Bài giảng Kỹ thuật dệt may - Phần 5: Kiểm tra và phân tích vật liệu dệt

Nội dung text: Bài giảng Kỹ thuật dệt may - Phần 5: Kiểm tra và phân tích vật liệu dệt

1. 5.1 Đặc trưng chất lượng xơ Giới thiệu  Xơ có vai trò quan trọng từ ngàn xưa kể từ khi nền nhân loại hình thành.  Bông (cotton), len (wool), tơ tằm (silk), lanh (linen/flax) đã được biết đến cả ngàn năm nay.  Xơ nhân tạo, tuy chỉ xuất hiện khoảng 70 năm trở lại đây nhưng có ảnh hưởng to lớn đến xã hội.  Bên cạnh quần áo, vải trải giường, vải gia dụng, một số sản phẩm có xơ dệt lại không phổ biến, ví dụ: vỏ xe hơi, vải địa chất, các bộ phận của xe hơi, tàu lửa, máy báy, xe buýt, tàu thủy 2
2. Tỷ lệ giữa chiều dài và đường kính (l/d)  Xơ thường có đường kính rất nhỏ và kích thước chiều dài rất lớn so với đường kính.  Bông – 2000:1, len – 5000:1, các xơ này bản chất có chiều dài giới hạn, gọi là xơ ngắn (staple fiber), bông (10 – 50 mm) và len (50 – 200mm).  Xơ nhân tạo có chiều dài nhiều km và tỉ số giữa chiều dài và đường kính là vô hạn, được gọi là filament liên tục. Tơ tằm là dạng filament liên tục tự nhiên duy nhất.  Một vài loại xơ nhân tạo được cắt thành xơ ngắn, các xơ này được sản xuất với chiều dài liên tục và gồm hàng trăm ngàn xơ trong một bó, gọi là bó xơ (tow). 4
3. Độ bền  Độ bền vật liệu dệt hoàn toàn phụ thuộc độ bền từng xơ đơn tạo nên vật liệu dệt tương ứng.  Để trở nên hữu dụng, các xơ đơn phải có độ bền nhất định. Độ dãn và độ đàn hồi  Vật liệu dệt luôn phải chịu một ứng suất, do đó vật liệu dệt cần phải dãn và dễ uốn.  Tuy nhiên, sau khi dãn thì các xơ phải đàn hồi và trở về trạng thái ban đầu.  Tất cả các xơ đều cần phải co dãn và đàn hồi với các mức độ khác nhau. 6
4. Hình thái học của xơ  Hình thái học là ngành khoa học hình dạng → hình thái học xơ liên quan đến hình dạng của xơ (nhân tạo lẫn thiên nhiên, xơ ngắn lẫn filament).  Nhìn chung, xơ có dạng hình trụ tròn, tuy nhiên có một số tính chất có thể giúp phân biệt được qua việc quan sát bằng mắt thường. Màu sắc  Nhiều xơ có màu trắng với mắt người nhưng thực sự lại trong suốt → xơ nhân tạo. 8
5. Màu sắc Lông cừu Lông dê Cashmere Xơ lanh Xơ bông 10
6. Chiều dài xơ  Xơ nhân tạo nếu được dùng chung xơ thiên nhiên sẽ có chiều dài tương đương ➢ Xơ nhân tạo Dùng cho thảm 100 mm Dùng cho quần áo 50 – 80mm mặc ngoài Dùng cho quần áo nhẹ32 – 45 mm 12
7. Quan sát bằng kính hiển vi độ phân giải thấp  Quan sát với kính hiển vi có thể quan sát mặt cắt ngang và dọc thân xơ. Xơ lông cừu Xơ bông thô Xơ bông xử lý kiềm 14
8. Độ mảnh của xơ  Độ mảnh biểu diễn theo đơn vị micromet (đường kính ngang) hoặc theo độ đều tuyến tính (decitex – dtex).  Độ mảnh xơ ảnh hưởng đến việc chọn quá trình xử lý, quá trình hoàn tất.  Ngoài ra còn ảnh hưởng cảm giác tay, độ rũ (gấp nếp/drapeability). 16
9. Độ mảnh của xơ  Phương pháp mật độ tuyến tính có thể sử dụng cho cả sợi thô, sợi con, màng xơ, cúi.  Mật độ tuyến tính (tex) là khối lượng của 1000m vật liệu.  Ví dụ: 5000m xơ có khối lượng 0.6 gram thì mật độ tuyến tính là: 0.6/5000 * 1000 = 0.12 tex Nếu một mét cúi có khối lượng 1.4 gram thì mật độ tuyến tính là: 1.4/1 * 1000 = 1400 tex 100m sợi có khối lượng 2.25 gram thì mật độ tuyến tính là: 2.25/100 * 1000 = 22.5 tex 18
10. Độ mảnh của xơ  Ngoài ra còn một phương pháp khác dùng cho xơ bông – Micronaire.  Phương pháp này dùng dòng khí thổi vào chùm xơ bông (khối lượng xác định) trong một buồng kín.  Lưu lượng khí xuyên qua chùm bông sẽ cho biết độ mảnh và chiều dài xơ bông. 20
11. 4.1.6. Phân bố chiều dài xơ Biểu đồ tiêu biểu cho sự phân bố chiều dài xơ bông 22
12. Độ bóng của xơ Phản xạ gương Phản xạ phân tán 24
13. Mối liên hệ giữa độ mảnh và độ bóng của xơ  Cùng khối lượng, các thông số khác như nhau, xơ càng mảnh sẽ càng bóng.  Xơ càng mảnh, lượng màu hấp thụ tăng → ánh màu tăng. 26
14. Chất làm mờ 28
15. Hệ số khúc xạ của xơ Hệ số khúc xạ trong xơ 30
16. Tính chất về ứng suất/biến dạng của xơ  Một trong các tính chất quan trọng của xơ dệt là độ bền. Thực tế không có định nghĩa chính thống.  Độ bền ở đây là khả năng chịu ứng suất/tải (stress) và dẫn đến các thay đổi về kích thước (biến dạng – strain). Xơ là vật liệu ba chiều nên sự thay đổi kích thước có thể xảy ra theo hướng bất kỳ. Các ứng suất trên xơ 32
17. Biến dạng kéo  Khi một tải tác dụng lên xơ sẽ dẫn đến sự thay đổi về chiều dài gọi là biến dạng kéo (strain).  Độ giãn dài (elongation) là sự thay đổi về chiều dài (length) của xơ (chiều dài sau cùng trừ đi chiều dài ban đầu).  Biến dạng kéo được tính bằng công thức Biến dạng kéo = độ dãn dài/chiều dài ban đầu  Đây là đại lượng không thứ nguyên. Thường được dùng ở dạng phần trăm (% – percentage).  Khi đó công thức sẽ là Độ giãn dài (%) = biến dạng kéo * 100% 34
18. Đường cong ứng suất/biến dạng kéo Đồ thị ứng suất/biến dạng tiêu biểu của xơ Các đường cong ứng suất/biến dạng các xơ 36
19. Điểm Yield (Yield point)  Sau đoạn khởi đầu, đường cong bắt đầu nghiêng dần về phía trục X. Trong vùng này, tải thay đổi ít nhưng biến dạng khá nhiều. Nếu vật liệu bị tác dụng tải vượt quá điểm Yield thì sẽ không thể hồi phục lại như ban đầu. Điểm Yield 38
20.  Lực uốn xơ 42
21. Uốn và độ bền uốn (Bending and flexural rigidity) Giá trị độ bền uốn của một số loại xơ Độ bền uốn đặc trưng Hệ số hình dạng uốn (mN mm2 tex-2) Bông 0.53 ___ Len 0.24 0.80 Tơ tằm 0.60 0.59 Triacetate 0.25 0.70 Nylon 0.20 0.90 Viscose 0.35 0.75 Polyester 0.30 0.90 Acrylic 0.40 0.75 Thủy tinh 0.89 1.00 44
22. Xoắn và độ bền xoắn (Twisting and torsional rigidity)  Bên cạnh các yếu tố như hình dạng, độ mảnh, module và mật độ, độ ẩm có ảnh hưởng nhiều đến độ bền uốn, bền xoắn.  Độ ẩm tăng thì độ bền uốn, bền nén giảm.  Nhiệt độ có ảnh hưởng ít (nhiệt độ phòng), nhưng khi nhiệt độ cao sẽ có ảnh hưởng nhất định (xơ nhiệt dẻo – xơ thay đổi hình dạng nhưng không thay đổi cấu trúc hóa học).  Nếu nhiệt độ cao quá mức thì không còn độ bền uốn, bền xoắn. 48
23. Độ ẩm và độ hồi ẩm Giá trị sai giới hạn của độ hồi ẩm Loại xơ Giá trị tới hạn (%) Bông 8.5 Len 14 – 19 Bông đã xử lý kiềm Tối đa là 12 Tơ tằm 11 Lanh 12 Viscose 13 Nylon 6 Polyester 1.5 hoặc 3 Acrylic 1.5 Triacetate 4.0 Polypropylene 0 Thủy tinh 0 52
24. 5.2 Thí nghiệm và xác định xơ  Người xử lý vật liệu dệt phải nắm bắt các tính chất của xơ.  Xơ rất đa dạng → nhiều kỹ thuật để kiểm tra tính chất xơ.  Có phương pháp mang tính chủ quan, có phương pháp mang tính khách quan.  Việc nắm bắt tính chất của xơ có ý nghĩa quan trọng cho các quy trình xử lý về sau. 5.2.1. Độ mảnh xơ  Có nhiều cách để diễn tả độ mảnh xơ. Có xơ dùng đường kính, có xơ dùng mật độ tuyến tính. 54
25.  Đo đường kính xơ bằng kính hiển vi 58
26. Phương pháp dòng khí (Pneumatic method)  Lưu lượng dòng khí đo bằng lưu lượng kế (flow meter), áp suất sai lệch chuẩn được đo bằng áp kế (manometer).  Riêng xơ bông, lưu lượng dòng khí ảnh hưởng bởi độ chín xơ bông → khó đo đạc chính xác. Dòng khí đi qua xơ mảnh và xơ thô 60
27. Phương pháp sóng âm (Sonic/vibrascopic method)  Với tần số rung, lực căng, biên độ tối đa, được xác định thì sẽ đo được độ mảnh. Sơ đồ thiết bị đo độ mảnh xơ bằng sóng âm 62
28. Đo bằng tay  Phân loại sợi bằng tay (hand stapling) thường dùng cho phân loại bông và len để đánh giá độ dài xơ.  Một búi xơ gồm các xơ song song, người phân loại sẽ quan sát (chủ quan) để so với xơ dùng làm mẫu và xác định chiều dài xơ thí nghiệm. Tính chất của xơ bông thô 64
29. Đo bằng máy Máy đo chiều dài xơ WIRA 66
30. Đo bằng máy Biểu đồ của lược phân loại. 68
31. Các phương pháp đo gián tiếp Nguyên lý đo gián tiếp chiều dài xơ Nguyên lý đo gián tiếp chiều dài xơ tự được kéo thẳng . do. 70
32.  Đường cong ứng suất/biến dạng tiêu biểu của một xơ 72
33. Điều kiện cơ học để đo độ giãn LỰC TÁC DỤNG KHÔNG ĐỔI  Lực tác dụng được tăng dần đều (constant rate) bằng cách thay đổi tốc độ để thay đổi chiều dài mẫu. Phương pháp này khó thực hiện. Lực tác dụng tăng đều 74
34. Điều kiện cơ học để đo độ giãn CHUYỂN VỊ KHÔNG ĐỔI Vài thiết bị đo có ngàm dưới di chuyển với tốc độ không đổi và ngàm trên cũng chuyển động theo nhưng với gia tốc không đổi. Độ giãn là sự khác biệt giữa chuyển vị của ngàm dưới và ngàm trên. Chuyển vị không đổi 76
35. Nguyên lý cơ học đo lực tác dụng NGUYÊN LÝ CÂN BẰNG  Ta có moment theo chiều kim đồng hồ = moment ngược chiều kim đồng hồ.  Ld2 = Fd1 → L =Fd1/d2. Nếu F và d2 không đổi thì L = d1. Đo lực tác dụng theo nguyên lý cân bằng 78
36. Nguyên lý cơ học đo lực tác dụng NGUYÊN LÝ MẶT PHẲNG NGHIÊNG  Một đầu xơ được kẹp, đầu còn lại gắn vào con chạy. Mặt phẳng được nghiêng dần với tốc độ không đổi. Con chạy sẽ lăn khi xơ dài ra.  Ở vị trí cân bằng ta có: L = mgsinθ = mgx/d.  Với mg và d không đổi thì ta có L tính được theo x. Đo lực tác dụng theo nguyên lý mặt phẳng nghiêng 80
37. Nguyên lý điện tử đo lực tác dụng  Nếu lò xo đủ cứng → không bị biến dạng → độ giãn của mẫu là độ dịch chuyển của ngàm dưới (điều kiện độ giãn không đổi).  Phương pháp điện tử chính xác, nhạy, có thể nối với máy vi tính để lưu trữ dữ liệu, phân tích kết quả và vẽ biểu đồ. Đo lực tác dụng theo nguyên lý đo độ biến dạng 82
38. 5.2.3. Độ hồi ẩm  Có hai nguyên lý chính để xác định độ hồi ẩm cho PTN: trọng lực và điện tử.  Việc chọn lựa phụ thuộc vào độ chính xác và tốc độ của phương pháp được chọn. Phương pháp trọng lực (Gravimetric method)  Do độ hồi ẩm của xơ được diễn giải theo khối lượng nên đó cũng sẽ là cơ sở cho việc đo đạc. 86
39. Phương pháp điện tử (electronic method)  Vật liệu dệt được cho là các vật cách điện do điện trở cao.  Nhưng khi hút ẩm từ không khí thì điện trở giảm mạnh (~1000x) so với giá trị ban đầu dù vẫn còn khá cao.  Đó là cơ sở để tính toán gián tiếp gần đúng độ hồi ẩm từ sự chênh lệch điện trở lớn như vậy.  Hai điện cực được ngăn cách bằng vật liệu cách điện. Khi các điện cực được tiếp xúc với mẫu, sự thay đổi độ hồi ẩm sẽ làm thay đổi dòng điện giữa hai điện cực.  Một thiết bị được chuẩn hóa sẽ cho ta chỉ số độ hồi ẩm trực tiếp. 90
40. 5.2.4. Xác định xơ  Việc xác định loại xơ trong một mẫu là cần thiết.  Không một thí nghiệm đơn lẻ nào có thể cho biết chính xác loại xơ trong mẫu mà thường cần nhiều thí nghiệm.  Với các xơ phổ biến, các thí nghiệm tương đối đơn giản dựa vào sự khác biệt về cấu trúc và tính chất. Phản ứng với nhiệt  Thí nghiệm phân loại đầu tiên để phân nhóm.  Quyết định các thí nghiệm tiếp theo.  Nhiệt được phát ra từ ngọn lửa cháy bằng không phát sáng. 92
41. Phản ứng với nhiệt TIẾP CẬN NGỌN LỬA  Xác định xơ là loại nhiệt dẻo (thermoplastic) hay không nhiệt dẻo (non-thermoplastic).  Nếu xơ co lại hoặc chảy nhão tạo thành hạt nhỏ → nhiệt dẻo, ngược lại → không nhiệt dẻo. PHẢN ỨNG TRONG NGỌN LỬA  Cần chú ý xơ có cháy hay không?  Nếu cháy thì cháy ra sao, có tạo muội than, mùi cháy thế nào?  Quyết định thí nghiệm tiếp theo. 94
42. Quan sát bằng kính hiển vi  Có hai phương pháp là quan sát dọc thân xơ và mặt cắt ngang QUAN SÁT DỌC THÂN XƠ  Các xơ được tách hoàn toàn đặt lên lam của kính hiển vi.  Nhỏ một giọt nước và quan sát.  Thường độ phóng đại là 100 và ảnh quan sát có thể so với ảnh chuẩn để phân biệt xơ. QUAN SÁT MẶT CẮT NGANG  Thường không cần nhưng có thể hữu ích.  Thường dùng phương pháp dĩa bằng thép không rỉ có lỗ. 96
43. Phân tích nguyên tố  Nếu xơ thuộc nhóm nhiệt dẻo từ phản ứng với nhiệt và đốt thì sẽ được phân tích nguyên tố để tìm nitơ (nitrogen/N) và clo (chlorine/Cl2). THÍ NGHIỆM NITƠ  Xơ đặt trong ống nghiệm được đậy kín bằng hỗn hợp natri và canxi hydroxit [NaOH + Ca(OH)2] (soda lime).  Hỗn hợp natri và canxi hydroxit đảm bảo nitơ bay ra sẽ ở dạng ammoniac (NH3) và các hỗn hợp axit đều bị hấp phụ.  Nếu có sự tồn tại của ammoniac trong khí bay ra, giấy quỳ (litmus) đỏ sẽ hóa xanh. 98
44. Phân tích nguyên tố THÍ NGHIỆM CLO  Một dây đồng sạch có gắn xơ được đốt dưới lửa đèn cồn.  Nhiệt độ cao phân hủy xơ và ion hóa hỗn hợp hình thành.  Nếu có clo thì ngọn lửa sẽ có màu xanh lá cây. Thí nghiệm phát hiện clo 100
45. Phân tích nguyên tố THÍ NGHIỆM DUNG MÔI  Nhiều xơ (không phải tất cả) tan trong dung môi riêng.  Xơ đặt trong ống nghiệm và vài cm3(cubic centimeter/cc) chất phản ứng (dung môi/solvent) được đưa vào ống nghiệm.  Nếu xơ không tan, thử lại mẫu mới với dung môi khác cho đến khi tìm ra đúng dung môi.  Nhiều xơ hòa tan trong dung môi nhưng không thấy bằng mắt thường sẽ nhỏ vài giọt dung dịch vào nước. Polymer rắn sẽ kết tủa.  Cần phải chú ý an toàn do các dung dịch có thể có tính axit và ăn mòn cao. 102
46. Phân tích nguyên tố THÍ NGHIỆM DUNG MÔI  Cần thực hiện theo trình tự sử dụng các dung môi vì có xơ tan trong nhiều dung môi.  Dung môi dùng ở nhiệt độ phòng trừ khi được nêu rõ ở điều kiện khác. 104