Nghiên cứu thiết kế mặt hàng vải dệt thoi từ sợi nhuộm polyester theo phương pháp 'sulution dyed' để tạo mặt hàng vải bọc nệm ghế

Vải dệt từ sợi nhuộm theo phương pháp “solution dyed” thường được sử dụng trong các sản phẩm để ngoài trời, cần có độ bền màu ánh sáng, bền màu ma sát cao như vải bọc nệm ghế, vải làm má

BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ ĐỀ TÀI KHKT 2011

1/ Cơ quan chủ trì:

Phân Viện Dệt-May Tại Thành phố Hồ Chí Minh

Địa chỉ : 345/128A Trần Hưng Đạo, Quận 1, Tp HCM

2/ Tên đề tài:

“ Nghiên cứu thiết kế mặt hàng vải dệt thoi từ sợi nhuộm polyester theo phương pháp

“Solution dyed” để tạo mặt hàng vải bọc nệm ghế ”

Thực hiện theo hợp đồng KHCN số 22.11 RD/HD-KHCN ký ngày 10 tháng 03 năm

2011 giữa Bộ công thương và Phân Viện Dệt May tại TP.Hồ Chí Minh

3/ Chủ nhiệm đề tài: KS Phạm Thị Mỹ Giang

4/ Cán bộ phối hợp nghiên cứu đề tài:

Nguyễn Anh Kiệt ThS Dệt May

Nhữ Thị Việt Hà Kỹ sư sợi –dệt

5/ TP Hồ Chí Minh – Tháng 12 năm 2011

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay, thị trường sợi nhuộm theo phương pháp “solution dyed” rất phát triển Các nước chuyên nghiên cứu sản xuất sợi theo phương pháp “solution dyed” là Trung Quốc, Ấn Độ, Thổ Nhỹ Kỳ, Bỉ, Pakistan, Banglades

Sợi nhuộm theo phương pháp này dùng phổ biến cho sợi polyester và acrylic Loại sợi này có độ đều màu cao, độ bền màu ma sát, độ bền màu ánh sáng rất cao (khoảng cấp 7-8) Vải dệt từ sợi nhuộm theo phương pháp “solution dyed” thường được sử dụng trong các sản phẩm để ngoài trời, cần có độ bền màu ánh sáng, bền màu ma sát cao như vải bọc nệm ghế, vải làm mái hiên, vải lều, bạt

Sợi kéo theo phương pháp “solution dyed” ngoài chức năng có độ bền màu cao, hiện nay người ta còn thêm một số chức năng cho sợi khi kéo theo phương pháp này như: kháng khuẩn, chống tia UV, bảo vệ cơ thể trước sự thay đổi thời tiết, tăng trắng quang học, chống cháy

Trên thị trường, sản phẩm vải bọc nệm ghế để ngoài trời thường được dệt từ sợi nhuộm theo phương pháp “solution dyed”, đây là dòng sản phẩm cao cấp do chất lượng của vải rất tốt, đảm bảo yêu cầu sử dụng của người tiêu dùng về độ đồng đều

về màu sắc, độ bền màu, tuổi thọ sản phẩm được kéo dài hơn

Ở Việt Nam chưa có đơn vị nào nghiên cứu, sản xuất vải dệt từ sợi nhuộm polyester theo phương pháp “solution dyed” Phân Viện Dệt May là đơn vị đầu tiên nghiên cứu thiết kế dệt vải từ sợi nhuộm polyester theo phương pháp “solution dyed” tạo mặt hàng vải bọc nệm ghế có độ bền màu cao

Năm 2011, với sự chấp thuận, đồng ý của Bộ Công Thương, Phân Viện Dệt May

đã thực hiện nghiên cứu thiết kế mặt hàng vải dệt thoi từ sợi nhuộm polyester theo phương pháp “Solution dyed” để tạo mặt hàng vải bọc nệm ghế, tạo sản phẩm mới, vải có độ bền màu cao, khả năng chống tấm tốt, đáp ứng nhu cầu các cơ sở sản xuất nệm ghế xuất khẩu,

thay thế hàng nhập khẩu, gia tăng giá trị nội địa hóa sản phẩm

MỤC LỤC

Chương 1 Nghiên cứu lý thuyết 5

I Nghiên cứu thị trường 5

II Công nghệ sản xuất sợi nhuộm polyester 16

1 Tổng hợp polymer 16

2 Quy trình kéo xơ màu polyester theo phương pháp “solution dyed” 17

III Tính chất xơ polyester 24

1 Tính chất vật lý 24

2 Tính chất hóa học 28

IV Ứng dụng của sợi nhuộm polyester 31

IV Công nghệ xử lý hoàn tất chống thấm nước 31

1 Chống thấm kiểu paraffin 32

2 Công nghệ chống thấm dùng axit mêlamin stêaric 32

3 Xử lý chống thấm kiểu silicon 33

4 Xử lý chống thấm kiểu florocacbon 33

Chương 2 Thực nghiệm 35

I Thí nghiệm tính chất cơ – lý hóa của sợi nhuộm polyester 35

II Thiết kế mặt hàng 36

III Quy trình công nghệ 45

1 Công đoạn mắc 46

2 Công đoạn dệt 46

3 Công đoạn hoàn tất 47

4 Thiết bị sử dụng 53

Chương 3 Kết quả và Bình luận 54

KẾT LUẬN và KIẾN NGHỊ 58

Phụ lục

Tài liệu tham khảo

Mục tiêu – Phạm vi của đề tài:

- Mục tiêu của đề tài là khảo sát, lựa chọn thiết bị phù hợp– thiết kế mặt hàng

để dệt vải từ sợi polyester (sợi được nhuộm theo phương pháp “solution dyed”), tạo sản phẩm mới, vải có độ bền màu cao, đáp ứng nhu cầu các cơ sở sản

xuất nệm ghế xuất khẩu

Nội dung nghiên cứu:

- Tìm hiểu về nguyên lý kéo sợi nhuộm “solution dyed” Ứng dụng của sợi

nhuộm kéo theo phương pháp “solution dyed”

- Thí nghiệm các tính chất cơ lý, hóa của sợi nhuộm polyester “solution dyed” So sánh tính chất của sợi kéo theo phương pháp thông thường và

phương pháp “solution dyed”

- Thiết kế mặt hàng: thiết kế thông số công nghệ, lựa chọn thiết bị phù hợp để dệt vải bọc nệm ghế

- Nghiên cứu công nghệ xử lý hoàn tất sau dệt

- Đánh giá chất lượng

Phương pháp nghiên cứu:

- Phương pháp lịch sử, kế thừa những thành quả nghiên cứu

- Phương pháp thực nghiệm

CHƯƠNG 1 NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT

I Nghiên cứu thị trường:

1 Các nước xuất – nhập khẩu vải dệt thoi đã nhuộm từ sợi polyester dún,

monofilament > 67dtex, hàm lượng polyester > 85% chủ yếu trên thế giới:

Mã tài liệu HS 540752

Nguồn: www.unstats.un.org

Bảng 1: Các nước nhập khẩu vải dệt thoi đã nhuộm từ sợi polyester dún chủ yếu

Từ năm 2007-2010:

Bảng 2: Các nước xuất khẩu vải dệt thoi đã nhuộm từ sợi polyester dún chủ yếu

Tổng giá trị thương mại: 19.869.994.084

Bảng 3: Giá trị nhập khẩu vải dệt thoi đã nhuộm từ sợi polyester dún của thế giới:

Bảng 4: Giá trị xuất khẩu vải dệt thoi đã nhuộm từ sợi polyester dún của thế giới trong những năm 2007-2010:

Bảng 6 Kim ngạch xuất khẩu vải dệt thoi đã nhuộm từ sợi polyester dún của Việt Nam từ năm 2005-2009:

Giá trị nhập khẩu vải dệt thoi (nhuộm) từ sợi polyester dún của Việt Nam chiếm khoảng 1,0 – 1,5% so với tổng giá trị nhập khẩu của thế giới

Giá trị xuất khẩu vải dệt thoi (nhuộm) từ sợi polyester dún của Việt Nam chiếm khoảng 0,55 – 0,57 % so với tổng giá trị xuất khẩu của thế giới

Tình hình nhập khẩu vải dệt thoi (nhuộm) từ sợi polyester dún của Việt Nam tăng từ năm 2005 đến năm 2008 Tuy nhiên, năm 2009 giá trị nhập khẩu của Việt Nam theo xu hướng chung của thế giới giảm tới 19,8 % so với năm 2008 Xuất khẩu

vải dệt thoi (nhuộm) từ sợi polyester dún của Việt Nam năm 2009 cũng giảm 17,1 %

Bảng 7: Các nước nhập khẩu chủ yếu từ năm 2007-2010:

Tổng giá trị thương mại: 1.917.849.827

Bảng 8: Các nước xuất khẩu chủ yếu từ năm 2007-2010:

Đức 193.394.136

Tổng giá trị thương mại: 2,239,134,289

Bảng 9: Giá trị nhập khẩu vải dệt thoi dệt từ sợi nhuộm - sợi polyester dún của thế giới trong những năm 2007-2010:

2007 2.579 117

Các nước nhập khẩu chủ yếu vải dệt thoi từ sợi nhuộm polyester dún là Đức,

Mỹ, Romania, Mexico, Bỉ Các nước xuất khẩu chủ yếu vải dệt thoi từ sợi nhuộm polyester dún là Trung Quốc, Pháp, Đức, Thổ Nhỹ Kỳ, Ý

Giá trị nhập khẩu vải dệt thoi từ sợi nhuộm polyester dún của Việt Nam chiếm khoảng 0,36 – 0,37% so với tổng giá trị nhập khẩu của thế giới

Giá trị xuất khẩu vải dệt thoi từ sợi nhuộm polyester dún của Việt Nam chiếm tỉ

lệ phần trăm rất nhỏ so với tổng giá trị xuất khẩu của thế giới

Tình hình nhập khẩu vải dệt thoi từ sợi nhuộm polyester dún của Việt Nam tăng

từ năm 2005 đến năm 2008 Tuy nhiên, năm 2009 giá trị nhập khẩu của Việt Nam theo xu hướng chung của thế giới giảm tới 22,1 % so với năm 2008 Xuất khẩu vải dệt thoi từ sợi nhuộm polyester dún của Việt Nam cũng tăng từ năm 2006 đến năm

2008 nhưng năm 2009 giá trị xuất khẩu giảm tới 74,9 % so với năm 2008

3 Các nước xuất – nhập khẩu vải dệt thoi chưa tẩy/ đã tẩy dệt từ sợi polyester dún, monofilament > 67dtex, hàm lượng polyester > 85% chủ yếu trên thế giới:

Mã tài liệu HS 540753

Nguồn: www.unstats.un.org

Bảng 13 Các nước nhập khẩu chủ yếu từ năm 2007-2010:

Tổng giá trị thương mại: 1.519.720.869

Bảng 14 Các nước xuất khẩu chủ yếu từ năm 2007-2010:

Bảng 15 Giá trị nhập khẩu vải dệt thoi chưa tẩy/ đã tẩy dệt từ sợi polyester dún của thế giới trong những năm 2007-2010:

Bảng 17 Giá trị nhập khẩu vải dệt thoi chưa tẩy/ đã tẩy dệt từ sợi polyester dún của Việt Nam từ năm 2005-2009:

Giá trị xuất khẩu vải dệt thoi chưa tẩy/ đã tẩy dệt từ sợi polyester dún của Việt Nam chiếm 5,9% so với tổng giá trị xuất khẩu của thế giới, Việt Nam có mặt trong số các nước đứng đầu về xuất khẩu vải dệt thoi chưa tẩy/ đã tẩy dệt từ sợi polyester dún

Nhận xét chung:

- Bảng số liệu thống kê cho thấy, thị trường xuất – nhập khẩu vải dệt từ sợi nhuộm polyester nhỏ hơn, chỉ bằng khoảng 15% so với thị trường xuất – nhập khẩu vải nhuộm dệt từ sợi polyester

- Việt Nam chủ yếu là xuất khẩu vải dệt thoi chưa tẩy/ đã tẩy dệt từ sợi polyester dún, khoảng 5,9% so với tổng giá trị xuất khẩu loại vải này của thế giới

- Đối với vải dệt từ sợi nhuộm polyester, Việt Nam chủ yếu là nhập khẩu, con số xuất khẩu loại vải này chiếm một tỷ lệ rất nhỏ

II Công nghệ sản xuất sợi nhuộm polyester:

Sợi polyester có phân khúc thị trường lớn nhất trong các loại sợi tổng hợp Sợi polyester chủ yếu được nhuộm màu bằng phương pháp truyền thống với thuốc nhuộm phân tán và nhuộm bằng phương pháp nhuộm màu dung dịch “solution dyed”

Phương pháp nhuộm màu dung dịch “solution dyed” không giống như các phương pháp nhuộm khác Phương pháp nhuộm màu dung dịch sẽ bơm chất tạo màu vào dung dịch polymer đang ở trạng thái nóng chảy, tạo ra màu sắc sâu, đậm đặc biệt,

có độ trong, rõ ràng, chất màu trở thành một phần của cấu trúc phân tử

Theo cách hiểu đơn giản, sự khác nhau giữa phương pháp nhuộm “solution dyed” và phương pháp nhuộm truyền thống khác tương tự như là một củ cà rốt và một củ cải Phương pháp nhuộm “solution dyed” giống như củ cả rốt, chất màu chạy xuyên suốt củ cà rốt Điều này giúp loại bỏ sự biến màu dưới tác động của các tác nhân phá hoại Các phương pháp nhuộm khác cho màu giống hiệu ứng củ cải, màu chỉ bám bên ngoài xơ Điều này có nghĩa là màu sắc có nguy cơ bị mất đi khi giặt giũ, loại bỏ vết bẩn

Nhuộm sợi polyester theo phương pháp “solution dyed” có nhiều ưu điểm hơn so với nhuộm phân tán: chất lượng màu sắc cao (độ bền màu, kiểm soát màu tốt, các tính chất sử dụng ưu việt) Quá trình kéo sợi màu polyester theo phương pháp “solution dyed” được thực hiện qua các bước như sau:

Phản ứng ester hóa trực tiếp:

Ethylene glycol phản ứng với axit terephthalic ở áp suất 4.10 5 Pa, nhiệt độ

240-2600C Đây là phản ứng tự xúc tác, tuy nhiên một số axit mạnh hoặc ester của axit titamic được them vào hỗn hợp phản ứng như là xúc tác cho phản ứng ester hóa Tỷ

lệ mol các tác chất cho phản ứng ester hóa trực tiếp là: ethylene glycol: axit terephthalic vào khoảng 1:1 -1:1,3

Phản ứng trao đổi ester:

Ethylene glycol phản ứng với dimethyl terephthalate ở nhiệt độ 1500C

Các xúc tác thương mại cho phản ứng trao đổi ester là muối acetate của các kim loại Ca2+, Mg2+, Zn2+, Co2+, Pb2+, Mn2+ Tỷ lệ mol các tác chất trong phản ứng trao đổi ester vào khoảng ít nhất 2mol ethylene glycol cho 1mol dimethyl terephthalate

Phản ứng polymer hóa pha rắn:

Trong sản xuất polyethylene terephthalate, đôi khi người ta đa tụ polymer bằng phản ứng polymer hóa pha rắn Để thực hiện phản ứng này, polymer có khối lượng phân tử thấp được nấu nóng chảy, sau đó được đúc trong khuôn để có kích thước phù hợp Những hạt polyester này được kết tinh sơ bộ bằng nhiệt và đảo lộn liên tục để tránh bị thiêu kết, sau đó chúng được gia nhiệt bằng khí nitơ nóng ở 2000C trong áp suất thấp cho tới khi đạt khối lượng tử mong muốn, sản phẩm của phản ứng này được vận chuyển tới thiết bị kéo sợi polyester

2 Quy trình kéo xơ màu polyester theo phương pháp “solution dyed”:

Sợi polyester được kéo bằng phương pháp kéo nóng chảy Quy trình công nghệ cho công đoạn kéo sợi như sau:

Hình 1: Quy trình công nghệ kéo sợi

Polyme nóng

chảy sản xuất

theo mẻ

Polyme sản xuất theo mẻ

Polyme sản xuất bằng phương pháp phản ứng pha rắn

Xơ filament

2.1 Công đoạn tiền xử lý với polyester sản xuất theo mẻ:

Do đặc thù của quá trình sản xuất theo mẻ, chất lượng của polyester rất khác nhau về khối lượng phân tử, màu sắc, điểm chảy dẻo, nhóm chức đầu mạch…thậm chí ngay cả trong cùng một mẻ cũng có những khác biệt này Hỗn hợp sản phẩm của nhiều mẻ được đưa đi nấu nóng chảy để kéo sợi Sự khác nhau trên làm giảm đáng kể chất lượng xơ Do vậy, để hạn chế những tác hại này, trong sản xuất polyester theo

mẻ, polyester được kéo thành những dải hình trụ sau đó đem cắt thành từng đoạn ngắn đều nhau rồi trộn lại để có sự phân tán đồng đều một cách tương đối trước khi đem đi nóng chảy

Trong quá trình tồn trữ, các hạt nhựa này có thể hấp thụ ẩm trong không khí Lượng ẩm này tạo điều kiện thúc đẩy phản ứng thủy phân nhóm ester trong nhựa làm giảm chất lượng xơ Để ngăn ngừa phản ứng thủy phân trong quá trình kéo sợi, các hạt polyester được sấy bằng không khí khô nóng ở nhiệt độ 1700C cho đến lúc độ ẩm trong polyester là 0,005% khối lượng Nhiệt độ sấy cao hơn dễ làm polyester có màu

Để tránh bị thiêu kết trong quá trình sấy, các hạt polyester được tinh thể hóa một phần

ở nhiệt độ từ 100-1200C trước khi đem đi sấy Hạt polyester sau khi sấy được vận chuyển bằng khí nitơ vào thiết bị nóng chảy để tránh bị tái hút ẩm trở lại Có ba cách làm nóng chảy polyester để kéo sợi là: nóng chảy trong máy nén piston, nóng chảy bằng lò nấu, nóng chảy trong máy ép đùn trục vít

Nóng chảy trong máy nén piston chỉ phù hợp với các quy trình sản xuất thử nghiệm Lò nấu polyester chia làm hai loại: loại dùng hơi đốt và loại dùng điện Hạt nhựa được vận chuyển vào lò từng lượng xác định bằng các vít tải vào lò và được các ghi lò truyền nhiệt Dòng nhựa nóng chảy lọt qua khe các thanh ghi lò vào bể chứa

Từ đây nhựa lỏng được một bơm bánh răng bơm vào hệ thống dẫn tới các bộ kéo sợi

Từ bể chứa một thiết bị cảm ứng thể tích truyền tín hiệu phản hồi về bộ điều khiển để điều chỉnh lượng nhập liệu Máy ép đùn trục vít dùng nấu polyester là loại máy ép đùn một trục hoặc hai trục Thân máy được chia làm ba vùng: vùng vận chuyển vật liệu, vùng nóng chảy và vùng bơm Nhiệt làm nóng chảy nhựa một phần được lấy từ các điện trở bao bên ngoài xilanh, phần còn lại là do ma sát giữa các hạt nhựa và giữa hạt nhựa với trục vít Ở đầu ra của máy ép đùn có lưới để lọc các phần rắn Dòng

nhựa nóng chảy từ máy ép đùn được cấp trực tiếp cho bơm bánh răng để bơm vào bộ phận kéo sợi

Khi dung dịch polymer nấu chảy được đưa tới bộ phận ép đùn thì đồng thời thuốc nhuộm màu dung dịch cũng được đưa đến bộ phận này Một phương pháp nhuộm màu cho dung dịch này là hòa tan thuốc nhuộm vào nó trước khi ép đùn dung dịch polymer Thuốc nhuộm màu sẽ được thêm vào dung dịch polymer nóng chảy, tạo thành một thể thống nhất, trong đó có tất cả các màu nhuộm cần thiết để đạt được màu sắc mong muốn cuối cùng, màu nhuộm này sẽ phân tán trong chất nền polymer của polymer nóng chảy đã sẵn sàng để qua công đoạn chế biến tiếp theo

Quá trình sản xuất ép đùn dung dịch polymer có thuốc nhuộm hòa tan được thực hiện bằng cách cho các chất màu cô đặc vào dung dịch polymer nóng chảy trước khi

ép đùn; mỗi màu riêng lẻ được cho vào một thiết bị cấp có khả năng điều tiết trọng lượng để cấp màu cho bộ phận ép đùn

Quá trình tạo màu cho dung dịch polymer nóng chảy được mô tả như sau:

Đầu tiên tạo dung dịch polymer nhiệt dẻo đưa vào bộ ép đùn thông qua ống

16-17 Các hạt màu được đưa vào máng 18, mỗi hạt chỉ chứa một màu nhuộm, mỗi loại viên màu nhuộm được chứa trong một bộ phận cấp màu có khả năng điều tiết trọng lượng riêng biệt Các bộ phận cấp màu này sẽ cấp các hạt màu cho ống 10, mỗi lần cấp sẽ có ít nhất 02 màu được cấp từ các bộ phận cấp 2, 4 ,6 , tỉ lệ cấp được điều khiển bởi thiết bị 12 để đạt được màu yêu cầu của dung dịch ép đùn và tỉ lệ ép đùn Các viên màu cô đặc và dung dịch polymer nhiệt dẻo được nấu chảy, pha trộn trong

bộ phận ép đùn Hỗn hợp này sẽ được ép đùn thành một dung dịch có màu

Bơm 20 sẽ bơm dung dịch pha trộn này qua ống dẫn 22 đến bộ phận kéo sợi 24

Hình 2 Quá trình tạo màu cho dung dịch polymer nóng chảy

2.2 Kéo sợi:

Xơ polyester kéo nóng chảy được chia làm hai loại:

- Xơ kéo ở tốc độ nhỏ có mật độ pha tinh thể thấp hoặc không tồn tại pha tinh thể

- Xơ kéo ở tốc độ lớn có tỷ lệ pha tinh thể cao

Loại xơ thứ nhất được kéo ở tốc độ 1.500 m/s, còn loại thứ hai được kéo ở tốc độ 2.500 m/s Đôi khi người ta còn phân chia quy trình kéo sợi theo hệ thống thiết bị kéo sợi Với cách phân chia này, quy trình kéo sợi được phân làm hai dạng: dạng có bộ

phận kéo sợi và bộ phận kéo định hướng chung và loại có bộ phận kéo sợi và kéo định hướng phân biệt Trong kiểu thiết bị kéo sợi và kéo định hướng chung, tốc độ của các trục quấn có thể lên tới 6.000 m/s, còn trong kiểu thứ hai, tốc độ các trục đổi hướng quyết định tốc độ kéo sợi Vì vậy, tốc độ kéo sợi chỉ vào khoảng 4.000 m/s Đầu kéo sợi bao gồm một hay nhiều bơm bánh răng gắn liền với bộ lọc và các spinneret Vật liệu lọc polyester lỏng là cát mịn hoặc bột nhôm hay lưới niken Quá trình lọc được tiến hành ở áp suất từ 2-50 MPa Spinneret làm bằng thép không gỉ dày

từ 0,1-0,4mm Các lỗ phân bố trên spinneret có thể ở dạng các vòng tròn đồng tâm hay thành các hàng song song hoặc được phân bố thành từng cụm theo đường kính lỗ

để có thể kéo ra sợi có nhiều cỡ từ một đầu kéo sợi Lỗ kéo sợi có dạng hình trụ ở đầu vào, còn đầu ra cong dần theo các dạng đường conic nhằm tăng độ đồng đều của xơ

Số lỗ trên spinneret thay đổi rất rộng từ một lượng rất hạn chế tới khoảng 60.000 lỗ Mỗi spinneret nối thành từng bộ với một bơm hoặc thành từng nhóm để dễ dàng chuyển dòng nhựa qua lại với nhau nhằm hạn chế sự quá áp cục bộ trên từng spinneret hay sửa chữa khi lỗ kéo sợi bị tắc

Ở đầu ra của spinneret, kích thước của sợi thường lớn hơn kích thước của lỗ do

sự hồi phục của sợi Nguyên nhân gây ra hiện tượng này là sự trượt lên nhau giữa các lớp khi dòng nhựa lỏng tiếp xúc với vùng không gian có nhiệt độ thấp hơn một cách đột ngột Do vậy, một số thiết bị được gắn thêm một bộ phận gia nhiệt bao quanh khu vực này hoặc tốc độ kéo sợi ở khu vực này cần được gia tăng để chống lại hiệu ứng hồi phục ở trên Ra khỏi khu vực kéo sợi, xơ được làm nguội bằng không khí thổi ngang qua hướng chuyển động của chùm xơ trong trường hợp chùm xơ nhỏ Đối với các chùm xơ có số lượng xơ lớn, không khí được thổi ngược chiều chuyển động của

xơ trong buồng kín Ở cuối mỗi buồng làm nguội, chùm xơ hội tụ lại với nhau theo trục dẫn đi vào khu vực gia công tiếp theo, sau đó qua khu vực hoàn tất rồi cuốn vào những trục sợi, hoặc sợi được các trục đưa vào khu vực kéo định hướng sau đó hội tụ với các xơ khác làm thành bó sợi Đối với bộ kéo sợi kết hợp với kéo định hướng, xơ không quấn thành quả mà được dẫn trực tiếp tới các trục đổi hướng vào khu vực kéo giãn

Sợi được xử lý hoàn tất bằng cách tiếp xúc với trục tẩm các hóa chất cần thiết, bao gồm hỗn hợp các chất bôi trơn, chất chống tĩnh điện, chất nhũ hóa, chất chống mài mòn, chất chống oxy hóa Thành phần của hỗn hợp hoàn tất là bí quyết công nghệ của từng hãng Tuy nhiên, chúng đều có thành phần cơ bản bao gồm những chất bôi trơn là hydrocarbon hay ester của rượu béo hoặc axit béo, ester của axit phosphoric với rượu có số nguyên tử carbon trong phân tử từ 6-10 hoặc polyoxyethylene thấp phân tử hoặc muối của axit phosphoric với các amin bậc bốn

xơ do nhiệt độ ở các quy trình gia công tiếp theo Bởi vậy, để bảo toàn độ kết tinh của

xơ sau khi kéo giãn, polyester được ổn định ở nhiệt độ từ 140-2200C trên các đĩa hoặc các trục dẫn

Ban đầu những máy kéo giãn trong các quy trình liên tục dựa trên nguyên tắc kéo giãn kết hợp xe sợi Trong đó trước khi đánh ống, sợi được tiếp xúc với hệ thống đai Kết quả là sợi vừa được kéo giãn vừa có độ xoắn Tuy nhiên, thế hệ máy này có tốc độ kéo thấp, chỉ dưới 1.200 m/s Các thế hệ máy kéo giãn sau này dựa trên nguyên lý kéo – đánh ống cho ra sợi không có độ xoắn nhưng tốc độ kéo sợi cao hơn, khoảng 6.000 m/s Tuy nhiên, sợi sản xuất ra có hệ số ma sát thấp vì trơn láng hơn

Do vậy, để tăng độ bám dính, sợi được làm biến dạng bằng các tác động cơ học trước khi đánh ống Trong sản xuất sợi xơ ngắn hoặc sợi có kích thước lớn, cần nhiều hơn

một trục để ổn định nhiệt cho sợi Riêng đối với sản xuất sợi xơ ngắn, các trục ổn định nhiệt được bố trí trong từng công đoạn của quá trình kéo giãn Sợi xơ ngắn được tạo nếp bằng các tác động cơ học như dùng hộp nhồi… sau đó xơ được ổn định nhiệt

ở nhiệt độ 140-2000C trước khi bị cắt

2.4 Dún sợi:

Kỹ thuật dún sợi bắt đầu được đưa vào sản xuất từ cuối thập niên 1950 đầu thập niên 1960 dựa trên nguyên lý tạo xoắn giả cho xơ Với kỹ thuật này, xơ có cường lực lớn được gia nhiệt trước khi tiếp xúc với các cọc xoắn, sau đó xơ được ổn định xoắn bằng cách hấp trong nồi hơi ở nhiệt độ 1400C trong sản xuất theo mẻ hoặc bằng cách cho xơ qua vùng gia nhiệt thứ cấp

Tới đầu thập niên 1970, kỹ thuật kéo sợi tạo dún được áp dụng trong sản xuất sợi POY Đĩa nhám tạo xoắn thay thế các cọc xoắn, góp phần nâng cao độ xoắn của xơ Sợi POY sản xuất theo kỹ thuật kéo sợi và tạo xoắn đồng thời chiếm lĩnh thị trường

xơ sợi trên toàn thế giới Trong một số trường hợp, nhà sản xuất dún sợi trước khi tung ra thị trường

Bên cạnh việc tạo xoắn cho sợi bằng cách tiếp xúc với các đĩa nhám, sợi còn được tạo xoắn bằng cách cho tiếp xúc với hệ thống hai dây đai chữ thập tại giao diện của hai đai, hệ thống đai được giải nhiệt bằng nước hoặc bằng không khí trong quá trình công tác

Do màu nhuộm được đưa vào dung dịch polymer nóng chảy trước khi ép đùn xơ trong quá trình kéo sợi nên quá trình kéo sợi và nhuộm màu đạt được chỉ trong một bước mà không cần sử dụng nước để nhuộm màu sợi như phương pháp nhuộm phân tán

III Tính chất xơ polyester:

1 Tính chất vật lý:

1.1 Ứng suất:

Với xơ có cùng độ biến dạng dư, xơ có khối lượng phân tử càng cao công kéo đứt càng cao do ứng suất tăng theo khối lượng phân tử Ngược lại xơ polyester có

khối lượng phân tử thấp có công kéo đứt thấp do có ứng suất thấp Cả hai loại xơ trên đều được sản xuất ở quy mô công nghiệp Xơ có ứng suất cao được dùng cho xơ ngắn chống nổi hạt Ứng suất một số loại được cho trong bảng sau:

Bảng 18: Ứng suất của một số loại xơ poly ethylene terephthalate

Sợi xơ ngắn xoắn

Những số liệu trên đây cho thấy poly ethylene terephthalate nói riêng, polyester nói chung là loại xơ có độ bền và độ bám cao Cường lực của xơ polyester ngang với nylon và polypropylene Độ bám của xơ bằng các loại xơ thực vật Ngoài polyester ra hiện nay chỉ có xơ aramide mới có được những đặc tính này Đặc biệt tùy vào điều kiện gia công, ứng suất và độ nhớt tới hạn của xơ khác nhau nên xơ polyester rất phong phú về chủng loại

Ở nhiệt độ cao ứng suất của xơ giảm trong khi độ biến dạng của xơ tăng do động năng của các đơn vị cấu trúc trong xơ tăng lên, các liên kết vật lý có năng lượng thấp

bị bẽ gãy Kết quả là phần tinh thể chuyển thành vô định hình làm cho tỷ lệ pha vô định hình tăng lên, xơ trở nên dẻo Tuy nhiên, khi nhiệt độ tăng, ứng suất của polyester chỉ giảm về tới một hằng số cho tới khi polyester nóng chảy Khoảng nhiệt

độ làm cho polyester giảm ứng suất vào khoảng từ 110-1400C, trong một số điều kiện quá trình này vẫn có thể xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn như trong điều kiện có mặt nước nóng, polyester hóa dẻo ở nhiệt độ 600C Nguyên nhân của hiện tượng này là các

phần tử nước nóng có nội năng cao đã xâm nhập vùng vô định hình trong xơ làm thúc đẩy quá trình hóa dẻo

1.2 Sự hồi phục:

Thông thường xơ có độ định hướng càng cao có vùng đàn hồi tuyệt đối càng lớn Vùng đàn hồi tuyệt đối của xơ chịu ảnh hưởng mạnh của nhiệt độ Nhiệt độ càng lớn, giá trị lực kéo gây ra biến dạng đàn hồi tuyệt đối càng nhỏ Poly ethylene terephthalate định hướng cao khi kéo giãn 5% có thể hồi phục hoàn toàn, còn xơ thường giá trị này là 3% Về mặt này poly ethylene terephthalate lại không thể so sánh với nylon Chẳng hạn, sự hồi phục của biến dạng giảm từ 98% khi bị kéo giãn 1% xuống còn 65% khi biến dạng là 5%, còn công hồi phục giảm từ 80% xuống còn 20% ở nhiệt độ phòng Nếu quá trình trên được tiến hành ở nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ chuyển thủy tinh Tg, các giá trị thu được tất nhiên nhỏ hơn rất nhiều Nếu xơ bị kéo giãn ở nhiệt độ lớn hơn Tg, sau đó làm nguội trước khi giải phóng lực căng, sự phục hồi của xơ sẽ rất bé Đây là cơ sở cho việc hình thành khả năng giữ nếp gấp của sợi Nếp gấp được tạo thành ở nhiệt độ cao, sau đó được định hình ở nhiệt độ thấp hơn trước khi đem ra sử dụng Bằng cách tương tự, có thể tạo các nếp nhăn do bấm nhiệt trên xơ polyester Bởi vậy, các sợi vải 100% polyester cần tránh giặt ở nhiệt độ cao Quá trình giặt cần được tiến hành ở nhiệt độ thấp hơn 690C Nếu nhiệt độ giặt cao hơn, có thể làm xuất hiện những nếp nhăn rất khó loại bỏ sau khi giặt Để khắc phục nhược điểm này, polyester thường được giặt ở nhiệt độ thấp hoặc sau khi giặt nóng cần khử các nếp nhăn bằng cách sấy xơ bằng máy sấy thùng quay Trong trường hợp polyester pha bông, sợi được xử lý hoàn tất chống nhàu để sản phẩm ít nhạy cảm với nhiệt độ

bề mặt càng nhiều Các polyester có độ nhớt 0,48 bắt đầu có sự tạo hạt trên bề mặt

xơ Nếu độ nhớt của xơ giảm xuống 0,40 lượng hạt nổi lên càng nhiều Polyester có

độ nhớt càng thấp càng khó kéo sợi do độ nhớt thấp dễ làm đứt xơ Để kéo được những xơ có độ nhớt thấp, thông thường polyester được tiến hành đồng trùng hợp với các copolymer có chứa nhóm sunfat Các xơ được sản xuất từ polymer có độ nhớt thấp cần được tẩm các chất chống nổi hạt

1.5 Sự nhiễm điện của polyester:

Polyester là loại xơ có khả năng nhiễm điện do ma sát, thường polyester bị ma sát sẽ tích điện âm Tuy nhiên, do độ dẫn điện kém nên khi bị nhiễm điện các đặc tính của xơ bị biến đổi nhất là trong điều kiện độ ẩm kém Điều này gây nhiều khó khăn cho các công đoạn gia công tiếp theo và trong tồn trữ xơ

Để làm giảm sự nhiễm điện do ma sát của xơ polyester, có thể áp dụng nhiều phương pháp khác nhau Một trong những biện pháp đó là phân tán các nhóm ưa nước vào xơ để nâng cao lượng ẩm trong xơ Ngoài ra, trong quá trình kéo sợi polyester được pha các polymer có khả năng dẫn điện làm cầu nối giữa các polyester Hoặc áp dụng kỹ thuật kéo sợi lõi áo trong đó một lớp là polyester, lớp còn lại là một polymer ưa nước hay phân tán các ion kim loại hoặc than chì vào dung dịch kéo sợi Bằng cách này người ta đã sản xuất được xơ ICI, là loại xơ có khả năng chống điện

do ma sát Đây là polyester dạng xơ ngắn, được phân tán các ion kim loại hoặc than chì có khả năng dẫn điện từ bề mặt xơ tới một chiều sâu nhất định ở một nồng độ phù hợp nhằm giảm điện trở của xơ

Một cách khác làm giảm khả năng nhiễm điện do ma sát là tẩm các chất chống tĩnh điện cho xơ polyester ở giai đoạn xử lý hoàn tất Tuy nhiên, các hóa chất này cuối cùng bị rửa trong quá trình giặt tẩy sau này

2 Tính chất hóa học:

2.1 Sự thủy phân polyester:

Vận tốc của phản ứng thủy phân polyester phụ thuộc vào hai yếu tố chính sau: môi trường thủy phân (là môi trường axit hay môi trường kiềm) và chất xúc tác ( là xúc tác có sẵn ở trong xơ hay phân tán trong môi trường)

Tốc độ của phản ứng thủy phân tùy thuộc vào khả năng khuyếch tán của các tác chất vào trong xơ Những axit vô cơ có điện tích lớn khó khuyếch tán vào trong polyester không phân cực Các tác nhân kiềm chỉ có tác dụng trên bề mặt xơ, do vậy trong dung dịch kiềm đường kính xơ giảm đi, khối lượng phân tử polyester có giảm xuống, độ bền kéo đứt giảm nhưng ứng suất của xơ không bị ảnh hưởng Ngoài ra, tốc độ phản ứng thủy phân còn phụ thuộc vào quá trình xử lý nhiệt của xơ Xơ được

xử lý trong kiềm loãng ở nhiệt độ sôi từng đợt một được ứng dụng để tạo ra những tính chất bề mặt sợi như độ nhám, cảm giác cứng…cho xơ polyester

Tốc độ phản ứng thủy phân polyester trong môi trường kiềm sẽ tăng đáng kể nếu kiềm có khả năng khuyếch tán vào trong xơ

Các xúc tác axit nói chung gây ra những hiệu ứng thủy phân khác nhau nên khối lượng của phân tử polyester giảm đi đáng kể trong khi không làm thay đổi đường kính xơ cho tới lúc xơ bị đứt thành từng đoạn

Sự thủy phân trong môi trường axit xảy ra chậm hơn trong môi trường kiềm

2.2 Sự cháy của polyester:

Khả năng bắt lửa của polyester được đánh giá theo chỉ số oxy Với phương pháp này khả năng cháy polyester ngang với bông như kết quả trong bảng sau:

Bảng 19: Chỉ số oxy của một số loại xơ

Tuy nhiên, chỉ số này chỉ có ý nghĩa tương đối, vì quá trình được tiến hành trên

xơ nguyên chất Với polyester, do nhiệt độ cháy cao nên phần bốc cháy bị rời ra khỏi

xơ Xơ polyester có nhiệt độ nóng chảy thấp, hiện tượng nhiễu giọt khi nóng chảy càng được thể hiện rõ ràng

2.3 Tính tan của polyester:

Poly ethylene terephthalate tan tốt trong các dung môi có tính axit như phenol lỏng, m-cresol, axit dicloroacetic ở nhiệt độ phòng Một số dung môi hữu cơ chứa halogen như hexafloroisopropanol cũng hòa tan tốt vào polyester ở điều kiện thường Quá trình hòa tan xảy ra nhanh chóng ở những vùng vô định hình, còn vùng tinh thể phải đun nóng mới tan

Ở nhiệt độ trên 1000C nhiều dung môi có khả năng khuyếch tán tốt vào xơ và trở thành dung môi tốt của poly ethylene terephthalate Nhóm dung môi này gồm: nitrobenzen, odiclorobenzen

Một số dung môi là dẫn xuất halogen của các hydrocarbon no có thể hòa tan poly ethylene terephthalate ở nhiệt độ dưới 00C tuy nhiên dung dịch không bền Các