Insight das aplicações: Os Fundamentos do Teste da Cabeça Hidrostática

Nas nossas últimas aplicações, estamos a concentrar-nos nos Fundamentos dos testes hidrostáticos de cabeça. O que está coberto:

• O que é a cabeça hidrostática e porque é importante?
• Uma visão geral do teste e algumas normas
• Equipamento e montagem do teste
• Como realizar um teste hidrostático da cabeça
• Considerações
• Levantamentos de chaves

"Cabeça hidrostática é a medida usada para calcular a pressão de água que um material à prova de água pode tomar antes de ocorrer a penetração de água"

O teste da cabeça hidrostática é realizado para determinar a resistência que um tecido ou tecido tem à água sendo forçado sob pressão através dele.

"Faz isto forçando a água sob pressão através de uma amostra de tecido, e registando os resultados. O teste é conhecido como Cabeça Hidrostática"

Durante o teste, a amostra é sujeita a uma pressão de água crescente da parte inferior (medida em kilopascales ou kPa), sob condições padrão, até que uma pressão pré-determinada, que é declarada na especificação dos tecidos, seja obtida, ou até que a penetração seja feita.

A pressão da água é monitorizada por um manómetro cheio de água que mede a pressão sobre a amostra em cm ou milibares de água.

"Com o aumento da pressão, o espécime vai distender-se, e nós esperamos então que potenciais gotas se formem na parte superior"

À medida que a pressão aumenta, a amostra irá distender-se. O que procuramos quando testamos os têxteis pelo seu valor da cabeça hidrostática, são quaisquer gotas de água que se possam formar na superfície da amostra testada, ou igualmente, se tiver ocorrido uma penetração total, ou nenhuma penetração de água.

"A cabeça hidrostática é diferente da resistente à água ou à prova de água"

É importante saber que os testes para o valor da cabeça hidrostática são muito diferentes de outros tipos de testes, tais como a repelência à água.

A cabeça hidrostática está a testar especificamente o tempo até à penetração na água, quando exposta a uma pressão de água crescente. Isto traz mais atenção à construção da membrana do tecido e à sua resistência à pressão da água, e menos às camadas exteriores ou acabamentos que um tecido possa ter, o que ajuda à sua repelência à água.

Assim, embora os dois estejam ligados, eles não são a mesma coisa.

As pressure increases, the specimen will distend. What we look for when testing textiles for their hydrostatic head value, is any droplets of water that may form on the surface of the tested specimen, or equally if no penetration of water has occurred.

Hydrostatic head is different to 'water resistant' and 'waterproof'.

It is important to know that testing for the hydrostatic head value is very different to other types of testing such as water repellency. 

Hydrostatic head is testing specifically the time until penetration of water, when exposed to increasing water pressure. This brings more focus on the construction to the membrane of the fabric and its resistance to water pressure, and less to the outer layers or finishes a textile might have to aid its repellency to water. 

So though the two are linked, they are not the same. 

"A cabeça hidrostática é importante porque determina a resistência dos tecidos à penetração da água. “

Medir a resistência da água através de um tecido ou tecido pode ser criticamente importante por muitas razões.

Um exemplo de onde a pressão hidrostática é importante é testar a folha de terreno de uma tenda. A placa de solo precisa de um alto nível de resistência à penetração de água, uma vez que é provável que seja exposta a um solo saturado. Quando a pressão é aplicada à placa de solo por pessoas em pé, sentadas ou a dormir sobre ela, a água pode ser forçada a passar. Um fraco valor hidrostático da cabeça significaria que qualquer coisa em contacto com o interior da tenda ficaria molhada.

Esta é a descrição mais visual que lhe posso dar de algo que você testaria para cabeça hidrostática, embora existam muitos grupos de têxteis onde este teste é importante.

"Tendências crescentes em têxteis de desempenho significam que os produtos precisam de desempenhar mais, e melhores funções. “

Os têxteis de desempenho são um exemplo de um grupo importante para testar a cabeça hidrostática.

Como um grupo, os têxteis de desempenho geralmente têm muitas características, e a maioria delas sobrepõe-se umas às outras, por exemplo a respirabilidade de uma capa de chuva, está directamente relacionada com a sua resistência à penetração na água, também conhecida como cabeça hidrostática. Isto não é estritamente o caso para todos os têxteis de desempenho, contudo, no clima actual com as exigências que precisam de ser satisfeitas, estes têxteis apenas têm uma quantidade crescente de funções que precisam de ter.

O desgaste ao ar livre e os seus acessórios ou equipamentos baseados em têxteis precisam de ser testados para muitas das suas diferentes funções, e a partir de cada teste, constrói-se uma imagem de como a peça de vestuário ou o produto funciona.
Muitas vezes, um técnico pode ser capaz de prever uma estimativa aproximada do desempenho noutra área a partir de dados recolhidos num determinado teste, embora esta não seja uma ciência exacta.

"Têxteis de desempenho, tais como vestuário de exterior, precisam de um alto valor hidrostático da cabeça"

Uma peça de vestuário de desempenho que reivindique propriedades impermeáveis teria de demonstrar um elevado nível de resistência à pressão hidrostática para demonstrar as suas capacidades de defesa contra o vento, chuva e outros factores físicos.
O teste hidrostático da cabeça é a chave para compreender o desempenho de uma peça de vestuário em condições meteorológicas adversas, o que está directamente relacionado com o conforto dos seus utilizadores e, mais importante ainda, a sua segurança.

Já mencionámos em webinars anteriores que a segurança é uma função vital em muitos têxteis de desempenho no mercado actual, e a segurança parece diferente dependendo do uso final do produto. No uso de desempenho particularmente, um bom valor hidrostático da cabeça evitaria que o utilizador se molhasse em climas potencialmente bastante rigorosos e frios e, portanto, manter-se-ia mais quente, mais seco e, de um modo geral, mais seguro na sua roupa.

"A cabeça hidrostática pode ser um indicador da permeabilidade à água e também ao ar nos têxteis, ou uma medida de respirabilidade para coberturas faciais". É um factor que contribui para o conforto de um tecido"

Para além do aspecto de segurança e bem-estar, os têxteis médicos podem estar estreitamente ligados a outras aplicações têxteis técnicas. Exemplos de tais têxteis de protecção seriam os utilizados no bloco operatório, que são semelhantes a outros tipos de EPI usados para protecção química, biológica, ou contra as intempéries. Muitas vezes, os têxteis médicos DEVEM ter múltiplas funções, tais como respirabilidade, regulação térmica, e até propriedades antimicrobianas.

A cabeça hidrostática, juntamente com a permeabilidade ao ar, estão ambas directamente relacionadas com o conforto dos têxteis médicos, e é aqui que entra o termo respirabilidade. Quando pensamos na máscara facial comum com a qual todos estamos familiarizados agora, precisamos de um nível de protecção contra a máscara, no entanto precisamos de ser capazes de respirar o mais facilmente possível através dela também, uma vez que muitas vezes as pessoas vão usá-la no trabalho durante muitas horas durante o dia. Testar o desempenho e os têxteis médicos em todas estas várias áreas, é crucial para fornecer uma indicação quanto ao seu desempenho.

"As aplicações da indústria são variadas, desde o desgaste de desempenho e têxteis médicos, até às tendas e geotêxteis"

As aplicações da indústria cobrem muitas áreas, desde o desgaste de desempenho a têxteis médicos, tendas e geo-têxteis, até mesmo têxteis estruturais/construtivos.

Qualquer tecido que esteja exposto à água, e especificamente à água combinada com pressão, precisa de ser testado para determinar o seu valor de cabeça hidrostática.
Um exemplo de um tecido estrutural/de construção que deveria ser testado seria o telhado do O2 em Londres (que pode ver no canto superior direito do ecrã).
É um tipo de plástico de construção ETFE 'resistente às intempéries', e devido ao seu tamanho e finalidade no O2, precisa de ter um valor de cabeça hidrostática muito elevado.

Collectively performance textiles usually have several features, and most of them overlap with one another, for example the breathability of a raincoat is directly related to its resistance to penetration to water, otherwise known as hydrostatic head.

Outdoor wear and related textile accessories/equipment need to be tested to prove the efficacy of their different functions, for example pilling and snagging strength or abrasion resistance under wet conditions, and from each test it builds up a picture of how the garment or product performs. 

Performance textiles such as outdoor wear need a high hydrostatic head value.

A performance garment claiming waterproof properties would need to demonstrate a high level of resistance to hydrostatic pressure to demonstrate its defence capabilities against wind, rain and other physical factors. 

Hydrostatic head testing is key to understanding the performance of a garment in adverse weather conditions, which relates directly to the wearer's comfort, and more importantly their safety.

In performance wear particularly, a good hydrostatic head value would keep the wearer from becoming wet in potentially harsh and cold climates, and therefore the wearer will stay warmer, drier, and safer overall in their clothing.

Industry applications cover many areas, ranging from performance wear to medical textiles, tenting and geo-textiles, through to even structural/building textiles. 

Any textile that is exposed to water, and specifically water combined with pressure, needs to be tested to determine its hydrostatic head value. An example of a structural/building textile that should be tested would be the roof of the O2 stadium (pictured) in London, which is a type of ETFE ‘weather resistant’ building plastic, which needs to have a high hydrostatic head value as it provides shelter and safety. 

Tecido
EN ISO 811
JIS L 1092
AATCC 208* + AATCC 127
F/Z T 01004
G/B T 4744

Não-tecido
NWSP 080.6R0
PT ISO 9073-16
ISO 1420

BS PT ISO 811:2018

Iremos concentrar-nos no método da norma EN ISO 811, mas antes de entrarmos nele, vejamos o equipamento que é necessário.

Testador de cabeça hidrostática

Irá precisar do seu testador de cabeça hidrostática. O seu testador deve ter uma área para dosagem de água para cada amostra, uma cabeça selada para prender a amostra à cabeça, evitando quaisquer fugas, e um botão de mão para identificar se/quando se forma uma gota de água. Estas três coisas são um grampo para qualquer testador de cabeça hidrostática. Pode ver o nosso HydroView no ecrã agora, que é a nossa mais recente adição à nossa gama de testes de desempenho aqui no James Heal.

Compressor de ar

Você também precisa de um compressor de ar, dependendo do tipo de testador de cabeça hidrostática que está a usar.

Para James Heal precisamos de um compressor de ar, uma vez que o nosso HydroView é um instrumento pneumático.

A pressão é a forma como o nosso instrumento funciona. O instrumento precisa de um alto nível de pressão para poder ser aplicado gradualmente aos espécimes que estão a ser testados, uma vez que alguns têxteis terão um melhor desempenho do que outros e podem precisar de pressões muito mais elevadas para obter resultados. Usar um compressor de ar significa que pode ter um nível de pressão regulado que é fácil de ajustar e que lhe dá dados muito mais finos.

Água recém-destilada

É claro que precisa de água para poder fazer um teste hidrostático à cabeça, mas não é apenas água da torneira. Com os testes têxteis, nunca é.

No padrão em que nos concentramos hoje, é recomendado que seja utilizada água destilada de grau 3 (o padrão que estamos a utilizar afirma que este grau de água deve corresponder ao da norma ISO 3696, daí a razão pela qual é necessário o grau 3).

A razão pela qual o padrão é escrupuloso sobre a qualidade da água é que o teste depende da água para ser 100% clara, e tão consistente e repetível para testes futuros/ ou comparativos quanto possível.

A temperatura da água também precisa de ser tida em conta, uma vez que se sabe que temperaturas mais elevadas produzem valores mais baixos de cabeça hidrostática. A temperatura específica nesta norma é 20oc -+2, ou 27oc -+2, que utiliza depende das condições climáticas do uso final do produto, e deve ser pré-determinada com o cliente antes de ser testada.

Passemos então à forma como um teste é conduzido num testador de cabeça hidrostática.

Os passos exactos podem variar para os diferentes fabricantes de instrumentos, mas este é o esboço do método ISO 811 usando o HydroView de James Heal.

"Decida a taxa de pressão, e a temperatura"

Antes do início do teste, o padrão que estamos a usar especifica que tem de haver uma de duas taxas aceitáveis de aumento da pressão da água, e uma de duas temperaturas aceitáveis, para o teste.

A pressão pode aumentar em 10cm por minuto, ou 60cm por minuto, e a temperatura deve ser 20oc ou 27oc. Você deve escolher, e manter a mesma taxa de aumento de pressão e temperatura durante todo o teste.

A temperatura que escolheu será até ao uso final do espécime, e se deve ser usado num clima temperado, ou em condições tropicais. Por exemplo, com produtos que terão uma utilização final para clientes do Reino Unido, digamos uma capa de chuva, a temperatura que escolheria seria provavelmente 20oc, uma vez que no Reino Unido não temos clima tropical. Por outro lado, se o cliente que usa o produto final estivesse perto do equador, e tivesse algumas utilizações muito pesadas para o produto final, provavelmente escolheria o 27oc e a maior taxa de aumento de pressão.

A pressão como a temperatura, deve ser acordada previamente com o fabricante têxtil, uma vez que alguns tecidos têm um nível de resistência à água mais elevado do que outros, mas deve ser discutida previamente para assegurar que é utilizada a taxa de aumento de pressão mais apropriada.

Determining when a drop is 'a drop’ can at times be precarious. The test needs to be performed with attentiveness, as hydrostatic head testing is predominantly observed with the naked eye and drops can form within seconds of a glance away.

The standard (EN ISO 811) clearly documents that a drop is any detection of water on the face of the specimen that grows. On occasion, small drops that do not grow in size may appear throughout the test, but these should not be counted. These do not give us an accurate representation of penetration, as some fabrics can ‘sweat’, and some fabrics may have small imperfections, though for this test these are not a consideration.

Note whether the penetration occurs at the edge of the specimen, if so, the standard states to ‘reject as unsatisfactory’ any individual test in which this occurs. Seeing these smaller drops nearer the edge of your specimen could mean that there are more frequent small imperfections in the fabric. Test further specimens until reproducible results are obtained.

All drops shown within these guidelines are to be recorded as part of the data, though for the majority of tests and specimens, this will not be difficult to gauge. 
 

When the drops are recorded for each of the 5 tests, the data includes the time in which it took for the drop to form and at what pressure, specified as either centimetres or millibars of water.

To interpret the results, the mean needs to be calculated from the 5 tests, which forms the final hydrostatic head value for this test. When reporting the data, it is important to provide the data from each test, as well as the final hydrostatic head value, as this gives a good indication of how evenly the specimen performs from test to test.

NOTE: When comparing sets of data and different specimens, only specimens that have been tested at the same pressures and temperatures can be compared to each other.
 

Final considerations

As with nearly all types of testing, that the relative humidity (RH) of the laboratory environment in which the specimens are tested, is an important consideration. Particularly with this type of testing will the RH be a contributing factor to the consistency of the results, but there are also other conditions to look out for in the lab's atmosphere.

Other considerations include:

• Trapped air in between the specimen and the water - when mounting your specimens, ensure there are no pockets of air trapped between the specimen and the water level. 

This is a common issue that technicians find, as it can happen quite easily. Ensure that you have a levelled surface of water, that comes right to the top of the testing area to ensure the water sits as a totally flat surface. We would suggest rolling the specimen over from one side to the other, as opposed to bringing the full piece down vertically.  

• Water tight seal -  the head relies on a completely tight seal. Often these seals will include a rubber ring which aides the sealing.

Should there be imperfections under the seal, water and water pressure could be lost, and you will not be able to perform a test correctly, if any test at all.