STRUKTURA A VLASTNOSTI FUNKČNÍHO

Transkript

1 STRUKTURA A VLASTNOSTI FUNKČNÍHO PRÁDLA Bakalářská práce Studijní program: B3107 Textil Studijní obor: 3107R007 Textilní marketing Autor práce: Vedoucí práce: Pavlína Grunclová Ing. Jana Špánková Liberec 2015

2 Bachelor thesis Study programme: B3107 Textil Study branch: 3107R007 Textile marketing - textile marketing Author: Supervisor: Pavlína Grunclová Ing. Jana Špánková Liberec 2015

3

4

5

6 Prohlášení Byla jsem seznámena s tím, že na mou bakalářskou 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 bakalářské práce pro vnitřní potřebu TUL. Užiji-li bakalářskou práci nebo poskytnu-li licenci k jejímu využití, jsem si vědoma povinnosti informovat o této skutečnosti TUL; v tomto pří-padě má TUL právo ode mne požadovat úhradu nákladů, které vyna-ložila na vytvoření díla, až do jejich skutečné výše. Bakalářskou práci jsem vypracovala samostatně s použitím uvedené literatury a na základě konzultací s vedoucím mé bakalářské práce a konzultantem. Současně čestně prohlašuji, že tištěná verze práce se shoduje s elektronickou verzí, vloženou do IS STAG. Datum: Podpis:

7 PODĚKOVÁNÍ Mé poděkování patří Ing. Janě Špánkové za odborné vedení, trpělivost a ochotu, kterou mi v průběhu bakalářské práce věnovala.

8 ANOTACE V teoretické části bakalářské práce jsou charakterizovány textilní materiály, používané ve funkčních oděvech, a vrstvení těchto materiálů v oděvním systému. Dále se zabývala oděvním komfortem a jeho vztahem k termoregulaci lidského těla. Nakonec byl popsán přenos vlhkosti a tepla v lidském těle a v porézní textilii. V experimentální části této práce se provedl marketingový průzkum hlavních českých výrobců funkčního prádla. Dále se změřily tepelné a vlhkostní vlastnosti textilních vzorků na několika měřících přístrojích. Naměřené hodnoty se vyhodnotily graficky. Nakonec se porovnaly data získaná z marketingového průzkumu, naměřené hodnoty a data získaná z webových stránek. K L Í Č O V Á S L O V A : Textilní materiály, vrstvení oděvu, oděvní komfort, termoregulace lidského těla, přenos tepla a vlhkosti, prodyšnost, tepelná jímavost, tepelná vodivost, výparný odpor, marketingový průzkum ANNOTATION In the theoretical part of my bachelor thesis, I characterized the textile materials used in functional clothing and the layering of these materials in the clothing system. Further, I dealt with the clothing comfort and its relation to the human body thermoregulation. Finally, I described the heat and moisture transport in a human body and in porous fabrics. In the experimental part of this thesis, I conducted the marketing survey of the Czech leading producers of functional clothing. Furthermore, I measured thermal and moisture properties of fabric specimens on several measuring instruments. I evaluated the measured values graphically. Finally, I compared data obtained from the marketing survey, measured values and data obtained from Web pages. K E Y W O R D S : textile materials, clothing layering, clothing comfort, human body thermoregulation, heat and moisture transport, air permeability, thermal absorbing capacity, thermal conductivity, evaporative resistance, marketing survey

9 Obsah: Fakulta textilní Technické univerzity v Liberci ÚVOD REŠERŠNÍ ČÁST FUNKČNÍ PRÁDLO POUŽÍVANÉ MATERIÁLY BAVLNA VLNA VISKÓZA POLYESTER POLYPROPYLEN POLYAMID MOIRA COOLMAX LYCRA ZPŮSOBY VRSTVENÍ PRVNÍ VRSTVA FUNKČNÍ SPODNÍ PRÁDLO DRUHÁ VRSTVA TERMOIZOLACE TŘETÍ VRSTVA OCHRANNÁ ODĚVNÍ KOMFORT PSYCHOLOGICKÝ KOMFORT SENZORICKÝ KOMFORT PATOFYZIOLOGICKÝ KOMFORT TERMOFYZIOLOGICKÝ KOMFORT SDÍLENÍ TEPLA MEZI ČLOVĚKEM A PROSTŘEDÍM PŘENOS TEPLA VEDENÍM PŘENOS TEPLA PROUDĚNÍM PŘENOS TEPLA SÁLÁNÍM PŘENOS TEPLA VYPAŘOVÁNÍM PŘENOS TEPLA DÝCHÁNÍM ODVOD TĚLESNÉ VLHKOSTI DO OKOLÍ ODVOD PLYNNÉ VLHKOSTI SORPCE A DESORPCE Struktura a vlastnosti funkčního prádla 9

10 4.1.2 MIGRACE VLHKOSTI DIFUZE VLHKOSTI PŘENOS VLHKOSTI PROUDĚNÍM ODVOD KAPALNÉ VLHKOSTI SMÁČENÍ A VZLÍNÁNÍ HODNOCENÍ FYZIOLOGICKÝCH VLASTNOSTÍ HODNOCENÍ PROPUSTNOSTI VZDUCHU HODNOCENÍ PROPUSTNOSTI VODNÍCH PAR HODNOCENÍ TEPELNĚ-IZOLAČNÍCH VLASTNOSTÍ MARKETINGOVÝ VÝZKUM TEORIE ÚČEL MARKETINGOVÉHO VÝZKUMU PRAKTICKÁ ČÁST MARKETINGOVÝ VÝZKUM - CÍL A PROVEDENÍ VLASTNOSTI POUŽÍVANÝCH TEXTILNÍCH VLÁKEN VÝZNAMNÍ ČEŠTÍ VÝROBCI FUNKČNÍHO PRÁDLA EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST FIRMA JITEX COMFORT S.R.O STRUKTURÁRNÍ PARAMETRY ZKOUMANÝCH VZORKŮ PŘÍSTROJ FX PŘÍSTROJ PERMETEST PŘÍSTROJ C-THERM TCi PŘÍSTROJ PSM-2 (skin model) ZÁVĚR LITERATURA SEZNAM OBRÁZKŮ SEZNAM GRAFŮ Struktura a vlastnosti funkčního prádla 10

11 ÚVOD Fakulta textilní Technické univerzity v Liberci Funkční prádlo tvoří základní vrstvu oblečení pro různou úroveň fyzické aktivity za jakýchkoli klimatických podmínek. Jeho funkčnost spočívá v tom, že má řadu speciálních vlastností ve srovnání s prádlem z běžných textilních materiálů. Především slouží k rychlému odvedení potu do další vrstvy oblečení nebo k jeho odpaření přímo do vzduchu. Tím prádlo přispívá k termoregulaci lidského těla a zajištění komfortu, neboť odpařující se pot ochlazuje bezprostřední okolí. Dalším důležitým úkolem funkčního prádla je udržení tělesného tepla. Funkční prádlo se obvykle vyrábí z textilií s nízkou nasákavostí a dobrou smáčivostí, s termoizolačními schopnostmi a příjemným omakem. Nejčastěji se používají textilie ze syntetických vláken nebo směsí vláken syntetických a přírodních. Výrobky dostupné na trhu se liší volbou materiálu, způsobem zpracování (pletení), cenou apod. Mezi tuzemské výrobce funkčního prádla patří společnost Jitex Comfort s.r.o., která pokračuje v tradici textilní výroby národního podniku Jitex Písek, založeného roku Jedná se o ryze českou produkci tradičního pleteného zboží. Funkční prádlo se zde vyrábí především z polypropylenu a jeho směsí s přírodními vlákny; speciální výrobky jsou také z merino vlny. V teoretické bakalářské práci se zaměřilo na popis textilních materiálů, z nichž se funkční prádlo vyrábí, a na začlenění funkčního prádla do třívrstvého oděvního systému. Dále se zabývalo charakteristikou oděvního komfortu a jeho souvislosti s termoregulací lidského těla. Popsala se také fyzikální podstata přenosu vlhkosti a tepla v lidském těle a v porézní textilii. Nakonec se uvedly teoretické základy marketingového výzkumu. V experimentální části této práce se provedl marketingový výzkum s využitím sekundárních dat získaných z webových stránek. Výzkum se týkal firem vyrábějících funkční prádlo, textilních materiálů používaných k výrobě prádla a porovnání ceny konkrétního výrobku v konkrétním internetovém obchodě. Dále se změřily tepelné a vlhkostní vlastnosti textilních vzorků, poskytnutých firmou Jitex Comfort s.r.o., na měřicích přístrojích FX 3300, Permetest, C-Therm TCi a PSM-2. Naměřené hodnoty (prodyšnost, paropropustnost, výparný odpor, tepelná jímavost, tepelná vodivost a tepelný odpor) se statisticky zpracovaly a vyhodnotily graficky. V závěru bakalářské práce se porovnaly data získaná z marketingového průzkumu a naměřené hodnoty. Struktura a vlastnosti funkčního prádla 11

12 REŠERŠNÍ ČÁST 1 FUNKČNÍ PRÁDLO Funkční prádlo (termoprádlo) je speciální druh oblečení, jehož funkcí je odvádět pot od těla a předávat ho další vrstvě oblečení, nebo vlhkost odpařovat přímo do vzduchu [1]. 1.1 POUŽÍVANÉ MATERIÁLY Textilní vlákna se rozdělují na přírodní a chemická. Přírodní vlákna jsou buď rostlinného původu (celulózová vlákna bavlna, juta, len, konopí apod.) nebo živočišného původu (proteinová vlákna vlna, přírodní hedvábí apod.). Ze suroviny se přírodní vlákna získávají mechanicky, jejich chemická struktura se přitom nemění. Přírodní vlákna jsou hydrofilní: přijímají vlhkost a bobtnají. Ve směsi tato vlákna zlepšují fyziologické vlastnosti textilie [10]. Chemická vlákna se vyrábějí chemickou technologií z přírodních či syntetických polymerů. Zpracováním přírodní celulózy vzniká regenerovaná celulóza (viskóza) nebo deriváty celulózy (acetát, lyocell, modal) [10]. Syntetické polymery (například polyester, polypropylen, polyamid a polyuretan) se vyrábějí chemickou reakcí obvykle polymerací nebo polykondenzací z jednoduchých chemických látek (tzv. monomerů). Syntetická vlákna jsou hydrofobní: vlhkost přijímají omezeně a nebobtnají. Hydrofobnost je v oděvních textiliích obvykle nevýhodná, proto se syntetická vlákna směsují s přírodním [10] BAVLNA Mezi užitné vlastnosti vlákna, které se získává ze semene bavlníku, patří jemný omak, dobrá sorpce vlhkosti (včetně potu) a příjemné nošení. Při náhlém zvlhnutí vláken se uvolňuje tzv. sorpční teplo. Bavlna se nejčastěji směšuje se syntetickými vlákny jako je například polyester, viskóza nebo polyamid [2]. Termoprádlo z bavlny se sice příjemně nosí, ale díky své vysoké nasákavosti pomalu schne [1]. Obr. 1 Vlákna režné egyptské bavlny [10] Struktura a vlastnosti funkčního prádla 12

13 Nošení výrobků z čisté bavlny může způsobovat sportujícím lidem diskomfort. Proto se funkční prádlo vyrábí nejčastěji ze syntetických vláken, která lépe odvádějí vlhkost od těla [1] VLNA Ovčí vlna se získává stříháním srsti ovcí (tzv. střižní vlna). Vlna je nejpružnější přírodní vlákno, dobře se zotavuje z deformací, je tedy nemačkavá. Má hebký omak. Specifickou vlastností vlny je plstitelnost a vysoká hřejivost. Dále má vlna vysokou nasáklivost: může přijmout až 40 % vody ze vzduchu. Vlněná vlákna se směsují s polyesterem nebo viskózou [13]. Obr. 2 Vlákno mohérové vlny [10] VISKÓZA Viskóza se vyrábí z odpadové bavlny nebo ze dřeva s vysokým obsahem celulózy. Viskózová vlákna mají vysokou tažnost, ale nepatrnou pružnost. Jsou to vlákna hydrofilní: ve vodě bobtnají až na dvojnásobek průřezu, za vlhka však ztrácejí svoji pevnost. Viskóza se často používá ve směsích s jinými vlákny (např. vlnou); viskózové textilie se nemačkají [13]. Obr.3 Průřez viskózovými vlákny [10] POLYESTER Chemickou reakcí ze dvou vstupních komponent vzniká polymer. Tento polymer se zvlákňuje z taveniny do šachty, dále se dlouží nebo sdružuje do kabelu, který se buď řeže na stříž nebo trhá na trhanec [2]. Polyester má velmi nízkou navlhavost, ale ne tak nízkou jako polypropylen. Prádlo z polyesteru je velmi pevné, pružné a odolné v oděru. Mezi nevýhody vláken patří rychlé špinění a to, že příliš nezajišťují tepelnou pohodu [3]. Nevýhodou polyesteru je sklon ke žmolkování. Proto se vyrábějí také modifikovaná polyesterová vlákna jejich původní vlastnosti jsou vylepšeny přidáním chemikálií [10]. Struktura a vlastnosti funkčního prádla 13

14 1.1.5 POLYPROPYLEN Vlákno se zvlákňuje z taveniny předem připraveného polymeru kruhovými tryskami do šachty; vlákna větších příčných rozměrů (např. pásky) se zvlákňují do vodní lázně [2]. Polypropylenová vlákna používaná na výrobu funkčního prádla mají proti ostatním textilním vláknům tu výhodu, že jsou nejméně nasákavá. Tato vlastnost je u sportovního oblečení velmi důležitá, protože hlavní funkcí je odvést pot od těla a ne ho nasáknout. Vlákna mají dále vysokou pevnost, nízkou hmotnost a vysokou odolnost vůči chemikáliím. Snášejí se dobře s pokožkou těla, nevyvolávají alergické reakce a jsou odolná vůči plísním [1], [2] POLYAMID Vlákna se vyrábějí zvlákňováním vysokomolekulárního polymeru, dloužením za studena a tepelnou stabilizací. Jednotlivé druhy polyamidu se liší chemickým složením. Například polyamid 66 (nylon) sestává ze dvou monomerů, které mají po šesti uhlíkových atomech v řetězci [2]. Polyamidová vlákna vynikají pevností, odolností proti oděru a nízkou měrnou hmotností. Navlhavost je malá: oděv po vyprání rychle schne, má však sklon ke vzniku statického náboje. Vlákna polyamidu se směsují nejčastěji s bavlnou nebo vlnou [10] MOIRA Mezi nejpoužívanější materiály na výrobu sportovního oblečení patří materiál s obchodním názvem MOIRA TG 900. Moira je značka materiálu i druhu prádla. Vyrábí se více druhů prádla Moira například MOIRA Micro, MOIRA Plus atd. Uvedené druhy se od sebe liší konstrukcí úpletů, jemností a profilem použitých polypropylenových vláken [3]. Hlavní surovinou pro výrobu pleteniny Moira je modifikovaný polypropylen, který je složitým technologickým procesem zvlákňován na profilované polypropylenové vlákno [3]. Obr. 4 Průřez vláknem Moira [4] Struktura a vlastnosti funkčního prádla 14

15 Specifičnost vlákna spočívá ve tvaru jeho průřezu, který se podobá pětilaločné hvězdě. Tím se dvojnásobně zvětšuje obvod vlákna a zároveň vytváří žlábek, kterým potom putuje kapilární vlhkost [4] COOLMAX Mezi syntetická vlákna řadíme také vlákno CoolMax, registrované firmou Invista. Toto speciálně modifikované čtyřkomorové polyesterové vlákno je charakteristické svým tvarovaným průřezem. Struktura vlákna zvětšuje jeho povrch, což umožňuje velmi dobrou regulaci a odvod par od povrchu těla, a tudíž i udržení pokožky v suchu. Úplet vytvořený z vláken CoolMax je velmi lehký, jemný a prodyšný [5] LYCRA Elastomerové vlákno Lycra na bázi polyurethanu má velkou tažnost, rychlé zotavení po deformaci a je odolné proti oděru. Elastomery dosahují pružnosti pryže, ale jsou lehčí a méně se znehodnocují chemikáliemi (chlor ve vodě, tělní oleje apod.). Vlákna Lycra špatně absorbují vlhkost, proto se používají ve směsích [13], [14]. 1.2 ZPŮSOBY VRSTVENÍ Vrstvení oděvů určených pro pobyt venku zajišťuje klimatickou ochranu i komfort. Vrstvení je důležité zejména za chladného počasí: oděv musí odvádět vlhkost, poskytovat hřejivost a chránit před větrem či sněhem. Za horkého počasí by měl oděv blokovat sluneční záření, umožňovat cirkulaci vzduchu a chránit před deštěm; vrstvení je méně důležité [19]. V klasické třívrstvé sestavě oblečení má každá vrstva specifickou funkci. Vnitřní (základní) vrstva poskytuje komfort tím, že udržuje pokožku suchou. Střední (izolační) vrstva poskytuje hřejivost. Vnější (ochranná) vrstva chrání před větrem nebo vodou a slouží také jako ochrana předchozích vrstev [14] PRVNÍ VRSTVA FUNKČNÍ SPODNÍ PRÁDLO Účelem vnitřní vrstvy je nasáknutí potu a jeho odvedení do dalších vrstev účinkem kapilárního jevu (vzlínání). Vlhkost odvedená z pokožky do oděvu má větší plochu a vypařuje se rychleji. Oděvy vnitřní vrstvy bývají z nasákavého materiálu. Vhodné jsou Struktura a vlastnosti funkčního prádla 15

16 syntetické materiály (polyester, polypropylen a textilie z mikrovláken), které vlhkost neabsorbují, ale dobře ji přenášejí. Obvykle mívají speciální antibakteriální úpravu pro snížení zápachu po nasáknutí [19]. Protože oblečení spodní vrstvy tedy ponožky, trika a spodní prádlo přiléhá přímo na tělo, musí být také příjemné na omak a nealergické [7]. Rozdělení podle struktury pleteniny: Obr. 5 Oděv vnitřní vrstvy [14] Jednosložkové pleteniny tvořené pouze jednou vrstvou. Většinou se používá "otevřená" vazba, s využitím chytových a podložených kliček. Tato vazba pleteniny je charakteristická malou hustotou řádků a sloupků. Funkční prádlo se často vyrábí z polypropylenových vláken, která mají nízkou navlhavost. Z jednosložkových pletenin se snadno odpařuje pot, pokud mají vhodně zvolenou strukturu [8]. Dvousložkové pleteniny tvořené dvěma vrstvami, propojenými pletařskou vazbou. První vrstva přiléhající k tělu nenasává pot; tvoří ji syntetická hydrofobní vlákna. Naopak vnější vrstva, tvořená přírodními nebo chemickými hydrofilními vlákny, značně absorbuje vlhkost. Do této vrstvy se vlhkost dostane pomocí tzv. savých knotů z hydrofilního materiálu, procházejících z vnitřní strany dvousložkové pleteniny na vnější [8] DRUHÁ VRSTVA TERMOIZOLACE Mezivrstva například mikiny, roláky, svetry tepelně izoluje a také odvádí pot do vnější vrstvy. Textilie v této izolační vrstvě jsou lehké, teplé, nedrží vlhkost, rychle schnou a mají příjemný omak [8]. Obr. 6 Oděv mezivrstvy Tělesné teplo se v této vrstvě udržuje zachycením a uložením ohřátého vzduchu. Tloušťka textilie se mění podle její schopnosti zachycovat vzduch. Vlákna mohou být také tvarovaná nebo dutá [19]. Druhou vrstvu tvoří zpravidla pleteniny s počesem. Používají se osnovní a především zátažné pleteniny ve vazbě hladké, plyšové, anebo výplňkové. V plyšové vazbě je vazba základní niti doplněna protaženými kličkami přídavné niti. Tím vzniká na pletenině plyšový povrch ve formě kliček (obr. 7) nebo seříznutých konců nití. Ve výplňkové vazbě je vazba základní niti zesílena výplňkovou nití, která je k základu vázána Struktura a vlastnosti funkčního prádla 16

17 chytovými kličkami na některých očkách (obr. 8). Účelem je vyplnění pleteniny nebo vytvoření povrchu, který lze počesat [7], [11]. Obr. 7 Plyšová vazba [11] Obr. 8 Výplňková vazba [11] Vlna je tradiční materiál, který dobře tepelně izoluje (i za vlhka). Může absorbovat velké množství vlhkosti a tuto vlhkost také dobře přenáší. Fleece (přírodní či syntetický) má podobné vlastnosti jako vlna, ale je lehčí. Poskytuje dobrou izolaci (i za vlhka), absorbuje velmi málo vlhkosti a rychle vysychá. Prachové peří jako výplňový materiál má velmi dobrý poměr hřejivosti ke hmotnosti a může být zhuštěno do malého prostoru. Je však drahé, vytváří silný oděv, pomalu schne a vlhkem ztrácí svoje izolační schopnosti. Syntetická vlákna (například polyester) hřejí méně při dané hmotnosti než peří. Jsou však levnější, dobře tepelně izolují (i za vlhka), rychle schnou a absorbují málo vlhkosti. Jemná výplňová vlákna (značky Trinsulate, Primaloft, Thermolite) mají vyšší hřejivost vzhledem k tloušťce. Bavlna je levnou a rozumnou volbou tam, kde stačí menší schopnost izolace a menší přenos vlhkosti [19] TŘETÍ VRSTVA OCHRANNÁ Vnější vrstva ochraňuje před klimatickými účinky před deštěm, větrem, nízkými teplotami a UV zářením. Od této vrstvy se dále vyžaduje paropropustnost. Oděv by tedy měl být nepromokavý, aby vlhkost nepronikla skrze textilii, ale také prodyšný, aby se pot mohl odpařit do okolí [6]. Pro tuto vrstvu se používají nejčastěji textilie s vysokou hustotou a dostavou. Také se aplikují zátěrové materiály. Zátěr je trvalá impregnace, nanášená přímo na materiál v různě silných vrstvách. Dále se používají materiály s tenkou vrstvou polymerního materiálu, nazývanou membrána [6]. Struktura a vlastnosti funkčního prádla 17

18 Ve sportovních oděvech se používá Gore-Tex nepromokavá, prodyšná textilie, která dobře absorbuje pot a má skvělé tepelně-izolační vlastnosti. Gore-Tex obsahuje mikroporézní membránu vyrobenou z polyethylen tereftalátu (PTFE), která je laminována na základní vrstvě z nylonu nebo polyesteru. Membrána má mnoho drobných dírek, jejichž velikost sice umožňuje pronikání molekul vodní páry, ale zabraňuje pronikání molekul vody [14]. Další textilií používanou k výrobě nepromokavých prodyšných oděvů je Sympatex. Obsahuje hydrofilní neporézní membránu na bázi polyethylenu, laminovanou na základní vrstvě z polyesteru. Membrána Sympatex je tenčí, lehčí a elastičtější než jiné membrány. Molekuly vodní páry mohou migrovat přes hydrofilní funkční skupiny na makromolekulách polymeru [14]. Nepromokavost vnější vrstvy se již nepovažuje za tak důležitou jako prodyšnost, protože málo lidí chodí ven v dešti. Takzvané "soft shell" oděvy nabízejí menší ochranu proti vodě, ale více komfortu než "hard shell" oděvy (nepromokavé a prodyšné). Technologie nepromokavosti se dá snáze realizovat než technologie prodyšnosti, která vyžaduje speciální strukturu vláken i textilie [14]. Obr. 9 Oděv vnější vrstvy Struktura a vlastnosti funkčního prádla 18

19 2 ODĚVNÍ KOMFORT Komfort je stav lidského organismu, kdy jsou fyziologické funkce v optimu, a kdy okolí (včetně oděvu) nevytváří nepříjemné podněty vnímané našimi smysly. Subjektivně je komfort vnímán jako pocit pohody. Protože nepřevládá pocit tepla ani chladu, můžeme v tomto stavu dlouhodobě setrvávat a pracovat [9]. Komfort je vnímán všemi lidskými smysly kromě chuti nejvíce hmatem, potom zrakem, sluchem a čichem [9]. Opakem komfortu je diskomfort. Při něm můžeme pociťovat teplo nebo chlad. Pocit tepla vzniká při větším pracovním zatížení nebo za teplého a vlhkého počasí. Pocit chladu vzniká především jako reakce na nízkou teplotu prostředí nebo na nízkou pracovní zátěž [9]. Oděvní komfort lze rozdělit na čtyři kategorie: Psychologický komfort Senzorický komfort Termofyziologický komfort Patofyziologický komfort 2.1 PSYCHOLOGICKÝ KOMFORT Tato složka komfortu souvisí s individualitou zákazníka. Při koupi oděvu pro denní nošení může být psychologický komfort dokonce důležitější než funkční komfort [3]. Rozdělení podle různých hledisek: Klimatická hlediska: typické denní oblečení by mělo respektovat tepelněklimatické podmínky, které jsou podmíněny geograficky. Ekonomická hlediska: podmínky obživy, výrobní prostředky, politický systém apod. Historická hlediska: lidé preferují přírodní výrobky. Kulturní hlediska: zvyky, tradice, obřady, náboženství. Sociální hlediska: věk, vzdělání a kvalifikace, sociální třída a postavení v této třídě. Skupinová a individuální hlediska: módní vlivy, styl, barvy a lesk, trendy, osobní preference. Psychologický komfort je možné hodnotit pouze subjektivně, na rozdíl od funkčního komfortu, který lze hodnotit subjektivně i objektivně (v laboratořích) [3]. Struktura a vlastnosti funkčního prádla 19

20 2.2 SENZORICKÝ KOMFORT Senzorický komfort souvisí s mechanickým a tepelným kontaktem mezi textilií a pokožkou. Tento kontakt vyvolává určité pocity, které mohou být příjemné (pocit měkkosti, splývavosti) nebo naopak nepříjemné (pocit vlhkosti, tlaku, škrábání, lepení apod.) [3]. Senzorický komfort zahrnuje komfort nošení oděvu a omak. Komfort nošení oděvu se týká struktury povrchu textilie, mechanických vlastností ovlivňujících rozložení sil a tlaků v oděvním systému a dále schopnosti textilie absorbovat a přenášet plynnou či kapalnou vlhkost. Schopnost přenosu vlhkosti souvisí také s komfortem fyziologickým. [3] Omak je vlastnost, která charakterizuje dotyk textilie s lidskou pokožkou. Při subjektivním hodnocení omaku jsou zapojena tlaková a tepelná čidla pokožky. Zkoumají se také objektivní metody hodnocení omaku, založené na měření strukturních, mechanických a tepelných vlastností textilií [12]. V kůži se nacházejí smyslové receptory, které reagují na teplo nebo chlad. Každý termoreceptor je aktivován ve specifickém rozsahu teplot. Receptorů chladu je asi 10x více než receptorů tepla a jsou umístěny v menší hloubce kůže. Impulzy z kožních termoreceptorů jsou předávány nervovými drahami do hypotalamu [15]. 2.3 PATOFYZIOLOGICKÝ KOMFORT Obr. 10 Receptory tepla na prstech [15] Patofyziologický komfort souvisí s alergenními látkami v textilii. Patogenní chemické substance v pracích prostředcích nebo baktérie a plísně v textiliích mohou vyvolávat různá podráždění nebo alergie. Reakce lidské pokožky na patofyziologické vlivy je závislá na její odolnosti [3]. 2.4 TERMOFYZIOLOGICKÝ KOMFORT Termofyziologický komfort se týká rozptylování metabolického tepla a vlhkosti oděvem. Je spojen s tepelnou rovnováhou lidského těla, které se snaží udržet konstantní vnitřní teplotu okolo 37 C. Změna této teploty o ± 5 C může být fatální. Při zvýšení nebo poklesu tělesného tepla může nastat přehřátí (hypertermie) nebo podchlazení (hypotermie), což snižuje pracovní výkon [16]. Struktura a vlastnosti funkčního prádla 20

21 Optimální podmínky pro termofyziologický komfort: teplota pokožky 33 ~ 35 C relativní vlhkost vzduchu 50±10% rychlost proudění vzduchu 25±10 cm.s -1 obsah CO 2 0,07% nepřítomnost vody na pokožce O Obr. 11 Termoregulační systém člověka Termoregulací se udržuje stálá tělesná teplota, i když produkce tepla, jeho příjem a výdej nepřetržitě kolísají. Tento samoregulační systém zajišťuje stálost vnitřního prostředí člověka na principu rovnováhy mezi množstvím vytvořeného tělesného tepla a množstvím tepla odvedeného do okolního prostředí [9]. Termoregulační systém zahrnuje fyziologické pochody, řízené centrálním nervovým systémem, které udržují tělesnou teplotu na úrovni optimální pro metabolickou přeměnu. Stálá tělesná teplota je udržována chemickou nebo fyzikální termoregulací [9]. Chemická termoregulace zahrnuje látkovou přeměnu, tedy intenzivní chemické reakce produkující teplo. Její průběh závisí na fyzické zátěži organismu a na jeho činnosti. Fyzikální termoregulace zahrnuje složky jednotlivých odvodů tepla z organismu [9]. K termoregulaci patří čtyři základní mechanismy: pocení, vazodilatace (rozšíření cév), vazokonstrikce (zúžení cév) a svalový třes. Odpařováním potu se odvádí v klidovém stavu asi 25% tělesného tepla, při fyzické práci až 75% [15]. Struktura a vlastnosti funkčního prádla 21

22 Rozšiřování a zužování průměru cév ovlivňuje teplotu pokožky změnou průtoku krve. Když je horko, usnadňuje zvýšený průtok krve odvedení tepla zevnitř těla k pokožce. Odtud je teplo předáno do okolí prouděním a odpařováním potu. Když je chladno, snížený průtok krve brání unikání tepla do prostředí; navíc může produkci tepla zvýšit svalový třes [15]. Rovnice tepelné bilance lidského těla předpokládá, že veškeré teplo vyprodukované metabolizmem musí být odvedeno pryč. Pro tepelné toky platí vztah: [14] M - P = Q r + Q s + Q v + ΔS / Δt (1) M. produkce metabolického tepla [W.m -2 ] P ex pracovní výkon člověka [W.m -2 ] Q r.. odvod respiračního tepla (dýcháním) [W.m -2 ] Q s.. odvod suchého tepla (vedením, prouděním a sáláním) [W.m -2 ] Q v.odvod výparného tepla (odpařováním potu) [W.m -2 ] S množství uloženého tělesného tepla [J.m -2 ] Pokud tělo více tepla vytvoří než odvede, nastává přehřátí a ΔS je kladné. Naopak nadměrné ztráty tepla vedou k podchlazení a ΔS je záporné. Ve stavu rovnováhy je tedy ΔS nulové [14]. Za běžných atmosférických podmínek při normální intenzitě činnosti je metabolické teplo předáváno do atmosféry vedením, prouděním a sáláním. Aby si tělo udrželo tělesnou teplotu, potí se v plynné formě (tzv. neznatelné pocení). Při vyšší intenzitě činnosti nebo vyšší atmosférické teplotě se vytváří více tělesného tepla a aktivují se potní žlázy, které produkují pot v kapalné formě (tzv. znatelné pocení) [16]. Při neznatelném pocení probíhá samovolná difuze molekul vody z pokožky do okolního vzduchu, v závislosti na stavu vnějšího prostředí (teplota, relativní vlhkost, rychlost proudění vzduchu apod.) Neznatelným pocením ztrácí tělo za normálních podmínek přibližně 660 ml vody denně. Znatelné pocení (za účasti potních žláz) je energeticky významnější. Ztráta vody může za extrémních podmínek činit až 1,5 litru za hodinu. Znatelná evaporace je organismem regulována, její průběh je však také výrazně ovlivněn vlastnostmi okolního prostředí [18]. Struktura a vlastnosti funkčního prádla 22

23 3. SDÍLENÍ TEPLA MEZI ČLOVĚKEM A PROSTŘEDÍM Aby mohlo dojít k přenosu tepla, musí existovat teplotní gradient. Teplo se přenáší z teplejšího místa na chladnější. Přenos tepla (ve směru gradientu teploty) je tudíž analogický přenosu vlhkosti (ve směru gradientu koncentrace) [17]. Způsoby sdílení tepla mezi člověkem a prostředím jsou: vedením (kondukcí) prouděním (konvekcí) sáláním (radiací) odpařováním (evaporací) dýcháním (respirací) Obr. 12 Složky odvodu tělesného tepla [18] 3.1 PŘENOS TEPLA VEDENÍM Vedení tepla souvisí s přenosem energie mezi molekulami tepelně vodivého materiálu. Přenos tepla vedením může nastat v tuhých látkách nebo tekutinách. V porézních textiliích probíhá konduktivní přenos tepla v pevném materiálu vláken a v zachyceném vzduchu [17]. V textilním materiálu nastává vedení tepla, když textilní vrstva přiléhá přímo na kůži a odnímá teplo kontaktním způsobem. Rychlost sdílení tepla závisí na teplotě okolí, na tloušťce textilní vrstvy, na množství statického vzduchu v textilii a na vnějším pohybu vzduchu [3]. Fourierův zákon vedení tepla říká, že tepelný tok je úměrný gradientu teploty. Pro případ předávání tepla v ustáleném stavu, kdy je tepelná vodivost konstantní, je možné použít Fourierův zákon v následujícím tvaru: [17] q = λ * grad υ = λ * x (2) Struktura a vlastnosti funkčního prádla 23

24 q. tepelný tok [Js 1 m 2 ] λ...součinitel tepelné vodivosti [Wm -1 K -1 ] Δ υ.rozdíl teplot na vnějších plochách porézního materiálu [ C] Δ x vzdálenost vnějších ploch [m] Množství tepla prošlého danou plochu je dáno výrazem: Q v = λ * (υ k υ 1 ) * S (3) Q v..množství tepla sdíleného vedením [J.s 1] υ k teplota pokožky [ C] υ 1 teplota vnějšího povrchu textilie [ C] S...teplosměnná plocha [m 2 ] Obr. 13 Vedení tepla v textilii V tomto případě je průběh teploty v materiálu lineární. Konstantou úměrnosti v tomto vztahu je součinitel tepelné vodivosti, který určuje množství tepla přeneseného za jednotku času mezi dvěma protilehlými plochami jednotkové krychle, jejichž teplota se liší o 1 C [17]. Součinitel tepelné vodivosti charakterizuje schopnost materiálu vést teplo. Kapaliny jsou dobrými vodiči tepla, zatímco plyny patří k tepelným izolantům (například nehybný suchý vzduch). Vodivost plynů však závisí na jejich vlhkosti a proudění. Pokud se člověk nachází v mokrém nebo větrném prostředí, odvádí okolní vzduch více tepla. V lidském organismu je dobrým vodičem tepla krev; tepelným izolantem je tuková tkáň [18]. 3.2 PŘENOS TEPLA PROUDĚNÍM K přenosu tepla prouděním dochází při rozdílné teplotě tekutiny a pevného povrchu, pohybem molekul uvnitř tekutiny. Při proudění se přenáší hmota i energie. Množství tepla předaného prouděním za jednotku času vyplývá z Newtonova zákona: [17] Q = α p * S* ΔT (4) Q..teplo přenesené prouděním [W] S...teplosměnná plocha [m 2 ] α p..součinitel přestupu tepla prouděním [W.m -2.K -1 ] ΔT.rozdíl teploty pevného povrchu a průměrné teploty tekutiny [K] Struktura a vlastnosti funkčního prádla 24

25 Je-li pevný povrch ochlazován proudící tekutinou o nižší teplotě, přestupuje teplo z pevného povrchu do tekutiny. Je-li povrch ohříván proudící tekutinou o vyšší teplotě, je směr přestupu tepla opačný: z tekutiny do pevného povrchu [17]. Hodnota součinitele α p není konstantní. Závisí na fyzikálních vlastnostech tekutiny (rychlost proudění, hustota, tepelná vodivost) a na geometrii povrchu. K výpočtu tohoto součinitele se používají empirické vztahy, obsahující bezrozměrné konstanty (Reynoldsovo, Prandtlovo a Nusseltovo číslo) [17]. Nejběžnější přenosové tekutiny jsou vzduch a voda. Voda je asi 800x hustší než vzduch a má také vyšší tepelnou vodivost. Typické hodnoty součinitele přestupu tepla prouděním jsou: pro vodu 500 až Wm -2 K -1, pro vzduch 5 až 100 Wm -2 K -1 [17]. Vzduch se při kontaktu s teplým povrchem ohřívá a zřeďuje. Ohřátý vzduch stoupá a vytváří komínový efekt nad povrchem pokožky; toto proudění se nazývá přirozené. Při působení větru nastává proudění nucené [14]. Hodnota součinitele α p závisí na tom, je-li vzduch nehybný nebo proudící. Za bezvětří se nachází nad pokožkou poměrně silná vrstva ohřátého vzduchu. Za větru se tloušťka této vrstvy zmenšuje a přenos tepla z povrchu pokožky je vyšší [15]. Mezi pokožkou a první oděvní vrstvou se nachází vrstva vzduchu (zvaná mikroklima), ve které proudí vzduch při pohybu člověka v prostředí. Rozsah přenosu tepla závisí na míře odkrytí těla a na rychlosti větru. Za větrného počasí je odvod tepla vyšší. Množství tepla odvedeného prouděním ve vrstvě vzduchu nad pokožkou je dáno: [3] Q p = α p * S * [(υ k υ 1 ) + (υ 2 υ 0 )] (5) Q p množství tepla sdíleného prouděním [J.s 1 ] α p součinitel přestupu tepla prouděním [W.m -2.K -1 ] υ 1 teplota vnitřní strany textilie [ C] υ 2 teplota vnější strany textilie [ C] υ k.. teplota pokožky [ C] υ o. teplota okolního vzduchu [ C] 3.3 PŘENOS TEPLA SÁLÁNÍM Obr. 14 Proudění tepla v textilii Každé těleso (i živý organismus) s teplotou vyšší než absolutní nula (0K) vyzařuje do okolí elektromagnetické záření. Pokud toto záření vyvolává pocit tepla, nazývá se Struktura a vlastnosti funkčního prádla 25

26 tepelné záření. Při běžné atmosférické teplotě je tepelné záření neviditelné - jeho vlnová délka patří do oblasti infračerveného spektra. Množství energie vyzářené tělesem za jednotku času je podle Stefan - Boltzmanova zákona přímo úměrné čtvrté mocnině jeho absolutní teploty: [18] H s = ε * * T 4 (6) H s intenzita tepelného sálání [Wm 2 ] ε. emisivita [-]; vyjadřuje schopnost tělesa vyzařovat teplo...stefan Boltzmannova konstanta 5, [Wm 2 K 4 ] T.absolutní teplota [K] Celková energie vyzářená lidským tělem se rovná rozdílu čtvrtých mocnin teploty povrchu těla a teploty okolních objektů. Proto se odvod tepla sáláním liší za extrémních klimatických podmínek. V mírném klimatickém pásmu představuje sálání až 60 % odvodu tělesného tepla. V obytných místnostech souvisí radiační přenos tepla s teplotou vzduchu v místnosti a s teplotou stěn [18]. Sálání tepla z pokožky do okolí (nebo naopak pohlcování radiačního tepla pokožkou) závisí na teplotě a vlhkosti okolí a na míře odhalení lidského těla. Sálavé teplo se odvádí, pokud je teplota organismu vyšší než teplota okolí, jinak dochází k přijímání tepla [3]. Q s = α s * S * (υ k υ 0 ) (7) Q s množství tepla sdíleného sáláním [J.s 1] α s..součinitel přestupu tepla sáláním [W.m -2.K -1 ] υ k. teplota kůže [ C] υ 0.teplota okolí [ C] Obr.15 Sálání povrchu lidského těla Za chladného počasí (především když je vítr a člověk se pohybuje) tvoří odvod tepla sáláním pouze malou část (10 až 15%) celkového odvodu tepla. Za horkého počasí se bilance radiačního tepla zvyšuje o přijaté sluneční záření, zejména v oděvu tmavé barvy. Speciální textilie odrážející sluneční paprsky bývají nepromokavé a zhoršují průnik vlhkosti [14]. Struktura a vlastnosti funkčního prádla 26

27 3.4 PŘENOS TEPLA VYPAŘOVÁNÍM Během odpařování kapalného potu se odvádí výparné teplo pryč od těla, které se tím ochlazuje. Při vysoké teplotě okolního vzduchu je odvod výparného tepla klíčový pro udržení tepelné rovnováhy. Je totiž omezen odvod tepla vedením a prouděním, v důsledku nízkého teplotního gradientu mezi pokožkou a prostředím [16]. Protože voda má poměrně veliké skupenské teplo výparné [2500 kj/kg], může i málo rozsáhlé vypařování potu výrazně zvětšit celkový průtok tepla. Účinek větru zvyšuje odvod výparného tepla a vede k dalšímu ochlazování [16]. V ustáleném stavu je množství odvedeného výparného tepla rovno množství tepla, které přestupuje do vody z okolního vzduchu a ochlazuje ji. Rovnice energetické bilance na rozhraní vzduch voda je následující: [16] Q konv = Q evap (8) Q konv.teplo přenesené prouděním z okolního vzduchu do vody [J] Q evap.teplo odvedené z vody v důsledku vypařování [J] K odvodu tepla vypařováním dochází nejčastěji při přehřátí organismu. Množství výparného tepla, které odchází z kůže neznatelným pocením, je závislé především na měrném skupenském teplu výparném a na rozdílu parciálních tlaků vodních par [3]. Δp = p k p 0 (9) Δi měrné skupenské teplo výparné [J] m k.. permeabilita kůže [kg.s -1.m -2.Pa -1 ] p k tlak páry v mezivrstvě při určité teplotě kůže [Pa] p 0 tlak okolního vzduchu [Pa] Pod oděvem je rozdíl parciálních tlaků malý. Závisí na sorpčních a transportních vlastnostech všech oděvních vrstev, proto je odvod tepla tímto způsobem nejvyšší u neoblečeného člověka [3]. Struktura a vlastnosti funkčního prádla 27

28 Obr. 16 Vypařování přes textilii 3.5 PŘENOS TEPLA DÝCHÁNÍM Respirační odvod tepla je realizován dýchacími cestami a jeho rozsah je dán rozdílem množství vodních par vdechovaných a vydechovaných [3]. W ex množství vodních par vdechovaných [kg] W a množství vodních par vydechovaných [kg] t. čas [s] Δi měrné skupenské teplo výparné [J] (10) Struktura a vlastnosti funkčního prádla 28

29 4. ODVOD TĚLESNÉ VLHKOSTI DO OKOLÍ Během termoregulace lidského těla je odvádění metabolického tepla doprovázeno pocením. V zátěžových situacích je odpařování potu natolik intenzivní, že může být pro udržení tepelné rovnováhy lidského organismu důležitější než přenos tepla vedením [3]. Odpařením 1 litru potu se odebere tělu cca 2,4 MJ tepla. Předpokladem je, že okolí bude schopné toto množství vodní páry přijmout rozdíl parciálních tlaků, určující rychlost odvádění potu, musí být co nejvyšší. Sníží-li se tento rozdíl, transport vlhkosti klesne a ochlazovací účinek pocení mizí. Tento stav nastává, když je člověk neoblečený. Situace je však složitější u oblečeného člověka, kdy odvod vlhkosti probíhá podle jiných principů [3]. Způsoby odvodu vlhkosti: kapilární migrační difuzní sorpční Kapilární odvod je založen na odsávání potu první textilní vrstvou; pot vzlíná jejími kapilárami do plochy všemi směry. Pokud má člověk na sobě více oděvních vrstev, je pot stejným způsobem transportován do další vrstvy oděvu. Tento jev se nazývá "knotový efekt". Pokožka je ze strany textilie smáčena odsávaným potem; rychlost prostupu páry je dána spádem parciálních tlaků Δp. Kapilární odvod je závislý na smáčecí schopnosti textilie, kterou je možné některými úpravami změnit. Záleží také na povrchovém napětí vláken a potu. U směsových textilií rozhoduje převažující podíl vláken s vyšší nebo nižší smáčivostí [3]. Při sorpčním odvodu vlhkosti nejprve kapalný pot proniká do neuspořádaných mezimolekulárních oblastí ve struktuře. Tento způsob odvodu vlhkosti je nejpomalejší a předpokládá, že je textilie alespoň částečně vyrobena ze sorpčních vláken [3]. Na odvodu vlhkosti se podílejí všechny procesy současně. Kapilární síly odvádějí pot jako kapalinu; difuze, migrace a sorpce jako kapalinu i vodní páru. Při nahromadění páry v mikroklimatu vzniká pocit diskomfortu pokožka je smáčena neodvedeným potem. Pro pocit komfortu je nejvhodnější kombinace odvodu potu difuzí a sorpcí. Příliš rychlý odvod vlhkosti by vedl k nadměrnému ochlazování povrchu těla, ale v kombinaci difuze a sorpce působí sorpce jako tlumící mechanismus [3]. Struktura a vlastnosti funkčního prádla 29

30 Optimální míru propustnosti jednotlivých textilních vrstev zajišťuje jejich struktura. První vrstva, která přiléhá k pokožce, musí odvádět větší objem vlhkosti než vrstvy vnější [3]. 4.1 ODVOD PLYNNÉ VLHKOSTI Vodní pára může procházet textilií následujícím způsobem: povrchové pohlcení (adsorpce) a migrace vodní páry po povrchu vláken pohlcení (absorpce), přenos a uvolnění (desorpce) vodní páry textilními vlákny difuze vodní páry přes vrstvy textilie přenos vodní páry nuceným prouděním (konvekcí) [16] SORPCE A DESORPCE Obr. 17 Adsorpce molekul páry Procesy sorpce a desorpce udržují mikroklima během přechodových stavů. Nasákavá textilie absorbuje vodní páru z vlhkého vzduchu poblíž potící se pokožky a uvolňuje ji do suchého vzduchu. Tím se zvyšuje průtok vodní páry z pokožky do prostředí, ve srovnání s textilií, která vlhkost neabsorbuje. Navíc se tak udržuje konstantní vlhkost (koncentrace páry) v okolním vzduchu [16]. Adsorpce nastává účinkem van der Waalsových sil mezi molekulami páry a povrchem textilie. Čím je tlak páry vyšší a teplota nižší, tím více molekul páry je pohlceno. Ve stavu termodynamické rovnováhy je chemické napětí páry rovno chemickému napětí adsorbované vrstvy. Zvýšením tlaku páry se naruší rovnováha a další pára přejde do adsorbované vrstvy, aby se rovnováha obnovila [16]. Množství vodní páry, které může textilie pohltit, závisí na obsahu vlhkosti ve vláknech a na vlhkosti atmosféry. Sorpční chování hygroskopických vláken (bavlna, umělé hedvábí) je ovlivněno také bobtnáním vláken. Makromolekuly vláken jsou během bobtnání odsunuty molekulami absorbované vody, čímž se zmenší velikost pórů mezi vlákny a omezí přestup vodní páry textilií. Rozsáhlé bobtnání zablokuje kapiláry mezi vlákny, což vede k menšímu vzlínání [16]. Struktura a vlastnosti funkčního prádla 30

31 Sorpční izoterma vlhkosti Grafickým vyjádřením vztahu mezi vlhkostí přijatou textilií a relativní vlhkostí okolního vzduchu v rovnovážném stavu při dané teplotě je sorpční izoterma. Obvykle se vykreslují dvě křivky: Absorpční izoterma se určí vložením původně suché textilie do atmosféry s rostoucí relativní vlhkostí a měřením přírůstku hmotnosti vyvolaného příjmem vody. Desorpční izoterma se určí vložením původně vlhké textilie do atmosféry s klesající relativní vlhkostí a měřením úbytku hmotnosti [15] MIGRACE VLHKOSTI Obr. 18 Graf sorpce a desorpce [13] Migrace vlhkosti probíhá po povrchu vláken. Protože se oděvní vrstva nachází na teplotním spádu mezi mikroklimatem a teplotou okolí, může dojít ke kondenzaci vlhkosti na povrchu vláken. Vzniklá voda je odváděna do kapilár nebo migruje po povrchu vláken [3] DIFUZE VLHKOSTI Při difuzi přechází pára uvnitř porézní textilie z místa vyšší koncentrace na místo nižší koncentrace neuspořádaným pohybem molekul. Difuzní tok v ustáleném stavu pro izotropní materiál uvádí první Fickův zákon. Hustota difuzního toku jednotkovou plochou je úměrná gradientu koncentrace, měřenému kolmo k této ploše: [16] J AX = D AB * dc A (11) dx J AX. hustota difuzního toku složky A (vodní páry) ve směru osy X [mol.m -2.s -1 ] D AB.difuzní koeficient složky A difundující přes materiál B [m 2.s -1 ] C A.. koncentrace difundující hmoty [mol.m -3 ] x... prostorová souřadnice ve směru gradientu [m] Vodní pára difunduje skrze textilii dvěma způsoby: vzduchovými póry mezi vlákny nebo přes hmotu vláken. Při difuzi přes vlákna difunduje pára z vnitřní strany textilie k povrchu vláken, dále postupuje podél vláken až dosáhne vnější strany textilie. Při Struktura a vlastnosti funkčního prádla 31

32 určitém gradientu koncentrace závisí rychlost difuze podél textilního materiálu na poréznosti textilie a na difuzním koeficientu vodní páry ve vláknech [16]. Difuzní koeficient vodní páry při pronikání vzduchem je 0,239 cm 2 /s, při pronikání bavlněnou textilií je 10-7 cm 2 /s. Difuze páry přes vzduchové póry textilie nastává téměř okamžitě, zatímco difuze přes vlákna textilie probíhá pomalu, v důsledku nižší vlhkostní difuzivity textilního materiálu [16]. Textilní materiál má menší difuzivitu při větším objemovém podílu vláken (menším objemu vzduchu) v textilii a při plochém průřezu vlákna. Textilie větší tloušťky má menší poréznost, proto přechází méně páry přes vzduchové póry v textilii a difuze je pomalejší [16]. Difuzní koeficient textilních vláken se zvyšuje při vyšší koncentraci vody ve vláknech. Vztah mezi koncentrací, polohou a časem vyjadřuje druhý Fickův zákon. Ćasová změna koncentrace páry v dané vrstvě je úměrná změně gradientu koncentrace v této vrstvě (pro jednosměrný přenos hmoty). Uvažujeme-li elementární vrstvu tloušťky dx o jednotkové ploše a gradient koncentrace ve směru osy X dostaneme rovnici: 2 dc A d C A DAB * (12) dx 2 dt Difuzní tok přes textilní materiál závisí také na koncentraci vodní páry v mezivlákenných pórech. Rovnice zachování hmoty (pro difuzi přes vzduchové póry i přes vlákna) je: [17] D A * d dx C 2 A 2 dcf dca * (13) dt dt D A... difuzní koeficient vodní páry ve vzduchu uvnitř textilie [m 2.s -1 ] C A koncentrace vlhkosti ve vzduchu [mol.m -3 ] C F koncentrace vlhkosti ve vláknech [mol.m -3 ] ε... poréznost materiálu Obr. 19 Difuze páry přes textilii V hydrofilních vláknech se průběh difuze liší, neboť tato vlákna po absorbování vodní páry bobtnají, velikost pórů se zmenšuje a difuze se tím zpozdí. Zatímco první fáze difuze odpovídá Fickovu zákonu, druhá fáze je pomalejší s exponenciálním průběhem [16]. Struktura a vlastnosti funkčního prádla 32

33 Vlhkost proniká textilií ve směru gradientu tlaku vodní páry. Pokud má oděv více vrstev (sako, podšívka, oděvní vložka), nemají jednotlivé vrstvy stejný difuzní odpor a dochází ke zbržďování průniku vlhkosti. Průběh difuze není příliš ovlivněn druhem vláknitého textilního materiálu, pokud vlákna nemění svoji geometrii (např. bobtnáním). Difuzní odpor, který klade textilie průniku vodní páry, je dán výrazem: [3] R dif = k * p (14) m k...konstanta převod Torr Pa m. hmotnost [kg] Δp rozdíl parciálních tlaků [Pa] PŘENOS VLHKOSTI PROUDĚNÍM Přenos vlhkosti prouděním nastává, když vzduch proudí nad vrstvou páry. V tomto procesu je přenos hmoty řízen rozdílem koncentrace páry v okolní atmosféře a ve zdroji vlhkosti. Proudění je popsáno rovnicí: [16] N h = S * α h (C a C α ) (15) N h hmotnostní tok ve směru proudění přes plochu S textilie [kmol/s] C a koncentrace vodní páry na povrchu textilie [kmol/m 3 ] C α. koncentrace vodní páry ve vzduchu [kmol/m 3 ] α h. součinitel přenosu hmoty prouděním [m/s] Proudění je řízeno rozdílem koncentrací (C a C 0 ) a součinitelem α h, který závisí na vlastnostech tekutiny a na její rychlosti. Při větrném počasí je proudění důležité pro přenos vlhkosti z pokožky do atmosféry [16]. 4.2 ODVOD KAPALNÉ VLHKOSTI SMÁČENÍ A VZLÍNÁNÍ Přenos kapalné vlhkosti porézním materiálem zahrnuje dva následné procesy: smáčení a vzlínání. Tento přenos je způsoben interakcí molekul vláken a vody na povrchu vláknitého materiálu. Souvisí s povrchovým napětím a rozložením kapilárních pórů [16]. Když se kapka vody dostane do kontaktu s plochým pevným povrchem, mohou nastat dva odlišné režimy rovnováhy: částečné smáčení s konečným dotykovým úhlem Θ Struktura a vlastnosti funkčního prádla 33

34 nebo úplné smáčení s nulovým dotykovým úhlem. Síly ve stavu rovnováhy na rozhraní tuhé látky a kapaliny popisuje Youngova rovnice [15]: γ tp γ tk γ kp * cos Θ = 0 (16) γ tp. mezifázové napětí mezi tuhou látkou a párou γ tk. mezifázové napětí mezi tuhou látkou a kapalinou Obr. 20 Smáčení povrchu textilie kapkou vody [15] γ kp. mezifázové napětí mezi kapalinou a párou Částečné smáčení od úplného smáčení odlišuje tzv. rozestírací koeficient, který udává rozdíl mezi povrchovou energií (na jednotku plochy) suchého a vlhkého materiálu [15]: S = E such E vlh = γ such (γ tk + γ kp) (17) E such. povrchová energie suchého materiálu E vlh... povrchová energie vlhkého materiálu γ such povrchové napětí suchého pevného povrchu (bez páry) Je-li parametr S kladný, vytvoří kapalina tenkou vrstvu, aby snížila svoji povrchovou energii (úhel Θ je nulový). Je-li parametr S záporný, kapka vytvoří v rovnovážném stavu kulový útvar s dotykovým úhlem Θ. Kapalina je smáčivá (obrázek 19a) při úhlu Θ Л/2 nebo nesmáčivá při úhlu Θ > Л/2 (obrázek 19b). Materiál stýkající se s vodou je v prvním případě hydrofilní, ve druhém případě hydrofobní [15]. Smáčivost vláknitého materiálu (např. textilie) závisí na kontaktním úhlu mezi materiálem a kapalinou. Malý kontaktní úhel znamená vysokou smáčivost. Při zvýšení teploty kapaliny se sníží povrchové napětí tuhá látka kapalina; smáčivost se přitom zvýší. Naopak při zvýšení hustoty a viskozity kapaliny se zvýší povrchové napětí; smáčivost se sníží [16]. Vzlínání je spontánní proudění kapaliny v porézním materiálu, řízené kapilárními silami. Vzlínání je důsledkem spontánního smáčení v kapilárním systému. Při smáčení se kapalina dostane do pórů a vzniká kapilární tlak, který táhne kapalinu podél kapiláry. Struktura a vlastnosti funkčního prádla 34

35 V nejjednodušším případě vzlínání v jediné kapiláře s kruhovým průřezem (o poloměru r) se vytvoří meniskus. Jeho poloměr R souvisí s poloměrem kapiláry r vztahem:[15], [16] R = r cos (18) Hodnotu tlakového rozdílu pro kulový povrch určuje Youngova-Laplaceova rovnice: Δ P = 2 tp R (19) Δ P rozdíl tlaků γ tp. mezifázové napětí mezi tuhou látkou a párou R poloměr menisku v kapiláře Obr. 21 Vzlínání v kapiláře [15] Protože ve vláknitém materiálu nejsou kapilární prostory shodné, používá se obvykle nepřímo určený parametr: efektivní poloměr kapiláry r e [16]. 5. HODNOCENÍ FYZIOLOGICKÝCH VLASTNOSTÍ Fyziologické vlastnosti textilních materiálů umožňují regulovat oděvní mikroklima, které ovlivňuje subjektivní pocity člověka, jeho náladu a pracovní schopnost. Určují, zda oděv bude hřejivý nebo chladivý, zda bude dobře odvádět pot apod. Tyto vlastnosti jsou ovlivňovány mnoha faktory. Mezi ně patří struktura textilního materiálu: vazba, dostava, plošná hmotnost aj. Fyziologické vlastnosti dále ovlivňuje např. počet vrstev, konečná úprava, vlhkost. Rozdělení podle druhu pronikajícího média: propustnost vzduchu (prodyšnost) propustnost vodních par (paropropustnost, výparný odpor) propustnost vody (nasákavost, smáčivost, vzlínavost) propustnost tepla (tepelně izolační vlastnosti) 5.1 HODNOCENÍ PROPUSTNOSTI VZDUCHU Struktura a vlastnosti funkčního prádla 35

36 Prodyšnost Fakulta textilní Technické univerzity v Liberci Prodyšnost je schopnost textilie propouštět vzduch za stanovených podmínek. Měří se rychlost proudu vzduchu procházejícího kolmo definovanou plochou zkušebního vzorku při daném tlakovém spádu a daném časovém intervalu [4]. R= Q A R... prodyšnost [m.s -1 ] Q...tok vzduchu [m 3.s -1 ] A...plocha vzorku [s 2 ] (20) Zkušební přístroj FX 3300 Přístroj FX 3300 slouží k měření propustnosti textilií pro vzduch. Funguje na principu vytvoření rozdílu tlaků vzduchu protékajícího mezi dvěma povrchy testované textilie. Měřená textilie je obvykle vystavena tlaku 100 Pa. Velikost testované plochy bývá 5 cm2, v poslední době 20 cm2 [9]. Obr. 22 Tester prodyšnosti FX 3300 Měřená textilie se vkládá do přístroje v celku. To je velká výhoda, chceme-li testovat určitý druh oděvu, protože není třeba z oděvu vystřihovat vzorek a tím ho poškodit [9]. 5.2 HODNOCENÍ PROPUSTNOSTI VODNÍCH PAR Paropropustnost Paropropustnost je veličina, která souvisí se schopností plošné textilie propouštět vodní páru. Tato pára vzniká odpařováním potu z pokožky. Při měření přístrojem Permetest je relativní paropropustnost určena vztahem: q p = 100 * v q 0 p.. relativní paropropustnost [%] q 0 tepelný tok první fáze měření (bez vzorku textilie) [J.s -1 ] q v.tepelný tok druhé fáze měření (se vzorkem textilie) [J.s -1 ] (21) Struktura a vlastnosti funkčního prádla 36

37 Výparný odpor Výparný odpor souvisí s termofyziologickým komfortem (s odpařováním tělesného potu). Čím nižší je hodnota výparného odporu, tím vyšší je propustnost textilie pro vodní páru. Při měření přístrojem Permetest je výparný odpor určen vztahem: R et = ( p m p a ) * (q -1 v q -1 0 ) (22) R et výparný odpor [m 2.K.W -1 ] q 0.. tepelný tok měřicí hlavicí nezakrytou textilním vzorkem [W.m -2 ] q v. tepelný tok měřicí hlavicí zakrytou textilním vzorkem [W.m -2 ] p m parciální tlak nasycené vodní páry na povrchu měřicí hlavice [Pa] p a. parciální tlak vodní páry při aktuální teplotě vzduchu ve zkušebním prostoru [Pa] Měření pomocí přístroje Permetest Princip hodnocení propustnosti textilie pro vodní páru je založen na tom, že tepelný tok q 0 pro volnou hladinu (bez vložené textilie) je úměrný množství vlhkosti vypařené ze zavlhčené pokožky při daných teplotách pokožky a proudícího vzduchu. Hodnota q 0 představuje maximální odpar neboli 100% paropropustnost při dané vlhkosti a teplotě okolního prostředí. Porézní plocha přístroje je zvlhčována, čímž se simuluje funkce ochlazování pocením. Na tuto plochu se přes separační fólii klade měřený vzorek, jehož vnější strana je ofukována. Výhodou přístroje Permetest je krátká doba měření a možnost provádět měření za jakýchkoliv běžných klimatických podmínek. Tento přístroj měří vedle paropropustnosti také výparný odpor a tepelný odpor. Zkušební přístroj PSM-2 (skin model) Tento přístroj, simulující lidskou pokožku, slouží k testování paropropustnosti a tepelného odporu textilií metodou SGHP ("skin guarded hot plate"). Přístroj obsahuje mělký zásobník vody s pórovitou vrchní kovovou deskou. Deska je zakryta testovanou textilií. Voda přiváděná kanály se vypařuje přes póry v desce, podobně jako se pot vypařuje přes póry v pokožce. Předehřátá voda je udržována na teplotě 35 C [14], [15]. Struktura a vlastnosti funkčního prádla 37