ANALIZA POROZNOSTI IN DRAPIRANJA TEKSTILIJ …Optimalni pretok bazenske vode je izrednega pomena za enakomerno razporeditev dezinfekcijskega sredstva, kot tudi za uničenje mikroorganizmov

UNIVERZA V MARIBORU

FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO

Jasmina SRAKA

ANALIZA POROZNOSTI IN DRAPIRANJA TEKSTILIJ ZA FILTRIRANJE BAZENSKE VODE

Diplomsko delo

univerzitetnega študijskega programa Tekstilstvo

Maribor, september 2009

ANALIZA POROZNOSTI IN DRAPIRANJA TEKSTILIJ ZA FILTRIRANJE BAZENSKE VODE

Diplomsko delo

Študentka: Jasmina SRAKA Študijski program: Univerzitetni študijski program Tekstilstvo

Smer: Oblačilno inženirstvo

Mentor: izr.prof.dr. Polona DOBNIK DUBROVSKI

Somentor: doc.dr. Simona JEVŠNIK

Maribor, september 2009

I Z J A V A Podpisana, Jasmina Sraka, izjavljam, da:

• je bilo predloženo diplomsko delo opravljeno samostojno pod mentorstvom izr. prof.

dr. Polone Dobnik Dubrovski in somentorstvom doc. dr. Simone Jevšnik;

• predloženo diplomsko delo v celoti ali v delih ni bilo predloženo za pridobitev

kakršnekoli izobrazbe na drugi fakulteti ali univerzi;

• soglašam z javno dostopnostjo diplomskega dela v knjižnici tehniških fakultet

Univerze v Mariboru.

Maribor, _______________ Podpis: ________________________

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorici, Poloni Dobnik Dubrovski in somentorici, Simoni

Jevšnik, za strokovno pomoč in svetovanje pri opravljanju diplomske naloge.

Zahvaljujem se tudi gospodu, Joachimu Schüllerju, za vso dokumentacijo in

inspiracijo.

Posebna zahvala gre mojim staršem in bratu Borutu za dolgoletno spodbudo,

neomajno pomoč in odrekanje, Sašu za razumevanje in nesebično ljubezen, ter

Petri za iskreno prijateljstvo.

ANALIZA POROZNOSTI IN DRAPIRANJA TEKSTILIJ ZA FILTRIRANJE BAZENSKE VODE Ključne besede: filtriranje bazenske vode, konstrukcija tekstilij, poroznost, drapiranje UDK: 628.336.4:677.017(043.2) POVZETEK Diplomska naloga obravnava analizo poroznosti in sposobnosti prileganja različnih filtrnih

vreč za filtriranje bazenske vode, z namenom ugotavljanja primernosti tekstilij (določenega

proizvajalca) za filtrne vreče ter primernosti metode živosrebrne porozimetrije za določanje

parametrov poroznosti tovrstnih materialov. Parametre poroznosti sem merila s

porozimetrom Pascal 140, parametre sposobnosti prileganja tekstilij pa s pomočjo Drape

metra. Testirala sem štiri različne vrste tekstilij za bazenske filtrne vreče, od tega tri

dvosnutkovna pletiva (Viking, Aquacat 3000, Aquacat Alpha) in eno tkanino (Aquacat 3000),

ki so vsa imela podobno vrednost volumenske poroznosti (90%), razlikovala pa so se po

drugih konstrukcijskih parametrih (debelini, masi) in po deklarirani vrednosti velikosti

zadrževanja delcev umazanije. Ugotovila sem, da je pri uporabi metode živosrebrne

porozimetrije pomembna izbira ustreznega dilatometra za posamezne vrste analiziranih tekstilij.

Za tanjše in površinsko bolj porozne materiale je bolj smiselno uporabiti metodo merjenja

parametrov poroznosti s pomočjo ultradilatometra, kjer je pritisk vbrizgavanja živega srebra

nižji, medtem ko je za debelejše, kompaktnejše in bolj toge materiale bolje uporabiti metodo

merjenja parametrov poroznosti s pomočjo navadnega dilatometra. Rezultati srednjega

premera por so odvisni od nastavitve števila velikostnih razredov, če uporabimo metodo

izračunavanja srednjega premera por na podlagi porazdelitve por po velikostnih razredih ter

od vrste tekstilije, ki jo analiziramo. Tako je za vzorca 3000-80 in VIKING-80 bolje

uporabiti ultradilatometer, medtem ko je za vzorca 3000-15 in ALPHA-20 primernejši

navadni dilatometer. Izmerjeni parametri drapiranja (koeficient drapiranja, število gub) so

pokazali, da ima najnižjo sposobnost drapiranja vzorec 3000-15, najvišjo pa vzorec ALPHA-

20. Glede na rezultate analize parametrov poroznosti in parametrov drapiranja, sem ugotovila, da

je izmed analiziranih vzorcev tekstilij za filtrne vreče na področju bazenske tehnike

najprimernejša tkanina 3000-15.

ANALYSE DER POROSITÄT UND PASSUNGSFÄHIGKEIT VON TEXTILIEN FÜR SCHWIMBADWASSER FILTRATION Schlüsselwort: Filtration des Schwimmbadwassers, Konstruktion der Textilien, Porosität, Drapierung. UDK: 628.336.4:677.017(043.2) ZUSAMMENFASSUNG Diese Diplomarbeit erfasst eine Analyse der Porosität und Passungsfähigkeit der

verschiedenen Filtersäcke, die für die Filterung des Schwimmbadwasser benutz werden. Es

wird die Tauglichkeit der Textilien (bestimmten Hersteller) für Schwimmbadnutzung und

Eignung der Methode Quecksilberporosimetrie dargestellt. Die Porositätsparameter habe ich

mit dem Porosimeter Pascal 140, die Parameter der Passungsfähigkeit mit dem Drape Meter

Gerät gemessen. Getestet habe ich vier verschiedenen Arten von Textilien, drei doppelte

Raschelwaren (VIKING, Aquacat 3000, Aquacat ALPHA) und ein Gewebe (Aquacat 3000).

Ich habe festgestellt, dass die Quecksilber Porosimetrie eine nicht geeignete Analysemethode

für alle Arten der Textilien ist. Für dünnere und poröse Materialien ist es sinnvoller die

Messmethode mit dem ultra Dilatometer zu verwenden, wo der Druck des injizierten

Quecksilbers niedriger ist. Währenddessen sind für dickere, stabilere und steifere Materialien

Messungen mit einem normalen Dilatometer zu empfehlen. Wenn wir die Methode für

Berechnungen des Mittleren Porenradius, auf der Basis der Porenverteilung anhand von

Porositätsbereichen, gebrauchen, sind die Ergebnisse von der Anzahl der

Porositätsbereicheinstellungen und Arten der Textilien abhängig. So ist es besser für Proben

3000-80 und VIKING-80 den ultra Dilatometer zu benutzen, währenddessen ist für die

Proben 3000-15 und ALPHA-20 ein normaler Dilatometer besser geeignet. Die

Messergebnisse von Passungsfähigkeiten der verschiedenen Proben haben gezeigt, dass die

niedrigste Drapierungsfähigkeit die Probe 3000-15, die höchste dagegen die Probe ALPHA-

20 besitzt. Nach dem Vergleichen aller Ergebnisse, der Analyse von Porositätsparameter und

Drapierungsparameter, kam ich zur Schlussfolgerung, dass das Gewebe 3000-15 am Besten

als Material für die Filtersäcke im Schwimmbadbereich geeignet ist.

KAZALO 1. UVOD______________________________________________________________ - 1 -

2. ČISTILNI ROBOTI IN PROJEKTNI ZAHTEVKI ZA TEKSTILIJE ZA MOKRO FILTRACIJO____________________________________________________________ - 2 -

2.1. Zahteve za bazensko vodo po standardu DIN 19643_______________________ - 2 -

2.2. Onesnaženost in krogotok bazenske vode________________________________ - 3 -

2.3. Čistilni roboti ______________________________________________________ - 6 -

2.4. Mokra filtracija ____________________________________________________ - 9 -

2.5. Transport vode v tekstilijah __________________________________________ - 11 -

2.6. Projektni zahtevki za tekstilije za filtre v robotih za čiščenje bazenske vode ___ - 12 -

3. POROZNOST TEKSTILIJ ____________________________________________ - 15 -

3.1. Poroznost tkanin __________________________________________________ - 18 -

3.2. Poroznost pletiv ___________________________________________________ - 25 -

3.3. Poroznost netkanih tekstilij __________________________________________ - 28 -

4. SPOSOBNOST PRILEGANJA TEKSTILIJ ______________________________ - 30 -

4.1. Sposobnost oblikovanja tekstilij ______________________________________ - 30 -

4.2. Drapiranje tekstilij_________________________________________________ - 31 -

5. EKSPERIMENTALNI DEL ___________________________________________ - 35 -

5.1. Material - opis in lastnosti filtrnih vreč ________________________________ - 35 -

5.2. Uporabljene metode merjenja poroznosti in drapiranja tekstilij _____________ - 37 -

6. REZULTATI _______________________________________________________ - 46 -

6.1. Rezultati merjenja parametrov poroznosti ______________________________ - 46 -

6.2. Rezultati merjenja parametrov drapiranja ______________________________ - 52 -

7. DISKUSIJA REZULTATOV __________________________________________ - 53 -

8. LITERATURA ______________________________________________________ - 65 -

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo

- 1 -

1. UVOD »V zadnjih desetletjih se je na področju konstrukcije, izdelave in uporabe tekstilnih izdelkov

zgodil nesluten razvoj. Začel se je z industrijsko izdelavo novih vrst vlaken, s specifičnimi,

namenu uporabe izdelka prilagojenimi značilnostmi, nadaljeval s konstrukcijo novih izdelkov

in novimi tehnološkimi procesi za njihovo izdelavo ter zaključil z razširitvijo področja

uporabe tekstilij za takšne namene, o katerih še pred nekaj desetletji v praksi ni bilo znano.

Tako so se poleg zelo izpolnjenih konvencionalnih tehnologij tkanja in pletenja, iglanja,

prešivanja, naplavljanja, razvile številne tehnologije za izdelavo netkanih tekstilij, ki temeljijo

ravno na značilnostih klasičnih in sodobnih sintetičnih vlaken [4] . «

Tekstilije danes niso več le kos blaga, s funkcijo varovanja človekovega telesa, ampak morajo

izpolnjevati zelo specifične zahteve in kakovostne predpise. Za področje uporabe tekstilij za

bazensko pripravo vode sem se odločila, ker je to dokaj nepoznano področje, vendar za ožjo

stroko zelo pomembno. Za uspešno dezinfekcijo vode je potrebna dobra usklajenost vseh

sestavnih delov bazenskega krogotoka, saj se ob neučinkovitosti enega, podre celoten sistem.

Celoten sistem mora ustrezati določenim zahtevam standarda (javna kopališča), zato je zelo

pomembno, da je filtracija kakovostna in zadostna.

Tekstilije imajo pri filtraciji pomembno vlogo, saj so tiste, ki naj bi s svojo konstrukcijo in

obliko filtrirale določeno umazanijo iz vode, že v samem bazenu. Filtrne vreče morajo zato

doseči določene uporabne lastnosti. Za filtracijo je najpomembnejša lastnost velikost delcev,

ki jih lahko tekstilija filtrira, saj imajo čistilni roboti različne zmogljivosti filtriranja, zato so

tudi vreče oz. tekstilije izdelane z različno poroznostjo. Za določevanje velikosti delcev

filtriranja, sem analizirala poroznost tekstilij na napravi Pascal 140, ki meri parametre

poroznosti tekstilij s pomočjo vbrizgavanja živega srebra v porozno strukturo tekstilij. Poleg

velikosti delcev je pomembna tudi sposobnost prileganja vreče določeni obliki, saj je tekstilija

v procesu filtriranja podvržena velikim silam in obremenitvam, zato mora le-ta zagotavljati

določeno trdnost in stabilnost oblike, ki je pomembna za kvalitetno filtracijo. Za ugotavljanje

sposobnosti prileganja, sem analizirala parametre drapiranja na drapemetru, ki na podlagi

gravitacije meri sposobnost drapiranja oz. prileganja tekstilij. Najpomembnejša parametra za

filtriranje, velikost delcev in sposobnost prileganja, sem analizirala z namenom, da ugotovim,

ali je izdelek, filtrna vreča določenega proizvajalca, primerna za učinkovito filtracijo oz. ali je

možno izboljšati uporabne lastnosti vreč in s tem vplivati na boljšo kvaliteto filtriranja.


- 2 -

2. ČISTILNI ROBOTI IN PROJEKTNI ZAHTEVKI ZA TEKSTILIJE ZA MOKRO FILTRACIJO

2.1. Zahteve za bazensko vodo po standardu DIN 19643

Voda je vir življenja, udobja in sprostitve. S svojimi številnimi parametri je voda zelo

specifična tekočina. Potrebno jo je znati pravilno negovati in vzdrževati, da nam lahko nudi

tisto udobje, ki ga rabimo za našo fizično in psihično sprostitev.

Osnova bazenske tehnologije je voda, ki jo vzamemo iz vodne napeljave (najbolj pogosto), jo

segrejemo, dodamo dezinfekcijska sredstva in jo vključimo v bazenski krogotok. Na javnem

področju je dovoljeno dezinfekcijsko sredstvo le klor, na privatnem področju pa so dovoljena

tudi ostala brez klorna dezinfekcijska sredstva ( npr. aktivni kisik) [13]. Nemška industrijska

norma DIN 196431 predpisuje, da je kopališče privatno, če se v njem kopa le gospodar in

njegova družina. Takoj, ko se kopa nekdo drug, se kopališče obravnava kot javno kopališče in

za pripravo vode na javnem področju veljajo pravila standarda.

Bazenska voda se od pitne vode razlikuje po:

- drugačni obremenjenosti priprave s kemijskimi snovmi,

- vsebnosti mikroorganizmov,

- krogotoku obratovanja,

- bistveno višji temperaturi.

DIN 19743 velja za vodovodno vodo z vključno morsko vodo, mineralno vodo, zdravilno

vodo, slanico in termalno vodo za bazenske naprave vseh vrst, ki jo uporablja več oseb hkrati

in/ali v časovnem zamiku. Izjema so enodružinski bazeni, ki jih uporablja le lastnik ali

njegova družina. Tudi za kvaliteto izvirov vode na tekoči ali stoječi površini vodovja ali na

morju, ne veljajo zahteve tega standarda [13].

1 Deutsche Industrie Norm - Standard DIN 19643 je priporočilo, ni uredba, vendar pravno pomemben v škodnem primeru [5].


- 3 -

2.2. Onesnaženost in krogotok bazenske vode

Umazanijo najdemo vsepovsod v okolici bazenov. V vodo pride na različne načine, preko

vnosa gostov, posredovanja narave in okolja (slika 2.1 ).

Slika 2.1 Vrste umazanije, prisotne v bazenski vodi

Ne glede na to, kako se pazi na čistočo v okolici bazenov, vsak obiskovalec prinese s seboj v

vodo določeno umazanijo, ki je del njegovega organizma : 100 milijonov klic, 50 ml urina,

300 ml znoja, 4 g organskih snovi. Vsak obiskovalec zaužije 50 ml bazenske vode (slika 2.2)

[2].

Slika 2.2 Umazanija enega obiskovalca bazena


- 4 -

Bakterije najdemo v vseh kopališčih in se zelo hitro razmnožujejo pri ugodnih pogojih ( 25-

45° C ). Velik del teh klic je patoloških, to pomeni, da predstavljajo nevarnost za človeka in

njegovo zdravje. Najnevarnejša med njimi je legionela, ki nastane v biofilmu. Legionela je

povzročitelj legionarske bolezni in tako imenovane „Pontiac-vročine“. Letno je v Nemčiji

registriranih 8.000 primerov legionarne bolezni, od tega se jih 400 konča smrtno. Pri

raziskavah se, v preko 30 % vodnih raziskavah, dokažejo legionele. Legionele živijo v

»biofilmih« (mikrobiološke usedline v ceveh, napeljavah, filtrnih materialih ali na robovih

bazenov). Na sliki 2.3 je viden biofilm na konici navadne šivanke.

Slika 2.3 Biofilm na igelni konici

Poleg legionel najdemo v biofilmih še ostale nevarne povzročitelje bolezni: večceličarje,

kolobarnike, listonožce, gliste in kotačnike [2].

Za odstranitev vse umazanije, se bazenska voda neprekinjeno vodi skozi napravo za

dezinfekcijo vode v krogotoku (slika 2.4). Neprečiščena voda začne potovati v smeri filtrne

naprave iz kompenzacijskega bazena. Najprej se ji doda sredstvo za kosmičenje. To so

kosmiči v posebni tekočini, ki se aktivirajo v določenem času in poberejo posebno majhne

delce umazanije že v sami filtrni napravi. Kosmiči ostanejo nad filtrnim peskom in se

odstranijo šele s pranjem filtra. V filtrni napravi se voda filtrira skozi poseben, večplastni

pesek, tako da voda potuje od zgoraj navzdol. Nato prefiltrirana voda potuje naprej do

dezinfekcijske naprave, kjer se izvrši določena dezinfekcija, ki je lahko na bazi klora ali

aktivnega kisika. Dezinfekcija mora biti nastavljena tako, da se uniči 10.000 delov določenega

mikroorganizma (Pseudomonas aeruginosa) v času 30 sekund. Pri tem mora biti prisotnost

dezinfekcijskega sredstva v vodi le v določenih koncentracijah [13].


- 5 -

Slika 2.4 Krogotok bazenske vode

Optimalni pretok bazenske vode je izrednega pomena za enakomerno razporeditev

dezinfekcijskega sredstva, kot tudi za uničenje mikroorganizmov in umazanije. Za odstranitev

organskih in anorganskih nečistoč, se uporabljajo različne procesne kombinacije (priloga 1):

- kosmičenje, adsorpcija (aktivno oglje),

- filtracija,

- ostali dodatni ukrepi (UV, ozon),

- kloriranje [13].

Najpomembnejši je filtracijski del, ker se tam dejansko zberejo in odstranijo vse organske in

anorganske nečistoče iz vode. Ker je teh nečistoč dosti, glede na to, koliko jih prinese en gost

v bazensko vodo (slika 2.2), se morajo filtri tudi redno čistiti. DIN predpisuje »pravočasno in

zadostno pranje filtra«. Predpostavka za optimalno filtriranje je tudi ustrezna konstrukcija

filtrne naprave po standardu DIN 19605 (priloga 2) [13].


- 6 -

2.3. Čistilni roboti

V filtrih se očisti in izpere večina umazanije. Za učinkovitejše čiščenje bazenske vode, pa

odstranjujemo umazanijo, še preden ta vstopi v filter. To opravimo v bazenu, z dodatno

pomočjo čistilnih robotov, kjer poteka fina filtracija skozi filtrne vreče. Čiščenje s čistilnimi

roboti je zelo pomembno, saj roboti odstranijo umazanijo, ki se nalaga na ploščicah na dnu

bazena, kot tudi na stenah bazena. Če se te umazanije ne odstranjuje, se voda hitreje onesnaži,

in na robovih se hitreje tvori biofilm, ki je leglo za razmnoževanje mnogih nevarnih

povzročiteljev bolezni. S takim čiščenjem prispevamo k boljšemu pretoku vode.

Slika 2.5 Zunanjost čistilnega robota

Zunanjost čistilnega robota prikazuje slika 2.5. Za varno premikanje se uporablja transportni

voziček, ki služi, razen za transport, še za zaščito pred vlago. Nadzorna plošča se uporablja za

vklop in izklop, ročno vodenje robota in za izbiro programov čiščenja, ki se razlikujejo od tipa

robota. Nekateri modeli imajo na razpolago daljinec, ki omogoča vodenje na daljavo. Pri

modelih, kjer te možnosti ni, je edini način vodenja robota ročni način na nadzorni plošči.

Transportni voziček z nadzorno ploščo vedno ostane zunaj bazena, v vodo se postavi le

čistilni robot s plavajočim kablom.


- 7 -

Slika 2.6 Notranjost čistilnega robota

Čistilne robote poganja elektrika, ki ustvarja kroženje vode skozi sistem čistilnega robota.

Umazana bazenska voda potuje preko penastih krtač v notranjost, kjer se skozi filtrno vrečo

izvaja fina filtracija. Na sliki 2.6 so prikazani deli v notranjosti robota, ki so ključnega

pomena za filtracijo bazenske vode. Filtrna vreča se natakne na nosilec za filtrno vrečo in tu

dejansko poteka filtracija. Nekateri roboti imajo vgrajeno funkcijo hoje po stenah, kjer se na

podlagi kroženja vode prisesajo s penastimi krtačami na stene bazena. Roboti imajo shranjene

mere bazena in volumen vode, na podlagi katerih se izbere način čiščenja.

Podjetje Dinotec ima na razpolago 3 čistilne robote, najpomembnejši tehnični podatki so

navedeni v tabeli 2.


- 8 -

Tabela 2.1 Tehnični podatki robotov podjetja Dinotec

Ime robota AquaCat Alpha AquaCat 3000 Viking Turbo

Moč sesanja vode

[m3/h] 20 m3/h 15 m3/h 14 m3/h

Hitrost robota ca. 10 m/min ca. 9 m/min ca. 8 m/min

Zmogljivost čiščenja 230 m2/h 190 m2/h 160 m2/h Površina bazena do 200 m2 do 125 m2 do 100 m2

Temperatura vode 10° - 35° C 10° - 35° C 10° - 35° C

Širina čiščenja 46 cm 43 cm 43 cm

Poroznost filtrne vreče

(premer por) 20 mikron 15 mikron 80 mikron


- 9 -

2.4. Mokra filtracija

Princip mokre filtracije temelji na sistemu ločevanja trdnih delcev iz tekoče faze. Pogoji

filtracije so lahko zelo različni. Filtracija lahko poteka zelo počasi, relativno hitro ali

postopno. V začetku lahko filtracija poteka hitro, proti koncu pa zelo počasi. Filtrski medij

ima nalogo, iz vode izločiti vse trdne delce, ki kalijo vodo in je konstrukcijsko lahko zelo

različen. Lahko so to plasti delcev različnih velikosti, kot npr. plasti peska različne

granulacije [10].

Na splošno lahko hitrost filtracije izračunamo z znano Darcyjevo enačbo:

)()(

LPKA

dtdV

μΔ

= (2.1)

V [ ]l - prostornina tekočine, ki gre v enoti časa t skozi filtrski medij

t [s] - čas

∆P [ ]2/ mN - razlika tlakov med nasprotnima površinama filtrskega medija

A [ ]2m - površina filtrskega medija, skozi katero filtriramo zmes trdne

in tekoče faze (suspenzijo)

L [ ]m - debelina filtrskega medija

μ [ ]sm /2 - viskoznost tekoče faze

K [ ] - izravnalna konstanta za dani filtrski medij

S pomočjo enačbe 2.1 lahko izračunamo vrednosti izravnalne konstante K, ne moremo pa na

podlagi parametrov vnaprej konstruirati filtrski medij, v našem primeru tekstilni ploski

izdelek, ki bi omogočil željeno hitrost in učinkovitost filtracije, ker ne poznamo izravnalne

konstante K. K zajema poroznost filtrskega medija, vpliv velikosti in porazdelitve

hidravličnih premerov por, geometrije por, velikosti delcev in sten por, kvalitete površine

vlaken, gostote filtrskega medija in porazdelitve ter gostote na hitrost filtracije, ki jo ponazarja

leva stran enačbe.


- 10 -

Na splošno je mehanizem filtracije odvisen od pogojev filtracije, oz. hitrosti tokovnic skozi

filtrski medij, spremembe smeri tokovnic, velikosti trdnih delcev v zmesi, ki jo filtriramo.

Gibanje delcev v tekočini, ki teče skozi cilindrične pore, ni popolnoma pojasnjeno, predvsem

zaradi interakcij različnih vplivov. Če pa so delci v tekočini, v kateri obstoji stični gradient,

lahko pride do situacije, kjer delce žene zunaj smeri tokovnice ali celo pravokotno na smer

tokovnice. Pri tem gibanju lahko zadenejo ob stene pore in se tako izločijo iz tokovnice

oziroma suspenzije. S povečanjem velikosti delcev se poveča učinek filtracije zaradi

vztrajnosti, sedimentacije in hidrodinamičnega vpliva. Če pa se zmanjšuje velikost delcev, se

poveča učinek filtracije zaradi difuzije [10].


- 11 -

2.5. Transport vode v tekstilijah

Da lahko tekočina prodre v strukturo vlakna, med fibrilarne prostore, mora najprej omočiti

površino tekstilije. Omočenje tekstilije je odvisno od površinskih lastnosti tekstilije in

tekočine. Način transporta tekočine skozi pore je odvisen od kapilarnih sil in strukture por

medija. Kapilarna aktivnost je odvisna od lastnosti tekočine, površinskih omakalnih lastnosti

tekstilije in porozne strukture medija. Lastnosti tekočin, kot so površinska napetost,

viskoznost in specifična teža ter omakalne lastnosti površine tekstilije, se lahko

eksperimentalno določijo, dosti težje pa je določiti porozno strukturo tekstilnega medija.

Različne porozne strukture imajo različno porazdelitev, obliko in velikosti por, ki

predstavljajo kanale, ki so lahko med seboj povezani ali pa tudi ne. Raznolikost por in njihova

porazdelitev vodita do gibanja tekočine v smeri majhnih por, rezultat je delna zapolnitev por v

strukturi tekstilije. Dinamično gibanje tekočine lahko povzroči spremembe v netogih delih

strukture. Spremembe v lastnostih omočene tekstilije, lahko zelo vplivajo na gibanje tekočine

in omakalne lastnosti. Sprememba površine tekstilije ne le, da spremeni njene omakalne

lastnosti na račun kapilarne kapacitete tekočine v porah, temveč tudi ˝oteži˝ strukturo por.

Struktura por v tekstilijah je odvisna od konstrukcije tekstilij in načinov obdelave. Velikost in

porazdelitev por sta določeni z načinom izdelave tekstilije (tkana, netkana ali pletena

struktura). Pore morajo biti ustrezne dimenzije, da se ustvari zadosten kapilarni pritisk med

povezovalnimi kanali za transport tekočine in skupne poroznosti. Iz teorije kapilarnega

transporta tekočin je znano, da imajo manjše pore višji kapilarni pritisk, s čimer se povečuje

širjenje tekočine po tekstiliji. To pomeni, da se kapilarno gibanje tekočine zmanjšuje z

velikostjo por. Vendar pa sposobnost zadrževanja tekočine ni le pogojena z velikostjo por,

temveč tudi s porozno strukturo. Dve tkanini imata s podobno maso in debelino, ampak z

različno vrsto vlaken, različne lastnosti. Bombažno vlakno ima štirikrat boljše lastnosti

omočenja in zadrževanje tekočine v primerjavi s poliestrskimi vlakni. Transport vode in

absorpcija v vlaknatem materialu sta odvisna od interakcij med vlakni in vodo in od

geometrične strukture materiala oz. tekstilij [9].


- 12 -

2.6. Projektni zahtevki za tekstilije za filtre v robotih za čiščenje

bazenske vode

V filtrni vreči poteka dejansko čiščenje vode, zato mora vreča zadostiti določenim projektnim

zahtevkom, da lahko zagotavlja kvaliteto filtriranja. Za kvalitetno filtracijo je pomembno, da

lahko tekočina prodre v tekstilijo in dobro omoči površino. Na gibanje tekočine pa vpliva

porazdelitev por, ki je odvisna od konstrukcije tekstilije. Pomembna je tudi njena oblika oz.

zunanji videz, saj mora vreča, ko jo potegnemo na filtrni nosilec, zagotavljati neko stabilno

obliko, tudi ob delovanju zunanjih sil. Na sliki 5.2 vidimo nosilec filtrne vreče, na katerega se

vstavi vreča. Nosilec je izdelan iz plastičnega dna in iz dveh kovinskih okvirjev, ki držita

obok vreče. Vreča mora imeti dobro fleksibilnost, saj se mora zelo dobro prilagajati nosilcu

in biti sposobna, kljub zunanjim silam, obdržati svojo obliko, ki je ključnega pomena za

kvalitetno filtracijo. Če vreča popusti zunanjim silam, nastane pretrg oz. zdrs vreče, to pa vodi

do nepopolne filtracije, zato je ključnega pomena dobra sposobnost drapiranja vreče.

Slika 5.2 Nosilec filtrne vreče


- 13 -

Filtrski medij oz. tekstilija mora biti zelo kvalitetno izdelana. Tekstilija mora biti zelo

enakomerna glede porozne strukture. Če bi bile pore v filtrnem mediju npr. večje od 20 μm, bi

se zmanjšala učinkovitost filtracije. Če pa so v tekstiliji napake, zaradi česar je hidravlični

premer por v tekstiliji prevelik (luknje, pretrgane niti… ), je kos filtrnega medija, na katerem

je takšna napaka, neuporaben za filtracijo. Filtracija poteka pod tlakom okrog 1,2 mPa. Za

projektiranje filtrov za mokro filtracijo ne moremo v naprej podati končne rešitve, saj je

mehanizem filtracije zelo kompleksen. Lastnosti suspenzij so lahko zelo različne, tako da je

nujno potrebno upoštevati vrsto suspenzije oz. področje uporabe danega filtrnega medija [10].

A B C

Slika 5.3 Prikaz različne strukture tekstilij za filtre

(A- tkanina, B- dvosnutkovno pletivo, C- dvojno dvosnutkovno pletivo )

Pri kvaliteti samega filtra pa je pomembna njegova poroznost oz. število, velikost in

porazdelitev por ter dolžina por, oblika prečnega preseka por vzdolž pore in lastnosti sten por.

Parametri se razlikujejo glede na različno geometrijsko strukturo tekstilije (slika 5.3 ). V

Darcyjevi enačbi (2.1) je upoštevana debelina filtrskega medija. Ta velikost bi ustrezala tudi

dolžini vsake pore, če bi te bile na najkrajši poti od ene do druge površine filtrskega medija

(tanki filtrski mediji). Pri pletivih in vlaknovinah pa je večina por daljših od debeline

vlaknovine. Ta razlika bi se v enačbi (2.1) pokazala v zmanjšanju vrednosti izravnalne

konstante K in s tem hitrosti filtracije pod pogojem, da so drugi parametri na desni strani

enačbe enaki. Iz tega primera vidimo, da je zelo težko konstruirati filtrski medij, za katerega

bi vedeli, kako se bo obnašal med filtracijo, zato so pri projektiranju in konstruiranju filtrov

izkušnje izrednega pomena [10].


- 14 -

Vzdrževanje in čiščenje filtrnih vreč

Filtrski medij ima določeno kapaciteto izločanja delcev iz suspenzije. Če se masa

filtrskega medija poveča, se hitrost filtracije zmanjša. Hitrost filtracije je zato posledično

premajhna ter postane neekonomična [10]. Učinek filtrne vreče je odvisen od intenzitete

čiščenja. Če je čistilni učinek nizek, je sicer zmogljivost zadrževanja delcev visoka, vendar se

pritisk dvigne do nesprejemljivega nivoja. V nasprotnem primeru pa ostane pritisk v

sprejemljivem nivoju, na ta račun pa je prikrajšana učinkovitost. Zato ni mogoče uporabljati

filtrnih medijev pri višjih hitrostih, kot so dovoljene [12].

Točna določila glede zamenjave filtrskega medija ne obstajajo, odvisna so od hitrosti

filtracije, tlaka, učinka filtracije in od lastnih izkušenj. Če pravilno regeneriramo filtrski

medij, je ta ponavadi, kljub zamašitvi, še zmeraj uporaben. Lamb omenja dve metodi za

čiščenje suhih, umazanih filtrnih vreč. Prva je nenadna uporaba visoko električnih potencialov

na tekstilijo s pomočjo elektrod, kjer nenadna polarizacija spremeni obstoječ potencial

umazanije, vendar se ni obnesla, saj so rezultati malenkostni. Druga metoda, rotacija

zgornjega dela in dobro stresanje vreče, je pokazala učinkovitejše rezultate [12]. Da bi filter

lahko ponovno uporabili, moramo temeljito sprati vse delce, ki so bili izločeni iz suspenzije v

vrečo v postopku filtriranja. To nam pomagajo posebne tekočine, ki zmanjšujejo sile, ki

vežejo delce na površino vlaken. Pri mokri filtracij je filtrski medij uporaben približno 1 leto

[10].


- 15 -

3. POROZNOST TEKSTILIJ Porozne materiale najdemo vsepovsod v naravi in se uporabljajo predvsem v industriji in

raziskavah. Kakor je za metalurgijo pomembno znanje o porazdelitvi por v mineralih, je za

gradbeno industrijo ključnega pomena poroznost zidakov, lesa, keramike in še posebej

cementa. Te in še ostale snovi zahtevajo podrobno upoštevanje strukture por, saj so od

volumna, velikosti in oblike por odvisne njihove fizikalne lastnosti. Od vseh metod

določevanja poroznosti sta živosrebrna porozimetrija in plinska adsorpcija/resorpcija med

najbolj razširjenimi [1].

Zahteve za tehnične tekstilije so vsak dan večje. To je področje uporabe, ki se nenehno širi.

Tkanine so uporabne za različna tehnična področja, kot so padala, transportni trakovi, filtri,

avtomobilska pnevmatika, fleksibilne oljne cisterne, strukture, ki se napihnejo, kompoziti,

uporabne v gradbeništvu ipd. Za vsako področje uporabe, morajo tekstilije izpolnjevati

določene specifične lastnosti. Kakor kemiki zahtevajo tkani filter s točno določeno velikostjo

por, tako rudarski inženirji zahtevajo transportni trak za premog z zahtevano trdnostjo,

stopnjo obrabe ipd. V filtracijske namene so na razpolago različni tipi medijev, med njimi tudi

tkanine, katere zadržijo najmanjši drobec v velikosti 10 μm, za razliko od na primer netkanih

tekstilij, ki lahko zadržijo, odvisno od vrste, od 0,5 do 10 μm velik delec [10].

Tekstilni izdelki (tkanine, pletiva, netkane tekstilije) so ploske tvorbe, ki imajo

relativno majhno debelino, v primerjavi z njihovo dolžino in širino. Lahko se oblikujejo v

trodimenzionalno obliko, vendar je njihova osnovna funkcija uporabljena v obliki ploske

tvorbe. Njihova majhna debelina omogoča pomemben približek k večini teoretičnih modelov

poroznih teles. Slika 3.1 prikazuje kapilarni model porozne strukture ploske tekstilije z

vzporednimi površinami, ki ga prepredajo pore valjaste oblike, pravokotne na površino [4].

Slika 3.1 Kapilarni model porozne strukture ploske tekstilije


- 16 -

Slika 3.1 prikazuje najenostavnejši in natančno opredeljen kapilarni model porozne strukture,

katerega je možno teoretično najbolj natančno opisati.

Burgleigh v svojem članku, že leta 1949, omenja pomembnost določevanja skupne

poroznosti tekstilij in poudarja, da je ni enačiti z izrazom prepustnost. Pri tem se nanaša na

Sieminskega in Hotteja, ki trdita da razlika med terminoma prepustnost in poroznost ni

znatna. Poroznost tekstilij se nanaša na volumen praznega prostora v določenem skupnem

volumnu, medtem ko je prepustnost dostopnost prostega praznega prostora, za izmenjavanje

plina ali tekočine. Poroznost je ponavadi definirana kot razmerje med praznim prostorom in

skupnim volumnom tekstilije. Prepustnost pa je empirična vrednost, ponavadi izražena kot

delež pretoka tekočine ali plina na enoto površine tekstilije in je funkcija diferencialnega

pritiska [3]. Prepustnost je odvisna od strukture izdelkov, zato je pomembna notranja

geometrijska struktura tekstilij, niti in vlaken, ki pa je zelo težko opredeljiva, saj kazalci, s

katerimi jo ponazarjamo, niso dovolj vsebinsko opredeljeni [4]. Najprej so se razvile različne

metode za določevanje efektivne poroznosti na področju naftne tehnologije in se nato

uveljavile tudi na področju tekstilnih materialov [3].

Porozni materiali vsebujejo v enoti prostornine delež zraka in delež substance.

Razmerje med volumnom zraka in enoto prostornine telesa imenujemo poroznost, razmerje

med volumnom substance in enoto prostornine telesa pa izpolnjenost telesa s substanco.

Matematično se poroznost teles izraža v obliki koeficienta poroznosti, na podlagi katerega pa

ne moremo sklepati o notranji strukturi poroznih teles. Večina poroznih teles ima kompleksno

geometrijo porozne strukture, ki je rezultat heterogenosti velikosti por, njihove oblike in

orientacije. Porozna telesa zato definiramo s pomočjo parametrov poroznosti. Danes poznamo

različne metode za določevanje poroznosti, ki se med seboj razlikujejo po teoretičnem

pristopu. Uporabljajo se v dveh stadijih nastanka tekstilije:

V fazi uporabe (izdelana tekstilija). Ko je tekstilija že izdelana, lahko ugotavljamo

parametre poroznosti z merjenjem po različnih metodah (optična, geometrijska,

absorpcijska, pretočna, sejalno-filtracijska, metoda na podlagi izpodrivanja tekočin) in z

uporabo merilne tehnike.

V fazi konstruiranja tekstilij. V fazi konstruiranja pa napovedujemo parametre poroznosti

tekstilij s pomočjo geometrijske metode, ki temelji na idealiziranem modelu porozne

strukture tekstilij (kapilarni model) in geometrijskimi parametri tekstilij, npr. debelina niti

ter gostota niti v primeru tkanin [6].


- 17 -

Medsebojno ločene prazne prostore v tekstiliji imenujemo pore. Kadar gre za tako majhne

pore, da jih s prostim očesom ne moremo opaziti, govorimo o mikroporah. Kadar gre za

velike pore, vidne med nitmi preje v tkanini ali pletivu, ali med vlakni pri netkanih tekstilijah,

govorimo o makroporah [4]. Hidravlični premer teh por je ponavadi pri tkaninah večji od 10

μm oziroma večji od premera najfinejših vlaken [6]. Pore so osnovni parameter za izražanje

poroznosti teles, saj so osnovni gradbeni element poroznosti telesa. Če so pore natančno

definirane in matematično opredeljene, so primerne za matematično obdelavo, saj lahko

govorimo o številu por, njihovi velikosti in porazdelitvi, maksimalnem premeru por, njihovi

dolžini, razmerju med dolžino in premerom [4].

Glede na obliko makropor, lahko tekstilije razdelimo v tri skupine [6]:

1. Ploske tekstilije, ki imajo vsaj en sistem por določene oblike (tkanine, pletiva in nekatere

netkane tekstilije).

2. Ploske tekstilije, ki imajo vsaj en sistem por določene oblike, en ali oba konca por pa sta

zakrita z vlakni (kosmatene tkanine, pletiva in nekatere netkane tekstilije).

3. Ploske tekstilije, ki nimajo pravilnih por, oziroma leži le majhen delež por po vsej dolžini

pravokotno na površino tekstilije, (se začenja na eni površini izdelka in konča na nasprotni

površini). Večji delež por spreminja smer in premer vzdolž svoje dolžine, ne leži na eni

premici (več osnovne in več votkovne tkanine, dvojne tkanine, volneni filci in nekatere

netkane tekstilije).

Za tehnično uporabo so pore pomembne za prepustna telesa – tekstilije. Pore morajo biti med

seboj povezane, saj le tako tvorijo ločene kanale – makropore, kjer poteka pretok tekočin. V

modelih za prepustna telesa so pore najpogosteje predstavljene kot kapilare valjaste oblike, ki

so pravokotne na površino telesa [4]. Da bi lahko definirali parametre poroznosti tekstilij, je

potrebno najprej definirati notranjo geometrijsko strukturo tekstilij kot poroznega telesa.


- 18 -

3.1. Poroznost tkanin

Slika 3.2 Shematski prikaz prosojne tkanine

Na sliki 3.2 je prikazana shematska struktura prosojne tkanine. Tkanine imajo, za razliko od

pletiv in netkanih tekstilij, najbolj natančno opredeljen notranji geometrijski model poroznega

telesa, kjer imajo pore obliko valja z enotnim in konstantnim premerom. Jasno je, da realne

tkanine bolj ali manj odstopajo tudi od tako definirane notranje geometrijske strukture

poroznega telesa. Odstopanja gredo na račun različne oblike prečnega preseka por vzdolž

debeline tkanine. Glede na tako definiran notranji geometrijski model porozne strukture

tkanin lahko za medsebojno primerjavo tkanin operiramo z naslednjimi parametri poroznosti:

velikost por, porazdelitev por, gostota por, premer por, dolžina por, specifična notranja

površina por, volumen por, delež odprte površine, delež volumna por, itd [4].

Če obravnavamo tkanino kot prostorsko tvorbo, se medsebojno ločeni prazni prostori v tej

tvorbi, imenovani pore, nahajajo [6]:

v vlaknih,

med vlakni v nitih in

med nitmi v tkanini.


- 19 -

Površina prečnega preseka Površina prečnega preseka je povprečna vrednost površine prečnega preseka por oz. velikost

površinske projekcije vidnih por v tkanini. Kapilarni model ploskega telesa predpostavlja, da

ima pora okrogel prečni presek. V realni tkanini najdemo prej pore nepravilne geometrijske

oblike kot pravilne (krog, elipso, kvadrat in pravokotnik). Oblika por tkanin je odvisna od

vrste uporabljenih niti in vezave. Tkanina je lahko izdelana iz monofilamentnih,

multifilamentnih in predivnih niti. Tkanine iz monofilamentnih niti imajo čiste pore in dokaj

enotno obliko, ki je še najbolj podobna pravokotniku, saj v njih ni štrlečih vlaken. Tkanine iz

predivnih niti imajo tri vrste por:

majhen delež čistih por,

nekaj delno zamreženih por in

nekaj popolnoma zamreženih por.

Delež por je odvisen od gostote uporabljenih niti in od uporabljene vezave. Še bolj

geometrijsko neopredeljena oblika nastane pri zamreženju mikanih in česanih niti, saj

zamreženje por nastaja zaradi prepletanja kratkih štrlečih vlaken. Pore, ki jih obdajajo mikane

niti, so bolj zamrežene, kot pore, ki jih obdajajo česane niti. Takšno zamreženje por ima tudi

večji razpon porazdelitve površine por [6].

Slika 3.3 Tipi por glede na način prepletanja osnovnih in votkovih niti

I II

III IV


- 20 -

Slika 3.3 prikazuje štiri tipe por, glede na način prepletanja osnovnih in votkovnih niti. Prvi

tip por je pogost pri vezavi platno in panama, je dimenzijsko najbolj enoten, čeprav tudi tukaj

nastopa določena nehomogenost velikosti por, ki je lahko posledica neenakomernosti debeline

niti, neenakomernosti gostote niti, vitja niti ipd. Pore drugega tipa so značilne za keprovo

vezavo, medtem ko atlasova vezava vsebuje pore drugega in tretjega tipa. Če primerjamo, so

pore drugega tipa dimenzijsko že manj stabilne glede na prvi tip, posledica česar je večja

nehomogenost velikosti por. Pri vezavi panama se pojavlja tudi tretji in četrti tip por, pri

čemer so ponavadi pore četrtega tipa manj izrazite, pore tretjega tipa pa so skoraj popolnoma

zaprte. Stabilnost por tretjega tipa je še slabša, nehomogenost velikosti por pa še večja, glede

na pore drugega tipa [6].

Vidno je, da na podlagi gostote in debeline niti težko dobimo natančne podatke o površini

por. Da bi pa lahko primerjali dejanske površine por s teoretičnimi izračuni, je možno na

podlagi treh idealiziranih oblik makropor (pravokotnik, krog, elipsa) izračunati površino

prečnega preseka teh por s pomočjo gostote in debeline niti [6]:

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−⋅⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=−⋅−= 2

21

12211

1010)()( dg

dg

dpdpA kpravokotni (3.1)

( )2

2121

22121

10101616 ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−−+⋅=−−+= dd

ggddppAkrog

ππ (3.2)

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−⋅⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−⋅=−⋅−⋅= 2

21

12211

10104

)()(4

dg

dg

dpdpAelipsaππ (3.3)

p [mm] - nitna razdelba

d [mm] - debelina niti

g [niti cm-1] - gostota niti

A [cm2] - površina prečnega preseka por


- 21 -

Homogenost površine por

Razpon površine prečnega preseka por je odvisen od uporabljene vezave, vrste uporabljenih

niti, gostote niti, neenakomernosti gostot niti, neenakomernosti debeline niti. Pri idealni

tkanini v platneni vezavi z monofilamentnimi osnovnimi in votkovnimi nitmi enake gostote in

finosti in pri enakomernosti niti, bi imele vse pore enako površino. V realnih tkaninah pa

nastopi variiranje, ki ga lahko grafično prikažemo v obliki diagramov porazdelitve površine

por (slika 3.4 ).

Slika 3.4 Diagram porazdelitve površine por


- 22 -

Na diagramih je prikazana površina prečnega preseka por v odvisnosti od vsote deleža

frekvenc posameznih razredov površin prečnega preseka por. Najvišji diagram, oblika

pravokotnika, prikazuje primer idealne tkanine. Realne tkanine kažejo trikotno, trapezoidno

ter stopničasto obliko. Trikotna oblika odraža največji razpon med minimalno in maksimalno

vrednostjo površine prečnega preseka por in enakomerno zastopanost posameznih razredov

površin prečnega preseka por. Stopničasta oblika porazdelitve nastane pri nezastopanosti

razredov oz. pri primanjkljaju le-teh. Najbolj stabilna oblika je trapezoidna, saj kaže najmanj

razlik v variiranju površin prečnega preseka por, saj se vrednosti površin por gibljejo zelo

blizu srednje vrednosti [6].

Gostota por

Gostota por je število por v enoti površine tkanine. Ena pora pripada vsaki osnovni in

votkovni niti v površinski enoti tkanine. Tako je število por v enoti površine tkanine enako

produktu med gostoto osnovnih in gostoto votkovnih niti [6]:

21 ggN p ⋅= (3.4)

Np [por cm-2] - gostota por

g [niti cm-1] - gostota niti

indeksa 1 in 2 se nanašata na osnovno oz. votkovno nit


- 23 -

Površinska poroznost tkanin

Površinska poroznost je delež površine prečnega preseka makropor glede na enoto površine

tkanine, izražen v odstotkih. Izračunamo jo s pomočjo površinske izpolnjenosti oz. faktorja

kritja tkanine, izraženega v odstotkih, med katerima velja naslednja odvisnost [6]:

KPP −=100 (3.5)

PP [%] - površinska poroznost

K [%] - površinska izpolnjenost oz. faktor kritja tkanine

Definicija površinske poroznosti s pomočjo faktorja kritja tkanine, temelji na predpostavki, da

ima pora obliko kvadrata oz. pravokotnika. Če površinsko poroznost izrazimo kot faktor in

uporabimo enačbe za faktor kritja tkanine, dobimo enačbo 3.6 [6] :

}{( )[ ]10/10/1 21211122 ggddgdgdPP −+−= (3.6)


d [mm] - debelina niti

g [niti cm-] - gostota niti

Površinsko poroznost lahko teoretično izračunamo tudi kot produkt med gostoto por in

površino teh por [6]:

%100⋅⋅= ppP ANP (3.7)


Np [por cm-2] - gostota por

Ap [cm2] - površina prečnega preseka pore


- 24 -

Volumenska poroznost tkanin

Volumenska poroznost tkanin je delež volumna por (mikropore in makropore) glede na

volumsko enoto tkanine, izražena v odstotkih. Volumensko poroznost izračunamo s pomočjo

volumenske izpolnjenosti tkanine, ki predstavlja delež volumna niti glede na volumen

tkanine, izražen v odstotkih [6]:

IV VP −=100 (3.8)

PV [%] - volumenska poroznost tkanin

VI [%] - volumenska izpolnjenost tkanin

%100%100 ⋅⋅⋅

=⋅=tn

tn

t

nI m

mVVV

ρρ (3.9)

Ker je masa tkanine enaka masi niti, se enačba [3.9] poenostavi:

%100⋅=n

tIV

ρρ (3.10)

VI [%] - volumenska izpolnjenost tkanin

Vn [cm-3] - volumen niti v volumski enoti tkanine

Vt [1 cm3] - volumska enota tkanine

mn [g] - masa niti

mt [g] - masa tkanine

ρn [g cm-3] - specifična gostota niti

ρt [%] - specifična gostota tkanine

Površino por, gostoto por in površinsko poroznost tkanin, lahko teoretično izračunamo na

podlagi idealiziranega modela notranje geometrijske strukture makropor in geometrijskih

parametrov tkanin (debelina niti, gostota niti, faktor kritja niti, faktor kritja tkanine). Tako

določene parametre lahko kasneje primerjamo z dejanskimi, ki jih izmerimo z različnimi

metodami ugotavljanja makroporoznosti tkanin.


- 25 -

3.2. Poroznost pletiv

Slika 3.5 Shematični prikaz prosojnega pletiva

Pletiva so na drugem mestu glede ujemanja njihove porozne strukture s kapilarnim

modelom porozne strukture ploskega telesa (slika 3.1). Na podlagi različnih vrst prej in

parametrov konstrukcije posameznih izdelkov, lahko govorimo o različni stopnji ujemanja

[4]. Za pletenje potrebujemo mehke, gladke in prožne niti, ki se dajo lahko upogibati v pentlje

in zanke. Preja pa mora biti zadosti trdna, ker so obremenitve dosti večje kot pri tkanju. Med

tehnične zankaste materiale štejemo votkovine in snutkovine v različnih konstrukcijskih

izvedbah. Snutkovine so bolj stabilne in se manj raztegujejo, zato se za tehnične tekstilije bolj

uporabljajo kot votkovna pletiva [7].

Vsak predilnik, na katerem je spredena preja, da posamezni preji posebne lastnosti in videz, ki

je odvisen od :

- paralelizacije vlaken in

- usmerjenosti vlaken v jedru ter plašču preje glede na os preje.

Takšna geometrija vlaken vpliva na:

- kompaktnost (odprtosti),

- otip,

- dlakavost in

- togost prej,

zato se preje seveda razlikujejo tudi po teh lastnostih [7].


- 26 -

Tudi različne oblike presekov vlaken vplivajo na izpolnjenost niti oz. na zloženost

vlaken v preji. Bolj kot so vlakna zložena, večja je izpolnjenost in manjša je vsebnost zraka.

Ta značilnost je zelo pomembna pri prehodu toplote in vlage skozi tekstilijo in s tem

povezano poroznostjo [7].

Faktor izpolnjenosti se nanaša na delež vlaknaste substance v preji. Ima velik vpliv

na debelino niti ter s tem na doseganje gostote niti. Nasprotje izpolnjenosti niti je poroznost

niti, ki pomeni delež zraka v volumski enoti preje. Zaradi velikega števila vplivov, kot so [7]:

- uporabljena surovina: različne surovine imajo različne vrednosti specifične gostote,

- dolžina vlaken: krajša vlakna se ne zlagajo tako tesno kot daljša (manjša

izpolnjenost),

- preparacija niti: vpliva na razteg niti ter učinkuje tudi na izpolnjenost niti,

- vrsta postopka predenja: mikane in dvocilindrske preje vsebujejo več zraka ter imajo zato

manjšo izpolnjenost kot česane in trocilindrske preje,

- vitje in sukanje: z večanjem vrtilnih koeficientov se izpolnjenost veča,

tega močno nihajočega faktorja ne moremo izračunati. Vendar so na podlagi statističnih

raziskav dobljene približne vrednosti faktorja izpolnjenosti niti. Vrednost p=1 (ali gostota

izpolnjenosti je 100%) pomeni, da je uporabljena nit sestavljena samo iz vlaknaste substance

in ne vsebuje zraka (samo monofilametni). Povezava med faktorjem izpolnjenosti niti in

njihovo vsebnostjo zraka (poroznostjo) je sledeča [7]:

%100)1( ⋅−= iPniti (3.11)

Pniti [%] poroznost niti

i faktor izpolnjenosti niti

Faktor izpolnjenosti niti je definiran kot razmerje med specifično gostoto niti ( nρ ) in

specifično gostoto vlaken ( vlρ ).

Vl

niρρ

= (3.12)

Pri pletivih lahko zasledujemo podobne parametre poroznosti kot pri tkaninah, le da je

odstopanje pri pletivih večje v primerjavi s tkaninami. Če uporabljamo predivno prejo, je

pomembna dolžina vlaken. Če so vlakna daljša in finejša, gre za večjo stopnjo izravnave

vlaken, kakor tudi večjo stopnjo paraleliziranih vlaken. To pa vodi do večje izpolnjenosti niti.


- 27 -

Površinsko poroznost pletiva izračunamo po enačbi 3.13:

pp IP −=100 (3.13)

pP [%] površinska poroznost pletiva

pI [%] površinska izpolnjenost pletiva

Izpolnjenost pletiva se nanaša na izpolnjenost pletiva z zankami. Ločimo površinsko in

volumsko izpolnjenost pletiva. Površinska predstavlja delež površine zank v površinski enoti

pletiva in jo za desno-levo pletivo izračunamo po enačbi 3.14.

%100⋅⋅⋅

=Zz

P všldI (3.14)

PI [%] površinska izpolnjenost pletiva

d [mm] debelina niti v neobremenjenem stanju zanke

l [mm] dolžina zanke v površinski enoti pletiva

Zš [mm] širina zanke

Zv [mm] višina zanke

Volumensko poroznost pletiva izračunamo po enačbi 3.15:

IvPv −= 100 (3.15)

Pv [%] volumenska poroznost pletiva Iv [%] volumenska izpolnjenost pletiva

Volumenska izpolnjenost pletiva predstavlja delež volumna zanke v volumski enoti pletiva in

jo za desno-levo pletivo izračunamo po enačbi 3.16:

%1002

⋅⋅⋅⋅⋅

=hvšldI

ZzV

π (3.16)

VI [%] volumska izpolnjenost pletiva

d [mm] debelina niti v neobremenjenem stanju zanke

l [mm] dolžina zanke

Zš [mm] širina zanke

Zv [mm] višina zanke

h [mm] debelina pletiva

d [mm] debelina niti


- 28 -

3.3. Poroznost netkanih tekstilij

Slika 3.6 Shematični prikaz strukture vlaknovin

Zaradi raznovrstnosti netkanih tekstilij obstaja več različnih definicij in kvalifikacij. Najbolj

popolna, glede na način izdelave in lastnosti netkanih tekstilij, je definicija iz tekstilnega

priročnika: » Netkane tekstilije so nekonvencionalni tekstilni ploski izdelki, pri katerih lahko

z izbiro vlaken, tehnoloških postopkov izdelave temeljnega sloja, načinov utrjevanja in

naknadnih postopkov dodelave prevladuje karakter tekstilij, papirja ali plastične tvorbe [7].«

Za izdelavo netkanih tekstilij so običajno potrebne tri tehnološke faze [7]:

• izdelava temeljnega sloja,

• utrjevanje temeljnega sloja,

• plemenitenje.

Postopek izdelave in utrjevanje temeljnega sloja dajeta tekstiliji značilno konstrukcijo.

Temeljni sloj je lahko narejen iz razpoložljivih vlaken, vlaknotvornih polimerov ali iz visoko

orientiranih filmov, ki imajo sposobnost cepljenja. Šele v procesu utrjevanja se oblikujejo

določene vezi, ki dajejo netkani tekstiliji posebne lastnosti in uporabno vrednost. Pri izdelavi

netkanih tekstilij imajo vlogo veziva ali veznega elementa:

• vlakna (sposobnost kot vezni element izkoriščamo v mokrem postopku izdelave

temeljnega sloja, pri netkanih tekstilijah iz volnenih vlaken (polstenje), pri toplotni

obdelavi (termoplastične lastnosti vlaken),

• snopi vlaken (postopek iglanja, koprena se zgosti in utrdi),

• vezivne niti (kopreno utrjujemo s prešivanjem s šivalno-pletilno tehniko ) in

• vezivna sredstva (kemikalije, ki jih nanašamo na temeljni sloj ).


- 29 -

Najpogostejše netkane tekstilije, narejene iz vlaken, so polsti in vlakenske koprene. Pri

netkanih polsteh ločimo valjane in iglane polsti. Valjane nastanejo z valjanjem kopren iz

polstivih vlaken, iglane s prebadanjem kopren z nazobčastimi iglami. Prednosti polsti so, da

se ne parajo, dobro absorbirajo zvok in udarce. Slabo se drapirajo, imajo nizko razpočno in

pretržno trdnost. Vlakenske koprene so netkane tekstilije, katerih osnovni gradbeni

element so vlakna, ki jih v postopku izdelave oblikujemo v kopreno.

Končni izdelek se razlikuje glede na način izdelave, ki je lahko naslednji [7]:

• utrjevanje z iglanjem (iglane koprene),

• utrjevanje z vodnim curkom,

• utrjevanje z adhezivi,

• termično utrjevanje,

• izdelava po talilno-pihalnem postopku,

• fibriliranje,

• naplavljanje,

• utrjevanje s šivalno-pletilno tehniko.

Netkane tekstilije so lahko izredno kompaktne in toge, po drugi strani pa izredno prožne,

mehke, z veliko sposobnostjo drapiranja. Njihova trdnost je ali zelo nizka, tako da komaj

obdržijo svojo fizično obliko, ali pa izredno visoka, da jih z enostavnim ročnim preizkusom

trdnosti ne moremo pretrgati. Surovinska sestava uporabljenih vlaken ima v primerjavi s

tkaninami večji vpliv na konstruiranje oz. uporabne lastnosti netkanih tekstilij. Prav tako ima

geometrijska struktura, ki se nanaša na usmerjenost gradbenega elementa v temeljnem sloju,

močnejši vpliv na uporabne lastnosti, kot npr.: razporeditev niti pri tkaninah in pletivih. Bolj

so vlakna orientirana, večja trdnost se doseže, po drugi strani pa se zmanjšuje prožnost

tekstilije. Konstrukcijska značilnost netkanih tekstilij je njihova porozna struktura, ki

omogoča prehod energije in delcev, saj imajo netkane tekstilije zelo različno zračno

prepustnost in obseg prehoda vlage. Netkane tekstilije se uporabljajo tam, kjer uporaba

konvencionalnih tekstilij ni primerna in zato niso nadomestek za tkanine ali pletiva.


- 30 -

4. SPOSOBNOST PRILEGANJA TEKSTILIJ

4.1. Sposobnost oblikovanja tekstilij

Sposobnost oblikovanja tekstilij je definirana kot sposobnost preoblikovanja tekstilije iz

dvodimenzionalne v kompleksno trodimenzionalno obliko. Sposobnost oblikovanja je podana

na podlagi uklonske stisljivosti tekstilije b v določeni longitudinalni smeri, katera predstavlja

odpor proti uklonski sili in je podana z enačbo 4.1 [11]:

Fkb ⋅= (4.1)

K - matematična konstanta

F [mm2] - sposobnost oblikovanja tkanine

BCF = (4.2)

B [Nm/m] - upogibna togost tkanine

C - parameter proporcionalnosti med nastalo deformacijo in

uklonsko silo

Na sposobnost oblikovanja zelo vplivajo konstrukcijski parametri tekstilij. Za tkanine velja,

da večje, kot je število veznih točk (večja gostota niti pri enaki vezavi tkanine) na določeno

površino tkanine, višja je togost tkanine, saj so niti bolj tesno povezane med sabo. Sposobnost

oblikovanja pa se poveča pri tkanini z nižjim številom veznih točk, saj je več gibanja med

nitmi in je togost tkanine nižja [11].


- 31 -

4.2. Drapiranje tekstilij

Drapiranje tekstilij je povezano s končnim videzom oblačila. S praktičnega vidika je

drapiranje pojav, ki nastane zaradi povešenja tekstilije zaradi lastne mase, pri čemer nastanejo

upogibne in strižne deformacije, ki se odrazijo v obliki gub. Vrednotenje drapiranja tekstilij je

lahko subjektivno ali objektivno. Subjektivno izvajajo strokovnjaki, predvsem oblikovalci

oblačil, s pomočjo čutil vida, otipa. Objektivno pa temelji na eksperimentalnem določevanju

parametrov drapiranja, kot so: koeficient drapiranja, globina gub, število gub in porazdelitev

gub s pomočjo ustreznih merilnih naprav [11].

Slika 4.1 Primeri drapiranja različnih tekstilij2

Na sliki 4.1 vidimo različne primere drapiranja tekstilij. Koloni na levi strani sta fotografiji

dejanskih rezultatov testov, dve desni koloni sta individualni simulaciji rezultatov. Dve sliki v

zgornji vrsti kažeta rezultate tekstilije iz debelejše bombažne preje, v sredini rezultate

tekstilije iz tanjše bombažne preje in zadnji dve v spodnji vrstici, rezultate tekstilije iz tanjše

volnene preje. Na slikah je vidno, kakšna je razlika v drapiranju tekstilije: če je tekstilija iz

debelejše preje, nima tako izrazitih gub, če je tekstilija izdelana iz tanjše preje, je vidno lepše

podajanje gub.

2 Vir : www.emeraldinsight.com.


- 32 -

Objektivno vrednotenje drapiranja tkanine Prvo napravo za objektivno vrednotenje drapiranja tkanin je izdelal C.C Chu in je znana pod

imenom F.R.L Drape meter, za pionirja na področju objektivnega vrednotenja pa velja G.E.

Cusick [11]. Na sliki 4.2. je prikazana senca drapirane tekstilije na Cusick Drape metru.

Slika 4.2

Metoda vrednotenja drapiranja temelji na vertikalni projekciji drapiranega preizkušanca.

Preizkušanec se na sredini vstavi med dve horizontalni plošči. Od zgoraj prihaja od

paraboličnega ogledala vertikalno na preizkušanec svetloba, ki jo ustvarja svetilo, usmerjeno

v ogledalo, s svojimi svetlobnimi žarki. Senca, ki nastane zaradi drapiranja tkanine, pade

najprej skozi stekleno ploščo in nato na papirju izriše določeno obliko, na podlagi katere se

izračuna koeficient drapiranja ter se analizira razporeditev gub. (slika 4. 3) [11].

Slika 4.3


- 33 -

Koeficient drapiranja (KD) je definiran kot razlika med velikostjo površine nedeformiranega

preizkušanca in pravokotno projekcijo slike in je podan z izrazom (slika 4.4) [11]:

10021

22

22

RRRS

KD p

πππ−

−= (4.3)

KD [ ]% - koeficient drapiranja

Sp [ ]2mm - površina pravokotne projekcije drapirane površine preizkušanca

R1 [ ]mm - polmer horizontalne plošče

R2 [ ]mm - polmer nedeformirane površine preizkušanca

Slika 4.4 Projekcija drapirane tkanine

Koeficient drapiranja je zelo pomemben osnovni parameter. Dve tekstiliji imata lahko enak

koeficient drapiranja in se razlikujeta v številu gub, obliki in porazdelitvi gub. Visoka

vrednost koeficienta drapiranja pomeni, da je tekstilija toga in se zaradi tega tudi težje

preoblikuje. Nizke vrednosti koeficienta drapiranja pomenijo lažje preoblikovanje in s tem

boljše prilagajanje tekstilije obliki modela končnega izdelka. Oblika in število gub sta odvisni

predvsem od polnosti in togosti tekstilije. Tekstilije z višjo togostjo imajo večje in širše gube,

manj toge tekstilije pa imajo ožje gube [11].

Koeficient drapiranja je časovno odvisen pojav in se manjša v odvisnosti od časa po

eksponentni krivulji. Časovno spreminjanje vrednosti koeficienta drapiranja tekstilij, je

posledica polzenja in trenja med nitmi osnove in votka oz. učinka sile gravitacije. V ta namen

je bila razvita naprava za merjenje koeficienta drapiranja s pomočjo videokamere, ki zajema


- 34 -

sliko in jo pošilja na osebni računalnik, kjer je možno spremljati koeficienta drapiranja v

različnih časovnih intervalih [11].

Porazdelitev gub Gp je izražena kot razmerje med povprečno maksimalno amplitudo

gube in povprečno minimalno amplitudo gube in se izračuna po enačbah 4.4 – 4.6 [11]:

∑=

=n

i G

GGp Í

ÍiIG

12

2maxmax

max

))(( (4.4)

∑=

=n

i

GG n

iIÍ

1

maxmax

)( (4.5)

∑=

=n

i

GG n

iIÍ

1

minmax

)( (4.6)

ÍGmax [mm] - srednja vrednost maksimalnih amplitud gub v projekciji

ÍGmin [mm] - srednja vrednost minimalnih amplitud gub v projekciji

IGmax(i) [mm] - maksimalna amplituda i-te gube

IGmin(i) [mm] - minimalna amplituda i-te gube

n - število gub na preizkušancu

Slika 4.5 Prikaz gube


- 35 -

5. EKSPERIMENTALNI DEL

5.1. Material - opis in lastnosti filtrnih vreč

Filtrne vreče (slika 5.1) predstavljajo najpomembnejši del čistilnega robota, saj tam dejansko

poteka filtracija vode. Za raziskavo sem uporabila štiri različne filtrne vreče, različnih

vrednosti velikosti zadrževanja delcev na treh različnih čistilnih robotih (preglednica 5.1).

Slika 5.1 Filtrna vreča

Preglednica 5.1 Karakteristike in konstrukcijski parametri tekstilij za filtrne vreče

OZNAKA VZORCA

KARAKTERISTIKE

VIKING-80 3000-80 ALPHA-20 3000-15

ČISTILNI ROBOTI VIKING AQUACAT 3000 AQUACAT ALPHA AQUACAT 3000

VRSTA TEKSTILIJE Dvosnutkovno pletivo

Dvosnutkovno pletivo Snutkovina Tkanina

DEKLARIRANA VELIKOST POR

ZADRŽEVANJA DELCEV [µm]

80 80 20 15

KEMIJSKA SESTAVA PES PES PE PES, BOMBAŽ

VEZAVA Triko-resa Resa-saten Dvojno-dvosnutkovno pletivo

Desnosmerni 3 vezni keper

DEKLARIRANA MASA [g/m2] 34 30 51 144

DEKLARIRANA DEBELINA

[mm] 0,332 0,284 0,499 1,438

TEORETIČNA VOLUMENSKA POROZNOST

[%]

89,9 89,5 89,7 90

TEORETIČNA SPECIFIČNA GOSTOTA

[g/cm3] 0,101 0,105 0,102 0,100


- 36 -

Preglednica 5.2 Slike testnih vzorcev tekstilij za filtrne vreče

OZNAKA VZORCA LIČNA STRAN HRBTNA STRAN

VIKING-80

3000-80

ALPHA-20

3000 -15


- 37 -

5.2. Uporabljene metode merjenja poroznosti in drapiranja tekstilij

5.2.1 Živosrebrna porozimetrija in parametri poroznosti

Živosrebrna porozimetrija je tehnika, ki sta jo leta 1945 razvila Ritter in Drake in omogoča

določevanje volumna in velikosti makro in mezo por v poroznih materialih.

Slika 5.4 Prikaz velikostnega razreda in odgovarjajoče tehnike merjenja poroznosti

Tekočina (živo srebro), ki pride v kontakt s poroznim materialom in se obnaša kot neomočljiv

agens ( ko je kontaktni kot tekočine s trdnim telesom večji od 90° ), ne more zaradi napetosti

površine prodreti spontano v pore telesa. Živo srebro prodre v pore nekega telesa le pod

vplivom določenega zunanjega tlaka. Tlak je odvisen od velikosti por. Odnos med velikostjo

por in tlakom prikazuje spodnja enačba [1]:

Θ= cos2γpr (5.1)

r [ ]mμ - polmer por

γ [ ]cmdynes /482 - površinska napetost živega srebra

Θ [ ]°140 - kot omočenja

p [ ]2/ cmkg - uporabljen absolutni tlak

Pri tem se mora upoštevati:

- napetost površine živega srebra in kot omočenja glede na trdno snov, ki sta med

analizo konstantna,

- sistem mora biti v ravnovesju,

- predpostavlja se, da so pore cilindrične oblike,

- trdna snov se ne deformira zaradi tlaka.


- 38 -

Ta odnos je znan kot Washburnova enačba. Čeprav v skoraj vseh poroznih materialih ne

obstajajo pravilno cilindrične pore, se za izračun razporeditve velikosti por pri živosrebrni

porozimetriji uporablja enačba (5.1). Zaradi merjenja volumna vbrizgane količine živega

srebra in tlaka, pri katerem vbrizgavamo živo srebro, lahko tako iz eksperimentalnih podatkov

izračunamo razporeditev volumna por kot funkcijo polmera por [1].

Parametre poroznosti sem merila s pomočjo živosrebrnega porozimetra Pascal 140.

Slika 5.5 Naprava Pascal 140

Ime Pascal izvira iz angleškega poimenovanja "Pressurization with Automatic Speed-up

and Continuous Adjustment Logic". Deluje po sistemu določevanja volumna vbrizganega

živega srebra v pore vzorca, s pomočjo merilnega sistema. Tlak se izmeri s pomočjo ustreznih

merilcev tlaka. Porozimeter Pascal sestavljajo trije glavni deli [1]:

a) dilatometer: vsebuje vzorec za analizo,

b) tlačni sistem: dozirna črpalka, ojačevalec tlaka in avtoklav,

c) merilni sistem kondenzatorja in tlaka : meri količino vbrizganega živega srebra v

vzorec in tlak.

Vbrizgavanje živega srebra v porozni material je funkcija strukture in velikosti por. To

pomeni, da je lahko hitrost vbrizgavanja živega srebra in s tem doseganja ravnotežja tlakov,

od vzorca do vzorca različna. Instrument mora biti sposoben avtomatsko regulirati zajemanje

podatkov. Postopen sistem je najbolj primeren za te vrste analiz, vendar ima zelo dolg čas

testiranja. Sistem Pascal je bil razvit za testiranje vzorcev z minimalnim časom za zajemanje

podatkov, tako da se v preizkušancu med vbrizgavanjem živega srebra avtomatsko upoštevajo

tlačne in volumske vrednosti. Pascal sistem pri tem uporablja tabelo maksimalnih hitrosti

vbrizgavanja živega srebra, za optimiranje tlačne hitrosti. Uporaba različnih maksimalnih


- 39 -

hitrosti kot funkcija trenutnega tlaka je nujna, ker enačba (enačba 3), ki povezuje premer por z

ravnotežnim tlakom, prikazuje inverzno razmerje. To pomeni, da če je tlak nizek, odgovarjajo

majhne spremembe tlaka zelo velikim razlikam v premeru in obratno, če je tlak visok,

odgovarjajo spremembe tlaka vedno minimalni spremembi v premeru por. Zato je zanesljivost

porazdelitve por pri takšni analizi povezana direktno s hitrostjo vbrizgavanja živega srebra.

Testiranje je zelo občutljivo pri nizkih tlakih. Če se hitrost ne kontrolira na primeren način,

obstaja riziko, da se za vrednosti vbrizganega živega srebra določi tlak, ki ni več enak

dejanski vrednosti tlaka na začetku. Posledica tega fenomena je, da dobimo porazdelitev por,

ki ni realna glede na majhne vrednosti por. Metoda Pascal vsebuje optimiran sistem

naraščanja in zniževanja hitrosti, ki je funkcija trenutnega tlaka živega srebra (pi). Hitrost se

izbere glede na naslednjo preglednico [1]:

Preglednica 5.3 Preglednica stopenj hitrosti

Pritisk vbrizgavanja živega srebra [MPa] Stopnja hitrosti 0-8 8-16 16-24 24-32 32-40 40 1 0,02 0,03 0,04 0,06 0,08 0,08 2 0,02 0,03 0,04 0,06 0,08 0,10 3 0,03 0,04 0,06 0,08 0,10 0,13 4 0,04 0,06 0,08 0,10 0,13 0,18 5 0,06 0,08 0,12 0,16 0,2 0,24 6 0,08 0,12 0,16 0,20 0,24 0,32 7 0,16 0,20 0,24 0,30 0,36 0,45 8 0,24 0,30 0,36 0,42 0,50 0,60 9 0,30 max max max max max

Naprava porozimeter Pascal avtomatsko regulira maksimalne vrednosti hitrosti vbrizgavanja

živega srebra glede na vrednost tlaka živega srebra. Za vsako območje tlaka in za vsako

določeno hitrost se maksimalna hitrost ne določi takoj, ampak glede na »soft-start« metodo.

To pomeni, da v vsakem območju tlaka porozimeter počasi stopnjuje tlak, dokler ni dosežena

v tabeli določena maksimalna hitrost vbrizgavanja živega srebra. Ko porozimeter zazna

vbrizgavanje živega srebra, se hitrost vbrizgavanja živega srebra neposredno upočasni, dokler

vbrizgavanje živega srebra pri določenem tlaku ni zaključeno, potem se zopet povečuje.

Uravnavanje povečevanja tlaka kot funkcija vbrizganega živega srebra, omogoča določevanje

eksperimentalnih točk v realnem času, ki povezujejo tlak in volumen živega srebra. Na ta

način omogoča sistem PASCAL hitra merjenja ( do 30 % hitrejše meritve v primerjavi z

ostalimi sistemi) z odlično ponovljivostjo in zanesljivostjo [1].


- 40 -

Merjenje volumna živega srebra

Volumen vbrizganega živega srebra je direktna vrednost volumna por materiala, izražena v

desetini mm3 in določena s pomočjo kapacitivnega merilnega sistema. Merilni sistem je

sestavljen iz fiksne kondenzatorske elektrode in iz zunanje cevne elektrode, ki je pritrjena na

dilatometer. Druga elektroda je gibljiva in je sestavljena iz stebra živega srebra v notranjosti

skalibrirane cevke. Pri poviševanju tlaka, pri prodiranju živega srebra v pore, se steber živega

srebra zniža. Kapaciteta kondenzatorja se s tem, linearno s spremembo višine stebra živega

srebra, zmanjša. Na ta način se izmeri kapaciteta kondenzatorja, kot funkcija prodiranja

živega srebra v vzorec. Sprememba kapacitete se lahko s certificiranim volumskim telesom

skalibrira [1].

Merjenje tlaka živega srebra

Izmerjene vrednosti tlaka se morajo zaradi statičnega tlaka stebra živega srebra popraviti. Ta

tlak pritiska na začetku vsake meritve na preizkušanec in omejuje maksimalni polmer por.

Statični tlak v mmHg (Torr) se mora preračunati v MPa [1].

7501)( CE

Hghh

p+

= (5.2)

Hgp [MPa] - tlak živega srebra

CE hh + [mmHg] - statični tlak

7501 [MPa]

Vrednost višine stolpca živega srebra se izračuna iz volumna polnjenja „Vol. At run“. Skupna

višina stebra živega srebra se izračuna iz volumna polnjenja in iz konusne višine podatkov iz

slepe meritve. Korektura podatkov nastane kot višina stebra živega srebra na sredinskem

mestu preizkušanca v dilatometru. Začetna višina stebra ponavadi znaša 100 mm, kar ustreza

statičnemu tlaku 0,013 mpa. Korektura tlaka se, glede na dani tlak, izvede avtomatsko [1].


- 41 -

Volumenska gostota materiala

Gostota (ρ) je fizikalna količina, določena za homogena telesa kot razmerje med maso m in

prostornino telesa V in je odvisna od temperature in pritiska:

Vm

=ρ (5.3)

ρ [g/cm3] - gostota snovi

m [g] - masa snovi

V [cm3] - prostornina telesa

Živosrebrna porozimetrija daje poleg ostalih informacij tudi zelo zanesljive, natančne in

reproduktibilne meritve. Volumenska gostota je parameter, ki je zelo pomemben za

karakterizacijo trdnih snovi in snovi v prahu, saj ko je že enkrat znana, pokaže navidezni

volumen. Volumenska gostota se nanaša na volumen, ki ga zavzema trdna snov. Predstavlja

razmerje med maso testnega vzorca in celotnim volumnom testnega vzorca, ki ga zaseda

material. Celoten volumen vključuje torej volumen snovne substance in volumen por. Izražen

je v gramih vzorca glede na celoten volumen, ki ga zavzema vzorec [1].

Zaradi tega, ker živo srebro ne omoči vzorca, potrebujemo tlak, če želimo doseči

prodiranje živega srebra v pore preizkušanca. Če je sistem ( preizkušanec in živo srebro ) pod

vakuumom, živo srebro ne more prodreti v pore in pokriva, podobno kot rokavica, le zunanjo

površino materiala. Zunanji volumen preizkušanca določimo tako: z živim srebrom napolnjen

dilatometer najprej stehtamo. Nato je potrebno dilatometer, po napolnitvi s preizkušancem in

po napolnitvi z živim srebrom pod vakuumom, še enkrat stehtati. Razlika obeh mas daje maso

manjkajočega živega srebra. Pri znani sobni temperaturi in gostoti živega srebra lahko

izračunamo volumensko gostoto manjkajočega živega srebra, ker zaradi prisotnosti

preizkušanca odgovarja zunanjemu volumnu materiala.

Volumensko gostoto se pri PASCAL-u 140 izračuna po enačbi (5.4):

HGA

VD

HGB

D

VV mmBmA

m

ρρ

ρ−−

−−

= (5.4)

ρV [g/cm3] izmerjena volumenska gostota vzorca

ρHGB [g/cm3] gostota živega srebra pri slepi meritvi

ρHGA [g/cm3] gostota živega srebra, izmerjenega pri temperaturi analiziranja

mV [g] masa vzorca


- 42 -

mD [g] masa praznega dilatometra

A= mD + mHG [g] masa dilatometra in masa živega srebra pri slepi meritvi

B= mD + mHG + Sco [g] korigirana masa dilatometra in živega srebra (glede na

meritev pri slepi meritvi)

Navidezna gostota Porozimeter meri volumen por le do določenega minimalnega polmera, ki je odvisen

od tlaka med meritvijo. Ko je analiza končana, je eden izmed rezultatov specifični volumen

por, izražen v cm3/g ali mm3/g. Možna je tudi poprava gostote živega srebra za ta volumen,

tako da dobimo vrednost gostote, ki se imenuje navidezna gostota. To je masa vzorca, ki se

nanaša na celoten volumen vzorca brez mikropor oz. tistih por, ki se s tehniko porozimetrije

ne dajo zasledovati. Zato je tudi večja od volumenske gostote. Ta gostota je „navidezna“ iz

dveh razlogov:

1. če vzorec vsebuje mikropore, ki so tako majhne, da se ne dajo izmeriti, jih ne

moremo »prišteti« h gostoti,

2. določene vrste vzorcev se pod povišanim tlakom deformirajo oz. stisnejo, kar

naprava registrira kot prisotnost por.

Zaradi tega ne moremo govoriti o realni gostoti materiala, ampak o navidezni gostoti, ki se pri

neobstoju mikropor in pri nestisljivih materialih zelo približa realni volumenski gostoti.

Navidezna gostota je zelo blizu volumenski gostoti v naslednjih primerih:

• če se vzorec zaradi visokega pritiska ne deformira in se porozna struktura vzorca ne

spremeni,

• če vzorec ne vsebuje por, ki so manjše od najmanjše vrednosti por, ki jih lahko

merimo s porozimetrom.

Navidezna gostota se izračuna po enačbi (5.5) [1]:

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−

=

SV

n

Vρ

ρ1

1 (5.5)

ρn [g/cm3] - navidezna gostota vzorca

ρV [g/cm3] - volumenska gostota vzorca

VS [cm3/g] - specifičen volumen oz. celoten volumen živega srebra, ki je

prešel v pore in se nanaša na maso vzorca


- 43 -

Volumenska poroznost vzorca

Volumenska poroznost je definirana kot razmerje med volumnom por in celotnim

volumnom, ki ga zavzame vzorec. Izračuna se na naslednji način [1]:

100∗∗= VSV VP ρ (5.6)

PV [%] - volumenska poroznost vzorca

VS [cm3/g] - specifični volumen (volumen por na enoto mase vzorca)

ρV [g/cm3] - volumenska gostota vzorca

Premer por

Obstaja več načinov izračuna srednjega premera por. Analizna programska oprema

sistema Pascal ga izračunava na dva načina. Zajeto območje velikosti por se razdeli na željene

velikostne razrede (ponavadi 50), ki vplivajo na izračunane vrednosti povprečnega premera

por. Uporabnik si izbere območje velikosti por, za katerega se naj izračuna najpogostejši

premer por. Ta opcija je uporabna za dvomodalno porazdelitev velikosti por, za določevanje

maksimalnih vrednosti za posamezno porazdelitev velikosti por. V tem primeru bo

programski paket izračunal dva povprečna premera por, ločeno za vsako porazdelitev

velikosti por posebej.

V primeru enomodalne porazdelitve velikosti por, se mora izbrati celotno področje obsega

velikosti por. Program za vsak velikostni razred premera por najde najpogostejši volumen

vbrizganega živega srebra. Drugi način izračuna je dosti enostavnejši. Program obračuna le 50

% vbrizganega volumna živega srebra. Iz krivulje volumna por, glede na polmer por, se

izračuna polmer, ki ustreza 50 % kumulativnega volumna vbrizganega živega srebra. Ta

metoda ima prednost, ker so rezultati neodvisni od nastavitve širine razreda porazdelitve

velikosti por [1].


- 44 -

5.2.2 Cusik drape meter Cusik drape meter je naprava za določanje parametrov drapiranja, kot so : koeficient pada,

število in razporeditev gub. Sestavljena je iz dveh komponent Cusik drape metra (slika 5.6) z

videokamero in programsko opremo imenovano »Drape Analyzer«. Cusik drape meter

temelji na principu vertikalne projekcije deformiranega preizkušanca (slika 5.7).

Slika 5.6 Naprava za merjenje drapiranja

Merilna naprava je sestavljena iz dveh horizontalno ležečih plošč premera 180 mm, med

katerima se vstavi preizkušanec različnih premerov ( 240 mm, 300 mm, 360 mm ), odvisno

od vrste tekstilije, ki se preizkuša [11].

Slika 5.7 Princip merjenja koeficienta drapiranja s Cusik drape metrom


- 45 -

Naprava deluje tako, da se pomična steklena plošča spusti vertikalno navzdol, preizkušanec

prosto pade čez rob plošče. Svetilka odda svetlobne žarke v parabolično ogledalo, ki odbija

svetlobne žarke skozi stekleno površino na vrhu merilne naprave in na papirju zgoraj se

projicira senca padajočega preizkušanca. Senca nam pokaže sliko drapiranega preizkušanca in

na podlagi nje se izračunajo željeni parametri. ( slika 5.8)

Slika 5.8 Senca preizkušanca

Obliko drapiranja preizkušanca ovrednotimo s parametri drapiranja [11]:

→ koeficient drapiranja KD predstavlja razmerje med površino preizkušanca v

horizontalni legi in površino drapiranega preizkušanca,

→ število gub nG na preizkušancu,

→ amplituda gube podaja vrednost dominantne gube oz. vala, ki se izračuna s pomočjo

Fast Fourierjeve transformacije FFT,

→ dolžina amplitude gube lG, predstavlja dolžino vala med dvema gubama,

→ minimalna amplituda gube lGmin, pomeni najmanjšo razdaljo med središčem kroga in

krivuljo drapiranega preizkušanca,

→ maksimalna amplituda gube lGmax, pomeni največjo razdaljo med središčem kroga in

krivuljo drapiranega preizkušanca,

→ srednja vrednost amplitude gube Gl pomeni povprečje vseh izmerjenih razdalj med

središčem kroga in krivuljo drapiranega preizkušanca,

→ varianca amplitude gube so vse izmerjene razdalje med središčem kroga in krivuljo

drapiranega preizkušanca.


- 46 -

6. REZULTATI

6.1. Rezultati merjenja parametrov poroznosti

S pomočjo Pascala 140 sem merila parametre poroznosti, ki so podani v preglednicah 6.1 –

6.8, in sicer: premer por, specifični volumen por, volumensko poroznost, celotno specifično

površino por, volumensko gostoto materiala in navidezno gostota materiala. Za vsak vzorec

sem naredila tri meritve z navadnim dilatometrom in tri meritve z ultra dilatometrom. Premer

por je podan kot povprečna vrednost velikosti por v velikostnem obsegu od 100 do 1 µm (1

velikostni razred = RANGE 1; nastavljen obseg velikostnega razreda premera por =

CUSTOM). Za vzorce 3000-80 in VIKING-80 sem uporabila naslednje pred nastavljene

velikostne razrede : 100-90, 90-70, 70-50, 50-30, 30-10, 10-5, 5-2 in 2-1 µm, za vzorce

ALPHA-20 in 3000-15 pa naslednje pred nastavljene velikostne razrede: 100-60, 60-40, 40-

30, 30-20, 20-10, 10-5, 5-2 in 2-1 µm.

Preglednica 6.1 Rezultati meritev parametrov poroznosti vzorca 3000 – 80 pri uporabi

navadnega dilatometra (RANGE 1, CUSTOM)

VZOREC TEKSTILIJE 3000 - 80

1 2 3 4 5 6

št. vzorcev

Premer por (µm)

Specifični volumen por(mm3/g)

Volumenska poroznost (%)

Celotna specifična površina por (m2/g)

Volumenska gostota materiala (g/cm3)

Navidezna gostota materiala (g/cm3)

1 20,8 601 75,2 0,089 1,25 5,062 20,9 635 67,7 0,091 1,07 3,303 20,9 659 66,7 0,097 1,01 3,03povprečje 20,9 632 69,9 0,092 1,11 3,80min 20,8 601 66,7 0,089 1,01 3,03max 20,9 659 75,2 0,097 1,25 5,06stand. odklon 0,1 29 4,6 0,004 0,12 1,10koeficient variacije 0,3 4,6 6,7 4,3 11,30 29,0


- 47 -


ULTRA dilatometra (RANGE 1, CUSTOM)

Preglednica 6.3 Rezultati meritev parametrov poroznosti vzorca VIKING – 80 pri uporabi

navadnega dilatometra( RANGE 1, CUSTOM)

VZOREC TEKSTILIJE 3000 – 80 ULTRA

1 2 3 4 5 6

št. vzorcev Premer por (µm)



Celotna specifična površina por(m2/g)



1 18,7 17557,0 86,8 1,109 0,05 0,372 18,5 5489,3 73,8 0,342 0,13 0,513 18,5 5103,7 78,5 0,316 0,15 0,72Povprečje 18,6 9383,3 79,7 0,581 0,11 0,53min 18,5 5103,7 73,8 0,316 0,05 0,37max 18,7 17557,0 86,8 1,085 0,15 0,72stand. odklon 0,1 7081,2 6,6 0,437 0,05 0,18koeficient variacije 0,6 75,5 8,3 75,2 48,1 33,2

VZOREC TEKSTILIJE VIKING - 80

1 2 3 4 5 6









- 48 -

Preglednica 6.4 Rezultati meritev parametrov poroznosti vzorca VIKING – 80 pri uporabi


Preglednica 6.5 Rezultati meritev parametrov poroznosti vzorca ALPHA – 20 pri uporabi


VZOREC TEKSTILIJE VIKING – 80 ULTRA

1 2 3 4 5 6







1 18,1 1381,3 50,6 0,112 0,34 0,742 18,7 1332,7 45,7 0,076 0,34 0,643 21 1396,9 51,8 0,086 0,37 0,77Povprečje 19,3 1370,3 49,4 0,091 0,35 0,72min 18,1 1332,7 45,7 0,076 0,34 0,64max 21 1396,9 51,8 0,112 0,37 0,77stand. odklon 1,5 33,5 3,2 0,019 0,02 0,07koeficient variacije 7,9 2,4 6,5 20,4 4,9 9,5

VZOREC TEKSTILIJE ALPHA – 20

1 2 3 4 5 6









- 49 -

Preglednica 6.6 Rezultati meritev parametrov poroznosti vzorca ALPHA – 20 pri uporabi




VZOREC TEKSTILIJE ALPHA – 20 ULTRA

1 2 3 4 5 6







1 18,1 2761,7 65,0 0,234 0,24 0,672 18,1 2273 59,0 0,230 0,26 0,633 18,8 2901,2 69,2 0,238 0,24 0,77Povprečje 18,3 2645,3 64,4 0,234 0,25 0,69min 18,1 2273 59 0,230 0,24 0,63max 18,8 2901,2 69,2 0,238 0,26 0,77stand. odklon 0,4 329,9 5,1 0,004 0,01 0,07koeficient variacije 2,2 12,5 8,0 1,7 4,0 10,1

VZOREC TEKSTILIJE 3000 - 15

1 2 3 4 5 6









- 50 -



Pri vsaki tekstiliji sem izbrala med tremi vzorci reprezentativni vzorec, ki je imel vse

parametre najbližje deklariranim vrednostim. Reprezentativni vzorci so naslednji: vzorec 3

(3000-80 navadni dilatometer), vzorec 2 (3000-80 ultra dilatometer), vzorec 1 (VIKING-80

navadni dilatometer), vzorec 2 (VIKING-80 ultra dilatometer), vzorec 3 (ALPHA-20 navadni

dilatometer), vzorec1 (ALPHA-20 ultra dilatometer), vzorec 2 (3000-15 navadni dilatometer)

in vzorec 2 (3000-15 ultra dilatometer). V preglednici 6.9 in 6.10 je prikazan delež volumna

vbrizganega živega srebra reprezentativnih vzorcev po prednastavljenih velikostnih razredih

premera por (pri meritvah z navadnim dilatometrom in ultra dilatometrom).

Preglednica 6.9 Delež volumna vbrizganega živega srebra reprezentativnih vzorcev (navadni dilatometer) po velikostnih razredih premera por

Delež volumna

vbrizganega živega srebra [%]

Delež volumna vbrizganega živega

srebra [%]

Razredi

premera por [µm] 3000- 80 VIKING- 80

Razredi

premera por [µm] ALPHA- 20 3000- 15

100-90 6,06 0,91 100-60 30,27 15,86

90-70 14,4 10,91 60-40 15,33 11,65 70-50 16,86 14,55 40-30 9,2 8,77 50-30 21,28 10,91 30-20 13,03 15,3 30-10 36,01 40,91 20-10 20,69 35,44 10-5 4,58 21,82 10-5 9,96 11,44 5-2 0,82 0 5-2 1,53 1,54 2-1 0 0 2-1 0 0

VZOREC TEKSTILIJE 3000 – 15 ULTRA

1 2 3 4 5 6







1 18,6 2184 24,8 0,348 0,11 0,152 18,3 2188,3 25,0 0,346 0,11 0,153 18,4 2145,2 23,5 0,341 0,11 0,14Povprečje 18,4 2172,5 24,4 0,345 0,11 0,15min 18,3 2145,2 23,5 0,341 0,11 0,14max 18,6 2188,3 25,0 0,348 0,11 0,15stand. odklon 0,2 23,7 0,8 0,004 0 0,01koeficient variacije 0,8 1,1 3,3 1 0 3,8


- 51 -

Preglednica 6.10 Delež volumna vbrizganega živega srebra reprezentativnih vzorcev (ultra dilatometer) po velikostnih razredih

Delež volumna

vbrizganega živega srebra [%]

Delež volumna vbrizganega živega

srebra [%]

Razredi

premera por [µm] 3000-80 VIKING-80

Razredi

premera por [µm] ALPHA-20 3000-15

100-90 26,9 14,6 100-60 49,6 34,6

90-70 50,3 60,1 60-40 30,7 15,8 70-50 11,7 12,8 40-30 6,5 8 50-30 5,5 6,9 30-20 5,8 10,4 30-10 5,2 5,2 20-10 6,4 24,9 10-5 0,3 1,6 10-5 1 6,2 5-2 0 0 5-2 0 0 2-1 0 0 2-1 0 0

Preglednica 6.11 prikazuje rezultate povprečnega premera por reprezentativnih vzorcev,

dobljene pri enem, šestih, stotih, petstotih velikostnih razredih prednastavljenega obsega

premera por ter pri 50 % volumnu vbrizganega živega srebra.

Preglednica 6.11 Rezultati povprečnega premera por pri različnem številu velikostnih

razredov premera por in pri 50 % volumnu vbrizganega živega srebra za reprezentativne

vzorce

Povprečni premer por reprezentativnih vzorcev (µm) OZNAKA VZORCA RANGE 1 RANGE 6 RANGE 100 RANGE 500 50 % Hg

3000-80 20,9 83,7 108,7 97,7 40,7

3000-U3 80 18,5 72 90,1 91,3 84,6

VIKING-80 23,9 11,3 87,4 6,2 22

VIKING-U 80 18,7 72,2 76,6 76,6 76,9

ALPHA-20 19,9 83,3 109 71,2 40,4

ALPHA-U 20 18,1 70,3 65,5 66,3 61,9

3000-15 19,9 15 15,4 18,3 21,3

3000-U 15 18,3 71,7 92,7 92,1 41,1

3 Oznaka U pomeni merjeno z ultra dilatometrom


- 52 -

6.2. Rezultati merjenja parametrov drapiranja

Preglednica 6.12 Rezultati merjenja parametrov drapiranja vzorcev tekstilij za filtrne vreče VZOREC 3000-80 VZOREC VIKING

Koeficient drapiranja KD 0,4 Koeficient drapiranja KD 0,5 Število gub nG 8 Število gub nG 6 Amplituda gube lG 12,6 mm Amplituda gube lG 13,6 mm Dolžina amplitude gube 45 deg Dolžina amplitude gube 60 deg Minimalna amplituda lGmin 8,9 mm Minimalna amplituda lGmin 8,9 mm Maksimalna amplituda lGmax 14,3 mm Maksimalna amplituda lGmax 14,7 mm

Srednja vrednost ampl. Gl 11,5 mm Srednja vrednost ampl. Gl 12,4 mm

Varianca amplitude gube 1,7 mm Varianca amplitude gube 2,5 mm VZOREC ALPHA VZOREC 3000-15

Koeficient drapiranja KD 0,2 Koeficient drapiranja KD 0,8 Število gub nG 8 Število gub nG 6 Amplituda gube lG 11,5 mm Amplituda gube lG 14,4 mm Dolžina amplitude gube 45 deg Dolžina amplitude gube 60 deg Minimalna amplituda lGmin 8,7 mm Minimalna amplituda lGmin 12,7 mm Maksimalna amplituda lGmax 13,2 mm Maksimalna amplituda lGmax 15,1 mm

Srednja vrednost ampl. Gl 10,4 mm Srednja vrednost ampl. Gl 13,7 mm

Varianca amplitude gube 1,4 mm Varianca amplitude gube 0,38 mm


- 53 -

7. DISKUSIJA REZULTATOV Tekstilijam, ki se najbolje ujemajo s kapilarnim modelom porozne strukture ploske tekstilije

(slika 3.1), lahko najbolj natančno določimo porozno geometrijsko strukturo. Na sliki 7.1 so

prikazane orientacijske vrednosti velikosti por vzorcev tekstilij za filtrne vreče, ki sem jih

testirala. Da je kapilarni model porozne strukture najbolj popoln, morajo biti pore čim bolj

enakomerne oblike, vzporedne med sabo in pravokotne na površino.

A) B)

C) D)

Slika 7.1 Prikaz velikosti por pri 120 x povečavi na vzorcih 3000-80 (A), VIKING-80 (B),

3000-15 (C) in ALPHA-20 (D) (razdalje med nitmi v tekstilijah v mm)

Na sliki 7.1 vidimo, da imata vzorca 3000-80 (povprečje premera por 148 µm) in VIKING-80

(povprečje premera por 123 µm) zelo porozno strukturo, z različno velikostjo por, ki pa so,

absolutno gledano, večje v primerjavi s porami vzorca 3000-15 (povprečje premera por 87

µm) in ALPHA-20 (povprečje premera por 33 µm). Pore v tkanini (3000-15) so majhne in

dimenzijsko najbolj stabilne ter enotnega premera vzdolž debeline tkanine. Pore v dvojnem


- 54 -

dvosnutkovnem pletivu (ALPHA-20) nimajo konstantnega premera vzdolž debeline pletiva in

imajo geometrično nepravilen presek, kar ima za posledico večji razsip velikosti premera por.

Pri opravljanju meritev na napravi Pascal 140 sem morala pri vzorcih 3000-80 in VIKING-80

večkrat ponavljati meritve, kot pri ostalih dveh vzorcih. Problemi so nastali, ker ima

dilatometer določen volumen, kamor se vstavi vzorec za meritev. Ker imata vzorca 3000-80

(30 g/m2) in VIKING (34 g/m2) nižjo maso, je vzorec, ki ga vstavimo v dilatometer (masa

vzorca mora znašati 0,1 g ), površinsko večji in ker sta vzorca 3000-80 (0,284 mm) in

VIKING (0,332 mm) tanjša, večkrat pride do deformacije vzorca oz. do zlepljenja vzorca na

stene. Zaradi upogibanja vzorca in zlepljenja na stene dilatometra pride pri polnjenju

dilatometra z živim srebrom do deformacij, ker živo srebro ne zapolni prostora med steno

dilatometra in vzorcem oz. upognjenim delom vzorca. Pri povišanem tlaku pa živo srebro

zapolni te prostore, ki jih zazna kot velike pore. Diagram porazdelitve por pri teh vzorcih zato

kaže večji delež volumna živega srebra pri velikih porah oz. meritve parametrov poroznosti

kažejo večja odstopanja (koeficient variacije, tudi do 76 % pri specifičnem volumnu por).

Problem predstavljala tudi površinska poroznost vzorcev 3000-80 in VIKING-80, saj niti

niso gosto zložene. S tem je izpolnjenost tekstilije nižja in več je zraka med nitmi tekstilije.

Ko se v začetni fazi navadni dilatometer z vzorcem zapolni z živim srebrom, se verjetno že

takoj zapolnijo velike pore, kar pomeni, da ko sistem začne povečevati tlak, teh por sploh ne

registrira. Zato je tudi povprečen premer por, ne glede na metodo izračunavanja, občutno

nižji, v primerjavi z deklarirano vrednostjo:

- za vzorec 3000-80 znaša pri upoštevanju enega velikostnega razreda premera por

20 ,9 µm oz. pri 50 % volumnu vbrizganega živega srebra 40,7 µm (deklarirana

vrednost je 80 µm ),

- za vzorec VIKING- 80 znaša pri upoštevanju enega velikostnega razreda premera

por 23,9 µm oz. pri 50 % volumnu vbrizganega živega srebra 22 µm (deklarirana

vrednost znaša 80 µm).

Za te vzorce je primernejša uporaba ultra dilatometra ter uporaba metode izračunavanja

srednjega premera por pri 50 % volumnu vbrizganega živega srebra:

- vzorec 3000-80 ima v tem primeru povprečen premer po 84,6 µm

- vzorec VIKING-80 pa 76,9 µm.

Obe vrednosti sta torej blizu deklarirane vrednosti premera por (80 µm). Glede na podane

rezultate sem prišla do zaključka, da sta vzorca 3000-80 in VIKING-80 zaradi svoje

strukture, mase in debeline manj primerna za merjenje na napravi Pascal 140, zato ju bom v

nadaljnji diskusiji izključila in se bom osredotočila na ostala dva vzorca.


- 55 -

Na sliki 7.2 je prikazana primerjava povprečnih rezultatov meritev premera por za vzorec

ALPHA-20 in 3000-15, pri meritvah, opravljenih z navadnim in z ultra dilatometrom, pri

prednastavljeni metodi enega velikostnega razreda premera por (RANGE 1, CUSTOM).

19,9

18,3

20,1

18,4

1717,5

1818,5

1919,5

2020,5

ALPHA-20 3000-15

Premer por

navadni dilatometer [µm]ultra dilatometer [µm]

Slika 7. 2 Grafični prikaz rezultatov premera por

Rezultati merjenja premera por so pokazali, da je metoda merjenja z navadnim dilatometrom

boljša (bližje deklarirani vrednosti 20 µm) pri vzorcu ALPHA-20 (19,9 µm ), metoda

merjenja z ultra dilatometrom pa boljša (bližje deklarirani vrednosti 15 µm) za vzorec 3000-

15.

Končne rezultate meritev srednjega premera por reprezentativnih vzorcev, sem spremljala pri

različnih nastavitvah števila razredov velikosti premera por in sicer : enem (RANGE 1), šestih

(RANGE 6), stotih (RANGE 100), petstotih (RANGE 500) in pri 50 % volumnu vbrizganega

živega srebra (slika 7.3- 7.6), z namenom, da ugotovim najprimernejšo nastavitev, glede na

porozno strukturo vzorca tekstilije.

Premer por [µm]: ALPHA-20

19,9

83,3

109

71,2

40,4

0

20

40

60

80

100

120

RANGE 1 RANGE 6 RANGE 100 RANGE 500 50 % Hg

Izmerjena vrednost [µm]

DEKLARIRANA VREDNOST: 20 µm

Slika 7.3 Grafični prikaz srednjega premera por vzorca ALPHA-20 glede na različne metode

izračunavanja povprečnega premera por (navadni dilatometer)


- 56 -

Premer por [µm]: ALPHA-U 20

18,1

70,365,5 66,3

61,9

0

10

20

30

40

50

60

70

80




Slika 7.4 Grafični prikaz srednjega premera por vzorca ALPHA-20 glede na različne metode

izračunavanja povprečnega premera por (ultra dilatometer)

Premer por [µm]: 3000-15

19,9

15 15,4

18,3

21,3

0

5

10

15

20

25




Slika 7.5 Grafični prikaz srednjega premera por vzorca 3000-15 glede na različne metode izračunavanja povprečnega premera por (navadni dilatometer)

Premer por [µm]: 3000-U 15

18,3

71,7

92,7 92,1

41,1

0

15

30

45

60

75

90

105




Slika 7.6 Grafični prikaz srednjega premera por vzorca 3000-15 glede na različne metode

izračunavanja povprečnega premera por (ultra dilatometer)


- 57 -

Rezultati srednjega premera por pri vzorcu 3000-15 (slika 7.5) so najbližje deklarirani

vrednosti in so vsi najbolj enotni. Pri vseh ostalih vzorcih prihaja do velikih nihanj. Najvišji

rezultati so pri nastavitvi stotih velikostnih razredih obsega por, najnižji pa pri enem

velikostnem razredu obsega por. Pri rezultatih srednjega premera por, izračunanega pri 50 %

vbrizganem živem srebru, opazim večja odstopanja. Glede na dobljene rezultate srednjega

premera por pri vzorcu 3000-15 je razvidno, da ne glede na število velikostnih razredov por,

dobimo primerljive vrednosti za srednji premer por, kar kaže na to, da ima ta tekstilija –

tkanina – porozno strukturo, s pretežno enakomerno zastopanostjo vseh velikostnih razredov

por.

Čeprav je srednji premer por pri obeh vzorcih približno enak (15-20 µm), so rezultati pokazali

(slika 7.7), da ima tkanina večjo poroznost, saj je potrebno več živega srebra za zapolnitev por

(1232,2 mm3/g) v primerjavi s snutkovino (788,9 mm3/g). Pore v tkanini se bolje ujemajo s

kapilarnim modelom. Njihova dolžina je enaka debelini tkanine, ki znaša v primeru tkanine

1,438 mm, v primeru snutkovine pa 0,498 mm. Rezultati z ultra dilatometrom pa kažejo na

občutno večje vrednosti specifičnega volumna por, v primerjavi z navadnim dilatometrom,

prav tako nastopi anomalija glede specifičnega volumna por, saj ima snutkovina večji

volumen por v primerjavi s tkanino.

788,9

2761

1232,2

2188,3

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

ALPHA-20 3000-15

Specifični volumen por reprezentativnih vzorcev [mm3/g]

navadni dilatometerultra dilatometer

Slika 7.7 Grafični prikaz rezultatov celotnega volumna por

Če primerjam rezultate izračuna teoretične volumenske poroznosti (slika 7.8), z izmerjenimi

rezultati, opazim, da so izmerjene vrednosti nižje od teoretičnih. Za vzorec ALPHA-20 znaša

teoretična volumenska poroznost 89,7 %, za vzorec 3000-15 pa 90 %. Teoretična vrednost je

izračunana na podlagi idealnega modela notranje geometrijske strukture in geometrijskih

parametrov določenega vzorca. Izmerjene vrednosti so nižje, ker pride med merjenjem do


- 58 -

določenih deformacij, ki jih kapilarni model porozne strukture ne upošteva. Pri visokih tlakih,

se vzorec nekoliko deformira in s tem iztisne nekaj por, kar zmanjša skupno poroznost

tekstilij. Tkanina bi morala imeti nekoliko višjo volumensko poroznost, rezultati pa kažejo, da

je nižja v primerjavi s snutkovino. Verjetno je to posledica večje deformacije tkanine pri

delovanju visokih tlakov, medtem ko je pri snutkovini ta deformacija manjša.

87,7

65

89,7

61

25

90

01020

304050607080

90

ALPHA-20 3000-15

Volumenska poroznost reprezentativnih vzorcev [%]

navadni dilatometerultra dilatometerteoretična vrednost

Slika 7.8 Grafični prikaz rezultatov volumenske poroznosti

Kapilarni model obravnava pore kot valje, s polmerom oz. premerom d in višino, ki je enaka

debelini tekstilije. Površina por je odvisna od gostote niti oz. zank, debeline tekstilije, oblike

prečnega preseka por, vezave tekstilije itd. Vzorec 3000-15 ima večjo debelino ( preglednica

5.1) in večjo celotno specifično površino por (slika 7.9) kot vzorec ALPHA-20, čeprav je njun

polmer por približno enak (15 - 20 µm).

0,136

0,234

0,277

0,346

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

ALPHA-20 3000-15

Celotna specifična površina por reprezentativnih vzorcev [m2/g]

navadni dilatometerultra dilatometer

Slika 7.9 Grafični prikaz rezultatov specifične površine por


- 59 -

Slika 7.10 prikazuje primerjavo med izmerjeno volumensko gostoto materiala in teoretično.

Največje vrednosti volumenske gostote materiala nastopijo pri merjenju z navadnim

dilatometrom, najbolj blizu deklarirani teoretični specifični gostoti so rezultati merjeni z ultra

dilatometrom.

1,11

9,05

0,102 0,240,67

0,102

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

ALPHA-20 ALPHA-U 20

Gostota materiala [g/cm3]: ALPHA-20

Volumenska gostota Navidezna gostotaTeoretična gostota

Slika 7.10 Grafični prikaz rezultatov gostote materiala za vzorec ALPHA-20

Poleg volumenske gostote je pomembna tudi navidezna gostota materiala. Navidezna gostota

materiala je masa vzorca, ki se nanaša na celoten volumen vzorca, brez mikropor oz. tistih

por, ki se s tehniko porozimetrije ne dajo zasledovati. Ker so največje razlike med rezultati

navidezne (slika 7.10) in volumenske gostote materiala (pri meritvah z navadnim in ultra

dilatometrom) pri vzorcu ALPHA-20, pomeni, da ima vzorec Alpha-20 več majhnih

mikropor, ki jih naprava ne more zaznati in da se vzorec ALPHA lažje med meritvijo

deformira, kot vzorec 3000-15, kjer so razlike manjše (slika 7.11).

0,49

1,27

0,1 0,11 0,15 0,1

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

3000-15 3000-U 15

Gostota materiala [g/cm3]: 3000-15

Volumenska gostota Navidezna gostotaTeoretična gostota

Slika 7.11 Grafični prikaz rezultatov gostote materiala za vzorec 3000-15


- 60 -

V nadaljevanju je prikazana primerjava porazdelitve por za reprezentativni vzorec ALPHA-20

pri različnem številu velikostnih razredov za izračun srednjega premera por (en velikostni

razred je RANGE 1 in šest velikostnih razredov je RANGE 6) ter pri avtomatsko (AUTO) oz.

ročno (CUSTOM) nastavljenem obsegu velikostnih razredov por. Obseg velikostnih razredov

se lahko določi na dva načina: lahko ga nastavi uporabnik sam ali pa ga program nastavi

avtomatsko. V nadaljevanju so prikazani rezultati porazdelitve relativnega volumna

vbrizganega živega srebra za reprezentativni vzorec ALPHA- 20 pri avtomatski (slika 7.12)

in prednastavljeni (slika 7.13) določitvi obsega velikostnih razredov premera por ter

različnem številu velikostnih razredov za izračun srednjega premera por. Vzorec Alpha-20

ima pri obeh nastavitvah porazdelitev por (slika 7.12 in 7.13) največjo zastopanost por v

največjem velikostnem razredu, pri RANGE 6, AUTO 33,45 % in RANGE 1, CUSTOM

30,27 %. Pri obeh nastavitvah je vidna (največja vrednost porazdelitve por v prvem ali

zadnjem stolpcu) možna deformacija oz. anomalija pri meritvi, saj največja vrednost

porazdelitve por nastopi že v prvem razredu (najvišji razred pri obeh vzorcih).

Slika 7. 12 Grafični prikaz in rezultati porazdelitve por za reprezentativni vzorec ALPHA- 20 pri prednastavljeni določitvi velikostnih razredov premera por ter izračunu srednjega premera

por za en velikostni razred (RANGE 1 CUSTOM)


- 61 -

Vsi rezultati parametrov pri obeh nastavitvah so identični, razen pri vrednosti povprečnega

premera por, ki pri nastavitvi velikostnih razredov premera por (RANGE 1, CUSTOM) znaša

19,91 mikronov, pri nastavitvi RANGE 6, AUTO pa 83,3 mikrone. Pri avtomatski določitvi

obsega velikostnih razredov sistem sam določi obseg enega velikostnega razreda, kar vpliva

na težjo primerljivost velikostnih razredov med različnimi vzorci. Ker je vrednost parametra

povprečnega premera por pri nastavitvi velikostnih razredov (RANGE 1, CUSTOM) zelo

blizu deklarirani vrednosti (20 mikronov), zaključim, da je ta nastavitev števila velikostnih

razredov por in obsega velikostnega razreda primernejša metoda za izračunavanje

povprečnega premera por. Tako je uporabniku naprave Pascal omogočeno lastno izbiranje

velikostnih razredov, ki so pri vseh vzorcih identični in primerljivi med sabo.

Slika 7. 13 Grafični prikaz in rezultati porazdelitve relativnega volumna vbrizganega živega srebra za reprezentativni vzorec ALPHA- 20 pri šestih velikostnih razredih por in avtomatski

določitvi obsega velikostnih razredov premera por (RANGE 6, AUTO)


- 62 -

Diskusija rezultatov drapiranja (Preglednica 6.14)

Glede na najnižji koeficient drapiranja (0,2) in število gub (8) sklepam, da ima vzorec Alpha-

20 najboljšo sposobnost drapiranja med analiziranimi vzorci. Vzorec 3000-80 ima tudi število

gub 8, vendar ima višji koeficient drapiranja. Temu vzorcu sledi vzorec VIKING-80, ki ima

število gub 6, koeficient drapiranja pa 0,5. Najnižjo sposobnost drapiranja ima vzorec 3000-

15, saj ima najvišji koeficient drapiranja 0,8 pri številu gub 6.

Za kvalitetno filtracijo je pomembna stabilnost oblike ob dinamični obremenitvi, v našem

primeru bi bila najbolj primerna za kvalitetno filtracijo tkanina 3000-15, ker je ta najbolj toga

in posledično daje bolj stabilno strukturo tekstiliji in tako zagotavlja kakovostnejšo filtracijo.


- 63 -

ZAKLJUČEK Cilj moje diplomske naloge je bil analizirati poroznost in sposobnost drapiranja različnih

tekstilij za filtriranje bazenske vode na napravi Pascal 140 oz. Cusic metrom z namenom, da

ugotovim:

1. Katere tekstilije so najprimernejše oz. najbolj izpolnjujejo tehnične zahteve za

filtriranje bazenske vode z vidika porozne strukture in z vidika drapiranja.

2. Katera metoda merjenja parametrov poroznosti je primernejša za tekstilije, ki se

uporabljajo za filtre v čistilnih robotih Aquacat in Viking (metoda merjenja z

navadnim dilatometrom ali metoda merjenja z ultra dilatometrom).

3. Katera metoda izračunavanja srednjega premera por je za tovrstne materiale

primernejša (metoda, kjer uporabimo več velikostnih razredov premera por ali metoda

izračunavanja pri 50 % vbrizganem živem srebru).

4. Koliko velikostnih razredov je smiselno definirati pri izračunu srednjega premera por,

kjer uporabimo več velikostnih razredov in ali jih je bolje nastaviti s strani uporabnika

ali avtomatsko.

Za vsak vzorec sem naredila tri meritve z navadnim dilatometrom in tri meritve z ultra

dilatometrom, pri čemer sem za vzorce VIKING-80 in 3000-80 za izračun srednjega premera

por, prednastavila 8 velikostnih razredov v določenem razponu (100-90, 90-70, 70-50, 50-30,

30-10, 10-5, 5-2 in 2-1 µm), za vzorce ALPHA-20 in 3000-15 pa sem pred nastavila

velikostne razrede v naslednjem razponu: 100-60, 60-40, 40-30, 30-20, 20-10, 10-5, 5-2 in 2-

1 µm. Program je izračunal srednji premer por kot povprečje v razponu velikostnega razreda

por ( pri različnem številu velikostnih razredov in definiranja obsega razredov por). Vzorec, ki

je imel vse parametre poroznosti, najbližje svojim deklariranim vrednostim, je bil izbran za

reprezentativni vzorec. Rezultate meritev sem med seboj primerjala glede na:

- metodo analiziranja (z navadnim ali ultra dilatometrom),

- različno število velikostnih razredov porazdelitve por pri izračunu srednjega

premera por, pri enem velikostnem razredu (RANGE 1), šestih velikostnih

razredih (RANGE 6), stotih velikostnih razredih (RANGE 100), pri petsto

velikostnih razredih (RANGE 500 ) ter pri 50 % volumnu vbrizganega živega

srebra,

- metodo določevanja obsega velikostnih razredov por (prednastavljena - CUSTOM

ali avtomatsko nastavljena AUTO),

- rezultate drapiranja.


- 64 -

Prišla sem do naslednjih zaključkov:

- Za vzorca, 3000-80 in VIKING-80, ki imata večjo površinsko poroznost ter sta

tanjša (do 0,335 µm), je primernejša metoda določevanja parametrov poroznosti z

ultra dilatometrom. Za te vzorce je bolje uporabiti metodo izračunavanja srednjega

premera por pri 50 % volumnu vbrizganega živega srebra in pri prednastavljeni

(CUSTOM) določitvi obsega velikostnih razredov por.

- Metoda merjenja z navadnim dilatometrom je primernejša za debelejše, bolj

kompaktne in konstrukcijsko stabilnejše materiale, kot sta vzorca 3000-15 in

ALPHA-20. Za takšne tekstilije je bolje uporabiti metodo izračunavanja srednjega

premera por, ki temelji na določitvi velikostnih razredov s šestimi velikostnimi

razredi premera por, pri čemer je za snutkovino bolje uporabiti en velikostni

razred. V tem primeru so izmerjene vrednosti srednjega premera por tekstilije za

filter v skladu z deklarirano vrednostjo velikosti zadrževanja delcev umazanije.

- Glede na rezultate analize parametrov poroznosti in rezultate drapiranja je tkanina

3000-15 najbolj primerna za kvalitetno filtracijo filtrnih vreč na področju bazenske

tehnike. Tkanina je bolj toga in ima najbolj stabilno porozno strukturo in tako

zagotavlja kakovostnejšo filtracijo. V primerjavi z ostalimi vzorci ima manjši

delež večjih por, tako, da delci, ki so večji od deklarirane vrednosti ne gredo skozi

filter in jih torej ta ustavi oz. zadrži.


- 65 -

8. LITERATURA [1] Bedienungsanleitung PASCAL 140/240/440. POROTEC GmbH. Dostopno pri

podjetju POROTEC GmbH

[2] Borufka Steffen. AD Präsentation Biofilm [Power Point prezentacija]. Maintal: ©

dinotec GmbH,, 2005. Dostopno pri podjetju © dinotec GmbH.

[3] Burleigh Edward G, JR, Wakeham Helmut, Honold Edith, Skau Evald L. Pore-Size

Distribution in Textiles. Textile Research Journal (1949),vol.19, no. 547, str 547-555.

[4] Dimitrovski Krste. Nova metoda za določanje poroznosti v tekstilijah : doktorska

disertacija. Ljubljana : [K. Dimitrovski], 1996.

[5] DIN 19643. Aufbereitung und Desinfektion von Schwimm- und Badebeckenwasser.

Deutsches Institut für Normung, Berlin, Beuth-Verlag,1984.

[6] Dobnik Dubrovski Polona. Vpliv geometrije biaksialnih tkanin na njihovo poroznost :

doktorska disertacija. Maribor : [P. Dobnik Dubrovski], 1999.

[7] Dobnik Dubrovski Polona. Konstrukcija tekstilij : univerzitetni učbenik. Maribor :

Fakulteta za strojništvo, Oddelek za tekstilne materiale in oblikovanje, 2007.

[8] Gierschewski Jörg. Vortrag Chlorox [Power Point prezentacija]. Maintal: © dinotec

GmbH,, 2005. Dostopno pri podjetju © dinotec GmbH.[7]

[9] Hsieh You-Lo. Liquid Transport in Fabric Structures. Textile Research Journal,

1995,vol. 65,no. 299, str 299-307.

[10] Jakšič Danilo. Projektiranje in konstrukcija tekstilij : učbenik. Ljubljana: Fakulteta za

naravoslovje in tehnologijo, 1988.

[11] Jevšnik Simona. Analiza podajanja tkanine, medvloge in fiksiranca kot sestavnih delov

oblačila : doktorska disertacija. Maribor : [S. Jevšnik], 2002

[12] Lamb G.E.R. Cleaning of Fabric Filters. Textile Research Journal (1987), vol 57, no.

472. str.472-478.

[13] Taggesell Michael. Aufbereitung von schwimm- und Badebeckenwasser [Power Point

prezentacija]. Maintal: © dinotec GmbH,, 2005. Dostopno pri podjetju © dinotec

GmbH.


- 66 -

PRILOGA 1.

Razčlenitev standarda DIN 19643, priprava bazenske vode:

Preglednica 2.1 Vsebina standarda DIN 19643

DIN 19643-1 Priprava bazenske vode 1. del Splošne zahteve

DIN 19643-2 Priprava bazenske vode 2. del Procesna kombinacija: Adsorpcija - Kosmičenje – Filtracija - Kloriranje

D1N 19643-3 Priprava bazenske vode 3. del: Procesna kombinacija: Kosmičenje – Filtracija – Ozoniranje– Sorpcijska filtracija – Kloriranje

DIN 19643-4 Priprava bazenske vode 4. del: Procesna kombinacija: Kosmičenje – Ozoniranje – Večslojna filtracija– Kloriranje

DIN 19643-5 Priprava bazenske vode 5. del: Procesna kombinacija: Kosmičenje – Filtracija – Adsorpcija z aktivnim ogljikom - Kloriranje

V prvem delu standarda DIN 19643 (Preglednica 2.1) so opisani splošni pojmi in

različne zahteve: za kvaliteto vode, za konstrukcijo in načrtovanje bazenov, za hidravlične

sisteme, za naprave za pripravo vode in za naprave za dezinfekcijo. [13].


- 67 -

PRILOGA 2.

Prikaz konstrukcije filtrne naprave po DIN 19605 [11]


- 68 -

PRILOGA 3

REZULTATI PARAMETROV POROZNOSTI TEKSTILIJ


- 69 -

PRILOGA 4 REZULTATI PARAMETROV DRAPIRANJA TEKSTILIJ


- 70 -

KRATEK ŽIVLJENJEPIS

Rodila sem se 17. maja leta 1982 v Murski Soboti v povprečni delavski družini.

Otroštvo sem preživela v Gančanih, z očetom Jožefom, mamo Jožico in bratom

Borutom. Po končani osnovni šoli v Beltincih sem se leta 1997 vpisala na srednjo

ekonomsko šolo v Murski Soboti in jo uspešno zaključila s poklicno maturo. Študij

tekstilstva - oblačilnega inženirstva sem nadaljevala leta 2001 na Fakulteti za

strojništvo, na Univerzi v Mariboru. Leta 2002 sem se vpisala na vzporedni študij

Filozofske fakultete, na smer Nemški jezik s književnostjo.

Jasmina Sraka

Documents

ANALIZA POROZNOSTI IN DRAPIRANJA TEKSTILIJ …Optimalni pretok bazenske vode je izrednega pomena za enakomerno razporeditev dezinfekcijskega sredstva, kot tudi za uničenje mikroorganizmov