Oděvy pro sport a volný čas Jana Drašarová
Funkce úroveň aktivity rekreační optimalizace komfortu a zlepšení relaxace ochrana proti počasí vrcholová zlepšení sportovního výkonu
Komfort = Pohodlí stav (organizmus a jeho funkce v optimálním stavu) absence bolestivých nebo negativních vjemů oděv tvoří prostředí lze setrvat a pohodlně konat činnost teplota 33-35 C relativní vlhkost 50 10 % rychlost vzduchu 25 10 cms -1 obsah CO 2 do 0,07% absence vlhkosti
Komfort Psychologický individualita, klima, geografie, sociální hledisko (zvyky, tradice, náboženství, móda) Funkční a) senzorický omak (splývavost, tloušťka, stlačitelnost, měkkost, plošná hmotnost), vzhled, schopnost absorbovat a transportovat plynnou nebo kapalnou vlhkost b) patofyziologický reakce na chemické složení textilních materiálů a mikroorganizmů, bakterií a plísní na pokožce c) termofyziologický oděv jako aktivní složka (termoregulace, transport vzdušné i kapalné vlhkosti v závislosti na proudění vzduchu) dýchatelnost tepelná izolace ventilace (větrání)
Transport tekutiny a tepla Klima prostředí Mikroklima Teplota Atmosférická vlhkost Doprovodné efekty 40 až +5 C největší vliv déšť, sníh, vítr efekt větrného chladu další efekty (komínový efekt, vhodný střih, pohyb objektu, poškození šitím) komplexní efekt z místa s negativním gradientem tepla a vlhkosti (EU zpravidla nižší vlhkost klimatu) Teplota kůže 29 31 C, 35-36 C, 37 C pod oděvem individuálně klid / pohyb Vlhkost ochlazování pocením (vypařování spotřebuje teplo, 1l potu - cca 2,4MJ) CO 2 kožní dýchání pod bavlněnou košilí - 0,15% víc než prostředí pod kabátem - 0,37% víc nad 0,8 % - nepříjemné zhoršuje tepelnou výměnu s prostředím sezení na přednášce 3 800 potu g/den na Ještěd s batohem 22 800-30 400 potu g/den
Textilie / Prostředí Teplota Vlhkost Tělo pocení tekutina adsorpce kondenzace Hydrofobní vlákno kapilarita vypařování teplo vypařování plyn difúze (vzduch) pór adsorpce kondenzace absorpce Hydrofilní vlákno kapilarita vypařování adsorpce
Sportovní oděv konstrukce, struktura a kombinace vrstev cíleně podle druhu sportu a klimatických podmínek! 1. spodní vrstva oděvu odvod (odpaření) vlhkosti 2. jedna i více mezivrstev termoizolace, transport 3. svrchní vrstva oděvu ochrana (vítr, déšť, )
1. Spodní vrstva funkční prádlo FUNKCE JAK? odvod potu termoizolace příjemný omak nealergické elasticita vlákna hydrofobní hydrofilní pleteniny jednovrstvé 1složkové integrované 2složkové
1. Spodní vrstva funkční prádlo vlákna hydrofobní nízká navlhavost (POP 0% PES 0,3-0,4%), kapilární jev, modifikace POP (MOIRA) ( 910 kg/m 3 ) antialergický PES (SETILA MICRO, DIOLEN MICRO, Coolmax) PAD (TACTEL,MERYL, Cordura) VS (MICROMODAL) tvarovaný profil odvod vlhkosti, termoizolace, omak multifil, stapl dtto modifikace vláken aditiva, mikrokapsule
Př: Coolmax Fresh; 100% PES
Př: PES/Coolmax PES/dutá vlákna
Př: modifikace vláken Enkapsulace (Outlast) neporézní termotropní PAN vlákna VS vlákna zátěry, pěny
Př: sportovní ručník 85%PES/15%PAD (mikrovlákna)
1. Spodní vrstva funkční prádlo vlákna hydrofilní přírodní, chemické vysoká sorpce vlhkosti (CO 8,5%, VI 11% WO 17%) absorpcí vlhkosti prodyšnost, termo-izolační schopnost Merino vlna 14 25 mikronů, 50 150 mm, silně zkadeřená, měkká, málo lesklá životní prostředí, zápach, praní, žehlení, řízení vlhkosti, regulace teploty
1. Spodní vrstva funkční prádlo pleteniny jednosložkové dvousložkové vlákna hydrofobní hydrofobní/hydrofilní DT multifil multifil/ příze osnovní, zátažné pleteniny vazba. krytá, savé knoty integrovaná pletenina (double face) panely střih bezešvé, přiléhavé - kontakt s kapalným potem
2. Mezivrstva termoizolace tepelně-izolační schopnost oděvu, omak transport vlhkosti zprav. pleteniny plyšové vazby výplňkové vazby smyčkové vazby hladké vazby v kombinaci s intenzívním počesáním
3. Svrchní vrstva ochranná waterresistant (waterproof) = nepromokavá zcela zabraňuje průniku a absorpci kapalné vlhkosti * nehygienické, permanentní (cca 1,5 m v.s.) waterrepelent = vodo-odpudivost oddaluje průniku vlhkosti * krátkodobě Při kratším dešti - kapičky, které sklouznou. Při větší zátěži proteče (cca 0,5 m v.s.) waterproof/breathable = nepromokavá/dýchající zabraňují průniku a absorpci kapalné vlhkosti a zajišťují odvětrávání pododěvního prostoru
3. Svrchní vrstva waterresistant (waterproof) = nepromokavost Zátěry finální úpravy tenké vrstvy polymerního materiálu povrstvení nebo zatírání pružný, pevný film latex, pryskyřice (polyvinylchlorid, polyuretan, akrylové nánosy, chloroprenový kaučuk,...) neprodyšná - airproof nošení nehygienické - plachtoviny, místní použití u oděvů (zesílení v namáhavých místech - náramenice, kolena) mechanické mikropórování = mechanické perforace - jehlové elektrody - elektrické impulsy - až 100 pórů/cm 2
3. Svrchní vrstva waterrepelent = vodo-odpudivost Hustě tkané tkaniny Př: První nepromokavá-prodyšná tkanina Ventile 40-tá léta, armádní účely, Severního Atlantský Oceán vlákna: bavlna příze: česaná tkanina: vazba Oxford dostava 98 nití/cm (sypkovina to 50 n/cm) minimalizuje zvlnění útku ponechává vysoký stupeň provázanosti nití vlákna maximálně rovnoběžná s povrchem tkaniny bez finálních úprav velikost pórů za sucha 10 m za mokra (botnání) 3-4 m počet vláken až 6000/cm
3. Svrchní vrstva waterrepelent = vodo-odpudivost Hustě tkané tkaniny Př:Tkaniny z mikro-vlákenných multifilů vlákna: jemnost 10 m, hustota, póry syntetická vlákna - hydrofobní - PAD,PES DT: multifil tkanina: dostava, mezivlákenné póry 0,5 10 m * běžná tkanina 60 m) finální úpravy : silikonové, fluorokarbonové jemný omak vodní sloupec do 1 m minimální velikost vodní kapky 100 m (+ velké povrchové napětí) velikost molekuly vody 0,0004 m velikost pórů zůstává neměnná nebobtnají při zvlhčení
3. Svrchní vrstva waterproof/breathable = nepromokavá/dýchající Sendvičové textilie 1) textilie 2)tenká vrstva polymerního materiálu (0,2 10 m) mikroporézní hydrofilní nebo membrána nebo zátěr 3) textilie 4) finální hydrofobní úprava PROČ? 1) ochrana vrstvy 2) nepromokavost, prodyšnost 3) ochrana vrstvy + správná funkce vrstvy (vlhkost musí kondenzovat na vnitřním povrchu vrstvy, ta musí být chladnější než vnější klima a na vnější straně suchá vlhkostní rozdíl 4) správná funkce vrstvy nezhoršit (omak, splývavost, vzhled...)
Membrány mikroporézní mikroskopické póry - nízká povrchová energie povrchové napětí v kontaktu s vodou vysoké aby dovolilo projít skrz pór náhodné, rozmístěny chaoticky, lomené dráhy = větruodolnost polytetrafluoroetylen PTFE(teflon), fluoropolymerní produkty kontaminace (tuk, prach, ) roztažením teflonové fólie Obchodní značky Goretex, Paclite, Windstopper, Dermizax
Membrány hydrofilní žádné póry, transport molekul páry - fyzikálně/chemický proces 1- penetrant je absorbován na povrch; 2- p. migruje skrz polymer na opačný sovrch (dle koncentračního gradientu); 3- p. desorbuje nebo se vypařuje aporates z povrchu kopolymer z PUR (waterproof efekt), a Poly(etylen oxidu) PEO = hydrofilní část amorfní oblasti nízká energie vazba molekul vody - rychlá difúze vodní páry mezimolekulární póry breatheable nemůže být blokován 30g v bundě Obchodní značky Sympatex, Gelanots
membrány Zátěry mikroporézní polyvinylidenfluorid (PVDF) - přímo na textilii 25-50 μm z polyuretanu nebo aminokyselinových polymerů. Při nanášení se uvolňuje CO 2 a tím se nanesený film mění v houbovitou pórovitou strukturu s póry o průměru 0,2-0,3 μm Zátěry hydrofilní PUR modifikovaný PVA (polyvinylalkoholem) nebo polyoxidem modifikace mají chemickou afinitu pro vodní páry umožňující difúzi vodní páry přes amorfní oblasti polymeru rovnováha mezi hydrofilní a hydrofobní komponentou pro zajištění dostatečné propustnosti pro vodní páry, ale i pružnosti, trvanlivosti, nerozpustnosti ve vodě nebo poškození při praní apod
Povrch a řez mikroporézním zátěrem Povrch a řez hydrofilním zátěrem
Finální úprava - zátěry Prodyšné hydrofobní durable water repellent DWR durable water repellent DWR IMPREGNACE - odperlující efekt na textilii film, který svou elasticitou a uzavřeným orientovaným uspořádáním molekul zamezuje vniknutí vody. Při mech. namáhání se vrstva může porušit, vypere se, neavivuje se na bázi polysiloxanů - vysoká přilnavost a trvanlivost, postupné ucpávání pórů na bázi fluorokarbonů - nezanášejí membránu, přilnavost ke tkanině je nižší, zlepšení tepelnou aktivací (REVIVEX) odperlující efekt
3. Svrchní vrstva zkoušení Vodní sloupec / water-proof válec (10 cm průměr) [mm] = výška vodního sloupce při proniknutí 3 kapek (hydrostatický tlak) módní sportovní oděvy 200-300 mm funkční 600-1.500 mm water-proof from 1.300 mm technické 5.000 mm waterresistant/breatheable Shirley hydrostatic tester
3. Svrchní vrstva zkoušení Paro-propustnost [g/m 2 den] = propustnost pro vodní páry Resistance to vapour transfer R ET values [m 2 Pa/W] = odolnost vůči vodním parám princip měření : elektricky vyhřívaná porézní destička zakrytá membránou (propouští vod. páry, nepropouští vodu) a vzorkem PT voda přiváděná k destičce se odpařuje a vod. páry prochází membránou a následně textilií tepelný tok, nutný pro zachování teploty na destičce, je mírou rychlosti vypařování R ET [m 2 Pa/W] je rozdíl tlaku vodních par mezi dvěma povrchy materiálu, dělený výsledným výparným tepelným tokem na jednotku plochy ve směru gradientu (je latentní výparný tepelný tok procházející danou plochou, odpovídající ustálenému použitému tlakovému gradientu páry) 1) 150 < Ret 2)20 < Ret 150 3) Ret 20
úhel smáčení [ ] 3. Svrchní vrstva zkoušení 200 180 160 y = 56,9e 0,0329x R 2 = 0,9705 140 120 100 80 60 40 0 10 20 30 40 čas [s] Hydrofobie smáčecí úhel Metoda umělého deště Bundesmann BP2 Spray test Prodyšnost Fyziologické vlastnosti objektivně (tepelný manekýn), subjektivně (nošením) Omak objektivně (KES), subjektivně Lamináty pevnost, oděr, adheze
Konfekce podmínky zpracování polohování nepoškodit - nešpendlit švy - šicí jehly se zaobleným hrotem, PES nitě v normálním nebo vodoodpudivém provedení, vodonepropustná impregnace švy podlepené speciální páskou (22 ± 1 mm) bezešvé pojení (ultrasonic, welding svařování) laser cutting
Soft shell? = větruodolnost, vodoodpudivost, prodyšnost, elastičnost, mechanická odolnost = dobrý marketing = rozdílné konstrukce i cena = 2 + 3 vrstva? membránový softshell - sendvič obsahuje 3 vrstvy, tj. i membránu tkaný softshell vyroben speciálním tkaním (elasticita)
Bionika/Biomimetika pojem složený ze dvou slov biologie a technika hraniční obor systematicky zaměřený na uplatňování poznatků ze studia živých organismů a jejich struktur při vývoji nových technologií
Dělení bioniky obecná vyhledávání struktur a procesů, jejich funkčních vztahů v systémech či subsystémech organismů, které mohou mít význam pro řešení technických a technologických problémů systematická zpracování a třídění poznatků obecné bioniky podle oborů použití a podle tematických skupin specificky použitá (aplikovaná) vypracování modelů či prototypů výrobků
Historie vzniku bioniky Leonardo da Vinci (1452-1519) návrh létajícího stroje fungujícího na principu křídel netopýra L. Galvani (1737-1798) vývoj elektrických článků inspirovaný žabími stehýnky Sir Joseph Paxton (1803 1865) Křišťálový palác v Londýně návrh inspirovaný studiem listů viktorie královské - obrovského leknínu
Historie vzniku bioniky N. A. Umov (1846-1915) O. Lilienthal (1848-1896) německý průkopník letectví, který se poučil při konstrukci svého kluzáku z prohnutého ptačího křídla F. Reulaux (1829-1905) Lehrbuch der Kinematik (1900) R. H. Francé (1874-1943) Technické výkony rostlin (1919) Rostlina jako vynálezce (1920) G. Lilienthal (1849-1933) Biotechnika létání (1925) A. Niklitschek (1892-1953) Technika živého (1940) M.O. Kramer (1903-1986) aplikace principu kůže delfína na ponorku snížení třecího odporu až o polovinu 1960 - oficiální zrod bioniky
Aplikace bioniky v textilu Suchý zip Textilie se sníženým třením Nepromokavé textilie Samočisticí textilie Textilie s adaptivní prodyšností
Suchý zip (1948) Georges de Mestral všiml si, že semena lopuchu se lepí na jeho šaty i srst psa název VELCRO (velours samet, crochet háček) tkaním PAD vlákna tkanina z hustých shluků malých smyček druhá část s háčky - rozpůlením smyček snadno rozpojovatelný obdivuhodný odpor vůči bočním silám
Nepromokavé textilie Prodyšné a přitom voděodolné membrány velikost pórů uzpůsobena tak, aby propustila malinkou molekulu vodní páry, ale nepustila velkou kapku vody (př. GORE-TEX ) inspirace rostlinami, které odvádějí přebytečnou vodu díky maličkým pórům (stomata) na povrchu listů Návrh nové textilie pro plavky využití principu nepromokavosti kůže vodoucha stříbřitého kůži z mikroskopických chloupků, které umožňují zadržet vzduchový polštář
Samočisticí textilie Samočisticí povrchy : vodoodpudivý materiál nerovnoměrný povrch Samočistící efekt neboli lotosový efekt dle lotosu indického Textilie Mincor TX TT SMELLPROOF plus samočisticí laky pro vozidla, samočistící okenní tabule, nové nanotechnologické způsoby čištění střech a fasád
Textilie s adaptivní prodyšností Inspirace šiškami borovice v chladném prostředí uzavírají v teplém a suchém otevírají Bionická membrána c_change od firmy Schöller Switzerland paměťový efekt přizpůsobení se uživateli při různé teplotě a aktivitě
Co to je tvarová paměť? Teplota pod aktivačním bodem SKLOVITÝ STAV pevná struktura propustnost je nízká Teplota nad aktivačním bodem KAUČUKOVÝ STAV Micro-Brownův pohyb = mezimolekulární průduchy = roste propustnost pro vlhko i teplo. Propustnost se mění v závislosti na teplotě = aktivní reakce Co to je superelasticita? Tvar je nastaven v sklovitém stavu (nízká teplota), v kaučukovitém stavu elasticita roste
Výroba Bloková kopolymer s tvrdými a měkkými segmenty Tvrdé segmenty = krystalická fáze = polyuretan Měkké segmenty = polyeter nebo polyester diol DIAPLEX, c_change Barriérový Mechanismus (aktivační bod na 0 o c) waterproof (20 000-40 000 mm), breathability (6 000 až 12 000 g/m2 za 24 hod) nekondenzuje elasticita a měkký omak lamináty
Gore-Tex / mikro-póry / Sympatex / žádné póry / chemické skupiny (adsorpce, difuze, desorpce molekul vodní páry) shape memory polyuretany (SMPUs)
Textilie se sníženým třením Inspirace kůží žraloka povrch jeho kůže z hrbolatých šupinek, které uspořádané ve směru proudění výrazné snížení odporu vody Tento princip použila firma Speedo při vývoji nových plaveckých obleků pro sportovce Tento systém použit i při opláštění letounu Airbus, lodí a ponorek
Speciální plavky pro závodní plavání plavky pro trénink plavky pro závody společné požadavky: rychle suché životnost chemikáliím odolnost proti komfort pohybu (střih, švy...) rozměrová stabilita materiál, švy nedráždit pokožku odlišnosti: závody minimální hydrodynamický odpor střih neumožní vodu pod tréning nárůst hydrodynamického odporu volný střih, kapsy krytí těla 1980 minimální / 1990 maximální speciální materiály hydraulické ztráty než lidská kůže
Plavky Fastskin kůže žraloka (biomimetika) V-tvar šupin = snižují tření nebo odpor vody
Plavky Fastskin 1) osnovní pletenina (74% PES/26% Lycra) (sukno s uzavřeným kladením), stříhání ve směru řádků než sloupků 2) šipky, po proudu vody, kalandrem vtisknuty do povrchu textilie drážky (cca 1mm od sebe) vytvořeny ve směru řádku (proměnlivé napětí Lycry); orientovány ve směru proudění vody, vytváří malé víry a usměrňují proudění vody podél povrchu textilie
Plavky Fastskin 3) gripper nízký odpor = ztráta citu ve vodě, včlenění panelu na předloktí 4) střih skenování digitálních obrazů - 3/4 (z 14 dílů v různých směrech dle obtékání vodou) 5) pohyb těla kombinace dílů a švů (šlachy 22 stehů na palec, palec švu z 52 palců nitě)
Ostatní aplikace bioniky Olympijský stadion v Mnichově x listy lípy Televizní věž ve Stuttgartu x stébla trávy Pneumatika využívající principu kočičí tlapky Využití tvaru těla ryby při konstrukci vozu Mercedes-Benz Bionic Car
Ostatní aplikace bioniky Pampeliška x padák Chození a uchopování robotický systém da VINCI chobotnice - přísavky - princip jejího pohybu inspirací i při konstrukci tryskového pohonu stíhačky Rozeznávání hmat
Souhrn 1. spodní vrstva oděvu funkční spodní prádlo 1 vrstvé 2 vrstvé 2. jedna i více mezivrstev termoizolace 3. svrchní vrstva oděvu ochranná (vítr, déšť, ) Hustě tkané tkaniny Membrány mikroporézní membrány hydrofilní membrány Zátěry neprodyšné prodyšné hydrofobní mikroporézní hydrofilní