1 V Liberci, dne 5.5. 2017
2 Poděkování
Touto cestou děkuji vedoucí mé bakalářské práce Ing. Renátě Němčokové za odborné rady a připomínky při zpracování bakalářské práce.
Dále děkuji Ing. Martinovi Šotolovi, Ph.D. za velmi vstřícný přístup a ochotu konzultovat problematiku týkající se airbagů, další poděkování patří Ing. Barboře Javůrkové Svobodové za rady a doporučení při zpracování bakalářské práce.
V neposlední řadě děkuji mému manželovi a celé mé rodině za trpělivost a oporu, kterou mi poskytovali v průběhu celého mého studia na textilní fakultě.
3 Abstarkt
Předložená práce je zaměřena na testování pevnosti švů airbagů. Airbag patří mezi prvky pasivní bezpečnosti, používaný převážně v automobilovém průmyslu, chránící lidské zdraví a životy. Proto je nutné testování jejich spolehlivosti a jejich dalšímu možnému vývoji věnovat velkou pozornost.
Testovány byly švy airbagů, jejich pevnost a vhodnost použití nejčastěji používaného druhu švu při výrobě airbagů. Srovnání s některými dalšími typy švů také používaných při výrobě airbagů. Měření bylo prováděno pomocí trhacího přístroje a průběh jednotlivých zkoušek byl zaznamenán termokamerou. Ta umožňuje zobrazení vývoje teploty průběhu testování vzorků a následné vyhodnocení působení zvyšující se zátěže na testované vzorky.
Výsledky měření potvrdily předpoklad o vhodnosti nejčastěji používaného švu při výrobě airbagů a rozšířily oblast znalostí dané problematiky, díky čemuž vyvstaly další otázky. Které by mohly vést k pokračování a rozšíření této práce.
Zajímavé by bylo navázat na tuto práci testováním dalších druhů švů možných k použití při výrobě airbagů, nebo zvolit testování těchto švů jiným druhem namáhání, např. namáhání rázem.
Klíčová slova: pevnost, teplota, termografie, šev, airbag
4 Abstract
The presented work is focused on testing the sealing strength of the airbags. The airbag is one of the elements of passive safety, used predominantly in the automotive industry to protect human health and lives. It is therefore necessary to pay close attention to testing their reliability and further development.
The airbag seams, their strength and the suitability of the most commonly used seams in the manufacture of airbags were tested. Comparison with some other types of seams also used in the manufacture of airbags was conveyed. Measurement was performed using a tear-off apparatus and the course of the individual tests was recorded by a thermal camera. This allows us to visualize the development of the temperature of the sample test process and then evaluate the effect of the increasing load on the test specimens.
The results of the measurements confirmed the hypothesis of the suitability of the most commonly used seams in the manufacture of airbags and expanded the area of knowledge of the given issue, giving rise to further questions - which could lead to the continuation and extension of this work.
It would be interesting to build on this work by testing other types of seams that can be used in the manufacture of airbags, or to choose to test these seams with other types of stress, such as impact stress.
Key words: fitness, temperature, thermography, seam, airbag
5
1 ÚVOD 8
2 REŠERŠNÍ ČÁST 9
2.1 Airbag a jeho použití 9
2.1.1 Složení a funkce airbagu 11
2.1.2 Průběh činnosti airbagu 13
2.1.3 Materiály pro výrobu airbagu 14
2.1.3.1 Požadavky na materiály pro výrobu vaků airbagů 14
2.1.3.2 Konstrukce tkaniny 15
2.1.4 Výroba airbagů 16
2.1.5 Testování spolehlivosti airbagů 18
2.2 Švy užívané při výrobě airbagů 19
2.2.1 Dělení švů 19
2.2.2 Rozdělení švů do tříd dle schválených norem ISO 4916:1991 20
2.3 Způsoby jakými mohou být švy namáhány 22
2.3.1.1 Rázové namáhání 22
2.4 Termografie 23
2.4.1 Termovize 24
2.4.2 Princip termografie 25
2.4.3 Technika infrazobrazování 28
2.4.4 Použití infračervené termografie 29
2.4.4.1 Použití termografie při analýze mechanických vlastností a selhání 29
3 EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST 32
3.1 Materiály vybrané pro experiment 32
3.1.1 Způsob stanovení parametrů materiálů 32
3.1.2 Parametry materiálů 33
3.2 Přístroje použité pro provedení experimentu 34
3.2.1 Trhací přístroj pro měření pevnosti 34
3.2.2 Zařízení použité pro snímání teploty 35
3.3 Způsob zhotovení vzorků pro měření 37
3.4 Druhy testovaných spojů 41
3.5 Postup zkoušky 41
3.5.1 Naměřené hodnoty a jejich zpracování 42
3.5.2 Sledované stavy vzorků v průběhu zkoušky 43
3.6 Výsledky a diskuze měření a vyhodnocení naměřených dat 45
3.6.1 Znázornění vývoje teplot v grafech 48
3.6.1.1 Vývoj teploty v (t1) 49
3.6.1.2 Vývoj teploty v (t2) 51
3.6.1.3 Vývoj teploty v (t3) 53
6
3.6.1.4 Vývoj teploty v (t4) 55
3.6.2 Vyjádření pevnosti v závislosti na teplotě 56
4 ZÁVĚR 59
5 POUŽITÁ LITERATURA 61
6 SEZNAM PŘÍLOH 63
7 Seznam použitých veličin a jednotek
Značka Jednotka Veličina
P, ɸ [W] Zářivý tok, zářivý výkon
M W. Intenzita vyzařování
σ . Stefanova – Boltzmanova konstanta
T K Termodynamická teplota
ε 1 Emisivita
τ 1 Spektrální propustnost
ρ 1 Spektrální odrazivost
α 1 Spektrální pohltivost
t °C Celsiova teplota
F [N] Síla
Ostatní veličiny a jednotky jsou uvedeny v textu práce
8
1 Úvod
Téma předložené práce je aktuální z důvodu zvyšujících se požadavků na bezpečnost bezpečnostních prvků automobilů. V současné době narůstá počet uživatelů automobilů, zároveň tedy i účastníků silničního provozu. Vzhledem k tomuto faktu je na výrobce automobilů kladen důraz právě na zvyšování bezpečnosti automobilů. Výrobci se stále více zaměřují na vývoj bezpečnostních prvků aktivních, i pasivních. Jedním z nejpoužívanějších prvků pasivní bezpečnosti je airbag.
Tato práce je konkrétně zaměřena na pevnost švů airbagů. V první části práce je vysvětleno, co vlastně airbag je, jak funguje a z čeho se vyrábí. Popsány jsou také požadavky na textilní materiál, ze kterého se vaky airbagů vyrábí, švy používané pro jejich výrobu, jakým způsobem je výrobek při plnění své funkce namáhán a jak probíhá testování airbagů. Vzhledem k tomu, že pro experiment této práce byla při testování pevnosti švů airbagu použita termokamera, byl v první části této práce popsán princip, na jakém termografie funguje.
Testování pevnosti švů pro airbag bylo prováděno pomocí trhacího přístroje.
Průběh jednotlivých zkoušek byl zaznamenáván termokamerou. Experimentální část práce zahrnuje detailní popis materiálů, ze kterých byly vyrobeny zkušební vzorky pro experiment, jaké druhy švů byly pro experiment použity, způsob vyhotovení zkušebních vzorků a za jakých podmínek byl experiment prováděn. Měřila se pevnost švů
a z videozáznamů termokamery bylo vyhodnoceno rozložení tepla ve zkušebních vzorcích v průběhu zkoušky. Byly stanoveny určité polohy ve vzorku, dále bylo určeno několik stavů ve kterých se stanovené polohy ve vzorku detailně sledovaly a následně hodnotily.
Cílem práce bylo ověřit vhodnost a dostatečnou pevnost švů používaných pro výrobu airbagu ve srovnání s několika jinými druhy švů možných k použití pro výrobu airbagu.
9
2 Rešeršní část
2.1 Airbag a jeho použití
Airbag je důležitým prvkem pasivní bezpečnosti, využívaným převážně v automobilovém průmyslu. V dnešní době jsou již airbagy standardní výbavou automobilů a pro jejich správnou účinnost je nutné současné použití bezpečnostních pásů, které v případě nárazu vozidla do překážky udrží tělo ve správné poloze a to pak dopadne do aktivovaného airbagu. Pokud by bezpečnostní pásy použity nebyly, tělo může být nárazem v kabině automobilu odmrštěno mimo aktivovaný airbag. (1)
Pasivním prvkům bezpečnosti se v současné době věnuje hodně pozornosti, ale dlouho tomu tak nebylo. Přesvědčit uživatele o jejich užitečnosti trvalo poměrně dlouhou dobu. Jedná se o prvky, které zmírňují následky nehody, tedy jejich účelem je působit až ve chvíli, kdy k nehodě dojde, na rozdíl od aktivních prvků bezpečnosti, jejichž účelem je nehodě předejít. (1)
Pasivní prvky bezpečnosti prochází prudkým vývojem až v posledních letech.
Ještě před pár desítkami let, se prvkům pasivní bezpečnosti nevěnovala velká pozornost a od jejich užívání se spíše zrazovalo a většinou se hledaly především důvody k jejich nepoužívání, než k jejich používání. Mezi potenciálními uživateli se šířily mýty, které vedly k obavám, že při případné nehodě tyto prvky následky nehody spíše zhorší nebo dokonce přímo zranění způsobí. Proto automobily, které byly opatřeny airbagy, zákazníci nevyhledávali a výrobci takovýchto automobilů po prvních pokusech o jejich výrobu a prodej od této výbavy nejdříve upustily. (7)
Tyto desinformace se rozšiřovaly především díky špatnému všeobecnému povědomí o správném využívání bezpečnostních prvků. O užitečnosti těchto prvků se následně podařilo uživatele přesvědčit a v současné době jsou prvky pasivní bezpečnosti hojně využívány v mnoha oblastech a prochází velkým vývojem. První používané airbagy byly airbagy čelní na místě řidiče a spolujezdce, postupně se umísťovaly v karoserii automobilu na další plochy, kde často dochází při nehodě k poškození lidského zdraví. Dnešní době se již můžeme setkat i s airbagy vně automobilu. Zatím jimi nejsou vozidla vybavena standardně, ale do budoucna se jistě budou airbagy využívat i pro ochranu bezpečnosti tímto způsobem, tedy hlavně k ochraně bezpečnosti chodců. (1)
10 Aby dosáhl airbag nejvyššího možného efektu, je nutné jej současně používat s dalším prvkem pasivní bezpečnosti, kterým jsou bezpečnostní pásy. Při použití těchto dvou prvků pasivní bezpečnosti má pasažér v případě nehody 2 - 3 krát větší šanci na přežití, než nepřipoutaný pasažér ve vozidle bez airbagu. Airbagy snižují následky jak smrtelných nehod, tak i u nehod s lehčími a těžšími zraněními. (7)
Přesto, že jsou airbagy používány hlavně v automobilismu, mohou najít uplatnění i v jiných oblastech. S jejich využitím se lze setkat například při výrobě kosmických sond, kde se airbag používá pro změkčení jejich přistání, hasiči využívají airbag jako záchrannou nafukovací podušku a ve speciálních batozích se vyrábí lavinové airbagy. I v motocyklovém průmyslu se lze setkat s využitím airbagu, které mohou být umístěny přímo na motocyklu. Také se vyrábí airbagy pro motocykly, umístěné ve speciálních vestách. Vyvíjí se i airbagy pro cyklisty, které jsou ukryty ve speciálním límci. Jak již bylo výše zmíněno, je možné se setkat už i s airbagy pro chodce, které jsou umístěny pod kapotou automobilu, popřípadě i na boku automobilu. Při srážce automobilu s chodcem se airbag aktivuje, vak se naplní na kapotě automobilu a chodec tak dopadá na nafouknutý vak, čímž se sníží následky dopadu. (1, 3)
V kabině automobilu je možné se nejčastěji setkat s čelními airbagy, kdy airbag na místě řidiče je umístěný ve středu volantu a airbag spolujezdce umístěný pod krytem přístrojové desky. Ty brání nárazu hlavy a trupu pasažéra do pevných předmětů vozidla.
Dalším typem airbagu, kterými již běžně automobily disponují, jsou kolenní airbagy, chránící kolena řidiče a spolujezdce před kontaktem se spodní částí přístrojové desky.
Existují také boční airbagy umístěné v opěradlech sedadel chrání pánev a hrudník pasažéra při nárazu z boku. A dále pak jsou to hlavové airbagy umístěné na bočních oknech od předního po zadní sloupek chránící hlavy pasažérů na předních i zadních sedadlech. Tyto typy airbagů jsou demonstrovány na obrázku č. 1. (2)
11 Obr. 1 Ukázka umístění airbagů v kabině automobilu (http://www.skoda-
auto.com/en/models/new-octavia/safety) staženo 24.4. 2017
2.1.1 Složení a funkce airbagu
Airbag se skládá z vaku zhotoveného z technické textilie, inflátoru a řídící jednotky se senzory zrychlení (Obr. 2). Inflátor je generátor plynu, produkující plyn k naplnění vaku, jehož hlavní součástí je dusík, neškodný pro lidský organismus. Plyn, kterým je vak plněn, je horký a materiál ze kterého je vak vyroben, tedy musí splňovat určité požadavky, aby nedošlo k popáleninám pasažéra. Řídící jednotka vyhodnocuje signály snímačů zrychlení pro každý směr a při nárazu aktivuje správný druh airbagu.
Při nárazu vozidla do překážky jsou tedy aktivovány pouze airbagy ve směru nárazu.
Pro aktivaci airbagů musí intenzita nárazu překročit stanovenou hranici. Nastavená hranice pro aktivaci airbagu bývá zpravidla větší než je náraz o síle 20 km/hod do pevné stěny. Pro každý druh airbagu je stanovena hraniční hodnota individuálně. Tím je zabezpečeno, že k aktivaci airbagů nebude docházet zbytečně v situacích, kdy to není zapotřebí. (3)
12 Obr. 2 Složení airbagu (3)
Při nárazu vozidla do překážky, vyhodnocují situaci snímače zrychlení. Pokud snímač naměří hraniční hodnoty, vyšle řídící jednotka signál do inflátorů příslušných airbagů. V inflátorech jsou umístěny tablety pro tvorbu plynu, ty jsou zapáleny elektrickým můstkovým zapalovačem s roznětkou v tělese inflátoru. Tak vznikne chemická reakce produkující plyn, který vak naplní. Po naplnění vaku plynem se aktivuje vypouštěcí ventil, kterým uniká plyn z vaku pryč. Vypouštění vaku je dvoufázové. Řízené vypouštění vaku zabraňuje prudkému zastavení těla. (3)
Časy naplnění vaků se liší dle druhu airbagu. Obecně platí, že naplnění vaku probíhá velice rychle, v řádech milisekund. Airbagy se v závislosti na umístění ve vozidle liší i svou velikostí, liší se také rychlostí naplnění vaku. Orientační hodnoty naplnění různých typů vaků jsou uvedeny v tabulce č. 1. (3)
Tab. 1 Přibližné velikosti a časy plnění airbagů (3)
Druh airbagu Velikost vaku v [l] Čas naplnění [ms]
Na místě řidiče 35 – 60 28 – 30
Na místě spolujezdce 95 33
Boční 13 10
13
2.1.2 Průběh činnosti airbagu
Ve chvíli nárazu vozidla do překážky, kdy snímač naměří hraniční hodnotu, je uveden airbag v činnost.
V čase t = 0 náraz vozidla do překážky
V čase t = 25 ms hlásí senzor náraz a řídící jednotka odpaluje roznětku, proběhne chemická reakce produkující plyn
Po 40 ms se trhá kryt airbagu a vak se plní plynem V čase t = 60 ms je vak naplněn a zachycuje posádku
V čase t = 110 ms je pasažér plně ponořen do airbagu a začíná se pohybovat zpět V čase t = 150 ms se pasažér vrací do sedadla
Uvedené časy jsou orientační a liší se podle druhu aktivovaného airbagu. Tyto času odpovídají naplnění čelního airbagu. Například při bočím nárazu musí být vak naplněn rychleji, jelikož deformační zóna mezi hlavou pasažéra a bočními okny je mnohem kratší. Příklad uvedení airbagu v činnost je na obr. 3.(3)
Obr. 3 Příklad plnění airbagu při nárazu automobilu (http://www.czrso.cz/) staženo 24.4.2017
14
2.1.3 Materiály pro výrobu airbagu
Materiály ze kterých se vaky airbagů vyrábí jsou technické textilie, které by měly disponovat extrémně nízkou propustností plynu. Tyto textilie musí být tepelně odolné a pružné. Nejběžněji se pro výrobu vaků airbagů používá nylon 6,6, který je hladký a má nízkou hmotnost a tuhost. Materiály pro různé typy airbagů jsou odlišné a musí splňovat různé nároky. Vzhledem k různým velikostem vaků airbagů je pro naplnění každého vaku třeba individuální hodnota tlaku plynu a různá teplota. Od toho se odvíjí různé požadavky na materiál. Ve většině případů jsou tkaniny pro výrobu vaků airbagů tkané hustou plátnovou vazbou. Díky hustotě vazby je omezena propustnost horkého plynu, čímž je chráněn obličej nebo jiná část těla pasažéra před poraněním horkým plynem. (8)
Některé druhy vaků jsou opatřeny povlakem, který může být neoprenový, nebo silikonový, případně s křemíkovým nátěrem. Tímto nátěrem bývají opatřeny zpravidla boční hlavové airbagy a také vak řidiče, které vyžadují nízkou propustnost vzduchu či plynu. Vak s povlakem obsahuje folii laminovanou lespoň na části povrchu konečného výrobku. Tento film disponuje velmi dobrou pevností v tahu a prodloužením do přetrhu. Film má nízkou propustnost vzduchu a objem balení zůstává nízký.
Materiály vyrobené z příze 470 dtex nemusí být potažené dalším povlakem, ale tkaniny vyrobené z příze 235 dtex potaženy být musí. (8)
2.1.3.1 Požadavky na materiály pro výrobu vaků airbagů
Materiály, ze kterých se vaky airbagů vyrábí, musí splňovat určité parametry, aby byla dosažena správná funkčnost a bezpečnost konečného výrobku. Musí mít nízkou tloušťku a hmotnost, ale vysokou tažnost a pevnost ve směru osnovy i útku, protože konečný výrobek je namáhaný v obou směrech stejně. Je třeba, aby byl materiál odolný proti stárnutí, dosahoval tepelné stability a odolnosti až do 190 °C. Nutná je také odolnostk UV záření. Materiál by měl mít nízkou a velmi rovnoměrnou prodyšnost, díky které by bylo možné přesně řídit propustnost plynu. Po sešití materiálu, by měl šev disponovat vynikající celistvostí. Materiál by měl být schopný absorbovat energii, být funkční i v extrémních teplotách a tojak vysokých, tak i nízkých. Pokud je třeba použít
15 pro určitý typ vaku materiál s povlakem, je nutné, aby bylo možné požadovaný povlak na materiál aplikovat tak, aby k materiálu povlak dobře přilnul. (8)
Jak již bylo zmíněno, nejpoužívanějším materiálem pro výrobu airbagu je polyamid. Nejběžněji se používá v jemnosti rozmezí 420 – 840 Den. Vhodným materiálem je také polyester, který také vyhovuje svou rozměrovou stabilitou i ve vlhkém stavu. (8)
Polyamid splňuje veškeré požadavky na tkaniny pro výrobu vaku airbagu. Má vysokou pevnost a nízkou hmotnost a zde dosaženo vhodného poměru pevnosti a hmotnosti materiálu. Polyamid vyniká dobrou chemickou a tepelnou stabilitou a odolností. Je odolný otěru a dosahuje vysoké flexibility. Je také chemicky a biologicky stabilní a dále disponuje vynikajícími technickými vlastnostmi a to i při vysokých teplotách. (8)
2.1.3.2 Konstrukce tkaniny
Vaky airbagů se vyrábí z kompaktní, hladké tkaniny. Hustota tkaniny je dána druhem airbagu, ale je ovlivněna i polohou trhu, pro který je airbag vyráběn. Čelní airbagy vyráběné v Americe mají 2,5 krát vyšší hustotu, než tkaniny pro vaky airbagů vyráběných v Evropě.
Tkaniny použité pro výrobu vaku řidiče a spolujezdce jsou zcela odlišné.
Většina bočních airbagů řidiče jsou s povlakem, utkané z přízí s vyšší jemností, které jsou pevné, ale zároveň se vyznačují nižší hmotností. (8)
Tkanina vaku airbagu na straně spolujezdce bývá bez povlaku. Vak na místě spolujezdce je větší, při jeho plnění je vyvíjen nižší tlak plynu, naplnění trvá delší dobu a používá se chladnější plyn. Proto jsou na tento materiál kladeny jiné nároky.
Hmotnost materiálu pro tento vak je vyšší než hmotnost materiálu pro potahované vaky, je to okolo 50 g/ . Zatímco tkaniny pro potahované vaky mají hmotnost okolo 175 g/ . Nepotažené tkaniny mají vyšší hmotnost, aby se v nich při plnění udržel plyn.
Obecně platí, že tkanina pro výrobu vaku spolujezdce je tužší a silnější. Tloušťka materiálu může být od 0,33 mm do 0,4 mm, zatímco tkanina pro výrobu vaku na straně řidiče bývá o tloušťce 0,25 mm. V tabulce č. 2 jsou uvedeny vlastnosti materiálu s povlakem a bez povlaku. (8)
16 Tab. 2 Tabulka vlastností tkaniny s povlakem a tkaniny bez povlaku (8)
Vlastnost Tkanina s povlakem Tkanina bez povlaku
Pórovitost Přesně řízená Proměnlivá
Dělení materiálu Snadno Obtížněji
Šití Snadná manipulace Obtížnější
Balení Objemný Menší objem
Tuhost Proměnlivá Poddajná
Odolnost ohni Dobrá Špatná
Rozvinování Vynikající kontrola Vzhledem k hrubšímu povrchu horší
Náklady na výrobu Vysoké Nízké
Recyklovatelnost Obtížná Jednodušší
2.1.4 Výroba airbagů
Střihové díly vaků airbagů jsou vyřezávány laserem. Tato technika je zde používána pro její přesnost a zároveň se okraje dílů zataví a je tak zabráněno třepení materiálu.
Konstrukce dílů vaku na straně řidiče je ze dvou kusů, které jsou kruhového tvaru. Tyto díly jsou sešité k sobě. Vak pro spolujezdce je ve tvaru slzy, vyrobený ze dvou svislých profilů a hlavního vodorovného panelu (obr. 4). (8)
Obr. 4 Airbag na místě řidiče (vlevo) a spolujezdce vpravo)
(http://www.thecarconnection.com/news/1095064_nhtsa-expands-takata-airbag-recall-heres-an-updated- list-of-every-u-s-car-affected) staženo 28.4.2017
17 Vaky airbagů jsou sešívány nitěmi z polyamidu nebo polyesteru a případně i nitěmi kevlarovými. Je třeba zajistit, aby byl vak zhotoven za pomocí co nejmenšího množství švů, které jsou příčinou většího objemu složeného vaku. Po sešití dílů, obrácení vaku na líc se vak musí složit s vysokou pečlivostí a přesností, aby byla zajištěna možnost plynulého rozvinutí. (8)
Výrobou šicích nití pro airbagy se zabývají např. tito výrobci: AMANN, HAGAL, GUTERMANN.
Výrobce šicích nití AMANN vyrábí nitě vhodné pro šití airbagů pod názvem Serafil a Tech X. Z řady Serafil jsou konkrétně pro šití airbagů vhodné nitě Serafil 20.
Tyto nitě se vyrábí z vysoce pevných polyesterových vláken a jsou tak pevné a vysoce odolné. Tech X šicí nitě se vyrábí z technických vláken, které splňují vysoké nároky při výrobě technických produktů, jako je flexibilita, funkčnost, pevnost apod. Z řady Tech X jsou pro výrobu airbagů vhodné nitě K-tech, které jsou žáruvzdorné, netaví se, jsou samozhášivé vyrobené z para-aramidových vláken s dlouhým staplem pro vysoké teploty. Bod tání leží přibližně kolem 425°C. (11)
Výrobce šicích nití HAGAL vyrábí nitě vhodné pro šití airbagů z vysoce pevného polyesterového hedvábí pod názvem Ultrapoly. Jedná se o mnohočetné vlákno, požadované jemnosti, opatřené zákrutem a následně seskáno. Dále následuje tepelná fixace hotového polotovaru šicí nitě. Výsledkem je šicí nit kruhového průřezu s vynikajícími fyzikálně-mechanickými vlastnostmi. Šicí nitě Ultrapoly disponují vysokou poměrnou pevností, vysokou pevností v tahu při přetrhu a vysokou pevností ve švu. Mají stabilní fixovaný zákrut a jsou odolné oděru. Jsou odolné proti běžným chemikáliím, plísním a bakteriím. Dále jsou odolné povětrnostním vlivům, namáhání během šicího procesu a umožňují šití bez přetrhů. (12)
Výrobce šicích nití GUTERMANN vyrábí vhodné nitě pro šití airbagů pod názvem Zwibond 40. Jedná se o průmyslovou vysoce kvalitní šicí nit ze 100 % polyamidu. Disponuje vysokou pevností a odolností proti lámání. Je extrémně spolehlivá při šití na automatických strojích. (13)
18
2.1.5 Testování spolehlivosti airbagů
Na testování airbagů jsou kladeny vysoké nároky. Nejen že selhání airbagu, nebo zranění airbagem by mohlo mít za následek soudní žaloby, ale jde především o lidské životy a zdraví. U airbagů se testují vlastnosti fyzikální, chemické a environmentální.
Zkoušení je prováděno pomocí tzv. crash testů. Jsou to nárazové zkoušky, jejichž cílem je co nejvěrněji simulovat skutečné havárie. Pro tyto testy nejsou stanoveny pevné parametry a každá společnost provádějící tyto testy má své individuální postupy. Testují se různé druhy nárazů (např. čelní, boční, střety s chodci), při různých rychlostech. (1, 7)
Pro testování se používají modely automobilů, které mají stejné vlastnosti a parametry jako automobil výrobce, který zadal zakázku na provedení testů.
Pro simulaci vlivu nárazu na lidské tělo se používají testovací figuríny obou pohlaví i figuríny dětí o různých hmotnostech a proporcích. Do figurín jsou zabudovány senzory a čidla, díky nimž je možné vyhodnotit zatížení lidského organismu a funkčnost jednotlivých prvků pasivní bezpečnosti. (1) (7)
Airbagové testy probíhají za běžných i extrémních klimatických podmínek, hodnotí se také interakce airbagu s interiérem vozu, testují se všechny typy airbagů dle umístění ve vozidle. Simuluje se také stárnutí dílů pro zjištění doby bezchybné funkčnosti airbagů.
Měření probíhá za pomocí měřící, osvětlovací a kamerové techniky, jak může vypadat laboratoř pro testování airbagů je uvedeno na obr. 5. (1) (7)
19 Obr. 5 Ukázka laboratoře pro zkoušení airbagů
(https://www.shutterstock.com/video/search/airbag-deployment) staženo 28.4.2017
2.2 Švy užívané při výrobě airbagů
Kvalita textilního produktu je závislá na několika faktorech. Jedním z faktorů ovlivňujících kvalitu a vlastnosti textilních produktů jsou švy použité při výrobě daného produktu. Požadavky na vlastnosti švů se odvíjí od toho, pro jaký produkt má být šev použit.
Šev vzniká spojením dvou nebo více vrstev materiálů šitím, lepením, svařováním nebo jiným způsobem spojování. (6)
2.2.1 Dělení švů
Švy se dělí do několika tříd. Podle umístění švu na výrobku je to mezní šev, členící šev, montážní šev nebo pomocný šev a šev namáhaný.
Další dělení švů je podle jejich tvaru, kam patří rovný šev, mimorovinný šev a zakřivený rovinný šev.
20 Další způsob, jakým se švy dělí je podle umístění švů vzhledem ke struktuře materiálu. Zde se jedná o šev zhotovený po osnově textilie nebo po útku textilie a dále šev zhotovený kosmo v textilii či dva díly různého směru. (6)
Základní parametry švů
Je několik podstatných parametrů, které ovlivňují výsledný efekt a funkčnost švu. Patří sem šíře švové záložky, dalším důležitým parametrem je vzdálenost stehových řádků a počet stehových řádků.
2.2.2 Rozdělení švů do tříd dle schválených norem ISO 4916:1991
Jednotlivé třídy švů jsou značeny X . XX . XX. Zde číslice na prvním místě označuje číslo třídy dle ISO normy, následující dvojčíslí označuje způsob položení materiálu na sebe a poslední dvojčíslí značí způsob šití. Jednotlivé třídy švů jsou uvedeny v tabulce č. 3. (6)
Tab. 3 Rozdělení švů do tříd dle normy ISO 4916 (6)
Třída švů Název švů
1.00.00 Hřbetové švy
2.00.00 Přeplátované švy
3.00.00 Lemovací švy
4.00.00 Dotykové švy
5.00.00 Ozdobné švy
6.00.00 Obrubovací švy
7.00.00 Začisťovací švy
8.00.00 Zajišťovací švy
Pro výrobu airbagů se nejčastěji používají hřbetové švy třídy 1.00.00, které jsou nejvhodnější. Někdy je možné se při výrobě airbagů setkat i s použitím přeplátovaného švu třídy 2.00.00, proto bude následující kapitola zaměřena na detailnější popis právě těchto dvou tříd švů.(8)
21 Třída 1.00.00 hřbetové švy
Dvě nebo více vrstev spojovaného materiálu se položí na sebe a spojí se jednou nebo několika řadami stehů, které se mohou vést v kraji stykových ploch šitého materiálu nebo v libovolném místě. Příklady hřbetových švů jsou uvedeny na obrázku č. 6. (6)
Pro výrobu airbagů se používá převážně jednoduchý hřbetový šev 1.01.01 (6)
Obr. 6 Příklady hřbetových švů a) jednoduchý hřbetový šev 1.01.01 b) dvojitý hřbetový šev 1.06.02
Třída 2.00.00 – přeplátované švy
Dvě nebo více vrstev materiálů se položí přes sebe a spojí se jednou nebo několika řadami stehů, které jsou vedeny v místě překrytí šitých materiálů. Na obrázku č. 7 jsou znázorněny příklady přeplátovaných švů.(6)
Pokud se při výrobě airbagu použije při přeplátovaný šev, zpravidla to je šev jednoduchý třídy 2.01.01. (8)
Obr. 7 Příklady přeplátovaných švů a) jednoduchý přeplátovaný šev 2.01.01 b) zahnutý přeplátovaný šev 2.02.01
a b
a b
22
2.3 Způsoby jakými mohou být švy namáhány
Švy ve výrobcích mohou být namáhány ve směru osnovy nebo útku, také v kolmém směru a nebo v určité vzdálenosti od střediska působení síly. (5)
Jedním z aspektú působících na švy jsou vnější síly. Mechanické vlastnosti materiálu se projevují jako odezva na mechanické namáhání prostřednictvím vnějších sil. Dle působení vnějších sil jsou to způsoby namáhání tahem, tlakem, ohybem, krutem nebo střihem. Při běžném užívání textilních produktů se jedná vždy o namáhání v kombinaci všech těchto uvedených způsobů. U švů se dle norem hodnotí pevnost v tahu. V průběhu mechanického namáhání dochází ke změně tvaru, tedy k deformaci.(5)
Mezi faktory ovlivňující mechanicko–fyzikální vlastnosti materiálů, patří druh použitých materiálů a to jak druh spojovaného materiálu, tak druh spojovacího materiálu. Dále tyto vlastnosti ovlivňuje druh švu a způsob jeho provedení, také typ a hustota stehu a způsob namáhání švu a výrobku. (5)
Způsoby, kterými mohou být materiály a výrobky z nich namáhány se dělí do třech kategorií. Podle druhu rychlosti působení vnější síly, kam patří kvasistatické namáhání, kdy síla působí pomalu nebo rázové namáhání, kdy síla působí rychle. Podle směru jakým síla působí je to namáhání v jednom směru nebo ve více směrech a podle opakování to může být namáhání jednorázové (do přetrhu) nebo cyklické (bez přetrhu).
(5)
2.3.1.1 Rázové namáhání
Rázové namáhání je působení značně velkých sil na spoj (šev) textilního produktu. Ráz vzniká ve velmi krátkém čase a je způsobený působením nárazových sil dosahujících vysokých hodnot.
Rázově namáhány jsou zpravidla produkty technické konfekce, jako jsou právě airbagy, dále pak např. padáky, bezpečnostní pásy, horolezecká lana, lodní plachty apod. U všech těchto kategorií jsou požadavky na kvalitu materiálů a jejich spojů kladeny vysoké nároky. Tyto materiály musí dosahovat vysoké pevnosti, aby síly vznikající při rázu produkt nepoškodily, jelikož v případě jejich poškození při užívání výrobku by mohlo dojit k poškození lidského zdraví nebo dokonce ohrožení smrtí. (5)
23 Na pevnost švů již byla provedena řada různých studií. Jedna ze studií, která byla provedena v červenci 2015 na textilní fakultě v Bangladéši, která byla uskutečněna na téma: Vliv šicích nití na pevnost švu a to švu hřbetového a švu přeplátovaného.
Tento výzkum se zaměřoval také na pevnost švu před a po barvení materiálu a na pevnost švu při použití různých hustot stehů a to 13-15 stehů na 2,54 cm (1 palec), 10-11 stehů na 2,54 cm a 7-8 stehů na 2,54 cm.(14)
Testovaná tkanina byla ze 100% bavlny, použité šicí nitě byly rovněž ze 100%
bavlny, ale byly použity dva typy jemnosti šicích nití a to jemnosti 60 tex a jemnosti 105 tex. Testování bylo prováděno metodou dle normy ISO 13935-2:1999
V tomto výzkumu bylo zjištěno, že barvení má zcela jistě vliv na pevnost švu.
Vlivem barvení se pevnost švu snižuje. Konkrétně v tomto testu byla zjištěna menší ztráta pevnosti u švu hřbetového, než u švu přeplátovaného.
Oba druhy švů vykazují lepší výsledky pevnosti při použití šicí nitě jemnosti 60 tex, než při použití šicí nitě jemnosti 105 tex. Zpravidla je také dosahováno nejnižší pevnosti při použití nejnižší z testovaných hustot stehů. (14)
2.4 Termografie
Pojmem termografie jsou označovány metody, pomocí kterých, jsou zobrazovány teplotní pole povrchů zkoumaných těles. Tyto metody zobrazují rozložení teplot na povrchu zkoumaného tělesa. Dá se říci, že pomocí techniky termografie je zobrazována energie a hustota fotonů vyzařujících z povrchu snímaného tělesa a
je vyhodnocováno jejich množství. Vyzařovaná energie a hustota fotonů se nazývá infračervené záření. (10)
Infračervené záření je tepelné záření, pro lidské oko neviditelná část elektromagnetického spektra, projevující se tepelnými účinky. Toto záření je o vlnové délce přibližně 0,75
až 1 mm – tedy nad částí viditelnou pro lidské oko. Záření viditelné pro lidské oko se v elektromagnetickém spektru nachází v rozsahu přibližně 0,35 – 0,75 , viz obr. č. 8 (10)
24 Obr. 8 Elektromagnetické spektrum (http://ottp.fme.vutbr.cz/~pavelek/optika/0201.htm) staženo
24. 6.2016
2.4.1 Termovize
Technika, která dokáže pomocí určitého transformačního systému zobrazit neviditelné infračervené záření vyzařované z objektů, se nazývá termovize. Jak již bylo zmíněno, termovize je nekontaktní způsob získání informací o povrchových teplotách.
Nejčastěji je pro tento systém snímání teplot využíváno termokamer. Termokamera je zařízení podobné videokameře, které zaznamenává a zobrazuje tepelné vyzařování objektů. Jiným způsobem lze říci, že termovize je zobrazovací systém transportující informaci o rozložení teploty na povrchu snímaného objektu v infračerveném spektru na obraz viditelný lidským okem. Některá zařízení jsou schopna zobrazovat teplotní pole objektu, ale také jsou schopna tato pole kvantifikovat. Zobrazení teplotního pole se nazývá termogram. Termogram může být černobílý nebo (pseudo) barevný, viz obr. č. 9. Termogram je zobrazení distribuce fotonového toku na povrch či z povrchu zaměřovaného objektu. (10)
25 Obr. 9 Snímek pořízený termovizní kamerou (http://www.wykop.pl/link/440523/kamuflaz-
mimikra-znajdz-zwierzaka-ukrytego-na-obrazku/) staženo 20.6.2016
Objekty, které lze snímat pomocí termovize jsou takové objekty, které produkují zářivou energii, která je hrazena na úkor jejich tepelné energie, tedy rotačně vibračních kmitů jejich atomů a molekul. Infračervené záření produkuje každá hmota jejíž teplota je vyšší než absolutní nula (0 K ), což jsou všechny objekty kolem nás. (10)
2.4.2 Princip termografie
Jak již bylo uvedeno, termografie je detekce zářivé energie vyzařované z měřeného objektu, reprezentující teplotní pole na povrchu měřeného objektu a umožňující kvantifikaci teplotních polí.
Základní měřící řetězec je schematicky zobrazen na obrázku č.10 a skládá se z:
1. Okolí (pozadí) měřeného tělesa 2. Měřeného tělesa
3. Atmosféry mezi měřeným tělesem a měřícím systémem 4. Měřícího systému (10)
26 Obr. 10 Základní měřící řetězec (10)
Dále budou uvedeny důležité vlastnosti týkající se měřeného tělesa, které jsou pro měření touto technikou důležité.
Záření reálných těles
Zářivá energie, která je vysílána určitou plochou měřeného tělesa za jednotku času se nazývá zářivým tokem či výkonem. Je to výkon přenášený zářením, jeho označení je P nebo Φ a jeho jednotkou je W (1 W = 1 J. ).
Intenzita vyzařování M v daném bodě povrchu je podíl zářivého toku, vycházející z elementu povrchu a plochy tohoto elementu a má jednotku W. . (10) Pokud je nějaké těleso ozařováno zářivým tokem Φ, potom platí:
část toku tohoto ozařování bude těleso pohlcovat –
část toku ozařování bude těleso odrážet –
část toku ozařování bude těleso propouštět –
Jelikož toto platí pro všechna tělesa, definují se noví součinitelé, popisující vlastnosti tělesa:
součinitel pohlcení (pohltivosti) : α = (2.1)
součinitel odrazu (odrazivosti) : ρ = (2.2)
součinitel prostupu (propustnosti) : τ = (2.3)
27 Ze zákona o zachování energie platí:
Φ = + + = αΦ + ρΦ + τΦ (2.4) Z toho plyne:
α + ρ + τ = 1 (2.5) pro tělesa, která nejsou transparentní τ = 0 (tedy nepropouští záření) potom platí:
α + ρ = 1 (2.6)
Tepelné vyzařování z tělesa je provázeno snižováním jeho tepelné energie na venek se projevující jako snížení jeho teploty. Pro udržení konstantní teploty a termodynamické rovnováhy tělesa s jeho okolím musí být ztracená energie vyzařovaného tepelného záření nahrazena z vnějšku dodanou energií. (10)
Záření absolutně černého tělesa
U těles, jejichž součinitelé prostupu τ a odrazu ρ se rovnají 0, platí tento vztah:
α = 1
Taková tělesa se nazývají černá tělesa. Absolutně černé těleso je takové těleso, u něhož součinitel pohlcení dosahuje hodnoty 1 a to na všech vlnových délkách.
U modelů černých těles je tento součinitel vždy menší než 1. U velmi kvalitních černých těles se hodnota součinitele pohlcení α velmi přibližuje hodnotě 1.
Modelem černého tělesa může být dutinový zářič. Zářivý tok, který otvorem dopadne do dutiny, se mnohonásobným odrazem dokonale pohltí. Činitel pohlcení tohoto dutinového zářiče je rovný 1 a to pro každou vlnovou délku. Pokud se udržuje v dutině tělesa konstantní teplota, je dutina tělesa v termodynamické rovnováze a potom otvor modelu černého tělesa, který pohlcuje veškerá dopadající záření, je zároveň zdrojem záření. Pohlcení záření absolutně černého tělesa je znázorněno na obrázku č. 11. (10)
28 Obr. 11 Znázornění pohlcení záření absolutně černého tělesa
(http://www.gymhol.cz/projekt/fyzika/13_act/13_act.htm) staženo 3.8.2016
2.4.3 Technika infrazobrazování
Infračervená zobrazovací technologie se používá pro okamžité měření teploty dvojdimenzionálního povrchu. Infrazobrazování zahrnuje sběrač dat s počítačovou technikou, který data zpracovává. Kamera má infračervený detektor, schopný absorbovat energii v infračerveném spektru, která je vyzařována objektem a tuto energii následně převádí na elektrický signál. Jakýkoliv objekt s teplotou nad absolutní nulou emituje záření, které je úměrné povrchové teplotě objektu, toto záření lze detekovat pomocí infrakamery. Nicméně energie ve skutečnosti závisí na koeficientu emisivity (vyzařování) zkoumaného povrchu. Měření teploty infrazobrazovací technologií probíhá na základě Stefan-Boltzmannova (S-B) zákona:
= σ (2.7) Kde je emisivita absolutně černého tělesa o S-B konstantě, T je teplota objektu (v Kelvinech). Reálné objekty se ve skutečnosti tímto zákonem absolutně černého tělesa neřídí. Reálný objekt zpravidla emituje pouze zlomek energie emitované absolutně černým tělesem o stejné teplotě a ve stejné vlnové délce, proto je zapotřebí korekční faktor (E) :
E = εσ (2.8)
29 Kde ε je emisivita povrchu objektu. Z rovnice vyplývá, že pro jakoukoliv teplotu T objektu je zde korespondující signál energie, který může být detekován infrakamerou, zpracován a zobrazen na černo-bílé nebo (pseudo) barevné škále. (9)
Koeficient emisivity reálných těles je obecně závislý na typu materiálu zdroje jako je kov, izolant, oxid atd., dále na vlastnostech jeho povrchu, zda se jedná o povrch hladký, opracovaný atd. Další závislost vykazuje emisivita reálných těles na vlnové délce, což je spektrální závislost, také na teplotě zdroje a směru vyzařování. (10)
2.4.4 Použití infračervené termografie
Infračervená termografie neboli termovize, je metoda teplotního zobrazování mající vysoký potenciál využití v různých oblastech jako je např. lékařství, stavebnictví, biologické vědy aj. Je to metoda bezkontaktního měření teploty. V některých textilních oblastech již při výzkumech byla využita termokamera, např. při testování předení vláken, komfortu textilních materiálů, nebo také izolačních vlastností textilií. Použití infrazobrazování v textilním odvětví, je rozděleno do sedmi skupin, kterými jsou:
měření tepelných vlastností textilních materiálů, měření sušení zahřívání a transport vlhkosti, použití při vývoji produktu a použití u funkčních textilií. Využití infrazobrazování je dále vhodné při analýze mechanických vlastností a jejich selhání, pro posouzení komfortu textilií nebo při výrobě syntetických vláken a při nedestruktivním testování vícevrstevných struktur.
Následující kapitola se bude zabývat použitím infrazobrazování pro analýzu mechanických vlastností a selhání, jelikož tento způsob použití souvisí se způsobem využití termovize pro tuto práci. (9)
2.4.4.1 Použití termografie při analýze mechanických vlastností a selhání
Deformace pevných materiálů je téměř vždy doprovázena uvolňováním tepla.
Tepelná vlna produkovaná tepelně – mechanicky a vnitřním rozptylem energie během mechanického zatížení materiálu, může být lehce detekována pomocí termokamery.
30 Infračervenou termografii je vhodné použít pro nekontaktní a nedestruktivní analýzu v reálném čase při studiu procesu postupu poškození a mechanického selhání materiálu.
V průběhu testování roztažnosti textilních materiálů, jako jsou vlákna, příze a plošné textilie, probíhá tření vlákna o vlákno souběžně s natahováním vlákna, což vede ke změně vnitřní energie vlákna. Tento jev navyšuje teplotu povrchu materiálu.
Metody testování tahu se sestávají z natahování textilního produktu v kvazi-statickém, dynamickém, cyklickém, nebo jiném stavu a určují zatížení a prodloužení materiálu ve chvíli prasknutí. Tyto metody ignorují jevy vyskytující se v textilních materiálech během deformace, přestože znalost zatížení a prodloužení během prasknutí je využita pro stanovení vykonané práce. Provedeny byly např. měření pevnosti textilních produktů s termografickým monitoringem. Korelace byla nalezena mezi teplotou místa prasknutí a protažením a pevnosti v tahu. Získané výsledky ukázaly, že metody dosud používané pro testování pevnosti v tahu u textilních produktů byly nedokonalé. Poskytovaly pouze hraniční hodnoty při destrukci materiálu a nebraly v potaz procesy, které nastávají během vytváření napětí. (9)
Berger a spol. uskutečnili měření zaměřené na přirozenou chladící vlastnost polyesterových vláken s použitím termokamery. Vlákna zahřáli na 60 °C a zjišťovali koeficient absolutní výměny tepla. Testování tahu polyesterových vláken zaznamenali termokamerou. Z pořízeného záznamu vygenerovali termogramy, ze kterých mohly detailně sledovat efekt rychlosti testování a cyklické zátěže na stoupání teploty během působení síly.
V jiné studii anisotropického chování netkaných geotextilií byla během jednoosového zátěžového testu měřena povrchová teplota jehly, která děrovala a teplotně vázala netkanou textilii. Záměrem bylo studovat netkané struktury, se zaměřením na spojení makroskopického chování a mesoskopického chování, zamotání vlákna, tření, pohybu mezi vlákny a prodloužení vláken. V této studii byla termografie použita pro demonstrování teplotně-mechanického spojování v pevných materiálech, zatěžování přes bod povolení vláken. (9)
V další studii, kterou provedl Kocis a spol., zapojili infratermografii pro posouzení vlhkosti zón poškození a pro změny v rohožích z termoplastického polypropylenu vyztuženého skleněnými vlákny. Zlomy v rohožích byly studovány pomocí termografie během zátěže. Termografické zobrazení pomohlo ke stanovení zónových procesů v rohoži, tedy fázi deformací vetkaných skleněných vláken.
31 Infrazobrazování bylo klíčové pro porozumění mechanismu prasknutí těchto materiálů.
(9)
Hansen a kol. zkoumal pomocí termokamery narůstající poškození ve tkanině.
V tomto výzkumu bylo také prováděno srovnávání s výsledky z běžného testování.
Posuzovaly se zde efekty nízkoenergetického nárazu na poškození, které byly kritickými faktory vedoucími k selhání vlákenného elementu. Toto zdůrazňuje potřebu identifikovat a porozumět mechanismům únavového poškozování. Bylo zjištěno, že analýzou teploty vnějšího povrchu během aplikace cyklické zátěže, je možné předpovědět poškození, dále touto metodou lze získat informace charakteru mechanismu provozních poškození z únavy materiálu a přesnější předpoklad životnosti materiálu. (9)
32
3 Experimentální část
3.1 Materiály vybrané pro experiment
Pro provedení experimentu k předkládané práci, byl použit materiál na výrobu airbagu a pro možnost porovnání výsledků s jiným druhem materiálu, byl zvolen materiál pro výrobu padáku. Parametry zkoušených materiálů jsou uvedeny v tabulce 5.
3.1.1 Způsob stanovení parametrů materiálů
Pro každý typ parametru, byl zvolen stejný způsob stanovení, pro oba druhy materiálů, které jsou uvedeny v tabulce č. 4.
Tab. 4 Způsob stanovení jednotlivých parametrů materiálů Typ textilie Stanoven výrobcem
Složení textilie U materiálu pro airbag stanoven pomocí spalovací zkoušky, u materiálu pro padák stanoveno výrobcem, následně potvrzeno spalovací zkouškou
Vazba textilie Okometrickým měřením pomocí lupy, následně potvrzeno pomocí obrazové analýzy
Plošná hmotnost Zvážením přesně odměřeného vzorku tkaniny a přepočítáním na [g. ]
Tloušťka textilie Měřena pomocí elektronického tloušťkoměru. Změření kolmé vzdálenosti mezi lícem a rubem při předepsaném přítlaku 1000 (Pa). Tloušťka byla měřena v mm
Dostava textilie Spočítání nití na délce 1 cm ve směru osnovy i útku s pomocí lupy
Pevnost textilie Pomocí trhacího přístroje Labtest 2.05 Obrazová analýza Pomocí mikroskopu SW Lucia G 4.82
33
3.1.2 Parametry materiálů
Zjištěné parametry materiálů vybraných pro experiment jsou uvedeny v tabulce č. 5.
Tab. 5 Parametry tkanin použitých k výrobě vzorků pro experiment
Použití textilie Pro airbag Pro padák
Typ textilie Technická Technická
Složení textilie 100% polyamid 100 % polyamid
Vazba textilie Plátnová Plátnová
Plošná hmotnost [g. ]
0,43 0,08
Tloušťka [µm] 257 40
Dostava [nití. ] osnova
16 51
Dostava [nití. ] útek
16 46
Pevnost textilie osnova 3727 468
Pevnost textilie útek 3661 526
Obrazová analýza
34
3.2 Přístroje použité pro provedení experimentu
3.2.1 Trhací přístroj pro měření pevnosti
Pevnost vzorků byla měřena na trhacím přístroji Labtest 2.05 s konstantním přírůstkem prodloužení, který slouží k měření pevnosti a tažnosti plošných textilií, šicích nití a testování vlastností švů oděvních výrobků, jakými jsou pevnost nití ve švu, pevnost a tažnost švu apod.
Přístroj je vybaven dvěma svorkami, do kterých se měřený materiál upíná. Jedna svorka je pevná, druhá se pohybuje konstantní rychlostí po celou dobu zkoušky. Přístroj Labtest je zobrazen na obrázku č. 12
Trhací přístroj Labtest 2.05 se ovládá pomocí programu Labtest, ve kterém je před započetím zkoušky třeba nastavit kriteria měření jakými jsou: rychlost zkoušky, předpětí, šířka měřeného vzorku, tloušťka materiálu a délka vzorku. Pomocí zadaných kriterií provede program ze zkoušky potřebné výpočty a vyhodnocení.
Obr. 12 Trhací přístroj Labtest 2.05(http://docplayer.cz/9116380-Trhaci-pristroj- labtest-2-05.html) staženo 20.2.2017
35
3.2.2 Zařízení použité pro snímání teploty
Teplota při namáhání vzorku byla měřena pomocí infračervené kamery Therma S60, od výrobce FLIR (viz obr. č 13), která umožňuje bezkontaktní snímání povrchové teploty. Tato termokamera zobrazuje infračervené záření měřeného objektu a převádí jej na obraz viditelný lidským okem. Před zahájením měření je nutné do měřícího zařízení zadat některé parametry, které ovlivňují výsledek termokamerou vypočítané teploty. Těmito parametry jsou: emisivita měřeného objektu, odrážená teplota, relativní vlhkost a vzdálenost mezi měřeným objektem a termokamerou.
Obr. 13 Infračervená kamera ThermaCAMTMS60, výrobce FLIR
(http://news.thomasnet.com/fullstory/infrared-camera-includes-firewire-digital-output- 17793) staženo 2.3.2017
Thermokamera byla vždy spuštěna zároveň se spuštěním trhacího zařízení a k vypnutí záznamu došlo po destrukci vzorku v trhacím zařízení. Zaznamenán byl tak vždy průběh celé zkoušky.
Z každé zkoušky byl pořízen videozáznam, ze kterého byly vygenerovány termogramy pro možnost detailnějšího prohlédnutí některých stavů měřených vzorků.
Na obrázku č. 14 je uveden jeden z takto vygenerovaných termogramů.
36 Obr. 14 Termogram ze kterého lze vyčíst teploty
Na každém z těchto termogramů je požadovaný stav měřeného vzorku.
Na termogramu byly označeny body na zkoumaném vzorku, jejichž teplota je pro tento experiment zajímavá. Přesná teplota těchto jednotlivých bodů je uvedena na obrázku č. 14 pod fotografií. První řádek této tabulky obsahuje teplotní údaje o celé fotografii.
Je to např. maximální, minimální, a průměrná teplota a další údaje. Pro tento experiment je z těchto údajů důležitá teplota maximální. Po pravé straně fotografie je zobrazen barevný sloupec, podle kterého je možné určit veškeré teploty na fotografii.
V programu je možné v okně na pravé straně nastavovat další parametry zobrazení podle potřeby. Např. je možné zvýraznit odlišnou (námi zvolenou barvou) určitý rozsah teplot, jako je např. na obr. č. 15. Zde jsou zeleně zobrazeny místa dosahující teplot nad 38,4 °C.
37 Obr. č. 15 Termogram s označenými místy překračujícími teplotu 38,4 °C zelenou
barvou
Všechna měření provedená v rámci této práce pomocí této termokamery, probíhala za stejných podmínek, které jsou uvedeny v tabulce 6
Tab. 6 Zvolené parametry měření
Teplota vzduchu 20°C
Vlhkost v místnosti 44%
Vzdálenost mezi termokamerou a měřeným vzorkem 0,6 m
Předpětí 5 [N]
Rychlost prodloužení 100 mm/min
Emisivita nastavená na thermokameře 0,98
Upínací délka vzorku 200 mm
Šířka vzorku 50 mm
3.3 Způsob zhotovení vzorků pro měření
Vzorky pro měření byly zhotoveny podle české technické normy pro textilie a to konkrétně podle normy pro „Tahové vlastnosti švů plošných textilií a konfekčních
38 výrobků – Zjišťování maximální síly do přetrhu švu metodou Strip“. Jedná se o normu ČSN EN ISO 13935-1. (15)
Tato metoda měření stanovuje postup pro zjištění maximální tažné síly šitých švů, kdy síla působí kolmo ke švu.
Pro zkoušku byly zhotoveny 3 ks vzorků od každého druhu švu a tkaniny.
Pro každý druh švu, byly zhotoveny vzorky ve směru osnovy i útku. Celkem tedy bylo zhotoveno 36 vzorků se švy, jak je uvedeno v tabulce 7.
Tab. 7 Přehled vyhotovených druhů vzorků
Materiál pro airbag
Osnova
Šev šitý dvounitným vázaným stehem 3 ks Šev šitý jednou řadou dvounitného
řetízkového stehu 3 ks
Šev šitý dvěma řadami dvounitného
řetízkového stehu 3 ks
Útek
Šev šitý dvounitným vázaným stehem 3 ks Šev šitý jednou řadou dvounitného
řetízkového stehu 3 ks
Šev šitý dvěma řadami dvounitného
řetízkového stehu 3 ks
Materiál pro padák
Osnova
Šev šitý dvounitným vázaným stehem 3 ks Šev šitý jednou řadou dvounitného
řetízkového stehu 3 ks
Šev šitý dvěma řadami dvounitného
řetízkového stehu 3 ks
Útek
Šev šitý dvounitným vázaným stehem 3 ks Šev šitý jednou řadou dvounitného
řetízkového stehu 3 ks
Šev šitý dvěma řadami dvounitného
řetízkového stehu 3 ks
Celkový počet vzorků 36 ks
39 Postup zhotovení vzorků
Pro každý zkušební vzorek se švem byla vystřižena sada tří zkušebních vzorků šířky 100 mm a délky 350 mm, přitom bylo dbáno na to, aby vzorky nebyly vystřiženy ve vzdálenosti menší než 100 mm od obou švů, jak je znázorněno na obrázku č. 16. (15)
Obr. 16 Laboratorní vzorek se švem a znázornění zkušebních vzorků.
Označení č. 1 rozstřižení, č. 2 šev a č. 3 délka před sešitím
Z obrázku č. 16 vyplývá, že z plošné textilie byl vystřižen pro každou sadu vzorků vzorek o rozměrech 350 x 300 mm. Vzorek byl přeložen tak, aby hrana skladu byla kolmá k delší straně finální podoby vzorku (tzn. ve směru šitého švu). V tomto směru byl ušit šev a hrana skladu byla rozstřižena tak, aby bylo dosaženo požadovaného přídavku na šev. Z plošné textilie byly jednotlivé vzorky vystřiženy, jak je znázorněno na obrázku 17. (15)
40 Obr. 17 Zkušební vzorek – na vyšrafované ploše jsou vypárané nitě, nebo je materiál
opatrně vystřižen.
Dále byl každý zkušební vzorek čtyřikrát nastřižen ve vzdálenosti 10 mm od švu do hloubky 25 mm a plocha, která je na obrázku č. 17 vyšrafovaná, byla opatrně vystřižena tak, aby skutečná šířka zkušebního vzorku byla 50 mm. Na ploše do 10 mm od švu, byla ponechána celá šířka 100 mm. Konečný tvar zkušebního vzorku pro zkoušku je znázorněn na obr. č. 18. (15)
Obr. 18 Zkušební vzorek připravený pro zkoušku. Označení 1 Směr působení nitě
41
3.4 Druhy testovaných spojů
V rámci předkládané práce byly testovány tři druhy spojů. Všechny druhy spojů byly vyhotoveny a testovány pro oba druhy materiálů a to ve směru osnovy i útku, viz tabulka č. 8. Uvedeno je také jaká jehla a šicí nit byla použita pro který spoj a materiál, dále na jakém šicím stroji byl vzorek zhotoven, řez švem a nákres švu.
Tab. 8 Přehled testovaných druhů spojů Druh šitého spoje Použitá šicí nit Použitá
šicí jehla
Řez švem Nákres stehu
Dvounitný vázaný
Airbag 100% PES Filan 21 AS
UY 128 GAS 80 Hrot R Padák 100% PES
Serafil 1504 Dvounitný
řetízkový 1 řada
Airbag 100% PES Filan 21 AS
UY 128 GAS 90 Hrot R Padák 100% PES
Serafil 1504 Dvounitný
řetízkový 2 řady
Airbag 100% PES Filan 21 AS
UY 128 GAS 90 Hrot R
Steh je shodný se stehem dvounitného řetízkového stehu, jsou však vedle sebe 2 řady šití Padák 100% PES
Serafil 1504
3.5 Postup zkoušky
Na trhacím přístroji byla nastavena upínací délka 200 mm, rychlost prodloužení 100 mm/min. Zkušební vzorky byly upínány tak, aby jejich podélná střední osa procházela středem předních hran čelistí a aby síla působila kolmo ke švu, který byl
42 umístěn ve středu upínací délky. Po uzavření horní čelisti se zkušební vzorek zavedl bez předpětí do spodních čelistí, které se uzavřely. Po upnutí vzorku do čelistí byl trhací přístroj spuštěn a vrchní pohyblivá část tak byla uvedena do chodu. Zároveň byla spuštěna termokamera. Zkušební vzorek byl napínán až do chvíle, kdy došlo k přetrhu šicích nití nebo k vytržení nití. Po destrukci vzorku bylo ukončeno snímání thermokamerou.
3.5.1 Naměřené hodnoty a jejich zpracování
Pro vyhodnocení experimentu byly v termogramu určeny místa na vzorcích, které byly sledovány ve stanovených stavech, ty jsou popsány později. Určená místa na vzorcích byla označena t1, t2, t3 a t4. Tato místa jsou znázorněny na obr. 19
Obr. 19 Příklady umístění bodů na vzorku, ve kterých program stanoví přesnou teplotu.
T1 určuje teplotu v ploše vzorku, t2 určuje teplotu ve švu, t3 teplotu v těsné blízkosti švu a bod t4 maximální teplotu.
t1 – odpovídající teplota v ploše vzorku. Sledovaná teplota na náhodném místě vzorku. Toto místo bylo vybráno náhodně v horní části vzorku tak, aby nebylo v blízkosti švu, kde byl vzorek nejvíce namáhán.
43 t2 – odpovídající teplota ve švu. Teplota sledovaná přímo ve švu. Tento sledované místo nebylo vybráno ve švu náhodně. Zpravidla to bylo místo, kde je znatelné vysoké namáhání švu, dále bylo místo pro určení teploty vybráno tak, aby bylo v místě provázání stehu a jeho teplota tak nebyla snížena tím, že by byla měřena v místě mimo materiál, kde se v důsledku napínání vzorku šev v místě mezi provázáními stehů rozevírá.
t3 – odpovídající teplota v těsné blízkosti švu. Sledovaná teplota v těsné blízkosti švu a to náhodně kdekoliv v blízkosti celé délky švu.
t4 – maximální teplota. Je to nejvyšší teplota ve vzorku sledovaného stavu.
Zpravidla je to místo ve švu.
3.5.2 Sledované stavy vzorků v průběhu zkoušky
Pro vyhodnocení teplotních změn zkoušených vzorků, bylo vybráno 8 různých stavů průběhu zkoušky, ty byly podrobněji sledovány. Tyto sledované stavy jsou popsány v tabulce č. 9.
Tab. 9 Sledované stavy vzorků v průběhu zkoušky. v prvním sloupci označení pro stav vzorku, ve kterém byly teploty v daných místech t1 – t4 sledovány, v druhém sloupci
obrázek tohoto stavu a ve třetím sloupci popis daného stavu.
Stav Obrázek Popis
A Vzorek upevněn bez předpětí do upínacích
svorek trhačky.
B Začínající napětí.
44
C Vyšší napětí – mezi stavem B a D.
D
Nejvyšší napětí před destrukcí švu.
U vzorku s dvěma řadami dvounitného řetízkového stehu, stav před destrukcí prvního
švu.
E
Destrukce švu.
U vzorků s dvěma řadami dvounitného řetízkového stehu – stav prasknutí druhého švu.
F Uvolnění napětí, po destrukci vzorku.
G
Pouze u vzorků s dvěma řadami dvounitného řetízkového stehu.
Stav destrukce prvního švu.
H
Pouze u vzorků s dvěma řadami dvounitného řetízkového stehu.
Stav destrukce druhého švu.
45
3.6 Výsledky a diskuze měření a vyhodnocení naměřených dat
Experimentální část této práce spočívá v provedení zkoušky pevnosti švů, její zaznamenání pomocí termografické techniky a následné vyhodnocení získaných dat.
Pro experiment byly zvoleny dva druhy tkanin a to tkanina používaná pro výrobu airbagů a tkanina pro výrobu padáku. Pro oba tyto typy výrobku jsou kladeny podobné požadavky při plnění funkčnosti konečného výrobku. Tkanina pro výrobu padáků byla zvolena z toho důvodu, že se jedná stejně jako u materiálu pro výrobu airbagů o technickou tkaninu, z níž vyrobené produkty jsou při jejich použití namáhány rázem a obě tkaniny jsou stejného materiálového složení. U airbagů i padáků, jsou
na kvalitě výrobku závislé lidské životy.
Při samotné zkoušce pevnosti však byla u těchto materiálů zjištěna velmi rozdílná pevnost, proto není srovnání těchto dvou druhů tkanin zcela srovnatelná a je třeba tuto skutečnost při porovnávání výsledků obou tkanin zohlednit. Na druhou stranu je jistě zajímavé sledovat odlišné způsoby chování těchto tkanin během zkoušky, vzhledem k tomu, že jsou si tyto dva druhy materiálů v určitých parametrech velmi podobné. Mezi tyto parametry patří např. to, že u obou těchto materiálů se jedná o technickou tkaninu, používanou pro výrobu produktů, které jsou při plnění své funkce namáhány rázem. Dalším ze společných parametrů obou materiálů je, že oba materiály jsou vyrobeny ze 100% polyamidu a musí dosahovat dostatečně vysoké pevnosti, aby odolaly namáhání při jejich použití. V některých dalších parametrech jsou tyto materiály naopak velmi odlišné např. plošná hmotnost, tloušťka, dostava, jak je možné vyčíst z tabulky č. 4. Rozdílnosti v těchto parametrech mají za následek to, že výsledky obou materiálů není možné porovnávat tak, jak bylo před začátkem experimentu zamýšleno.
.V tabulce č. 10, jsou uvedeny již vypočítané průměrné hodnoty naměřených teplot vzorků z materiálu pro výrobu airbagů. Pro každý typ vzorku, byly provedeny tři měření, tabulky všech naměřených hodnot jsou uvedeny v příloze. V následující tabulce č. 11, jsou uvedeny již vypočítané průměrné hodnoty naměřených teplot vzorků z materiálu pro výrobu padáků. Pro každý typ vzorku, byly provedeny tři měření, tabulky všech naměřených hodnot jsou rovněž uvedeny v příloze A.
