P O DĚ KO VÁNÍ
Velmi děkuji své vedoucí bakalářské práce, paní Ing. Haně Pařilové, Ph.D., za odbornou pomoc, cenné rady, připomínky a trpělivost při vypracovávání této práce.
Dále děkuji Ing. Bc. Ondřeji Novákovi, Ph.D. a Doc. Daně Křemenákové za odborné rady při zpracování experimentální části práce.
Zvláštní poděkování patří mé celé rodině za podporu a pomoc během mého studia.
A N O T A C E
Bakalářská práce se zabývá vlivem textilních vrstev na tvrdost matrací. Ze zdrojů informací byly zjištěny vlastnosti zkoumaných u polyuretanových pěn a možnosti jejich zkoušení. Pro stanovení vlivu textilních vrstev matrací byla vybrána metoda měření odporu proti vtlačení a výpočet faktoru komfortu z naměřených deformačních křivek. V závěru byly porovnány naměřené výsledky jednotlivých typů sendvičových skladeb a navržena ideální sestava textilních materiálů.
K L Í Č O V Á S L O V A :
Faktor komfortu, odpor proti vtlačení, vlastnosti matrací, potahové textilie
A N N O T A T I O N
The bachelor thesis deals with the influence of textile layers on the hardness of the mattress. From the information sources were identified properties of polyurethane foams and their testing options. To determine the influence of the textile layers of themattress the method of measuring resistance to indentation was chosen and the comfort factor of the measured deformation curves was calculated. In conclusion, the comparison of the measured results of each type of sandwich structure was made and as a result the perfect set of textile materials was designed.
K E Y W O R D S :
Comfort factor, resistance to indentation, mattresses properties, upholstery fabric
OBSAH
1. ÚVOD ... 8
2. REŠERŠE ... 9
3. ODPOČINEK LIDSKÉHO TĚLA ... 10
3.1. Spánek ... 10
3.2. Ergonometrie ... 11
3.3. Dekubity ... 12
3.4. Hodnoty tlaku ... 13
4. PŘEHLED VLASTNOSTÍ A TYPŮ MATRACÍ ... 13
4.1. Typy matrací ... 14
4.2. Vlastnosti ... 17
5. TEXTILIE POUŽÍVANÉ K OCHRANĚ MATRACÍ ... 19
5.1. Příklady typů potahů matrací ... 20
5.2. Základní typy chráničů matrací ... 21
5.3. Základní typy prostěradel ... 22
6. MOŽNOSTI ZKOUŠENÍ MATRACÍ ... 23
6.1. Měření odporu proti stlačení ... 23
6.2. Měření odporu proti vtlačení... 23
6.3. Měřící zátěžová deka ... 24
7. MĚŘENÍ ODPORU PROTI VTLAČENÍ ... 26
7.1. Výběr vzorků ... 26
7.2. Vlastní testování ... 30
7.3. Zpracování dat ... 32
8. NÁVRH IDEÁLNÍ SESTAVY TEXTILIÍ ... 39
9. ZÁVĚR ... 41
SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ ... 43
SEZNAM OBRÁZKŮ ... 44
SEZNAM GRAFŮ ... 45
PŘÍLOHY ... 45
1. ÚVOD
Matrace do postele si člověk nekupuje za svůj život velmi často. Z toho důvodu jsou lidé výběru tohoto typu sortimentu ochotni věnovat spoustu času a energie. Na internetu i v prodejnách lze nalézt nepřeberné množství rad jak správně vybrat tu pravou matraci.
Otázkou zůstává, zda tyto informace poskytované prodejci jsou relevantní a pravdivé, či se jen snaží prodat své zboží.
Z hlediska „komfortu“ je pro většinu lidí nejdůležitějším aspektem tvrdost matrace.
Od tohoto požadavku se odvíjí výběr jejího typu. Kupující i prodávající se řídí označením výrobce, který deklaruje tvrdost matrace. Ale člověk neleží na samotné „holé“ matraci.
Při koupi matrace si zákazník vybírá i potah, do kterého bude matrace uschována. Textilie určené k potahování matrací jsou různého materiálového složení nebo úprav (chemická vlákna ze syntetických polymerů, vlákna přírodní, příměs kovových vláken či úprava Aloe vera). Další vrstvou, která je doporučována z hlediska hygienického i z pohledu životnosti, je chránič matrace. Ten je primárně určen k ochraně matrace před znečištěním.
Tato textilie je k matraci upevňována většinou pruženkami, takže ji lze připevnit na jakoukoliv výšku matrace. Posledním článkem, který odděluje matraci od lidského těla je prostěradlo. V současné době jsou tkaná prostěradla nahrazována pleteninami různých typů s všitou pruženkou k dokonalému uchycení. Mají všechny tyto vrstvy a jejich skladba vliv na deklarovanou tvrdost matrace od výrobce? Z provedených rešerší vyplynulo, že tento problém do této doby nebyl předmětem bližšího zájmu.
Předmětem této bakalářské práce je prozkoumat, zda vybrané druhy potahů mají vliv na tvrdost matrace. Cílem je potvrdit či vyvrátit předpoklad, že potahy v závislosti na své tloušťce zvýší sílu potřebnou ke vtlačení tělesa do měřeného vzorku. Výzkum nepřímo navazuje na již obhájenou práci absolventky stejného studijního oboru Bc. Michaely Ježkové. Její měření mělo prokázat domněnku výrobce, že nově vyvinutý typ sendvičové matrace je komfortnější než běžné druhy matrací na trhu, což bylo v závěru potvrzeno. Výrobcem poskytnuté vzorky byly použity i pro účely této kvalifikační práce.
Potahy pro zde uváděný výzkum byly vybrány z potahových textilií poskytnutých Technické univerzitě firmou Bekaert Textiles CZ s.r.o. pro studijní účely. Identifikace vzorků vybraných potahů je uvedena v kapitole 7.
Před samotným měřením bylo potřeba provést rešerši doposud uvedených článků na téma „Vliv textilních vrstev na tvrdost matrace“ vytvořit přehled vlastností matrací a možnosti zkoušení těchto vlastností. Poté na vybraných typech pěnových matrací s různými druhy potahových textilií proměřit odpor proti vtlačení a naměřené hodnoty vyhodnotit. Metoda vtlačení byla vybrána na základě dvou faktorů. Jedním jsou výsledky diplomové práce a doporučení absolventky Technické univerzity Ing. Zdeňky Bláhové.
Z provedených měření, kterými se testovaly různé skladby čalounických materiálů na odpor proti stlačení i vtlačení, bylo zjištěno, že metoda stlačení vykazuje falešné zvýšení faktoru komfortu a vliv jednotlivých vrstev se v měření téměř neprojeví [1].
Dalším faktorem je skutečnost, že vtlačovací těleso vrchlík lépe simuluje sílu vyvíjenou na matraci lidským tělem při spánku. Vzorky pěn, které byly předmětem proměřování, byly dodány nejmenovanou firmou, která se zabývá výrobou a inovací polyuretanových matrací. Bližší specifikace testovaných vzorků je uvedena v kapitole 7.
2. REŠERŠE
Po provedené rešerši v uveřejněných článcích a vědeckých pracích na téma „Vliv textilních materiálů na tvrdost matrace“ lze konstatovat, že tato skutečnost dosud nebyla zcela prozkoumána. Podobným tématem z Katedry hodnocení textilií se zabývala absolventka z roku 2010 Ing. Zdeňka Bláhová. Touto studentkou byla zpracována závěrečná diplomová práce na téma „Vliv kvality plošných textilních útvarů a jejich skladby na vlastnosti čalouněného nábytku“. Cílem bylo zjistit, zda jednotlivé vrstvy čalounických materiálů a jejich kvalita, má vliv na celkové vlastnosti daného výrobku. Ze závěru vyplynulo, že provedená měření vybraných skladeb materiálů se nemusí shodovat se subjektivními pocity spotřebitele. Výsledky měření ukázaly, že faktor komfortu byl u jedné z testovaných čalounických skladeb vysoký, ale celkově materiál působil tvrdě[1].
Další podobnou prací zpracovanou na téma matrace a potahy je disertační práce Ing. Bc. Ondřeje Nováka, Ph.D. Zde byl vytvořen simulační model na stanovení příslušných vlastností matrací používaných ve zdravotnictví a zjištění jejich kvality. Autor zde konstatoval, že: „Potah se negativně podílí na hodnotě kontaktního tlaku a je žádoucí, aby aplikované předpětí bylo co nejnižší. Potah by měl být tedy vysoce tažný a deformovatelný velmi malou silou, aby se po kontaktu se zátěží významně nezvyšoval jeho svěrný účinek.“ [2]
Dále bylo zjištěno, že nejsou žádné stanovené doporučující hodnoty pro výběr tvrdosti matrace. Je to dáno jedinečností lidského těla. Každý člověk je unikátní svou výškou, vahou a tělesnými proporcemi, ale také svými preferencemi a zdravotním stavem. Nelze tedy obecně stanovit, jaký typ a tvrdost matrace má být pro konkrétního člověka doporučen. Jedinou konkrétní veličinou, která může být určující pro výběr matrace, je stanovená hranice tlaku působící na lidskou tkáň, kdy dochází k omezení průtoku krve v kapilárách. Tato hranice je 4,27 kPa. Bližší specifikace tohoto tématu je v kapitole 3.3.
a 3.4.
3. ODPOČINEK LIDSKÉHO TĚLA
Každý člověk stráví spaním v průměru třetinu svého života. Spánek je pro lidské tělo nezbytně důležitý, protože jeho pomocí regeneruje centrální nervový systém i fyzická stránka organismu. Kromě délky spánku je velmi podstatná i kvalita. Aby si tělo řádně odpočalo, je nutné uvolnění páteře, kloubů a svalů, a to by měla zajistit správná a kvalitní matrace.
3.1. Spánek
Každý den by měl dospělý člověk prospat 6 – 9 hodin pro optimální obnovu celého těla, ale velmi záleží i na konkrétním věku jedince. Kojenci spí i 18–20 hodin, dítě předškolního věku by mělo pro svůj zdravý vývoj spát zhruba 12 hodin a dospívající 8 hodin denně. Ve středním věku se délka spánku mění v závislosti na genové dispozici jedince. Senioři spí v noci nejkratší dobu, a proto se jejich tělo snaží dohnat nedostatek času potřebného k regeneraci krátkým spánkem přes den.
Bez spánku nebo při jeho špatné kvalitě nedojde k potřebnému zotavení těla, které může mít za následek zhoršení pozornosti, celkové únavy organismu nebo podobné drobnější fyzické projevy. Pokud je nedostatek spánku trvalejšího rázu, dochází k celkovému oslabení a může vést až k závažným zdravotním problémům.
Obrázek 1: Správná poloha páteře při ležení na boku [18]
3.2. Ergonometrie
„Jak si kdo ustele, tak si lehne“, říká známé přísloví. Lidstvo od samého svého počátku řeší otázku svého odpočinku. Od kožešin položených na zemi až po dnešní moderní matrace a rošty. Tento vývoj byl iniciován snahou zlepšovat a zkvalitňovat lidský život. Vědní obor ergonometrie se zabývá přizpůsobením používaných nástrojů a předmětů denní potřeby pracovním podmínkám, výkonnostním možnostem člověka a stavbě jeho těla. Poznatky z humanitních oborů, jako například sociologie, psychologie, antropologie, ekonomika, design, lékařství, jsou zde propojovány s poznatky z technický oborů. Cílem ergonometrie je, aby nástroje a předměty, které člověk používá při své denní činnosti, co nejlépe odpovídaly jeho fyziologii, nezpůsobovaly zdravotní potíže, případně ulehčovaly pohyb. Původem řecké slovo se skládá ze dvou slov ergon=práce a nomos=jméno, zákon, pravidlo a znamená nauku o práci. Za autora tohoto termínu je označován W.
Jastrzebowski, který toto slovo měl použít již v roce 1857 [4].
Obrázek 2: Grafické znázornění mnohooborové ergonomie [19]
Podle Mezinárodní ergonomické asociace (IEA) z roku 2000 zní definice následovně: „Ergonomie je vědecká disciplina založena na porozumění interakcí člověka a dalších složek v systému. Aplikací vhodných metod, teorie i dat zlepšuje lidské zdraví, pohodu i výkonnost. Přispívá k řešení designu a hodnocení práce, úkolů, produktů, prostředí a systémů, aby byly kompatibilní s potřebami, schopnostmi a výkonnostním omezením lidí. Ergonomie je tedy systémově orientovaná disciplina, která prakticky pokrývá všechny aspekty lidské činnosti. V rámci holistického
(celostního) přístupu zahrnuje faktory fyzické, kognitivní, sociální, organizační, prostředí a další relevantní faktory.“
Vývoj této vědní disciplíny je rozdělen do následujících fází:
Před ergonomická fáze – od výroby prvních nástrojů k počátku hromadné řemeslné výroby, v konstrukci produktů se odrážely zkušenosti a poznatky jejich výrobců.
Ochranná fáze – 2. polovina 19. století, v tomto období byla pozornost soustředěna na zlepšení ochrany zdraví a zvýšení výkonnosti práce. Přístup byl tzv. monodisciplinární1.
Technicistní fáze – (1900 – 1945) přístup se změnil na interdisciplinární2. Předmětem zkoumání bylo zvýšit efektivitu práce (pomocí zavedení např. pásové výroby a analýzou lidského faktoru např. časová analýza, syntéza pracovních pohybů) a omezit nežádoucí vlivy pracovního prostředí.
Produkční fáze (1945 - 1980) zde již byl přístup multidisciplinární3. Cílem bylo odstranit senzomotorické omezení člověka a zvýšit jeho výkonnost pomocí měření jeho motorických a mentálních funkcí.
Humanizační fáze (1980 – současnost) – přístupem je systémová analýza a syntéza4. Cílem je zkoumání člověka při práci a člověka jako uživatele, vzdělání a osvěta populace pro výběr zboží. [4]
3.3. Dekubity
Pobyt v posteli nemusí vždy vyvolávat jen pocity úlevy a odpočinku. V případě osob dlouhodobě upoutaných na lůžko může ležení vyvolat zdravotní komplikace.
Dekubitus neboli proleženina je poškození kůže či tkání vyvolané dlouhodobým tlakem nebo opakovanými třecími silami. Proleženiny se objevují na tzv. predilekčních místech. To jsou místa kde je tuková a svalová vrstva mezi kůží a kostí nejslabší, a spočívá na nich největší váha postiženého. Patří sem týlní krajina, oblast loktů, lopatky, výběžky obratlů na páteři, paty, a další. Na vzniku proleženin se podílí mnoho vnitřních i vnějších faktorů. Nejzávažnějším z nich je přítomnost tlaku na pokožce,
1 Monodisciplinární – výzkum využívající teorie a konkrétních metod jen jedné vědní disciplíny
2 Interdisciplinární – výzkum využívající mezioborové spolupráce, teorie i metod dvou i více vědních disciplín
3 Multidisciplinární – výzkum využívající spolupráce více vědních oborů
4 Analýza – rozbor, rozklad / Syntéza spojení, sjednocení, systémový souhrn
který způsobuje stlačení kapilár. Postižená tkáň není dostatečně zásobována kyslíkem a živinami a dochází k jejímu odumření. Dalším podstatným faktorem je působení třecích sil. Třením kůže o podložku dochází k poškozování povrchové vrstvy kožní tkáně, a tím klesá její obranyschopnost [5, 6].
Vzniku dekubitů lze předcházet kromě jiných způsobů také použitím vhodné podpůrné matrace, která snižuje tlak působící na predilekční místa. Toto mohou zajistit produkty, které jsou opatřeny vrstvou z viskoelastické pěny, případně matrace s tzv. zónováním. Tyto typy lehacích ploch není vhodné používat pro široký okruh pacientů, ale měly by odpovídat konkrétním zdravotním potřebám dané osoby [9].
3.4. Hodnoty tlaku
Nejčastějším a nejzávažnějším faktorem vzniku proleženin je intenzivní tlak na pokožku. Je-li intenzita tlaku působící na tkáň vyšší než normální tlak v kapilárách, tj. 4,27 kPa neboli 32 mm Hg5, dojde k omezení či úplnému zastavení průtoku krve.
Již po dvou hodinách dochází ke změnám v buňkách a tkáních jejich nedostatečným zásobením živinami a kyslíkem. U zdravého člověka s průměrnou tělesnou výškou a váhou se tlak na predilekčních místech (což jsou křížové kosti, hýždě a paty) pohybuje mezi 40 – 60 mm Hg. Tlak je jednotkou síly působící na jednotku plochy. U matrací je tlak způsobený váhou lidského těla působící určitou silou na určitou plochu matrace [5, 6].
V bakalářské práci od Michaely Ježkové, která testovala totožné vzorky matrací, bylo zjištěno, že v rámci posuzování deformace při mezním napětí 4,27 kPa se hodnoty samotné polyuretanové pěny (vzorek 1) pohybovaly pod stanoveným ideálním rozmezí 40 – 60% deformace. To bylo posouzeno jako tvrdší typ matrace. Hodnoty ostatních sendvičů s vrstvou viskoelastické pěny (vzorek 2 a 3) byly již v daném rozmezí deformace [7].
4. PŘEHLED VLASTNOSTÍ A TYPŮ MATRACÍ
Při výběru matrace je jedním z kritérií výběru tvrdost matrace. Obecně je doporučována pro lůžka dětí a mladých lidí bez zdravotních obtíží tuhá až tvrdší plocha matrace, pro střední generaci je doporučována tvrdší nebo méně tvrdá matrace s případným
5 Tlak krve v kapilárách se měří v mm Hg (milimetr rtuťového sloupce) neboli v torrech (1 torr = 133 Pa).
zónováním. Pro seniory je z důvodu lepšího pohybu na matraci vhodnější tvrdší typ matrace. Ze zdravotního hlediska, kdy je potřeba zmírnit tlak na opěrné body např. kvůli artróze, je vhodné doplnit matraci o horní vrstvu z viskoelastické, tzv. líné, pěny (blíže v kapitole 4.1). Pro lidi dlouhodobě upoutané na lůžko nebo s jiným zdravotním handicapem je možno využít matraci s tzv. zónami, které by měly vhodně podpírat jednotlivé části těla v souladu s predilekčními místy. Je nutno podotknout, že taková matrace by měla být vytvořena pro konkrétního pacienta dle jeho specifických potíží a není vhodná pro univerzální použití [9]. Vzhledem k jedinečnosti lidského těla není možné stanovit orientační doporučující tvrdosti matrací pro jednotlivé skupiny lidí [8].
4.1. Typy matrací
V prvopočátcích se lůžko obkládalo zvířecími kůžemi nebo rostlinami. Později se objevily první slamníky vyplněné slámou, koňskými žíněmi, trávou, a dalšími přírodními materiály. Prvotní jednodílná matrace byla postupem času rozdělena do tří menších matrací, které již byly prošity kvůli zajištění rovnoměrného rozložení náplně.
V dnešní době jsou matrace převážně jednodílné. Na trhu lze najít nepřeberné množství firem, které se zabývají výrobou matrací. Pro úspěšnost podniku je nutné neustále zlepšovat své výrobky, vyvíjet nové výrobky, používat nové technologie a nabízet zákazníkům stále dokonalejší produkty. Matrace lze rozdělit dle použitých materiálů a technologií na několik základních skupin:
Pružinové matrace
Jádro matrace tvoří jednotlivé pružiny, které jsou navzájem propojeny přídavnými pérky. Díky této technologii je zajištěna nejlepší cirkulace vzduchu uvnitř matrace.
Obrázek 3: Pružinová a taštičková matrace [20]
Modernější verzí jsou tzv. taštičkové matrace. Obsahují mnohem více menších pružin, které jsou zašité v samostatných taštičkách z netkané textilie [3].
Matrace ze studené pěny
Matrace ze studené pěny je vyráběna za studena a s přítomností vody, a tím získává vyšší hustotu a větší póry. Touto technologií výroby se tzv. HR pěna liší od matrace z polyuretanové pěny. Tzv. sendvičové matrace se vyznačují vrstvením několika různých pěnových desek. Často se pro zvýšení tuhosti a odolnosti matrace používá jádro z pojené polyuretanové pěny.
Další vlastnosti dodává profilování vrchní vrstvy matrace, nebo jen jejích částí – zón. Zónami, dle výrobců, se zaručuje ještě lepší podpora lidského těla, které poskytují individuální oporu hlavně oblasti hlavy, ramen, trupu, boků a nohou [3].
Obrázek 4: Matrace ze studené pěny [21]
Matrace z líné pěny
Líná pěna je vyráběna spojením PUR a HR6 pěny a příměsi viskózních látek, které reagují na teplotu těla. Původně byla matrace z líné pěny vyvinuta pro potřeby NASA, aby omezila negativní vliv dlouhého pobytu v omezeném prostoru a zmírnila tíhu jedince vzniklou při startu a přistání. Matrace z líné pěny reaguje na teplotu.
Působením tepla měkne a při ochlazování se začne pomalu vracet do svého původního tvaru [3].
Obrázek 5: Matrace z líné pěny [22]
Matrace latexové
Latexová pěna je vyráběna z přírodního nebo syntetického kaučuku. Perforací matrace se rozdělují jednotlivé zóny matrace na různou tvrdost. Latexová matrace má antibakteriální vlastnosti, je zdravotně nezávadná a odolná proti plísním a díky své pórovitosti dobře odvádí vlhkost [3].
Obrázek 6: Latexová matrace [23]
Matrace z polyuretanové pěny
Nejrozšířenějším materiálem pro výrobu matrací jsou polyuretanové pěny.
Je to pro jejich velmi dobré zpracovatelské a uživatelské vlastnosti. Výrobu PUR pěn lze rozdělit do dvou technologických postupů, ze kterých potom vznikají produkty nazývané „horké“ a „studené“ pěny. Výroba horkých pěn je charakteristická vyššími teplotami (cca 150°C), pěna má nižší prodyšnost a elasticitu. Studené pěny jsou vyráběny při nižších teplotách (cca 40 - 60°C), jsou poréznější, mají vysokou elasticitu a lepší prodyšnost. [8].
Obrázek 7: Matrace z PUR pěny [24]
Polyuretanové pěny a jejich vlastnosti potřebné ve zpracovatelském průmyslu jsou rozlišovány označením (např. N1820), které ve zkratce udává typ pěny (N - standardní, H – tvrdé, W - měkké), údaj objemové hmotnosti (první dvojčíslí - 18 kg/m³) a tvrdosti (odporu proti stlačení při 40% stlačení – 20kPa) .
6 High Resilience
4.2. Vlastnosti
Vlastností, které by bylo možné pro účely závěrečné práce zkoumat, je celá řada.
Pro účely této práce byly vybrány vzorky matrací z polyuretanové pěny, čímž bude výčet vlastností specificky zaměřen. U PUR pěn může být změřeno dostatečně velké množství různých parametrů, jako je objemová hmotnost (hustota), odpor proti stlačení a vtlačení, deformace, prodyšnost, odolnost proti plameni, elasticita, prodyšnost, tvrdost, a další [8,10]. Nejdůležitější z těchto parametrů pro matrace jsou uvedeny níže.
Metody, pomocí kterých se hodnotí zmíněné vlastnosti, jsou různé. Ty, které jsou upraveny státní normou, jsou blíže specifikovány v bodě 2.
Velmi dobré zpracovatelské vlastnosti dělají z polyuretanové pěny rozsáhle používaný materiál pro různé oblasti výroby, např. automobilový průmysl, čalounictví, stavební průmysl, atd. Jsou to zejména vysoká pružnost, jednoduché opracování, cenová dostupnost, čistitelnost, absorpce zvuku a odolnost proti plísním. PUR pěna nevyvolává alergické reakce [8].
Elasticita
Elasticita neboli pružnost je definována jako schopnost materiálu před porušením se pružně deformovat. Pokud napětí nepřekročí určitou hodnotu, materiál se vrátí do své počáteční rozměrové velikosti. Elasticita je tím větší, čím rychleji se materiál vrátí do svého původního tvaru. Pružnost umožňuje pohodlnější a snazší pohyb lidského těla po matraci. K vyhodnocení se používá modul pružnosti vyjadřující odpor proti pružné deformaci, tzn. čím je větší modul pružnosti, tím větší je napětí nutné k deformaci materiálu. Tato lineární závislost se nazývá Hookův zákon [Pa] a vyjadřuje se vztahem
= E *
(1)kde E je elasticita [Pa] a
je deformace [-] [14].Objemová hmotnost
Objemová měrná hmotnost, neboli hustota, se vyjadřuje v kg/m3 a vyjadřuje hmotnost 1 m3 materiálu. Vyjadřuje se vztahem
ρ
= m/a*b*h (2)kde m je hmotnost vzorku o rozměrech a x b [g], a je šířka vzorku [m], b je délka vzorku [m], a h je tloušťka vzorku [m]. Je to parametr, který určuje kvalitu a životnost materiálu. Čím vyšší je jeho hustota, tím nižší je trvalá deformace při zatěžování.
Objemová hmotnost určuje nosné vlastnosti pěny a používá se v rozsahu 16- 60kg/m3. Pěny s vyšší objemovou hmotností vykazují nižší deformace a lépe roznáší zatížení [14].
Prodyšnost
Prodyšnost je definována jako rychlost vzduchu proudícího kolmo zkoušeným materiálem při striktně zadaných podmínkách pro zkoušenou plochu, tlakový spád a dobu potřebnou k vykonání zkoušky. Postup je přesně definován v normě ČSN EN ISO 9237.
Prodyšnost polyuretanové pěny působí i na elasticitu pěny, která je závislá na počtu a tvaru membrán jednotlivých buněk. Čím menší je počet membrán, tím jsou buňky otevřenější a materiál prodyšnější. Tzn. je zajištěno proudění vzduchu uvnitř pěny, a tím i hygiena. Při zatěžování pěny se vzduch z materiálu vytlačuje a při odlehčení, kdy se materiál vrací do svých původních rozměrů, se vzduch do pěny opět nasává [8, 14].
Vlastnosti polyuretanové pěny s otevřenými buňkami
Základní jednotkou polyuretanové pěny je buňka. Počet buněk se pohybuje od 20 miliónů do 20 miliard na m3, které jsou vzájemně propojené. Buňky jsou tvořeny podpěrami, které tvoří pevné části pěny (eleastomer polyuretanu). Zbytek materiálu je vzduch, jehož množství v pěně se pohybuje okolo 90%. Polyuretanové pěny jsou vyráběny v širokém spektru objemových hmotností a tvrdostí. Vlastnosti pěny jsou ovlivňovány přidáváním různých příměsí při výrobě. Dalším způsobem jak zdokonalit mechanicko-fyzikální vlastnosti pěnového materiálu je technologie Crush, kde po stlačení pěny až na 15% jejího celkového objemu následované valchováním dojde k prasknutí buněčného obalu. Toto otevření buněk způsobí zvýšení elasticity a prodyšnosti materiálu.
Obrázek 8: Struktura buňky polyuretanové pěny [25]
Tvrdost
Tvrdost (udávaná v kPa nebo v %) je odpor materiálu, který musí být vyvinut ke stlačení pěny na určitou míru vzhledem k původní výšce. Není závislá na hustotě, ale na výrobním postupu. Její kvalitu ovlivňuje intenzita a časová délka namáhání.
Čím delší a intenzivnější namáhání je, tím dochází k většímu opotřebení – snižuje se kvalita a životnost pěny. U tvrdších pěn dochází k opotřebení rychleji. Tvrdost je stanovena pomocí faktoru komfortu [-], který je vyjádřen vztahem:
FK= F65/F25 (3)
F25 je hodnota v Newtonech (N) získaná při 25% zatížení při vtlačování nebo stlačování a F65 je hodnota v Newtonech (N) získaná při 65% zatížení při vtlačování nebo
stlačování
Tvrdost matrace je jediná zde uvedená vlastnost, která odpovídá tématu práce „Vliv textilních vrstev matrace na tvrdost matrace“. Zkoumáním této vlastnosti bude možné říci, zda potahová textilie může ovlivnit sílu nutnou ke vtlačení zkušebního tělesa do měřeného vzorku.
5. TEXTILIE POUŽÍVANÉ K OCHRANĚ MATRACÍ
Bez ohledu na typ a druh jsou všechny matrace opatřeny různými vrstvami plošných textilií. Všechny výrobky musí být od potahu separovány rounem o minimální plošné hmotnosti 80g/m2 [8]. Celková skladba potahu, plošná hmotnost rouna, materiálové složení nití, to vše může mít vliv na tvrdost matrace. To je také hlavním cílem této práce - potvrdit či vyvrátit domněnku, že potah ovlivňuje vlastnosti matrace.
Správnou hygienu matrace zajišťují především snímatelné prací potahy, chrániče matrací a prostěradla. V reklamních materiálech pro nákup matrací je uváděna informace, že tělo během spánku vyprodukuje 0,5 - 1 litr potu, ovšem závěry z výzkumu diplomové práce Ing. Michaely Sochorové z Mendlovy univerzity v Brně říkají něco jiného. Měření sorpce vlhkosti probíhalo v zimních měsících v obvyklém prostředí domácího typu a k testování byly vybráni dva muži a dvě ženy, kteří spali na polyuretanových matracích.
Po vyhodnocení výsledků bylo shledáno, že do matrací se ukládá pot během spánku v řádech mililitrů [16].
Do textilních vrstev oddělující lidské tělo od matrace se dostanou všechny organické látky vylučované lidským tělem, tj. soli, tuky, a dále se zde vyskytují i roztoči, kteří se živí zbytky lidské uschlé kůže. Jak je uvedeno v závěrečné práci na téma Edukace dítěte s onemocněním dýchacích cest: „Životní cyklus roztoče je v závislosti na podmínkách (teplota, tma, frekvence praní povlaků) až 6 týdnů. Období reprodukce trvá 24-34 dnů a v tomto období během jediného dne vyprodukuje samička 2-3 vajíčka. Z tohoto důvodu lékaři doporučují prát ložní prádlo 1x týdně za teploty 60°C, a potahy pravidelně udržovat vysáváním a praním“ [9]. Pro jednodušší manipulaci s potahem při praní jsou potahy vyráběny se zdrhovadlem po celém obvodu matrace.
5.1. Příklady typů potahů matrací
Potahové textilie používané k ochraně matrací začínají být dalším důležitým prvkem nabízeného sortimentu zboží. Na trhu se neustále objevují nové typy potahových textilií s různými vlastnostmi jako přidanou hodnotou k jejich základní funkci, tj. ochraně matrace. Pro své vlastnosti jako jsou vysoká tažnost, pružnost a měkkost, se pro výrobu potahů používají především pleteniny. Speciálních vlastností potahů je dosahováno dvěma různými způsoby, a to buď při samotném procesu výroby, kdy jsou k základnímu vlákennému materiálu přidána vlákna s příslušnými vlastnostmi, nebo je textilie opatřena povrchovou úpravou [17].
Potahy pro tuto práci byly vybrány ze vzorků, které poskytla firma Bekaert Textiles CZ, s.r.o. ke studijním účelům. Z těchto textilií byly vybrány tři různé pleteniny s rozdílnou plošnou hmotností, jejich bližší specifikace je uvedena v kapitole 7.1.
Mezi vzorky se nevyskytovaly pleteniny se speciálními vlákny či úpravami,
a proto nemohly být zařazeny do výběru pro testování. Zda použitá speciální vlákna a úpravy textilií mohou, a v jaké míře, ovlivnit tvrdost matrace, by mohlo být v případě získání těchto materiálů námětem pro zpracování další absolventské práce.
5.2. Základní typy chráničů matrací
Matracový chránič je primárně určen k ochraně matrace před znečištěním a prodloužením její životnosti a bývá obvykle vyroben ze stejných materiálů jako potahy, tj. pletenin nebo tkanin. K matraci jsou upevňovány pomocí gumových pásků v rozích chrániče, což umožňuje jeho uchycení na jakoukoli výšku a typ matrace, a zároveň zabrání posunu při používání. Izolační materiál je zde zastoupen zpravidla polyesterovými vlákny. Samotné chrániče (pokud nejsou typu matrace), případně potahy chráničů, jsou z hygienického důvodu pratelné do 60°C nebo 95°C [15] .
Standardní
Vrchní i spodní strana standardního matracového chrániče je vyrobena z tkaniny bavlnářského typu v plátnové vazbě střední hmotnosti, jádro chrániče tvoří výplň z polyesterových vláken. Hmotnost rouna v chrániči se může lišit v závislosti na typu nabízeného výrobku a výrobce.
S PVC/PUR membránou
Tento typ chrániče je z důvodu komfortnějšího spánku vyroben z bavlnářské smyčkové tkaniny froté, kde na spodní vrstvu je nanesen PUR/PVC zátěr. Ten vytvoří vodonepropustnou membránu, která má zabránit průniku tekutin do matrace.
I tyto chrániče jsou z hygienických důvodů pratelné do 95 °C [15].
S viskoelastickou pěnou
Tento produkt je svým způsobem výroby označován jako chránič matracového typu. Jádro je tvořené deskou z viskoelastické pěny o určité tloušťce a obal je stejný jako na klasické matrace, tzn. zátažná pletenina různého materiálového složení s případnými povrchovými úpravami. Opět záleží na typu nabízeného chrániče a samotném výrobci. Potah je pratelný do 60°C nebo 95°C [15].
Chránič matrace by dle teoretických předpokladů mohl mít vliv na odpor proti vtlačení. V tomto testování nebyl zahrnut do výběru, ale mohl by být předmětem dalšího zkoušení v navazující absolventské práci.
5.3. Základní typy prostěradel
Na trhu dnes dominují prostěradla vyrobená z pleteniny. Pro jejich vlastnosti pružnost a měkkost a svoje pohodlné uchycení k matraci pomocí gumového pásku všitého do okrajů prostěradla vytlačila klasická tkaná prostěradla. Obecně jsou prostěradla vyráběna ze 100% bavlny kvůli sorpci vlhkosti lidského těla.
Jednolícní pletenina
Bavlnářská zátažná pletená prostěradla v jednolícní hladké vazbě jsou prodávány pod označením Jersey. Uchycení k matraci zajišťuje střih prostěradla doplněný o tunýlek s gumovým páskem, který brání posunu prostěradla po matraci.
Smyčková pletenina
Bavlnářské zátažné smyčkové prostěradlo lze nalézt v prodeji pod pojmem Froté, kde uchycení k matraci opět zajišťuje střih prostěradla doplněný o tunýlek s gumovým páskem.
Tkaná prostěradla
Tkanina, tzv. prádlová véba, je vyráběna v plátnové vazbě s hustou dostavou z přízí střední hmotnosti. Tento typ prostěradel nemá žádný druh zajištění proti posunu po matraci. To je zřejmě i důvod proč jsou tyto tkaniny již spíše přetrvávajícím doplňkem k nabízenému sortimentu.
Druhy textilií používané k ochraně matrací lze libovolně kombinovat. Záleží na samotném uživateli, jeho pocitu, potřebách, věku, apod. Jiné složení textilních vrstev lze nalézt u malého dítěte, které zřejmě bude zahrnovat i chránič s voděodolnou membránou, a jiné složení vrstev u zdravého dospělého jedince. V této práci je zkoumán vliv potahových textilií na tvrdost matrace. V navazující práci by bylo možné potahy, chrániče a prostěradla zahrnout do skladby textilií, které oddělují matraci od lidského těla, a tyto skladby v různých kombinacích otestovat.
6. MOŽNOSTI ZKOUŠENÍ MATRACÍ
Metody měření, které jsou upravovány Českými státními normami, jsou specifikovány v následujících bodech.
6.1. Měření odporu proti stlačení
Norma ČSN EN ISO 3386-1 definuje měření následně. Působícím tělesem je stlačovací deska, která je větší než zkušební těleso. Povrch stlačovací desky je hladký, rovný a plochý, ale ne leštěný a je rovnoběžný s podložkou. Testovaný vzorek se stačuje rychlostí 100 mm/min a uvedené stlačování se opakuje 3x za sebou vždy o 70% původní tloušťky. Při čtvrtém cyklu se odečítá síla při předepsané deformaci. V závěrečném cyklu je možné měřit víc hodnot pro různé deformace.
Výsledkem stlačování je výpočet odporu dle rovnice
CCxx = 1000*Fxx/A (4)
kde CCxx označuje odpor proti stlačení při stlačení o xx % [kPa], Fxx je síla zaznamenaná při čtvrtém cyklu zatěžování při stlačení o xx % [N], a A značí plochu povrchu zkušebního tělesa [mm2] [12].
Tato metoda zkoušení nebyla shledána jako objektivní pro předmět zkoumání této práce. Bylo tak zjištěno na základě výsledků měření v diplomové práci [1], kde se ukázalo, že v tomto způsobu měření se neprojeví vliv vrstvených textilií.
6.2. Měření odporu proti vtlačení
Norma ČSN EN ISO 2439 určuje způsob měření síly potřebné k dosažení určeného vtlačení při stanovených podmínkách. Měří se index tvrdosti, charakteristika tvrdosti a ověření tvrdosti. Norma je určena pro latexové, uretanové a PVC pěny s otevřenými buňkami. Působící těleso má kulatý tvar o průměru 200 mm, jeho spodní povrch je hladký, ale neleštěný. U testovaných vzorků se nejdříve provede měření tloušťky při síle 5 N. Úvodní vtlačování o 70% původní tloušťky se provede 3krát za sebou.
Po úvodním vtlačování následuje jedna ze tří metod samotného měření.
Metoda A – index odolnosti proti vtlačení. Vtlačovací těleso klesne o 40% při čase 30 sekund. Po uplynutí této doby se změří síla. Výsledkem metody je změřená síla při daném vtlačení.
Metoda B – charakteristika odolnosti proti vtlačení. Vtlačovací těleso klesne o 25%, 40% a 65%, a v každé z těchto poloh setrvá 30 sekund. Po uplynutí této doby se změří síla v Newtonech. Výsledkem metody jsou hodnoty faktoru komfortu (činitelé vtlačení IF) spočítané z naměřených hodnot pomocí následujícího vztahu
IF25=F25/F40 (5)
IF65=F65/F40 (6)
F25 je hodnota v Newtonech (N) při 25% vtlačení, F40 je hodnota v Newtonech (N) při 40% vtlačení, F65 je hodnota v Newtonech (N) při 65% vtlačení .
Metoda C – ověření odolnosti proti vtlačení. Metoda je totožná s metodou A, pouze se měření provede okamžitě po dosažení vtlačení. Výsledkem metody je změřená síla při daném vtlačení [13].
Metoda vtlačení byla shledána jako objektivní pro předmět zkoumání této práce.
Bylo tak zjištěno na základě výsledků měření v diplomové práci [1], kde se ukázalo, že v tomto způsobu měření se neprojeví vliv vrstvených textilií.
6.3. Měřící zátěžová deka
Další metodou měřící rozložení tlaků těla na matraci je tzv. zátěžová měřící deka.
V této dece jsou zabudovány senzory reagující na tlak vyvolaný lidským tělem.
Výstupem z počítačového zpracování dat je Index plošného působení tlaku (Pressure Area Index – PAI), který určuje procentuální poměr čidel, překračujících prahovou hodnotu tlaku, k celkovému počtu zatížených čidel. Vyšší index znamená snížení tlakové zátěže.
a) hodnoty tlaku naměřené na tvrdé matraci
b) hodnoty tlaku naměřené na měkké matraci
Obrázek 9: Ukázka rozložení tlaků na různých typech matrací [26]
Největší tlak na matraci způsobený gravitací působící na lidské tělo je při poloze na zádech v oblasti hýždí, bederní a křížové páteře a v lopatkové oblasti. V poloze na boku to je oblast ramen a hýždí. Protože kontaktní plocha s lůžkem v poloze na boku je menší, tlak v predilekčních místech je větší. Přesto by ani zde neměl přesáhnout stanovenou mez 4kPa, kdy dochází ke poruše prokrvování tkání [11].
Technická univerzita v Liberci je též vybavena podobným zkušebním zařízením zvaným Xsensor, kterým se dá změřit a zobrazit působení tlaku v průběhu ležení.
Tento způsob měření by mohl být nejobjektivnějším způsobem zkoumání vlivu
potahových textilií na tvrdost matrací. K velikosti poskytnutým vzorkům a z důvodu návaznosti na předešlá měření nebude tato metoda použita.
7. MĚŘENÍ ODPORU PROTI VTLAČENÍ
Metoda vtlačení byla vybrána na základě dvou faktorů. Jedním jsou výsledky diplomové práce, ve které provedená měření prokázala, že při vtlačování se projeví vliv jednotlivých textilních vrstev [1]. Dalším faktorem je skutečnost, že vtlačovací těleso vrchlík lépe simuluje sílu vyvíjenou na matraci lidským tělem při spánku. Vzorky pěn, které byly předmětem proměřování, byly dodány nejmenovanou firmou, která se zabývá výrobou a inovací polyuretanových matrací. Potahy pro tuto práci byly vybrány ze vzorků, které poskytla firma Bekaert Textiles CZ, s.r.o. ke studijním účelům.
7.1. Výběr vzorků
Testovaný materiál byl poskytnut nejmenovanou firmou zabývající se výrobou a inovací sendvičových matrací. Tři různé vzorky matrací byly poskytnuty Technické univerzitě za účelem proměření, zda firmou nově navrhnutá skladba polyuretanových pěn roznáší tlaky lidského těla lépe než standardní běžně používané matrace.
Ze závěrů bakalářské práce zpracované Bc. Michaelou Ježkovou s názvem
„Sendvičové matrace z polyuretanových pěn“ vyplynulo, že sendvičové složení matrací má výrazně lepší schopnosti než jednovrstvá matrace. Autorka práce v závěru konstatovala: " Cílem práce bylo potvrdit či vyvrátit hypotézu výrobce: „Nový sendvič pro výrobu matrací je komfortnější než dosud vyráběné sendvičové matrace“.
V porovnání s dostupnými vzorky matrací je možno konstatovat, že nový typ matracového sendviče, zde označený jako speciální vzorek C, je skutečně nejkomfortnější [7].
Identifikace potahových textilií probíhala v laboratoři na Katedře hodnocení textilií.
Nejprve se pomocí řezacího tělesa vyříznul vzorek o velikosti 10 cm2, který byl zvážen na digitální váze. Poté dle vztahu
ρ
=m/a*b (7)kde m je hmotnost textilie [kg], a a b jsou rozměry textilie [m2], byla vypočítána plošná hmotnost [kg/m2]. Tloušťka je definována jako kolmá vzdálenost mezi lícem a rubem textilie a měří se pomocí tloušťkoměru. Naměřená hodnota je udávaná v mm na dvě desetinná místa.
Obrázek 10: Tloušťkometr [27]
Poté pomocí mikroskopické a tavící zkoušky byl proveden rozbor použité vlákenné suroviny.
Vzorek 1 se skládal ze studené pěny o hustotě 40 kg/ m3. Šířka vzorku byla 120 mm, délka 227 mm, výška 161 mm.
Obrázek 11: Vzorek 1 před vlastním testováním
Vzorek 2 se skládal ze dvou vrstev. Horní část byla čtyřcentimetrová vrstva viskoelastické pěny s hustotou 65 kg/ m3 a v dolní části byla vrstva studené pěny o hustotě 35 kg/m3. Šířka vzorku byla 120 mm, délka 225 mm, výška 162 mm.
Obrázek 12: Vzorek 2 před vlastním testováním
Vzorek 3 se skládal ze tří vrstev. Jeho složení si výrobce nepřál zveřejnit z důvodu uchování know-how. Rozměry vzorku byly šířka 121 mm, délka 223 mm a výška 161 mm.
Obrázek 13: Vzorek 3 před vlastním testováním
Na každý vzorek matrace byly v průběhu měření připevňovány následující vybrané potahy.
Potah A byl zátažná vícevrstvá dutinná pletená textilie. Vrchní vrstva pleteniny byla vytvořena z jednoduché 100% bavlněné nitě, spodní vrstva ze 100% polyesterového tvarovaného multifilu a mezi vrstvy pleteniny byl vložen útek z 100% polyesterového tvarovaného kabílku. Plošná hmotnost pleteniny byla 0,318 kg/m2 a tloušťka 1,87 mm. Detail potahu je zachycen na obrázku 14.
Obrázek 14: Potah A
Potah B byl zátažná vícevrstvá dutinná pletená textilie. Vrchní vrstva pleteniny byla vytvořena z jednoduché 100% bavlněné nitě, spodní vrstva ze 100% polyesterového tvarovaného multifilu a mezi vrstvy pleteniny byl vložen útek z 100% polyesterového tvarovaného kabílku. Plošná hmotnost pleteniny byla 0,26 kg/m2 a tloušťka 1,25 mm. Detail potahu je zachycen na obrázku 15.
Obrázek 15: Potah B
Potah C byl zátažná vícevrstvá dutinná pletená textilie. Vrchní vrstva pleteniny byla vytvořena z jednoduché 100% bavlněné nitě, spodní vrstva ze 100% polyesterového tvarovaného multifilu a mezi vrstvy pleteniny byl vložen útek z 100% polyesterového tvarovaného kabílku. Plošná hmotnost pleteniny byla 0,575 kg/m2 a tloušťka 7 mm. Detail potahu je zachycen na obrázku 16.
Obrázek 16: Potah C
7.2. Vlastní testování
Vzhledem k malé velikosti poskytnutých vzorků matrací byl způsob testování omezený. Lze tedy přepokládat, že výsledky měření mohou být zkresleny a nemusí zcela odpovídat hodnotám, které by byly naměřeny na matraci běžných rozměrů.
Do jaké míry se naměřené hodnoty mohou lišit od skutečnosti nelze specifikovat.
Pro minimalizaci zmíněných rozdílů byl vytvořen pomocný mechanismus pro upevnění potahu na vzorek při testování, simulující skutečné rozložení sil při upevnění potahu na matraci (viz obrázek č. 17).
Měření prováděné pomocí metodou stanovení tvrdosti vtlačováním probíhalo na laboratorním přístroji Labortech 2.050 a v programu LabTest verze 3. Do přístroje Labortech musel být na pohyblivou čelist připevněn dřevěný vtlačovací vrchlík s rotačním elipsoidem o průměru 90mm. Povrch tělesa byl hladký a neleštěný (viz obrázek č. 14). Vzorky byly umisťovány na hladký kovový povrch a vtlačování probíhalo pouze na jednom místě, a to ve středu vzorku.
Pro zahájení testování bylo potřeba definovat určité výchozí parametry pro program LabTest. Norma ČSN EN ISO 2439 určuje rychlost pohybu čelisti vtlačování na 100 mm/min ve čtrnácti za sebou jdoucích cyklech do maximální hloubky 75% tloušťky měřeného vzorku. Po dosažení mezní koncové hodnoty byla zadána prodleva jedna sekunda, po které následoval návrat vtlačovacího tělesa do výchozí polohy. Časová prodleva mezi jednotlivými cykly byla jedna sekunda. Přesnost měření síly byla 0,08 N.
Před zahájením vlastního testu musely být v programu upraveny parametry konkrétního měřeného vzorku jako je výška vzorku, případně výška vzorku s potahem, nastavena výchozí poloha čelisti a vynulování měřícího zařízení. Poté bylo spuštěno vlastní cyklické měření, kde délka trvání jednoho cyklu byla 2,55 minut, celková doba testu se vyšplhala na 25 minut. Naměřená data se ukládala ve formátu CSV do připravených souborů. Výsledkem testu bylo čtrnáct cyklů hodnot síly při vtlačení o 75% tloušťky měřeného vzorku.
Obrázek 17: Průběh zkoušky na vzorku 3 s potahem C
7.3. Zpracování dat
Na všech vzorcích, samostatně i s vybranými typy potahů, bylo provedeno 14 deformačních cyklů, při kterých vtlačovací těleso klesalo z nulové deformace do 75% deformace a zpět, jak předepisuje norma. V průběhu měření přístroj zaznamenával aktuální míru deformace a tomu odpovídající sílu potřebnou ke vtlačení tělesa do vzorku. Pro zpracování dat byly z každého jednotlivého měření vybrány hodnoty síly pro výpočet faktoru komfortu, tj. hodnoty při 25%, 45% a 65% deformaci, a hodnoty síly při maximálním vtlačení, které odpovídalo 75% deformaci. Ze 14 cyklů byly do výpočtů zahrnuty naměřená data z posledního cyklu zatěžování.
Pro všechny vzorky skladeb byla přepočítána deformace v [mm] na relativní deformaci
ε
[%] vyjádřené vztahemε
= (d0 – d)/d0 (8)kde
ε
je relativní deformace [%], d0 počáteční výška skladby [mm] a d výška skladby při deformaci při vtlačení [mm]. Naměřené hodnoty síly při uvedených úrovních deformace byly převedeny na činitele vtlačení podle vztahu (5,6) a faktor komfortu byl vypočítán ze vztahu (3).7.3.1. Interpretace dat
Vyhodnocení dat u vzorku 1
Vzorek 1 se skládal ze studené pěny o hustotě 40 kg/ m3.. Měření bylo provedeno na vzorku samotném, a poté i s vybranými druhy potahů A, B a C.
Dílčí závěr z naměřených údajů
Jestliže jsou naměřené hodnoty, naměřené u vzorku 1 při maximální deformaci 75%, převedeny do grafu k porovnání síly potřebné k vtlačení vrchlíku do zkoušeného vzorku, lze z údajů vyčíst, že potahy v závislosti na své plošné hmotnosti zvyšují odpor proti vtlačení, a je tedy potřeba vyvinout vyšší sílu ke vtlačení zkušebního tělesa.
Graf č. 1 – Vzorek 1: Hodnoty vtlačení při maximální deformací 75%
Vzorek 1 - Hodnoty vtlačení při maximální deformaci 75%
bez potahu
potah A
potah B
potah C
185,00 190,00 195,00 200,00 205,00 210,00 215,00
vzorek 1
Síla [N]
Vzorek testovaný bez potahu vykazoval nejmenší hodnotu odporu a matrace s potahem C hodnotu nejvyšší, což lze přisuzovat nejvyšší plošné hmotnosti potahové textilie. Mezi potahem A a B je rozdíl naměřených hodnot pouze 0,7%. Rozdíl mezi nejnižší a nejvyšší naměřenou hodnotou je 7,5% a z naměřených dat lze tedy konstatovat, že všechny druhy potahů ovlivňují odpor proti vtlačení.
Vypočítané údaje
Ze vztahu (3) byl vypočítán faktor komfortu. Z výsledných hodnot, které jsou zobrazeny v grafu je zřejmé, že potahy zvyšují hodnotu komfortu, tzn. že matrace působí měkčím dojmem, pokud je vložena do potahové textilie.
Graf č. 2 – Vzorek 1: Hodnoty faktoru komfortu
Vzorek 1 - Hodnoty faktoru komfortu
bez potahu
potah A
potah B
potah C
2,55 2,60 2,65 2,70 2,75 2,80 2,85 2,90
Potahy [-]
Hodnota faktoru komfortu [-]
Vzorek bez potahu měl hodnotu komfortu nejnižší. Hodnota vzorku s potahem B klesla oproti vzorku s potahem A o 1,5%, ale vzorek matrace v kombinaci s potahem C vykazoval nejvyšší hodnotu komfortu. Rozdíl mezi vzorkem bez potahu a s potahem C, který měl nejvyšší vrstvu výplňkového materiálu, činí 6,5%.
Vyhodnocení dat vzorku 2
Vzorek 2 se skládal ze dvou vrstev. Horní část byla čtyřcentimetrová vrstva viskoelastické pěny s hustotou 65 kg/m3 a v dolní části byla vrstva studené pěny o hustotě 35 kg/m3. Měření bylo provedeno na vzorku samotném, a poté i s vybranými druhy potahů A, B a C.
Dílčí závěr z naměřených údajů
Z naměřených dat je zřejmé, že síla nutná ke vtlačení vrchlíku se zvyšovala v závislosti na plošné hmotnosti potahových textilií.
Graf č. 3 – Vzorek 2: Hodnoty vtlačení při maximální deformací 75%
Vzorek 2 - Hodnoty vtlačení při maximální deformaci 75%
bez potahu
potah A
potah B
potah C
110,00 115,00 120,00 125,00 130,00 135,00 140,00
vzorek 2
Síla [N]
Při porovnání sil nutných ke vtlačení zkušebního tělesa do vzorku matrace je jako u vzorku 1 potřeba vyvinout nejvyšší sílu u vzorku s potahem C, což je přisuzováno jeho nejvyšší plošné hmotnosti. Rozdíl hodnot mezi potahy A a B jsou 3%. Nejmenší sílu muselo zkušební těleso vyvinout u matrace bez potahu, to znamená pokles téměř o 12% v porovnání se vzorkem s potahem C. Opět lze konstatovat, že potahy mají vliv na odpor proti vtlačení.
Vypočítané údaje
V další tabulce jsou zobrazeny hodnoty faktoru komfortu vyjádřené vztahem (3).
Graf č. 4 – Vzorek 2: Hodnoty faktoru komfortu Vzorek 2 - Hodnoty faktoru komfortu
bez potahu
potah A
potah B
potah C
2,80 2,85 2,90 2,95 3,00 3,05 3,10 3,15 3,20
Potahy [-]
Hodnota faktoru komfortu [-]
Z grafického vyjádření je zřejmé, že výsledky chování potahů vykazují stejný model jako u předchozího vzorku, tj. potah B má nejnižší hodnotu a potah C opět nejvyšší hodnotu faktoru. Rozdíl mezi potahy A a B je 3,5%, ale naopak odlišný je výsledek měření u vzorku samotného, tj. bez potahu, který vykazuje nejvyšší hodnotu z vypočítaných faktorů. To bude pravděpodobně způsobeno specifickými vlastnostmi viskoelastické pěny, která má změkčit matraci. Rozdíl mezi nejvyšší a nejnižší naměřenou hodnotou je v tomto případě 7,5%. Lze tedy usoudit, že potah v této skladbě matrace snižuje hodnotu faktoru komfortu, tj. matrace s vrchní vrstvou líné pěny s potahovou textilií bude působit o něco tvrdším dojmem než matrace samotná.
Vyhodnocení dat vzorku 3
Vzorek 3 se skládal ze tří vrstev. Mezi dvěmi vrstvy studené pěny je umístěna vrstva viskoelastické pěny. Měření bylo provedeno na vzorku samotném, a poté i s vybranými druhy potahů A, B a C.
Dílčí závěr z naměřených údajů
Z grafického znázornění sil potřebných ke vtlačení při maximální deformaci 75%
je čitelné, že vzorek bez potahu vykazoval nejmenší odpor ke vtlačení než vzorky s potahem.
Graf č. 5 – Vzorek 3: Hodnoty vtlačení při maximální deformací 75%
Vzorek 3 - Hodnoty vtlačení při maximální deformaci 75%
bez potahu
potah A
potah B
potah C
90,00 95,00 100,00 105,00 110,00 115,00 120,00
vzorek 3
Síla [N]
Potah C opět vykazoval nejvyšší hodnoty, což je možné přisuzovat jeho nejvyšší plošné hmotnosti z posuzovaných potahů. Mezi vzorkem s potahy A a B byl rozdíl sil pouhé 1% a rozdíl mezi nejnižší a nejvyšší naměřenou hodnotou je 12,5%. Lze tedy zopakovat, že potahy mají vliv na odpor proti vtlačení zkušebního tělesa do měřeného vzorku.
Vypočítané údaje
Ze vztahu (3) byl vypočítán faktor komfortu.
Graf č. 6 – Vzorek 3: Hodnoty faktoru komfortu Vzorek 3 - Hodnoty faktoru komfortu
bez potahu
potah A
potah B
potah C
3,00 3,02 3,04 3,06 3,08 3,10 3,12 3,14 3,16 3,18 3,20
Potahy [-]
Hodnota faktoru komfortu [-]
V této skladbě dosáhl nejvyšší hodnoty faktoru komfortu vzorek s potahem C a samotná matrace bez potahu dosáhla hodnoty nejmenší. Rozdíl hodnot u potahů A a B je 0,2%, oproti rozdílu hodnot u vzorku samotného a s potahem C, který činí 3,5%.
U této skladby vzorku se výška výplňkového materiálu v potahové textilii neprojevuje tak zřetelně jako u předchozích vzorků matrací 1 a 2.
Souhrnné vyhodnocení dat
Ze souhrnného porovnání (graf č. 7) sil nutných ke vtlačení zkušebního tělesa lze vyčíst, že nejvyšší odpor proti vtlačení vykazoval vzorek 1 ze studené pěny i se všemi měřenými potahy.
Graf č. 7 – Souhrn: Hodnoty vtlačení při maximální deformaci 75% v závislosti na potahu
SOUHRN - Hodnoty vtlačení při maximální deformaci 75%
v závislosti na potahu
0,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00
vzorek 1 vzorek 2 vzorek 3
Vzorky [-]
Síla [N] bez potahu
potah A potah B potah C
O téměř celých 50% menší odpor vykazovaly skladby s vrstvou líné pěny v porovnání se samotnou PUR pěnou, a rozdíl hodnot mezi vzorky 2 a 3 se pohyboval mezi 13% a 16%. Z dat naměřených na všech vzorcích s potahy lze obecně říci, že v závislosti na své plošné hmotnosti zvyšují sílu nutnou ke vtlačení zkušebního tělesa.
Výsledky u samotných vzorků bez potahů se shodovala s výsledky v absolventské práci Michaely Ježkové, která uvedla: „Nejvyšších hodnot tlaku bylo naměřeno u vzorku A jak při měření odporu proti stlačení, tak při měření tvrdosti vtlačováním, a to ve všech třech úrovních deformace, které byly předmětem měření a výpočtů, tzn. při 25%, 65% a 70% deformace. Vzorek C měl v obou typech měření a ve všech
úrovních deformace nejnižší hodnoty tlaku. Mezi vzorky B a C již výraznější rozdíly v tlaku nebyly. Vícevrstvé skladby vzorků B a C vykazovaly oproti vzorku A zhruba o polovinu nižší hodnoty tlaku na jednotlivých deformacích. Tento velký rozdíl byl patrnější u stanovení tvrdosti vtlačováním.“
Graf č. 8 – Souhrn: Hodnoty vtlačení při maximální deformaci 75%
SOUHRN - Hodnoty vtlačení při maximální deformaci 75%
0,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00
bez potahu potah A potah B potah C
Potahy [-]
Síla [N] vzorek 1
vzorek 2 vzorek 3
V tabulce č. 8 je přehled hodnot vtlačení při maximálním zatížení 75% v závislosti na skladbě vzorku. Vzorek 1 ze studené pěny vykazuje nejvyšší odpor proti vtlačení, které je dáno složením matrace. Naopak vzorky 2 a 3, tedy skladby s vrstvou z líné pěny, vykazují o 50% menší odpor proti vtlačení. Je tedy možné říci, že vrstva viskoelastické pěny začleněná do skladby matrace výrazně snižuje sílu potřebnou ke vtlačení zkušebního tělesa.
Graf č. 9 – Souhrn: Hodnoty faktoru komfortu
SOUHRN - Hodnoty faktoru komfortu
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50
vzorek 1 vzorek 2 vzorek 3
Vzorky [-]
Hodnota faktoru komfortu [-]
bez potahu potah A potah B potah C
Ze souhrnného vyjádření (graf č. 9) hodnot faktoru komfortu lze říci, že vzorek 1 i se všemi zkoušenými typy potahů nedosáhl tak vysokého faktoru komfortu jako vzorky 2 a 3 včetně potahových textilií, a proto ho lze označit za nejtvrdší typ matrace.
Skladbu změkčí jen vyšší vrstva výplňkového materiálu u potahu C. Největší rozdíly ve vypočítaných hodnotách faktoru komfortu jsou u vzorku 2, které činí 7,5%. To lze přisuzovat vrchní vrstvě z viskoelastické pěny, která změkčuje celkovou skladbu matrace včetně textilní vrstvy, a je velmi citlivá na působící sílu. Vzorek 3 má nejstabilnější rozpětí hodnot, kde největší rozdíl činí 3,5%. To je pravděpodobně dáno umístěním vrstvy líné pěny doprostřed zkušebního vzorku. Skladba již není tolik citlivá na působící síly jako vzorek 2, ale reaguje lépe než vzorek 1. Hodnoty komfortu jsou u této skladby včetně všech typů potahů nejvyšší. Lze tedy odhadovat, že matrace 3 bude s jakýmkoliv typem potahové textilie působit nejměkčeji.
U výsledku výpočtů u samotného vzorku se opět závěry shodují se závěry Michaely Ježkové, která uvedla: „Ze získaných hodnot je zřejmé, že vzorek vykazoval nejnižší hodnotu faktoru komfortu. Na rozdíl od předchozího typu měření, u měření tvrdosti vtlačováním měl nejvyšší hodnotu faktoru komfortu vzorek B.“
8. NÁVRH IDEÁLNÍ SESTAVY TEXTILIÍ
Dalším bodem zadání práce bylo na základě měření navrhnout ideální sestavu textilií s matrací. Předmětem testování byly tři skladby polyuretanových pěn a tři potahové textilie s různou plošnou hmotností. Z výsledků měření bylo zjištěno, že u vzorku 3 bylo potřeba vyvinout nejmenší sílu potřebnou ke vtlačení zkušebního tělesa ze všech testovaných matrací, a to i se všemi testovanými potahy.
Ve vyhodnocení faktoru komfortu dosáhl nejlepších výsledků vzorek 2, ale bohužel této hodnoty bylo dosaženo na samotné matraci bez potahu. Protože úkolem je doporučit ideální matraci pro konečného zákazníka, musí být brán v úvahu pouze určitý vzorek s jedním z testovaných potahů. Druhou nejvyšší dosaženou hodnotou disponuje vzorek 3 s potahem C.
Vzorek 3 s viskoelastickou pěnou uprostřed nejlépe roznáší tlaky způsobené vahou lidského těla ze všech testovaných vzorků. Na základě vypočítaného faktoru komfortu
dosáhl nejvyšší hodnoty v kombinaci s potahem C a lze tedy usuzovat, že tato kombinace matrace s potahovou textilií je ideální. Je ovšem nutné zohlednit fakt, že každý člověk je jedinečný a může preferovat jinou skladbu s nižší hodnotou faktoru komfortu, tj. tvrdší matraci.
9. ZÁVĚR
Tato bakalářská práce měla za cíl potvrdit či vyvrátit hypotézu, zda vybrané druhy potahů matrací v závislosti na své tloušťce mají vliv na odpor proti vtlačení zkušebního tělesa. Výzkum nepřímo navazoval na již obhájenou bakalářskou práci absolventky stejného studijního oboru Bc. Michaely Ježkové týkající se porovnání běžně dostupných matrací na trhu s nově vyvinutým typem sendvičové matrace.
Před zahájením testování bylo nutné seznámit se s problematikou tématu, tzn. zjistit zda byl nebo je prováděn podobný výzkum vlivu textilií na vtlačování. Rešeršemi bylo zjištěno, že dvě obdobné závěrečné práce byly zpracovány absolventy z Technické univerzity, ale vždy s odlišným zaměřením na výsledek. Dále bylo žádoucí se dozvědět více informací o spánku, jeho kvalitách, potížích a jejich možným řešením. Z dostupných zdrojů byly zjištěny informace o použitých materiálech pro výrobu matrací a vlastnostech, které u nich mohou být sledovány a měřeny. Rovněž byl vytvořen přehled vyráběných druhů matrací, potahů, chráničů a prostěradel, tedy všech vrstev, které mohou dělit lidské tělo od samotné matrace. Také byly zjištěny různé metody zkoušení, ze kterých bylo vybráno měření odporu proti vtlačení jako nejprůkaznější metoda zkoumání vlivu potahových textilií na tvrdost matrace.
Posuzovány byly tři vzorky sendvičových skladeb pod označením 1, 2 a 3. Vzorek 1 byl jednovrstvý ze studené pěny o hustotě 40 kg/ m3. Vzorek 2 se skládal ze dvou vrstev, kde horní část tvořila čtyřcentimetrová vrstva viskoelastické pěny s hustotou 65 kg/ m3 a dolní část byla vrstva studené pěny o hustotě 35 kg/m3. Vzorek 3 se skládal ze tří vrstev a jeho složení si výrobce nepřál zveřejnit z důvodu uchování know-how. Na každý vzorek matrace byly v průběhu měření střídavě připevňovány vybrané textilie od firmy Bekaert Textiles, s.r.o., potahy byly tři zátažné vícevrstvé dutinné pleteniny s výplní a jejich plošná hmotnost se pohybovala od 0,26 kg/m2 do 0,575 kg/m2. Měření probíhalo na laboratorním zařízení Labortech 2050, které muselo být naprogramováno v souladu s požadavky příslušných státních norem.
Z cyklického zatěžování byly naměřeny hodnoty síly při deformaci 25%, 40%, 65%
a maximální deformace 75%, z nichž byl vytvořen přehled o maximální hodnotě
