Tkané textilní struktury pro stínidla svítidel
Diplomová práce
Studijníprogram: N3957 – Průmyslové inženýrství Studijníobor: 3901T073 – Produktové inženýrství Autorpráce: Bc. Kristýna Opálková
Vedoucípráce: Ing. Brigita Kolčavová Sirková, Ph.D.
Liberec 2016
Construction of woven lampshade for luminaire
Diploma thesis
Studyprogramme: N3957 – Industrial Engineering Studybranch: 3901T073 – Product Engineering Author: Bc. Kristýna Opálková
Supervisor: Ing. Brigita Kolčavová Sirková, Ph.D.
Liberec 2016
Prohlášení
Byla jsem seznámena s tím, že na mou diplomovou práci se plně vzta- huje zákon č. 121/2000 Sb., o právu autorském, zejména § 60 – školní dílo.
Beru na vědomí, že Technická univerzita v Liberci (TUL) nezasahuje do mých autorských práv užitím mé 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 tom- to 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 mé diplomové práce a konzultantem.
Současně čestně prohlašuji, že tištěná verze práce se shoduje s elek- tronickou verzí, vloženou do IS STAG.
Datum:
Podpis:
Poděkování
Nejprve bych chtěla poděkovat vedoucí mé práce Ing. Brigitě Kolčavové Sirkové, Ph.D.
za její rady, zkušenosti a za to, že jsem mohla zpracovávat toto téma, které mě velice zaujalo. Mé nejdůležitější poděkování patří mé rodině, která mě během celého studia podporovala. Zvlášť chci poděkovat své mamince, za její svatou trpělivost a důvěru, kterou ve mně vkládala. V neposlední řadě patří mé díky všem, kteří se jakkoliv podíleli na této práci a kteří mi pomohli ji zrealizovat a dokončit.
Anotace
Diplomová práce se zaměřuje na návrh konstrukčního řešení pro tkané stínidlo s použitím luminiscenčních vláken. Obsahuje návrhy desénů a kompletní zpracování jednoduché žakárské tkaniny s ohledem na použitý materiál včetně tkaní na žakárském tkacím stroji v laboratořích Katedry textilních technologií TU v Liberci. Vyrobená žakárská tkanina byla použita na výrobu tří svítidel, která zrealizovala firma EZR. Práce se dále zabývá vlivem struktury dezénu na vlastnoti finální tkaniny, zejména objektivním stanovením světelného vyzařování zatkaných luminiscenčních vláken a hodnocení vybraných užitných vlastností.
Klíčová slova
stínidlo, svítidlo, struktura, jednoduchá žakárská tkanina, vzor, luminiscenční vlákna
8
Annotation
This master thesis focuses on a proposal of a structural design of a woven lampshade using luminescent fibers. We have designed a tread pattern and a corresponding production specification for jacquard fabrics with regards to the used material. The weaving was produced on a single Jacquard loom in the laboratories of the Department of Textile Technology University in Liberec. Produced jacquard fabric was used for the production of three prototypes of luminaires, which were assembled by the EZR company. The study also discusses the influence of the tread structure on the properties of the final fabric, especially an objective determination of light emission of contained luminescent fibers and evaluation of selected utility properties.
Key words
lampshade, luminaires, structure, simple jacquard fabrics, pattern, luminescent fibers
9
Obsah
Poděkování ... 6
Anotace ... 7
Klíčová slova ... 7
Annotation ... 8
Key words ... 8
Seznam použitých zkratek a symbolů ... 13
Úvod ... 15
1 Rozdělení svítidel a stínidel ... 16
1.1 Rozdělení ... 16
1.1.1 Účel použití ... 16
1.1.2 Rozložení světleného toku ... 17
1.1.3 Upevnění svítidel ... 18
1.1.4 Materiál ... 19
1.1.5 Tvarové řešení ... 22
1.1.6 Cena ... 23
2 Luminiscence ... 23
2.1 Druhy fotoluminiscence ... 25
2.1.1 Fosforescence ... 25
2.1.2 Fluorescence ... 25
2.2 Fotoluminiscenční textilie ... 26
2.3 Fotoluminiscenční pigmenty ... 27
2.3.1 Fosforescenční pigmenty ... 27
2.3.2 Fluorescenční pigmenty ... 27
3 Žakárské stroje ... 27
3.1 Vzorování jednoduchých žakárských tkanin ... 29
10
4 Geometrie tkaniny ... 31
4.1 Dostava nití pro plátnové vazby ... 31
4.2 Opravný činitel provázanosti ... 33
4.3 Vazba ... 36
4.4 Plošná hmotnost tkaniny ... 36
4.5 Typy strukturálních modelů – pórů ... 38
4.6 Zakrytí a zaplnění tkaniny ... 39
4.7 Porosita ... 41
5 Spektrometrické metody pro snímání luminiscence ... 42
6 Experimentální část ... 45
7 Návrh konstrukčního řešení pro tkané stínidlo ... 45
7.1 Vstupní parametry ... 45
8 Použitý materiál ... 47
8.1 Útek ... 47
8.2 Osnova... 49
9 Návrhy vzorů ... 49
10 Zpracování návrhů ... 52
10.1 Korekce rozměrů ... 53
10.2 Redukce barev ... 54
10.3 Úprava linií ... 54
10.4 Raportování vzoru ... 55
10.5 Oddělení motivů ve vzoru ... 57
10.6 Nahrazení barvy vazbou ... 58
10.7 Vazebná korekce ... 59
10.8 Úprava flotáží ... 60
10.9 Přenos dat ... 62
11
11 Tkaní navržených vzorů ... 63
12 Zhotovení svítidel ... 65
13 Hodnocení užitných vlastností ... 70
13.1 Plošná hmotnost ... 71
13.2 Plošné zakrytí ... 72
14 Strukturální rozbor žakárských tkanin ... 76
15 Objektivní stanovení světleného vyzařování vláken z hlediska použití v tkané struktuře ... 80
15.1 Tvorba vzorků pro měření ... 80
15.2 Měření světelného vyzařování ... 82
15.3 Výsledky měření světelného vyzařování ... 84
15.4Stanovení závislosti světelného vyzařování na strukturálních pórech p4 89 16 Stanovení ceny tkaniny ... 100
Závěr ... 101
Literatura ... 103
Seznam obrázků ... 106
Seznam tabulek ... 108
Seznam příloh ... 110
Příloha č. 1: Zpracování vzoru č. 1 ... 111
Příloha č. 2: Zpracování vzoru č. 2 ... 112
Příloha č. 3: Zpracování vzoru č. 3 ... 119
Příloha č. 4: Hodnoty naměřené plošné hmotnosti ... 124
Příloha č. 5: Hodnoty porosity ... 125
Příloha č. 6: Průměrné hodnoty maximálního relativního vyzařování pro všechny vzory ... 127
Příloha č. 7: Grafy maximálního relativního vyzařování pro vzor 1 ... 129
Příloha č. 8: Grafy maximálního relativního vyzařování pro vzor 2 ... 134
12
Příloha č. 9: Grafy maximálního relativního vyzařování pro vzor 3 ... 139 Příloha č. 10: Grafy maximálního relativního vyzařování pro referenční vzor 145 Příloha č. 11: Grafy maximálního relativního vyzařování pro etalon ... 151 Příloha č. 12: Měřená místa ve vzorech ... 156 Příloha č. 13: Porovnání průměrných experimentálních hodnot I s modelem . 159 Příloha č. 14: Grafické porovnání experimentálních hodnot s modelem pro vzor č. 1 ... 161
Příloha č. 15: Grafické porovnání experimentálních hodnot s modelem pro vzor č. 2 ... 167
Příloha č. 16: Grafické porovnání experimentálních hodnot s modelem pro vzor č. 3 ... 172
Příloha č. 17: Grafické porovnání experimentálních hodnot s modelem pro referenční vzor ... 177
Příloha č. 18: Plošná hmotnost jednotlivých soustav ... 182 Příloha č. 19: Rozhodnutí o udělení stipendia ... 183
13
Seznam použitých zkratek a symbolů
Do [cm-1] dostava osnovy
Du [cm-1] dostava útku
Do max [cm-1] maximální dostava osnovních nití ve tkanině
Dumax [cm-1] maximální dostava útkových nití ve tkanině
Dct max [cm-1] stoprocentně čtvercové dostavy tkanin
Dct [cm-1] skutečné čtvercové dostavy tkanin
pn [-] počet nití
dstr [mm] střední průměr nití ve tkanině
do [mm] průměr osnovní nitě
du [mm] průměr útkové nitě
Amin [mm] minimální rozteč útkových nití ve tkanině Bmin [mm] minimální rozteč osnovních nití ve tkanině
H [%] hustota tkaniny
m [-] vazební exponent
f [-] stupeň provázání tkaniny
fm [-] opravný činitel provázanosti
no [-] počet osnovních nití
nu [-] počet útkových nití
M1 [g/bm-1] hmotnost běžného metru tkaniny
M2 [g/m-2] hmotnost jednoho metru čtverečního tkaniny
štk [cm] šířka tkaniny
Mo [g/m-2] hmotnost osnovní soustavy nití ve tkanině Mu [g/m-2] hmotnost útkové soustavy nití ve tkanině To [tex] jemnost osnovních nití
Tu [tex] jemnost útkových nití
so [%] setkání osnovních nití ve tkanině su [%] setkání útkových nití ve tkanině
m [g] hmotnost zkušebního vzorku
A [cm2] plocha stejného zkoušeného vzorku
Zlo [%] zakrytí osnovy
Zlu [%] zakrytí útku
po [-] rozteč osnovních nití ve tkanině pu [-] rozteč útkových nití ve tkanině
Z [%] celkové zakrytí tkaniny
µ [1] zaplnění tkaniny
Vn [m3] objem nitě
Vt [m3] objem plošné textilie
Ps [%] porosita stanovená z plošného zakrytí
ρ [kg/m3] hustota vláken
Zs [m] skací zákrut
I [-] relativní vyzařování
t [s] čas
14
I1 [-] celková intenzita vyzářeného signálu
bm [m] běžný metr tkaniny
CAD Computer aided design
EAT firma poskytující CAD systém DesignScopeVictor
2D dvoudimenzionální
3D trojdimenzionální
UV Ultrafialové záření
CaF2 Fluorid vápenatý
Ba Barium
Ca Vápník
Sr Stroncium
Zn Zinek
Mg Hořčík
Cd Kadmium
CO bavlna
PL polyester
15
Úvod
Tkané stínidlo jakožto součást svítidla dotváří interiér, může být nenápadné a splynout s okolím nebo může být jedinečné a svým vzhledem změnit atmosféru celé místnosti. Této jedinečnosti lze dosáhnout různými způsoby, jako je volba tvaru, změnou barvy nebo použití nového materiálu, avšak vždy je zde na komerční atraktivitu snaha využití něčeho netradičního.
Hlavní roli při vzniku této diplomové práce hrál zvolený materiál. Jedná se o fosforescenční vlákna, která byla zvolena jako hlavní, netradiční prvek při návrhu celé koncepce práce. Prvním cílem bylo vytvořit tkané funkční svítidlo se stínidlem, využívající právě tato vlákna. Avšak aby mohla stínidla vzniknout, bylo nutné postupovat od základů tvorby tkaniny a začít návrhem konstrukčního řešení pro jednoduchou žakárskou tkaninu s ohledem na fosforescenční vlákna zatkaná v útku a na požadované vlastnosti tkaniny, které souvisí s jejím využitím. Kromě návrhu konstrukčního řešení se práce zabývá návrhy a zpracováním desénů, které jsou dílčími stupni ke vzniku požadovaného výsledku, se snahou co nejlépe využít fosforescenčního efektu. Toto je obsahem první části práce.
Dále se práce zabývá objektivním hodnocením světelného vyzařování z hlediska využití světelně aktivních vláken v tkané struktuře. Jelikož každou tkaninu lze z hlediska struktury popsat pomocí čtyř strukturálních pórů, které se podílí na jejích užitných vlastnostech, byla z tohoto hlediska hodnocena i vlastnost světelného vyzařování tkaniny se zatkanými fosforescenčními vlákny. Druhá část práce proto hodnotí zastoupení strukturálních pórů v jednotlivých tkaninách s různými vzory a na základě toho srovnává míru jimi vyzářeného světelného signálu. Zároveň je tato míra vyzářeného signálu v závislosti na obsahu strukturálních pórů srovnávána s hladkou tkaninou a návinem fosforescenčních vláken. Jakým způsobem se obsah strukturálních pórů ve vzoru podepisuje na míře vyzářeného světelného signálu, kvantifikují navržené modely.
16
1 Rozdělení svítidel a stínidel
Svítidlo je předmět, který nese a chrání světelný zdroj (žárovku, zářivku, svíčku) a potřebné technické prvky (objímku, svorku, vodiče). Pomocí stínidla tlumí a usměrňuje světelný tok žádoucím způsobem, mění rozložení světelného toku zdroje, rozptyluje světlo a někdy mění jeho spektrální složení [1].
1.1 Rozdělení
Svítidla je možné rozčleňovat do nejrůznějších skupin, kdy všechny jednotlivé vlastnosti spolu souvisí a vzájemně se propojují.
1.1.1 Účel použití
Podle účelu použití lze rozlišit tři základní skupiny. Jejich rozlišení je v závislosti na světelném toku v kombinaci s výtvarnou složkou a designem výrobku [1].
Účelová svítidla jsou už podle názvu navržena pro zrakově náročnou práci, kdy jejich hlavním požadavkem je splnění světelně technických vlastností pro osvětlování.
Zde se klade hlavní důraz na účinnost svítidla, nikoliv na jeho výtvarnou a estetickou stránku.
Bytová svítidla rovnoměrně zastupují obě složky, funkci účelnou – osvětlovací a funkci dekorativní. Tato svítidla svým vzhledem přispívají k navození příjemného prostředí v místnosti, kdy mohou být použita jako výrazný designový prvek a zároveň splňují vhodné světelné vlastnosti.
Ozdobná, dekorativní svítidla mají hlavní funkci výtvarnou. Jsou samy o sobě uměleckým dílem, kde působení světla je jen další z estetických vlastností, kterou tato světla využívají. Ovšem i takto orientovaná svítidla musí respektovat zásady zrakové pohody při jejich rozsvícení. Nejsou doporučována jako hlavní osvětlení místnosti nebo pracovních prostorů.
17
1.1.2 Rozložení světleného toku
Světelný tok určuje, zda svítidlo rozptyluje světlo do stran nebo je usměrňuje do určitého bodu, to závisí na tvaru stínidla a počtu světelných zdrojů (žárovek). Obecně jsou svítidla rozdělena do pěti skupin, kdy podle zařazené skupiny lze určit, do jakého prostoru a pro jaký účel použití je svítidlo vhodné [1].
Přímá svítidla vysílají většinu světelného toku směrem dolů, tudíž neosvětlují horní část prostoru. Vytvářejí velice výrazné a ostře ohraničené stíny. Jsou doporučována do místností, kde je potřeba dosáhnout větších intenzit osvětlení nebo pro lokální pracovní osvětlení.
Převážně přímá svítidla osvětlují částečně i horní část prostoru a nevznikají tak velké kontrasty přechodů mezi světlem a tmou. Stále jsou ale dostatečně účinná k celkovému osvětlení a pro pracovní prostory.
Světelný tok Smíšených svítidel vyzařuje stejnou intenzitu světla směrem dolů i nahoru. Prostor kolem svítidla je rovnoměrně a měkce osvětlen. Do této kategorie se řadí svítidla potřebná k osvícení celé místnosti, nejsou však vhodná pro vykonávání zrakově namáhavých činností.
Do této skupiny se řadí zvláštní podkategorie a tou jsou svítidla bočně cloněná, kdy má stínidlo podlouhlý rourovitý tvar a světlo vyzařuje v úzkém svazku směrem nahoru a dolů. Tato svítidla jsou převážně volně postavena v prostoru, vystavena pohledu ze strany [1].
Převážně nepřímá svítidla září směrem vzhůru, kdy je výrazně osvětlen strop, zatím co osvětlení místnosti je velice tlumené, vhodné pro odpočinek. Tento typ atmosféry navozují průsvitná stínidla otevřená směrem vzhůru.
Svítidla nepřímá jsou založena na stejném principu jako svítidla převážně nepřímá. Téměř všechen světelný tok směřuje vzhůru a ještě výrazněji osvětluje strop a horní části stěn. Pouze u těchto svítidel nedochází k oslnění zraku při přímém pohledu zespod nebo ze strany.
18
1.1.3 Upevnění svítidel
Z hlediska upevnění svítidel je lze členit do dvou hlavních skupin, podle toho zda jsou připevněna ke stavební konstrukci, a tudíž nepřemístitelná nebo zda jsou volně postavena. Rozdíl mezi těmito dvěma skupinami v praxi není úplně jednoznačný. Mezi typické příklady patří nástěnná svítidla, která nejsou pevně spojena se stěnou, nýbrž visí na háčku nebo skobě a lze je lehce přemístit. Taková svítidla musí mít volný přívod elektrického proudu, jehož délka se řídí předepsanými normami. Pevná svítidla jsou vhodná do místností, kde je osvětlovaný prostor pevně vymezen [1].
Upevnění svítidel ke stavebnímu podkladu se dělí do šesti skupin [1].
Přisazená stropní svítidla
Tato svítidla jsou připevněna přímo ke stropu. Při rozsvícení ozařují stěny do maximální výšky, tím dodávají místnosti opticky vyšší dojem. Hodí se tedy do nižších místností, kdy svým tvarem nijak nezasahují do prostoru.
Závěsná svítidla
Řadí se mezi nejčastější druhy svítidel vyskytujících se v domácnostech pro celkové osvětlení místnosti. Upevněna jsou ke stropu pomocí trubky, šňůry, řetězu nebo jiného závěsu. Výška svítidla je převážně dána požadavkem na nerušené procházení.
Lze je využít i k lokálnímu osvětlení části prostoru, například jídelního stolu. Zde může být závěsná výška nižší, pouze aby zůstal dostatečný prostor pro manipulaci nad stolem.
Nástěnná svítidla
Název už vypovídá, že svítidla jsou připevněna na stěně. Jejich největší výhodou je, že mohou viset zcela samostatně bez podpory nábytku. Využívají se převážně jako lokální osvětlení lůžek, pracovních křesel nebo sedacích koutů, není však výjimkou, že často přispívají k celkovému osvětlení místnosti a navození příjemné atmosféry. Polohu a tvar nástěnného svítidla je vhodné volit v závislosti na prostoru, aby nepřekáželo při vykonávání běžných pohybů (sedání, vstávání).
19
Stojanová svítidla
Jsou typickým příkladem volně postavených, přemístitelných svítidel. Možnost snadného přesouvání svítidla po místnosti a přizpůsobení momentálním požadavkům lze označit jako výhodu. Zároveň však zabírají místo na podlaze podstavcem, který musí být zkonstruován tak, aby se svítidlo lehce nepřevrhlo, a pohyblivým přívodem elektrického proudu. Tato svítidla často zastávají funkci dekorativní, ale mohou být využita k místnímu i celkovému osvětlení.
Stolní svítidla
Stolní svítidla se svou konstrukcí podobají svítidlům stojanovým, mají pohyblivé přívody elektrického proudu a svým podstavcem zabírají místo na stole.
Takové typy stolních svítidel se využívají především k orientačnímu osvětlení, pro osvětlení u toaletního stolku nebo k dekoračním účelům. Pro osvětlení pracovního stolu jsou na stolní svítidla kladeny mnohem větší nároky, především v dosažení intenzivnějšího světelného toku. Také způsob přichycení je přizpůsoben k tomu, aby na stole vznikl co největší prostor.
Vestavěná svítidla
Společným znakem vestavěných svítidel je jejich vestavění do stavební nebo bytové konstrukce. Ta převážně zaujímá funkci stínidla a pomáhá clonit zdroj světla a krýt ho před přímým pohledem. Nejčastěji se lze s těmito svítidly setkat u stropů s podhledem nebo u zavěšených stropů. Dále se dají využít ve skříních, v akváriích nebo vitrínách.
1.1.4 Materiál
Z hlediska materiálu je členění svítidel asi nejrozmanitější. Původně byla svítidla navržena pouze jako nosný prvek světelného zdroje, který ho má chránit před vnějšími vlivy. Postupem času se začaly klást na vzhled a parametry svítidla větší nároky. Především potřeba měnit a tlumit světelný tok a zároveň sjednotit jeho vzhled s interiérem. Podle těchto parametrů se materiály svítidel dělí do dvou hlavních skupin [2]:
20
1) Materiály světelně aktivní 2) Materiály světelně pasivní 1) Světelně aktivní materiály
Tyto materiály přímo ovlivňují světelné parametry a označují se jako stínidla.
Snižují jas, aby neoslňoval při přímém pohledu do svítidla. Mění rozložení světelného toku, který mohou rozptylovat nebo soustřeďovat do užšího svazku, to je dáno především prostupem nebo odrazem světla od stínidla. Mezi další vlastnosti patří změna barvy světelného zdroje a v neposlední řadě design, který je dnes jednou z hlavních podmínek při pořizování [2].
Světelně aktivní materiály se dále dělí podle účelu na [2]:
a) světelně propustné materiály b) světelně odrazné materiály c) světelně pohlcující materiály a) Světelně propustné materiály
Propouštějí většinu světla. Extrémním příkladem je čiré sklo, které nemá žádné stínící vlastnosti, proto musí být oslnění zabráněno jiným způsobem. Dnes už se čiré sklo téměř nepoužívá, daleko častěji se vyskytují skla mléčná nebo různě zabarvená.
Materiál, který sklo v mnohém nahradil, je plast. Taktéž je jeho propustnost světla poměrně velká, navíc dokáže věrně imitovat skleněná stínidla a považuje se za jejich levnější náhražku. Plastová stínidla mohou být sestavena také z tvarovaných dílů, které se pomocí zářezů zasouvají do sebe a vytvářejí tak zajímavější tvarové možnosti.
Jeho výhodou je malá váha a větší odolnost proti rozbití.
Tak jako plastová stínidla nahrazují v mnohém sklo, tak papír nahrazuje plast.
Jejich cena je tak příznivá, že i malá životnost výrobku neodradí zákazníky od jejich zakoupení. Obliba papírových stínidel nejspíš tkví v levné nahraditelnosti a tím i k rychlé změně v interiéru. Mnoho zákazníků může ovlivnit fakt, že recyklovatelnost papíru přispívá k ochraně životního prostředí.
21
Textil je materiál, který na trhu přetrvává stále. Jedná se o široký pojem, který pod sebou skrývá další rozsáhlé členění. Nejde zde pouze o vybrání vzoru nebo tvaru stínidla, ale o zvolení materiálu v kombinaci s jeho dalším zpracováním. Stínidla mohou být zhotovena z přírodních materiálů, jako je bavlna, vlna, len, sisal nebo například juta, ze syntetických materiálů, kde převládá hlavně polyester. Všechny materiály mají svůj charakter, který na vzhledu stínidla má svůj nezanedbatelný podíl. Strukturní řešení společně s použitým materiálem ovlivňuje vzhled povrchu, jestli je hladký, měkký, drsný nebo vystouplý, na trhu se nevyskytují pouze tkaná stínidla, ale i pletená, háčkovaná nebo plstěná. Posledním a nejvýraznějším prvkem je barevnost a vzor. Vzor může být natištěný, vytkaný, vyšitý, vypletený. Použití vhodné techniky nanesení vzoru je ovlivněno všemi předešlými faktory, jako jsou materiál a konstrukce. Výhodou textilního stínidla, nataženého na drátěnou kostru, je jeho lehkost, nevýhodou je jeho nesnadné čištění.
b) Světelně odrazné materiály
Materiály odrážející světlo zastupují ve velké míře kovy. Jejich povrch se musí ze světelně technických i antikorozních důvodů pokrývat vrstvou chromu, niklu, stříbra nebo hliníku [2]. Pro výrobu rozptylně odrazných ploch může sloužit i bíle glazovaná keramika.
c) Světelně pohlcující materiály
Nejvíce pohlcují světlo materiály, které mají co nejtmavší matný povrch. Jelikož se pohlcené světlo mění v teplo, musí být materiály tepelně odolné [2].
2) Světelně pasivní materiály
Světelně pasivní materiály neovlivňují světelné vlastnosti svítidla. Slouží jako nosná část světelného zdroje nebo celého svítidla. Zároveň udržují světelný zdroj v navržené konstrukční vzdálenosti [2]. Mohou být i záměrně použity jako prvky podílející se na výtvarném působení svítidla s funkcí ochrany světelně činných materiálů. Nejpoužívanějšími materiály jsou kovy, konkrétně železo, hliník, měď, mosaz, zinek, chrom, nikl a nerezová ocel, dále sklo, dřevo (proutí), kámen, porcelán, keramika [3] a v dnešní době všudypřítomný plast.
22
Druhé obvyklé hledisko, podle kterého se dělí materiály, je dělení na teplé a studené [3].
Teplé materiály působí více domácky a navozují útulnou atmosféru. Řadí se mezi ně organické přírodní materiály jako je dřevo, proutí, sláma, lýko, textil nebo například keramika.
Zatím co studené materiály kámen, kovy a vysoce leštěné materiály navozují chladný, odtažitý až neosobní pocit. Proto se jich využívá v konferenčních místnostech, kde u pracovníků podporují vzájemný odstup.
1.1.5 Tvarové řešení
S množstvím dostupných a stále se vyvíjejících technologií se výtvarně rozvíjí i tvarové řešení svítidel a hlavně stínidel jakožto nejvíce viditelné části svítidla. Nikde není určena hranice tvarů stínidel. Tvary určují dobové trendy a především designéři, kteří experimentují jak s materiálem, tak s tvarem. Všechny tvary lze zařadit do dvou základních skupin a to na tvary tvrdé a měkké [3].
Tvrdé tvary jsou charakteristické svými výraznými hranami a ostrými rohy.
Jejich použití je vhodné do účelových neosobních a modernizovaných prostorů.
Většinou se objevují ve veřejných budovách, funkčně zařízených kancelářích nebo v designově navržených bytech.
Měkké tvary v interiéru působí stejným dojmem jako teplé materiály. Jsou určeny spíše pro neoficiální účely, kdy navozují vstřícnější atmosféru.
K výtvarnému tvarovému řešení patří i volba souměrnosti a nesouměrnosti.
Lidské podvědomí obvykle podvědomě lépe přijímá souměrnost, jelikož i lidské tělo je podle svislé osy souměrné. Při tvorbě nesouměrného svítidla se obvykle vyžaduje větší důmyslnost při tvarování [3].
23
1.1.6 Cena
Z cenového hlediska se obvykle rozlišují tři základní skupiny [3].
Cenově nejlevnější jsou svítidla s vlastnostmi spotřebního zboží, většinou nevalné kvality s životností pár let ne-li několik měsíců. Ani od designového provedení nelze čekat velké zázraky.
Druhou skupinou jsou svítidla označovaná jako standard, střední cenové skupiny. Zde už lze hledat náznak kvality výrobku a důmyslnějšího designového řešení s použitím kvalitnějších materiálů. Tato svítidla jsou určena k používání po dobu 10 až 20 let a patří mezi nejčastější používaná v domácnostech.
Do poslední skupiny se řadí exkluzivní svítidla s vysokými nároky na výtvarné řešení, svítidlo je samo o sobě uměleckým prvkem. Vysoký standard svítidel je dán hlavně spojením se jménem slavného designéra, použitím zvláštních materiálů a hlavně vyšší cenou, než je průměr.
Podle výzkumů názorů o spokojenosti zákazníků s výrobky jasně vyplynulo, že prvním hodnotícím hlediskem je vzhled svítidla, proto lze vyvodit, že hlavně design určuje konečnou cenu výrobku [3].
2 Luminiscence
Luminiscence je samovolné záření většinou pevných nebo kapalných látek [4].
Pod tím si lze představit vyslání přebytečného elektromagnetického záření látky, která toto záření vysílá nad záření rovnovážné, které je popisováno Planckovým vyzařovacím zákonem. Je zde nutno, aby platilo, že záření bude mít dohasínání podstatně delší, nežli je perioda světelných oscilací. Z tohoto vyplývá, že luminiscence je z termodynamického hlediska nerovnovážné záření [5].
Těleso si recipročně vyměňuje se svým okolím energii pomocí rovnovážného elektromagnetického záření. Při nerovnovážném záření je nutné dodat nějakým způsobem energii, která je navíc oproti té, kterou těleso získá recipročně. Tato získaná
24
energie se v dané látce přemění na luminiscenční světelné záření. Tuto energii lze nazývat excitační nebo také budící [4] (Excitace neboli vybuzení, je fyzikální proces, při kterém dojde k přechodu energetického stavu atomu, molekuly nebo iontu na vyšší energetickou hladinu. K přechodu dochází např. absorpci fotonu nebo tepla [6].).
Způsobem jakým je energie dodávána, je možné dělit luminiscenční děje takto:
fotoluminiscence, elektroluminiscence, chemiluminiscence, bioluminiscence, katodoluminiscence, radioluminiscence, sonoluminiscence, triboluminiscence, termoluminiscence [5].
Elektroluminiscence – vzniká přiložením elektrického pole a průchodu elektrického proudu látkou (např. reklamní panely, nouzové osvětlení) [5].
Chemiluminiscence – dodávaná energie má svůj původ v chemických procesech probíhajících v živé hmotě [8], uvolněné reakční teplo nebo jeho část se vyzáří ve formě světla [5].
Bioluminiscence – podobně jako u chemiluminiscence, dodávaná energie má svůj původ v biologických procesech vznikajících v živé hmotě [7].
Mechanoluminiscence – světlo většinou ve formě krátkých záblesků, které se uvolňují v určitých případech při mechanické deformaci pevných látek [5].
Termoluminiscence – těleso je zchlazeno na nízkou teplotu a následně ozářeno krátkovlnným elektromagnetickým zářením a jeho teplota se postupně zvyšuje, čímž dojde k emisi luminiscenčního záření [5].
Katodoluminiscence – vzniká při dopadu vysokoenergetického (102-103eV) elektronového svazku na stínítko (např. stínítko televizní obrazovky) [5].
Radioluminiscence – vyvolána radioaktivními látkami [7].
Sonoluminiscence - vyvolána dopadem ultrazvuku [7].
Triboluminiscence – vyvolána mechanickou deformací tělesa [7].
Fotoluminiscence – luminiscence vyvolaná elektromagnetickým zářením [8].
Pohlcená energie látkou se přemění na nové záření, které má větší vlnovou délku [9].
25
Podle délky trvání je možné rozdělit fotoluminiscenci na fosforescenci a fluorescenci [8]. Vlnová délka, která zanikne téměř současně s přerušením budícího záření = fluorescence, nebo trvá podstatně déle = fosforescence [9].
2.1 Druhy fotoluminiscence
2.1.1 Fosforescence
Fosforescence trvá řádově déle než 10-2 s, tedy podstatně déle než fluorescence.
Elektrony se po excitaci dostávají do energetických hladin, z nichž se již nemohou snadno vrátit zpět na základní hladinu, do tzv. metastabilního stavu [9].
2.1.2 Fluorescence
Fluorescence je sekundární záření, které se projevuje vyzářením energie během velmi krátké doby (10-9 – 10-6 s). Název fluorescence vyplývá z názvu minerálu fluoritu neboli kazivce (CaF₂), u kterého byl tento jev fluorescence poprvé pozorován. U anorganických sloučenin je tento jev pozorována zřídka. Fluorescenci je tedy možné častěji pozorovat u organických látek, nejčastěji využívanými jsou sloučeniny s obsahem aromatických cyklů [10].
Fluorescence je proces, při němž daný typ atomů pohlcuje záření o určité energii a následně ho vysílá, jako záření o nižší energii. Do různých materiálů se přidávají fluorescentní pigmenty. Atomy těchto pigmentů absorbují ultrafialové záření (což je záření krátkovlnné neviditelné lidským okem) a znovu vysílají záření o delší vlnové délce, které už lidské oko zachytí [11]. Každá látka má své charakteristické fluorescenční spektrum. Fluorescenční světlo má různé typy polarizace [12].
26
2.2 Fotoluminiscenční textilie
Fotoluminiscenční textilie – textilie reagující na světlo se řadí do kategorie inteligentních textilií, které v běžném životě získaly své nepostradatelné místo. Tyto textilie jsou schopny reagovat na vnější podmínky, jako jsou světelné, tepelné, mechanické, elektrické a magnetické podněty. Podle míry reakce na určitou změnu je lze rozdělit do tří kategorií [13]:
Pasivní inteligentní textilie (první generace inteligentních textilií) – jsou schopny pouze detekovat změnu vnějšího prostředí a fungují jako čidla na stav okolí [13].
Aktivní inteligentní textilie (druhá generace inteligentních textilií) – obsahují kromě detektorů změn vnějšího prostředí také regulátory, které umožňují, podle názvu, na danou změnu reagovat. Zde se řadí textilie se schopností propouštět nebo pohlcovat vodní páry, měnit barvu, textilie s tvarovou pamětí, fungující jako zásobníky nebo uvolňovače tepla [13].
Super inteligentní textilie (třetí generace inteligentních textilií) – jinak také
„Silně inteligentní textilie“ dokáží vyhodnotit situaci a adekvátně přizpůsobit svou reakci vnějším změnám. Toho jsou schopny díky obsažené jednotce, která funguje jako centrální počítač a ovládá činnost regulátorů. Takto vyvinuté textilní materiály se aplikují např. do oděvů kosmonautů, pilotů a lékařů [13].
Materiály reagující na světlo spadají do skupiny „Aktivních inteligentních textilií“ a jsou schopny reagovat dvojím způsobem podle typu buzení. Tzv. fotochromní textilie po reakci na viditelné nebo UV záření mění pouze svou barvu, zatím co fotoluminiscenční materiály zpět emitují světlo [13].
27
2.3 Fotoluminiscenční pigmenty
2.3.1 Fosforescenční pigmenty
Fosforescenční pigment je látka, která vyzařuje viditelné světlo po té, co je ukončeno samotné ozařování. Základem fosforescenčního pigmentu je luminiscenční základ, který tvoří sulfidy Ba, Ca, Sr, Zn, Mg a Cd a aktivátor – stopová příměs některých kovů jako jsou např. měď, kobalt, zinek, bismut, mangan, zlato a stříbro.
Každý luminiscenční základ má jiné charakteristické zbarvení. Barva světélkování se však mění podle použitého aktivátoru [14]. Nejčastější vyzařovanou barvou je zelená [15].
2.3.2 Fluorescenční pigmenty
Fluorescenční pigment odráží světlo určitých vlnových délek a zároveň světlo, které pohlcuje, z části emituje. Tím se odstíny barev zdají velice brilantní.
Název fluorescenční pigment není tak zcela správný, protože většina těchto látek není pravým pigmentem. Jedná se o tuhý roztok fluorescenčního barviva v transparentní syntetické pryskyřici, kdy finální velikost částic je v rozmezí od 2 do 5 μm. Nejčastěji používaná barviva schopna fluorescence jsou deriváty 4-aminonaftylimidu (žlutá) nebo rhodaminu (červená - modrá). Tyto deriváty se používají jak ve směsích, tak i samostatně pro dosažení nejlepšího výsledku – maximální fluorescence. Koncentrace fluorescenčního pigmentu musí být optimální, neboť neexistuje přímá úměra mezi rostoucí koncentrací fluorescenčního barviva a intenzitou záření Maximální koncentrace fluorescenčního pigmentu by měla být okolo 5% [15].
3 Žakárské stroje
Žakárová výroba tkanin je založena na specifickém ovládání jednotlivých osnovních nití, kdy lze ovládat každou osnovní nit nebo skupinu nití samostatně, nezávisle na ostatních.
28
Zařízení pro tkací stroje sestrojil v 18. století francouzský vynálezce Charles Marie Jacquard. Tento stejnojmenný vynález lze považovat za průlom v textilní výrobě, který umožňuje tvorbu tkanin se složitými vzory o velkých střídách [16].
Jak už bylo napsáno výše, každou osnovní nit lze ovládat zvlášť a to tak, že každá nit je navlečena do nitěnky, ta je následně zavěšena na zdvižné šňůře a navedena v řadnici. Účel řadnice spočívá v zajištění pořadí a rozteče nitěnek. Jedná se o desku s otvory, do nichž jsou vedeny zdvižné šňůry v určitém pořadí a v požadované hustotě.
Uspořádání otvorů kopíruje podélný směr útku v několika řadách, počet řad otvorů tedy odpovídá počtu řad stroje. Řadnice musí obsahovat tolik otvorů, kolik je platin a její číslo je udáváno počtem řádků na 10 cm. Navlékání zdvižných šňůr do řadnice se nazývá řadění. Způsob řadění se obměňuje velice zřídka a je ovlivněno postavením stroje, povahou tkaného vzoru nebo dostavou. Lze jej rozdělit do následujících skupin [17]:
- Hladké řadění je charakteristické stejným návodem zdvižných šňůr do všech dílů řadnice. Jedná se o nejtypičtější řadění, kdy dochází k opakování vzoru v celé šířce tkaniny.
- Zpáteční řadění se vyznačuje opačným návodem zdvižných šňůr v sousedních dílech řadnice. Toto řazení se požívá při tkaní velkých, souměrných vzorů s podélnou osou.
- Dvouřadové a víceřádové řadění se používá pro víceosnovní tkaniny.
Po navedení do řadnic jsou zdvižné šňůry přivázány k platinám, ty patří společně s vodorovnými jehlami a noži mezi základní mechanismy žakárského stroje.
Díky kolínkům, kterými jsou opatřeny vodorovné jehly, se mohou platiny přiklánět nebo odklánět od nožů v nožové skříni.
Pohyb nitěnek nahoru a dolů je tedy závislý na pohybu platin, které řídí v současné době elektronické prošlupní zařízení. Elektronické prošlupní systémy nahradily mechanické, u kterých ovládání řídil kartový pás. Pokud je systém ovládaný přes kartový pás, otvory v kartě znázorňují osnovní vazné body a platiny jsou zdviženy do prošlupu. Plné místo značí útkový vazný bod, kdy platiny zůstávají v základní poloze. Vždy platí, že jedna karta se rovná jednomu zatkanému útku [17].
29
Elektronické ovládání žakárového stroje je založeno na modulu, který ovládá zdvižný mechanizmus a je umístěn na přístupném místě v rámu stroje. Pohyb modulu a tedy celého mechanismu ovládá elektromagnet. Oproti ovládání žakárského stroje přes kartový pás se u elektronického ovládání využívá navíc systému kladek, které ovlivňují pohyb zdvižných šňůr. Díky kombinaci elektronického ovládání volby a převodu pohybu na zdvihové mechanizmy lze dosáhnout vysoké výrobní rychlosti při nízké spotřebě elektrické energie cca 350 W. Přenášení programu je zajištěno magnetickou páskou s kapacitou pro 53000 prohozů. Ty jsou uloženy na pevném disku počítače [17].
3.1 Vzorování jednoduchých žakárských tkanin
Jednoduchou žakárskou tkaninou se rozumí tkanina, která je složena pouze z jedné soustavy osnovních a jedné soustavy útkových nití, které jsou vzájemně provázány a na tkanině vytvářejí pouze vazební vzor [18]. Jednoduchou žakárskou tkaninu znázorňuje obr. 1.
Obr. 1 Jednoduchá žakárská tkanina převzato z:
http://www.avazlin.cz/images/produkty/original/145.jpg
Zpracovávání žakárských vzorů v dnešní době zcela ovlivnil počítačový design, kdy odpadá použití kartového programu a při přenosech dat jsou využity diskety nebo
30
síťový přenos. Jeho využití přispívá k rychlejšímu zpracování vzorů a snadnější korekci chyb, umožňuje finální 2D nebo 3D vizualizace hotové tkaniny, kdy je navíc zajištěna kompatibilita s elektronickým žakárským strojem. Na trhu je v současné době několik druhů vzorovacích CAD programů, jako jsou např. Design Scope Victor, ProWeave, Arahne atd [19].
Základem pro vzorování žakárských tkanin je tvorba návrhu motivu, který lze vytvořit v podobě skici na papír nebo v grafických programech. Po přenesení návrhu do požadovaného CAD systému je nutné nastavit základní rozměry vzoru podle parametrů tkaniny a žakárského prošlupního ústrojí, jedná se především o dostavu a počet platin, ze kterých lze definovat velikost celkového vzoru. Po tomto nastavení následuje redukce barev, korekce barev a vazebné zpracování, kdy kombinace základních i odvozených vazeb utváří výsledný vzhled vzoru a charakteristický vzhled tkaniny.
Dalším důležitým krokem při zpracování žakárských tkanin je tzv. patrónování. Jedná se o zpracování kontur vzoru, kde musí být zajištěna plynulost jednotlivých křivek s důrazem na propojení motivu se základními parametry tkaniny. Posledním bodem je korekce vazeb, tedy kontrola jednotlivých přechodů hlavně v místech kontur vzoru.
K tomuto bodu se vztahuje i úprava volně ležících, neprovázaných úseků nití, které by rušily čistý vzhled tkaniny [19].
Při aplikaci drobných vzorů, které se opakují je nezbytné se při jejich zpracování zabývat také jejich rozmístěním v ploše tkaniny. Jedná se o rovnoměrné raportování motivů, které dodá požadovaný efekt výslednému vzhledu tkaniny. Toto uspořádání lze provádět různými způsoby, které závisí na výsledném účelu použití a záměru designéra.
Mezi nejčastější řešení raportování patří plné raportování – vzor je naskládán v jednom směru vedle sebe v celé ploše tkaniny, plátnové raportování a plátnové raportování s otáčením vzoru. Možností raportu existuje daleko více, jako např. raport do čtyřvazného lomeného kepru nebo pětivazného atlasu [20]. S využitím počítačových programů lze využít složitějšího raportování, kdy lze vzory libovolně natáčet, či posouvat vodorovně ve směru osy X nebo svisle ve směru osy Y.
31
4 Geometrie tkaniny
Definice tkaniny, jakožto plošného textilního útvaru, je možná pomocí plošné a prostorové geometrie [21].
Plošná geometrie definuje tkaninu pouze částečně a je založena na modelu, kdy jsou všechny vazné body položeny v jedné rovině. Základním prvkem je vazná buňka, nejdůležitějším prvkem jsou vazba a dostava. Tyto parametry určuje desinatér a jsou na prvním místě při vzniku tkaniny.
K podrobnějšímu popisu tkaniny slouží prostorová geometrie, která se věnuje skutečnému provázání nití ve tkanině a tudíž vychýlení vazných bodů nad lícní a rubovou rovinu tkaniny. Typické pro geometrický model je tedy zobrazení tkaniny v příčném nebo podélném řezu, kde lze nejlépe sledovat vzájemné provázání nití a jejich zvlnění [21].
4.1 Dostava nití pro plátnové vazby
Dostava nití ve tkanině určuje počet nití ve tkanině na jednotku délky dle ČSN 1049-2 (800814) (mod ISO 7211 – 2:1984) [22]. Rozlišuje se dostava zvlášť pro osnovní a útkovou soustavu nití. Pro takto definovanou dostavu platí označení Do[pn/100mm], Du[pn/100mm].
Dle Brierleyho teorie geometrie tkanin lze rozlišit další typy dostav, které jsou nápomocné při hodnocení struktury tkaniny a vlastností tkacího stroje. Rozdělení je následující [22]:
a) stoprocentně husté čtvercové dostavy tkanin Dct max v plátnové i neplátnové vazbě. V tomto případě jsou nitě v osnově i v útku brány jako dráty
z homogenního materiálu, stejného kruhového průřezu, které se vzájemně dotýkají a nevznikají tak mezi nimi vzduchové mezery.
b) Skutečné čtvercové dostavy tkanin Dct v plátnové i neplátnové vazbě.
32
Stoprocentně hustou čtvercovou dostavu v plátnové vazbě lze vyjádřit na základě středního průměru nití ve tkanině a to vztahem:
(1)
nebo vyjádřením na základě Do max, Du max:
(2) z čehož:
(2a)
(2b)
kde:
Do max [pn/100mm] – maximální dostava osnovních nití ve tkanině (teoretická) Du max [pn/100mm] - maximální dostava útkových nití ve tkanině (teoretická) Amin [mm] – minimální rozteč útkových nití ve tkanině
Bmin [mm] - minimální rozteč osnovních nití ve tkanině dstr [mm] – střední průměr nití ve tkanině
do [mm] – průměr osnovní nitě du [mm] - průměr osnovní nitě
Pro určení skutečné čtvercové dostavy tkaniny v plátnové vazbě platí vztah:
(3)
kde:
H [%] – hustota tkaniny, která je ovlivněna typem materiálu, výsledným použitím a jejíž hodnota se pohybuje v rozmezí 55 – 90%.
33
Vztahy pro vyjádření dostavy u plátnových vazeb lze použít i pro vazby neplátnové, které jsou charakteristické flotážovými úseky, avšak s použitím tzv.
opravného činitele provázání [22].
4.2 Opravný činitel provázanosti
Flotáže ve tkanině lze dosáhnout pouze u neplátnových vazeb, jedná se úsek volně ležících, neprovázaných nití ve tkanině. Díky neprovázaným úsekům lze dosáhnout daleko vyšších dostav než u plátnové vazby [23].
Vliv flotáže na dostavu tkaniny lze taktéž vyjádřit užitím Brierleyho teorie a to aplikací opravného činitele fm . Při vyjádření maximální a skutečné čtvercové dostavy tkaniny, kdy je dostava vyjádřena jako počet nití na 100mm, podle Brierleyho platí:
(4)
(5) kde:
Dct max – stoprocentně husté čtvercové dostavy tkanin v plátnové i neplátnové vazbě,
Dct – skutečné čtvercové dostavy tkanin v plátnové i neplátnové vazbě, f – stupeň provázání tkaniny,
m – vazební exponent.
Vazební exponent m vyjadřuje podsouvání nití pod sebe v jednotlivých vazbách, kdy pro každou vazbu Brierley experimentálně určil konkrétní hodnotu vazebního exponentu. Avšak podle Noska [24] má podsouvání nití na dosažitelnost dostavy daleko menší vliv než vlivy ostatních jevů, jako jsou intenzity přírazů, poddajnost a pevnost osnovy atd.
34 Tab. 1 Vybrané vazební exponenty [22]
vazba ve tkanině vazební exponent „m“
panama 0,45
ryps příčný 0,42
ryps příčný vzor. 0,37
ryps podélný 0,35
ryps podélný vzor. 0,31
kepr 0,39
malé vazeb. figurky 0,42
krepy 0,42
atlas 0,42
Stupeň provázání tkaniny f charakterizuje počet průchodů mezi rubem a lícem a u základních vazeb je dán vztahem:
(6) U vazeb odvozených nebo volně sestavovaných, kde není v každém řádku stejný počet přechodů mezi rubem a lícem se počítá s průměrným počtem spojek v celé vazební střídě tkaniny. Koeficient provázanosti je v takovém případě dán vztahem [24]:
(7)
35
Tab. 2 Příklady vyjadřující koeficient provázanosti podle Brierleyho [23]
Pro určení skutečné dostavy u neplátnových vazeb je tedy nutné určit maximální čtvercovou dostavu, která vychází z plátnové vazby, podle typu neplátnové vazby vyhledat v Brierleyho tabulce koeficient provázanosti a je nutné znát hustotu H, která je dána typem stroje. Tuto hodnotu lze znát ze zkušeností nebo je dána výrobce u daného typu stroje. Výsledek pro odhad skutečně dosažitelné čtvercové dostavy je dán vztahem [24]:
(8)
36
4.3 Vazba
Vazba je definována způsobem provázání soustavy osnovních a útkových nití, které jsou na sebe kolmé. V místě překřížení a jeho okolí vzniká vazný bod, takzvaná vazná buňka, která jak již bylo napsáno výše, je základním prvkem pro vznik tkaniny. U běžných tkanin, provazující vzájemně osnovu a útek, se rozlišují dva základní druhy vazného bodu - osnovní vazný bod, útkový vazný bod. Osnovní vazný bod se vyznačuje tím, že osnovní nit z lícní strany překrývá útkovou, u útkového vazného bodu leží útková nit na osnovní.
Vzájemnou kombinací těchto vazných bodů vzniká vazba. Vazby tkanin se rozdělují na základní, odvozené a smyšlené. Do základních vazeb se řadí vazby plátnová, třívazný útkový kepr směru Z a pětivazný útkový atlas s postupovým číslem 2 [24]. Nejmenší, opakující se velikost vazby se nazývá střída vazby. Tu lze definovat počtem osnovních nití no a počtem útkových nití nu. Ve vazbě se rozlišuje skutečná rozteč útkových nití A a skutečná rozteč osnovních nití B, pro které platí [23]:
(9a)
(9b)
4.4 Plošná hmotnost tkaniny
Celková hmotnost tkaniny je dána součtem hmotností jednotlivých soustav, tedy osnovou a útkem, které jsou ovlivněny svou jemností, dostavou a setkáním. Hmotnost tkaniny lze definovat dvěma způsoby, jako hmotnost běžného metru tkaniny M1[g.bm-1] nebo jako hmotnost jednoho metru čtverečního tkaniny M2[g.m-2]. Pro zjištění tohoto parametru platí [22]:
(10a)
37
(10b) pak:
(11a)
(11b) kde:
To,u [tex] - jemnost osnoví a útkové příze
Mo,u [g.m-2] – hmotnost osnovní a útkové soustavy nití ve tkanině so,u [%] – setkání osnovní a útkové nitě ve tkanině
štk [cm] – šířka tkaniny
Plošnou hmotnost textilie lze zjistit také experimentálně podle normy ČSN EN 12127 (80 0849) [25] a to z plošné hmotnosti malých vzorků, kde platí, že plošná hmotnost známé plochy plošné textilie, vztažená k této ploše je vyjádřena v gramech na čtvereční metr. Tato metoda spočívá ve vážení vzorků tkaniny o velikosti 10 x 10 cm za podmínky, kdy je reprezentativní vzorek plošné textilie klimatizován ve volném stavu a před zkouškou je uveden do stavu bez napětí do tzv. zrelaxovaného stavu. Po zvážení je plošná hmotnost každého zkušebního vzorku následně přepočítána na plošnou hmotnost m2 dle vzorce [25]:
(12) kde:
m [g] – hmotnost zkušebního vzorku
A [cm2] – plocha stejného zkušebního vzorku
38
4.5 Typy strukturálních modelů – pórů
Vazná buňka je nejmenší strukturní jednotkou ve tkanině a je tvořena vazným bodem a jeho okolím. Pokud se tato vazná buňka posune a zabírá okolí jednoho mezinítného póru ve tkanině, lze ji nazývat pórovou buňkou [22]. V plošném náhledu na textilii se všechny pórové buňky mohou jevit jako stejné, ovšem pokud je tkanina brána jako 3D objekt, lze rozeznat několik typů pórových buněk v závislosti na provázání osnovních a útkových nití. Každý typ vazby lze podle Backera [22] definovat čtyřmi typy pórových buněk:
Obr. 2: Čtyři typy pórových buněk podle Backera [22]
Pokud se jedná o vazbu, kde se Do = Du a do = du, nezáleží na směru orientace pórových buněk ve tkanině. Pokud ovšem Do ≠ Du a do ≠ du, rozděluje se navíc pór 3 na pór 3A a pór 3B, podle směru natočení [22].
Jednotlivé typy pórových buněk lze rozlišit také z plošné geometrie a to z tzv.
vzornice, která je zakreslena na čtverečkový papír a tvoří ji sled tmavých a světlých bodů. Tato vzornice znázorňuje polohy osnovních nití vzhledem ke střední rovině tkaniny, určuje její vzor a způsob provázání [26]. Plošné zobrazení pórových buněk ve vzornici znázorňuje obrázek 3.
Obr. 3 Plošné zobrazení pórových buněk ve vzornici [26]
Kromě grafického znázornění lze strukturální vazební modely popsat pomocí matice [26]. Velikost matice určuje velikost střídy vazby, kdy platí, že počet osnovních nití ve střídě vazby určuje počet řádků a počet útkových nití počet sloupců. Zápis matice pórových buněk pro pětivazný atlas s postupovým číslem 2 znázorňuje obrázek 4.
39
Obr. 4 Maticový zápis pro pětivazný atlas s postupovým číslem 5 [26]
Je možné předpokládat, že počet a uspořádání jednotlivých strukturálních modelů ve tkanině ovlivňuje její mechanické a užitné vlastnosti [26].
4.6 Zakrytí a zaplnění tkaniny
Tyto vlastnosti tkaniny jsou často popisovány bezrozměrnými koeficienty a jsou využívány k popisu struktury plošných textilií.
Zakrytí definuje poměr plochy zakryté nití k celkové ploše textilie nebo jejího vazného prvku. Z toho vyplývá, že čím je zakrytí menší, tím je tkanina propustnější pro vzduch a světlo, jelikož obsahuje více otevřených míst mezi jednotlivými nitěmi.
Zaplnění je charakterizováno poměrem objemu nitě k celkovému objemu textilie nebo jako u zakrytí k objemu jejího vazného bodu. U tkaniny lze také určit plnost a to poměrem konkrétní dostavy k limitní, tedy maximální dosažené dostavě [27].
Pro určení zakrytí tkaniny lze využít několika způsobů:
Zakrytí jednou soustavou nití, tedy zakrytí buď osnovou, nebo útkem. V tomto případě je poměr plochy osnovní nebo útkové nitě k ploše vazného prvku dán vztahem:
(13a)
kde:
Zlo – zakrytí osnovy
do - [mm] průměr osnovní nitě
po - [mm] rozteč osnovní nitě ve tkanině
40
pu - [mm] rozteč útkové nitě ve tkanině Do – dostva osnovních nití ve tkanině
(13b)
kde:
Zlu – zakrytí útku
du - [mm] průměr osnovní nitě
po - [mm] rozteč osnovní nitě ve tkanině pu - [mm] rozteč útkové nitě ve tkanině Du – dostava útkových nití ve tkanině
Druhým způsobem určení zakrytí je pomocí dvou soustav nití, kdy plocha vazného bodu je z části kryta osnovní a z části útkovou nití. Z toho vyplývá, že pomocí dílčích zakrytí Zo[%] a Zu[%] lze vypočítat celkové zakrytí Z[%] [23].Pro tento způsob se využívá výpočtu:
(14) Pro výpočet plošného zakrytí existují ještě dva možné způsoby a to Waltzův stupeň zakrytí, který souvisí s tzv. setkatelností a Cover factor, kde je průměr nitě nahrazen odmocninou z délkové hmostnosti [27].
Zaplnění tkaniny, jakožto poměr objemu nitě ku celkovému objemu je vyjádřen vztahem:
(15)
kde:
μ – zaplnění plošné textilie Vn – objem nitě
Vt – objem plošné textilie
41
4.7 Porosita
Z hlediska průchodu světla je dostačující plošný 2D model, kde je porosita odvozena z promítnutí vláken do roviny a je určena jako doplněk k plošnému zakrytí [22].
(16) kde:
P – porosita stanovená z plošného zakrytí Z – plošné zakrytí
Porosita P je bezrozměrná hodnota pohybující se v intervalu od 0 do 1, vyjádřit ji lze také v procentech od 0 do 100. Tyto hodnoty pouze poskytují informaci o tom, kolik vzduchu je v textilii obsaženo, ovšem nevypovídají nic konkrétního o rozložení vzduchu v textilii, velikosti pórů nebo jejich uspořádání [28]. V takovém případě je zcela zanedbatelné provázání nití nebo typ vazby, lze říci, že vazba si pouze lehá do dostavy. Proto se zpravidla pro odhad porosity využívá pouze dostava osnovy Do, dostava útku Du a průměry osnovních a útkových nití do a du [29].
Kromě výpočtu lze porositu nebo plošné zakrytí zjistit také experimentálně pomocí obrazové analýzy, která pracuje na základě zjištění zakryté plochy preparátu v procházejícím světle [30]. K tomuto účelu se využívají zařízení se systémem pro snímání obrazů. Zařízení obsahuje osvětlení preparátu, mikroskop, TV kameru včetně optické soustavy a počítač s programem pro zpracování digitalizovaného obrazu [31].
Princip obrazové analýzy zahrnuje několik operací, které je nutné provést pro získání správných výsledků. Jako první je nastavení mikroskopu, uchycení preparátu do jeho zorného pole. Dalším krokem je příprava softwaru obrazové analýzy, která zahrnuje zaostření na preparát, nastavení kontrastu kamery a velikosti spodního osvitu tak, aby nedošlo k přesvětlování preparátu. Následuje operace převedení barevného obrazu do binárního tak, aby se plochy prosvětlené oddělily od ploch zakrytých přízemi.
Po tomto nastavení lze přejít k snímání a digitalizaci živého obrazu, toto snímání je provedeno na několika různých místech vzorku, kdy je každé místo znovu zaostřeno. Po
42
získání dostatečného počtu snímků se všechny obrazy segmentují podle předdefinovaných prahových hodnot. Posledním krokem je měření a export dat do souboru [30].
5 Spektrometrické metody pro snímání luminiscence
Spektrometrické metody jsou založeny na sledování interakce elektromagnetických záření se zkoumanou látkou s cílem využít pozorovaných jevů.
Metody pro sledování těchto interakcí lze rozdělit do dvou základních skupin [32].
1) Interakce, při nichž dochází k výměně energie mezi zkoumanou látkou a zářením
2) Interakce, při nichž nedochází k výměně energie mezi zkoumanou látkou a zářením.
Pro popis měření luminiscence je využívaná skupina první, jelikož tyto interakce jsou založeny na principu, kdy atomy a molekuly mohou měnit svůj energetický stav příjmem nebo vyzářením energie. Spektroskopické metody se v této skupině rozdělují podle toho, zda dochází k absorpci, emisi nebo k některému dalšímu možnému jevu spojeného s absorpcí nebo emisí. Dalším kritériem pro rozdělení těchto metod je, zda dochází při absorpci nebo emisi ke změnám atomů nebo celých molekul. Posledním kritériem pro klasifikaci spektrometrických metod je metoda, která pracuje na základě oblasti vlnových délek studovaného emitovaného nebo absorbovaného záření [32].
V praxi jsou experimentální spektrometry velice odlišné, avšak některé základní části, které obsahují, jsou pro všechny typy stejné [32].
zdroj záření
Jedná se o část přístrojového zařízení, které umožňuje excitaci vzorku a ten následovně emituje charakteristické záření (tento typ je využíván v emisních metodách), nebo emituje primární záření, které je vzorkem absorbováno a tato absorpce je následně sledována. Jako zdroj záření může být využíván plamen, výbojka, laserové pole nebo
43
rentgenová lampa. Obecnou podmínkou však je, že emitované záření musí být časově stálé a dostatečně intenzivní.
Zařízení pro umístění vzorku Disperzní soustavu
Disperzní soustava je základní optickou částí spektrometrů a slouží k prostorové separaci záření o určitém spektrálním intervalu vlnové délky. Jako disperzní prvek může být využíván hranol, který rozkládá polychromatické záření podle vlnové délky na základě lomu světla při jeho průchodu hranolem. Pro zhotovení hranolů se využívá materiálů s velkým indexem lomu s ohledem na jeho spektrální propustnost a také v závislosti na sledovanou oblast vlnových délek, kdy zvolený materiál hranolu nesmí absorbovat záření.
Kromě hranolu se jako disperzní prvek využívá difrakční mřížka, která je v základu tvořena zrcadlem, ve kterém jsou zhotoveny rovnoběžné vrypy, jejichž počet na 1 mm se mění pro různé spektrální oblasti. Tyto vrypy zajišťují, že při dopadu monochromatických paprsků o určité vlnové délce dojde k odrazu a interferenci paprsků. Oproti hranolům u těchto mřížek nezáleží na použitém materiálu. Mechanické rytí však může způsobovat chyby, proto vznikly mřížky konstruované interferometricky tzv. holografické, kde na vrstvě fotosenzitivní pryskyřice jsou zachyceny interferenční maxima a minima, vzniklá interferencí koherentních vln a rovinné referenční vlny dopadající kolmo na plochu fotosenzitivní desky. Vzniklé interferenční proužky jsou vyleptány speciálním roztokem, vakuově pokovené hliníkem a pokryté propustnou ochrannou vrstvou. Třetím možným způsobem pro výrobu mřížky je zhotovení na konkávním zrcadle, kdy je mřížka zároveň i zaostřovacím prvkem. Výhodou difrakčních mřížek je jejich větší rozlišovací schopnost, a tudíž je lze použít pro větší spektrální rozsahy.
Pomocná optika
Pomocná optika se využívá pro vedení svazku paprsků přístrojem a případně jeho zaostřováním. Do této kategorie se řadí různé typy čoček, zrcadel, odrazových hranolů atp.
44
Detektor záření
Detektory neboli čidla jsou zařízení, která slouží k převádění energie záření v jinou formu energie, kterou je následně možné jednoduše měřit. V přístrojích jsou tyto detektory doplněny o zesilovač signálu a indikátor, který převádí měřenou veličinu na veličinu, kterou lze snadno odečítat. Dohromady tyto tři části tvoří indikační obvod.
Detektor, i když není ozářen, poskytuje výstupní časově proměnný signál, který se nazývá šum detektoru. Indikátor tento šum registruje a zároveň registruje výstupní signál detektoru. To je důležité z hlediska odečítání signálu, kdy je nutné, aby poměr signálu k standardní odchylce šumu byl co nejmenší. Citlivost čidla je pak vyjádřena jako výstupní signál, který odpovídá zvolenému jednotkovému vstupnímu signálu a jehož pracovní rozsah je dán úsekem spektra, ve kterém dává detektor prakticky významnou odezvu.
Základní přístrojové části mohou být ve spektrometrech řazeny dvěma způsoby.
První je uspořádání jednopaprskové, které se používá ve všech emisních metodách a některých absorpčních metodách. Druhým způsobem je řazení dvoupaprskové, které se využívá v absorpčních metodách při nestabilním zdroji záření [32].
45
6 Experimentální část
Experimentální část této diplomové práce se zabývá tvorbou stínidel z luminiscenčních vláken, jejich vyhotovením a objektivním hodnocením svítivosti vláken v závislosti na konstrukci tkaniny a použitém vzoru. Experimentální část se skládá z několika částí, postupovalo se od základů tvorby tkaniny, tedy návrhem konstrukčního řešení pro jednoduchou žakárskou tkaninu, která bude sloužit jako tkané stínidlo s použitím fosforescenčních vláken, následně návrhy desénů a jejich zpracováním v programu DesignScopeVictor. V další fázi byly vzory vytkány na žakárském tkacím stroji a z nich následně vytvořeny tři svítidla se snahou co nejlépe využít fosforescenčního efektu. Poslední část je zaměřena na rozbor struktury navržených desénů a snahu objektivně popsat míru vyzařovaného světelného toku vláken z hlediska použití v této struktuře a hodnocení vybraných užitných vlastností.
7 Návrh konstrukčního řešení pro tkané stínidlo
7.1 Vstupní parametry
Požadavkem bylo vytvořit návrh konstrukčního řešení pro jednoduchou středně lehkou tkaninu s maximálním zakrytím, kdy se vycházelo z maximální dostavy.
Maximální zakrytí bylo určující z toho důvodu, aby nedocházelo k narušení ploch s luminiscentem a byla tak docílena maximální kompaktnost těchto míst.
Známé parametry pro navržení vhodného konstrukčního řešení jsou v tabulce č. 3.
