Badania topografii tkanin gofrowanych

Badania topografii tkanin gofrowanych

Małgorzata Matusiak*

Politechnika Łódzka, Wydział Technologii Materiałowych i Wzornictwa Tekstyliów, Instytut Architektury Tekstyliów

Streszczenie

Tkaniny gofrowane są specyficzną grupą tkanin o charakterystycznej topografii powierzchni [1, 2]. Charakteryzują się fakturalną powierzchnią, wynikającą z występowania naprzemiennie pasków gładkich i gofrowanych (pofałdowanych) ułożonych w kierunku osnowy. Niekonwencjonalna topografia powierzchni tkanin gofrowanych przede wszystkim wpływa na wygląd tkanin i wyrobów z nich wykonanych. Charakterystyczne ukształtowanie powierzchni tkanin gofrowanych wpływa również na ich właściwości, zarówno mechaniczne jak i biofizyczne. W chwili obecnej nie ma uznanych w świecie metod badawczych, pozwalających na skwantyfikowanie topografii powierzchni tkanin gofrowanych oraz efektu gofrowania. Jedyną miarą, która stosowana jest w ocenie efektu gofrowania jest wrobienie osnowy tworzącej paski gofrowane [3, 4].

Celem niniejszej pracy była ocena topografii powierzchni tkanin gofrowanych za pomocą profilometru. Badaniom poddano tkaniny gofrowane o zróżnicowanym raporcie pasków gofrowanych. Wyznaczono szereg parametrów, które w sposób liczbowy opisują topografię powierzchni tkanin.

Abstract

Seersucker woven fabrics are a specific group of fabrics with a characteristic surface topography [1, 2]. They are characterized by a textured surface, resulting from the alternation of smooth and puckered stripes arranged in the direction of the warp. The unconventional topography of the surface of seersucker woven fabrics primarily affects the appearance of fabrics and products made of them. The characteristic shape of the surface of the seersucker fabrics also influences their mechanical and biophysical properties. At present, there are no internationally recognized research methods allowing to quantify the surface topography of seersucker fabrics and the seersucker effect. The only measure that is used to assess the seersucker effect is the take up of the warp into the puckered stripes [3, 4].

The aim of this study was to assess the surface topography of seersucker woven fabrics using a profilometer. Seersucker woven fabrics with a varied report of puckered stripes were tested. For the tested fabrics, a number of parameters were determined which numerically describe the topography of the fabric surface.

Słowa kluczowe: tkaniny gofrowane, topografia powierzchni, chropowatość, profilometr Keywords: seersucker woven fabrics, surface topography, roughness, profilometer

1. Wprowadzenie

Tkaniny gofrowane są to tkaniny o specyficznej strukturze i właściwościach, o szerokim spektrum zastosowań, jednakże nie w pełni rozpoznane. Są to tkaniny o niekonwencjonalnej geometrycznej strukturze powierzchni, charakteryzujące się występowaniem wypukło-wklęsłych pasków, naprzemiennie z paskami gładkimi biegnącymi wzdłuż osnowy (Rys. 1).

Rys. 1. Przykładowa tkanina gofrowana kolorowa tkana [źródło: opracowanie własne]. Istnieją różne metody wytwarzania tkanin gofrowanych. Wilk wymienia trzy metody [5]:

 tkacką,

 wykończalniczą,

 termiczną (wykończalniczo-tkacką).

Specyficzna struktura geometryczna powierzchni tkanin gofrowanych nie pozostaje bez wpływu na ich właściwości. W zależności od raportu efektu gofrowania, szerokość pasków gofrowanych i gładkich może być różna. Tym samym udział powierzchni fazy gofrowanej w całkowitej powierzchni tkaniny jest zróżnicowany. Wpływa to na kształtowanie się zarówno podstawowych parametrów tkanin, takich jak: masa powierzchniowa, siła zrywająca, wydłużenie przy zerwaniu [6], czy sztywność zginania, lecz także na właściwości technologiczne i użytkowe, m.in. wpływające na komfort użytkowania odzieży wykonanej z tych tkanin [7, 8]. Tkaniny gofrowane wytwarzane metodą tkacką są znane i stosowane od dawna.

W latach dwudziestych XX wieku tkaniny gofrowane bawełniane były wykorzystywane do produkcji odzieży lekkiej, komfortowej, przeznaczonej do użytku w mikroklimacie ciepłym, w tym także lekkich garniturów męskich [9]. Obecnie tkaniny gofrowane wykorzystywane są do produkcji nie tylko odzieży, ale także tekstyliów domowych, zwłaszcza pościeli.

Topografia definiowana jest jako konfiguracja powierzchni uwzględniająca jej kształt oraz obecność i wzajemne położenie obiektów i punktów charakterystycznych. Istnieje wiele parametrów charakteryzujących topografię powierzchni różnych obiektów. W mechanice i inżynierii materiałowej używa się pojęcia struktura geometryczna powierzchni [10]. Parametry charakteryzujące strukturę geometryczna powierzchni są znormalizowane [11]. W przypadku materiałów włókienniczych ocenia się głównie jeden parametr charakteryzujący strukturę ich powierzchni – chropowatość. Do oceny chropowatości powierzchni stosuje się zazwyczaj moduł systemu KES (Kawabata Evaluation System) – KES – FB 4. Moduł ten służy do oceny właściwości powierzchniowych materiałów włókienniczych [12, 13]. Za jego pomocą wyznacza się 3 wskaźniki:

 średnia wartość współczynnika tarcia – MIU,

 odchylenie przeciętnego współczynnika tarcia – MMD,  odchylenie przeciętne grubości próbki – SMD.

SMD jest parametrem charakteryzującym chropowatość powierzchni materiałów włókienniczych. Jednakże parametr ten opisuje chropowatość tylko w sposób dwuwymiarowy. Opis dwuwymiarowy pozwala na scharakteryzowanie chropowatości materiałów w jednym kierunku. W przypadku tkanin wyznacza się ją w kierunku osnowy i wątku [12, 13]. Tymczasem, coraz częściej pożądane jest przestrzenne scharakteryzowanie materiałów, w tym także włókienniczych. Przestrzenne rozumiane jest jako trójwymiarowe, czyli w układzie: x, y, z. Parametry i funkcje stosowane w analizie trójwymiarowej w większości przyjęto oznaczać literą „S” jako odpowiednik litery „R” stosowanych w analizie

W układzie przestrzennym chropowatość charakteryzowana jest przez średnią arytmetyczną odchylenia powierzchni resztkowej w obrębie obszaru próbkowania (Rys. 2) i wyrażona jest wzorem:

 dxdy



Rys. 2. Interpretacja graficzna parametru Sa [źródło: https://www.olympus-ims.com].

Oprócz parametru Sa w trójwymiarowym opisie powierzchni stosuje się szereg

innych parametrów. Należy tu wymienić: parametry wysokościowe (np.: średnie kwadratowe odchylenie powierzchni – Sq, współczynnik asymetrii powierzchni

czyli skośność – Ssk, współczynnik nachylenia powierzchni czyli kurtoza – Sku)

i wiele innych, częstotliwościowe (długość autokorelacji – Sal oraz współczynnik

struktury geometrycznej powierzchni – Str) oraz hybrydowe (średni kwadratowy

gradient powierzchni – Sdq oraz współczynnik powierzchni rozwinięcia obszaru

granicznego – Sdr) [11]. Parametrów i funkcji wykorzystywanych

do trójwymiarowego opisu topografii powierzchni materiałów jest znacznie więcej niż wymieniono powyżej. Nowoczesne bezkontaktowe metody pomiaru pozwalają na kompleksowe badania i wyznaczenie wszystkich możliwych parametrów i funkcji, które zostały zdefiniowane i opisane w normach i innych publikacjach naukowych [10]. Jednakże nie zawsze uzasadnione jest wyznaczanie i analizowanie wartości wszystkich dostępnych parametrów i funkcji. Znajomość tych parametrów i ich interpretacji pozwoli na wytypowanie tych, które w najlepszy sposób opisują badaną powierzchnię z punktu widzenia jej aplikacji i celu prowadzonych badań.

W ramach niniejszej pracy dokonano pomiarów topografii powierzchni tkanin gofrowanych za pomocą profilometru. Badaniom poddano tkaniny gofrowane o zróżnicowanym raporcie pasków gofrowanych. Wyznaczono szereg parametrów, które w sposób liczbowy opisują topografię powierzchni tkanin.

2. Materiały i metody badawcze

Badaniom topografii powierzchni poddano trzy warianty tkanin gofrowanych bawełnianych. Tkaniny różniły się między sobą raportem pasków gofrowanych. Osnowy we wszystkich wariantach były jednakowe. W obu osnowach, tj. tworzącej tło i tworzącej paski gofrowane zastosowano przędzę bawełnianą skręcaną 20 tex x 2. Jako wątek wprowadzono przędzę bawełnianą skręcaną o masie linowej 25 tex x 2. W badanych tkaninach zastosowano trzy warianty raportów pasków gofrowanych różniące się szerokością pasków gofrowanych oraz odstępami między paskami gofrowanymi (Rys. 3):

 wariant MM1 – szerokość pasków gofrowanych i odległość między paskami odpowiednio: 5 mm i 8 mm,

 wariant MM2 – szerokość pasków gofrowanych i odległość między paskami odpowiednio: 9 mm i 18 mm,

 wariant MM3 – szerokość pasków gofrowanych i odległość między paskami odpowiednio: 11 mm i 41 mm.

Podstawowe parametry strukturalne badanych tkanin podano w tabeli 1.

Tabela 1. Podstawowe parametry tkanin gofrowanych poddanych badaniom w zakresie topografii powierzchni

Parametr Jednostka Wartość

MM1 MM2 MM3

Splot - osnowa I - płótno

Splot - osnowa II - ryps 2/2 (2)

Liczność osnowy cm-1 _{11,9 12,5 11,8} Liczność wątku cm-1 _{11,1 11,0 11,3} Masa powierzchniowa gm -2 _{233,0 226,1 212,5} Wrobienie osnowa I % 7,3 6,3 6,6 Wrobienie osnowa II % 56,0 50,4 46,3 Wrobienie wątek % 8,6 6,4 5,0 Udział pasków gofrowanych w powierzchni tkaniny % _{38,5 33,3 21,2}

Badania wykonano za pomocą profilometru MicroSpy®

Profile firmy FRT the art of metrologyTM (Rys. 4).

Rys. 4. Profilometr MicroSpy® Profile firmy FRT [źródło: Operating Manual FRT MicroSpy® Profile].

Czujnik FRT CWL zastosowany w profilometrze MicroSpy® opiera się na opatentowanej metodzie, która wykorzystuje aberrację chromatyczną (w zasadzie współczynnik załamania światła zależny od długości fali) soczewek optycznych [15]. Dla każdego wariantu tkanin gofrowanych wykonano skanowanie 5 próbek.

Powierzchnia skanowania była tak dobrana, żeby objąć przynajmniej 1 raport pasków gofrowanych. Próbki do pomiarów przygotowano w taki sposób, że w każdej próbce pasek gofrowany przebiegał przez środek próbki. W oparciu o uzyskane wyniki skanowania przeanalizowano topografię powierzchni badanych tkanin stosując specjalistyczne oprogramowanie Mark III [16] współpracujące z profilometrem. Wyznaczenie wartości poszczególnych parametrów charakteryzujących strukturę geometryczną powierzchni tkanin wykonano zgodnie z normą DIN EN ISO 4287 [17].

3. Wyniki badań

Na Rys. 5 przedstawiono przykładowe obrazy badanych tkanin. Obrazy te wykonano za pomocą profilometru MicroSpy® Profile. Obok obrazów umieszczona jest skala wartości z, czyli wysokości powierzchni tkanin w poszczególnych punktach w obrębie obszaru badań. Najniższe wartości parametru z (wysokości) reprezentowane są przez kolor granatowy, natomiast najwyższe – przez kolor żółty.

Rys. 5. Skany tkanin gofrowanych od lewej MM1, MM2, MM3 [źródło: opracowanie własne].

Na Rys. 6 przedstawiono przykładowe histogramy rozkładu wielkości z (wysokości powierzchni tkanin) dla poszczególnych wariantów tkanin gofrowanych poddanych badaniom.

a)

b)

c)

Rys. 6. Histogramy rozkładu wartości z dla przykładowych próbek tkanin gofrowanych: a) wariant MM1, b) wariant MM2, c) wariant MM3 [źródło: opracowanie własne].

Wartości z (wysokości) o największej częstotliwości oraz częstotliwość klasy najliczniejszej przedstawiono w Tabeli 2.

Tabela 2. Charakterystyka histogramów przedstawionych na wykresie 6 Parametr Wariant MM 1 Wariant MM2 Wariant MM3 Klasa o największej częstotliwości [mm] 1,308 0,982 0,796 Udział procentowy klasy

najliczniejszej w całkowitej liczbie punktów pomiarowych [%]

15,074 21,581 14,149

Przedstawione dane wyraźnie pokazują zróżnicowanie wysokości powierzchni tkanin gofrowanych w zależności od wariantu raportu pasków gofrowanych. Dla wariantu MM1 najliczniejsza jest klasa o wysokości 1,308 mm. Dla wariantów MM2 i MM3 wysokość odpowiadająca najliczniejszej klasie jest znacznie niższa – odpowiednio: 0,982 mm i 0,796 mm. Kształt histogramów, przedstawiających rozkład wysokości powierzchni tkanin, jest również zróżnicowany. Dla każdego wariantu tkanin wyznaczono wartości wytypowanych parametrów charakteryzujących topografię powierzchni, jako średnią arytmetyczną z wartości danego parametru dla poszczególnych próbek reprezentujących dany wariant tkaniny gofrowanej. Do analizy wytypowano następujące parametry:

 pSa – średnia arytmetyczna odchylenia powierzchni resztkowej w obrębie

obszaru próbkowania dla danych niefiltrowanych,

 Sa – średnia arytmetyczna odchylenia powierzchni resztkowej w obrębie

obszaru próbkowania,

 Sq – średnie kwadratowe odchylenie powierzchni,

 Wa – falistość,

 FD – wymiar fraktalny.

Parametr pSa oznacza średnią arytmetyczną odchylenia powierzchni resztkowej

w obrębie obszaru próbkowania dla danych pierwotnych, tzn. niefiltrowanych, czyli danych surowych otrzymanych z profilometru. Wyznaczenie parametrów: Sa i Wa wykonano przy założeniu wielkości filtra λc = 1,4 mm. Jest to wartość

Dotychczas nie były prowadzone i publikowane kompleksowe badania chropowatości powierzchni materiałów włókienniczych za pomocą profilometru. Zatem brak było danych, które pozwoliłyby na inny dobór wielkości filtra λc, który

jest równy odcinkowi elementarnemu [18]. Wymiar fraktalny (FD – Fractal

Dimension) charakteryzuje stopień złożoności obiektów wykorzystując ocenę tego,

jak szybko wzrastają: długość, powierzchnia czy objętość, jeśli pomiar wykonywany jest z coraz większą dokładnością [19, 20].

Na Rys. 7 przedstawiono porównanie rozkładu wielkości z dla jednej z próbek reprezentujących wariant raportu gofrowania MM1. Na Rys. 7a przedstawiono dane po przefiltrowaniu z zastosowaniem filtra λc =1,4 mm. Nierównomierność

powyżej tej wielkości (falistość) została wyeliminowana. Z kolei na Rys. 7b wyeliminowana została nierównomierność o długości poniżej 1,4 mm (chropowatość).

Falistość w tkaninach gofrowanych jest dwojakiego pochodzenia. Wszystkie materiały włókiennicze są materiałami giętkimi. Trudno jest ułożyć je idealnie poziomo. Szczególnie w przypadku tkanin gofrowanych, które opierają się o podłoże (stolik pomiarowy profilometru) w miejscach wgłębień, czyli wypukłości na lewej stronie tkaniny. Zatem faza płaska tkanin gofrowanych, pomiędzy poszczególnymi paskami gofry, nie opiera się o podłoże, tylko rozciągnięta jest pomiędzy punktami podparcia tworząc pewne sfalowanie. W przypadku pasków gofrowanych, ich falistość jest zamierzona, tworzona w procesie wytwarzania tkanin na krośnie, w celu uzyskania efektu gofrowania.

a) b)

Rys. 7. Rozkład wielkości wartości z (wysokości) dla wariantu MM1 po przefiltrowaniu przy zastosowaniu filtra λc = 1,4 mm: a) chropowatość, b) falistość [źródło: opracowanie własne].

Wyniki średnich wartości poszczególnych parametrów dla całego obszaru pomiaru przedstawiono w tabeli 3. W nawiasach podano odchylenie standardowe wyników pomiaru.

Tabela 3. Średnie wartości parametrów charakteryzujących geometryczną strukturę powierzchni tkanin gofrowanych

Parametr Jednostka Wartość (SD)

MM1 MM2 MM3 pSa _mm 0,2574 (0,0285) 0,2426 (0,0260) 0,3326 0,0437) Sa _mm 0,0212 (0,0011) 0,0174 (0,0015) 0,0158 (0,008) Sq _mm 0,0294 (0,0013) 0,0256 (0,0021) 0,0214 (0,0021) Wa _mm 0,0342 (0,0054) 0,0258 (0,0015) 0,0190 (0,0016) FD _- 2,6492 (0,0104) 2,5810 (0,0167) 2,5818 (0,0076)

Chropowatość pSa obliczona w oparciu o dane surowe (niefiltrowane) jest duża,

rzędu 0,24-0,33 mm. Najwyższą wartość chropowatości opartej o dane niefiltrowane odnotowano dla wariantu raportu pasków gofrowanych MM3, najniższą – dla wariantu MM2. Po przefiltrowaniu wartość chropowatości jest ponad 10-krotnie niższa i mieści się w przedziale: 0,015-0,021 mm. Jednakże w przypadku danych przefiltrowanych tendencja jest inna niż ta, odnotowana dla danych surowych. W przypadku danych filtrowanych chropowatość maleje od wariantu MM1 do wariantu MM3 (Rys. 8), czyli od wariantu o największym udziale pasków gofrowanych w całkowitej powierzchni tkaniny do wariantu o najmniejszym udziale pasków gofrowanych w całkowitej powierzchni tkaniny. Zależność ta jest całkowicie uzasadniona, gdyż, jak to zostanie wykazane w dalszej części artykułu (Tabela 4), chropowatość fazy gładkiej jest znacznie mniejsza od fazy gofrowanej. Większy udział fazy gładkiej, o mniejszej chropowatości, skutkuje mniejszą wynikową chropowatością całej powierzchni tkaniny.

Podobną tendencję odnotowano dla parametru Sq, czyli średniego kwadratowego

odchylenia powierzchni. Również falistość powierzchni (Wa) tkanin gofrowanych

maleje od wariantu MM1 do wariantu MM3 (Rys. 9).

MM1 MM2 MM3 Wzór 0,013 0,014 0,015 0,016 0,017 0,018 0,019 0,020 0,021 0,022 0,023 0,024 Sa

Rys. 8. Chropowatość powierzchni Sa tkanin gofrowanych w funkcji wariantu raportu pasków gofrowanych [źródło: opracowanie własne].

MM1 MM2 MM3 Wzór 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 0,035 0,040 W a

Rys. 9. Chropowatość powierzchni Wa tkanin gofrowanych w funkcji wariantu raportu pasków gofrowanych [źródło: opracowanie własne].

Analiza statystyczna z zastosowaniem jednowymiarowej analizy wariancji wykazała, że wariant raportu pasków gofrowanych w statystycznie istotny sposób wpływa na wartości ww. parametrów struktury geometrycznej powierzchni tkanin. Wymiar fraktalny tkanin reprezentujących wariant raportu pasków gofrowanych MM1, jest znacznie wyższy of wymiaru fraktalnego tkanin reprezentujących pozostałe warianty. Świadczy to o bardziej rozwiniętej powierzchni tkaniny MM1 w porównaniu do pozostałych wariantów tkanin, tj. MM2 i MM3.

Jak wcześniej wspomniano, tkaniny gofrowane charakteryzują się występowaniem pasków gofrowanych na przemian z paskami gładkimi (Rys. 1). Paski te biegną w kierunku osnowy. Można zatem przyjąć, że na powierzchni tkaniny gofrowanej występują dwie fazy: gładka i gofrowana o całkowicie odmiennej geometrii powierzchni. Dla przykładu, na Rys. 10 przedstawiono porównanie wyników pomiarów w zakresie struktury geometrycznej powierzchni dla paska gofrowanego i gładkiego tkaniny MM1. Paski te zostały wyekstrahowane z całego obszaru pomiarowego tkaniny za pomocą odpowiedniej funkcji programu Mark III [16]. W celu pogłębionej analizy porównawczej fazy gładkiej i gofrowanej niezbędne byłoby wyizolowanie wszystkich pasków gładkich i gofrowanych w obszarze pomiaru. W przypadku wariantu MM1 byłyby to: 3 paski gofrowane i 4 gładkie. Natomiast w przypadku tkanin MM2 i MM3 możliwe jest wyizolowanie jednego paska gofrowanego i dwóch pasków gładkich. Wyznaczenie wartości parametrów chropowatości dla wszystkich wyizolowanych pasków i dla wszystkich próbek laboratoryjnych, a następnie analiza statystyczna wyników pozwoliłaby na pełna analizę zróżnicowania geometrii powierzchni obu faz tkanin gofrowanych. To będzie przedmiotem dalszych prac. W niniejszym artykule pokazano jedynie możliwość oceny poszczególnych faz tkaniny gofrowanej oraz przykładowe zróżnicowanie podstawowych parametrów struktury ich powierzchni.

a) b)

Rys. 10. Wyizolowane paski z tkaniny MM1: a) pasek gofrowany, b) pasek gładki [źródło: opracowanie własne].

Tabela 4. Wartości parametrów charakteryzujących geometryczną strukturę powierzchni paska gofrowanego i gładkiego próbki laboratoryjnej nr 1 tkaniny MM1

Parametr Jednostka

Wartość Cały

obszar

Pasek

gofrowany Pasek gładki

pSa _{mm 0,286 0,406 0,121}

Sa _{mm 0,020 0,030 0,014}

Sq _{mm 0,028 0,037 0,019}

Wa _{mm 0,035 0,375 0,090}

FD _{- 2,635 2,111 2,152}

Widoczne jest wyraźne zróżnicowanie analizowanych parametrów geometrycznej struktury powierzchni tkanin gofrowanych w zależności od obszar pomiaru. Pasek gofrowany charakteryzuje się znacznie wyższą wartością parametrów chropowatości: Sa i Sq niż pasek gładki. Falistość paska gofrowanego jest znacznie

wyższa niż paska gładkiego. Falistość paska gładkiego wynika tylko z tego, że część gładka tkaniny gofrowanej jest zawieszona w powietrzu w niewielkiej odległości – rzędu 1 – 1,5 mm od stolika (Rys. 11b). Nie jest niczym podparta, a zatem układa się faliście, gdyż to wynika ze specyfiki tkaniny będącej materiałem giętkim. Natomiast falistość paska gofrowanego wynika głównie z efektu gofrowania. Na Rys. 11 a) widać wyraźnie, że punkty największych wgłębień leżą bezpośrednio na stoliku pomiarowym.

a) b)

Rys. 11. Profile wzdłuż paska gofrowanego (a) i gładkiego (b) tkaniny gofrowanej MM1 [źródło: opracowanie własne].

Porównano również strukturę geometryczną powierzchni pasków gofrowanych z poszczególnych wariantów tkanin. Paski te różnią się przede wszystkim szerokością. Szerokość pasków gofrowanych nie pozostaje bez wpływu na tworzenie się efektu gofrowania podczas tkania, gdyż, w zależności od liczby nitek osnowy gofrującej i liczby nitek osnowy tła, naprężenia w tych nitkach są różne, dając różny efekt ukształtowania powierzchni w fazie gofrowanej tkaniny. Porównania dokonano tylko dla pojedynczych pasków z poszczególnych wariantów tkanin. Wyizolowane z obszaru pomiarowego paski gofrowane poddane pomiarom przedstawiono na Rys. 12.

a) b) c)

Rys. 12. Wyizolowane paski gofrowane z badanych tkaniny: a) MM1, b) MM2, c) MM3 [źródło: opracowanie własne].

W tabeli 5 przedstawiono wartości poszczególnych parametrów charakteryzujących geometryczną strukturę powierzchni pasków gofrowanych

Tabela 5. Wartości parametrów charakteryzujących geometryczną strukturę powierzchni pasków gofrowanych wyizolowanych z poszczególnych wariantów badanych tkaniny.

Parametr Jednostka Wartość

MM1 MM2 MM3 pSa _{mm 0,419 0,483 0,547} Sa _{mm 0,027 0,023 0,017} Sq _{mm 0,035 0,032 0,022} Wa _{mm 0,389 0,447 0,530} FD _{- 2,001 2,126 2,224}

Badane tkaniny wykonane są z tych samych przędz w osnowie i wątku. Liczność osnowy i wątku jest na tym samym poziomie. Niewielkie różnice wynikają z różnego procesu relaksacji tkanin po zdjęciu z krosna. Jedyną istotną i zamierzoną różnicą jest raport pasków gofrowanych, tj. szerokość pasków gofrowanych i odległość między kolejnymi paskami gofrowanym. Wyniki przedstawione w Tabeli 5 wykazały, że raport pasków gofrowanych ma istotny wpływ na ukształtowanie powierzchni pasków gofrowanych. Falistość, którą należałoby uznać za jedną z miar efektu gofrowania, rośnie wraz ze wzrostem szerokości paska gofrowanego. Chropowatość wykazuje odwrotną tendencję. Jednakże chropowatość jest miarą krótkookresowej nierówności powierzchni. Może ona odzwierciedlać nierównomierność przędz oraz nierównomierność wynikającą ze splotu tkaniny, tj. wzajemnego przeplatania się nitek osnowy i wątku. Na Rys. 13 przedstawiono kształt profilu pasków gofrowanych poszczególnych tkanin. Profile wyznaczono wzdłuż pasków gofrowanych na ich środku. Na podstawie wyznaczonych profili wyraźnie widać zróżnicowanie efektu gofrowania w zależności od wariantu tkaniny, a tym samym w zależności od szerokości paska gofrowanego.

a) b)

c)

Rys. 13. Profile wzdłuż pasków gofrowanych: (a) tkanina MM1, (b) tkanina MM2, c) tkanina MM3 [źródło: opracowanie własne].

Dla wyznaczonych profili obliczono wartości parametrów chropowatości. W przypadku profili mamy do czynienia z analizą dwuwymiarową. Zatem parametry chropowatości oznaczone są symbolem R i stanowią odpowiedniki parametrów chropowatości w analizie trójwymiarowej oznaczanych symbolem S. Wyniki dla wyznaczonych profili podano w Tabeli 6. Wyznaczone wartości parametrów chropowatości: pRa, Ra i Rq dla profili wzdłuż pasków

gofrowanych wykazują tendencje malejącą w kierunku od wariantu MM1 do MM3, czyli ze wzrostem szerokości pasków gofrowanych. Natomiast falistość Wa

wykazuje tendencję odwrotną, tzn. rośnie w kierunku of wariant MM1 do wariantu MM3.

Tabela 6. Wartości parametrów chropowatości wyznaczonych profili wzdłuż pasków gofrowanych badanych wariantów tkanin

Parametr Jednostka Wartość

MM1 MM2 MM3 pRa _{mm 0,490 0,545 0,626} Ra _{mm 0,280 0,189 0,145} Rq _{mm 0,320 0,221 0,176} Wa _{mm 0,215 0,404 0,493} 4. Podsumowanie

Przedstawione badania wykazały, że profilometr MicroSpy® Profile firmy FRT jest doskonałym narzędziem do pomiaru struktury geometrycznej powierzchni materiałów włókienniczych. W pracy badaniom poddano tkaniny gofrowane o zróżnicowanym raporcie efektu gofrowania. Wyznaczono szereg wskaźników topografii powierzchni zarówno dla całego obszaru pomiarowego, obejmującego co najmniej pełny raport pasków gofrowanych, jak również dla przykładowych pasków gładkich i gofrowanych badanych tkanin. O tym, jaki obszar poddać badaniu, powinien decydować cel badań. W niektórych przypadkach uzasadnione jest badanie całej powierzchni, np. żeby powiązać ukształtowanie powierzchni tkanin z ich właściwościami termoizolacyjnymi. W innym przypadku celowe jest badanie osobno poszczególnych faz: gładkiej i gofrowanej, np. żeby ocenić efekt gofrowania. Profilometr umożliwia pomiary bezkontaktowe, co w przypadku tkanin gofrowanych ma szczególne znaczenie. Ze względu na występowanie miejsc gofrowanych (naprzemiennie wypukło-wklęsłych), badania za pomocą metod kontaktowych mogłyby prowadzić do odkształcania powierzchni tkanin, a tym samym do zafałszowania wyników.

Na podstawie uzyskanych wyników stwierdzono, że raport pasków gofrowanych, zdefiniowany szerokością pasków gofrowanych oraz odległością miedzy tymi paskami, w istotny sposób wpływa na wartość wszystkich parametrów chropowatości, poddanych analizie w niniejszej pracy.

Źródło finansowania

Badania finansowane przez Narodowe Centrum Nauki w ramach projektu badawczego pt.: „Geometryczna, mechaniczna i biofizyczna parametryzacja trójwymiarowych struktur tkanych”, nr projektu: 2016/23/B/ST8/02041.

Literatura

[1] Matusiak M.: Tkaniny gofrowane. Właściwości biofizyczne, Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej, Łódź 2020.

[2] Szosland J.: Struktury tkaninowe, Polska Akademia Nauk, Łódź 2007.

[3] Frącczak Ł., Domagała R., Zgórniak P., Matusiak M.: Parameterization of seersucker

woven fabrics using laser techniques, Autex Research Journal 19 (3), 2019, str. 243-249.

[4] Matusiak M., Frącczak, Ł.: Investigation of 3D woven fabric topography using laser

-scanning, Fibres and Textiles in Eastern Europe 26 (1), 2018, str. 81-88.

[5] Wilk E.: Tkaniny o strukturze trójwymiarowej, Architektura Tekstyliów 1, 1997, str. 22.

[6] Matusiak M., Zieliński J., Kwiatkowska M.: Measurement of tensile properties

of seersucker woven fabrics of different structure, Fibres and Textiles in Eastern Europe 2

(134), 2019, str. 58-67.

[7] Matusiak M.: Thermal insulation properties of the seersucker woven fabrics of different

structure, 47th _{Textile Research Symposium, Liberec 2019.}

[8] Matusiak M.: Moisture management properties of seersucker woven fabrics of different

structure, Fibres and Textiles in Eastern Europe 3 (135), 2019, str. 43-50.

[9] Kyame G.J., Lofton J.T., Cool and carefree cotton seersucker, United States Department of Agriculture, National Agricultural Library.

[10] Adamczak S.: Pomiary geometryczne powierzchni. Zarysy kształtu, falistości

i chropowatości, Wydawnictwo WNT, Warszawa 2008.

[11] PN-EN ISO 4287:1999/A1:2010 Specyfikacje geometrii wyrobów – Struktura geometryczna powierzchni: metoda profilowa - Terminy, definicje i parametry struktury geometrycznej powierzchni.

[12] Krucińska I., Konecki W., Michalak M.: Systemy pomiarowe we włókiennictwie, Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej, Łódź 2006.

[13] Matusiak M., Bajzik V.: Surface characteristics of seersucker woven Fabrics, Autex Research Journal (in press), DOI 10.2478/aut-2019-0079.

[14] Wieczorowski M.: Teoretyczne podstawy przestrzennej analizy nierówności

powierzchni, Inżynieria Maszyn 18 (3), 2013, str. 7-34.

[15] Operating Manual FRT MicroSpy® Profile, Version 2.104, FRT the art of metrologyTM_{, Bergisch Gladbach, Germany 2016.}

[16] Manual Mark III. Version 3.11 R2T1, FRT the art of metrologyTM_{, Bergisch Gladbach,}

[17] DIN EN ISO 4287: 2010 – Geometrical Product Specifications (GPS) - Surface

texture: Profile method - Terms, definitions and surface texture parameters – german

version.

[18] https://www.bnt-sigma.pl/pomiar-chropowatosci-powierzchni – dostęp dnia 10. 08. 2020.

[19] Omiotek Z.: Badanie samopodobieństwa obrazów metodą analizy fraktalnej, Barometr Regionalny 1 (23), 2011, str. 93-105.

[20] Kąkolewska J., Kuras M., Sokalski J., Kulczyk T.: Zastosowanie analizy fraktalnej