Nghiên cứu chế tạo máy thí nghiệm thử độ thoáng khí của vải

MỞ ĐẦU Độ thoáng khí là một yếu tố rất quan trọng trong các thông số kỹ thuật của vật liệu dệt như là vải lọc khí, vải lọc dầu, vải may lều, vải may dù, vải mùng, vải làm cánh buồm, vải

BỘ CÔNG NGHIỆP PHÂN VIỆN DỆT MAY TẠI TP HỒ CHÍ MINH

****************

BÁO CÁO TỔNG HỢP

KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÁY THÍ NGHIỆM

THỬ ĐỘ THOÁNG KHÍ CỦA VẢI

Chủ nhiệm đề tài: LÊ ĐẠI HƯNG

7838 07/4/2010

TP HỒ CHÍ MINH - 2010

BỘ CÔNG THƯƠNG TẬP ĐOÀN DỆT MAY VIỆT NAM PHÂN VIỆN DỆT MAY 345/128A – TRẦN HƯNG ĐẠO – Q1 – TPHCM

TEL:08 39201396, FAX:39202215



BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÁY THÍ NGHIỆM THỬ ĐỘ THOÁNG KHÍ CỦA VẢI

Màn hình Công tắc nguồn

Nút chọn thang

đo Kẹp mẫu Cần khởi động

Mẫu vải

TPHCM 2009

Cơ quan chủ trì:

Phân viện dệt may

Địa chỉ 345/128A Trần Hưng Đạo

Mã số: 124.09.RD/HD-KHCN

Thời gian thực hiện đề tài: 1/2009 đến 12/2009

Các đơn vị phối hợp thực hiện:

Chủ nhiệm đề tài: KS Lê Đại Hưng Trưởng phòng NCTH Phân viện Dệt may

Các cộng tác viên:

1 Nguyễn văn Chất KS Cơ khí chế tạo máy Phân viện Dệt May

2 Nguyễn Thanh Tuyến KS Công nghệ dệt Phân viện Dệt May

PHẦN MỞ ĐẦU 4

NỘI DUNG CHÍNH CỦA ĐỀ TÀI I Nghiên cứu lý thuyết 7

I.1 Độ thẩm thấu không khí ( độ thoáng khí ) 7

I.2 Các phương pháp xác định độ thoáng khí 12

I.3 Tiêu chuẩn và phương pháp thử độ thoáng khí 18

I.4 Thiết bị thử độ thoáng khí 23

II Các bước triển khai thực hiện 30

II.1 Lựa chọn sơ đồ nguyên lý 30

II.2 Thiết kế 32

II.2.1 Sơ đồ tổng quát 32

II.2.2 Tính toán thiết kế hệ thống đo……… …….33

II.2.3 Thiết kế phần cơ khí 40

II.2.4 Thiết kế hệ thống điều khiển 42

II.3 Lắp ráp và hiệu chỉnh 46

III Chạy thử và đánh giá .48

III.1 Chạy mẫu thử nghiệm 48

III.2 So sánh kết quả thử 49

III.3 Đánh giá kết quả 50

IV Ý nghĩa khoa học kỹ thuật 50

V Ý nghĩa kinh tế xã hội 51

VI Kết luận 51

Phụ lục 51

MỞ ĐẦU

Độ thoáng khí là một yếu tố rất quan trọng trong các thông số kỹ thuật của vật liệu dệt như là vải lọc khí, vải lọc dầu, vải may lều, vải may dù, vải mùng, vải làm cánh buồm, vải may mặc ………

Trong lĩnh vực lọc, độ thoáng khí có liên quan trực tiếp đến hiệu suất lọc ( sự chênh lệch áp suất giữa các bề mặt màng lọc khi sử dụng ) Độ thoáng khí còn được sử dụng để diễn tả khả năng thở của vải đã xử lý chống thấm nước hoặc vải tráng phủ

Trong lĩnh vực công nghiệp và quân đội, thông số độ thông khí được xem là một trong những thông số căn bản để lựa chọn vật liệu dệt và là tiêu chí được quan tâm khi mua nguyên liệu

Trong lĩnh vực may mặc dân dụng, quần áo có 3 nhiệm vụ cơ bản quan trọng

Nó vừa có tác dụng bảo vệ cơ thể khỏi cac điều kiện khí hậu đồng thời giúp tạo

vẻ đẹp bên ngoài Nó không những bền, thời trang mà cần phải có tính tiện nghi, phù hợp với sinh lý cơ thể, thoáng mát và vệ sinh Tuỳ theo thời tiết và mục đích sử dụng mà sản phẩm có độ thoáng khí khác nhau Quần áo mặc ngoài vào mùa đông cần có độ thoáng khí thấp, ngăn không cho không khí từ ngoài xâm nhập vào cơ thể

Quần áo phục vụ cho thể thao, đi bộ, chơi tennis, đạp xe…., cần có sự kiểm soát

độ ẩm, độ thoáng khí, tính giữ nhiệt khi vận động

Độ thoáng khí là yếu tố chính để đánh giá tính vệ sinh của vải may mặc, đo lường “khả năng thở “ của quần áo Những năm gần đây, tính thoáng khí trở nên một trong những chỉ tiêu cần thiết mà người tiêu dùng chọn để mua sản phẩm

Để đo lường độ thoáng khí của vải, người ta dùng những thiết bị đo lưu lượng khí đi qua vải Thiết bị đo lường thông số này đã được cải tiến liên tục và được

sản xuất ở nhiều nước nhằm đáp ứng nhu cấu ngày càng cao về chất lượng Tuy nhiên cho đến nay giá thành của thiết bị còn khá cao

Mục tiêu :

 Nghiên cứu thiết kế chế tạo Máy đo độ thoáng khí phù hợp các tiêu chuẩn :TCVN 5092-90, ASTM D 737, ASTM D 3574, EN ISO

7231, EN ISO 9237, BS 5636,AFNOR G07-111, JISL 1096A

 Đáp ứng nhu cầu thử nghiệm chỉ tiêu độ thoáng khí của vật liệu dệt trong nước, có khả năng thay thế máy nhập ngoại

 Trang bị cho Trung tâm giám định dệt may - Phân viện dệt may

Nội dung đề tài:

1 Nghiên cứu lý thuyết

 Độ thoáng khí và yêu cầu chất lượng độ thoáng khí của vật liệu dệt

 Nguyên lý đo độ thoáng khí

 Tham khảo các phương pháp thử độ thoáng khí

 Nghiên cứu và tìm hiểu các dạng thiết bị hiện có trong nước và trên thế giới

- Tiếp cận thông tin trên mạng, các tài liệu từ các hãng cung cấp thiết bị và những tiêu chuẩn cần thiết về thiết bị đo độ thoáng khí

- Lựa chọn nguyên lý hoạt động và thông số kỹ thuật cần thiết cho việc thiết kế

- Tiến hành thiết kế dựa trên các thông số đã được lựa chọn

NỘI DUNG CHÍNH CỦA ĐỀ TÀI

I NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT

I.1 Độ thẩm thấu thông khí (độ thoáng khí )

Là khả năng của vật liệu dệt cho không khí xuyên qua, được thể hiện bởi lượng không khí xuyên qua 1 đơn vị diện tích của vật liệu dệt trong một thời gian nhất định khi có sự chênh lệch áp suất giữa hai bề mặt mẫu

HHH Hình 1 Độ thoáng khí của vải may mặc

Hình 2 Độ thoáng khí của vải nhiều lớp

Độ thoáng khí của chế phẩm dệt đặc trưng bằng lượng không khí Kp

(dm3) truyền qua 1m2 chế phẩm trong 1 giây khi hiệu số áp suất giữa 2 mặt chế phẩm là N/m2 hoặc mm cột nước ( 1 mm cột nước bằng 9.81 N/m2 )

P = P1 – P2 (Pa) ( Công thức 1 ) Nguyên lý chung xác định độ thoáng khí thể hiện theo sơ đồ :

Hình 3 Sơ đồ nguyên lý xác định độ thẩm thấu không khí

Mẫu thí nghiệm 3 đặt trong ống phân chia thành hai phần 1 và 2

Khi áp suất không khí trong các phần ống 1 và ống 2 khác nhau ( P1> P2 ) Lúc đó không khí có thể tích V(dm3

) sẽ truyền qua chế phẩm có diện tích F(m2) trong thời gian T(s), khi hiệu số áp suất P= P1-P2

Từ đó, xác định được độ thẩm thấu không khí theo công thức :

Kp= V/ F.T ( dm3/m2.s) (công thức 2)

- Hệ số thông khí phụ thuộc P, nên khi so sánh độ thông khí của vật liệu

dệt cần thực hiện trong điều kiện áp suất không khí cố định

- Theo Rakhmatullin, giữa P và Kp có mối liên hệ sau :

P= aKp + bK2p (công thức 3)

a, b hệ số xác định theo thực nghiệm phụ thuộc vào cấu tạo và chiều dày vải

P thấp : Thử nghiệm trên vải khít và dày, hệ số b xấp xỉ bằng 0

thử nghiệm trên vải thưa, hệ số a xấp xỉ bằng 0

- Theo Arkhang helski, ta có :

Kp = B1.Px (công thức 4)

B1 hệ số thông khí khi p =1

x chỉ số phụ thuộc cấu trúc vải,

( vải dày x=0.98 xấp xỉ 1 và vải thưa x= 0.53 xấp xỉ 0.5)

Nếu thử với P = const : KP phụ thuộc rất nhiều vào độ xốp, số lượng và kích thước các lỗ trống và bề dày sản phẩm Sản phẩm càng xốp là độ chứa đầy càng thấp và độ thoáng khí càng cao

Nếu hiệu áp P=50Pa,

Theo Fedorow :

K50=

2

) (

Es: độ chứa đầy bề mặt vải (%)

a, b, c : các hằng số phụ thuộc các loại vải

Độ thoáng khí còn phụ thuộc vào từng loại vải :

Độ thẩm thấu không khí của vật liệu đặc gần như bằng không, còn của các vật liệu xốp thì thì nằm trong những khoảng giới hạn rộng

- Kp Vải không dệt phụ thuộc độ xốp và bề dày vật liệu ( vải nỉ, dạ…)

- Thực tế , yêu cầu về độ thông khí phụ thuộc vào công dụng :

Kp cao cho các sản phẩm mặc lót và mặc vào mùa hè :

Kp rất cao cho các loại vải dùng lọc khí

Ngược lại Kp thấp đối với vải may ngoài cho quần áo mùa đông và hàng len dạ nhằm giúp cơ thể chống sự thâm nhập của không khí lạnh

Thực nghiệm về độ thẩm thấu không khí :

Bảng 1: ảnh hưởng của hệ số độ chứa đầy và độ thẩm thấu không khí của 18

loại vải thô

lượng (g/m 2 )

Độ thông khí (ml/sec/cm)

R37 tex/2 sợi

Vân chéo 2/2 254 33.9 29.1 204 177 7.1

Nhận xét :

Các mẫu vải có cùng cấu trúc nhưng khoảng trống trên mặt vải tạo thành lỗ lớn thì có độ thoáng khí cao hơn những loại vải tương tự nhưng khoảng trống trên

mặt vải tạo thành có lỗ nhỏ hơn Điều này phụ thuộc khoảng trống trên bề măt

lượng (g/m 2

Độ thông khí (ml/sec/cmH 2 0)

Hopsack 2/2 261 34.6 30.6 209 186 8.5

Vân chéo 2/2 230 30.0 26.8 183 162 13.8 Hopsack 2/2 227 30.6 26.6 185 162 17.2 Vân chéo 2/2 186 25.7 22.4 155 136 40.6 Hopsack 2/1 188 25.5 22.7 155 138 43.4

vải Từ kết quả trên thể hiện độ thoáng khí ảnh hưởng độ chứa đầy của vải rất lớn Vải hopsack cho độ thoáng khí cao nhất, vân chéo thì thấp hơn nhưng không đáng

kể và vân điểm thì có độ thoáng khí bằng ¼ của vải hopsack và vân chéo

Các chuyên gia phân cấp độ thoáng khí theo CFM (Cubic feet per minute per square meter )

CFM = 15 – 20 : Vải may áo mặc hàng ngày

CFM = 15 – 40 : Áo Jacket dạng vải nỉ, giữ ấm nhưng có độ thoáng khí Tham khảo biểu đồ độ thoáng khí cho những vải may sản phẩm dùng trong thể thao :

Hình 4 Hệ số thoáng khí dùng trong quần áo thể thao

I.2 Phương pháp xác định độ thoáng khí :

I.2.1 Phương pháp Frazier :

Nguyên lý : Thiết bị xác định độ thoáng khí hoạt động tự động và hiển thị số theo phương thẳng đứng: xác định tỷ lệ của dòng khí theo phương thẳng góc với bề mặt vải

Hình 5: Nguyên lý xác định độ thoáng khí hoạt động tự động và hiển thị

số theo phương thẳng đứng

Những thiết bị và dụng cụ xác định độ thẩm thấu không khí của chế phẩm dệt làm việc theo nguyên lý :

Hình 6 : Sơ đồ dụng cụ xác định độ thẩm thấu không khí của vải – bơm hút

Hình 7 : Sơ đồ dụng cụ xác định độ thẩm thấu không khí của vải- quạt hút

Hình 8 : Sơ đồ dụng cụ xác định độ thẩm thấu không khí của vải

-nước chảy

Tạo nên hiệu số áp suất P1 và P2 trên bề mặt mẫu thử (1), từ đó không khí truyền qua chế phẩm Sự chênh lệch về áp suất giữa các bề mặt chế phẩm được tạo nên bằng

P1> P2 : Dùng bơm hút (hình 1.2a)

Dùng quạt gió (hình 1.2b) Dùng nước chảy từ bình 2 nối với ống 3 và bình 4 phía trên đặt mẫu thí nghiệm 1 Hiệu số áp suất p đo bằng áp kế 5 (hình 1.2c)

Xác định thể tích không khí V(m3

) truyền qua diện tích F(m2) của mẫu sau thời gian T(s), từ đó tính được độ thẩm thấu không khí Kp theo công thức:

Kp= V/ F.T ( dm3/m2.s)

Thể tích không khí V truyền qua mẫu vải đo bằng lưu lượng kế 6 hoặc bằng thể tích nước của bình 2 chảy xuống trong thời gian T hoặc tính theo hiệu số áp suất h=P1-P2 trước và sau tấm ngăn 7 đặt trong bình 4 Trong trường hợp này xác định thể tích không khí theo công thức thực nghiệm (Xcônnhicôp )

W=V/T =2.08.α.d2



T h

H

(cm3/s)

W thể tích không khí đi qua mẫu trong 1 giây (cm3/giây)

α Hệ số bổ sung, kể tới dòng không khí truyền qua lỗ nhỏ của tấm ngăn 7

và phụ thuộc vào sự tương quan giữa đường kính tấm ngăn 7 và đường kính bên trong của ống (α =0.6 ÷ 0.7)

d : đường kính của lỗ tấm ngăn (mm)

h : hiệu số áp suất giữa 2 mặt tấm ngăn (mmH20)

13 dâng lên trên 3 ống nghiêng 12, giá trị mỗi vạch chia bằng 1mmH20

Lưu lượng không khí truyền qua mẫu được xác định trên các ống 8, 9, 10, 11 tương ứng các giới hạn đó là 4÷40 lít/giờ, 20÷200 lít/giờ, 120÷1200 lít/giờ, 800÷8000 lít/giờ Muốn vậy, vặn núm xoay 7 để phao 5 dâng lên trong ống sẽ tìm được lưu lượng không khí phù hợp

Sau đó xác định độ thẩm thấu không khí của vải theo công thức :

Trong đó :

V lưu lượng không khí (lít/giờ )cực đại và cực tiểu đối với tất cả mẫu thử

 Bộ phận căng mẫu có diện tích thử : 10 cm2, 20 cm2, 50 cm2, 100

 Áp suất tối thiểu giữa 2 mặt mẫu thử được qui định như sau:

Vải may mặc là 1mbar Vải dùng làm ô dù là 1.6mbar

Vải kỹ thuật là 2mbar

2 ASTM D 737 – 2004 : Air Permeability of textile fabrics

- Tiêu chuẩn này qui định phương pháp xác định độ thoáng khí của hầu hết các loại vật liệu dệt : Vải dệt thoi, vải không dệt, vải may túi lọc, chăn, vải tráng phủ, vải dệt kim, vải nhiều lớp…

- Yêu cầu kỹ thuật về thiết bị thử :

 Bộ phận căng mẫu có diện tích thử : 38.3 cm2 ( hoặc 5cm2, 6.45cm2,

100 cm2)

 Lực kẹp mẫu : 50 ± 5N

 Vòng kẹp : làm bằng Neoprene, kích thước : có thể bao quanh khu vực mẫu thử với bề dày 3mm và bề rộng là 20mm ( ngăn khí xuyên qua tại miệng kẹp )

 Bộ phận điều chỉnh áp suất (áp kế ) có độ chính xác bằng ±2 % giá trị giới hạn của thang đo

 Sự chênh áp suất ( hiệu áp suất ) tối thiểu giữa 2 mặt mẫu thử được qui định như sau : từ 100 Pa ÷ 2500Pa

 Lưu lượng kế đo lượng khí đi qua mẫu ( ft3

/min/ ft2) có độ chính xác ±2%

3 ISO 9237-1995 : Determination of the permeability of fabrics to air

( tương đương DIN 53887 và NF G07 -111 ) Tiêu chuẩn này qui định phương pháp xác định độ thoáng khí của hầu hết các loại vật liệu dệt bao gồm vải công nghiệp dung cho mục đích kỹ thuật, vải không dệt, vải và sản phẩm may mặc

- Yêu cầu kỹ thuật về thiết bị thử :

 Bộ phận căng mẫu có diện tích thử : 5 cm2

 Lưu lượng kế đo lượng khí đi qua mẫu (dm3

/min) hoặc l/min có độ chính xác ±2%

 Sự chênh áp suất giữa 2 bề mặt mẫu thử được qui định như sau:

Là 100 Pa, khu vực thử là 20cm2 ( dùng cho sản phẩm may mặc )

Là 200 Pa, khu vực thử là 20cm2 ( dùng cho vải công nghiệp )

 Trường hợp vải dệt có khoảng trống như mesh, vải lưới và vải không dệt, độ thoáng khí :

4 JIS L 1096 -99 : Determination of the Air permeability of fabrics to air

- Tiêu chuẩn này qui định phương pháp xác định độ thoáng khí của hầu hết các loại vật liệu dệt bao gồm vải công nghiệp dùng cho mục đích kỹ thuật, vải không dệt, vải và sản phẩm may mặc

- Yêu cầu kỹ thuật về thiết bị thử :

 Bộ phận căng mẫu có diện tích thử : 5 cm2, 20cm2, 50cm2, 100 cm2

 Vòng kẹp : làm bằng cao su, có cùng kích thước với mẫu thử : có thể bao quanh khu vực mẫu thử với bề dày 1÷2 mm (độ cứng 65 ÷70 IRHD )

 Bộ phận điều chỉnh áp suất (áp kế ) có độ chính xác bằng ±2 % giá trị giới hạn của thang đo

Hiệu áp suất đo trên diện tích thử là 50Pa, 100pa, 200Pa, và 500 Pa

 Sự chênh áp suất ( hiệu áp suất ) giữa 2 mặt mẫu thử được qui định như sau : từ 50 Pa ÷ 500Pa

 Lưu lượng kế đo lượng khí đi qua mẫu (dm3

/min) hoặc l/min có độ chính xác ±2%

 Sự chênh áp suất giữa 2 bề mặt mẫu thử được qui định như sau:

Là 100 Pa, khu vực thử là 20cm2 ( dùng cho sản phẩm may mặc )

Là 200 Pa, khu vực thử là 20cm2 ( dùng cho vải công nghiệp )

167 : Hệ số chuyển đổi từ đơn vị dm3/min/cm2 sang mm/second

 Trường hợp vải dệt có khoảng trống như mesh, vải lưới và vải không dệt, độ thoáng khí :

 Frazier low differential pressure air permeability tester

Hình 11 : Frazier low differential pressure air permeability tester

 Frazier high differential pressure air permeability tester

Hình 12 : Frazier high differential pressure air permeability tester

 Frazier 2000 differential pressure air permeability tester

Hình 13: Frazier 2000 differential pressure air permeability tester

1 Phạm vi áp dụng:

Đo độ thoáng khí trên giấy, vật liệu dệt ( vải dệt thoi, vải dệt kim, vải không

dệt ), vải lọc khí, vải lọc dầu, vải lọc nước, đệm mút và màng kim loại

2 Nguyên lý :

Thiết bị xác định độ thoáng khí hoạt động tự động và hiển thị số

theo phương thẳng đứng: xác định tỷ lệ của dòng khí theo phương thẳng góc với bề mặt vải

3 Tính năng kỹ thuật :

Bảng 2 : So sánh tính năng các thiết bị thử độ thoáng khí của vải

Air permeability Model LP

High pressure Air permeability Model HP

Frazier 2000(1) Air permeability Model A

Model Low pressure

Air permeability Model LP

High pressure Air permeability Model HP

Frazier 2000(1) Air permeability Model A

ASTM D 461 ASTM C 522

ISO 9237 DIN 53887

ASTM D 3574

ASTM D 737

ASTM F778 ASTM D1117

ASTM D 461 ASTM C 522

ISO 9237 DIN 53887

ASTM D 3574

ASTM D 737

ASTM F778 ASTM D1117

ASTM D 461 ASTM C 522

ISO 9237 DIN 53887

ASTM D 3574

4 Nhà sản xuất : Worldoftest

4.1 Thiết bị Portable Air Permeability Tester FX 3360 PORTAIR

Hình 14 : Portable Air Permeability Tester FX 3360 PORTAIR