VLIV VZORU V JEDNODUCHÝCH ŽAKÁRSKÝCH TKANINÁCH NA DRSNOST TKANIN
Diplomová práce
Studijní program: N3106 – Textilní inženýrství
Studijní obor: 3106T011 – Textilní a oděvní technologie Autor práce: Bc. Šárka Chaničkovská
Vedoucí práce: Ing. Brigita Kolčavová Sirková, Ph.D.
Liberec 2014
INFLUENCE OF PATTERN IN SIMPLE JACQUARD FABRICS ON FABRICS’ ROUGHNESS
Diploma thesis
Study programme: N3106 – Textile Engineering
Study branch: 3106T011 – Textile and clothing technology, textile technology
Author: Bc. Šárka Chaničkovská
Supervisor: Ing. Brigita Kolčavová Sirková, Ph.D.
Liberec 2014
Tento list nahraďte
originálem zadání.
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 mé diplomové práce a konzultantem.
Současně čestně prohlašuji, že tištěná verze práce se shoduje s elektronickou verzí, vloženou do IS STAG.
Datum: 19. 5. 2014
Podpis:
PODĚKOVÁNÍ
V této části mám možnost poděkovat všem, co mi při mém studiu pomáhali, směrovali mě, inspirovali mě, předávali mi cenné rady a informace.
Mé díky patří především vedoucí této práce Ing. Brigitě Kolčavové Sirkové, Ph.D.
za její trpělivost, čas a nápady, které mi věnovala. Dále děkuji konzultantům a odborníkům jako je Ing. Marie Koldinská, Ing. Lenka Techniková a Ing. Karol Ježík.
V neposlední řadě jsem vděčná své rodině a přátelům za nekonečnou podporu a důvěru.
Děkuji také všem čtenářům, kteří si tuto práci přečtou.
ANOTACE
Tato diplomová práce je zaměřena na objektivní hodnocení geometrické drsnosti povrchové vrstvy jednoduchých žakárských tkanin. Řeší, zda vzor žakárské tkaniny ovlivňuje její povrchovou drsnost. Vzory tkanin byly posuzovány z hlediska vnější a vnitřní struktury, z hlediska velikosti (rozměrů) a umístění desenů v ploše tkaniny.
Geometrická drsnost tkanin byla měřena a zaznamenávána pomocí kontaktní a bezkontaktní metody hodnocení povrchu. Vzorky byly nejprve aplikovány na přístroj KES – FB4, kde snímání povrchu zajišťuje dotykové čidlo. V dalším kroku se povrchová drsnost stejných vzorků otestovala na univerzálním přístroji Talysurf CLI 500, který zaznamenává profil povrchu pomocí bezdotykového konfokálního snímače.
Diplomová práce také obsahuje kompletní zpracování jednoduchých žakárských tkanin pro testování geometrické drsnosti, od prvních skic desenů až po výrobu tkanin v laboratoři katedry textilních technologií, Fakulty textilní, TU v Liberci.
KLÍČOVÁ SLOVA
Vzor, jednoduchá žakárská tkanina, uspořádání vzoru, struktura, provázání, zvlnění, povrch, nerovnost, geometrická drsnost, kontaktní a bezkontaktní metoda hodnocení, odchylka
ANNOTATION
This thesis is focused on the objective evaluation of geometric roughness of the simple jacquard fabric’s surface layer. It examines if the pattern of jacquard fabric has an influence on its surface roughness. The designs of fabrics were assessed according to aspect of outside and inside structure, aspect of size (dimensions) and aspect of petterns’ placement in fabric’s area. The geometric roughness of fabric was measured and recorded by using contact and noncontact method evaluation surface.
First, samples of fabric were applied to device KES – FB4 where the contact sensor esures scanning of surface. In the next step, same samples were tested on universal device Talysurf CLI 500, which records profile of surface using noncontact confocal sensor.
The thesis includes complete processing of simple jacquard fabrics for testing of geometric roughness, from first sketches of designs to fabrics’ production on department of textile technologies, Textile faculty, TU in Liberec.
KEYWORDS
Pattern, simple jacquard fabric, setting of pattern, structure, binding, waviness, surface, inequality, geometric roughness, contact and noncontact evaluation method, deviation
OBSAH
SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ ... 11
1. ÚVOD ... 13
TEORETICKÁ ČÁST 2. ZÁKLADNÍ CHARAKTERISTIKA ŽAKÁRSKÝCH TKANIN ... 14
2.1 Možnosti vzorování jednoduchých žakárských tkanin ... 15
3. STRUKTURA ŽAKÁRSKÝCH TKANIN ... 17
3.1 Vstupní materiál ... 17
3.1.1 Jemnost a průměr vstupního materiálu ... 18
3.1.2 Zaplnění vstupního materiálu ... 19
3.1.3 Nestejnoměrnost a chlupatost vstupního materiálu ... 20
3.2 Geometrie žakárských tkanin ... 20
3.2.1 Plošná geometrie... 21
3.2.1.1 Uspořádání a velikost vzoru v ploše žakárských tkanin ... 24
3.2.1.2 Dostava a stupeň provázání žakárských tkanin ... 25
3.2.2 Prostorová geometrie ... 28
3.2.2.1 Tvar průřezu nití v řezu tkaninou ... 30
3.2.2.2 Zvlnění nití ve tkanině ... 31
3.2.2.3 Výška vazné vlny osnovní a útkové nitě ve tkanině ... 33
3.2.2.4 Tloušťka tkaniny ... 34
3.2.2.5 Popis provázání nití ve tkanině ... 34
4. DRSNOST POVRCHU ... 35
5. DRSNOST TKANIN A HODNOCENÍ GEOMETRICKÉ DRSNOSTI ... 37
5.1 Geometrická drsnost tkanin ... 37
5.2 Hodnocení geometrické drsnosti tkanin ... 37
5.2.1 Objektivní metody měření geometrické drsnosti tkanin ... 38
5.2.1.1 Kontaktní metoda měření geometrické drsnosti tkanin ... 38
5.2.1.2 Bezkontaktní metoda měření geometrické drsnosti tkanin ... 41
EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST 6. TVORBA MATERIÁLU PRO TESTOVÁNÍ GEOMETRICKÉ DRSNOSTI ... 44
6.1 Návrhy jednoduchých žakárských tkanin ... 44
6.1.1 Inspirace ... 45
6.1.2 Návrhy ... 45
6.2 Zpracování vzorů v programu DesignScope Victor ... 47
6.2.1 Rozměry raportů, raportování ... 48
6.2.2 Vazební zpracování návrhů ... 50
6.2.3 Uložení vytvořených dat ... 51
6.3 Barevné zpracování žakárských tkanin ... 52
6.4 Zhotovení žakárských tkanin ... 53
6.5 Tvorba vzorků pro měření geometrické drsnosti tkanin ... 54
7. MĚŘENÍ GEOMETRICKÉ DRSNOSTI ŽAKÁRSKÝCH TKANIN ... 55
7.1 Kontaktní metoda měření geometrické drsnosti tkanin ... 56
7.1.1 Měření geometrické drsnosti žakárských tkanin pomocí KES – FB4 ... 57
7.1.2 Výsledky měření geometrické drsnosti prostřednictvím KES – FB4 ... 58
7.1.3 Určení polohy snímání drsnosti žakárských tkanin pomocí KES – FB4 ... 60
7.1.4 Měření geometrické drsnosti fólie a papíru pomocí KES – FB4 ... 63
8. ROZBOR TESTOVANÝCH ŽAKÁRSKÝCH TKANIN ... 66
8.1 Vliv velikosti a uspořádání vzoru v žakárské tkanině na geometrickou drsnost ... 67
8.2 Rozbor vazeb a vzornic testovaných žakárských tkanin ... 69
8.2.1 Rozbor vazeb testovaných žakárských tkanin ... 70
8.2.2 Rozbor vzornic testovaných žakárských tkanin ... 73
9. NÁVRH MOŽNÉHO ZPŮSOBU HODNOCENÍ DRSNOSTI ŽAKÁRSKÝCH TKANIN ... 80
10. ZÁVĚR ... 87
LITERATURA ... 89
PŘÍLOHA 1 ... 92
11
SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ
T [tex] jemnost vlákenného útvaru
m [g] hmotnost vlákenného útvaru
l [km] délka vlákenného útvaru
d [mm] průměr vlákenného útvaru
ρ [kg/m3] hustota vlákenného útvaru
ds [mm] substanční průměr vlákenného útvaru
µ [–] zaplnění vlákenného útvaru
V [m3] objem vláken
Vc [m3] celkový objem vlákenného útvaru
U [%] lineární hmotová nestejnoměrnost
CV [%] kvadratická hmotová nestejnoměrnost
Ulim [%] limitní lineární hmotová nestejnoměrnost CVlim [%] limitní kvadratická hmotová nestejnoměrnost Uf [%] výrobní lineární hmotová nestejnoměrnost CVf [%] výrobní kvadratická hmotová nestejnoměrnost Um [%] strojová lineární hmotová nestejnoměrnost CVm [%] strojová kvadratická hmotová nestejnoměrnost Do [cm-1] dostava osnovních nití
Du [cm-1] dostava útkových nití Dlim [cm-1] limitní dostava tkaniny Ds [cm-1] substanční dostava tkaniny Def [cm-1] efektivní dostava tkaniny
H [%] hustota tkaniny
dstr [mm] střední průměr nitě
defstr [mm] střední efektivní průměr nitě dsstr [mm] střední substanční průměr nitě dso [mm] substanční průměr osnovní nitě dsu [mm] substanční průměr útkové nitě defo [mm] efektivní průměr osnovní nitě defu [mm] efektivní průměr útkové nitě
fm [–] opravný činitel provázání
m [–] vazební exponent
f [–] stupeň provázání
no [–] počet osnovních nití ve střídě vazby
nu [–] počet útkových nití ve střídě vazby
ppo [–] počet překřížení v osnovní mezeře
ppu [–] počet překřížení v útkové mezeře
a [mm] šířka deformované nitě
b [mm] výška deformované nitě
eo [–] zvlnění osnovních nití
eu [–] zvlnění útkových nití
e [–] zvlnění tkaniny
ho [mm] výška vazné vlny osnovní nitě
hu [mm] výška vazné vlny útkové nitě
h [mm] celková výška vazných vln
T [mm] tloušťka tkaniny
12
SMD [µm] střední odchylka geometrické drsnosti
L [mm] délka měřeného úseku
l [–] pozice kontaktního čidla v ploše tkaniny T(l) [mm] tloušťka tkaniny v pozici l
Tj [mm] velikost konkrétní střídy vazby
t, t1 [mm] dílčí intervaly vazné vlny – střídy vazby p [mm] velikost přechodových úseků ve vazné vlně
A [mm] rozteč útkových nití
B [mm] rozteč osnovních nití
CAD Computer aided design
KES – FB Kawabata evaluation system for fabrics
THV Total hand value
CCD Charged couple device
CLA Chromatic length aberration
2D dvoudimenzionální
3D trojdimenzionální
EAT firma poskytující CAD systém DesignScope Victor
13 1. ÚVOD
Drsnost tkaniny je vlastnost určující kvalitu, životnost a použitelnost textilního výrobku. Je důležitou složkou při hodnocení komfortu textilií. Má vliv na omak, vzhled a odolnost tkaniny. Metodiky a přípravky pro měření drsnosti tkanin jsou v současnosti hojně dostupné, i tak je stále nutné zkoumat možnosti moderní doby, pokračovat ve vývoji nových metod měření a vytvářet modely pro predikci hodnoty drsnosti textilií.
Tato diplomová práce vznikla za účelem objasnit vliv vzoru jednoduché žakárské tkaniny na geometrickou drsnost její povrchové vrstvy a navrhnout vhodný způsob hodnocení drsnosti. Vzory tkanin byly posuzovány z hlediska plošného a prostorového uspořádání, dále z hlediska rozměrů a zaplnění plochy tkaniny vzorem. Povrch tkaniny se skládá z mikrogeometrických a makrogeometrických nerovností. Makrogeometrii tvoří tvar a vlnitost povrchu, mikrogeometrie je drsnost povrchu neboli odchylky výšky profilu povrchu od střední roviny (tloušťky) tkaniny. Hodnota drsnosti je v první řadě podmíněná vlastnostem a parametrům délkové textilie, která vstupuje do tkaniny. Dále je utvářená složitostí vzoru, který určuje konstrukční uspořádání tkaniny a tím i tvar a členitost profilu povrchu tkaniny. Nerovnosti povrchové vrstvy tkaniny určují vazné body, jež jsou uspořádány do strukturálních modelů provázání, u kterých jsme schopni předpokládat jejich přibližnou drsnost. Lze predikovat, který vazební model je nejdrsnější a naopak. Vazné body spojené ve strukturních vazebních modelech tvoří různé vazby, které společně sestavují vzor žakárské tkaniny. Na velikost a rozmístění nerovností povrchu tkaniny má vliv řada faktorů např. jemnost a plocha průřezu délkové textilie vstupující do tkaniny, dostava tkaniny či typ použitého tkacího stroje.
Pro experimentální část této práce byl vytvořen vlastní materiál pro testování geometrické drsnosti. Práce obsahuje kompletní zpracování žakárských vzorů od návrhu až po výrobu středně těžkých polyesterových tkanin v dílně fakulty Textilní, TU v Liberci. Kolekce čtyř tkanin se shodnými vazbami a rozdílným vzorem byla hodnocena objektivní kontaktní a bezkontaktní metodou snímání povrchové drsnosti.
Pro kontaktní metodu snímání byl aplikován přístroj KES – FB4 a pro bezkontaktní přístroj Talysurf CLI 500. Pro ověření efektivnosti vybraných měřících zařízení byl dále nasnímán povrch ideálně hladký – folie a povrch s jemnou strukturou – papír.
14 TEORETICKÁ ČÁST
Tato část diplomové práce uvádí charakteristiky žakárských tkanin, které mají vliv na geometrickou drsnost textilií. Popisuje drsnost tkanin a možné metody objektivního hodnocení této vlastnosti.
2. ZÁKLADNÍ CHARAKTERISTIKA ŽAKÁRSKÝCH TKANIN
Žakárské tkaniny se vytvářejí pomocí stejnojmenného zařízení, které sestavil francouzský tkadlec a mechanik Joseph Marie Jacquard za účelem zdokonalit tkalcovský stav pro tkaní vzorovaných tkanin. Vytvořil tzv. žakárové programové řízení, ve kterém postupovaly děrné karty přes otočný hranol. Karty byly přitlačovány proti horizontálně postaveným jehlám v hranolu. Jehly, které pronikly otvory v kartách, ovládaly nože, které zvedaly určité platiny se zdvižnými šňůrami nesoucí nitěnky s navedenými osnovními nitěmi, které tak vytvářely požadovaný prošlup. Tento princip tvorby prošlupu se používá dodnes. [1]
V současné době se pro tkaní žakárských tkanin využívá výhradně elektronického žakárského prošlupního mechanismu. Žakárský stroj je umístěn nad tkacím stavem na speciální konstrukci a je napojen přímo na počítač, obr. 1. Platiny, které pohybují nitěmi přes zdvižné šňůry a nitěnky, jsou ovládány elektromagnety. Počítač vyšle signál do prošlupního zařízení, které zajistí pohyb osnovních nití a tím vytvoří požadovaný prošlupu pro zanesení útku. [2]
Obr. 1 Elektronický žakárský stroj Stäubli SX [2]
15
Žakárské tkaniny jsou plošné nebo prostorové textilie tvořené drobnými či velkoplošnými, složitými vzory s četnými detaily, obr. 2. Vyrábějí se na tkacích strojích s žakárským prošlupním zařízením s kapacitou 64 až 30 720 platin. Jestliže je vytkávaný vzor větší než kapacita stroje, může se použít na jednom tkacím stroji i více žakárských strojů vedle sebe. [1], [2]
Obr. 2 Žakárské tkaniny [3]
2.1 Možnosti vzorování jednoduchých žakárských tkanin
Nejjednodušším typem žakárských tkanin je jednoduchá žakárská tkanina.
Je tvořena pouze jednou osnovní a jednou útkovou soustavou nití, kde se nitě jedné soustavy ukládají v rovině vedle sebe. Barevné vzorování je u tohoto typu žakárských tkanin omezeno na jednu barvu v jednom řádku tkaniny. Nejčastěji se jednoduché žakárské tkaniny zhotovují v jednobarevném (osnova a útek ve stejné barvě) nebo dvoubarevném provedení (osnova a útek v rozdílných barvách). Lícní i rubní strana tkaniny, jsou strany vzhledové a lze je obě používat jako lícní stranu výrobku. V tomto případě hovoříme o tkanině oboustranné.
Žakárské prošlupní zařízení poskytuje velké možnosti vazebního vzorování a propracování desénů do nejmenších detailů. Můžeme vytvořit tři základní typy vzorů.
Drobné motivy, které jsou ohraničené, několikrát se opakují v ploše tkaniny, vzájemně na sebe nenavazují, obr. 3. Vzory velkoplošné, v ploše tkaniny se neopakují, vzor zaplňuje celou šíři tkaniny. Tento typ vzoru se využívá zejména pro koberce, ručníky,
16
ubrusy, textilní obrazy atd., obr. 5. Posledním v řadě je desén, který na sebe navazuje a několikrát se v ploše tkaniny opakuje, obr. 4. Žakárské vzory se vytvářejí kombinací vazebních efektů – osnovních, útkových a oboustranných. Pro barevné vzorování se využívá barevného snování nebo házení, tkanina je vzorována podélnými či příčnými pruhy nebo kostkami. [4]
Obr. 3 [5] Obr. 4 [5]
Obr. 5 [6]
17 3. STRUKTURA ŽAKÁRSKÝCH TKANIN 3.1 Vstupní materiál
Před procesem tkaní, jehož výstupem je plošná textilie, zkoumáme vstupní materiál, který má nesporný vliv na strukturu a konstrukci tkaniny. Vlastnosti použitých nití předávají vlastnosti tkanině a díky tomu můžeme předpokládat a očekávat jisté chování plošné textilie. Již před vznikem tkaniny víme, jaké mohou být její přibližné parametry, s nimi můžeme predikovat další vlastnosti. Pro hodnocení povrchových vlastností tkanin musíme sledovat vlastnosti povrchu vstupní délkové textilie, mezi které se řadí nestejnoměrnost, chlupatost, jemnost, zaplnění apod.
Textilní trh nabízí velmi různorodý sortiment délkových textilií, ale téměř u všech hodnotíme stejné základní vlastnosti. První informací o vlákenném útvaru je materiálové složení (přírodní, syntetické či směsové), dále technologie výroby, technologie předení, nestejnoměrnost apod. Obr. 6 a 7 představují vybrané délkové textilie používané pro tkaní.
Obr. 6 Multifil, česaná, mykaná, rotorová příze [7]
Obr. 7 Efektní příze [8]
18 3.1.1 Jemnost a průměr vstupního materiálu
Velmi důležitým ukazatelem, který ovlivňuje povrchové vlastnosti tkaniny je jemnost délkové textilie , která nám říká jaká je hmotnost určitého délkového úseku vlákenného útvaru. Informace o jemnosti textilního vlákenného útvaru je dostupná od výrobce nebo lze stanovit výpočtem, rovnice (1) či experimentálně, nejčastěji se uvádí v jednotkách tex. [9]
T [tex] jemnost vla kenne ho u tvaru m [g] hmotnost vla kenne ho u tvaru l [km] de lka vla kenne ho u tvaru
S jemností délkové textilie je úzce spjat základní parametr průměr nitě, který je nezbytný pro hodnocení tvaru a plochy průřezu délkové textilie. Průměr lze stanovit experimentálně i teoreticky, rovnice (2).
Teoretický průměr příze je smluvní hodnotou a bývá nahrazen průměrem válce, ve kterém je soustředěna převážná část vláken a který má stejnou plochu průřezu jako délková textilie.
√
d [mm] pru me r vla kenne ho u tvaru T [tex] jemnost vla kenne ho u tvaru µ [ ] zaplne n vla kenne ho u tvaru
[ ⁄ ] hustota vla kenne ho u tvaru
(1)
(2)
19
Jestliže by vlákna byla stlačena do homogenního válce o ploše substančního průřezu , měla by nit průměr substanční. Substanční průměr délkové textilie
je teoreticky nejmenší průměr (bez vzduchu). Mezi průměrem a substančním průměrem vlákenného útvaru platí relace , viz obrázek 8. [7]
Obr. 8 Průměr příze a substanční průměr příze [7]
3.1.2 Zaplnění vstupního materiálu
Další vlastností, kterou sledujeme je zaplnění délkové textilie. Zaplnění udává poměr vláken a vzduchu ve vlákenném útvaru, jinak řečeno, kolik objemu vláken je obsaženo v celém vlákenném útvaru. Zaplnění příze se stanoví výpočtem dle rovnice (3) jako podíl mezi objemem vláken a objemem celkovým . Dále platí a 〈 〉. [9]
µ zaplne n vla kenne ho u tvaru [–]
V objem vla ken [m3]
Vc celkovy objem vla kenne ho u tvaru [ ]
(3)
20
3.1.3 Nestejnoměrnost a chlupatost vstupního materiálu
Často pozorovaným parametrem délkové textilie, který přímo ovlivňuje vzhled, prodyšnost a povrchové vlastnosti tkaniny, je hmotová nestejnoměrnost. Vzniká při výrobě a prolíná celou výrobní technologii. Vlákenný útvar není homogenní, obsahuje slabá a silná místa v celé své délce. Nestejnoměrnost udává kolísání hmoty vláken v průřezu či délkovém úseku textilního vlákenného produktu. Hmotová nestejnoměrnost se udává v % a vyjadřuje se parametry jako je lineární hmotová nestejnoměrnost , kvadratická hmotová nestejnoměrnost , limitní hmotová nestejnoměrnost , výrobní a strojová nestejnoměrnost vlákenného útvaru. [10]
Chlupatost vstupního materiálu je charakterizována množstvím nebo volně pohyblivých konců vláken nebo vlákenných smyček vystupujících z délkové textilie.
Chlupatost výrazným způsobem ovlivňuje jak zpracovatelské vlastnosti vlákenného útvaru, tak i užitné vlastnosti koncového produktu (omak, zaplnění plošné textilie, drsnost, vzhled, nopky atd.). [11]
3.2 Geometrie žakárských tkanin
Geometrie tkanin poskytuje informace o vnějším a vnitřním uspořádání tkaniny, vykazuje pravidelnosti a zákonitosti, které jsou ovlivněny mnoha faktory. Hlavním úkolem geometrie tkaniny je sledovat tvar osnovních a útkových nití a jejich vzájemné plošné a prostorové uspořádání ve tkanině. Geometrii tkaniny tedy můžeme rozdělit na dvě složky – plošnou a prostorovou.
Základem pro studium plošné i prostorové geometrie je tzv. vazná buňka (jedno zakřížení osnovy a útku). Pro jednotlivé geometrie se zobrazuje v jiném pohledu.
Pro sledování plošné geometrie využíváme půdorysného pohledu a pro pozorování geometrie prostorové používáme podélné a příčné pohledy na tkaninu, obr. 9.
21
Obr. 9 Plošné a prostorové zobrazení vazné buňky
Plošná geometrie dále vychází z předpokladu, že jsou všechny vazné body tkaniny v jedné rovině. Ale ve skutečnosti jsou vazné body vychýlené nad lícní a pod rubovou rovinu tkaniny, k čemuž dochází provázáním nití. Detailnější údaje o vystupování vazných bodů sleduje a udává geometrie prostorová. [12]
3.2.1 Plošná geometrie
Plošná geometrie tkaniny je určena nejprve vzorem, od kterého se odvíjí způsob provázání osnovních a útkových nití ve tkanině neboli vazba tkaniny. Typ zvolené vazby ovlivňuje vlastní konstrukci tkaniny a dodává tkanině nezbytné mechanické a užitné vlastnosti (drsnost, omak, prodyšnost, pevnost, tažnost atd.). Vazbu charakterizuje její pravidelně se opakující část, tzv. střída. Střída je pro každý vzor definována velikostí a složitostí provázání v příčném i podélném směru tkaniny. Dále je vnější struktura určena použitým materiálem a dostavou obou soustav nití atd. Tento soubor údajů je definován desinatérem před tkacím procesem.
22
Pro znázornění plošného uspořádání tkaniny se obvykle používá tzv. vzornice vazeb, ve které je jasně zakreslen vzor i způsob provázání nití v jednotlivých soustavách, obr. 10. Vzornice se zakresluje do sítě
obrazových bodů (rastru). Svislé mezery znázorňují osnovní nitě, mezery vodorovné nitě útkové. Jeden čtvereček rastru odpovídá jednomu vaznému bodu tkaniny, místo křížení osnovy a útku.
Osnovní vazný bod je ve vzornici znázorněn tmavým bodem, zobrazuje se červenou barvou. Útkový vazný bod je jeho opakem, znázorňuje se světlým bodem, v celé vzornici bílou barvou. [12]
Obr. 10 Vzornice vazeb [13]
Vzornice vazby je uspořádána z vazebních modelů provázání, jinak zvaných pórových buněk. Vzornici lze také zobrazit právě pomocí matice strukturních vazebních modelů. Velikost matice je určena velikostí střídy vazby. Počet osnovních nití odpovídá počtu sloupců a počet útkových nití se rovná počtu řádků ve střídě vazby. Jednotlivé prvky matice se určují podle vzájemného provázání nití osnovní a útkové soustavy.
V provázání nití ve tkanině můžeme identifikovat pouze čtyři typy strukturních modelů.
Osnovní a útkové nitě se mohou nacházet v úplném křížení, částečném křížení, zdvojení nití či v úplné flotáži. Plošné a prostorové znázornění jednotlivých strukturních vazebních modelů je uvedeno na obr. 11. [14]
23
p1 _ úplné křížení p2 částečné křížení p3A(B) zdvojení nití p4 úplná flotáž Obr. 11 Plošné a prostorové zobrazení strukturních modelů provázání [14]
Z takto definovaných modelů můžeme stanovit maticový zápis vazních bodů pro střídu jakékoli vazby. Na obr. 12 je uveden příklad základní pětivazné atlasové vazby s postupným číslem 3. [14]
[
]
Obr. 12 Maticový zápis vazních bodů atlasové vazby[14]
U vazebně složitých a rozměrově rozsáhlých vzornic se pro predikci pórových buněk využívá software, který dokáže poskytnout informace o množství jednotlivých strukturních modelů provázání v ploše vzornice vazeb. Na fakultě textilní TU v Liberci je pro řešení této problematiky dostupný program ProTkaTex. Tento software je určen pro projektování listových a žakárových tkanin, používá se především pro určení vybraných mechanických a užitných vlastností tkaniny, u které jsou známé vlastnosti přízí a použité vazby. Program je schopný komunikovat s CAD systémy pro vzorování tkanin, u kterých je výstupem vazebně zpracovaný vzor. V softwaru ProTkaTex
24 je možná vizualizace tkaniny na základě vstupních (příze) a výstupních (tkanina) parametrů. Na obr. 13 je vzornice vazeb jednoduché žakárské tkaniny s označením jednotlivých typů pórových buněk. Vzornice jednoduché žakárské tkaniny je seskupením všech typů strukturních modelů provázání.
[15]
Obr. 13 Vzornice jednoduché žakárské tkaniny s vyznačením pórových buněk
3.2.1.1 Uspořádání a velikost vzoru v ploše žakárské tkaniny
Možnosti umístění a velikosti vzoru v ploše tkaniny jsou rozmanité, záleží jen na představě designéra, kapacitě žakárského stroje a na účelu použití žakárské tkaniny.
Pracujeme se střídou vzoru, jako se základním elementem, který můžeme různě řadit v ploše, natáčet, převracet, ředit, přesazovat, zmenšovat či zvětšovat. Tímto postupem můžeme dosáhnut velmi zajímavých a složitých vzorů, lze získat mnoho variant žakárských tkanin za použití stejné střídy vzoru, jako základního prvku vzorování.
Při zpracování vzoru v CAD systémech pro tkaní používáme nástroj raportování.
Raport je označení pro opakující se ornament v ploše tkaniny. Raportování desénu žakárských tkanin je tedy opakování nebo řazení stříd vzoru v celé ploše tkaniny.
Můžeme využít plného raportu – jedna střída vzoru (obr. 14) nebo střídu vzoru zmenšit a několikrát ji v raportu opakovat. Pak můžeme střídy ředit, raportovat např. do plátna či zaplnit vzorem pouze ¼ raportu (obr. 15). V raportu je možné přesazování, posouvání či natáčení vzorů (obr. 16). Lze docílit velkého množství variant vzorů žakárských tkanin právě za použití raportování. Uspořádáním vzoru definujeme plochu tkaniny, stanovujeme jaká plocha je zaplněna půdou, základní plochou tkaniny a jaká část tkaniny
25
je vyplněna vzorem. Půda tkaniny je tvořena pouze jednou vazbou, vzor je oproti půdě kombinací několika vazeb. [13]
Obr. 14 Plný raport Obr. 15 raportování do plátna, vzor zaplňuje ¼ raportu
Obr. 16 zaplnění celého raportu vzorem s natáčením či přesazováním vzoru
Šípky na obr. 14, 15 a 16 zastupují vzor v raportu tkaniny, tímto způsobem můžeme jednoduše zobrazit velikost, způsob umístění a orientace jakéhokoliv vzoru v ploše žakárské tkaniny.
3.2.1.2 Dostava a stupeň provázání žakárské tkaniny
Plošné uspořádání tkaniny je v neposlední řadě ovlivněno dostavou nití ve tkanině. Dostava udává počet nití na jednotku délky, nejčastěji na 1 nebo 10 cm.
Definuje se zvlášť pro osnovní a zvlášť pro útkovou soustavu nití. Označuje se pro dostavu osnovy a pro dostavu útku. Pro hodnocení struktury tkaniny a tkacího procesu se používají další typy dostav. Limitní dostava tkaniny je stoprocentně hustá čtvercová dostava, která předpokládá, že osnovní a útkové nitě jsou stejné “dráty”
kruhového průřezu z homogenního materiálu bez vzduchových mezer. Nitě se navzájem dotýkají, mezi jednou soustavou nití těsně provazuje soustava druhá. Místa, kde se obě soustavy nití setkávají, leží v osové rovině tkaniny. Jedná se o dostavu teoretickou, která
26
se stanovuje výpočtem v plátnové i neplátnové vazbě. Tento typ dostavy tkaniny lze vyjádřit na základě středního průměru nití ve tkanině, rovnice (4). Výpočet provádíme s použitím středních substančních nebo efektivních průměrů přízí. Střední průměr příze je průměrná hodnota průměru osnovní a útkové nitě.
Substanční průměr příze je teoreticky nejmenší průměr, kdy uvažujeme přízi jako homogenní válec bez vzduchových mezer, rovnice (5). Průměr efektivní je určen experimentálně podle IN 22-103-01/01 jako hodnota odpovídající průměrnému radiálnímu zaplnění 0,15 nebo jako hodnota rovnající se 50 % křivky zčernání podle IN 22-108-01/01. [16]
Dostava tkaniny limitní (substanční, efektivní) pro čtvercové plátnové i neplátnové vazby lze určit:
√
√
[ ]
[ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ]
[ ]
Optimální dostava tkaniny se stanovuje na základě plnosti neboli hustoty tkaniny , s použitím středních substančních nebo efektivních průměrů přízí, rovnice (6). Hustota tkaniny je poměrem skutečné dostavy a limitní dostavy tkaniny.
(4), (5)
27
√
√
[ ]
[ ] [ ] [ ]
[ ] [ ]
Nejvyšší dosažitelná dostava je v praxi nepoužitelná, protože nelze vyrušit vzduchové mezery v jednotlivých nitích a zatkávané útky nelze přirazit k sobě tak těsně, aby nevznikly póry mezi nitěmi. Můžeme ji sledovat a používat jen jako hraniční hodnotu dostavy, přes kterou se při tkacím procesu nesmíme dostat. Při překročení limitní dostavy nastávají problémy, např. tzv. bubnování, kdy se vzdálenost mezi paprskem a čelem tkaniny zkrátí na tolik, že paprsek dosahuje velkého rázu, bubnuje o čelo tkaniny. Dochází pak k častým přetrhům osnovních nití a zastavování stroje.
Maximální možná dostava je rozdílná pro jednotlivé vazby. Plátno je nejvíce zaplněná vazba bez volně ležících nití. Jeho limitní čtvercová dostava je tedy nejnižší ze všech vazeb. U neplátnových vazeb, které jsou sestaveny převážně z neprovazujících volně ležících úseků nití, tzv. flotáží, můžeme dosáhnout většího nahuštění nití ve vazbě, tedy vyšší dostavy než u plátna. Vliv neprovázání nití na dostavy jednotlivých soustav můžeme vyjádřit na základě opravného činitele provázání . Opravný činitel zachycuje vliv druhu vazby dvěma parametry – koeficientem provázanosti tkaniny a vazebním exponentem. Vazební exponent vyjadřuje možnost podsouvání nití pod sebe ve volně provázujících vazbách, v místě flotáže dochází k shlukování nití k sobě, překrývání jedné nitě druhou apod. Čím je vazba volnější, tím je vazební exponent větší, zvětšuje se opravný činitel provázání a tento fakt nám umožňuje dosahovat vyšších limitních dostav tkaniny. Hodnoty vazebních exponentů byly stanoveny na základě experimentu v Brierleyho teorii podle základních druhů vazeb. Stupeň provázání tkaniny vystihuje počet zakřížených úseků nití vzhledem k celkovému počtu vazných bodů ve střídě vazby.
Sleduje počet průchodů útku a osnovy z líce na rub tkaniny. [12], [16]
28
Pro jednotlivé typy vazeb lze použít vztahy vyjadřující stupeň provázání tkaniny, osnovy a útku. Rovnice (7) vyjadřuje stupeň provázání u základních vazeb tkaniny, kde no = nu nebo no > nu. Pro základní vazby, kde no < nu, vyjadřuje stupeň provázání rovnice (8). [16]
∑
∑
n a [ ]
c r e [ ] c u y r e [ ] c r r [ ] c r u e r [ ]
3.2.2 Prostorová geometrie
Vnitřní struktura tkaniny, jinak označována jako prostorová geometrie je především určena typem a seřízením tkacího stroje. To znamená, že tkanina stejné konstrukce může být za odlišných podmínek nebo na rozdílných strojích setkána v poměrně jiných prostorových strukturách provázání. Vnitřní uspořádání tkaniny obvykle znázorňujeme ve dvou k sobě kolmých řezech, v podélném (po osnově) a příčném (po útku) směru. Pohled na tkaninu v řezu lze vytvořit teoreticky pomocí geometrického modelu vazné buňky tkaniny nebo praktickým vytvořením řezů tkaninou dle IN 46-108-01/01. Experimentálně stanovené pohledy na tkaninu se získávají z tzv. měkkých nebo tvrdých řezů. Před vlastním řezem je nutné polohu nití ve tkanině zafixovat, např. lepidlem. Následně se tkanina zalévá do média, po jehož ztuhnutí vznikne bloček, z kterého se speciální technikou oddělují mikrometrické řezy. [12]
Měkký řez se tvoří z tkaniny fixované ve směsi včelího vosku a parafínu.
Při využití měkkých řezů je nutno bloček s tkaninou mrazit, aby bylo možné následné řezání plátků na mikrotonu o tloušťce 25 – 50 µm. Tvrdý řez se tvoří z textilie zalité do (7), (8)
29
média na bázi epoxidové pryskyřice. Touto technikou lze vyrobit tenčí řezy o tloušťce 10 µm, protože u tvrdých řezů dosahujeme lepší fixace textilie. V případě měkkých řezů je možné provádět jejich sekvence v pravidelných intervalech a prostorový tvar rekonstruovat počítačovým programem. Náročné je zajistit správnou vzájemnou polohu jednotlivých řezů. [17]
Řezy tkaninou zobrazují vzájemné postavení vazných bodů, jejich vazebné provázání v prostoru. Pomocí příčných i podélných řezů tkaninou definujeme tvar vazné vlny, délku nitě ve vazné vlně, úhel provázání a tvar průřezů nití ve tkanině, obr. 17.
Obr. 17 Podélný a příčný řez tkaninou
30
Pro hodnocení prostorové geometrie využíváme soubor údajů, které udávají tvar a rozměry osnovních a útkových nití a jejich vzájemné prostorové uspořádání ve vazné vlně tkaniny. Tyto parametry vazné buňky tkaniny jsou ovlivněny vlastnostmi použitých nití, vazbou a dostavou tkaniny. Jsou potřebné pro popis vzájemných vazeb ve tkanině, jsou měřitelné a lze je považovat za parametry využitelné pro další hodnocení tkaniny.
Velikosti většiny parametrů lze stanovit experimentálně např. pomocí obrazové analýzy nebo teoretickým výpočtem. Mezi základní geometrické parametry definující vnitřní strukturu se řadí: [14]
velikost a tvar průřezu nití v řezu tkaninou
zvlnění nití ve vazné vlně
výška vazné vlny osnovní a útkové nitě ve tkanině
tloušťka tkaniny
délka nitě ve vazné vlně
úhel provázání nití ve tkanině
3.2.2.1 Tvar průřezu nití v řezu tkaninou
Osnovní i útková nit se po zanesení do tkaniny deformuje ve vazném bodě.
Původní „rovná“ nit se zatkáním do plošné textilie mění, v příčném směru nití dochází k příčné deformaci. Ve vazných bodech se nitě vzájemně stlačují a jejich průřez se deformuje díky přítomnosti tahových sil mezi nitěmi. Důsledkem deformace je stlačení, rozšíření a zhuštění nití ve tkanině. Na deformace přízí ve tkanině má vliv řada faktorů – proces tkaní, dostava, hustota, vazba, vlastnosti délkových textilií (jemnost, zákrut, technologie) a finální úpravy tkaniny. Výchozí nit s průměrem se ve vazném bodě zdeformuje do zploštělého tvaru, který je charakterizován šířkou a výškou nitě .
Jelikož je výpočet skutečného tvaru deformovaného průřezu nitě velmi složitý, reálný průřez nitě se nahrazuje apriorními tvary průřezů nití. Teoretický průřez nitě – kružnice se mění na elipsu, ovál – Kempův průřez nebo čočku, obr. 18.
Stupeň a tvar deformace určuje např. dostava, druh materiálu, počet vláken v průřezu nitě a velikost sil působících ve tkanině. [18], [19]
31
Obr. 18 Tvar průřezu nitě – kružnice, elipsa, ovál (Kempův průřez), čočka [19]
3.2.2.2 Zvlnění nití ve tkanině
Ke zvlnění nití dochází po jejich zanesení do tkaniny, nitě jsou deformované v podélném směru. Z tkaniny obecně vystupují vazné body jedné nebo druhé soustavy nití, jsou vychýlené nad a pod střední rovinu tkaniny. Tento fakt je ovlivněn použitým přírazným systémem, napětím osnovy a útku, materiálem atd.
Míru zvlnění osnovních a útkových nití ve vazné vlně – lze přibližně určit podle fází provázání tkaniny vycházejících z práce Novikova, který klasifikoval provázání tkaniny podle míry zvlnění obou soustav nití, viz obr. 19. Fází provázání je devět a jsou odstupňovány podle míry zvlnění osnovy . Platí vztah: .
1. Fáze: _ osnovní nitě jsou napřímené, útkové nitě jsou maximálně zvlněné 2. Fáze:
3. Fáze:
4. Fáze:
5. Fáze: osnovní a útkové nitě jsou zvlněné stejně 6. Fáze:
7. Fáze:
8. Fáze:
9. Fáze: _ osnovní nitě jsou maximálně zvlněné, útkové nitě jsou napřímené
32
Obr. 19 Fáze provázání tkaniny – zvlnění dle Novikova [12]
Jednotlivé fáze vyjadřují stádia vzniku tkaniny. Mezi zvlněním osnovy a útku je vztah, který vyplývá z kontaktu osnovních a útkových nití ve vazném bodě.
Fáze 1 je jedním z krajních případů zvlnění, kdy je osnova rovná a útek je maximálně zvlněn. Opačnou hraniční situací je fáze 9, kdy je osnova maximálně zvlněna a útek je napřímen. Ideální zvlnění tkaniny představuje fáze 5, která může nastat po sejmutí tkaniny ze stavu v režné tkanině. V tomto případě leží osnovní a útkové vazné body v jedné rovině, tkanina je označovaná jako vyrovnaná. Lze předpokládat, že fáze provázání 6 až 7 odpovídají poloze tkaniny mezi rozpínkami, kde je útek značně napnut.
Při přechodu tkaniny na zbožový vál se útek značně uvolní, tkanina je částečně relaxovaná a dosáhne fáze 3 až 4. Extrémní fáze 1, 2, 8 a 9 jsou pochopitelně nereálné, protože by nutné napětí osnovy nebo útku porušilo nit.
Míra zvlnění nití ve tkanině ovlivňuje charakter povrchových nerovnosti a tím hodnotu povrchové drsnosti. Velikost neboli výška vychýlení vazných bodů nad a pod střední rovinu tkaniny by měla odpovídat střední odchylce od tloušťky tkaniny. [12]
33
3.2.2.3 Výška vazné vlny osnovní a útkové nitě ve tkanině
Výška vazné vlny je mírou zvlnění nitě. Je to největší vzdálenost osy nitě od střední roviny tkaniny, obr. 20. Tento parametr lze stanovit experimentálně z příčných a podélných řezů tkaninou (např. pomocí obrazové analýzy) nebo výpočtem na základě středního průměru nití a míry zvlnění osnovy a útku .
Zvlnění nití , jak pro osnovní soustavu nití v podélném řezu tak i pro útkovou soustavu nití v příčném řezu, je možné stanovit na základě vstupních parametrů tkaniny a vstupních parametrů stroje. Vstupním parametrem, který ovlivňuje dané zvlnění nití, je dostava osnovy, dostava útku ve spojení s provázáním nití a tahová síla v osnovních nitích, jenž reaguje na uvedené parametry. [16]
Výška vazné vlny osnovy, útku lze určit následujícím vztahem, rovnice (9):
Dále platí, rovnice (10):
výška vazné vlny osnovní nitě
výška vazné vlny útkové nitě Obr. 20 Teoretický podélný řez tkaninou [ ]
[ ] [ ]
[ ]
[ ]
(9)
(10)
34 3.2.2.4 Tloušťka tkaniny
Tloušťka tkaniny T je definována jako kolmá vzdálenost mezi lícem a rubem textilie, měřená za předepsaného přítlaku na tloušťkoměru. V ideálním případě by byla tloušťka dána součtem průměru použité osnovní a útkové nitě. Tloušťka tkaniny je závislá nejenom na průměru a jemnosti osnovních
a útkových nití, ale také na použité vazbě a míře zvlnění osnovních a útkových nití ve vazné vlně tkaniny. Obr. 21 znázorňuje teoretickou tloušťku
tkaniny T, s vyznačenou tkací rovinou TR. [20] Obr. 21 Teoretická tloušťka tkaniny
3.2.2.5 Popis provázání nití ve tkanině
Pro teoretický popis a zobrazení vnitřního uspořádání nití ve tkanině se nejčastěji používají apriorně geometrické modely. Hledají vhodnou náhradu reálného provázání nití ve tkanině pro stanovení užitných a mechanických vlastností tkanin. Pomocí geometrických modelů chceme jednoduchou matematickou charakteristikou vyjádřit délku a úhel nitě ve vazné vlně tkaniny. Odchylky geometrických modelů od skutečných hodnot pro délku nitě ve vazné vlně se pohybují v tisícinách milimetrů. Pro úhel provázání nití ve tkanině nabývají odchylky vyšších hodnot, přibližně deseti stupňů.
Pro teoretický popis a přibližné vyjádření základních geometrických parametrů tkaniny jsou tyto rozdíly přijatelné a lze je zanedbat.
Modely vycházejí z předpokladů o tvarech os a průřezů nití. Předpokládají, že osy nití jsou složené jen z úseček nebo jsou složené z kruhových oblouků a úseček či z jiných křivek (např. harmonických). Průřezy nití ve vazném bodě uvažují kruhové nebo ve tvaru elipsy, čočky, Kempova průřezu aj. Tkanina je uvažována jako vyrovnaná nebo nevyrovnaná. Modely popisují jednu vaznou vlnu (jedno provázání osnovy a útku).
Nejznámějšími geometrickými modely provázání nití jsou Peirceův, Lineární, Parabolický, Hyperbolický nebo Fourierův. Délka nitě ve vazné vlně a úhel provázání nití se v každém geometrickém modelu stanovuje rozdílně, na základě teoretického tvaru vazné vlny. [21]
35 4. DRSNOST POVRCHU
Drsnost je obecně definována jako jakost povrchu, respektive jako mikrogeometrie povrchového reliéfu. Drsností označujeme souhrn nerovností povrchu s relativně malou vzdáleností. Tyto nerovnosti vznikají při výrobě nebo jejím vlivem.
Vlastnosti povrchové vrstvy a hodnota drsnosti velmi výrazně ovlivňují životnost a spolehlivost výrobků. Drsnost obecného povrchu ovlivňuje průběhy chemických a fyzikálních jevů, které nastávají při činnosti funkčního povrchu předmětu. Funkční vlastnosti povrchu jsou určovány jeho geometrickými parametry. Přesnost geometrických parametrů je dána souhrnem jejich odchylek od ideální geometrie.
Odchylky jsou definovány jako rozdíly skutečného tvaru plochy a tvaru plochy jmenovité geometrie. Za ideální jsou považovány geometrické parametry hladkého povrchu.
Základní informace o nerovnostech a jejich odchylkách lze získat z profilu (pohled v řezu), který vznikne jako průsečnice roviny řezu kolmé k ploše předmětu. Profil nerovností se rozloží na složky odpovídající jednotlivým parametrům geometrické nepřesnosti. Tvar a vlnitost se označují jako makrogeometrie, drsnost povrchu jako mikrogeometrie. Veličiny drsnosti povrchu se stanovují a vyhodnocují vhledem k základní čáře profilu. Touto základní čárou je střední čára profilu, která má tvar jmenovitého profilu a rozděluje skutečný profil tak, že v rozsahu sledované délky je součet druhých mocnin odchylek profilu od této čáry nejmenší, obr. 22. Plocha pod křivkou drsnosti se stanoví na základě integrální rovnice (11).
∫
Obr. 22 Střední čára profilu [22]
[ ] [ ]
36
Střední aritmetická čára profilu je základní čára, která má tvar základního profilu, zachovává konstantní vzdálenost se směrem skutečného profilu a rozděluje skutečný profil tak, že v rozsahu sledované délky jsou součty ploch po obou jejich stranách stejné, obr. 23. Rovnice (12) určuje součet těchto ploch pod křivkou drsnosti.
∑ ∑
Obr. 23 Střední aritmetická čára profilu [22]
[ ] [ ]
Při grafickém zpracování profilu v praxi je snáze zjistitelná Střední aritmetická čára profilu než střední čára profilu. [22]
37
5. DRSNOST TKANIN A HODNOCENÍ GEOMETRICKÉ DRSNOSTI 5.1 Geometrická drsnost tkanin
Drsnost povrchu tkaniny je jednou ze základních charakteristik ovlivňující organoleptické vlastnosti textilií. Její charakterizace obecně hodnotí kvalitu a použitelnost výrobku. Je úzce spojena s komfortem, vzhledem a omakem. Drsnost, jako složka omaku, se hodnotí v oblasti oděvních, bytových, technických a zdravotnických textilií. Je ovlivněna samotnou technologií výroby – parametry použitých délkových textilií (materiálové složení, zákrut, jemnost, nestejnoměrnost…), vazbou a finálními úpravami tkaniny. Hodnota drsnosti se pod vlivem užívání, během nošení a údržby mění, obvykle se snižuje. Drsnost tkaniny je vyjádřena na základě průměru příze, míry zvlnění jednotlivých nití ve tkanině a strukturálních modelů provázání – pórových buněk. Teorie stanovuje, že pór typu p1 má nejvyšší drsnost a pór p4 má drsnost nejnižší.
Drsnost pórů typu p2 a p3A(B) je postupně nižší od póru p1 k póru p4.
Obecně má povrchová drsnost textilií dvě hlavní geometrické složky: náhodnou a strukturní. Náhodná geometrická složka drsnosti říká, že se povrch mění náhodně a nelze ho popsat jednoduchými geometrickými prostředky. Složka strukturní naopak znamená, že se povrch mění v souladu s konstrukcí textilie a obyčejně lze nalézt pravidelně se opakující odchylky od průměrné tloušťky sledovaného materiálu.
Při sledování povrchu tkanin lze pravidelnost předpokládat vzhledem k opakování vazných bodů ve vzoru tkaniny. [20], [23]
5.2 Hodnocení geometrické drsnosti tkanin
Z počátku se drsnost hodnotila pouze zrakem a hmatem. Tyto metody hodnocení vyžadovaly vznik velkého množství vzorků, tzv. etalonů, se kterými byl pozorovaný materiál porovnáván. Takto určovaná drsnost byla pouze vyjádřením pocitů subjektivního hodnotitele. Začalo se tedy rozvíjet kvantitativní měření drsnosti spolu s měřicí technikou pro přesnější a jasnější vyjádření hodnoty drsnosti. Zprvu bylo navrženo zařízení zobrazující pouze drsnost povrchu, později byly vyrobeny přístroje, jejichž výstupem byly integrované hodnoty profilu drsnosti. Další vývoj se zaměřil
38
na využívání nástrojů schopných zaznamenat křivky drsnosti společně s integrovanou hodnotou drsnosti. Nejlepší informace o vztazích mezi geometrickou charakteristikou povrchu a jeho funkčními vlastnostmi nyní přináší prostorové měření a hodnocení profilu povrchu. Nové možnosti pro komplexní hodnocení textury povrchu otevírá třídimensionální charakteristika povrchu. Hodnocení drsnosti s využitím výpočetní techniky je progresivní forma komplexního popisu textury povrchu textilií. Mimo jiné je možné hodnotit povrchovou drsnost tkaniny výpočtem za použití vstupních parametrů příze a tkaniny. [23]
5.2.1 Objektivní metody měření geometrické drsnosti tkaniny
Drsnost povrchu textilie lze hodnotit subjektivní nebo objektivní metodou.
Pro současné poměry je vhodnější a efektivnější metoda objektivní. Tato metoda testování a porovnávání povrchových charakteristik textilií vychází z výsledků zpracovávaných výpočtem nebo měřicími přístroji. Pro průkaznost, jednoznačnost a opakovatelnost měření konkrétního vzorku tkaniny na jednom přístroji za stejných nebo podobných výchozích podmínek je nutný jednotný algoritmus vyhodnocení povrchových charakteristik tkaniny. Tento společný princip měření je důležitý také pro reprodukování a porovnání dosažených výsledků.
Měřicí přístroje současnosti využívají kontaktní nebo bezkontaktní metody hodnocení drsnosti textilií. [23]
5.2.1.1 Kontaktní metoda měření geometrické drsnosti tkaniny
Hlavní součástí zařízení určeného ke kontaktní metodě měření je snímač, který je v přímém styku s textilií a svým pohybem kopíruje textilní povrch. Sledovaný profil materiálu je určen proměnlivostí tloušťky resp. výšky ve vybraných směrech, ve směru osnovy či útku. Ukázkovými kontaktními přístroji pro měření drsnosti povrchu jsou KES, Tloušťkoměr SDL M 034/1, přídavné zařízení k dynamometru a další. Podrobnější popis kontaktního měřicího přístroje je věnován systému KES. [23]
39 Měřící systém KES – FB
KES – FB je systém sloužící pro objektivní hodnocení omaku textilií.
Je sestaven ze speciálních měřících přístrojů určených k testování šesti základních mechanických vlastností plošných textilií (tah, smyk, ohyb, stlačitelnost, koeficient tření a geometrická drsnost). Na základě těchto charakteristik se stanoví výsledná hodnota omaku tzv. THV. Omak je základní kvalitativní charakteristika textilií zahrnující vlastnosti jako je mačkavost, měkkost, splývavost, plnost, hebkost atd. Vlastní automatizovaný měřící systém je složen ze čtyř přístrojů:
KES – FB1 (tah, smyk)
KES – FB2 (ohyb)
KES – FB3 (tlak)
KES – FB4 (tření, drsnost)
Pro měření povrchových vlastností textilií, papíru či fólií slouží přístroj KES – FB4. Je určen pro snímání povrchového tření a geometrické drsnosti povrchu.
Pohled na samotný přístroj nabízí obr. 24.
Obr. 24 Měřicí přístroj KES – FB4 [24]
40
Přístroj je vybaven dvěma snímači – snímač koeficientu tření a snímač geometrických nerovností povrchu – pohybujících se po dráze 30 mm vpřed a zpět, na třech automaticky nastavených místech v plošné textilii. Měření probíhá zvlášť ve směru osnovy a ve směru útku. Nepomačkaný vzorek sledované textilie je upnut mezi dvě čelisti, které jsou 20 cm dlouhé a 15 cm od sebe vzdálené. Udržují vzorek vypnutý, velikost napětí je přednastavená na 20 gf/cm. Textilie se pohybuje z leva doprava a zpět, obr. 25. [24], [25], [26]
Obr. 25 Schématický nákres přístroje KES – FB4 pro testování drsnosti [26]
Princip měření je založen na získání profilu povrchu použitím dotykového snímače (čidla), který tvoří hlavní součást měřícího zařízení. Snímač geometrické drsnosti je tvořen hladkým ocelovým drátem (strunou) o průměru 0,5 mm, pohybuje se konstantní rychlostí 1 mm/s a je přitlačen ke sledované textilii silou 10 gf, obr. 26.
Obr. 26 Kontaktní snímač KES – FB4 [26]
Průběh měření a zpracování dat je řízen pomocí počítače, KES využívá vlastního softwaru a vyhodnocuje geometrickou drsnost – SMD jako střední odchylku od průměrné tloušťky tkaniny na střední délce 20 mm. Software systému KES sám generuje křivku drsnosti ke každému měřenému úseku a poskytuje průměrné hodnoty geometrické drsnosti. [24], [26]
41
5.2.1.2 Bezkontaktní metoda měření geometrické drsnosti tkaniny
Bezkontaktní měření drsnosti povrchu patří do skupiny optických měřících metod. Přístroje měří bez kontaktu s pozorovaným materiálem a nepoškozují nebo nedeformují kontrolovaný textilní povrch. Profil povrchu je snímán výrazně rychleji než u klasických metod a především je získán popis textury povrchu s podstatně větším souborem údajů. Bezkontaktní měření reliéfu plošných textilií se uskutečňují systémem snímacích zařízení, která zaznamenávají nerovnosti povrchu plošných textilií. Naměřená data jsou poté vyhodnocována příslušným softwarem. Mezi hlavní součásti podílející se na zaznamenávání povrchu bezkontaktně se řadí světelný zdroj, optický systém usměrňující světelný paprsek a snímací zařízení ve formě fotodiody nebo systému CCD kamer. [23]
Objektivita měření je zaručena množstvím detailních charakteristik povrchu plochy, bezkontaktní snímání přináší informace o počtu, velikosti, tvaru a rozložení nerovností – výstupků a prohlubní profilu povrchu. Tyto charakteristiky lze také použít pro predikci vlastností funkčně zatíženého materiálu a jejich změn v průběhu užívání.
Obecný princip bezkontaktního optického měření drsnosti textilií spočívá v usměrňování laserového paprsku dopadajícího přes optickou soustavu na povrch textilie. Fotodioda převádí intenzitu odraženého laserového paprsku na signál elektrického napětí, který je dále zpracováván matematickou analýzou.
Měřících přístrojů, které pracují bezkontaktně, je v současné době mnoho a neustále se vyvíjí. Drsnost povrchu tkaniny je možné měřit například pomocí obrazové analýzy, využitím analyzátoru struktury povrchu či drsnoměry. Na trhu se vyskytuje mnoho firem, které poskytují zařízení pro měření a hodnocení textury povrchu. Jedním z předních světových dodavatelů testovacích přístrojů je firma Taylor Hobson. [27], [28]
Taylor Habson Ltd
Společnost s dlouholetou tradicí Taylor Hobson Ltd je výrobcem měřící techniky pro hodnocení povrchu spojující universálnost a výkon do jednoho zařízení. Soustřeďuje se na přípravu vysoce kvalitních systémů a přístrojů na měření textury i tvaru povrchu,
42
na normalizaci metodik měření, zpracování výsledků a jejich vyhodnocení formou parametrů. Firma nabízí široký sortiment systémů pro kontaktní, bezkontaktní, dvoudimenzionální a třídimenzionální měření textury a tvaru povrchu. Pro zpracování a hodnocení naměřených dat Taylor Hobson vyvinul komplexní program Talymap, který je základním vybavením každého měřicího přístroje. Tento progresivní software představuje prostředek pro analýzu, zpracování a zobrazení dat vlastností povrchu ve 2D a 3D. Navíc zajišťuje vynikající grafické zobrazení povrchu a přesný číselný popis, díky čemu lze získat kvantitativní informace o sledované textuře.
Vysoce univerzální systém měření textury povrchu ve 2D a 3D režimu, dotykovým či bezdotykovým způsobem představuje Talysurf CLI. [28]
Talysurf CLI
Zařízení systému Talysurf CLI, jsou velice účinné a přesné přístroje pro rychlé měření a hodnocení povrchu s vysokým rozlišením. Přístroje jsou snadno ovladatelné a výkonné, jsou přizpůsobeny provádět analýzu dat hodnotící strukturu povrchu z jednoho profilu řezu – 2D měření i profilu plochy povrchu – 3D měření. Soustava přístrojů CLI, zajišťuje měření a analýzu povrchu ve třech osách (x, y, z) s využitím automatického posuvu. Rychlost měření může dosahovat maximálně 30 mm/s, velikost měřícího prostoru dosahuje 200 mm ve všech třech směrech a nosnost stolu pro umístění vzorků je maximálně 20 kg. Univerzálnost přístrojů spočívá v možnosti zvolit vhodný měřící snímač, k dispozici je buď indukční dotykové čidlo nebo bezdotykové snímače – laserová triangulační sonda či CLA konfokální snímač. Tyto tři způsoby snímání povrchu zaručují téměř neomezené možnosti měření struktury povrchu z hlediska jakosti, přesnosti a druhu materiálu. Talysurf CLI spojuje plošné dvoudimenzionální a prostorové třídimenzionální hodnocení povrchu do jednoho přístroje. Ačkoli je systém CLI speciálně navržen pro vysoce přesnou 3D analýzu povrchu, má také mechanické a analytické možnosti pro detailní 2D měření. Pouze jedním univerzálním přístrojem lze monitorovat výzkum a vývoj výrobku, provádět analýzy opotřebení či kontrolovat výrobní proces materiálu.
43 Přístroje Talysurf CLI jsou k dostání ve třech velikostech: Talysurf CLI 2000, 1000, 500. Rozdílné jsou ve velikosti měřícího prostoru, v délce posuvu a nosnosti stolu přístroje.
Nejmenším a nejlevnějším provedením je přístroj Talysurf CLI 500, který slouží zejména pro měření malých vzorků, obr. 27. Měřící prostor má rozměry 50x50x50 mm, délka posuvu je také 50 mm a nosnost stolu je maximálně 10 kg.
Obr. 27 Přístroj Talysurf CLI 500 [28]
Přístroj Talysurf CLI 500 je k dostání nejčastěji v kombinaci s bezdotykovým konfokálním snímačem. CLA optické konfokální čidlo snímá povrch maximální rychlostí 30 mm/s s vysokou přesností. Konfokální technologie pracuje na principu zaostřování bílého světla na cílový vzorek (povrch) prostřednictvím multičočkového systému.
Optika rozloží světlo podle vlnových délek a v každém bodě povrchu je zaostřena jen určitá vlnová délka. Odražené světlo od sledovaného povrchu prochází otvorem, který propustí jen světlo zaostřené vlnové délky. Spektrometr nasměruje světlo na CCD senzor, kde je každému bodu povrchu přiřazena určitá prostorová poloha. Vnitřní uspořádání optického konfokálního snímače zobrazuje obr. 28. [28]
Obr. 28 Schéma optického konfokálního CLA snímače [28]
44 EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST
Celý experiment této práce je možno rozdělit na tři části. Úvodní část se zaměřuje na design a výrobu jednoduchých žakárských tkanin. Druhá pasáž je věnována experimentálnímu měření geometrické drsnosti. Analýza a hodnocení geometrické drsnosti je zahrnuta v části poslední.
První část práce, designová, je zaměřena na vytvoření vlastního materiálu pro testování geometrické drsnosti žakárských tkanin. Zahrnuje navrhování jednoduchých žakárských tkanin, jejich zpracování v programu DesigScope Victor a výrobu tkanin na tkacím zařízení v prostorách Textilní fakulty na Technické univerzitě v Liberci.
Podstatnější část experimentu se soustředí na vlastní měření geometrické drsnosti, vyhodnocení výsledků objektivních testovacích metod a na obhájení úvahy o vlivu struktury, velikosti a rozmístění vzoru v ploše jednoduché žakárské tkaniny na její drsnost. V závěru je pozornost zaměřena na návrh možné metodiky hodnocení geometrické drsnosti podle experimentálního měření.
6. TVORBA MATERIÁLU PRO TESTOVÁNÍ GEOMETRICKÉ DRSNOSTI 6.1 Návrhy jednoduchých žakárských tkanin
Návrhy byly zpracovány ručně a pomocí skenovacího zařízení byly převedeny do elektronické podoby pro další zpracování. Graficky upravené skicy byly uloženy ve formátu JPEG, aby bylo možné jejich otevření a zpracování v programu DesignScope Victor. Tento program dokáže pracovat pouze s obrazy v bitmapové grafice, která je definována sítí obrazových bodů – pixelů. Každý bod má přesně určenou polohu a barvu. Obrazové body jsou uspořádány do mřížky neboli rastru, díky tomu je DesignScope Victor schopen převést obraz do vazeb. Každému pixelu odpovídá jeden vazný bod tkaniny.
