Struktura a vlastnosti bavln né tryskové p íze

Struktura a vlastnosti bavln né tryskové p íze

Diplomová práce

Studijní program: N3106 – Textilní inženýrství

Studijní obor: 3106T017 – Od vní a textilní technologie Autor práce: Bc. Pavlína Bílá

Vedoucí práce: Ing. Eva Mou ková, Ph.D.

Liberec 2018

Structure and properties of 100% cotton air-jet yarn

Master thesis

Study programme: N3106 – Textile Engineering

Study branch: 3106T017 – Clothing and Textile Engineering

Author: Bc. Pavlína Bílá

Supervisor: Ing. Eva Mou ková, Ph.D.

Liberec 2018

~ 1 ~

~ 2 ~

Prohlášení

B

S

B T L TUL

TUL.

U - -

TUL

TUL

na vy

D

a konzultantem.

S ronickou

IS STAG

Datum:

Podpis:

~ 3 ~

Pod kování

Ráda bych pod kovala vedoucí své diplomové práce Ing. Ev Moučkové Ph.D a Ing.

Iv Mertové za jejich čas, ochotu a trp livost p i konzultacích nad vznikajícím textem této práce. Dále bych cht la pod kovat Ing. Martinu Janouškovi a společnosti Rieter a.s.

Ústí nad Orlicí za ochotu a spolupráci p i tvorb testovaných p ízí.

~ 4 ~

ANOTACE

Tato diplomová práce zkoumá vliv technologických parametr na strukturu a vlastnosti bavln né tryskové p íze vyp edené na stroji J20 od firmy Rieter a.s. Ústí nad Orlicí. V experimentální části jsou komentovány výsledky m ení vybrané vlastnosti p íze a to nestejnom rnost, chlupatost, pevnost a tažnost. Dále jsou zkoumány vybrané strukturální charakteristiky p íze Ěpr m r p íze, zákrut obalové stužky vláken, procento obalových vlákeně, vzhledem ke zm n odtahové rychlosti a tlaku vzduchu. Výsledky práce ukazují, že vyšší odtahová rychlost p sobí pozitivn a naopak tlak vzduchu p sobí jako negativní vliv na kvadratickou nestejnom rnost tryskové p íze. Vyšší hodnota tlaku vzduchu zp sobuje u n kterých variant vyp edených p ízí, vyšší hodnotu pom rné pevnosti p íze. Výsledky práce poukázaly na významný vliv tlaku vzduchu a odtahové rychlosti na hodnotu chlupatosti. Dále se projevil vliv odtahové rychlosti na zákrut obalové stužky vláken, čím vyšší odtahová rychlost tím nižší byl zákrut obalové stužky vláken. V ad p ípad se projevil vliv kombinace odvád cí rychlosti a tlaku vzduchu. Širší diskuze o výsledcích experimentální části se nachází v záv ru práce.

KLÍČOVÁ SLOVA

trysková p íze, kvadratická nestejnom rnost, pom rná pevnost, tažnost, chlupatost, zákrut, obalová stužka vláken, procento obalových vláken.

~ 5 ~

ANNOTATION

This diploma thesis examines the influence of technological parameters on the structure and properties of cotton air-jet spun yarn on the J20 machine by Rieter a.s.

Ústí nad Orlicí. In the experimental part, the measured selected yarns properties are commented, namely quadratic yarn irregularity, hairiness, tenacity and elongation. Next were selected structural characteristics of the yarn (eg. yarn diameter, twist, helix pitch, etc.), due to the change out-delivery speed and air pressure. The results of the work shown, that the higher out-delivery speed is positive and the air pressure shown as a negative influence on the quadratic yarn irregularity of the air-jet yarn. For some yarn variations higher air pressure causes higher yarn strength. The results of the work revealed a significant influence of air pressure on the hairiness value. Furthermore, the effect of the out-delivery speed on the twist of the wrapping fiber ribbon has been manifested. This has shown that a higher out-delivery speed causes a lower wrapping fiber ribbon twist value. In a number of cases, the combination of out-delivery speed and air pressure has been demonstrated. A wider discussions of the results of the experimental part are at the end of this master thesis.

KEY WORDS

air-jet yarn, quadratic yarn irregularity, tenacity, elongation, hairiness, twist, wrapping fiber ribbon, percentage of wrapping fibers.

~ 6 ~

Obsah

ÚVOD ... 10

1 REŠERŠNÍ ČÁST ... 12

1.1 Historie ... 12

1.2 Rozd lení dop ádacích systém ... 14

1.2.1 Tryskové dop ádání ... 16

1.3 BAVLNA ... 27

1.3.1 Současnost ... 27

1.3.2 Charakter bavlny ... 28

1.3.3 Využití bavlny ... 29

1.4 Vybrané sledované vlastnosti tryskové p íze J20 ... 29

1.4.1 Geometrické vlastnosti délkových textilií ... 29

1.4.2 Vybrané strukturální parametry svazkové p íze ... 35

1.4.3 Mechanické vlastnosti ... 42

1.5 Statistické zpracování experimentálních dat ... 43

1.5.1 Testy analýzy rozptylu - ANOVA ... 45

1.5.2 Horn v postup ... 48

2 EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST ... 49

2.1 P íze použité pro experiment ... 50

2.1.1 Ov ení jemnosti p íze ... 53

2.2 Pevnost a tažnost ... 54

2.3 Kvadratická nestejnom rnost ... 60

2.4 Chlupatost ... 63

2.5 Pr m r p íze ... 66

2.6 Strukturální charakteristiky ... 68

~ 7 ~

2.6.1 Zákrut obalové stužky vláken ... 68

2.6.2 Úhel sklonu stužky obalových vláken ... 70

2.6.3 Stanovení procenta obalových vláken v p ízi ... 72

2.7 Analýza souvislostí vybraných strukturálních parametr a vybraných vlastností p íze ... 82

2.7.1 Chlupatost vs. zákrut ... 82

2.7.2 Pr m r p íze vs. zákrut ... 83

2.7.3 Pevnost vs. zákrut... 84

2.7.4 Pevnost vs. W Ěprocento obalových vlákeně ... 85

4 Citovaná literatura ... 91

5 Seznam obrázk ... 95

6 Seznam tabulek ... 98

7 P ílohy ... 99

~ 8 ~

Seznam použitých symbol a jednotek

c ší ka stužky obalových vláken [ m]

CVm kvadratická hmotová nestejnom rnost [%]

D reálný pr m r p íze [mm]

dj pr m r p íze v jádru [ m]

do pr m r p íze v míst ovinu [ m]

D_s substanční pr m r p íze [mm]

f pom rná pevnost [cN.tex^-1]

F síla [N]

h výška stoupání šroubovice [ m]

l délka [m]

L délka úseku [m]

prodloužení (absolutní deformace) [mm]

lk konečná délka po natažení [mm]

lo počáteční délka vzorku = upínací délka [mm]

m hmotnost [kg]

st ední hodnota hmotnosti [g]

m(l) okamžitá hodnoty hmotnosti délkového úseku p ádelnického produktu [g]

N počet vláken v ezu s sm rodatná odchylka

~ 9 ~

s² výb rový rozptyl

SA meziskupinový součet čtverc

SAB interakční součet čtverc mezi faktorem A a B SB meziblokový součet čtverc

SC celkový součet čtverc odchylek od celkového pr m ru SR vnitroskupinový-blokový s. č.

T jemnost délkových útvar [tex]

Tp jemnost p íze [tex]

Tv jemnost vláken [dtex]

v variační koeficient

V objem [kg.m^-3]

Vc celkový objem [kg.m^-3]

w procento obalových vláken [%]

výb rový pr m r

Ztp zákrut obalové stužky vláken [m^-1]

rd relativní deformace [1]

tažnost [%]

zapln ní p íze [%]

m rná hmotnost [kg.m^-3]

~ 10 ~

ÚVOD

Tato práce se zabývá studií struktury a vlastnostmi bavln né tryskové p íze. Snahou bylo objasnit vliv vybraných technologických parametr tryskového dop ádacího stroje na vlastnosti a strukturu vyp edené p íze. S tím souviselo studium o principu tvorby p íze a zm n strukturálních parametr , které by mohly být zp sobené zm nou daných technologických parametr Ětlak vzduchu, odvád cí rychlostě. N které strukturální zm ny by pravd podobn mohly zap íčinit zásadní zm nu v mechanických vlastnostech p íze, které určují její použití. Práce se také zabývá stanovením optimálních hodnot nastavení daných technologických parametr . Nalezením t chto optimálních hodnot technologických parametr , by m la vyp edená trysková p íze nalézt vhodné použití na základ jejích zjišt ných nejlepších vlastností.

Práce sestává ze dvou částí. První částí je rešerše Ětj. teoretická částě, ta p ibližuje pojmy v oblasti p ádelnických technologií, materiálu, vlastností p íze Ětaké vláken) a dále pak vnit ní strukturu tryskové p íze. Z počátku se rešerše v nuje historii p ádelnictví, rozd lením dop ádacích systém a zejména pak vývojem tryskového dop ádání. Dále se rešeršní část v nuje vybraným sledovaným vlastnostem tryskové p íze J20. V této části je teorie zam ena na vybrané geometrické, strukturální a mechanické vlastnosti. S t mito vlastnostmi jsou spojeny jejich zp soby m ení a stroje, které k m ení t chto vlastností lze využít. Poslední část rešerše je v nována zp sob m statistického zpracování nam ených dat, které jsou v práci aplikovány.

Experimentální část Ětj. část druháě je v počátku v novaná popisu p ízí použitých pro experiment. Zde byla ov ována délka vláken pomocí kuličkového staplovacího p ístroje a jemnost pramene gravimetricky na p ístroji Uster Tester 5 S-800. Dále pak jemnost samotných p ízí byla ov ována pomocí gravimetrické metody. St žejní částí experimentu bylo m ení mechanických vlastností p íze konkrétn její pevnost a tažnost na p ístroji Uster Tensorapid 4. Dále pak m ení nestejnom rnosti, chlupatosti, vad a pr m ru p íze na p ístroji Uster Tester 5 S-Ř00. Součástí experimentální části je také m ení strukturálních charakteristik p íze Ěvýška stoupání šroubovice obalové stužky vláken, pr m r p íze, pr m r jádra p íze, pr m r obalové stužka vláken atd.), stanovení zákrut obalové stužky vláken a výpočet procenta obalových vláken pomocí dvou metod.

~ 11 ~

Poslední část experimentu je v nována analýze souvislostí vybraných strukturálních parametr a vybraných vlastností p íze. Je zde nap íklad sledována závislost chlupatosti, pr m ru p íze a pom rné pevnosti na zákrutu p íze. Záv r práce pak tvo í shrnutí získaných poznatk v rámci experimentální části.

~ 12 ~

1 REŠERŠNÍ ČÁST

1.1 Historie

Výroba textilií je jednou z nejstarších činností člov ka. Vlákna a primitivní textilie využíval člov k už od počátku své existence. Publikace, které se t mito historickými událostmi zabývají, datují počátky používání textilu do doby p ed 200-500 tisíci lety.

Tato doba je tedy hluboko p edhistorická a jedná se o období mladší doby kamenné Ěneolituě a doby bronzové, p ičemž se jedná o informace podložené i nepodložené archeologickými nálezy. Archeologické nálezy uvád jí dobu p ed 25 až 27 tisíci lety, tyto letopočty potvrzují i n které nálezy na území České republiky. (SODOMKA L. , 2010)

S rozvojem p stování bavlny se začaly zdokonalovat ruční techniky zpracování t chto vláken. Jak technologie p edení tak i tkaní vznikaly d myslným uvažováním člov ka ke zjednodušení a urychlení t chto proces . Velmi dlouhou dobu byl proces p edení provád n ručn a to s velmi nízkou produktivitou. Sp ádání vláken bylo až do 17. století p evážn činností žen z r zných společenských vrstev. D ležitost a obliba této činnosti je vid t v ad oblíbených českých pohádek, nap íklad od Karla Jaromíra Erbena- Zlatý kolovrat.

Jedním z prvních nástroj k ručnímu p edení bylo v etánko. V etánko byla d ev ná tyčka, r zné délky, která m la na jednom konci zá ez nebo otvor pro snadn jší uvázání nit , na druhém konci špičku na které p i otáčení mohlo stát. V etánka r zných tvar a délek byla opat ena p eslenem - závažím umíst ným na v etánku podle toho, jakým zp sobem p adlena p edla. P eslen fungoval p i otáčení jako setrvačník. Sp ádaný materiál držela p adlena v ruce, m la ho umíst ný v koši vedle sebe nebo býval navinutý na p eslici - tyčce, kterou p adlena držela v ruce nebo ji m la postavenou poblíž. (SANTHANAM, 2016), (RIELLO, 2013), (HISTORIE, 2016)

V 16. století se začíná rozši ovat používání šlapacího kolovratu, který byl zásadním mezníkem v technologickém zdokonalení procesu. Vzhled kolovratu byl výrazn ovlivn n místními lidovými zvyky. Podle oblasti používání kolovrat vzniká st edoevropský typ, který má umíst no v eteno nad hnacím kolem. Dále pak kolovrat

~ 13 ~

saského typu, který má v eteno umíst no vedle hnacího kola. Pozd ji na jiných území vznikají r zné další variace kolovrat , které se od sebe liší velikostí hnacího kola, možností dvojitého pohonu, více-rychlostních p evod a zp sobem bržd ní cívky nebo kladky. Typ konstrukce a provedení sestavy má vliv na rychlost p edení a pevnost vyp edené p íze.

V Evrop a Americe šel vývoj sm rem ke šlapacím kolovrat m, zatímco v Indii se staly velmi oblíbenými kolovraty pohán ní ručn , tzv. Charkhy (viz. Obr. 1). Popularitu t chto kolovrat ješt více pozvedl Mahatma Gandhí, díky kterému se stalo p edení a tkaní vlastních látek v Indii symbolem boje za nezávislost. Charkhy jsou oblíbené dodnes a vyráb jí se r zné luxusní varianty, které jsou bohat zdobené a vyráb né ze vzácných d evin. (SODOMKA L. M., 2009) (HISTORIE, 2016)

Obrázek 1- Indický kolovrat – Charkha (HISTORIE, 2016)

~ 14 ~ 1.2 Rozd lení dop ádacích systém

Dnes m žeme dop ádací systémy rozd lit do 2 velkých skupin, první skupinou jsou klasické dop ádací technologie a druhou skupinou nekonvenční dop ádací systémy.

První skupina klasického dop ádání se týká p edevším prstencové dop ádací technologie. Ta je nejstarší technologií zpracovávání vláken v p ízi a zárove nejpoužívan jší technologií pro výrobu p íze už p es 100 let. Jedním z prvních vynálezc byl Američan J. Thorp, který v roce 1Ř2Ř podal patent na dop ádací stroj s b žcem. Dnes je v prstencové technologii do stroje p ivád n p ást, který je naveden do válečkového Ěči emínkovéhoě pr tahového ústrojí. Vzájemný pom r rychlostí válečk pak určuje dílčí a také celkový pr tah, díky kterému dochází ke ztenčování vlákenné stužky. Takto ztenčený p ástek je veden do systému v eteno-prstenec-b žec. Vyráb ná p íze je p es vodící očko vedena do b žce a následn navíjena na dutinku nasazenou na rotujícím v eteni. S pomocí rotujícího pohybu v etene a prost ednictvím tahu p íze, b žec obíhá po prstenci a vkládá p ízi pat ičný zákrut, který je ší en po p ízi až k místu sv ru odvád cích válečk pr tahového ústrojí. Pomocí specifického pohybu prstencové lavice je pak vytvá en návin tzv. potáč. Prstencová p íze má tedy dobré vizuální uspo ádání vláken do šroubovice a vykazuje dobré hodnoty pevnosti, které jsou spjaty s p edchozím zpracováním vláken b hem technologie p edení Ěmykaná, česanáě.

Struktura prstencové p íze je však nedokonalá Ětzn. z hlediska sev ení struktury a tím vliv na vlastnostiě a poznamenaná n kterými nep ízniv p sobícími technologickými zónami. Významným zdokonalením bylo v minulosti zredukování tzv. p ádního trojúhelníku, který se tvo í u vlákenného materiálu na výstupu z odvád cích válečk . Tato redukce byla provedena na základ p idání tzv. zhuš ovací zóny, která dokáže zmenšit prostor Ětj. distanciě mezi vlákna v ezu p íze a tím vytvo í strukturáln kompaktn jší meziprodukt. Práv tyto p íze se pak nazývají kompaktní Ěz angličtiny Compact yarnsě. Struktura této p íze má podstatn lepší paralelní uspo ádání vláken a tím vytvá í p edpoklad vyššího využití pevnosti, než p íze z klasické prstencové technologie. Zárove má p íze nižší počet nedokonale zap edených vláken Ětzn., že vykazuje nižší hodnotu chlupatostiě a její struktura se více podobá šroubovici.

ĚURSÍNY, P EDENÍ I. a II. část, 2006ě, (SCHINDLER, 2016)

~ 15 ~

Druhou skupinou jsou nekonvenční dop ádací systémy. V minulosti byla vynalezena celá ada t chto systém , ale jen velmi malá část z nich se pr myslov využila. D vody pro nep íznivé pr myslové využití byly nap íklad nízké výrobní rychlosti nebo i časté konstrukční závady. Dále jsou tedy uvedeny jen pr myslov významn jší nekonvenční dop ádací systémy:

 OE-systémy Ěz ang. Open-End) o P edení s volným koncem

 Rotorový Ěnap . typové ady BDě

 Frikční ĚDref 2ě

o P edení s částečn volným koncem

 Tryskový ĚMurata MJS, Murata MVS, Rieter Air-jet)

 Frikční ĚDref 3ě

 P edeno-skací systémy

o Prstencový p edeno skací-princip (Sirospun)

o Technologie s aplikací dutého v etene ĚParafil, Coverspuně o Technologie s aplikací st ídavého zákrutu ĚRepcoě

o Technologie s aplikací vzduchové trysky ĚPlyfilě

Ze skupiny OE-systém má dnes velký význam rotorové, tryskové dop ádání a frikční p edení Dref, který se dnes hojn používá k výrob jádrových p ízí. Ze skupiny p edeno-skacích systém se nejvíce používá Sirospun, který je oblíbenou technologií v Čín a jehož vliv dnes proniká i do Evropy a slouží k výrob efektních p ízí.

Rotorové dop ádání jinak také bezv etenové dop ádání je tedy technologie, která se adí do kategorie dop ádání s volným koncem Ěz angl. OE-systems). Zhruba od 30. let 1ř. století se naprostá v tšina staplových p ízí vyráb la na prstencových dop ádacích strojích. Protože možnosti vývoje této technologie jsou omezeny, nap . otáčkami v eten a množství zásoby navíjené p íze na dutinku, pracovalo se Ěhlavn v Evrop a v Japonskuě v polovin 20. století velmi intenzivn na výzkumu a vývoji alternativ k prstencovému dop ádání. Pr lomem byl rok 1967, kdy byla zahájena výroba v první rotorové p ádeln na sv t Ěs 2000 sp ádacími jednotkamiě. ĚURSÍNY, Studijní materiály FT, 2002-2008)

~ 16 ~

Pro rotorový dop ádací stroj je p ipravený pramen odtahován z konve pomocí podávacího válečku, p ítlačného stolečku a podáván k vyčesávacímu válci. Vyčesávací válec má celokovový povlak Ějeho charakter závisí na zpracovávaném materiáluě, který uvol uje z p ekládaného pramene jednotlivá vlákna. Takto ojednocený vlákenný materiál je p edáván z povrchu vyčesávacího válce do vzduchového kanálu dále p echází na skluzovou st nu a odtud do oblasti sb rného povrchu. Na sb rném povrchu se z vláken vytvá í tenká vlákenná stužka, která se postupn vlivem otáčení rotoru nabaluje na volný konec p íze. Hotová p íze je odtahována odvád cími válečky a navíjí se na dutinku. Navíjecí ústrojí nejčast ji vytvá í cívku s k ížovým vinutím. Oproti mykané p ízi z prstencových dop ádacích stroj má rotorová p íze zejména lepší stejnom rnost, pevnost v od ru a afinitu k barviv m. Avšak má horší pevnost v tahu, náchylnost ke smyčkování Ěvlivem až o 20 % vyššího zákrutuě a matn jší vzhled ve tkaninách a pleteninách. Hrubé p íze jsou nejčast ji používané pro koberce a rifloviny.

ĚURSÍNY, P edení I. a II., 2006ě

1.2.1 Tryskové dop ádání

Tryskové dop ádání je nejmladší technologií v p ádelnickém pr myslu v porovnání s ostatními dostupnými technologiemi. Systém tryskového dop ádání je vhodný zejména pro p edení jemné svazkové p íze tvo ené vlákny bavlná ského charakteru.

Sp ádací princip tryskového dop ádání je založen na specifickém krutném účinku vzduchu za pomoci zakrucovacích trysek a vysokopr tažného ústrojí.

1.2.1.1 Vývoj

Princip p edení open-end do kterého se tryskové dop ádání adí, byl patentován již v 1ř. století, avšak významného progresu se tryskové dop ádání dočkalo v 70-80. letech minulého století. V tomto období vznikala velká spousta nových technologií, z nichž našli uplatn ní pouze systémy DREF a systém dop ádání od firmy Murata. Kvalita t chto p ízí byla stále velmi nedostačující pro další zpracování. Z t chto d vod se vyráb ly další konstrukčn odlišné stroje, které prošly vývojem více generací. První patenty na tryskový dop ádací stroj od firmy Murata byly zve ejn ny v roce 1řŘ0. V té dob byla konstrukce stroje kombinací vzduchového víru s rotačním mechanickým prvkem. O n co pozd ji firma Murata provedla výrazné zm ny v konstrukci stroje a byl

~ 17 ~

vytvo en tzv. Murata Vortex Spinner ĚMVSě, který m l na místo dvou trysek Ětrysky m ly v či sob opačný sm r rotace vzduchuě pouze jednu.

Princip tvorby p íze ve stroji Murata Jet Spinner (viz. Obr. 2) byl založen na vytvo ení stacionárního víru, kde se ve vírové trubici st etávaly dva protism rné šroubovicové víry. Protism rné víry byly vytvo eny v sérii umíst nými speciálními sp ádacími tryskami, které tak zajiš ovaly pneumatický p enos krutného momentu na zjemn ný vlákenný produkt. V podstat se jedná o systém, kde m žeme rozlišit 3 typické zóny zakrucování, první zóna je mezi sv rem odvád cího válce pr tahového ústrojí a první vzduchovou tryskou. Druhá zóna je mezi první a druhou vzduchovou tryskou a t etí zóna je mezi druhou vzduchovou tryskou a sv rem odtahových válečk .

Tento princip nevytvá í typický

volný konec p íze Ětzn. typický pro

technologie OEě, který rotuje jako nap íklad u

rotorové technologie. Zde se postupn

uvol ují části obalové vrstvy vláken, které

následn vlivem vzduchového víru

zaujímají pozici šroubovice. P ednost

tohoto systému byla vysoká odtahová

rychlost, avšak vznikaly zde problémy

s citlivostí se ízení trysek. Dalším

omezením byly vysoké nároky na kvalitu

p edloženého pramene a omezený sortiment

zpracovávaných vlákenných materiál .

Obrázek 2- Schéma tryskového dop ádacího stroje MJS

1 …vzduchová tryska, 2 … vzduchová tryska, 3 … trysková komora, 4 … odvád cí váleček, 5 … čistič p íze, 6… koncová cívka. (MURATEC, Prospekt stroje MJS No. 802 H, 2016)

~ 18 ~

Poté Murata upustila od rotujícího prvku, a nechala pouze vzduchový vír bez pohyblivé mechanické části v zón tvorby p íze. Touto cestou vznikl dnes již známý systém Murata Vortex Spinner ĚMVSě neboli systém p edení s částečn volným koncem (viz.

Obr. 3).

Obrázek 3- Schéma sp ádací jednotky stroje MVS -1...p ivád ná protažená stužka vláken, 2...vzduchový vír, 3...v eteno, 4...p íze Vortex. (MURATEC, Textile Machinery, Collectively

supporting, 2017)

Firma Murata p edložila tento nový tryskový stroj pod názvem Murata Vortex Spinning ĚMVSě v Otemas 1řř7 a pak na ITM 1řřř. Princip výroby je založen na vzduchovém víru, který vytvá ejí speciální trysky okolo dutého v etena. Stužka vláken je k ústí dutiny v etene p ivád ná systémem vysoko-produkčního pr tahového ústrojí.

V okolí ústí dutiny v etene se odd luje obalová vrstva vláken a vytvá í tak šroubovicový obal p íze okolo tém paralelního jádra. Ve st edu dutého v etena je situován systém odtahu hotové p íze. Hlavním rozdílem technologie Vortex (MVS) oproti MJS ĚMurata Jet Spinningě je, že u p íze Vortex nevzniká žádný nepravý zákrut za pomoci 2 trysek. Mezi pr tahovým ústrojím a bodem tvorby p íze jsou vlákna p ibližn v paralelní poloze, tzn. bez zákrutu. Díky účinku vzduchu na povrchová vlákna obalu je schopna p íze zvýšit podíl obalových vláken o 20-30%, což je pozitivní zejména pro hodnoty pevnosti.

~ 19 ~

1.2.1.2 Technologie tryskového p edení firmy Rieter a.s.

Firma má hlavní sídlo ve Švýcarsku a dnes dopravuje dop ádací stroje po celém sv t . V roce 1řř5 uplynulo 200 let od založení firmy, jejímž zakladatelem byl Johann Jacob Rieter (1762-1826) Ěviz obr. č. 4ě. Nejd íve obchodoval jen s ko ením a bavlnou, pak se postupn z malé rodinné společnosti stala firma, která započala výrobu vynikajících p ádelnických stroj . V roce 1Ř44 firma vyrobila první mykací stroj, poté až do roku 1ř25 firma vyráb la i turbíny, tramvaje, elektrické generátory atd.

ĚKLIČKA, 2002ě

Obrázek 4- Zakladatel firmy Johann Jacob Rieter (RIETER, History and Milestones, 2017) V roce 1řř2 podepsal koncern Rieter smlouvu se státním podnikem Elitex, což byl pro firmu zásadní krok. V oblasti výzkumu a vývoje firma vzrostla konstrukčním provedením rotorových dop ádacích jednotek od roku 1ř63. Úsp šné p edstavení t chto stroj společn s ostatními výrobky firmy RIETER bylo na sv tové výstav ITMA v Pa íži v roce 1999.

V pr b hu nadcházejících deseti let došlo k mnohým zm nám. Poslední z nich se dotkla názvu akciové společnosti, který byl v kv tnu 2001 zm n n na Rieter CZ a.s.

Ústí nad Orlicí. V České republice je Rieter CZ nejv tším výrobcem textilních stroj . ĚKLIČKA, 2002ě

~ 20 ~

V roce 2003 firma Rieter a.s. uvedla sv j vlastní tryskový dop ádací stroj pod názvem J 10 na trh Ěviz. Obr. č. 5). B hem následujících let byl tryskový dop ádací stroj firmy Rieter a.s.

konstrukčn pozm n n a vylepšen a následn v roce 200Ř firma p edstavila na trhu nový tryskový dop ádací stroj J20. Konstrukční zm ny se týkaly jak pr tahového ústrojí, tak parametr trysky a zp sobu odvád ní p íze. V porovnání se systémem Murata Vortex Spinning se stroje navzájem liší jak designovým tak konstrukčním provedením. Technologicky se však jedná o stejný princip tvorby p íze pomocí vzduchového víru za pomocí trysky. Významným rozdílem je zp sob a sm r p ivád ní a odvád ní p edeného materiálu.

Obrázek 5- Tryskový dop ádací stroj J10 firmy RIETER (RIETER, History and Milestones, 2017) Pramen je u stroje od firmy Rieter umíst n v konvi, která se nachází pod konstrukcí stroje Ětj. pod sp ádací jednotkouě. Na rozdíl od stroje MVS Ěod firmy Murataě, kde se pramen p ivádí do pr tahového ústrojí shora. Pramen je u obou konstrukcí J20 i MVS protažen v jemn jší vlákennou stužku a dopraven do místa vkládání zákrutu. U stroje MVS je vytvá ená p íze odtahována z místa vkládání zákrutu st edem dutého v etene Ětzv. hollow spindleě. U stroje Rieter Air Jet ĚJ20ě, je p íze odtahována st edem trysky tzn. spinning tip Ětj. sp ádací špičkaě. Oba stroje pracují na stejném principu tvorby jen se liší v konstrukčním provedení. Princip tvorby p íze na stroji J20 firmy Rieter je založen na vertikální sp ádácí jednotce, která se skládá z p ivád cího pr tahového ústrojí, hlavní zóny tvorby p íze a odvád cího za ízení. Podrobn jší popis strukturální tvorby p íze bude popsán níže viz kapitola 1.2.1.3 Princip tvorby p íze.

~ 21 ~

Na stroji je pramen odtahován z konve a veden do pr tahového ústrojí se zhuš ovači. Protažený pramínek vstupuje do t lesa trysky a je vlivem podtlaku vzduchu dopravován k ústí dutiny sp ádací špičky. P i vstupu ztenčeného Ězjemn néhoě pramene do t lesa trysky dochází k uvoln ní zadních konc vláken od jádra p íze (viz. obr. č. 6) a to díky vzduchovému víru, který se vytvá í proud ním vzduchu z bočních podp rných trysek umíst ných v t lese sp ádací trysky. Tyto uvoln né konce vláken, pak vzduchový vír následn vrhne na povrch špičky a poté dojde za pomoci rotujícího proudu vzduchu k p ikroucení konc vláken k jádru p íze trvalým zákrutem. Zp sob obtočení t chto vláken a jejich výsledná pozice v p ízi závisí zejména na odtahové rychlosti p íze a tlaku vzduchu v tryskách, které vytvá ejí prost edí rotujícího proudu vzduchu. Výsledná p íze je odtahována odtahovými válečky a navíjena na cívku.

Obrázek 6- Sp ádací tryska dop ádacího stroje J20 Rieter (RIETER, 2013)

~ 22 ~

Sp ádací stroj J20 ĚAir-Jet 20ě je nástupcem stroje J10. Myšlenka principu tvorby p íze je zachována a jsou zde konstrukční zm ny, které umožnily zvýšení produktivity.

Zvýšená produktivita sp ádacího stroje J20 je díky:

 délce stroje až na 200 sp ádacích jednotek

 až 4 automatické roboty

 odvád cí rychlost až 500 m / min

 automatická p íprava zap ádání ĚAPPě

Dalším cílem je snížit manipulační dobu robota nebo dobu obslužného personálu pro opravu a provoz stroje. (RIETER G. , 2016)

1.2.1.4.1 Popis stroje

Obrázek č. 7. zobrazuje konstrukční provedení celého stroje. Na levé stran stroje se nachází bočnice, na které je umíst n hlavní ovládací panel stroje Ěmonitorě, kde lze nastavit veškeré strojní

parametry. Dále je na obrázku vid t umíst ní navíjecí jednotky, sp ádací jednotky a pojezdová dráha automatických robot .

Obrázek 7- Tryskový dop ádací stroj J20 RIETER: 1 - Bočnice – filtr, 2 - Bočnice - zakladač dutinek, 3 - Navíjecí jednotka, 4 - Sp ádací jednotka, 5 – Robot, 6 - Pojezdová dráha

(RIETER, P eklad p vodního návodu k používání sp ádacího stroje J20, 2013)

~ 23 ~

1.2.1.4.2 Popis spřádací jednotky J

Obrázek č. Ř zobrazuje konstrukční provedení dvouhlavé sp ádací jednotky J20 Rieter a.s. Každá tato jednotka má na stroji vlastní pohon a tak lze spustit jen jednu sp ádací jednotku individuáln a nezávazn na ostatních sp ádacích místech. Na obrázku jsou zobrazeny d ležité technologické partie stroje.

Obrázek 8- Sp ádací jednotka J20 Rieter a.s.: 1. Vstupní p ivád cí válečky, 2. Vstupní zhuš ovač, 3. St ední p ivád cí válečky, 4. Horní a spodní váleček s emínkem (výstupní), 5.

T leso sp ádací trysky, 6. Čidlo kvality, 7. Spodní odtahový váleček a horní p ítlačný odtahový váleček, Ř. Za ízení pro parafinizaci, ř. Čidlo p etrhu, 10. Navíjecí za ízení (RIETER, P eklad

p vodního návodu k používání sp ádacího stroje J20, 2013)

~ 24 ~

1.2.1.4.3 Spřádací tryska

Na obrázku č. 9 je detailn jší popis sp ádací trysky J20 Rieter. M žeme zde vid t vstupní a výstupní místo pro tlakový vzduch, element pro vstup vláken ke sp ádací špičce a samotné t leso sp ádací špičky.

Obrázek 9- Sp ádací tryska jednotky J20 – 1. T leso sp ádací špičky (Spinning Tip), 2.

T leso sp ádací trysky (Spinning Nozzle), 3. Element pro vstup vláken do t lesa sp ádací trysky (Fibre Feedeing Element-FFE), 4. Vstup pro hadičku s tlakovým vzduchem (Pressure Air

Throttle-IN), 5. Výstup pro hadičku s tlakovým vzduchem (Pressure Air Throttle-OUT) (RIETER, P eklad p vodního návodu k používání sp ádacího stroje J20, 2013)

1.2.1.5 Vzhled a vlastnosti tryskové p íze Air-Jet Rieter

P íze vyrobená na tryskovém dop ádacím stroji J20 Rieter je vytvá ena pomocí proudu vzduchu, který ovíjí odd lené konce obalových vláken okolo tém paralelního jádra p íze. Takto vytvo ená p íze se nazývá svazková a jejím typickým charakterem je velmi nízká chlupatost. V porovnání s p ízemi vyrobenými pomocí jiných technologií má trysková p íze p íjemný, m kký a komfortní omak. Technologický proces má minimální odlet vláken, vyrobená p íze dob e p ijímá barvivo a výsledný vzhled barevného odstínu je kvalitní a intenzivní. Finální trysková p íze má nízkou tendenci ke

~ 25 ~

žmolkování, vysokou odolnost v pracím procesu, dobrou rozm rovou stabilitu a vysokou odolnost proti ot ru. Trysková p íze se používá na výrobu m kkých pletenin, svrchního ošacení a ložního prádla. Vzhled tryskové p íze je možno vid t na obrázku č.

10, kde si lze povšimnout zakroucené stužky obalových vláken do tvaru šroubovice.

Vliv zm ny technologických parametr na tvorbu p íze, vznik dané struktury a výsledné vlastnosti je detailn ji rozebrán v následujícím textu.

Obrázek 10- Vzhled tryskové p íze J20 Rieter (NIS_p íze 15A300_viz experimentální část)

1.2.1.6 Vliv technologických parametr na strukturu a vlastnosti tryskové p íze

Technologických parametr , které ovliv ují strukturu a tím i vlastnosti tryskové p íze je celá ada. Mezi nejd ležit jší vlivné technologické parametry se adí odtahová rychlost a tlak, které jsou komentovány v úvodu experimentální části a proto zde popsány nejsou. Dále se mezi vlivné technologické parametry adí úhel trysky, rychlost dodávky vláken, vnit ní pr m r sp ádací špičky, pracovní doba v etene Ětj. opot ebení v eteneě a vzdálenost odvád cího válečku pr tahového ústrojí od sp ádací špičky.

Články, které se zabývají vlivem technologických parametr na vlastnosti p íze Air-Jet Rieter jen velmi málo (ELDESSOUKI, 2015), proto je tato kapitola zam ená na vlivné technologické parametry na strukturu a vlastnosti tryskové p íze Vortex (MVS), jejíž problematika je p ízi Air-Jet od firmy Rieter CZ s.r.o. velmi podobná.

Studie dokázali, že menší vzdálenost odvád cího válečku pr tahového ústrojí od ústí trysky je pozitivní pro lepší stejnom rnost a chlupatost. Za použití vyššího úhlu trysky, vysokého tlaku, nízké rychlosti dodávky a malého pr m ru sp ádací špičky bylo experimentáln dokázáno snížení hodnoty chlupatosti a zvýšení migrace vláken. Úhel

~ 26 ~

trysky a rychlost dodání však nem la vliv na mechanické vlastnosti p íze, což je zp sobeno malými rozdíly mezi úrovn mi t chto parametr použitých ve studiích.

(BASAL G., 2006)

Pr m r ústí sp ádací špičky (spindle diameter = diameter of spinning tip = pr m r dutiny v etene/sp ádací špičkyě a pracovní doba v etene Ěspindle working period = opot ebení v eteneě se ukázaly jako vlivné parametry na nestejnom rnost a chlupatost vyrobené p íze. V tší pr m r sp ádací špičky Ěkonkrétn 1,3 a 1,4 mmě dle autor dovoluje voln jší pohyb vláken pro jejich uspo ádání, proto jsou hodnoty nestejnom rnosti ĚCVm%ě nižší, než u menších pr m r Ěkonkrétn 1,1 a 1,2 mmě.

Výrazný nár st nestejnom rnosti byl detekován p i provozu trysky po dobu 4 m síc . Nár st nestejnom rnosti v tomto časovém období je zp soben opot ebením ústí sp ádací špičky vlivem vysokých odvád cích rychlostí p íze, které tato technologie vyžaduje.

Díky blízkému kontaktu vláken a ústí sp ádací špičky dochází k t ení, které se za určitý čas projeví úbytkem materiálu ve form mikroodšt p a tím dojde k prohloubení hodnoty nestejnom rnosti vyráb né p íze. V p ípad m ení chlupatosti Ěp ístroje Uster tester 3, Zweigle G566ě docházelo se zv tšujícím se vnit ním pr m rem sp ádací špičky ke zhoršení Ě=zvýšení hodnotyě chlupatosti. Experiment ukázal, že v tší pr m r sp ádací špičky, díky v tšímu prostoru pro pohyb vláken se hodnoty chlupatosti zvyšují.

Dále se projevilo již výše popsané opot ebení trysky, které v pr b hu 4 m síc zap íčiní zvýšení hodnoty chlupatosti. Ve studii byla testována také pom rná pevnost, prodloužení a práce do p etrhu. Menší pr m ry sp ádací špičky ukázaly vyšší hodnoty pom rné pevnosti. D vodem je menší prostor pro pohyb vláken, který vytvo í sev en jší strukturu, lepší uspo ádání obalových vláken do tvaru šroubovice a tím vyšší zákrut obalové vrstvy vláken. Nejvyšší hodnota prodloužení byla nam ena u pr m ru trysky 1,3 mm, tato hodnota pak b hem 4 m síc klesá. Volba pr m ru trysky souvisí s jemností, materiálem a použitím finální p íze. (ORTLEK H. G. N. F., 2008)

ada v deckých prací se zabývá simulací proud ní vzduchu uvnit t lesa sp ádací trysky. Jednoduchý analytický model p. Zenga (Y.C.ZENG, 2005) je sestrojen pro síly, které určují pevnost vlivem otáčení vzdušných vír p sobících na tvorbu p íze. Toto proud ní je modelováno jako funkce tlaku vzduchu v trysce, rychlosti pr toku vzduchu, úhlu sp ádacího hrotu a pr m ru sp ádacího hrotu. Další v decké studie rozvíjejí

~ 27 ~

složitejší modely, které více rozebírají konstrukční parametry trysky vztahující se k pr tokovým charakteristikám jež ovliv ují vlastnosti p íze. Tyto práce vyhodnocují zejména tlak vzduchu v trysce jako významný pro tvorbu p íze a její vlastnosti.

(Y.C.ZENG, 2003)

Dalšími technologickými parametry, které ovliv ují strukturu a vlastnosti tryskové p íze mohou být vzdálenosti, povrchy a p ítlak válečk / emínk pr tahového ústrojí, konstrukční provedení samotné trysky, zp sob odvád ní a navíjení vyp edené p íze atd.

(PRICE C., 2009), (KUTHALAM S. E., 2013)

1.3 BAVLNA

1.3.1 Současnost

V 21. století se naprostá v tšina bavlny zpracovává v zemích p stitelských oblastí.

Mezinárodní obchod s bavlnou se týká mén než 30 % celkové produkce, jeho hodnota obnášela cca 6 miliard €. P stitelé nechávají surovou bavlnu vyzrnit a balíky se dále prodávají specializovaným velkoobchodník m, u kterých je nakupují zpracovatelé Ěp ádelnyě na základ obchodních vzork . Cena bavlny, resp. celosv tový cenový trend se formuje na každodenních záznamech burzy komodit v New Yorku. Na tvorbu cen má vliv dlouhá ada faktor Ěod p stitelského počasí až nap . po cenu nafty pro dopravu). (INDEX MUNDI, 2016)

Sv tová produkce vláken a pozice celulózových Ěbavlnaě vláken mezi ostatními je zobrazena na obrázku 11.

Obrázek 11- Sv tová produkce vláken - srovnání let 1řř4 a 2014 (INDEX MUNDI, 2016)

~ 28 ~ 1.3.2 Charakter bavlny

Každé bavln né vlákno vyr stá jednotliv z pokožky semene, které jsou umíst na v tobolce rostliny. Vlákno roste až do své konečné délky a pr m ru. Po dosažení rozm r začne utvá et primární st nu. Tento proces trvá zhruba dva týdny, p ičemž se vytvo í dostatečn silná primární st na s indexem krystalinity okolo 30% a pr m rem fibril 2,98 nm. (GORDON S., 2007)

Chemické složení bavln ného vlákna je ovlivn no zejména druhem bavlníku, stupn m zralosti, p dou a lokalitou ve které bavlník vyr stal. Nejd ležit jší složkou je celulóza, která tvo í ŘŘ-ř6% celého vlákna. Celulóza je jednou z nejrozší en jších organických sloučenin Ěmakromolekulární látkouě na Zemi. Po dokončení stavby rostlinných bun k je celulóza p írodou naprogramována k degradování sama sebe a tím vytvo í stavební prvky pro vznik dalších nových bun k. Dalšími složkami jsou pektiny (0,9 – 1,2 %ě, bílkoviny Ě1.1 - 1.ř%ě a další. ĚGOSWAMI B. C., 2004), (GORDON S., 2007).

1.3.2.1 Vlastnosti bavlny

 Délka vlákna – 12 až 55 mm

 Jemnost vláken 0,Ř až 2,Ř5 dtex

 M rná pevnost za sucha – 2ř7 až 470 mN/tex

 Pevnost za mokra – 100 až 110 % pevnosti za sucha

 Pom rné prodloužení za sucha – 6 až 10 %

 Pom rné prodloužení za mokra – 7 až 11 %

 M rná hmotnost 1 520 kg/m³

Bavln ná vlákna p i teplot 120°C zvolna žloutnou, p i 150°C hn dnou a p i 400°C vzplanou. Dále p sobením alkálií bobtnají, pr ez vlákna se zaobluje, lumen se zužuje, stužkovitý tvar se vyrovnává a zvyšuje se lesk. P sobením minerálních kyselin na bavlnu dochází k hydrolýze, záleží zejména na koncentraci, teplot a času. ĚMILITKÝ J., Textilní vlákna - Klasická a speciální, 2002ě

~ 29 ~ 1.3.3 Využití bavlny

Bavlna si díky svým specifickým vlastnostem udržuje oblibu mezi odb rateli - její podíl na sv tové produkci činil p ibližn 44 % v roce 2011. Zmín nými vlastnostmi jsou nap . pevnost a zárove jemnost vlákna či schopnost pojmout vysoký podíl vody.

Mnozí zákazníci si také za bavln ným materiálem p edstavují „více p írodní surovinu“.

Bavln ná tkanina se používá k výrob od v , ubrus , plachet apod. Ve zdravotnictví slouží zejména k výrob sterilního materiálu, nap . nití, obvaz a tampon . Bavlníkové vlákno se používá také k výrob linolea, celofánu, um lého hedvábí, fotografických film , dynamitu, lak na nehty, nitrocelulózy a metylcelulózy, která se uplat uje v kosmetice a jako zahuš ovací látka v potraviná ském pr myslu. ĚNOVOTNÝ G., 2016ě

1.4 Vybrané sledované vlastnosti tryskové p íze J20

Vlastností vláken a p ízí je velké množství, v této kapitole jsou popsány jen ty, které jsou součástí experimentální části. Z vlastností vláken je to jemnost a délka.

Z charakteristik p ízí byly vybrány hmotná nestejnom rnost, chlupatost, pevnost, tažnost a dále pak vybrané strukturální vlastnosti.

1.4.1 Geometrické vlastnosti délkových textilií

 Jemnost vláken [tex]

 Jemnost p íze [tex]

 Délka vláken [mm]

 Pr m r p íze [mm]

1.4.1.1 Jemnost délkových útvar

Dle normy je jemnost nazývána délkovou hmotností, definovanou pom rem mezi hmotností a délkou.

(1) Metod na stanovení jemnosti je celá ada, nap íklad:

~ 30 ~

 výpočtem z pr m ru Ětlouš ky)

 výpočtem z plochy pr ezu

 metodou gravimetrickou

 metodou rezonanční

 metodou pneumatickou

1.4.1.1.1 Jemnost vláken

V této práci byla k m ení jemnosti vláken využita metoda výpočtu jemnosti vláken z jemnosti p íze.

1.4.1.1.1.1 Metoda stanovení jemnosti vláken z jemnosti příze

Za p edpokladu znalosti počtu vláken v ezu p íze a jemnosti finální p íze lze využít k výpočtu jemnosti vláken následující vzorec:

(2) Kde:

 T_v – jemnost vláken [tex]

 Tp – jemnost p íze [tex]

 N – počet vláken Ěz ezu p íze)

1.4.1.1.2 Jemnost příze

Stejn jako jemnost vláken je i jemnost p íze dle normy nazývána délkovou hmotností, definovanou pom rem mezi hmotností a délkou. Vzhledem k v tším rozm r m jsou u p íze ve vztahu používány jednotky gramy a kilometry.

(3)

~ 31 ~

Stejn jako vlákna jsou i p íze a nit definovány jako délkové textilie, jejichž jeden rozm r Ětlouš kaě mnohonásobn p evyšuje rozm r druhý Ědélkuě. Délková hmotnost p ízí se stanoví pomocí gravimetrické metody.

Gravimetrická metoda je založena na p esném odm ení vytvo eného p adénka na vijáku. Obvod k ídlenu vijáku je 1 m a tak se b žn odm uje 10 nebo 100 m p íze na 1 p adénko. Takto odm ená délka se p esn zváží a data se statisticky zpracují.

Pr m rná hodnota hmotnosti a délka p adénka se pak dosadí do výše uvedeného vzorce (3ě a vypočítá se tak výsledná jemnost. ĚMILITKÝ J., Studijní materiály, Zkoušení textilií I. a II., 200Řě

1.4.1.2 Délka vláken

Délka vláken rozhoduje o zpracovatelnosti a využití pevnosti vláken v pevnosti p íze.

Délka vláken je závislá na jejich p vodu a zp sobu p stování. Krátká vlákna v p ízi budou spíše prokluzovat a nep enášet nap tí, což povede ke snížení pevnosti p íze. S ohledem na sp adatelnost a využití pevnosti vláken je minimální délka pro p edení kolem 10 mm. Co se týče tryskového dop ádání, zde je nutné použití dlouhých kvalitních vláken, aby nedocházelo k častým p etrh m. Délku vláken lze m it pomocí r zných p ístroj a pom cek, k m ení délky vláken spolu s m ením dalších vlastností ba vláken lze využít linky HVI. Jinou variantou pro m ení délky vláken je p ímá m ící metoda pomocí t ídícího kuličkového p ístroje. Jednotlivá vlákna se postupn vytahují z chomáčku a tímto zp sobem je za azujeme do daných t íd stiskem klávesy, která uvolní kuličku. Takto se vytvo í absolutní četnosti délek vláken, které se pak dále zpracují v r zné grafické zobrazení nap . v histogram, v součtovou k ivku nebo staplovou k ivku. ĚMILITKÝ J., Textilní vlákna - Klasická a speciální, 2002ě

1.4.1.3 Hmotová nestejnom rnost

Pojmem hmotová nestejnom rnost rozumíme kolísání hmoty vláken v pr ezu nebo v určitých délkových úsecích délkového vlákenného útvaru. V dnešní dob je hmotová nestejnom rnost d ležitou sledovanou vlastností p ízí a to z d vodu, že do značné míry ovliv uje další vlastnosti p íze jako nap . variabilitu zákrutu či pevnosti. Dále se také hmotná nestejnom rnost značn projevuje ve vytvo ených plošných textilií jako mrakovitost, pruhovitost a efekt moiré.

~ 32 ~

1.4.1.3.1 Vyjádření hmotové nestejnoměrnosti Hmotová nestejnom rnost m že být vyjád ena jako:

 lineární hmotová nestejnom rnost U[%]

 kvadratická hmotová nestejnom rnost CV[%]

 Kvadratická hmotová nestejnom rnost je variační koeficient hmotnosti délkových úsek vlákenného útvaru:

(4) Kde:

 CV - kvadratická hmotová nestejnom rnost [%]

 m(l) - okamžitá hodnota hmotnosti délkového úseku p ádelnického produktu [g]

 - st ední hodnota hmotnosti [g]

 L - délka úseku [m]

Dále pak:

 limitní hmotová nestejnom rnost CVlim, Ulim [%]

 index nestejnom rnosti I

 výrobní nestejnom rnost CVf, U_f [%]

 strojová nestejnom rnost CVm Um [%]

Výstupem z m ícího p ístroje mohou být charakteristické funkce, které popisují strukturu nestejnom rnosti. Mezi charakteristické funkce výstupu z p ístroje se adí spektrogram a délková variační funkce. Další z charakteristických funkcí je modul pom rné p enosové funkce , který není výstupem, avšak dob e znázor uje transformaci nestejnom rnosti daným sp ádacím systémem.

Nejčast ji používanou metodou pro stanovení hmotné nebo také hmotové nestejnom rnosti je kapacitní metoda. Dnes nejznám jší p ístroj na m ení touto metodou je p ístroj USTER TESTER. Tento p ístroj pracuje na principu využití zm ny kapacity kondenzátoru. Princip je založen na nep ímém m ení kolísání hmotnosti

~ 33 ~

délkové textilie, která prochází mezi dv ma deskami kondenzátoru. Dle kolísání hmoty délkové textilie kolísá zárove i kapacita m ícího kondenzátoru. Se zm nou kapacity se m ní elektrický proud, který je zpracováván daným softwarem. Tato zm na je zp sobena zm nou hmoty vláken v p ízi.

Oba signály jsou softwarov zpracovány a výstupem jsou pak následující data:

 údaj o lineární a kvadratické nestejnom rnosti U [%], CV [%]

 grafický údaj o kolísání relativní hmotnosti

 údaj o počtu silných a slabých míst a počtu nopk

 spektrogram – graf zachycující statistické rozd lení spektra vlnových délek

 a další ĚURSÍNY, P EDENÍ I. a II. část, 2006ě

U nejnov jších typ p ístroj jsou také data, m ená optickými zp soby:

 údaj o chlupatosti

 údaje o pr m ru p íze

 údaj o jemnosti délkové textilie (USTER, USTER TESTER 5 s-800, Technical Data, 2017)

1.4.1.4 Vady p ízí

B hem výroby p íze se vytvá ejí určitá místa, která mají extrémní p ír stek nebo úbytek vláken v pr ezu p íze. Tyto vady p íze jsou závislé na nastavení stroje, ale také na kvalit suroviny.B žn se sledují tyto vady:

 Slabá místa – slabé místo je část p íze, kde dochází k velkému lokálnímu úbytku vláken v p ízi. Jedná se o počet p ekročení stanovené hranice, která nám pak definuje úbytek p íze standardn o -50% od stanovené hranice. Na p ístroji je možné nastavit i jiné hodnoty jako je nap . -60%, -40% nebo - 30%. Výchylky musí mít určitý délkový úsek, aby byla zaregistrována p ístrojem pro bavlnu je to 30 mm.

 Silná místa – silné místo je lokální masivní nár st vláken v pr ezu p íze.

Za silná místa se považuje nár st v pr ezu p ekračující určitou hranici, standardn se používá +50 %. Na p ístroji však lze nastavit i jiné hodnoty

~ 34 ~

+60%, +30%, dle materiálu a technologie se tato hranice m že lišit.

P ekročení této hranice musí mít určitý délkový úsek aby bylo místo zaregistrováno pro bavlnu je to délka 30 mm.

 Nopky – jsou charakterizovány jako místa zesílení p íčného pr ezu na malém délkovém úseku Ě1-4 mmě. B žn se volí hodnota 200% nebo 2Ř0%.

(USTER, USTER_Instruments_knowledge_thing quality, 2017) 1.4.1.5 Chlupatost

Chlupatost p íze je typickým charakterem pro staplové p íze. Dle prof. Necká e [z práce Yarn Hairiness viz. níže] je možné ji intuitivn rozd lit na oblast jádra jako nosného celku a obal tvo ený odstávajícími konci vláken. V oblasti p íze je vlákenný materiál obvykle siln stlačen díky p sobení mechanických sil v procesu kroucení.

V obalových vrstvách p íze je st snání vláken nižší a s nar stajícím polom rem klesá.

Nejčast ji je chlupatost charakterizována množstvím odstávajících nebo pohyblivých konc vláken, která nejsou zap edena do struktury. Hodnotou p i m ení je počet, délky a plocha odstávajících vláken na jednotku délky p íze. P i m ení se tedy b žn stanovují hodnoty S12, což je počet odstávajících vláken dlouhých 1 a 2 mm na určitém m eném délkovém úseku a pak S3, kam spadá počet odstávajících vláken dlouhých 3mm a více. Zp sob vyjád ení chlupatosti je více, dalším obdobným zp sobem je u p ístroje USTER TESTER 5 m ena hodnota H, která charakterizuje chlupatost p íze.

Chlupatost H je sumární hodnota délek odstávajících vláken vztažených na stanovenou jednotku délky p íze (tj. na 1cm). Nam ená hodnota je projevem charakteru vláken, geometrií p íze a zejména samotným procesem p edení. (NECKÁ B. , Yarn HAirinesss, Part 1: Theoretical model of yarn yarn hairiness, 2000ě ĚNECKÁ B. , P íze: Tvorba, struktura a vlastnosti, 1řř0ě

~ 35 ~

1.4.2 Vybrané strukturální parametry svazkové p íze

1.4.2.1 Pr m r p íze

Substanční pr m r p íze je, kdybychom Ěpomysln ě stlačili p ízi Ěz „plastických“

vlákeně tak, že by se vytlačil všechen vzduch, vznikl by kompaktní kruhový pr ez substanční plochy S se substančním pr m rem DS. Platí tedy vzorec:

(5) Kde:

 Ds – substanční pr m r p íze [mm]

 Tp – jemnost p íze [tex]

 – hustota vláken [kg/m³]

Obrázek 12- Pr m r p íze (NECKÁ B. , P íze: Tvorba, struktura a vlastnosti, 1řř0) V p ípad skutečného pr m ru p íze D na rozdíl od substančního pr m ru Ds (viz.

Obr. č. 12ě neuvažujeme stlačení p íze, ale volnou strukturu, která obsahuje určitý podíl vzduchu. Pak pr m r takovéto p íze se započítáním zapln ní p íze označujeme D a lze ho spočítat podle vztahu:

(6) Kde:

 D – skutečný pr m r p íze [mm]

 Tp– jemnost p íze [tex]

~ 36 ~

 – hustota vláken [kg/m³]

 – zapln ní [1]

ĚNECKÁ B. , 2001ě M ení pr m ru p íze lze pomocí obrazové analýzy nap . programem NIS Elements.

Nejd íve je nutno ud lat pečlivou p ípravu vzork , která je časov náročná. P íze se musí smočit ve 3 fázích lepidla Ětzn. každá fáze o jiné koncentraci lepidlaě a následn se zalijí do formiček voskem pro tvorbu ezu na mikrotomu. Dalším postupem jsou snímky z mikroskopu a m ení rozm r pomocí obrazové analýzy a programu NIS Elements.

~ 37 ~

Zapln ní p íze je vlastnost, která nám íká, jaký podíl z celkové plochy Ěči objemuě je tvo en vlákny. Opačnou vlastností k zapln ní je pórovitost, která nám naopak íká, jaký podíl tvo í vzduch.

Obrázek 13- Zapln ní-objemová definice (NECKÁ B. , P íze: Tvorba, struktura a vlastnosti, 1990)

Zapln ní lze definovat t emi zp soby: Objemovou interpretací, plošnou interpretací a hmotnostní interpretací zapln ní.

Objemová interpretace zapln ní je dána výrazem:

(7) Na obrázku č. 13 je znázorn na část vlákenného útvaru ve tvaru hranolu o celkovém objemu Vc. Uvnit tohoto t lesa, jsou vlákenné úseky o objemu V. P i této p edstav platí, že V < Vc. Rozdíl t chto objem pak vyjad uje objem vzduchu, který se nachází mezi vlákny v daném hranolu. ĚNECKÁ B. , P íze:

Tvorba, struktura a vlastnosti, 1990), ĚNECKÁ B. , 2001ě 1.4.2.3 Zákrut obalové stužky vláken

Co se týče uložení vláken v p ízi, trysková p íze je z tohoto hlediska svazkovou p ízí. Tato struktura je charakteristická určitým podílem vláken v jádru a vláken, které tvo í obalovou vrstvu. P edpokládáme, že tato obalová vrstva tvo í plochou stužku vláken, která je v pravidelných intervalech ovinuta ve tvaru šroubovice kolem jádra p íze, které je tém paralelní. Šroubovicový model p edpokládá, že

~ 38 ~

všechna vlákna mají tvar šroubovice se stejným sm rem otáčení, šroubovice všech vláken má stejnou společnou osu, kterou je osa p íze. Dále p edpokládá, že výška jednoho ovinu každé šroubovice je stejná. Ideální model ješt p idává p edpoklad, že ve všech místech se nachází stejná hodnota zapln ní.

Obrázek 14 – P edstava šroubovicového modelu (NECKÁ B. , 2001)

Dle této modelové p edstavy výška stoupání šroubovice je rovna p evrácené hodnot zákrutu. Lze tak vypočítat zákrut obalové stužky vláken u tryskové p íze následujícím zp sobem:

(8)

Kde:

 Z – zákrut obalové stužky vláken

 h – je výška stoupání šroubovice Ězakreslení rozm ru viz následující kapitolaě

~ 39 ~

Trysková p íze je z hlediska struktury svazkovou p ízí, která sestává ze dvou částí.

První částí je jádro, které je tém paralelní neboli soub žné s osou p íze. Druhou částí je obalová vrstva vláken, do kterých je vlivem technologie vkládán zákrut.

Obrázek 15- Struktura svazkové p íze

Obalová vrstva tak svírá s osou p íze úhel, který je v experimentální části znázorn n jako úhel . Tento úhel v práci není m en je pouze zakreslen pro lepší popis a orientaci v textu celé práce. Obalová vrstva vláken stlačuje vlivem zákrutu vlákna v jádru p íze, čímž se navyšují hodnoty t ecích sil mezi jednotlivými vlákny, která jsou v bezprost edním kontaktu. Toto stlačení zp sobené obalovou vrstvou vláken Ě nebo-li stužkouě by m lo mít pozitivní vliv na pevnost p íze. Dle odborné literatury m že být procento obalových vláken zejména ovlivn no vzdáleností mezi sv rnou linií odvád cích válečk a sp ádací špičkou Ědle značení firmy Rieter vzdálenost Lě, pom rem rychlostí odvád cích válečk pr tahového ústrojí a odvád cích válečk stroje dále také odtahovou rychlostí, tlakem vzduchu, jemností p íze, druhem vláken atd. Dle literatury by se m lo procento obalových vláken pohybovat v rozmezí 25-30 procent.

(RIETER, 2016)

V decké studie se také v nují metod rozkrucování p íze pod optickým mikroskopem vybaveným digitálním fotoaparátem.(A.K. SOE, 2004) Metoda spočívá

~ 40 ~

v odd lení vrstvy obalových vláken a jejich následném spočítání vláken. Vlákna jsou p itom rozd lena do n kolika kategorií, nejd ležit jší jsou vlákna, která jsou v jádru, v obalu a tzv. divoká vlákna. Lze se domnívat, že tato metoda stanovení procenta obalových vláken je velmi náročná, všechna vlákna nejsou ve struktu e a kolem jádra rozmíst na rovnom rn . N které konce vláken jsou pevn zachycena v jádru p íze, a proto je velmi obtížné je odd lit či p esn spočítat. Lze se domnívat, že n která vlákna mohou být v této metod i vícekrát započítána. Metoda však není moc dob e popsána do detail . Další metodou stanovení procenta obalových vláken je objemová metoda, pro kterou se provádí m ení pot ebných parametr z podélných pohled . Tato metoda je použita pro experimentální m ení v této práci. (ELDEEB, 2016)

1.4.2.4.1 Procento obalových vláken z podélných pohledů metoda

Modelová p edstava (ELDEEB, 2016) je založená na podílu dvou objem , jedním je objem obalové stužky vláken a druhý je celkový objem p íze. Za pomoci podílu t chto dvou objem lze vypočítat procento stužky obalových vláken dle vztahu:

(9) Kde:

 w – % obalových vláken [%]

 c – ší ka stužky obalových vláken [ m]

 h – výška stoupání šroubovice [ m]

 dj – pr m r p íze v jádru [ m]

 do– pr m r p íze v míst ovinu [ m] (ELDEEB, 2016)

Význam jednotlivých veličin je z ejmý z modelové p edstavy tryskové p íze – viz obrázek č. 16. Úhel sklonu stužky obalových vláken  je zakreslen pouze pro lepší orientaci popisu vizuální zm ny v experimentální části. V této práci sledované technologické parametry Ětlak vzduchu, odtahová rychlostě by mohly ovliv ovat úhel sklonu obalové stužky vláken vzhledem k ose p íze.

~ 41 ~

Obrázek 16- Schematické znázorn ní p íze a jejich vybraných strukturálních parametr .

1.4.2.5 Procento obalových vláken z ezu p íze (metoda 2)

Další metodu pro stanovení procenta obalových vláken, kterou jsme zvolili je metoda založená na základ stanovení četnosti vláken v ezu p íze. K tomuto účelu byla použita metoda SECANT, která se ídí interní normou č. 22-103-01/01. Tato norma stanovuje postup výpočtu zapln ní jednoduchých jednokomponentních a dvoukomponentních p ízí. V práci byla použita metoda pro dvoukomponentní. Jako 1.

komponenta byly označeny vlákna v jádru p íze a jako druhá komponenta byly označeny vlákna obalové stužky. Za pomoci vytvo ených soubor se sou adnicemi st ed každého vlákna v ezu se u této metody podle t žiš vlákenných ez rekonstruují jejich plochy na základ vložených údaj o jemnosti p íze, jemnosti vláken, hustot vlákenného materiálu, polohy vláken a zákrutu p íze. Na základ znalosti t chto parametr program vytvo ený v rámci interní normy vypočítá dané strukturální parametry a to nap . počet vláken v obalové stužce, počet vláken nacházejících se v jádru p íze, celkový počet vláken, četnostní a hmotnostní podíly, efektivní polom r a zapln ní atd. Procento obalových vláken je následn vypočítáno pomocí podílu pr m rných hodnot počtu vláken v obalové stužce a celkového počtu vláken získaných z píčných ez p íze nasnímaných pomocí obrazové analýzy a programu NIS elements.

Co se týče citlivosti metody variabilita jemnosti vláken a zákrutu nemá podstatný vliv na výsledky metodiky. Metoda je citlivá na m rnou hmotnost vláken a na jemnost p íze. Výsledky metody jsou podstatn ovlivn ny rozsahem výb ru p íčných ez a jejich počtem proto se pro dostatečnou statistickou spolehlivost výsledk doporučuje provést z jednoho typu p íze p ibližn 40-50 p íčných ez .

~ 42 ~ 1.4.3 Mechanické vlastnosti

Mechanické vlastnosti materiál Ěvšeobecn ě jsou jejich odezvou na mechanické p sobení od vn jších sil. Podle p sobení vn jších sil lze hovo it o namáhání na tah, tlak, ohyb a krut. Tyto druhy namáhání se v tšinou vyskytují v kombinaci Ětah – p íčné stlačení u vláken v zakrucované nitiě. Laboratorn se tato namáhání zkoumají odd len od sebe, p ičemž normovány jsou pouze zkoušky pevnosti v tahu. B hem mechanického namáhání dochází v niti ke zm n délky - deformaci, která je závislá na velikosti zatížení, rychlosti namáhání a dob trvání.

Mechanické vlastnosti jsou popisovány tzv. ultimativními charakteristikami:

 Pevnost Ěsíla do p etrhuě P [N]

 nap tí do p etrhu [Pa]

 protažení do p etrhu ∆l [mm]

 tažnost Ědeformace do p etrhuě [%]

 relativní pevnost f [N/ tex], resp. [cN / dtex]

 tržná délka lT [km], resp. [m] – délka, p i níž by se textilie zav šená na jednom konci p etrhla vlastní tíhou. ĚMILITKÝ J., Studijní materiály, Zkoušení textilií I. a II., 200Řě

1.4.3.1 Namáhání v tahu

P i namáhání v tahu nazýváme odezvu materiálu pevností v tahu. Tuto vlastnost zkoušíme na dynamometru – p ístroji pro definované namáhání vzork a registraci síly a deformace Ěnataženíě.

Pod pojmem nap tí [Pa] rozumíme absolutní sílu F [N] p epočítanou na plochu pr ezu vzorku S [m²]. Protože plocha pr ezu nit je obtížn stanovitelná, p epočítává se absolutní síla F [N] na jemnost vzorku T [tex]. Tuto vlastnost pak nazýváme pom rnou pevností.

(10)

~ 43 ~

P i natahování vzorku nit dochází k jeho prodloužení, čili deformování. Absolutní deformaci vyjad ujeme v absolutních jednotkách jako ∆l [mm].

Kde:

 l_k– je konečná délka po natažení [mm]

 l0 – je počáteční Ěp vodníě délka vzorku [mm], zvaná upínací délka Relativní deformace

(11) Relativní deformaci do p etrhu nazýváme tažnost [%].

(12) Deformaci popisujeme jako vratnou - elastickou a nevratnou - plastickou. Elastické - vratné deformace lze očekávat pouze v oblasti malých sil a deformací, kde pr b h F= f Ě∆l ě je lineární. P i zkoušení mechanických vlastností jde v tšinou o zjišt ní meze pevnosti. Princip m ení mechanických odezev spočívá v deformaci textilie pomocí čelistí dynamometru Ětrhacího stroje – trhačkyě a m ení odezvy – síly m ícím členem spojeným s jednou z čelistí. Testování pevnosti se provádí dle normy ČSN EN ISO 2062 (80 0700). ĚMILITKÝ J., Studijní materiály, Zkoušení textilií I. a II., 200Řě

1.5 Statistické zpracování experimentálních dat

P i zpracování dat z experimentálního m ení se používají klasické postupy zjiš ování základních charakteristik polohy a rozptylu:

~ 44 ~

 Výb rový pr m r

(13)

 Výb rový rozptyl

(14)

 Sm rodatná odchylka

(15)

 Variační koeficient

(16)

 Interval spolehlivosti

o Vzhledem k tomu že experimentální data v této práci považujeme za náhodnou veličinu, pak p edpokládáme, že i základní soubor hodnot má ve v tšin p ípad náhodné rozd lení. Konečné správné hodnoty nam ených veličin pak leží uvnit určitého intervalu, jehož velikost je závislá na p esnosti, se kterou byly dané hodnoty výb rových charakteristik zpracovány a nam eny. Každé m ení je též zatíženo určitou chybou, která se skládá z náhodných chyb a systematických chyb. Konstrukce intervalu spolehlivost st ední hodnoty se provádí na základ výb rového pr m ru jakožto bodový odhad st ední hodnoty s rozd lením (²/n). V intervalu 1,96/n, pak leží p ibližn ř5% náhodných veličin z rozsahu výb ru n: