Vědecké týmy na Fakultě textilní Technické univerzity v Liberci (FT TUL) se dlouhodobě zabývají vývojem textilií zvyšujících bezpečnost nositelů. Jedná se o pracovní oděvy určené pro práci v exponovaném prostředí, například pro hasiče, pro riziková pracoviště s nebezpečnými látkami, armádu a podobně. Jedním ze směrů výzkumu jsou také textilie pro oděvy zvyšující bezpečnost silničního provozu. Vedoucí oddělení BESIP Ministerstva dopravy ČR Tomáš Neřold potvrzuje, že zejména na podzim a v zimě je tato otázka vysoce aktuální.
Podle údajů Ministerstva dopravy ČR zemřelo v roce 2021 na českých silnicích 90 chodců a 43 cyklistů a další desítky z nich utrpěly těžké zranění. Především v podzimním a zimním období se na těchto tragických nehodách výrazně podílí i zhoršená viditelnost. Zhruba 20 % smrtelných nehod chodců se loni stalo právě za snížené viditelnosti. Na silnicích, ve městech a v jejich okolí se přitom pohybuje čím dál více zranitelných lidí, vedle chodců jsou to běžci, cyklisté a v poslední době mnohem častěji také uživatelé koloběžek a elektrokoloběžek. Tito lidé mívají na sobě velmi často tmavé oděvy bez reflexních prvků, a pro řidiče jsou tak špatně rozeznatelní. „Vítáme proto inovace, které v oděvním průmyslu nabízejí nové prvky zvyšující viditelnost zranitelných účastníků a mohou přispět k vyšší bezpečnosti na silnicích,“ říká Tomáš Neřold.
Funkcionalizace textilu přispívá k viditelnosti
Zvyšováním viditelnosti oděvů se Fakulta textilní TUL zabývá více než 20 let a postupně zde odborníci vyvinuli nové a účinnější technologie. Výzkum vychází z podstaty, že textilie je komplikovaná struktura se složitou hierarchií. „Prvním stupněm je vlákno s vlastní vnitřní strukturou, která může být různě obohacována zevnitř chemickými nebo na povrchu fyzikálním postupy. A to je první moment, kdy můžeme v chemické laboratoři vnést do textilie nový funkční prvek. Potom se z vláken vyrobí příze a následně se z nich utká (tkanina) nebo uplete (pletenina) plošná textilie. Tu můžeme dále obohatit o požadovanou funkci určitou finální úpravou, například barvením celé textilie, ale také na ni lze nalepit, zažehlit nebo natisknout různé motivy zvyšující viditelnost. Tu lze testovat v jednotlivých etapách výroby textilie i celého oděvu. Vlastnosti textilie lze měnit už ve vláknech nebo v její konstrukci, ale také až ve finální úpravě, kde velkou roli hraje požadavek na omakové vlastnosti, dostatečnou izolovanost a paropropustnost, zkrátka na celkový komfort,“ uvedla proděkanka FT TUL Jana Drašarová s tím, že touto problematikou se zabývají vědecké týmy z kateder napříč celou fakultou.
Rozhodujícím kritériem je viditelnost
Viditelnost je naše schopnost rozlišit překážku na určitou vzdálenost. Jako jedním ze zásadních prvků bezpečnosti silničního provozu se viditelností dlouhodobě zabývá vědecký tým katedry materiálového inženýrství FT TUL. Pracuje přitom s pojmy, jako je osvětlenost, tedy množství světla, které dopadá na vozovku, a jas, tedy množství světla, které dorazí k pozorovateli. Pozorovatelem může být každý účastník silničního provozu: řidič vozidla i chodec. Podle profesora Michala Vika je důležitý reakční čas, tedy doba, za jakou jsme schopni zareagovat, a proto je potřeba znát i práh viditelnosti — hraniční vzdálenost, na kterou jsme schopni rozlišit určitou informaci, například dopravní značku, či překážku na vozovce. „Posuzujeme-li určitou scénu na vozovce z pohledu jakéhokoliv účastníka silničního provozu, musíme si uvědomit, že náš vizuální systém má tendenci selektovat a komprimovat informace, takže je nutné nějakým způsobem vyvolat podvědomou důležitost podnětu, abychom zvýšili viditelnost překážky, třeba osoby,“ říká profesor Michal Vik. Připomíná zároveň, že statické pokusy dávají sice určité výsledky, ale v praxi je nutné vyhodnocovat dynamické scény. „V situaci, kdy se chodec pohybuje, potřebuje řidič v jedoucím vozidle na reakci delší dobu, než ukazují klasická statická měření. Proto jsou tolik důležité reflexní prvky na oděvech, které viditelnost výrazně zvyšují a tím dávají větší čas na potřebnou reakci,“ dodává a zdůrazňuje, že například práh viditelnosti je dán kontrastem, se kterým by bylo potřeba lépe pracovat i při navrhování oděvů s vysokou viditelností. Dobrým příkladem kontrastu je bílý pruh na červeném hasičském autě, který je dobře rozeznatelný i za horšího počasí. Vyšší kontrast k rozpoznání překážky potřebují typicky starší lidé, neboť s věkem dochází k poklesu světelné propustnosti oční čočky. „Z tohoto důvodu jsme připravili simulátor komplexních scén, který umožňuje testovat schopnost rozlišovat osoby a překážky za různých povětrnostních podmínek či různých typů veřejného osvětlení. Z úvodních testů vyplývá, že pro zvýšení rozlišitelnosti překážek je nutné použití plnospektrálních LED o náhradních teplotách chromatičnosti okolo 3 000 K,“ doplňuje členka vědeckého týmu katedry docentka Martina Viková.
Jak dostat reflexní prvky na oděvy…
Ke zvýšení viditelnosti se používají retroreflexivní bezpečnostní prvky, které jsou často součástí oděvu i bot. Tyto prvky lze využít také jako samostatné pásky nebo nažehlovací a nalepovací motivy aplikovatelné nejen na oblečení, ale třeba i na batohy, kabelky, obuv nebo kola a kočárky. Tyto pasivní retroreflexní textilie ale zviditelní osoby či předměty jen při přímém osvitu na omezenou vzdálenost, a pokud nedojde k přímému osvitu, jsou tyto materiály nefunkční. Např. osoba jdoucí po okraji vozovky v zatáčce (mimo kužely světel reflektorů) není vidět. Z liberecké fakulty textilní proto vzešla řada zajímavých a funkčních návrhů, jak zvýšit viditelnost a rozlišitelnost i za horších podmínek a bez přímého osvitu. Například tým profesora Jiřího Militkého z katedry materiálového inženýrství už v roce 2014 představil způsob, jak do textilií zabudovat liniový zdroj světla z optických vláken. Postup je chráněn užitným vzorem. Díky takto použitým optickým vláknům na oblečení, batozích nebo dětském kočárku a jízdním kole uvidí řidič chodce či cyklistu až na dvoukilometrovou vzdálenost, což je 10× více než při použití pasivních reflexních prvků, a to bez přímého osvětlení reflektory automobilu. Zástupci oddělení Ministerstva dopravy ČR koordinující činnosti v oblasti bezpečnosti na pozemních komunikacích (známého pod akronymem BESIP — bezpečnost silničního provozu) výsledky testování takto vybavených výrobků v běžném provozu vyhodnotili jako více než uspokojivé. Následně se tak výrobky s touto aplikací objevily i na trhu. Uznání ze strany BESIP se dočkala také katedra oděvnictví s návrhem reflexní cyklistické bundy, ve které jsou zabudovány světelné diody (LED) a elektronický modul. Ten ovládá zapnutí a vypnutí a obsahuje také bateriový článek a diodu informující o stavu jeho nabití. „Signalizaci díky snímačům ovládá cyklista přímo. Když ukáže pohybem ruky změnu směru jízdy, aktivuje tím signalizaci, která se po ukončení manévru sama vypne. Světelný signál je za běžných podmínek vidět na vzdálenost 250 m,“ říká vedoucí katedry oděvnictví profesor Zdeněk Kůs. Kombinace senzorů pak podle něj vylučuje náhodné sepnutí při pohybech paží nesouvisejících s udáváním směru jízdy. Akumulátor vydrží kolem deseti hodin jízdy, dobíjí se na běžných nabíječkách. „Vedli jsme i nadějná jednání s konkrétním výrobcem a průzkum trhu avizoval zájem veřejnosti. Bohužel covidová pandemie úspěšný rozběh zastavila, takže začínáme s výrobci jednat znovu,“ informoval profesor Kůs.
… nebo i do látky samotné
Způsob, jak vetkat nebo zaplést reflexní a luminiscentní vlákna či nitě přímo do základní vrstvy 2D a 3D textilní struktury vyvinul tým docentky Brigity Kolčavové Sirkové na katedře technologií a struktur. Nové tkané a pletené struktury textilií představila katedra ve dvou aplikacích na světovém veletrhu pro textilní a oděvní průmysl ITMA v Miláně v roce 2015. V prvním případě se jednalo o textilní struktury s luminiscentní nití uplatnitelné v interiérovém designu. Představena byla v podobách tkané žakárské struktury stínidla na svítidla a pletené struktury s luminiscencí aplikované na dekoračních polštářích. Druhou aplikací prezentovanou na ITMA 2015 bylo využití retroreflexních a luminiscentních nití v bezpečnostních oděvech (prezentace bundy, vesty, čepice, šály apod.), přičemž některé struktury obsahovaly pasivní reflexní, některé luminiscenční prvky a některé kombinace obou. „Aplikace jsme zkoumali i z hlediska struktury, protože velký vliv na odrazový nebo svíticí efekt měl i typ použitého materiálu. Záleželo na tom, zda jsme použili monofilamenty [polyesterové elementární vlákno s hladkým neporézním povrchem — pozn. red.], nebo svazky elementárních vláken [multifilamenty nebo přízi, což je svazek krátkých vláken zpevněných zákrutem — pozn. red.]. Výsledný efekt ovlivňovalo také procento luminiscenčního pigmentu v použitém materiálu,“ uvedla vedoucí katedry docentka Kolčavová Sirková. K takovým výsledkům došli specialisté z katedry podle ní i proto, že sledují vývoj nových technických materiálů s přidanou hodnotou na trhu, včetně těch s obsahem luminiscenčního pigmentu, a také díky tomu, že disponují moderní technologií pro následné testování zpracovatelnosti do 2D a 3D tkaných a pletených struktur. V poloprovozních laboratořích fakulty jsou k dispozici stroje pro testování výroby pletených a tkaných struktur, konkrétně jehlové tkací stroje s elektronickými žakárskými prošlupními mechanismy i elektronicky ovládané dvoulůžkové pletací stroje. „Luminiscenční nebo retroreflexní nitě s mikroperlami na povrchu tak umíme vetkat i vplétat přesně tam, kam potřebujeme. Můžeme z nich vytvořit libovolný motiv, omezeni jsme jen vlastní fantazií. Takto vytvořené reflexní prvky mají stejnou životnost jako celý oděv. Neseperou se, neloupají se a neodpadnou,“ říká docentka Kolčavová Sirková. To podle ní dává nový impuls designu oděvu s bezpečnostními prvky. Například sportovní oděvy pro děti mohou mít moderní veselejší vzory, které zároveň zvyšují jejich bezpečnost na silnicích. Využít tento potenciál mohou designéři i při návrhu tašek, kabelek nebo jiných doplňků, kde by klasické našité či lepené reflexní prvky působily rušivě či nevzhledně.
Luminiscenční prvky — perspektivní předmět výzkumu v oděvnictví
Účinným způsobem zvyšování bezpečnosti je využití luminiscenčních pigmentů. To jsou barviva v práškové formě, která jsou schopna absorbovat denní nebo umělé světlo, a to pak následně ve tmě po určitou dobu vyzařovat v různých barevných spektrech. V textilním průmyslu jsou pigmenty zapracovány do komerčně vyráběných polyuretanových nebo polyesterových fotoluminiscenčních vláken i přízí, kdy je nejčastějším fotoluminiscenčním elementem hlinitan stroncia. Aplikace fotoluminiscenčních textilií, textilií „svítících ve tmě“, řadí vedoucí katedry oděvnictví profesor Zdeněk Kůs mezi nejperspektivnější předměty výzkumu a vývoje v textilním průmyslu. „Běžně užívané retroreflexní prvky na oblečení nejsou užitečné pro chodce, kteří se nacházejí mimo obrazec paprsků světlometů blížícího se vozidla. Pro tyto situace a pro zlepšení viditelnosti ve tmě a zvýšení bezpečnosti nositele v tmavých obdobích jsou významným přínosem textilie s fotoluminiscenčními vlastnostmi, které po nasvícení denním či umělým světlem ještě po určitou dobu samy svítí,“ konstatuje profesor Kůs.
Využití luminiscence a nositelné elektroniky řeší společně fakulta i firma
Na využití luminiscenčních prvků v oděvech pro bezpečnost nejen v silničním provozu, ale i jiných situacích je zaměřen společný projekt Výzkumného ústavu bavlnářského v Ústí nad Orlicí (VÚB) a katedry oděvnictví FT TUL. Projekt se zaměřuje na „chytré“ oděvy s vysokým stupněm viditelnosti pro osoby pohybující se na silnicích, včetně profesionálních řidičů. „V rámci projektu řešili výzkumníci zhruba desítku různých úkolů: viditelnost, retroreflexi, fotoluminiscenci, ale i využití nositelné elektroniky,“ říká docent Antonín Havelka z katedry oděvnictví FT TUL, která měla jako spoluřešitel projektu za úkol mimo jiné měřit komfortní vlastnosti textilií a zabudování elektronických bezpečnostních prvků do oděvů. Vývojem struktury pletenin s luminiscenčními efekty se zabýval VÚB jako hlavní řešitel projektu. Využil přitom komerční a na trhu dostupná luminiscenční vlákna i příze. Podle manažera VÚB a hlavního řešitele projektu Ing. Miroslava Tichého byl základem řešení průzkum tuzemského i zahraničního trhu, protože bylo nutné se zorientovat, jaké smart oděvy se s využitím retroreflexních a luminiscenčních prvků pro zvýšení bezpečnosti účastníků silničního provozu používají. Na základě vyhodnocení stávající situace na trhu pak VÚB zahájil vlastní výzkum délkových a plošných textilií pro využití v chytrých oděvech. Výzkum se zaměřil jednak na povrchovou úpravu plošných textilií luminiscenčními pigmenty a jednak na přímou aplikaci délkových luminiscenčních textilií do plošných textilních výrobků. „V obou směrech výzkumu jsme využívali nažehlovací fólie s retroreflexními vlastnostmi, tedy odrážející dopadající světlo, nebo materiály s luminiscenčními vlastnostmi, které vyzařují naakumulovanou energii v podobě světla po několik hodin. Pro vlastní vzorování jsme použili délkové textilie s vysokým fyziologickým komfortem a délkové textilie s luminiscenčními vlastnostmi z vlastního výzkumu i vzorky získané komerčním nákupem. Pro vzorování plošných textilií jsme používali délkové textilie ve formě přízí, tj. krátká střižová vlákna, z kterých se technologickým procesem předení vyrobí příze, a multifilamentní, tj. nekonečná vlákna složená z elementárních nekonečných vláken. Ověřovali jsme různé konstrukce plošných textilií, především pletených. Z nich jsme vyvzorovali několik desítek různých druhů především pletených plošných textilií,“ přibližuje náročný výzkum Ing. Tichý a dodává, že vyhodnocení vhodných plošných textilií do finálních výrobků zajišťovali odborníci z katedry oděvnictví Fakulty textilní TUL. Ti na těchto plošných textiliích hodnotili fyziologické vlastnosti, odolnost vůči opotřebení, kolik pracích cyklů a za jakých podmínek vydrží bez poškození, ale také vlastnosti luminiscenční (tedy jak dlouho vydrží vyzařovat naakumulovanou světelnou energii, na jakou vzdálenost jsou viditelné) a posuzovali též vhodnost použití dalších retroreflexních prvků pro konečné konfekční zpracování do hotových oděvních výrobků zvyšujících bezpečnost všech osob pohybujících se na vozovkách či v jejich blízkosti. „Světlo, které textilie vyzařuje, je v úplné tmě vidět na zhruba 150 m. Intenzita vyzařování samozřejmě časem postupně slábne, ale i tak může znamenat záchranu zraněného člověka, který leží mimo světelné zdroje,“ konstatuje Miroslav Tichý. Na základě vyhodnocení všech skutečností pak týmy VÚB a katedry oděvnictví FT TUL vybraly několik vyvzorovaných plošných textilií, které transformovali do oděvních výrobků. Jak vysvětluje členka týmu Ing. Karina Zelová, Ph.D., úkolem katedry bylo měření intenzity luminiscenčního vyzařování textilie a jejího fyziologického komfortu v souladu s požadovanou normou, s vědomím, že právě komfort textilie se po začlenění fotoluminiscenčních vláken do struktury výrazně mění. Vliv na to má mimo jiné tuhost použitých vláken. „Některá vlákna se pro jejich vlastnosti nepovedlo do textilie vůbec zaplést. Museli jsme vytipovat správnou jemnost a ohebnost a také dostatečnou intenzitu luminiscence. Měřili jsme různé kombinace polyesterových a polyamidových vláken a na základě měření jsme pak navrhli vhodnou kombinaci materiálů s obsahem chitosanu, který má výborné vlastnosti, např. co se týká odvodu vlhkosti. Je příjemný na omak, nedráždí citlivou pokožku a navíc má antibakteriální účinky. Výsledná textilie je pak nejen funkční z hlediska luminiscence, ale také příjemná na nošení a vykazuje požadovanou prodyšnost vodních par a dobrou odolnost vůči praní,“ vysvětluje doktorka Zelová. Zdůrazňuje také, že luminiscenční pigmenty nejsou radioaktivní a nepředstavují žádné zdravotní riziko, což zaručuje jejich použití v průmyslové výrobě oděvů.
Bezpečnost zvýší i zabudovaná nositelná elektronika
Bezpečnost osob pohybujících se na silnicích zvýší kromě luminiscence také elektronika zabudovaná přímo do smart oděvů vyvinutých ve spolupráci VUB a katedry oděvnictví FT TUL. Podle docenta Antonína Havelky nejde jen o zabudované aktivní LED, které se samy rozsvítí, když řidič vystoupí z auta do tmy, ale řešily se i mnohem sofistikovanější úkoly, jako je například monitorování dechu nositele. „Čidlo je zabudované do přední části oděvu v oblasti hrudníku a monitoruje frekvenci dechu řidiče tak, že se ohýbá a registruje pohyb hrudníku při dýchání. Pokud se impulzy dýchání zpomalují a slábnou, dá se předpokládat, že řidič usíná nebo mu je nevolno. Čidlo v takovém případě elektronicky zpracuje situaci a upozorní zvukovým signálem nositele, případně u profesionálních řidičů může vyslat varovný signál i do řídicího centra,“ vysvětluje docent Havelka a dodává, že bonusem těchto oděvů je i možnost „zatopit“ si na zádech, když se na boku oděvu zmáčkne tlačítko. Ani elektronikou prošpikovaný oděv však podle něj není pocitově nepříjemný. „Zhruba dvacet měděných drátků o síle asi 20 mikronů je vloženo do měkké stuhy, která pocitově odpovídá běžnému švu, takže nositele nijak neobtěžuje,“ říká docent Havelka s tím, že ani praní takto zabudovanou elektroniku neohrozí.
Na trh pod obchodní značkou Clevertex
Orlickoústecká společnost VÚB nyní připravuje uvedení společně vyvinutých smart textilních výrobků na trh pod obchodní značkou Clevertex, pod kterou se už na trhu realizují i další speciální textilní výrobky, například antistatické ochranné oděvy, nehořlavé spodní prádlo, outdoorové termoprádlo a výrobky podporující zdraví. „Uvedení na trh plánujeme po závěrečné oponentuře, už v roce 2023. Na nové kolekci spolupracujeme s módním návrhářem, takže rozšíření těchto oděvů a doplňků by nemělo nic bránit. Ani cena by neměla být překážkou, protože luminiscenční vlastnosti textilie zvednou cenu jen o jednotky procent,“ slibuje Miroslav Tichý.
Vývoj nekončí, na vědecké týmy čekají další výzvy
Vývoj oblasti smart textilií ale podle děkana fakulty textilní docenta Vladimíra Bajzíka nekončí a před vědeckými týmy se rýsují další výzkumná témata. „Naše fakulta má k dispozici 5 400 m2, které tvoří laboratoře, dílny a poloprovozy. Máme unikátní vybavení na laboratorní zkušebnictví, hodnocení, měření i výrobu v poloprovozech a také dobré kontakty na výrobce textilií. Máme dobré podmínky pro vývoj netradičních materiálů, struktur i aplikací, a je tedy šance přinášet v té oblasti další nové užitečné podněty,“ konstatuje s tím, že v současnosti pracují liberečtí vědci na řadě zajímavých výzkumných úkolů jako například 3D tkané výztuže pro neprůstřelné vesty. „Co se týče viditelnosti, pracujeme nejen na jejím zvýšení, ale zabýváme se také chytrými oděvy, ve kterých jejich nositelé být vidět naopak nesmějí. Smart textilie, které změnou barvy reagují na prostředí, se dají využít při kamuflážích pro speciální účely,“ naznačuje docent Bajzík. /Jaroslava Kočárková/
