TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI
Fakulta textilní
VÝPOČET PLOŠNÉHO ZAKRYTÍ TKANIN POMOCÍ OBRAZOVÉ ANALÝZY
Diplomová práce
Bc. Iveta Pohánková
Liberec 2013
VÝPOČET PLOŠNÉHO ZAKRYTÍ TKANIN POMOCÍ OBRAZOVÉ ANALÝZY
DIPLOMOVÁ PRÁCE
STUDIJNÍ PROGRAM: PRŮMYSLOVÝ MANAGEMENT STUDIJNÍ OBOR:
MANAGEMENT JAKOSTI
Autor práce Vedoucí práce
Bc. Iveta Pohánková Ing. Kateřina Ročková
POČET STRAN TEXTU................................66 POČET OBRÁZKŮ .......................................42 POČET TABULEK ........................................16 POČET PŘÍLOH .............................................3
LIBEREC 2013
Prohlášení
Byla jsem seznámena s tím, že na mou diplomovou 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 diplomové práce pro vnitřní potřebu TUL. Užiji-li diplomovou práci nebo poskytnu-li licenci k jejímu využití, jsem si vědoma povinnosti informovat o této skutečnosti TUL; v tomto případě má TUL právo ode mne požadovat úhradu nákladů, které vynaložila na vytvoření díla, až do jejich skutečné výše. Diplomovou práci jsem vypracovala samostatně s použitím uvedené literatury a na základě konzultací s vedoucím diplomové práce a konzultantem.
Datum
Podpis
3
PODĚKOVÁNÍ Poděkování patří vedoucí diplomové práce Ing. Kateřině Ročkové za odborné vedení a také členům Katedry textilních materiálů TUL za rady a možnost využití strojního zařízení dostupného na této katedře. V neposlední řadě poděkování patří rodině, která mi byla po celou dobu studia psychickou a finanční oporou.
4
ANOTACE Tato práce se zabývá plošným zakrytím vybraných vzorků tkanin. V teoretické části jsou uvedeny dosavadní poznatky týkající se charakteristiky multifilových tkanin, rozdělených na parametry multifilových nití a parametry multifilových tkanin. Pozornost je věnována také porózitě tkanin, která se zakrytím tkanin úzce souvisí. Dále je zde popsán konfokální mikroskop a jeho využití pro zkoumání struktury těchto textilních materiálů. V experimentální části je poté porovnán výpočet teoretického plošného zakrytí tkanin s výsledky z obrazové analýzy ze snímků z konfokálního mikroskopu. Dalším důležitým bodem je zkoumání vlivu struktury tkaniny, zejména pak měnící se dostavy útku, na výpočet plošného zakrytí ze snímků z konfokálního mikroskopu. .
KLÍČOVÁ SLOVA: Konfokální mikroskop, obrazová analýza, plošné zakrytí, struktura tkanin, porózita
ANNOTATION This work deals with the blanket covering selected samples of fabrics. In the theoretical section describes the current knowledge regarding the characteristics of multifilament fabrics, in two parameters multifilament multifilament yarn and fabric parameters. Attention is also paid to porosity fabric, fabric covering which is closely related. Further the confocal microscope, and its use for studying the structure and the textile material. In the experimental part is then compared to the theoretical calculation of the surface covering of fabric with the results of image analysis of images from a confocal microscope. Another important point is to investigate the influence of fabric structure, especially changing the weft, to calculate the surface coverage of images from confocal microscopy.
KEY WORDS:
Confocal microscope, image analysis, surface cover, fabric structure, porosity
5
Obsah Seznam symbolů a značek ................................................................................................8 Úvod................................................................................................................................11 1
Charakteristika tkanin .............................................................................................12 1.1 1.1.1
Průměr nití...............................................................................................13
1.1.2
Jemnost....................................................................................................14
1.1.3
Zaplnění...................................................................................................14
1.1.4
Zákrut ......................................................................................................15
1.2
2
3
Parametry multifilových nití ...........................................................................13
Parametry multifilové tkaniny.........................................................................16
1.2.1
Vazba multifilové tkaniny.......................................................................16
1.2.2
Příčný řez nitě a jeho deformace ve tkanině ...........................................17
1.2.3
Dostava tkaniny.......................................................................................18
1.2.4
Zakrytí tkaniny ........................................................................................18
1.2.5
Porózita ...................................................................................................19
1.2.6
Plošná hmotnost tkaniny .........................................................................20
1.2.7
Tloušťka ..................................................................................................20
1.2.8
Setkání.....................................................................................................20
1.2.9
Délková hustota vazných bodů ...............................................................21
1.2.10
Anizotropie vazných bodů ......................................................................21
Konfokální mikroskopie..........................................................................................22 2.1
Klasická vs. konfokální mikroskopie..............................................................23
2.2
Rastrování a laserový rastrovací konfokální mikroskop.................................25
2.3
Princip rastrovacího konfokálního mikroskopu ..............................................25
2.4
Využití konfokální mikroskopie .....................................................................27
2.5
Výhody a nevýhody konfokálního mikroskopu..............................................30
Metody a modely pro výpočet zakrytí tkaniny .......................................................31 3.1
Metody ............................................................................................................31
3.2
Modely pro výpočet teoretického zakrytí tkaniny ..........................................32
3.2.1
Obecný vzorec zakrytí vycházející z průměrů a dostav nití ...................32
6
3.2.2
4
Zakrytí vypočítané z porózity podle Gooijera .......................................33
3.3
Porózita dle Šindelkové...................................................................................33
3.4
Porózita dle Militkého.....................................................................................35
Experiment ..............................................................................................................37 4.1
Vzorky.............................................................................................................37
4.2
Měření na konfokálním mikroskopu...............................................................38
4.2.1
Nastavení konfokálního mikroskopu ......................................................38
4.2.2
Význam zobrazovaných údajů ................................................................38
4.2.3
Obrazy získané z konfokálního mikroskopu...........................................39
4.3
Měření pomocí obrazové analýzy ...................................................................44
4.3.1
Průměr osnovní a útkové nitě..................................................................45
4.3.2
Zakrytí .....................................................................................................51
4.3.3
Porózita a průměry pórů..........................................................................58
Závěr ...............................................................................................................................65 Literatura .........................................................................................................................67 Seznam příloh..................................................................................................................68
7
Seznam symbolů a značek A1
[m2]
obsah póru
a
[m]
šířka deformovaného průřezu nitě
am
[1]
Phrixův součinitel zákrutu
b
[m]
výška deformovaného průřezu nitě
CF
[1]
cver factor
CFDo
[1]
cover faktor osnovních nití
CFDu
[1]
cover faktor útkových nití
Dmu
[m]
substanční průměr multifilové nitě
Do
[1/100mm]
dostava osnovy
do
[mm]
průměr osnovní nitě
dp
[mm]
průměr póru
Du
[1/100mm]
dostava útku
du
[mm]
průměr útkové nitě
G
[g/m2]
plošná hmotnost
H(uv)o
[m-1]
délková hustota vazných bodů osnovy
H(uv)u
[m-1]
délková hustota vazných bodů útku
ho
[m]
výška vazné vlny osnovy
hu
[m]
výška vazné vlny útku
l
[km]
délka
L(uv)
[mm]
délka vazného bodu [uv]
lco
[m]
délka zvlnění osnovy
lCU
[m]
délka zvlnění útku
lmo
[km]
délka vlákna
lo
[mm]
délka nitě ve střídě osnovy
Lo
[mm]
délka osnovní nitě ve vazné vlně
lt,o
[mm]
délka střídy tkaniny po osnově
lt,u
[mm]
délka střídy tkaniny po útku
lu
[mm]
délka nitě ve střídě útku
Lu
[mm]
délka útkové nitě ve vazné vlně
m
[g]
hmotnost
mmo
[g]
hmotnost vlákna
8
N
[1]
počet detekovaných fotonů
n
[1]
počet jednotlivých filament
nmo
[1]
počet ploch průřezů filament v niti
no
[1]
počet osnovních vazných bodů
no
[m-1]
délková hustota útku
nu
[1]
počet útkových vazných bodů
nu
[m-1]
délková hustota osnovy
P
[1]
porozita dle Gooijera
p1
[1]
počet pórů
Pv
[1]
objemová porozita
2
souhrnná plocha řezů vláken
2
[m ]
S *
[m ]
substanční průřez
Sc
[m2]
celková řezná plocha
Smo
[m2]
substanční průřez filamenty
so
[%]
setkání osnovy
Sp
[m2]
plocha pórů
su
[%]
setkání útku
T
[tex]
jemnost multifilové nitě
tmo
[tex]
jemnost monofilového vlákna
Tmu
[tex]
jemnost multifilové nitě
ttk
[m]
tloušťka tkaniny
Tu
[tex]
jemnost útkových nití
S
3
ve
[m ]
objem buňky
vo*
[m3]
upravený objem osnovních nití v 1m2 tkaniny
vu*
[m3]
upravený objem útkových nití v 1m2 tkaniny
z
[m-1]
počet zákrutů
Z/Zc
[1]
celkové zakrytí
Zmin
[nm]
minimální tloušťka
Zo
[1]
zakrytí osnovy
Zu
[1]
zakrytí útku
α
[1]
Köchlinův zákrutový koeficient
λ
[nm]
vlnová délka
µ
[1]
zaplnění
9
Ψ
[1]
porózita
2D
dvourozměrné
3D
trojrozměrné
ATM
rastrovací mikroskop na principu měření atomárních sil
KM
komfokální mikroskopie
KTM
Katedra textilních materiálů
NA
numerická aparatura
PA
polyamid
PL
polyester
SEM
Scanning Electron Microscope
TUL
Technická univerzita v Liberci
VI
viskóza
10
Úvod Plošné zakrytí tkanin, které úzce souvisí s prodyšností, je jednou ze základních užitných vlastností tkanin. Prodyšnost je důležitou vlastností nejen pro oděvy, ale i důležitým parametrem pro textilie v technickém sektoru. Nejenže ovlivňuje komfort při nošení oděvních výrobků, ale na druhé straně udává také zpracovatelnost technické textilie. Před uvedením do problematiky zakrytí tkanin je nutné zmínit se o struktuře textilie. Tkanina je komplikovaný útvar z hlediska vnitřního uspořádání. Je složena z vláken tvořících nit a nitě jsou pak společně spojeny vazbou tkaniny. Pro zjednodušení je poté možno strukturu tkaniny rozdělit na parametry nití a parametry tkanin. Ke zkoumání textilií byl v této diplomové práci využit konfokální mikroskop. Snímky z konfokálního mikroskopu jsou vždy zaostřené a představují jednotlivé optické řezy vzorkem. Složení trojrozměrných obrazů vychází z možnosti postupného snímání desítek až stovek optických řezů v ose Z. Konfokální mikroskop může být v budoucnu využit i pro tvorbu 3D modelů z důvodu kvalitnějšího zobrazení struktury tkaniny. Počáteční část práce je tvořena teoretickou přípravou, která shrnuje danou problematiku v oblasti struktury nití a struktury tkanin. Tomu se věnuje kapitola 1. Využití konfokální mikroskopie je shrnuto v kapitole 2, která je dále věnována možnosti využití konfokálního mikroskopu k výzkumu textilních struktur. Modely pro výpočet plošného zakrytí tkanin se bude zabývat kapitola 3 a poznatky budou poté aplikovány v experimentální části práce. Kapitola 4 je popisem celého experimentu s grafickými výstupy a komentáři. Cílem práce je porovnání hodnoty teoretického plošného zakrytí tkanin s výsledky z obrazové analýzy ze snímků získaných z konfokálního mikroskopu. Zjištění plošného zakrytí tkanin měnící se v závislosti na změně jednotlivých parametrů struktury, zejména pak odlišné dostavě útku.
11
1 Charakteristika tkanin Struktura textilií je důležitou charakteristikou textilních materiálů. Parametry textilní struktury ovlivňují vlastnosti textilií. Tímto tématem se zabývá mnoho odborných článků, publikací (např. [1]) a diplomových prací (např. [2]). Nejčastějším rozdělením textilní struktury v literatuře je právě rozdělení na parametry nití a parametry tkanin (viz. obrázek 1).
Textilní struktura
Parametry nití
Parametry tkanin
Obrázek 1 Rozdělení textilní struktury Tabulkou 1 lze pak zobrazit rozdělení nejdůležitějších parametrů textilní struktury. Pro tuto práci budou podrobněji popsány parametry multifilových nití a tkanin, z čehož bude věnována největší pozornost zakrytí tkanin. Tabulka 1 Znázornění rozdělení nejdůležitějších parametrů struktury tkaniny Parametry nití
Parametry tkanin
- jemnost
- vazba
- průměr (substanční průměr)
- příčný řez a jeho deformace
- zaplnění
- dostava
- zákrut
- zakrytí - plošná hmotnost - tloušťka - setkání
Podobného rozdělení se drží i Hloch [3], který uvádí, že základními prvky tkanin jsou osnovní a útkové nitě, jejich součinitelé tření, vazby tkanin, délková hustota osnovních a útkových nití (dostavy), střída vazby a setkání. Charakteristikou plošných textilií je i jejich plošná hmotnost, ze které lze určit například efektivní tloušťku. 12
Důležitou strukturní charakteristikou délkových a plošných textilií je také jejich stejnoměrnost (symetrie tkanin), (různo) směrnost (anizotropie) a souměrnost, které umožňují zjednodušit komplikované výpočty tenzorových vlastností textilií [3].
1.1
Parametry multifilových nití
Obecně se pojmem multifilová nit rozumí délkový vlákenný útvar. Multifilové nitě jsou zpravidla jemnější než např. některé staplové příze. Každá multifilová nit obsahuje různé množství nekonečně dlouhých filament - monofilových vláken, získávaných chemickou cestou. Filamenty jsou do jednotného útvaru většinou zakrouceny zakrucovacím zařízením, případně sdruženy bez použití zákrutu. Strukturu nití nelze zanedbat a to nejen z důvodu prodyšnosti. Například Gooijer [4] uvádí v příspěvku věnovanému monofilovým a multifilovým tkaninám, že k cirkulaci vzduchu do jisté míry dochází i mezivlákennými póry. 1.1.1 Průměr nití Pro zakrytí tkaniny je podstatný průměr nití. Je nezbytné vysvětlit pojmy jako je průměr, substanční průměr a substanční průřez nití. Multifilová nit se skládá z několika filament. Uvnitř vznikají póry různých velikostí, tvarů i četností. Na rozdíl od zjednodušeného modelu není nit homogenní válec, protože obsahuje i vzduchový prostor mezi vlákny. Proto je využíván tzv. substanční průměr, který předpokládá vytlačení veškerého vzduchu z nitě (viz. obázek 2). Substanční průměr představuje pouze teoretickou veličinu a jeho hodnota je nižší než skutečný průměr. Je zde zanedbáno vnitřního uspořádání jednotlivých filament a zákrutu. Substanční průměr lze stanovit vztahem [1] Dmu =
4S *
π
,
S* = nmo ⋅ S mo ,
(1a)
(1b)
kde Dmu [m] značí substanční průměr multifilové nitě, Smo [m2] je substanční průřez filamenty, S* [m2] je substanční průřez multifilové nitě a nmo [-] je počet ploch průřezů filament v niti.
13
Obrázek 2 a) Průměr, b) substanční průměr nitě [1] 1.1.2 Jemnost Jemnost, nebo také délková hmotnost, udává hmotnost m [g] připadající na jednotku délky nitě l [km]. Multifilové nitě mají obvykle relativně vysoké jemnosti, a proto se udávají v jednotkách dtex nebo den. Jemnost multifilové nitě závisí na průměru, počtu a hustotě jednotlivých filament [5]. Jemnost lze zapsat vzorcem t mo =
m mo , l mo
(2)
kde tmo [tex] je jemnost monofilového vlákna, mmo [g] je hmotnost vlákna a lmo [km] je délka vlákna. Předpokladem pro tento model jsou pouze sdružená vlákna v rovnoběžném směru. Zákrut v tomto případě není uvažován. Jemnost multifilové nitě lze pak stanovit vztahem [5]
Tmu = t mo ⋅ n,
(3)
kde Tmu [tex] je jemnost multifilové nitě, tmo [tex] jemnost monofilového vlákna a n [-] je pak počet jednotlivých filament v průřezu multifilu. 1.1.3 Zaplnění Tento parametr udává míru zaplnění multifilové nitě vlákny. Jedná se o bezrozměrný parametr. Hodnota zaplnění se pohybuje mezi 0 a 1. Zaplnění je možné určit několika definicemi, a to pomocí plošné, objemové nebo hmotnostní definice. Jako ukázka je zde uvedena plošná definice zaplnění, která se dá vypočítat za pomoci vztahu [1]
µ=
S , SC
(4)
14
kde S [m2] je souhrnná plocha řezů vláken a Sc [m2] je celková řezná plocha vlákenným útvarem. 1.1.4 Zákrut Účelem zákrutu je zpevnění vlákenného svazku. Je to zakroucení vlákenného svazku ve směru šroubovice. Nit je charakterizována počtem zákrutů na jednotku délky (obvykle se udává v m-1). Pro vyjádření zákrutu mohou být použity dva zavedené modely Köchlinův zákrutový koeficient a Phrixův součinitel zákrutu. Köchlin vychází z teoretického šroubovicového modelu uložení vláken ve struktuře multifilu. S vyšší jemností dochází k rychlejšímu přírůstku zákrutů, to ale Köchlinův vztah nebere v úvahu. Phrix na rozdíl od Köchlina předpokládá tendenci ke zvyšujícímu se počtu udělených zákrutů s rostoucí jemností [1]. Zákrut lze vyjádřit vztahy (5a),(5b) Köchlinův zákrutový koeficient z=
α ⋅ 31,6 T
,
(5a)
Phrixův součinitel zákrutu
z = am
100 3
T
2
,
(5b)
kde z [m-1] je počet zákrutů na jednotku délky zakroucené nitě, α je Köchlinův zákrutový koeficient a T [tex] je jemnost multifilové nitě, am značí Phrixův součinitel zákrutu. Velikost koeficientu je určena jemností multifilové nitě. S vyšší jemností je zákrutový koeficient nižší. Při vyšší hodnotě zákrutu klesají deformační vlastnosti nitě v průřezu, což ovlivňuje další parametry a vlastnosti multifilových tkanin.
15
1.2
Parametry multifilové tkaniny
Tkanina je definována jako plošná textilie, tvořená obvykle 2 provázanými soustavami nití (osnovy a útku). Místo překřížení osnovní a útkové nitě nazýváme vazným bodem tkaniny (viz obrázek 3).
Obrázek 3 Schéma řezu tkaninou (napříč osnovou) [1] 1.2.1 Vazba multifilové tkaniny Jak již bylo řečeno, místo překřížení tkaniny je nazýváno vazným bodem. Vazbu je možné pro přehlednost zaznamenat na vzornicový papír. Na obrázku 4 vpravo je osnovní vazný bod vyplněný a útkový vazný bod nikoli.
Obrázek 4 Vazba tkaniny v plátnové vazbě [1] Mezi základní typy tkanin patří vazba plátnová, keprová a atlasová (viz. obrázek 5). Plátnová vazba je typická svým hustým provázáním v porovnání k ostatním typům vazeb a je tak i méně prodyšná. Může to být vysvětleno hustotou vazných bodů ve tkanině. Čím je ve tkanině více vazných bodů, tím větší odpor proti vzduchu tkanina musí vynaložit.
a) plátnová vazba
b) keprová vazba
c) atlasová vazba
Obrázek 5 Základní vazby tkanin
16
Opakující se strukturní jednotka tkaniny (nejmenší možná) se nazývá střída vazby. Na obrázku 5 je střída zvýrazněna černě. U plátnové vazby je střída vazby 2x2, u keprové 3x3 a u atlasové vazby 5x5. Vazba tkaniny je důležitým parametrem pro zakrytí tkaniny. O zakrytí bude zmínka více v kapitole 1.2.4. Část nitě spojující dva sousední vazné body je nazývána úsekem nitě. Tyto úseky mohou být jak zkřížené, tak i nezkřížené. Minimální počet zkřížených úseků, který zajišťuje soudržnost tkaniny, je 2x2=4. 1.2.2 Příčný řez nitě a jeho deformace ve tkanině Během výroby vzniká množství mechanických sil působících kolmo na osu nitě, a tím dochází k deformaci nití ve tkanině. Změní se například průřez nitě z původního kruhového na průřez elipsovitého tvaru. Tato změna se nejvíce projevuje ve vazném bodě tkaniny. Deformace může značně ovlivnit parametry tkaniny. Deformační změny se u výchozí nitě dají pozorovat v podélném a příčném směru. U podélného směru je možné mluvit o tzv. zvlnění nitě, a to když se původní rovná nit zvlní po provázání s ostatními nitěmi. Osnovní a útkové nitě se pak vzájemně dotýkají. Mírou zvlnění je výška vazné vlny, což je největší vzdálenost osy od střední roviny (obrázek 6).
Obrázek 6 Výška vazné vlny osnovy a útku [1] U příčného směru dochází k již zmiňované změně v průřezu nitě, k tzv. zploštění (viz. obrázek 7), a to zejména ve vazném bodě tkaniny.
Obrázek 7 Zploštění nitě
17
Průměr nitě se značí d [m], a [m] je v tomto případě šířka nitě a b [m] je výška nitě. Deformaci lze zjistit například stlačováním nitě mezi rovnoběžnými deskami. Desky jsou k sobě přitlačovány. Při tomto procesu je pozorována změna poměrné šířky a výšky (tloušťky) nitě. 1.2.3 Dostava tkaniny Dostava je počet nití na jednotku délky tkaniny. Jedná se o čtvercovou část tkaniny o rozměrech obvykle 1x1 cm. Někdy se může udávat i v rozměrech 10x10 cm. Dostavu, čili hustotu tkaniny, ukazuje obrázek 8, kde Do [cm-1] představuje dostavu osnovy a Du [cm-1] dostavu útku, v tomto případě v plátnové vazbě. Dostavu ovlivňuje tkací proces, jemnost příze, složení příze z hlediska materiálu a také vazba tkaniny. Dostava osnovy a útku a průměry osnovní a útkové nitě jsou hlavními z parametrů pro plošné zakrytí tkanin. Nejhustěji provázaná je plátnová vazba.
Obrázek 8 Dostava tkaniny [1] 1.2.4 Zakrytí tkaniny Při stanovení zakrytí tkaniny je důležitý průměr osnovní nitě do [mm] a útkové nitě du [mm] (viz. obrázek 9), protože tkanina tvořena ze silnějších nití může mít lepší zakrytí než táž tkanina z jemných nití při stejné dostavě. Zakrytí tkaniny je bezrozměrný parametr. Zakrytí je obecně charakterizováno jako plocha zakrytá nitěmi ku skutečné ploše tkaniny. Zakrytí lze dle literatury (např. [1], [6]) určit třemi způsoby, a to pomocí jedné soustavy nití, dvěma soustavami nití, nebo pomocí cover faktoru.
18
Obrázek 9 Závislost zakrytí na do a du [1] Zakrytí oběma soustavami nití, čili celkové zakrytí tkaniny lze vypočítat vzorcem [1] Z = Zo + Zu − Zo Zu ,
(6)
kde Zo a Zu [-] značí zakrytí osnovy a útku. Kromě způsobu výpočtu navrženého Piercem, jehož model počítá s nahrazením průměru nitě odmocninou z jemnosti nitě, je známa i plošná varianta cover faktoru, a to [1] CF = CFDo + CFDu − CFDo ⋅ CFDu
(7)
,
kde CFDo [-] je cover faktor osnovních nití a CFDu [-] je cover faktor útkových nití. Větší pozornost bude dále věnována právě plošnému zakrytí tkanin, které vychází z půdorysné plochy nití ve vazné buňce tkaniny. Tato plocha je většinou z části kryta osnovní a z části útkovou nití.
1.2.5 Porózita Mluvíme-li o zakrytí tkaniny, je velmi důležité zmínit porózitu čili pórovitost tkaniny, která se zakrytím úzce souvisí. Struktura tkaniny a její porózita ovlivňuje propustnost vzduchu tkaninou. Zajímá nás objem prostoru (vzduchu) mezi vlákny. Porózita je charakteristikou tohoto prostoru, ovšem neurčuje velikost „štěrbin“ mezi vlákny. Plošnou porózitu můžeme vypočítat vzorcem [7] Ψ = S p / S c = 1 − Z c = 1 − d o Do + d u Du − d o Do d u Du
,
(8)
19
kde Sp [m2] je plocha póru a Sc [m2] je celková řezná plocha póru. Porózita je opět bezrozměrným parametrem. Dalšími parametry tkaniny mohou být i plošná hmotnost, tloušťka či setkání tkaniny. Těmito parametry se v této práci není nutné hlouběji zabývat, přesto je nutné je uvést jako důležité parametry charakterizující tkaniny obecně. 1.2.6 Plošná hmotnost tkaniny Plošná hmotnost tkaniny je hmotnost připadající na jednotku plochy. Udává se v g/m2. Lze ji určit rovnicí [7] G = Do (1 + s o ) + Du Tu (1 + su ),
(9)
kde so a su [%] značí setkání osnovy a útku a další veličiny byly již uvedeny výše. 1.2.7 Tloušťka Dalším parametrem je tloušťka tkaniny. Stanovena například rovnicí [7] t tk = max[2h o + d o ,2hu + d u ]
(10) ,
kde ho,u [mm] jsou výšky vazné vlny osnovy a útku a do,u [mm] jsou průměry osnovních a útkových nití. 1.2.8 Setkání Setkání je poměrné prodloužení po vypárání nitě z tkaniny. V praxi se vyjadřuje v procentech. Setkání je důležité například pro odhad plošné hmotnosti. Setkání lze určit rovnicí [7] so =
l o − l t ,o l t ,o
,
(11)
kde lo [mm] je délka nitě ve střídě osnovy, lt,o [mm] je pak délka střídy tkaniny po osnově. Obdobný vzorec platí i pro útek. Parametry určující vlastnosti tkanin jsou i vazné body, jejichž měřením se zabýval například i Hloch a kol. [3]. Za zmínku stojí délková hustota vazných bodů a anizotropie vazných bodů.
20
1.2.9 Délková hustota vazných bodů Délková hustota vazných bodů v daném mřížkovém směru, a to osnovních a útkových H (uv ) o ,u je definována dle [3] tímto vztahem
H (uv) o ,u =
n o ,u Lo ,u
=
1 , L(uv)
(12)
kde no,u je počet osnovních (útkových) vazných bodů na délce mřížkového směru Lo,u. L(uv) je nejkratší vzdálenost vazného bodu [uv] od počátečního vazného bodu [00], na níž se nachází jeden vazbový bod [3]. 1.2.10 Anizotropie vazných bodů Jednou z charakteristik pro měření je anizotropie. Anizotropie je např. dle internetového ABZ slovníku definovaná jako: „závislost fyzikálních vlastností látek na směru, ve kterém se měří.“ Hlochem [3] byly zavedeny např. parametry a,b, které představují střední vzdálenost dvou útkových/osnovních nití ležících bezprostředně vedle sebe, lze je vypočítat pomocí vztahů a=
1 no ,
(13 a)
b=
1 nu ,
(13 b)
kde nu a no jsou délkové hustoty (dostavy) útku, osnovy [m-1]. Pro délku mřížkového směru L, resp. vzdálenost vazného bodu, daného indexy vazných bodů /uv/, od počátku souřadnicového systému byl odvozen vztah [3] L(uv) = u 2 .a 2 + v 2 .b 2 .
(14)
Anizotropie textilních materiálů je jednou z dalších obsáhlých témat pro určování parametrů textilních tkanin (například je důležitou při výzkumu ohybové tuhosti textilních materiálů).
21
2 Konfokální mikroskopie Při pozorování preparátu, u kterého je tloušťka blížící se nule, může být pozorování zkresleno paprsky, které vychází z hmoty nad a pod zaostřenou rovinou. Pro tento případ je možné použít konfokální mikroskop (dále jen KM). Současná doba vyžaduje stále větší nároky na zobrazování a zjišťování povrchu nebo struktury materiálu. Ať už se jedná o velmi malé částečky, nebo právě struktury objemových textilních materiálů. Použití může být i pro zjištění povrchů materiálů a jejich drsnosti, to vše s požadavkem na vysokou přesnost měření. Zde je používáno speciální optické zařízení, tzv. konfokální mikroskop. Použit byl laserový rastrovací měřící mikroskop, vyvinutý společností Olympus, který je umístěn na Katedře textilních materiálů FT TUL. KM je druhem optického mikroskopu, jehož výhodou je vyšší rozlišovací schopnost daná detekcí světla pouze z ohniskové roviny mikroskopu. Důležitým mezníkem byla světelná mikroskopie. Mikroskop tvoří soustava čoček, uspořádaných tak, aby bylo dosaženo požadovaného zvětšení, vysokého kontrastu strukturních částí a velké ostrosti. Je to nejstarší metoda hodnocení struktury kovů. Zásadním rozdílem mezi světelným mikroskopem a konfokálním mikroskopem je využití různých druhů světla. Konkrétně jejich zdrojů. Například mikroskop Olympus LEXT používá jako zdroje laserového paprsku o vlnové délce 408 nm. Narozdíl od konfokálního mikroskopu světelný mikroskop vyzařuje paprsek v širokém pásmu světelné délky. Hlavní
výhodou
konfokálního
mikroskopu
je
možnost
tvorby
trojrozměrné
rekonstrukce. Ta se vytváří i z několika desítek až stovek optických řezů daným objektem, které jsou postupně snímány při pozvolna se měnícím zaostření. Běžné konfokální laserové rastrovací mikroskopy získávají 3D zobrazení skládáním ploch získaných z rastrovacího komponentu jejich výšek. LEXT ale používá softwarovou funkci výpočtu ohnisek, která k vytvoření celé plochy vzorku vybírá pouze ty nejlepší ohniskové plochy. Z toho poté vyplývá ona vynikající ostrost obrazu.
22
2.1
Klasická vs. konfokální mikroskopie Klasická mikroskopie
Předpokladem je nekonečně malá tloušťka preparátu. U silných vzorků materiálu je kvalita zobrazení ovlivněna překrýváním obrazu roviny, do které je mikroskop zaostřen a je ovlivněn neostrými obrazy nad a pod touto rovinou. Zkoumat je možné vzorky, které mají velikost, tzn. tloušťku menší než je hloubka ostrosti objektivu a ta závisí na jeho numerické aparatuře1 (NA). Tento vztah byl popsán Pláškem [8] (15)
Zmin = 0,25 nλ/NA2,
kde Zmin [nm] je minimální tloušťka vzorku, n je index lomu prostředí před objektivem a λ [nm] je vlnová délka světla. Obrazem jsou tzv Airyho kroužky. Obrazec vznikající ohybem světla na čočkách objektivu. Při zobrazení blízkých bodů dojde k překrytí Airyho kroužků a ty se tak stanou nerozlišitelné [8]. Pro srovnání s konfokálním rastrovacím mikroskopem může být uveden příklad rastrovacího elektronového mikroskopu. Na rozdíl od konfokálního mikroskopu jsou obrázky z elektronového mikroskopu pouze dvourozměrné. Přesto jsou snímky u rastrovacího
elektronového
mikroskopu
nástrojem
pro
určení
mikrostruktury
vlákenných a polymerních materiálů. Takto lze získat užitečné informace jako je například orientace vláken. Protože je obraz dvourozměrný, ruční měření je nevyhnutelné k získání objemových informací. Touto tématikou se zabývá i článek [9], který uvádí jak získat trojrozměrný tvar vláken aproximací vláken v oblasti známé jako „metaballs“. Metody analýzy obrazu byly použity ke generování metaballs (implicitních ploch) a objemové informace byly počítány z velikosti a umístění metaballs. Navržená metoda byla testována v nano-měřítku polymeru snímků SEM a automatické statistické měření bylo porovnáno s ručním měřením [9].
1
numerická aparatura - dle fyzikální definice je to maximální možný úhel, pod kterým může paprsek světla vstoupit do světlovodu.
23
Obrázek 10 Příklad trojrozměrné rekonstrukce ze dvou-dimenzionální SEM obrázek pro vzorek [9] V této dvourozměrné obrazové analýze je prvním cílem odlišit čili seřadit vlákna do několika skupin. Obrázek 10 nahoře zobrazuje originální obraz SEM. Obraz je tvořen vlákny pavučin (viz obrázek 10 dole), které jsou v několika vrstvách a jsou tak běžnými metodami obtížně rozlišitelné. Obrázek je potřeba nejprve vyhladit, poté prahovat a převést na binární obraz. Část obrázku ukazuje význačné skupiny vláken. Byla zjištěna také kostra linie každé skupiny vláken, ovšem touto problematikou by se mohla zabývat jiná práce vzhledem k náročnosti a potřeby pro další výzkum.
Konfokální mikroskopie Sahá do roku 1957, kdy Marvin Minsky patentoval nápad na konfokální mikroskopii, ovšem nenašel vhodný zdroj světla. Až koncem 70. let vznikl první spolehlivý mikroskop s rozmítaným laserovým paprskem. Existují dva typy mikroskopů, a to: • rastrovací konfokální mikroskop – skenující zařízení za pomoci laserového paprsku • konfokální mikroskop s rotujícím diskem - místo skenujícího zařízení rotující Nipkowovův kotouč, na kterém je množství navzájem oddělených clonek [8].
24
2.2
Rastrování a laserový rastrovací konfokální mikroskop
Rastrování je tvoření obrazu bod po bodu, což je i základním principem rastrovacího konfokálního mikroskopu. Obraz se tedy netvoří vcelku, ale řádkováním. Pomocí řádkování jsou snímány optické body v rovině XY. Posuvem objektivu v ose Z jsou snímány i jednotlivé optické řezy. Nejdůležitějšími částmi laserového rastrovacího konfokálního mikroskopu jsou osvětlení a clonka. Osvětlením je myšlen laserový paprsek, který je fokusovaný na clonku. Clonka jej pomocí objektivu mikroskopu zobrazí na vzorek, do bodu, rovnajícímu se rozlišovací schopnosti objektivu. Objektiv sbírá světlo ať už vzorkem odražené nebo rozptýlené. Vznikne zpětný průchod objektivem. Dále mezi důležité části patří fotonásobič a druhá konfokální bodová clonka. Principem konfokálního mikroskopu je, že paprsky jdou z mimoohniskových rovin a jsou zachyceny clonkou. Podrobný popis a výhody tohoto mikroskopu budou popsány v kapitolách 2.3 a 2.5.
Rastrování může být:
2.3
•
rozmítáním laserového paprsku
•
posouváním vzorku před objektivem v příčném směru
•
posouváním objektivu
Princip rastrovacího konfokálního mikroskopu
Jak již bylo řečeno principem rastrovacího konfokálního mikroskopu je, že netvoří obraz vcelku, ale bod po bodu, čili řádkováním. Rastrovací konfokální mikroskop je složen z tzv. „x-y stolku“, na který se položí zkoumaná textilie, samotného mikroskopu a poté softwaru „LEXT OLS“. Stolek po zapnutí vykonává pohyby v rovině (x-y) až se dostane do středu pod mikroskop. Poté dokončí pohyb v ose Z. V softwaru se dále navolí velikost snímku a pokud je to nutné, snímek se může ručně zaostřit. Nakonec je zvolen požadovaný objektiv (z dostupných možností x5-x100).
25
Princip rastrovacího konfokálního mikroskopu zjednodušeně ukazuje obrázek 11.
Obrázek 11 Princip rastrovacího KM [10] Zdrojem světla je laser, který přes vstupní clonku a objektiv osvětluje preparát. Paprsky se odráží od děliče paprsků na skener a dále prochází skrz objektiv na pozorovaný objekt (vzorek). Stejným objektivem poté prochází paprsky odražené, procházejí skrz dělič paprsků (dichroické zrcátko). Paprsky procházejí čočkou až ke konfokální clonce. Na konfokální clonku dopadnou všechny paprsky, ale konfokální clonkou projdou jen ty, co byly zaostřeny (pocházejí z ohniskové roviny). Paprsky vstupují do detektoru (fotonásobič, kde jsou paprsky zesíleny a detekovány), který je napojený na počítač [10].
26
2.4
Využití konfokální mikroskopie •
Technické využití konfokální mikroskopie
Konfokálního mikroskopu může být využito při studiu povrchových vlastností materiálu, při testování tvrdosti kovů nebo plastických materiálů, zkoumání vlastností nových polymerů, nebo pro textilní materiály a následné hodnocení textilií. Jedinečné schopnosti konfokálního mikroskopu jsou ve trojrozměrném zobrazování, čehož se využívá zejména při studiu povrchových vlastností materiálů. Konfokální mikroskopii a její aplikace v technickém odvětví zmínil ve svém článku i Plášek [11]. V reflexním módu zobrazování se zkoumá textura a složení povrchů i eroze materiálů. Konfokálním mikroskopem se vyhodnocují výsledky mikrotestů tvrdosti kovů i plastických materiálů, měří se výška strukturních elementů na polovodičových čipech [11] a podobně. • V oboru
V lékařství a biologii
lékařství
může
být
konfokálního
mikroskopu
využito
při
měření
membránového potenciálu nebo při studiu struktury zubní skloviny. Dále se například v odborném článku zaměřeném na konfokální stereologii a analýzu obrazu Kubínová a spol. zaměřili na rozvoj a softwarové implementace metod pro měření geometrických parametrů konstrukčních prvků orgánů, tkání, buněk nebo buněčných kompartmentů. Tato měření jsou základním předpokladem pro kvantitativní analýzu v řadě studií v biologickém výzkumu, zvláště když jsou analyzovány vztahy mezi funkcí a strukturou. Popisuje tzv. fakírovu metodu, vyvinutou v laboratoři, která může být použita pro odhad pokud možno plošných sériových konfokálních sekcí v rámci silných fyzických řezů, které jsou k dispozici. Na rozdíl od klasických stereologických metod aplikovaných na tenké fyzické oddíly, tato metoda zaručuje, že plátek lze řezat v libovolném směru [12].
27
V tomto případě lze plochu buňky S odhadnout pomocí tzv. fakírových sond. Fakírova sonda je systematická sonda skládající se z paralelních zkušebních tras.
Obrázek 12 Fakírova metoda [12] Obrázek 12 znázorňuje již zmíněnou prostorovou mřížku skládající se ze tří na sebe kolmých fakírových sond, uprostřed posunutých vůči sobě navzájem, použitých pro měření povrchu bočních stěn 3-D objektu (tj. tlustého plátku svalových vláken). Počet křižovatek (červená) z fakírových sond (zelený) a objektů stěn je přímo úměrný ploše povrchu objektu. •
Využití konfokální mikroskopie v materiálovém výzkumu
Protože konfokální mikroskop nabízí vysoké rozlišení pozorovaných preparátů, dvojrozměrné měření, měření drsnosti povrchu a měření tloušťky filmu (1µm až 1mm) je využíván v materiálovém výzkumu. Na Katedře textilních materiálů FT TUL je používán právě konfokální laserový skenovací mikroskop LEXT OLS3000. Byl vyvinut pro snímání preparátů s velkým rozlišením a opakovatelným výkonem, umožňuje 3D snímání a přesná měření objektů. Nabízí snímání ve světlém i tmavém poli a diferenciální interferenční kontrast při pozorování v bílém světle [13].
28
Obrázek 13 Laserový rastrovací konfokální mikroskop OLYMPUS LEXT OLS3000 Součástí dnešní doby jsou i stále větší nároky na zcela standardní způsoby měření. Měří se zpravidla velmi malé součástky, nebo spoje. Sledují se struktury různých materiálů, přičemž se poté kontrolují například drsnosti povrchů. Požadavky jsou tak zaměřeny na vysokou přesnost měření, a proto byl společností Olympus vyvinut přístroj Lext OLS3100 – konfokální laserový rastrovací mikroskop. Tento konfokální mikroskop byl díky svému přesnému měření a možnosti měření v 3D původně zamýšlen pro strojní součástky, přesto se jeho uplatnění čím dál více objevuje i ve zdravotnictví a textilním průmyslu. Dle výrobců je tento přístroj zvláště vhodný pro aplikace v mikro- a nanotechnologických odvětvích. Rozsahem zvětšení se pohybuje mezi 120x – 14 400x a je schopen uspokojit požadavky pracovníků vývoje, kteří pracují s optickými světelnými mikroskopy i elektronovými řádkovacími mikroskopy (SEM), nebo AFM (rastrovacími mikroskopy na principu měření atomárních sil). Výhodou konfokálního mikroskopu je, že se vzorky umisťují přímo na mikroskopický stolek. K pozorování vzorku není nutné tzv. „zvodivění“ povrchu součástí. Je zde využíván laserový paprsek o vlnové délce 408 nm s optickými prvky přizpůsobenými pro tuto krátkou vlnovou délku. To zabrání případným odchylkám měření. 29
2.5
Výhody a nevýhody konfokálního mikroskopu
Konfokální mikroskop má bezesporu spousty výhod oproti jiným optickým zařízením, které mohou být použity při zkoumání textilií. Mezi hlavní výhody patří, že zkoumaný objekt mimo rovinu ostrosti nezpůsobí rozostřením, snímky z konfokálního mikroskopu jsou tedy velmi kvalitní. Dalším kladem KM je kromě získávání klasického 2D obrazu využívání také 3D obrazu, kde je vyzdvihována velká hloubka ostrosti pro počítačové zpracování, což umožní i další funkci KM například při tvorbě 3D modelů. KM také umožňuje přesnější kvantitativní měření, kdy snímky nejsou ovlivněny zkreslenou hloubkou zaostření. Mezi výhody rastrovacího konfokálního mikroskopu patří tedy bezesporu i jeho rozlišovací schopnost. Lze říci, že rozlišovací schopnost za určitých podmínek může být i 1,4x lepší než při použití klasického mikroskopu o stejné numerické aparatuře objektivu. Nevýhodou KM, zejména při zkoumání textilií, může být rastrování obrazu. Jelikož jsou snímky postupně skládány, může se na jedné části objevit např. vada tkaniny. Konečný snímek je pak zobrazen s touto vadou, což může ovlivnit další měření. Za nevýhodu může být považována velká zatíženost statistickým šumem, jehož velikost je úměrná N , N
(16)
kde N je počet detekovaných fotonů [8]. Problémem také může být zvýšení intenzity záření, která může způsobovat nechtěné odlesky, a tím i následné potíže při dalším zpracování snímků z konfokálního mikroskopu.
30
3
Metody a modely pro výpočet zakrytí tkaniny
Tato práce se zabývá zejména plošným zakrytím tkaniny, a proto je účelem této kapitoly zmínit odborné práce, zabývající se metodami a modely s podobnou tématikou.
3.1
Metody
Jsou známé metody například pro stanovení struktur na jednotku plochy, nebo metody nepřímé stanovení porózity, což se poté nejvíce blíží právě stanovení zakrytí textilií. Například Smékal [14] se zabýval metodami pro stanovení struktur na jednotce plochy výpočtem integračními metodami. Integrační (rastrovací) metody se používají k měření ploch a objemů struktur velmi tenkých řezů. Stanoví se plošná hustota struktur preparátu. Použije se pomocný normál, tzv. měrná destička, na níž je čtverec. Normál se vkládá do okuláru a na ploše čtverce se sečtou pozorované struktury preparátu. Do počtu se zahrnují i ty struktury, které do plochy čtverce zasahují svou větší částí. Pomocí objektivního mikrometru se opět změří délka strany čtverce. Pak je plošná hustota struktur [14] H=
m , a2
(17)
kde a je délka strany čtverce a m je počet struktur pozorovaných na ploše čtverce. Struktura textilie má velký vliv například na prodyšnost materiálu. Parametry struktury se mohou určit výpočtem z pořízených řezů textilie, nebo nepřímými metodami stanovení porózity. Je známo například testování pomocí bublinkové metody. Tato metoda zkoumá prodyšnost vzduchu skrz textilii, popřípadě stanoví propustnost textilie pro kapalinu. Bublinková metoda je určena zejména pro filtrační materiály. Větší popularity se v dnešní době dostává i modernímu a rychlému způsobu zkoumání porózity ve vytvořených modelech pomocí speciálního softwaru, který má napodobovat realitu. Nevýhodou takto určené porózity je neznalost skutečné struktury. Obvykle se nezjistí tvar pórů a umístění. Při modelaci v softwaru dochází k zaměnění skutečných struktur těmi modelovými. Pro zjištění skutečného uspořádání pak existuje obrazová analýza, která mimo jiné může být využita pro zkoumání řezů skutečných struktur. Pro zkoumání textilií není obrazová analýza novinkou, a proto se již nějaký čas hojně
31
využívá. Práce se v kapitole 4.3 bude zabývat právě využitím obrazové analýzy (NISElements) v kombinaci snímků získaných z konfokálního mikroskopu. Takto se dá stanovit například vnitřní struktura textilií. V lékařství a biologii je neutrální metodou již zmíněná fakírova metoda navržena Kubínovou a kolektivem [11]. Jsou vyvíjeny i další stereologické metody, které by s ohledem na funkci trojrozměrného snímání se v budoucnu mohly více využívat ke tvorbě 3D-modelů. Jedná se o automatické měření geometrických charakteristik. 3D objekty mohou být použity přímo na jejich binárních obrazech získaných pomocí automatického segmentace obrazů ve stupních šedi zachycených konfokálním mikroskopem. Automatická segmentace je postupné zpracování zdroje digitálního obrazu ve stupních šedi (definované jako datové struktury numerických hodnot v prostorové mřížce obrazových prvků tzv. pixelů v režimu 2D nebo ve 3D voxelů).
3.2
Modely pro výpočet teoretického zakrytí tkaniny
Jak již bylo řečeno v kapitole 3.1. teoretický výpočet plošného zakrytí je možné nejblíže určit pomocí metod a modelů výpočtu porózity tkaniny. Jedná se například o model porózity tkaniny -
stanovenou z plošného zakrytí,
-
podle Gooijera [4],
-
podle Backera [15] a z něj vycházející další modely například model dle Militkého [16],
-
podle Šindelkové [17].
3.2.1 Obecný vzorec zakrytí vycházející z průměrů a dostav nití Tento vzorec je jedním ze základních vzorců pro výpočet zakrytí dvěma soustavami nití [1], [3], [6] a je považován za nejpoužívanější pro všechny typy tkanin. Z = d o Do + d u Du − d o d u Do Du
,
(18)
kde do a du [mm] značí průměry osnovní a útkové nitě a Do a Du [mm] jsou dostavy osnovy a útku.
32
3.2.2 Zakrytí vypočítané z porózity podle Gooijera Gooijer [4] představil model, který kromě typu vazby zahrnuje i prostorovou strukturu tkaniny. Řídí se těmito pravidly: 1. každý pór přispívá k prodyšnosti stejně 2. v pórech je laminární proudění tekutiny 3. „kruhové“ průřezy nití Gooijer vychází ze čtyř typů póru podle Backera [15], ovšem uvádí, že proud vzduchu vždycky neprochází pouze kolmo k rovině tkaniny, ale že dochází i k šikmému obtékání kolem nití. U plátnové vazby pro další výpočty platí případ a) obrázku 14.
Obrázek 14 Typy pórů podle Backera [15]
Důležitým prvkem pro popis geometrie tkaniny je vazná buňka tkaniny. Když vaznou buňku nějakým způsobem posuneme tak, že vytvoří okolí jednoho mezinitného póru ve tkanině – v tomto případě hovoříme o „pórové buňce“. Z kolmého pohledu na tkaninu všechny pórové buňky budou vypadat stejně (pokud nebude přihlédnuto na nerovnoměrnost dostav a průměr přízí ve tkanině). Bude-li však tkanina považována za 3D, tvarová odlišnost by poté měla být jasně patrná, a to v závislosti provázání nití ve tkanině.
3.3
Porózita dle Šindelkové
Šindelková se ve své práci [17] zabývá novými modely výpočtu plošné porózity, související s deformací průřezu nitě ve vazném bodě, to vše v závislosti na vazbě
33
tkaniny. Jedná se o tzv. horizontální porózitu a modifikovanou plošnou porózitu. Existuje i vertikální porózita, u plátnové vazby je však kvůli absenci flotáží2 rovna nule. Předpokladem tohoto modelu je -
nulová mezivlákenná porózita (její zanedbání),
-
deformace průřezu nitě, která se objeví ve vazném bodě tkaniny, a její vliv na tloušťku a porózitu tkaniny,
-
míra zvlnění osnovních a útkových nití (eo = 0,35 a eu = 0,65),
-
nevyrovnaná tkanina.
Modifikovaná plošná porózita vychází z kolmého průměru tkaniny do roviny. Modifikace je v tom, že se průměr nitě deformuje ve vazných bodech tkaniny. Nit je deformována v místě zakřížení osnovní a útkové nitě, popřípadě v blízkosti zakřížení. Mohou za to síly působící v místě zakřížení.
Horizontální porózita Phor, která vychází z rozlišení čtyř typů pórů podle Backera (viz. obrázek 14), v sobě okrajově zahrnuje vliv vazby na porózitu. Hlavním předpokladem je deformace průřez nití ve vazných bodech tkaniny. Nit je deformována pouze v místě zakřížení osnovní a útkové nitě, opět z důvodu působení sil v místě zakřížení. Ovšem v místě flotáže si nit zachovává původní kruhový průřez.
Obrázek 15 Plocha póru se zahrnutím vlivu deformace průměru nití v místě zakřížení osnovy a útku [17]
2
Flotáž je (dle textilního výkladového slovníku) výraz pro volné osnovní nebo útkové nitě, které jsou neprovázané přes několik vazných bodů tkaniny nebo pleteniny, takže volně leží na povrchu a mohou vytvářet rozmanité plastické struktury.
34
Plochu póru H1 (1. typu póru dle Beckera) lze zjistit vztahem
1 1 a o au − Phor = − + au ao , Do Du Du Do
(19)
kde ao, au [m] značí šířku deformovaného průřezu osnovní, útkové nitě a Do, Du [1/m] je dostava osnovy, resp. útku. Horizontální porózitu lze pak určit jako podíl plochy všech póru ve střídě vazby ku celkové ploše střídy vazby, a to vztahem
Phor = np1 H 1 /
n so n su , Do ⋅ Du
(20)
kde np1 je počet jednotlivých typů pórových buněk obsažených ve střídě vazby a nso, nsu značí počet osnovních, útkových nití ve střídě vazby. Do, Du [1/m] je opět dostava osnovy a útku.
3.4
Porózita dle Militkého
Propustnost tkanin závisí na mnohých faktorech, počínaje geometrickými strukturami. Jak již bylo řečeno, tato vlastnost je spojena s tzv. porózitou. Porózita má rozhodující vliv na využití materiálu pro některá technická použití (filtry, plachty, padáky) nebo oblečení. Textilní porózita závisí obecně na druhu textilie, na její struktuře a na konstrukci přízí. Pro pevně tkané textilie již byla prokázána a ověřena závislost mezi prodyšností a mezivlákenným objemem pórů. U otevřených textilií korelace mezi prodyšností a stavebními parametry tkanin nejsou tak silné [16]. Z výzkumů [16] vyplývá, že vzhledem k rozdílům mezi ideální a skutečnou geometrií a náhodnými variacemi struktury tkaniny nejsou lineární závislosti mezi prodyšností a předpovídanou porózitou tkaniny. V práci se též uvádí, že nedostatek teoretických modelů pro tuto situaci vede k využití vícerozměrných nelineárních regresních modelů.
35
V tomto případě se jedná o objemovou porózitu, která je pro plátnovou vazbu modifikována ze vztahu [16]
ve =
(d o + d u ) tw , ≈ ( Do ⋅ Du ) ( Do ⋅ Du )
(21)
kde ve [m3] je objem vazební buňky, do a du [m] značí idealizované kruhové průměry osnovních a útkových nití, Do a Du [1/m] značí dostavu osnovních a útkových nití a tw [m] je tloušťka tkaniny. Dále je zde počítáno se vztahy (25) a (26) uvedené v experimentální části práce v kapitole 4.3.3.
36
4 Experiment V experimentální části jsou graficky a početně doloženy získané poznatky týkající se zakrytí tkaniny. Cílem experimentu je nejen ověření aplikovatelnosti těchto poznatků pro dané tkaniny, ale i vhodnost použití snímků z konfokálního mikroskopu při následném měření pomocí obrazové analýzy NIS-Elements.
4.1
Vzorky
Pro účely této práce bylo vybráno 9 vzorků multifilových tkanin. Jednalo se vždy o vzorek jednoho druhu materiálu se třemi různými počty dostav v plátnové vazbě (pro všechny vzorky P 1/1). Vzorky byly dodány pouze v režném stavu ve třech materiálových variantách, a to z polyamidu, polyesteru a viskózy. V tabulce 2 a 3 jsou uvedeny základní parametry tkanin. Vzorky dodala firma Hedva, s.r.o. Tabulka 2 Dostava osnovy a útku Do a Du [cm-1] PA
PL
VI
Do
42
Do
42
Do
41,5
Du
12
Du
21
Du
22
16
25
26
20
29
30
Vzorky byly nastříhány a pro lepší manipulaci umístěny do papírových rámečků. Pro snímání na konfokálním mikroskopu stačil vždy vzoreček o rozměrech 10x10 mm. Zkoumané tkaniny se mezi sebou lišily dostavou útků, přičemž dostava osnovních nití byla ve všech případech identická. V případě viskózové tkaniny byla zvolena menší dostava osnovy, ovšem co nejvíce se blížící dostavám polyamidových a polyesterových vzorků pro porovnání těchto tkanin. Jemnosti nití se pohybovaly do 22 tex. Tabulka 3 Jemnost nití T [tex] Materiál PA PL VI
osnova/útek 22/22 7,8/16,5 13,3/13,3
37
4.2
Měření na konfokálním mikroskopu
Snímky z konfokálního mikroskopu jsou považovány z hlediska kvality za velmi zdařilé a ostré. Ovšem malým minusem u takto kvalitních snímků může být lesk, který by mohl způsobit nepatrné komplikace při měření parametrů, a proto je důležité brát v potaz různé druhy materiálů a s nimi související nastavení přístroje. 4.2.1 Nastavení konfokálního mikroskopu Při měření na konfokálním mikroskopu bylo důležité zaměřit se na: •
požadované zvětšení objektivu
•
zoom (čili zvětšení nebo zmenšení náhledu dle pozorovaného vzorku)
•
pořízení dat 3D, 2D apod.
Snímky byly tvořeny postupným rastrováním. Rozlišení mikroskopu bylo zajištěno pomocí dostupného objektivu (5x) a měřítko bylo 320µm. Rozsah 5x, který je možné ve Smart 3D View pozorovat je možný až do velikosti 800 µm, jak je uvedeno v manuálu od výrobce [18]. 4.2.2 Význam zobrazovaných údajů Během práce na konfokálním mikroskopu se lze setkat s řadou údajů (viz. obrázek 16), které je nutné vysvětlit. Mezi nejvýznamnější parametry patří především údaje zobrazené na snímcích, které stručně popisuje tabulka 4. Tabulka 4 Zobrazované údaje na snímcích z KM Zoom 1.0x
Obraz pořízen ve zobrazeném zvětšení náhledu
Acq XY
LSM obraz v XY (2D) rastrování
Acq XYZ-M
Obraz v rozšířeném 3D rastrování (režim pořizování 3D: Fine)
Acq XYZ-S
Obraz v rozšířeném 3D rastrování (režim pořizování 3D: Fast)
Info CF-I-…
CF – Konfokální LSM obraz I – Obraz intenzity
38
Obrázek 16 Údaje na snímku z KM zobrazené vpravo dole 4.2.3 Obrazy získané z konfokálního mikroskopu Při snímání na konfokálním mikroskopu bylo pro účely práce doporučeno použití 2D snímání vzorků namísto 3D snímání. V této kapitole jsou, krom jiného, zobrazeny i tyto rozdíly ve snímání na konfokálním mikroskopu. U vzorečků z viskózových vláken se objevila vysoce zářivá místa, která jsou vhodná ke zjišťování pórovitosti. Vzorky byly poté nalepeny na plochu zrcátka a znovu nasnímány se zaostřením pod rovinou preparátu. To způsobí, že na snímku jsou nejsvětlejšími plochami dány právě póry (obrázek 17).
Obrázek 17 Ukázka pórů PA vzorku 42-12
39
a)
b)
c)
Obrázek 18 Rozdíly ve snímání PA 42-12: a) 3D, b) 2D, c) zrcátko Vhodnější pro další měření v programu NIS-Elements je obraz pořízený způsobem označeným 2D (viz. obrázek 18 b)), který nemá takové množství odlesků jako 3D obrázek. Pro měření zakrytí je dále použito „zrcátko“. 3D snímání by bylo možné uplatnit v budoucnu pro další výzkumy týkající se například tvorby 3D modelů tkanin, vláken apod. Na obrázku 19 jsou zobrazeny snímky vzorků z polyamidu. Jedná se o vzorky se stejnou dostavou osnovy (Do = 42 cm-1) a různou dostavou útku (konkrétně Du = 20, 16, 12 cm-1). U polyamidových vzorků je vidět volnější provázání, což způsobí menší deformaci v průřezu osnovních a útkových nití.
PA 42-12
PA 42-16
PA 42-20 Obrázek 19 Snímky vzorků z polyamidu 40
Na obrázku 20 jsou zobrazeny snímky polyesterových vzorků s totožnou velikostí dostavy osnovních nití (Do = 42 cm-1). Podobně jako u předchozí sady vzorků byly k dispozici různé velikosti dostavy útkových nití, konkrétní hodnoty činily pro Du = 29, 25, 21 cm-1. I přes skutečnost, že polyesterové vzorky byly dodány ve stejném vazebním provedení jako polyamidové vzorky (P 1/1), byl na nasnímaných vzorcích na konfokálním mikroskopu patrný rozdíl. Při bližším prozkoumání a srovnání obou sad vzorků bylo zjištěno, že polyesterové tkaniny lze na rozdíl od polyamidových tkanin označit jako mnohem stejnoměrnější. Zmíněná charakteristika konkrétně v tomto případě představuje míru pravidelnosti provázání a uspořádání jednotlivých nití ve vazbě. Je známo, že vlivem vzájemného provázání, mechanickým působením a dalšími faktory (např. absence nebo naopak přítomnost finální úpravy) dochází k určitému posunutí některých nebo všech nití. Tendence ke změně polohy nití je různá a k jejímu zjištění by bylo potřeba absolvovat řadu dalších výzkumů. Avšak v tomto případě se jako více pravidelná struktura jeví vzorky vyrobené z polyesterových nití. Dopad flotáží a někdy nežádoucí posunutí nití na výslednou prodyšnost může být značný. Příkladem může být právě zkoumaná sada polyesterových tkanin. Při své pravidelnosti, pevnosti a „nepoddajnosti k jakémukoliv posunutí“ jednotlivé nitě nedisponují dostatečným prostorem pro vytvoření větších „buněk“ či jiných prázdných míst vyskytujících se kdekoliv na ploše nebo v příčném řezu tkaniny (deformace průřezu nití vlivem mechanického působení např. při vlastní výrobě tkaniny). Tato tkanina je ve výsledku mnohem méně prodyšnější než tkanina, která obsahuje větší množství vzduchových prostorů. Polyamidové vzorky jsou naopak méně pravidelné, nitě nejsou v takové míře vzájemně rovnoběžné jako polyesterové vzorky. Charakter polyamidových nití umožňuje větší migraci či posunutí nití. Na první pohled se posunutí jednotlivých nití ve tkanině jeví jako nežádoucí. Z hlediska zkoumání prodyšnosti však tento jev nemusí být nutně známkou projevu nekvality nebo neshody ve výrobním procesu. Nepatrnou migrací nebo posunutím nití ve vazbě lze vytvořit flotáže nebo prázdná místa, která zvyšují prodyšnost tkaniny. Např. surová tkanina (režná), tzn. bez použití finální úpravy, je mnohem více prodyšnější než tkanina upravená. V některých případech bylo zjištěno (např. Šafaříková [22]), že režná tkaniny disponují větší schopností propouštět vzduch a s tím spojeným nižším „zakrytím“. Po nanesení finální úpravy však tkaniny ztratily v průměru 20 až 50 % ze své schopnosti
41
propouštět vzduch a zakrytí se zvětšilo. Důvodem byla náprava (pomocí vhodně zvolené finální úpravy) původně nesouměrné a nepravidelné režné tkaniny na upravenou, souměrnou a pravidelnější tkaninu. Je tedy nutné posoudit vliv míry souměrnosti a pravidelnosti konkrétní vazby, charakteru použitých nití na finální prodyšnost tkaniny. Tento experiment je časově náročný na provedení, v budoucnosti by ale bylo užitečné se na tuto problematiku mnohem více zaměřit a podniknout výzkum větší škály vazeb a nití.
PL 42-21
PL 42-25
PL 42-29 Obrázek 20 Snímky vzorků z polyesteru Třetí
sada
zkušebních,
tentokrát
viskózových
vzorků,
je
zobrazena
na
obrázku 21. Stejně jako v předchozích případech, vzorky byly shodné velikostí dostavy osnovních nití (nyní Do = 41,5 cm-1), zatímco dostava útkových nití opět představovala variaci různých velikostí (Du = 30, 26, 22 cm-1). Z hlediska zkoumání rozsahu zakrytí a stejnoměrnosti vazby, jehož vysvětlení je uvedeno v předchozím odstavci lze konstatovat, že právě viskózová tkanina se jeví jako nejlépe měřitelná. Již pouhým okem je možné zjistit, že v porovnání s ostatními vzorky je viskózová sada vzorků
42
v podstatě stejnoměrná a disponuje téměř rovnoběžným provázáním osnovních a útkových nití. Jak již bylo zmíněno, tento jev lze zpozorovat i pouhým okem bez použití lupy nebo pokročilé techniky jako je elektronový či konfokální mikroskop. Kromě charakteru vazby a provázání osnovních a útkových nití byla pozornost zaměřena také na „leskovitost“ jednotlivých tkanin. Velikost lesku totiž ovlivňuje vyhodnocování zakrytí. Nejvýrazněji viditelný lesk byl nalezen u snímku s nejmenší dostavou osnovních nití (Du = 22 cm-1), zatímco nejméně viditelný lesk byl přítomen u snímku s Du = 30 cm-1. Jedním z vysvětlení může být vliv velikosti dostavy útkových nití na finální leskovitost. Lesk u polyamidových a polyesterových vzorků nedosahoval kvality viskózových odlesků. U zkoumaných polyamidových vzorků se jevil jako nejlesklejší vzorek s největší dostavou (Du = 20 cm-1). Polyesterový vzorek, který se vyznačoval nejviditelnějším leskem byl pak vzorek s nejmenší dostavou (Du = 21 cm-1).
VI 41,5-22
VI 41,5-26
VI 41,5-30 Obrázek 21 Snímky vzorků z viskózy
43
Obrázky 19-21 ztvárňují vždy v 1. sloupečku obraz pořízený způsobem označeným jako 3D , 2. sloupeček 2D a 3. sloupeček patří tzv. „zrcátku“.
4.3
Měření pomocí obrazové analýzy
Principem obrazové analýzy je snímání obrazu sledovaného vzorku a jeho převedení do zařízení, kde je snímek vyhodnocen (PC vybavený softwarem pro zpracování obrazu). Běžně se snímky pořizují přímo na obrazové analýze prostřednictvím kamery. V tomto případě byla měřící aparatura nahrazena konfokálním mikroskopem. Vyhodnocení snímků z konfokálního mikroskopu bylo provedeno pomocí programu NIS-Elements. Konkrétně NIS-Elements AR (Advanced Research), který využívá 6 dimenzionální snímání obrazu a následnou analýzu [19]. Postup měření na obrazové analýze Důležitou součástí měření v programu NIS-Elements je kalibrace. U nezkalibrovaného obrazu představují naměřené hodnoty počet pixelů, u zkalibrovaného se jedná již o reálnou velikost těchto hodnot, v tomto případě rozměry v µm. Zakrytí tkanin bylo hodnoceno
s
využitím
obrazové
analýzy
dle
modifikované
interní
normy
IN 23-107-01/01 Porosita a plošné zakrytí tkanin [20]. Pomocí obrazové analýzy Nis Elements je možné získat informaci o ploše zakryté póry („Area“) a celkové ploše („MeasuredArea“). Zakrytí („AreaFraction“) je pak definováno jako podíl těchto dvou ploch. Před začátkem samotného měření je nutné obrazy z konfokálního mikroskopu nejprve převést na šedotónový obraz (obrázek 22 b)) a dále transformovat do binárního obrazu pomocí položky „Prahování“ (obrázek 22 c)).
a)
b)
c)
Obrázek 22 a) snímek 2D z KM, b) šedotónový snímek, c) naprahovaný snímek
44
Naprahování snímků v programu NIS-Elements lze učinit pomocí funkcí automaticky, ovšem pro zkoumané textilie je vhodné ruční prahování, které poskytne individuálnější a citlivější získání obrazu. Šířku osnovní a útkové nitě, lze po kalibraci, změřit okamžitě funkcí „Length“. Jak již bylo uvedeno i u měření zakrytí a pórů bylo vhodné si snímek převést do binárního obrazu a naprahovat. Takto získané hodnoty byly převedeny do tabulkového editoru a získány jejich průměry.
Naměřené hodnoty Poté, co jsou snímky z konfokálního mikroskopu zkalibrovány, převedeny do šedotónového obrazu a naprahovány, je možné přikročit k samotnému měření. Pomocí obrazové analýzy byly zjišťovány tyto hodnoty: •
průměr osnovní a útkové nitě do, du
•
zakrytí tkaniny Z
•
porózita P a průměry pórů dp
4.3.1 Průměr osnovní a útkové nitě Šířky, neboli průměry nití tkaniny, byly naměřeny pomocí kolmých pohledů snímků z konfokálního mikroskopu. U každé tkaniny byly měřeny šířky osnovních a útkových nití. Jednalo se vždy o oblast mezi nitěmi. Šíře nitě bylo možné měřit ve vazném bodě a mimo vazný bod. Z obrázku 23 je patrné, že průměr osnovní příze mimo vazný bod je menší než průměr ve vazném bodě, což může být přičítáno deformaci provazujících nití. U útkových nití není ovšem rozdíl tak patrný, nebo jsou hodnoty opačné, opět musí být brán zřetel na deformaci nití při provázání. Získané hodnoty jsou uvedeny v tabulce 5.
45
a) Osnovní nit.
b) Útková nit.
Obrázek 23 Rozdíly v průměrech nití ve vazném bodě a mimo vazný bod u vzorku PA 42-12 Tabulka 5 Stanovené hodnoty průměrů osnovní a útkové nitě ve vazném bodě a mimo vazný bod tkaniny v NIS-Elements do [µm] Vzorky
ve vazném bodě
do [µm]
du [µm]
du [µm]
mimo vazný bod ve vazném bodě mimo vazný bod
1.
PA 42-12
232,78
190,23
293,87
296,50
2.
PA 42-16
235,63
190,17
290,55
291,65
3.
PA 42-20
236,04
195,38
291,03
282,88
4.
PL 42-21
237,06
192,62
188,34
164,72
5.
PL 42-25
217,18
180,76
196,38
200,84
6.
PL 42-29
200,10
180,24
197,80
185,75
7.
VI 41,5-22
190,27
182,12
230,53
231,98
8.
VI 41,5-26
178,50
176,08
226,76
222,43
9.
VI 41,5-30
205,41
215,24
180,50
178,49
Dostava osnovy je pro PA a PL 42 cm-1 (pro VI 41,5 cm-1) a je tedy relativně neměnná. Dostava útku se mění. Hodnoty jsou přepočítány na stejné jednotky (viz. příloha). Na obrázku 24 je označení 1,2,3 pro polyamidové tkaniny, označení 4,5,6 pro polyesterové a 7,8,9 značí viskózové tkaniny.
46
Průměry nití ve vazném bodě a mimo vazný bod
Průměry nití [µm]
350 300 250
do [µm] ve vazném bodě
200
do [µm] mimo vazný bod
150
du [µm] ve vazném bodě
100
du [µm] mimo vazný bod
50 0 1
2
3
4
5
6
7
8
9
Vzorky
Obrázek 24 Porovnání naměřených průměrů nití Jak již bylo řečeno předpokládá se, že průměr osnovních i útkových nití se mimo vazný bod postupně zmenšuje. Stane se tedy, že průměr ve vazném bodě, je většinou větší, což způsobuje deformace provázaných nití. Čím je tkanina řidší (má menší dostavu), tím má také větší průměr útkových nití než osnovních. V obrázcích 25a, 25b je pak graficky znázorněna závislost dostavy tkanin na průměru nití. Do modelů pro výpočet zakrytí popř. porózity byly průměry přízí ve vazném bodě a mimo vazný bod spolu sečteny a vyděleny dvěma. To bylo možné provést díky intervalům, které se překrývají nebo jsou velmi podobné. Tyto průměrné hodnoty průměru přízí ddef získané z naměřených hodnot na obrazové analýze v µm jsou pak převedeny na mm a uvedeny v tabulce 6. Tabulka 6 Průměrné hodnoty naměřeného průměru přízí ve tkanině Vzorky
osnova ddef [µm]
útek ddef [µm]
osnova ddef [mm]
útek ddef [mm]
PA 42-12
211,50
295,18
0,2115
0,2952
PA 42-16
212,90
291,10
0,2129
0,2911
PA 42-20
215,71
286,95
0,2157
0,2870
PL 42-21
214,84
176,53
0,2148
0,1765
PL 42-25
198,97
198,61
0,1989
0,1986
PL 42-29
190,17
191,78
0,1902
0,1918
VI 41,5-22
186,19
231,25
0,1862
0,2313
VI 41,5-26
177,29
224,60
0,1773
0,2246
VI 41,5-30
210,33
179,49
0,2103
0,1795
47
Podle předpokladu má největší vliv na charakter dostavy způsob vazebního provázání, jemnost nití nebo právě průměr nití. Na obrázcích 25a, 25b je znázorněna závislost dostavy (Do,Du) na průměru nití (do, du). U dostavy osnovy je slabá závislost a u dostavy útku je patrná silná závislost, jak se dalo předpokládat. Závislost dostavy osnovy na průměru osnovních nití 0,25
Průměr nití [mm]
0,20 y = 0,0267x - 0,9133 R2 = 0,2623
0,15
do [mm] Lineární (do [mm])
0,10 0,05 0,00 41,4
41,5
41,6
41,7
41,8
41,9
42,0
42,1
Dostava osnovy [1/10mm]
Obrázek 25a Závislost dostavy osnovy na průměru osnovních nití
Závislost dostavy útku na průměru útkových nití
Průměr nití [mm]
0,35 0,30 0,25 0,20
du [mm] y = -0,007x + 0,3872 R2 = 0,69
0,15 0,10
Lineární (du [mm])
0,05 0,00 0
4
8
12
16
20
24
28
32
Dostava útku [1/10mm]
Obrázek 25b Závislost dostavy útku na průměru útkových nití Deformace nití Na snímcích z konfokálního mikroskopu lze pozorovat deformaci aniž by byla použita časově náročná metoda příčných řezů.
48
Velikost deformace se zjišťovala jako šířka nitě v úsečce a (viz. zploštění nitě v kapitole 1.2.2) a poté byla srovnána se zatkaným průměrem nití. Hodnoty byly zprůměrovány, přičemž představují průměrné hodnoty deformace průřezu nitě, které se od původního průměru změnily následovně (viz tabulka 7). U plátnové vazby bylo zjištěno ve všech případech zvětšení průměru v osnovním i útkovém směru. Rozdíl zatkaného průměru osnovních a útkových nití je zobrazen v obrázcích 25a, 25b. Z tabulky 7 lze vyčíst, že reakce nití na mechanické působení je ve zkoumané plátnové vazbě u polyamidových a polyesterových vzorků stejná (průměr nití se zvětšuje). Tabulka 7 Průměr nití u zatkaného a nezatkaného průměru nití do [mm] du [mm] nezatkaný 0,1934 0,1934 0,1934 0,1934 0,1934 0,1934 0,1523 0,1542 0,1523 0,1542 0,1523 0,1542
Vzorky PA 42-12 PA 42-16 PA 42-20 PL 42-21 PL 42-25 PL 42-29
1. 2. 3. 4. 5. 6.
ddo(def) [mm] ddu(def) [mm] zatkaný 0,2115 0,2951 0,2129 0,2911 0,2157 0,2869 0,2148 0,1765 0,1989 0,1986 0,1901 0,1917
Nezatkané průměry nití jsou převzaty z práce [21] zabývající se zkoumáním těchto tkanin. Opět tyto hodnoty slouží pouze pro doplnění tématu, a proto je zde absence viskózových tkanin. V obrázcích 26a, 26b patří označení 1,2,3 polyamidovým tkaninám a označení 4,5,6 polyesterovým tkaninám.
Průměr osnovní nitě [mm]
Deformace osnovních nití 0,25 0,2 0,15
Nezatkaná osnovní nit Zatkaná osnovní nit
0,1 0,05 0 1
2
3
4
5
6
Vzorky
Obrázek 26a Deformace osnovních nití ve tkanině
49
Průměr útkové nitě [mm]
Deformace útkových nití 0,35 0,3 0,25 0,2
Nezatkaná útková nit Zatkaná útková nit
0,15 0,1 0,05 0 1
2
3
4
5
6
Vzorky
Obrázek 26b Deformace útkových nití ve tkanině Na obrázcích 26 je u deformace osnovních i útkových nití vidět u zatkaného průměru stoupající tendence, než u nezatkaného průměru nití, což naznačuje větší zploštění nití v šířce nití a. Z naměřených hodnot ze snímků z konfokálního mikroskopu lze v programu NISElements změřit i deformaci průřezu nití v úsečce a (viz. obrázek 27). Předpokladem je, že zploštění nití ve vazném bodě je totožné s časově velmi náročnými snímky příčných řezů [21]. Jedná se opět o subjektivní měření.
1. průměr osnovní nitě, 2. průměr útkové nitě PA 42-12 Obrázek 27 Měření průměrů nití v NIS-Elements
50
Na obrázku 28 je pro ukázku uveden příčný řez plátnové vazby polyamidového vzorku 42-12 v úpravě UNI [21]. Zvětšení šířky, čili větší deformace úsečky, je u tkanin s menší dostavou útkových nití v případě vzorků z polyesteru. U vzorků z polyamidu je tomu naopak, s větší dostavou útku se deformace snižuje.
PL 49-12 U v osnovním směru
PL 49-12 U v útkovém směru
Obrázek 28 Příčné řezy PL tkaniny v programu NIS-Elements [21] 4.3.2 Zakrytí Pro zakrytí bylo důležité získat hodnoty zakryté plochy a plochy celkové. Zakrytím je poté myšlen podíl těchto ploch. V tabulce 8 jsou zaznamenány získané hodnoty zakrytí v programu NIS-Elements. Tabulka 8 Naměřené zakrytí v programu NIS-Elements Z [-] PA 42-12 PA 42-16 PA 42-20 PL 42-21 PL 42-25 PL 42-29 VI 41,5-22 VI 41,5-25 VI 41,5-30
0,83935 0,82481 0,89135 0,85924 0,81133 0,88736 0,76385 0,81672 0,78105
Platí, že zakrytí se zvyšuje se zvyšující se dostavou útku, z čehož poté vyplývá snižující se hodnota porózity a menší propustnost vzduchu. Na naměřené hodnoty v programu NIS-Elements mělo velký vliv subjektivní nastavení prahování před měřením.
51
a)
b)
c) Obrázek 29 Naměřená zakrytí: a) polyamidových tkanin, b) polyesterových tkanin, c) viskózových tkanin U PA a PL vzorků jsou patrné vybočující hodnoty od obecného předpokladu v obou případech u druhých vzorků. Dle zvyšující se dostavy útku by měla být hodnota v rozmezí mezi prvním a třetím vzorkem. Tato hodnota je však nižší. V případě VI vzorků je tomu naopak a druhá hodnota vzorku je jasně vyšší (viz. obrázky 29). Protože se jedná pouze o vzorky ve všech případech s plátnovou vazbou, která je považována za nejhustší a odpadlo tak porovnání s vazbou jinou, je k určení zakrytí důležité porovnání i s teoretickými výpočty. Teoretické zakrytí bylo v tomto případě počítáno dvěma způsoby, a to z obecného vzorce (18) a zakrytí vypočítaného z porózity dle Gooijera (rovnice (22) - (25)). Tato zakrytí byla porovnána s hodnotami získanými z obrazové analýzy. Podle Gooijera bylo zakrytí určeno následujícím způsobem, kdy byl nejprve vypočten obsah póru A1 [m2]. Do vzorce byla dosazena dostava osnovy a útku (dána výrobcem) a jako průměr osnovy a útku poté dosazeny průměrné hodnoty naměřených průměrů ddef
52
(strana 50). Tabulka 9 znázorňuje výsledné hodnoty po dosazení do následujícího vzorce.
1 1 π 1 do 1 du π (22) . − .d u ( − ) − .d o ( − ) 2 4 2 , Du Do Du 2 Do kde Do, Du jsou opět dostavami osnovy a útku a do, du představují průměry osnovních A1 =
a útkových nití. Tyto hodnoty jsou nyní pro lepší přehlednost počítány v metrech.
Tabulka 9 Obsah pórů jednotlivých vzorků PA
PA
PA
PL
PL
PL
VI
VI
VI
42-12
42-16
42-20
42-21
42-25
42-29
41,5-22
41,5-25
41,5-30
A1
1,66
4,932
6,599
9,133
3,694
4,209
5,999
2,105
2,261
[m2]
*10-8
*10-9
*10-9
*10-9
*10-9
*10-9
*10-9
*10-9
*10-9
Hodnoty z tabulky 9 ukazují velikosti obsahů pórů. Nejmenší velikost pórů patří polyamidovému vzorku (PA 42-12). Největší pak patří viskózovým vzorkům s dostavami útků 25 a 30 cm-1. Tyto výpočty jsou shodné s vizuálním porovnáním snímků z konfokálního mikroskopu (nejlépe patrné na způsobu snímání „zrcátku“). Poté byla vypočítána porózita dle vztahu Gooijera Pg =
p1 . A1 , 1 1 no nu Do Du
(23)
kde p1 [-] je počet pórů u plátnové vazby a A1 [m2] je obsah póru. Pro plátnovou vazbu platí počet pórů:
rozložení pórů:
∑ p n1 = 4
(24)
V tabulce 10 jsou uvedeny vypočtené hodnoty porózity. Jak je vidět jedná se o relativně nízké hodnoty, což lze předpokládat vzhledem k hustě provázané dostavy polyamidových, polyesterových a viskózových tkanin. Tabulka 10 Vypočtená porozita podle Gooijera
P [-]
PA
PA
PA
PL
PL
PL
42-12
42-16
42-20
42-21
42-25
42-29
0,085
0,033
0,055
0,081
0,039
0,051
VI
VI
41,5-22 41,5-25 0,054
0,022
53
Konečné zakrytí bylo poté zjištěno vztahem Z = 1 − P.
(25)
V tabulce 11 jsou zobrazeny hodnoty naměřeného zakrytí v programu NIS-Elements. Dále je zde zakrytí vypočítané z obecného vzorce a poté zakrytí vypočítané ze vztahu dle Gooijera. Pro lepší orientaci je dále k nahlédnutí grafické zobrazení porovnání zakrytí dostupných vzorků (obrázek 30).
v grafu
Označení
Tabulka 11 Porovnání výsledků zakrytí Vzorky
Naměřené
Obecný vzorec
Podle Gooijera
zakrytí [-]
zakrytí [-]
[-]
1.
PA 42-12
0,839
0,983
0,916
2.
PA 42-16
0,825
0,993
0,967
3.
PA 42-20
0,891
0,996
0,945
4.
PL 42-21
0,859
0,997
0,919
5.
PL 42-25
0,811
0,956
0,961
6.
PL 42-29
0,887
0,926
0,949
7.
VI 41,5-22
0,764
0,896
0,946
8.
VI 41,5-25
0,817
0,890
0,978
9.
VI 41,5-30
0,781
0,931
0,972
Z grafu na obrázku 30 vyplývá, že naměřená zakrytí mají nižší hodnotu než zakrytí teoretická. Protože se jedná u všech vzorků o nejhustší plátnovou vazbu, dá se předpokládat že zakrytí se blíží svými hodnotami k 1. Z hlediska přesnosti, jsou naměřená data z obrazové analýzy přijatelnější, nesmí se ovšem zanedbat subjektivní měření obrazu dané výběrem měřených částí obsluhy. V teoretickém výpočtu je pak brán ohled na přesnost výpočtu nebo na zaokrouhlení výsledných hodnot.
54
Vzorky
Obrázek 30 Porovnání zakrytí U zakrytí polyamidových vzorků (obrázek 31), podobně jako u dalších dvou materiálů, je nižší naměřené plošné zakrytí získané pomocí obrazové analýzy v porovnání s dalšími dvěma modely. Jak je znázorněno na grafu, hodnota zakrytí pro tutéž dostavu osnovy,
ovšem
se
změnou
v dostavě
útku,
a
to
konkrétně
s hodnotami
Du = 12, 16 a 20 cm-1, se pohybovala v rozmezí 0,825 – 0,891 (čili mezi 83 - 89 %). Oproti tomu v obecném vzorci se hodnoty pohybují blízko hranice 1 (tj. 100 %). Může to být přikládáno velmi husté vazbě tkaniny s minimálními póry v materiálu. Gooijerův vzorec vychází z obsahu póru, a proto se jeho hodnoty blíží k naměřeným hodnotám v programu NIS-Elements.
Zakrytí PA vzorku 1,200 0,993
0,983
1,000 0,800
0,916
0,967
0,839
0,825
0,996 0,945 0,891 Naměřené zakrytí
0,600
Obecný vzorec Podle Gooijera
0,400 0,200 0,000 1
2
3
Obrázek 31 Zakrytí PA vzorku
55
Naměřené hodnoty zakrytí polyesterových vzorků pomocí NIS-Elements (obrázek 32) se pohybují v rozmezí 0,811 - 0,887 (tj. 81 - 89 %). Dostavy útku byly v tomto případě 21, 25 a 29 cm-1. Zde je vidět téměř shodná hodnota zakrytí u vzorku číslo 2, kdy podle obecného
vzorce
a
Gooijera
se
hodnota
zakrytí
pohybovala
kolem
96 %, ovšem na obrazové analýze byla tato hodnota podstatně nižší. Toto lze vysvětlit i velkou neurovnaností polyesterových vláken.
Zakrytí PL vzorku 1,200 1,000
0,956 0,961 0,811
0,997 0,919 0,859
0,800
0,949 0,926 0,887
Naměřené zakrytí Obecný vzorec
0,600
Podle Gooijera
0,400 0,200 0,000 1
2
3
Obrázek 32 Zakrytí PL vzorku Naměřené hodnoty zakrytí viskózových vzorků pomocí NIS-Elements (obrázek 33) jsou v rozmezí 0,764 - 0,817. Jedná se o nejmenší hodnoty plošného zakrytí, nelze opomenout, že by mělo být přihlédnuto k velikosti dostavy osnovy, která je nyní 41,5 cm-1. Viskózové nitě jsou oproti předchozím dvěma materiálům uspořádanější, při snímání obrázku se jeví lesklejší, což umožňuje větší přesnost při zpracování obrazu a měření pomocí obrazové analýzy.
Zakrytí VI vzorku 1,200
0,896
0,800
0,972 0,931
0,978 0,890 0,817
0,946
1,000
0,764
0,781
0,600
Naměřené zakrytí Obecný vzorec Podle Gooijera
0,400 0,200 0,000 1
2
3
Obrázek 33 Zakrytí VI vzorku 56
Porovnání zakrytí Na obrázcích 34, 35 je zobrazen vztah mezi naměřenými hodnotami zakrytí z obrazové analýzy v porovnání s teoretickým výpočtem zakrytí podle Gooijera a obecným výpočtem zakrytí. Z obou grafů nám vyplývá slabá závislost mezi těmito modely. Naměřené hodnoty z NIS-Elements jsou srovnatelné s teoretickým výpočtem zakrytí dle Gooijera.
Porovnání zakrytí
Zakrytí podle obecného vzorce [-]
1,02 1 0,98 0,96 0,94
y = -7,8526x 2 + 13,574x - 4,8915 R2 = 0,3931
0,92 0,9 0,88 0,740
0,760
0,780
0,800
0,820
0,840
0,860
0,880
0,900
Naměřené zakrytí [-]
Obrázek 34 Porovnání zakrytí I. Porovnáním naměřeného zakrytí a zakrytí vypočítaného z obecného vzorce je možné zjistit, že nejbližší hodnota je 0,811 a 0,956, čili hodnota patřící 5. vzorku PL 42-25.
Zakrytí podle Gooijera [-]
Porovnání zakrytí 0,99 0,98 0,97 0,96 0,95 0,94
y = -0,3254x 2 + 0,3403x + 0,8927 R2 = 0,1609
0,93 0,92 0,91 0,740
0,760
0,780
0,800
0,820
0,840
0,860
0,880
0,900
Naměřeně zakrytí [-]
Obrázek 35 Porovnání zakrytí II.
57
U porovnání naměřeného zakrytí s Gooijerem je nejbližší hodnotou 0,996 a 0,945 patřící PA 42-20.
4.3.3 Porózita a průměry pórů Jestliže má vzduch velký prostor (pór) pro proudění mezinitnými póry tkaniny, pak lze říci, že vzduch bude proudit právě těmito póry. Pak můžeme vliv póru uvnitř nití na prodyšnost tkaniny zanedbat, v tomto případě se jedná o neprodyšnou tkaninu. Problémem je ovšem velmi hustě dostavená plátnová tkanina, ačkoli je vyrobena z hladkých multifilováých přízí a žádná odstávající vlákna obvykle nezabraňují proudění vzduchu. Velikost mezinitných pórů je i tak malý, že vzduch pak prochází přes povrchové vrstvy nití. Tabulka 12 zobrazuje naměřené průměry póru v obrazové analýze s teoretickým výpočtem průměru póru.
v grafu
Označení
Tabulka 12 Naměřené průměry pórů Vzorky
Naměřený dp [mm] (útek)
Vypočítaný dp [mm] (útek)
1.
PA 42-12
0,032
0,012
2.
PA 42-16
0,026
0,014
3.
PA 42-20
0,020
0,016
4.
PL 42- 21
0,078
0,016
5.
PL 42- 25
0,056
0,015
6.
PL 42- 29
0,029
0,015
7.
VI 41,5-22
0,129
0,014
8.
VI 41,5-26
0,082
0,013
9.
VI 41,5-30
0,039
0,017
Plošná porózita tkanin je funkcí průměrů a dostav osnovních a útkových nití. Předpokládá se, že u plátnové vazby se porózita snižuje o to víc, čím je větší dostava útku. Toto platí pro hodnoty naměřených průměrů pórů (viz. obrázek 36). Jsou zde patrné větší rozdíly než u vypočítaných průměrů póru. Opět to lze přisuzovat subjektivnímu měření na obrazové analýze. U naměřených průměru pórů jsou hodnoty velmi podobné.
58
Obrázek 36 Porovnání průměrů pórů Pomocí obrazové analýzy u naprahovaných snímků tkanin je možné změřit průměry pórů mezi nitěmi. Průměry pórů jsou v obrazové analýze zjištěny vztahem dp = π (Pr0+Pr45+ Pr90+Pr135)/4,
(26)
kde Pr jsou vzdálenosti od hranic objektu póru ve směrech 0°, 45°, 90° a 135° od osy objektu. V tabulce 12 jsou porovnány naměřené hodnoty s vypočítanými hodnotami průměru póru mezi nitěmi tkaniny dp [mm] dle vztahu 1 − d o (d u ), Do ( Du )
(27)
Objemová porózita dle Militkého Dalším výpočtem porózity může být metoda podle Militkého [16]. Vlivem provázání dochází ve vazební buňce ke zkrácení útkové, resp. osnovní nitě. Je zde tedy počítáno s délkou zvlnění útku a délkou zvlnění osnovy danou vztahem
lCU = 1,16d u + 2
lCO = 1,16 d o + 2
1 Du
2
,
1 , 2 Do
(28a)
(28b)
kde jsou hodnoty do,du a Do,Du získány z tabulek 2 a 5. V tabulce 13 jsou vypočteny délky zvlnění osnovních a útkových nití.
59
Tabulka 13 Délka zvlnění osnovy a útku Délka zvlnění útku a osnovy lCU [m] 8,92*10-4 PA 42-12 6,99*10-4 PA 42-16 5,85*10-4 PA 42-20 5,08*10-4 PL 42- 21 4,54*10-4 PL 42- 25 3,98*10-4 PL 42- 29 5,18*10-4 VI 41,5-22 4,53*10-4 VI 41,5-26 3,86*10-4 VI 41,5-30
lCO [m] 3,45*10-4 3,47*10-4 3,48*10-4 3,49*10-4 3,34*10-4 3,21*10-4 3,16*10-4 3,23*10-4 3,23*10-4
Z hodnot uvedených v tabulce 13 byla posouzena délka zvlnění jednotlivých osnovních a útkových nití a rovněž byl porovnán rozdíl mezi nimi. Největší hodnota této charakteristiky u útkových nití byla teoreticky zjištěna u vzorku PA 42-12. S rostoucí dostavou útkových nití u sady polyamidových vzorků dochází k menšímu zvlnění. Tento jev byl pozorován také u všech ostatních sad vzorků. Čím menší velikost dostavy útkových nití, tím větší zvlnění útku a naopak. Experimentální dostava osnovních nití byla u všech dostupných vzorků ze všech sad téměř totožná. Z tohoto důvodu se délka zvlnění osnovních nití pohybuje ve velice podobných hodnotách a v některých případech se téměř neliší. Následujícími vztahy (29), (30) je vypočten objem nití. Ve výpočtu byl přijat předpoklad kruhového průřezu nití a dále byla použita korekce navržená opět Militkým a dalšími autory, kteří se na tomto příspěvku podíleli. Korekce představuje konstantu o hodnotě 1,16. Je třeba zmínit, že korekce byla původně navržena pro odlišné tkaniny (viz. kapitola 3.4). Tato korekce byla vyzkoušena na zkoumaných sadách vzorků a výsledky jsou uvedený v tabulce 14.
vu ∗ = vo ∗ =
πd u 2 4
πd o 2 4
ve =
1,16d o + 2
1,16d u + 2
(d u + d o ) . (Du ∗ Do )
1 Do
2
.,
2
.,
1 Du
(29a) (29b) (30)
60
Tabulka 14 udává vypočtené hodnoty objemů mezinitných pórů nití. Tyto hodnoty jsou relativně nízké a jsou udávány v m3.
Tabulka 14 Objem osnovy a útku a celkový objem vu ∗ vo ∗ -11 2,38 x10 3,77 x10-11 PA 42-12 3,03 x10-11 2,31 x10-11 PA 42-16 -11 2,56 x10 2,17 x10-11 PA 42-20 0,73 x10-11 2,24 x10-11 PL 42-21 -11 1,68 x10 1,04 x10-11 PL 42-25 1,25 x10-11 0,86 x10-11 PL 42-29 1,47 x10-11 1,32 x10-11 VI 41,5-22 -11 1,13 x10 1,25 x10-11 VI 41,5-25 0,82 x10-11 1,21 x10-11 VI 41,5-30
ve 10,50 x10-11 7,83 x10-11 6,17 x10-11 4,55 x10-11 3,97 x10-11 3,16 x10-11 4,61 x10-11 3,71 x10-11 3,05 x10-11
Největší hodnota objemu osnovních mezinitých pórů byla vypočítána u vzorku PA 42-20. Naopak nejnižší byla zjištěna u vzorku VI 41,5–22. V tomto případě nelze potvrdit klesající tendenci, která byla pozorována u předchozích vztahů. Obecně lze však říci, že největší objem osnovních mezinitních pórů se vyskytuje o sady polyamidových vzorků. U objemu mezinitních útkových pórů se projevují mnohem větší rozdíly v jejich velikosti. Nejvyšší objem byl opět vypočítán u sady polyamidových vzorků (nejvyšší u vzorku PA 42-12, nejnižší u vzorku PA 42-20), zatímco hodnota této charakteristiky se u zbylých dvou sad vzorků pohybovala v intervalu 0,86 až 1,04 pro polyesterové vzorky a 0,82 až 1,32 pro viskózové vzorky. Vztah průměru osnovních a útkových nití a velikosti dostavy osnovních a útkových nití byl nakonec posouzen dle vzorce (30). V tomto případě výsledné hodnoty vykazovaly poměrně vysoký skok mezi sadou polyamidových tkanin 6,17 až 10,5 a ostatními sadami vzorků (3,16 až 4,55 pro polyesterové vzorky a 3,05 až 4,61 pro viskózové vzorky). Objemová porózita dle Militkého je vypočtena vztahem (31) a výsledné hodnoty udává tabulka 15
Pv = 1 −
vu + v o . ve
(31)
61
Tabulka 15 Objemová porózita Pv [-] PA 42-12 PA 42-16 PA 42-20 PL 42- 21 PL 42- 25 PL 42- 29 VI 41,5-22 VI 41,5-26 VI 41,5-30
0,42 0,32 0,23 0,35 0,31 0,33 0,39 0,36 0,33
Výpočet pórovitosti (porózity) dle [16] obsahuje korekci 1,16, avšak jak již bylo zmíněno v předchozím odstavci, tato úprava byla původně navržena pro vlna/PET tkaniny. Získané hodnoty objemové porózity se ve výsledku mezi jednotlivými vzorky příliš neliší. Za tímto účelem byly tyto hodnoty také vzájemně posouzeny s porózitou vypočítanou podle Gooijera a rovněž porózitou, která byla získána experimentálním měřením zakrytí na obrazové analýze. Lze konstatovat, že objemová porózita dle [16] je větší než oba zbývající použité způsoby pro zjišťování porózity. Tento jev je možné vysvětlit právě použitou korekcí. Pro použité vzorky by bylo vhodné navrhnout jinou konstantu. Tato úprava však vyžaduje mnohem rozsáhlejší experiment, ve kterém by bylo nutné zaměřit se na jednotlivé charakteristiky, které jsou součástí použitého vzorce. V první řadě je nutné experimentálně zjistit, jaká je skutečná délka zvlnění osnovních a útkových nití pro jednotlivé typy použitých tkanin (např. setkání ve tkanině v porovnání délky nezatkané nitě). K takovému experimentu je však potřeba větší počet vzorků než jaký byl k dispozici. Z takto zjištěného rozdílu lze navrhnout určitou korekci, která by umožnila počítat se zatkáním nití, tedy s délkou zvlnění nití, aniž by byl prováděn rozsáhlý a časově náročný experiment. Již nyní lze říci, že hodnota korekce by měla být pravděpodobně vyšší než je tomu nyní, protože vlna (tedy použitý vzorek v originálním experimentu) v kombinaci s PET má tendence k větší pružnosti, zatímco např. VI je pevnější.
62
Tabulka 16 Porovnání porózity P naměřená ze zakrytí [-] 0,017 0,007 0,004 0,003 0,044 0,074 0,104 0,110 0,069
P podle Gooijera [-] 0,085 0,033 0,055 0,081 0,039 0,051 0,054 0,022 0,028
Z tabulky vyplývá, že naměřená porózita má ve většině případech nižší hodnoty než porózita stanovená podle Gooijera. Při výpočtu objemu mezinitních pórů se jako další zjednodušení nabízí použití stávajících nebo za tímto účelem nově navržených vzorců pro teoretický výpočet průměru osnovních a útkových mezitních pórů (např. [17]). V tomto případě byla tato charakteristika získána experimentálním měřením, avšak nalezení vhodného vzorce pro výpočet průměrů pórů by celou problematiku zjednodušil. Průměr pórových buněk lze také odvodit z jednotlivých vzorců pro výpočet obsahu pórových buněk uvedených v příspěvku [4]. Na obrázku 37 je jasně patrný rozdíl pórovitosti vypočítané z naměřeného zakrytí pomocí obrazové analýzy a pórovitosti stanovené podle Gooijera. První čtyři vzorky (konkrétně všechny 3 polyamidové a 1 polyesterový vzorek s nejmenší dostavou v útku) mají nižší pórovitost naměřenou ze zakrytí. U zbylých vzorků byla poté zjištěna větší pórovitost z naměřeného zakrytí, než u výpočtu dle Goojiera. Toto odpovídá i prvotnímu odhadu propustnosti vzduchu textilií, který je možné určit ze snímku z konfokálního mikroskopu.
63
Porovnání pórovitosti 0,12
Pórovitost [-]
0,1 0,08 naměřená ze zakrytí
0,06
podle Gooijera
0,04 0,02 0 1
2
3
4
5
6
7
8
9
Vzorky
Obrázek 37 Porovnání pórovitosti Obrázek 38 ukazuje rozdíl mezi polyamidovým vzorkem a viskózovým vzorkem. Na snímku z konfokálního mikroskopu jsou póry myšlena bílá místa. Polyamidový vzorek nemá tato místa téměř žádná. Oproti tomu viskózový vzorek obsahuje řadu pórů, z čehož vyplývá, že je prodyšnější.
PA 42-12 VI 41,5-22 Obrázek 38 Rozdíl v pórovitosti vzorků
64
Závěr Cílem práce bylo porovnání vybraných teoretických modelů určených pro výpočet plošného zakrytí tkanin s naměřenými hodnotami získaných pomocí obrazové analýzy. Pro snímání byly vybrány polyamidové, polyesterové a viskózové vzorky tkanin. Tyto vzorky se lišily zejména dostavami útků. Jednalo se vždy o vzorek jednoho druhu materiálu se třemi různými počty dostav v plátnové vazbě. Vzorky byly snímány na konfokálním mikroskopu, který má stále největší využití ve výzkumu malých strojních součástek využívající schopnost 3D snímání. Ovšem současné vědecké práce nacházejí stále více využití konfokálního rastrovacího mikroskopu i v jiných odvětvích, zejména pak ve zdravotnictví a materiálovém výzkumu. Součástí této práce bylo také určení vhodnosti použití konfokálního mikroskopu v kombinaci s obrazovou analýzou NIS-Elements pro zkoumání parametrů struktury textilií vycházející z 2D a 3D snímků. Velkou výhodou je bezesporu kvalita snímků pořízených z konfokálního mikroskopu. Ovšem další zpracování v obrazové analýze vnáší do problematiky opět potaz na subjektivní nastavení a zpracování snímků, umožňující nespočetnými funkcemi obrazové analýzy. Pro zjišťování plošného zakrytí tkanin bylo zvoleno snímání 2D, popřípadě snímání tzv. „zrcátko“. Tato metoda se ukázala vhodnou zejména pro zjišťování porózity tkanin. Plošné zakrytí tkanin bylo zjišťováno z obrazů pořízených z konfokálního mikroskopu. Nejprve bylo zakrytí vypočteno ze základního obecného vzorce, který je nejrozšířenější metodou pro výpočet zakrytí. Poté bylo plošné zakrytí určeno ze vzorců dle Gooijera. Toto zakrytí bylo vypočteno z porózity tkanin, která byla zjištěna díky „zrcátku“. Dále bylo zakrytí počítáno z objemové porózity dle Militkého. Tato metoda se ale ukázala pro tento druh textilií nevhodnou. Z grafů vyplývá, že naměřené hodnoty mají většinou nižší hodnotu, než hodnoty z teoretických modelů. Protože se jedná o nejhustší plátnovou vazbu, dalo se předpokládat že zakrytí se blíží svými hodnotami k 1. Co se týče přesnosti, jsou naměřená data z obrazové analýzy přijatelnější, přestože nelze úplně zanedbat
65
subjektivitu měřeného obrazu danou výběrem obsluhy. V teoretickém výpočtu je pak brán ohled na přesnost výpočtu nebo zaokrouhlení výsledných hodnot. U porózity, která úzce souvisí se zakrytím tkanin, byl jasně patrný rozdíl pórovitosti vypočítané z naměřeného zakrytí pomocí obrazové analýzy a pórovitosti vypočítané podle Gooijera. Tyto výpočty odpovídaly i prvotnímu odhadu propustnosti vzduchu textilií, kterou je možné určit vizuálním zkoumáním ze snímku z konfokálního mikroskopu.
66
Literatura [1]
Neckář, B.: Dvanáct přednášek z textilního inženýrství, TU v Liberci, 1998.
[2]
Novotná, J.: Propustnost tkanin z multifilu v závislosti na struktuře. Diplomová práce. TU Liberec 2008.
[3]
Hloch, S [et al.]: Struktura, vlastnosti, diagnostika a technologie textilií. Vydavateľstvo Michala Vaška, 2006.
[4]
Gooijer, H.: Flow resistance of textile materials, Thesis UT Enschede, 1998. ISBN 90-36511240
[5]
Rambouskova, M.: Geometrická struktura tkanin z multifilu. Diplomová práce. TU Liberec: 2008.
[6]
Kovář, R.: Struktura a vlastnosti plošných textilií, TU Liberec, 2002.
[7]
Přednášky
KDE
[online],
[cit.
2012-11-06],
dostupné
na
www:
http://www.ft.tul.cz/depart/kde/studium/predmetyPRILOHY/5_PT0.pdf [8]
Konfokální
mikroskop
[cit.
2012-02-09],
dostupné
na
www:
http://www.vesmir.cz/clanek/konfokalni-mikroskop [9]
Automatic Volumetric Measurement of Nanofiber Webs using Metaball Approximation Based on Scanning Elekcron Microscope Images, 2009.
[10]
Stereologie seminář 3. FT TUL KHT. 2012.
[11]
Nové metody optické mikroskopie. (Czech) [New methods in the optical microscopy]. Pokroky matematiky, fyziky a astronomie, vol. 41 (1996).
[12]
Kubínová, L., Janáček, J., Karen, P., Radochová, B., Difato, F., Krekule, I.: Confokal Stereology and Image Analysis: Methods for Estimating Geometrical Characteristics of Cells and Tissues from Three-Dimensional Confocal Images. Academy of Science of the Czech Republic. 2004.
[13]
Využití konfokální mikroskopie v materiálovém výzkumu[online], [cit. 201211-06], dostupné na www: http://vct.tul.cz/prac_an_vl5.php
[14]
Smékal, P.: Experimentální metody biofyziky: Světelná a elektronová mikroskopie. Ostravská univerzita. 1995.
[15]
Backer, S.: The relationship between the structural geometry of a textile fabric and its physical properties, Part IV: Interstice geometry and air permeability, Textile Research Journal 21, 1951, str. 703 – 713.
67
[16]
Volume
Porosity
[cit.
2012-11-06],
dostupné
na
www:
http://centrum.tul.cz/centrum/centrum/1Projektovani/.2_publikace/%5B1.2.30 %5D [17]
Šindelková, L.: Hodnocení vztahu mezi prodyšností a strukturou tkaniny, Diplomová práce, TU v Liberci, 2007.
[18]
Manuály Olympus Lext3100.
[19]
Obrazová analýza NIS-Elements [cit. 2012-11-06], dostupné na www: http://www.nis-elements.cz/cs/front-page
[20]
IN 23-107-01/01 Porosita a plošné zakrytí tkanin.
[21]
Šafaříková, A.: Vztah mezi strukturou a prodyšností multifilových tkanin, Diplomová práce, TU v Liberci, 2013.
Seznam příloh Příloha 1: Parametry tkanin doložené dodavatelem Příloha 2: Naměřené hodnoty pomocí obrazové analýzy – průměry nití a pórů Příloha 3: Statistické výpočty intervalů spolehlivosti
68
Příloha 1: Parametry tkanin doložené dodavatelem Tabulka P1 Upřesňující údaje měřených vzorků PA PLÁTNO D režná D hotová Jemnost [dtex] Materiál osnova 42 42,5 220 f36 PADh 6 SD LEA útek 12 12 220 f36 PADh 6 SD LEA 16 16 20 20 PL osnova 42 42,5 78 dtex f36x1 t0 PESh útek 21 21 165 dtex f48 Z 160 PESh 25 25 29 29 VI osnova 41,5 43,5 133 f20 S120 VSh lesk MOGILEV útek 22 133 f48 t0 VSh lesk CHEV JILIN ENKA 26 30 pozn.: f - počet fibryl Z (S ) - zákrut
Item 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. Feature Length [µm]
Průměry nití ve vazném bodě Length [µm] class 245,99 1,00 231,83 1,00 227,05 1,00 219,96 1,00 239,07 1,00 246,87 1,00 231,85 1,00 229,01 1,00 223,05 1,00 231,05 1,00 250,16 1,00 240,01 1,00 231,21 1,00 219,98 1,00 224,57 1,00 Mean St.Dev Minimum 232,78 9,35 219,96
Tabulka P2 PA 42-12 (osnova) v NIS-Elements
Maximum 246,87
Item 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. Feature Length [µm]
PA 42-12 (osnova)
Příloha 2: Naměřené hodnoty průměru nití pomocí obrazové analýzy
Průměry nití mimo vazný bod Length [µm] class 208,19 1,00 184,48 1,00 189,45 1,00 177,38 1,00 191,63 1,00 199,97 1,00 185,02 1,00 190,01 1,00 189,58 1,00 190,02 1,00 208,36 1,00 182,45 1,00 179,86 1,00 186,87 1,00 190,11 1,00 Mean St.Dev Minimum 190,23 8,76 177,38
Maximum 208,19
Item 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. Feature Length [µm]
Průměry nití ve vazném bodě Length [µm] class 300,49 1,00 293,39 1,00 272,10 1,00 276,83 1,00 326,52 1,00 299,87 1,00 299,56 1,00 287,67 1,00 288,14 1,00 309,88 1,00 289,66 1,00 279,78 1,00 287,53 1,00 296,78 1,00 299,76 1,00 Mean St.Dev Minimum 293,87 13,08 272,10
Tabulka P3 PA 42-12 (útek) v NIS-Elements
Maximum 326,52
Item 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. Feature Length [µm]
PA 42-12 (útek) Průměry nití mimo vazný bod Length [µm] class 321,82 1,00 296,70 1,00 277,65 1,00 315,97 1,00 270,98 1,00 318,89 1,00 297,69 1,00 290,15 1,00 308,82 1,00 280,91 1,00 295,02 1,00 295,89 1,00 289,11 1,00 306,94 1,00 281,02 1,00 Mean St.Dev Minimum 296,50 14,98 270,98
Maximum 321,82
Item 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. Feature Length [µm]
Průměry nití ve vazném bodě Length class 241,26 1,00 236,53 1,00 224,69 1,00 231,89 1,00 243,79 1,00 242,08 1,00 237,65 1,00 225,11 1,00 229,88 1,00 220,69 1,00 239,87 1,00 232,60 1,00 240,11 1,00 243,78 1,00 244,53 1,00 Mean St.Dev Minimum 235,63 7,47 220,69
Tabulka P4 PA 42-16 (osnova) v NIS-Elements
Maximum 244,53
Item 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. Feature Length [µm]
PA 42-16 (osnova) Průměry nití mimo vazný bod Length class 205,78 1,00 182,11 1,00 193,94 1,00 179,81 1,00 189,21 1,00 207,78 1,00 180,11 1,00 196,94 1,00 178,81 1,00 190,21 1,00 203,87 1,00 183,41 1,00 181,15 1,00 189,21 1,00 190,21 1,00 Mean St.Dev Minimum 190,17 9,42 178,81
Maximum 207,78
Item 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. Feature Length [µm]
Průměry nití ve vazném bodě Length [µm] class 295,76 1,00 302,86 1,00 295,76 1,00 274,46 1,00 283,93 1,00 290,74 1,00 301,80 1,00 294,35 1,00 278,46 1,00 285,63 1,00 292,73 1,00 301,86 1,00 296,11 1,00 279,83 1,00 284,03 1,00 Mean St.Dev Minimum 290,55 8,72 274,46
Tabulka P5 PA 42-16 (útek) v NIS-Elements
Maximum 302,86
Item 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. Feature Length [µm]
PA 42-16 (útek) Průměry nití mimo vazný bod Length [µm] class 298,16 1,00 293,74 1,00 275,12 1,00 270,57 1,00 320,68 1,00 296,16 1,00 295,64 1,00 273,78 1,00 269,67 1,00 319,68 1,00 295,86 1,00 285,72 1,00 274,25 1,00 285,66 1,00 320,11 1,00 Mean St.Dev Minimum 291,65 17,19 269,67
Maximum 320,68
Item 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. Feature Length [µm]
Průměry nití ve vazném bodě Length [µm] class 241,25 1,00 236,61 1,00 236,42 1,00 231,88 1,00 234,07 1,00 240,25 1,00 238,61 1,00 239,42 1,00 232,28 1,00 231,96 1,00 240,55 1,00 234,01 1,00 232,42 1,00 236,88 1,00 234,07 1,00 Mean St.Dev Minimum 236,04 3,24 231,88
Tabulka P6 PA 42-20 (osnova) v NIS-Elements
Maximum 241,25
Item 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. Feature Length [µm]
PA 42-20 (osnova) Průměry nití mimo vazný bod Length [µm] class 210,55 1,00 189,22 1,00 198,67 1,00 184,49 1,00 193,94 1,00 208,55 1,00 186,92 1,00 195,73 1,00 186,09 1,00 194,94 1,00 210,05 1,00 188,82 1,00 196,67 1,00 195,05 1,00 190,92 1,00 Mean St.Dev Minimum 195,38 8,20 184,49
Maximum 210,55
Item 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. Feature Length [µm]
Průměry nití ve vazném bodě Length [µm] class 286,29 1,00 312,32 1,00 291,03 1,00 279,20 1,00 286,29 1,00 284,49 1,00 310,32 1,00 296,13 1,00 275,66 1,00 289,29 1,00 283,23 1,00 307,82 1,00 294,33 1,00 278,60 1,00 290,41 1,00 Mean St.Dev Minimum 291,03 11,03 275,66
Tabulka P7 PA 42-20 (útek) v NIS-Elements
Maximum 312,32
Item 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. Feature Length [µm]
PA 42-20 (útek) Průměry nití mimo vazný bod Length [µm] class 300,60 1,00 298,34 1,00 275,58 1,00 255,82 1,00 284,06 1,00 298,60 1,00 296,45 1,00 273,98 1,00 257,92 1,00 281,36 1,00 297,69 1,00 284,34 1,00 281,58 1,00 270,15 1,00 286,76 1,00 Mean St.Dev Minimum 282,88 13,84 255,82
Maximum 300,60
Item 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. Feature Length [µm]
Průměry nití ve vazném bodě Length [µm] class 238,93 1,00 227,25 1,00 248,44 1,00 229,43 1,00 241,26 1,00 234,93 1,00 229,85 1,00 244,64 1,00 230,42 1,00 242,36 1,00 231,93 1,00 231,68 1,00 246,24 1,00 239,43 1,00 239,12 1,00 Mean St.Dev Minimum 23706,56 653,51 22725,51
Tabulka P8 PL 42-21 (osnova) v NIS-Elements
Maximum 24844,61
Item 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. Feature Length [µm]
PL 42-21 (osnova) Průměry nití mimo vazný bod Length [µm] class 194,07 1,00 180,00 1,00 189,27 1,00 186,90 1,00 212,88 1,00 198,47 1,00 185,67 1,00 185,47 1,00 187,80 1,00 210,78 1,00 198,77 1,00 182,34 1,00 183,67 1,00 183,60 1,00 209,67 1,00 Mean St.Dev Minimum 192,62 10,63 180,00
Maximum 212,88
Item 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. Feature Length [µm]
Průměry nití ve vazném bodě Length [µm] class 191,65 1,00 177,45 1,00 201,11 1,00 179,82 1,00 191,65 1,00 189,65 1,00 183,45 1,00 200,03 1,00 180,82 1,00 198,95 1,00 198,55 1,00 183,45 1,00 178,91 1,00 183,12 1,00 186,43 1,00 Mean St.Dev Minimum 188,34 7,98 177,45
Tabulka P9 PL 42-21 (útek) v NIS-Elements
Maximum 201,11
Item 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. Feature Length [µm]
PL 42-21 (útek) Průměry nití mimo vazný bod Length [µm] class 172,72 1,00 165,62 1,00 168,62 1,00 158,60 1,00 161,05 1,00 160,62 1,00 169,82 1,00 162,32 1,00 158,97 1,00 167,85 1,00 162,57 1,00 166,81 1,00 167,83 1,00 160,66 1,00 166,75 1,00 Mean St.Dev Minimum 164,72 4,17 158,60
Maximum 172,72
Item 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. Feature Length [µm]
Průměry nití ve vazném bodě Length [µm] class 229,43 1,00 205,78 1,00 208,19 1,00 217,80 1,00 224,69 1,00 229,13 1,00 208,98 1,00 209,39 1,00 216,50 1,00 224,76 1,00 219,46 1,00 218,98 1,00 213,19 1,00 221,98 1,00 209,39 1,00 Mean St.Dev Minimum 217,18 7,54 205,78
Tabulka P10 PL 42-25 (osnova) v NIS-Elements
Maximum 229,43
Item 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. Feature Length [µm]
PL 42-25 (osnova) Průměry nití mimo vazný bod Length [µm] class 194,17 1,00 156,12 1,00 184,49 1,00 163,26 1,00 205,78 1,00 198,77 1,00 159,82 1,00 188,41 1,00 167,86 1,00 201,43 1,00 197,57 1,00 159,71 1,00 186,29 1,00 168,02 1,00 179,76 1,00 Mean St.Dev Minimum 180,76 16,46 156,12
Maximum 205,78
Item 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. Feature Length [µm]
Průměry nití ve vazném bodě Length [µm] class 179,82 1,00 184,55 1,00 205,85 1,00 210,58 1,00 201,11 1,00 180,82 1,00 187,55 1,00 208,95 1,00 209,68 1,00 203,41 1,00 181,02 1,00 187,65 1,00 203,25 1,00 193,88 1,00 207,61 1,00 Mean St.Dev Minimum 196,38 11,32 179,82
Tabulka P11 PL 42-25 (útek) v NIS-Elements
Maximum 210,58
Item 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. Feature Length [µm]
PL 42-25 (útek) Průměry nití mimo vazný bod Length [µm] class 184,57 1,00 203,98 1,00 208,43 1,00 203,60 1,00 203,58 1,00 188,67 1,00 207,68 1,00 204,56 1,00 202,40 1,00 201,23 1,00 189,87 1,00 203,38 1,00 203,19 1,00 207,50 1,00 199,87 1,00 Mean St.Dev Minimum 200,84 7,00 184,57
Maximum 208,43
Item 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. Feature Length [µm]
Průměry nití ve vazném bodě Length [µm] class 205,78 1,00 177,38 1,00 212,88 1,00 196,31 1,00 208,14 1,00 202,58 1,00 179,88 1,00 208,38 1,00 199,83 1,00 205,64 1,00 207,81 1,00 185,41 1,00 209,43 1,00 198,61 1,00 203,42 1,00 Mean St.Dev Minimum 200,10,29 10,58 177,38
Tabulka P12 PL 42-29 (osnova) v NIS-Elements
Maximum 20,943
Item 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. Feature Length [µm]
PL 42-29 (osnova) Průměry nití mimo vazný bod Length [µm] class 189,22 1,00 179,81 1,00 182,11 1,00 165,56 1,00 184,49 1,00 183,42 1,00 174,21 1,00 185,64 1,00 178,96 1,00 184,47 1,00 170,22 1,00 174,51 1,00 180,31 1,00 188,96 1,00 181,69 1,00 Mean St.Dev Minimum 180,24 6,45 165,56
Maximum 189,22
Item 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. Feature Length [µm]
Průměry nití ve vazném bodě Length [µm] class 194,02 1,00 201,11 1,00 210,58 1,00 191,83 1,00 191,65 1,00 193,83 1,00 207,69 1,00 209,58 1,00 194,55 1,00 197,61 1,00 196,72 1,00 200,31 1,00 191,76 1,00 193,15 1,00 192,64 1,00 Mean St.Dev Minimum 197,80 6,41 191,65
Tabulka P13 PL 42-29 (útek) v NIS-Elements
Maximum 210,58
Item 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. Feature Length [µm]
PL 42-29 (útek) Průměry nití mimo vazný bod Length [µm] class 196,44 1,00 185,10 1,00 170,42 1,00 178,02 1,00 198,76 1,00 193,54 1,00 188,72 1,00 173,82 1,00 179,15 1,00 194,61 1,00 191,34 1,00 187,32 1,00 171,32 1,00 182,04 1,00 195,62 1,00 Mean St.Dev Minimum 185,75 9,18 170,42
Maximum 198,76
Item 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. Feature Length [µm]
Průměry nití ve vazném bodě Length [µm] class 191,59 1,00 205,89 1,00 179,76 1,00 170,35 1,00 203,74 1,00 197,69 1,00 201,39 1,00 180,76 1,00 176,45 1,00 202,54 1,00 194,69 1,00 201,32 1,00 176,36 1,00 174,21 1,00 197,26 1,00 Mean St.Dev Minimum 190,27 12,07 170,35
Tabulka P14 PL 41,5-22 (osnova) v NIS-Elements
Maximum 205,89
Item 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. Feature Length [µm]
VI 41,5-22 (osnova) Průměry nití mimo vazný bod Length [µm] class 186,84 1,00 175,02 1,00 179,75 1,00 198,68 1,00 170,30 1,00 184,34 1,00 173,52 1,00 178,75 1,00 193,28 1,00 179,87 1,00 183,24 1,00 170,82 1,00 189,75 1,00 191,62 1,00 176,00 1,00 Mean St.Dev Minimum 182,12 8,27 170,30
Maximum 198,68
Item 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. Feature Length [µm]
Průměry nití ve vazném bodě Length [µm] class 231,98 1,00 217,68 1,00 227,34 1,00 236,61 1,00 239,02 1,00 233,48 1,00 218,01 1,00 229,64 1,00 237,52 1,00 236,72 1,00 238,78 1,00 219,21 1,00 226,34 1,00 234,31 1,00 231,24 1,00 Mean St.Dev Minimum 230,53 7,15 217,68
Tabulka P15 PL 41,5-22 (útek) v NIS-Elements
Maximum 239,02
Item 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. Feature Length [µm]
VI 41,5-22 (útek) Průměry nití mimo vazný bod Length [µm] class 215,43 1,00 224,97 1,00 243,75 1,00 239,08 1,00 236,65 1,00 217,69 1,00 228,46 1,00 241,23 1,00 237,65 1,00 239,41 1,00 218,95 1,00 228,41 1,00 240,45 1,00 238,24 1,00 229,27 1,00 Mean St.Dev Minimum 231,98 9,03 215,43
Maximum 243,75
Item 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. Feature Length [µm]
Průměry nití ve vazném bodě Length [µm] class 165,56 1,00 189,27 1,00 165,98 1,00 182,13 1,00 189,58 1,00 168,21 1,00 185,61 1,00 167,91 1,00 184,63 1,00 187,11 1,00 169,44 1,00 185,12 1,00 166,08 1,00 187,74 1,00 183,18 1,00 Mean St.Dev Minimum 178,50 9,46 165,56
Tabulka P16 PL 41,5-26 (osnova) v NIS-Elements
Maximum 189,58
Item 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. Feature Length [µm]
VI 41,5-26 (osnova) Průměry nití mimo vazný bod Length [µm] class 172,67 1,00 175,16 1,00 165,56 1,00 165,83 1,00 201,16 1,00 176,87 1,00 172,43 1,00 168,71 1,00 169,42 1,00 200,13 1,00 175,12 1,00 172,81 1,00 167,19 1,00 168,49 1,00 189,60 1,00 Mean St.Dev Minimum 176,08 11,19 165,56
Maximum 201,16
Item 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. Feature Length [µm]
Průměry nití ve vazném bodě Length [µm] class 236,62 1,00 208,21 1,00 213,68 1,00 241,35 1,00 234,54 1,00 238,45 1,00 209,65 1,00 215,76 1,00 240,13 1,00 236,71 1,00 233,51 1,00 209,94 1,00 217,84 1,00 239,75 1,00 225,84 1,00 Mean St.Dev Minimum 226,76 12,40 208,21
Tabulka P17 PL 41,5-26 (útek) v NIS-Elements
Maximum 241,35
Item 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. Feature Length [µm]
VI 41,5-26 (útek) Průměry nití mimo vazný bod Length [µm] class 229,51 1,00 227,15 1,00 227,19 1,00 220,09 1,00 208,23 1,00 226,43 1,00 228,34 1,00 225,69 1,00 218,59 1,00 209,73 1,00 227,85 1,00 225,62 1,00 224,81 1,00 227,01 1,00 210,28 1,00 Mean St.Dev Minimum 222,43 7,08 208,23
Maximum 229,51
Item 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. Feature Length [µm]
Průměry nití ve vazném bodě Length [µm] class 212,86 1,00 210,97 1,00 208,19 1,00 210,55 1,00 184,48 1,00 210,25 1,00 211,92 1,00 206,54 1,00 209,56 1,00 187,28 1,00 210,64 1,00 209,97 1,00 207,66 1,00 212,25 1,00 188,02 1,00 Mean St.Dev Minimum 205,41 9,57 184,48
Tabulka P18 PL 41,5-30 (osnova) v NIS-Elements
Maximum 212,86
Item 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. Feature Length [µm]
VI 41,5-30 (osnova) Průměry nití mimo vazný bod Length [µm] class 208,14 1,00 215,23 1,00 219,97 1,00 212,86 1,00 220,01 1,00 209,87 1,00 218,67 1,00 216,75 1,00 214,76 1,00 219,86 1,00 209,81 1,00 217,69 1,00 217,69 1,00 214,31 1,00 213,01 1,00 Mean St.Dev Minimum 215,24 3,76 208,14
Maximum 220,01
Item 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. Feature Length [µm]
Průměry nití ve vazném bodě Length [µm] class 177,85 1,00 172,74 1,00 184,57 1,00 201,46 1,00 165,89 1,00 174,56 1,00 176,87 1,00 187,81 1,00 200,45 1,00 168,79 1,00 179,85 1,00 176,34 1,00 186,75 1,00 184,82 1,00 168,78 1,00 Mean St.Dev Minimum 180,50 10,28 165,89
Tabulka P19 PL 41,5-30 (útek) v NIS-Elements
Maximum 201,46
Item 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. Feature Length [µm]
VI 41,5-30 (útek) Průměry nití mimo vazný bod Length [µm] class 16806,07 1,00 19640,17 1,00 19674,32 1,00 17509,24 1,00 15616,35 1,00 16576,97 1,00 19243,62 1,00 19391,29 1,00 17839,47 1,00 15924,50 1,00 16572,11 1,00 19451,81 1,00 19264,59 1,00 17398,44 1,00 16830,53 1,00 Mean St.Dev Minimum 178,49 14,09 156,16
Maximum 196,74
Průměry nití ve vazném bodě Mean St.Dev Minimum 232,78 9,35 219,96
Průměry nití ve vazném bodě Mean St.Dev Minimum 293,87 13,08 272,10
Průměry nití ve vazném bodě Mean St.Dev Minimum 235,63 7,47 220,69
Průměry nití ve vazném bodě Mean St.Dev Minimum 290,55 8,72 274,46
Průměry nití ve vazném bodě Mean St.Dev Minimum 236,04 3,24 231,88
Průměry nití ve vazném bodě Mean St.Dev Minimum 291,03 11,03 275,66
Feature Length [µm]
Feature Length [µm]
Feature Length [µm]
Feature Length [µm]
Feature Length [µm]
Feature Length [µm]
Maximum 312,32
Feature Length [µm]
Maximum Feature 241,25 Length [µm] PA 42-20 (útek)
Maximum Feature 302,86 Length [µm] PA 42-20 (osnova)
Maximum Feature 244,53 Length [µm] PA 42-16 (útek)
Maximum Feature 326,52 Length [µm] PA 42-16 (osnova)
Maximum Feature 246,87 Length [µm] PA 42-12 (útek)
PA 42-12 (osnova)
Tabulka P20 Statistické údaje pro PA v programu NIS-Elements
Průměry nití mimo vazný bod Mean St.Dev Minimum 282,88 13,84 255,82
Průměry nití mimo vazný bod Mean St.Dev Minimum 195,38 8,20 184,49
Průměry nití mimo vazný bod Mean St.Dev Minimum 291,65 23,54 229,67
Průměry nití mimo vazný bod Mean St.Dev Minimum 190,17 9,42 178,81
Průměry nití mimo vazný bod Mean St.Dev Minimum 296,50 14,98 270,98
Průměry nití mimo vazný bod Mean St.Dev Minimum 190,23 8,76 177,38
Maximum 300,60
Maximum 210,55
Maximum 320,68
Maximum 207,78
Maximum 321,82
Maximum 208,19
Length [µm]
Feature
Length [µm]
Feature
Length [µm]
Feature
Length [µm]
Feature
Length [µm]
Feature
Length [µm]
Feature
6,53
227,25
7,98
177,45
7,54
205,78
11,32
179,82
10,58
177,38
197,80
6,41
191,65
Průměry nití ve vazném bodě Mean St.Dev Minimum
200,10
Průměry nití ve vazném bodě Mean St.Dev Minimum
196,38
Průměry nití ve vazném bodě Mean St.Dev Minimum
217,18
Průměry nití ve vazném bodě Mean St.Dev Minimum
188,34
Průměry nití ve vazném bodě Mean St.Dev Minimum
237,06
Průměry nití ve vazném bodě Mean St.Dev Minimum Feature
Feature
Feature
Feature
Feature
210,58
Maximum
Length [µm]
Feature
209,43 Length [µm] PL 42-29 (útek)
Maximum
210,58 Length [µm] PL 42-29 (osnova)
Maximum
229,43 Length [µm] PL 42-25 (útek)
Maximum
201,11 Length [µm] PL 42-25 (osnova)
Maximum
248,44 Length [µm] PL 42-21 (útek)
Maximum
PL 42-21 (osnova)
Tabulka P21 Statistické údaje pro PL v programu NIS-Elements
10,63
180,00
4,17
158,60
16,46
156,12
7,00
184,57
6,45
165,56
185,75
9,18
170,42
Průměry nití mimo vazný bod Mean St.Dev Minimum
180,24
Průměry nití mimo vazný bod Mean St.Dev Minimum
200,84
Průměry nití mimo vazný bod Mean St.Dev Minimum
180,76
Průměry nití mimo vazný bod Mean St.Dev Minimum
164,72
Průměry nití mimo vazný bod Mean St.Dev Minimum
192,62
Průměry nití mimo vazný bod Mean St.Dev Minimum
198,76
Maximum
189,22
Maximum
208,43
Maximum
205,78
Maximum
172,72
Maximum
212,88
Maximum
Length [µm]
Feature
Length [µm]
Feature
Length [µm]
Feature
Length [µm]
Feature
Length [µm]
Feature
Length [µm]
Feature
12,07
170,35
7,15
217,68
9,46
165,56
12,40
208,21
9,57
184,48
180,50
10,28
165,89
Průměry nití ve vazném bodě Mean St.Dev Minimum
205,41
Průměry nití ve vazném bodě Mean St.Dev Minimum
226,76
Průměry nití ve vazném bodě Mean St.Dev Minimum
178,50
Průměry nití ve vazném bodě Mean St.Dev Minimum
230,53
Průměry nití ve vazném bodě Mean St.Dev Minimum
190,27
Průměry nití ve vazném bodě Mean St.Dev Minimum Feature
Feature
Feature
Feature
Feature
201,46
Maximum
Length [µm]
Feature
212,86 Length [µm] VI 41,5-30 (útek)
Maximum
241,35 Length [µm] VI 41,5-30 (osnova)
Maximum
189,58 Length [µm] VI 41,5-26 (útek)
Maximum
239,02 Length [µm] VI 41,5-26 (osnova)
Maximum
205,89 Length [µm] VI 41,5-22 (útek)
Maximum
VI 41,5-22 (osnova)
Tabulka P22 Statistické údaje pro PL v programu NIS-Elements
8,27
170,30
9,03
215,43
11,19
165,56
7,08
208,23
3,76
208,14
178,49
14,09
156,16
Průměry nití mimo vazný bod Mean St.Dev Minimum
215,24
Průměry nití mimo vazný bod Mean St.Dev Minimum
222,43
Průměry nití mimo vazný bod Mean St.Dev Minimum
176,08
Průměry nití mimo vazný bod Mean St.Dev Minimum
231,98
Průměry nití mimo vazný bod Mean St.Dev Minimum
182,12
Průměry nití mimo vazný bod Mean St.Dev Minimum
196,74
Maximum
220,01
Maximum
229,51
Maximum
201,16
Maximum
243,75
Maximum
198,68
Maximum
4,81 2,59 5,05 29,17 27,28 13,26 8,3 5,39 4,35
32,14 26,02 20,81 78,15 56,57 29,5 126,86 81,99 39,36
Length [µm]
PA 42-12
PA 42-16
PA 42-20
PL 42- 21
PL 42- 25
PL 42- 29
VI 41,5-22
VI 41,5-26
VI 41,5-30
St.Dev
Mean
Feature
Vzorky
Tabulka P23 Naměřené průměry pórů (šířky pórů mezi útkovými nitěmi) v NIS-Elements
Naměřené hodnoty průměru pórů pomocí obrazové analýzy
35,47
75,71
113,57
16,55
23,66
49,68
11,82
23,65
23,65
Minimum
47,36
89,91
134,95
54,88
92,76
132,69
26,02
30,75
37,39
Maximum
do dolní mez [µm] 206,34 208,77 213,92 211,23 194,80 184,32 179,52 172,06 205,04
do horní mez [µm]
216,67
217,03
217,50
218,45
203,14
196,02 192,87 182,52 215,61
Vzorky
PA 42-12
PA 42-16
PA 42-20
PL 42-21
PL 42-25
PL 42-29 VI 41,5-22 VI 41,5-26 VI 41,5-30
Tabulka P24 95% intervaly spolehlivosti měřených vzorků
Příloha 3: Statistické výpočty intervalů spolehlivosti
195,32 235,21 231,45 185,18
204,87
180,94
293,05
295,92
302,42
du horní mez [µm]
188,23 227,30 217,74 173,81
192,35
172,12
280,86
286,28
287,95
du dolní mez [µm]
