Bài giảng Vật liệu dệt - Phần 4: Đặc trưng cấu trúc - Tính chất xơ dệt - Trường Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh

bản chung là gì ? A. ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC XƠ DỆT 2 Đặc trưng cấu trúc của cao phân tử tạo xơ dệt • Là các đại phân tử hay phân tử vĩ mô (macromolecular), cấu thành từ hàng trăm ngàn nguyên tử với khối lượng phân tử lớn hơn 1000 • Đại phân từ hình thành từ nhiều nhóm nguyên tử hay đơn phân tử • Các mắt xích cơ bản của đại phân tử có thể cùng một dạng (polymer) hoặc khác dạng (co-polymer) • Số mắt xích có trong một polymer (co-polymer) gọi là hệ số trùng hợp (DP), từ mấy trăm đến mấy chục ngàn 3 • Không thể chuyển sang thể khí, dung dịch có độ nhớt lớn • Ít dung môi có thể hòa tan được • Khối lượng phân tử trung bình tác động đến tính chất vật lý • Điểm nóng chảy (Tm) không rõ ràng Đặc trưng cấu trúc của cao phân tử tạo xơ dệt 4 Phản ứng trùng hợp • Từ các monomer không no, nguyên tố carbon chưa sử dụng hết các liên kết • Một trong các liên kết của chất dễ đứt và có khả năng tạo liên kết với các phân tử khác để tạo nối liên kết • Monomer có thể có cấu trúc vòng • Cho biết một số xơ dệt mà em biết tạo ra từ phản ứng này ? Tổng hợp các hợp chất cao phân tử tạo xơ dệt 5 Phản ứng trùng ngưng • Monomer phải là những hợp chất chứa từ hai nhóm chức trở lên, ví dụ như hydroxyl,carboxyl,amin • Các nhóm này kết hợp với nhau tạo nên các đại phân tử lớn dần cho đến khi đạt tới một trạng thái cân bằng nào đó • Trong quá trình phản ứng có thoát ra các sản phẩm phụ: nước, rượu,amoniac Tổng hợp các hợp chất cao phân tử tạo xơ dệt 6 4.2 Cấu trúc đại phân tử trong xơ dệt Cấu trúc mạch thẳng • Mỗi mắt xích chỉ nối với hai mắt xích kề bên • Đại phân từ có dạng đơn giản một mạch dài không chia nhánh • Hầu hết polymer của các xơ dệt có cấu trúc mạch thẳng PA,PES,PAN,cellulose Ví dụ -A-A-A-A-A-A-A-A- -A-B-A-B-A-B-A-B-A-B- -A-A-A-A-B-B-B-B- 7 Cấu trúc mạch nhánh - Một số mắt xích nối với hơn hai mắt xích - Đại phân tử ngoài mạch chính còn có các mạnh nhánh - Hầu hết đại phân tử của các protid polymer gốc tự nhiên đều mạch nhánh Cấu trúc của fibroin trong tơ tằm 8 Cấu trúc mạch lưới • Trong mạch thẳng có những mắt xích đa chức tạo nên những liên kết ngang làm cho đại phân tử có cấu trúc lưới không gian 3 chiều • Len có cấu trúc polymer mạch lưới 3 chiều, liên kết ngang tạo bởi acid amin hay cystin 9 4.3 Các liên kết phân tử trong xơ • Các mắt xích trong nội một đại phân tử hay giữa các đại phân tử liên kết lẫn nhau nhờ lực liên kết phân tử. Các lực này không đủ mạnh để tạo chất mới nhưng đủ để xơ có cấu trúc tương đối bền vững Polymer crystallinity 10 • Hai loại liên kết phân tử chủ yếu trong xơ: Liên kết hydro: • chỉ có khi trong đại phân tử có H, có tính tĩnh điện • Tạo mối liên kết với các nguyên tố tích điện âm (O,N ) • Xơ dệt tạo bởi các hợp chất cao phân tử có nhiều các nhóm hydroxyl, carbonyl,amin,methylene (cho ví dụ) có khá nhiều liên kết hydro Liên kết Wan der Waals • Hình thành do cảm ứng giữa các phân tử lưỡng cực hoặc phân cực hay sự chuyển động thích ứng các điện tử của các phân tử liền kề Các liên kết phân tử trong xơ 11 4.4 Cấu trúc của hợp chất cao phân tử • Ảnh hưởng quyết định đến tính chất cơ,lý hóa lý của vật thể • Ở trạng thái bình thường hợp chất cao phân tử tạo thành xơ ở trạng thái liên kết thể rắn Dạng cấu trúc của hợp chất cao phân tử của xơ dệt • Là cấu trúc hỗn hợp của vùng tinh thể (trật tự cao) và vùng vô định hình (trật tự thấp) • Cấu trúc tinh thể: các phân tử bố trí trong không gian theo trật tự hình học nhất đính với khoảng cách nhất định tạo thành mạng lưới tinh thể • Cấu trúc vô định hình: các phân tử trong hợp chất phân bố không theo trật tự nào lúc khoảng cách hình học giữa chúng lớn hoặc chỉ một số có trật tự khi khoảng cách gần. 12 Vùng tinh thể và vô định hình 13 • Xơ dệt có đại phân tử dài, các vùng tinh thể bé (vi tinh thể), dài từ 10-6 đến 10-5 mm • Các tinh thể nằm định hướng dọc trục xơ dệt sẽ làm cho xơ có độ bền cơ học lớn • Trạng thái cấu trúc của xơ dệt phụ thuộc vào tương quan giữa lực liên kết phân tử và dao động nhiệt Cấu trúc tinh thể của xơ dệt 14 • Lực liên kết phân tử >dao động nhiệt: vùng vô định hình cứng, xơ ít biến dạng, hợp chất cao phân tử ở trạng thái thủy tinh • Lực liên kết phân tử <dao động nhiệt: cao phân tử biến dạng do ngoại lực tác động hoặc dao động nhiệt, xơ ở trạng thái đàn hồi • Lực liên kết phân tử << dao động nhiệt: một phần hay phần lớn đại phân tử bị dịch chuyển dưới tác động của ngoại lực, xơ ở trạng thái dẻo • Thông thường hợp chất cao phân tử tùy theo nhiệt độ làm nóng mà có 2 hoặc 3 trạng thái với các nhiệt độ chuyển trạng thái Tm và Tg Cấu trúc tinh thể của xơ dệt 15 4.5 Các phương pháp phân tích cấu trúc hợp chất cao phân tử 4.5.1. Phân tích cấu trúc bằng tia X • Phân tích bằng tia X là phương pháp phổ biến, nghiên cứu cấu trúc vi tinh thể, cấu trúc vô định hình • Tia X là bức xạ điện tử đã ion hóa, khi chiều dài bước sóng bằng kích thước vật cản đặt trên đường lan truyền của sóng hoặc bằng kích thước lỗ màn chắn thì hiện tượng nhiễu xạ xảy ra • Dùng tia X chiếu vào vật thể thì các phân tử, nguyên tử và khoảng cách giữa chúng sẽ làm sẽ tạo nên màn chắn với những lỗ buộc tia X bị lệch đi, tia X có bước sóng 0.05-0.25nm thường dùng để phân tích cấu trúc 16 Phân tích cấu trúc bằng tia X 17 Ảnh Debye • Khi góc giữa nhóm các mặt phẳng song song trong đó các tâm nhiễu xạ thì hướng tia X đập vào sẽ gây nên hiệu số lộ trình của tia nhiễu xạ bằng hoặc gập một số lần chiều dài bước sóng và xuất hiện hiện tượng giao thoa • Đặt tấm phim trên đường đi của tia giao thoa phản xạ thì tại chỗ giao nhau sẽ xuất hiện vệt tối. Đặc điểm phân bố các vệt trên phim phụ thuộc vào cấu trúc vật quan sát ảnh Debye 18 • Bề rộng các vòng giao thoa phụ thuộc kích thước tinh thể tạo nên nhiễu xạ. Nếu kích thước tinh thể nhỏ, chênh lệch ít so với bước sóng tại X thì số tâm tán xạ ít làm cho số vòng trên ảnh ít và không rõ nét • Ảnh Debye giúp nhận biết cấu trúc xơ, xem trong đó các vi tinh thể có nằm định hướng hay không, xác định dạng và kích thước tinh thể Ảnh Debye 19 (a) Ảnh nhiễu xạ tia của xơ từ bột ngô. Điểm nhiễu xạ sáng trong ảnh do độ định hướng tinh thể tốt của xơ bột ngô (b) Ảnh nhiễu xạ tia X của bông, cho thấy cả các nhiễu xạ xích đạo và nhiễu kinh tuyến Ảnh Debye 20 Vật thể quan sát gồm những tinh thể nằm lộn xộn theo mọi hướng - Luôn tìm thấy một số tinh thể nằm thành các nhóm mặt phẳng trên đó có những tâm nhiễu xạ và tạo ra giao thoa - Các tinh thể trong nhóm có sự phân bố giống nhau so với tia X tới nên các tia nhiễu xạ tản ra thành hình nón, đập lên tấm phim tạo nên những điểm tạo thành vòng tròn mảnh Ảnh Debye 21 Vật thể quan sát có cấu trúc vô định hình Chỉ khi các thành phần tạo nên phân tử bố trí gần trật tự thì sẽ cho ảnh Debye có vòng rộng,nhờ gọi là “quầng vô định hình” Tuy nhiên, nếu cao phân tử gồm các nguyên tử hay nhóm nguyên tử lặp đi lặp lại chính xác thì thường cho ảnh dạng vòng (phân tử định hướng có dạng cung), giống trường hợp cấu trúc vật thể hình thành từ nhiều tinh thể nhỏ giới hạn của phương pháp Ảnh Debye 22 A) nhiễu xạ vô định hình B) nhiễu xạ tinh thể không định hướng C) nhiễu xạ tinh thể có định hướng và vô định hình Ảnh Debye 23 (a) cellulose I, (b) Na–cellulose I, (c) Na–cellulose IV, and (d) cellulose II sau khi kiềm hóa xơ ramie. Source: Kayoko Kobayashia, Satoshi Kimuraa, Eiji Togawab, Masahisa Wadaa Ảnh Debye 24 4.5.2. Phân tích cấu trúc bằng tia electroon - Dùng dòng electron bay nhanh có tính chất sóng, ảnh nhận được là ảnh của nhiễu xạ electron - Bước sóng có chiều dài 0.0510-7 đến 0.0710-7mm, góc nhiễu xạ bé hơn phương pháp tia X nên quan sát được các vật thể có cấu trúc vi tinh thể rất bé, cho ảnh rõ - Hạn chế : không phải bao giờ cũng thành công do mẫu có bề dày quá 10-4 sẽ hấp thu tia này 25 4.5.3. Phân tích cấu trúc bằng kính hiển vị điện tử EM và kính hiển vi điện tử quét SEM - Kính hiển vi có năng suất phân giải cho phép quan sát cấu trúc mảnh của xơ ở mức độ nguyên tử - Nguyên lý: chùm các hạt tích điện chuyển động trong một trường tăng tốc tương ứng quá trình dao động sóng với chiều dài bước sóng λ tính bằng đơn vị nano mét λ = h/mv h: hằng số Planck m: khối lượng electron tĩnh, v: vận tốc electron 26 Ảnh SEM của xơ len (a) nguyên gốc, (b) chiếu xạ UV (c) len chống vi khuẩn, (d) mặt cắt ngang của len chống vi khuẩn Bingshe Xua, b, , , Mei Niua, b, c, Liqiao Weia, b, Wensheng Houa, b, Xuguang Liua, d 27 4.5.4. Phân tích cấu trúc bằng quang phổ - Có thể phân tích cấu trúc cao phân tử bằng quang phổ hấp thụ tia hồng ngoại, tử ngoại, tán xạ tổng hớp - Phổ sẽ giúp xác định các nhóm nguyên tử và các dạng liên kết qua các tần số dao động tương ứng thể hiện trên phổ - Thường dùng phổ hồng ngoại FT-IR để nghiên cứu xơ, hay xét phổ của dao động trạng thái năng lượng của mẫu, tần số dao động của mỗi nguyên tử phụ thuộc khối lượng của nó và sự liên kết của các nguyên tử với nhau 28 Phổ FT-IR của: (a) cotton chưa xử lý; (b) cotton oxi hóa 24 h với 0.4 M NaIO4; (c) cotton oxi hóa 72 h với 0.1 M NaIO4. Silvia Vicinia, Elisabetta Princia, Giorgio Lucianoa, Enrico Franceschia, , , Enrico Pedemontea, Dagmara Oldakb, Halina Kaczmarekb, Alina Sionkowskab 29 4.5.5. Phân tích cấu trúc bằng phương pháp nhiệt Có nhiều phương pháp nhiệt được sử dụng như :  phương pháp nhiệt khối (thermogravimetry ,TG)  phương pháp phân tích nhiệt vi sai (differential thermal analysis,DTA)  phương pháp nhiệt lượng kế vi sai quét (diferential scanning calorimetry ,DSC). 30 Phân tích cấu trúc nhiệt lượng vi sai • Khi cung cấp nhiệt cho một chất,trạng thái của chất sẽ thay đổi xảy ra các quá trình nóng chảy,hóa hơi,thăng hoa,ngưng tụ,kết tinh ngưng tụ • Tùy thuộc vào bản chất của chất được gia nhiệt có thể dẫn đến sự thay đổi thành phần hóa học và cấu trúc của vật chất. • Sự thay đổi trạng thái luôn kèm theo sự giải phóng nhiệt hay hấp thụ nhiệt. Bằng cách đo lường lượng nhiệt trao đổi giữa vật khảo sát và môi trường ta có thể biết được các tính chất vật lý cũng như các tính chất nhiệt động của chất đó như enthalpy và entropy. 31 Khi xuất hiện sự chuyển pha trên mẫu,năng lượng sẽ được thêm vào hoặc lấy đi trong mẫu phân tích để duy trì nhiệt độ mẫu phân tích và mẫu quy chiếu bằng nhau. Năng lượng cân bằng được ghi lại và cung cấp kết quả đo trực tiếp của năng lượng chuyển pha. Phân tích cấu trúc nhiệt lượng vi sai 32 Tg là nhiệt độ chuyển pha thủy tinh,lúc này nhiệt dung của mẫu tăng do vậy dòng nhiệt lên Tc Nhiệt độ kết tinh,khi nhiệt độ tăng các polymer sẽ nhận đủ năng lượng và sắp xếp có trật tự hơn (tinh thể ). Quá trình này mẫu giải phóng năng lượng Tm Nhiệt độ tan của mẫu,lúc này tinh thể polymer chuyển động tự do vì vậy chúng hấp thụ một nhiệt lượng Phân tích cấu trúc nhiệt lượng vi sai 33 Biểu đồ DSC mẫu bông Việt Nam Huong Mai Bui,Vu Anh Doan, AWPP2012, Kyoto,Japan Phân tích cấu trúc nhiệt lượng vi sai 34 Một số tính chất cần thiết để vật liệu polymer có thể tạo ra xơ tương xứng: (1) Tỉ lệ chiều dài và bề rộng xơ (2) Độ đồng dạng của xơ (3) Độ bền và tính dẻo của xơ (4) Khả năng kéo dài và co dãn của xơ (5) Độ kết dính của xơ • Một số tính chất nhất định của xơ tăng giá trị và tính chất mong muốn ở quá trình sử dụng cuối nhưng không phải là những tính chất căn bản để tạo xơ, gọi là “tính chất thứ cấp” • Tính chất thứ cấp bao gồm: tính hút ẩm, độ đàn hồi, khả năng kháng mài mòn, mật độ, độ bóng, khả năng kháng hóa chất, tính chất liên quan đến nhiệt và khả năng cháy B.ĐẶC TRƯNG TÍNH CHẤT XƠ DỆT 35 4.6 Tính chất cần thiết, thứ cấp và kỹ thuật Các tính chất thứ cấp của xơ 1. Khả năng hấp thụ và nhả nước 36 2. Khả năng biến dạng đàn hồi của xơ 3. Khả năng chống mài mòn 4. Độ sáng bóng 5. Khả năng kháng hóa chất và môi trường 6. Mật độ 7. Tính nhiệt và tính cháy của xơ Đối với các kỹ sư dệt và polymer, một số tính chất quan trọng cần lưu ý là khả năng tạo xơ từ nguồn polymer và các yếu tố liên quan tới ứng dụng xơ, bao gồm: 1. Điểm nóng chảy/phân hủy trên 220°C. 2. Độ bền kéo lớn hơn 5 g/denier 3. Độ giãn đứt trên 10% và giãn đảo nghịch tới 5%. 4. Khả năng hút ẩm 2%-5% 5. Khả năng giữ ẩm và lấy ẩm từ không khí kết hợp với nhau 6. Khả năng kháng mài mòn cao 7. Khả năng kháng hóa chất, trương nở, trong dung môi hoặc dung dịch acid hay bases. 8. Tự tắt cháy khi rời khỏi nguồn lửa/nhiệt Các tính chất kỹ thuật quan trọng của xơ 37 • Cấu trúc hóa học và hình thái cơ bản của polymer trong xơ xác định tính chất cơ bản của loại vải dệt từ xơ đó • Dù xử lý hoàn tất hóa lý vải có thay đổi tính chất ở mức độ nào đó thì cơ bản tính chất vải vẫn phụ thuộc tính chất xơ • Khả năng ứng dụng của xơ được liệt kê theo các tính chất cấu trúc, lý hóa và tính chất sử dụng cuối cùng liên quan đến đánh giá ngoại quan, độ bền hữu dụng, tính thẩm mỹ Cho một số ví dụ từ kiến thức về xơ mà các em đã học ? Mối quan hệ giữa cấu trúc và tính chất xơ 38 4.7. Nhận dạng các loại xơ và đặc tính xơ Một số phương pháp khác nhau sử dụng để nhận dạng xơ Các phương pháp chủ yếu: dùng hình ảnh kính hiển vi điện tử, thí nghiệm độ hòa tan, tính chất nhiệt và cháy, mật độ và khối lượng riêng, tính dây và bắt màu. 4.7.1. Nhận dạng bằng kính hiển vi Dùng kiểm tra hình ảnh dọc trục và mặt cắt ngang xơ dưới độ phóng đại 100 tới 500 lần và một số thông tin chi tiết về hình thái học bề mặt xơ  Nhận dạng xơ tự nhiên tương đối khả thi với phương pháp này, nhưng nhận dạng xơ nhân tạo khó hơn do tính chất bề mặt tương tự nhau 39 4.7.2. Nhận dạng bằng độ hòa tan Cấu trúc hóa học của polymer trong xơ xác định tính hòa tan của xơ và ảnh hưởng của dung môi lên xơ, điều này được tận dụng để xác định xơ Rất nhiều phương pháp phân loại xơ đã được phát triển dựa trên nguyên lý cơ bản này 40 41 Acetone 100% Hydrochlori c acid 20% Sulfuric acid 60% Sulfuric acid 70% Chlorine bleach 5% Formic acid 90% ACETATE Soluble Insoluble Soluble Soluble Insoluble Soluble ACRYLIC Insoluble Insoluble Insoluble Insoluble depending on type Insoluble Insoluble COTTON Insoluble Insoluble Slightly soluble Soluble Insoluble Insoluble HAIR Insoluble Insoluble Insoluble Insoluble Soluble Insoluble HEMP Insoluble Insoluble Slightly soluble Soluble Insoluble Insoluble LINEN Insoluble Insoluble Slightly soluble Soluble Insoluble Insoluble MODARY LIC Soluble or Insoluble depending on type Insoluble Insoluble Insoluble Insoluble Insoluble Nhận dạng bằng độ hòa tan 42 Acetone 100% Hydrochlo ric acid 20% Sulfuric acid 60% Sulfuric acid 70% Chlorine bleach 5% Formic acid 90% NYLON Insoluble Soluble Soluble Soluble Insoluble Soluble OLEFIN Insoluble Insoluble Insoluble Insoluble Insoluble Insoluble POLYEST ER Insoluble Insoluble Insoluble Insoluble Insoluble Insoluble RAMIE Insoluble Insoluble Slightly soluble Soluble Insoluble Insoluble RAYON Insoluble Insoluble Soluble Soluble Insoluble Insoluble SILK Insoluble Partially Soluble Soluble Soluble Soluble Partially soluble Wool Insoluble Insoluble Insoluble Insoluble Soluble Insolubl Nhận dạng bằng độ hòa tan 4.7.3 Nhận dạng bằng tính chất nhiệt và cháy của xơ • Phản ứng của xơ khi tiếp xúc trực tiếp từ ngọn lửa thường được dùng để xác định vật liệu • Khi xơ nhiệt dẻo tiếp xúc với lửa, xơ bị nóng, chảy,co lại trong khi đó xơ không nhiệt dẻo bị ngả nâu,hóa than hoặc có thể không hề chịu tác động của nhiệt từ lửa • Khi tiếp xúc trực tiếp với lửa, xơ gốc polymer hữu cơ sẽ bắt lửa và cháy, phản ứng cháy là một đặc trưng cấu trúc của xơ • Khi rời khỏi ngọn lửa, xơ sẽ tự “dập lửa” hoặc tiếp tục bị cháy. Mùi khí phát ra từ xơ bị phá hủy và bụi tro than là tính chất đặc trưng của polymer dạng xơ 43 44 XƠ Tình trạng khi cháy Mùi Tàn Tiếp cận lửa Trong lửa Lấy ra khỏi lửa TƠ TẰM Co lại Cháy chậm Tự tắt Tóc cháy Giòn, phồng, tro đen LEN Co lại Cháy chậm Tự tắt Tóc cháy Giòn, phồng, tro đen COTTON Không ảnh hưởng Cháy nhanh Tiếp tục cháy Giấy cháy Tàn xương vụn NYLON Co lại Cháy chậm và chảy Thường tự tắt Thỉnh thoản thấy mùi như cần tây Hạt cứng màu sáng ACRYLIC Co lại Cháy chậm và chảy Tiếp tục cháy và chảy Hăng Hạt cứng đen POLYPROP YLENE (OLEFIN) Co nhanh Cháy và chảy Cháy và chảy Không xác định Hạt cứng tròn,có thể màu nâu • Mật độ xơ được xác định bằng cách sử dụng một loại các hỗn hợp dung môi với các mật độ và trọng lượng riêng • Nếu trọng lượng riêng của xơ lớn hơn trọng lượng riêng chất lỏng,mẫu xơ sẽ bị co lại trong dung dịch • Ngược lại, nếu trọng lượng riêng của xơ nhỏ hơn trọng lượng riêng chất lỏng, mẫu xơ sẽ nổi,trôi trong dung dịch. 45 4.7.4.Nhận dạng bằng mật và độ khối lượng riêng xơ 46 Một số xơ phổ biến Density g/cc Melting Point Độ C (Độ F) CELLULOSE 1.51 Không SILK 1.32-1.34 Không WOOL & OTHER HAIR 1.15-1.30 Không Man-Made Fibers ACETATE, secondary 1.32 260 (500) ACETATE, tri. 1.30 288 (550.4) ACRYLIC 1.12-1.19 Không MODACRYLIC 1.30 hoặc 1.36 188(370.4 ) hoặc 120(248) NYLON 6 1.12-1.15 213-225(415.4-437) NYLON 66 1.12-1.15 256-265(492.8-509) POLYESTER 1.38 hoặc 1.23 250-260(482-500) hoặc 282(539.6 ) POLYPROPYLENE 0.90-0.92 170(338) RAYON 1.51 Không Nhận dạng bằng khối lượng riêng xơ • Các xơ có tính nhuộm khác nhau và ái lực thuốc nhuộm phụ thuộc vào cấu trúc hóa học và hình thái học của xơ • Chuẩn bị dung dịch nhuộm bao gồm thuốc nhuộm với ái lực khác nhau thường dùng để nhận dạng xơ dựa trên độ dây màu và dựa trên tính chất “không nhuộm” của một số loại vật liệu với chất màu nhất định, nên sử dụng 2 thí nghiệm đối chứng • Phương pháp này chỉ phù hợp với xơ chưa bi nhuộm hoặc xơ mà thuốc nhuộm bị trích ra khỏi xơ trước khi thí nghiệm 47 4.7 5. Nhận dạng dựa trên độ dây màu Đặc tính liên quan tới tính thẩm mỹ và tiện nghi Bao gồm các thẩm mỹ, xúc giác, tính tiện nghi của sản phẩm: • Ngoại quan • Độ bóng • Cảm giác sờ tay • Độ rủ • Độ hút ẩm • Khả năng hồi nhàu • Độ vón hạt • Tính chống nhàu Đa phần các tính chất trên đều liên quan tới cấu trúc xơ do bản chất cấu trúc sẽ thể hiện trên bề mặt của vật liệu 4.8. Đặc tính liên quan tới Nhận dạng, Tính thẩm mỹ và Tiện nghi 48 Phân tích các tính chất • Ngoại quan và độ bóng vải liên quan đến khả năng hấp thụ và nhiễu xạ ánh sáng của từng xơ đơn • Cảm giác sờ tay ("hand" or "handle“) là tập hợp phức tạp của cảm giác xúc giác có được từ từng xơ đơn và các xơ pha trộn trong toàn bộ cấu trúc sản phẩm dệt • Độ rủ của vải liên quan đến độ cứng và độ uốn của xơ • Độ hút ẩm và tính tiện nghi liên quan đến cấu trúc hóa học,hình thái học của xơ và phương pháp mà xơ hấp thụ, phản ứng và dẫn ẩm.Tính tiện nghi cũng liên quan đến cấu trúc của sợi và vải Đặc tính liên quan tới Nhận dạng, Tính thẩm mỹ và Tiện nghi 49 Phân tích các tính chất Độ hồi nhàu và khả năng kháng nhàu của xơ trong cấu trúc sản phẩm dệt liên quan trực tiếp đến đặc tính hóa học và hình thái học của xơ, phụ thuộc vào sự biến dạng và phục hồi của chúng dưới điều kiện khô và ẩm  Tính vón hạt của xơ liên quan đến khả năng xơ đơn bị kéo ra khói cấu trúc vải sợi và độ bền của từng xơ đơn.Xơ tồn tại trong sản phẩm lỏng, mở dễ bị kéo ra khỏi vải.Nếu xơ bền, các xơ này sẽ rối với nhau và tạo thành hạt vón.Nếu xơ yếu hơn,thường xơ bị đứt trước khi đã có thể hình thành hạt vón 50 Đặc tính liên quan tới Nhận dạng, Tính thẩm mỹ và Tiện nghi Thời gian hữu dụng của vải phụ thuộc vào một số yếu tố như: độ bền, co giãn, phục hồi,độ nhám và khả năng kháng mài mòn, kháng xé kháng phá nổ của vải làm từ loại xơ nhất định Độ bền hữu dụng và bền mặc của sản phẩm: có xu hướng tăng lên khi độ bền xơ tăng  Yếu tố ảnh hưởng tới độ bền hữu dụng: - Cấu trúc sản phẩm dệt làm từ xơ có khả năng chịu đựng kéo giãn và biến dạng đồng thời với khả năng phục hồi biến dạng tốt sẽ tăng cường độ bền hữu dụng, đặc biệt khi sản phẩm chịu xé hoặc phá nổ - Độ cứng tương đối của xơ “xơ cứng sẽ có tính sử dụng cao hơn.Xơ cứng và dai cũng chịu ma sát mài mòn tốt hơn - Vị trí mài mòn: thường xảy ra ở gối, mặt phẳng tiếp xúc 4.9. Đặc tính liên quan tới thời gian sử dụng và mặc 51 Tính chất hóa lý của xơ ảnh hưởng trực tiếp tới một số tính chất sử dụng như sau: (1) Nhiệt (hóa lý) ảnh hưởng đến các yếu tố như nhiệt độ là an toàn và khả năng bắt cháy (2) Loại ẩm và đất từ xơ, bao gồm các quá trình giặt,giặt khô, khả năng nhuộm và giữ mầu (3) Khả năng kháng hóa chất , bao gồm khả năng kháng tác động của các chất hóa học trong gia dụng và khí trong khí quyển, đặc biệt là ánh sáng mặt trời 4.10 Tính chất hóa lý và phản ứng của xơ với môi trường xung quanh 52 Xơ phản ứng khác nhau với nhiệt  Xơ nhiệt dẻo, như PES, hóa mềm và nóng chảy vì nhiệt mà không phá hủy thành phần, do đó cho phép định hình xơ mềm thông qua quá trình kéo giãn/uốn và sau đó làm nguội  Các xơ khác như xơ cellulosic và protein thường phá hủy thành phần trước khi nóng chảy nên không định hình được  Nhiệt độ là an toàn của vải xác định bằng nhiệt làm mềm hoặc phá hủy nhiệt  Ở nhiệt độ đủ lớn, xơ bị oxygen tấn công trong khí quyển và thúc đẩy quá trình phá hủy.  Nếu nhiệt độ và đầu vào nhiệt đủ lớn hoặc có ngọn lửa,xơ sẽ bắt cháy, cháy và phá hủy nhanh hơn 53 Tính chất hóa lý và phản ứng của xơ với môi trường xung quanh • Phân biệt mật độ, khối lượng riêng, khối lượng thể tich ! • Density, specific weight, volumetric weight ! 4.11. Các đặc tính khối lượng, kích thước vật liệu dệt 54 4.11.1 CÁC ĐẶC TÍNH KHỐI LƯỢNG 55 56 Ý nghĩa của các thông số khối lượng, kích thước với vật liệu dệt - Mật độ: Với vật liệu dệt, khái niệm mật độ chỉ khối lượng vật liệu trên một đơn vị dài - Khối lượng riêng: phụ thuộc cấu trúc bên trong của vật liệu (mức độ sắp xếp chặt chẽ của các đại phân tử) - Khối lượng riêng là thông số quan trọng để tính toán các thông số khác hoặc ảnh hướng tới các thông số khác như: Tính diện tích mặt cắt ngang xơ sợi,độ rỗng, độ chứa đầy - Khối lượng thể tích là thông số quan trọng để tính toán các thông số khác hoặc ảnh hưởng tới các thông số khác như: - Tính độ rỗng, độ chứa đầy - Ảnh hưởng đến độ dẫn nhiệt, độ thẩm thấu, ảnh hưởng đến quá trình kéo sợi (ép kiện, xé tơi trộn đều). Phân tích các ảnh hưởng này !! 57 Khối lượng tương đối của sản phẩm 1.Thế nào là khối lượng tương đối ? 2 Các thông số khối lượng tương đối - Khối lượng thể tích  (mg/mm3) - Khối lượng một mét dài Gd (gam) - Khối lượng một mét vuông Gv (gam) Giả sử cho mẫu sản phẩm hình chữ nhật có kích thước LxB mm, dày b mm và nặng G gam Tính các thông số trên ? 58 4.11.2 CÁC ĐẶC TÍNH KÍCH THƯỚC A. ĐỘ DÀI Là thông số có ý nghĩa quan trọng với các vật liệu dệt từ xơ, sợi, vải cho đến các chế phẩm khác do: • Không đồng đều về hình dạng nên khó đo chiều dài • Có độ quăn, xoắn, co giãn, so le, độ mảnh khác nhau nên khó xác định chiều dài • Có ảnh hưởng lớn tới các quá trình gia công sản xuất, đặc biệt là ảnh hưởng của độ dài xơ tới các quá trình kéo sợi ? Vì sao ? Trong các thông số độ dài vật liệu dệt, độ dài của xơ là khó xác định nhất nên phần này chỉ tập trung đề cập đến độ dài xơ 59 Các loại chiều dài xơ Chiều dài trung bình •Với xơ thiên nhiên định nghĩa về chiều dài trung bình không đơn thuần là trung bình cộng do xơ tự nhiên ngoài khác nhau về chiều dài cũng khác nhau về đường kính. •Các sợi có đường kính khác nhau do đó các sợi dày hơn sẽ có khối lượng lớn hơn do đó phải lưu ý đến cả khối lượng khi tính chiều dài 60 61 Trên thực tế có 3 loại chiều dài trung bình xơ cơ bản: 1) Chiều dài trung bình dựa trên số lượng xơ (L): còn gọi là không thiên vị 2) Chiều dài trung bình dựa trên mặt cắt ngang xơ (Hauteur, H): có tính đến mặt cắt ngang xơ 3) Chiều dài trung bình dựa trên khối lượng xơ (Barbe B): chiều dài có tính đến khối lượng xơ Chiều dài kiểu Hauteur và Barbe là các thông số phổ biến và phụ thuộc vào các phương pháp được sử dụng để đo chiều dài sợi. Các loại chiều dài xơ Cho 3 xơ với chiều dài l và mặt cắt ngang a khác nhau Khối lượng (w) của mỗi xơ là w = a.l p với p là mật độ xơ. Tính L, H và B 62 Các loại chiều dài trung bình xơ Trong tính toán chiều dài trung bình L các xơ được cho là có đường kính bằng nhau hoặc khác nhau không đáng kể, không ảnh hưởng • Độ dài trung bình H của xơ tính theo mặt cắt ngang, do đó nếu một xơ có đường kính a2 lớn gấp 4 lần a1 thì chiều dài của nó tính gấp 4 lần • Đa phần, tỷ lệ chiều dài xơ tính theo diện tích mặt cắt ngang tương đương với tỷ lệ phần trăm số xơ, dó đó đồ thị (diagram) biểu hiện tương đương. • Phương pháp Heuteur đo trên máy Almeter hoặc máy xác định sơ đồ xơ WIRA 63 Các loại chiều dài trung bình xơ Các loại chiều dài trung bình xơ • Chiều dài Barbe thu được khi các nhóm chiều dài xơ (lấy ra từ một lược phân loại) được cân và tính chiều dài trung bình từ các dữ liệu • Có thể thu được chiều dài Hauteur bằng cách chia khối lượng của mỗi nhóm chiều dài cho chiều dài nhóm và thể hiện kết quả theo tỷ lệ phần trăm • Nếu giả định mật độ p không đổi,ta có: Các xơ dài có khối lượng lớn hơn các xơ ngắn nên chiều dài trung bình sẽ dài hơn so với tính bằng hai phương pháp trên 64 Các loại chiều dài trung bình xơ áp dụng trong thực tế Chiều dài chủ thể Lm hay Lct Là độ dài ứng với nhóm có khối lượng lớn nhất khi cho khoảng cách nhóm k (thường trong thí nghiệm lấy bằng 2mm) tiến đến số bé nhất Chiều dài phẩm chất Lpc Là độ dài của nửa phần trên, tức độ dài trung bình của những xơ có chiều dài lớn hơn Lm Chiều dài theo fibrograph - (xem các phương pháp đo chiều dài xơ) 65 Các phương pháp đo chiều dài xơ Dựa trên những định nghĩa và công thức nói trên, em hãy cho biết có thể đo chiều dài xơ bằng các phương pháp nào ? 66 Các phương pháp đo chiều dài xơ trực tiếp (different method) 1. Phương pháp đo từng xơ một Ưu nhược điểm ? 67 • Chùm xơ đặt trên miếng nhung có tấm kinh đè, những đầu xơ nhô ra trong vùng nén lần được bị kẹp rút ra.Mũi kẹp dịch chuyển từ trái sang phải trong đường rãnh của trục vít và làm cho trục quay • Trong khi xơ được rút ra, đầu dò sẽ dò xơ đúng lúc đầu trái của xơ đi qua, qua dò rơi xuống đóng mạch điện làm trục vít ngừng quay, kẹp giữ đầu phải xơ phải dừng lại ở vị trí nhất định trên bàn phím đếm, bộ đếm sẽ đếm tần số tương ứng nhóm chiều dài xơ, với khoảng cách 5mm • Ưu nhược điểm ? 68 2. Phương pháp WIRA Các phương pháp đo chiều dài xơ trực tiếp (different method) 1) Chuẩn bị một rìa hoặc chùm xơ với tất cả các sợi liên kết ở một đầu 2) Rút xơ trong thứ tự giảm dần chiều dài 3) Vẽ một sơ đồ xơ bằng cách đặt các xơ cùng với nhau theo thứ tự giảm dần của chiều dài 4) Phân tích biểu đồ. Một dạng biểu đồ xơ 69 Các phương pháp đo chùm xơ phân nhóm Phân nhóm bằng lược • Chải xơ bằng lược phân loại (có các phiên bản khác nhau được sử dụng cho cả bông và len).Lược mảnh, và có các khoảng cách xác định giữ các xơ và giữ cho xơ thẳng. • Do xơ bông tương đối ngắn, chải bông có hai bộ lược, bộ thấp hơn có kim hướng lên trên. Cả lược trên và dưới cùng được thiết lập khoảng cách (thường là 6mm) nên khi cùng làm việc khoảng cách giữa chúng là 3 mm • Bó xơ được tạo ra bằng cách chải các xơ đã được chuẩn bị bằng tay theo các khoảng chiều dài khác nhau 70 Các phương pháp đo chùm xơ phân nhóm Phân nhóm bằng lược Phân nhóm xơ bằng lược trên và lược dưới 71 Các phương pháp đo chùm xơ phân nhóm Phân tích biểu đồ xơ phân nhóm bằng lược Quan sát các chiều dài: OA,OQ,OK,OL,OP,OR, OB KK”, LL”,PP”,RR” 72 Các phương pháp đo chùm xơ phân nhóm OQ = OA/2 và PP '= OQ. OK = OP/4 và xây dựng một góc vuông với KK 'cắt đường cong tại K’. KS=KK‘/2 và xác định vị trí của R sao cho vuông góc với R'R = KS. OL = OR / 4 và xây dựng một góc vuông với LL’ cắt đường cong tại L '. Chiều dài đại diện bởi LL là chiều dài hiệu dụng Chiều dài hiệu dụng được làm tròn đến 0,8 mm gần nhất Phân tích biểu đồ xơ phân nhóm bằng lược 73 Các phương pháp đo chùm xơ phân nhóm Phân nhóm bằng kẹp Với W là bề rộng của kẹp 74 Các phương pháp đo chùm xơ phân nhóm 75 Lược trên của Fibroliner. Mẫu trong máy Almeter đặt giữa các tấm nhựa Một số biểu đồ độ dài xơ bông 76 77 Phân bố Hauteur tích lũy của xơ Một số biểu đồ độ dài xơ bông Phương pháp fibrograph – Thiết bị HVI 78 Fibre staple length by weight or number  Upper fibre staple length • Maximum, Minimum, Average fibre length: SFC: short fibre content: tỉ lệ xơ ngắn • Upper quartile length UQL: length of the shortest fibre in the upper ¼ of the length distribution chiều dài của xơ ngắn nhất trên ¼ của chiều dài phân bố 79 Một số định nghĩa cơ bản với chiều dài đo trên HVI  Mean Length ML: the mean of all or a set portion of fibre represented Fibrogram  Upper half mean length UHML: mean length of the longer half (50%) of the fibre distribution by weight  SL: represent fibre extension distance ( the distance the longest % of fibre extended from the comb  Length Uniformity index: LUI= ML / UHML  Length Uniformity Ratio LUR= 2.5%SL / 50%SL 80 Một số định nghĩa cơ bản với chiều dài đo trên HVI FIBROGRAM Degree of Uniformity Length uniformity index (%) Very high > 85 High 83-85 Intermediate 80-82 Low 77-79 Very low <77 Chỉ tiêu HVI cho độ dài Uniformity Index UI = x 100 ML UHML 81 B. ĐỘ MẢNH • Sợi và xơ