TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI FAKULTA TEXTILNÍ

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI FAKULTA TEXTILNÍ

Studijní program: M3106- Textilní inţenýrství Studijní obor: Oděvní technologie

HODNOCENÍ PRODYŠNOSTI A PROPUSTNOSTI VODNÍCH PAR U AUTOMOBILOVÝCH SEDAČEK,

MOŢNOSTI REGULACE ZVÝŠENÍ FYZIOLOGICKÉHO KOMFORTU

EVALUATION OF AIR PERMEABILITY AND WATER VAPOUR PERMEABILITY OF AUTOMOBILE SEATS, POSSILIBILITIES OF

REGULATION CAN INCREASE THE PHYSIOLOGICAL COMFORT

KOD/2009/06/29 MS

Vedoucí diplomové práce: Doc. Ing. Antonín Havelka, CSc.

Rozsah práce: 54 Počet obrázků: 13 Počet tabulek: 8 Počet grafů: 6 Počet příloh: 6

LIBEREC 2009 ZDEŇKA RÝZNAROVÁ

3

P r o h l á š e n í

Prohlašuji, ţe předloţená diplomová (bakalářská) práce je původní a zpracoval/a jsem ji samostatně. Prohlašuji, ţe citace pouţitých pramenů je úplná, ţe jsem v práci neporušil/a autorská práva (ve smyslu zákona č. 121/2000 Sb. O právu autorském a o právech souvisejících s právem autorským).

Souhlasím s umístěním diplomové (bakalářské) práce v Univerzitní knihovně TUL.

Byl/a jsem seznámen/a s tím, ţe na mou diplomovou (bakalářskou) práci se plně vztahuje zákon č.121/2000 Sb. o právu autorském, zejména § 60 (školní dílo).

Beru na vědomí, ţe TUL má právo na uzavření licenční smlouvy o uţití mé diplomové (bakalářské) práce a prohlašuji, ţe s o u h l a s í m s případným uţitím mé diplomové (bakalářské) práce (prodej, zapůjčení apod.).

Jsem si vědom toho, ţe uţít své diplomové (bakalářské) práce či poskytnout licenci k jejímu vyuţití mohu jen se souhlasem TUL, která má právo ode mne poţadovat přiměřený příspěvek na úhradu nákladů, vynaloţených univerzitou na vytvoření díla (aţ do jejich skutečné výše).

V Liberci, dne 29. května 2009 . . . Podpis

4 Poděkování

Touto cestou bych chtěla poděkovat vedoucímu mé diplomové práce, Doc. Ing.

Antonínu Havelkovi, CSc. za vynaloţenou energii, cenné rady a připomínky. Dále bych chtěla poděkovat Ing. Rudolfu Třešňákovi za odbornou pomoc, věnovaný čas a konzultaci při měření. A v neposlední řadě bych chtěla také poděkovat firmě Johnson Controls za poskytnutý materiál. A všem kdo mě psychicky, či jinak podporovali.

5

Abstrakt

Diplomová práce se zabývá hodnocením prodyšnosti a propustnosti vodních par u automobilových sedadel. V teoretické části je obecně popsán fyziologický komfort a poţadavky na fyziologický komfort automobilových sedadel. Dále jsou porovnána automobilová sedadla z textilních materiálů a z kůţe, a také jsou zde návrhy moţné úpravy sedadel pro zlepšení fyziologického komfortu.

Abstract

This work deal with evaluation of air permeability and water vapour permeability of automobile seats. In theoretic parts is described physiological comfort and requirements on physiological comfort of automobile seats. Further automobile seats from textile materials and from leather are compare, and also proposals for modification of seats for innovation of physiological comfort are there.

6

Klíčová slova

Prodyšnost, propustnost vodních par, tepelná odolnost, odolnost vůči vodním parám, automobilová sedadla, fyziologický komfort.

Key words

Air permeability, water vapour permeability, thermal resistance, water vapour resistance, automobile seats, physiological comfort.

7

Obsah:

ÚVOD ... 10

I. TEORETICKÁ ČÁST ... 11

1. Komfort ... 11

1.1. Psychologický komfort ... 11

1.2. Senzorický komfort ... 12

1.3. Patofyziologický komfort ... 12

1.4. Fyziologický (termofyziologický) komfort ... 12

1.4.1. Tepelný komfort lidského těla v klidu ... 15

1.4.1.1. Pocity tepla ... 15

1.4.1.2. Pocity chladu ... 15

1.4.2. Termoregulace ... 16

1.4.3. Přenos tepla mezi člověkem a okolím ... 17

1.4.3.1. Kondukce ( přenos tepla vedením) ... 17

1.4.3.2. Konvekce (přenos tepla prouděním) ... 18

1.4.3.3. Radiace (přenos tepla zářením) ... 18

1.4.3.4. Evaporace (odpařování potu) ... 18

1.4.3.5. Respirace (dýchání) ... 18

1.4.4. Odvod kapalné vlhkosti z povrchu lidského těla ... 19

2. Teoretický rozbor poţadavků na fyziologický komfort automobilových sedaček . 20 3. Hodnocení fyziologického komfortu ... 23

3.1. Zjišťování relativní propustnosti vodních par dle ČSN 80 0855 (Gravimetrická metoda) ... 25

3.1.1. Metoda DREO ... 26

3.1.2. Stanovení parametrů termofyziologického komfortu pomocí SKIN MODELU ... 26

3.1.3. Měření pomocí přístroje PERMETEST ... 27

3.1.4. Měření odolnosti vůči vodním parám a tepelné odolnosti pomocí přístroje SGHP – 8.2 ... 28

3.2. Hodnocení prodyšnosti ... 28

3.2.1. Měření prodyšnosti na přístroji SDL M 021 S ... AIR-PENETRATION ... 29

4. Automobilová sedadla ... 30

8

4.1. Historický vývoj automobilových sedadel ... 30

4.2. Současný vývoj automobilových sedadel ... 30

4.3. Sloţení automobilových sedadel ... 31

4.3.1. Kovová konstrukce autosedadel ... 32

4.3.2. Polyuretanová pěna ... 33

4.3.3. Potah sedadla ... 33

II. PRAKTICKÁ ČÁST ... 35

5. Porovnání automobilových sedaček z textilních materiálů a z kůţe z hlediska fyziologického komfortu ... 35

5.1. Popis pouţitých materiálů ... 35

5.2. Měření prodyšnosti ... 37

5.3. Měření tepelné odolnosti a odolnosti vůči vodním parám ... 38

5.3.1. Tepelná odolnost ... 38

5.3.2. Odolnost vůči vodním parám ... 40

5.4. Vyhodnocení naměřených výsledků ... 42

6. Návrhy na zlepšení automobilových sedadel z hlediska fyziologického komfortu 46 6.1. Tvorba podélných dráţek v polyuretanové pěně automobiového sedadla ... 46

6.2. Změna polyuretanové pěny v potahovém materiálu ... 47

6.3. Aplikace inteligentních textilií do potahového materiálů ... 48

6.4. Tvorba mikrootvorů v koţeném potahu ... 49

6.5. Zhodnocení navrhovaných řešení ... 50

Závěr ... 51

Pouţitá literatura ... 52

Seznam příloh ... 54

9

Seznam použitých symbolů

apod. – a podobně resp. – respektive tj. – to jest

r. v. – relativní vlhkost tzv. – takzvaný

např. – například tzn. – to znamená

Q_to - tvorba tepla v organismu [J]

Q_tz - vnější tepelné zatíţení [J]

Q_s - tepelné ztráty sáláním [J]

Q_pr - tepelné ztráty prouděním [J]

Q_v - tepelné ztráty vedením [J]

Q_o - tepelné ztráty v důsledku odpařování difúzní vlhkosti z povrchu pokoţky [J]

Q_d - tepelné ztráty v důsledku odpařování vlhkosti z horních cest dýchacích [J]

Q_p - tepelné ztráty odpařováním potu [J]

Q_ov - tepelné ztráty na ohřev vydechovaného vzduchu [J]

∆Q - změna tepelného stavu organismu proti stavu tepelné pohody - deficit tepla [J]

R_et – odolnost vůči vodním parám [m². Pa/W]

R_ct – tepelná odolnost [m².K/W]

i_mt – index propustnosti vodních par [-]

W_d – propustnost vodních par [g/m².h .Pa]

P_rel – relativní propustnost vodních par [%]

Pabs – absolutní propustnost vodních par [kg/m² .h]

R – prodyšnost [m/s]

PUR – polyuretan PES – polyester

PCM – phase change materials

10

ÚVOD

V dnešní době tráví lidé stále více času na cestách, a tak je potřeba zlepšovat automobilová sedadla nejen z hlediska ergonomie ale také z hlediska fyziologického komfortu. V horkých letních dnech dochází ke zvětšené tvorbě tepla lidským organismem a tak je potřeba aby automobilová sedadla byla schopna toto teplo odvádět a nedocházelo k jeho akumulaci na povrchu sedadla. A naopak v zimně, by mělo být sedadlo schopno dobře teplo izolovat, aby nedocházelo k podchlazení organismu.

Tato diplomová práce se zabývá hodnocením prodyšnosti a propustnosti vodních par u automobilových sedadel a návrhem moţných úprav pro zlepšení jejich fyziologického komfortu. V teoretické části je popsán fyziologický komfort obecně a poţadavky na fyziologický komfort automobilových sedaček, a jsou zde popsány jednotlivé metody měření těchto vlastností. Dále je zde proveden rozbor konstrukce stávajících automobilových sedaček.

V praktické části je provedeno měření prodyšnosti, tepelné odolnosti a odolnosti vůči vodním parám a porovnání těchto vlastností u vybraných typů materiálů z kůţe a z textilu. Na základě provedených měření jsou pak navrhnuty úpravy automobilových sedaček pro zlepšení jejich fyziologického komfortu.

11

I. TEORETICKÁ ČÁST

1. Komfort

Definice komfortu zní, ţe je to stav organismu, kdy jsou fyziologické funkce organismu v optimu, a kdy okolí včetně oděvu nevytváří ţádné nepříjemné vjemy vnímané našimi smysly. Subjektivně je brán tento pocit jako pocit pohody. V tomto stavu je moţné setrvat a pracovat protoţe nepřevládají pocity tepla ani chladu.

Komfort je vnímán všemi lidskými smysly kromě chuti, v tomto pořadí důleţitosti: hmat, zrak, sluch, čich.

Při diskomfortu se mohou dostavit pocity tepla nebo chladu. Pocity tepla se dostavují při větší pracovní zátěţi nebo při působení vlhkého a teplého klimatu. Pocity chladu se dostavují většinou jako reakce na nízkou teplotu klimatu nebo na menší pracovní zátěţ.

Komfort lze tedy zjednodušeně definovat jako absenci znepokojujících a bolestivých vjemů.

Komfort dělíme na psychologický, senzorický, fyziologický (termofyziologický) a patofyziologický. [1]

1.1. Psychologický komfort

Psychologický komfort dělíme podle několika hledisek:

Klimatická hlediska: oblečení by mělo respektovat tepelně - klimatické podmínky, které jsou podmíněny geograficky.

Ekonomická hlediska: zahrnují přírodní podmínky obţivy, výrobní prostředky, politický systém, úroveň technologie apod. .

Historická hlediska: vzniká tradice v ţivotním stylu a módě. Lidé mají sklon k výrobkům z přírodních materiálů, výrobkům napodobujících přírodu.

Kulturní hlediska: sem patří zvyky, tradice, obřady apod.

Sociální hlediska: věk, vzdělání a kvalifikace, sociální třída, postavení nebo pozice v této třídě.

12

Skupinová a individuální hlediska: zahrnují módní vlivy, styly, barvy a lesk, trendy, osobní preference. [1]

1.2. Senzorický komfort

Senzorický komfort zahrnuje vjemy a pocity člověka vyvolané při přímém styku pokoţky a první vrstvy oděvu. Při styku pokoţky s textilií mohou vznikat pocity příjemné, jako je pocit měkkosti, splývavosti nebo naopak pocity nepříjemné, jako je tlak, pocit vlhkosti, škrábání, kousání, píchání, lepení apod.

Senzorický komfort dělíme na komfort nošení a na omak. Komfort nošení oděvu zahrnuje povrchovou strukturu pouţitých textilií, vybrané mechanické vlastnosti ovlivňující rozloţení sil a tlaků, schopnost textilie absorbovat a transportovat plynnou či kapalnou vlhkost s dopadem na kontaktní vlastnosti. S touto schopností souvisí senzorický komfort s komfortem fyziologickým. Omak je subjektivní a velice špatně reprodukovatelná veličina zaloţená na vjemech prostřednictvím prstů a dlaně. Stručně lze omak charakterizovat těmito vlastnostmi: hladkost, tuhost, objemnost a tepelně-

kontaktní vjem. [1]

1.3. Patofyziologický komfort

Pocit komfortu při nošení textilií je ovlivněn působením patofyziologických resp. toxických vlivů, tj. působením mikroorganismů - bakterií a plísní. Působení těchto vlivů je závislé na subjektivní odolnosti lidské pokoţky člověka proti účinkům různých chemických látek vyskytujících se v textilii, a také na podmínkách růstu kultur běţných mikroorganismů. Tyto organismi se vyskytují v mikroklimatu, který je omezen povrchem lidského těla a textilií. [2]

1.4. Fyziologický (termofyziologický) komfort

Fyziologický komfort je moţné definovat jako stav lidského organismu kdy jsou fyziologické zejména termofyziologické funkce v optimu, a který je subjektivně vnímán jako tepelné pohodlí. [2]

13

Fyziologický (termofyziologický) komfort je jednou z nejdůleţitějších oblastí výzkumu textilií, a nejen z oblasti oděvní ale i z pohledu medicíny (obor fyziologie), kdy je oděv brán jako aktivní sloţka, která pomáhá termoregulačním procesům lidského organismu. Z toho vyplývá, ţe otázkami ochrany proti chladu, teplu a moţnostmi transportu vlhkosti skrze jednotlivé vrstvy oděvu se zabývá právě tato sloţka oděvního komfortu. Na tomto základě je moţné definovat fyziologický komfort jak bylo napsáno jiţ výše, ţe tento komfort je stav lidského organismu, který je vnímán jako tepelné pohodlí. [2]

Termofyziologický komfort nastává při těchto podmínkách:

 teplota pokoţky 33 – 35 °C

 relativní vlhkost vzduchu 50 ± 10 %

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

 obsah CO₂ 0,07 %

 nepřítomnost vody na pokoţce [1]

Z představy lidského organismu jako tepelného stroje pracujícího na principu konstantní teploty vychází teoretický popis fyziologického komfortu. Funkce konstantní teploty je zajišťována termoregulačním systémem, protoţe odchylky od vnitřní tělesné teploty jsou příčinnou změn fyziologických funkcí vedoucích v extrémních případech k trvalému poškození nebo dokonce i k zániku organismu.

Vyváţená tepelná bilance – je stav, kdy organismus produkuje a přijímá takové mnoţství tepla, které současně transportuje bezezbytku do okolí, téměř bez zapojení termoregulačních mechanismů. Tato bilance je základním kritériem fyziologického komfortu. Tepelné bilance se dosahuje v úrovni „bazálního metabolizmu“ (optimální podmínky při úplném tělesném i duševním klidu u člověka bez oděvu, bez dodání potravy, při teplotě +20°C a vlhkosti 65% r. v.), při určitých standardních podmínkách, které zajišťují minimální průběh metabolických dějů. Uvnitř organizmu se tyto podmínky projevují jako neustále se měnící dynamická rovnováha mezi mnoţstvím tepla produkovaným metabolismem a mnoţstvím tepla odváděným do okolí. [2]

O tepelné zátěţi nebo subjektivním pocitu tepelné pohody člověka vypovídá také teplota vzduchu. Člověk snese teploty kolem 50°C přibliţně po dobu 4 hodin, se vzrůstající vlhkostí vzduchu doba snesitelnosti klesá. Vysoké teploty způsobují

14

nadměrnou únavu a nesoustředěnost, která můţe vést aţ ke vzniku nebezpečných úrazů.

Naopak práce v chladu způsobuje omezení průtoku krve kůţí, vzestup krevního tlaku, zrychlení srdeční frekvence a ke zvýšení spotřeby kyslíku. Následně vede k poklesu teploty tělesného jádra, oslabení dýchání a zpomalování srdeční frekvence. Další faktor, který ovlivňuje vnímání tepelné pohody je vlhkost vzduchu. Doporučené hodnoty relativní vlhkosti jsou mezi 30 - 60%. Vlhkost je pociťována člověkem mnohem méně neţ teplota, ale i tak můţe nepříznivě ovlivňovat stav jedince. Po dobu zimního období při vytápění dochází k poklesu relativní vlhkosti na 20% ale i méně. Tepelnou pohodu ovlivňuje také rychlost proudění vzduchu. Člověk zaznamenává kaţdé proudění vzduchu. Vyšší rychlost proudění vzduchu většinou zlepšuje tepelnou pohodu při vyšších teplotách, můţe ale vést aţ ke zdravotním potíţím. Pokud se povrch těla působením proudícího vzduchu nadměrně ochlazuje rychlým odpařováním potu, dochází k prochladnutí organismu. Zvětšuje se pocit chladu, jelikoţ tenká mezní vrstva ohřátého vzduchu, která je na povrchu těla, nebrání v pronikání vířících částic chladného vzduchu aţ na kůţi, dochází ke zvyšování přestupu tepla konvekcí a dalšímu ochlazování. Závislot pocitu tepla těla na rychlosti proudícího větru nazýváme Wind chill efekt. V následující tabulce Tab.1 jsou uvedeny hodnoty těchto závislostí. [3]

Tab.1: Tabulka Wind chill efektu [4]

Teplota okolního vzduchu

5°C 0°C -5°C -10°C -15°C -20°C -25°C -30°C -35°C -40°C -45°C Rychlost

větru Pocit tepla vnímaného člověkem [°C]

5 km/h 4 -2 -7 -13 -19 -24 -30 -36 -41 -47 -53 15 km/h 2 -4 -11 -17 -23 -29 -35 -41 -48 -54 -60 25 km/h 1 -6 -12 -19 -25 -32 -38 -44 -51 -57 -64 35 km/h 0 -7 -14 -20 -27 -33 -40 -47 -53 -60 -66 45 km/h -1 -8 -15 -21 -28 -35 -42 -48 -55 -62 -69 55 km/h -2 -8 -15 -22 -29 -36 -43 -50 -57 -63 -70 65 km/h -2 -9 -16 -23 -30 -37 -44 -51 -58 -65 -72 75 km/h -3 -10 -17 -24 -31 -38 -45 -52 -59 -66 -73

15

1.4.1. Tepelný komfort lidského těla v klidu

Tělo se dostává do tepelného komfortu, je-li v tepelné rovnováze, nedochází k ţádnému svalovému třesu ani k rozšiřování cév, nedochází k ţádnému základnímu pocení, kůţe je relativně suchá a její teplota se pohybuje mezi 32 – 34°C a ţádné teplo se neakumuluje ani neztrácí. [1]

1.4.1.1. Pocity tepla

Pocity tepla se dostavují při větší pracovní zátěţi nebo při působení teplého či vlhkého klimatu.

Mírné teplo – projevuje se zvýšením teploty periferních oblastí, jako je dlaň, čelo, chodidlo, a je provázeno počínajícím pocením těchto oblastí.

Teplo – projevuje se jako prohlubující se pocity tepla po celém těle. Pot se objevuje kromě periferních oblastí i na zádech a hrudníku. Jedná se o takové mnoţství potu, které je z povrchu pokoţky za pomoci oděvu odváděn v plném rozsahu.

Horko – dostavuje se při celkovém přehřátí organismu provázeném maximálním pocením a ztíţeném dýchání. Pot stéká, jelikoţ jeho intenzita je tak veliká, ţe nestačí být odpařován a odsáván z povrchu pokoţky. Jedná se o průvodní jevy teplotního i vlhkostního diskomfortu. [1]

1.4.1.2. Pocity chladu

Pocity chladu se dostavují především jako reakce na nízkou teplotu klimatu nebo nízké pracovní zatíţení.

Mírné chladno – projevuje se pocity lokálního mrazení na některých místech těla, nezakrytých nebo nedostatečně oblečených, doprovázenými výskytem tzv. „husí kůţe“. Tyto pocity mohou být vyvolány například jen zvýšeným prouděním vzduchu nebo nečinností po předcházející námaze a zapocení.

Zima – projevuje se pocity mrazení po celém těle. Dostavuje se zároveň chvění těla (třes jednotlivých svalů nebo celých svalových skupin). Pohybujeme-li se v místech s teplotou pod bodem mrazu, mrznou prsty nohou i rukou, tváře a ušní boltce.

16

Tuhnutí – projevuje se pocity celkového hlubokého prochlazení ochromujícího pohyb končetin. Dochází ke strnutí nohou i rukou, můţe se objevit i šok z chladu. [1]

1.4.2. Termoregulace

Schopnost organizmu udrţet stálou tělesnou teplotu i přes neustálé kolísání produkce tepla, nazýváme termoregulací. Samoregulační systém, který představuje organismus člověka, je zaměřen na udrţení stálosti vnitřního prostředí, funguje na principu rovnováhy mezi mnoţstvím tepla vytvořeného organismem a mnoţstvím tepla odevzdaného do okolního prostředí. Člověk si různými termoregulačními mechanismy udrţuje teplotu v rozmezí ± 4°C okolo růměrné hodnota 36 – 37°C. [1]

Obr.1: Termoregulační systém lidského těla [1]

Termoregulace je tedy proces slučující fyziologické pochody řízené centrálním nervovým systémem pro udrţení optimální tělesné teploty, při které probíhají metabolické přeměny. Existují termoregulace dvojího druhu:

 Chemická – tvorba tepla : představuje látkovou přeměnu, intenzitu chemických reakcí, tedy tvorbu tepla. Je závislá na fyzické zátěţi organismu, na jeho činnosti.

centrální nervový systém termoregulační centrum= hypotalamus

sympatický nervový systém somatomotorický nervový systém

hnědá tuková tkáň

chování volné pohyby

svalový třes svaly

pocení potní žlázy

izolace cévy

NST

výkonný orgán

termo- regulace

17

 Fyzikální – výdej tepla : zahrnuje podíly jednotlivých odvodů tepla z organismu.

[1]

1.4.3. Přenos tepla mezi člověkem a okolím

Energie, která se nespotřebuje na udrţení stálé tělesné teploty a na bazální metabolismus, tzv. zbytková energie, se prakticky všechna přemění na energii tepelnou, která je odváděna z organismu. U člověka se výdej tepla do prostředí uskutečňuje především povrchem těla. Při přenosu tepla dochází k předávání tepla z míst s vyšší teplotou do míst s niţší teplotou. Přenos tepla má jedinou podmínku a tou je teplotní spád. [5]

Přenos tepla mezi ţivým organismem a okolím se děje těmito způsoby:

 Přestup tepla:

 Kondukcí (vedením)

 Konvekcí (prouděním)

 Radiací (zářením)

 Evaporace (odpařování potu)

 Respirace (dýchání) [1]

1.4.3.1. Kondukce ( přenos tepla vedením)

Kondukcí ztrácíme aţ 5% tepla, dochází k ní je-li kůţe v kontaktu s chladnějším prostředím. Jedná se o přenos tepla chodidly, zadní částí těla při sezení a spánku.

Kondukce je hlavní mechanismus přenosu tepla v tenkých vrstvách v oděvních systémech. [1]

Při zvýšené teplotě začínají kmitat elementární částice a tím vyvolávají transport tepelné energie. Při sráţkách odevzdávají molekuly s vyšší teplotou přebytek své

kinetické energie molekulám s teplotou niţší. [5]

18

1.4.3.2. Konvekce (přenos tepla prouděním)

Prouděním je teplo přenášeno mezi proudící tekutinou a povrchem obtékaného tělesa. Rozeznáváme konvekci přirozenou a nucenou. Přirozená konvekce je vyvolána vztlakovými silami, kdeţto nucená konvekce vzniká působením vnějších vlivů, jako je

např. čerpadlo nebo kompresor. [5]

1.4.3.3. Radiace (přenos tepla zářením)

Transport tepla se uskutečňuje pomocí elektromagnetického vlnění. Radiace nevyţaduje hmotné prostředí, šíří se i ve vakuu. Kaţdé těleso je zdrojem elektromagnetického vlnění, tzv. tepelného záření, které vzniká na základě kmitání nabitých částic tělesa. S rostoucí teplotou stoupá celkové mnoţství energie tělesem vyzářené. Rozlišujeme tři jevy vznikající při interakci záření s látkou: část záření se odrazí, část se pohltí a část projde. V ideálním případě, kdy se energie přenáší pouze jediným způsobem, rozdělujeme tělesa na dokonale černá, která všechno záření absorbuje, dokonale bílá, která všechno záření odráţí a dokonale průtepná, která

všechno záření propouští. [6]

1.4.3.4. Evaporace (odpařování potu)

Evaporace je fyzikální proces, při kterém se z povrchu těla odpařuje voda (pot) a tím se tělu odebírá tepelná enegrie (1g potu = 2,5 kJ). Pot se odpařuje neustále, přibliţně 600 ml/den, v letních měsících aţ několik litrů za den. [7]

Jedinou podmínkou pro odpařování, u volného povrchu kůţe, je dostatečný rozdíl parciálních tlaků vodní páry. Transport vlhkosti u oblečeného člověka se řídí

jinými principy. Více v kapitole 1.4.4. 1

1.4.3.5. Respirace (dýchání)

K odvodu tepla dochází průchodem vzduchu dýchacími cestami. Mnoţství tohoto tepla určíme z rozdílu vodních par vdechovaných a vydechovaných. [5]

19

1.4.4. Odvod kapalné vlhkosti z povrchu lidského těla

Lidský organismus produkuje vodu ve formě potu v rámci své termoregulace.

Při teplotách kůţe do 34°C produkuje lidské tělo okolo 0,03 l.h^-1 potu a nad tuto teplotu kůţe produkuje aţ 0,7 l.h^-1. K ochlazení dojde pouze při odpaření potu. U volného povrchu kůţe, jak bylo napsáno jiţ výše, je jedinou podmínkou odparu dostatečný rozdíl parciálních tlaků páry. U oblečeného člověka je transport vlhkosti sloţitější, řídí se těmito principy: difúzí, kapilárním odvodem a sorpcí. [1]

Kapilární odvod

Tento odvod je zaloţen na tom, ţe kapalný pot ulpívá na textilní vrstvě, která je v kontaktu s pokoţkou a kapilárními cestami této textílie vzlíná do její plochy všemi směry. Jedná se o takzvaný knotový efekt. Pro dosaţení intenzivního odvodu vlhkosti, by měla být příze kompaktní a prostor mezi speciálně tvarovanými vlákny co nejmenší, zároveň musí být ale adheze mezi kapalinou a vláknem dostatečně malá, aby byl zajištěn pohyb vlhkosti. [1]

Migrační odvod

Je-li dosaţeno teplotního spádu mezi teplotou povrchu těla, respektive mikroklima a okolím, dochází ke kondenzaci vlhkosti na povrchu vláken. Tato voda je pak odvedena buď do kapilárních prostor nebo migruje po povrchu vláken. Migruje ale i voda, která byla do textilie dopravena kapilaritou, tedy voda kapalná. [5]

Difúze

Prostup vlhkosti z povrchu kůţe přes textilii je realizován prostřednictvím pórů.

Vlhkost se šíří ve směru niţšího parciálního tlaku vodní páry. [1]

Sorpce

Proces sorpce předpokládá nejprve s průnikem vlhkosti či kapalného potu do neuspořádaným molekulových oblastí struktury vlákna a aţ následně její navázání na hydrofilní skupiny v molekulové stuktuře. Sorpce je nejpomalejší proces a je podmíněn pouţitím textilie, která alespoň částečně obsahuje sorpční vlákna. [1]

20

2. Teoretický rozbor požadavků na fyziologický komfort automobilových sedaček

Na automobilová sedadla jsou kladeny různé poţadavky, které souvisejí s bezpečností, zdravotní nezávadností a komfortem. Řidiči tráví ve svých automobilech stále více času a tak jsou kladeny na sedadla stále větší poţadavky na komfort.

Automobilová sedadla by především neměla poškozovat zdraví řidiče vynuceným nesprávným drţením těla, zvyšovat únavu řidiče, omezovat krevní oběh v dolních končetinách způsobený nesprávným rozloţením tlaku lidského těla na sedící plochu a

sniţovat schopnost řidiče ovládat pedály. [8]

Z hlediska fyziologického komfortu je potřeba zajistit tepelnou pohodu, která je subjektem vnímána jako absence znepokojujících vlivů jako je teplo či chlad. V této souvislosti se hovoří o transportních vlastnostech textilie. Přenášenou látkou můţe být teplo, vodní páry, voda nebo vzduchu. Stanovení fyziologického komfortu se provádí experimentálně a to jako:

 stanovení mnoţství tepla produkovaného organismem v závislosti na fyzické zátěţi a klimatických podmínkách, které je transportováno pokoţkou do textilní mezivrstvy a textilií do okolí.

 stanovení fyziologicko-hygienických vlastností zkoušené textilie (tepelná propustnost, prodyšnost vzduchu, propustnost vodních par) a provedení diskuze, zda textilie se zjištěnými vlastnostmi je schopna veškeré vyprodukované teplo a vlhkost transportovat do okolí (komfort), nebo zda bude docházet k hromadění tepla a vlhkosti v textilní vrstvě (diskomfort). [9]

Produkce tepla v organismu je kontinuální proces. Teplo vzniká jako vedlejší produkt metabolizmu ţivin přijímaných potravou, takto získanou energii vyuţívá organismus na tvorbu zásobních látek pro činnost jednotlivých orgánů. Pro tento účel je pouţito ale jen 60% z celkové energie, zbylých 40% se mění na tepelnou energii, kterou organismus předává do okolí. Se stoupajícím fyzickým zatíţením organizmu mnoţství

tepla stoupá. [2]

21

Z toho vyplývá, ţe má-li být zachována stálá tělesná teplota, musí být tvorba tepla organismem rovna přestupu tepla z organismu. To vyjadřuje rovnice tepelné rovnováhy:

Q_to + Q_tz = Q_s + Q_pr + Q_v + Q_o + Q_d + Q_p + Q_ov ± ∆Q (1) kde:

Q_to… tvorba tepla v organismu [J]

Q_tz… vnější tepelné zatíţení [J]

Q_s… tepelné ztráty sáláním [J]

Q_pr… tepelné ztráty prouděním [J]

Q_v… tepelné ztráty vedením [J]

Q_o… tepelné ztráty v důsledku odpařování difúzní vlhkosti z povrchu pokoţky [J]

Q_d… tepelné ztráty v důsledku odpařování vlhkosti z horních cest dýchacích [J]

Q_p… tepelné ztráty odpařováním potu [J]

Q_ov… tepelné ztráty na ohřev vydechovaného vzduchu [J]

∆Q… změna tepelného stavu organismu proti stavu tepelné pohody - deficit tepla [J]

Všechny sloţky rovnice tepelné rovnováhy jsou za jednotkový čas, tzn. J.s^-1 ≡ W [2] [5]

Teplo je z povrchu kůţe odváděno především sáláním, prouděním, vedením a vypařováním. Na následujícím obrázku Obr.2 jsou znázorněny poměry zastoupení

jednotlivých přestupů tepla. [10]

Obr.2: Zastoupení jednotlivých složek přestupů tepla

Sálání 45%

Vedení a proudění

25%

Odpařování 20%

Odpařování při dýchání

8%

Dýchání 2%

22

Tělo v závislosti na fyzické zátěţi produkuje teplo a vodní páry jako důsledek termoregulace organismu. V následující tabulce Tab.2 jsou uvedeny hodnoty produkovaného tepla a vodní páry při vybraných aktivitách. Jak je vidět, se zvyšující se teplotou okolního vzduchu, klesá produkce tepla organismem a v rámci ochlazování začíná produkovat více vodní páry. Tento rozdíl produkce je tím výraznější, čím je větší vykonávaná fyzická zátěţ a teplota okolí.

Tab.2: Produkce tepla a vodní páry při vybraných aktivitách [11]

Činnost člověka

Místo činnosti

Teplota vzduchu

24°C 26°C 28°C

Výdej lidského těla teplo vodní

pára teplo vodní

pára teplo vodní pára [J.s^-1] [g/h] [J.s^-1] [g/h] [J.s^-1] [g/h]

sedící, odpočívající

divadlo,

kino 74 60 62 79 50 97

sedící, mírně aktivní

kancelář,

byt 74 98 62 116 50 135

stojící, lehká práce

obchody,

sklady 72 116 60 134 48 152

chodící, přecházející

obchodní domy, banky

77 124 64 143 51 162

lehká práce

u stolu dílny 79 225 66 244 53 264

mírný tanec

92 250 77 273 62 296

Při sezení, dochází k přímému kontaktu člověka s automobilovým sedadlem. Je tedy nutné zajistit co nejlepší přenos tepla a vodní páry přes potahovou textilii, tak aby se tělo v místech kontaktu nepřehřívalo. Přenos tepla je tady realizován především vedením, jelikoţ dochází ke kontaktu těla se sedadlem, vlivem působícího zatíţení.

Základními poţadavky na automobilová sedadla jsou, aby byly schopny odvádět nejen teplo ale i vlhkost v podobě vodní páry.

23

3. Hodnocení fyziologického komfortu

Fyziologický (termofyziologický) komfort textilií lze zjednodušeně charakterizovat pomocí dvou základních parametrů jimiţ jsou tepelný a výparný odpor.

Výparný odpor je důleţitý při ochlazování těla odpařováním potu z povrchu kůţe. Míra ochlazování závisí na rozdílu parciálních tlaků vodních par na povrchu pokoţky a ve vnějším prostředí a také pak na propustnosti textilie pro vodní páry. Parametr paropropustnost se můţe nahradit parametrem výparný odpor, který za měření simulujících reálné přenosové jevy při kontaktu pokoţky s textilií charakterizuje tepelné účinky vnímané pokoţkou vznikající jako důsledek odparu potu. [1]

Norma ČSN EN 31092 Textilie – Zjišťování fyziologických vlastností – měření tepelné odolnosti a odolnosti vůči vodním parám za stálých podmínek (zkouška pocení vyhřívanou destičkou) definuje odolnost vůči vodním parám jako rozdíl tlaku vodních par mezi dvěma povrchy materiálu, dělený výsledným výparným tepelným tokem na jednotku plochy ve směru gradientu. Odolnost vůči vodním parám Ret [m².Pa/W] je veličina specifická pro textilní materiály a kompozity. A je definována jako latentní výparný tepelný tok procházející danou plochou, odpovídající ustálenému pouţitému tlakovému gradientu páry. [12]

𝐑_𝐞𝐭 = 𝐩_𝐦− 𝐩_𝐚 ∙ 𝐀

𝐇 − ∆𝐇_𝐞 − 𝐑_𝐞𝐭𝟎 𝐦^𝟐.𝐏𝐚

𝐖 (𝟐) kde:

pm [Pa] … nasycený parciální tlak vodních par na povrchu měřící jednotky při Tm

pa [Pa] … parciální tlak vodní páry ve vzduchu ve zkušebním prostoru při Ta

A [m²] … plocha měřící jednotky

H [W] … výhřevnost dodávaná měřící jednotce

∆𝐇_𝐞 … korekce pro výhřevnost při měření odolnosti vůči vodním parám

∆𝐇_𝐞 = 𝛃 ∙ 𝐓_𝐦− 𝐓_𝐬

T_s [°C] … teplota tepelného chrániče

β … kalibrační konstanta přístroje (postup stanovení – viz. ČSN EN 31092)

R_et0 [m².Pa.W^-1] … konstanta přístroje pro měření odolnosti vůči vodním parám (postup stanovení – viz. ČSN EN 31092) [12] [13]

24

Dále tato norma definuje tepelnou odolnost jako rozdíl teplot mezi dvěma povrchy materiálu dělený výsledným tepelným tokem na jednotku plochy ve směru gradientu. Tepelná odolnost Rct [m².K/W] je taktéţ specifická vlastnost textilních plošných útvarů a kompozitů a určuje suchý tok tepla danou plochou v důsledku aplikovaného stacionárního gradientu teploty. [12]

𝐑_𝐜𝐭 = 𝐓_𝐦− 𝐓_𝐚 ∙ 𝐀

𝐇 − ∆𝐇_𝐜 − 𝐑_𝐜𝐭𝟎 𝐦^𝟐.𝐊

𝐖 (𝟑) kde:

Tm [°C] … teplota měřící jednotky

Ta [°C] … teplota vzduchu ve zkušebním prostoru A [m²] … plocha měřící jednotky

H [W] … výhřevnost dodávaná měřící jednotce

ΔHc … korekce pro výhřevnost při měření tepelné odolnosti

R_ct0 [m².K.W^-1] … konstanta přístroje pro měření tepelné odolnosti (postup stanovení – viz. ČSN EN 31092) [12] [13]

Hodnotu propustnosti textilie lze vyjádřit indexem propustnosti vodních par, která nabývá hodnot 0 aţ 1. Hodnota 0 znamená, ţe materiál nepropouští ţádnou vodní páru, hodnota 1 znamená, ţe má tepelnou odolnost vůči vodním parám jako vrstva vzduchu shodné tloušťky. Index propustnosti vodních par se vypočítá jako poměr

tepelné odolnosti a odolnosti vůči vodním parám podle rovnice:

𝐢_𝐦𝐭 = 𝐒 ∙𝐑_𝐜𝐭

𝐑_𝐞𝐭 (𝟒) kde:

S = 60 Pa/K. [12]

25

Další vlastností textilních materiálů nebo kompozitů závislá na odolnosti vůči vodním parám a teplotě je propustnost vodních par Wd [g/m².h.Pa], která se stanoví podle rovnice: [12]

𝐖_𝐝 = 𝟏

𝐑_𝐞𝐭∙ 𝛟𝐓_𝐦 𝐠

𝐦^𝟐. 𝐡. 𝐏𝐚 (𝟓) kde:

𝛟𝐓_𝐦 je latentní teplo odpařování vody při teplotě měřící jednotky Tm (např. 0,672

W.h/g při T_m = 35°C). [12]

3.1. Zjišťování relativní propustnosti vodních par dle ČSN 80 0855 (Gravimetrická metoda)

Princip metody spočívá na upevnění kruhového vzorku textilie na misku obsahujísí silikagel, který zajišťuje na spodní straně zkoušené textilie nulovou relativní vlhkost. Zváţení této misky se vzorkem (G0) před 6 hodinovou exposicí (τ) v klimatizační skříni, kde je dodrţena teplota 20 ± 2 °C, relativní vlhkost 60 ± 2 % a maximální rychlost proudění vzduchu 0,2 m.s^-1 . A zváţení misky se vzorkem (G0) po této exposici s výpočtu relativní propustnosti Prel dle vztahu

𝐏_𝐫𝐞𝐥 = 𝐆_𝟏− 𝐆_𝟎

𝐆_𝟎 %

(6) nebo absolutní propustnosti

𝐏_𝐚𝐛𝐬 = 𝐆_𝟏− 𝐆_𝟎

𝐒 ∙ 𝛕 𝐤𝐠 𝐦^𝟐𝐡𝐨𝐝

(7) kde S je plocha misky kruhového tvaru o velikosti 30 cm². [1]

Nevýhodou této metody je zdlouhavost a nízká přesnost, která je dána časově

nelineární sorpcí vysoušedla. [1]

26 3.1.1. Metoda DREO

Vzorek je upevněn na podloţku mezi dvě polopropustné vrstvy. Pod spodní vrstvu je umístěna voda a přes vrchní vrstvu proudí suchý vzduch. Spodní vrstva má za úkol chránit vzorek před vodní hladinou a vrchní vrstva před průnikem vzduchu.

Úbytek vody je odečítán na stupnici skleněné kapiláry. Měření probíhá po dobu 15

minut. [1]

3.1.2. Stanovení parametrů termofyziologického komfortu pomocí SKIN MODELU

Základ přístroje tvoří vyhřívaná a zavlhčovaná porézní deska, která se označuje jako „model kůţe“ a slouţí k simulaci procesů, ke kterým dochází mezi lidskou pokoţkou a okolím a to k přenosu tepla a hmoty. Měření, které zahrnují jeden nebo oba přenosy, se mohou provádět separátně nebo při měnících se vnějších podmínkách, které zahrnují kombinaci různých teplot, relativní vlhkosti a rychlosti proudění vzduchu.

Získané hodnoty tedy mohou odpovídat rozdílným ustáleným i proměnlivým okolním

podmínkám nošení oděvu. [1]

Obr.3: SKIN MODEL [14]

27

3.1.3. Měření pomocí přístroje PERMETEST

Tento přístroj je ve své podstatě SKIN MODEL, je však menších rozměrů a je zaloţený na přímém měření tepelného toku procházejícího povrchem tohoto tepelného modelu lidské pokoţky. Simulace funkce ochlazování pocením je zajišťováno zavlhčováním porézního povrchu modelu. Na tento povrch je poloţena separační fólie a na tu je umístěn měřený vzorek, jehoţ vnější strana je ofukována.

Při měření výparného odporu a paropropustnosti je měřící hlavice udrţovaná na teplotě okolního vzduchu (obvykle 20 – 23°C), který je do přístroje nasáván. Teplota je udrţována pomocí elektrické topné spirály a regulátoru. Tím se zajišťují izotermické podmínky měření. Při měření se vlhkost v porézní vrstvě mění na páru, která prochází separátní fólií a následně vzorkem. Speciální snímačem je měřen příslušný výparný tepelný tok a jeho hodnota je přímo úměrná paropropustnosti textilie nebo nepřímo úměrná jejímu výparnému odporu. V obou případech je nejdříve měřen tepelný tok bez vzorku a následně se vzorkem, přístroj registruje odpovídající tepelné toky.

Při měření tepelného odporu vzorku je suchá měřící hlavice udrţována na teplotě o 10 – 20°C vyšší neţ je teplota okolního vzduchu. Tepelný tok, který je odváděn ze vzorku konvekcí do okolního vzduchu, je registrován.

Výhodou tohoto měření je rychlost a moţnost měření v jakýchkoliv běţných

klimatických podmínkách. [1]

Obr.4: Přístroj PERMETEST [15]

28

3.1.4. Měření odolnosti vůči vodním parám a tepelné odolnosti pomocí přístroje SGHP – 8.2

Tento přístroj umoţňuje měření tepelné odolnosti a odolnosti vůči vodním parám. Pracuje na stejném principu jako Skin Model, ale je ještě navíc umístěn v klimatické komoře. Přístroj je tvořen vytápěným blokem, který se skládá ze tří samostatně vyhřívaných zón, nádrţkou na destilovanou vodu, vzduchovým ventilátorem, senzory pro měření teploty, relativní vlhkosti a rychlosti vzduchu.

Součástí zařízení je i systém pro řízení a záznam dat ThermDAC software, poskytující kontrolu a okamţité zaznamenávání naměřených dat. Výsledné hodnoty vyhodnocené softwarem obsahují i hodnotu vlastní destičky a proto je nutné tuto hodnotu následně od

výsledku odečíst. [16]

Obr.5: Přístroj SGHP – 8.2 [17]

3.2. Hodnocení prodyšnosti

Prodyšnost R m/s je stanovena jako schopnost textilie propouštět vzduch za předem stanovených podmínek. Definice zní, je to rychlost proudu vzduchu procházejícího kolmo zkušebním vzorkem při specifikovaných podmínkách pro zkušební plochu, tlakový spád a dobu.

Podstatou zkoušky je měření rychlosti proudu vzduchu procházejícího kolmo danou plochou zkušebního vzorku plošné textilie při stanoveném tlakovém spádu.

29

Zkoušku vyhodnotíme výpočtem propustnosti vzduchu (prodyšnosti) R [mm .s^-1] dle následujícího vzorce: [13]

𝐑 =𝐪_𝐯

𝐀 ∙ 𝟏𝟎^−𝟐 𝐦 . 𝐬^−𝟏 (8) kde:

q_v [ml . s^-1] ([cm³.s^-1])… aritmetický průměr rychlosti průtoku vzduchu z jednotlivých měření

A [cm²] … zkoušená plocha textilie A = 20 cm²

10^-2… přepočítávací faktor z [ml.s^-1.cm^-2] na [m.s^-1] [13]

3.2.1. Měření prodyšnosti na přístroji SDL M 021 S AIR-PENETRATION

Tento přístroj měří propustnost vzduchu u textilií a jiných porézních materiálů.

Přes vzorek textilie, který je upnutý v kruhové čelisti o velikosti plochy 20 cm², je nasáván vzduch za pomoci pedálu vývěvy. Objem průtoku vzduchu qv [ml.s^-1] je měřen pomocí průtokoměru vůči specifikovanému podtlaku. Hodnota rychlosti proudu vzduchu je pak odečítána na stupnici průtokoměru. [13]

Obr.6:Přístroj SDL M021S Air Penetration [14]

30

4. Automobilová sedadla

4.1. Historický vývoj automobilových sedadel

Nejstarším dopravním prostředkem byl „volský povoz“ kde byla k sezení dřevěná lavice. Pokud byla zima, seděli cestující zahaleni v ovčí houni nebo medvědím koţiše. Bohatší měli lavice pobité podčalouněnou kůţí. S potřebou cestovat dále a rychleji se začali vyvíjet stále lépe odpruţené a čalouněné kočáry. Později s výrobou automobilů přišla éra výroby co nejlevnějších vozů pro chudé, do kterých se k sezení montovalo něco jako uříznutá ţidle, pohodlí veskrz nulové. [18]

Aţ s příchodem sportovních vozů v 50. a 60. letech se objevily první anatomicky tvarovaná sedadla, díky nimţ bylo cestování mnohem pohodlnější. Různá přídavná zařízeními se začaly sedadlům přidávat teprve v nedávné minulosti. Mezi ně patří například bederní podpěrky, opěrky hlavy a vyhřívaná opěradla. [19]

4.2. Současný vývoj automobilových sedadel

V dnešní době je kladen důraz na správné ergonomické tvarování a komfort sezení. Protoţe lidské tělo není přizpůsobeno pro sezení, je velmi důleţité správné tvarování automobilového sedadla z hlediska ergonomie, abychom tělu co nejvíce odlehčili. A především při dlouhých cestách tělu ulevili, dopřáli mu zdravé sezení a celkově přispěli k pohodlnějšímu a šetrnějšímu cestování. Důraz je kladen na tvarování polstrování, které vhodně podpírá páteř, dále prodlouţitelnost sedadla pro odlehčení stehenního svalstva, moţnost nastavení výšky a sklonu sedadla do optimální pozice sezení, individuální nastavení bederní opory a dlouhé opěradlo, které znatelně uleví

zádům. [20]

Další oblastí zlepšení je zajištění co největšího komfortu na cestách. Speciální konstrukce sedadla zlepšuje tlumení vibrací přenášených od silnice, individuální oporu bederní páteře, extra dlouhé opěradlo pro vysoké řidiče, nastavitelná výška a sklon sedadla, elektrické ovládání nastavitelných prvků, a v poslední době i klimatizovaná sedadla, která zajišťují optimální teplotu jak v zimě, tak v parném létě. Např.

patentovaný systém RECARO Vent® - System odvádí vlhkost skrz klínovité membrány

31

od těla prostřednictvím ventilátorů umístěných v sedadle. Tím se zajišťuje i v horkém

počasí příjemné suché klima bez průvanu. [20]

Nebo naopak RECARO Klimapaket uvolní v chladných dnech svalstvo díky

integrovanému vyhřívání v sedadle a opěradle. [20]

Obr.7: Model automobilového sedáku s klimatickým zařízením Vent-Systém [21]

Při návrhu nového designu sedadel se pouţívají nástroje simulace s virtuálními figurínami, které zobrazují antropometrickou rozmanitost lidského těla v 2D nebo 3D rozměrech. Objektivně vyhodnocují komfort sezení a tím pomáhají při optimalizaci designu z hlediska kinematiky. Firma Faurecia, přední evropský výrobce automobilových sedadel, vyvinula obrovskou řadu nástrojů ke kvantifikaci a analýze komfortu na maketách v různých stupních vývoje. To pomáhá sníţit dobu vývoje a podporuje proces inovací nových řešení pro zlepšení komfortu. Do budoucna se otevírá moţnost spojení komfortního sezení s posledními technickými pokroky a elektronikou, k vytvoření chytrých interiérů, které se budou automaticky nastavovat dle velikosti těla

a jízdních vlastností. [22]

4.3. Složení automobilových sedadel

Automobilová sedadla se skládají z kovové konstrukce, na které je umístěn sedák z polyuretanové pěny, který je obalen látkovým či koţeným potahem.

32

Současná automobilová sedadla mají velmi podobnou konstrukci, odlišují se pouze v pouţitých potahových textiliích, tvarovém řešení a způsobu ozdobného prošití

vrchních dílů automobilových sedaček. [8]

Automobilová sedačka se skládá z následujících součástí:

 ţelezná konstrukce (rám) a bedrová podloţka

 polyuretanová pěna

 potah autosedadla [8]

V následujících podkapitolách budou jednotlivé součásti blíţe popsány.

4.3.1. Kovová konstrukce autosedadel

Kostra sedadla je tvořena ocelovým rámem, ve kterém jsou umístěny všechny seřizovací mechanismy sedadla. Vyrábí se stříháním, lisováním, svařováním, lakováním a následnou montáţí jednotlivých součástí dohromady. Na tuto konstrukci je umístěna polyuretanová pěna. Kostra sedadla je komponenta, která hraje klíčovou roli v komfortu

a bezpečnosti sedadel. [22]

V ţelezném rámu jsou pro uchycení potahu sedadla zhotoveny různé ţlábky

(kanálky). [8]

Obr.8: Řez sedačky s železným rámem [22]

33 4.3.2. Polyuretanová pěna

Výplň sedadel tvoří polyuretanová pěna. Více jak 90% všech automobilových sedadel je vyráběno z měkké polyuretanové pěny. Pěna má na jedné straně podporovat pohodlné sezení a na straně druhé stimulovat smysly řidiče. Protoţe musí být za všech okolností stoprocentně koncentrován. Dále musí materiál svou elasticitou a tvarováním ergonomicky podepírat tělo ve správné poloze. Z PUR pěny se vyrábí anatomická čalounění sedadel, opěrek zad a hlavy a opěrky rukou. Pomocí technologie vícevrstvé pěny mohou být boční kraje sedadel opatřeny zvýšenou stabilitou, která pomáhá udrţet řidiče na správném místě v zatáčkách, kdy na něj působí odstředivá síla. [23]

Obr.9: Výplň sedadel z polyuretanové pěny [24]

Pěnové díly se vyrábějí ve formách jako samostatné odlitky v širokém rozmezí fyzikálně - mechanických parametrů. Na boční straně opěrky má PUR pěna vytvořený otvor pro airbag. Celá plocha PUR pěny je pokryta úzkými kanálky a menšími otvory pro pevné uchycení potahu do ţelezného rámu automobilového sedadla. Na přání zákazníka můţe být přidáno i vyhřívání, které se uskutečňuje pomocí vyhřívací podušky připevněné k PUR pěně lepivým nánosem. U luxusnějších typů aut je polyuretanová pěna svým tvarem mnohem lépe přizpůsobena lidskému tělu. [8]

4.3.3. Potah sedadla

Na materiály pouţívané pro výrobu automobilových potahů jsou kladeny různé poţadavky v závislosti na oblasti pouţití a podmínkách zákazníka, pro kterého je

34

automobil určen. Například u draţších automobilů je kladem větší důraz na trvanlivost plošné textilie. Potah musí být ušit přesně podle tvaru PUR pěny, aby se zamezilo neţádoucím jevům, jako je například vrásnění švů. [8]

Pro výrobu potahů se poţívají tyto druhy materiálů:

 textilní materiály

 koţenka

 kůţe

Textilní materiály - jsou to tkaniny, pleteniny anebo ve většině případů vrstvené materiály, které vzniká spojením základní textilie s polyuretanovou pěnou a případně i

podšívkou pro snadnější montáţ. [8]

Koţenka - je tvořena z podkladového materiálu a nánosu polymeru, který tvoří líc koţenky. Jako podkladový materiál můţe být pouţita:

 Tkanina - z bavlny, viskózové stříţe, polyakrylonitrilu, polyesteru a jejich směsí.

 Pletenina - nejrozšířenější je polyakrylonitrilová pletenina, méně potom pletenina bavlněná.

 Netkaná textilie - mezi její výhody patří především nízká cena, malá sráţlivost při údrţbě, nízká hmotnost a vysoká objemnost. [8]

Jako nánosový materiál se pouţívá polyvinylchlorid, polyuretan anebo polyakrylát

samostatně nebo v kombinaci. [8]

Kůţe - je to vyčiněná kůţe zvířat zbavená chlupů, pokoţky, podkoţního vaziva a mezivlákenných bílkovin, která je vysušená a upravená. Získaná useň nepodléhá hnilobě, po vyschnutí vody neztvrdne a mechanickým opracováním měkne a stává se ohebnou. Podle původu rozdělujeme kůţi na hovězí, telecí, kozí, prasečí atd. [8]

35

II. PRAKTICKÁ ČÁST

5. Porovnání automobilových sedaček z textilních materiálů a z kůže z hlediska fyziologického komfortu

Má-li být zajištěn u automobilových sedaček co nejlepší fyziologický komfort, musí být materiály pouţité pro výrobu sedačky schopny propouštět teplo a vodní páry.

V této části práce se provádí měření na vybraných typech materiálů, které se běţně pouţívají při výrobě potahů automobilových sedaček a jejich porovnání z hlediska tepelné odolnosti, odolnosti vůči vodním parám a prodyšnosti.

5.1. Popis použitých materiálů

Materiály byly získány z firmy Johnson Controls, Automobilové součástky k.s.

se sídlem v České Lípě. V následující tabulce Tab.3 jsou tyto materiály popsány.

Tab.3: Popis použitých materiálů Typ

materiálu Popis materiálu Tloušťka

[mm]

Vrstvená textilie 1

Vrstvená textilie sloţená z PES tkaniny, PUR pěny a PES

podšívky 7,14

Vrstvená textilie 2

Vrstvená textilie sloţená z PES tkaniny, PUR pěny a PES

podšívky 7,40

Vrstvená textilie 3

Vrstvená textilie sloţená z PES dvouvrstvé pleteniny, PUR

pěny a PES podšívky 9,02

Vrstvená textilie 4

Vrstvená textilie sloţená z PES tkaniny, PUR pěny a PES

podšívky 7,21

Kůže 1 Přírodní kůţe hovězí bez desénu 2,03

Kůže 2 Přírodní kůţe hovězí desénovaná 1,48

Kůže 3 Přírodní kůţe hovězí desénovaná 2,13

Kůže 4 Přírodní kůţe hovězí bez desénu 1,78

36

Tloušťka materiálu byla stanovena na digitálním tloušťkoměru SDL M034A.

Podstata zkoušky spočívá v měření tloušťky textilie jako vzdálenosti mezi základní deskou, na které je vzorek umístěn a paralelním kruhovým kotoučem, který vyvíjí specifikovaný přítlak na zkoušenou plochu textilie. Měření je vyhodnoceno pomocí počítače a instalovaného softwaru. Zkouška odpovídá normě ČSN EN ISO 5084 (80 0844) Textilie - Zjišťování tloušťky textilií a textilních výrobků. [25]

Obr.10: Digitálním tloušťkoměru SDL M034A [O]

Vzorky byly před měřením aklimatizovány 24 hodin v klimatizované laboratoři při teplotě 20 ± 2 °C a relativní vlhkosti 65 ± 2 %. Plocha přítlačného kotouče byla zvolena (10 000 ± 100) mm² a přítlačný tlak o hodnotě (0,1 ± 0,001) kPa. Pro měření byly vybírány vzorky tak, aby reprezentovaly celou plochu měřené textilie. Pro kaţdý

materiál bylo provedeno deset měření. [13]

Zkušební zařízení se skládá z vyměnitelného přítlačného kotouče, jehoţ velikost se volí vzhledem k měřenému materiálu. Dále se skládá ze základní desky s rovným horním povrchem a průměru, který je alespoň o 50 mm větší neţ je průměr přítlačného kotouče. Další součástí je měřící patka, která umoţňuje pohyb přítlačného kotouče ve směru kolmém k základní desce. Tyto dvě plochy musejí zůstat v horizontální poloze, aby bylo moţné aplikovat přítlak na zkušební vzorek, který je poloţen na základní desce. Velikost zvoleného přítlaku se opět stanoví na základě pouţitého materiálu. Dále

37

je součástí přístroje digitální snímač, který registruje vzdálenost mezi plochou přítlačného kotouče a základní deskou s přesností 0,01 mm. Na celý tento přístroj je napojen počítač se softwarem, který jednotlivá měření vyhodnocuje a za pomoci přídavné tiskárny je moţnost si výsledky měření jednoduše vytisknout.

Vlastní měření spočívá ve spuštění přítlačné patky na zkoušený materiál aţ do hodnoty nastaveného přítlaku, kdy se ozve zvukový signál a na obrazovce se objeví

hodnota naměřené tloušťky. [13]

Protokol o měření viz příloha číslo 1.

5.2. Měření prodyšnosti

Lepší prodyšnost textilie napomáhá k lepšímu odvodu tepla vyprodukovaného organismem. Proto bylo provedeno měření na přístroji SDL M021S Air Penetration. Jak bylo napsáno v kapitole 3.2. podstatou zkoušky je měření rychlosti proudu vzduchu procházející zkoušeným vzorkem při daném tlakovém spádu.

Vzorky byly před provedením měření aklimatizovány 24 hodin v klimatizované laboratoři při teplotě 20 ± 2 °C a relativní vlhkosti 65 ± 2 %. Pro měření bylo vybráno 10 vzorků z plošné textilie tak aby reprezentovaly celou plochu měřené textilie. Vzorky byly do přístroje vkládány tak, ţe byla měřena prodyšnost textilie směrem od lidského organismu. Aby bylo moţno měření jednotlivých typů materiálů mezi sebou navzájem porovnat, byl stanoven jednotný tlakový spád 150 Pa.

Přístroj pomocí pedálu vývěvy nasává vzduch přes vzorek textilie.

Průtokoměrem je měřen objem tohoto vzduchu vůči specifikovanému podtlaku, který je nastaven pomocí přídavného digitálního měřidla Almemo. Hodnota rychlosti proudu vzduchu je odečítána na stupnicích průtokoměrů za pomoci pohyblivých plováků.

Vzorek je upínán do kruhové čelisti přístroje, která je vybavena pryţovými těsněními.

Velikost plochy upnutého vzorku je 20 cm². Zkouška odpovídá normě ČSN EN ISO

9237 (80 0817). [13]

Výsledkem měření je propustnost vzduchu (prodyšnost) R [mm.s^-1], která se vypočítá podle vzorce (8). V následující tabulce Tab.4 jsou uvedeny hodnoty prodyšnosti pro jednotlivé materiály.

38

Tab.4: Tabulka hodnot prodyšností Typ materiálu Prodyšnost R [m.s^-1] Vrstvená textilie 1 0,181

Vrstvená textilie 2 0,097 Vrstvená textilie 3 0,069 Vrstvená textilie 4 0,118

Kůže 1 0

Kůže 2 0

Kůže 3 0

Kůže 4 0

Materiály typu kůţe nebylo moţno proměřit. Bylo by potřeba silnější vývěvy, protoţe kůţe mají velice malou prodyšnost vzduchu. Proto se bude povaţovat hodnota prodyšnosti kůţí za nulovou.

Protokol o provedeném měření viz příloha číslo 3.

5.3. Měření tepelné odolnosti a odolnosti vůči vodním parám

5.3.1. Tepelná odolnost

Tepelná odolnost dle normy ČSN EN 31092 Textilie – Zjišťování fyziologických vlastností – měření tepelné odolnosti a odolnosti vůči vodním parám za stálých podmínek (zkouška pocení vyhřívanou destičkou) je definovaná jako rozdíl teplot mezi dvěma povrchy materiálu dělený výsledným tepelným tokem na jednotku plochy ve směru gradientu. Vyjadřuje nám, jak materiál odolává prostupu tepla. Čím je menší, tím lépe dochází k odvodu tepla vyprodukovaného organismem. [12]

Měření tepelné odolnosti bylo provedeno na přístroji SGHP- 8.2. Tento přístroj je tvořen vyhřívaným blokem, který je sloţen ze tří samostatně vyhřívaných zón (aktivního pole- porézní kovová destička, a dvě ochranná pole), dále obsahuje nádrţku na destilovanou vodu, vzduchový ventilátor a senzory pro měření teploty, relativní

39

vlhkosti a rychlosti proudění vzduchu. Celý tento přístroj je umístěn v klimatizované komoře, kde jsou udrţovány nastavené parametry měření. Průběh měření je zaznamenáván a řízen pomocí počítače a nainstalovaného ThermaDAC softwaru, který

je součástí zařízení. [16]

Na začátku měření je třeba nejprve nastavit klimatickou komoru dle podmínek měření, tzn. ţe pro měření tepelné odolnosti se nastaví teplota desky na 35°C, teplota vzduchu na 20°C, relativní vlhkost na 65% a rychlost proudění vzduchu na 1 m/s.

Zkušební vzorek o velikosti 300 x 300 mm, které byly před provedením měření aklimatizovány 24 hodin v klimatizované laboratoři při teplotě 20 ± 2 °C a relativní vlhkosti 65 ± 2 %, se upevní pomocí lepicí pásky do zkušebního prostoru. Vzorek je umístěn lícní stranou k povrchu destičky, čímţ dochází k měření tepelné odolností ve směru od lidského organismu. Následně je klimatická komora uzavřena a pomocí ThermaDAC softwaru je test spuštěn. Výsledná hodnota vypočítaná systémem zahrnuje i hodnotu tepelné odolnosti vlastní destičky a proto je nutno tuto hodnotu od výsledku odečíst. Tepelná odolnost vlastní destičky se měří za stejných podmínek pouze však bez

instalovaného vzorku. [16]

V následující tabulce Tab.5 jsou uvedeny výsledné hodnoty tepelné odolnosti.

Tab.5: Hodnoty tepelné odolnosti Typ materiálu R_ct (m² K/ W) Vrstvená textilie 1 0,228 Vrstvená textilie 2 0,326 Vrstvená textilie 3 0,212 Vrstvená textilie 4 0,170

Kůže 1 0,049

Kůže 2 0,021

Kůže 3 0,036

Kůže 4 0,034

Protokol o provedeném měření viz příloha číslo 5.

40 5.3.2. Odolnost vůči vodním parám

Tato veličina je dle normy ČSN EN 31092 Textilie – Zjišťování fyziologických vlastností – měření tepelné odolnosti a odolnosti vůči vodním parám za stálých podmínek (zkouška pocení vyhřívanou destičkou) definována jako rozdíl tlaku vodních par mezi dvěma povrchy materiálu, dělený výsledným výparným tepelným tokem na jednotku plochy ve směru gradientu. Vyjadřuje nám, jak materiál brání prostupu vodní páry skrz textilii. Je-li odolnost veliká, dochází k hromadění vodní páry na povrchu textilie a její kondenzaci, tím dochází k diskomfortu. [12]

Stejně jako tepelná odolnost byla odolnost vůči vodním parám měřena na přístroji SGHP- 8.2. Materiály byly před měřením 24 hodin aklimatizovány v laboratoři při teplotě 20 ± 2°C a relativní vlhkosti 65 ± 2%. Podmínky měření v klimatické komoře jsou nastaveny na následující hodnoty: teplota desky na 35°C, teplota vzduchu na 35°C, relativní vlhkost na 40% a rychlost proudění vzduchu na 1 m/s. Na porézní destičku je nainstalovaná membrána, která propouští vodní páru a nepropouští vodu. A aţ na tuto membránu je poloţen vzorek materiálu. Měření je vyhodnoceno pomocí počítače. Od výsledné hodnoty je opět potřeba odečíst hodnotu odolnosti vůči vodním parám, která je měřena bez instalovaného vzorku.

V následující tabulce Tab.6 jsou uvedeny výsledné hodnoty odolnosti vůči vodním parám.

Tab.6: Hodnoty odolnosti vůči vodním parám Typ materiálu R_et (m² Pa/W) Vrstvená textilie 1 20,395 Vrstvená textilie 2 28,738 Vrstvená textilie 3 34,258 Vrstvená textilie 4 27,617

Kůže 1 89,808

Kůže 2 146,977

Kůže 3 98,578

Kůže 4 101,627

41

Materiály typu Kůţe byly velice obtíţně měřitelné, protoţe jejich odolnost je tak veliká, ţe se vodní pára v prostoru mezi membránou a povrchem vzorku sráţela a vznikala tak pod vzorkem vodní hladina.

Protokol o provedeném měření viz příloha číslo 5.

Index propustnosti vodních par

Z předchozích dvou měření můţeme stanovit index propustnosti vodních par. Je to veličina, která nabývá hodnoty od 0 do 1. A hodnota 0 znamená, ţe materiál nepropouští ţádnou vodní páru, a hodnota 1 znamená, ţe materiál propouští vodní páru jako vrstva vzduchu stejné tloušťky jako zkoušený materiál. Index propustnosti stanovíme podle vzorce (4).

Tab.7: Hodnoty indexu propustnosti vodních par Typ materiálu Index propustnosti vodních par i_mt [-]

Vrstvená textilie 1 0,671

Vrstvená textilie 2 0,681

Vrstvená textilie 3 0,371

Vrstvená textilie 4 0,370

Kůže 1 0,032

Kůže 2 0,009

Kůže 3 0,021

Kůže 4 0,020

Propustnost vodních par

Je to další vlastnost textilních materiálů, která je závislá na odolnosti vůči vodním parám a teplotě. Vyjadřuje kolik gramů vodní páry projdem m² plochy textilie za hodinu při daném tlaku. Její hodnota se stanoví podle rovnice (5). Její hodnoty jsou uvedeny v tabulce Tab.8.