POVRCHOVÉ CHARAKTERISTIKY PADÁKOVÝCH TEXTILIÍ

POVRCHOVÉ CHARAKTERISTIKY PADÁKOVÝCH TEXTILIÍ

Diplomová práce

Studijní program: N3106 – Textilní inženýrství

Studijní obor: 3106T007 – Textilní materiálové inženýrství Autor práce: Bc. Jitka Jeřábková

Vedoucí práce: prof. Ing. Jiří Militký, CSc.

2. Na vybraných padákových textiliích před a po kalandrování stanovte parametry povrchové struktury a tření za vybraných podmínek.

3. Ověřte vliv hladicí úpravy na tření.

4. Porovnejte výsledky s hodnocením kvality povrchové úpravy padákových textilií používaných v praxi.

Vedoucí DP: Prof. Ing. Jiří Militký, CSc.

Literatura:

 Literatura: MILITKÝ, J.: Textilní vlákna: klasická a speciální. 1. vydání. Liberec:

Technická univerzita v Liberci, 2002. ISBN 80-7083-644-x

 MILITKÝ, J. a MAZAL, M.: Image analysis method of surface roughness evaluation. International Journal of Clothing Science and Technology, Vol 19, Iss.

3/4, pg. 186-193, 8p

 Militký, J., kap. 2 v knize Han-Yong, J. Ed. : Woven Fabric. 1st edition. Intech, 2012. ISBN: 978-953-51-0607-4

 Stout, K.J., Sullivan, P.J., Dong, W.P., Mainsah, E. and Luo, N.: The Development of Methods for the Characterisation of Roughness in Three Dimensions. EUR 15178N. Luxembourg: Commission of the European Communities, 1993. ISBN 0- 7044-1313-2

Prohlášení

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

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

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

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

Současně čestně prohlašuji, že tištěná verze práce se shoduje s elektronickou verzí, vloženou do IS STAG.

Datum:

Podpis:

CSc., za jeho cenné rady, připomínky a čas, který mi věnoval při tvorbě této práce.

Zároveň bych chtěla také poděkovat panu Markovi a paní Běhalové z MarSu Jevíčko za poskytnutí padákových materiálů a cenných rad ohledně problematiky padáků.

Jitka Jeřábková

Abstrakt

Diplomová práce je zaměřena na povrchovou charakteristiku padákových textilií.

Rešeršní část práce se zabývá základním přehledem vývoje padákových materiálů a jejich složením. Dále se zabývá úpravami a charakterizací padákových textilií.

V experimentální části je popsáno a zdokumentováno testování povrchové struktury a tření na laboratorních přístrojích před a po kalandrové úpravě. Dále se ověřovala hladící úprava v laboratorních podmínkách a porovnávala se s testováním v praxi.

Klíčová slova:

Padákové textilie, tření, kalandr, polyamid 6.6; povrchové struktury, antistatická úprava, padáky, hladící úprava

Abstract

The thesis is focused on the surface characteristics of parachute fabrics. The research part contains the basic outline of parachute materials and their composition and structure. Modifications and characterization of parachute fabric are discussed as well.

In the experimental part the testing of the surface structure and friction before and after the calendering using laboratory instruments is described and documented. The treatment improved surface smoothness is checked in laboratory conditions and compared with the practical tests.

Keywords:

Parachute fabrics, friction, calander, polyamide 6.6; surface structures, antistatic modification, parachutes, smoothing finishing

1. Rešeršní část ... 11

1.1. Historie padákových textilií ... 11

1.2. Materiálové složení padákových textilií ... 13

1.2.1. Polyamid 6.6. ... 13

1.3. Úpravy padákových textilií ... 15

1.3.1. Kalandrování ... 15

1.3.2. Low Friction - hladící úprava ... 17

1.3.3. Antistatické úpravy ... 18

1.4. Tření ... 21

1.5. Povrchové struktury - drsnost povrchu ... 23

1.5.1. Normalizované charakteristiky drsnosti povrchu ... 24

1.6. Padáky ... 26

1.6.1. Padák OVP-80.08 ... 27

1.6.2. Padák OVP-12 SL ... 31

2. Experimentální část ... 35

2.1. Charakteristika použitých materiálů ... 35

2.2. Charakteristika měření ... 37

2.2.1. Obrazová analýza LUCIA/NIS ... 38

2.2.2. Rastrovací elektronový mikroskop VEGA-TESCAN ... 39

2.2.3. Infračervená spektrometrie s Fourierovou transformací ... 42

2.2.4. Hodnocení povrchové struktury - Talysurf CLI 500 ... 43

2.2.5. Dynamic modulus tester DMT PPM-5R ... 61

2.2.6. Měření elektrické rezistivity dle normy ČSN EN 61340-5 ... 65

2.2.7. Tření ... 69

2.2.8. Odolnosti proti tepelnému namáhání ... 88

3. Závěr ... 94

4. Seznam literatury ... 97

5. Seznam obrázků, tabulek a příloh ... 100

6. Přílohy ... 104

Seznam použitých symbolů a zkratek

µ - součinitel tření µm - mikrometr =10^-6

2D - Dvojrozměrný

3D - Trojrozměrný

AČR - Armáda České republiky AeČR - Aeroklub České republiky ČSN - Česká státní norma

F - třecí síla [N]

h - tloušťka textilie [cm]

ISO - Mezinárodní organizace pro standardizaci KES - Kawabata Evatalition System

l - vzdálenost elektrod [m]

m - plošná hmotnost textilie [kg .m^-2]

MIU - Koeficient tření, systém KES [-]

MMD - Průměrná odchylka MIU, systém KES [-]

N - normálová síla [N]

o - střední obvod (resp. délka elektrod) [m]

P - pórovitost textilie [%]

PA - Polyamid (materiálová zkratka dle ISO normy)

PC - počítačový systém

PPS - průměrný polymerační stupeň

qV - objemová měrná hmotnost (hustota) textilie [kg.m^-3]

qvlK - hustota klimatizovaných vláken [kg.m^-3]

R ^m - největší výška nerovnosti profilu [μm]

Rz - výška nerovností počítána z deseti hodnot profilu [μm]

Ra - střední aritmetická úchylka profilu [μm]

RS - povrchový odpor [Ω]

RV - objemový odpor [Ω]

S - plocha elektrod [cm²]

S ^m - střední rozteč nerovností profilu [μm]

V - objem plošné textilie [m³]

Úvod

V dnešní době jsou nedílnou součástí armády výsadkové jednotky, které bývají vybaveny padáky typu OVP-80.08 a OVP-12 SL. Padáky uvedených typů jsou vyrobeny z polyamidových vláken a je od nich vyžadována platná certifikace zkušebny AeČR.

Začátkem minulého století odstartoval největší vývoj padáků. Zejména v době druhé světové války můžeme sledovat nasazení padáků do bojů proti německé okupaci, kde významně ovlivnily vývoj dění na frontách. V té době se k výrobě padáku využívaly hedvábné materiály. Od roku 1937 byla v Rusku započata výroba padákových materiálů z bavlny. Důvodem této významné změny v materiálovém složení bylo zejména zlevnění a v neposlední řadě i zvýšení objemu výroby, kde se začínal projevovat nedostatek hedvábných materiálů. Československo v té době jako jedna z prvních zemí odkoupilo licenci a zahájilo výrobu padáků z bavlny.

Nicméně z důvodu vyšší kvality se stále používalo hedvábných padákových materiálů.

V sedmdesátých letech minulého století se započalo s výrobou padáků z polyamidu 6.6. Toto syntetické vlákno dokonale nahradilo hedvábný materiál pro svoji pevnost a jemnost. Vznikl zde ale problém, který se u přírodního hedvábí neobjevoval, a to tření materiálu při otevírání padáků. V uvedené fázi totiž dochází k prudkému vytažení padáku z kontejnerů a narovnání nosných šňůr, čímž vzniká velké tření mezi materiálem padáku a nosnými šňůrami. Toto tření je sice jen nárazové a trvá velmi krátký čas, ale i tak byl materiál na padáku popálený a byly zde znatelné určité degradace materiálů. Takto byly padáky porušeny a při seskoku hrozilo roztrhnutí vrchlíku na padáku (myšleno po opakovaných seskocích). Z těchto důvodů se na materiálech začaly používat hladící úpravy, které mají za úkol omezit vysoké tření. Mezi další úpravy padákových materiálů se řadí kalandrování, jež je prováděno z důvodu omezení prodyšnosti materiálu. Tyto vlastnosti materiálu se využívají pro vztlak a aerodynamiku padáku. Antistatické úpravy omezují „lepení“ padákových materiálů způsobené kumulací statického náboje a také snižují tření.

Tato diplomová práce se zabývá porovnáním padákových materiálů před kalandrovou a po kalandrové úpravě. Na zkoumaných materiálech se stanovují parametry povrchové struktury a tření. Dále jsou zde uvedeny výsledky testování vlivu

1. Rešeršní část

Rešeršní část se zabývá vývojem padákových textilií, popisuje jejich materiálové složení, úpravy a charakterizaci. Dále je zde popsáno balení padáků typu OVP-80.08 a OVP-12 SL a jejich částečná konstrukce, která je zaměřena hlavně na vrchlík zhotovený z padákové textilie.

1.1. Historie padákových textilií

První dochovaná zobrazená zmínka snahy dostat se do vzduchu pochází od Leonarda da Vinci, jenž se touto myšlenkou zabýval a zobrazil ji v roce 1485, viz obr. 1-1.

Obr. 1-1 Model padáku Leonardo da Vinci, [1]

Další návrhy pocházejí od chorvatského vynálezce Fousta Vrančiče a následně v roce 1783 seskočil na padáku z věže observatoře v Paříži francouzský fyzik Louis Sebastien Lenormand. Tento francouzský fyzik měl své následovníky a probíhaly experimenty, při nichž byla shazována z balónů na padácích domácí zvířata. Roku 1797 seskočil Francouz Andre-Jacques Garnerin z výšky 700 metrů na padáku deštníkovitého tvaru. Vývoj padáků dále pokračoval v 19. století. První pokus seskoku padákem byl proveden roku 1890 a padák byl sbalený do vaku. Roku 1911 obdržel italský vynálezce

Tato skutečnost je zřejmá z dochovaných dokumentů. Hedvábí bylo používáno na vrchlících i šňůrách, a to z důvodu lehkosti a pevnosti materiálu. Protože byly náklady na výrobu tohoto materiálu velmi vysoké, v roce 1937 započali v Rusku výrobu bavlněných padáků. Bavlna byla opět používána jak na šňůry, tak na vrchlíky (jako tomu bylo u hedvábí). Na vrchlících byl používán materiál jemně tkaný.

Na základě této změny se velice zlevnila výroba padáků. Československo tuto licenci odkoupilo od Ruska a materiály se vyráběly v Moravské Třebové.

V průběhu druhé světové války byla velká část padáků vyráběna z bavlny, ale bylo také používáno hedvábí, a to z důvodu vyšší kvality vyráběných padáků. V Praze- Vršovicích se po válce se začaly vyrábět padáky typu V1, které se až do roku 1965-66 vyráběly z konfiskovaného německého hedvábného materiálu. [2]

Následně (od roku 1965-66) se začal používat jako materiál na padáky Polyamid 6.6., z nějž se vyrábí padáky dodnes. Historický převrat v konstrukci padáků přinesl začátek 70. let 20. století, kdy se z kruhových padáků vyvinuly padáky tzv. křídla.

Tento pokrok měl za následek velké změny jak v doletu, tak i řízení padáku.

V dalších letech se začal používat materiál s Rip-stopovou vazbou. Tato změna nastala na konci 80. let, a to z důvodu, že použitím Rip-stop materiálu docílíme větší pevnosti tkaniny. Materiál současně zabraňuje šíření trhlinek. Padákové materiály se v posledních letech vyráběly na člunkových stavech zn. Benninger. Výroba padákových materiálů byla v Hedvě Moravské Třebové ukončena v roce 1996.

V současnosti se materiály na padáky u nás již nevyrábějí. Materiály se tak musí dovážet, a to nejčastěji z Německa. [2]

V České republice se mohou seskoky provádět pouze na padácích s platnou certifikací zkušebny AeČR a nebo jiných oficiálních zkušeben včetně zahraničních, které AeČR uznává. Použití padáků, přístrojů a další techniky se řídí technickými popisy a současně i pokyny výrobce, směrnicemi či nařízeními AeČR. „Každý padák musí mít platný technický průkaz ve smyslu zákona o civilním letectví č. 225/2006 Sb.

a jeho prováděcí vyhlášky. První technická prohlídka padáku musí být provedena

po uplynutí pěti let od data jeho výroby. Následně je technická prohlídka provedena po uplynutí dvou let, a to v případě, že příslušný oprávněný pracovník nestanovil kratší lhůtu“. [3]

1.2. Materiálové složení padákových textilií

Jak již v předchozí části bylo uvedeno, nejčastěji bylo na výrobu padáku používáno hedvábí a postupem času polyamidy. V dnešní době je pro padáky celosvětově používán polyamid 6.6.

1.2.1. Polyamid 6.6.

Historie polyamidu

Vysokomolekulární sloučeniny, z nichž se vyrábějí polyamidová vlákna, byly objeveny koncem 19. století. Záčátkem minulého století zahájil výzkum polymerace a kondenzační reakce W. H. Carothers u firmy E. I. du Pont de Nemours and Co. Inc.

V roce 1932 společně s Hillem získal Carothers polyestery, ze kterých se dalo za studena vytáhnout vlákno. Díky tomuto způsobu byl vynalezen princip výroby syntetických vláken, dloužených za studena. V letech 1932 a 1933 pokračovali ve svých pokusech s kyselinou adipovou a hexamethyléndiaminem. Při těchto pokusech vynalezli polyamid s vyšším bodem tání, který byl nazván nylon. K názvu Nylon se přiřazuje číslo označující počet uhlíků v základním řetězci monomeru. Správné označení je

„polyamid x.y“, kde x a y jsou čísla udávající počet uhlíků v základním řetězci. Tečkou se oddělují uhlíky dvou základních monomerů, např. Nylon 66 = polyamid 6.6.

V USA byl Nylon 66 uveden do provozu v letech 1938 a 1939. Zájem o nové polymery vedl i další chemiky ke studiu. V Německu roku 1937 Paul Schlack dokázal, že ε-kaprolaktam je schopný polymerace, tím otevřel cestu k vývoji polyamidových vláken. Monopolní postavení firmy Du Pont bylo narušeno a v padesátých letech Nejvyšší soud USA nařídil v USA monopolnímu výrobci nylonu 66 udělit licenci několika dalším firmám. Díky tomuto nařízení se výroba značně rozšířila. [4], [5], [6]

Řetězec polyamidu PA 6.6 lze vyjádřit vzorcem:

(CH₂)₆

NH CO

(CH₂)₄

CO NH

(CH₂)₆ NH NH

(1.1)

Polykondenzace - je typ stupňovité polymerace. Jedná se o chemickou reakci, při které vzniká ze dvou či více nízkomolekulárních látek polymer a zároveň se odštěpí nízkomolekulární produkt (např. voda, alkohol, atd.).

U polyamidu 6.6 probíhá polykondenzace 60 % AH soli (90 °C) a ohřev je v autoklávu na 260 - 280 °C (pod dusíkem). Řízení PPS pomocí CH3COOH - 0,5 %.

Vznikající H2O se odstraňuje. Reakce probíhá 4 až 16 hod., vzniká při ní tavenina PPS = 80 – 100, při vytlačení do vody vzniká drť.

Zvlákňování - tento typ vlákna se zvlákňuje z roztaveného polymeru do šachty tak jako Polyamid 6. Zvlákňování probíhá při 270 °C s odtahem 600 – 1200 m/min.

Ofukování probíhá parou v chladicí šachtě, kde je málo vlhkosti. Polyamid 6.6 krystalizuje rychleji než PA 6.

Vlastnosti polyamidů 6.6

Obecně polyamidy mají nízkou navlhavost. Celkově jsou vlastnosti polyamidu 6.6 lepší než u polyamidu 6.

Navlhavost je 3,8 % Teplota tání TM = 256 °C

Pevnost za sucha fs 3,6 - 4,1 cN/dtex

Tažnost za sucha 18 - 25 % Měrný odpor: PA 4. 10¹⁰Ω.m

Hustota krystalické fáze je 1240 kg/m³ Hustota amorfní fáze je 1090 kg/m³

Vliv teploty

Při působení teploty 150 °C (6 hod.) žloutne a klesá pevnost vlákna.

Teplota žehlení: 180- 200 °C (teplota tvarovky).

Teplota měknutí: 235 °C [4]

Chemická odolnost

Rozpustnost jen v některých fenolech, kresolech (za tepla) a v 10 – 30 % roztocích kovů a alkalických zemin CaCl2. Rozpustnost také v koncentrovaných minerálních kyselinách.

Identifikace

Polyamid 6.6 se taví předtím, než začne hořet a sám se uhasíná. Je nerozpustný v acetonu nebo vařících roztocích NaOH. Polyamid 6.6 je rozpustný v koncentrované kyselině mravenčí a ve studené 4,2 N HCl. Typický zápach při spalovací zkoušce je vůně celeru. [4]

1.3. Úpravy padákových textilií

Mezi úpravy, které jsou prováděny v současné době na padákovém hedvábí, se nejčastější řadí antistatická úprava a kalandrování. Na testovaných vzorcích materiálu byly, dle výrobce, použity úpravy kalandrem a tzv. úprava „Low Friction“, kterou výrobce označuje jako antistatickou.

Z tohoto důvodu jsou dále v práci popisovány úpravy kalandrem, „Low Friction“

a antistatické úpravy.

1.3.1. Kalandrování

Kalandrování je zušlechťovací proces, kdy plošná textilie prochází v jedné vrstvě

1 - přívod textilie v jedné vrstvě; 2 – kalandrovací válec; 3- obvod textilie

Obr. 1-2 Víceválcový kalandr [7]

Nejdůležitější části stroje jsou pracovní válce, které se dělí na tvrdé a měkké.

Tvrdé válce - nejčastěji bývají vyrobené z ocele nebo litinové. Válce jsou duté a zevnitř bývají vyhřívané parou, plynem, elektricky nebo olejem na max. teplotu 260 °C, jejich průměr bývá od 15 do 25 cm.

Měkké válce - mají nejčastěji povrch z pryže, lisované bavlny, juty a jádro válce je kovové, průměr je od 40 do 70 cm.

Dále se dělí na kalandry suché a speciální, vzorové, tzv. razicí. Suché kalandry se dělí na:

 kalandry matovací - zachovávají kruhový průřez nití a textilii dodávají plný měkký omak,

 kalandry valivé - zvyšují lesk a plný omak,

 kalandry třecí, tzv. frikční - vysoký lesk je zajištěn pomocí vyhřívaného kovového válce a válce měkkého.

Speciální, vzorované, tzv. razící kalandry, dělíme na (kovové válce mají na svém povrchu rytiny, které se vtlačují do textilie):

 kalandry gofrovací - rytiny na válci jsou do hloubky 2 mm,

 kalandry moarovací - pro moaré pravé a umělé,

 kalandry silkovací - pro hedvábný lesk.

Faktory, které ovlivňují kvalitu kalandrování:

 počet kalandrovacích válců,

 druh, uspořádání, průměr, teplota a povrch válců,

 velikost tlaku mezi válci,

 rychlost, napětí a vlhkost procházejícího zboží,

 počet kalandrovacích pasáží. [8], [9]

1.3.2. Low Friction - hladící úprava

Doslovný překlad „Low Friction“ je „nízké tření“, resp. hladící úprava. Tímto názvem je popsaná úprava od výrobce. Výrobce pojmenovává tuto úpravu jako tzv. „hladící“ a označuje ji jako antistatickou úpravu. Infračervenou spektrometrií byly zjištěny majoritní složky této úpravy, které jsou na bázi polyolefinů a silikonu.

Polyolefiny jsou kvantitativně největší skupinou syntetických polymerů. Hlavním důvodem pro jejich široké použití je dobrá zpracovatelnost nejproduktivnějšími postupy, nízká cena polymeru. Je to hlavně z důvodu snadné dostupnosti suroviny pro výrobu monomerů. Mezi polyolefiny patří řada polymerů vzniklých polymerizací uhlovodíků obsahujících na koncích dvojné vazby. Polymerací vznikají lineární řetězce. Obecně můžeme jejich strukturu vyjádřit vzorcem

Mezi nejvýznamnější polyolefiny patří polyethylen, polypropylen, poly-1-buten, polyisobutylen, polyisobutylen, poly-4-methyl-1-pentyl.

Výchozí suroviny pro přípravu monomeru jsou odpadní plyny z ropné rafinace, uhlovodíku ze zemního plynu, nebo benzenů.

Výhody:

 nízká cena

 snadná zpracovatelnost

 dobré elektroizolační vlastnosti

 polyolefiny mají velmi dobrou chemickou stabilitu [10], [11]

vlastnosti jsou:

 relativní nehořlavost,

 dobré elektroizolační vlastnosti,

 dlouhodobá odolnost vůči UV záření a povětrnostním podmínkám,

 vodoodpudivost (hydrofobita) a paropropustnost.

Uplatňují se ve stavebnictví, zdravotnictví (např. jako prsní implantáty), ve sportu (koupací čepice, ploutve atd.); dále jako emulzní silikonové oleje, pasty a tmely;

jako antistatické přísady. Textilní vlákna se pomocí roztoku esteru a polyesterů kyseliny křemičité impregnují, a tím se zmenšuje nasákavost vlákna.

Silikony řadíme do třech skupin:

 Rozpustné ve vodě

 Nerozpustné ve vodě

 Částečně rozpustné ve vodě. [12]

1.3.3. Antistatické úpravy

Antistatická úprava zpomaluje nebo odstraňuje nabíjení vláken a textilií elektrostatickým nábojem. Tento náboj vzniká třením textilie, kdy je nedostatek nebo přebytek elektronů v povrchových vrstvách atomů textilie. Pokud alespoň jedno těleso vykazuje vysoký elektrický odpor, dochází k nabíjení vláken. Antistatické prostředky ovlivňují molekulovou strukturu vláken tím, že sníží povrchový elektrický odpor textilií. V tabulce 1-1 je popsán povrchový odpor vybraných vláken.

Tabulka 1-1 Povrchové odpory při 23 °C a 65% relativní vlhkosti vzduchu [12]

Vlákno

odpor

[Ω] vlhkost [%]

viskóza (CV) 1.10⁷ 12

bavlna (CO) 1.10⁸ 8

polyamid (PA) 1.10¹² 4

polyakrylonitril

(PAN) 1.10¹⁴ 1

polyester (PES) 1.10¹⁴ 0,4 polypropylen (PP) 1.10¹⁵ 0,1

Antistatické přípravky jsou nejčastěji dvou anebo více složkové disperze oligomerních nebo polymerních látek ve vodním prostředí.

Hlavní složky antistatických přípravku jsou:

 soli organických a anorganických kyselin,

 kovové prášky, oxidy, uhličitany,

 polyalkoholy,

 polyethylenglykoly,

 silikonové sloučeniny,

 polyelektrolyty,

 blokové kopolymery.

Jejich základní rozdělení je na přípravky nepermanentní a permanentní. Oba tyto způsoby mají své klady a zápory.

Nepermanentní úpravy se nejčastěji využívají při technologickém zpracování textilních surovin, vyrábějí se tak, aby se daly po výrobě jednoduše odstranit, např. praním. Dají se použít také při finálních úpravách hotového výrobku, kde se aplikují v apretačních koupelích, nebo sprejováním na povrch výrobku. Jsou to zejména:

 anorganické a organické soli (nevyužívají se často),

 polyalkoholy a polyethylenglykoly (využívají se samostatně nebo společně s tenzidy),

 polyelektrolyty (převážně soli polystyrensulfonové a polyakrylové kyseliny),

Permanentní úpravy vytvářejí nerozpustné vrstvy na vláknech, které je možné zabezpečit jedním z následujících postupů:

 Nanesením polymerních produktů na vlákna a jejich fixací - dobré stálosti v praní, menší v organických rozpouštědlech.

 Prostorovým zesítěným zbobtnalých substancí za vzniku vodivých filmů - dobré stálosti v praní i chemickém čištění. [14]

Činnost antistatických přípravků:

 zvýšení elektrické vodivosti povrchu,

 změna výstupní práce elektronů a elektronové afinity povrchu,

 snížení koeficientu tření.

Testování antistatických parametrů u plošné textilie se měří speciální elektrodou.

Povrchový odpor je měřen v ploše textilie a průchozí odpor se měří v průřezu textilie.

Tyto parametry jsou ale závislé na vlhkosti textilie, proto je předem definována relativní vlhkost vzduchu. Dle výsledků elektrického odporu můžeme hodnotit materiál, viz tabulka 1-2. [12]

Tabulka 1-2 Hodnocení úrovně antistatické úpravy dle elektrického odporu [9]

elektrický odpor

plošné textilie [Ω] Antistatická úprava 10⁶ - 10⁷ výborná 10⁷ - 10⁸ velmi dobrá

10⁸ - 10⁹ dobrá

10⁹ - 10¹⁰ průměrná 10¹⁰ - 10¹¹ sotva dobrá 10¹¹ - 10¹³ nevyhovující

1.4. Tření

Tření je jednou z důležitých veličin při posuzování vlastností tkaniny. Tření obecně definujeme tak, že tělesa, která se pohybují v kontaktu s jiným tělesem, jsou přitlačována silou N. K pohybu je potřebná sila F, která se liší o koeficient tření. Vlivem povrchového tření vzniká také postupné opotřebení (degradace materiálu). Tření je charakterizováno vznikem síly působící v tečné rovině dotyku vzájemnému pohybu obou těles (síla tření, třecí síla, třecí odpor). Fyzikální podstata vzniku třecí síly je ovlivněna různými podmínkami, za nichž k pohybu těles dochází. Platí tedy

F = μ*N (1.3)

kde značí: F - třecí síla, µ - součinitel tření, N - normálová síla.

Každé těleso má na svém povrchu výčnělky a prohlubně, které do sebe při vzájemném působení dvou těles zapadají (i na nejdokonaleji opracovaných materiálech, např. ve strojírenství). Pokud se tělesa navzájem posouvají, musí být překonán vliv vzájemného zaklínění těchto nerovností. [14]

Tření je nezávislé na vzájemné rychlosti pohybu těles a na velikosti styčné plochy.

Pokud se nanese vhodná kapalina na styčnou plochu, tak se třecí síla sníží. Smykové tření je v podstatě překážkou každého pohybu, ale je zároveň i jeho podmínkou, např. na vodorovné podložce s nulovým třením nelze uvést vozidlo do pohybu.

Ke statickému tření dochází při uvedení do pohybu ze stavu klidu. Působí vzájemné zaklínění nerovností na styčné ploše silněji než během pohybu. Těleso se dá z klidu do pohybu, pokud působící síla překročí určitou mezní hodnotu. Z experimentů vychází, že statické tření je větší než dynamické přibližně o 20 až 30 %.

Součinitelé valivého tření jsou řádově menší než u tření smykového, např. u kuličkových ložisek je pouze asi 0,001. Dochází k němu, pokud se těleso valí po nějaké podložce a působí proti tomu pohybu valivé tření. Pro výpočet tohoto tření se bere poloměr otáčejícího se kola. [15]

na povrchu textilie. Tyto úpravy mají vliv na třecí parametry a jsou častým důvodem testování textilií. [16]

V současnosti se tření hodnotí pomocí přístroje Kawabata Evaluation System (KES) a pomocí cyklického namáhání. Existují, ale i další možnosti testování třecích vlastností materiálu. Byly vytvořeny různé studie na univerzitách po celém světě.

Na univerzitě Anna v Indii (katedra textilních technologií) zkoumali tření na materiálech s chitosanovou úpravou. Byl sestrojen přístroj s dřevěnou deskou a saněmi, kde na desku a sáně se upnul materiál. Pomocí kladky a lanka, které bylo napojeno na trhací zařízení, se sáně dávají do pohybu a třou materiál o materiál.

Normálová síla byla od 27 g do 127 g, rychlost posunu byla 5-25 mm/min, délka posuvu 6 - 12 mm. [16]

Tyto hodnoty se zaznamenávaly do PC, kde byly dále zpracovány. Na základě této studie bylo zjištěno, že rovnoměrná vrstva chitosanu snižuje třecí hodnoty. Podobné zařízení bylo sestaveno na univerzitě v Manchestru a v Texasu v USA, kde bylo zkoumáno tření na tkaninách a netkaných 3D textiliích. [17]

Na univerzitě Islamic Azad v Iránu bylo tření zkoumáno na přístroji, kdy horní jezdec byl uchycen na pevno, a dolní část byla na posuvníku, který byl připevněn opět přes kladku. Vozík měl ze spodní části ložiska, aby nedocházelo k odporu a byla pro něj vytvořena kolej pro přesnou trajektorii pohybu. Na obr 1-3 je znázorněn nákres tohoto zařízení.

Obr. 1-3 Mechanizmus na zjišťování třecích vlastností textilie - Irán [18]

Hodnoty testování byly zaznamenány pomocí PC a následně byly vyhodnocovány.

Bylo naměřeno devět různých tkanin, kde se zaznamenával jejich koeficient tření. [18]

1.5. Povrchové struktury - drsnost povrchu

Drsnost povrchu textilních materiálů je významnou vlastností při hodnocení textilních výrobků. V řadě odvětví se drsnost povrchu užívá k vyjádření jakosti povrchu, tedy geometrie povrchové vrstvy. Ta ovlivňuje životnost a spolehlivost provozu, zejména ve strojírenství. Podílí se také na funkčních vlastnostech materiálu a odolnosti proti dynamickému namáhání. Geometrie materiálu do jisté míry určuje funkční vlastnosti. Z analýzy lomů pak vyplývá dynamické namáhání. K lomu dochází na povrchu nebo těsně pod povrchem materiálu. To je důkazem, že odolnost proti únavě závisí na jakosti povrchu. Do drsnosti se nezapočítávají vady povrchu, tj. náhodné nepravidelnosti, které se vyskytují jen ojediněle a které vznikají vadami materiálu, poškozením aj.

Základní informace o nerovnostech a jejich odchylkách se dají získat z profilu, který vzniká jako průsečnice povrchu s rovinou a je třeba provést kolmý řez k základnímu povrchu. Drsnost povrchu je označována jako mikrogeometrie, tvar a vlnitost se označuje jako makrogeometrie. Lze ji také definovat jako souhrn nerovností povrchu s relativně malými horizontálními vzdálenostmi. [19]

V textilním odvětví je drsnost povrchu spojena s komfortem, vzhledem a omakem.

Na drsnost textilie má v první řadě vliv technologie výroby - jemnost příze, zákrut,

Do prvního hlediska patří fyzikální a chemické vlastnosti, které jsou dány použitým materiálem a podmínkami při výrobě. Druhé hledisko je textura (morfologie) materiálu, kde se nejvíce vyjadřuje právě drsnost. [19]

1.5.1. Normalizované charakteristiky drsnosti povrchu

Drsnost povrchu se vyjadřuje charakteristickými údaji, mezi něž patří délka profilu, na které se určuje číselná hodnota příslušné veličiny. Normalizované charakteristiky drsnosti povrchu jsou [20]:

Ra střední aritmetická úchylka profilu

Rz výška nerovností počítána z deseti hodnot profilu R ^m největší výška nerovnosti profilu

S m střední rozteč nerovností profilu

S střední rozteč místních výstupků profilu t P nosný podíl

Při praktickém měření se vyhodnocuje veličina k základní čáře, kterou je střední čára profilu m. „Střední čára m má tvar jmenovitého profilu a rozděluje skutečný profil tak, že v rozsahu základní délky l je součet druhých mocnin odchylek profilu od této čáry nejmenší“ [19, str. 62]

Obr. (1.4) vyjadřuje střední čáru m. Pro m platí, že:



2dx min

y (1.4)

kde l je základní délka a y je odchylka profilu.

Obr. 1-4 Střední čára profilu [19]

Střední aritmetická čára profilu rozděluje skutečný profil tak, že v rozsahu základní délky l jsou součty ploch po obou jejich stranách stejné“ [19 str. 63] Platí tedy, že:





i i

i

i Si S

1

1 ´ (1.5)

kde značí: Si - plochu nad střední aritmetickou čarou profilu, S´i - plochu pod střední aritmetickou čarou profilu.

Grafické znázornění je na obr. 1-5.

Obr. 1-5 Střední aritmetická čára profilu [19]

Další zkoumání drsnosti povrchu rozlišuje nerovnosti profilu. Právě jejich měřením se získávají číselné hodnoty o daném povrchu. K nerovnosti profilu patří prohlubně a výstupky profilu. [19]

V současné době jsou metody založeny na 2D a nově i na 3D systému snímání povrchu struktury prostřednictvím různých zařízení. Dělí se na metody kontaktní a bezkontaktní.

U kontaktní metody je hlavní součástí snímač, který kopíruje profil materiálu.

Profil je charakterizován proměnnou tloušťkou. Do kontaktních přístrojů patří například

paprsek a snímací zařízení ve formě fotodiody, nebo systému CCD kamer. [20]

Byly vytvořené různé studie a výzkumy. Pro bezkontaktní metodu byl například prováděn výzkum na Fakultě inženýrství Národní univerzity v Soulu, Korea.

Kde se zaměřili na pozorování změn třecích vlastností povrchu netkaných textilií vlivem opakovaného odírání. Data byla z povrchu získána pomocí 3D bezkontaktní metody měření, a pro vyhodnocení drsnosti povrchu byly ze získaných dat vypočítány fraktální dimenze. Metoda využívala laserového skenování, kde je zařízení vybaveno projektorem s paprskem a kamerovým senzorem. Různě široké paprsky se překrývaly na povrchu vzorku a podle rozdílů v obrazcích byly vypočítány 3D souřadnice povrchu.

Díky žmolkovatosti netkané textilie byl použit high-pass filtr. Touto studií bylo dokázáno, že metoda je vhodná pro měření přímo v provozu, např. u zdravotnických netkaných textilií. [21]

Další výzkum byl proveden na Technické univerzitě v Liberci, na katedře textilních materiálů. Principem výzkumu bylo hodnocení povrchové drsnosti metodou obrazové analýzy. Bylo zde sestrojeno nové zařízení fungující na základě bezdotykového hodnocení drsnosti povrchu pomocí obrazové analýzy. Využilo se zde zařízení RCM, které se skládá z digitální kamery a nosné konstrukce. Systém dále využívá kontinuální převíjení zkoumaného materiálu přes měřící hranu. Osvětlení hrany bylo zajištěno diodovým tělesem. Výsledný obraz byl přenášen a prezentován obrazovou analýzou LUCIA G. Díky této studii byl učiněn poznatek, že zařízení lze použít nejen na popis drsnosti jednotlivých profilů, ale i rovinné drsnosti. [20]

1.6. Padáky

V této diplomové práci byly testovány materiály, které se používají na výrobu padáků typu OVP-80.08 a OVP-12 SL.

Provozní podmínky padáků OVP-80.08 a OVP-12 SL:

 Funkce padáku se zaručuje při teplotě okolního prostředí od - 40 °C do + 93 °C.

 Padák může být zabalen pro seskok bez použití maximálně 190 dnů (měl by být minimálně jednou větrán po dobu minimálně 24 hodin).

 S těmito padáky je možné provádět seskoky do vody.

 Padák umožňuje připevnění výstroje a výzbroje výsadkáře schválené pro používání v AČR. Tato výstroj a výzbroj nesmí bránit funkci padáku.

 Během používání padáku může dojít ke zvýšení prodyšnosti tkanin vrchlíku, nesmí však překročit maximální vertikální rychlost klesání 6 m.s^-1 při celkové hmotnosti zátěže s výstrojí, výzbrojí a padáku do 110 kg.

1.6.1. Padák OVP-80.08

Tento padák je určen k provádění bojových a cvičných jednotlivých, skupinových a hromadných seskoků z letadel. Padák je možno použít pro seskoky s okamžitým nuceným otevřením výtažným lanem (s upoutaným vakem vrchlíku), s průběžným otevřením a se stabilizovaným padákem.

Základní parametry OVP-80.08:

 Plocha vrchlíku stabilizačního padáku 1,8 +/- 0,2 m²

 Plocha vrchlíku 70+/- 0,2 m²

 Síla potřebná k vytažení uvolňovače padáku 23 až 150 N

 Maximální provozní hmotnost výsadkáře s výstrojí, výzbrojí a padákem 160 kg

 Horizontální rychlost při nulovém větru do 3 m.s^-1

 Maximální hmotnost padáku bez brašny 12,2 kg

 Rozměry zabaleného padáku 500x310x200+/-20 mm

 Maximální počet povolených seskoků 270

 Životnost padáku 15,5 roku

Funkce padáku OVP-80.08:

Na padáku je možno provést tři druhy seskoků:

hmotnosti výsadkáře a tahu lana, které je ukotveno na palubě letadla, dojde k uvolnění uzavírací chlopně obalu padáku a výtažné lano s pouzdrem stabilizačního padáku vytáhne stabilizační padák a spojovací plátno.

Stabilizační padák se naplní vzduchem a pomocí odporu, který vyvine, dochází k vytažení vaku vrchlíku s uloženým padákem OVP-80.80, kde se postupně uvolňují nosné šňůry a následně se otevírají chlopně vaku vrchlíku. Vrchlík se postupně plní vzduchem a po plném uvolnění vrchlíku se výsadkář snáší k zemi.

 Seskok se stabilizovaným pádem - po výskoku z letadla za pomoci působení hmotnosti výsadkáře a tahu lana, které je ukotveno na palubě letadla, dojde k uvolnění stabilizačního padáku. Stabilizační padák se proudem vzduchu naplní a stabilizuje další pád výsadkáře. Padák zůstává uzavřen poutky až po uvolnění nádržkového zámku uvolňovače padáku OVP-80.80 následně vytáhne stabilizační padák spojovací plátno vrchlíku a dochází k postupnému otevření a naplnění vrchlíku vzduchem. Po úplném otevření vrchlíku se výsadkář snáší k zemi. [22]

Konstrukce vrchlíku V-047-2 s nosnými šňůrami:

Vrchlík vytváří hlavní odporovou, nebo vztlakovou plochu padáku OVP – 80.80.

Díky tomuto odporu je snížena rychlost a bezpečný dopad výsadkáře na zem.

Tvar vrchlíku je kruhový o ploše 70 m² a je sešit celkově z 28 polí. Na každé straně vrchlíku jsou dvě řídící pole, v těchto polích jsou zhotoveny klapky (pro dosažení změny směru případně otočení vrchlíku kolem své osy). U spodního okraje jsou dva díly kuželovitě sestřiženy a po sešití se dolní okraj zúží. U dolního okraje je připevněno celkem 28 nosných šňůr. Šňůry dále pokračují do vnitřní části vrchlíku. Díky tomuto zapojení se vytváří vzduchová kapsa. Po obvodě je celkem 28 náběhových kapes, které jsou pro rychlejší rozevření vrchlíku a při naplnění vzduchem pro lepší stabilitu.

Na vrcholu vrchlíku se nachází pólový otvor, ve kterém jsou po jeho obvodu zapojené pólové šňůry. Sešité pole, spodní okraj a pólový otvor jsou zpevněné lemovkou.

Volné konce nosného postroje jsou určeny k připojení vrchlíku padáku k nosnému postroji pomocí tříkroužkového systému. Rozkreslení vrchlíku je na obr. 1-6.

1 – pole; 2- řídící pole; 3 – klapka; 4 – okraj kuželovitě sestřižený; 5 – nosné šňůry; 6 – pólový otvor;

7 – pólové šňůry; 8 a 9 – lemovka; 10 – náběžná kapsa

Obr. 1-6 Vrchlík V-047-2 [22]

Na vrchlík byl použit materiál UTT 38960 a UTT 38866. [22]

Balení padáku OVP-80.08 pro seskok z letadla:

Balení padáků se skládá ze 4 etap:

 první etapa - přípravná práce

 druhá etapa - složení vrchlíku

 třetí etapa - uložení vrchlíku do vaku vrchlíku

 čtvrtá etapa – uložení vaku vrchlíku do obalu padáku

asi 1 m uloží varhanovitě zleva doprava do horního okraje vrchlíku tak, aby rohové části vaku vrchlíku byly vyplněny, viz obr. 1-7. [22]

Obr. 1-7 Uložení vrcholu vrchlíku ve vaku [22]

Zbývající části vrchlíku se uloží pomocí skladu v délce vrchlíku do vnitřní části vaku vrchlíku. Vkládání se provádí střídavě na levou a pravou stranu do rohu vaku vrchlíku. Přehyby vrchlíku pod spodním okrajem se vloží do kapsy vrchlíku, viz obr. 1-8. [22]

Obr. 1-8 Uložení vrchlíku do vaku vrchlíku [22]

Vak vrchlíku se uzavře spojením dělených částí. Svazek šňůr se ve vzdálenosti cca 450 mm od kraje vrchlíku se položí na střed vaku vrchlíku. Uzavírací chlopeň se přehne na vak a otvory průvlaček se provléknou pružinové kroužky. Pružinovými kroužky se provlékne svazek šňůr, přehnuté šňůry za kroužky se vloží do kapsiček. Dále se svazek šnůr vede do nejvyšší dvojice pryžových kroužků, nejdříve do pravé časti a pak se postupuje směrem dolů, viz obr. 1-9. [22]

Obr. 1-9 Začátek uložení svazku šňůr [22]

1.6.2. Padák OVP-12 SL

Tyto padáky jsou určeny k provádění bojových a cvičných jednotlivých, skupinových a hromadných seskoků z letadel, z malých výšek.

Základní parametry OVP-12 SL:

 Plocha vrchlíku 80+/- 0,2 m²

 Počet nosných šňůr 32

 Hmotnost padáku bez přenosné brašny max. 12,8 kg

 Hmotnost kompletu se záložním padákem pro seskok max. 18,3 kg

 Rozměry zabaleného padáku 450x300x200+/-20 mm

 Maximální počet povolených seskoků 270

 Životnost padáku 15,5 roku

k uvolnění uzavírací chlopně vaku vrchlíku. Vrchlík se postupně, počínaje spodním okrajem, vytahuje z vaku vrchlíku. Po úplném natažení vrchlíku a šňůr dochází k přetržení úvazku mezi spojovací šnůrou a spojovacím okem, který je připevněn k pólovým šňůrám vrchlíku padáku. Následuje plnění vrchlíku vzduchem, po jeho úplném naplnění se výsadkář snáší k zemi. [23]

Konstrukce vrchlík V-047-3 s nosnými šňůrami:

Vrchlík vytváří hlavní odporovou nebo vztlakovou plochu padáku OVP-12 SL.

Díky tomuto odporu je snížena rychlost a bezpečný dopad výsadkáře na zem.

Tvar vrchlíku je kruhový o ploše 80 m² a je celkově sešit z 32 polí. Na každé straně vrchlíku jsou dvě řídící pole, v těchto polích jsou zhotoveny klapky (pro dosažení změny směru, případně otočení vrchlíku kolem své osy). U spodního okraje jsou dva díly kuželovitě sestřiženy a po sešití se dolní okraj zúží. U dolního okraje je připevněno celkem 32 nosných šňůr. Šňůry dále pokračují do vnitřní části vrchlíku. Díky tomuto zapojení se vytváří vzduchová kapsa pro lepší stabilitu.

Na vrcholu vrchlíku se nachází pólový otvor, ve kterém jsou po jeho obvodě zapojené pólové šňůry. Sešité pole, spodní okraj a pólový otvor jsou zpevněné lemovkou. Po obvodě je na spodním okraji vrchlíku našito 16 náběhových kapes pro rychlejší rozevření vrchlíku při jeho naplňování vzduchem. Antiinverzní síť na krajích zajišťuje plynulé otevírání vrchlíku.

Volné konce nosného postroje jsou určeny k připojení vrchlíku padáku k nosnému postroji pomocí tříkroužkového systému. Rozkreslení vrchlíku je na obr. 1-10.

1 – pole; 2- řídící pole; 3 – klapka; 4 – okraj kuželovitě sestřižený; 5 – nosná šňůra; 6 – pólový otvor;

7 – pólové šňůry; 8 a 9 – lemovka; 10 – náběžná kapsa; 11- antiinverzní síť

Obr. 1-10 Vrchlík V-047-3 [23]

Na vrchlík byl použit materiál UTT 31335 a UTT 31331. [23]

Balení padáku OVP-12 SL pro seskok z letadla:

Balení padáků se skládá ze 4 etap:

 první etapa - přípravná práce,

 druhá etapa - složení vrchlíku,

 třetí etapa - uložení vrchlíku do vaku vrchlíku,

 čtvrtá etapa – uložení vaku vrchlíku do obalu padáku. [23]

Tato práce se zaměří jen na třetí etapu pro zjištění pozic šňůr při vytahování vrchlíku při seskoku, kdy dochází ke tření materiálů.

Uložení vrchlíku do vaku vrchlíku - okraje vrchlíku se přeloží ke středu vrchlíku tak, aby šíře byla stejná jako šíře vaku. Nejdříve se přeloží pravý a potom levý okraj.

Ukládání vaku vrchlíku se začíná od levého horního rohu vaku vrchlíku - zleva doprava, viz obr. 1-11.

Obr. 1-11 Uložení vrchlíku do vaku vrchlíku [23]

Složený spodní okraj vrchlíku s antiinverzní sítí se přiloží k uloženému vrchlíku směrem k vrchnímu dílu vaku vrchlíku.

Svazek šňůr se uchopí ve vzdálenosti 450 mm od okraje vrchlíku a položí se na střed vaku. Uzavírací chlopeň se přehne na vak a otvory průvlaček se provléknou pružinové kroužky. Pružinovými kroužky se provlékne svazek šňůr, přehnuté šňůry za kroužky se vloží do kapsiček. Dále se svazek šnůr vede do nejvyšší dvojice pryžových kroužků, nejdříve do pravé častí a pak se postupuje směrem dolů, viz obr. 1-12. [23]

Obr. 1-12 Začátek uložení svazku šňůr. [23]

2. Experimentální část

Měření bylo provedeno na padákových textiliích s kalandrovou a bez kalandrové úpravy, kde byly zkoumány parametry povrchové struktury a tření za vybraných podmínek. Dále byl ověřován vliv hladící úpravy na tření a jeho výsledky byly porovnány s hodnocením kvality povrchové úpravy padákových textilií, které jsou prováděny v praxi.

V první části měření bylo provedeno mikroskopické hodnocení povrchové struktury a zjišťovány přípravky použité na úpravu „Low Friction“ (dále jen hladící úprava).

Druhá část měření byla zaměřena na povrchovou strukturu před a po kalandrování. Dále byl posuzován vliv hladící úpravy na třecí parametry. V závěrečné části bylo provedeno hodnocení získaných výsledků, které byly dále porovnány s výsledky testování prováděného v praxi.

2.1. Charakteristika použitých materiálů

Při testování byly použity materiály z PA 6.6, které se běžně používají pro výrobu padáků. Jedná se o materiály vyrobené v UTT Technische Textilien GmBH & Co.

Německo, jehož vzorky jsou uvedeny v příloze 1. V příloze 2 jsou výrobcem dodané materiálové listy zkoumaných vzorků.

Výrobce u materiálů uvádí dvě povrchové úpravy. První povrchovou úpravou je mechanické kalandrování. Druhá povrchová úprava je chemická úprava, jež je výrobcem vysvětlována jako antistatická. Tuto úpravu výrobce blíže nespecifikuje z důvodu, že se jedná o know-how firmy pro bližší specifikaci této úpravy byla provedena spektrometrie.

Pro další testování materiálů bylo potřeba zjistit některé základní vlastnosti zkoumaných materiálů, např. tloušťku textilie. Výsledky měření tloušťky materiálu jsou zobrazeny v příloze 3. Pro výpočet pórovitosti byla nejprve vypočtena objemová měrná hmotnost, dle následného vzorce.

Objemová měrná hmotnost:

h q h S

m V

m _S

V   



[kg.m^-3]

(2.1)

Dále byla vypočtena pórovitost dle následujícího vzorce:

102

*

vlK V

p vlK









[%]

(2.2) kde: p - pórovitost textilie [%]

ρvlK - hustota klimatizovaných vláken [kg.m³] ρV - objemová měrná hmotnost textilie [kg.m³]

Základní specifikace materiálů jsou uvedeny v tabulce 2-1a,b. Pro snadnější manipulaci se vzorky bylo zavedeno zkratkové označení vzorků, viz tabulka 2-1a.

Tabulka 2-1a Přehled použitých materiálů

šarže materiálu

od výrobce

označení

vzorku úprava použití padáku

Dostava na 10 cm

Pórovitost [%]

tloušťka [mm]

plošná hmotnost

[g/m²] osnova útek

UTT

38960 1N

bez hladící úpravy

OVP-

80.08 380 380 59,1 0,08 37,3

UTT

31335 2H s hladící úprava

OVP-

12SL 400 400 59,1 0,08 37,30

UTT

38866 3NK

bez hladící úpravy +

kalandr

OVP-

80.08 460 460 29,8 0,05 40,01

UTT

31331 4HK

s hladící úpravou + kalandr

OVP-

12SL 480 540 40,7 0,06 40,61

Zdroj: Materiálové listy od firmy UTT Technishe textilie GmbH & Co. - Německo [24]

Tabulka 2-1b Přehled použitých materiálů

označení vzorku

prodyšnost [l/m²/sec]

Pevnost v tahu [N/5cm] Tažnost [%]

osnova útek osnova útek

1N 500 370 370 20 20

2H 50 382 382 20 20

3NK 15 450 450 30 30

4HK 15 410 410 20 20

Zdroj: Materiálové listy od firmy UTT Technishe textilie GmbH & Co. - Německo [24]

2.2. Charakteristika měření

Na výše uvedených zkoumaných materiálech, specifikovaných v tab. 2-1a a tab. 2-1b, bylo provedeno měření pro zjištění povrchové struktury a třecích parametrů za vybraných podmínek. Měření byla provedena v laboratořích Textilní fakulty, Technické univerzity v Liberci.

Měření bylo rozděleno do několika částí:

 Mikroskopická část byla zaměřena na potvrzení hladící úpravy na materiálech. Použita byla obrazová analýza LUCIA/NIS a rastrovací mikroskop VEGA-TESCAN

 Potvrzení hladící úpravy a její chemické složení bylo provedeno na Infračervené spektrometrii s Fourierovou transformací

 Hodnocení povrchové struktury na přístroji Talysurf CLI 500

 Zjišťování dynamického modulu na přístroji Dynamic modulus tester DMT PRM-5R

 Měření elektrické a povrchové rezistivity

 Tření materiálů bylo provedeno na přístrojích - KAWABETA KES-FB4 a LabTest 2.010

 Přímo u výrobce padáků MarS Jevíčko bylo provedeno testování materiálu odolnosti proti tepelnému namáhání na přístroji, který je běžně používán pro měření v praxi.

Příprava vzorků pro měření

Měření bylo provedeno přímo na ploše materiálu.

Postup měření

Nejprve byla provedena kalibrace systému a následně na každém vzorku byla provedena 4 měření.

Výsledky měření

Na obr. 2-1 je vybrán vždy jeden zástupce od každého vzorku. V příloze 3 jsou zobrazeny ostatní nasnímané materiály.

a) materiál 1N - bez úpravy b) materiál 3NK bez úpravy + kalandr

c) materiál 2H s úpravou d) materiál 4HK s úpravou + kalandr Obr. 2-1 Zkoumané materiály na LUCIA/NIS

Při porovnávání materiálů bylo zjištěno, že u materiálů s hladící úpravou byl obraz rozostřen, u materiálů bez úpravy byl obraz jasný bez rozostření. Dále je zde viditelná kalandrová úprava, kdy materiál je po kalandru více zploštěn, a proto se snížila jeho prodyšnost.

2.2.2. Rastrovací elektronový mikroskop VEGA-TESCAN

Rastrovací elektronový mikroskop VEGA-TESCAN je plně počítačově řízený rastrovací mikroskop. Mikroskop je používán ke zkoumání povrchů při velkém zvětšení při velké hloubce ostrosti. Získané „výsledky“ - obrazy je možné archivovat ve standartním PC formátu.

Příprava vzorků pro měření

Na zkoumané vzorky materiálu byla nanesena vrstva 15 - 18 nm zlata.

Postup měření

Zkoumaný vzorek byl mikroskopován po osnově, útku a v průřezu textilie následujícím postupem:

 nejprve byl preparát umístěn do komory s vysokým vakuem, kde se postupně zkoumal tenkým svazkem elektronů,

 odražený paprsek elektronů byl snímán sondou a převáděn na viditelný obraz,

 obraz byl uložen a exportován do *JPG formátu.

Výsledky měření

Při porovnávání obrazu bylo zjištěno, že materiál s hladící úpravou má viditelný povlak. U kalandrovaného materiálu jsou vlákna deformována do sebe a povlak se více dostal mezi vlákna, viz obr. 2-2. Další obrázky jsou uvedeny v příloze číslo 5.

Obr. 2-2 Materiály zkoumané na rastrovacím mikroskopu

Z průřezu vláken je patrné, že úprava není nanesena jen na jednu stranu materiálu, viz obr. 2-3.

Zkoumaný vzorek materiálu s a bez hladící úpravy byl extrahován dichlormethanem. Extrakty byly opakovaně nakápnuty na Au zrcátko a rozpouštědlo se nechalo odpařit. Na zrcátku, kde byl odpařován extrakt z tkaniny bez hladící úpravy, nezůstal po odpaření žádný zbytek. Na zrcátku po odpaření rozpouštědla z extraktu u tkaniny s hladící úpravou zbyla silná vrstva, která potvrdila, že materiál má povrchovou úpravu.

Postup měření

Nejprve bylo infračervené spektrum proměřeno prostou reflexí mikroskopicky na Au zrcátku. Na zrcátku byl dostatek matrice vzorku pro pokrytí ATR jednoodrazového krystalu. Po úpravě spektra korekcí na okolní atmosféru (odstranění rušivého vlivu CO2 a vlhkosti), korekcí na baselinu (srovnání sešikmení spektra) a normalizování (úprava intenzity spektra) byla pro vyhodnocení použita multikomponentní analýza pomocí nám dostupných komerčních knihoven.

Výsledky měření

Výpočet byl proveden pro dvě a tři majoritní složky. Na vzorcích s úpravou byl výsledek v případě dvou složek stejný, třetí složka byla podle výpočtu zastoupená ve velmi malém množství a velmi nejistá. Proto byly vzaty v úvahu dvě majoritní složky chemické úpravy. Složky jsou:

1) Látka na bázi polyolefinu - největší shodu knihovny se vzorkem vykazuje výrobek s obchodním názvem 100323/ANTISTAT PE MB, dodavatel AMPACET.

2) Látka na bázi silikonu - největší shodu knihovny se spektrem vzorku vykazuje výrobek s obchodním názvem GP-700, dodavatel GENESEE POLYMERS.

Obr. 2-4 Spektra povrchové úpravy a knihovních spekter s popisy píků

Obr. 2-5 Spektra povrchové úpravy s knihovních spekter bez popisu

2.2.4. Hodnocení povrchové struktury - Talysurf CLI 500

Přístroj Talysurf CLI 500 se používá na hodnocení povrchové struktury bezkontaktní metodou. Paprsek na snímací hlavici je odražen od měřeného povrchu a prochází skrz čočkové ústrojí, dále se zaostřuje na CCD snímač. Snímač zaznamenává vrcholové hodnoty v rozložení světla ze světelného bodu. Jednotlivé pixely CCD snímače pak určí X, Y, Z souřadnice měřeného místa. Vše se zobrazuje graficky

Obr. 2-6 Přístroj Talysurf CLI 500

Příprava měření

Pro měření byly připraveny vzorky o velikosti 100 x 100 mm.

Postup měření

Konfigurace parametrů snímání přístroje pro všechna měření byla vybrána a nastavena následovně:

 Velikost snímaného vzorku [mm] 10x10

 Rozlišení [Dpi] 1000

 Datová rozteč [μm] 10

 Rychlost měření [mm/s] 2

 Rychlost návratu [mm/s] 4

 Čas měření jednoho vzorku 3 hod. 37min.

Tyto parametry byly aplikovány u všech měření povrchu vzorků a byly vybrány v závislosti na kvalitě získaného obrazu a času potřebného pro měření.

Byl zvolen následující postup měření:

 umístění a připevnění vzorku na snímací desku,

 kalibrace systému dle konfigurace parametrů, které jsou popsány v předchozí části,

 zpracování naměřených dat a uložení obrazu v 2D a 3D rozměru pro další zpracování.

V programu Talymap byly blíže definovány a zjištěny charakteristiky drsnosti dle normy EUR ISO 15178N, ISO 25178, dále ISO 12781. Z dosažených dat byla vybrána ta, která se jevila jako nejvhodnější pro povrchovou strukturu padákových materiálů před a po kalandrování.

Výsledky měření

Na každém vzorku byla provedena tři měření. Všechna měření a grafické znázornění jsou uvedena v příloze 6. Nejprve byl porovnán povrch 2D, pro následné optimalizování stupnice pro každé měření. Bylo zjištěno, že se nedají stupnice sjednotit z důvodu kalandrové úpravy a lomu světla, viz obr. 2-7.

Obr. 2-7 Talysurf - nastavení stejné stupnice pro 2D povrch

Pokud byl nastaven jednotný parametr pro stupnici, obraz pro materiály s kalandrovou úpravou zanikl. Z tohoto důvodu byla nastavena optimální stupnice pro kalandrové materiály na hodnotu 550 [µm] a pro materiály bez kalandru byla použita hodnota 6500 [µm]. Následné grafické vyhodnocení a obrazy v 2D a 3D pohledech jsou uvedeny na obr. 2-8 až obr. 2-11. Na těchto obrázcích jsou dále uvedeny série povrchů vzorků a jejich délka.

a) b)

c)

d)

a) pohled 2D, b) pohled 3D, c) grafické zpracování povrchu vzorku, d) délka píku

Obr. 2-8 Povrch padákového materiálu - vzorek 1N

a) b)

c)

d)

a) pohled 2D, b) pohled 3D, c) grafické zpracování povrchu vzorku, d) délka píku

Obr. 2-9 Povrch padákového materiálu - vzorek 2H

a) b)

c)

d)

a) pohled 2D, b) pohled 3D, c) grafické zpracování povrchu vzorku, d) délka píku

Obr. 2-10 Povrch padákového materiálu - vzorek 3NK

a) b)

c)

d)

a) pohled 2D, b) pohled 3D, c) grafické zpracování povrchu vzorku, d) délka píku

Obr. 2-11 Povrch padákového materiálu - vzorek 4HK

Obrazy ploch materiálu jsou znázorněny na obrázku 2-12.

a) b)

c) d)

e) f)

g) h)

a) obraz ploch vzorek 1N, b) grafické znázornění plochy vzorek 1N, c) obraz ploch vzorek 2H, d) grafické znázornění plochy vzorek 2H e) obraz ploch vzorek 3NK, f) grafické znázornění plochy vzorek 3NK

g) obraz ploch vzorek 4HK, h) grafické znázornění plochy vzorek 4HK

Obr. 2-12 Zaplněné plochy materiálů

Na obrazech je patrné, že u materiálu s kalandrovou úpravou je výrazné zaplnění z důvodu zatavení vláken. U materiálu bez kalandrové úpravy je zaplnění nižší a materiál je z tohoto důvodu i vysoce prodyšný.

Experimentální výsledky byly hodnoceny na základě vybraných parametrů povrchu vycházejících z norem ISO 25178, EUR 15178N a ISO 12781. Do těchto parametrů patří výškové, prostorové, funkční objemové, amplitudové, prostorové objemové a parametry hladkosti.

Výškové parametry jsou normalizovány dle mezinárodně platné normy ISO 25178.

Byla provedena tři měření, z nichž byl vypočítán průměr, rozptyl a směrodatná odchylka.

Tabulka 2-2 Hodnoty výškových parametrů

Výškové parametry (ISO 25178)

Sq [μm]

Ssk

[μm] Sku [μm] Sp [μm]

Sv [μm]

Sz [μm]

Sa [μm]

1N

průměr 56 ^{-6 434 296 5305 5602 41}

rozptyl 27 3 254 51 26 68 9

95% Interval spolehlivosti

58 -4 436 298 5308 5604 43

53 -8 431 294 5303 5599 38

2H

průměr 123 -14 1371 368 5946 6314 82

rozptyl 71 ^{9 1502 137 446 510 44}

95% Interval spolehlivosti

125 -12 1374 370 5948 6316 85

121 -16 1369 366 5943 6312 80

3NK

průměr 72 0 3 184 184 367 40

rozptyl 27 0 1 28 72 84 26

95% Interval spolehlivosti

74 ^{2 5 186 186 370 42}

70 ^{-2 1 181 182 365 38}

4HK

průměr 87 0 2 238 263 502 75

rozptyl 7 1 0 34 34 6 7

95% Interval spolehlivosti

90 2 4 241 266 504 77

85 ^{-2 0 236 261 500 72}

Následuje grafický přehled průměrných hodnot pro výškové paramenty. Na obr. 2- 13 jsou znázorněny průměrné hodnoty daných parametrů.