Bài giảng Vật liệu dệt - Phần 6: Kiểm tra chất lượng xơ - Trường Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh

ông 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 Định nghĩa xơ  Xơ (fiber/fibre) – một đơn vị vật chất được đặc trưng bởi sự dễ uốn (flexibility), độ mảnh (fineness) và có tỉ số (ratio) giữa chiều dài và đường kính rất lớn (l/d >>).  Xơ ngắn (staple fiber) – xơ có chiều dài hạn định (thường từ 10 – 500 mm).  Filament – xơ có chiều dài vô tận.  Định nghĩa này được dùng rộng rãi. Nhưng tính chất chung của xơ là gì? 3 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 Lưu ý Các tính chất của xơ  Khi lựa chọn sản phẩm dệt may, cần phải xem xét các yêu cầu sử dụng.  Để đáp ứng các yêu cầu, vật liệu cần phải phù hợp.  Không có xơ nào “hoàn hảo”.  Mỗi xơ dùng cho từng trường hợp cụ thể. 5 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 Phản ứng với hóa chất, nhiệt và ánh nắng  Khi sử dụng hằng ngày vật liệu dệt sẽ tiếp xúc với các nhân tố 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, ánh sáng mặt trời). Phản ứng với thuốc nhuộm  Hầu hết các xơ có màu trắng ngà (off-white). Do vậy cần phải tạo màu cho xơ 7 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 Màu sắc  Nhiều xơ có màu trắng với mắt người nhưng thực sự lại trong suốt xơ nhân tạo.  Một số xơ được tạo màu (tan trong nước) như xanh lá, xanh dương, hồng để tránh xảy ra sự lẫn lộn giữa các loại xơ. (triacetate và diacetate).  Xơ thiên nhiên thường có màu (ít nhất là dạng thô chưa xử lý).  Len, lông cừu Angora màu kem.  Vài loại lông dê màu đen, nâu, xám.  Xơ bông thường có màu từ trắng ngà đến màu kem, vàng nhẹ. 9 Màu sắc 10 Lông cừu Lông dê Cashmere Xơ lanh Xơ bông Chiều dài xơ  Xơ thiên nhiên khác nhau có chiều dài khác nhau  Bông Ai Cập 35 – 45 mm Mỹ 24 – 34 mm  Len Thô > 150 mm Trung bình 100 – 150 mm Merion mảnh 50 – 80 mm  Xơ nhân tạo nếu được dùng chung xơ thiên nhiên sẽ có chiều dài tương đương 11 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. 13 Tên xơ Chiều dài (mm) Độ mảnh (decitex) Bông Mỹ Ai Cập Len Merino mảnh Trung bình Thô Nhân tạo Xơ ngắn Xơ dài Xơ dệt thảm 25 – 35 35 – 45 50 – 80 100 – 150 > 150 32 – 45 50 – 80 100 1.5 – 2 1 – 1.5 3 – 4 4 – 6 > 10 1 – 2 3 – 6 10 – 20 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. 14Xơ bông thô Xơ bông xử lý kiềm 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. 15 Tơ tằm Xơ lanh Polyester 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 Độ mảnh của xơ  Có hai cách để biểu diễn 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. 17 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 Độ mảnh của xơ  Nếu số lượng tính ra quá lớn hoặc quá bé thì sử dụng đơn vị dẫn xuất. Tex: khối lượng (g) của 1000 mét (m) vật liệu. tex = khối lượng (g)/chiều dài (m) * 1000 Decitex: khối lượng của 10000m của vật liệu dtex = khối lượng (g)/chiều dài (m) * 10000 Kilotex: khối lượng theo gram (g) trên mét ktex = khối lượng (g)/ chiều dài (m) 19 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 Phân bố chiều dài xơ  Chiều dài xơ đơn (xơ ngắn, nguồn gốc thiên nhiên) không có nhiều ý nghĩa bằng mật độ phân phối chiều dài các xơ trong chùm xơ.  Mỗi giống xơ có biểu đồ phân phối riêng.  Xơ nhân tạo được cắt theo chiều dài bất kỳ tùy thuộc quy trình xử lý. 21 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  Liên quan đến khả năng khúc xạ (refraction), bẻ cong (bending) ánh sáng ở bên trong lẫn bên ngoai xơ.  Sự khúc xạ phụ thuộc tính chất của polymer tạo xơ.  Sự phản xạ phụ thuộc hình dạng, tiết diện ngang và bản chất diện tích xung quanh của xơ. Độ bóng của xơ  Khi nhìn vào một vật, chúng ta thấy ánh sáng do vật đó phản xạ lại.  Một bề mặt nhẵn bóng (gương) sẽ cho tia phản xạ song song.  Các bề mặt khác có thể xảy ra hiện tượng phản xạ phân tán (các tia tới bị phản xạ theo nhiều hướng khác nhau). 23 Độ bóng của xơ 24 Phản xạ gương Phản xạ phân tán Độ bóng của xơ  Xơ được gọi là bóng khi trên xơ có xảy ra hiện tượng phản xạ gương ở trong/ngoài xơ.  Xơ có tiết diện ngang tròn/gần tròn thì bóng hơn.  Xơ có thân trơn láng sẽ bóng hơn. 25 Xơ bóng 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 Chất làm mờ  Độ bóng đôi khi không cần thiết, đặc biệt khi nhuộm.  Tác động bằng cách thay đổi trong quy trình sản xuất. Cho các hạt (TiO2 – 0.8µm).  Ngoài việc giảm độ bóng còn tăng ma sát và giảm độ bền khoảng 5%.  Xơ bóng được gọi là “bright fiber” và xơ mờ có hai cấp độ, nếu độ mờ cao gọi là “matt fiber” và độ mờ thấp hơn thì gọi là “semi- dull fiber”. 27 Chất làm mờ 28 Hệ số khúc xạ của xơ  Tuy được cho là trong suốt nhưng tính chất quang học và một vài tính chất khác không đồng nhất theo mọi hướng.  Hệ số khúc xạ cho biết khả năng bẻ cong ánh sáng khi được chiếu qua bề mặt một vật liệu.  Đối với vật liệu ba chiều như xơ, thường hệ số khúc xạ có hai phần hệ số khúc xạ vuông góc và song song với trục xơ.  Thủy tinh có hai giá trị như nhau, nhưng các xơ khác thì không. Sự khác biệt giữa hai giá trị này gọi là sự lưỡng chiết.(n// - n┴). 29 Hệ số khúc xạ của xơ 30 Hệ số khúc xạ trong xơ Hệ số khúc xạ của xơ  Các xơ có lưỡng chiết lớn sẽ đóng vai trò như một lăng kính, tách ánh sáng trắng thành các dải màu.  Điều này ảnh hưởng rõ nhất khi nhuộm khi mà xơ sáng (bright fiber) được nhuộm màu tối (xanh dương hay xanh lá).  Với một góc nhìn nào đó thì màu xanh dương sẽ chuyển xanh lá và ngược lại.  Hiện tượng này thường bị lầm lẫn là lỗi trong nhuộm do máy đo không phát hiện được và được gọi là hiện tượng lưỡng sắc.  Cách khắc phục là dùng xơ mờ (matt fiber) để giảm thiểu hiện tượng khúc xạ, phản xạ. 31 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. 32 Các ứng suất trên xơ Ứng suất kéo  Ứng suất kéo là lực kéo dọc trục chính của xơ.  Về kỹ thuật, công thức tính toán: Ứng suất = tải/tiết diện ngang  Đơn vị của tải là Nm-2 hoặc Nmm-2 hoặc mNmm-2.  Tuy nhiên, trong ngành dệt, độ bền kéo thường dùng để so sánh từ hai xơ trở lên, việc xác định tiết diện ngang từng xơ đơn là khá khó.  Do đó trong ngành dệt, ứng suất kéo đặc trưng (specific tensile stress) được dùng thay cho ứng suất kéo. Ứng suất kéo đặc trưng = tải/khối lượng một đơn vị dài  Đơn vị của ứng suất kéo đặc trưng là Ntex-1 hoặc mNtex-1. 33 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 Đường cong ứng suất/biến dạng kéo  Đây là sự biểu diễn bằng hình ảnh mối tương quan giữa ứng suất và biến dạng trên xơ khi tải hoặc độ giãn dài tăng dần đến lúc xơ đứt.  Giá trị của đường cong phụ thuộc loại mẫu (xơ đơn/single fiber, búi xơ/fiber bundle, sợi/yarn, vải/fabric), kích thước mẫu, điều kiện môi trường thí nghiệm, nguyên lý vận hành máy (lực không đổi hay độ giãn không đổi) và tốc độ máy.  Mỗi loại xơ có biên dạng đường cong khác nhau tuy nhiên vẫn tuân theo một biên dạng chính. 35 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 37 Module ban đầu 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. 38 Điểm Yield Độ đàn hồi/co giãn (elasticity)  Khi một lực tác dụng lên một vật liệu sẽ làm thay đổi kích thước vật liệu đó.  Khi tải được loại bỏ thì lực nội tại sẽ kéo vật liệu trở lại vị trí ban đầu.  Một vật liệu gọi là đàn hồi toàn phần khi mà vật liệu trở lại trạng thái ban đầu hoàn toàn. Nhưng không phải vật liệu nào cũng có khả năng này và luôn có một thay đổi trong cấu trúc của vật liệu.  Tính chất này gọi là khả năng hồi phục đàn hồi (elastic recovery). 39 40 Tính chất uốn/xoắn của xơ  Xơ khi nằm trong sợi có độ săn thì sẽ nằm trên đường cong xoắn ốc.  Trong không gian ba chiều, xơ sẽ bị uốn (bending) và xoắn (twisting/torsion).  Khả năng uốn của sợi có ảnh hưởng đến độ mềm mại, gấp nếp và cảm giác tay của vải. Uốn và độ bền uốn (Bending and flexural rigidity)  Độ bền uốn được định nghĩa là cặp lực cần thiết để uốn cong từng đoạn cong đơn vị trong cấu trúc (xơ). 41 42 Lực uốn xơ Uốn và độ bền uốn (Bending and flexural rigidity)  Hệ số hình dạng đóng vai trò quan trọng. Tiết diện ngang tròn 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.  Module là bản chất về ứng suất/biến dạng của vật liệu.  Tex là mật độ tuyến tính của xơ.  Mật độ càng cao thì tiết diện ngang càng nhỏ với cùng hệ số hình dạng. 43 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 mm2 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)  Khả năng chống uốn của xơ gọi là độ bền uốn (torsional rigidity). Tính chất này được định nghĩa là cặp lực cần thiết để tạo ra các đơn vị uốn trong suốt cấu trúc của một đơn vị dài. 45 Lực xoắn xơ 46 Xoắn và độ bền xoắn (Twisting and torsional rigidity) Giá trị độ bền xoắn của một số loại xơ 47 Độ bền xoắn đặc trưng (mN mm2 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)  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 Độ ẩm trong xơ  Vật liệu dệt (xơ, sợi, vải) tiếp xúc trong không khí mỗi ngày.  Thành phần không khí gồm các loại khí, oxy, các chất bẩn và hơi ẩm.  Độ ẩm thay đổi mỗi ngày dùng độ ẩm tương đối.  Độ ẩm tương đối là lượng hơi nước được biểu diễn theo phần 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 hơi nước. 49 50 51 Độ ẩm và độ hồi ẩm Giá trị sai giới hạn của độ hồi ẩm 52 Loại xơ Giá trị tới hạn (%) Bông Len Bông đã xử lý kiềm 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  Độ ẩm cao làm xơ trương nở, ảnh hưởng đến cấu trúc sợi và vải làm tự xơ.  Hầu hết các xơ có độ ẩm tăng sẽ trở nên kém bền.  Riêng bông và xơ gốc cellulose thiên nhiên lại tăng bền khi độ ẩm tăng. 53 6.2 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 Độ mảnh của xơ  Phương pháp mật độ tuyến tính phổ biến hơn do không phụ thuộc tiết diện ngang xơ nhưng lại khó đo đạc cho xơ ngắn.  Do đó có các phương pháp gián tiếp để đo độ mảnh. Các phương pháp đo độ mảnh xơ  Có bốn phương pháp: trọng lực, quang học, khí, âm thanh. 55 56 57 58Đo đường kính xơ bằng kính hiển vi Phương pháp dòng khí (Pneumatic method)  Phương pháp này thường được chọn vì nhanh.  Xơ được nén vào buồng áp suất chuẩn, một dòng khí có áp suất sai lệch chuẩn so với áp suất buồng chứa được thổi qua mẫu xơ.  Lưu lượng dòng khí tỉ lệ thuận với bình phương tỉ số (diện tích bề mặt xơ/thể tích xơ).  Độ mảnh trung bình của các xơ được ước lượng bằng cách đo lưu lượng dòng khí đi qua một mẫu xơ có khối lượng chuẩn ở điều kiện chuẩn. 59 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. 60 Dòng khí đi qua xơ mảnh và xơ thô Phương pháp sóng âm (Sonic/vibrascopic method)  Chủ yếu dùng cho xơ nhân tạo. Dựa trên nguyên lý tương tự như các nhạc cụ bộ dây (stringed musical instruments).  Một sợi dây đàn hồi hoàn toàn sẽ có một tần số rung tối đa phụ thuộc lực căng và mật độ tuyến tính.  Xơ được coi là một sợi rất bé, được căng hai đầu với chiều dài xác định và được làm rung bằng cơ điện.  Tần số rung sẽ được thay đổi đến khi đạt biên độ rung lớn nhất (maximum amplitude). 61 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. 62 Sơ đồ thiết bị đo độ mảnh xơ bằng sóng âm 5.2.2. Chiều dài xơ  Có nhiều cách để diễn tả chiều dài xơ, nhưng cách đơn giản nhất để diễn tả “chiều dài làm thẳng” là khoảng cách giữa hai đầu xơ khi được kéo thẳng mà không kéo giãn.  Để đo chiều dài xơ có hai phương pháp: bằng tay và bằng thiết bị chuyên dụng. 63 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. 64 Tính chất của xơ bông thô Đo bằng máy  Phương pháp đơn giản nhất là dùng dĩa tráng dầu.  Một dĩa thủy tinh có chia độ được tráng dầu. Một xơ đơn được tách ra từ mẫu và đặt lên dĩa.  Lực căng do dầu sẽ làm xơ thẳng ra khi đo.  Để có kết quả tin cậy thì phải thực hiện đo nhiều lần, nhất là với xơ thiên nhiên.  Nhiều thiết bị hiện đại được phát triển có thể đo nhiều xơ đơn nhanh chóng và còn lưu giữ nhiều kết quả dạng bảng. 65 Đo bằng máy 66 Máy đo chiều dài xơ WIRA Đo bằng máy  Có nhiều thiết bị đo trực tiếp nhiều xơ cùng lúc đã được sản xuất, tiêu biểu và xưa nhất là phương pháp lược phân loại (comb sorter). 67 Lược phân loại Nguyên lý vận hành của lược phân loại Đo bằng máy 68 Biểu đồ của lược phân loại. Các phương pháp đo gián tiếp  Nhằm giải quyết các bất lợi của các phương pháp trực tiếp (thời gian, công sức).  Thường gồm hai thao tác chính: 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). 69 Các phương pháp đo gián tiếp 70 Nguyên lý đo gián tiếp chiều dài xơ được kéo thẳng . Nguyên lý đo gián tiếp chiều dài xơ tự do. 5.2.3. Độ giãn  Tính chất cơ học của vật liệu có thể được đo theo các hướng khác nhau.  Đối với xơ, quan trọng nhất là tính chất cơ học dưới tác dụng của lực kéo dọc trục. Nguyên lý  Cố định hai đầu xơ, kéo căng hai đầu dần dần (điều kiện chuẩn) rồi đo sự thay đổi về chiều dài (độ giãn) và lực tác dụng.  Thiết bị cũ, đơn giản chỉ đo được lực giãn khi xơ đứt. Các thiết bị mới, phức tạp có thể kiểm soát liên tục lực tác dụng và độ giãn dài tương ứng để vẽ đồ thị. 71 72 Đường cong ứng suất/biến dạng tiêu biểu của một xơ Điều kiện cơ học để đo độ giãn  Các điều kiện thực hiện thí nghiệm có ảnh hưởng quan trọng đến kết quả thu được.  Có ba điều kiện học phải đảm bảo: lực tác dụng không đổi (constant rate of loading), độ giãn dài không đổi (constant rate of extension), 73 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. 74 Lực tác dụng tăng đều Điều kiện cơ học để đo độ giãn ĐỘ GIÃN KHÔNG ĐỔI  Mẫu được thay đổi chiều dài mẫu bằng cách di chuyển một trong hai ngàm kẹp với tốc độ không đổi. Thiết bị hiện đại dùng điều kiện này do dễ đạt được. 75 Độ giãn không đổi 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. 76 Chuyển vị không đổi Nguyên lý cơ học đo lực tác dụng  Việc đo độ giãn không quá khó nhưng đo lực tác dụng hoàn toàn khác. NGUYÊN LÝ CÂN BẰNG  Dựa trên nguyên lý moment lực. Thiết bị gồm một trục nằm ngang tựa lên một bản lề tại một vị trí bất kỳ giữa hai đầu trục. 77 Đo lực tác dụng theo nguyên lý cân bằng 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. 78 Đo lực tác dụng theo nguyên lý cân bằng Nguyên lý cơ học đo lực tác dụng NGUYÊN LÝ ĐÒN BẨY CON LẮC  Ngàm trên của thiết bị gắn với một pulley được liên kết với một con lắc.  Khi cân bằng ta có Lr = mgx = mgRsinθ  Với mg, r và R không đổi ta có thể tính được tải L. 79 Đo lực tác dụng theo nguyên lý đòn bẩy con lắc 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. 80 Đo lực tác dụng theo nguyên lý mặt phẳng nghiêng Nguyên lý điện tử đo lực tác dụng  Có nhiều nguyên lý đo lực tác dụng thay thế cho phương pháp cơ học, tiêu biểu là nguyên lý đo độ biến dạng (strain gauge principle).  Nguyên lý này dùng một cuộn dây điện trở được cuộn gọn trong một hộp nhựa. Thiết bị đo này được gắn lên bề mặt một lò xo đòn bẩy. 81 Bộ phận đo độ biến dạng 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. 82 Đo lực tác dụng theo nguyên lý đo độ biến dạng Thiết bị đo độ giãn của chùm xơ  Từng xơ đơn rất mảnh và khó xử lý, đồng thời bản chất sai lệch về các tính chất giữa các xơ dẫn đến việc phải thực hiện nhiều thí nghiệm để đảm bảo tính chính xác.  Vì thế nhiều thiết bị được phát triển để kiểm tra nhiều xơ cùng lúc ở dạng chùm xơ (các xơ song song).  Vì đo nhiều xơ đồng thời nên chỉ đo được tính chất chung (trung bình) của xơ, không thể hiện được sự khác biệt giữa các xơ.  Phương pháp đơn giản nhất là “Thiết bị đo độ bền xơ Pressley”. 83 84 Thiết bị đo độ giãn của chùm xơ  Hệ số Pressley chỉ đặc trưng cho độ bền trung bình của các xơ, không cho biết giá trị độ giãn đứt của xơ. 85 Sơ đồ thiết bị đo độ giãn chùm xơ Pressley 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 Phương pháp trọng lực (Gravimetric method) PHƯƠNG PHÁP CHUẨN (Standard method) Quy trình gồm:  Cân chính xác khối lượng một bình rỗng.  Một mẫu xơ được đặt vào chai, tháo bỏ nắp chai và cân (chai + xơ).  Chai và mẫu được sấy khô nhiều lần trong lò ở 105±30C (không có nắp), rồi để nguội (có nắp) rồi đem cân.  Quá trình thực hiện đi lại nhiều lần đến khi nào khối lượng giảm xuống dưới một đại lượng đã xác định trước. Khối lượng cuối cùng gọi là khối lượng sấy khô bằng lò sấy (oven-dry mass). Mẫu không được sấy khô hoàn toàn bằng lò. 87 88 Phương pháp trọng lực (Gravimetric method) CÁC THIẾT BỊ SẤY NHANH  Dùng quy trình tương tự phương pháp chuẩn. Mẫu được đặt trong giá (đã cân trước).  Dòng khí nóng đi qua làm khô mẫu.  Giá đựng có thể được đóng lại rất nhanh và đem (mẫu + giá) đi cân lại.  Các thiết bị này hiện được trang bị đèn hồng ngoại để sấy mẫu ngay trên cân điện tử.  Cân có gắn vi xử lý để tính toán giá trị hồi ẩm từ khối lượng mẫu ban đầu và mẫu khô. 89 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 Phương pháp điện tử (electronic method) 91 Các điện cực dùng tron các thiết bị đo độ hồi ẩm điện tử 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 Phản ứng với nhiệt  Thí nghiệm gồm hai bước: tiếp cận ngọn lửa và phản ứng trong ngọn lửa. 93 Ngọn lửa phát sáng và không phát sáng 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 Phản ứng với nhiệt PHẢN ỨNG TRONG NGỌN LỬA 95 Phản ứng Phân loại Thí nghiệm tiếp theo Không nhiệt dẻo 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 Phân tích nguyên tố 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 Quan sát bằng kính hiển vi QUAN SÁT MẶT CẮT NGANG 97 Phương pháp quan sát mặt cắt ngang xơ bằng dĩa thép không rỉ 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 Phân tích nguyên tố THÍ NGHIỆM NITƠ 99 Thí nghiệm phát hiện nitơ 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. 100 Thí nghiệm phát hiện clo Phân tích nguyên tố  Thực hiện thí nghiệm phân tích nguyên tố có thể phân xơ ra làm bốn nhóm chính sau 101 Nhóm Có nitơ Có Clo Loại xơ 1 2 3 4  X  X X   X Polyamide Polyacrylic Chlorofiber Modacrylic Cellulose Acetates Polyester Polypropylene 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 Phân tích nguyên tố THÍ NGHIỆM DUNG MÔI  Dung môi cho xơ chỉ chưa nitơ  Dung môi cho xơ không chứa nitơ lẫn clo 103 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  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 Xác định xơ Xơ chưa biết Nhiệt Phi nhiệt dẻo Nhiệt dẻo Kính hiển vi 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 Li be/lá (bast/leaf) Cellulose tái sinh Nitơ Clo Nitơ & Clo Không có Nitơ & Clo Dung môi Hòa tan trong Axit formic DMSO Polyamide Acrylic Chlorofiber Modacrylic Dung môi Hòa tan trong Acetone Axit acetic Triacetate 105 Xylene Chưa tìm ra Polyolefine Polyester Diacetate 1