Microsoft Word - Casopis 1_jun_09

Транскрипт

1 Naučni rad ISSN X UDK UTICAJ SIROVINSKOG SASTAVA TKANINA NA TOPLOTNA SVOJSTVA ODJEĆE D. Grujić Univerzitet u Banjoj Luci, Tehnološki fakultet Banja Luka U vremenu gdje način odjevanja diktiraju modni trendovi veoma često se susrećemo sa odjećom koja nam estetski odgovara, ali s obzirom na udobnost nije zadovoljavajuća. Pošto se modni trendovi mijenjaju vrtoglavom brzinom, proizvođači odjeće da bi zadovoljili određenu formu modela vrlo često koriste i tkanine koje nisu odgovarajuće s obzirom na toplotne karakteristike, koje su važne za udobnost odjeće. U ovom radu je izučavan uticaj sirovinskog sastava tkanina na toplotna svojstva odjeće. U tu svrhu urađene su tkanine, namjenjene za izradu odjeće za ljetni period, različitih sirovinskih sastava (poliesterska, lanena i mješavina poliester/lan), ali istih konstrukcijskih karakteristika. Sve tkanine su na isti način dorađene. U radu su prezentovani rezultati ispitivanja fizičkih, mehaničkih i toplotnih karakteristika tkanina, koji su značajni za karakterizaciju udobnosti odjeće. Rezultati istraživanja su pokazali da je indeks protoka vlage (im), za tkanine različitih sirovinskih sastava i istih konstrukcijskih karakteristika, linearno zavisan od debljine tkanine. Ključne riječi: sirovinski sastav tkanina, konstrukcija tkanina, mehanička, fizička i toplotna svojstva tkanina, toplotna svojstva odjeće, udobnost odjeće. UVOD Udobnost koju osjetimo pri nošenju odjeće je subjektivna reakcija koja je posljedica djelovanja različitih uzročnika. Odjeća mora omogućiti određenu toplotnu izolaciju, visok stepen propustljivosti vlage i dobru ventilaciju, da bi se održala optimalna termoregulacija čovjekovog tijela. Rezultat uravnoteženih interakcija u sistemu čovjek-klimaodjeća se izražava u čovjekovoj udobnosti pri nošenju odjeće. Udobnost pri nošenju određene odjeće je zavisna od njene sposobnosti za prenos toplote i vlage s površine čovjekovog tijela u okolinu. Mjerne veličine, koje su odraz tih sposobnosti su toplotni otpor odjeće (toplotna izolacija) Rct i otpor odjeće protoku vodene pare Ret. Termofiziološke karakteristike odjeće su u velikoj mjeri zavisne od sirovinskog sastava vlakana, primjenjene tehnologije predenja, tkanja odnosno pletenja, od debljine, gustine, mase i površinske strukture, te procesa dorade materijala [1]. Za ocjenjivanje toplotnih karakteristika kvaliteta tekstila za odjeću i cijeloga sistema odjeće upotrebljava se tzv. indeks protoka vlage (im), koji pokazuje otpor odjeće protoku vodene pare u zavisnosti od toplotne izolacije [2]: im=0,6rct/ret (1) im indeks protoka vlage Rct toplotna izolacija (m 2 K/W) Ret otpor protoku vodene pare (m 2 mbar/w) Faktor 0,6 je izabran tako, da je najveća moguća vrijednost indeksa protoka vlage jednaka 1. Pri nošenju odjeće transport vlage u odjeću značajno utiče na osjećaj udobnosti [3]. U slučaju mehanizma hlađenja tijelo čovjeka se znoji i dolazi do isparavanja. Vodena para prenosi toplotu iz tijela kao ispareni znoj daleko od površine kože ili površine tkanine. U mikroklimi između odjeće i kože, znoj se absorbuje u odjeću i transportuje kroz i preko tkanine, gdje je isparavanje povezano sa opažanjem udobnosti odjeće. Funkcionalne tkanine sa odlično podešenim svojstvima vlažnosti mogle bi na tržištu naći široku upotrebu za sportsku odjeću, visoko cijenjenu neformalnu (casual) odjeću i uniforme. Od ovih tkanina se zahtjeva da imaju veliku brzinu sušenja i djelotvorno 91

2 kretanje vlage, uglavnom daleko od kože sa odličnom propustljivočću. Neke standardne i test metode mogle bi uticati na razvoj tkanina sa svojstvima jednostavne absorpcije i desorpcije vlage [4,5]. EKSPERIMENTALNI DIO Za ovo istraživanje urađene su tri vrste tkanina, za čiju izradu su korištene tri vrste pređa, i to: lanena pređa (Tt = 42tex), pamučna pređa (Tt = 41tex) i poliesterska pređa (Tt = 36tex). Osnovne karakteristike tkanina date su u tabeli 1. Tabela 1: Osnovne karakteristike ispitivanih tkanina Vrsta tkanine Sirovinski sastav Vrsta Površinska Gustina žica (ž/cm) prepletaja masa (g/m 2 ) Osnova Potka PES 100% PES platno 144,20 19,9 17,4 LAN 100% LAN platno 177,90 22,0 18,4 PES/LAN 50%PES/50%LAN platno 152,10 19,7 17,0 Ispitivanje fizičko-mehaničkih karakteristika tkanina Poznavanje mehaničkih, fizičkih i površinskih svojstava tkanina je značajno za čitav proces izrade odjeće, jer projektant odjeće na osnovu poznavanja svojstava može izabrati odgovarajuću tkaninu i tako predvidjeti da li će gotovi odjevni predmet odgovarati željenim svojstvima, da li će imati odgovarajući oblik, pad, udobnost i izgled. Objektivno vrednovanje opipa tkanina pomiću KES sistema temelji se na mjerenju mehaničkih i fizičkih svojstava tkanina, na osnovu kojih se odgovarajućim matematičkim izrazima izračunavaju primarne ocjene opipa HV(hand value), a iz njih ukupna ocjena opipa tkanine THV(total hand value) [6]. KES-FB mjerni sistem sastoji se od četiri komponente uređaja za ispitivanje: KES-FB1 - zateznih svojstava i svojstava smicanja KES-FB2 - savijanja odnosno svojstava savitljivosti KES-FB3 - kompresije odnosno kompresibilnosti i KES- FB4 - površinskih svojstava, trenja i hrapavosti, i omogućava na temelju mjerenja šest mehaničkih i fizičkih parametara tkanine, određivanje petnaest različitih, za opip, značajnih mehaničkih i fizičkih svojstava tkanine, dok je šesnaesti parametar masa tkanine (tabela 2). Tabela 2: Određivanje opipa tkanine pomoću značajnih mehaničkih i fizičkih svojstava dobijenih KES mjernim sistemom Oznaka mjernog Ispitivana svojstva Karakteristični parametri Oznaka uređaja KES-FB1 Naprezanje P 1 - zatezni rad WT P 2 - sposobnost relaksacije RT P 3 - linearnost LT Smicanje P 4 - krutost smicanja G P 5 - visina histereze smicanja pri 0,5 o 2HG P 6 - visina histereze smicanja pri 5,0 o 2HG5 KES-FB2 Savitljivost P 7 - savitljiva krutost B P 8 - visina histereze 2HB KES-FB3 Kompresibilnost P 9 - kompresibilni rad WC P 10 - sposobnost relaksacije RC P 11 - linearnost LC P 15 - debljina tkanine T P 16 - masa W KES-FB4 Površinska svojstva: P 12 - koeficijent trenja MIU trenje i hrapavost P 13 - standardna devijacija koeficijenta trenja MMD P 14 - geometrijska hrapavost SMD Ispitivanje toplotnih karakteristika tkanina Sa mjernim uređajem KES-F7 Thermo Labo II određuju se slijedeće toplotne karakteristike tkanina [7]: konstanta toplotne provodljivosti λ. 92

3 konstanta toplotne otpornosti R toplo/hladni osjećaj - q max sposobnost zadržavanja toplote α toplotna otpornost (toplotna izolacija) Rct otpor protoku vodene pare Ret a) Konstanta toplotne provodljivosti λ [W/mK] Konstanta toplotne provodljivosti nam pokazuje koliko toplote prođe kroz materijal, koji je debljine 1m pri ΔT 1 0 C. λ=φ h/a ΔT (2) λ - konstanta toplotne provodljivosti [W/mK] A površina BT ploče [0,0025m 2 ] h debljina materijala [m] ΔT=BT-Ta BT temperatura BT ploče Ta temperatura okoline Φ toplotni tok [W] b) Konstanta toplotne otpornosti R [m 2 K/W] Odjeća u određenoj mjeri dozvoljava protok toplote u okolinu, koji se izražava sa konstantom toplotnog otpora po sledećem izrazu: R = h/λ (3) R konstanta toplotne otpornosti [m 2 K/W] h debljina materijala [m] λ - konstanta toplotne provodljivosti [W/mK] c) Sposobnost zadržavanja toplote α [%] W = Wo/(BT-Ta) 100 [W/m 2 0 C] (4) α = Wo-W/Wo 100 [%] (5) W vrijednost izgubljene toplote sa uzorkom pri standardnoj temperaturi 20 0 C i relativnoj vlažnosti 65% [W] Wo - vrijednost izgubljene toplote bez uzorka pri standardnoj temperaturi 20 0 C i relativnoj vlažnosti 65% [W] BT temperatura BT ploče [ 0 C] Ta temperatura okoline [ 0 C] d) Toplotna otpornost (toplotna izolacija) Rct [m 2 K/W] Osnovna karakteristika udobne odjeće je da nas štiti od temperaturnih razlika. Toplotna otpornost odjeće je najveća kada čovjek miruje, jer tada miruje i vazduh ispod odjeće. Toplotna otpornost tkanina određuje se kod prisutnog kratanja vazduha i vazduha, koji je između uzorka i BT ploče, po sledećem izrazu: Rct = (Ts-Ta) A/Hct (6) Rct toplotna otpornost [m 2 K/W] Hct suhi toplotni tok, koji prolazi kroz materijal [W] A površina BT ploče (A=0,01m 2 ) [m 2 ] Ts temperatura BT ploče (temperatura kože C) [ 0 C] Ta temperatura vazduha u vjetrovniku [ 0 C] e) Otpor protoku vodene pare Ret [mbar m 2 /W] Kada se čovjek znoji odjeća mora obezbjediti protok znoja kroz tkaninu u okolinu. Pri tome procesu odjeća predstavlja prepreku (otpor) protoku vodene pare, odnosno znoja u okolinu. 93

4 Otpor protoku vodene pare se izračunava po slijedećem izrazu: Ret = (p s p a ) A/Het (7) Ret otpot protoku vodene pare [mbar m 2 /W] Het isparena toplota [W] A površina BT ploče [m 2 ] P s pritisak na površini BT ploče [mbar] P a pritisak vazduha u vjetrovniku [mbar] REZULTATI I DISKUSIJA Rezultati ispitivanja fizičko-mehaničkih svojstava pomoću KES mjernog sistema dati su tabeli 3, a vazdušne propustljivosti u tabeli 4. Rezultati ispitivanja toplotnih svojstava tkanina dobijeni pomoću KES-F7 Thermo Labo II dati su u tabeli 5. Kada se posmatraju parametri naprezanja tkanina (LT, WT i RT) iz rezultata ispitivanja tkanina se može vidjeti da su vrijednosti za sposobnost relaksacije dosta visoke, posebno za PES tkaninu (78,59%). Ispitivane tkanine su namjenjene za odjeću u ljetnom periodu, a poznato je da se vrijednosti za RT kreću oko 30% za košulje i bluze, da bi tkanina imala zadovoljavajuću mekoću i elastičnost. Karakteristike naprezanja (WT i LT) mogu se zajednički interpretirati preko parametra istezanja ε m, koji se može odrediti iz slijedećeg izraza: ε m = WT/250LT (%). Iz rezultata ispitivanja se vidi da je rastezljivost tkanina veoma mala, posebno za PES tkaninu (1,90%), a poznato je da će tkanine imati manju udobnost nošenja ukoliko su vrijednosti za ε m <3% [8]. Vrijednosti parametara savitljivosti, krutost savijanja (B) i moment histereze savijanja (2HB) su za ispitivane veoma visoke, što negativno utiče na opip tkanina i ukazuje nam da se radi o krutim tkaninama. Povišene vrijednosti krutosti savijanja se javljaju i zbog primjenjenog platnenog prepletaja kod ispitivanih tkanina. Krutost smicanja (G) je zadovoljavajuća kod tkanina LAN i PES/LAN, dok je kod tkanine PES znatno veća i iznosi 1,24cN(st) -1. Vrijednosti visine histereze smicanja (2HG5) bi trebalo da se kreću u rasponu od 1 do 3cN, da bi tkanina imala dobru sposobnost oblikovanja i dobar opip. Međutim, tkanina PES ima veoma visoku vrijednost visine hitereze smicanja (6,6cN), što nam ukazuje da odjeća izrađena od ove tkanine neće imati dobar izgled. Parametri površinskih svojstava (MIU, MMD i SMD) tkanina su odraz njihove površinske strukture, i oni neposredno utiču na opip i izgled tkanine. Kod ispitivanih tkanina najbolje vrijednosti parametara površinskih svojstava ima tkanina LAN, dok su kod tkanina PES i PES/LAN vrijednosti za MMD i SMD nešto povišene. Kompresibilnost kao parametar mehaničkih karakteristika je usko povezana sa opipom, tj. više vrijednosti kompresibilnosti omogućavaju veću ukupnu ocjenu opipa. Kod ispitivanih tkanina sposobnost relaksacije je visoka i najeća je za tkaninu PES/LAN (59,19%), dok su vrijednosti parametara kompresibilnosti WC i LC niske, i kod PES tkanine deformacijski rad iznosi 0,069cNcm. 94

5 Tabela 3: Rezultati mjerenja fizičkih-mehaničkih svojstava i opipa tkanina Ispitivana svojstva Vrsta tkanine PES LAN PES/LAN EM (%) 1,95 2,11 1,84 LT 0,668 0,835 0,727 WT (g cm/cm 2 ) 3,18 4,51 3,48 RT (%) 78,59 43,94 57,46 B (g cm 2 /cm) 0,116 0,230 0,2035 2HB (gf cm/cm) 0,1281 0,2059 0,1470 G (gf/cm deg) 1,24 0,30 0,83 2HG (g/cm) 5,49 0,09 2,66 2HG5 (g/cm) 6,60 1,19 3,91 MIU 0,196 0,154 0,168 MMD 0,0767 0,0442 0,0682 SMD (μm) 10,69 10,16 12,594 LC 0,397 0,285 0,220 WC (g cm/cm 2 ) 0,069 0,102 0,094 RC (%) 52,06 55,02 59,19 T (mm) 0,202 0,323 0,309 W (g/cm 2 ) 14,40 17,80 15,20 Primarne ocjene opipa KOSHI 7,84 7,29 7,79 NUMERI 3,21 5,55 4,52 FUKURAMI 5,92 7,61 7,34 Ukupna ocjena opipa T.H.V. 1,84 1,80 1,22 Tabela 4: Rezultati mjerenja vazdušne propustljivosti Vazdušna Vrsta tkanine propustljivost PES LAN PES/LAN q (l/h) 214,00 620,00 419,15 Q (m 3 /min m 2 ) 3,57 10,33 6,99 Iz rezultata ispitivanja vazdušne propustljivosti tkanina datih u tabeli 4 može se vidjeti da najveću zapreminsku brzinu protoka vazduha ima tkanina LAN, a najmanju tkanina PES. Tabela 5: Rezultati ispitivanja toplotnih svojstava tkanina V r s t a t k a n i n e Ispitivana svojstva tkanina PES LAN PES/LAN Debljina tkanine - h (mm) 0,155 0,190 0,180 Toplo/hladni osjećaj-q max (W/cm 2 ) 0,2110 0,2310 0,2344 Koeficijent toplotne provodljivosti - λ(w/mk) 0,0164 0,0199 0,0188 Konstanta toplotne otpornosti - R (m 2 K/W) 9, , , suha kontaktna metoda 19,61 23,66 26,30 suha bezkontaktna metoda Sposobnost zadržavanja toplote 56,17 48,11 53,85 α (%) mokra kontaktna metoda 45,45 38,59 39,63 mokra bezkontaktna metoda 6,21 6,52 5,30 Toplotna otpornost (toplotna izolacija) Rct (m 2 K/W) Otpor protoku vodene pare Ret (mbarm 2 /W) suha kontaktna metoda 0,0702 0,0743 0,0775 suha bezkontaktna metoda 0,1698 0,1437 0,1608 mokra kontaktna metoda 0,0924 0,0617 0,0834 mokra bezkontaktna metoda 0,3302 0,3303 0,

6 Iz rezultata ispitivanja vazdušne propustljivosti odnosno zapreminske brzine protoka vazduha i koeficijenta toplotne provodljivosti mogu se donijeti određeni zaključci o poroznosti i izolacionim sposobnostima određenih proizvoda. Kada se rezultati ispitivanja koeficijenta toplotne provodljivosti koriguju u odnosu na debljinu tkanine, može se primjetiti da ne postoje značajne razlike ovog parametra između ispitivanih tkanina (sl.1). To znači da su razlike u izolacionim sposobnostima tkanina, u ovom primjeru, u velikoj mjeri zavisne od brzine protoka vazduha. 0,025 Koeficijent toplotne provodlji 0,02 0,015 0,01 0,005 0,15 0,16 0,17 0,18 0,19 0,2 h (mm) λ PES/LAN λ PES λ LAN Slika 1: Zavisnost koeficijenta toplotne provodljivosti od debljine tkanine Indeks protoka vlage - im h (mm) im PES/LAN im PES Slika 2: Zavisnost indeksa protoka vlage im od debljine tkanine Rezultati ispitivanja koeficijenta toplotne provodljivosti tkanina (λ) dati u tabeli 5 su pokazali da najveći koeficijent toplotne provodljivosti ima tkanina LAN (0,0199 W/mK), a najmanji tkanina PES (0,0164). Pored najmanje vrijednosti koeficijenta toplotne provodljivosti, PES tkanina ima najmanje vrijednosti i za sposobnost zadržavanja toplote - α (19,61%) i toplotnu otpornost Rct (0,0702 m 2 K/W) kod suhe kontaktne metode. Kao što smo već napomenuli u uvodnom dijelu, mjerne veličine koje u najvećoj mjeri definišu toplotne karakteristike tkaninana su toplotni otpor (toplotna izolacija) Rct i otpor protoku vodene pare Ret. Obe mjerne veličine i toplotna izolacija i otpor protoku vodene pare su zavisne od slijedećih parametara tkanina: debljine i površinske strukture tkanine, sirovinskog sastava, vrste pređe i konstrukcije tkanine. Ispitivane tkanine imaju približno iste konstrukcijske parametre (gustoća tkanja i vrsta prepletaja su iste za sve ispitivane tkanine). Kada posmatramo odnos toplotne izolacije (Rct) i otpora protoku vodene pare (Ret), po formuli (1), u zavisnosti od debljine materijala, može se uočiti da postoji linearna zavisnost indeksa protoka vlage im (za tkanine različitih sirovinskih sastava) i debljine materijala (sl. 2). ZAKLJUČAK Poznato je da prirodna vlakna imaju veći difuzijski koeficijent u odnosu na sintetička vlakna, i samim tim kod tkanina istih konstrukcijskih parametara pružaju manji otpor protoku vodene pare, što potvrđuju i rezultati ispitivanja, gdje se vidi da je najmanja vrijednost za Ret kod tkanine LAN (0,0617 mbarm 2 /W) i da se srazmjerno povećava u mješavini sa poliesterom (0,0834), i konačno da je najveća za tkaninu PES (0,0924). Međutim, da bi odjeća imala dobre termofiziološke karakteristike potrebno je da tkanina od koje je izrađena ima dobre transportne sposobnosti za brz prenos vlage u okolinu. 96

7 Na osnovu rezultata ispitivanja sposobnosti relaksacije, istezanja, visine histereze smicanja i površinskih svojstava tkanina, može se sa velikom sigurnošću prognozirati udobnost odjeće izrađene od navedenih tkanina. Konačno, preko indeksa protoka vlage im dolazi se do zaključka da su toplotna svojstva linearno zavisna od sirovinskog sastava i debljine tkanina. Na osnovu ispitanih mehaničkih, fizičkih i toplotnih svojstava tkanina, predviđanje udobnosti odjeće za navedene tkanine bi imalo slijedeći redoslijed: LAN, PES/LAN i PES. Veću sigurnost u prognozi udobnosti odjeće tokom nošenja bi se mogla dati, ukoliko bi se ispitala svojstva transporta vlage kroz tkanine pomoću uređaja za ispitivanje vlažnosti (MMT moisture menagment tester)[9]. LITERATURA 1) Mecheels J.; Umbach K.: Thermophysilogische Eigenschaften von Kledungssystemen, Bekleidungshysiologisches Institut Hohenstain e.v.(1976) 2) Wenzel H.G.; Piekarski C.: Klima und Arbeit, Bayrisches Staatsministerium fur Arbeit und Soizalordnung, Munchen, (1980) 3) Benisek L.; Harnett P.R.; Palin M.J.: Influence of Fibre and Fabric Type on Thermophysiological Comfort, Melliand Textilber. Eng. Ed. 68 (12), 878 (1987) 4) AATCC Test Method 79, Absorbency of Bleached Textiles, AATCC, (2000) 5) BS 3424: Part 18: 1986 (1996) Methods 21A and 21B, Methods for Determination of Resistance to Wicking and Lateral Leakage, BSI, (1996) 6) Geršak J.: Objektivno vrednovanje fiksiranih djelova odjeće, Tekstil 46(4), (1997), ) Kawabata S.; Niwa M.: Aplication of the New Thermal Tester Thermolabo to the Evoluation of Clothing Comfort in Objective Measurement, Applications to Product Design and Process Control, TMSJ. Osaka Japan, pp.343 8) Geršak J.: Mehanske in fizikalne lastnosti tekstilnih materialov, Fakulteta za strojništvo, Oddelek za tekstilstvo, Maribor, ) Yunyan Hu; Yi Li; Kwok-wing Yeung; Anthony S.W.Wong; Weilin Xu: Moisture Management Tester: A Method to Characterize Fabric Liquid Moisture Management Properties, Textile Research Journal, 75(1), (2005) THE INFLUENCE OF MATERIALE COMPOSITION OF FABRICS ON GARMENTS HEAT FEATURES D. Grujić University of Banja Luka, Faculty of Technology, Banja Luka In this time when style of dressing dictates fashion trends we often find garments that meet our aesthetical requirements, but in the same time it does not meet comfortable requirements. Considering fast changes of fashion trends, the producer often use fabrics that are not appropriate regarding the heat features which are important for our comfortable. In this paper, influence of the material composition of fabrics on heat features was investigated. In that respect, the fabrics of different material composition (polyester, linen and mixed polyester/linen) and same construction properties, designated for summer period, were produced. All fabrics were finished on same manner. Results of physical, mechanical and heat features of the fabrics important for evaluation of comfortable were presented. The results of research show liner relation of that index of moisture flow and thickness of fabric. Key words: materiale composition of fabrics, construction of fabrics, mechanical, physical and heat features of fabrics, garments heat features, comfort of garments. 97