FAKULTA TEXTILNÍ
Studijní program: N 3108 Průmyslový management Studijní obor: Produktový management - Textil
SMÁČIVOST LAMINOVANÝCH MATERIÁLŮ PRO SPORTOVNÍ OBLEČENÍ FIRMY
INTERIMEX CZ, A.S.
LAMINATED MATERIALS WETTABILITY FOR SPORT CLOTHING COMPANY
INTERIMEX CZ, A.S.
Bc. Kateřina Valentová KHT-120
Vedoucí diplomové práce: Ing. Pavla Těšinová, Ph.D.
Rozsah práce:
Počet stran textu...107 Počet obrázků ...112 Počet tabulek ...5 Počet stran příloh… 38
3 P r o h l á š e n í
Byl(a) jsem seznámen(a) s tím, že na mou diplomovou práci se plně vztahuje zákon č. 121/2000 Sb., o právu autorském, zejména § 60 – školní dílo.
Beru na vědomí, že Technická univerzita v Liberci (TUL) nezasahuje do mých autorských práv užitím mé diplomové práce pro vnitřní potřebu TUL.
Užiji-li diplomovou práci nebo poskytnu-li licenci k jejímu využití, jsem si vědom povinnosti informovat o této skutečnosti TUL; v tomto případě má TUL právo ode mne požadovat úhradu nákladů, které vynaložila na vytvoření díla, až do jejich skutečné výše.
Diplomovou práci jsem vypracoval(a) samostatně s použitím uvedené literatury a na základě konzultací s vedoucím diplomové práce a konzultantem.
V Liberci dne 23. dubna 2012
………..
Bc. Kateřina Valentová
4 Chtěla bych poděkovat všem, kteří mi pomáhali při psaní této práce. Především bych ráda poděkovala své vedoucí diplomové práce Ing. Těšinové, Ph.D. za její cenné rady a připomínky, které mi pomohly psát práci a vedly mě správným směrem. Dále bych chtěla poděkovat firmě Interimex CZ, a.s. za poskytnutí vzorků a informací, bez kterých by tato práce nemohla vzniknout.
. 5
A NO TA C E
Tématem této diplomové práce je Smáčivost laminovaných materiálů. Cílem práce je zjistit a vyhodnotit vlastnosti sportovního oblečení firmy Interimex CZ, a.s. Pomocí měření jsou zjišťovány závislosti počtu pracích cyklů na relativní paropropustnosti a výparném odporu, schopnosti materiálu odolávat tlaku vody, odolnosti proti povrchovému smáčení a schopnosti textilie přijímat kapaliny vzlínáním. První část je zaměřena na laminaci materiálů a jejich charakteristické vlastnosti, na možnosti povrchových úprav, které podporují nesmáčivost materiálů a dále na popis použitých metod měření. Praktická část je zaměřena na popis vzorků a měření vybraných vlastností specifických pro tento druh oblečení. Konec práce se zabývá zhodnocením získaných výsledků.
K L Í Č O V Á S L O V A :
laminace, sportovní oblečení, Interimex CZ, a.s.
A NN O TA TI ON
The theme of this diploma thesis is Wettability of laminated materials. This work aims to identify and evaluate properties sportswear company Interimex CZ, a.s. Relative permeability, evaporative resistance, ability of material to resist water pressure, resistance to surface wetting of the fabric and the ability to take fluids by capillary action are evaluated by the number of wash cycles. The first part deals with lamination materials and their characteristics, the surface treatments that support water-repellent materials and a description of measurement methods. The practical part is focused on the description of sampling and measurement of specific properties for this type of clothing. The end of the work deals with evaluation of the results.
K E Y W O R D S :
lamination, sport clothes, Interimex CZ, a.s.company
6 Obsah
ÚVOD... 9
TEORETICKÁ ČÁST...10
1. OUTDOOR... 10
2. OUTDOOROVÉ OBLEČENÍ... 10
3. LAMINACE... 10
3.1. Nánosování...11
3.1.1. Technologické principy nánosování ...12
3.1.1.1. Nános ponořením...12
3.1.1.2. Nános stěrkou...13
3.1.1.3. Nános přenosem ...14
3.1.1.4. Nános brodícími válci...14
3.1.1.5. Nános pomocí rotující šablony...15
3.1.1.6. Nános extruzí...15
3.1.1.7. Nános posypem ...16
3.2. Metody laminace ...18
3.2.1. Laminace ohněm...18
3.2.2. Laminace mokrým lepidlem ...18
3.2.3. Laminace taveniny ...19
3.2.4. Laminace suchým teplem ...20
3.2.5. Laminace ultrazvukem ...20
3.3. Výhody a nevýhody jednotlivých metod nánosu a laminace...21
4. CHARAKTERISTICKÉ VLASTNOSTI VRSTVENÝCH (LAMINOVANÝCH) TEXTILIÍ PRO SPORTOVNÍ ÚČELY... 23
4.1. Propustnost vody ...24
4.1.1. Vodoodpudivost ...24
4.1.2. Nepromokavost, voděodolnost ...24
4.2. Paropropustnost a prodyšnost...25
4.2.1. Paropropustnost...26
4.2.2. Propustnost vzduchu ...28
5. LAMINOVANÉ MATERIÁLY – MEMBRÁNY... 29
6. NESMÁČIVÉ ÚPRAVY... 34
6.1. Přípravky a technologické postupy hydrofobizačních úprav ...35
6.1.1. Parafinové emulze s hlinitými a zirkoničitými solemi...35
6.1.2. Kvarterní amoniové sloučeniny ...36
6.1.3. Komplexy karboxylových kyselin s chromitými solemi...36
6.1.4. Substituované reaktoplasty ...36
6.1.5. Hydrofobizační prostředky na bázi polysiloxanů ...37
7. POPIS POUŽITÝCH METOD MĚŘENÍ... 37
7.1. Permetest...37
7.2. Zkouška tlakem vody...39
7
7.3. Spray test...40
7.4. Savost...41
8. CHARAKTERISTIKA MATERIÁLOVÉHO SLOŽENÍ VZORKŮ... 42
8.1. Polyester...42
8.2. Spandex (Polyuretanový elastomer) ...43
PRAKTICKÁ ČÁST ...44
9. HISTORIE FIRMY INTERIMEX... 44
9.1. Informace o firmě ...44
9.2. Ochrana značky ...44
10. SORTIMENT VÝROBKŮ... 44
11. POPIS MĚŘENÝCH VZORKŮ... 45
11.1. Materiál číslo 22 ...47
11.2. Materiál číslo 23 ...49
11.3. Materiál 6C ...51
11.4. Softshell číslo 18...53
11.5. Softshell 6E...54
12. EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST... 56
12.1. Paropropustnost a výparný odpor ...56
12.1.1. Popis experimentu ...56
12.1.2. Výsledky experimentu ...57
12.2. Smáčivost...78
12.2.1. Popis experimentu ...78
12.2.2. Výsledky experimentu ...79
12.3. Zkouška tlakem vody ...90
12.3.1. Popis experimentu ...90
12.3.2. Výsledky experimentu ...90
12.4. Savost ...94
12.4.1. Popis experimentu ...94
12.4.2. Výsledky experimentu ...94
13. DISKUSE VÝSLEDKŮ... 97
14. ZÁVĚR... 100
15. POUŽITÉ ZDROJE... 101
SEZNAM OBRÁZKŮ... 104
SEZNAM TABULEK... 107
8 Seznam použitých veličin
d µm průměr
T °C teplota
Ф % relativní vlhkost vzduchu
f kHz frekvence
h mm tloušťka
l cm délka
α ° úhel
V ml objem
pH - potenciál vodíku (kyselost, zásaditost)
Ret Pa.m2/W výparný odpor
P g/m2.24h propustnost vodních par v cm.s-1 rychlost proudění vzduchu vs cm/30 min sací výška
v.s. mm H2O vodní sloupec
ms g/m2 plošná hmotnost
p0 a p1 Pa barometrické tlaky
t min čas
9
Úvod
V dnešní společnosti je čím dál více lidí, kteří se ve svém volném čase věnují sportovním aktivitám. Společenský trend se stále vyvíjí zdravým způsobem života.
Na trhu je dnes velké množství firem, které se specializují na výrobu sportovních oděvů a chtějí co nejlépe uspokojit požadavky a přání zákazníka. Firmy se v textilním průmyslu musí stále věnovat výzkumu a vývoji lepších materiálů aby byly nejlepší na trhu a uspokojily poptávku čím dál více náročnějších zákazníků.
Je velmi důležité nejen pro zákazníka tak i pro firmy znát a stále zdokonalovat vlastnosti těchto oděvů.
Na ochranné sportovní oblečení je kladeno mnoho požadavků. Tyto oděvy nesmí omezovat pohyb těla, musí být co nejlehčí, odolné proti dešti a větru, snadno udržovatelné a rychleschnoucí. Pro kvalitní, komfortní a výkonný oděv je důležitá také konstrukce textilie a estetika. Lidské tělo musí být především udržováno v úzkém rozmezí teplot, aby nedošlo ke ztrátě pohodlí.
Tato práce je zaměřena na měření relativní paropropustnosti a výparného odporu, schopnosti materiálu odolávat tlaku vody, odolnosti proti povrchovému smáčení a schopnosti textilie přijímat kapaliny vzlínáním ve spolupráci s firmou Interimex CZ, a.s. K měření byly použity sportovní laminované materiály od této firmy. Vlastnosti poskytnutých materiálů byly měřeny na základě několika pracích cyklů. Dále byl pomocí obrazové analýzy kontrolován povrch testovaných materiálů.
10
TEORETICKÁ ČÁST
1. Outdoor
Tento termín je chápán jako označení oboru „pobyt v přírodě“, především jako způsob trávení volného času. Označení outdoor se ujalo jako obchodní označení.
Nejpřesnější je nejspíše napsat, že outdoor je segment trhu. Outdoorové zákazníky spojuje pobyt v přírodě, nákupní zvyklosti, představy o vybavení i styl [1].
2. Outdoorové oblečení
Outdoorové oblečení je oblečení, které oblékáme v případě potřeby vykonávat určitou, většinou sportovní činnost v přírodě, vystaveni přitom po delší dobu různému počasí a klimatickým podmínkám [2].
Na outdorové produkty jsou značně používány laminované textilie, zejména k zajištění ochrany proti povětrnostním vlivům. Největší použití těchto ochranných sportovních oděvů je pro pěší turistiku, procházky, horolezectví, jízdu na kole, plachtění apod. Ochranné sportovní oblečení zahrnuje například bundy, venkovní kalhoty, a dále jsou stále více laminované textilie používané na rukavice, čepice, ponožky, boty, a dokonce i svetry. Existují různé úrovně vyžadované ochrany, což má za následek mnoho produktů s různými požadavky na úroveň výkonu, kvalitu a samozřejmě cenu [3].
3. Laminace
Laminace je spojování materiálů ze dvou nebo více vrstev, kde alespoň jeden z nich je textilie a druhá z nich je v podstatě kontinuální polymerní vrstva [4].
Laminovaná textilie je například vytvořena plošným spojením textilie s fólií pružné polyuretanové pěny, roztoku, disperze apod. Spojení se provádí za tepla nebo jinými způsoby, při kterých se povrch polyuretanové fólie roztaví a vzniklá lepivá tavenina se přitiskne na rub textilie [5].
Nátěr z polymeru poskytuje materiálu nové vlastnosti, jako je odolnost proti prachu a tekutinám. Také může zlepšit stávající fyzikální vlastnosti, jako je například odolnost v oděru. Tkanina obecně chrání před trhlinami, má dobrou
11 pevnost v tahu, tažnost a rozměrovou stabilitu, zatím co polymer udává chemické vlastnosti a odolnost proti pronikání kapalin a plynů. Mnoho vlastností je však určeno kombinací obou složek dohromady, a proto textilie i polymer musí být vybrány po důkladném zvážení vlastností a požadované výkonnosti konečného výrobku [3].
Lícním materiálem může být pletenina, tkanina nebo netkaná textilie [5].
3.1. Nánosování
Nánosování spočívá v nanesení a upevnění pojivé vrstvy na základní textilii [6].
Měla by být sladěna hmotnost a struktura textilie s množstvím a velikostí bodů nanášeného pojiva, aby se dosáhlo co nejlepších vlastností laminátu, jako je měkký omak, dobrá trvalá přilnavost, snížení rizika průniku pojiva apod. [7].
Nanesená vrstva pojivé látky může být spojitá nebo nespojitá. Při výrobě laminátu se často používá nespojitá vrstva, jelikož poskytuje požadované vlastnosti jako je nízká tuhost, měkčí omak a dobrá propustnost vzduchu a vodních par. Spojitá vrstva pojiva se používá na výrobky, které jsou určeny pro zabezpečení vysoké tuhosti [6].
Hlavní složkou procesu je kontrola polymeru, jeho účinných látek, množství, správná manipulace a dobrá přilnavost k textilii. Množství polymeru je důležité z hlediska výkonu a ekonomických důvodů. Malé množství polymeru může mít za následek špatnou vodotěsnost, naopak příliš mnoho polymeru bude mít za následek pevnější a tužší tkaninu. Důležité je také postupné vysychání rozpouštědla nebo vody v sušárně. Příliš rychlé sušení může způsobit krátery nebo díry v potahu. Dále je důležitá rychlost podávání textilie i polymeru, aby byla zajištěna hladká jednotná vrstva polymeru bez záhybů a aby se zabránilo deformaci potažené textilie pod tlakem nebo tahem. Musí být také dobrá přilnavost mezi textilií a polymerem, aby vydržela opotřebení po dobu životnosti produktů, včetně pracích cyklů, aniž by se odlaminovala [3].
12
3.1.1. Technologické principy nánosování
Druhy technologických metod [8]:
• ponořením,
• stěrkou (nožem),
• přenosem,
• brodícími válci,
• nános pomocí rotující šablony,
• extruzí,
• posypem.
3.1.1.1. Nános ponořením
Ponořování je široce používáno k vytvoření tenkých vrstev. Materiál se zpracovává v lázni obsahující úpravnický prostředek. Tento způsob je ekonomický pouze v případě, že přípravek vykazuje dostatečnou substantivitu k vláknu a z lázně se vyčerpá. Je potřeba také zvážit absorpční kapacitu látky, jelikož dochází k pronikání do mezer látky, stejně tak jako do nití. Mezi hlavní síly, které jsou zapojeny do procesu nanášení, patří síly mezimolekulární, kapilární, viskózní, setrvačné a gravitační. Obecně platí, že vrstva kapaliny s vyšší viskozitou tvoří silnější film prostřednictvím vyššího hydrodynamického odporu. Na odstranění nadměrného množství nátěrové hmoty lze použít také váleček nebo stěrku [8, 9, 10].
Obr. 1: Nános ponořením (1 – podkladová textilie, 2 – odmačkávací váleček, 3 – lázeň) [9].
13
3.1.1.2. Nános stěrkou
Používá se k nanášení vysoce viskózních přípravků pouze na jednu stranu materiálu. Spočívá v nanesení většího množství na textilii a přebytečné množství se odstraní vzdušnou stěrkou nebo stěrkou umístěnou proti pásu. Tloušťka nanášené vrstvy je řízena rychlostí odtahu textilie, vzdáleností nože od podkladu, ostrostí čepele, úhlem a množstvím nátěrové hmoty. Tato metoda je obvykle používána pro použití relativně malého množství nátěrových hmot na textilie [8, 9].
Dalším typem procesu je knife-over-roll, což znamená, že nůž visí nad válcem.
Válec může být ocelový nebo pogumovaný. Nůž se nedotýká přímo podkladu a propast, která je mezi podkladem a nožem řídí tloušťku nátěru. Mezera mezi válcem a ostří lze nastavit velmi přesně [8].
Obr. 2: Plovoucí nůž (1 – podkladová textilie, 2 – textilie s apretem, 3 – hmota apretu, 4 – stěrka, 5 – vodící válce) [9].
Obr. 3: Knife-over-roll (1 - podkladová textilie, 2 – váleček, 3 – nůž, 4 – nanášený apret).
14
3.1.1.3. Nános přenosem
Nános tiskem je sekvenční proces, kde je vrstva nátěru (polymeru) nejprve aplikována na silikonový papír, na kterém vytvoří tenký film. Tento potažený silikonový papír projde laminovacími válečky s podkladovou textilií a pomocí tepla a tlaku je nátěr na ni přenesen a zasušen. Dekorativního nebo reliéfního provedení lze dosáhnout použitím reliéfního papíru nebo dalším zpracováním.
Tato metoda lze použít pro velmi jemné povrchy, jelikož během procesu je malé nebo žádné napětí. Další výhodou je nízká míra penetrace, která snižuje tuhost a vytváří pružnou tkaninu. Nevýhodou je, že nános přenosem je dražší než přímé nánosování, jelikož další náklady jsou na relativně drahý papír. Papír sice lze znovu použít, ale při každém použití se výrazně zhorší vlastnosti. Jestli chceme produkty nejvyšší kvality může být použit pouze jednou [3, 8].
3.1.1.4. Nános brodícími válci
Nános rotujícími válci patří mezi nejznámější metody. Lze použít různé konfigurace válců, počet a směr otáčení ve vztahu k povrchu podkladu a textury povrchu válců [8].
Využívá se lázní hustší konzistence. Textilie zpravidla neprochází lázní, ale lázeň se nanáší pomocí ponořeného nanášecího válce, který může být rýhován.
Přebytek lázně z textilie nebo z nanášecího válce může být odstraněn pomocí stěrky [9].
Obr. 4: Nános brodícími válci (1 – upravovaná tkanina, 2 – nanášecí válec, 3 – místo nanášení apretu, 4 – apretační lázeň, 5 – stěrka) [9].
15
3.1.1.5. Nános pomocí rotující šablony
V této metodě je polymer obsažený v perforovaném otočném válci, který se otáčí stejnou rychlostí a šíří polymer po povrchu textilie [3].
Polymer je tlačen přes síto do podkladové textilie. Množství nátěru je určeno počtem a velikostí ok v sítě, tlakem, úhlem mezi čepelí a sítem a viskozitou kapaliny. Pasta se skládá ze směsi tepelně-tavitelného práškového pojiva a vody a je aplikována přímo na podklad pomocí rotující šablony. Tato metoda má výhody ve snadném ovládání množství nátěrové hmoty a v nižším tření. Mohou být zpracovány ušlechtilé materiály (např. lehké látky a netkané textilie).
Podklad může být předtištěný lepidly pro reaktivaci jinde. Středně drahé zařízení [3, 8, 10].
Obr. 5: Rotační šablona (1 – podkladová textilie, 2 – textilie s apretem, 3 – vodící válce, 4 – pryžový pás, 5 – kruhová rotující šablona, 6 – stěrka, 7 – přívod
apretu) [9].
3.1.1.6. Nános extruzí
Tato metoda bývá nazývána uzavřeným systémem, kde není žádný kontakt mezi nátěrovou hmotou a vzduchem. Polymer je protlačován přímo na podklad, který je přitlačován válcem. Kvalita nátěru je ovlivněna tvarem hubice, napětím podkladu, rychlostí průtoku polymeru a rychlostí odtahu podkladu. Adheze mezi taveninou a podkladem je také ovlivněna jinými faktory, jako je teplota vytlačované taveniny, vzduchová mezera, tloušťka vrstvy, tlak, konstrukce podkladu apod. Množství nátěru je především řízeno mírou výkonu čerpadla a rychlostí linky s podkladovou textilií. Používají se především termoplastické
16 pryskyřice nebo reaktivní lepidla, která jsou extrudovaná k podkladovému povrchu. I přes vysokou viskozitu tavných materiálů lze vyrábět širokou škálu tloušťky nánosu, od velmi nízkých až po velmi vysoké. Systém je zcela uzavřený - menší riziko tuhnutí lepidla nebo předčasného zesítění. Další výhodou je také minimální zahřívání textilního podkladu a vysoká rychlost linky. Nicméně je tato metoda drahá a vyžaduje častou údržbu, aby bylo dosaženo přesného ovládání nánosu [3, 8].
Obr. 6: Nános extruzí (Coating layer – nanášená vrstva, Substrate – podkladová textilie) [8].
3.1.1.7. Nános posypem
Používá se k jednostrannému nánosu termoplastických přípravků v práškové formě. Tento způsob vyžaduje fixační komoru k dokonalému natavení naneseného termoplastu [9].
Práškový nános je jednou z metod, která používá 100 % pevnou vrstvu materiálu. V násypce je připraven prášek v tuhém stavu, který je nanesen přímo na podklad. To znamená, že je šetrnější k životnímu prostředí ve srovnání s procesem, který využívá nátěr ve formě tekutiny, protože nepoužívá rozpouštědlo, které obsahuje nebezpečné chemické látky. Není zde žádné sušení, což může vést k úsporám energie a je možné vytvářet bohaté vrstvy s minimální penetrací. Prášky jsou také obecně levná pojiva a lze je použít v libovolném množství na všechny šířky. Nevýhodou je, že prášek může proniknout do podkladu, což způsobuje ztuhnutí a odpady [3, 8, 10].
17 Používají polymerní prášky o velikosti částic 150 – 500 µm. Velikost částic je volena v závislosti na povrchové struktuře podkladové textilie tak, aby pojivý bod vytvořený jedinou částicí nezapadl do jejího reliéfu, ale zůstal na povrchu.
Pro textilie s hrubým povrchem se volí velikost částic v intervalu 300 – 500 µm.
U jemnějších pak v rozmezí 150 – 300 µm [6].
Prášková metoda vytváří bodový nátěr, kde se prášek rovnoměrně rozptýlí pomocí rotačního válečku po povrchu podkladové textilie. Množství prášku určuje dávkovací válec, jeho rychlost otáčení a rychlost podkladové linky.
Prášek je nanesen přímo na povrch podkladu pomocí drážkového válečku, jak je znázorněno na obrázku č. 7 [8].
Nanesené pojivo s textilií dále prochází natavovacím polem (aglomerační komorou), kde je nejčastěji infračerveným ohřevem nataveno do té míry, aby se částice prášku mohly pevně uchytit na povrchu textilie. Natavení probíhá při teplotách o 25-30 °C vyšších něž je teplota tání pojivého prášku [6].
Obr. 7: Práškový nános (Coating powder – nanášený prášek, Substrate – podkladová textilie) [8].
18
3.2. Metody laminace
Laminovací procesy jsou rozděleny do kategorií podle několika kritérií:
kombinace typu podkladu, počet vrstev a způsob spojení. Podle způsobu spojení lze dělit na laminaci lepidlem, laminaci plamenem a ultrazvukovou laminaci.
Laminace se dále dělí do tří skupin podle charakteru lepidla, laminace s mokrým lepidlem, laminace horké taveniny a laminování suchým teplem [8] .
3.2.1. Laminace ohněm
Laminace plamenem je proces, ve kterém je předem připravená tenká vrstva termoplastické pěny na podkladové textilii. Používají se například polyuretanové pěny, polyolefinové pěny a tavné (termoplastické) filmy. Při použití polyuretanové pěny vyžaduje stroj pečlivou údržbu a pravidelné čištění. Dále je také potřeba snížení emisí z kouře polyuretanové pěny. Tento podklad s polymerem je vystaven působení otevřeného ohně k vytvoření tenké vrstvy roztaveného polymeru. Roztavená vrstva polymeru působí jako lepidlo pro lepení dvou podkladů. Poté je vystavena tlaku mezi kalandry a následnému chladnutí. Na kvalitu laminace má vliv typ plynu, výška plamene a šíření, druh pěny, rychlost, tlak apod. Rychlost podkladu by měla být konstantní a intenzita plamene by měla být optimálně upravená tak, aby dostatečně roztavila polymer, ale zároveň aby nedošlo k hoření. Jedná se o jednoduchou a snadno ovladatelnou metodu, která je úsporná při vysokých objemech výroby. Nicméně působí negativně na životní prostředí, protože oheň produkuje škodlivé emise. Další nevýhodou je, že tento proces vytváří pevné vazby mezi vrstvami s malou pórovitostí, což má za následek že laminát je tuhý [3, 8].
3.2.2. Laminace mokrým lepidlem
Mokré lepidlo používané při laminování je buď na bázi vody nebo rozpouštědla.
Lepidlo je aplikováno na jednu stranu podkladu, například hlubotiskem, stříkáním, brodícími válci nebo noži. Pak jsou vrstvy pod tlakem spojeny a sušeny [8].
19
3.2.3. Laminace taveniny
K této laminaci se jako pojivo používají tavná lepidla. Tavná lepidla jsou v pevné formě ve formě prášku (různé velikosti částic) nebo granulí a taví se do kapalné fáze v rozsahu teplot 80 až 200 °C. Pevné vazby se tvoří, když se lepidlo ochladí. Tavná lepidla jsou většinou polymery a jejich sloučeniny, speciálně navrženy pro uspokojení požadavků na laminaci. Měly by mít odpovídající viskozitu taveniny, teplotu tání, požadovanou dobu vytvrzování, tvrdost a dobrou přilnavost k podkladu. V závislosti na aplikacích mohou mít prodyšnost, lehkost, pórovitost a odolnost v praní. Volíme vhodné lepidlo pro dosažení požadované kvality, flexibility a přijatelných nákladů [3, 8].
Existují dvě různé třídy tavných lepidel, a to buď termoplastické polymery nebo reaktivní tavná lepidla. Termoplast změkne a ztuhne už při mírné změně teploty.
Mezi termoplasty patří například ethylen vinyl acetát, polyamid, polyethylen, polyvinylchlorid a sloučeniny na bázi polyesteru. Jedná se o pojiva citlivá na páru a vodu, a vzhledem k nízkému bodu měknutí jsou omezené oblasti jejich použití. Reaktivní tavná lepidla jsou naopak zcela zesítěna a teplo nemění jejich tvar. Jsou velmi odolná, mají dobrou odolnost ve varu a odolnost vůči klimatickým podmínkám. Jejich nevýhodou je, že jsou ale poměrně drahá. Tato skupina zahrnuje polyuretany, které síťují za vlhka [8].
Pojivo se aplikuje například sprejem nebo extruzí. Vrstva substrátu je následně spojena s dalším podkladem pro vytvoření vícevrstvého laminátu. Tavná lepidla mají výhody oproti suché laminaci v tom, že podklad není během procesu laminování vystaven přímému působení. Stejně tak není nutný krok sušení, při kterém mohou být vysoké energetické nároky. Při tomto laminování lze také dosáhnout velice tenkých vrstev a tím zachovat flexibilitu materiálu. Další výhodou je, že tento proces je bez kouře a materiál lze snadno skladovat. Mezi nevýhody patří to, že počáteční závod může být drahý a teplo potřebné k aktivaci lepidla může poškodit substráty (např. změna barvy). Cenově je nejlevnější pojivo ve formě granulí. Prášky se liší od levných až středně drahé. Filmy se liší od drahých po velmi drahé [3, 8, 10].
20
3.2.4. Laminace suchým teplem
Suché lepidlo je další typ 100 % pevného lepidla. Na rozdíl od horké taveniny lze tento typ lepidla použít na podklad v pevném stavu a později se pomocí tepla a tlaku aktivuje k vytvoření laminované textilie. Suchá lepidla jsou prášky, pavučiny (pásy) nebo filmy z polyesteru, polyamidu, polyethylenu a termoplastického polyuretanu. Vysoký obsah sušiny bez škodlivých emisí je výhodný z hlediska ochrany životního prostředí, ale spotřeba energie k tavení a vystavení vzorku vysoké teplotě má své nevýhody [8].
Prášek lepidla tvoří jemnou strukturu o velikosti 1 až 500 µm. Může být aplikován rozptýlením (posypem) nebo nátěrem. Při tání tvoří nesouvislou vazbu, která poskytuje vysokou jemnost, splývavost a propustnost. I přesto, že neprodukují žádné škodlivé emise, tak můžou ve vzduchu poletovat jemné částice prachu. Ostatní suchá lepidla jsou v podobě filmů a pavučin. Lepidlo je v rolích jednoduše vloženo mezi vrstvy nebo na podklad. Mohou být použity na textilie s otevřenou konstrukcí, kde prášek lepidla inklinuje k vyplnění otvorů, místo aby zůstal na povrchu. Suché lepidlo je naneseno mezi dvě vrstvy a je pomocí dopravníku přepraveno do topného tunelu, kde se lepidlo rozpustí a vytvoří vazby mezi dvěma vrstvami. Jedná se o velkosériovou výrobu a může probíhat v nepřetržitém provozu [8].
3.2.5. Laminace ultrazvukem
Ultrazvuk využívá místo lepidla zvukovou energii. Ultrazvuk produkuje vysoké zvukové vlny s frekvencí 20 kHz až 1 000 000 kHz. Tento rozsah je nad rámec toho co slyší lidské ucho. Ultrazvukové vlny nesou energii, která vytváří spojení v různých materiálech. Ultrazvukové spojování či svařování se používá pro ražení, děrování, řezání, krájení a laminování [8].
V ultrazvukovém svařování jsou vysokofrekvenční elektrické signály, které vyrábí generátor. Probíhá přeměna na mechanické oscilace (kmity). To způsobuje opakované komprese a tření vláken v podkladu, což vede k tání a spojování. Nejvíce používané frekvence jsou 20, 30, 35 a 40 kHz. Amplituda kmitů a svařovací síla ovlivňují pevnost spojů. Optimální amplituda je závislá na typu materiálů, které mají být lepeny. Svařovací sílu je třeba upravit podle požadované pevnosti spoje, materiálu, času svařování, rychlosti podávání
21 podkladu apod. Ultrazvukové laminování je také velmi všestranné, jelikož lze laminovat více vrstev (do 6 až 12) a zároveň může být použit vzor ke zlepšení vzhledu a vlastností na míru. Ultrazvukové vazby poskytují textilii měkkost, prodyšnost a vysokou absorpci, aniž by se stal materiál tuhým, protože podklad se taví pouze v místě vzoru. Tato metoda se používá na vícevrstvé utěrky (ubrousky), sorbenty a zdravotnické výrobky [8].
3.3. Výhody a nevýhody jednotlivých metod nánosu a laminace
Z předchozích odstavců je patrné, že existuje mnoho metod k vytvoření vrstvené textilie. V této kapitole proto budou pro přehlednost shrnuty výhody a nevýhody jednotlivých metod nánosu a laminace.
Tab. 1: Shrnutí výhod a nevýhod [3, 8, 9, 10]:
METODY LAMINACE
VÝHODY NEVÝHODY
Nános posypem
• Neznečišťuje tolik životní prostředí, protože se neuvolňují těkavé látky (jelikož nepoužívá rozpouštědlo, které obsahuje nebezpečné chemické látky).
• Vyšší produkce, protože není závislá na rychlosti sušení.
• Zařízení má menší nároky na prostor, protože nejsou nutné sušárny.
• Nižší spotřeba energie (z důvodu dlouhého sušení).
• Má lepší stabilitu než skladování tekutin.
• Prášky jsou obecně levná pojiva.
• Libovolné množství na všechny šířky.
• Jemnost, splývavost a paropropustnost materiálu.
• Neprodukují škodlivé emise.
• Můžou ve vzduchu poletovat jemné částice prachu.
• Prášek může proniknout do podkladu, což způsobuje ztuhnutí a odpady.
• Používá se pouze k jednostrannému nánosu.
Nános tiskem • Lze použít pro velmi jemné povrchy, jelikož během procesu je malé nebo žádné napětí.
• Nízká míra penetrace snižuje tuhost a tvoří pružnou tkaninu.
• Nános je dražší než přímé nánosování, jelikož další náklady jsou na relativně drahý papír.
22 Nános extruzí • Lze vyrábět širokou škálu
tloušťky nánosu.
• Menší riziko tuhnutí lepidla nebo předčasného zesítění.
• Minimální zahřívání textilního podkladu a vysoká rychlost linky.
• Drahá metoda.
• Vyžaduje častou údržbu, aby bylo dosaženo přesného ovládání nánosu.
Ponořování • K vytvoření tenkých vrstev. • Ekonomické pouze v případě, že přípravek vykazuje dostatečnou substantivitu k vláknu a z lázně se vyčerpá.
Nános stěrkou • Lze použít relativně malé množství nátěrových hmot a to, že lze velmi přesně nastavit mezera mezi válcem a ostřím.
Nános
brodícími válci
• Lze použít různé konfigurace válců, počet a směr otáčení ve vztahu k povrchu podkladu a textury povrchu válců.
• Přebytek lázně lze odstranit pomocí stěrky.
Nános rotující šablonou
• Snadné ovládání množství nátěrové hmoty.
• Nižším tření.
• Podklad může být předtištěný lepidly pro reaktivaci jinde.
• Středně drahé zařízení.
Ultrazvuková laminace
• Lze laminovat více vrstev (do 6 až 12)
• Může být použit vzor.
• Měkkost, prodyšnost a vysoká absorpce.
Laminace taveniny
• Podklad není vystaven přímému působení.
• Není nutný krok sušení.
• Lze dosáhnout velice tenkých vrstev, a tím zachovat flexibilitu materiálu.
• Proces je bez kouře.
• Materiál lze snadno skladovat.
• Drahé zavedení do výroby.
• Teplo potřebné k aktivaci lepidla může poškodit substráty (např. změna barvy).
Laminace ohněm
• Jednoduchá a snadno ovladatelná metoda.
• Úsporná při vysokých objemech výroby.
• Působí negativně na životní prostředí (oheň produkuje škodlivé emise).
• Vytváří pevné vazby mezi vrstvami s malou pórovitostí, což způsobuje, že laminát je tuhý.
23
4. Charakteristické vlastnosti vrstvených (laminovaných) textilií pro sportovní účely
Textilie pro outdoorové oblečení jsou textilie s kombinací několika funkčních vlastností. Obvykle se požaduje vysoký komfort nošení a současně ochrana proti nepříznivým vnějším vlivům [11].
Ochranné sportovní oblečení nesmí omezovat pohyb těla, musí být co nejlehčí, odolné, snadno udržovatelné a rychleschnoucí. Také konstrukce textilie, estetika, design a montáž jsou velmi důležité pro kvalitní, komfortní a vysoce výkonný oděv. Pohodlí těchto oděvů je důležité, a dokonce v některých případech je životně důležité pro přežití. Ochranné sportovní oblečení musí být odolné proti větru a hlavně dešti. Lidské tělo musí být totiž udržováno v úzkém rozmezí teplot, aby nedošlo ke ztrátě pohodlí nebo dokonce k smrti [3].
Z vnější strany je většinou požadovaná hydrofobita a z vnitřní strany vysoká propustnost pro vodní páry. Tyto vlastnosti jsou dále kombinovány s jinými vlastnostmi (termoizolační vlastnosti, vysoká pevnost, odolnost v oděru, udržovatelnost, splývavost, příjemný omak a zároveň příjemná cena) [11].
Ochrana proti dešti nebo vodě je důležitá, protože hlavně voda může uvést tělo mimo tělesnou teplotu mnohem rychleji než vzduch. Voda může také způsobit silnou tepelně izolační vrstvu vaty nebo vlasový materiál může ztratit svou tloušťku, a tak je méně účinný aby udržel tělo v teple [3].
Propustnost vodních par, vzduchu, vody, tepelný odpor a navlhavost mají velký vliv na hodnocení hygieničnosti oděvu. Tyto jmenované vlastnosti pomáhají regulovat oděvní mikroklima, které ovlivňuje pocity člověka a pracovní schopnosti při nošení daného oděvu. Téměř vždy jde o prostup kombinovaný. To znamená, že při prostupu vlhkosti se připojuje prostup tepla nebo vzduchu [11].
Pohodlí je tedy zásadním předpokladem nejen pro potěšení, ale také důležité pro bezpečnost, protože u potenciálně nebezpečných sportů jako je jachting a horolezectví nesmí naše rozhodnutí ovlivnit pocit diskomfortu [3].
24
4.1. Propustnost vody 4.1.1. Vodoodpudivost
Vodoodpudivost je schopnost textilie do určité doby odolávat dešti.
Vodoodpudivé textilie nenasáknou déšť do své struktury okamžitě, ale vytvoří na povrchu izolované kapky, které můžeme klepnutím z oděvu snadno odstranit.
Materiály s vodoodpudivou úpravou jsou schopny po určitou dobu ochránit před promoknutím, ne ale po delší dobu a za silného deště nebo v případě, kdy z určitých příčin je voda mechanicky vtlačována do látky, jako např. při silném větru, při otírání oděvu o různé předměty jako větve stromů, trávu apod.
Vodoodpudivosti se dosahuje různými tepelnými nebo chemickými úpravami textilií např. impregnací, kalandrováním, napouštěním. Doba, po kterou si materiály udrží schopnost odpuzovat vodu, je odlišná a záleží především na způsobu úpravy. V každém případě se však vodoodpudivost po určité době ztrácí vlivem mechanického působení, působením deště, znečištěním textilie a praním.
Vodoodpudivost textilií je tedy třeba obnovovat. Utvořením souvislého vodního filmu, ale může podstatně zhoršit nebo zcela zamezit schopnosti oděvu dýchat.
Jinými slovy omezí jeho schopnost propouštět páry. Termín je používán v souvislosti s testy provedených několika různými přístroji. Mezi používané testy pro hodnocení vodoodpudivosti patří například Spray test [4, 11, 12].
4.1.2. Nepromokavost, voděodolnost
Aby materiál odolával vytrvalejšímu dešti, musí být voděodolný a k tomu je třeba jiných technologií a úprav, než těch, které postačují v případě vodoodpudivosti. Vodotěsnost lze definovat jako schopnost látky být plně odolný proti pronikání vody. Jedním způsobem je nanášení porézní hmoty, zátěry na bázi polyuretanu, fluorkarbonu, teflonu, pryskyřice apod. Tím vznikají zátěrované materiály, které ale nemají tak vysoké parametry, ale bývají levnější.
Lepších výsledků se dosahuje laminací, kdy se nosná textilie spojí s membránou.
V případě některých membrán se v dnešní době dosahuje vysokých hodnot, a to i za předpokladu, že si zachovávají vysoké parametry paropropustnosti.
Membrány, které se laminují na textilie, mohou být porézní hydrofobní nebo neporézní hydrofilní [4, 9, 11, 13].
25 Nepromokavost materiálu se vyjadřuje výškou vodního sloupce, který je tento materiál schopen udržet než začne propouštět vodu. Většinou se udává v mm a platí, že čím vyšší sloupec materiál udrží, tím více je schopen odolávat promoknutí vody. Aby mohl být materiál představován jako nepromokavý, musí být především ušitý z materiálu, který odolává alespoň 2 000 mm H2O. Výrobci většinou udávají pro běžné nošení a běžné zimní sporty hodnoty od 5000 – 8000 mm H2O. Pro náročnější outdoorové aktivity je tato hodnota ale nedostačující.
Ve většině případů mají smysl hodnoty nad 15 000 mm H2O. Při outdoorových činnostech je voda do oděvu i vtlačována (např. při chůzi travou, při prodírání se křovím, odporem vzduchu při jízdě na kole). Textilní materiál je vystavován různých tlakům při určitých činnostech. Například při sedu působí na materiál ekvivalent 5 000 mm H2O, při kleku 12 000 mm H2O a popruhy batohu mohou působit na materiál až 18 000 mm H2O. Vodní sloupec je jen jeden z parametrů, na který je třeba se při výběru outdoorového oblečení zaměřit. Ale i oděv z nejodolnějšího materiálu vůči promoknutí nebude sloužit dobře, pokud jeho švy nebudou řádně vodotěsně zataveny. Vodotěsné zatavení švů je velmi náročná součást výroby outdoorových oděvů, která tyto výrobky prodražuje, ale je nezbytná [11, 13, 14].
4.2. Paropropustnost a prodyšnost
Při outdoorových činnostech se nevystačí pouze s voděodolnými oděvy.
Outdoorové oblečení musí být také dostatečně paropropustné. V opačném případě by se náš organismus brzy přehřál a spodní oblečení by zvlhlo naším vlastním potem. Outdoorový oděv musí být tedy dostatečně paropropustný, abychom v něm vydrželi provozovat dlouhodobě, dle potřeby, aktivní činnost a následně po jejím ukončení neprochladli. Kvalitní materiály dnes splňují vysoké požadavky na paropropustnost i při vysoké voděodolnosti [15].
Propustnost představuje průnik určitého média přes vrstvu textilie. Ve fyziologii odívání má především velký význam průnik vlhkosti, teploty, vzduchu a vody.
Důležitou funkcí je, aby oděv zajišťoval tepelnou pohodu, ochranu před horkem nebo zimou a správnou výměnu vlhkosti mezi prostředím a tělem pokožky.
Prostupy mezi tělem a vnějším prostředí mohou být realizovány v obou směrech.
26 Rychlost prostupu záleží na velikosti tlakového gradientu, a zdali je textilie suchá nebo mokrá [11].
Nejlepší výkony jsou schopny podávat pouze membránové materiály. Podstatně menší spokojenost je s materiály zátěrovými, kterých je u nás velké množství značek. Podobně jako u nepromokavosti se k dosažení větší paropropustnosti používají porézní hydrofobní membrány nebo neporézní hydrofilní membrány [15].
4.2.1. Paropropustnost
Vlastnost materiálu převádět výpary do okolního prostředí (dýchat) se nazývá paropropustnost. Propustnost vodních par je charakterizována jako prostup vodní páry na základě rozdílných parciálních tlaků, které jsou na obou stranách textilie.
Prostup pro vodní páry také závisí na sorpčních a transportních vlastnostech jednotlivých oděvních materiálů, na pórovitosti textilie, dostavě tkaniny (pleteniny), povrchové úpravě a konstrukčním řešení oděvu [11, 16].
Metody pro měření propustnosti vodních par [16]:
• Permetest.
• Metoda měření relativní propustnosti vodních par dle normy ČSN 800855 (Gravimetrická metoda).
• Metoda DREO.
• Skin model.
• Tepelný manekýn.
• Potící torzo.
• Bioklimatické komory.
Propustnost textilií pro vodní páry se nejvíce hodnotí pomocí výparného odporu Ret [Pa.m2/W] podle ISO 11092. Čím je hodnota Ret nižší tím je propustnost textilie pro vodní páry vyšší. Užívaná jednotka g/m2.24 hod označuje propustnost vodních par a je měřena podle ISO 2528. Nevýhodou této jednotky je, že z ní není hned patrno, při jaké vlhkosti vnějšího vzduchu k příslušné propustnosti dochází [16].
27 Tab. 2: Klasifikace propustnosti textilií pro vodní páry v obou jednotkách je dle
stávajících norem ISO následující [16]:
Ret < 6 velmi dobrá (nad 20 000g/m2.24h) Ret 6 - 13 dobrá (9 000-20 000g/m2.24h) Ret 13 -20 uspokojivá (5 000-9 000g/m2.24h) Ret > 20 neuspokojivá (pod 5 000g/m2.24h)
Ty nejlepší membránové materiály při hodnotách 20 000 mm H2O vodního sloupce dosahují hodnot 20 000 g/m2.24hod i více, tedy mají Ret menší než 6.
Neznamená to ale, že materiál vždy dokáže převést veškerou vlhkost do vnějšího prostředí. Zda materiál, ze kterého je oděv vyroben odbourá téměř všechnu vlhkost, záleží především na počasí, intenzitě zátěže a způsobu oblékání.
Schopnost materiálu nebo spíše spokojenost uživatele s jeho schopností převádět vodní páry je ovlivněna řadou faktorů. Závisí například na produkci tělesných par v klidu a při pohybu. I v klidovém stavu probíhá neviditelné pocení.
Znamená to, že pro převod vlhkosti vyprodukované tělem v klidu je potřeba materiál s parametrem 1200 - 1500 g/m2.24 hod. K objemu vyprodukovaných par při pocení v klidovém stavu se pak přičítají tělesné páry vzniklé při zátěži [15].
Tab. 3: Přibližné hodnoty produkce tělesných výparů podle intenzity zátěže [15]:
chůze (dle podmínek a fyziologie) 5 000-10 000 g/m2.24 hod.
běh 20 000-28 000 g/m2.24 hod.
extrémní fyzická aktivita nad 35 000 g/m2. 24 hod.
Mezi další faktory patří vlhkost a teplota vzduchu. Tyto proměnlivé veličiny ovlivňují hodnotu atmosférického tlaku vodních par. Rozdíl hodnoty tlaku vodních par v atmosféře oproti hodnotě tlaku vodních par pod oděvem pak určuje velikost a směr převodu vodních par. Protože pod oděvem vzhledem k pohybu uživatele je tlak vodních par většinou větší, je směr odvodu par z oděvu ven. Vzhledem k proměnlivosti vnějšího prostředí se pak outdoorové oblečení chová z hlediska propustnosti odlišně v různých podmínkách. Například za podmínek vyšších teplot a vlhkosti může být propustnost materiálu pro vodní páry snížena až o polovinu [15].
28 Termofyziologický komfort nastává za optimálních podmínek [16]:
• teplota pokožky 33 – 35 °C,
• relativní vlhkost vzduchu 50±10%,
• rychlost proudění vzduchu 25±10 cm.s-1,
• obsah CO2 0,07 %,
• nepřítomnost vody na pokožce.
Pro maximální využití schopností outdoorového oblečení je potřeba dbát následujících rad. Oblékat se do více vrstev, abychom byli schopni podle intenzity zatížení snadněji a citlivěji regulovat zateplení těla svlékáním či oblékáním jednotlivých vrstev. Zvláště, zdali plánujeme déletrvající intenzivní činnost. Důležité je, aby všechny vrstvy oblečení byly z funkčních materiálů a schopny co nejlépe převádět vlhkost z jedné vrstvy do druhé. Moderní materiály i přes svoji subtilnost jsou vysoce větru vzdorné a odvod tepla je tedy minimální a může snadno docházet ke zvýšení produkce potu vlivem tělesného zahřátí, které nemusí být úměrné k tělesné aktivitě. Pokud se tělo přehřeje, tak se začneme více potit bez ohledu na to, v čem jsme oblečeni. Propustné oblečení nezabraňuje pocení, ale usnadňuje převod tělesných výparů do okolního prostředí. Pokud se vzhledem k dané aktivitě nevhodně oblečeme nebo zásluhou vysoké aktivity je produkce potu tak vysoká, že tělo vytváří více potu, než je oblečení schopno propustit, může dojít k hromadění vlhkosti. Pro tento případ lze využít několika způsobů odvětrání, např. otevření podpažních větráků, pokud je jimi oděv opatřen, otevření hlavního zipu, povolení manžet, otevření horních kapes apod. [15, 16].
4.2.2. Propustnost vzduchu
Propustnost vzduchu vyjadřuje prostup vzduchu přes plochu textilie na principu rozdílných barometrických tlaků na obou stranách textilní vrstvy. Propustnost vzduchu je označována jako prodyšnost, která je vyjádřena jako rychlost proudění vzduchu přes danou textilii [11].
29 Při vysoké fyzické zátěži lze část tepla s oděvního systému odvést ventilací. U některých sportovních oděvů je prodyšnost žádoucí, např. u sportovních dresů. U zimního oblečení nebo oblečení pro vysokohorskou turistiku je vysoká prodyšnost naopak zakázána [16].
Obr. 8: Prostup vzduchu [11].
Princip zkoušky je v nasávání vzduchu skrz plochu textilie při stanoveném tlakovém spádu. To znamená, že na textilii působí z obou stran různé barometrické tlaky. Pro měření prodyšnosti je používán elektronický přístroj FX 300 od švýcarské firmy TEXTEST AG. Rychlost proudění je ovlivněna množstvím a velikostí pórů, tloušťkou a úpravami textilie [11, 16].
5. Laminované materiály – membrány
Laminované materiály vznikají spojením membrány a nosné textilie.
Membránou rozumíme tenkou vrstvu polymerního materiálu. Tloušťka membrán se pohybuje řádově v jednotkách mikrometrů. Membránové materiály se označují také jako lamináty, a to proto, že ke spojení membrány a nosné textilie je použito laminace (vyjma volně vložené membrány) [17].
30 Obr. 9: Vrstvení v oděvu [17]. Obr. 10: Vrstvení v oděvu [17].
Membrána má za úkol nepropustit vodu zvenčí, ale umožnit prostup vodních par (potu) ven. Jako materiál se na membránu nejčastěji používá polytetrafluoretylen, polyester nebo polyuretan [17].
Laminované textilie mají schopnost propouštět vlhkost produkovanou organismem ve formě vodní páry a zároveň zabraňují průchodu vlhkosti z okolí směrem k pokožce. Odolávají působení větru, a tím snižují tepelné ztráty konvekcí [16].
Paropropustné vodoodpudivé textilie lze definovat jako textilie, které dovolují transport zparněného potu v množství 2000-2500 g/m2.24h při lehkém zatížení organismu a 4000-5000 g/m2.24h pří vysokém fyzickém zatížení [16].
Obr. 11: Velikost vodních kapek za různých podmínek [16].
31 Membrány musí mít tyto základní vlastnosti podmínek [16]:
• propustnost vodních par,
• odolnost proti dešti, tlaku vody,
• dobrou odolnost proti větru,
• odolnost před mechanickým poškozením,
• odolnost při praní a suchém čištění,
• nízkou hmotnost.
Nevýhody [16]:
• vyšší cena ve srovnání s pouhým vrstvením,
• u dvouvrstvých laminátů hrozí nebezpečí poškození membrány, která není chráněna podšívkou,
• švy musí být přelepeny nebo jinak utěsněny, z důvodu průniku vody a větru.
Membrány mohou být realizovány na základě dvou principů neboli technologií transportu vlhkosti. Principy se mohou však i navzájem doplňovat. Podle převažujícího principu dělíme membrány na mikroporézní (hydrofobní) nebo neporézní (hydrofilní) [18].
Mikroporézní (hydrofobní) membrány:
Vlastnostmi se podobají lidské pokožce, která dýchá a propouští pot a zároveň nepropouští déšť ani vítr. Ve struktuře se nachází velké množství malých pórů, které jsou uspořádány do labyrintové struktury. Velikost póru propustí kapku vodní páry ale nepropustí kapku deště. Otvory mají průměr do 0,2 µm a mají asi 500x menší průměr než je kapka jemné mlhy a zároveň 700x vetší než je molekula vody, pot může tedy projít materiálem ve formě vodní páry. Póry jsou rozmístěny chaoticky a mají lomené dráhy, čímž je zajištěna i větru odolnost [11].
32 Mikroporézní membrány mají i některé nevýhody. Během používání může docházet k zanášení pórů nečistotami, tukovými částicemi a solemi. Výrobci proti tomu používají různé úpravy. Důležitá je tedy vhodná údržba, kde je nutno používat vhodné prostředky nezanechávající v materiálu rezidua, která pak narušují funkčnost materiálu [18].
Mikroporezní mebrány vyrábí především W. L. GORE & Associates GmbH, a to výrobek GORE-TEX. Je to mikroporézní polytetrafluorethylenový film, který je vyráběný oboustranným dloužením při vysokých rychlostech. Film má tloušťku 0,2 mm a laminuje se na textilní podklad adhezivními prostředky bodovým nánosem. Film má přibližně 9 bilionů pórů na 1 palec čtvereční. Teflon je stálý v teplotách +-240°C a špatně hoří [11].
Neporézní (hydrofilní) membrány:
Tento druh membrán pracuje na odlišném principu. Hydrofilní membrána nemá žádné póry, jedná se o bezporézní homogenní povlak. Přenos vlhkosti je založen na principu, kdy se voda na určitou dobu stává součástí membrány (vazba molekul vody na materiál membrány). Jde o převod par, který je podobný výměně látek přes buněčnou membránu živých organismů. Kondenzující voda na vnitřní straně membrány je rozváděna do materiálu a chemicky transportována navrch. Výhodou je minimální zanášení, lepší možnosti elasticity, přenos kapalné fáze vody a vysoké hodnoty vodního sloupce. Nevýhodou je prakticky nulový přenos plynů. Hydrofilní membrány jsou obvykle umístěny mezi vnější a vnitřní látku. Údržba je jednoduchá a převážně se vystačí s praním v běžných pracích prostředcích při teplotě 30 °C. Mezi nejznámější hydrofilní neporézní materiály patří membrány Sympatex [18].
Základem membrány Sympatex je neporézní hydrofilní membrána z modifikovaného polyesteru o tloušťce kolem 0,015 mm. Jedná se o směs 80 % polyesteru a 20 % polyesteru kopolymeru. Molekuly vody odpařující se z těla jsou vstřebávané hydrofilickými kanálky. Vodotěsnost má 10 000 mm H2O vodního sloupce, je pružná ve všech směrech, odolná v oděru a vůči chemikáliím [11].
33 Membrány se dále dělí podle provedení spojení membrány se svrchním či podšívkovým materiálem
• Dvouvrstvé lamináty
Laminace samotné vrchní látky a membrány má své nevýhody a to především v tom, že membrána není chráněná, a tak dochází k jejímu poškození vlivem tření mezi nositelem a membránou. Další nevýhodou je, že nemá ochranu před znečištěním (např. potem). Samotná odolnost proti proniknutí vody je stejná jako u třívrstvého laminátu, avšak samotný laminát je lehčí a paropropustnější [7].
U dvouvrstvého laminátu bývá často také membrána zevnitř kryta volnou podšívkou. Podšívka je nezávislá a brání před poškozením membrány a kontaktu těla s membránou. Nevýhodou ale je, že podšívka sice chrání membránu, ale protože není s membránou zalaminovana, tak dochází při nošení ke tření těchto dvou ploch a tím k poškození membrány. Paropropustnost je také horší, jelikož mezi podšívkou a membránou je vzduch, který ovlivňuje odpor vodních par.
Vrchní materiál bývá pro zvýšení odolnosti proti vodě opatřen hydrofobní úpravou. Laminací s vrchní textilií se sice sníží parametry nepromokavosti a prodyšnosti samotné membrány, ale zlepší se odolnost vůči poškození, která je dána odolností vrchní tkaniny [7, 11, 17].
• Třívrstvé lamináty
Laminace vrchní látky, membrány a podšívky je nejběžnější, jelikož odpadají potíže, které se vyskytují u dvouvrstvého laminátu. Membrána je nalaminována mezi vnější textilii a podšívku. Vnější textilie, membrána a podšívka tedy tvoří jeden slaminovaný kompaktní celek. Membrána je tak dobře chráněná před nečistotami a třením. Vybraní výrobci v tomto případě dosahují i dobrých hodnot paropropustnosti. Vyznačuje se vysokou odolností proti vodě a větru. Jde o mechanicky nejodolnější kombinaci pro extrémní použití. Výhodou je také, že odpadá další operace, jako je podšívkování. Nevýhodou je, že mají větší tuhost než dvojvrstvé lamináty. Dostatečnou volnost v pohybu lze zajistit kombinací s elastickým materiálem. Nevytváří také dostatečnou vzduchovou mezivrstvu, jako je to u dvouvrstvých laminátů, tak tepelně-izolační funkce třívrstvého laminátu může být nižší [11, 17].
34
• Provedení s volně vloženou membránou
Membrána je volně vložená jako samostatná vrstva mezi podšívku a svrchní materiál. Nepoužívá se laminace, tudíž nejde o laminát. Jde o zajímavý způsob jak zachovat parametry membrány. Prodyšnost z prostoru za membránou směrem ven je omezena vrchním materiálem. Tento typ je vhodný spíše pro městské oděvy. Často se používá u módního oblečení, rukavic či bot. Umožňuje jakékoliv střihové řešení u materiálů, na které by se spatně laminovalo nebo by byl problém s podlepením švů. Tento způsob není vhodný pro sportovní využití nebo extrémní klimatické podmínky [11, 18].
Obr. 12: Druhy polopropustných textilií [16].
6. Nesmáčivé úpravy
Hydrofóbní úprava potlačuje smáčivost textilie a propůčuje vodoodpudivost [9, 19, 20].
Rozlišuje se úprava [9, 19, 20]:
• Neprodyšná
Tato úprava je vodotěsná a musí odolat určitému tlaku vodního sloupce. Provádí se povrstvením, zatíráním latexy nebo termoplastickými pryskyřicemi. Nanesený film by měl být dostatečně pružný, pevný a s dostatečnou adhezí. Tyto úpravy nejsou vhodné pro oděvy, jelikož textilie je neprodyšná a nošení je nehygienické.
Jejich využití je tedy směrováno pro plachtoviny.
35
• Prodyšná
o S odperlujícím efektem: aplikuje se převážně na sportovní oblečení. Jednotlivá vlákna se obalí hydrofobním filmem, takže do nich nemůže proniknout voda. Propustnost pro vzduch zůstává zachována. Hodí se pro větrovky a plášťoviny.
o Nepromokavá: je schopna vodu odrážet, ale i zabránit jejímu pronikání textilií. Prodyšnost je zachována v menší míře.
Používá se na pláště, pracovní oděvy určené do deště a stanoviny.
Míru hydrofobie určuje úhel smáčení, který se vytvoří na rozhraní tří fází mezi kapalinou, textilií a vzduchem. Čím větší je úhel smáčení, tím lepší je vodoodpudivý efekt. Hydrofobizací se na textilii vytvořit film, který elasticitou a uzavřeným, orientovaným uspořádáním molekul zamezuje proniknutí vody. Při mechanickém namáhání se hydrofobní vrstva může narušit, takže v dotyčných místech se voduodpudivost sníží [9].
6.1. Přípravky a technologické postupy hydrofobizačních úprav
6.1.1. Parafinové emulze s hlinitými a zirkoničitými solemi
• hlinitá sůl / parafinová emulze
Parafinové emulze s hlinitými solemi mohou být s ochranným koloidem (klíh, želatina, polyvinylalkohol) nebo bez ochranného koloidu. Prostředky obsahující ochranný koloid jsou levné, ale úpravy neposkytují dokonalý odperlující efekt.
Předností přípravků bez ochranných koloidů je kombinovatelnost s močovino- a melaminoformaldehydovými pryskyřicemi. Tím se dosáhne dobrých výsledků na celulózových artiklech, a to především z regenerovaných vláken [9].
36
• zirkoničitá sůl / parafínová emulze
Ve srovnání s hlinitými solemi poskytují lepší voduodpudivý efekt, odperlování kapek a vyšší stálosti v chemickém čištění a praní. Lze je také kombinovat s prostředky pro nesráživou a nežehlivou úpravu [9].
6.1.2. Kvarterní amoniové sloučeniny
Jsou to reaktivní produkty, které se váží na OH skupiny celulózy kovalentní vazbou. Při reakci vzniká vedlejší produkt hydrochlorid pyridinu. Aby se zamezilo poškození celulózy, tak se doporučuje tlumení octanem sodným.
Přípravky se využívají na úpravu deštníkovin, kde dále zajišťují úpravu proti posunu nití [9].
6.1.3. Komplexy karboxylových kyselin s chromitými solemi
Vznikají reakcí hydroxochloridu chromitého s vyššími karboxylovými kyselinami v alkalickém prostředí. Komplex je kationaktivní a velmi dobře natahuje na záporně nabitá vlákna. Kondenzační produkt má dlouhé alkylové řetězce, které jsou orientovány kolmo k povrchu vlákna a tak tvoří jeho nový povrch s vysokým povrchovým napětím, po kterém kapky vody sklouzávají [9].
6.1.4. Substituované reaktoplasty
Tyto prostředky jsou na bázi substituovaných N – hydroxymethylmelaminů nebo N– hydroxymethylmočovin s dlouhými alkyly. Kondenzace probíhá za vysokých teplot. Volné N – hydroxymethylové skupiny zreagují za tvorby hydrofobního filmu na povrchu vláken a dochází k reakci s OH skupinami celulózy. Díky této reakci má úprava dobré stálosti [9].
37
6.1.5. Hydrofobizační prostředky na bázi polysiloxanů
Tyto prostředky nalezly rychle své uplatnění z několika důvodů [9, 19, 20] :
• stálost úpravy,
• univerzálnost jejich použití pro všechny druhy vláken,
• skvělý odperlující efekt,
• příjemný silikonový omak,
• pružné, hladké a prodyšné,
• dobrý hydrofobní efekt i za nízkého suchého přívažku.
Vznik síťovité struktury silikon-polymerních filmů, které vynikají adhézí a stálostí, umožňuje nestálá a reaktivní skupina Si – H, protože velmi snadno reaguje s kyslíkem a tvoří stabilních Si – O – Si vazeb. Mezi nevýhody patří horší žmolkovitost, způsobuje posuv švů, průměrnou odolnost při praní a chemickém čištění. Při nadměrném dávkování prostředku dochází k tvorbě silikonové dvouvrstvy, která naopak vodoodpudivost snižuje. Nevýhodou je také vyšší cena [9, 19, 20].
7. Popis použitých metod měření
7.1. Permetest
Přístroj je založený na měření tepelného toku q procházejícího povrchem tepelného modelu lidské pokožky. Povrch tohoto modelu je porézní a zavlhčován, čímž se simuluje funkce ochlazování pocením. Na povrch je přiložen přes separační folii testovaný vzorek, jehož vnější strana je ofukována [11, 16].
Přístroj je možné použít pro měření [16]:
1. Měření tepelného odporu při stabilizované teplotě textilie 32 °C nebo při rozdílu teploty hlavice a teploty v kanálu v mokrém či suchém režimu.
2. Měření výparného odporu a relativní paropropustnosti za izotermních podmínek.
3. Měření výparného odporu a relativní paropropustnosti za anizotermních podmínek.
38 Při měření je měřící hlavice pomocí elektrické topné spirály a regulátoru udržován na teplotě okolního vzduchu (obvykle 20 – 23 °C), který je nasáván.
V průběhu měření se vlhkost v porézní vrstvě mění na páru, která přes separační fólii prochází testovaným vzorkem. Výparný tepelný tok je měřen snímačem a jeho hodnota je přímo úměrná paropropustnosti textilního vzorku nebo nepřímo úměrná jeho výparnému odporu. Nejdříve se měří tepelný tok bez vzorku a pak se vzorkem. Přístroj registruje tepelné toky. Při měření tepelného odporu vzorku je měřící hlavice udržována na teplotě o 10 - 20 °C vyšší než je teplota vzduchu.
Tepelný tok, který je odváděn ze vzorku konvekcí do okolního vzduchu, je po té registrován [11, 16].
Obr. 13: Schéma přístroje PERMETEST [16].
Popis průběhu měření:
Před měřením je potřeba zkontrolovat kvalitu membrány uchycené na měřící hlavici. V případě narušení jejího povrchu je nutné membránu vyměnit, aby nedošlo ke zkreslení výsledků. Životnost membrány závisí na počtu měření a na šetrném vkládání měřených vzorků na hlavici přístroje. Po zapnutí se provede zavlhčení přístroje a následně je nutné počkat na ustálení hodnot. Dále následuje
39 kalibrace přístroje, která se provádí pomocí referenční textilie. Propustnost této textilie se nesmí měnit v průběhu měření v důsledku sorpce vodních par ve vlákenné struktuře referenční textilie. Jako referenční textilie se zde používá polypropylenová tkanina v keprové vazbě. Nejdříve proběhne měření bez referenční textilie, kdy se přístroj nastavuje podle počátečních parametrů teploty a vlhkosti, které jsou zadávány v menu přístroje. Po nastavení a ustálení je na měřící hlavici vložena textilie. Po ustálení proběhne měření a po dokončení měření se objeví naměřené hodnoty. Přístroj je správně nakalibrovaný pokud se výparný odpor pohybuje kolem 5 Pa.m2/W. Po správném nakalibrování následuje samotné měření testovaných vzorků. Měření probíhá stejným způsobem [16].
7.2. Zkouška tlakem vody
Vodní sloupec je údaj, kterým se vyjadřuje schopnost materiálu odolávat tlaku vody. Udává se převážně v mm. Čím je hodnota vyšší, tím je materiál odolnější vůči proniknutí vody [14, 21].
Postup zkoušky:
Testovaný vzorek se upne na zkušební hlavu tak, aby se povrch vzorku dotýkal povrchu vody. Při upínání nesmí voda pronikat testovaným vzorkem. Na upnutý vzorek se ihned působí zvyšujícím se tlakem vody. Na jednu stranu vzorku působí v ovzduší stále se zvyšující se tlak vody tak dlouho, dokud nedojde na třech místech k proniknutí vody. Zaznamená se tlak, při kterém voda pronikne textilií ve třetím místě. Tlak vody může na testovaný vzorek působit zespodu nebo shora. Použitý směr tlaku by měl být uveden v protokole. Výsledek testu vyjadřuje odolnost výrobků z plošných textilií proti krátkodobému nebo střednědobému působení tlaku vody. Čím je hodnota vyšší, tím je materiál odolnější proti proniknutí vody. Při zkoušení se používá čerstvá destilovaná voda, která by měla mít teplotu 20 ± 2 °C nebo 27 ± 2 °C. Rychlost zvyšování tlaku vody by měla být 10 ± 0,5 nebo 60 ± 3 cm vodního sloupce za minutu [14].
40
7.3. Spray test
Nepromokavost je schopnost textilií nepropouštět a nepřijímat vodu za stanovených podmínek. Tento efekt lze hodnotit metodou zkrápění podle ČSN 80 0827, tzv. Spray testem. Spray testem je měřen stupeň smáčení. Stupeň smáčení je definován jako míra odolnosti povrchu plošných textilií vůči smáčení [9, 22].
Obr. 14: Spray test (1 - nálevka, 2 - držák, 3 - pryžová kruhová spojka, 4 - nástavec pro zkrápění vody, 5 - vzorek, 6 - rámeček pro upnutí vzorku, 7 -
podstavec) [9].
Postup zkoušky:
Podstata zkoušky spočívá v tom, že zkoušený vzorek upneme do rámečku lícem nahoru, který svírá s podložkou úhel 45 °. Vzorek v rámečku je pak zkrápěn 250 ml destilované vody, které mají protéci za 30 sekund. Ihned po zkrápění je rámeček se vzorkem sejmut, otočen lícovou stranou dolů a dvojím oklepáním o tvrdý předmět jsou odstraněny ulpělé kapky vody na povrchu vzorku. Změny povrchu vzorku na lícové straně se ohodnotí ve stupních podle pětistupňové stupnice s fotoetalony uvedenými v citované normě [9, 11, 22].
41 Obr. 15: Fotoetalony [9].
7.4. Savost
Savost je schopnost textilie přijímat kapaliny. Savost plošných textilií se určuje na základě sací výšky. Sací výška je míra schopnosti textilie přijímat svým průřezem při dané teplotě a době kapalinu vzlínáním. Sací výška je vyjádřena v cm/30 min [23].
Zkušební vzorky zkoušky [23]:
Pro stanovení sací výšky se vystřihují vzorky o rozměrech 250 x 10 mm.
Připraví se 6 vzorků delších po osnově a pak 6 vzorků delší stranou po útku.
Postup zkoušky [23]:
Testované vzorky jsou upevněny na rám napichováním na bodce tak, aby přečnívaly na jedné straně pod bodcem 2 milimetry. Rám se zavěsí a přečnívající konce textilního vzorku se ponoří 2 milimetry do kapaliny, která se nechá vzlínat do vzorku 30 minut. Od sací výšky se odpočítávají 2 milimetry délky vzorku, které byly ponořeny do kapaliny. Jako testovací kapalina se používá destilovaná voda. Při zkoušení světlých tkanin je možno použít 0,1% roztok
