SEKCE B Textilní materiály a konstrukce textilních výrobků. Souhrnná zpráva. Chlupatost a průměry přízí. Vypracovala Ing.

Transkript

1 Souhrnná zpráva Chlupatost a průměry přízí Vypracovala Ing. Jana Voborová 1

2 Obsah: 1 Úvod Vybrané metody měření chlupatosti přízí Zařízení založené na Chamberlainově fotometru Přístroj CRITTER-DAM II Zařízení Shirley Yarn Hairiness Meter Digital Hairiness Measuring Instrument J.T.R.I. hairiness meter Vieluba AB Metoda PONDERAL F - Index Tester Zařízení Zweigle G656 hairiness tester Rychlofotometrická metoda Měření chlupatosti na zařízení USTER-TESTER Měření chlupatosti pomocí obrazové analýzy Princip měření Metoda měření Stochastický model chlupatosti příze Průměr příze Výpočet průměru a zaplnění příze Měření průměru příze Zpracování naměřených dat Komparace charakteristik chlupatosti Popis vzorků Naměřené a vypočtené hodnoty Porovnání charakteristik chlupatosti Závěr Použitá literatura:

3 1 Úvod Definice chlupatosti - chlupatost je charakterizována množstvím z příze nebo z plošné textilie (tkanina, zátažná pletenina, osnovní pletenina, rouno) vystupujících nebo volně pohyblivých konců vláken, nebo vlákenných smyček. Kritériem pro posuzování je počet odstávajících vláken, jako délkových jednotek, nebo plošných jednotek, ve směru kolmém k přízi, nebo plošně naměřeného odstupu konců vláken [1]. Chlupatost příze je důležitá vlastnost příze. Výrazným způsobem ovlivňuje jak zpacovatelské vlastnosti příze (setkatelnost, spotřebu šlichty, spotřeby substancí pro zušlechťovací procesy, atd), tak i užitné vlastnosti koncového produktu (omak, zaplnění plošné textilie, vzhled, nopky atd.) Při posuzování těchto vlastností lze odlišovat typy chlupatosti [1]. 1) Hustá chlupatost, tj. jakýsi mech na přízi, je těsně přiléhající k vnitřní části příze a ovlivňuje, převážně kladně, zejména užitné vlastnosti textilií. Chlupatější plošná textilie má vyšší zakrytí, tudíž i lepší tepelně-izolační vlastnosti. Při zachování plnosti může mít nižší dostavu, výsledkem je pak odlehčení zboží. Dále má taková příze jemnější, měkčí omak, sametový vzhled, atd. 2) Řídká chlupatost, tj. dlouhé vlající konce vláken, ovlivňuje, většinou negativně, zpracovatelské vlastnosti. Zapříčiňuje vznik spínáků při tkaní, zvyšuje možnost natočení jednotlivých chlupů na soukací nebo tkací části (např. nitěnky, lamely, osnovní zarážky, atd.). Dále ovlivňuje negativně i užitné vlastnosti, u náročných bavlnářských tkanin, jako jsou např. popelíny, může způsobovat neklidný vzhled hotové plošné textilie, vznik žmolků. Je vhodné odstraňovat ji opalováním tkanin, v obzvláště náročných případech opalováním přízí, je ale třeba dát pozor, aby nevhodným zásahem nebyla porušena oblast mechu na přízi. Měří se počítáním chlupů v určitých vzdálenostech od povrchu kompaktní části příze. Většinou ve vzdálenostech 1 mm a více. Chlupatost příze je možné měřit (podle způsobu snímání příze) z kolmých průmětů příze nebo projekcí do roviny příze. 1. Kolmé průměty příze chlupatost je pak tvořena: a) vyčnívajícími konci vláken b) smyčkami vláken klenutými ven z těla příze c) vlákny nazvanými Mortonem divoká vlákna Toto schéma je zjednodušené, odpovídá projekci příze v rovině rovnoběžné s osou příze (obr.1). 3

4 Obr.1 Kolmý průmět příze Obr.2 Projekce do roviny kolmé k ose příze Jednotlivá vlákna nejsou zobrazena v jejich skutečné velikosti a kromě toho jsou subjektivní charakteristikou optického členu pro zaostření. 2. Projekce do roviny kolmé k ose příze (obr. 2). V tomto případě jsou viditelné pouze vyčnívající konce, ale ze stejných důvodů nejsou zobrazeny v jejich skutečné délce a stejná omezení se týkají i optiky. Tento druh zobrazení je obtížně použitelný v praxi. Většina autorů získávala informace ze snímání obrazů v rovině rovnoběžné s osou příze. Model je pouze aproximací skutečnosti a velký počet testovacích metod ukazuje na snahu dosáhnout co nejlepšího popisu skutečného stavu. Všechny dále uvedené metody pouze vyhodnocují experimenty a charakteristiku chlupatosti příze dále teoreticky nezpracovávají. Záznam o vytvoření strukturního teoretického modelu chlupatosti příze se v literatuře nevyskytuje. Stochastický model chlupatosti příze byl odvozen na KAS-FT, TU v Liberci a publikován byl v roce 2 [4]. 2 Vybrané metody měření chlupatosti přízí Principy měření chlupatosti Od roku 1953 bylo vyvinuto více než 7 metod na měření chlupatosti. Odlišné fyzikální principy měření jsou seřazeny do následujících skupin: Optické metody 1. Přímé optické metody 2. Fotografické metody 3. Metody založené na snímání průsečných obrazů příze 4. Metody založené na použití laserových paprsků 5. Metody založené na obrazové analýze Fotoelektrické a jim příbuzné metody Metody založené na elektrické vodivosti Metody založené na ztrátě hmotnosti při ožehování Pneumatické metody Jiné metody 4

5 2.1 Zařízení založené na Chamberlainově fotometru Zařízení se skládá z fotoelektrického článku, vybaveného elektronickým zesilovačem [2]. fotobuňka podélná štěrbina skleněná deska příze světlo mikroskop obr.3 Světlo částečně přerušené zkoumanou přízí, prochází štěrbinou širokou 12,7 mm a dopadá na katodu buňky. Nakloněná skleněná deska mezi přízí a štěrbinou odchyluje část paprsků světla do mikroskopu, který promítá zvětšený obraz příze na obrazovku, na které je měřen průměr příze. Důležitým faktorem je šířka štěrbiny (2x,4x nebo 6x průměr příze), kterou je možno prostřednictvím vhodné přepážky nebo souboru desek s paralelní štěrbinou známé šíře přizpůsobit pro různé průměry příze. 2.2 Přístroj CRITTER-DAM II Vystupující vlákna nebo volně pohyblivé konce vláken zkoumané příze jsou napřímeny pomocí elektrostatického pole a snímány fotoelektrickým prvkem umístěným ve vzdálenosti 3 mm od osy příze. Po zesílení a modifikování impulsů dopadajících na buňku určuje toto zařízení počet chlupů, jejichž délka přesáhla 3 mm v dané vzdálenosti od osy příze [2]. elektrody buňka optický systém příze I - vzpřímení vláken II - počítání vláken Obr.4 Přístroj CRITTER-DAM II 5

6 Podstatnou nevýhodou této metody je, že jsou počítány pouze vyčnívající konce vláken, které přesahují vzdálenost 3 mm od osy příze. Metoda proto poskytuje pouze údaje o uspořádání vláken v prostorech poměrně značně vzdálených od povrchu příze. 2.3 Zařízení Shirley Yarn Hairiness Meter Toto zařízení pracuje na podobném principu jako přístroj CRITTER-DAM II a bylo mnohokrát vylepšeno [2]. Nejnovější verze zařízení Shirley Yarn Hairiness Meter z roku 1996 je k dispozici ve třech formách: testovací zařízení pro tření, zařízení testující chlupatost přízí, kombinované zařízení testující tření a chlupatost přízí. Tento přístroj využívá elektronickou a počítačovou techniku k řízení operací a rozborům dat. Může na něm být testována jakákoli délka přízí od 1 do 1 m rychlostí od 5 do 3 m/min. Čidlo je nastavitelné pro vyčnívající vlákna do 1 mm délky. Statistické výsledky jsou vytvořené pro každou ověřovací sérii a je možné opakovat test s použitím stejných parametrů, vkládat nová data nebo měnit části starých dat. 2.4 Digital Hairiness Measuring Instrument Přístroj měří absolutní počet vláken ve vzdálenosti 4, 3, 2 a 1 mm od povrchu příze na 76,2 mm délky příze [2]. Z každého vzorku je testováno celkem 5 úseků. Index chlupatosti je vypočten ze vztahu (1). ( ) index chlupatosti = R R + R + R R, (1) 4 kde: R 1 R 2 R 3 R průměrný počet vláken ve vzdálenosti 4 mm (a více) na 76,2 mm délky příze průměrný počet vláken ve vzdálenosti 3 mm (a více) na 76,2 mm délky příze průměrný počet vláken ve vzdálenosti 2 mm (a více) na 76,2 mm délky příze průměrný počet vláken ve vzdálenosti 1 mm (a více) na 76,2 mm délky příze. 2.5 J.T.R.I. hairiness meter Jedná se o elektronický přístroj pro měření přízí z juty. Přístroj je rozdělen na dvě jednotky, snímací a hnací. Snímací jednotka je založena na jednoduchém principu počítání odstávajících vláken v pevné vzdálenosti od těla příze prostřednictvím křemíkového fototranzistoru [2]. Výsledek je udáván počtem vyčnívajících vláken v konkrétní vzdálenosti od příze. Pohonná jednotka je oddělena od snímací jednotky z důvodu zabránění vibrací a šumů, které vznikají ve snímací zóně. Rychlost pohybu příze je 27 m/min a vzdálenost mezi štěrbinou senzoru a osou příze může být nastavována dle potřeby. Pulsy generované po zesílení jsou počítány pomocí vysokorychlostního digitálního čítače a speciální vyrovnávací výstup je vhodný pro připojení počítačových přístrojů pro pozdější zpracování dat. Výsledky z měření jsou shodné s výsledky získanými přímou vizuální metodou. 6

7 Obr.5 J.T.R.I. hairiness meter 2.6 Vieluba AB Barella a jeho spoluautoři [2] vyvinuli první dva semi-kontinuální přístroje pro měření chlupatosti, které byly po několik let obchodně rozšiřovány ve Španělsku (Vieluba A-B typy v roce 1955 a 1956). Přístroje byly určeny k měření stejnoměrnosti (byly zkonstruovány pro měření pravidelnosti průměru příze), ale byly také použitelné pro určení chlupatosti příze. Princip přístroje (obr. 6) byl podobný přístroji popsanému v kapitole 2.1. s těmito vylepšeními: semi-kontinuální práce, mechanické seřízení šířky štěrbiny, připojený snímač napětí, snadná kalibrace elektronické části. zrcadla hranol zesilovač fotobuňka štěrbina příze stínítko zdroj světla Obr. 6 Vieluba AB 7

8 2.7 Metoda PONDERAL Metoda je založena na vážení vzorků příze před a po opalování. Úbytek hmotnosti je brán jako úbytek chlupatosti. Vlastní opalování chlupů závisí na mnoha faktorech, proto je velmi těžké provádět opalování za stále stejných podmínek. Konečné hodnocení je založeno na jednoduchých vizuálních porovnáních s fotografickými standardy, kdy je přiřazován index chlupatosti v intervalu (-7). Tato metoda je velmi subjektivní, protože shoda mezi pozorovateli a definicí numerických parametrů je nedokonalá. 2.8 F - Index Tester Příze prochází konstantní rychlostí vodícím zařízením, které je připojeno přímo k mikrometru. Paralelní světelný paprsek prochází blízko příze a je kolmý ke vzorku. Odstávající vlákna přerušují světelný paprsek a jejich stín je promítnut na obrazovku. Před obrazovkou je otvor o průměru,3 mm), který slouží k oddělení přiléhajících vláken a udává délku vláken, zatímco stín vláken prochází nad otvorem. Stíny jednotlivých vláken jsou převedeny na elektrické signály, které jsou zesíleny. Signály jsou vedeny do osciloskopu a jsou automaticky spočítány počítačem. výsledky jsou zobrazeny a vytištěny [2]. Rozsah nastavení délky vláken je -2 mm a rychlost posouvání příze 3 m/min. Délky vzorků jsou 1, 1 nebo 5 m. Prostřednictvím dvou měření získaných v různých vzdálenostech od osy příze je možno získat průměrnou délku vystupujících vláken a jejich celkové množství. zesilovač válečky vodič příze otvor stín chlupů fototranzistor osciloskop mikrometr stín příze paralelní svět. papr. obrazovka vodič příze příze Obr. 7 F - Index Tester 8

9 2.9 Zařízení Zweigle G656 hairiness tester Zařízení pracuje na principu vyhodnocování změny průtoku snímaného světla [9]. Vlákna, která procházejí měřícím přístrojem, přerušují tok světla a vyvolávají tak proměnnou odezvu na sérii fototranzistorů. To umožní určit počet chlupů a rozdělit je podle délek do 12 tříd. Délka vláken se měří směrem od povrchu příze. Zobrazení se provádí diferenční metodou: vlákna registrovaná v určité délkové třídě N i se odečítají od vláken registrovaných v nižší třídě N i -1. To se provádí pro každou třídu. Takto jsou v jedné délkové třídě počítána jen ta vlákna, která této délce skutečně odpovídají. Vyhodnocení naměřených dat pomocí indexu chlupatosti: Index chlupatosti, vypočtený dle vztahu (2) se vždy vztahuje na 1 m měřené délky příze. Při jiných délkách musí být výsledky měření vybraných tříd přepočteny na 1 m. Ki Ni H = (2) r R m kde: r regresní koeficient, materiálová konstanta K i odstup měření (vzdálenosti) - měřeno od povrchu příze N i počet vláken v i-té třídě R největší teoretická délka vláken m poměrný podíl počtu vláken (dle 3) N1 m = (3) N n Výsledky měření na přístroji Zweigle-Tester jsou v oblasti řídké chlupatosti kompletnější než z přístroje Zellweger-Uster. 2.1 Rychlofotometrická metoda Tato metoda měření chlupatosti byla použita při návrhu geometrického modelu vnějšího tvaru příze [8]. Princip metody je založen na fotometrickém proměřování průchodu světla štěrbinou, před kterou se pohybuje stín zkoumané příze. Tato příze se postupně otáčí okolo své osy. Proměřuje se kolmo k ose příze. K měření byl použit rychlofotometr Zeiss se speciálním držákem příze (viz. obr. 8) Vzorky byly proměřovány ve 12-ti. rovinách, kolmých k ose příze a zaznamenávaly se hranice jádra příze, hranice chlupatosti příze a hranice volně vystupujících vláken. Tyto hranice byly stanoveny smluvně. Za jádro se považovalo pásmo příze, které pohltilo více než 9% procházejícího světla. Pásmo vystupujících vláken z příze tzn. chlupatost příze byla smluvně ohraničena pohltivostí světla 3% a pásmo volně Obr. 8 Rychlofotometr Zeiss vystupujících jednotlivých vláken 1%. 9

10 2.11 Měření chlupatosti na zařízení USTER-TESTER 4 Metoda měření je založena na fotometrickém principu. Měření chlupatosti spočívá v prosvětlování příze monochromatickým infračerveným zářením, aby se eliminoval vliv barvy příze. Textilní barviva se jeví v infračerveném světle jako zářivě barevná. Zdroj světla produkuje záření, jehož proud je rozptýlen odstávajícími vlákny na přízi a následně zachytáván senzory. Přímé paprsky jsou pohlceny před dosažením senzoru. Výsledný index chlupatosti značený jako H, je úhrnná délka všech vláken, která jsou měřena na délce 1 cm příze. Tato vlákna jsou měřena pouze do vzdálenosti 1 cm od povrchu příze. Vedle chlupatosti H je možno měřit ještě směrodatnou odchylku chlupatosti sh. Obr. 8: Princip měření chlupatosti na přístroji Uster Tester 4 3 Měření chlupatosti pomocí obrazové analýzy Na fakultě textilní TU v Liberci byla vyvinuta nová metoda měření chlupatosti přízí pomocí obrazové analýzy. Je možné ji zařadit do metod optických, pracujících s kolmými průměty příze. Je zaměřena převážně na prozkoumání oblastí blízkých průměru příze tj. vzdáleností asi,5 až,4 mm od povrchu příze. Tato metoda umožňuje vzájemně odlišit dva typy chlupatosti a sledovat jejich chování v závislosti na technologii výroby, materiálu a dalších parametrech. Výsledky naměřené na obrazové analýze je možno komparovat s hodnotami naměřenými na přístroji Uster Tester Princip měření Obr.9 Princip měření chlupatosti staplové příze je založen na průchodu světelných paprsků přízí a spočívá v určení hranice mezi tělem příze a oblastí chlupatosti. Je-li příze v oblasti chlupatosti osvětlena svazkem rovnoběžných paprsků, kolmých k ose příze, pak určitá část z nich projde mezerami mezi vlákny, aniž by byly hmotou vláken pohlceny. S rostoucí vzdáleností od osy příze se zvyšuje pravděpodobnost, že paprsek projde. Pravděpodobnost P, že v náhodně vybraném úseku příze paprsek projde ve vzdálenosti x od osy příze je nazvána průhlednost a platí pro ni P, 1. 1

11 Doplňkem průhlednosti je veličina nazvaná zčernání Z, definovaná výrazem Z = 1 P. Průhlednost P jako funkce vzdálenosti x, P = P( x), je měřitelným projevem množství a rozložení vláken v oblasti chlupatosti. Vlastní měření průhlednosti P = P( x), spočívá v osvícení příze a následné analýze jejího mikroskopem zvětšeného obrazu. 3.2 Metoda měření Měření je prováděno na mikroskopu se spodním osvitem. Kolmé průměty pozorovaného úseku příze (tj. stínový černobílý obraz příze viz obr. 1) je snímán systémem obrazové analýzy a ukládán do paměti počítače. Snímání je prováděno na libovolných částech příze. Pro zajištění reprezentativnosti výsledků se vyhodnocuje vždy alespoň 8 snímků z jedné příze. Pro zajištění správnosti měření je důležité nastavení parametrů kamery a digitalizační karty. Provádí se kalibrace světlosti obrazu. Volba zvětšení je závislá na jemnosti příze. Při měření bylo zvětšení nastavováno tak, aby na každou stranu od osy příze byla minimální vzdálenost trojnásobku průměru příze. Při zpracovávání obrazů je zaveden myšlený řez příze, který odpovídá jednomu řádku pixelů. Různé hodnoty šedi v tomto řádku se převádí na binární hodnoty. Střed nejdelší černé oblasti je pak určen jako bod osy příze. Řádky pixelů, získané ze všech (min. 8) obrazů měřené příze jsou zprůměrovány, tj. pro každou vzdálenost od osy příze je ze všech vyhodnocovaných řádků zjištěn aritmetický průměr z binárních hodnot pixelů, které leží ve vzdálenosti x od osy příze. Výsledkem je průměrný binární řádek, jehož hodnoty vyjadřují veličinu nazvanou zčernání Z, nebo též funkci chlupatosti (obr.11). Vyhodnocovaný řez - řádek pixelů Zčernání Z [%] Obr. 1 Myšlený řez příze Obr. 11 Experimentální funkce chlupatosti 11

12 3.3 Stochastický model chlupatosti příze Pro popsání struktury příze v oblasti chlupatosti byl vytvořen stochastický model chlupatosti, jeho odvození a využití je v plném rozsahu popsáno v literatuře [4]. Tento model chlupatosti teoreticky dělí chlupatost na dvě oblasti (hustá a řídká), jak byly popsány v úvodu tohoto textu, na základě následujících předpokladů. Všechny vlákenné úseky tvořící oblast chlupatosti: 1. jsou zakotveny ve vnitřní části příze a vycházejí z poloměru příze r D, 2. každým poloměrem r r D procházejí nejvýše jednou, 3. jejich konce jsou rozmístěny náhodně a statisticky nezávisle. Pro průhlednost P (nebo také pravděpodobnost, že světelný paprsek v určité vzdálenosti x od osy příze projde) pak platí vztah ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) { 2 2 } 2 π 2 x d 2 h cos π i α x+ d 2 hicosα ln P= 8 d ln 2 hc 2 d 2 d π i= 1 i i α α kde d N h i C i je ekvivalentní průměr šikmého řezu vlákna tj. průměr kruhu, jehož plocha je stejná, jako plocha řezu průměrným vláknem v kolmém řezu příze; je počet typů chlupatosti (které jsou vzájemně prolnuty a dohromady tvoří oblast chlupatosti); z definice N=2; je interval polovičního úbytku vláken i-tého typu chlupatosti (tzn. zvětšíme-li libovolný poloměr r o h, sníží se počet vláken, procházejících poloměrem r+h na polovinu); multiplikační parametr i-tého typu chlupatosti. Hodnoty parametrů h i a C i jsou hledány metodami numerické optimalizace pomocí již připraveného software Chlupatost 1 [3]. Charakteristika stěsnání vláken je popisována veličinou zaplnění µ [1]. Na základě úvah modelu chlupatosti lze tuto veličinu rozdělit na dvě části, charakterizující zvlášť příspěvek husté a řídké chlupatosti. Je určena hodnota zaplnění na průměru příze µ id ze vztahu D 2hi i 2 2 µ id = C, (5) D (i =1 pro hustou, i = 2 pro řídkou chlupatost), kde D je průměr příze., (4) 3.4 Průměr příze Příze není homogenní těleso, mezi vlákny jsou vzduchové mezery. Hustota stěsnání vláken po průřezu není rovnoměrná a směrem k povrchu přechází spojitě do oblasti chlupatosti. Proto neexistuje jednotná a jednoznačná definice průměru příze D. Je to pojem teoretický, který vychází z průměru nejmenšího myšleného válce, v němž je soustředěna buď veškerá hmota příze, nebo alespoň její podstatná část. Průměr příze leží někde v intervalu, kde přechodová oblast příze přechází v oblast chlupatosti (viz obr.12) 12

13 Obr.12: Oblasti příze Výpočet průměru příze Průměr příze je určován na základě vztahu [1] 4T D =, (6) πµρ kde T [tex] je jemnost příze, µ [1] zaplnění příze, ρ [kg m -3 ] měrná hmotnost vlákenného materiálu. Zaplnění µ je vyjádřeno na základě komprimační teorie [1] 5 2 µ µ m M π = Z T, (7) µ 2 2µ 1 m ρ µ m kde M [m] je parametr materiálu a technologie, µ m mezní zaplnění příze, Z [m -1 ] zákrut příze. Hodnoty parametru M a µ m jsou na základě [1] uvedeny v tabulce 3 a Měření průměru příze Pro určení průměru příze z podélných pohledů na přízi existují dvě empirické konvence. Průměr příze je určen jako: 1. průměr krycí D K dvojnásobek vzdálenosti od osy příze, na níž je zčernání Z=5%; 2. průměr hustotní D H dvojnásobek vzdálenosti od osy příze, na níž je vypočtená hodnota zaplnění,11 tj. 11 %. Hodnoty průměru krycího se liší od hodnot průměru hustotního. Vhodnost použití jednotlivých průměrů závisí na účelu použití. Např. pro měření zakrytí tkaniny metodou obrazové analýzy lze doporučit hodnotu průměru krycího. Pro výpočty pevnosti příze, která souvisí se zaplněním příze lze doporučit průměr hustotní. 13

14 3.5 Zpracování naměřených dat Experimentální data funkce chlupatosti získaná z měření na obrazové analýze jsou proložena teoretickým modelem chlupatosti dle (4). Je spočtena plocha pod křivkou funkce teoretického modelu chlupatosti od průměru příze směrem ven od osy příze tj. integrální charakteristika chlupatosti I. Vzhledem k tomu, že průměr příze lze z měření pomocí obrazové analýzy určit dvěma způsoby, je možné spočítat celkové integrální charakteristiky chlupatosti od průměru krycího I CK i od průměru hustotního I CH (viz. obr 13) a zvlášť integrální charakteristiky chlupatosti pro každý typ chlupatosti I 1H, I 2H, I 1K a I 2K. Obr 13 Výpočet integrálních charakteristik chlupatosti prstencové příze 2 tex. Porovnání chlupatosti přízí různých jemností a technologií je prováděno na základě těchto parametrů: h 1, h 2 charakteristika rychlosti relativního poklesu počtu vláken protínajících jednotlivé poloměry; C 1, C 2 charakteristika významnosti váhy daného typu chlupatosti; µ zaplnění příze vyjádřeno na základě komprimační teorie dle (7); µ 1teor, µ 2teor zaplnění příze dle (5) pro vypočtený průměr příze dle (6); µ 1hust, µ 2hust zaplnění příze dle (5) pro změřený průměr příze D H ; I 1H, I 2H integrální charakteristika chlupatosti pro změřený průměr příze D H ; I 1K a I 2K integrální charakteristika chlupatosti pro změřený průměr příze D K ; I CH celková integrální charakteristika chlupatosti pro změřený průměr příze hustotní D H ; I CK celková integrální charakteristika chlupatosti pro změřený průměr příze krycí D K ; (i =1 pro hustou, i = 2 pro řídkou chlupatost). 14

15 3.6 Komparace charakteristik chlupatosti Popis vzorků Vzhledem k variantnosti experimentálního materiálu bylo porovnání prováděno pro dvě skupiny vzorků (jmenovité parametry viz tabulky 1 a 2). 1. skupina: 1% bavlněné příze vyrobené ze stejného materiálu technologiemi A- prstencová, B- novaspin, C- rotorová o jemnostech 1, 2 a 29,5 tex. 2. skupina: 1% bavlněné rotorové příze o jemnostech 14,5; 2 a 29,5 tex se zákrutovými koeficienty am = 65, 72, 8 m -1 ktex 2/3. Tabulka 1 Označení příze A 1 B 1 A 2 B 2 C 2 A 3 B 3 C 3 Technologie jmenovitá změřená T [tex] T [tex] Z [m-1 ] prstencová MII česaná 1 9, novaspin MII česaná 1 9, prstencová AI mykaná 2 19, novaspin AI mykaná 2 19, rotorová AI mykaná 2 2,1 82 prstencová AI mykaná 29,5 28, novaspin AImyk 29,5 29, rotorová AI mykaná 29,5 29, Označení příze Tabulka 2 jmenovitá T [tex] Phrixův zákrutový koeficient am [m -1 ktex 2/3 ] Z [m -1 ] 1 am 65 14, am 72 14, am 8 14, am am am am 65 29, am 72 29, am 8 29,

16 3.6.2 Naměřené a vypočtené hodnoty Každá skupina přízí byla hodnocena zvlášť, charakteristiky jsou uvedeny v tabulkách 3 a 4. Pro názornost jsou na obr.14 ukázány experimentální funkce chlupatosti pro příze skupiny 1. U přízí skupiny 1 byly též hodnoceny celkové parametry chlupatosti I CH, I CK a H viz tab. 5. Tabulka 3 Charakteristiky chlupatosti přízí 1 skupiny Označení M D D h příze 1 [mm] h 2 [mm] K D H C 1 C 2 µ teor µ 1 teor µ 2 teor µ 1 hust µ 2 hust [m] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [1] [1] [1] [1] [1] A 1,619,967,1238,1332,1279 3,23,54,5399,572,5769,54191,5655,64 B 1,68,825,125,1389,1319 4,344,98,544,74966,9817,5914,984 A 2,135,934,42,184,183,1612 1,557,122,484,35658,6946,52694,7355 B 2,1554,125,1858,2149,172,241,11,489,41154,6932,52549,7451 C 2,1675,734,27,21,2422,199,371,89,4167,57652,3291,5663,3418 A 3,146,987,42,2329,2758,2283 1,525,185,4395,5272,673,5296,745 B 3,21,1691,2347,2936,2326,384,18,4483,5667,5362,5458,5616 C 3,1646,526,27,254,3171,2644 1,854,79,393,7618,9568,49783,118 Tabulka 4 Charakteristiky chlupatosti přízí 2 skupiny Označení M D D h příze 1 h K D H C 1 C 2 µ teor µ 1 teor µ 2 teor µ 1 hust µ 2 hust 2 [m] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [1] [1] [1] [1] [1] 1 am 65,1988,833,1622,188,1779,116,76,4629,8662,4784,55915,485 1 am 72,1223,4339,159,1834,1795,6577,558,4828,9134,19717,4518, am 8,1263,4574,1564,1868,1811,577,578,52,99925,22581,43827, am 65,279,8838,1968,2296,211,1952,122,4358,7463,5742,54934,565 2 am 72,1666,851,27,193,2315,2195,5834,127,4788,11713,6151,55267, am 8,1463,4843,1922,297,28,5626,51,4744,61717,1318,48143, am 65,1829,676,2474,284,2571,875,573,428,663,1321,4887, am 72,1517,5124,243,269,24651,7252,644,4243,5919,1549,5135, am 8,1271,468,2373,2464,23813,9881,64,4445,5267,932,5783,9217 Tabulka 5 Další charakteristiky chlupatosti přízí 1 skupiny Označení příze Chlupatost H [1] I CH [mm] I CK [mm] A 1 3,7,13386,17382 B 1 4,16,2297,2138 A 2 5,47,26424,2743 B 2 7,1,49672,3651 C 2 4,12,34228,2311 A 3 7,,41899,31195 B 3 9,7,6168,45343 C 3 4,91,3851,24474 Chlupatost H naměřená na přístroji Uster Tester. Chlupatost I CH celková, naměřena na obrazové analýze, počítána od hustotního průměru. Chlupatost I CK celková, naměřena na obrazové analýze, počítána od krycího průměru. 16

17 Zčernání Z Poloměr příze Obr 14 Experimentální funkce chlupatosti příze 1% bavlněné, vyrobené třemi různými technologiemi A, B, C ve třech jemnostech 1, 2, 29,5 tex.. A 1 tex - modrá A 2 tex - zelená A 29,5 tex - černá B 1 tex - žlutá B 2 tex - sv. modrá B 29,5 tex - modrá C 2 tex fialová C 29,5 tex - červená Porovnání charakteristik chlupatosti Porovnání jednotlivých charakteristik chlupatosti je prováděno nejprve v rámci jednotlivých skupin přízí Skupina přízí 1 Srovnání metod vyhodnocení průměru příze je provedeno v obr. 15. Porovnání bylo provedeno jednak pomocí lineární regrese a také pomocí korelačních koeficientů. Mezi hodnotami krycího a hustotního průměru je lineární závislost popsaná vztahem DK = 1, 2141DH, 332, korelační koeficient ρ =,995. průměr příze [mm],3,25,2 DK=f(D) DH=f(D),15 DK=f(DH),1,1,12,14,16,18,2,22,24,26,28 průměr příze [mm] Obr. 15 Srovnání hodnot průměrů příze 17

18 Mezi hodnotami průměru vypočteného ze vztahu (6) a hustotním průměrem je lineární závislost popsaná vztahem DH = 1,499D,89, korelační koeficient ρ =,995. Mezi hodnotami průměru vypočteného ze vztahu (6) krycím průměrem je lineární závislost popsaná vztahem DK = 1,278D,447, korelační koeficient ρ =,995. Je možno konstatovat, že průměrná diference mezi hodnotami průměru hustotního D h a vypočteného D je,2%, což odpovídá definici a principu výpočtu. Průměrná diference mezi hodnotami průměru hustotního D h a průměru krycího D k je 2,5% (hodnoty průměru krycího jsou vyšší). Srovnání hodnot chlupatosti naměřených na přístroji Uster Tester 4 H a integrálních charakteristik chlupatosti. bylo prováděno jednak pomocí lineární regrese (obr v16 ab) a také pomocí korelačních koeficientů, které jsou uvedeny v tab 6. I ch,7,6,5,4,3,2, H [1] Obr 16a Závislost dat chlupatosti naměřených na přístroji Uster Tester 4 a celkového hustotního integrálu I ck,5,4,3,2, H [1] Obr 16b Závislost dat chlupatosti naměřených na přístroji Uster Tester 4 a celkového krycího integrálu Tabulka 6 Hodnoty korelačních koeficientů I CH I H,1 I H,2 I CK I K,1 L K,2 H [1],94,6662,939,9851,551,9475 Indexem 1, 2 jsou označeny jednotlivé typy chlupatosti, jak je uvedeno v kapitole 3 tohoto textu. Mezi hodnotami chlupatosti naměřené na přístroji Uster Tester 4 a oběma celkovými integrálními charakteristikami (hustotní i krycí) jsou lineární závislosti. Mezi hodnotami chlupatosti naměřenými na přístroji Uster Tester 4 a celkovou hustotní integrální charakteristikou je lineární závislost popsaná vztahem ICH =,74H,58. Mezi hodnotami chlupatosti naměřenými na přístroji Uster Tester 4 a celkovou krycí integrální charakteristikou je lineární závislost popsaná vztahem ICK =,5H,6. Silnější závislost (vzhledem ke korelačnímu koeficientu) se jeví mezi hodnotami chlupatosti naměřené na přístroji Uster Tester 4 a celkovou krycí integrální charakteristikou I CK. Důvodem je stejný princip měření. Integrální hustotní charakteristika je nastavena podle průměru příze, který je nastaven teoreticky (vypočten ze vztahu (6)), proto je korelace s měřením na přístroji Uster Tester 4 nižší. Dále byly vypočteny korelační koeficienty mezi hodnotami chlupatosti naměřenými na přístroji Uster Tester 4 a dílčími integrálními charakteristikami pro hustou a řídkou chlupatost (tab. 6). Lze konstatovat lepší korelaci mezi 18

19 hodnotami chlupatosti naměřenými na přístroji Uster Tester 4 a integrálními charakteristikami řídké chlupatosti (typ 2). Závislost parametrů chlupatosti h 1 a h 2 na jemnosti příze je znázorněna na obr. 17 ab. Závislost parametru h 1 na jemnosti příze Závislost parametru h 2 na jemnosti příze,25,2 h 1 [mm],2,15,1, jemnost příze T [tex] A B C h 2 [mm],15,1, jemnost příze T [tex] A B C Obr. 17a Obr. 17b Lze konstatovat, že parametr h 1 s jemností roste pro všechny technologie, h 2 s jemností roste pouze pro přízi typu B (Novaspin). Parametr h 2 (pro řídkou chlupatost) je řádově vyšší než h 1. Závislost parametrů chlupatosti C 1 a C 2 na jemnosti příze je znázorněna na obr. 18 ab. 5,1 C 1 [mm] A B C C 2 [mm],8,6,4,2 A B C jemnost příze T [tex] jemnost příze T [tex] Obr. 18a Obr. 18b Lze konstatovat, že parametr C 1 s jemností klesá pro všechny technologie, parametr C 2 na jemnosti nezávisí s výjimkou příze typu C (rotorová). Parametr C 2 (pro řídkou chlupatost) je o dva řády nižší než C 1. 19

20 Závislost dílčích zaplnění na jemnosti příze je znázorněna na obr. 19ab,6,2,55,15 µ 1,5,45 A B C µ 2,1,5 A B C,4 1tex 2 tex 29 tex jamnost příze T 1tex 2 tex 29 tex jemnost příze T Obr. 19a Obr. 19b Lze konstatovat, že parametry µ 1 hust a µ 2 hust jsou na jemnosti a technologii nezávislé a je možné je považovat za konstantní Skupina přízí 2 Srovnání metod vyhodnocení průměru příze je provedeno v obr. 2. Porovnání bylo provedeno jednak pomocí lineární regrese a také pomocí korelačních koeficientů. Mezi hodnotami krycího a hustotního průměru je lineární závislost popsaná vztahem DK = 1,1693DH, 239, korelační koeficient ρ =,995. Průměr příze [mm],3,25,2 DK=f(D) DH=f(D) DK=f(DH),15,15,2,25,3 Průměr příze [mm] Obr. 2 Srovnání hodnot průměrů příze Mezi hodnotami průměru vypočteného ze vztahu (6) a hustotním průměrem je lineární závislost popsaná vztahem DH =,8166D,57, korelační koeficient ρ =,976. Mezi hodnotami průměru vypočteného ze vztahu (6) krycím průměrem je lineární závislost popsaná vztahem DK =,9482D,368, korelační koeficient ρ =,961. Je možno konstatovat, že průměrná diference mezi hodnotami průměru hustotního D h a vypočteného D je 1,8%, což odpovídá definici a principu výpočtu. Průměrná diference mezi hodnotami průměru hustotního D h a průměru krycího D k je 5,% (hodnoty průměru krycího jsou vyšší). 2

21 Závislost parametrů chlupatosti h 1 a h 2 na zákrutovém koeficientu je znázorněna na obr. 21 ab.,25,1 h1 [mm],2,15,1,5 14,5 2 29,5 h2,8,6,4,2 14,5 2 29, am am Obr. 21a Obr. 21b Lze konstatovat, že parametry h 1 i h 2 s rostoucím zákrutovým koeficientem klesají. Parametr h 2 (pro řídkou chlupatost) je řádově vyšší než h 1. Závislost parametrů chlupatosti C 1 a C 2 na zákrutovém koeficientu je znázorněna na obr. 22 ab. 5 4,8 C1 [mm] am 14,5 2 29,5 C2 [mm],6,4, am 14,5 2 29,5 Obr. 22a Obr. 22b Lze konstatovat, že parametr C 1 i C 2 s rostoucím zákrutovým koeficientem roste, parametr C 2. Parametr C 2 (pro řídkou chlupatost) je o dva řády nižší než C 1. Závislost dílčích zaplnění na jemnosti příze je znázorněna na obr. 23ab µ1,14,12,1,8,6,4, ,5 2 29,5 µ2,25,2,15,1, ,5 2 29,5 am am Obr. 23a Obr. 23b 21

22 Lze konstatovat, že parametry µ 1 hust a µ 2 hust jsou na jemnosti a zákrutovém koeficientu nezávislé a je možné je považovat za konstantní Diskuse Vzhledem k variantnosti zkoumaného souboru přízí bylo nutno posuzovat vliv technologie výroby a parametrů přízí. Byly vytvořeny regresní modely pro posouzení vlivu jednotlivých technologických faktorů. faktor 1 technologie mykaná, česaná faktor 2 technologie prstencová, novaspin, rotorová faktor 3 jemnosti T faktor 4 zákrutového koeficientu am Pro každou zkoumanou vlastnost byly testovány lineární regresní modely. Kritériem pro výběr modelu byla minimalizace střední kvadratické chyby. Dále byla hodnocena významnost závislosti analýzou ANOVA. Analýza byla prováděna pomocí programu Qcexpert. Nejprve byla hodnocena skupina přízí 2, která nezahrnuje vliv technologie výroby. Z výsledků lze konstatovat že: 1. parametr h 1, h 2 závisí statisticky významně na zákrutovém koeficientu am 2. parametr C 1, C 2 závisí významně na zákrutovém koeficientu am i na jemnosti příze T 3. pro parametry µ 1 hust a µ 2 hust nebyla zjištěna statisticky významná závislost na žádném ze sledovaných paramentů (faktor 3 a 4). Dále byly hodnoceny výsledky pro obě skupiny přízí současně. Z výsledků lze konstatovat že: 1. parametr h 1, h 2 závisí na technologii výroby (faktor 1 i 2) a zákrutovém koeficientu am 2. parametr C 1, C 2 závisí na technologii výroby (faktor 1 i 2), zákrutovém koeficientu am a jemnosti příze T 3. parametr µ 1 hust a µ 2 hust - nebyla zjištěna statisticky významná závislost na žádném ze sledovaných paramentů. Je možno je považovat za konstantní µ 1 hust =,515 a µ 2 hust =,84. 4 Závěr Parametry chlupatosti byly změřeny optickou metodou pomocí zařízení obrazové analýzy. Data jsou zpracována na základě stochastického modelu chlupatosti, který identifikuje dva typy chlupatosti (hustou a řídkou). Na základě experimentu jsou nalezeny hodnoty parametrů modelu. Srovnávací měření bylo provedeno na přístroji Uster Tester 4. Na základě provedené analýzy parametrů stochastického modelu chlupatosti lze konstatovat: Pro srovnávání s hodnotami chlupatosti naměřenými na zařízení Uster Tester 4 je nejvhodnější použít celkovou integrální charakteristiku chlupatosti (měřenou od krycího průměru) ICK. Chlupatost měřená na zařízení Uster Tester 4 postihuje převážně tzv. 22

23 řídkou chlupatost. Hustá chlupatost se měří metodou obrazové analýzy. Pro popsání závislosti mezi metodami byly navrženy lineární regresní modely. Jako charakteristiky chlupatosti na základě stochastického modelu chlupatosti jsou navrženy parametry h 1, h 2 jako charakteristiky rychlosti relativního poklesu počtu vláken protínajících jednotlivé poloměry; C 1, C 2 jako charakteristiky významnosti váhy daného typu chlupatosti a µ 1 hust, µ 2 hust jako zaplnění příze dle (5) pro změřený průměr příze DH (i =1 pro hustou, i = 2 pro řídkou chlupatost). Parametr h 1, h 2 závisí na technologii výroby a zákrutovém koeficientu, parametr C 1, C 2 závisí na technologii výroby, zákrutovém koeficientu a jemnosti příze, parametr µ 1hust a µ 2hust nebyla zjištěna statisticky významná závislost na žádném ze sledovaných paramentů. Pro srovnání průměrů naměřených D krycí, D hust. a vypočteného dle komprimační teorie D byly navrženy lineární regresní modely. Na základě provedených experimentů a hodnocení lze doporučit pro další výzkum: V další fázi výzkumu posoudit vliv jemnosti příze, technologie výroby a zákrutového koeficientu na jednotlivé parametry chlupatosti a potvrdit závěry pro větší databázi přízí. Při vyhodnocování stochastického modelu chlupatosti jsou v používaných výpočetních metodách nastaveny materiálové parametry, průměr, zaplnění příze, atd. Doporučuji zkoumat vliv těchto parametrů tak, aby bylo zjištěno optimální nastavení pro měření a vyhodnocení parametrů pro predikci chlupatosti příze. Výsledky z měření na obrazové analýze porovnat s hodnotami naměřenými na přístroji Zweigle G656 hairiness tester. 23

24 Použitá literatura: [1] Neckář, B.: Příze. SNTL Praha, 199 [2] A. Barella, A.M. Manich: Yarn Hairiness Update, Journal of Textile Institute 1997 [3] Neckář, B.: Struktura a vlastnosti textilií - přednášky, TU Liberec 1998 [4] Neckář, B.:Teoretický model chlupatosti příze, metodika jeho využití a výpočetní program Chlupatost-1. Interní výzkumná zpráva, TU Liberec 2 [5] Xungai Wang, Lingli Chang: An Experimental Study of the Effect of Test Speed on Yarn Hairiness, Textille Research Journal [6] X. Wang, L. Chang, X.B. Huang: A Study on the Formation of Yarn Hairiness, Textille Research Journal,1999 [7] A. Barella: Hairiness Testing of Spun Yarns, Progress in Textiles, Science & Technology 1999 [8] Kolektiv autorů VÚB: Bezvřetenové předení, SNTL Praha 1974 [9] Mangold, G.: Chlupatost a index chlupatosti nový systém měření, Melliandberichte 4/