UNIVERSITATEA TEHNICĂ “GHEORGHE ASACHI” DIN IAȘI

TEZĂ DE ABILITARE

Fărîmă Daniela Dr.Ing. Universitatea “Gheorghe Asachi” din Iași

Facultatea de Textile – Pielărie și Management Industrial

2017

UNIVERSITATEA TEHNICĂ “GHEORGHE ASACHI” DIN IAȘI

CONTRIBUȚII LA CERCETAREA CONFORTULUI ÎN

SISTEMUL CORP-ÎMBRĂCĂMINTE-MEDIU

Fărîmă Daniela Dr.Ing. Universitatea “Gheorghe Asachi” din Iași

Facultatea de Textile – Pielărie și Management Industrial

2017

CUPRINS

Rezumat 5 Abstract 8 Partea I Realizări științifice, profesionale și academice 10 Capitolul 1 Confortul în sistemul corp –îmbrăcăminte – mediu 11 1.1 Aspecte generale privind confortul îmbrăcămintei 11 1.2 Cercetări privind confortul îmbrăcămintei prin prisma teoriei informației 14 1.2.1 Introducere 14 1.2.2 Cercetări teoretice 15 1.2.3 Rezultate și discuții 17 Capitolul 2 Cercetări privind caracteristicile de confort termofiziologic ale tricoturilor

18

2.1 Aspecte privind utilizarea tricoturilor în îmbrăcăminte 18 2.1.2 Caracteristicile de confort termofiziologic ale tricoturilor vanisate și pluș 20 2.1.2.1 Cercetări experimentale 20 2.1.2.1.1 Alegerea materiei prime și a structurilor tricotate 20 2.1.2.1.2 Rezultate și discuții 21 2.1.3 Caracteristici de confort termofiziologic ale tricoturilor din fire de bambus 24 2.1.3.1 Aspecte generale 24 2.1.3.2 Cercetări experimentale 24 2.1.3.3 Rezultate și discuții 25 2.1.4 Caracteristici de confort termofiziologic ale tricoturilor de compresie 28 2.1.4.1 Aspecte generale 28 2.1.4.2 Tricoturi de compresie cu geometrie variabilă și funcționalitate

controlabilă 28

2.1.4.2.1 Cercetări experimentale 28 2.1.4.2.2 Rezultate și discuții 29 2.1.4.2.3 Modelarea matematică a extensibilității tricoturilor 30 2.1.4.2.4 Simularea în mediul virtual a comportării la compresie a

tricoturilor 32

Capitolul 3 Cercetări privind caracteristicile de confort termofiziologic ale materialelor textile nețesute

34

3.1 Cercetări experimentale 34 3.2 Rezultate și discuții 34 Capitolul 4 Cercetări privind caracteristicile de confort termofiziologic ale țesăturilor

38

4.1 Chestionarul ca instrument de cercetare 38 4.2 Cercetări experimentale 38 4.2.1 Alegerea materialelor 38 4.2.2 Rezultate și discuții 30 4.3 Cercetări privind influența tratamentelor antimicrobiene asupra caracteristicilor de confort termofiziologic

41

4.3.1 Aspecte generale 41 4.3.2 Cercetări experimentale 42 4.3.3 Rezultate și discuții 43 Capitolul 5 Aplicații software în analiza caracteristicilor de confort termofiziologic 46 5.1 Aplicație software pentru stabilirea domeniului termic funcţional al materialelor textile

46

5.1.1 Aspecte teoretice 46

5.1.2 Aplicația sofware 48 5.2 Aplicație software pentru analiza principalelor caracteristici de confort termofiziologic

51

5.2.1 Aspecte generale 51 5.2.2 Aplicația software 51 5.3 Aplicație software pentru aprecierea globală a confortului termofiziologic 54 5.3.1 Aspecte generale 54 5.3.2 Aplicația software 54 5.4 Aplicație software pentru evaluarea obiectivă a caracteristicilor de confort termofiziologic în funcție de condițiile de mediu și de stare a organismului

57

5.4.1 Aspecte teoretice 57 5.4.2 Aplicația software 59 Capitolul 6 Concluzii 62 Bibliografie 64 Partea II Plan de dezvoltare științifică, profesională și academică 69

5

REZUMAT Lucrarea prezintă o sinteză a preocupărilor și rezultatelor științifice și profesionale ale autoarei, publicate ulterior obținerii titlului de doctor în anul 1998, cu teza de doctorat “Contribuţii privind studiul funcţiilor produselor vestimentare din tricot, în conexiune cu parametrii de structură şi condiţiile de stare ale organismului ". Teza de abilitare cu titlul “Contribuții la cercetarea confortului în sistemul corp-îmbrăcăminte-mediu” se concentrează, în principal, pe acele realizări care atestă abilitatea autoarei de a conduce cercetarea științifică în domeniul Inginerie industrială, cu aplicații în domeniul confortului îmbrăcămintei. Realizările personale sunt prezentate în contextul stadiului actual al cercetării ştiinţifice din domeniul confortului îmbrăcămintei. Teza, structurată în două părți, prezintă în prima parte realizări, științifice și academice iar în a doua parte prezintă un plan de dezvoltare a carierei universitare, didactice și științifice. Partea I a tezei, abordează aspecte de actualitate atât pe plan național cât și pe plan international, din domeniul cercetării confortului îmbrăcămintei. În această parte, sunt conturate două direcții principale de cercetare: evaluarea obiectivă a confortului termofiziologic (capitolele 1, 2, 3, 4) și aplicații software în analiza caracteristicilor de confort termofiziologic (capitolul 5). Originalitatea cercetării derivă din modul de abordare a acesteia și anume unul planificat (alegerea materiilor prime, alegerea și realizarea unor structuri textile de conceție proprie, finisarea chimică, evaluarea obiectivă a carctersisticilor de confort termofiziologic, prelucrarea rezultatelor experimantale și discuții). Relevanța cercetărilor constă: în abordarea unor domenii de specializare inteligentă - domenii de actualitate ale cercetării confortului atât pe plan national cât și pe plan internațional (domeniul sport, medical, protecție), precum și în faptul că rezultatele cercetarilor își găsesc aplicabilitate în industria textilă (fibre, fire, tricotaje, țesături, nețesute, confecții) oferind limite de exigență ale valorilor caracteristicilor de confort, conducând la luarea de decizii corecte în realizarea de produse funcționale. Partea I a tezei este structurată pe 6 capitole, concepute într-o succesiune logică: de la conturarea domeniului confortului îmbrăcămintei (capitolul 1), la evaluarea obiectivă a confortului termofiziologic cu exemplificare pe materiale textile din grupa tricoturi, nețesute, țesături, cu prelucrarea rezultatelor și emiterea de concluzii, până la evaluarea obiectivă a confortului termofiziologic prin utilizarea aplicațiilor software de concepție proprie. Partea I a tezei se concentrează pe ideea demonstrării importanței cercetării caracteristicilor de confort termofiziologic în corelație cu: factorii de influență a acestora, condițiile de stare ale purtătorului și condițiile de mediu, în vederea creării de produse de îmbrăcăminte care să satisfacă cerințele de confort impuse de domeniul de utilizare. Capitolul 1 Confortul în sistemul corp – îmbrăcăminte – mediu, prezintă aspecte ce caracterizează domeniul confortului îmbrăcămintei, ca domeniu de cercetare abordat de autoare. În acest sens, sunt evidențiate componentele confortului îmbăcămintei, factorii de influență a acestuia, subliniindu-se importanța abordării aspectelor ce vizează confortul îmbrăcămintei, într-un context unitar, prin prisma sistemului corp-îmbrăcăminte-mediu. În acest context, autoarea prezintă rezultatele unor cercetări referitoare la abordarea confortului prin prisma teoriei informației, subliniind prin aceasta, multitudinea și complexitatea aspectelor sub care poate fi abordat confortul îmbrăcămintei. Capitolul 2 Cercetări privind caracteristicile de confort termofiziologic ale materialelor textile tricotate, prezintă avantajele utilizării tricoturilor, precum și rezultatele cercetărilor cu privire la caracteristicile de confort termofiziologic ale unor tricoturi funcționale, destinate șosetelor pentru sport, domeniului medical și cosmetotextilelor. Pentru

6

materialele textile cercetate sunt puse în evidență influența materiilor prime și a parametrilor de structură, asupra valorilor caracteristicilor de confort termofiziologic analizate. Pentru realizarea practică a tricoturilor analizate, s-au folosit atât fire chimice (polyester, polipropilenă, elastan) cât fire eco (bambus). Capitolul 3 Cercetări privind caracteristicile de confort termofiziologic ale materialelor textile nețesute, este conceput în scopul demonstrării faptului că analiza confortului termofiziologic poate fi aplicată tuturor categoriilor de materiale textile care își găsesc aplicabilitate în realizarea de produse de îmbrăcăminte, produse pentru sănătate, produse de protecție, etc. Materialele textile nețesute analizate în cadrul acestui capitol, sunt obținute din fibre PET și PPE, cercetarea constatând că pentru domeniul medical, sunt indicate materialele textile nețesute pe bază de fibre de PPE, datorită prezenței unor avantaje ale acestora din punct de vedere a caracteristicilor de confort termofiziologic. Capitolul 4 Cercetări privind caracteristicile de confort termofiziologic ale materialelor textile țesute, analizează țesături destinate realizării de uniforme pentru poliție. Materialele au fost alese pe baza rezultatelor obținute cu ajutorul metodei chestionarului din care rezultă necesitate îmbunătățirii caracteristicilor de confort termofiziologic. Influența tratamentelor de finisare (antimicrobiene) precum și rolul acestora în obținerea confortului termofiziologic impus de domeniul de utilizare a produsului de îmbrăcăminte, completează cercetările din cadrul capitolului 4. Capitolul 5 Aplicații software pentru analiza obiectivă a caracteristicilor de confort termofiziologic, conturează o altă direcție de cercetare a autoarei și anume cea a analizei diferitelor aspecte specifice confortului termofiziologic a îmbrăcămintei (domeniul termic funcțional, transferal de căldură, transferal de aer, transferal de umiditate, etc.), cu ajutorul aplicațiilor software. În scopul efectuării acestei analize, autoarea a realizat aplicații software originale, bazate pe o bună cunoaștere a aspectelor teoretice specifice evaluării obiective a confortului termofiziologic. Aplicațiile software presupun crearea unei baze de date, din care se poate selecta un set de date de intrare (variabile de intrare) căruia îi corespunde un set de date de ieșire (variabile de ieșire), specific tematicii abordate. Aceste aplicații software reduc volumul și timpul de rezolvare a unei probleme, permițând prelucrarea unei game largi de variante. Aplicațiile sunt concepute ca instrumente de cercetare pe de o parte și pe de altă parte ca instrumente e-learning, în activitatea didactică. Capitolul 6 Concluzii concentrează trasăturile conceptuale definitorii ale tezei, în scopul sublinierii relevanței și originaltății rezultatelor științifice obținute în domeniul cercetării confortului îmbrăcămintei. Bibliografie însumează referințele bibliografice cele mai importante, grupate pe capitole și argumentează demersul științific prezentat în teza de abilitare. Partea II Plan de evoluţie şi dezvoltare a carierei profesionale, ştiinţifice şi academic Aceasta secțiune descrie planul de evoluție și dezvoltare a carierei stabilit pe termen scurt și mediu, și vizează trei mari direcții: activitatea profesională; activitatea științifică și activitatea academică. Autoarea își va continua activitățile de cercetare-dezvoltare-inovare stiințifică printr-o abordare înterdisciplinară a domeniului confortului îmbrăcămintei, având ca perspectivă configurarea unor parteneriate reale și durabile atât în mediul academic cât și cu mediul industrial. În acest scop își va extinde sfera de domenii abordate din punct de vedere a cercetării confortului, urmând tendințele de cercetare de pe plan internațional și național. Predicția confortului termofiziologic și senzorial, pe care autoarea o va aborda în cercetările viitoare, constituie și va constitui element de noutate atât pe plan national cât și international. De asemenea, abordarea confortului termic adaptiv, luând în considerație și caracteristicile

7

îmbrăcămintei în ecuația de bilanț termic, este o direcție nouă de cercetare a confortului, la care specialiștii își aduc în prezent contribuțiile, în scopul elaborării unor modele de predicție. În plan didactic, autoarea își propune îmbunătățirea vizibilității editoriale și a metodelor de transfer de cunoștințe către studenți, creșterea calității activității de predare-învățare, adaptarea permanentă a conținutului disciplinelor de predare la evoluțiile înregistrate pe piața forței de muncă, îmbunătățirea activităților de transmitere și asimilare a înformațiilor în cadrul procesului de învățământ centrat pe student prin activități didactice de tip interactiv și susținerea logistică a acestora. Dezvoltarea în plan academic va urmări creșterea și diversificarea parteneriatelor internaționale bazate pe acorduri inter-universitare, organizarea de doctorate în co-tutelă, derulate prin cooperare internațională, organizarea de schimburi de experiență la nivel international prin programe de tip “visiting professor”, creșterea numărului de acorduri de schimburi academice bilaterale, în cadrul programului Erasmus plus, cu accent pe cele benefice activităţii din cadrul şcolii doctorale.

8

ABSTRACT The present paper presents the scientific and professional concerns and results of the author's researches that were published after obtaining the PhD degree in 1998, with the paper named “Contributions regarding the study of the knitted fabrics garments, in connection with the structural parameters and the body conditions”. The habilitation thesis Contributions to the comfort research in the system body-clothing-environment, focuses on the achievements that prove the author's ability to conduct a scientific activity in the industrial engineering domain, and specifically in the garment comfort area. The personal achievements are integrated in a larger area of the current status of the scientific research in the garment comfort domain. The paper has two parts. The first one presents the scientific and academic achievements and the second one consists of a development plan for the university career. The first part of the paper is focused on the present topics regarding the researches in the field of garment comfort, not only national, but also international. There were two main research areas: the objective evaluation of the thermophysiological comfort (chapters 2, 3, 4) and the software applications that facilitates the analysis of its characteristics (chapter 5). The originality of the researches consisted in a planned scientific approach (starting with the choice of the raw materials used today, but also of some eco wires – such as bamboo wires which are intensively studied today), in the choice and design of some original textile structures, of chemical finishing, of objective evaluation of the thermophysiological comfort, the experimental results analysis and the discussions. The relevance of these results consists in their usage in specialized areas such as sport, medicine and protection, which benefit of an increased interest nationally and internationally and their potential usage in the textile industry (raw materials, knitted fabrics, woven, non-woven) in order to establish new ranges for the comfort characteristics and to refine the functional products. The first part has 6 chapters, logically exposed, from generally talking about garment comfort domain (chapter 1), to the objective evaluation of the thermophysiological comfort, using knitted fabrics, woven, non-woven as examples, including the analysis of the results and the conclusions, to the objective evaluation of the thermophysiological comfort by using software application, originally designed. Conceptually, the thesis focuses on demonstrating the importance of the researched thermophysiological comfort characteristics correlated with the factors that may influence it, the body and the environment conditions in order to create garment products that can achieve the comfort exigencies from different use domains. Chapter 1. The comfort in the system body-clothing-environment - is designed to characterize the garment comfort approached by the author in her researches. The aim is to emphasize the components of garment comfort, the influence factors, in a unitary manner, in the system body – garment – clothing – environment. The results of some researches where the comfort was informatically approached, are being presented in order to prove once more the numerous and complex aspects that characterize garment comfort. Chapter 2. Researches regarding the thermophysiological comfort characteristics of the knitted fabrics– presents the advantages of using knitted fabrics and the research results regarding the thermophysiological comfort characteristics of the functional knitted fabrics used for the sport, medical and dermatho-cosmetics. For these textiles there are emphasized the influence of raw materials and of structure parameters on the thermophysiological comfort characteristics. For the design of the analyzed knitted fabrics, there have been used chemical wires (polyester, polypropilene, elasthan) and eco wires (bamboo).

9

Chapter 3 – Researches regarding the thermophysiological comfort characteristics of the non-woven textiles – proves that the thermophysiological comfort analysis can be applied for all the textile materials used in the garments design, medical domain or protection products. The analyzed non-woven textiles are made of PET and PPE, focused on the idea that for the medical domain, the non-woven materials are recommended to be used due to their advantages regarding the thermophysiological comfort. Chapter 4 – Researches regarding the thermophysiological comfort characteristics of the woven textiles – analyses the woven used for the police uniforms, based on the results obtained through questionnaire method that proved the need of improving the thermophysiological comfort. The influence of the finishing treatments (antimicrobial procedures) and their importance for the thermophysiological comfort demanded by different use domains of the garments are other aspects presented in chapter 4. Chapter 5 – Software applications for the objective analysis of the thermophysiological comfort characteristics - focuses on the second main research direction approached by the author, the analysis of different and specific aspects of the comfort using software applications (therm-functional area, the heat transfer, the air transfer, the humidity transfer). For the analysis, there were designed original software application, based on a rigorous theoretical knowledge of the thermophysiological comfort specific aspects. In order to apply them, data bases were created, consisting in input data and output data. The advantage of application usage is reducing the volume and the time needed to solve a problem, permitting this way to analyze many different variants, depending on the application and then saving them on the memory or giving them up and processing again the application. The applications can be used not only as research tools, but also in the e-learning process. Chapter 6 Conclusions – it summarizes the main conceptual aspects, proving the relevance and the originality of the research results in the garment comfort area. Bibliography exposes the bibliographical references grouped by chapters and proves the scientific process of the empowering thesis. The Second Part Evolution and development plan for the professional, scientific and academic career This section describes the career development and evolution plan for long and short term, taking into consideration three main directions: the professional, scientific and academic activity. The candidate will continue an research-development-scientific innovation activity through an interdisciplinary approach of the garment comfort domain, aiming to establish real and sustainable academic and industrial partnerships. Taking these into consideration, the author will extend the area of interest to modern research tendencies that are approached nationally and internationally. The prediction of the sensorial and thermophysiological comfort, which will be the direction of the author's future researches, is a theme of interest nationally and internationally. The approach of the therm-adaptative comfort by taking into consideration the garment characteristics, is a new comfort research direction which benefit today of great research contributions, aiming to elaborate prediction patterns. In the didactic area, the purpose is to improve the editorial visibility and the teaching tools, to increase the quality of teaching-learning process, to adapt the teaching demand to the work market evolution, to improve the delivering and learning process by focusing it on the student through interactive and logistic activities. The academic development will aim to the increasing and the diversification of the international partnerships based on inter-university agreements, international exchanges and “visiting professor” programs, by increasing the bilateral academic exchanges in the Erasmus plus program, focused on the beneficial activities for the scientific field.

10

PARTEA I

REALIZĂRI ȘTIINȚIFICE, PROFESIONALE ȘI ACADEMICE

11

CAPITOLUL 1 CONFORTUL ÎN SISTEMUL CORP –ÎMBRĂCĂMINTE – MEDIU 1.1 Aspecte generale privind confortul îmbrăcămintei

Domeniu interdisciplinar, incontestabil dependent direct de organismul uman, de îmbrăcăminte şi de condiţiile de mediu, confortul a apărut prin fuziunea dintre cercetarea aspectelor fizice, biologice şi fiziologice. Această interdisciplinaritate face din confort un domeniu complex, greu de definit și totodată extrem de dificil de analizat. Aceasta explică existența unei multitudini de definiții referitoare la confort, fiecare dintre ele reflectând filozofii și abordări diferite. Astfel, o definiție generală care încercă să cuprindă cât mai multe dintre aspecele specifice confortului, este cea din Oxford Dictionary ca “A state of physical ease and freedom from pain or constraint” [6], în timp ce ASHRAE Standard 55 (American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers) definește confortul ca stare de spirit prin care o persoană exprimă satisfacție față de mediu [23]. Din definițiile de mai sus, se obsevă caracterul de generalizare a noțiunii de confort, care include fără explicitare rolul definitoriu al îmbrăcămintei. Indiferent însă din ce punct de vedere este abordat, confortul este o starea relativă, determinată de unicitatea fiecărui om. Așa se explică faptul că ceea ce pentru unul este confortabil, pentru altul, în aceleași condiții, este mai mult sau puțin confortabil. În literatura de specialitate există multe modele matematice [20] folosite în predicția confortului, dar decizia finală în aprecierea stării de confort aparține tot omului și se bazează pe aprecieri subiective în condiții reale. Apărut ca știință [22] după primul război mondial în SUA, când armata americană înființează laboratoare States Army Soldier Systems Center –SSC- din Natick, Massachusetts [7], pentru a dezvolta îmbrăcăminte adecvată unui mediu cu temperaturi cuprinse între ˗ 50 °C și 50 °C, confortul a evoluat odată cu dezvoltarea societății și tehnologiei. Prin urmare, cercetarea în domeniul confortului se află într-un progres continuu, fiind marcată de evoluția societății care este din ce în ce mai departe de mediul tradițional. Modificarea condițiilor de viață (prin apariția aerului condiționat, prin apariția a noi locuri de muncă, a bolilor civilizației, a modificărilor climatice globale,a mediului de viață modern –apartament, birou, mașină) a impus schimbarea modului de abordare a importanței îmbrăcămintei, care trebuie să corespundă noilor trăsături sociale, să satisfacă nevoile termofiziologice, senzoriale, psihologice și de mișcare ale purtătorilor. Pornind de la stadiul de cercetare descriptiv-fenomenală, cercetarea confortului a ajuns la stadiul de cercetare cantitativă, oferind astăzi valori pentru caracteristicile de confort, care pe de o parte permit aprecierea cantitativă a acestora iar pe de altă parte permit obţinerea de limite de variaţie a acestor valori, ajungându-se la predicția acestora [19]. Deoarece în prezent, nu există o teorie unitară, generală, care să studieze raporturile complexe dintre îmbrăcăminte pe de o parte şi procesele fizice şi fiziologice care apar în timpul purtării acesteia pe de altă parte, cercetătorii și specialiștii abordează domeniul confortului îmbrăcămintei din patru puncte de vedere, considerate a fi principale și anume: termofiziologic, senzorial, psihologic și ergonomic (figura 1.1). Confortul termofiziologic este determinat de interacţiunea corp-îmbrăcăminte – mediu şi este atins atunci când schimbul de căldură şi umiditate între corp şi mediu, prin îmbrăcăminte, are loc în condiţii care asigurară echilibrul bilanţului energetic al organismului.

12

Figura 1.1

Componentele confortului îmbrăcămintei Confortul psihologic defineşte starea psihică a purtătorului, îmbrăcat într-o anumită manieră, stil, care se potriveşte conformaţiei şi destinaţiei şi care este în acord cu punctul de vedere a acestuia, prin prisma statutului său social, economic. [15] Confortul senzorial defineşte senzaţiile percepute la purtarea îmbrăcămintei (moale, catifelat, mătăsos, aspru, zgârie, înţeapă, etc.). Confortul ergonomic apare atunci când produsul de îmbrăcăminte prin dimensiuni și model se potrivește pe corp în mod corespunzător cu condițiile de stare ale purtătorului și condițiile de mediu, deformându-se sincronizat cu mișcările corpului. Confortul ergonomic mai depinde și de masa produsului, ușurința de îmbrăcare - dezbrăcare, de presiunea aplicată de produs pe suprafața corpului. Confortul la presiune este mai complex şi implică o serie de senzaţii sintetice, cum ar fi: confortabil, larg, greu, uşor, moale şi ţeapăn. Acesta poate răspunde receptorilor de presiune ai pielii şi poate proveni dintr-o combinaţie a unui număr de răspunsuri senzoriale simple [21]. Confortul poate fi descris: - obiectiv, atunci când este abordat ca stare fizică descrisă prin noţiuni şi fenomene fizice și datorat influenţelor reciproce dintre organismul uman, îmbrăcăminte, sarcina fizică şi condiţiile de mediu [12, 14]; -subiectiv, atunci când vizează totalitatea senzaţiilor, a impresiilor unui subiect uman la purtarea îmbrăcămintei [13]. Confortul îmbrăcămintei se bazează pe concepţia potrivit căreia, corpul uman, îmbracămintea şi mediul ambiant se află într-o interacţiune complexă şi continuă, alcătuind un întreg riguros organizat, care acționează în scopul menținerii constante a temperaturii corpului, prin întermediul îmbrăcămintei. În scopul menţinerii constante a temperaturii corporale, organismul dispune de mecanisme de reglare termică (figura 1.2) [11]. Reglarea fiziologică are la bază receptorii termici care primesc semnale de la perturbaţii termice şi pe care le transferă sistemului nervos central. Reglarea comportamentală este legată de senzaţii termice conştiente şi emoţionale determinate de starea de confort sau disconfort termic. Reglarea termică tehnică poate fi considerată ca o extensie a sistemului de reglare fiziologică, prin intermediul îmbrăcămintei, deoarece îmbrăcămintea este considerată pe de o parte o componentă a mediului, iar pe de altă o extensie şi modificare a corpului însuşi [11, 15].

13

Figura 1.2

Mecanisme ale reglării termice În funcție de condițiile de mediu și de stare ale organismului, îmbrăcămintea este barieră împotriva pierderilor de căldură sau principala cale de pierdere de căldură, în funcție de cerințele impuse de domeniul de utilizare a acesteia. Echilibrul termic al corpului este susținut de îmbrăcăminte prin caracteristici termofiziologice cum ar fi: permeabilitatea la vapori (rezistența la trecerea vaporilor), permeabilitatea la aer (rezistența la trecerea aerului), izolația termică măsurată în unități clo (1 clo = 0,155 m2 oC/W). Există mult mai multe caracteristici termofiziologice ale îmbrăcămintei, dar cele enumerate mai sus sunt condiderate a fi principale. Izolația termică a îmbrăcămintei se asigură în proporţie de: 50% datorită stratului de aer din structura îmbrăcămintei; 30% datorită straturilor de aer dintre articolele vestimentare de pe corp; 20% datorită conductivităţii termice a fibrelor textile componente [15]. Cel mai important izolator termic îl constituie aerul reţinut în porii materialului textil. Starea de confort termofiziologic pentru o persoană care îmbracă un ansamblu vestimentar cu izolație de 0,6 clo, poate fi obținută fără mecanisme de reglare fiziologică (tremurul, vasoconstricția, vasodilatația sau transpirația) între 22,2 °C și 25,5 °C. Fiecare schimbare cu 1 °C a temperaturii, este compensată de o modificare cu 0,18 clo de izolație a îmbrăcămintei. Aceasta înseamnă că o persoană care se odihnește într-un mediu cu o temperatură a aerului de 20 ° C are nevoie de o îmbrăcăminte de aproximativ 1 clo pentru a se simți confortabil. Pe de altă parte, are nevoie doar de aproximativ 0, 33 clo în timp ce se odihnește într-un mediu cu temperatura de 27 ° C [3, 4, 5]. Selectată după anumite criterii, îmbrăcămintea este adaptată cu intenţia conştientă de a asigura confortul purtătorului sau cel puţin protecţia faţă de un mediu nefavorabil [2,9,10]. Corpul uman, din punct de vedere al confortului, este analizat ca o componentă a unui sistem deschis (figura 1.3), aflat permanent în stare de interacţiune dinamică cu mediul înconjurător, în sens fizic, senzorial, psihologic şi informaţional.

Figura1.3

Sistemul corp- îmbrăcăminte-medi

c

14

În cadrul sistemului corp - îmbrăcăminte – mediu, climatologii consideră corpul ca fiind o constantă, iar mediul este analizat ca şi cum ar fi o variabilă, în timp ce fiziologii tratează atât mediul cât şi corpul uman ca variabile, iar un mediu este considerat de către aceștia rece sau cald și în funcţie de condițiile de stare ale corpului. Factorii de influență a confortului îmbrăcămintei (figura 1.4) [1, 11] sunt factori de mediu; factori ce țin de corp; factori ce țin de îmbrăcăminte. În practică, sunt necesare valori cantitative în ceea ce privește combinațiile factorilor mai sus menționați, care să conducă la satrea de echilibru termic pentru om.

Figura 1.4 Factorii de influență a confortului termofiziologic

Echilibrul sau dezechilibrul sistemului corp – mediu - îmbrăcăminte care va determina starea de confort sau disconfort resimţită, se stabileşte în funcţie de valorile factorilor de mediu, de durata relaţiei organismului cu aceşti factori, de particularităţile organismului (sex, vârstă, antrenament). 1.2 Cercetări privind confortul îmbrăcămintei prin prisma teoriei informației 1.2.1 Introducere Teoria informației se numără printre puținele discipline care au o dată de naștere cunoscută cu precizie și anume anul 1948, odată cu lucrarea publicată de Claude E. Shannon, „O teorie matematică a comunicațiilor” [16]. Shannon introduce primele noțiuni ale teoriei informației, afirmând că aceasta se bazează pe teoria probabilităților și pe entropia informațională. Un subiect uman care desfășoară o anumită activitate într-un mediu bine definit, va reacționa diferit la solicitări energetice din mediu, în funcție de natura acestora. Tipul de activitate al subiectului uman reprezintă sursa de informație, subiectul uman este receptorul iar mediul înconjurator este canalul de transmitere a informației (figura 1.5). Pentru aflarea cantității medii de informație pe care o percepe un subiect uman din mediul înconjurător, Shannon a definit ”entropia informaţională” (caracterizată printr-o predictibilitate scăzută și un nivel mare de informației). Termenul entropie seamănă atât

15

formal cât şi prin modul de deducere, cu entropia termodinamică („entropia unui câmp de probabilitate” sau, altfel spus „câmpul de nedeterminare”), iar termenul „informaţională” îl deosebește de entropia termodinamică. În sistemul corp – îmbrăcăminte – mediu, corpul uman este la rândul său un sistem cu o incredibil de joasă valoarea a entropiei. Corpul primește energie cu o valoare joasă a entropiei (hrană și oxigen) și eliberează energie de înaltă entropie (caldură, dioxid de carbon, excreții). Corpul uman dispune de procese (digestia, respirația, circulatia sângelui, etc.) prin care convertește o formă de energie din afară într-o formă de energie utilizabilă. Nu este necesară acumularea de energie din mediul exterior, deoarece energia se conservă. În mod continuu, corpul uman luptă cu principiul al doilea al termodinamicii, realizând un schimb continuu de energie de joasă și înaltă entropie cu mediu. Organismul funcționează ca un termostat la temperatura constantă și reacționează atât la factori exogeni cât și la factori endogeni. Prin urmare, orice factor exogen sau endogen care amenință echilibrul termic al corpului, va determina din partea acestuia reacții termogenetice sau termolitice compensatoare, cunoscute sub denumirea de act reflex (figura 1.5) [17]. În toate cazurile însă există și informația (instrucțiunile) dar și mecanismul care face ca informația să fie pusă în practică. În acest context se poate afirma că un subiect uman, aflat într-un spațiu închis (cameră, birou, etc.) și care desfășoară o anumită activitate, se va simți confortabil atunci când mediul respectiv este organizat în așa manieră, încât subiectul uman își poate desfășura activitatea în condiții optime. 1.2.2 Cercetări teoretice

În cazul în care se elimină orice informație inutilă de pe canalul de transmisie (figura 1.5), [17] deci cantitatea de informație este 0 bit/s, se poate vorbi de “confort absolut” al purtătorului, iar entropia se noteaza cu S0, corespunzatoare metabolismului bazal. Dacă însă cantitatea de informație de pe canalul de transmisie nu depășeste valoarea de 50 bit/s, atunci se vorbeste de “confort limită“ iar entropia sistemului este S1, pentru o stare oarecare 1 a corpului uman, corespunzătoare unei anumite activități. Prin similitudine cu elementele unui sistem informațional, sistemul corp-îmbrăcăminte - mediu poate fi reprezentat schematic ca în figura 1.5 [17].

Figura 1.5 Similitudine între sistemul corp-îmbrăcăminte-mediu și un sistem informațional

Cantitatea de informaţie I dintr-un sistem este o măsură a gradului de organizare a acestuia, iar entropia S a sistemului este măsura gradului lui de dezorganizare (una este egală cu cealaltă luată cu semn opus) (relația 1.1, în care K- coeficient de transformare care se referă la alegerea unei unităţi de măsură (biţi); pi – probabilitatea aparției unui eveniment

16

n) [16]. Un bit mai are și semnificația fizică a unei celule de memorie a unui computer care poate conține doar două valori: 0 sau 1.

I=− ∑ pi ni=1 log2 pK (1.1)

În termodinamică, S. Boltzman introduce noțiunea de entropie S (relația 1.2) [24], calculată în funcție de probabilitatea pi de apariției unui eveniment n și constanta lui Boltzman K. Noțiunea de entropie a lui Boltzman este asociată cu gradul de dezorganizare a sistemului (accentuarea dezorganizarii determină o creștere a entropiei).

S=−K ∑ pi ni=1 log2 p (1.2)

Legătura dintre entropia informațională I și entropia fizică S este dată de relația Leon Brillouin [25] (relația 1.3), în care S0 – entropia corespunzătoare schimbului termic dintre corp și mediu la echilibrul termic (starea 0); S1 - entropia corespunzătoare schimbului termic dintre mediu și corpul uman aflat într-o anumită condiție de stare (starea 1).

I = S – S0 (1.3)

Având în vedere complexitatea transferului termic dintre corp și mediu și invers, se vor analiza în continuare doar factorii termici care determină cantitatea de informație primită de corp. Transferul termic dintre corp și mediu depinde de temperatura și viteza de deplasare a aerului, umiditatea și presiunea acestuia, temperatura corpurilor din mediu și a suprafețelor limitatoare a acestuia (temperatura radiantă). Cantitatea de informație termică rezultată din variația parametrilor mediului înconjurator, se poate calcula pe baza similitudinii dintre entropia termodinamică S a lui Boltzman și entropia informațională I a lui Shannon (relația 1.4, în care K- coeficientul de transformare din unități termice în unități informaționale (Kvara = 0, 01220; Kiarna = 0, 003026) [4], Q- cantitatea de căldură schimbată de corpul uman cu mediul înconjurător).

S=S0 – S1 = ∫ 𝑑𝑄/𝑇1

0 = KI (1.4)

Pentru a evidenția schimburile termice dintre corp și mediu prin îmbrăcăminte, cantitatea de căldură metabolică Qi [W] trebuie să fie egală cu cantitatea de căldură schimbată de corp cu mediul Q [W], (compusă din căldura de convecție Qcv, căldura de radiație Qr, căldura de conducție Qc, căldura de evaporare Qev și căldura de resprirație Qres) (ecuația 1.5).

Qi =Q = Qcv + Qr + Qc + Qev + Qres [W] (1.5)

Atunci când Qi < Q, apare senzația de rece, iar când Qi > Q apare senzația de cald. Termenii din ecuația 1.5 se calculează în baza relațiilor din literatura de specialitate [15]. Energia internă Qi, se determinată ca diferența între căldura metabolică M [W] și lucrul mecanic Lm [W] consumat în unitatea de timp pentru efectuarea diferitelor activități (mers, mișcare, muncă, etc., Dacă neglijăm valoarea Lm pe considerentul că este cu mult mai mică decât valoarea lui M, atunci Qi poate fi considerată a fi egală cu Q (relația 1.6).

Qi=M-Lm =Q [W] (1.6)

Introducând în relația de variație a entropiei relația 1.4 expresia cantității de căldură Q pe care un subiect uman îmbrăcat adecvat mediului și activității depuse o schimbă cu mediul conform bilanțului termic, se obține relatia 1.7, în care:T0s și T1s - temperaturile medii

17

absolute ale suprafețelor radiante pentru starea 0 de confort absolut și pentru starea 1 de confort limită (50bit/s); T0a și T1a temperaturile absolute ale aerului pentru starea 0 de confort absolut și pentru starea 1 de confort limită (50bit/s). So –S1 = ∆S = KI=

[(𝑇1𝑠)3 − (𝑇0𝑠)3]/(0,592/3,1)+5,0875[−4( √297 − 𝑇1𝑎4 −)]+4,1519ln[

(4,1519+ √297−𝑇1𝑎4 )

(4,1519− √297−𝑇1𝑎4 )

(4,1519− √297−𝑇0𝑎4 )

(4,1519+ √297−𝑇0𝑎4 )

]

+8,3038arctg 4,1519[ ( √297−𝑇1𝑎4 )−

(17,23833+( √297−𝑇1𝑎4 )

( √297−𝑇0𝑎4 )]

( √297−𝑇0𝑎4 )

(1.7

Se poate impune valoarea lui I și se poate determina coeficientul K de transformare din unități termice în unități informaționale. Prin rezolvare se obține pentru vară Kv = 0, 0122 și pentru iarnă Ki=0, 0030. Pentru confort absolut, temperatura de confort este Tc = 21,4 oC. Cu ajutorul constantelor de transformare pot fi determinate valorile temperaturilor de confort Tc, pentru perechi de valori ale temperaturii aerului Ta și temperaturi medii a suprafețelor înconjuratoare Ts (relația 1.8) [4].

Tc = (Ts +Ta)/2 [oC] (1.8)

Utilizând relația 1.8 pentru diferite grade de informație, rezultă perechi de valori (Ta Ts) precum și valorile temperaturilor de confort Tc corespunzatoare gradului de informație considerat (tabelul 1.1).

1.2.3 Rezultate și discuții

În baza relației 1.7 s-au stabilit perechi de valori ale temperaturii absolute a aerului Ta [0C] și ale temperaturii absolute a suprafețelor radiante Ts [0C] pentru starea de confort absolut (informație 0) și pentru starea 1 de confort limită (informație 50 bit/s). Tabelul 1.1 Valori Ta, Ts, Tc

Dacă pentru un produs de îmbrăcăminte se calculează pe baza valorilor experimentale rezistența termică Rt, atunci este posibil și calcularea coeficientului total de transfer termic K, ca inverul valorii lui Rt. În paralel, pentru condițiile de mediu și stare ale corpului impuse (lucrând cu valori ale lui Ta și Ts din tabelul 1.1), se poate calcula rezistența termică Rtimpus și respectiv coeficientul total de transfer termic Kimpus a aceluiași produs, considerat a fi purtat în mediul respectiv. Prin comparație, se constată că valorile coeficientului K sunt aproximativ egale cu cele ale coeficientului Kimpus, ceea ce înseamnă că abordarea acestor aspecte prin prisma teoriei informaționale este viabilă.

18

CAPITOLUL 2 CERCETĂRI PRIVIND CARACTERISTICILE DE CONFORT TERMOFIZIOLOGIC ALE TRICOTURILOR 2.1 Aspecte privind utilizarea tricoturilor în îmbrăcăminte Tricoturile sunt produse textile obținute prin buclarea succesivă sau simultană a unui fir sau a unui sistem de fire, cu ajutorul mașinilor de tricotat, în cadrul unei operații numită tricotare. Datorită proprietăţilor lor, tricoturile oferă posibilitatea de realizare a unor produse de îmbrăcăminte cu funcţii multiple. Tricoturile funcționale combină în mod integral materii prime cu proprietăți diferite, prin tehnici de tricotare adecvate, ceea ce determină utilizarea lor în scopul satisfacerii unor funcții impuse de domeniul de utilizare. Este important ca în proiectarea îmbrăcămintei funcţionale să se combine diferite tipuri de materii prime, în structuri tricotate adecvate, astfel încât să fie puse în evidenţă proprietăţile şi avantajele utilizării lor, iar dezavantajele care sunt constatate în anumite situaţii la purtarea îmbrăcămintei, să fie compensate sau chiar înlăturate. Avantajele utilizării tricoturilor în realizarea produselor de îmbrăcăminte derivă din faptul că: - elasticitatea tricotului nu împiedică libertatea de mişcare şi sporeşte comoditatea purtării produselor tricotate; - tricoturile includ în structura lor importante cantitaţi de aer, ceea ce crează bune premise pentru obţinerea unui microclimat subvestimentar plăcut (t=31-340 C, φ=40÷60%); - posibilitatea aplicării unor tehnici moderne de tricotare determină obţinerea de produse optime din punct de vedere funcţional; - apariția permanentă a noi tipuri de materii prime, cu caracteristici funcţionale care sunt puse în evidenţă prin realizarea tricoturilor cu structuri adecvate; - dezvoltarea continuuă a construcţiei de maşini de tricotat, a tehnologiilor de finisare şi imprimare a tricoturilor, conduce la apariția de noi produse tricotate. Pentru activități ce presupun efort fizic intens, tricoturile funcționale sunt cele mai recomandate. De exemplu, în timpul desfăşurării activităţilor sportive, corpul depune un efort fizic intens, reglarea temperaturii sale fiind puternic înfluenţată de starea suprafeţei pielii şi de caracteristicile îmbrăcămintei. În aceste situații, de cele mai multe ori datorită necunoaşterii şi a confuziei, produsele de îmbrăcăminte din fire de bumbac, care se poartă în contact direct cu pielea, sunt considerate a fi utilizabile în orice scop, neţinând seama de condiţiile de mediu, condiţiile de stare a organismului şi de destinaţia iniţială [2]. Dacă cedarea căldurii se face numai prin vapori de transpiraţie, tricotul (de exemplu din bumbac) oferă un confort la purtare suficient de bun. Dacă însă bilanţul termic nu poate fi echilibrat numai prin cedare de căldură umedă (sub formă de vapori) atunci se formează transpiraţia lichidă, care trebuie eliminată cât mai repede de pe suprafaţa pielii pentru a păstra starea de confort. Dacă nu se întâmplă acest lucru, corpul poate acumula căldură în timpul eforturilor fizice sau apare răcirea acestuia în timpul stărilor de repaus [6]. În astfel de situaţii, produsele de îmbrăcăminte tricotate din bumbac 100% prezintă dezavantajul că se îmbibă ca un burete cu transpiraţie lichidă astfel încât, prin închiderea porilor tricotului transpiraţia nu se mai poate evapora, iar corpul uman nu se mai poate răcori pentru a-şi menţine temperatura constantă de 37°C [8].

19

Datorită capacităţii mari de reţinere a apei, tricoturile din fire naturale nu sunt indicate pentru situaţiile în care transpiraţia organismului este sub formă lichidă, în schimb cele din fire chimice, datorită faptului că porii lor rămân deschişi atunci când corpul transpiră intens, permit transfer de căldură şi umiditate corespunzător diferitelor condiţii de purtare. Pentru produse de îmbrăcăminte destinate activităților ce implică un efort intens, se recomndă utilizarea tricoturilor alcătuite din cel puțin două straturi, realizate din fire de natură diferită, în scopul îmbunătăţirii proprietăţilor termofiziologice [10]. O posibilitate de îmbunătățire a caracteristicilor termofiziologice a acestor tricoturi sunt tehnicile de tricotare. De exemplu, capacitatea de absorbţie şi transport a umidităţii în cazul tricoturilor funcționale poate fi îmbunătățită prin tehnica vanisării și a stratificării. În structura tricoturilor vanisate (figura 2.1) evoluează două fire: firul de fond şi firul de vanisare. Firul de vanisare apare pe faţa tricotului, iar firul de fond pe partea de spate.Tricoturile vanisate se pot obţine din fire de natură şi fineţe diferite, în funcţie de avantajele dorite. Dacă tricotul are structură patent vanisat, însemnă că un fir rămâne pe partea interioară ca ochi pe spate, iar un fir apare pe partea de faţă ca ochi pe faţă.Această soluţie a vanisării, este pozitivă din punct de vedere termofiziologic, pentru că în cazul ambelor straturi numai un sortiment de fir (cel mai convenabil ales în funcţie de destinaţia tricotului) este orientat spre piele (de exemplu un strat din fire sintetice care nu absoarbe şi nu conservă umiditatea ci o conduce prin difuzie, va fi în contact cu pielea transpirată), în timp ce celălalt îndeplineşte funcţii diferite de a primului sortiment de fir. Prin tehnica vanisării tricoturilor creşte porozitatea, ceea ce are efect pozitiv asupra izolației termice, permeabilității la aer și la vapori. Dacă firul de vanisare de pe partea de spate a tricotului formează o buclă, atunci tricotul devine un tricot glat simplu cu fir de pluș (figura 2.2).

Figura 2.1 Tricot glat vanisat

Figura 2.2 Tricot glat cu fir de pluș

O altă tehnică de tricotare folosită în scopul obținerii unor tricoturi funcționale, constă în realizarea de structuri tricotate stratificate din fire de natură diferită [3] (figura 2.3).

Figura 2.3 Principiul de preluare şi transfer a umidităţii lichide la tricoturile stratificate

20

Pentru a obține un tricot stratificat funcţional din punct de vedere termofiziolagic, se folosește la partea interioară (spate-cea care vine în contact direct cu pielea) un fir sintetic cu proprietăţi bune de transfer a umidităţii (poliester, nylon, acril, polipropilenă) în asociere cu un fir care este un bun absorbant de umiditate la partea exterioară (față-bumbac, lână, viscoză sau amestecurile acestora) [5]. Principiul de preluare şi transfer a umidităţii lichide la tricoturile stratificate din fire de natură diferită este prezentat în figurile 2.3. Tricoturile stratificate realizate din fire de natură diferită pot fi recunoscute prin faptul că partea care vine în contact direct cu pielea ( deci partea de spate a tricotului, constitue un strat hidrofob aşa numitul “strat de difuzie” sau strat “conductiv” care conţine fire chimice, iar faţa tricotului constitue stratul hidrofil, realizat din fire naturale sau în amestec, cu o capacitate mare de absorbţie a umidităţii şi se numeşte strat “absorbant” sau “sorbtiv”. 2.1.2 Caracteristicile de confort termofiziologic ale tricoturilor vanisate și pluș 2.1.2.1 Cercetări experimentale Cercetările vizează determinarea şi analizarea caracteristicilor de confort termofiziologic ale unor structuri tricotate vanisate și pluș, destinate realizării de șosete pentru sport de performanță [4]. Fiind vorba de sport de performanță, însemnă că efortul depus de purtător este unul intens, într-un interval de timp bine definit de regulamentele sportive, în care se ajunge la transpirație în stare lichidă. Pentru un timp scurt, cât durează actul sportiv, purtătorul trebuie să fie susținut în a obține performanță, printr-o îmbrăcăminte adecvată, care să-i ofere stare deplină de confort. Prin urmare, se urmărește în primul rând păstrarea uscată a pielii. Aspectele acestea sunt valabile și pentru pielea piciorului. Pentru cercetare s-au ales fire de bumbac, poliamidă, polyester, în obținerea de tricoturi prin tehnica vanisării și a plușului. Tricoturile obținute astfel au rolul de a îndeplini funcția termofiziologică prin intermediul caracteristicilor de confort analizate: permeabilitatea la aer, permeabilitatea la vapori, izolaţia termică, porozitatea. Importanța porozității în obținerea valorilor corespuzătoare a caracteristicilor de confort analizate, s-a pus în evidență prin stabilirea ecuaţiile de regresie.

2.1.2.1.1. Alegerea materiei prime și a structurilor tricotate

În vederea obținerii variantelor experimentale care fac obiectul cercetărilor s-au ales firele prezentate în tabelul 2.1 [1, 12].

Tabelul 2.1 Tipul firelor, compoziția și finețea acestora

21

Din aceste fire s-au realizat 9 combinaţii, în 3 variante de structuri tricotate, codificate cu A, B şi C: glat vanisat (A); glat vanisat prin flotare (B); pluș inversat (C) tabelul 2.2), obținându-a 21 de variante de tricot (tabelul 2.3), care sunt analizate în continuare din punct de vedere a caracteristicilor de confort termofiziologic. Variantele de tricoturi au fost proiectate cu ajutorul stației grafice, ce conține programul MATEC şi realizate pe maşina circulară cu diamentru mic TECNO NEW, produsă de firma Matec, Italia. Caracteristicile tehnice ale mașinii TECNO NEW sunt: K=14 E, D= 3¾; Na=168.

Tabelul 2.2 Variante de combinații de materii prime

Principalele caracteristici de confort analizate pentru cele 21 de variante de tricot realizate, sunt: porozitatea Pz [%] (metoda picnometrică); transferul de aer (permeabilitatea la aer [l/m2/s]) (standard ASTM D 737-04); transferul de căldură (coeficientul de conductivitate termică λ [W/mK] (ISO 11092); transferul de umiditate în stare de vapori (permeabilitatea la vapori Pv[g], ISO 11092) (tabelul 2.3). 2.1.2.1.2 Rezultate și discuții Valorile experimentale pentru variantele de tricot realizate practic conform tabelului 2.2, sunt prezentate în tabelul 2.3. Varianta C4 are o valoare a porozităţii de 88, 50% şi este realizată din poliester cu elastan (PES-EL). La grupa de tricoturi C, în structură glat cu pluş inversat, s-au obţinut cele mai mari valori ale permeabilităţii la aer, iar la grupa de tricoturi cu structura glat vanisat (A), s-au obţinut valorile cele mai mici. În cadrul valorilor obţinute pentru permeabilitatea la aer, caracteristicile structurii tricoturilor şi implicit porozitatea acestora îşi spun cuvântul. De remarcat este faptul că valorile cele mai mici obţinute pentru permeabilitatea la aer pentru tricoturile din grupa A sunt corelate cu valorile mici ale porozităţii variantelor de tricot din aceasta grupă. Astfel varianta de tricot C4 care are cea mai mare valoarea a porozităţii, are şi cea mai mare valoare a permeabilităţii la aer, de 0,88 [l/m2/s]. Valorile cele mai mici ale permeabilităţii la vapori s-au obţinut pentru tricoturile din grupa A cu structura glat vanisat, tricoturi care au cea mai mică porozitate. Tricoturile din grupa cu structura glat cu pluş inversat înregistrează cele mai mari valori ale permeabilităţii la aer, şi nume varianta C4 are permeabilitatea la vapori de 1,486 [g].

22

Tabelul 2.3 Valorile principalelor caracteristici de confort termofiziologic

Din tabelul 2.3 și figura 2.4 se observă că cele mai mari valori ale porozității tricoturilor s-au obținut în grupa C, cu structura glat cu plus inversat în timp ce variantele de tricot din grupa A, în structură glat vanisat au cele mai mici valori pentru porozitate.

Figura 2.4 Histograma porozității

Figura 2.5 Histograma permeabilității la vapori

23

Cele mai mici valori ale coeficientului de conductivitate termică λ [W/m·K], s-au obţinut pentru tricoturile cu structura glat cu fir de pluş inversat, valori justificate de altfel prin valorile mari ale porozităţii care conduc la obţinerea unei izolaţii termice mari. Prin urmare cu cât valorile porozităţii sunt mai mari cu atât tricotul respectiv va conduce mai slab căldura. Porozitatea este unul dintre cei mai importanţi factori de influenţă a caracteristicilor de confort [7, 9]. Prin valorile acesteia poate fi explicat modul de comportare a tricoturilor analizate la transferul termic, la transferul de aer şi la transferul de umiditate. Pe baza valorilor pentru carcteristicile de confort analizate, folosind programul Excel, s-au stabilit ecuaţiile de regresie ale permeabilităţii la vapori, permeabilităţii la aer şi izolaţiei termice, punându-se în evidenţă intensitatea corelaţiei acestora cu porozitatea tricoturilor. Analiza coeficienților numerici ai ecuațiilor cât și reprezentarea grafică ale acestora (figurile 2.6, 2.7, 2.8) confirmă considerațiile mai sus prezentate.În toate cele trei cazuri, valoarea coeficientului de determinare R2 se plasează în zona medie a acestora, subliniind existența unei corelații de intensitate bună între parametrii analizați, și că asupra rezultativelor Pa, Pv și λ, acționează și alte influențe colaterale. Observația este bazată pe dispersia relativ mare ale punctelor în jurul punctelor de regresie.Astfel, porozitatea influențează permeabilitatea la aer în pondere de 65,8% ( R2 = 0,658), permeabilitatea la vapori în pondere de 60,83% (R2=0,6083) iar coeficientul de conductivitate termică λ în pondere de 60,74%.

Figura 2.6

Ecuația de regresie Pa=f(Pz)

Figura 2.7

Ecuația de recresie λ=f(Pz)

Figura 2.8 Ecuația de regresie Pv =f(Pz)

Între permeabilitatea la vapori, permeabilitatea la aer și coeficientul de conductivitate termică şi porozitate există o dependenţă liniară (figura 2.8).Valoarea lui R2=0, 6083 reflectă o corelaţie medie, având în vedere că permeabilitatea la vapori mai are şi alţi factori de influenţă.

24

Valorile obţinute pentru caracteristicile de confort analizate, se pot explica prin valorile obţinute pentru porozitatea. Având în vedere că valoarea lui R2 din ecuaţiile de regresie a celor trei caracteristici de confort este mai mare decât 0,5 se poate concluziona că porozitatea joacă un rol decisiv în valorile obţinute pentru permeabilitatea la aer, permeabilitatea la vapori şi izolaţia termică. 2.1.3 Caracteristici de confort termofiziologic ale tricoturilor din fire de bambus

2.1.3.1 Aspecte generale Firele de bambus, obținute fie prin procedee mecanice fie chimice, prezintă caracteristici antibiotice, bacteriostatice și deodorizante, datorită prezenței în fibrele de bambus a unui agent natural numit “bambus Kun”.Proprietățile acestea se pot păstra până la aproximativ 50 de spălări. Alte caracteristici ale firelor de bambus care susțin utilizarea acestora în realizarea tricoturilor destinate produselor de îmbrăcăminte purtate direct pe piele ( de exemplu pentru cosmetotextilele) sunt: tușeu comparativ cu al cașmirului și a mătăsii; hidrofilie ridicată; densitate specifică mică; datorită aspectului lucios nu au nevoie de mercerizare; elasticitate remarcabilă, astfel încât nu este nevoie de elastan în realizarea de materiale textile; absorb mai repede coloranții decât bumbacul, viscoza, modalul; contracția în timpul spălării și uscării este minimă [13, 15]. 2.1.3.2 Cercetări experimentale

Tricoturile analizate sunt 6 variante de tricoturi, realizate din fire de bambus 100%, Nm 34/2, tricotate pe o mașină de tricotat CMS 520 6.2 Stoll, cu ecartament 12 E [11]. Structurile acestora tricoturi s-au ales (figura 2.9) astfel încât dacă tricoturile sunt purtate în contact direct cu piele să ofere un efect masant.

Figura 2.9

Aspectul tricoturilor

25

Din figura 2.9 se observă (de la stânga spre dreapta) aspectul real, teoretic și cel surprins în timpul programării structurilor pe mașina de tricotat. Structurile tricotate alese permit ca tricoturile ob’inute să fie folosite ca suport în obținerea de cosmetotextile (prin depunerea de microcapsule cu diferite substanțe cu eliberare lentă). Variantele de tricoturi realizate se împart în două grupe: tricoturi tubulare cu ochiuri transferate (varianta B1); tricoturi interlock cu ochiuri transferate cu efecte de undă (variantele B2 - B6) [14]. Absorbția apei prin capilaritate pentru cele 6 variante tricotate a fost măsurată utilizând un aparat Tensiometru 3S GBX. Permeabilitatea la vapori a fost determinată pentru fiecare variantă detricot, conform ISO 11092 [11]. Permeabilitatea la aer a fost determinată în conformitate cu ASTM D737 [12], cu echipamentul TEX-TEST-FX 3300. Grosimea tricotului este legată de geometria 3D a suprafeței și prin urmare există variații care nu pot fi exprimate utilizând metoda clasică de măsurare care implică comprimarea țesăturilor sub o anumită greutate și prin urmare, deformarea lor. Porozitatea a fost determinată utilizând metoda picnometrică. Rezistența termică a fost determinată conform ISO 11092 [11]. 2.1.3.3 Rezultate și discuții

Parametrii de structură a celor 6 tricoturi au fost determinați practic și sunt prezentați tabelar (tabelul 2.5).

Tabelul 2.5 Valorile parametrilor de structură

Din figura 2.10 se observă că varianta B1 se detașează ca valoare a desimii de suprafață Ds [ochiuri/5cm2] de celelalte 5 vriante de tricot, datorită structurii în care a fost realizată (tricot tubulare cu ochiuri transferate).

Figura 2.10 Histograma desimilor de suprafață

26

Datele experimentale arată o diferență constantă între tricoturile din cele două grupe, pentru toate valorile caracteristicilor de confort termofiziologic determinate (tabelul 2.6). De exemplu valorile variantei B1 pentru capacitatea de absorbție a apei [%] sunt mai mici cu 52,35% decât a variantei B5 , pentru permeabilitatea la aer Pa sunt mai mai mici cu 40,35%, decât a variantei B2.

Tabelul 2.6Valorile parametrilor de structură și a caracteristicilor de confort termofiziologic

Grosimea și masa unității de suprafață sunt parametri importanți datorită influenței lor asupra izolație termice, permeabilității la vapori, permeabilității la aer. Pentru a pune în evidență influența porozității, grosimii și desimii de suprafață asupra caracteristicilor de confort termofiziologic analizate, datele au fost prelucrate folosind aplicația Excel. Forma particulară și reprezentarea grafică a acestora este prezentată în figurile 2.11, 2.12, 2.13. În toate cazurile, coeficientul de determinare R2, arată o legătură de intensitate medie spre bună între rezultativă și variabilele de regresie considerate. De observat că în toate cazurile apare o tendință de grupare a datelor experimentale. Această constatare, cat și analiza valorilor coeficientului de determinare subliniază existența unor factori de influență, care prin cercetări ulterioare vor trebui puși în evidență.

Figura 2.11 Pa = f(Pz) Figura 2.12 Pa = f(Ds)

Se observă că pentru corelația Pa=f(Pz), R2 = 0,6256 ceea ce însemnă că 62,56% din valoarea permeabilității la aer se datorează porozității. Aproximativ în aceeași măsură și desimea de suprafață are aceeași influență asupra permeabilității la aer, adică R2 =0,767, ceea ce arată că desimea de suprafață influențează permeabilitatea în proporție de 76, 7%.

27

Pentru corelația Rt =f(g) s-a obținut R2 = 0,5096, ceea ce însemnă că 50,96% din valoarea rezistenței termice este influențată de grosime. Desimea de suprafață contribuie la valoarea rezistenței termice într-o proporție de 43,21% iar porozitatea influențează cu 40,5% aceeași valoare a rezistenței termice. Corelația liniară este mai puternică atunci când variația este raportată la grosimea tricotului, deoarece tricoturile pot fi descrise ca având două zone diferite - o zonă în care sunt mai compacte, cu o porozitate mai mică și o zonă mai puțin compacte, cu o porozitate mai mare (corespunzătoare efectului 3D). Prin urmare porozitatea este variabilă în interiorul structurilor.

Rt = f(g) Rt = f(Pz)

Figura 2.13 Variația Rt=f(g), Rt=f(Pz)

Cercetarea arată că: -tricoturile din fire de bambus au caracteristici bune de confort, necesare atunci când se ia în considerare purtarea în contact direct cu pielea. -corelația mai scăzută este cauzată de variantele din al doilea grup structural care are valori experimentale similare, influențate doar de dimensiunile și poziția efectelor de relief ale tricoturilor; -grosimea tricotului are o corelație mai puternică cu indicii de confort decât porozitatea, în principal datorită faptului că porozitatea diferă în tricoturi prin structura acestora. Datele experimentale subliniază influența structurii tricotului - rezultatele sunt distincte pentru tricoturile tubulare în comparație cu cele plane. Varianta B1 prezintă un confort bun al caracteristicilor determinate: masa redusă 748,572 [g/m2]; grosimea redusă 2,017 [mm]; permeabilitate mare la vapori Pv = 29,5%; rezistență termică scăzută Rt=10,067 m2K/W; permeabilitate la aer scăzută 2517,06 cm3/cm2/s; porozitate redusă Pz =57,44%. În cel de-al doilea grup structural, definit de structura interlock cu ochiuri transferate, valorile determinate pentru caracteristicile de confort sunt foarte apropiate și nu prezintă o tendință liniară. Distribuția valorilor sugerează că aceste valori sunt influențate de dimensiunile și poziția efectelor de relief ale valurilor din structura tricoturilor. Cea mai bună variantă în acest grup este varianta B6 - masa redusă, permeabilitate ridicată la vapori (maxim) și rezistență termică scăzută. Cea mai bună permeabilitate la aer o are varianta B2 a cărei porozitate este aproape de maxim.

28

2.1.4 Caracteristici de confort termofiziologic ale tricoturilor de compresie 2.1.4.1 Aspecte generale

Pentru sectorul medical s-a dezvoltat şi se utilizează un sortiment larg de materiale textile cu aplicaţii variate - de la pansamente şi bandaje clasice, lenjerie, halate, articole elastice (bandaje cu funcţii de fixare a pansamentelor sau de compresie, centurile medicale cu configuraţii complexe adaptate la morfologia corpului, ciorapii medicinali, până la organe artificiale (rinichi, plămâni) sau implantabile în corpul uman. Materiale textile medicale pot fi realizate prin toate tipurile de tehnologii, (tricotare, ţesere, neţesute sau împletire), determinant în alegerea acesteia fiind domeniul de utilizare, durata de folosire (unică sau multiplă utilizare) și caracteristicile produsului. În general, la realizarea materialelor textile medicale se utilizează o gamă largă de materii prime, care include atât fire din fibre naturale, cât şi fibre chimice, inclusiv fire cu performanţe ridicate sau de înaltă tehnicitate (elastomer, carbon, cu capilaritate ridicată, etc.).În cadrul textilelor medicale, materialele elastice deţin o mare pondere, deoarece, pe de o parte, acestea sunt recomandate pentru o gamă largă de articole, iar pe de altă parte, afecţiunile pentru care se concep şi se dezvoltă deţin o frecvență ridicată de semnalare [17]. Astfel, tricoturile sunt preferate, datorită faptului că pot fi realizate prin utilizarea unor fire cu anumite proprietăţi, într-o gamă largă de structuri din bătătură sau din urzeală, cu legături de bază sau derivate, cu desene de legătură (mai ales cu ochiuri duble, transferate) cu sau fară fire suplimentare (în special fir de bătătură), cu proprietăţi specifice, cu posibilitatea introducerii unor fire cu proprietăţi elastice [22, 23]. Proiectarea funcţională a tricoturilor permite obţinerea unor tricoturi cu forme, caracteristici şi proprietăţi prestabilite, conforme cu destinaţia, ţinând cont de caracteristicile materiei prime şi ale structurii abordate. Forma de prezentare a tricoturilor pentru diferite aplicaţii din domeniul medical, poate fi suprafaţă plană sau în spaţiu, conturată sau nu, realizată complet sau parţial prin tricotare. Tehnologia de tricotare este deosebit de flexibilă sub aspectul formei tricotului, pemiţând obţinerea detaliilor cu conturare plană sau spaţială, până la produse cu grad ridicat de asamblare prin tricotare şi produse complete (knitt and ware). Tricoturile de compresie asigură o contenţie cu nivele de presiune diferită, în funcţie de zona de corp pe care se aplică, și evident în funcție de afecțiunea vizată.

2.1.4.2 Tricoturi de compresie cu geometrie variabilă și funcționalitate controlabilă 2.1.4.2.1 Cercetări experimentale

Știind că temperatura corpului variază în funcție de zona corpulu, este posibil ca prin alegerea materiilor prime și structurilor adecvate, să se obțină tricoturi cu geometrie variabilă și funcționalitate controlabilă. În acest sens s-au efectuat cercetări privind proiectarea și obținerea tricoturilor compresive, pentru fixarea pansamentelor, din fire de bumbac, poliamidă și poliester. Variantele tricotate experimentale sunt analizate din punct de vedere al permeabilității la vapori, extensibilității biaxiale și al capacității de compresie [16]. Tricoturile au fost obținute pe mașina Stoll, folosind fire 50% PES / 50% bumbac Nm 50/1 și fire texturate PA 6 cu densitatea de lungime 78/24 / Z den. Cu aceste fire s-au tricotat 4 tipuri de structuri, codificate V1, V2, V3, V4, fiecare structură fiind tricotată cu 3 trepte de desime (A,B,C) în scopul reglării elasticității (tabelul 2.7).

29

Talelul 2.7 Structura tricoturilor

Pentru variantele tricotate analizate s-au determinat: - parametrii de structură: desimea pe orizontală Do [s/50mm] (prin numărare), desimea pe verticală Dv [r/50mm] (prin numărare), grosimea [mm] (micrometrul textil cu disc), masa unității de suprafața M [g /m2]; - caracteristici de confort: coeficientul de vaporizare µ[g/m2h] (STAS 5902-70)și porozitatea Pz[%] (metoda picnometrică) (tabelul 2.8). 2.1.4.2.2 Rezultate și discuții Determinarea gradului de extensibilitate a tricoturilor (aparatul Extensometer FRYMA (BS 4292/1968), (figura 2.18, tabelul 2.8) a permis aprecierea gradului de compresie pe diferite părți ale corpului.

Tabelul 2.8 Valorile parametrilor de structură și caracteristicile de confort

Din analiza histogramei din figura 2.14 se constată că extesibilitatea tricoturilor pe ambele direcții variază în limite foarte mari, remarcabilă fiind extensibilitatea pe direcția rândurilor.

30

Figura 2.14

Histogramele extensibilității pe direcția șirului și a de ochiuri

Valoarea maximă a extensibilității este de peste 200% pe direcția rândului, în timp ce același parametru pe direcția șirurilor de ochiuri este de cca. 100%, datorită structurii patent a tricotului. Coeficientul de vaporizare µ [g/m2h] s-a obținut pe baza valorilor permeabilității la vapori [ISO 11092].

Figura 2.15 Histogramele valorilor caracteristicilor de confort

2.1.4.2.3 Modelarea matematică a extensibilității tricoturilor Modelarea matematică a extensibilității s-a făcut în funcție de parametrii de structură prin prelucrarea datelor experimentale obținute și prezentate anterior. Biblioteca MATHLAB [19] a considerat ca date experimentale de intrare desimile medii pe orizonală DOM și

31

verticală DVM, extensibilitatea pentru direcțiile orizontală (Erow= Erând) și verticală (E Stitch Wale = Eșir), masa pe unitatea de suprafață M [g / m2] și grosime [mm]. Folosind metoda de interpolare [6] s-a obținut polinomul de gradul 2 cu două variabile (ecuația 2.1) unde x și y sunt valori determinate experimental pentru Dom (x) și grosime (y). Rezultatul interpolării este funcția extensibilității pe direcția orizontală (Erow=f(x,y)).

22 4.40104.189847.01.3148.1192447),( yyxxyxyxfErow (2.1)

Există un grad mare de aproximare a modelului matematic din ecuația 2.2 rezultată din compararea valorilor calculate ale modelului cu cele măsurate experimental (tabelul 2.9). În ceea ce privește analiza dependenței dintre extensibilitate pe direcția șirului E Stitch și desimea medie pe direcția verticală DVM și grosime: E Stitch wale = f (DVM, Grosime) este posibil să aprecieze aceeași dependență neliniară.

))6559.0(exp(521.0)14.3428.2sin(929.386.60),( 2yyxyxfEstichwale

(2.2) Tabelul 2.9 care conține valorile calculate și măsurate ale elasticității pe direcția șirului de ochiuri (Eșir) arată o aproximare mai mică a modelului matematic la acest fenomen. Observația este susținută prin compararea valorilor măsurate cu cele calculate, cum ar fi grafica 3D a modelului matematic din figura 2.16. Punctele marcate pe graficul de elasticitate sunt plasate în partea de jos a acestuia. Pentru a obține o creștere a extensibilității tricoturilor pe direcția șirului, se recomandă ca valorile grosimii să fie mici și desimea pe verticală a valorilor DVM să fie mari.

Tabelul 2.9 Valori măsurate și calculate pentru E șir și Erand

Reprezentarea modelelor matematice este dată în figura 2.16 a și b. Pe suprafața 3D, culoarea albastră arată zona minimă de extensibilitate, iar culoarea roșie marchează extensibilitatea înaltă.

32

a b Figura 2.16

Erând =f (Dom, grosime) E șir = f (Dvm, grosime)

Reprezentările 3D a celor două ecuații de regresie din figura 2.16 a și b sunt folosite pentru alegerea variantei de tricot corespunzătoare din punct de vedere al gradului de extensibilitate, în funcție de zona de corp pe care se aplică. Tricotul proiectat va avea gradul de extensibilitate necesar, prin alegerea perechilor de valori (DOM și grosime) sau (DVM, grosime), care generează pe suprafața 3D valoarea probabilă a gradului de extensibilitate. Modelul matematic și reprezentarea grafică au permis aprecierea intuitivă a valorilor parametrilor de structură (DOM, DOV și grosime) considerați, cu care se poate realiza un tricot cu elasticitate dorită și implicit cu caracteristici de confort corespunzătoared [5]. 2.1.4.2.4 Simularea în mediul virtual a comportăriip la compresie a tricoturilor Variantele de tricoturi realizate și investigate experimental sunt pentru bandaje cu funcție de fixare sau compresie cu rolul de îmbrăcare în zone ale corpului cum ar fi genunchii, brațul, gâtul, talia. Aceste zone ale corpului uman au fost simulate folosind software-ul Lectra [20], folosind simulările comportamentului a patru structuri tricotate diferite prezentate în tabelul 2.10. Vizualizarea virtuală a valorilor tensiunilor care apar în zonele de aplicare pe modelele virtuale, în funcție de elasticitatea tricotului și de parametrii structurii, este evidențiată de variația culorii care corespunde unei valori numerice. Pentru varianta tricotată V4B (tricot patent 1: 1, 1 bumbac / poliester, 1 poliamidă ) s-a obținut cea mai mare variație (1, 57 până la 1, 0 gf / cm) pentru gradul de compresie pe genunchi. Din tabelul 2.10 se vede că această valoare corespunde zonei cu roșu. Valorile minime pentru comprimare sunt situate în zona cu albastru. Extensibilitatea pe direcția rândului [%] este mai mare decât pe direcția șirului [%] pentru toate variantele de tricoturi analizate. Varianta tricotată V4 (patent 1: 1; 1fir bumbac / poliester; 1fir poliamidă) pentru toate cele trei nivele de desime A, B, C are cele mai mari valori de extensibilitate pentru ambele

33

direcții. Această constatare se explică prin faptul că desimile pe direcția verticală sunt mai mari decât desimile pe orizontală. În același timp, varianta de tricot V4 are și cea mai mică masă pe unitatea de suprafață M [g / m2].

Tabelul 2.10 de compresie a tricoturilor [gf/cm]

Varianta V4B are cea mai mare elasticitate pe direcția rândului, în timp ce varianta V2C are cea mai mică valoare pentru aceeași caracteristică. Parametrul cel mai important este elasticitatea a cărei valori sunt reflectate în valorile altor parametri ai structurii. De exemplu, varianta V3 tricotată are cele mai scăzute valori pentru grosime, datorită structurii omogene și a materiei prime și prin urmare extensibilitatea este cea mai mică dintre toate opțiunile. Modelele matematice stabilite permit să se utilizeze pentru optimizarea anumitor proprietăți ale optimizării structurii tricotate fără a se efectua experimentări efective. Dacă tricoturile analizate sunt folosite pentru bandaje pe zona genunchiului, valorile obținute de 73 gf / cm aparțin tuturor versiunilor V4B. Dacă tricoturile analizate sunt utilizate pentru bandaje pe zona taliei, examinarea după simularea virtuală a comportamentului lor în ceea ce privește intervalele de compresie acestea variază de la 1,37 la 1,55 gf / cm. Pentru zona taliei cea mai bună compresie se obține prin utilizarea versiunilor V4B. Valorile caracteristicilor de confort porozitate și permeabilitate la vapori sunt corelate cu parametrii de structură a acestora.

34

CAPITOLUL 3 CERCETĂRI PRIVIND CARACTERISTICILE DE CONFORT TERMOFIZIOLOGIC ALE MATERIALELOR TEXTILE NEȚESUTE 3.1 Cercetări experimentale Materiale textile nețesute analizate, sunt destinate domeniului medical, care folosește o gamă largă de produse textile medicale, începând de la produse pentru îngrijirea rănilor, până la îmbrăcăminte de protecţie în sălile de operaţie [1, 4]. Cercetările constau în obținerea și analiza din punct de vedere termofiziologic, a două articole nețesute pentru care s-au folosit: - fibre bicomponente PPE/PET pentru consolidarea termică (fibră bi-componentă PPE/PET, ca fibră termoadezivă de consolidare: temperatură de înmuiere 110º C, timp de înmuiere 2 min, temperatură de topire 250º C); - fibre poliestice PET (stabilitate termică la 180º C, antistatizare 0,4%) [3]. Procesul tehnologic de obţinere a celor două articole a constat în: - formare strat fibros prin cardare-pliere, pe agregat tip Spinnbau-Hergeth, Germania, cu reglări corespunzatoare în scopul obținerii unui strat fibros cu masa unității de suprafață mică; - pre-consolidare termică, cu trecerea materialului prin curent de aer cald la temperatura de cca. 190º C cu reglarea corespunzatoare a vitezei de transport prin cuptor, care are viteza de 8,7m/min, corelată şi cu viteza de preluare a stratului fibros; lăţimea de lucru este de 2,1 m egală cu laţimea stratului fibros de la cardare pliere; - consolidare termică a stratului fibros prin calandrare termică la o temperatura de 110º C şi viteza cilindrilor calandrii de 2 m/min [3]. Cele două materiale textile nețesute s-au codificat: 1. Articol PET (m): 70% PPE, polipropilenă, 4den/100mm; 30% PPE/PET, polietilenă/poliester, 4 den/50 mm, bicomponent miez-manta, PE-manta, PET-miez; 2. Articol PPE (M): 70% PET, poliester standard 4 den/64 mm; 30% PPE/PET, polietilenă/poliester, 4 den/50 mm, bicomponent miez-manta, mantaua fiind din polietilenă. Pentru cele două articole nețesute, s-au determinat: masa unității de suprafață [g/m2], grosimea epruvetelor a fost determinată folosind Micrometrul textil DM-100 (tabelul 3.1), hidrofilia prin metoda „fitil” (figura 3.2), permeabilitatea la vapori Pv [g] (cu pahare Herfeld), coeficientul de vaporizare µ [g/m2h] și rezistența la trecerea vaporilor Rv [mm m2 h/g]( prin calcul) [2], higroscopicitatea H[%], permeabilitatea la aer Pa[mm m2h/Kg] (tabelul 3.2). 3.2 Rezultate și discuții În Tabelul 3.1 sunt prezentate valorile medii şi valorile coeficientului de variaţie CV[%] pentru masa unității de suprafaţă și grosimea (figura 3.1) epruvetelor tăiate pe direcții polare: 0o-180o; 30o-210o; 60o-240o; 90o-270o;120o-300o; 150o-330o.

35

Tabelul 3.1 Valorile medii şi coeficientul de variaţie a grosimii și a masei pe unitatea de suprafață

Datele din tabelul 3.1 și histogramele din figura 3.1 pun în evidență faptul că pe direcțiile polare există diferențe ale masei și grosimii, atât la articolul PPE(M) cât și la articolul PET(m). Variațiile valorice din cadrul aceluiași articol se datorează specificității de obținere a materialului nețesut (așezării aleatoare a fibrelor în strat), în timp ce diferențele dintre articole se datorează variațiilor de densitate masică.

Figura 3.1 Variația masei și a grosimii articolelor în funcţie de direcţia de solicitare

Rezultatele cercetărilor privind hidrofilia sunt prezentate grafic în figura 3.2 în care parametrul determinat este înălțimea h[cm] până la care apa urcă pe epruveta de material textil, citirile făcându-se din 10 în 10 min. Cu cât valoarea lui h[cm] este mai mare cu atât hidrofilia materialului textil analizat este mai bună.

36

Din figura 3.2 rezultă o comportare similară în ceea ce privește hidrofilia celor două articole, adică o creștere cvasiliniară a vitezei de ascensiune cu timpul. Diferențele care apar, se justifică prin porozitatea mai mare a articolului PPE(M), la care fibra are lungimea de 64 mm. Aceste constatări reflectă o anizotropie redusă a așezării fibrelor în straturi.

Figura 3.2 Înălțimea de ascensiune a apei prin capilaritate

Principalii factori care influenţează higroscopicitatea materialelor textile nețesute analizae sunt: durata de menţinere în mediu cu vapori de apă, structura materialului textil, umiditatea relativă a mediului şi tratamentele de finisare finală. Higroscopicitatea (tabelul 3.2) materialului textil nețesut din PET (m) este cu aproximativ 20% mai mare decât a materialului textil nețesut din PPE (M).

Tabelul 3.2 Higroscopicitatea, permeabilitatea la vapori, permeabilitatea la aer

Higroscopicitatea cea mai mare ca valoare (52.352%) atrage după sine valoarea cea mai mică pentru permeabilitatea la vapori (0.011g) (figura 3.3, figura 3.4). Explicarea acestor aspecte vizează procesul de absorbție a vaporilor de apă și cel de transfer a vaporilor de apă. Dacă absorbția este mare, porii materialului se vor umple cu umiditate în stare de vapori, ceea ce va încetini transferul acesteia. În ceea ce privește transfeul de umiditate în stare de vapori, rezultatelor arată că cele două materiale se comportă diferit, recomandat fiind pentru utilizarea în practică medicală a articolului (m) PPE (figura 3.4), deoarece se urmărește ca materialul textil nețesut să permită trecerea unei cantități cât mai mari de vapori și implicit să aibă rezistență la trecerea vaporilor cât mai mică (0.0000674 mm m2 h/g pentru articolul (M) PPE și valoarea cea mai mică a higroscopicității.

37

Figura 3.3 Histograma higroscopicității

Figura 3.4 Histograma permeabilității la vapori

Analiza valorilor permeabilitatii la vapori și a rezistenţa la trecerea vaporilor subliniază și confirmă constatările anterioare și anume că articolul care are în componență PPE prezintă valori superioare ale permeabilității și rezistentei la trecerea vaporilor, deoarece fibra de PPE prezintă o higrofobie ridicată față de fibra de PET, care încărcându-se cu un procent de vapori va influența în mod corespunzator și comportarea la transferul acestora. Factorii care influenţează permeabilitatea la aer a unui material textil neţesut sunt: porozitatea, diferenţa de presiune creată la cele două feţe ale acestuia, grosimea materialului, umiditatea relativă a aerului. Se recomandă astfel pentru domeniul medical folosirea articolului din fibre PPE.

38

CAPITOLUL 4 CERCETĂRI PRIVIND CARACTERISTICILE DE CONFORT TERMOFIZIOLOGIC ALE ȚESĂTURILOR 4.1 Chestionarul ca instrument de cercetare Materialele alese pentru cercetare sunt destinate realizării de uniforme de serviciu pentru poliție. Componentele uniformei pentru poliție sunt prevăzute în normele de echipare, care de regulă sunt aceleaşi pentru toate specialităţile. Funcţiile uniformelor de poliție se stabilesc după modul în care sunt percepute de purtători; pentru aceasta se folosesc consideraţii logice între cerinţele impuse unei uniforme pentru poliţie şi caracteristicile acesteia [1]. În scopul identificării aspectelor ce vizează confortul la purtarea uniformei de serviciu, s-a conceput un chestionar. Mărimea eşantionului folosit în obţinerea datelor referitoare la confortul uniformei de poliție, este de 50 subiecţi (cu eroarea limită acceptabilă ± 4,5 % ) care lucrează în cadrul Poliţiei de Frontieră Iași [2]. Un asemenea instrument de cercetare, pare ușor de realizat și de folosit, dar în realitate, există dificultatea utilizării , care constă în aceea că nu are o formă standard care se poate aplica oriunde și oricând, ci trebuie adaptat în funcție de modul de anchetare, de tipul de informații colectat, de nivelul de educație al respondentului, de domeniul în care se face cercetarea, de obiectul cercetării. Chestionarul care a stat la baza cercetării caracteristicilor de confort termofiziologic pentru uniforma de poliție pentru serviciu, a fost conceput cu întrebari închise, cu alegere multiplă deoarece are avantajul că poate fi prelucrat relativ ușor și elimină subiectivismul codificării [1]. În urma prelucrării răspunsurilor din chestionar, concluzia este că din punct de vedere al confortului la purtare, uniforma de serviciu nu satisfice cerințele impuse de purtători. Acest rezultat a condus la cercetarea experimentală a caracteristicilor de confort termofiziologic a unui grup de materiale textile țesute [2].

4.2 Cercetări experimentale 4.2.1 Alegerea materialelor Pentru cercetările experimentale s-au ales 10 materiale textile țesute (tabelul 4.1) din care ar fi posibilă realizarea de uniforme de poliție. Pentru aceste materiale s-au testat caracteristicile de confort termofiziologic: permeabilitate la vapori (conform STAS 9005-79), permeabilitatea la aer (conform STAS 5902-70), izolația termică (cu λ Tex tester) higroscopicitatea (conform STAS 12749-89), porozitatea (metoda picnometrică) și grosimea (micrometru textile DM100).

39

Tabel 4.1 Caracteristicile materialelor textile

4. 2.2 Rezultate și discuții Valorile experimentale ale caracteristicilor de confort termofiziologic pentru grupa de materiale textile țesute aleasă, sunt centralizate în tabelul 4.2 și reprezentate grafic în figurile 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5, 4.6.

Tabelul 4.2

Caracteristicile de confort termofiziologic

40

Figura 4.1 Histograma valorilor grosimii

Figura 4.2 Histograma valorilor rezistenței la trecerea

vaporilor

Compoziția materialului M4 explică valoarea mare a rezistenței la trecerea vaporilor Rv [mm m²h/g] deoarece mare parte din cantitatea de vapori este stocată în structura acestuia, prin urmare permeabilitatea la vapori Pv [g] este mică iar rezistența la trecerea vaporilor Rv [mm m²h/g] este ridicată (figura 4.2). Din grupa celor 10 materiale textile testate din punct de vedere termofiziologic, două dintre ele, respective M8 si M9 au în componență membrane interioare ceea ce explică valorile mari obținute pentru rezistența termică (figura 4.3) și rezistența la trecerea vaporilor (figura 4.2).

Figura 4.3 Histograma valorilor rezistenței termice

Figura 4.4 Histograma valorilor rezistenței la trecerea

aerului

Materialul M2 (100% bumbac) datorită unei valori mari a porozitățtii Pz = 48,45% (figura 4.5) prezintă valoare mare a rezistenței termice Rt [m²h°C/Kcal]= 0,00959 (figura 4.3). Materialele textile M5 și M9 datorită compoziției lor, PES 100%, prezintă valori mici ale higroscopicității H[%] (figura 4.6). Materialul textil M4 având în compoziție 100% bumbac justifică valoarea cea mai mare a higroscopicității H[%] de 0,96% (figura 4.6). În baza valorilor obținute experimental se poate face următoarea apreciere: a. dacă materialele testate ar fi destinate pentru realizarea uniformei de vară – perioada de sezon cald: de la 1 mai până la 31 octombrie - atunci materialul M5 ar îndeplini cerințele impuse de o astfel de destinație - cea mai mică grosime, cea mai mică rezistență la trecerea vaporilor Rv [mm m²h/g], printre cele mai mari valori ale rezistenței termice Rt

41

[m²h°C/Kcal], cea mai mică valoare a rezistenței la trecerea aerului Rpa [mmhm²/kg], valoare mică a higroscopicității H [%] și printre cele mai mari valori ale porozității Pz [%].

Figura 4.5 Histograma valorilor porozității

Figura 4.6 Histograma valorilor higroscopicității

Cu toate că materialul M5 are cea mai mică valoare a grosimii δ [mm] se observă din datele experimentale că porozitatea acestuia Pz [%] este printre cele mai mari ca valoare. Acest aspect explică de ce materialul M5 are cea mai mare permeabilitate la aer și cea mai mică rezistență la trecerea aerului Rpa, din intreaga grupa de 10 materiale testate. b.dacă materialele testate ar fi destinate pentru realizarea uniformei de iarnă – perioada de sezon rece: de la 1 noiembrie până la 30 aprilie- atunci se recomandă materialul M7 care are în compoziție 67%PES+33%BBC și care prezintă valoarea cea mai mare a porozității Pz [%], cea ce a determinat valori mare pentru rezistența la trecerea aerului Rpa [mmhm²/kg] și vaporilor Rv [mm m²h/g], precum și a rezistenței termice Rt [m²h°C/Kcal]. De asemenea valoarea higroscopicității H [%] este printre cele mai mici.

4.3 Cercetări privind influența tratamentelor antimicrobiene asupra caracteristicilor de confort termofiziologic

4.3.1 Aspecte generale

Tratamentele antimicrobiene se referă la o gamă largă de tehnologii care pot oferi diferite grade de protecţie împotriva microorganismelor. Produsele antimicrobiene sunt diferite din punct de vedere a naturii lor chimice, a modului de acţiune, a impactului asupra oamenilor şi a mediului, a durabilităţii pe diverse suporturi, a costurilor şi a modului în care acestea interacţionează cu microorganismele. Prin tratamentele chimice aplicate textilelor se obţin efecte antimicrobiene cu diverse modalităţi de manifestare [1, 2, 9]: -efectul microbicid –este ireversibil, de omorâre a microorganismelor (bactericid, fungicide, sporicid, etc.); -efectul microbistatic – este reversibil, de inhibare temporară a multiplicării microorganismelor. Un material textil cu proprietăţi antimicrobiene poate acţiona în două moduri distincte: -prin contact - agentul antimicrobian este plasat pe fibra textilă și nu se dispersează. Pentru obținerea acțiunii antimicrobiene, microrganismele trebuie să se afle în contact cu fibra. -prin difuzie - agentul antimicrobian plasat pe suprafața fibrei textile se dispersează în mediul extern, pentru a intra în contact cu microorganismele și a le opri creșterea / dezvoltarea.

42

Principalele avantaje pentru utilizatorul de îmbrăcăminte antimicrobiană sunt: eliminarea mirosurilor corporale neplăcute, lipsa de toxicitate a unor ingrediente naturale utilizate, menținerea acelorași performanțe după spălare și implicit pastrarea valorilor caracteristicilor de confort termofiziologic specifice domeniului de utilizare a materialului textil [1]. Un spectru larg de microorganisme coexistă într-un echilibru natural cu corpul uman și cu mediul, ceea ce face ca o multiplicare rapidă și necontrolată de non-patogeni să compromită standardele de igienă și bunăstare. În acest context, aplicarea tratamentelor antibacteriene se face în corelație cu caracteristicile de confort termofiziologic. Oxidul de zinc, datorită proprietăților fotocatalitice, electrice, optice și antibacteriene unice, este considerat agentul antibacterian cel mai eficient împotriva unei game largi de bacterii (Gram pozitive şi Gram negative), ciuperci, şi fungi. Încorporarea agenţilor antimicrobieni în compuşi polimerici poate fi realizată prin pulbere, în soluții, prin amestecare umedă, în formă de suspensii. 4.3.2 Cercetări experimentale Materialul textil, supus cercetării prin tratare cu oxid de zinc în 3 variante de tratament (tabelul 4.3) [1, 13], este materialul M 5, din tabelul 4.1, o țesătură din 100% PES, cu 2U+1B; F: Diagonal 2/1 Z;R: legătură pânză. Dispersia de particule de ZnO s-a făcut în două medii diferite: într-un mediu de apă și într-un mediu de methanol, cu și fără agent de dispersie (Apretan) (tabelul 4.3), pe un aparat Wemer Mathis AG. Din punct de vedere a comportării materialelor textile față de apă, acestea se împart în două mari grupe: materiale textile hidrofile și materiale textile hidrofobe. Această caracteristică se apreciază prin valorea unghiului de contact. Pentru materialul textil analizat, s-au efectuat măsurători ale unghiului de contact (în toate cele 3 variante de tratament), prin a cărui valoare s-a apreciat hidrofilia. Un unghi de contact mai mic de 5o clasifică materialul a fi superhidrofil, un unghi de contact între 5 ° și 90 o înseamnă o suprafață hidrofilă, de la 90 o la 149 o înseamnă o suprafață hidrofobă și un unghi de contact mai mare de 150 o înseamnă o suprafață superhidrofobică [10, 11].

Tabelul 4.3 Variante de tratament cu ZnO

Măsurătorile unghiului de contact (CA) s-au efectuat utilizând un instrument

modular de înaltă performanță (KSV Sigma 700). Unghiurile de contact au fost măsurate prin umectarea solidului folosind lichidul sau prin extragerea lichidului pe o suprafață pre-umedă [13]. Ca lichid de măsurare a fost utilizată apa. În cazul eterogenității chimice, suprafața are domenii cu unghiuri de contact diferite. De exemplu, atunci când este udată cu apă, domeniile hidrofobe vor fixa mișcarea liniei de contact pe măsură ce avansul

43

lichidului va crește astfel CA. Când apa se retrage, domeniile hidrofile vor opri mișcarea de drenaj a liniei de contact, scăzând astfel unghiul de contact. Atunci când se testează cu apă, unghiurile de avansare vor fi sensibile la domeniile hidrofobe și unghiurile de retragere vor caracteriza domeniile hidrofile de pe suprafață. Rugozitatea suprafeței este doar unul dintre factorii care determină modificarea valorii unghiului de contact în special pentru unghiul de contact care se retrage. De fapt, moleculele de apă ar trebui să depășească forțele legăturilor chimice atunci când se adsorb sau părăsesc suprafața fibrelor. Pentru o concentrație de 1% ZnO, pentru același material s-au analizat 5 variante de tratare antimicrobiană cu ZnO prezentate în tabelul 4.4. Etapele de tratare a materialului cu 1% oxid de zinc sunt: 1.Fulardare pe mașina Wemer Mathias AG la presiunea de 2 bar; 2.Uscare în cuva Vatter, timp de 3 min., la o temperatură de 110o C; 3.Reticulare în cuva Vetter, timp de 3 min., la temperatura de 150o C. Pentru aceste 5 variante, mostrele au fist cercetate, înafară de hidrofilie prin valoarea unghiului de contact, și din punct de vedere a permeabilității la aer determinată conform STAS 5902-70, a permeabilității la vapori determinată conform STAS 9005-79, rezistenței la trecerea vaporilor (calculată).

4.3.3 Rezultate și discuții Așa cum se poate vedea din figura 4.7 compararea celor trei proceduri experimentale diferite de tratare a probelor 100% PES cu pulbere de ZnO dispersată în metanol, arată că cel tratat timp de 48 de ore a avut cea mai mare schimbare în valorile unghiului de contact. Valoarea maximă a unghiului de contact pentru aceste probe specifice atinge 120 °, adică o suprafață hidrofobă, când concentrația de ZnO în dispersie este de 3%. Valorile cele mai scăzute ale unghiului de contact sunt obținute pentru impregnarea probelor de PES 100% cu pulbere de ZnO dispersată în apă. Cea mai mare valoare a unghiului de contact (aproximativ 100%) pentru aceste condiții de preparare corespunde din nou unei concentrații de 3% ZnO în dispersie. Așa cum se poate vedea din figura 4.7 compararea celor trei proceduri experimentale diferite de tratare a probelor 100% PES cu pulbere de ZnO dispersată în metanol, cel tratat timp de 48 de ore a avut cea mai mare schimbare în valorile unghiului de contact.

Figura 4.7 Variația unghiului de contact (CA) pentru diferitele concentrații de ZnO în apă, respectiv

metanol.

44

Impregnarea cu pulbere de ZnO dispersată în metanol atinge un punct maxim (aproximativ 118%) la aceeași concentrație de ZnO 3% în dispersie. Aceste observații conduc la concluzia că în oricare dintre condițiile de tratare, concentrația de 3% ZnO corespunde cu valoarea maximă a unghiului de contact și hidrofobicitatea optimă a suprafeței. Utilizarea metanolului ca mediu de dispersie conduce la valori ușor mai ridicate ale unghiului de contact, cu cea mai bună hidrofobicitate pentru probele preparate timp de 48 de ore. Concentrațiile mai mari de ZnO conduc la suprafețe hidrofilice, precum și la concentrații mai scăzute. Aceste rezultate sunt comparabile cu rezultatele [13] pentru nanoparticulele ZnO . În cazul tratamentului cu 1%ZnO, rezultatele experimentale pentru caracteristicile de confort termofiziologic ( în cele 5 variante obținute) sunt prezentate în tabelul 4.4 și reprezentate grafic prin histograme în figurile 4.8, 4.9, 4.10.

Tabelul 4.4 Valorile caracteristicilor de confort

Din histograma din figura 4.8 se observă că varianta experimentală în care materialul textil a fost tratat cu soluția de Apretan +1% oxid de zinc + methanol, dupa 48 de ore de la tratare, prezintă cea mai bună valoare pentru permeabilitatea la aer, fiind cu cca.18% mai mare decât proba martor netratată.

Figura 4.8

Histograma valorilor permeabilității la aer Figura 4.9

Histograma valorilor rezistenței la trecerea vaporilor

Din cerințele impuse de destinație rezistența la trecerea vaporilor trebuie să fie mică trebuie să fie mică (figura 4.9). Din figura 4.9 reiese că variantele experimentale PES +

45

Apretan și PES + Apretan+1% oxid de zinc + methanol, 48 h au valorile cele mai reduse. Corelând aceasta constatare cu observațiile legate de permeabilitatea la aer se poate aprecia că varianta experimentală PES + Apretan și PES + Apretan+1% oxid de zinc + methanol, 48 h răspunde și la cerința legată de transferul de umiditate în stare de vapori. Din analiza valorilor înscrise în tabelul 4.4 (figurile 4.8 și 4.7) se poate concluziona că varianta de material textil din fire PES tratată cu soluție de Apretan, 1% oxid de zinc și methanol 48 h, are cele mai indicate valori pentru a fi folosită produse de îmbrăcăminte pentru medii cu potențial microbiotic. Un factor de influență a valorilor caracteristicilor de confort este rugozitatea suprafeței, care se reflectă și în valorile porozității și ale grosimii.

Figura 4.10 Rugozitatea materialelor textile tratate

Din analiza histogramei din figura 4.10 se observă că varianta experimentală PES + Apretan+1% oxid de zinc + methanol, 48 h are cea mai apropiată valoare a rugozității , de a mostrei martor. Cercetarea a explorat posibilitatea de a regla comportamentul de umectare a materilelor din materiale PES 100% prin funcționalizarea prin tratamente cu ZnO. Au fost utilizate două medii de dispersie pentru pulberea de ZnO: apă și metanol cu diferite concentrații. Cele mai bune acoperiri de suprafață din PES au fost obținute pentru 3% și 5% în ambele cazuri. Studiul de umectabilitate la suprafață a arătat că o concentrație de 3% ZnO în oricare dintre condițiile de preparare corespunde unui unghi de contact maxim de aproximativ 120% și cea mai bună hidrofobie a suprafeței. Utilizarea metanolului ca mediu de dispersie conduce la valori ușor mai ridicate ale unghiului de contact cu cea mai bună hidrofobicitate pentru probele preparate timp de 48 de ore. Rezultatele acestui studiu ar putea fi o contribuție importantă la fabricarea unor suprafețe textile modificate într-o manieră simplă și scalabilă, care permite îmbunătățirea unor caracteristici cu implicații directe în performanța confortului.

46

CAPITOLUL 5 APLICAȚII SOFTWARE ÎN ANALIZA CARACTERISTICILOR DE CONFORT TERMOFIZIOLOGIC

În ultimele decenii, pe plan internaţional s-a desfăşurat o intensă activitate de cercetare şi experimentare cu privire la confortul la purtarea îmbrăcămintei, cercetare care a permis pe de o parte îmbogăţirea cunoştinţelor în acest domeniu, cu efect în realizarea unor produse de îmbrăcăminte cu valoare de întrebuinţare superioară din acest punct de vedere, iar pe de altă parte a permis analiza confortului pe baza unor modele matematice, a unor ecuaţii statistico-empirice, a utilizării aplicațiilor software, etc [11, 14]. Dezvoltarea aplicațiilor software privind analiză performanțelor de confort a materialelor textile și/sau produselor de îmbrăcăminte necesită cunoșterea și înțelegerea proceselor de transfer de căldură și masă , precum și modul în care aceste procese influențează starea de confort. Creșterea puterii computaționale, îmbunătățirea echipamentelor și a software-ului, precum și computerizarea generală a societății au avut un impact marcant asupra cercetării și practicilor privind confortul termofiziologic. Analiza performanțelor unui material textil sau produs de îmbrăcăminte prin utilizarea aplicațiilor software permite ca într-un timp scurt să fie posibilă prelucrarea unui volum mare de date referitoare la caracteristicile probabilele de confort termofiziologic, într-un numar mare de variante, care implică condiții diferite de stare și mediu, stocarea rezultatelor muncii utilizatorului, utilizarea aplicației ca instrument e-learning sau de cercetare. 5.1 Aplicație software pentru stabilirea domeniului termic funcţional al materialelor textile 5.1.1 Aspecte teoretice Una dintre problemele de cel mai mare interes care poate fi rezolvată prin utilizarea valorilor numerice a mărimilor termofiziologice, este stabilirea domeniului termic de utilizare a materialului textil/produsului de îmbrăcăminte analizat. Domeniul termic funcţional al unui material textile/produs de îmbrăcăminte este dat de intervalul de variaţie a temperaturii mediului, interval situat între temperatura minimă tamin [o C] şi cea maximă tamax [o C] a acestuia, în care purtătorul se simte confortabil. Acesta indică în mod clar dacă materialele textile/produsele de îmbrăcăminte, corespund scopului de utilizare propus [8, 13]. Pentru ca procesele de termoreglare ale corpului să se desfăşoare fără a fi influenţate negativ de îmbrăcăminte, aceasta trebuie să prezinte valori pentru capacitatea de izolaţie termică, rezistenţa la trecerea vaporilor de apă, capacitatea de preluare şi transfer a umidităţii lichide, rezistenţa la trecerea aerului, situate într-un domeniu considerat optim sau functional [17]. Domeniul termic funcţional al unui material textile/produs de îmbrăcăminte este dat de intervalul de variaţie a temperaturii mediului, interval situat între temperatura minimă tamin [o C] şi cea maximă tamax [o C] a acestuia, între care purtătorul se simte confortabil. Prin proiectarea stiinţifică a produselor de îmbrăcăminte se urmăreşte ca acestea să fie funcţionale într-un domeniu larg de condiţii de mediu şi de solicitări fizice ale organismului, astfel încât purtatorul să perceapă produsele de îmbrăcăminte ca fiind

47

confortabile. Atunci se poate spune că acele produse îşi îndeplineşte funcţia termofiziologică în corelaţie cu cerinţele impuse de domeniul de utilizare. Pentru stabilirea temperaturii minime tamin [o C] şi maxime tamax [o C] a domeniului termic, se porneşte de la ecuaţia de bilanţ energetic [1] fiind necesară definirea mărimilor incluse în ecuaţia 5.1 [5, 15]: M - producţia metabolică de căldură [W] sau [Kcal/h]; Lm - canitatea de energie consumată sub formă de lucru mecanic [W] sau [Kcal/h]; Qres.- cantitatea de caldură pierdută prin respiraţie [W] sau [Kcal/h]; tmed - temperatura medie a pielii [° C]; ta- temperatura mediului înconjurător [° C]; F - suprafaţa desfăşurată a corpului [m2]; Rt - rezistenţa termică [m2 °C/W] sau [m2h oC/Kcal]; d - factor de disconfort: (0,06÷1); ps.med.- presiunea parţială a vaporilor de apă saturaţi de la suprafaţa pielii [mm.col.Hg.]; pa - presiune parţială a vaporilor de apă în mediul înconjurător [mm.col.Hg]; Rv - rezistenţa la trecerea vaporilor [mm.Hg.m2/W] sau [mmHg m2 h/g]; ±ΔS - variaţia termică [° C].

M - Lm = Qres + (tmed - ta) F/Rt + d(ps.med - pa)F/ Rv ± ΔS [W] (5.1) Factorul “d” reprezintă densitatea de acoperire cu transpiraţie a pielii exprimată în procente. Un factor de acoperire d=0,1 înseamnă că transpiraţia acoperă pielea într-un procent de 10% iar purtătorul nu sesizează apariţia transpiraţiei; un factor d=0,3÷0,6 înseamnă că purtatorul resimte încă starea de confort, datorită faptului că pielea este acoperită cu transpiraţie într-un procent ce variază între 30÷60%, iar d=1 se referă la o piele complet acoperită cu transpiraţie (100%). Lucrul mecanic Lm [W] sau [Kcal/h] efectuat de un individ cu masa corpului G [Kg], cu o încărcare fizică m [Kg], care se deplaseaza pe un teren cu panta p [%], caracterizat de coeficientul kt, se calculeaza cu relaţia 5.2, în care: G – masa corpului [Kg]; m – masa de încărcare fizică [Kg]; vd – viteza de deplasare a individului [m/s]; p – panta terenului [%].

Lm = [9,81 (m + G ) vd p] [(104 + p4)1/2] (5.2)

Pentru efectuarea lucrului mecanic, organismul uman foloseşte doar 20% din căldura totală produsă de corp. Cantitatea de caldură pierdută prin respiraţie Qres se calculează cu relaţia 5.3.

Qres=5,17·10-3 M [0,279(34-ta) + 163(0,13- pa/(273+ta)] [W] (5.3)

Se cunoaşte că această cantitatea de caldură pierdută prin respiraţie reprezintă 10% din întreaga cantitate de căldură M [W] produsă de organism[12, 16]. Limitele domeniului termic funcțional se calculează cu relaţiile 5.4, 5.5, 5.6 în care: im - indicele de permeabilitate la umiditae sau caldura umedă [17]; Rt - rezistenţa termică [m2 °C/W]; Rv - rezistenţa la trecerea vaporilor [m2 mmHg./W].

tamin = 32 - Rt [(M - Qres) / F - 0,06(35,7-pa) / Rv] [°C] (5.4) tamax = 36 - Rt [(M - Lm - Qres)/F – d (44,6-pa) / Rv] [°C] (5.5) tamax = 36 - (M - Lm - Qres) Rt/F + 2,22im.d (44,6 - pa) [°C] (5.6)

Se poate remarca din ecuațiile 5.4, 5.5 și 5.6 faptul că pentru calculul lui ta.max. [° C] şi ta.min. [° C] este necesară cunoaşterea a două mărimi termofiziologice: rezistenţa termică Rt şi rezistenţa la trecerea vaporilor Rv. Indicele de permeabilitate la umiditate im variază între 1 la îmbrăcăminte perfect permeabilă şi 0 la îmbrăcămintea impermeabilă. În realitate limitele de variaţie a indicelui de permeabilitate la umiditate im sunt (0,15÷0,90). Între rezistenţa termică a stratului echivalent de aer din ansamblul vestimentar Rta şi rezistenţa la trecerea vaporilor a aceluiaşi strat echivalent de aer Rva există o corelaţie aproximativ constantă ceea ce determină ca raportul Rta/Rva = S ~ 2 [o C/mmHg].Woodcock defineşte indicele de

48

permeabilitate la umiditate im (tabelul 5.1) prin relaţia 5.7, în care: Rt ans – rezistenţa termică a ansamblului vestimentar; Rv ans – rezistenţa la trecerea vaporilor a ansamblului vestimentar.

im = [Rt ans./Rv ans.]/[Rta/Rva] (5.7)

Tabelul 5.1 Valori ale indicelui de permeabilitate la umiditate

5.1.2 Aplicația sofware Aplicația software prezentată poate ajuta utilizatorul să reducă în mod substanțial volumul de lucru și, în același timp, să diminueze timpul necesar în încercarea de a determina domeniul termic funcțional al materialelor și ansamblurilor vestimentare. În plus, oferă posibilitatea de a realiza diverse scenarii care se referă la condițiile de stare ale subiectului evaluat, cu parametrii de mediu și caracteristicile termofiziologice ale materialelor textile, analizate într-o perioadă destul de scurtă. Pentru a realiza toate cele de mai sus, software-ul se bazează pe crearea unei baze de date, care trebuie să stocheze următoarele informații de intrare: producția de căldură metabolică M [W]; suprafața dezvoltată a corpului F [m2]; rezistența termică a materialelor textile Rt [m2 °C / W]; factor de disconfort d; presiunea parțială a vaporilor de apă în mediul pa [mm.col.Hg]; rezistența la trecerea vaporilor în cazul materialelor textile Rv [mm.hg.m² / W]; indicele de permeabilitate termică umedă im; încărcarea fizică m [Kg]; greutatea corporală G [Kg]; viteza de deplasare vd [m / s]; pantă p [%]. Datele de intrare sunt alese din baza de date și depind de starea purtătorului. Pe baza datelor de intrare, aplicația software calculează valorile de ieșire: cantitatea de energie consumată ca lucrări mecanice Lm [W]; cantitatea de căldură pierdută prin respirație Qres [W]; temperatura minimă a mediului ambiant [o C]; temperatura maximă a mediului tamax [o

C]. Dacă domeniul termic trebuie modificat deoarece nu corespunde domeniului de utilizare al produselor textile pe care dorim să le obținem, aplicația oferă posibilitatea de a reveni la baza de date pentru a stabili noi valori de intrare[6]. Interfața prezentată în figura 5.1permite introducerea datelor de intrare în modul următoarelor valori: -starea subiectului: se selectează (somn, condiții bazale, efort ușor, efort mediu, efort greu, efort maxim); -căldura metabolică M [Kcal/min] – valoare selectată în funcție de condițiile de stare ale corpului între 40-660 (somn = 40; condiții bazale= 50; efort foarte ușor= 75; efort ușor = 100; efort mediu = 150; mers = 180; efort greu =300; efort maxim = 660); -Qres [Kcal/h] – 4 – 66 -valoare calculate în funcție de căldura metabolică;

49

-greutatea corpului [Kg] –selecție manuală între 50–100; -înălțimea corpului [cm] – selecție manuală între 150–220; -suprafața desfășurată a corpului F [m2] – valoare calculată; -încărcarea fizică [Kg] –selecție manuală între5–25; -viteza de deplasare [m/s] – selecție manuală între 1.38–6; -panta terenului [%] – selecție manuală între între 10–45; -presiunea parțială a vaporilor din mediu [mm.col.Hg.] – selecție manuală între 35.7 – 44.6; -rezistența termică Rt [m2 °C h/Kcal] – selecție manuală între 0.01 – 0.07; -rezistența la trecerea vaporilor Rv [m2 mmHg. h/Kcal] – selecție manuală între 0.02 – 0.06; -factorul de disconfort d – selecție manuală între 0.06 – 1; -tipul materialului textile selecție manuală (material pentru rochii, cămăși, sacouri, paltoane, pantaloni, etc.). -indicele de permeabilitate la căldură umedă im , care în funcție de tipul materialului textile ales variază între 0.15-0.90: Interfața cu utilizatorul include intervalele prestabilite ale datelor de intrare pe care tocmai le-am menționat, care pot fi selectate de utilizator, și date de tip text care vor afișa valorile intermediare de intrare și ieșire rezultate din calculul efectuat după apăsarea tastei Calculate.

Figura 5.1. Interfața utilizator "CALCULATE".

Toate câmpurile pot fi reinițializate apăsând butonul "RESET".

Figura 5.2 Interfața cu utilizatorul care include datele

de intrare furnizate și datele de ieșire calculate

Datele de ieșire, și anume: lucul mecanic efectuat în diferite condițiide stare ale corpului de stare Lm [W], temperatura minimă a mediului tamin [o C] și temperatura maximă a mediului tamax [o C], se calculează pe baza ecuațiilor prezentate în lucrare. Interfața cu utilizatorul care include datele de intrare furnizate și datele de ieșire calculate sunt prezentate în figura 5.2.

50

Pe interfață există o tabelă numită "User work history", unde se poate observa tot calculul curent realizat de utilizator, datele de intrare, datele de ieșire și valorile intermediare selectate de utilizatorul curent (figura 5.3).

Figura 5.3

Istoricul activității utilizatorului

Cu ajutorul acestei aplicații, se pot calcula cu ușurință diferiți parametri termici care rezultă din datele de intrare selectate de un utilizator, fără a fi nevoie să se treacă prin toate etapele de calcul prezentate teoretic la începutul lucrării sau să aplice ecuațiile necesare pentru calculul acestor parametri. Se poate obține rezultate corecte într-un timp scurt. Aplicația poate fi accesată la adresa http://engineering.iasiweb.ro/domeniul termic. Cu toate acestea, posibilitățile de modificare a domeniului termic al unui produs de îmbrăcăminte sunt numeroase: -se poate modifica designul produsului prin corectarea gradului de lățime, îmbunătățind astfel modul în care aerul se deplasează în jurul corpului asigurând efectul de pompare care apare atunci când corpul se mișcă; - găsirea modalităților de a pune și scoate produsul de îmbrăcăminte ori de câte ori temperatura mediului necesită astfel de acțiuni. Evident, aceasta este cea mai eficientă metodă de extindere a domeniului funcțional termic; - o alegere adecvată a echipamentului care trebuie să se bazeze pe principiul "straturi de ceapă", care se referă la o structură realizată din straturi suprapuse separate; - influența factorului de disconfort d; - schimbarea factorului "d" ca o consecință a modificării gradului de intensitate a muncii efectuate de purtător. Domeniul termic al utilizării în cazul articolelor de îmbrăcăminte depinde de: condițiile de stare ale corpului M [W], Qres [W], Lm [W]; parametrii de mediu: umiditatea relativă a aerului și viteza de mișcare a purtătorului.

51

5.2 Aplicație software pentru analiza principalelor caracteristici de confort termofiziologic

5.2.1 Aspecte generale

Un produs de îmbrăcăminte este acceptat de către consumatori atunci când în timpul purtării conferă stare de confor la purtare. Obținerea stării de confort este scopul principal și final în același timp al proiectării funcționale a unui produs de îmbrăcăminte. Proiectarea funcțională a structurilor de îmbrăcăminte permite planificarea și prognozarea calității acestora din punct de vedre al asigurării confortului la purtare. Pentru aceasta este necesr cunoașterea, în funcție de destinația produsului, a condițiilor de stare a organismului și condițiile de mediu pe de o parte, iar pe de altă parte cunoașterea caracteristicilor straturilor care intră în componența produselor de îmbrăcăminte [18, 19]. Varietatea materiilor prime, a materialelor textile și a structurilor acestora impune necesitatea realizării unor baze de date în care să se stocheze volumul de informații legat de caracteristicile de confort. Aceste baze de date se crează pornind de la cunoșterea valorilor unor parametri necesari calculării caracteristicilor de confort. Aplicand algoritmul de calcul specific caracteristicii de confort analizate se poate afla valoarea acestei caracteristici pentru o anumită structură vestimentară. [2, 3, 20]. Această valoare se poate încadra sau nu în limitele domeniului de variație acceptat de normele de proiectare funcțională. În cazul în care valoarea rezultată a caracteristicii de confort nu se încadrează în acest domeniu de variație dat, se impune reluarea procesului de proiectare prin alegerea unor noi materiale textile. 5.2.2 Aplicația software Aplicația software este concepută pentru determinarea celor 3 caracteristici principale de confort: permeabilitatea la vapori; permeabilitatea la aer; izolația termică. Adresa de accesare a aplicației este www.textile.greens.ro. Aplicația este lansată prin alegerea uneia dintre cele 3 caracteristici, tastând tasta “Choose work” (figura 5.4).

Figura 5.4 Lansarea aplicației

Pentru permeabilitatea la vapori programul afișează baza de date din care se selecteză destinația structurii vestimentare funcție de condițiile de mediu, tipurile de structuri

52

vestimentare precum și straturile de material textil, din care se realizează acestea (figura 5.5). Pentru aceasta se utilizeaza comanda “Adaugă articol de îmbrăcăminte”. Se introduc, utilizând comanda ENTER datele de intrare pentru grosimile straturilor componente și coeficienții lor de vaporizare ai acestora care au fost determinați experimental.

Figura 5.5 Screen shot – Introducerea datelor de

intrare

Figura 5.6 Screenshot-Afișarea rezultatului și a

mesajului Aplicația afișează rezultatul numeric reprezentând valoarea rezistenței la trecerea vaporilor Rv, tot însoțit de un mesaj explicativ din care rezultă corectitudinea alegerii straturilor pentru structura vestimentară proiectată prin încadrarea valorii rezistentei la trecerea vaporilor într-un interval de variație acceptat - comanda “Enter”. În cazul în care valoarea obținută pentru rezistența la trecerea vaporilor nu se încadrează în intervalul de valori admise (figura 5.6), se poate relua aplicația prin revenirea la punctul de intrare, cu comnda ”Sterge”. Pentru analiza permeabilității la aer, datele de intrare sunt valorile debitului de aer q[l/h], utilizând comanda ENTER [22] (figura 5.7).

Figura5.7 Date de intrare

Figura 5.8 Afișarea rezultatelor

53

Aplicația afișează rezultatul numeric reprezentând valorile permeabilității aerului pentru fiecare strat de material, permeabilitatea aerului pentru produsul de îmbrăcminte și permeabilitatea la aer pentru structura de îmbrăcăminte întreagă (figura 5.8). De asemenea, aplicația afișează valoarea pentru rezistența la fluxul de aer Rpa, pentru fiecare strat, pentru fiecare produs de îmbrăcăminte și pentru ansamblul vestimenar înteg.Toate acestea sunt însoțite de un mesaj explicativ, care oferă alegerea corectă a straturilor pentru structura proiectată pentru îmbrăcăminte prin încadrarea valorii rezistenței la trecerea aerului Rpa în intervalul de variație acceptabilă cu ordinea. (figura 5.6)

Figura 5.9

Afișarea rezultatelor și a mesajului însoțitor Valorile corecte vor fi afișate cu culoarea verde, iar valorile incorecte vor fi afișate înculoarea roșie și sunt însoțite de afișarea unei masocte vesele sau triste. Dacă valoarea obținută pentru rezistența la aer nu se află în intervalul de valori admise (figura 5.9), aplicația poate continua prin revenirea la p unctul de intrare, cu ordinea "Ștergere". Pentru analiza izolației termice, după tastarea “Choose work” (figura 5.4) se introduc datele de intrare pentru materialele textile alese: grosimea δ[mm] și coeficientul de conductivitate λ [Kcal/mhoC], cu comanda ENTER (figura 5.10) [2, 3]. Aplicația afișează rezultatul numeric, reprezentând valorile grosimii echivalente a stratului de aer δ aer [mm], a rezistenței termice echivalente a materialelor textile REmat [m2hoC/Kcal], rezistența termică echivalentă a straturilor de aer Raer[m2hoC/Kcal], valoarea coeficientului de convecție αc, valoarea pentru coeficientul de radiație αr, coeficientul de conductivitate termică α, rezistența termică superficială Rsup, rezistența termică sumară a structurii îmbrăcămintei Rsum, coeficientul de transfer al căldurii K, indicele termic capacitiv I. În figura 5.6 sunt prezentate intervalele de variație a valorile rezistenței termice pe fiecare anotimp. Astfel, este posibilă compararea valorilor obținute cu această aplicație software cu valorile structurii de îmbrăcăminte etalon. Dacă valorile obținute se potrivesc cu valorile etalon, atunci aplicația este terminată. Dacă nu, se repornește aplicația, schimbând caracteristicile materialelor textile (grosime și coeficient de conductivitate termic). Proiectarea funcțională a structurilor de îmbrăcăminte din punct de vedere al caracteristicilor de confort termofiziologic este o activitate complexă, care presupune volum mare de calcul, timp îndelungat ceea ce face dificilă alegerea unei variante optime în timp scurt. Aplicația software prezentată în această lucrare permite obținerea într-un timp scurt a număr considerabil de variante structurale pentru a alege o opțiune optimă.

54

Aplicația permite utilizatorului proiectarea științifică a structurii de îmbrăcăminte conform destinației sale. AplicațiasSoftware cere alegerea destinației dictată de anotimp, materialele textile și valorile parametrilor din algoritmul de calcul a caracteristicilor termofiziologice. Rezultatele pot sau nu, să se încadreze în domeniul valorilor acceptate. Dacă rezultatul este greșit, aplicația software permite reluarea calculelor cu alte valori ale datelor de intrare. Aplicația este astfel concepută încât să poată fi extinsă în orice moment, cu noi destinații pentru structuri de îmbrăcăminte, cu noi tipuri de textile și îmbrăcăminte. De asemenea, această aplicație software este ușor de utilizat de către studenți, cadre didactice și cercetători.

5.3 Aplicație software pentru aprecierea globală a confortului termofiziologic 5.3.1 Aspecte generale

Schimburile de căldură apreciate prin rezistența termică Rsum[m2hoC/Kcal], schimburile de umiditate apreciate prin rezistența la trecerea vaporilor R[mm m2 h/g] și schimburile de aer apreciate prin rezistența la trecerea aerului rpa [mm m2 h/Kg] sunt procese simultane în timpul purtării îmbrăcămintei [4, 7, 9]. Pentru a evalua confortul termofiziologic ținând cont de acțiunea simultană a celor trei tipuri de transfer (aer, vapori, căldură), este necesar să se găsească o modalitate de a exprima valorile celor trei caracteristici de confort termofiziologic în aceelași mod, de exemplu prin puncte. Această metodă constă în acordarea de scoruri pentru exprimarea valorii indicatorului considerat, având ca element de referință valoarea inițială a unității care caracterizează materialul, produsul sau ansamblul de îmbrăcăminte utilizat ca eșantion standard pentru obiectivul final sau pentru analiza dată. Eșantionul standard primește scorul maxim (de exemplu, 100 de puncte). Suma scorurilor parțiale acordate probelor variate analizate conduce la un indice global de evaluare care exprimă confortul termic fiziologic. Pe baza acestui indice, se poate ajunge la clasamentul versiunilor evaluate create pentru același obiectiv final, pentru analize comparative și interpretări. Aplicația ACC (Analiza caracteristicilor de confort) este o aplicație “desktop” bazată pe Microsoft NET Framework 4.0, care poate fi rulată ca o aplicație independentă, pe un computer care rulează sistemul de operare Microsoft Windows, fără a fi nevoie executarea unei proceduri de instalare. Programul se conectează la o bază de date online (MS SQL Database) găzduită pe o platformă cu MSSQL Server 2012 unde toate datele de utilizator pot fi salvate. Aplicația este compatibilă cu orice versiune a sistemului de operare Microsoft Windows. Pentru a putea rula programul ACC, poate fi necesară instalarea aplicației Microsoft NET Framework 4 Client Profile. Aplicația ACC are rolul de a oferi o modalitate ușoară de a analiza confortul termofiziologic oferit de diferite materiale textile cu anumiți indicatori ai confortului ale căror valori vor fi furnizate de către utilizator. Aplicația conține șapte formulare, care sunt descrise în paragrafele următoare folosind imagini explicite [10]. 5.3.2 Aplicația software

Fiecare utilizator trebuie să-și creeze un cont (figura 5.10) înainte de a utiliza aplicația ACC. Acest lucru este necesar pentru salvarea istoricului utilizatorului care conține toate testele efectuate de utilizator. După efectuarea procesului de înregistrare (figura 5.11), utilizatorul trebuie să se autentifice folosind numele de utilizator și parola.

55

Figura 5.10 Crearea contului Figura 5.11 Register

Figura 5.12 – Login

În cazul în care un utilizator a uitat sau a pierdut parola, el îl poate recupera accesând Formularul de recuperare a parolei (figura 5.13). Parola va fi trimisă prin e-mail la adresa de e-mail pe care utilizatorul la furnizat la procesul de înregistrare.

Figura 5.13– Recover pasword Figura 5.14 – Menu

După conectarea la aplicație, utilizatorul are acces la contul său, formularul în care își poate schimba adresa de e-mail și parola. Din această formă, utilizatorul poate accesa toate celelalte formulare din meniu din figura 5.15. Utilizatorul poate rula un nou test accesând “Formularul de test nou” din meniul de sus. De aici, utilizatorul poate adăuga probele de material și proprietățile necesare pentru a efectua testul și a obține varianta optimă pentru confort. Formularul conține două file: una pentru adăugarea de eșantioane de materiale și una pentru vizualizarea și salvarea rezultatelor după ce testul a fost rulat (figurile 5.15 și 5.16).

56

Figura 5.15 – New Test Form – Add Samples Tab

Figura 5.16 – New Test Form – Test Results Tab

În formularul “History”, utilizatorul poate vizualiza toate testele care rulează de la prima utilizare a aplicației ACC. Utilizatorul poate elimina testele și poate deschide / executa oricare dintre testele vechi afișate în tabelul de testare a istoricului (figura 5.17).

Figure 5.17 History Form

Utilizatorul poate adăuga mostre de materiale noi sau poate elimina mostrele din tabelul de eșantioane și poate efectua testul cu noua schemă. De asemenea, utilizatorul poate alege din alte teste din lista derulantă de sus unde sunt afișate toate testele istorice. Rezultatele sunt afișate în fila Rezultate test care oferă posibilitatea de a fi salvate într-un fișier pdf. Utilizatorul poate vedea scorul obținut pentru fiecare material și varianta optimă. Testul este salvat automat în tabelul de istorie cu același nume ca și testul original, dar cu o altă dată / oră (figurile 5.18 și 5.19).

57

Figura 5.18

Test Form – Add Sample Tab Figura 5.19

Test Form – Test Results Tab Aceasta este o versiune demo a aplicației ACC, care prezintă funcțiile pe care aplicația le oferă utilizatorului. Aplicația nu a fost testată încă într-un mediu industrial cu o cantitate mare de date; aceasta trebuie să fie testată și îmbunătățit dacă este necesar și, de asemenea, pot fi adăugate noi caracteristici dacă utilizatorii solicită un astfel de lucru.

5.4 Aplicație software pentru evaluarea obiectivă a caracteristicilor de confort termofiziologic în funcție de condițiile de mediu și de stare a organismului

5.4.1 Aspecte teoretice Căldura internă a corpului împreună cu lucrul mecanic efectuat de acesta constituie energia totală produsă de organism (relaţia 1.5 - relaţia Goldman - Givoni). În relația 5.7 semnificația termenilor este: G – masa corpului [Kg]; m – masa de încărcare fizică [Kg]; vd – viteza de deplasare individului [m/s]; p – panta terenului [%]. kt – coeficientul de dificultate al terenului (kt=1 pentru drum asfaltat; kt=1,1 pentru drum pietruit; kt=1,2 pentru drum de ţară; kt=1,5 pentru pajişte; kt=1,8 pentru teren mlăştinos; kt=2,1 pentru teren nisipos, zăpadă afânată).

U = 2,5 G + 2 (G + m) (m/G)2 + kt (G + m) (1,5 v2d + 0,35 vd p) (5.7.)

Lucrul mecanic L efectuat de un individ cu masa corpului G, cu o încărcare fizică m, care se deplaseaza pe un teren cu panta p, caracterizat de coeficientul kt, se calculeaza cu relaţia 5.8 [3,6].

L = [9,81 (m + G ) vd p] [(104 + p4)1/2] (5.8)

Pentru efectuarea lucrului mecanic, organismul uman foloseşte doar 20% din căldura totală produsă de corp. Cantitatea de căldură totală produsă în organism poate fi determinată prin metode de calorimetrie directă sau indirectă. Deoarece metodele de calorimetrie directă sunt în general greu de aplicat pentru subiectul uman, iar rezultatele obţinute sunt parţiale, în mod curent se utilizează metodele de calorimetrie indirectă sau metodele analitice bazate pe relaţii de calcul stabilite prin programe experimentale (relaţia Goldman-Givoni 5.7). Calculul presupune cunoaşterea consumului de oxigen într-un interval de timp dată şi a coeficientului izocaloric al oxigenului corespunzător câtului respirator înregistrat. Cantitatea totală de căldură se obţine ca produs între cantitatea de oxigen în unitatea de timp şi coeficientului său izocaloric [3]. O altă metodă indirectă pentru determinarea cantităţii de căldură produsă în organism este metoda bilanţului nutritiv, care are la bază cunoaşterea aportului de alimente într-un interval de 24 ore. Ştiindu-se conţinutul de principii alimentare din diferite alimente,

58

precum şi coeficienţii energetici ai fiecărui principiu alimentar, se stabileşte cantitatea de căldură rezultată în urma degradării biochimice a alimentelor consumate în intervalul de timp considerat. Pentru aceasta se face bilanţul nutritiv pe 24 de ore şi se stabilesc cantităţile de principii alimentare din alimentele consumate (proteine, glucide, lipide). Coeficienţii energetici ai celor trei principii alimentare sunt: Ce=4,1 kcal/g – la proteine; Ce=9,3 kcal/g – la lipide; Ce=4,1 kcal/g – la glucide. Se calculează căldura produsă de fiecare categorie de principii alimentare, iar prin însumare se află cantitatea totală de energie termică produsă de corp în 24 de ore. Unul dintre cei mai importanţi parametri ce ţin de corpul uman, este suprafaţa corporală Sc, care poate fi calculată cu una din relaţiile 5.9, 5.10 (G – masa corpului [Kg]; I – înălţimea corpului [cm]; ks – constantă de proporţionalitate ca caracterizează purtătorul (pentru om ks = 0,123) [3].

Sc = ks G2/3 (5.9)

Sc =0,007184 G0,425 I0,725 (5.10) Coeficientul de emisivitate al pielii este εp = 0,95 [Kcal/m2h 100K]. Presiunea parţială a vaporilor pp este determinată de concentraţia vaporilor de transpiraţie la suprafaţa pielii. Atunci când temperatura de radiaţie a căldurii organismului uman are o valoare medie, absorbţia caldurii prin rdiaţia termică are loc în mod independent de culoarea materialelor textile din componenţa acesteia, deoarece materialele textile se comportă în raport cu organismul uman ca un corp negru care emite şi absoarbe cantitatea maximă de energie termică [3]. Coeficientul de conductivitate termică a materialelor textile din structura îmbrăcămintei este un indicator direct al conducţiei termice, cu valori mai mici de 0,25 [kcal/m h oC]. Raportul d/λ se numeşte rezistenţă termică Rt [m2h 0C/kcal] şi exprimă capacitatea materialelor textile de a se opune transferului termic. Pentru în situaţia în care în care transferul termic se face prin conducţie, convecţie şi radiaţie, evaluarea globală a izolaţiei termice se face cu ujutorul rezistenţei globale Rg [m2h 0C/Kcal] (relaţia 5.11) (Rtr – rezistenţa termoreceptivă a stratului de aer subvestimentar [m2h oC/Kcal] sau [m2/W]; RE – rezistenţa echivalentă a straturilor de material şi a celui de aer [m2h oC/Kcal] sau [m2/W]; Rsup - rezistenţa termică superficială [m2h oC/Kcal] sau [m2/W]).

Rg = Rtr + RE + Rsup. [m2h0C/Kcal] (5.11) În cazul în care grosimea stratului de aer din microclimatul subvestimentar este foarte mică (îmbrăcăminte mulată pe corp), rezistenţa termoreceptivă a stratului de aer subvestimentar Rtr se neglijează, iar suma RE + Rsup se numeşte rezistenţă termică sumată Rsum (relaţia 5.12).

Rsum = RE + Rsup (5.12) Inversul valorii rezistentei termice sumate Rsum [m2h oC/Kcal] sau [m2/W] se numeşte coeficient total de transfer termic K ([Kcal/ m2h oC] sau [W /m2] relatia 5.13).

K = 1/Rsum [Kcal / m2h0C] sau [W /m2] (5.13) Cu cât valoarea rezistenţei termice sumate Rsum este mai mare, cu atât izolaţia termică a îmbrăcămintei este mai bună.

59

5.4.2 Aplicația software Calculul proprietăților termice a structurii îmbrăcămintei constă în determinarea valorii coeficientului total de transfer termic Kimp (Kcal / m2hoC) și a valorii coeficientului de rezistență termică Rimp (m2h oC / Kcal). Algoritmul determinant este complex și consumator de timp. Aplicație software constă într-o bază de date în care sunt specificate o serie de activități (somn, în picioare, muncă ușoară, muncă moderată, muncă grea, mersul etc.), cu anumite valori pentru: cantitatea de căldură pierdută de corpul uman în timp ce suferă aceste activități U (Kcal / h), temperatura mediului (oC), înălțimea corpului (cm) și greutatea (Kg). Atunci când utilizatorul selectează tipul de activitate, aplicația afișează automat valoarea fluxului de căldură q (Kcal / m2h oC), coeficientului de transfer termic total Kimp (Kcal / m2h oC), indicile randamentului termic, indicatori de capacitate termoizolantă și valoarea rezistenței la căldură impusă pentru structura de îmbrăcăminte Rimp (m2h oC / Kcal). Aplicația software poate fi deschisă prin interfața cu utilizatorul (figura 4.22), care permite selectarea datelor de intrare. Datele de intrare conțin: 1. Condiția de stare a corpului uman și valorea energiei (Kcal/min) consumată de corp - somn; 40 ÷ 49 [Kcal/h]; - odihnă; 50÷ 74 [Kcal/h]; - efort foarte ușor; 75 ÷99 [Kcal/h]; - efor ușor; 100÷ 149 [Kcal/h]; - efort mediu; 150÷ 179 [Kcal/h]; - mers; 180 ÷299 [Kcal/h]; - efort foarte greu; 300÷ 659 [Kcal/h]; - stare de efort maxim; 660÷ 850 [Kcal/h]; 2. Greutatea corpului: 5÷ 120 [Kg]; 3. Înălțimea: 50÷ 220 [cm]; 4. Temperatura mediului: -20÷+30 [oC]; 5. Temperatura medie a suprafeții pielii= +33 oC; 6. Viteza aerului: 1÷15 [m/s]. Astfel, aplicația software afișează valorile datelor de ieșire, după selectarea informațiilor de intrare care pot fi resetate dacă valorile obținute nu sunt corecte (figura 5.20). Datele de ieșire sunt: 1. Valoarea cantității de energie [Kcal / h] pe care o elibereaza corpul în urma proceselor metabolice (relația 1); 2. Cantitatea de căldură pierdută sub formă de flux termic q[Kcal/h*m2]; 3.Valoarea coeficientului total de transfer termic, impus de ondițiile de stare Kimp [Kcal/m2*h*C]; 4. Indicele randamentului termic N; 5. Indicele de termoizolare capacitiv I; 6. Valoarea calculată a rezistenței termice Rcalc [m2*h*C/Kcal].

60

Figura5.20

User interface

Figura 5.21 Date de ieșire

În plus, interfața conține un tabel numit Calculus record, care afișează calculele operate de toți utilizatorii, datele de intrare utilizate, datele de ieșire, precum și variabilele intermediare utilizate (figura 5.22).

Figura 5.22

Tabelul – calculus record

Alți parametri care sunt esențiali pentru obținerea valorilor de ieșire, cum ar fi: coeficientul de convecție αc, coeficientul de radiație αr, valoarea absolută a temperaturii ambientale Te [oC], precum și suprafața corporală sunt calculate automat de către aplicația software prin selectarea valorilor parametrilor din ecuațiile lor de calcul. Volum mare de calcule pentru fiecare structură de îmbrăcăminte proiectată face dificilă alegerea celei mai bune versiuni într-un interval scurt de timp. Aplicația software prezentată în această lucrare ne permite să obținem un număr considerabil de versiuni structurale într-un timp scurt pentru a o alege pe cea mai bună. Aplicația permite utilizatorului să proiecteze științific structura de îmbrăcăminte personalizată în funcție de destinație.

61

Prin această aplicație, se pot calcula cu ușurință diferiți parametri termici în funcție de datele de intrare provenite de la utilizator. Nu este nevoie să se treacă prin toate etapele de calcul sau să se aplice formula matematică corespunzătoare. Se pot obține rezultate corecte într-un interval scurt de timp.Aplicația poate fi accesată prin accesarea link-ului http://engineering.iasiweb.ro/ThermalCalculation

62

CAPITOLUL 6 CONCLUZII Domeniul cercetării confortului îmbrăcămintei va fi întotdeauna unul de actualitate și va evolua în mod continuu și în ritmul dezvoltării societății. Comun tuturor modurilor de abordare a cercetării confortului îmbrăcămintei, este de a contribui prin rezultatele obținute și aplicabilitatea acestora la creșterea calității vieții omului. Cercetările efectuate în cadrul acestei teze, sunt relevante atât pe plan național cât și pe plan internațional. Pe plan național, rezultatele cercetării confortului îmbrăcămintei prezentate în teză, răspund unor obiective din Planul național de cercetare, dezvoltare și inovare 2014-2020. Aplicate în industrie, rezultatele cercetărilor autoarei conduc la creșterea competitivității produselor de îmbrăcăminte pe piață și pe de altă parte susțin procesul de specializare inteligentă prin abordarea unor domenii cum ar fi cel medical (tricoturi de compresie și materiale textile nețesute de uz medical) sau cel al ecotextilelor cum ar fi tricoturile masante din fire de bambus (eco textile). De asemenea un alt domeniu de specializare inteligentă este considerat și cel al tehnologiei informației, în care autoarea își conturează una din direcțiile de cercetare din teză, prin crearea aplicațiilor software în analiza obiectivă a confortului termofiziologic. Pe plan european una dintre tendințele majore identificate constă în implementarea și extinderea textilelor ca materiale posibil de utilizat în multe sectoare industriale, precum și în domenii noi de aplicație. În concordanță cu această tendință, autoarea aboredează domeniul cosmetotextilelor (tricoturi masante), considerat a fi un domeniu nou, care suportă extinderea cercetărilor specifice. Metodele folosite de autoare pentru cercetările efectuate în domeniul confortului sunt cele existente și utilizate la ora actuală pe plan național și pe plan internațional. Originalitatea cercetărilor constă în abordarea logică și amplă a tematicilor studiate, care reflectă o bună cunoștere și stăpânire a domeniului textil și implicit acel al confortului îmbrăcămintei. Elementele de noutate sunt date de din cadrul cercetărilor derivă din tematica abordată: eco textile, tricoturi funcționale, tratamente antimicrobiene, materiale textile de uz medical, evaluarea confortului cu ajutorul aplicațiilor software. Complexitatea domeniului confortului , este evidențiată în cadrul capitolului 1, în care sunt prezentate particularitățile conceptului de confort al îmbrăcămintei, componentele acestuia, factorii de influență, importanța abordării aspectelor ce vizează confortul îmbrăcămintei, într-un context unitar, prin prisma sistemului corp-îmbrăcăminte-mediu. În cadrul acestui sistem, îmbrăcămintea are un rol decisiv în menținerea echilibrului termic al acorpului, echilibru care determină starea de confort. Astfel, îmbrărcămintea poate fi utilizată atât ca principală cale de pierdere de căldură (un mediu foarte cald, o activitate ce presupune effort fizic intens, etc.) cât și ca barieră împotriva pierderilor de căldură atunci cînd domeniul de utilizare o impune (mediu foarte rece). Făcând parte dintr-un sistem deschis, corpul interacționează în mod permanent cu mediu, prin îmbrărăminte.Informațiile care vin dinspre mediu către corp și invers, sunt de natură diferită, dar toate influențează echilibrul corpului. Dacă se ține cont doar de informațiile termice schimbate de corp cu mediu și invers, atunci se justifică abordarea cercetării confortului prin prisma teoriei informației prezentată de autoare.

63

Deoarece pentru realizarea produselor de îmbrăcăminte se folosește o gamă largă de materiale textile, apare necesitate cercetărilor caracteristicilor de confort termofiziologic în scopul utilizării acestora în concordanță cu specificul domeniului de utilizare. Aceasta însemnă corelarea caracteristicilor materialelor textile cu cerințele impuse de destinație. Astfel, autoarea prezintă în capitolele 2, 3, 4 rezultatele cercetărilor efectuate pe trei grupe principale de materiale textile (tricoturi, materiale textile nețesute, țesături). Caracteristicile analizate sunt caracteristicile de confort termofiziologic (permeabilitate la aer, permeabilitate la vapori, izolație termică, porozitate, hidrofilie, higroscopicitate). Pentru fiecare grupă de materiale, cercetările au pus în evidență comportarea comparativă a variantelor de material analizate precum și modul în care acestea răspund cerințelor impuse de domeniul de utilizare. Rezultatele cercetărilor au fost prelucrate în funcție de caz, obținându-se ecuații de regresie, a căror interpretare a asigurat alegerea variantei optimale. Ținând cont de volumul mare de lucru și de timp necesar analizei din punct de vedere termofiziologic a materialelor textile, s-au realizat aplicații software , care sunt utilizate atât ca instrument e-learning cît și în cercetare. În cercetare, aceste aplicații prezentate în capitolul 5 (câteva din activitata de cercetare în acest sens a autoarei) oferă posibilitatea încercării unui număr mare de variante de materiale textile, alegând condiții diferite de mediu și de stare ale organismului.

64

BIBLIOGRAFIE CAPITOLUL 1

1. K. Fabbri, „Indoor Thermal Comfort Perception”, Springer International Publishing Switzerland 2015, DOI 10.1007/978-3-319-18651-1_2 2. Gouwen Song, Improving Comfort in Clothing, Woodhead Publising series in textiles, nr. 106, ISBN 978-1-84569-539-2 3. Hes, L., Thermal comfort properties of textile fabrics in wet state, in Proc. Izmir Internat. Textile and Apparel Symposium 2007: Cesme (Turkey) 4. Li, M., et al. Factor Analysis on Subjective Attributes Affecting Knitted Fabric's Comfort Sensation, in First International Workshop on Database Technology and Applications, 2009 5. Celcar, D., H. Meinander, and J. Gersˇak, Heat and moisture transmission properties of clothing systems evaluated by using a sweating thermal manikin under different environmental conditions, International Journal of Clothing Science and Technology, 2008. 20(4): p. 240-252 6. https://www.oxforddictionaries.com 7. ***Technology transfer highlights through the years at the Natick Soldier Center", United States Army Soldier Systems 8. https://www.scribd.com/Introduction-to-Clothing-Comfort 9. Apurba Das, R. Alagirusamy, Science in Clothing Comfort, ISBN: 978-1-84569-789-1 10. R. TuÄŸrul OÄŸulata, The Effect of Thermal Insulation of Clothing on Human Thermal Comfort”, Fibres & Textile in Eastern Europe, Vol. 15, No. 2 (61), April / June( 2007) 11. D.Farima, Transfer de căldură prin îmbrăcăminte, Ed.Performantica, 2017, ISBN 978-606-685-549-5 12. https://www.ashrae.org/resources--publications/bookstore/thermal-comfort-tool 13. Li, Y., „Dimensions of Sensory Perceptions in a Cold Condition”, J. China Textile Univ. 15(3), 1998 14. L. Hes, Clothing Comfort A Combination of Objective and Subjective valuation. By: Muhammad Mushtaq Ahmed Mangat, Technical University Liberec, April 12, 2010. 15. Farima D., „Confortul și funcțiile produselor textile și din piele”, Ed. Performantica, 2008 16. C. E. Shannon, „O teorie a comunicării”, Bell System Technical Journal, 1948. 17. Farima Daniela, Curteza Antonela,Buliga Valentin, Ichim Mariana, “Applying Shannon and Boltzman laws when simulating thermal comfort”, Proceedings of the 13th International Scientific Conference "eLearning and Software for Education" Bucharest, April 27 - 28, 2017, Volume 3 | DOI: 10.12753/2066-026X-17-235 | Pages: 416-422 18. www.scrigroup.com 19. ISO 7730, „Moderate thermal environments - determination of the PMV and PPD indices and specification of the conditions for thermal comfortˮ I.O.F. Standardization, Editor, 1984. 20. Zhang, H., Arens, E., Huizenga C. and Han T., “ Thermal sensation and comfort models for non–uniform and transient environments”, part III: Whole-body sensation and comfort, Building and Environment, 2010 21. Tanveer Malik and Prof T.K.Sinha, “Clothing comfort: A key parameter in clothing”, Apparel & Knitwear, PTJ, 55, January (2012) 22. Li, Y., “The science of clothing comfort”, Textile progress, 1(2), 31(2001). 23. https://www.ashrae.org/standards

65

24. Gh. Ciobanu, Termodinamica si Fizica Statistica, Ed. Tehnica Bucuresti 2004 25. Fazlollah M. Reza, An Introduction to Information Theory. Dover Publications, Inc., New York. ISBN 0-486-68210-2,(1994 26. D. Farima, R. M. Aileni, “The analysis of the comfort parameters of the materials for sport clothing”, 16th International Conference, Structure and Structural Mechanics of Textiles, Strutex, 3rd- 4th, December 2009, , TU Liberec, Czech Republic, ISBN 978-80-7372-542-6, pag.58-650 CAPITOLUL 2 1. Corina Ciobanu, Daniela Farima “Cercetări experimentale privind caracteristicile de confort ale tricoturilor destinate ciorapilor sport”, Simpozion stiintific „Progresul tehnologic-rezultat al cercetariiˮ, 22 mai 2014, Buletinul AGIR nr 3/2014 2. P.Kanakaraj, R.Ramachandram, “Active knit fabrics-functional needs of sportware application”, Journal of Textile and Apparel, Trechnology and Management, vol.9, Issue 2, 2015 3. Basal, G, Mecit, D., Duran, D., Ilgaz, S., „ Comfort properties of double layered knitted and woven fabrics”, Industria Textilă, 2009, vol. 60, Issue 6 4. Farima D., Curteza A, „Aspects of knitted fabrics design for sportware”, Clothing&Design Conference, Dubrovnik, Croatia, 2008 5. Farima Daniela, Curteza Antonela, Florea Adela, Macovei Laura, “Corelation between thermo-physiological characteristics and structure parameters of multilayers knitting fabrics” AgilTex Design, International Workshop, Programe of Excelence in Research CEEX 3rd Module- Promotion, Book of proceedings, ISBN 978-973-730-390-5, Iasi, Romania, 2007 6. Zampetakis, A., Katsaros G., „Wear comfort and protective properties of fabrics”, Industria Textilă, 2008, vol. 59, Issue 3 7. D. Farima, S. Balan, M. Irovan, I.Tutunaru, ”Confort și performanță în sport”, Ed. Performantica, 2007, ISBN 978-973-730-335-6 8. D.Farima, "Confortul si functiile produselor textile si din piele” Indrumar de laborator, ISBN 978-973-730-724-8, Ed.Performantica, 2010 9. Daniela Farima, "Confortul și funcțiile produselor vestimentare și din piele" – Îndrumar de laborator, Ed. Performantica, ISBN ISBN 978-606-685-497-9, Ed.Performantica, 2017 10. D. Farima, R. M. Aileni, “The analysis of the comfort parameters of the materials for sport clothing”, 16th International Conference, Structure and Structural Mechanics of Textiles, Strutex, 3rd- 4th December 2009, TU Liberec, Czech Republic, ISBN 978-80-7372-542-6, pag.58-650 11. Spencer, D. J. M1 – Manual de utilizare. H Stoll GmBH & Co., Reutlingen, 2007 12. Ciobanu C., Vasluaianu E., Budulan C., (2012): Socks’ influence on foot health during sporting activities, International Scientific Conference „UNITECH-2012”, Vol.II, ISSN 1313-230X, pag.201-205; 13. Majumdar, A., Mukhopadhyay, S., Yadav, R. Thermal properties of knitted fabrics from cotton and regenerated bamboo cellulosic fibres în International Journal of Thermal Sciences, doi: 10.1016/j.ijthermalsci. 2010.05.017 14. Mirela Iorgoaea - Guignard, Daniela Farîmă, Luminiţa Ciobanu, Mihai Ciocoiu, Stephane Giraud, “Comfort properties of knitted fabrics with massaging effects“, Industria Textilă nr. 1/2013, vol. 64, ISSN 1222–5347 (1–56) 15. Fisher G., Dornbirn witnesses the dawning of the age of cosmeto-textile, Technical Textiles International: TTI, 2007, pag. 15

66

16. Daniela Fărîmă, Raluca-Maria Aileni, Alexandra Ene, “Knitted fabrics with variable geometry and controllable functionality with fixing purpose for dressings or compression bandages“, Industria Textilă nr. 2/2013, Pag.70-74, vol. 64, ISSN 1222–5347 (57–120) 17. Knapton J.J.F. Geometry Of Complex Knitted Structures. Textile Res. J. 1968; 39: 889-892. 18. Saric, Krunoslav, Volkmann, Hans-Peter, Klug, Manfred. Compression Sleeve for Treatment of The Extremities, Sumo Brain, 2003. 19. www. MATHLAB software library 20. www. Lectra software 21. Aung Kyaw Soe, Atsuki Matsuo, Masaoki Takahashi, Masaru Nakajima. Compression Of Plain Knitted Fabrics Predicted From Yarn Properties And Fabric Geometry. Textile. Res. J. 2003; 73: 861-66. 22. Giele, H.P., Liddiard, K., Currie, K. Et Al. Direct Measurement of Cutaneous Pressures Generated By Pressure Garments. Burns 1997; 23: 137-41. 23. D.L. Munden. The Geometry and Dimensional Properties of Plain Knit Fabrics. Textile Institute J. 1959; 8: 448. CAPITOLUL 3 1. Zamfir M., Kiekens P., Van Langenhove L., Medical, Hygiene and Protective Apparel Made from Nonwovens, Academia Press, University of Ghent, Belgium, 2001 2. Daniela Farima, "Confortul și funcțiile produselor vestimentare și din piele" – Îndrumar de laborator, Ed. Performantica, ISBN ISBN 978-606-685-497-9, Ed.Performantica, 2017 3. M.Zamfir, D. Farima, M. Ciocoiu, “Nonwovens based external end-uses hygiene and medical products”, Industria Textilă, Nr.6/2009, pag. 320-325, ISSN 1222-5347(297-350) 4. O.Wada. Control of Fiber Form and Yarn and Fabric Structure. J. Text. Inst. 1992; 3: 83. CAPITOLUL 4 1. Coman, D., Oancea, S., Vrinceanu, N., “Biofunctionalization of Textile Materials by Antimicrobial Treatments”, Rom. Biotechnol. Lett., 2010, 15(1) 2. Gianina Broasca, Daniela Farima, Ciocoiu Mihai ’’Research on the comfort featurs of textile materials used for police uniform’’ International Symposium in knitting and apparel– ISKA 2010 , pag. 317-322, ISSN 2069-1564, Textiles of the Future ~19-20 November 2010, Iaşi, Romania 3. General Bacteriology (University of Medicine and Pharmacy Târgu Mureș) – course 2005 4. Intelligent Textile Structures – Application, Production & Testing, 12-13/5/2005, Thessaloniki, Greece 5. Broasca G., Farima D., “Antimicrobial tratament on textile surfaces”, Leather and Footwear Journal, Vol. 10/ Issue 4, 2010, pag. 61-66, ISSN 1583 - 4433 6. Coman D., Oancea S. , Vrinceanu N. - ,,Biofunctionalization of textile materials by antimicrobial treatments’’ - Romanian Biotechnological Letters- Vol.15, Nr.1, 2010; 5 7. Trif Monica, ,,Sisteme de incapsulare a unor compusi bioactivi extrasi din uleiuri vegetale”-2009 8. Stanciulescu D - Vestimentatia Biofotonica –o sansa pentru sanatatea umana, Editura Performantica Iași, 2008 9. D.Farima, G.Broasca, “Textile supuse tratamentelor antimicrobiene”, Buletinul AGIR, nr.4/2010

67

10. Shirtcliffe NJ, McHale G, Newton MI, et al. Intrinsically superhydrophobic organosilica sol-gel foams, Langmuir 2003; 19: 5626 11. Meuler AJ, Smith JD, Varanasi KK, et al. Relationships between Water Wettability and Ice Adhesion ACS Appl Mat Interf 2010; 2: 3100 12. Cristina Rimbu, Narcisa Vrinceanu, Gianina Broasca, Daniela Farima, and Mihai Ciocoiu, Zinc oxide application in the textile industry: surface tailoring and water barrier attributes as parameters with direct implication in comfort performance, Textile Research Journal 83(20) 2142–2151 13. Popescu AC, Duta L, Dorcioman G, et al. Radical modification of the wetting behavior of textiles coated with ZnO thin films and nanoparticles when changing the ambient pressure in the pulsed laser deposition process, Appl Phys 2011; 110: 064321. CAPITOLUL 5 1. Umbach K.H , Methodes of Measurement for Testing Physiological Requirements of Civilian, Work and Protective, Clothing and Uniforms, Melliand Textilberichte, 1987, 68, 857- 865 2. Farima Daniela, Curteza Antonela, “Software for the assessment of heat transfer capacity through clothes structures”, Proceedings of the 10th International Scientific Conference "eLearning and Software for Education" Pages: 330-334, Bucharest, April 24 - 25, 2014, Volume 4 | DOI: 10.12753/2066-026X-14-281. Of 3. Farima Daniela, Buliga Valentin, “Software application calculating the thermal properties of clothing”, Proceedings of the 11th International Scientific Conference "eLearning and Software for Education" Bucharest, April 23 - 24, 2015, Volume 3 | DOI: 10.12753/2066-026X-15-267 | Pages: 562-567 4. Y.Li and B.V. Holcombe Mathematical Simulation of Heat and Mass Transfer in Human – Clothing Environment System, Text. Res. J., 1998, 67, 5. 389-397 5. P.O.Fanger, Thermal Confort, Danish Technical Press, Copenhagen, Denmark, 1970 6. Farima Daniela, Buliga Valentin, “Software application for determining the functional thermal field of the textile”, Proceedings of the 12th International Scientific Conference "eLearning and Software for Education" Bucharest, April 21 - 22, 2016, Volume 3 | DOI: 10.12753/2066-026X-16-251 | Pages: 498-505 7. Daniela Farima, Buliga Valentin,Blaga Mirela, “Software application for the calculation of the moisture permeability index”, Proceedings of the 12th International Conference on Virtual Learning (ICVL) – New Technologies in Education and Research,ISSN:1844-8933, 8th to 28th October 2017, Sibiu, Romania 8. Umbach K.H, Protective Clothing Against Cold with a Wide Range of Thermophysiological Control, Melliand Textilberichte, 1981, 3 and 4, 360-364 9. Stocks, A.I, Le confort en plus, T.U.T., Nr. 13/1994 10. Curteza Antonela, Daniela Farima,”Software application for objective analysis of comfort characteristics”, Proceedings of the 10th International Scientific Conference "eLearning and Software for Education" Bucharest, April 24 - 25, 2014, Volume 4 | DOI: 10.12753/2066-026X-14-277 | Pages: 303-311 11. Abhijit Majumdar, Quality characterisationof cotton fibres for yarn engineering usingf artificia lintelligence and multicriteria decision making process, Ph D. Thesis, Jadavpur University Indai, 2005 12. D. Farima, G.Ikonomu, „The comfort on system body- clothing – environment”, Ed. Synchroni Ekdotiki, 2010 13. D. Farima, "Confortul și funcțiile produselor textile și din piele", Ed. Performantica, 2008

68

14. Das, B., Das, A., Kothari, V.K., Fangueiro, R., and de Araújo, M., 2007. Moisture transmission through textiles, Part II: Evaluation Methods and Mathematical Modelling AUTEX Research Journal, Vol. 7, No3, AUTEX 15. D.Farima, "Confortul si functiile produselor textile si din piele” Indrumar de laborator, Ed.Performantica, 2010 16. J. Geršak, J., Marčič, M., 2008. Assessment of thermophysiological wear comfort of clothing systems. Tekstil, 57, (10), Croatia. Pages 497-505 17. Parsons, K. C., 1993. Human thermal environments, Taylor & Francis Publishers, United Kingdom 18. Zhang, P., Watanabe, Y., Kim, S. H., Tokura, H. and Gong, R. H., 2001. Thermoregulatory responses to different moisture-transfer rates of clothing materials during exercise, J. Text. Inst., 92 (1). Pages 372-378 19. Rossi R, “Comfort and Thermoregulatory Requirements in Cold Weather Clothing”, In Textiles for Cold Weather Apparel, Wood Head, 2009, pp 4. 20. Daniela Farima, “Software application for simulation of the moisture transfer through apparel structures according to the status conditions of body and environmental conditions”, Proceedings of the 9th International Scientific Conference "eLearning and Software for Education" Bucharest, April 25 - 26, 2013, ISSN 2066 - 026X, print 2066 - 8821 online), vol.3 21. D. Farima, A. Curteza, A. Florea, “Vestimentary comfort –essential component of the product quality”, Industria Textila, Nr.4/2008, pag. 162-167, ISSN 1222-5347(145-192) 22. Daniela Farima, Mirela Blaga, “Software application for determination of air transfer through apparel structures”, Proceedings of the 10th International Scientific Conference "eLearning and Software for Education" Bucharest, April 24 - 25, 2014,, Volume 4 | DOI: 10.12753/2066-026X-14-280 | Pages: 325-329.

69

PARTEA II

PLAN DE DEZVOLTARE ȘTIINȚIFICĂ, PROFESIONALĂ ȘI

ACADEMICĂ

70

Planul de dezvoltare a carierei profesionale, științifice și academice cuprinde principalele activități pe care autoarea intenționează să le întreprindă pe termen scurt și mediu. De la începutul carierei academice, în 1991, autoarea a acoperit toate etapele academice până la gradul de conferențiar, posturi ocupate prin concurs, conținând, în primul rând pe linia de predare, tematici din domeniul confortului îmbrăcămintei. Acesta este principalul domeniu în care au fost dobândite și dezvoltate o serie de competențe și cunoștințe științifice și tehnice. Pe termen scurt și mediu, cercetarea științifică va fi orientată în conformitate cu Strategia națională pentru cercetare, dezvoltare și inovare precum și cu programul cadru UE pentru cercetare și inovare “Orizont 2020”. Autoarea se angajează din punct de vedere științific, la o permanentă reevaluare și optimizare a activităților desfășurate, pentru a le aduce la nivelul evoluției economiei și societății. Internaționalizarea va ocupa o poziție prioritară în planul de dezvoltare științifică, profesională și academică. Obiective generale ale activității de cercetare științifică 1. Stabilirea unor noi domenii și direcții prioritare de cercetare; 2. Creșterea vizibilității științifice naționale și internaționale prin creșterea numărului publicațiilor în reviste cotate ISI și în BDI (EBSCO, CEEOL, INDEX COPERNICUS, CHE MICAL ABSTRACTS, ec.,) și a participării la conferințe; prin creșterea numărului de publicații în edituri de prestigiu (Elsevier, Taylor&Francis, Sage, etc.); prin publicații în limbi de circulație internațională; prin organizarea și participarea la conferințe, mese totunde, ateliere de lucru. 3. Susținerea și dezvoltarea acelor activități de cercetare științifică în scopul creării de produse noi și competitive; 4. Dezvoltarea parteneriatelor de cooperare internațională și națională de tip public – privat, accentuarea activităților de diseminare și transfer tehnologic pentru îmbunătățirea performanțelor și vizibilității autoarei pe plan național și internațional; 5. Asigurarea resurselor financiare din contracte câstigate prin competiție națională și/sau internațională, pentru dezvoltarea infrastructurii de cercetare; 6. Intensificarea internaționalizării activităților de cercetare prin dezvoltarea de proiecte de cercetare inter/trans-disciplinare în domenii științifice prioritare și identificarea surselor de finanțare; 7. Participarea la programe de specializare, în vederea valorificării rezultatelor cercetării în direcțiile de cercetare asumată. 8. Participarea și implicarea în rețele naționale și internaționale de cercetare pe direcții prioritare de cercetare. 9. Apartenența în comitete editoriale ale unor reviste cotate ISI (revista Industria Textilă) și în BDI, prelegeri invitate la manifestări științifice internaționale; 10. Continuarea cooperării internaționale prin mobilitățile din programul Erasmus. 11. Dezvoltarea de parteneriate instituționale internaționale, ca platforme dinamice de cercetare, predare și de generare de beneficii reciproce. 12. Stimularea activității de cercetare pe bază de contracte câtigate prin competiție; 13. Creșterea vizibilității internaționale și afilierea la diferite organizații. Obiective specifice cercetării în domeniul confortului îmbrăcămintei 1. Abordarea interdisciplinară a unor aspecte privind confortul la purtarea îmbrăcămintei în concordanță cu tendințele naționale și internaționale ale cercetării și ale cercetării în domeniul textil în special. 2. Continuarea cercetărilor în evaluarea obiectivă a confortului termofiziologic, cu extinderea gamei de materiale textile analizate și a domeniilor lor de utilizare: a.Materiale textile inteligente

71

Conceptul de textile inteligente definește comportamentul dinamic al materialelor textile care își schimbă în mod continuu proprietățile sub acțiunea factorilor externi. Textile inteligente constituie un domeniu interdisciplinar în curs de dezvoltare, care conectează experții din domeniul textilelor cu cei din domeniul tehnologiei informației, al electronicii, al științei materialelor, etc. Se urmărește proiectarea și realizarea de materiale textile inteligente pasive (capabile doar să "simtă" condițiile ambientale și stimuli), active (cuprind atât actuatori cât și senzori-materiale cu memoria formei, materiale cameleonice, materiale rezistente la apă și permeabile la vapori (hidrofilice/non poroase, materiale termoreglante) precum și textilele ultra-inteligente cu triplă capacitate: cognitivă, de reacție, de adaptare la condițiile ambientale sau la un stimul. Fiind un domeniu în curs de dezvoltare, cercetările privind materialele inteligente și potențialul lor din punct de vedere a confortului, sunt elemente de noutate pe plan international și national. b. Materiale textile cu nanofire termoelectrice (siliciu) capabile să convertească diferența de temperatură dintre corp și mediu în electricitate, în baza aşa-numitului „efect termoelectic”, descoperit în 1821 de Seebeck. În mod ideal, o diferenţă de minimum 20 oC între cea a corpului uman şi a mediului înconjurător ar genera o tensiune suficientă pentru a alimenta toate echipamentele portabile folosite de om. În cazul vieţii de zi cu zi a oamenilor, diferenţa de temperatură nu este decât de câteva grade, care ar permite amplasarea pe corp a unor dispozitive termoelectrice care să genereze aproximativ 200 milivolţi. În rezolvarea acestui aspect ar exista următoarele soluții: -crearea unor microcircuite care să poată produce electricitate dintr-o diferenţă mică de temperatură; -utilizarea unor nano fire (cum ar fi nanofirele de siliciu) pe considerentul diminuării din cauza dimensiunii reduse, a capacității de conducere a căldurii prin fononi (oscilații ale rețelei cristaline).Acesta este fenomenul fizic care face posibil ca, folosind același material, care în mod normal conduce extrem de bine căldura, să devină bun izolator termic și prin acesta un bun material termoelectric. c.Materiale textile ecologice pe bază de fire de in, lână, cânepă, mătase naturală, bambus, soia, bumbac ecologic, etc., în diverse structuri textile (tricot, țesătură, nețesut, compozite) cu diverse particularități de realizare. d.Textile multifuncționale (rezistente la radiații UV, la intemperii, la flacără, la insecte, bacterii și mirosuri, la radiații, etc.) cu destinație specială sau care să răspundă efectelor schimbărilor climatice (creșterea efectului de seră, creșterea temperaturii, radiațiile solare, etc.). e.Biomateriale Acoperind o gamă largă de produse, de la simple bandaje, la cele mai sofisticate produse care contribuie in mod esential la sustinerea si salvarea vietii, sectorul dispozitivelor medicale joacă un rol crucial în diagnosticarea, prevenirea, monitorizarea, tratatarea bolilor si îmbunătătirea calitătii vietii persoanelor care sufera de diferite afectiuni. Astfel, la nivel European sectorul de biomateriale este in continua dezvoltare, fiind in prezent un segment important al economiei europene reprezentand 33% din totalul activitatilor economice derulate in spatiul Uniunii Europene . În acest domeniu, produsele medicale bazate pe fibre, fire și diverse structuri textile joacă un rol esențial în îmbunătățirea stării de sănătate a populației, neexistând nici un indiciu care să indice scăderea rolului acestor materiale în viitor.Biomateriale impun o abordare multidisciplinară, în cadrul căreia specialiștii (chimiști, matematicieni, fizicieni, biologi, medici) interactionează în mod activ cu inginerii astfel încât să se asigure un ciclu de inovare complet și complex, de la cercetare la piață, care include totodată transferul de tehnologie și comercializare. f.Materiale textile pentru îmbrăcăminte sport și timp liber, cu grad înalt de reglare a transferului de căldură și masă în funcție de durata și intensitatea efortului despus.

72

3. Evaluarea subiectivă și obiectivă a caracteristicilor de confort senzorial al materialelor textile. Deoarece în studiul confortului senzorial obiectivitatea este foarte importantă, pentru analiza datelor voi folosi instrumente statistice (analiza grupului de senzaţii, analiza senzaţiei principale, analiza factorilor, analiza corespondenţei, analiza diferenţelor) care îmi vor permite să extrag din volumul mare de date, informaţiile centrale sau comune, pe care să le prezint în forme simplificate şi uşor de înţeles. În obținerea datelor experimentale se vor folosi atât scale de evaluare comparative cît și scale de evaluare noncomparative, aplicate pentru analiza și evaluarea celor trei componente ale confortului senzorial: confortul termic şi de umiditate, confortul tactil, confortul la presiune. 4. Abordarea confortului termic adaptiv Confortul termic adaptiv este o noutate atât pe plan național cât și pe plan internațional și este considerat de cercetătorii în domeniu ca fiind “ultima frontieră” în abordarea confortului termic. Teorie bazată pe interacțiunea omului cu mediu și posibilitatea acestuia de a controla mediul, confortul adaptiv se bazează pe utilizarea activă a îmbrăcămintei de către ocupanții unui mediu interior. Aceasta, va permite adaptarea omului la o gamă mai largă de condiții termice decât este în general considerată a fi confortabilă. Noutatea unei astfel de abordări a confortului, constă printre altele și în faptul că până acum, noțiunea de îmbrăcăminte adaptivă cuprindea doar sfera îmbrăcămintei persoanelor cu nevoi speciale. Pentru aceasta este necesară dezvoltarea de noi materiale și produse de îmbrăcăminte care să răspundă cerințelor impuse de mediu de utilizare. Se vor crea materiale textile din eco-nano fire, în structuri adecvate și se vor optimiza din punct de vedere al comportării în anumite condiții de mediu și de stare ale organismului. 5.Predicţia confortului termofiziologic și senzorial la purtarea îmbrăcămintei În acest sens se propune ca pe baza unor modele matematice şi ecuaţii statistico-empirice și prin utilizarea inteligenței artificiale (rețele neuronale, system fuzzy, etc.), să se anticipeze starea de confort termofiziologic oferită de un produs de îmbrăcăminte în anumite condiţii de mediu şi de stare ale organismului. Dificultatea de anticipare a performanţei generale de confort senzorial impune necesitatea studierii relaţiei dintre proprietăţile obiective ale materialelor textile şi preferinţele şi percepţiile senzoriale obiective, prin folosirea metodelor statistice, cum ar fi analiza de redundanţă canonică. Analizele de redundanţă arată că, variabilele cunoscute ale caracteristicilor fizice ale materialelor textile, pot anticipa factorii senzoriali psihologici, însă factorii senzoriali nu anticipează corect caracteristicile fizice ale materialelor. Dezvoltarea profesională Ritmul rapid de dezvoltare a societății, impune pregătirea de specialiști competenți în toate domeniile de activitate. În acest context sunt formulate principalele obiective vizate în planul de dezvoltare profesională. 1. Creșterea calității activității de predare-învățare prin: -Promovarea în procesul didactic a metodelor și tehnicilor de predare imovative, adaptate conținutului disciplinelor de predare, precum și creșterea gradului de utilizare a platformelor e-Learning; -Dezvoltarea deprinderilor practice ale studenților în cadrul activităților de laborator și atragerea acestora în activități de cercetare științifică; -Creșterea gradului de asigurare a suporturilor didactice proprii. 2. Adaptarea permanentă a conținutului disciplinelor de predare la evoluțiile înregistrate pe piața forței de muncă prin: -formarea unor competențe aplicativ – practice și îmbunătățirea gradului de adaptare la exigențele pieții muncii; -stimularea dezvoltării competențelor transversale ale studenților.

73

3.Îmbunătățirea activităților de transmitere și asimilare a înformațiilor în cadrul procesului de învățământ centrat pe student prin activități didactice de tip interactiv și susținerea logistică a acestora. 4. Editarea cursurilor într-o limbă de circulație internațională și dispunerea acestora pe platforme e-Learning Dezvoltarea în plan academic va urmări: -creșterea și diversificarea parteneriatelor internaționale bazate pe acorduri inter-universitare; -organizarea de doctorate în co-tutelă, derulate prin cooperare internațională; -organizarea de schimburi de experiență la nivel international prin programe de tip “visiting professor”; - creșterea numărului de acorduri de schimburi academice bilaterale, în cadrul programului Erasmus plus, cu accent pe cele benefice activităţii din cadrul şcolii doctorale.