplotní mapa nebo obraz objektu, ve kterém je pomocí stupňů šedi nebo barevného zobrazení vyjádřeno rozloţení vyzařované infračervené energie z povrchu měřeného objektu. [4]
2.1 Termogram
Výsledkem termovizní kamery je infračervený snímek, tzv. termogram (termovizní snímek). Infračervené záření je pro lidské oko neviditelné, a tudíţ jsou termovizní snímky vizualizovány s pouţitím okem viditelných palet. Ty přiřazují barvu různým teplotám, resp.
různému mnoţství tepelného toku. Stejný snímek tak můţeme zobrazit v odlišných barevných paletách a tím zviditelnit či zdůraznit některá jiná místa. Pro termogramy jsou pouţívány standardní palety, jimiţ jsou např. ţelezo, stupně šedi, duha aj. [4]
22 2.2 Infračervené záření
V termografii je vyuţíváno vlnové pásmo infračerveného záření, které je pro lidské oko neviditelná část elektromagnetického spektra projevující se tepelnými účinky. Pásmo infračerveného záření se pohybuje na vlnové délce přibliţně od 0,78 μm do 1mm.
Pásmo IČ záření je rozděleno celkem na čtyři pásma - blízké (near wave IR), střední (middle wave IR), vzdálené (long wave IR) a velmi vzdálené (very long wave IR).
Blízké IČ pásmo o vlnové délce od 0,75 μm do 2 μm. Střední IČ pásmo o vlnové délce 2 μm aţ 5 μm. Vzdálené IČ pásmo vlnové délce od 5 μm do 15 μm. Velmi vzdálené IČ pásmo o vlnové délce 15 μm aţ 1 mm. [4]
2.3 Základní princip termografie
Principem oboru termografie je detekování zářivé energie vyzařované z měřeného tělesa reprezentující teplotní pole na jeho povrchu. Základní měřicí řetězec zahrnuje měřený objekt, okolí měřeného objektu, atmosféry mezi měřeným objektem a měřicím systémem i samotného měřicího systému. Všechny tyto faktory ovlivňují výslednou přesnost měření, neboť vyzařují nebo odráţejí IČ záření. [4]
Obrázek 3 - Základní měřící řetězec termografického měření [4]
2.4 Vyuţití termografické techniky při stanovení savosti textilií
Vyuţitím termografické techniky při stanovování savosti textilií se jiţ zabývala textilní fakulta na univerzitě North Carolina State University. Stanovování probíhalo následovně: jeden konec vzorku textilie byl zajištěn ve svislé poloze, zatímco opačný konec směřoval do nádoby s destilovanou vodou. Sací výška byla měřena v intervalech 1, 5 a 10 minut. Výsledná sací výška byla uváděna v centimetrech. Termovizní kamera zde slouţila k zobrazení sací výšky, která nebyla snadno zjistitelná pouhým okem. [5]
23 2.5 Emisivita
Znalost součinitele emisivity ε je jednou ze základních podmínek při bezkontaktním měření teplot pro správné změření a vyhodnocení teploty. Součinitel emisivity záleţí na materiálu měřeného tělesa, na vlastnostech jeho povrchu, na vlnové délce, na teplotě tělesa a úhlu vyzařování z tělesa. Emisivita objektu je poměr mnoţství záření emitovaného objektem a záření dokonale černého tělesa. Emisivita dokonale černého tělesa je rovna ε = 1,0. Vyzařování většiny běţných materiálů nebo upravených povrchů vykazuje emisivitu přibliţně v rozsahu od ε = 0,1 do ε = 0,95. Součinitel emisivity silně vyleštěného povrchu je niţší neţ ε= 0,1, kdeţto oxidovaný nebo natřený povrch má emisivitu mnohem vyšší. Součinitel emisivity olejových barev se pohybuje nad ε = 0,9, nezávisle na barvě jednotlivých olejových barev. Emisivita lidské pokoţky se pohybuje blízko ε = 1,0. Čisté kovy nepoškozené oxidací jsou extrémním případem skoro naprosté nepropustnosti a vysoké odrazivosti, která se moc nemění v různých vlnových délkách. Emisivita kovů je tedy velmi nízká a zvyšuje se pouze s rostoucí teplotou kovového tělesa. Nekovové předměty mají většinou vysokou emisivitu, která se sniţuje s klesající teplotou. [4] [6]
2.5.1 Určení součinitele emisivity
Existuje několik metod k určení součinitele emisivity ε. Tyto metody jsou pouţívány tehdy, pokud nemáme správnou hodnotu součinitele emisivity k dispozici.
Jednou z metod je kontaktní měření teploty v daném místě či oblasti. Dále je nastavena hodnota zdánlivě odraţené teploty a poté zadávána hodnota emisivity do té doby, neţ je systémem vypočtená teplota shodná s teplotou tělesa změřenou kontaktním způsobem. Způsoby, kterými lze zjistit součinitele emisivity ε:
a) Místo nebo oblast měření je zakryta látkou o známé emisivitě, jako je např. černá barva nebo štítek o známé emisivitě a takto je pomocí termovize bezkontaktně změřena teplota místa či oblasti s tímto zakrytím. Díky tomu je získána hodnota skutečné teploty, jelikoţ teplota v bezprostředním okolí bude stejná jako v místě zakrytí. Tato hodnota je poté pouţita při nastavení zdánlivě se odráţející teploty.
b) U členitých objektů s mnoha elementy se objekt nejprve nahřeje v zahřívacím boxu na jednu teplotu. Po vyjmutí objektu ze zahřívacího boxu je v co moţná nejkratším čase pořízen termogram. Na termogramu jsou zobrazeny jednotlivé elementy objektu spolu s jinými teplotami. Rozdíl teplot není způsoben jinými teplotami,
24 nýbrţ jinými emisivitami jednotlivých elementů. Jelikoţ je známa hodnota skutečné teploty, je při vyhodnocení emisivity pro jednotlivé elementy vyuţito vyhodnocování podle bodu a). [4] [6]
Pro analýzu teploty textilních materiálů pomocí termografické techniky je nutná znalost součinitele emisivity ε. V této práci se bude vycházet z předpokladu, ţe součinitel emisivity je u textilních materiálů 0,96.
2.6 Další vyuţití termografické techniky
Vyuţitím termografické techniky umoţňující kvantitativní a kvalitativní zobrazování celé řady jevů a procesů ve fyzice, technice i průmyslu bylo předmětem práce autorů Vollmera a Möllmanna - Infrared Thermal Imaging z roku 2010. Tato práce dokazuje, ţe termografická technika umoţňuje vizualizaci jevů, které představují rychlý přenos energie, např. v procesech zahrnujících tření, které nemohou být snadno prokazatelné jinými metodami. V této práci byla témata vyuţití termografické techniky libovolně rozdělena do klasických kategorií fyziky, mechaniky, teplené fyziky, elektromagnetismu a optiky, následovaná fyzikou záření jako příklad pro pouţívání termografie v „moderní fyzice“. Práce se zabývala také tepelnými odrazy, detekcí plynů, zateplováním budov, zdroji tepla v elektrických součástkách atd.
Jednou z částí související s touto prací byly teplotní fyzikální jevy, konkrétně tepelná vodivost a přenos tepla. Bylo zde uvedeno, jak lze pomocí termografické techniky sledovat přenos tepla vedením, prouděním a zářením.[7]
Další studií zabývající se vyuţitím termografické techniky v textilu byla studie autorů D. Benerjee, S. K. Chattopadhyaye a S. Tuli z roku 2013 uvedena v Indrian Journal of Fibre & Textile Research. Tato práce na základě informací získaných z výzkumných oborů, rozděluje aplikace infračerveného zobrazování soustředěno do 6 různých oblastí textilního výzkumu. Těmito oblastmi byly zvlákňování syntetických vláken, mechanické vlastnosti a analýza poruch, oděvní komfort, nedestruktivní testování komposit, vývoj produktů a tepelné vlastnosti, přenos tepla a schnutí.
Na základě hodnocení literatury v práci těchto autorů vyplývalo, ţe infračervené zobrazení můţe být velmi uţitečnou technikou při rozdílných aplikacích v textilním výzkumu. Jako příklady uvádí tato práce absorpci/desorpci, vzlínání, vedení vlhkosti, odpařování a kapilární odvádění tekutin z textilie. [8]
25 2.7 Zařízení k měření šíření nasákavosti plošné textilie
Technické řešení se týká způsobu měření nasákavosti textilie za účelem stanovení schopnosti textilních materiálů šířit kapalnou vlhkost z jedné strany textilie (rubu) na druhou stranu textilie (líc). Transport vlhkosti textilií (oděvní vrstvou) je integrální proces pohybu kapalné a plynné vlhkosti. Šíření kapalné vlhkosti v textilii je ovlivněno kapilárními jevy, smáčivostí povrchu textilie (povrchovým napětím), hydrofilností či hydrofóbností vláken.
Cílem je stanovení způsobu měření šíření kapalné vlhkosti na povrchu plošné textilie,na základě smočení povrchu textilie definovaným mnoţstvím zkoušeného roztoku (syntetického potu), např. kapkovou metodou a snímání infračerveného záření vystupujícího z měřeného objektu termografickým systémem. Analýzou termogramu tak lze z informací o generovaném povrchovém teplotním reliéfu získat v návaznosti na obrazovou analýzu informace o ploše a tvarových charakteristikách smáčeného povrchu. Záznam umoţňuje sledovat změny chování probíhajícího děje i v závislosti na čase.
Podstatou způsobu měření je sledovat šíření kapalné vlhkosti plošnou textilií s vyuţitím principu snímání infračerveného záření vystupujícího z měřeného objektu.
Provedení způsobu měření se provádí infračervenou termografickou kamerou za účelem získání termogramu. Povrch textilie je smočen definovaným mnoţstvím zkoušeného roztoku (syntetického potu), kapkovou metodou a jsou zaznamenány termogramy (jednotlivé snímky v daném časovém intervalu, nebo videozáznam). Obrazovou analýzou termogramu se zjistí informace o ploše a tvarových charakteristikách smáčeného povrchu. Hodnocenou zvlhčenou plochu lze definovat těmito tvarovými charakteristikami: kruhovitost objektu, ekvivalentní průměr, maximální a minimální průmět, protaţení a orientace objektu. Získané charakteristiky jsou podkladem pro srovnávací (komparativní) metodu schopnosti šíření kapalné vlhkosti plošnou textilií.
Termografické měření se musí provádět při definovaných podmínkách prostředí (nesmí se měnit faktory ovlivňující generaci a detekci povrchového teplotního reliéfu). [9]
26
3. Savost
Savost vzlínáním je schopnost plošné textilie přijímat vodu nebo jiné kapaliny, které vnikají do struktury plošných textilií působením kapilárních nebo vnějších sil.
Vzlínání je výsledek spontánního smáčení v kapilárním systému, jelikoţ kapilární síly jsou příčinou smáčení. Proces vzlínání se vyskytuje pouze u smáčivých povrchů a to bez ohledu na to, jakého původu jsou samotná vlákna. Vlákna tedy mohou být přírodního i chemického původu. Smáčení je předpokladem pro započetí vzlínání.
Kapalina nemůţe do textilie vzlínat, pokud nesmáčí vlákna v textilii. Ke vzlínání můţe dojít,pouze kdyţ jsou shluky vláken s kapilárními prostory smáčeny kapalinou.[10][11]
Vzlínání nastane, jestliţe je textilie úplně nebo částečně ponořena do kapaliny nebo je v kontaktu s určitým mnoţstvím kapaliny. Poté můţe dojít ke kapilárnímu průniku kapaliny ze zásobníku kapaliny. Kapilární prostory, kam se voda nebo jiné kapaliny dostávají, jsou mezivlákenné oblasti v přízích. Pokud má struktura textilie vysokou hustotou, jsou to i oblasti okolí vazných bodů. V případě, ţe vlákna mají hrubý povrchový reliéf, jsou to i různé prohlubně, záhyby a rýhy v tomto reliéfu. Savost je stanovována zpravidla pomocí takzvané sací výšky. Sací výška je výška hladiny kapaliny v ponořeném prouţku textilie, vertikálně upnutého v rámečku, který svým spodním koncem zasahuje do vody nebo jiné kapaliny. Kapalina vzlíná textilií do takové výšky, kdy je v rovnováze kapilární odvod vody z nádobky a jejím odpařováním z povrchu textilie do okolí. V této vertikální poloze působí proti kapilárním silám také gravitace a například při naklápění prouţku textilie se sací výška zvyšuje. [10][11]
Rychlost vzlínání je závislá především na materiálovém sloţení a struktuře plošné textilie. Vzlínání se rozděluje podle působení vnějších sil. Pokud na kapalinu nepůsobí ţádné vnější síly, tak mluvíme o vzlínání samovolném. O vzlínání nuceném hovoříme tehdy, pokud na kapalinu působí vnější síly. Další kritérium dělení procesu vzlínání je směr vedení kapaliny. Výška hladiny kapaliny v prouţku textilie můţe stoupat, klesat anebo se neměnit. Proces vzlínání lze také dělit podle velikosti objemu zásobníku kapaliny, ze kterého ke vzlínání dochází. Velikost zásobníku kapaliny zpravidla dělíme na konečnou a nekonečnou. Sací výška je udávána v milimetrech za určitý časový úsek. [10][11]
27
4. Transport vlhkosti a tepla
Kromě savosti je při měření šíření kapalné vlhkosti textilním materiálem zúčastněn další děj, a to transport vlhkosti a s tím spojený transport tepla. V této kapitole je popsán odvod kapalné vlhkosti z povrchu lidského těla (difuze, kapilární odvod a sorpce), faktory ovlivňující transport kapalné vlhkosti a s tím spojený komfort nošení a to termofyziologický a senzorický.
Jednotlivé procesy spojené s transportem vlhkosti jsou velice důleţité k návrhu textilií. Oděvy vytvořené z těchto materiálů musí splňovat potřeby uţivatelů. S tepelnou rovnováhou lidského těla je úzce spojen termofyziologický komfort. Je snaha udrţovat konstantní tělesnou teplotu, která je okolo 37˚C (teplota můţe vzrůst, nebo klesnout zhruba o 5 °C). Důleţitou roli hrají v transportu vlhkosti procesy závislé na typu materiálu, atmosférických podmínkách, obsahu vlhkosti v materiálu a na pocení. [12]
Při běţné sportovní aktivitě a při normálních atmosférických podmínkách je teplo odváděno do atmosféry vedením (konvekcí a radiací). V případě větší sportovní aktivity a při vyšších klimatických podmínkách dochází k aktivování potních ţláz a tvorbě kapalného potu. Pokud je pot uvolňován do ovzduší, nese teplo a sniţuje tělesnou teplotu. V případě, ţe během pocení dojde k pomalému přenosu vlhkosti, absolutní a relativní vlhkost je zvýšená a je potlačováno odpařování potu. V případě, ţe se vlhkost hromadí ve vnitřní vrstvě textilie, dochází k sníţení tepelné izolace oděvu a ztrátě tělesného tepla. [12]
Prostřednictvím textilních materiálů se vlhkost přenáší ve formě plynné nebo kapalné. Textilními materiály mohou vodní páry procházet následovně: absorpcí a desorpcí vodních par do vláken, difúzí vodní páry přes vrstvy, přenosem vodních par, řízením prouděním vzduchu a adsorpcí, migrací vodní páry podél povrchu vláken. Vodní pára se šíří ve dvou směrech a to mezi vlákny nebo podél vlákna. [12]
4.1 Odvod kapalné vlhkosti z povrchu lidského těla
Lidský organismus v rámci své termoregulační činnosti produkuje vodu ve formě potu.
Při teplotách kůţe do 34°C uvolňuje lidské tělo do okolí asi 0,03 l.h-1 potu a nad tuto teplotu aţ 0,7 l.h-1. Ochlazovací efekt vznikne pouze při odpaření potu. U volného povrchu kůţe je jedinou podmínkou odparu dostatečný rozdíl parciální tlaků páry. [14]
28 U oblečeného člověka je však situace sloţitější, neboť transport vlhkosti se řídí jinými principy:
difúzí, kapilárně, sorpčně. [14]
4.1.1 Difúze
Difúzní postup vlhkosti z povrchu kůţe přes textilii je realizován prostřednictvím pórů, jeţ svou velikostí a křivolakostí se zúčastňují na kapilárním odvodu. Vlhkost prostupuje textilií ve směru niţšího parciálního tlaku vodní páry. Difuzní odpar jednotlivých oděvních vrstev různých kvalit a druhů (nátělník, košile, podšívka, sako, plášť) se pak sčítá, přičemţ značkou roli hraje i odpor vzduchových mezivrstev. [14]
Vteřinové mnoţství páry m* [kg/m2s] přenášené difuzí vrstvou klidného vzduchu je úměrné difúznímu koeficientu Dp [kg/m.s.Pa] a gradientu parciálního tlaku Δpparc/Δx podle Fickova zákona (4.1):
m* = -DP .Δpparc/ Δx = -DP .(pWSAT – pWE)/h = (pWSAT –pWE)/R, (4.1) kde
RWP=h/ DP nebo RWC=h/DC (4.2)
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 (4.2):
RWP = ξ . h / ε . DP (4.3)
Zvýšení odporu proti přenosu vlhkosti porézními textilní materiály oproti hladině nad volnou mezerou způsobuje klesající koeficient porosity ε < 1 a zvětšující se délka kanálů charakterizovaná faktorem tortuosity ξ > 1. Následně můţe být odpor proti přenosu vodní páry RWF materiálu relativně vysoký. Díky větší porositě mají otevřené materiály, jako např. pleteniny, přirozeně vyšší propustnost vodní páry nebo niţší odpor proti přenosu vodní páry neţ tkaniny. [14]
29 4.1.2 Kapilární odvod
Kapilární odvod potu spočívá v tom, ţe kapalný pot ulpívající na kůţi 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 (charakterizující smáčecí schopnosti této textilie) podle rovnice (4.3):
Δ P = 2γ[(pr – cos Θr /r)-(pR . cos ΘR /R)] (4.4)
Zde termín p představuje zvětšení vnitřního povrchu kapilárních kanálů. Jestliţe bylo dosaţeno nějaké povrchové úpravy vláken, které zvyšují drsnost vláken (jako laserová úprava), kapilární tlak se zvýší a proto takto upravené látky vykazují vyšší knotové vlastnosti. [14]
Pro dosaţení 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 pohyb vlhkosti. Příkladem vláken, kde adhezní síly převyšují síly kapilární, jsou vlákna bavlněná nebo viskózová. [14]
Aby vlhkost přestoupila z pokoţky do v podstatě hydrofobní kontaktní vlákenné vrstvy, musí spolupůsobit vhodná dynamická síla (vytvořená vibracemi oděvu při tělesném pohybu) nebo musí být kontaktní povrch chemicky aktivizován vhodnou povrchově aktivní látkou (smáčedlem). Tato úprava bývá nejčastěji dočasná. Trval úpravy lze dosáhnout např. ozářením povrchu ionizujícími zářením. [14]
4.1.3 Sorpce
Sorpční proces předpokládá nejprve vnik vlhkosti či kapalného potu do neuspořádaných mezimolekulárních oblastí ve struktuře vlákna a následné navázání na hydrofilní skupiny v molekulové struktuře. Tento proces je nejpomalejší a je podmíněn pouţitím textilie alespoň částečně obsahující sorpční vlákna. [14]
Všechny tři výše zmíněné mechanismy se transportu vlhkosti zúčastňují současně. Nejrychlejší mechanismus transportu je kapilární a difúzní, na posledním místě pak způsob sorpční. [14]
30 4.2 Faktory ovlivňující transport vlhkosti
Dalším faktorem majícím vliv na odvod vlhkosti má zakrucování pórů. Závisí to na uspořádání vláken nebo na nesrovnalostech v průměru vlákna. S vyšším zakroucením pórů dochází ke sníţení nasákavosti. Hustota a geometrie pórů textilie se mění v závislosti na struktuře textilie a má vliv na proudění kapaliny. [12]
Za normálních podmínek činí pot u člověka přibliţně 15g/m2 . Při zvyšující se aktivitě či teplotě dochází ke zvýšení aţ na hodnotu 100g/m2. V důsledku hromadění vlhkosti v oděvu dochází ke sníţení tepelné izolace oblečení a toto sníţení se pohybuje uţ od 2% do 8% obsahu vlhkosti. Proto u řady činností, kdy je produkce potu velmi vysoká, je dynamická povrchová vlhkost velmi důleţitým faktorem. Bavlněné materiály jsou vysoce smáčivé, dynamický povrch není velmi dobrý, vytváří se lepkavý pocit ve vysokém stavu pocení. U polyesterových vláken je smáčivost naopak špatná. [12]
V přechodném vlhkém prostředí je vlhkost přepravována skrz textilii v kapalné i plynné formě. Ve studiích pana Barnese a Holcomba bylo zjištěno, ţe k transportu vlhkosti ve vlhkých přechodných podmínkách dochází ve třech různých fázích. Během první fáze se vodní pára difunduje do textilie v důsledku koncentračního gradientu dvěma povrchy. Mezitím kapalná voda se začne transportovat z oblastí s vyšším obsahem tekutin do sušších oblastí. Během druhé fáze je sorpční vlhkost vláken mnohem pomalejší neţ v první fázi, a trvá několik minut či několik hodin v závislosti na přenosu tepla. V třetí fázi se zvyšuje sorpční proces, který je v ustáleném stavu. [12]
Transport vlhkosti přes textilní materiál je spojen nejen s přenosem hmoty, ale rovněţ s přestupem tepla. Během přenosu molekuly vody přes textilní materiály dochází k absorpci vzhledem k jejich chemické povaze a uspořádání. Mnoţství tepla vyrobeného je závislé na savosti materiálu. Jakmile se zvýší teplota na povrchu materiálu, dochází ke sníţení rychlosti přenosu par. Se vzrůstající vlhkostí, roste účinnost přenosu tepla. [12]
Vztah mezi šířením vlhkosti a přenosem tepla je závislý na celé řadě vlastností, jako jsou např. průměr vláken, vodní pára, difúzní koeficient, hustota a sorpčním teplo.
Chladící efekt je spojen s pocením ve chladném prostředí. Při náhlém zvýšení relativní vlhkosti v ovzduší absorbují látky vlhkost a dochází k vytváření tepla. Chladící účinek byl zkoumán S. Smithem, který zjistil, ţe k jeho nástupu dojde v horkém prostředí, zatímco v případě nízkých teplot by mohl mít mrazivý dopad. Zároveň dochází ke
31 sníţení pracovního výkonu, neboť se člověk dostává do stavu podchlazení. Kdyţ vodní pára (pot) přichází do kontaktu s chladnou stěnou (oblečení), sniţuje se tepelná izolace oděvu. [12]
4.3 Komfort nošení textilií
Proto, aby se člověk cítil při aktivitách, ať uţ sportovních či jiných, příjemně, musí oblečení, které má právě na sobě, splňovat určité poţadavky. Mezi tyto poţadavky patří např.: pocit sucha, nepřevládá pocit tepla ani zimy a člověk se zkrátka cítí příjemně a můţe v oděvu setrvat delší dobu. Jak jiţ bylo zmíněno výše, transport vlhkosti a tepla úzce souvisí s termofyziologickým komfortem a s tím i senzorický komfort.
Protoţe textilie, které jsou předmětem zkoumání této diplomové práce, jsou funkční pleteniny, které jsou vyrobeny pro cyklistické účely, předpokládá se, ţe uţivatel těchto cyklistických dresů, bude setrvávat delší dobu v těchto textiliích. Dále by tyto výrobky měly splňovat výše uvedené poţadavky na komfort. V této kapitole je tedy uvedeno, co to je komfort a to konkrétně termofyziologický a senzorický komfort.
Komfort lze definovat jako stav organismu, kdy jsou fyziologické funkce organismu v optimu, a kdy okolí včetně oděvu nevytváří ţádné nepříjemné vjemy vnímané našimi smysly. Subjektivně je tento pocit brán jako pocit pohody. Nepřevládají pocity tepla ani chladu, je moţné v tomto stavu setrvat a pracovat. Komfort je vnímán všemi lidskými smysly kromě chuti, v následujícím pořadí důleţitosti: hmat, zrak, sluch, čich. Při diskomfortu mohou nastat pocity tepla nebo chladu. Pocity tepla se dostavují při větším pracovním zatíţení nebo při působení teplého a vlhkého klimatu.
Pocity chladu se dostavují především jako reakce na nízkou teplotu klimatu nebo nízké pracovní zatíţení. [13]
4.3.1 Termofyziologický komfort
Termofyziologický komfort poskytovaný oděvem lze hodnotit buď pomocí přístrojů, které přesně charakterizují příslušný fyzikální děj, ale bez přímého vztahu k podmínkám platícím v systému pokoţka - oděv - prostředí, nebo lze přenos tepla vlhkosti měřit za podmínek blízkých fyziologickému reţimu lidského těla. Druhý postup v posledních letech převaţuje, neboť umoţňuje hodnotit termofyziologický komfort věrněji neţ metody první skupiny. [13]
32 Termofyziologický komfort oděvů resp. textilií lze pak zjednodušeně charakterizovat pomocí dvou základních parametrů: tepelného a výparného odporu.
Tento druhý parametr má mimořádně důleţitou úlohu při ochlazování těla odpařováním potu z povrchu pokoţky. Úroveň ochlazování závisí především na rozdílu parciálních tlaků vodních par na povrchu pokoţky a ve vnějším prostředí, a dále pak na propustnosti oděvní soustavy pro vodní páry. Místo parametru paropropustnosti můţeme zde pouţít parametr výparný odpor, který u měření simulujících reálné přenosové jevy při nošení oděvu přímo charakterizuje tepelné účinky vnímané pokoţkou vznikající v důsledku odparu potu. Zde je pak potřeba rozlišit celkový výparný odpor oděvu a výparný odpor vrstvy vnějšího přilehlého vzduchu, tzv. mezní vrstvy. Podobně i celkový tepelný odpor oděvu sestává z tepelného odporu vlastního oděvu a tepelného odporu mezní vrstvy. [13]
4.3.2 Senzorický komfort
Senzorický komfort zahrnuje vjemy a pocity člověka při přímém styku pokoţky a první vrstvy oděvu. Pocity vznikající při styku pokoţky a textilie mohou být příjemné, jako pocit měkkosti, splývavosti nebo naopak nepříjemné a dráţdivé, jako je tlak, pocit vlhkosti, škrábání, kousání, píchání, lepení apod. Senzorický komfort lze rozdělit na komfort nošení a na omak. Komfort nošení oděvu zahrnuje:
povrchovou strukturou pouţitých textilií,
vybrané mechanické vlastnostmi ovlivňujícími rozloţení sil a tlaků v oděvním systému,
schopnost textilií absorbovat a transportovat plynnou či kapalnou vlhkost s dopadem na své kontaktní vlastnosti.
V tomto posledním bodě senzorický komfort souvisí s komfortem fyziologickým. [13]
Omak je veličina značně subjektivní a špatně reprodukovatelná zaloţená na vjemech prostřednictvím prstů a dlaně. Při jistém zjednodušení lze omak charakterizovat těmito vlastnostmi:
hladkostí (součinitelem povrchového tření), tuhostí (ohybovou a smykovou),
objemností (lze nahradit stlačitelností), tepelně-kontaktním vjemem. [13]
33
5. Pleteniny
Jak jiţ bylo zmíněno, materiál zkoumaný v této práci jsou právě pleteniny. A proto je na místě tento druh plošné textilie alespoň stručně popsat. Pro výrobu funkčního oblečení se ve většině případů pouţívají právě pleteniny a jinak tomu není ani u textilií vyráběných jako cyklistické dresy. Textilie vyrobené, tak aby slouţily jako cyklistické dresy, jsou předmětem testování v této diplomové práci. Konkrétně se jedná o zátaţné oboulícní dutinné pleteniny.
Pleteniny jsou plošné textilie vyrobené z nití vytvářením a vzájemným proplétáním oček uspořádaných do sloupků a řádků. Způsob provázání nití – vazba – je charakteristickým znakem kaţdé klasické textilie. Vazba určuje vnitřní strukturu textilie, a tím i její vlastnosti a vzhled. Nitě při pletení provazují ta, ţe se provlékají kličky. Vazba pleteniny se vzniká řádek po řádku. Jednotlivá očka řádku se tvojí při zátaţném pletení postupně. [14]
Zátaţná pletenina je vyrobena z příčné soustavy nití. Nit probíhá pleteninou ve směru řádku, celý řádek pleteniny, popř. celá pletenina, můţe být robena z jedné nitě.
Zátaţné pletení se realizuje buď ručně na jehlicích, nebo strojově na pletařských trojích zátaţných. [14]
Pleteniny mají řadu vynikajících vlastností. Typickou vlastností klasických pletenin je vysoká taţnost, která je dána tvarem očka. Tato vlastnost spolu s pruţností a měkkostí zajišťuje příjemné nošení, volnost pohybu a moţnost relativně jednoduchého střihového řešení pletených výrobků. Volná vazební struktura a nízký zákrut pletařských nití dodává pletenině měkkost a dobré hygienické vlastnosti – prodyšnost a nasákavost. Poréznost pleteniny umoţňuje při určité tloušťce dobou hřejivost. Tyto strukturální vlastnosti pleteniny umoţňují pouţívat syntetická, málo navlhavá vlákna s dobrými výsledky i pro výrobu prádla. Nevýhodou pleteniny ve srovnání s odpovídající tkaninou je vyšší plošná hmotnost. Zátaţná oboulícní pletenina obsahuje lícní i rubní sloupky. [14]
34
6. Polyesterová vlákna
Polyesterová vlákna jsou syntetická vlákna, která se hojně vyuţívají pro výrobu funkčních textilií a výjimkou nejsou ani cyklistické dresy. Experiment v této diplomové práci je prováděn právě na textiliích z polyesterových vláken, proto je těmto vláknům věnována celá jedna kapitola.
Polyesterová vlákna je moţné povaţovat za univerzální textilní surovinu. Pouţití polyesterových vláken je téměř ve všech oblastech textilní výroby. Má velmi dobré zpracovatelské vlastnosti, snadno se udrţují, mají vysokou pevnost za sucha i za mokra, velkou odolnost proti oděru, nemačkavost, odolnost proti chemickým vlivům a mají příjemný a plný omak. Polyesterová vlákna se pouţívají pro výrobu oděvních textilií, například jsou vhodné pro výrobu oblekových tkanin a pletenin, spodního prádla a sportovních oděvů. Další vyuţití polyesterových vláken je v bytových textiliích například na potahy nábytku, záclony (vynikající odolnost vůči slunečnímu záření, zejména za sklem, které absorbuje vlnové délky, které odbourávají pevnost vláken) a dekorační textilie. Polyesterová vlákna lze vyuţít i při výrobě technických textilií například zdravotnického materiálu, šicích nití, filtrů, sít a poţárních hadic. [15] [16]
Mezi výhody polyesterových vláken řadíme velmi dobré mechanické vlastnosti.
Odolnost vůči oděru, větší odolnost v oděru mají, uţ jen polyamidová vlákna. Odolnost vůči vysokým teplotám (tepelná odolnost aţ do 200 °C). Velkou výhodou je, také elastické zotavení těchto vláken. Další výhodou je odolnost vůči slunečnímu záření, povětrnostním vlivům i mikroorganismům. Vzhledem, ke své nízké navlhavosti spočívá jejich výhoda ve snadné údrţbě a rychlému schnutí. [15] [16]
Mezi důleţité vlastnosti řadíme navlhavost polyesterových vláken. Vlákna mají velmi vysokou odolnost v oděru a malou navlhavost. Navlhavost polyesterových vláken se pohybuje v rozmezí od 0,3 do 0,4 % za standardních podmínek (teplota 21-23 °C, relativní vlhkost vzduchu 50±10 % a tlak 100 kPa). Výrobky z polyesteru se proto velmi dobře perou a rychle schnou. Nízká navlhavost těchto vláken, však má svojí negativní stránku a tou je, ţe se ve větší míře nabíjejí statickou elektřinou (vlákna mají nízký koeficient tření μ = 0,174, jsou dobrým elektrickým izolantem). Tato negativní vlastnost se odstraňuje pomocí chemické preparace povrchu vláken nebo pouţitím aviváţních prostředků. Velmi dobře odolávají slunečnímu záření, mikroorganismům a hmyzu (jsou zdravotně nezávadné). [15] [16]
35 Nevýhody polyesterových vláken řadíme například sklon k ţmolkovatění pokud není polyester opatřen speciální úpravou, která tomuto neţádoucímu efektu zabraňuje.
Nízká navlhavost způsobuje ve větší míře vznik statického náboje. Polyester má poměrně vysokou měrnou hmotnost pro krystalickou oblast 1515 kg/m3 a pro amorfní oblast 1335 kg/m3. [15] [16]
Velkou výhodou polyesterových vláken, jsou jeho termické vlastnosti.
Polyesterová vlákna mají vysokou tepelnou stálost, odolávají vysokým teplotám do 150
°C, měknout začínají při 230-240 °C. Teplota zeskelnění je mezi 77-80 °C. Začátek krystalizace nastává při teplotách vyšších neţ 90 °C. Teplota tání pro polyesterová vlákna je 256 °C. Při teplotě v rozmezí 120 – 130 °C nedochází k ţádným změnám pevnosti vláken. V případě působení teploty nad 180 °C začíná polyester ztrácet svou pevnost (aţ o 50% i na několik dní). Polyesterová vlákna patří k vláknům hořlavým, která se působením přímého plamene taví a hořící tavenina za vzniku sazí a aromatického zápachu odkapává. [16] [17] [18]
Obecně lze říci, ţe polyesterová vlákna mají velmi dobré mechanické vlastnosti, které jsou závislé zejména na přípravě vláken. Pevnost vláken se pohybuje v rozmezí 3,8 – 7,2 cN/dtex. Taţnost se uvádí v intervalu 50 -70 %. Modul pruţnosti pro polyester je 1300 cN/tex, z toho vyplývá, ţe výrobky budou mít na omak vyšší tuhost. Výhodou polyesterových vláken je elastické zotavení, které se pohybuje mezi 85 – 90%. [17] [18]
Výhodou polyesterových vláken je jejich odolnost vůči většině minerálních kyselin, slabým louhům, alkáliím a většině organických rozpouštědel. Vlákna se mohou rozkládat při vyšších koncentracích nebo za působení vyšších teplot. Rozkládat se mohou například v chloridu měďnatoamonném nebo v koncentrované kyselině sírové.
Ve zředěných kyselinách mají velmi dobrou odolnost, dobrá stálost při působení kyseliny fluorovodíkové i fosforečné. Touto vlastnost se odlišuje polyester od jiných syntetických vláken. [17].
36
7. Sublimační tisk
Jedním z cílů této diplomové práce je také zjištění, zda má vliv na transport kapalné vlhkosti potištění textilie. Textilie, které jsou testovány, jsou potištěny sublimačním tiskem. Sublimační tisk se řadí mezi speciální techniky tisku a jedná se o přenosový tisk, který se uplatňuje právě především v pletařském průmyslu.
Přenosový tisk patří mezi speciální techniky textilního tisku. Jiţ ze samotného názvu vyplývá, ţe jde o techniku tisku, při které se na povrch potiskované textilie přenáší vor speciálním pracovním postupem. Přenosový tisk spočívá v podstatě v přesublimování barviv z papírového nebo jiného nosiče na textilní materiál za současného působení tepla a tlaku. Postup vzorování je následující:
nejdříve se potiskne speciálními barvivy pomocný nosič (papír),
Papír se potištěnou stranou přivede do styku s textilií, které se má tisknout, a to za zvýšené teploty a přítlaku.
Během se termického působení probíhá intenzivní sublimační proces, kdy se barvivo přenese na textilii a současně dojde k jeho fixaci, přičemţ je fixace tak dokonalá, ţe první potištěné textilie je zbytečné. Konečné stálosti závisejí na volbě barviv, textilie a technologických podmínkách přenosu. [19]
Mezi hlavní výhody přenosového tisku patří zejména:
naprostá přesnost, ostrost tisku a opakovatelnost, dokonalá stálost potištěného zboţí,
odpadá klasicky mokry způsob následné úpravy potištěného zboţí, změnu vzoru lze provést během několika minut,
zaškolení personálu v krátké době, malá zastavěnost podlahové plochy, ekonomická výhodnost. [20]
37
EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST
Tato část diplomové práce je zaměřena na zkoumání šíření kapalné vlhkosti textilním materiálem a byla rozdělena do několika částí. Podrobnému rozboru zkoumaného materiálu a především jeho struktury, se věnuje hned první kapitola. Abychom mohli textilie mezi sebou porovnávat, musíme zaručit, ţe se mezi sebou liší pouze v některých, nejlépe pouze v jednom parametru. To se v této práci povedlo. Jediným rozdílem mezi zkoumanými textilními materiály je v provázání oček.
První měření probíhalo na přístroji MMT. Výsledky z tohoto přístroje jsou graficky znázorněny a následně diskutovány. Jinak tomu není ani u experimentálního měření pomocí termovizní techniky. Výstupem z měření pomocí termovizní techniky jsou videa a snímky (termogramy). Tyto výstupy jsou zpracovány pomocí programu Matlab resp. ve skriptu navrţeném přímo pro účely této práce.
Výsledky získané z těchto dvou metod měření jsou mezi sebou porovnány. Jsou porovnány nejen jednotlivé ukazatelé šíření kapalné vlhkosti textilním materiálem, ale jsou mezi sebou porovnány jednotlivé textilie a to jak pro potištěný, tak pro nepotištěný textilní materiál. Dále jsou navrţeny postupy pro porovnání dalších ukazatelů.
V poslední části této práce jsou všechny naměřené výsledky diskutovány. Všechna měření byla provedena v laboratořích Technické univerzity v Liberci. Experiment byl inspirován a navazoval na diplomovou práci slečny Bc. Pouchové z roku 2015 [21].
8. Zkoumaný materiál
Měření probíhalo na čtyřech různých pletených textiliích. Po podrobné analýze těchto textilií, lze říci, ţe se liší pouze způsobem provázání oček a jeden z textilních materiálů byl z rubní strany počesaný, dále uváděný jako zimní úplet. První skupina textilií je nepotištěná. Druhá skupina textilií je stejná jako první skupina s tím rozdílem, ţe textilie jsou potištěné sublimačním tiskem. Jedná se o pleteniny zátaţné oboulícní dutinné. Tyto pleteniny slouţí jako cyklistické dresy, proto se předpokládá, ţe se jedná o funkční textilie. Všechny textilie mají stejné materiálové sloţení, konkrétně polyester.
38 Pro přehlednost jsou obchodní názvy textilií a jejich charakteristiky uvedeny v tabulce č. 1.
Protoţe polyester je syntetické vlákno, lze ho různě tvarovat, proto byly provedeny příčné řezy, ze kterých bylo zjištěno, ţe tvar příčných řezů vláken je u všech zkoumaných textilií stejný. Příčné řezy byly zhotoveny v laboratoři Technické univerzity v Liberci a jejich snímky jsou uvedeny v příloze číslo 2. Jediné, čím se zkoumané textilie liší, je provázání oček. Schéma provázání oček pro jednotlivé zkoumané textilie se nachází u podrobnějšího popisu textilií v kapitolách 8.1 aţ 8.4.
Fyzicky jsou vzorky přiloţeny v příloze č. 11.
Tabulka 1 - Zkoumaný textilní materiál
Obchodní
název Forma
Materiálové složení
Plošná hmotnost
g/m² Vazba
1. Micro nepotištěná a potištěná
100%
polyester 135 zátaţná oboulícní dutinná 2 Kostičky nepotištěná a potištěná
100%
polyester 135 zátaţná oboulícní dutinná 3 Mondrian nepotištěná a potištěná
100%
polyester 135 zátaţná oboulícní dutinná 4 Picowinter nepotištěná a potištěná
100%
polyester 200
zátaţná oboulícní dutinná (z rubu počesaná)
39 8.1 Micro
První zkoumanou textilií je textilie s obchodním názvem Micro. Jednalo se o pleteninu ze stoprocentního polyesteru slouţící jako cyklistický dres a to letní úplet (plošná hmotnost = 135g/m2). Jednalo se stejně jako v dalších případech o zátaţnou oboulícní pleteninu. Konkrétní provázání oček je uvedeno na obrázku č. 5. Pro lepší představu je na obrázku č. 4, uvedena fotografie z obrazové analýzy.
Pro účely této práce byla pouţita varianta potištěné textilie, která měla naprosto stejné parametry jako nepotištěná textilie. Textilie byla potištěna pomocí sublimačního tisku.
Obrázek 4 – Snímek textilie Micro z obrazové analýzy
Obrázek 5 - Schematické znázornění příčného řezu textilie Micro
40 8.2 Kostičky
Druhou zkoumanou textilií s obchodním názvem Kostičky, má naprosto stejné parametry jako výše zmíněné Micro, s rozdílem provázání oček, které je znázorněno na obrázku č. 7. I v tomto případě byla zkoumána textilie v potištěné i nepotištěné variantě.
Obrázek č. 6 představuje fotografii tohoto materiálu z obrazové analýzy.
Obrázek 7 - Schematické znázornění příčného řezu textilie Kostičky Obrázek 6 – Snímek textilie Kostičky z obrazové analýzy
41 8.3 Mondrian
Třetí zkoumanou textilií s obchodním názvem Mondrian, byla jako předešlé dvě textilie, zátaţná oboulícní pletenina ze stoprocentního polyesteru slouţící jako cyklistický dres a nelišící se od ostatních zkoumaných textilií ničím, kromě provázání oček, schematicky naznačeného na obrázku č. 9. Fotografie z obrazové analýzy je uvedena na obrázku č. 8.
K účelům měření byl opět dostupný i vzorek v potištěné formě.
Obrázek 8 – Snímek textilie Mondrian z obrazové analýzy
Obrázek 9 - Schematické znázornění příčného řezu textilie Mondrian
42 8.4 Picowinter
Poslední ze zkoumaných textilií v této práci byl materiál s obchodním názvem Picowinter. S ostatními textiliemi byla shodná ve vazbě a materiálovém sloţení, ale další parametry měl rozdílné. Prvním rozdílem byl účel pouţití a to cyklistický dres pro zimní pouţití. To také vysvětlovalo počesání na rubní straně a vyšší plošnou hmotnost (200g/ m2). Provázání oček je uvedeno na obrázku č. 11 a fotografie z obrazové analýzy je uvedena na obrázku č. 10.
Obrázek 10 – Snímek textilie Picowinter z obrazové analýzy
Obrázek 11 - Schematické znázornění příčného řezu textilie Picowinter
43
9. Měření na přístroji Moisture management tester
Tato kapitola byla věnována standardizovaným měřením šíření kapalné vlhkosti námi zkoumaného materiálu na přístroji MMT. Měření probíhalo v laboratořích Technické univerzity v Liberci na katedře hodnocení textilií, kde je tento přístroj umístěn. Měření probíhalo ve dvou dnech a řídilo se podle uţivatelského manuálu [1] tohoto přístroje.
Přesný postup měření je uveden v příloze č. 3. Podmínky, za kterých se měřilo, jsou uvedeny v kapitole 9.1. Uţivatelský manuál doporučuje 3 měření pro kaţdý druh textilie, na vzorcích o rozměrech 9x9 cm. Pro tuto práci bylo provedeno pět měření.
Tyto textilie byly před samotným měřením klimatizovány po dobu nejméně 24 hodin při standardních klimatických podmínkách. Měření probíhalo téţ v klimatizované místnosti.
9.1 Průběh měření 1. Měření
Vzorky byly vyprány v ultrazvukové čističce a vyţdímány v odstředivce po dobu 10 minut při 1000 otáček za minutu.
Klimatické podmínky:
Teplota 27,1˚C
Vlhkost vzduchu: 35%
Parametry měření:
Mnoţství potu: 0,21g±0,01g Doba čerpání roztoku: 20s Doba měření: 120s
2. Měření
Vzorky byly vyprány v ultrazvukové čističce a vyţdímány v odstředivce po dobu 10 minut při 1000 otáček za minutu. Parametry měření byly shodné s 1. měřením.
Klimatické podmínky:
Teplota 25,2 ˚C
Vlhkost vzduchu: 31%
