NÁVRH A REALIZACE LIMITNĚ ZAPLNĚNÉ STRUKTURY ZÁTAŽNÉ JEDNOLÍCNÍ PLETENINY PŘI ZACHOVÁNÍ MINIMÁLNÍ TLOUŠŤKY

NÁVRH A REALIZACE LIMITNĚ ZAPLNĚNÉ STRUKTURY ZÁTAŽNÉ JEDNOLÍCNÍ PLETENINY PŘI ZACHOVÁNÍ MINIMÁLNÍ

TLOUŠŤKY

Diplomová práce

Studijní program: N3108 – Průmyslový management

Studijní obor: 3106T014 – Produktový management – Textil Autor práce: Bc. Soňa Pospíšilová

Vedoucí práce: Ing. Jana Špánková

Liberec 2014

P r o h l á š e n í

Byla jsem seznámena s tím, že na mou diplomovou práci se plně vztahuje zákon č. 121/2000 Sb., o právu autorském, zejména § 60 – školní dílo.

Beru na vědomí, že Technická univerzita v Liberci (TUL) nezasahuje do mých autorských práv užitím mé diplomové práce pro vnitřní potřebu TUL.

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

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

Datum

………..

Podpis

Poděkování

Tímto bych chtěla velmi poděkovat Ing. Janě Špánkové za vedení moji diplomové práce, konzultace, cenné rady a trpělivost.

Poděkování patří také mé rodině za morální a materiální podporu po celou dobu studia na vysoké škole.

Anotace

Hlavním tématem této diplomové práce je návrh a realizace limitně zaplněné struktury zátažné jednolícní pleteniny. Práce je rozdělena na část rešeršní a část experimentální.

Rešeršní část je věnovaná vlastnostem cévních náhrad a stentgraftů a jejich využitím ve zdravotnictví. V experimentální části jsou vyrobeny zátažné jednolícní pleteniny z několika materiálů za účelem dosažení limitně zaplněné struktury. Následně jsou analyzovány vyrobené vzorky zátažné jednolícní pleteniny, především strukturní parametry dále pak porosita a prodyšnost.

Klíčová slova

 Cévní náhrady

 Stentgraft

 Zátažná jednolícní pleteniny

 Limitně zaplněná struktura .

Annotation

The main topic of this diploma thesis is the design and implementation of one-front stent graft limit-filled structure. The thesis is divided into a research and an experimental part. The research part deals with the properties of the vascular grafts and stent grafts and their application in medicine. In the experimental part the one-front stent grafts are made of several materials to achieve the limit-filled structure. The produced samples of the one-front stent graft are subsequently analyzed, especially the structural parameters, and above all their porosity and air permeability.

Key words

 Vacular grafts

 Stentgrafts

 Weft knitted

 Limit-filled structure

8

Obsah

Seznam zkratek a symbolů... 10

Úvod ... 11

REŠERŠNÍ ČÁST ... 12

1. Umělé náhrady používané ve zdravotnictví ... 12

1.1 Cévní náhrady ... 13

1.1.3 Výroba cévních náhrad ... 16

1.1.4 Vlastnosti cévních náhrad ... 18

1.1.5 Úpravy cévních náhrad ... 19

1.1.6 Nanovlákenné cévní náhrady ... 21

1.2 Stentgraft ... 22

1.2.1 Stent ... 22

1.2.1.1 Balon – expandibilní stenty ... 23

1.2.1.2 Samo – expandibilní stenty ... 23

1.2.1.3 Potažené a farmaka uvolňující stenty ... 24

1.2.2 Graft ... 24

1.2.2.1 Tkané grafty ... 25

1.2.2.2 Pletené grafty ... 26

1.2.2.3 Speciální grafty ... 27

2. Pleteniny ... 28

2.1 Zátažná jednolícní pletenina ... 29

2.2 Geometrie zátažné jednolícní pleteniny ... 30

2.2.1 Průměr příze ... 31

2.2.1.1 Substanční průměr příze ... 32

2.2.1.2 Reálný průměr příze ... 33

2.3 Modely struktury zátažné jednolícní pleteniny ... 34

2.3.1 Dalidovičův geometrický model očka ... 34

2.3.2 Chamberlainův model očka ... 35

2.4 Model pleteniny s limitním zaplněním ... 37

3 Experimentální část ... 42

3.1 Maloprůměrový okrouhlý pletací stroj ... 43

3.2 Strukturní parametry pleteniny ... 44

3.2.1 Hustota pleteniny ... 44

3.2.2 Tloušťka ... 44

3.2.3 Průměr příze ... 45

3.2.4 Délka nitě v očku ... 46

3.3 Porosita ... 47

3.4 Prodyšnost ... 48

4. Prezentace a diskuze výsledků ... 49

4.1 Monofil ... 49

4.1.1 Délka nitě v očku ... 51

4.1.2 Koeficient plnosti ... 52

4.1.3 Tloušťka ... 52

4.1.4 Plošná porosita ... 54

4.1.5 Prodyšnost ... 55

4.2 Staplová příze... 56

4.2.1 Průměr příze ... 58

4.2.2 Délka nitě v očku ... 58

4.2.3 Koeficient plnosti ... 60

9

4.2.4 Tloušťka ... 61

4.2.5 Plošná porosita ... 62

4.2.6 Prodyšnost ... 65

4.3 Multifil ... 66

4.3.1 Průměr ... 69

4.3.2 Délka nitě v očku ... 70

4.3.4 Tloušťka ... 72

4.3.5 Plošná porosita ... 73

4.3.6 Prodyšnost ... 74

Závěr ... 76

Použitá literatura ... 78

10

Seznam zkratek a symbolů

c [mm] rozteč řádků

w [mm] rozteč sloupků

l [mm] délka nitě v očku

t [mm] tloušťka materiálu

Hř [ř.m^-1] hustota řádků

Hs [sl.m^-1] hustota sloupků

Hc [oč.m^-2] hustota celková

d [mm] průměr příze

T [tex] jemnost příze

µ [-] zaplnění

ρ [kg.m³] hustota vlákenného

materiálu

11

Úvod

Díky dnešnímu životnímu stylu, ale i díky celé řadě onemocnění dochází čím dál častěji k nesprávné funkci cév a přechází se k implantaci cévní náhrady nebo použití stentgraftu. Vytvoření cévní náhrady z jiné než z cévní tkáně se stalo předmětem výzkumu mnoha pracovišť již v druhé polovině minulého století. Účelem bylo nalézt adekvátní náhradu pro cévy. V průběhu let však cévní protézy prošly značným vývojem, kdy se jejich materiál a technologie výroby postupně vylepšovaly tak, aby se jejich mechanické vlastnosti co nejvíce přiblížily mechanickým vlastnostem tepen. V současné době jsou cévní náhrady a stentgrafty nedílnou součástí cévní chirurgie.

Hlavním tématem této práce bylo navrhnout vhodnou strukturu ze zátažné jednolícní pleteniny, která se využívá na výrobu graftů. Cílem bylo vytvořit pleteninu, která bude dosahovat limitního zaplnění. Otázkou však zůstává, jaký parametr stanovuje a určuje limitně zaplněnou strukturu pleteniny. V této práci byl zvolen takový parametr, podle kterého na základě délky nitě v očku a průměru příze, limitně zaplněná struktura dosahuje a to l=13d.

V současné době se grafty vyrábějí na pletacích strojích s dělením 20 jehel na anglický palec z multifilového hedvábí s jemností 22 tex s celkovou hustotou 345 [oček/cm²]

s tloušťkou 0,47 mm. Pro tuto práci byl k dispozici zátažný pletací stroj s jemnějším dělením a to 25 jehel na anglický palec. Díky této skutečnosti bylo možné použít přízi z nižší jemností a vyrobit (dosáhnout) takových struktur, které budou mít mnohem větší hustotu, ale zároveň minimální tloušťku.

Tato práce je rozdělena na část teoretickou a experimentální. Teoretická část je věnovaná vlastnostem a využití cévních náhrad a stentgraftů ve zdravotnictví. Poté následuje charakteristika zátažné jednolícní pleteniny, která je hlavní předmětem experimentální části. V experimentální části bylo vyrobeno několik struktur zátažné jednolícní pleteniny, u kterých byla provedena analýza strukturních parametrů, změřena porosita a prodyšnost. Je zde také uvede stručný popis jednotlivých přístrojů, na kterých byly měřeny jednotlivé parametry pletenin.

12

REŠERŠNÍ ČÁST

1. Umělé náhrady používané ve zdravotnictví

Umělé cévní náhrady se používají v případě, dojde - li k poškození tkáně a nelze provést její obnovu a tím zajistit potřebnou funkci. Lékaři a vědci se proto neustále snaží hledat vhodné materiály s takovými vlastnostmi, se kterými se budu co nejvíce blížit původnímu, biologickému materiálu.

V zásadě se lze setkat s těmito implantáty:

 Náhrady měkkých tkání, kam patří především šlachy, vazy, kůže, kontaktní čočky, materiály pro operace kýly.

 Náhrady tvrdých tkání, ke kterým se řadí náhrady kloubů, kostí a zubů.

 Kardiovaskulární náhrady, které slouží k náhradě tepen, cév a chlopní a dále pak cévní výztuže tzv. stentgrafty

První základy cévní chirurgie byly položeny v roce 1902, kdy francouzský chirurg publikoval práci o tzv. cévním stehu, tedy zvláštním způsobu sešití cév. Zvláštnost cévního stehu spočívala v tom, že spojení muselo odolávat pulzní vlně tepenného řečiště, mělo být dobře přehledné a doživotně udržet sešité spojení. Výrazným objevem ve světové cévní chirurgii byl i vývoj cévní protézy, která se dodnes používá pro běžnou chirurgii [6].

Důvody použití náhrad

Cévní náhrady se používají v případě, že biologická céva přestala plnit svou funkci a nelze ji uspokojivě rekonstruovat. K selhání cévní náhrady může dojít především z následujících důvodů:

 Poranění, při kterém byla céva poškozena do takové míry, že ji nelze uspokojivě rekonstruovat. Sem spadají zranění způsobená bodnou nebo střelnou zbraní případně způsobená pádem. Dochází při nich k úniku krve. Od místa zranění směrem dále od srdce krev neproudí nebo proudí omezeně.

13

 Choroby, které způsobí změnu v průchodnosti cévy. K tomu vedou tři základní mechanismy:

 Sraženina (trombóza) – v cévě může dojít ke vzniku krevní sraženiny, která je přichycena ke stěně cévy a tak omezuje průtočnou plochu cévy, případně se může odtrhnout a doputovat do míst, kde způsobí ucpání.

 Výduť (aneurysma) – k výduti dojde v případě, že stěna cévy je oslabená nebo poškozená a hůře odolává působícímu tlaku. Ten způsobí vyklenutí oslabeného místa a dojde ke zvětšení průměru cévy, což vede ke změnám tlaku proudící krve.

 Kornatění (ateroskleróza) – na stěnách cév dochází k usazování tuku, vaziva, cholesterolu a dalších, přičemž narůstající vrstva snižuje elastičnost cévy a zejména její průřez a tím dochází k omezenému proudění krve [1].

1.1 Cévní náhrady

Cévní náhrady se využívají při mechanickém porušení tepny. K nejčastějším onemocněním tepen patří jejich zúžený průsvit (např. vlivem arteosklerózy) a vznik výdutí – aneurystmat. Oba druhy postižení lze odstranit endovaskulární nebo chirurgickou léčbou. Při chirurgickém zásahu je postižený úsek tepny zcela nahrazen cévní náhradou, při výkonu endovaskulárním se uplatňují stenty a stentgrafty, což je kovová výztuž pokrytá textilií. Cévní náhrady jsou vyrobeny tak, aby se mechanickými vlastnostmi co nejvíce blížily tepně. Pokud je to možné, provádí se rekonstrukce či náhrada pomocí autologní tkáně, což je tkáň pocházející od stejného jedince. Tak se například postupuje u srdečních bypassů (přemostění), kdy se k přemostění používá céva z lýtka. Pokud to možné není, např. proto, že cévy jsou pro tento účel nevhodné, přikročí se k použití umělé náhrady. Jsou čtyři typy základních rekonstrukcí poškozené cévy, viz obr. 1 [1], [6].

14

Obr. 1 a) sešití bez použití cévní náhrady b) záplatování poškozeného místa tepny c) náhrada tepny d) bypass [1]

Endovaskulární léčba dovoluje obnovit zúžený průsvit cévy pouze zavedením speciálního katetru, na jehož konci je umístěn malý balonek, který po nafouknutí zvětší průměr tepny. Kromě balónků se používají zejména stenty, které jsou po zavedení katetrem na postižené místo roztaženy např. balónkem a v cévě fungují jako vnitřní výztuha a brání dalšímu zužování tepny, viz obr. 2 [1].

Obr. 2 zavedení stentu pomocí balónku [7]

15 Cévní náhrady dělíme:

A) Biologické:

 Autotransplantát – náhrada z vlastního organismu

 Alotransplantát – náhrada odebraná z jiného člověka

 Xenotransplantát – náhrada odebraná z jiného organismu než je člověk

B) Umělé:

 Pletené

 Tkané

 Lité

 Kombinované

1.1.1 Umělé cévní náhrady

Mezi první umělé cévní náhrady patří náhrady biologicky neporézní. Tyto náhrady se v praxi nesetkaly s úspěchem a byly nahrazeny porézními a hlavně kombinovanými náhradami, které potvrdily, že pro úspěšné nahrazení biologické cévy umělou náhradou je potřeba zachovat porositu stěny. Porosita (pórovitost) podporuje prorůstání tkáně, která implantát oblopuje. Pro dosažení dostatečné porosity cévní náhrady se ukázalo použití protéz vyrobených na základě textilních technologických postupů. Při hledání vhodné syntetické látky, ze které by bylo možné vyrobit vlákno odolné tělesným tekutinám, jich byla vyzkoušena celá řada, ovšem nejvíce se uplatnily následující:

Vinion N, což je sloučenina 60% vinylchloridu a 40% akrylonitrilu. Ukázalo se však, že je nevhodný z důvodu ztráty pevnosti, díky vystavení působení tělních tekutin.

Polyamid 6.6, který vykazuje dobré mechanické vlastnosti. Ovšem stejně jako Vinion N ztrácí při dlouhodobějším působení tělních tekutin pevnost. Proto se jeho užití ukázalo nevhodným.

Orlon, vykazuje velmi dobrou pružnost ovšem pevnost je nižší než u ostatních materiálů. Snadno reaguje s tkáněmi, a proto byl také shledán nevhodným.

16

Během několikaletého vývoje se v dnešní době nejvíce uplatňují:

Dacron – patří do skupiny vláken polyesterových. Vlákna kruhového průřezu jsou velmi pevná a hydrofobní, odolná vůči slabým kyselinám i zásadám a tělesným tekutinám.

Organizmem jsou dobře snášena.

Teflon - polytetrafluoretylen (PTFE). Vlákna jsou pevná a odolná vůči tření. Tento materiál se také používá na výrobu litých mikroporézních protéz.

Eleastomery - jedná se o polyuretany s různými vlastnostmi. Samotné elastomery mají nestabilní vlastnosti a bývají spíše součástí kombinovaných protéz [1], [6].

1.1.2 Druhy cévních náhrad

Cévní náhrady lze rozdělit podle několika hledisek. Podle tvaru se náhrady dělí na přímé, kónické a větvící se. Ty se dále dělí na bifurkační, pokud se rozdělují na dvě větve nebo multifurkační, pokud se dělí do více větví. Jiné dělení je možné podle průměru a to na malé, střední a velké průměry [6].

Obr. 3 druhy cévních náhrad [6]

1.1.3 Výroba cévních náhrad

Podle způsobu výroby se protézy dělí na tkané, pletené a lité.

Tkaní je technologie, kterou byly vyrobeny první náhrady. Původní tkané náhrady byly minimálně prodyšné a tak zabraňovaly krvácení cévní stěnou. Tkanina je také charakterizována tím, že se při přestřižení třepí. Tkané náhrady mají malou tažnost a ohebnost a proto se díky těmto nevýhodám v dnešní době nepoužívají.

17

Pletením se vyrábějí nejčastěji polyesterové náhrady. Pletené protézy se netřepí při sestřižení v jakémkoliv úhlu a steh může být veden blíže u okraje. Používají se pletací stroje běžného typu, pouze uzpůsobené pro pletení v čistých prostorech.

Neimpregnované protézy musí být před použitím předsráženy krví pacienta, aby se dočasně potlačila porozita stěny. V dnešní době se tato technika využívá jen málo, protože většina cévních protéz je impregnovaná kolagenem, nebo jinou biologickou látkou.

Obr. 4 pletená cévní náhrada [5]

Lité protézy se vyrábějí z amorfního polytetrafluorethylenu (PTFE), který je kombinací tlaku, expanze a vysoké teploty lisován do formy. Mají téměř nulovou chirurgickou porozitu a problematickou biologickou porozitu, protože mikropóry neprostupují celou vrstvou a jsou podbuněčných rozměrů. Tyto protézy je nutné upravovat tak, aby se po obnovení krevního proudu neobjevilo v otvorech podél stehů krvácení. Toho lze dosáhnout použitím speciálního šicího materiálu [1], [2].

18

Obr. 5 litá cévní náhrada [18]

1.1.4 Vlastnosti cévních náhrad

Fyzikální vlastnosti zdravých tepen jsou hodnoceny především z hlediska pružnosti a pevnosti, a to v příčné a podélné ose a po obvodu. Cévní protézy se snaží co nejvíce přiblížit fyzikálním vlastnostem zdravé tepny, a to i tak, že se pro jednotlivé případy zlepšují určité vlastnosti (např. propustnost stěny) na úkor jiných (např. pevnosti stěny).

Zatímco je příčná pružnost u textilních protéz ovlivněna pouze tloušťkou a typem použitého vlákna, podélná pružnost může být ovlivněna vrapováním, což je metoda, spočívající v kruhovitém nebo spirálovitém zřasení stěny. To umožňuje podstatné prodloužení protézy. Za rozhodující vlastnost pro dlouhodobý úspěch cévní protézy je považována tzv. „compliance“, která je dána průsečíkem všech fyzikálních charakteristik protézy. Je to přizpůsobivost krevnímu řečišti, ve kterém je protéza implantovaná.

Biologické vlastnosti náhrady, kam se řadí především porosita, která ovlivňuje vhojení cévní náhrady do organismu. Pro zlepšení výsledků se užívají protézy kombinované, které jsou impregnovány např. želatinou nebo kolagenem.

Technické vlastnosti cévních protéz zahrnují především dlouhou dobu, po kterou je náhrada sterilní, dokonalou kontrolou kvality, možnost skladování za běžných podmínek a dále pak dostupnost v různých rozměrech a tvarech [1], [2].

19 1.1.5 Úpravy cévních náhrad

Tvorba vrapování

Pletené textilie se vyznačují vysokou tažností, která může být při ohybovém namáhání překážkou, protože způsobí zmenšení průměru, resp. zploštění až uzavření, které by znamenalo selhání náhrady.

Aby se předcházelo této nežádoucí situaci, provádí se úprava, která vytvoří vlnitý povrch tzv. vrapování. Průřez náhrady přechází plynule mezi dvěma průměry. Tato úprava využívá možnosti tvarovat syntetická vlákna pomocí zvýšené teploty, která zajistí možnost zafixování požadovaného tvaru.

Používá se tzv. teplota měknutí. Vláknům, popř. vlákenné struktuře se dodá nový tvar, který se fixuje až do doby, kdy dojde ke snížení teploty pod hranici měknutí. Při této úpravě se náhrada navlékne na vyhřívaný trn (s teplotou vyšší než je teplota měknutí materiálu), který má o něco menší průměr než náhrada. Materiál se poté ovine vhodným lineárním útvarem, většinou vlascem, který do cévy vtlačí drážky. Po ochlazení dojde

Obr. 7 vrapování [6]

Obr. 6 deformace průměru cévní náhrady [6]

20

k zafixování, vlasec se z náhrady odejme a je docíleno spirálového nebo kruhového zřasení [1], [6].

Obr. 8 vrapovaná cévní náhrada [1]

Nanášení želatiny

Nanášení želatiny se provádí především pro snížení porosity a rychlejší prorůstání buňkami. Získává se z kolagenu některých savců. Na rozdíl od jiných produktů je hydrolyzována během 14 dnů neenzymatickou cestou a díky tomu nevyvolává dlouhodobější zánětlivé reakce. Do želatiny je dále možno zavádět antibiotika, která snižují riziko vzniku pooperační infekce náhrady a následného selhání [6].

Povrstvení stříbrem

Stříbro má výborné antibakteriální účinky a jeho použití se datuje už od středověku. Je známo, že stříbro ve formě kladných iontů je schopno napadat buněčnou stěnu mikroorganismu a poté nukleové kyseliny. Velmi důležitá je skutečnost, že jinak agresivní kladné ionty stříbra nejsou škodlivé pro lidské buňky a z toho důvodu se mohou použít jako vhodná antimikrobiální úprava nejen pro cévní náhrady. Pro účinnou

21

baktericidní funkci přitom stačí stopové množství stříbra. Úprava cévních náhrad se provádí povrstvením povrchu vláken vhodnou solí stříbra. Počet výskytu infekce při použití stříbra pro cévy se výrazně snížil [6].

Cévy s heparinem

Havním cílem použití heparinu bylo snížit trombogenicitu a zároveň zlepšit funkčnost náhrady. V roce 1991 byl vyvinut koncept přidávání nefrakcionovaného heparinu o vysoké molekulové hmotnosti do vnitřní stěny náhrady pomocí pevných vazeb. Heparin je s povrchem cévy spojen prostřednictvím tri-dodecylammonium chloridu (TDMAC), který s heparinem tvoří nerozpustný komplex. Po zavedení heparinu je náhrada povrstvena kolagenem, který slouží jako zábrana proti rychlému uvolnění heparinu z povrchu polyesteru. Použití heparinu zvyšuje propustnost, zamezuje krvácení z otvorů po šití a je velmi dobře přijímán pacienty [6].

1.1.6 Nanovlákenné cévní náhrady

Po zavedení cévní náhrady velmi často nastává komplikace, kdy tělo nepřijme cizí těleso nebo materiál a dochází tak k zánětlivé reakci. Při použití biokompatibilních materiálů jsou hlavním problémem jejich nedostatečné mechanické vlastnosti, proto je věnována velká pozornost vývoji nových materiálů, které by napodobovaly lidské tkáně a byly z biokompatibilních materiálů a současně splňovaly nároky na mechanické vlastnosti. Začaly se tedy uplatňovat nanovlákenné materiály. Nanovlákna ze směsi pullulanu a dextranu vykazovala dobré mechanické vlastnosti a pevnost cévních náhrad.

Další nevýhodou současných cévních náhrad je problém tzv. restenózy (opětné zúžení ošetřené cévy). Přestože se intenzivně pracuje na vyřešení tohoto problému (např. výběr použitých polymerních materiálů, zlepšování stávajících procesů, použití látek zpomalující růst nebo snižujících krevní srážlivost), problém se doposud nepodařilo odstranit. Z tohoto důvodu se nabízí možnost využít kombinaci nanotechnologie moderní textilní technologie a fotodynamické terapie (PDT). Fotosenzitizér je rovnoměrně aplikován do nanovláken. Volné radikály produkované PDT mohou volně difundovat v nanovláknech zatímco polymer postupně degraduje v čase. Po ozáření nanovláken laserem o vhodné vlnové délce projdou volné radikály k cílové trombotické tkáni a eliminují ji. Jako hlavní materiál byla zvolena kyselina polymléčná (PLLA),

22

která je netoxická, biokompatibilní a vykazuje dobré mechanické vlastnosti a pomalou degradací [3], [4].

1.2 Stentgraft

Stentgraft tvoří kombinaci kovové konstrukce stentu a syntetické cévní náhrady graftu.

Myšlenka implantace kovové výztuže do cévy se objevila poprvé v roce 1983, kdy byla do zvířecí tepny zavedena kovová nitinolová spirála. Teprve na konci osmdesátých let bylo možno implantovat první klinicky použitelné stentgrafty, které se postupně staly podstatnou částí léčby řady cévních onemocnění.

1.2.1 Stent

V posledních letech vlivem rozvoje technologií přinesl do výroby stentů řadu materiálů jako je chirurgická ocel, nitinol, tantal, platina a další různé, méně obvyklé slitiny. U stentů se rozlišují vlastnosti jako flexibilita, zkrácení při implantaci, radiální síla, kruhová pevnost, hladkost povrchu, tloušťka a tvar elementů, odolnost vůči korozi, poměr mezi plochou volné stěny cévní a stěny pokryté kovem. Většina stentů se zavádí pomocí katetru otvorem v pravé stehenní tepně. Zaváděcím katetrem se pak na postižené místo dopraví stent (a roztahovací balonek), dojde ke stažení pouzdra stentu a jeho přesnému usazení a případnému roztáhnutí balonkem [1].

Obr. 9 stentgraft [18]

Hlavní části stentu:

1. ramena

2. zlaté rentgenkontrastní značky 3. suprarenální stent

4. hlavní tělo

23 5. zlatá rentgenkontrastní značka

Rozdělení stentů:

Trvalé stenty (nejčastěji kovové) mají výborné mechanické vlastnosti, biolompatibilitu, ale i vlastnosti negativní, mohou po určité době působení v organismu vzrůstat do rozšiřované tkáně a způsobovat tak další zdravotní komplikace.

Vstřebatelné stenty (nejčastěji polymerní), při dobré snášenlivosti, nezpůsobují problémy, nevykazují však tak dobré mechanické vlastnosti.

Stenty se podle způsobu implantace dělí:

1. balon-expandibilní 2. samo-expandibilní

3. potažené stenty uvolňující tarmaky

1.2.1.1 Balon – expandibilní stenty

Jedná se téměř vždy o stenty vyráběné z chirurgické oceli laserovým řezem z kovové trubičky. Novější stenty jsou tvořeny z jednotlivých prstencových segmentů spojených kovovými můstky, které umožňují větší flexibilitu. Vzácným druhem jsou balon–

expandibilní stenty spletené z ocelového drátu. K velkému zkracování (až o 30%) při expanzi docházelo u prvních stentů. Proto byly v pozdějších verzích stentů tohoto typu jednotlivé buňky stentu tvarově deformovány tak, že se v nerozvinutém stavu do sebe skládají, což zmenšuje zkrácení na minimum. Obecně lze říci, že balon – expandibilní stenty mají větší radiální sílu i kruhovou pevnost než samo – expandibilní stenty. Balon – expandibilní stenty lze velmi přesně umístit [1].

1.2.1.2 Samo – expandibilní stenty

Předností těchto stentů je jejich elasticita. Po uvolnění z fixace ke katétru se stenty roztahují na svůj nominální průměr. Doporučuje se zvolit průměr stentu o něco větší,

24

než je šíře cílové tepny tak, aby díky expanzní síle stent dobře svým povrchem přilehl ke stěně cévy a vytvářel na ni tlak. Samo – expandibilní stenty se vyrábějí ze dvou materiálů. Většina stentů je vyráběna z nitinolu, což je slitina niklu a titanu ve stejném poměru. Předností této slitiny je superelasticita a teplotní tvarová paměť. Samo – expandibilní stenty mají menší kruhovou pevnost než stenty balon – expandibilní, ale díky vlastnostem nitinolu mají tendenci se po tom, co byly zevní silou deformovány, vracet zpět do původního tvaru a velikosti.

Většina nitinolových stentů se uvolňuje z implantačního katétru stažením pouzdra.

Velmi málo se zkracují, ale jejich přesné umístění je obtížnější. Kraje stentu jsou označeny rentgen – kontrastními značkami, obvykle platinovými.

Výjimkou je Wallstent, který je konstruován jako pletená síťka z oceli, niklu, kobaltu a chromu. Tento typ stentu je vyráběn ve více variantách, které se liší tloušťkou vlákna a především úhlem křížení vláken stentu. V porovnání s nitinolovými stenty je expanzní síla Wallstentu o něco menší a zkrácení při implantaci naopak větší [1].

1.2.1.3 Potažené a farmaka uvolňující stenty

S vývojem nových technologií při výrobě stentů dochází ke snahám o úpravu jejich povrchů, které by znamenaly co nejmenší narušení cévní stěny. Prvním typem stentů, které uvolňují farmaka, byl heparinem potažený JO-stent. Heparin se uvolňuje během týdnů a má snižovat lokální trombogenitu stentu. Další skupinou jsou stenty, které uvolňují proliferaci hladkých svalových buněk a tím omezují výskyt opakovaného zúžení stentovaného místa. Účinná látka je vázána na polymer, kterým je povrch stentu potažen a účinná látka se pak uvolňuje po dobu několika týdnů [1].

1.2.2 Graft

Grafty, což jsou obaly stentů, které můžeme podle použitého materiálu rozdělit na:

 Tkané

 Pletené

 Speciální

25 1.2.2.1 Tkané grafty

Tkané grafty patří mezi první struktury, které byly studovány a následně zavedeny.

Vyrábí se na tkalcovských stavech jako bezešvé hadice, výroba je však velmi obtížná.

Tkané grafty mají rozměrově stabilní strukturu. Vykazují vysokou pevnost a minimální propustnost vody (krve). Bohužel tyto náhrady mají malou tažnost, ohebnost a mají tendenci se třepit na okrajích.

Obr. 10 Tkaný graft [14]

Dalším typem jsou velurové grafty, které se vyznačují jemným povrchem z přidaných smyček jdoucími kolmo k povrchu tkaniny. Velurová úprava může být umístěna na vnitřním i vnějším povrchu, případně na obou. Studie prokázaly, že tento druh tkaného graftu se jeví jako vhodnější ve srovnání s klasickým hladkým tkaným graftem [14].

26

Obr. 11 Tkaný graft s velurovou úpravou (líc) [14]

Obr. 12 Tkaný graft s velurovou úpravou (rub) [14]

1.2.2.2 Pletené grafty

Pletené grafty jsou díky svým vlastnostem velmi často aplikovány. Náhrady se dále dělí podle použité pleteniny na zátažné nebo osnovní.

Jestliže jsou grafty zhotovovány ze zátažné pleteniny tak se nejčastěji jedná o pleteninu zátažnou jednolícní. Grafty zhotovené ze zátažné pleteniny jsou oproti tkaným více porézní a vyznačují se vysokou pružností, především ve směru řádků, než ve směru sloupků. Díky tomuto anizotropnímu chování jsou právě zátažné pleteniny vhodné jako cévní náhrady, protože se touto vlastností do jisté míry blíží chování hostitelské cévy.

27

Jejich negativní vlastností, která je typická právě pro zátažnou jednolícní pleteninu je stáčení okrajů, což může komplikovat jejich další použití.

Obr. 13 Pletený graft (líc)[14] Obr. 14 Pletený graft (rub)[14]

Grafty vyrobené z osnovní pleteniny se svými vlastnostmi se podobají spíše tkaným náhradám. Jsou méně roztažné, odolnější proti oděru, nemají tendenci ke třepení jako zátažné. Ve srovnání se zátažnou jednolícní pleteninou má osnovní pletenina větší tloušťku, protože přes očko osnovní pleteniny prochází spojovací klička, která vede k dalšímu řádku. Tloušťka graftu je jedním z jeho nejdůležitějších parametrů, jelikož je stentgraft zaváděn katetrem a každé jeho zvýšení tloušťky je nežádoucí a může komplikovat zavedení a manipulaci stengraftu. Ačkoliv grafty zhotovené z osnovní pleteniny vykazují určité výhody, ve srovnání se zátažnými se používají méně [14].

1.2.2.3 Speciální grafty

Mezi speciální materiály, ze kterých jsou vyrobeny grafty patří například polytetrafluorethylen, který je znám pod svým původním označením teflon. Jedná se o bílý, vysoce hydrofobní termolatistický uhlovodík. Pro konstrukci cévní náhrady se využívá jeho plošně protažená forma s obchodním názvem Gore-tex. Vzhledem k tomu, že se vyrábějí litím, jsou tyto náhrady minimálně porézní. Průměr těchto náhrad se pohybuje v rozmezí 12 až 25 mm, tloušťka stěny okolo 0,5 mm a velikost pórů od 10 do 30 µm [14].

28

1.3 Příčiny selhání cévních náhrad

Selhání náhrad zahrnuje různé druhy porušení funkce od infekce až po prasknutí stěny náhrady. Jednou z příčin je dilatace – trvalé rozšíření náhrady v důsledku dynamického namáhání tlakem pulsující krve. Jedná se o mechanické selhání, kdy dojde k oslabení stěny vlivem změny struktury a jejímu vydutí. Všechny běžné náhrady z osnovní pleteniny vykazují určitý stupeň rozšíření vlivem působícího tlaku a přeorientaci struktury po implantaci. Dochází k němu okolo 35 měsíce po transplantaci.

Dalším selháním je poškození náhrady v místě švu. Šev je koncentrátorem napětí a oslabuje stěnu cévy. V případě nevhodného spojení může dojít k protržení švu. Dochází k němu nejčastěji mezi 30-50 měsícem po implantaci.

Jinou příčinou jsou strukturní defekty jako otvory, perforace, trhliny, prořezy. Jedná se o méně časté příčiny, ale mohou způsobit selhání náhrady. Dochází k nim mezi 40-60 měsícem po implantaci. Defekty se mohou vyskytnout již při výrobě nebo manipulaci a je velmi obtížné je před implantací detekovat.

Krvácení a infekce patří také mezi zřídka se vyskytující selhání během prvních 10 měsíců. Dochází k němu v místech švů nebo póry ve stěně [6].

2. Pleteniny

Pleteniny nacházejí široké uplatnění nejen v textilním odvětví, ale čím dál více jsou používány v technických směrech. Díky svým vlastnostem nacházejí uplatnění ve zdravotnictví, kde se používají zejména na výrobu cévních náhrad, graftů a dále pak na obvazové materiály, chirurgické síťky a uplatnění nacházejí i ve výrobě zdravotního prádla. Jednou z hlavních firem zabývajících se výrobou pletenin pro zdravotnictví v České republice je Výzkumný ústav pletařský v Brně a dále pak firma ELLA-CS, která se zaměřuje především na vývoj a výrobu stentů (existují však i další firmy které se zabývají textiliemi pro zdravotnictví např. Hartmann – Rico, Medica – Filter, Dina – Hitex a další).

29

Pletenina je plošná textilie zhotovená pletařskou technologií ze soustavy oček v požadované vazbě. Pleteninu tvoří jedna nebo více soustav nití, které jsou navzájem určitým způsobem propojeny. Pleteniny se rozdělují do dvou základních skupin, na pleteniny zátažné a osnovní. Zátažné pleteniny jsou vyrobeny z příčné soustavy nití. Nit probíhá pleteninou ve směru řádků, celý řádek pleteniny popř. celá pletenina může být vyrobena z jedné nitě tak, že vzniká jedno očko po druhém. Osnovní pleteniny jsou vyrobeny z podélné soustavy nití. Nitě procházejí pleteninou ve směru sloupků. Každé očko v řádku je vyrobeno ze samostatné nitě.

Zátažné a osnovní pleteniny dále dělíme do šesti hlavních skupin:

 ZJ - zátažná jednolícní pletenina: obsahuje jen lícní očka

 ZO - zátažná oboulícní pletenina: obsahuje lícní i rubní sloupky

 ZR - zátažná obourubní pletenina: obsahuje sloupky z lícními i rubními očky

 ZI – zátažná interloková pletenina: vznikne prostoupením dvou úpletů

 OJ – osnovní jednolícní pletenina: obsahuje jen jeden druh oček

 OO – osnovní oboulícní pletenina: obsahuje lícní i rubní sloupky

2.1 Zátažná jednolícní pletenina

Zátažná jednolícní pletenina má nejjednodušší strukturu ze všech. Má nejmenší možnou strukturální jednotku (tj. střídu opakování), kterou je jediné očko, z toho to důvodu se také vyznačuje nejmenší tloušťkou a proto je vhodná na výrobu graftů.

Obr. 15 zátažná jednolícní pletenina [8]

30

Nežádoucí vlastností zátažné jednolícní pleteniny je paralelnost a to především z důvodu, že nit probíhá v celé pletenině ve směru řádků. Páratelnost je celkově specifická vlastnost pletenin oproti jiným plošným textiliím. Nepříznivě ovlivňuje zpracovatelnost i užitné vlastnosti pletenin. Při párání může docházet k destrukci textilie vytahováním oček z oček předchozích i bez přerušování nití. Úplné zajištění pletenin proti párání je možné provést nepletařskými prostředky např. pojením, nebo zařetízkováním okraje. Paralelnost může být snížena stabilizací nitě v pletenině (fixací), vhodným výběrem materiálu, vazbou a volbou strukturálních parametrů (hustší pletenina se páře obtížněji, protože obsahuje mnohem více třecích míst než pletenina řídká). Pletenina může mít neparalelný spodní i boční okraj.

Další negativní vlastností pletenin je stáčivost okrajů. Nejvíce se stáčí jednolícní pleteniny, mohou se ale stáčet i jiné vazby. Stáčivost způsobuje elastická složka deformace zapletené nitě. Zátažná jednolícní pletenina se stáčí na příčném okraji směrem na lícní a na podélném okraji směrem na rubní stranu. Podélná pevnost zátažné jednolícní pleteniny je větší nežli příčná, protože se při podélné deformaci podílejí na pevnosti dvě nitě v každém sloupku, což jsou stěny oček, zatímco při příčné deformaci jenom jedna nit v řádku [9], [12].

2.2 Geometrie zátažné jednolícní pleteniny

Jedním z nejdůležitějších parametrů pleteniny je její hustota, která je vyjádřena vztahem:

Hc HřHs (1)

kde Hc [oč.m^2]je celková hustota pleteniny, která udává počet oček v ploše, Hř ]

.

[řm^1 je hustota řádků a Hs [sl.m^1] je hustota sloupků. Toto plošné vyjádření hustoty má význam především technologický, protože umožňuje snadnou kontrolu hustoty pleteniny. Čím větší bude hustota, tím větší bude pevnost pleteniny, samozřejmě s ohledem na vstupní materiál.

Několik autorů se zabývalo určením správného poměru mezi hustotou řádku a hustotou sloupků. Ve skutečnosti nelze vždy optimální poměr hustot dodržet. Při změně délky

31

očka na stejném stroji, stejného dělení, se mění hustota řádků vždy více než hustota sloupků, čímž se zásadně mění i poměr hustot.

Podle Kočího se praktické hodnoty pohybují v rozmezí 1,3 až 1,5, lze však dosáhnout hodnot nad tyto hranice [10].

K dalším parametrům pleteniny patří především geometrické parametry související s nití. Jsou to tzv. vstupní (nezávisle proměnné) parametry kam se řadí především průměr d a délka nitě l. Mezi výstupní (závisle proměnné) parametry pletenin se řadí rozteč sloupků w, rozteč řádků c a tloušťka pleteniny t. Převrácená hodnota rozteče je hustota sloupků Hs a hustota řádků Hř. Tyto parametry je možné zjišťovat experimentálně pouhým počítáním oček na určité délce pleteniny [8].

Obr. 16 Parametry zátažné jednolícní pleteniny [8]

2.2.1 Průměr příze

Průměr příze je důležitý, avšak velmi obtížně definovatelný parametr, ovšem důležitý z hlediska struktury pleteniny a dalšího zpracování. Průměr příze hraje velkou roli při zjišťování plnosti pleteniny. Jako modelový předpoklad se uvažuje kruhový průměr příze, to však není vždy v reálné pletenině (ani tkanině) dodrženo. Zásadním problémem je, že se příze při ohybu deformuje a tím se mění právě i její průměr, který ovlivňuje další vlastnosti výsledné pleteniny jako například porositu a zaplnění. Hlavním

32

důvodem deformace je její ohyb či vliv vnějšího tlaku. Vlivem zakřivení vzniká na vnější polovině průřezu tahové a na dolní tlakové axiální napětí, které deformuje původně kruhový průřez na eliptický, oválný, nebo tvar čočky [12].

Obr. 17 Vliv ohybu nitě na deformaci průřezu [12]

Průměr příze lze vyjádřit několika vztahy, které závisí na volbě použitého materiálu a stanovení výsledného zaplnění.

2.2.1.1 Substanční průměr příze

Substanční průměr příze Ds je nejmenší možný průměr příze s kruhovým průřezem.

Substanční průměr udává, že vlákna jsou v přízi uložena tak, že mezi nimi nejsou žádné mezery, tedy se zaplněním µ = 1. Tato definice platí zejména pro monofil.

Obr. 18 Substanční průměr příze [16]



 

  1

Ds 4 T (2)

kde Ds [m] je substanční průměr příze, T[tex] je jemnost příze, ρ[kg.m³] hustota vlákenného materiálu.

33 2.2.1.2 Reálný průměr příze

Reálný průměr příze předpokládá vzduchové mezery mezi jednotlivými vlákny. Průměr reálné příze je proto vždy větší než substanční průměr. Množství vzduchu mezi vlákny je definované zaplněním µ v intervalu (0,1). V případě, že je zaplnění rovno jedné, znamená to, že příze je „zcela“ zaplněná a tudíž bez vzduchových mezer.

Obr. 19 Reálný průměr příze [16]



D T

 4

(3)

kde D [m] je průměr příze, T[tex] je jemnost příze, µ je zaplnění a ρ[kg.m³] hustota vlákenného materiálu.

V případě, že se jedná o multifil, který nemá přesně vymezený kruhový průřez, není definovaný způsob získání objektivního průměru příze a tato skutečnost ovlivňuje výsledné hodnoty, ve kterých figuruje průměr příze. Jedná-li se o multifil kadeřený, jsou vlákna v některých místech více vzdálená, než v jiných a navíc jsou zde místa kde je příze provířená a nebo je do ní vložen zákrut a místa kde vlákna nejsou spojená zákrutem ani provířením.

34

2.3 Modely struktury zátažné jednolícní pleteniny

Každé očko v reálné pletenině má svoji individuální geometrii a to z pravidla velmi komplikovanou. Protože má jednolícní pletenina nejjednodušší strukturu, bylo vytvořeno několik modelů očka, které jsou zobecněnou a zjednodušenou představou o strukturálních parametrech textilie. Tyto modely mají zpravidla spekulativní charakter.

Na základě vizuálního pozorování jsou jednotlivé úseky očka nahrazovány jednoduchými geometrickými modely.

2.3.1 Dalidovičův geometrický model očka

Vychází z předpokladu neměnného průměru nitě, obloučky jsou definovány jako půlkružnice, sousední jehelní (horní) a platinové (dolní) obloučky mají společnou vodorovnou osu a stejný průměr, stěny očka jsou definovány jako úsečky. Ovšem geometrický model není schopen dobře popsat fyzikální postatu textilie, ignoruje vlastnosti nitě, působení sil a momentů, tření atd. Model je vhodný pro průměrně hustou pleteninu [9].

Obr. 20 Dalidovičův model očka [8]

35

Z uvedených předpokladů vyplývá, že průměr obloučků je:

d w

D /2 (4)

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

lD2c/2wd2c (5)

2.3.2 Chamberlainův model očka

Tento model vychází z plošné geometrie očka s předpoklady, že jehelní a platinové obloučky jsou kruhové, stejně velké, mají osy v jedné přímce, navzájem se všude dotýkají. Oblouky a stěny navazují sečně.

Obr. 21 Chamberlainův model očka [12]

36

Platí tedy, že průměr obloučků (jehelních i platinových) a rozteč sloupků je:

d

D3 (6)

d

w4 (7)

Dále je z trojúhelníka „OAB“ vypočítaná rozteč řádků c

(8)

A délka nitě v očku je počítána jako přepona trojúhelníka „CDE“

^{l3d 2 c2 d2 d}





   

c  

37

Pierce vychází z obdobného modelu očka. Jeho model se liší tím, že uvažuje napojení oblouků a stěn tečnou. Délky oblouků jako poloviny kružnice budou tedy zvětšeny o úseky do začátku stěny. Ovšem na celkovou délku nitě v očku tato úprava oproti Chamberlainově modelu nebude mít vliv.

Leaf vytvořil geometrický model očka, který vychází z tzv. křivky pružnosti. Je to tvar kličky, kterou zaujme ideálně pružný nosník, zatížený dvěma silami stejného směru a opačného smyslu na koncích.

Nevýhodou existujících geometrických modelů oček je jejich symetričnost, což je často v rozporu s realitou. Nepříjemnou, ale poměrně častou deformací struktury pleteniny je zešikmení sloupků. Dochází k němu především u jednolícní pleteniny, kde může být způsobeno torzním momentem působícím v niti. Za příčinu lze považovat nestabilizovaný zákrut po předení. Další velmi důležitou příčinou deformace může být jednosměrné pletení například při použití okrouhlého pletacího stroje, kdy nit je do očka vtahována vždy jedním směrem a může se přitom plasticky deformovat [9], [10].

2.4 Model pleteniny s limitním zaplněním

Každá pletenina, je charakterizovaná svoji hustotou, na které závisí další její vlastnosti, jako je na například zaplnění pleteniny. Na základě vztahu l/d, kde l je délka nitě v očku a d průměr příze je možné určit míru zaplnění pleteniny. Větší hodnota odpovídá řidší neboli méně zaplněné struktuře pleteniny. Například pro středně zaplněnou zátažnou jednolícní pleteninu je hodnota zaplnění kolem 20.

Jak uvádí Kovář [8], modelový tvar nitě v očku je sestaven ze 4 částí šroubovic spojený krátkými úsečkami (viz obr. 22).

38

Obr. 22 limitně zaplněná zátažná jednolícní pletenina [8]

Ze vztahu pro výpočet délky nitě v očku podle Dalidoviče, platí následující vztah pro limitně (maximálně) zaplněnou zátažnou jednolícní pleteninu:

l  w d2c

2 

 (10)

Rozteč sloupků w je vyjádřena:

w = 4d (11) Rozteč řádků c je vyjádřeno:

c = 2d (12)

pak platí:

l 4d d 2 2d

2    

 

(13a)

l d





(13b) l d





39

Hlavním problémem při popisu limitně zaplněné pleteniny je její průměr příze, který je těžko definovatelný. Průměr nitě je u tohoto modelu považován za neměnný, ale tvar obloučků je deformovaný neboť při zkracování nitě v očku dochází k jejímu napínání a chová se jako by byla ohebná.

Další možností vyjadřující zaplnění pleteniny je možné pomocí hustotních součinitelů.

Kočí rozděluje jednotlivé součinitele do čtyř skupin:

A. Lineární vyjádření hustoty

Toto vyjádření vychází z toho, že základním technologickým vyjádřením hustoty je délka nitě v očku

hl (14) Vzhledem k tomu, že v tomto případě není blíže specifikovaná délka nitě v očku, je vztah upraven na tzv. hustotní součinitel neboli koeficient plnosti, což je bezrozměrné číslo vyjadřující zaplnění očka nití.

d

h₁  l (15) kde l [mm] je délka nitě v očku, d [mm] je průměr příze.

Vyšší hodnota znamená řidší pleteninu a naopak nižší hodnota hustší pleteninu. Tento koeficient plnosti je vhodný především pro zátažné pleteniny jedné vazební skupiny (jednolícní, oboulícní).

Podle Kočího se určením optimálního poměru délky očka a průměru niti zabývalo několik autorů. Podle Chamberlaina by měl tento poměr na základě vztahu (9) být 16,64, podle Pierce 16,66. Daniel upravuje Chamberlainovo vyjádření délky očka faktorem prostorového zobrazení 1,055, platí tedy:

56 , 17 055 , 1 64 ,

1  16  

d h l

(16) I zde je však tento vztah do značné míry ovlivněn tím, jakým způsobem je zjištěn průměr nitě. Hodnoty získané výpočtem se liší od hodnot získané experimentální cestou

40 B. Plošné vyjádření hustoty

Hustota pleteniny lze určit na základě vztahu (2), kde je stanovená hustota sloupků a řádků a jejich součin, vyjadřuje celkovou hustotu pleteniny. Toto vyjádření má však především technologický význam, protože umožňuje snadnou kontrolu nad hustotou pleteniny. Plošné vyjádření hustoty však zahrnuje i tloušťku nitě a lze ji vyjádřit pomocí plošného koeficientu plnosti h_p

d l

c h_p w



  (17)

kde w [mm] je rozteč sloupků, c [mm] je rozteč sloupků, l [mm] je délka nitě v očku a d [mm] je průměr příze.

Dochází zde však k určitému zkreslení výsledků, protože se uvažuje pouze plocha očka a tím, že dochází ke stlačení niti očka. Proto také praktické hodnoty plošného vyjádření podle uvedeného vztahu nabývají hodnot i menších než jedna.

C. Objemové vyjádření hustoty

Objemové vyjádření představuje vyplnění objemu pleteniny zpracovávanou nití.

Uvažuje-li se objem jednoho očka, bude hustota vyjádřena pomocí objemového koeficientu plnosti h _o

x l d

t c h_o w











 4 ₂

 , (18) kde w [mm] je rozteč sloupků, c [mm] je rozteč řádků, t [mm] je tloušťka pleteniny, l [mm] je délka nitě v očku a d [mm] je průměr příze.

Tloušťka pleteniny se bude dosazovat podle toho do jaké skupiny pletenina patří pomocí koeficientu x. V případě jednolícní pleteniny bude platit x = 1.

Objemová hustota pleteniny může být dále definovaná tzv. pórovitostí, což znamená podíl vzduchu v celkovém objemu pleteniny.

100

 

p n p

V V

 V , (19)

kde ω [%] je porosita, V [_n m³] je objem nitě a V_p [m³] je celkový objem pleteniny.

Vztáhne-li se pórovitost pouze na jedno očko, bude porosita vyjádřena vztahem

41

1 100 1

4 100 1

2 

 



 







 















 



ho

t c w

x l

 d

 , (20)

kde ω [%] je porosita, w [mm] je rozteč sloupků, c [mm] je rozteč řádků, t [mm] je tloušťka pleteniny, l [mm] je délka nitě v očku a d [mm] je průměr příze.

Vyjádří-li se objem hmotností a hustotou platí pro porositu vztah

100 1

100 

 



 









n n

n

m m m









  , (21)

kde m je hmotnost pleteniny, m hmotnost niti pleteniny, _n  je hustota pletenin, _n je hustota nitě pleteniny.

Objemové vyjádření hustoty pleteniny je považováno ve srovnání s jinými uvedenými koeficienty za vhodnější. Objemové vyjádření hustoty je vyhovující pro většinu zátažných i osnovních pletenin [10].

D. Hmotnostní vyjádření hustoty

V případě, že bude hustota vyjádřena pomocí parametrů očka pleteniny, bude dána vztahem

t T l H H_{ř s}

106





 

 , (22) kde  [kg.m³] je hustota pleteniny, H_ř [ř.m^1] je hustota řádků, H_s [sl.m^1] je hustota sloupků, l [mm] délka nitě v očku, T [tex] je jemnost příze, t [mm] tloušťka pleteniny.

Takové vyjádřená hustoty není pro pleteniny příliš vhodné. V praxi je spíše využíváno vyjádření absolutní hmotnosti pleteniny, které se vztahuje na plošnou jednotku pleteniny

m(H_ř H_s lT)10^6, (23)

kde m [kg.m^2] je hmotnost pleteniny, H_ř [ř.m^1] je hustota řádků, H_s [sl.m^1] je hustota sloupků, l [mm] délka nitě v očku, T [tex] je jemnost příze [10].

42

3 Experimentální část

Hlavním cílem experimentální části bylo vytvoření zátažné jednolícní pleteniny, která se bude svoji strukturou blížit limitně zaplněné pletenině. Limitní zaplnění pleteniny je stanoveno jako l 13d, kde l je délka nitě v očku a d je průměr příze. Za tímto účelem bylo navrhnuto několik vzorků, které byly následně upleteny na maloprůměrovém jednolůžkovém pletacím stroji s dělením 25 jehel na anglický palec (1 anglický palec = 25,4 mm). Experiment byl rozdělen do třech částí a to podle materiálu zvoleného na výrobu zátažných jednolícních pletenin.

V první části experimentu byly vzorky pletenin vytvořeny z polyesterového monofilu.

To z toho důvodu, že monofil má téměř konstantní průměr a nejvíce tak odpovídá modelové představě. Jak už bylo uvedeno výše, modelová představa limitně zaplněné pleteniny je určena poměrem l/d, který by se měl rovnat hodnotě 13. Ve většině geometrických modelů je základním předpokladem, že průměr příze je konstantní a kruhový. To v případě monofilu platí vždy téměř 100%.

V druhé části experimentu byly vzorky zátažných jednolícních pletenin vyrobeny ze staplové polyesterové příze. I u staplové příze můžeme s určitou jistotou tvrdit, že její průměr je kruhový avšak jistě ne konstantní. Příze se vždy vyznačuje hmotovou nestejnoměrností.

Třetí část experimentu byla provedena na reálném materiálu, který se využívá k výrobě graftů a jedná se o provířený polyesterový multifil. V tomto případě, lze velmi těžko uvažovat konstantní a kruhový průřez multifilu.

V první a v druhé části experimentu byly vytvářeny pleteniny s řízenou hustotou, tzn., že se postupně měnila hloubka zatahování nitě do předešlého očka a byly tak vytvářeny pleteniny s řízenou délkou nitě v očku. Délka nitě v očku však nemohla být měněna vždy o stejnou délkovou jednotku. Stroj, na kterém byly vzorky pletenin zhotoveny, má pouze mechanické ovládání stahovače, které je závislé na otočení šroubem.

Tyto části experimentu, byly provedeny s cílem ukázat, že koeficient plnosti kd, který je dán poměrem l/d, vhodně popisuje zaplnění pleteniny avšak s určitým omezením, které je dáno především správným určením průměru příze.

43

V třetí části experimentu byly vytvářeny již reálné vzorky graftu, tzn., že přímo byly vyráběny pleteniny s co největší hustotou oček v ploše.

U všech zhotovených vzorků byla provedena analýza strukturních parametrů, které mohly ovlivňovat výsledné zaplnění. Jednalo se především o hustotu řádků Hř, hustotu sloupků Hs, hustotu celkovou Hc, rozteč sloupků w, řádků c, průměr příze d, délka nitě v očku l, tloušťka výsledné pleteniny t a dále pak byla zjišťovaná porosita a prodyšnost.

3.1 Maloprůměrový okrouhlý pletací stroj

K výrobě zátažných jednolícních pletenin byl použit jednoválcový okrouhlý maloprůměrový stroj, proto o něm bude v dalším textu krátká zmínka.

Okrouhlé pletací stroje se používají na výrobu textilií ve tvaru hadice. Stroje jsou vybaveny jazýčkovými jehlami uloženými ve válcovém lůžku. Jehly se pohybují jednotlivě časově jedna po druhé, pomocí obíhajícího zámku, v drážkách válce, který je pevně uložen. Dochází k pohybu jehel nahoru a dolů, přiváděná nit je zachycena hlavičkou jehly, protáhne ji předchozím očkem a vytvoří se tak další řádek pleteniny.

Vytvoří očko a provlékne je hotovou částí pleteniny. Jehly mohou být uloženy v jednom lůžku, nebo ve speciálním dvojlůžku. Pro tento experiment byl zvolen jednolůžkový pletací stroj, na kterém lze vyrábět pouze jednolícní pleteninu. Dělení stroje je 25 jehel na anglický palec.

Obr. 23 Maloprůměrový okrouhlý pletací stroj

44

3.2 Strukturní parametry pleteniny

V následujícím textu budou popsány strukturní parametry pletenin a bude vysvětlen způsob jejich experimentálního zjišťování.

3.2.1 Hustota pleteniny

Hustota pleteniny závisí především na použitém materiálu, který podstatně ovlivňuje strukturu i vlastnosti pleteniny a na hloubce zatahování pletacího stroje, kterými se hustota pleteniny dá významně ovlivnit. Nejdříve se experimentálně stanovil počet sloupků a počet řádků na metr (Hs a Hř) podle ČSN EN 14 971 Pleteniny. Metoda stanovení počtu řádku a sloupků Měření bylo provedeno na několika různých místech pleteniny. Na základě získaných hodnot se dále spočítala celková hustota pleteniny Hc, což je součin hustoty sloupků Hs a hustoty řádků Hř, rozteč sloupků w a rozteč řádků c, jako převrácená hodnota hustoty sloupků a řádků.

3.2.2 Tloušťka

Tloušťka textilie t je definovaná jako kolmá vzdálenost mezi základní deskou, na které je vzorek umístěn a kruhovým přítlačným kotoučem o průměru 20 cm², který vyvíjí přítlak 1kPa nebo nižší na zkoušenou textilii. Tloušťka materiálu zle zjistit pomocí různých typů tloušťkoměrů, např. tloušťkoměrem SDL M034A obr.24.

Obr. 24 Tloušťkoměr SDL MO34A [14]

Měření je řízeno pomocí počítačového softwaru a bylo provedeno dle ČSN EN ISO 5084 (80 0844) Textilie – Zjišťování tloušťky textilií a textilních výrobků. Tloušťku

45

matriálů lze měřit v rozmezí od 0,1 mm do 50 mm. Pro tuto práci byl zvolen přítlak 0,1 kPa a to především z důvodu, že pletenina nebyla příliš namáhaná a dále pak, že vyšší přítlak by pleteninu zdeformoval a tloušťka by byla mnohem menší než ve skutečnosti.

3.2.3 Průměr příze

Průměr příze byl stanoven pomocí vzorce (3) na základě jemnosti příze, vhodně zvoleným zaplněním µ a hustotě vlákenného materiálu ρ. Jemnost příze T [tex] je definovaná jako podíl hmotnosti příze m [g] k jeho délce l [km].

l

T  m (24) Dále pak byl průměr příze stanoven experimentálně pomocí obrazové analýzy NIS Elements, podle interní normy IN 32 – 102 – 01/01 Příčné rozměry dvojmo skané příze a průměr jednoduché příze. Princip získání průměru z obrazové analýzy spočíval ve snímání podélných pohledů na přízi. Před samotným měřením bylo nutné na stolek mikroskopu připevnit mostový vodič a navést do vodiče přízi, která byla následně snímána viz. obr. 25. Na mikroskopu bylo důležité zvolit příslušné zvětšení, které umožní zpracování výsledných snímků. Poté následovalo snímání příze, se kterou se ručně manipulovalo a tím docházelo k jejímu posouvání, čímž se zajistilo snímání průměru vždy na jiném místě příze. Po sejmutí požadovaného počtu obrazů byla provedena jejich kontrola, nekvalitní a nedoostřené obrazy se vyřadily. Dále se už přechází k samotné úpravě snímků, které byly převedeny pomocí prahování do binárního obrazu (černá, bílá ⇒ černá barva vyznačuje přízi a bílá pouze plochu, kde se příze nevyskytuje). Po naprahování snímku bylo již provedeno automatické měření průměru, které se předem nastavilo v atributech měření. Hodnoty se zaznamenávaly v programu a poté byly importovány do příslušného programu (např. MS Excel), kde jsou data dále statisticky zpracovaná.

46

Obr. 25 příprava příze pomocí vodičů [17]

Hlavní části:

1 – cívka s přízí

2 – kotoučová brzdička 3 – mostový vodič 4 – objektiv mikroskopu 5 – kamera

6 – monitor počítače

Obr. 26 snímek z NIS Elements

3.2.4 Délka nitě v očku

Délku nitě v očku lze zjistit teoreticky pomocí geometrických modelů (viz. kapitola 3.3) anebo experimentálně. V případě zjišťování délky nitě v očku pomocí geometrických modelů byl zvolen vztah (5) podle Dalidoviče. Experimentálně byla délka nitě v očku zjištěna vypáráním příze zapletené v n sloupcích jednoho řádku a změřením vyrovnané

47 délky nitě bez záhybů l.

n l

l_e  / (25)

3.3 Porosita

Porosita je důležitá vlastnost, která ovlivňuje propustnost i prodyšnost textilií. Je závislá především na druhu použitého materiálu a zvolené vazbě. V případě objemové definice je porosita definována jako objem pórů Vp v celkovém objemu textilie Vc.

Vc

Vp

 (26) kde Ψ [-] je porosita, Vp [m³] je objem pórů, Vc [m³] je celkový objem textilie.

V tomto případě lze také porositu chápat jako doplněk k zaplnění.

Ψ=1-µ (27)

kde Ψ [-] je porosita, µ [-] je zaplnění.

Vychází z kolmého průmětu textilií. V případě plošné definice porosity lze porositu chápat jako doplněk k zakrytí. Porositu lze vyjádřit následovně

c p

S

 S

 (28)

kde Ψ [-] je porosita, S_p [m²] plocha pórů, S [m²] celková plocha pleteniny. _c

d l Hs Hř

Z    



1 1

 (29)

kde Ψ [-] je porosita, Hř [ř.m^1] je hustota řádků a Hs [sl.m^1] je hustota sloupků, l [mm] je délka nitě v očku a d [mm] je průměr příze.

Porosita byla měřena podle interní normy IN 23-107-01/01 Porosita a plošné zakrytí tkanin s pomocí obrazové analýzy NIS Elements, kde bylo nutné nejdříve jednotlivé