Bài giảng Kiểm tra và phân tích vật liệu dệt - Phần 6: Kiểm tra chất lượng xơ

Bài giảng Kiểm tra và phân tích vật liệu dệt - Phần 6: Kiểm tra chất lượng xơ có nội dung trình bày về đặc trưng chất lượng xơ, tính chất của xơ, hình thái hóa học của xơ, độ mảnh của xơ, tính chất quang học của xơ, độ bóng của xơ, hệ số khúc xạ của xơ,... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng.

Đại học Quốc gia Tp HCM

Trường đại học Bách Khoa Tp HCM

Khoa Cơ Khí

Bộ môn Kỹ thuật Dệt may

6.1 Đặc trưng chất lượng xơ

Giới thiệu

hình thành

biết đến cả ngàn năm nay

có ảnh hưởng to lớn đến xã hội

có xơ dệt lại không phổ biến, ví dụ: vỏ xe hơi, vải địa chất, các bộphận của xe hơi, tàu lửa, máy báy, xe buýt, tàu thủy…

2

Định nghĩa xơ

uốn (flexibility), độ mảnh (fineness) và có tỉ số (ratio) giữa chiềudài và đường kính rất lớn (l/d >>)

500 mm)

xơ là gì?

Tỷ lệ giữa chiều dài và đường kính (l/d)

so với đường kính

giới hạn, gọi là xơ ngắn (staple fiber), bông (10 – 50 mm) và len(50 – 200mm)

đường kính là vô hạn, được gọi là filament liên tục Tơ tằm là dạngfilament liên tục tự nhiên duy nhất

được sản xuất với chiều dài liên tục và gồm hàng trăm ngàn xơtrong một bó, gọi là bó xơ (tow)

4

Lưu ý Các tính chất của xơ

dụng

Độ bền

nên vật liệu dệt tương ứng

Phản ứng với hóa chất, nhiệt và ánh nắng

gây phá hủy (axít, kiềm, thuốc tẩy, bột giặt hoặc các dung môi hữu

cơ như dung dịch giặt khô và các ảnh hưởng vật lý như nhiệt, ánhsáng mặt trời)

Phản ứng với thuốc nhuộm

màu cho xơ

Hình thái học của xơ

liên quan đến hình dạng của xơ (nhân tạo lẫn thiên nhiên, xơ ngắnlẫn filament)

chất có thể giúp phân biệt được qua việc quan sát bằng mắt thường

Màu sắc

suốt  xơ nhân tạo

8

Màu sắc

suốt  xơ nhân tạo

dương, hồng để tránh xảy ra sự lẫn lộn giữa các loại xơ (triacetate

và diacetate)

Chiều dài xơ

 Bông Ai Cập 35 – 45 mm

Mỹ 24 – 34 mm

 Len Thô > 150 mm

Trung bình 100 – 150 mm Merion mảnh 50 – 80 mm

tương đương

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

Đường kính xơ

 Tiết diện ngang phản ánh độ mịn/thô (fineness/coarseness) của xơ.

 Với xơ bông, xơ càng dài thì thông thường càng mảnh, nhưng với xơ len thì xơ càng dài lại càng thô.

Tên xơ Chiều dài (mm) Độ mảnh (decitex)

Ai Cập

Len Merino mảnh

Trung bình Thô

Nhân tạo Xơ ngắn

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.

14

Xơ lông cừu

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.

Tơ tằm

Xơ lanh

Polyester

Độ mảnh của xơ

hoặc theo độ đều tuyến tính (decitex – dtex)

hoàn tất

nếp/drapeability)

16

Độ mảnh của xơ

1 Đường kính xơ (đo bằng micromet – µm) thường dùng cho xơ nhân tạo (xấp xỉ tròn hoặc tròn).

2 Mật độ tuyến tính, thường dùng cho xơ có tiết diện ngang bất kỳ Tiết diện ngang * chiều dài * trọng lượng riêng = khối lượng

Khối lượng/chiều dài = tiết diện ngang * trọng lượng riêng

 Nếu trọng lượng riêng là hằng số thì tỉ số khối lượng/chiều dài đơn vị

sẽ n lần (không đổi) tiết diện ngang của xơ.

Độ mảnh của xơ

con, màng xơ, cúi

Độ mảnh của xơ

xuất

Tex: khối lượng (g) của 1000 mét (m) vật liệu

tex = khối lượng (g)/chiều dài (m) * 1000Decitex: khối lượng của 10000m của vật liệu

dtex = khối lượng (g)/chiều dài (m) * 10000Kilotex: khối lượng theo gram (g) trên mét

ktex = khối lượng (g)/ chiều dài (m)

Độ mảnh của xơ

Micronaire

lượng xác định) trong một buồng kín

chiều dài xơ bông

20

Phân bố chiều dài xơ

nhiều ý nghĩa bằng mật độ phân phối chiều dài các xơ trong chùmxơ

xử lý

4.1.6 Phân bố chiều dài xơ

22

Biểu đồ tiêu biểu cho sự phân

bố chiều dài xơ bông

Tính chất quang học của xơ

ánh sáng ở bên trong lẫn bên ngoai xơ

tích xung quanh của xơ

Độ bóng của xơ

lại

tia tới bị phản xạ theo nhiều hướng khác nhau)

Độ bóng của xơ

24

Độ bóng của xơ

gương ở trong/ngoài xơ

Xơ bóng

Mối liên hệ giữa độ mảnh và độ bóng của xơ

càng bóng

26

Chất làm mờ

5%

độ mờ cao gọi là “matt fiber” và độ mờ thấp hơn thì gọi là dull fiber”

“semi-Chất làm mờ

28

Hệ số khúc xạ của xơ

tính chất khác không đồng nhất theo mọi hướng

chiếu qua bề mặt một vật liệu

phần hệ số khúc xạ vuông góc và song song với trục xơ

Hệ số khúc xạ của xơ

30

Hệ số khúc xạ trong xơ

Hệ số khúc xạ của xơ

tách ánh sáng trắng thành các dải màu

fiber) được nhuộm màu tối (xanh dương hay xanh lá)

và ngược lại

không phát hiện được và được gọi là hiện tượng lưỡng sắc

tượng khúc xạ, phản xạ

Tính chất về ứng suất/biến dạng của xơ

không có định nghĩa chính thống

các thay đổi về kích thước (biến dạng – strain)

theo hướng bất kỳ

32

Các ứng suất trên xơ

Ứng suất kéo

Ứng suất = tải/tiết diện ngang

từ hai xơ trở lên, việc xác định tiết diện ngang từng xơ đơn là khákhó

stress) được dùng thay cho ứng suất kéo

Ứng suất kéo đặc trưng = tải/khối lượng một đơn vị dài

Biến dạng kéo

gọi là biến dạng kéo (strain)

xơ (chiều dài sau cùng trừ đi chiều dài ban đầu)

Biến dạng kéo = độ dãn dài/chiều dài ban đầu

phần trăm (% – percentage)

Đường cong ứng suất/biến dạng kéo

và biến dạng trên xơ khi tải hoặc độ giãn dài tăng dần đến lúc xơđứt

búi xơ/fiber bundle, sợi/yarn, vải/fabric…), kích thước mẫu, điềukiện môi trường thí nghiệm, nguyên lý vận hành máy (lực khôngđổi hay độ giãn không đổi) và tốc độ máy

tuân theo một biên dạng chính

Đường cong ứng suất/biến dạng kéo

36

Đồ thị ứng suất/biến dạng tiêu biểu của xơ Các đường cong ứng suất/biến dạng các xơ

Module ban đầu

Điểm Yield (Yield point)

X Trong vùng này, tải thay đổi ít nhưng biến dạng khá nhiều

hồi phục lại như ban đầu

38

Điểm Yield

Độ đàn hồi/co giãn (elasticity)

vật liệu đó

đầu

thái ban đầu hoàn toàn Nhưng không phải vật liệu nào cũng có khảnăng này và luôn có một thay đổi trong cấu trúc của vật liệu

40

Tính chất uốn/xoắn của xơ

ốc

(twisting/torsion)

cảm giác tay của vải

Uốn và độ bền uốn (Bending and flexural rigidity)

từng đoạn cong đơn vị trong cấu trúc (xơ)

42

Lực uốn xơ

Uốn và độ bền uốn (Bending and flexural rigidity)

đặc có hệ số hình dạng lớn hơn tiết diện ngang đặc bất kỳ Xơ rỗng

có hệ số hình dạng cao hơn xơ đặc

dạng

Uốn và độ bền uốn (Bending and flexural rigidity)

Giá trị độ bền uốn của một số loại xơ

44

Độ bền uốn đặc trưng (mN mm 2 tex -2 )

Hệ số hình dạng uốn

Bông Len

Tơ tằm Triacetate Nylon Viscose Polyester Acrylic Thủy tinh

0.53 0.24 0.60 0.25 0.20 0.35 0.30 0.40 0.89

_

0.80 0.59 0.70 0.90 0.75 0.90 0.75 1.00

Xoắn và độ bền xoắn (Twisting and torsional rigidity)

Tính chất này được định nghĩa là cặp lực cần thiết để tạo ra cácđơn vị uốn trong suốt cấu trúc của một đơn vị dài

Lực xoắn xơ

46

Xoắn và độ bền xoắn (Twisting and torsional rigidity)

Giá trị độ bền xoắn của một số loại xơ

Độ bền xoắn đặc trưng (mN mm 2 tex -2 )

Hệ số hình dạng xoắn

Bông Len

Tơ tằm Tussah *

Bombyx Triacetate

Nylon Viscose Polyester Acrylic Thủy tinh

0.16 0.12 0.16 0.16 0.06 0.05 0.06 0.07 0.15 0.02

0.71 0.98 0.35 0.84 0.70 1.00 0.95 1.00 0.07 1.00

* Tơ tằm có tiết diện ngang dẹt

Xoắn và độ bền xoắn (Twisting and torsional rigidity)

độ ẩm có ảnh hưởng nhiều đến độ bền uốn, bền xoắn

cao sẽ có ảnh hưởng nhất định (xơ nhiệt dẻo – xơ thay đổi hìnhdạng nhưng không thay đổi cấu trúc hóa học)

48

Độ ẩm trong xơ

ẩm

trăm lượng hơi nước tối đa mà không khí có thể chứa ở một nhiệt

độ xác định – nhiệt độ càng cao thì không khí càng chứa nhiều hơinước

50



Tơ tằm Lanh Viscose Nylon Polyester Acrylic Triacetate Polypropylene Thủy tinh

8.5

14 – 19 Tối đa là 12

11 12 13 6 1.5 hoặc 3

1.5 4.0 0 0

Ảnh hưởng của độ ẩm lên các tính chất khác của xơ

làm tự xơ

ẩm tăng

6.2 Thí nghiệm và xác định xơ

Độ mảnh của xơ

thuộc tiết diện ngang xơ nhưng lại khó đo đạc cho xơ ngắn

Các phương pháp đo độ mảnh xơ

56



58

Đo đường kính xơ bằng kính hiển vi

Phương pháp dòng khí (Pneumatic method)

sai lệch chuẩn so với áp suất buồng chứa được thổi qua mẫu xơ

bề mặt xơ/thể tích xơ)

lưu lượng dòng khí đi qua một mẫu xơ có khối lượng chuẩn ở điềukiện chuẩn

Phương pháp dòng khí (Pneumatic method)

sai lệch chuẩn được đo bằng áp kế (manometer)

bông  khó đo đạc chính xác

60

Dòng khí đi qua xơ mảnh và xơ thô

Phương pháp sóng âm (Sonic/vibrascopic method)

các nhạc cụ bộ dây (stringed musical instruments)

thuộc lực căng và mật độ tuyến tính

xác định và được làm rung bằng cơ điện

(maximum amplitude)

Phương pháp sóng âm (Sonic/vibrascopic method)

được độ mảnh

62

Sơ đồ thiết bị đo độ

mảnh xơ bằng sóng âm

5.2.2 Chiều dài xơ

để diễn tả “chiều dài làm thẳng” là khoảng cách giữa hai đầu xơ

khi được kéo thẳng mà không kéo giãn

chuyên dụng

Đo bằng tay

stapling) thường dùng cho phân loạibông và len để đánh giá độ dài xơ

song, người phân loại sẽ quan sát(chủ quan) để so với xơ dùng làmmẫu và xác định chiều dài xơ thínghiệm

64

Tính chất của xơ bông thô

Đo bằng máy

tách ra từ mẫu và đặt lên dĩa

xơ thiên nhiên

nhanh chóng và còn lưu giữ nhiều kết quả dạng bảng

Đo bằng máy

66

Máy đo chiều dài xơ WIRA

Đo bằng máy

tiêu biểu và xưa nhất là phương pháp lược phân loại (comb sorter)

Đo bằng máy

68

Biểu đồ của lược phân loại.

Các phương pháp đo gián tiếp

gian, công sức)

1 Chuẩn bị mẫu gồm các xơ song song nhau và vuông góc ngay ngắn trên một đường thẳng.

2 Tiến hành đo các tính chất của các xơ bằng các hệ thống (đo độ dày, quang điện, tụ điện).

Các phương pháp đo gián tiếp

rồi đo sự thay đổi về chiều dài (độ giãn) và lực tác dụng.

bị mới, phức tạp có thể kiểm soát liên tục lực tác dụng và độ giãndài tương ứng để vẽ đồ thị

72

Đường cong ứng suất/biến dạng tiêu

biểu của một xơ

Điều kiện cơ học để đo độ giãn

kết quả thu được

(constant rate of loading), độ giãn dài không đổi (constant rate ofextension),

Điều kiện cơ học để đo độ giãn

LỰC TÁC DỤNG KHÔNG ĐỔI

đổi tốc độ để thay đổi chiều dài mẫu Phương pháp này khó thựchiện

74

Lực tác dụng tăng đều

Điều kiện cơ học để đo độ giãn

ĐỘ GIÃN KHÔNG ĐỔI

hai ngàm kẹp với tốc độ không đổi Thiết bị hiện đại dùng điềukiện này do dễ đạt được

Độ giãn không đổi

Điều kiện cơ học để đo độ giãn

CHUYỂN VỊ KHÔNG ĐỔI

ngàm trên cũng chuyển động theo nhưng với gia tốc không đổi Độgiãn là sự khác biệt giữa chuyển vị của ngàm dưới và ngàm trên

76

Chuyển vị không đổi

Nguyên lý cơ học đo lực tác dụng

khác

NGUYÊN LÝ CÂN BẰNG

ngang tựa lên một bản lề tại một vị trí bất kỳ giữa hai đầu trục

Đo lực tác dụng theo

nguyên lý cân bằng

Nguyên lý cơ học đo lực tác dụng

Nguyên lý cơ học đo lực tác dụng

NGUYÊN LÝ ĐÒN BẨY CON LẮC

Nguyên lý cơ học đo lực tác dụng

NGUYÊN LÝ MẶT PHẲNG NGHIÊNG

được nghiêng dần với tốc độ không đổi Con chạy sẽ lăn khi xơ dàira

Nguyên lý điện tử đo lực tác dụng

học, tiêu biểu là nguyên lý đo độ biến dạng (strain gauge

principle)

một hộp nhựa Thiết bị đo này được gắn lên bề mặt một lò xo đònbẩy

Bộ phận đo độ biến dạng

Nguyên lý điện tử đo lực tác dụng

độ dịch chuyển của ngàm dưới (điều kiện độ giãn không đổi)

để lưu trữ dữ liệu, phân tích kết quả và vẽ biểu đồ

82

Đo lực tác dụng theo nguyên lý đo

độ biến dạng

Thiết bị đo độ giãn của chùm xơ

về các tính chất giữa các xơ dẫn đến việc phải thực hiện nhiều thínghiệm để đảm bảo tính chính xác

lúc ở dạng chùm xơ (các xơ song song)

bình) của xơ, không thể hiện được sự khác biệt giữa các xơ

Pressley”.

84

Thiết bị đo độ giãn của chùm xơ

không cho biết giá trị độ giãn đứt của xơ

Sơ đồ thiết bị đo độ

Pressley

Phương pháp trọng lực (Gravimetric method)

sẽ là cơ sở cho việc đo đạc

86

Phương pháp trọng lực (Gravimetric method)

PHƯƠNG PHÁP CHUẨN (Standard method)

Quy trình gồm:

xơ)

có nắp), rồi để nguội (có nắp) rồi đem cân

xuống dưới một đại lượng đã xác định trước

(oven-dry mass) Mẫu không được sấy khô hoàn toàn bằng lò

88

Phương pháp trọng lực (Gravimetric method)

CÁC THIẾT BỊ SẤY NHANH

trong giá (đã cân trước)

cân lại

ngay trên cân điện tử

ban đầu và mẫu khô

Phương pháp điện tử (electronic method)

so với giá trị ban đầu dù vẫn còn khá cao

chênh lệch điện trở lớn như vậy

điện cực được tiếp xúc với mẫu, sự thay đổi độ hồi ẩm sẽ làm thayđổi dòng điện giữa hai điện cực

90

Phương pháp điện tử (electronic method)

Các điện cực dùng tron các thiết bị đo

độ hồi ẩm điện tử

5.2.4 Xác định xơ

xơ trong mẫu mà thường cần nhiều thí nghiệm

sự khác biệt về cấu trúc và tính chất

Phản ứng với nhiệt

92

Phản ứng với nhiệt

TIẾP CẬN NGỌN LỬA

dẻo (non-thermoplastic)

ngược lại  không nhiệt dẻo

PHẢN ỨNG TRONG NGỌN LỬA

94

Cháy nhanh Muội than mịn.

Mùi giấy cháy.

Cháy chậm với ngọn lửa khác thường.

Mùi tóc cháy.

Cellulose Protein

Kính hiển vi

Kính hiển vi Nhiệt dẻo Chảy và biến dạng hoặc vừa chảy vừa

cháy.

Cellulose biến tính hoặc tổng hợp

nguyên tố

Quan sát bằng kính hiển vi

QUAN SÁT DỌC THÂN XƠ

chuẩn để phân biệt xơ

QUAN SÁT MẶT CẮT NGANG

96

Quan sát bằng kính hiển vi

QUAN SÁT MẶT CẮT NGANG

Phương pháp quan sát mặt cắt ngang xơ bằng dĩa thép không rỉ

Phân tích nguyên tố

được phân tích nguyên tố để tìm nitơ (nitrogen/N) và clo(chlorine/Cl2)

THÍ NGHIỆM NITƠ

(litmus) đỏ sẽ hóa xanh

98

Phân tích nguyên tố

THÍ NGHIỆM NITƠ

Thí nghiệm phát hiện nitơ

Phân tích nguyên tố

THÍ NGHIỆM CLO

100

Thí nghiệm phát hiện clo

X

 X

X



 X

Polyamide Polyacrylic Chlorofiber Modacrylic Cellulose Acetates Polyester Polypropylene

Phân tích nguyên tố

THÍ NGHIỆM DUNG MÔI

phản ứng (dung môi/solvent) được đưa vào ống nghiệm

khi tìm ra đúng dung môi

thường sẽ nhỏ vài giọt dung dịch vào nước Polymer rắn sẽ kết tủa

Phân tích nguyên tố

THÍ NGHIỆM DUNG MÔI

Dung dịch đầu tiên làm xơ hòa tan Loại xơ

90% axit formic hoặc meta creso dimethyl sulphoxide (nóng)

Polyamide Polyacrylic

Dung dịch đầu tiên làm xơ hòa tan Loại xơ

70% v/v aceton lỏng Axit acetic lạnh

Xylene (đang sôi) Chưa tìm ra

Cellulose diacetate Cellulose triacetate Polyolefine

Polyester

Phân tích nguyên tố

THÍ NGHIỆM DUNG MÔI

trong nhiều dung môi

khác

104

Phân tích nguyên tố

Protein với bề mặt có vảy Protein với bề mặt không vảy Cellulose có xoắn Cellulose có sọc và không bóng Cellulose có sọc và bóng

Len/lông

Tơ tằm Bông

Polyamide Acrylic

Chlorofiber

Modacrylic

Dung môi Hòa tan trong Acetone Axit acetic Triacetate Xylene Polyolefine

Diacetate