nghiên cứu thiết kế chế tạo máy thử ma sát dây giày

BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 2010 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 chế tạo máy thử tính kháng thấm nước của vải dưới áp suất thuỷ tĩnh” Thực hiện theo hợp đồng KHCN số 99.10RD/HD-KHCN ký ngày 25 tháng 02 năm 2010 giữa Bộ công thương và Phân Viện Dệt May tại TP.Hồ Chí Minh. 3/ Chủ nhiệm đề tài: KS. Lê Đại Hưng 4/ Cán bộ phối hợp nghiên cứu đề tài: Nguyễn Văn Chất Kỹ cơ khí chế tạo máy Nguyễn Thanh Tuyến Kỹ sư cơ khí dệt Lương Công Kiều ThS Dệt Trịnh Thành Trung Kỹ sư cơ khí chế tạo máy 5/ TP. Hồ Chí Minh – Tháng 12 năm 2010 LỜI NÓI ĐẦU Vải chống thấm rất đa dạng và vô cùng phong phú và nhanh chóng thâm nhập vào hầu hết mọi lĩnh vực trong đời sống xã hội như may mặc, y tế , xe hơi, nông nghiệp, địa chất, môi trường, hàng không, vũ trụ và quân sự… Trong các loại vải chống thấm thì vải tráng phủ là thông dụng nhất. Vải tráng phủ là loại sản phẩm cho giá trị gia tăng cao, lợi nhuận trong sản xuất lớn hơn nhiều các sản phẩm dệt thông thường. Chúng thường được dùng để may áo đi mưa, lều , ô dù, bạt … phục vụ con người che nắng, mưa và gió bụi. Lĩnh vực vải tráng phủ ở VN đang có nhu cầu cao, và một trong những yếu tố chính đánh giá chất lượng của loại vải này là tính chống thấm nước. Hầu hết các thiết bị thử tính kháng thấm nước của vải dưới áp lực thuỷ tĩnh ở nước ta hiện nay là các thiết bị nhập ngoại các thiết bị này có giá thành rất cao. Do đó việc nghiên cứu, chế tạo các thiết bị thử nghiệm hiện đại trong nước là cần thiết, có ý nghĩ về cả mặt khoa học và kinh tế. Phục vụ và đáp úng nhu cầu trên, chúng tôi đã chọn đề tài này. TRSI - 2010 3/49 MỤC LỤC TÓM TẮT NHIỆM VỤ…………….……………………………………………………………….………………… …… 5 Mục tiêu đề tài………………………………………………………………… ………………………………….… ……5 Nội dung đề tài………………………………………………………… ………………………………………… ………5 Phương pháp nghiên cứu…………………………………………… ……………….…………… ………………5 MỞ ĐẦU………………………………………… ……………………………………………… …….….…………… ………………6 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU.……………………………… ………….……………………………6 I. Tính kháng thấm nước của vải………………………………………………………… …………………………6 II. Tính kỵ nước của vải……………………………………………………………………………………… ……,…….….6 III. Tính chống thấm nước của vải…………………… …………………………….….…………… ……,,,,……6 IV. Các công nghệ tráng phủ vải ……………………………… ………………………………….,,,,……,,….……7 1. Các loại nhựa để tráng phủ ……………………………………………………………,,,,,…….…… …… 7 2. Các phương pháp tráng phủ ……………………………….…………………………… ……………9 V. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chống thấm nước .………………………………….……… 11 VI. Phương pháp xác định tính chống thấm nước .………………………………….…………… 13 1. Áp suất thủy tĩnh ………………………………………………………………….……………………………… 13 2. Áp suất thủy động ……………………………….………………………………………………… ……………14 VII. Các tiêu chuẩn thử tính chống thấm nước .……………………………….……………….…… 14 CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM…………………………………………………………………… …………………18 I. Tìm hiểu các máy thử độ kháng thấm nước……………………………………………….………….18 II. Lựa chọn sơ đồ nguyên lý để thiết kế………………………………………………….……………………23 III. Triển khai thiết kế……………………………………………………………………………………….……… ….……24 1. Thiết kế phần cơ khí ……………………………………………………………………….… …………24 2. Thiết kế phần điều khiển ………….……………………………………………… …….……… …………26 TRSI - 2010 4/49 3. Lắp ráp và hiệu chuẩn………….……………………………………………….……… …………… ………32 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÌNH LUẬN…………………………… …………… ………….………38 1. Thử nghiệm mẫu……………………………………………………………………………………………………38 1. So sánh kết quả ……………………………………………………………………………………………… ……38 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ…………………………………………………………….…………………….………45 PHỤ LỤC………………….……………………………………………………………………………………… ……….……… …47 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………….………………………………….….……….……….48 TRSI - 2010 5/49 TÓM TẮT NHIỆM VỤ Mục tiêu :  Nghiên cứu thiết kế chế tạo Máy đo tính chống thấm nước  Thay thế hàng nhập khẩu và đáp ứng nhu cầu thử nghiệm chỉ tiêu tính chống thấm nước của các đơn vị sản xuất và các phòng thử nghiệm dệt Nội dung: 1.Nghiên cứu lý thuyết Tính kháng nước của vật liệu dệt Tham khảo các phương pháp thử tính kháng nước của vật liệu dệt Nghiên cứu và tìm hiểu các dạng thiết bị hiện có trong nước và trên thế giới. Tìm hiểu các phương pháp thử tính kháng thấm nước của vải dưới áp suất thuỷ tĩnh 2.Thiết kế : Chọn dạng thiết bị và nguyên lý hoạt động Phần cơ khí. Thiết kế hệ thống điều khiển. Lắp ráp cân chỉnh và chạy thử. 3.So sánh và đánh giá kết quả thử mẫu Phương pháp nghiên cứu: -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 tính kháng nước của vật liệu dệt -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 TRSI - 2010 6/49 MỞ ĐẦU Chương 1. TỔNG QUAN TÁI LIỆU I. Tính kháng nước của vải: Được xác định qua 2 tính chất : -Tính kỵ nước của vải (water repellency) -Tính kháng thấm hoặc tính chống thấm nước của vải (Waterproof) II. Tính kỵ nước của vải Nguyên tắc làm vải có tính kỵ nước: Tính kỵ nước là khả năng đẩy nước ở dạng giọt trên bề mặt vải. Quá trình xử lý hoàn tất vải kỵ nước là tạo ra một màng mỏng bảo vệ vải khỏi bị ướt nhưng không bít kín các lổ xốp của vải làm mất đi khả năng thoáng khí của vải. Nước tinh khiết có sức căng bề mặt cao là 72 dyn/cm điều này có nghĩa là lực hút phân tử của bản thân nước cao hơn lực hút phân tử giữa nước và các chất tạo nên bề mặt vải do đó tự nước sẽ hình thành những giọt hình cầu và không thấm vào vải. Để tạo cho vải có tính kỵ nước cần làm cho sức căng bề mặt của vải < sức căng bề mặt của nước, trong thực tế người ta phủ một lớp mỏng lên bề mặt vải các loại hợp chất như : xà phòng kim loại, sáp paraffin, muối kim loại như axêtat của nhôm, zirconi chì, hợp chất silicon, hợp chất Flocacbon để giảm sức căng bề mặt vảo tạo tính kỵ nước cho vải. Xử lý vải bằng công nghệ nano hiện nay tạo ra nhiều loại vải có đặc tính kỵ nước nhưng vẫn thoáng khí được sử dụng trong nhiều lĩnh vực từ quần áo thể thao, vải may áo sơmi, vải lều, bạt , vải may ô dù III. Tính chống thấm nước của vải : Nguyên tắc : Tạo nên một màng nhựa lien tục trên mặt vải để phủ kín mặt vải, tạo cho vải không thấm được chất lỏng hoặc chất lỏng không thấm được vào vải. TRSI - 2010 7/49 Để tăng khả năng chống nhiễm bẩn cho vải, khi tráng phủ ngoài việc chống thấm nước thường bổ sung các chất phụ gia vào lớp nhựa có thể chống phóng xạ, chống vi trùng, chống hóa chất… Công nghệ này chủ yếu sản xuất vải kỹ thuật. IV. Công nghệ tráng phủ : 1. Các loại nhựa để tráng phủ vải : 1.1.Cao su thiên nhiên: được sản xuất từ isoprene CH 2 =C(CH 3 )CH=CH 2 Màng cao su có cấu trúc mắt lưới tạo vải có khả năng chống thấm. Tuy nhiên cao su thiên nhiên có nhiều nhược điểm, nặng, không được dẻo, ỏ nhiệt độ cao dễ bị dính, nhiệt độ thấp dễ gây đứt. Trước đây phần lớn sản phẩm tráng phủ bằng vật liệu này, chủ yếu làm vải che phủ kho bạt, làm vải phủ xe tải trong chiến tranh, dần dần được thay thế bằng cao su trùng hợp. 1.2.Cao su styren-butađien (cao su tổng hợp) TRSI - 2010 8/49 Tính chất của cao su này tương tự cao su thiên nhiên, nhưng chịu được mài mòn, mền dẻo hơn cao su thiên nhiên. Chống thấm nước tốt, hoà tan trong dung môi hữu cơ. Được sử dụng để tráng phủ lên vải kỹ thuật, vải địa kỹ thuật. 1.3. Cao su Nitrin : Từ nhựa đồng trùng hợp của Butadien và Acrylomitril Đặc điểm của cao su này là bền nhiệt, bền ánh sáng , bền với chất oxy hóa và chậm lão hóa, đồng thời hoà tan được trong các dung môi hữu cơ. Được sử dụng để làm vải kỹ thuật, địa kỹ thuật và vài loại cao su đồng trùng hợp khác 1.4 Nhựa PVC : Nhựa nhiệt dẻo được sản xuất ở dạng hạt, nhũ tương. Khi tráng phủ lên vải thì màng PVC khá bền. Bền hóa học, bền dung môi hữu cơ và khó cháy. Nhưng nhựa PVC kém chịu nhiệt, ở nhiệt độ caocó thể bị chảy và dính nhưng giá thành thấp. Chủ yếu sử dụng nhiều để tráng phủ lên vải may áo đi mưa, vải bọc ghế , nệm trong trang trí nội thất, các loại vải giả da… 1.5 Nhựa Polytetra Fluoroethylen (PTEF): TRSI - 2010 9/49 Đặc điểm của màng nhựa này là rất bền hóa học, bền hóa chất, dung môi hữu cơ, bền với thời tiết, bền với vi sinh vật. Khả năng cách nhiệt tốt và khó bám dính, nhất là khi them phụ gia vào, khả năng chống cháy cao. Với những đặc tính này, các nhà khoa học nghiên cứu và ứng dụng chất này để sản xuất vải chống phóng xạ, vải chống tia α, γ, X…. 1.6 Poly Vinyliden Fluoxide ( PVDF ) Loại nhựa này kém bền hóa học , khả năng chịu lửa và nhiệt độ nóng chảy thấp hơn loại nhựa PTEF , nhưng lại dễ tráng phủ hơn. 1.7 Nhựa PU Có thành phần khá đa dạng do các hang chế tạo sử dụng các phương pháp và nguyên phụ liệu khác nhau, nhưng đều có cùng tính chất chung : độ đàn hồi cao. Loại nhựa này thường được hòa tan Dimetyl formanmit thành dạng lỏng để tráng phủ trên vải. Sau khi sấy khô, dung môi bay đi, nhựa đưa vào khoang gia nhiệt cho chảy lỏng thành màng phủ trên bề mặt vải nền. Nhựa PU có thể tráng phủ được những màng rất mỏng nhờ tính đàn hồi cao nên khi gấp lại không bị gẫy mặt ( rạn nứt ). 2. Các phương pháp tráng phủ : 2.1.Tráng phủ bằng dao gạt : TRSI - 2010 10/49 Hình 1 .Trục tráng phủ 2,3. Đầu tráng phủ (Dao gạt , khe cấp nhựa ) 4. Khoang sấy khô 5. Khoang gia nhiệt 6. Khoang làm nguội Để điều chỉnh độ dày của màng nhựa, nhựa được cấp đều trên vải (ở dạng lỏng), dao gạt sẽ gạt lại phần nhựa dư thừa, chỉ để lại một màng có độ dày nhất định. Vải đã được tráng phủ đi vào khoang sấycủa máy sấy để làm bốc hơi hết dung môi. Sau đó đi qua khoang gia nhiệt, tại đây vải được xử lý ở nhiệt độ đủ để nhựa chảy hoàn toàn thành màng và phủ kín mặt vải. Tiếp theo vải đi đến khoang làm nguội, vải được làm nguội bằng cách thổi không khí mát vào , và vải ra khỏi máy 2.2 Tráng phủ bằng trục lưới : [...]... vi của thiết bị Kết quả nghiên cứu chế tạo của nhóm đề tài là Máy thử tính kháng thấm nước của vải dưới áp suất thuỷ tĩnh (MTT01) Máy MTT01có khả năng thử: TRSI - 2010 32/49 -Vải may mặc, vải tráng phủ, vải không dệt -Máy được chế tạo để thử nghiệm phù hợp chủ yếu phương pháp thử ISO 811 và các tiêu chuẩn tương đương, diện tích thử là 100 cm 2 Chức năng: Máy MTT01 có thể chạy được 2 chế độ thử: -Áp... thử độ kháng thấm nước Trên thế giới hiện nay có rất nhiều hãng chế tạo máy đã chế tạo máy thử nghiệm độ chống thấm nước dưới áp suất thuỷ tĩnh với nhiều nguyên lý, kết cấu, thang đo khác nhau, mỗi loại đều có ưu khuyết riêng nhóm đề tài đã nghiên cứu kỹ các loại máy đó để chọn hướng thiết kế phù hợp nhất với mục tiêu của đề tài Hình 7 Máy thử tính chống thấm nước của vải hoạt động bằng tay Đường kính... chứa như cách 2 III Triển khai thực hiện 1 Thiết kế phần cơ khí Nhóm thiết kế chọn cách thiết kế đơn giản dễ chế tạo -Thân máy bằng thép cứng vững -Kẹp mẫu bằng thép không rỉ và dùng tay quay để tạo lực kẹp TRSI - 2010 24/49 Tay quay Vo may ̉ ́ Khung chị u lưc ̣ Kep trên ̣ Bì nh trung gian Đêm cao su ̣ Ông thông ́ vơi kep mâu ́ ̣ ̃ Kep dươi ̣ ́ Thiêt kê thân may thư tí nh chông thâm nươc cua vai dươi... thuật Chế độ thử 2 chế độ thử : -Áp suất tăng đều theo thời gian đến khi có sự xuyên thấm xảy ra, tốc độ tăng áp suất có thể đặt trước -Áp suất được duy trì không đổi trong một thời gian cho đến khi có sự xuyên thấm xảy ra Cả áp suất và thời gian có thể đặt trước Đơn vị thử mbar, cmH2O Thang đo (max) 1000 mbar Độ không đảm ±1.29 mbar bảo đo Diện tích thử 100 cm2 Bề dày mẫu thử max 5 mm Khoảng hở của max... thống mạch điện tử kết quả chính xác và có tính lặp lại Góc quan sát mẫu rộng TRSI - 2010 22/49 II Lựa chọn sơ đồ nguyên lý để thiết kế Từ việc nghiên cứu phân tích ưu khuyết điểm nguyên lý hoạt động của nhiều máy khác cùng chức năng nhóm đề tài đã chọn sơ đồ nguyên lý như sau: VAN AN TÒAN VAL XẢ KHÍ ĐÔNG HÔ ĐO ̀ ̀ AP SUÂT ́ ́ D MÁY BƠM KHÍ Vai ̉ B C Nuuơc cât ́ ́ A SƠ ĐÔ NGUYÊN LY MAY THƯ ĐÔ CHÔNG THÂM... 5 mẫu thử từ các vị trí khác nhau trên mẫu vải, tránh các nếp gấp Qui trình thử mẫu: Làm sạch nước trên bề mặt kẹp mẫu bằng nước cất, kẹp chặt mẫu tránh tạo ra áp suất không mong muốn trước khi bắt đầu thử Tăng áp suất nước và liên tục quan sát bề mặt vải tìm điểm xuyên thấm Ghi lại áp suất khi thấy xuất hiện giọt thứ 3 trên bề mặt vải TRSI - 2010 17/49 Chươn 2 THỰC NGHIỆM I Tìm hiểu các máy thử độ... Hình 12 TRSI - 2010 25/49 Hình 13 Bảng vẽ thiết kế cơ khi 2 Thiết kế phần điều khiển 2.1 Sơ đồ tổng quát TRSI - 2010 26/49 Van Van xa ̉ mâu vai ̃ ̉ Sensor ap suât ́ ́ May bơm khí ́ Bì nh trung gian Bô kep mâu ̣ ̣ ̃ PWM Motor driver Key board ADC 12 BIT control button LCD 240 X 128 VI ĐIÊU KHIÊN ̀ ̉ MONO DSPIC30F6014 RS232 SƠ ĐÔ KHÔI HÊ THÔNG ĐIÊU KHIÊN MAY THƯ ĐÔ CHÔNG THÂM NƯƠC ̀ ́ ̣ ́ ̀ ̉ ́ ̉... sai số max 2 LSB PWM -8 kênh pwm (simple) -Và nhiều chức năng khác: WDT, PLVD tạo thuận lợi cho hoạt động của vi điều khiển trong môi trường công nghiệp TRSI - 2010 29/49 Đây là vi điều khiển có nhiều chân I/O tạo thuận lợi cho các thiết kế kiểm soát nhiều ngoại vi như việc giao tiếp trực tiếp với màn hình graphic LCD240x128 pixel, bàn phím và các công tắc hành trình cũng như các nút điều khiển máy. .. TRSI - 2010 18/49 Kích thước mẫu 12 x 12 cm Kiểu kẹp Bằng tay Tốc độ thử Kiểm soát bằng tay - Nguyên lý hoạt động: bơm khí bằng tay - Ưu điểm: Máy kết cấu đơn giản, tăng áp suất bằng tay - Khuyết điểm: tốc độ tăng áp suất khó kiểm soát chính xác, tuỳ vào người thao tác nên kết quả không có tính lặp lại Hình 8 TRSI - 2010 19/49 Máy thử tính chống thấm nước của vải Model: QC-317-180 Đường kính kẹp mẫu... lbs) Máy QC-317-180 -Nguyên lý hoạt động: dùng cách tăng chiều cao cột nước để trực tiếp tạo áo lực lên mặt vải Chiều cao cột nước khi có xuyên thấm ở bề mặt vải chính là kết quả đo -Ưu điểm: không cần cảm biến đo phức tạp -Khuyết điểm: +thang đo bị giới hạn vì để có đo được 350 cmH2O (~350 mbar) máy đã phải cao hơn 4 mét +Quá nặng nề, ở thang 350 cmH2O máy nặng hơn 300 kg TRSI - 2010 20/49 Hình 9 Máy . HỢP KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 2010 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 chế tạo máy thử. hiểu các máy thử độ kháng thấm nước Trên thế giới hiện nay có rất nhiều hãng chế tạo máy đã chế tạo máy thử nghiệm độ chống thấm nước dưới áp suất thuỷ tĩnh với nhiều nguyên lý, kết cấu, thang. :  Nghiên cứu thiết kế chế tạo Máy đo tính chống thấm nước  Thay thế hàng nhập khẩu và đáp ứng nhu cầu thử nghiệm chỉ tiêu tính chống thấm nước của các đơn vị sản xuất và các phòng thử nghiệm