Đồ án tốt nghiệp ngành công nghệ và vật liệu hóa dệt Thiết kế nhà máy Nhuộm và hoàn tất dải vải đàn tính PolyamitElastan với công suất 50 triệu métnăm

Polyamit được sản xuất khoảng 4 triệu tấn hằng nămđóng vai trò xơ dệt phổ biến thứ ba sau polyeste và bông, polyamit có nhiều ưu điểm so với xơ sợi khác, đặc biệt là tính đàn hồi, co giã

VIỆN DỆT MAY – DA GIẦY & THỜI TRANG

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ VÀ VẬT LIỆU HÓA DỆT

-o0o -ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (TEX5913)

Đề tài:

Thiết kế nhà máy Nhuộm và hoàn tất dải vải đàn tính Polyamit/Elastan với công

suất 50 triệu mét/năm

Giáo viên hướng dẫn : TS Nguyễn Ngọc Thắng

Sinh viên thực hiện : Bùi Thị Thoa

Hà Nội, 2017MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 4

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH 5

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 6

LỜI CẢM ƠN 7

LỜI NÓI ĐẦU 8

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ DẢI VẢI ĐÀN TÍNH VÀ THỊ TRƯỜNG TIÊU THỤ 9

1.1 Dải vải đàn tính và phạm vi sử dụng [1] 9

1.2 Phân loại dải vải đàn tính [2, 3] 10

1.3 Thị trường dải vải đàn tính 13

1.4 Lựa chọn mặt hàng 14

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ THIẾT KẾ 16

2.1 Nguyên vật liệu 16

2.1.1 Xơ Polyamit [4] 16

2.1.2 Elastan [5] 20

2.2 Phân tích kiểu dệt 24

2.2.1 Khái niệm vải dệt thoi [7] 24

2.2.2 Một số kiểu dệt thoi [8] 25

2.3 Công nghệ Nhuộm – Hoàn tất, thuốc nhuộm, hóa chất, chất trợ sử dụng cho vải PA/EL 26

2.3.1 Tiền xử lý 26

2.3.2 Nhuộm 26

2.3.3 Hoàn tất 32

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 33

3.1 Cơ sở thiết kế 33

3.1.1 Chế độ làm việc của nhà máy 33

3.1.2 Lập kế hoạch sản xuất 33

3.2 Thiết kế dây chuyền công nghệ sản xuất 34

3.2.1 Lựa chọn dây chuyền công nghệ 34

3.2.2 Lựa chọn thiết bị sử dụng 35

3.2.3 Lựa chọn công nghệ tiền xử lý-nhuộm-hoàn tất 42

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN KINH TẾ - KỸ THUẬT VÀ BỐ TRÍ MẶT BẰNG NHÀ XƯỞNG 45

4.1 Tính toán kỹ thuật 45

4.1.1 Chuyển đổi chiều dài mét vải sang khối lượng 45

4.1.2 Tính số lượng thiết bị cần sử dụng 45

4.1.3 Tính lượng hóa chất tiêu hao 46

4.1.4 Tính lượng nước tiêu hao 49

4.1.5 Tính lượng điện tiêu thụ 50

4.2 Tính toán kinh tế 52

4.2.1 Tính toán tiền lương lao động 52

4.2.1 Tính toán tiền lương lao động 53

4.3 Tính toán chi phí cho hoạt động sản xuất của nhà máy 55

4.4 Tính toán khấu hao 56

4.4.1 Khấu hao thiết bị 56

4.4.2 Khấu hao nhà xưởng 56

4.4.4 Tính toán giá thành sản phẩm 57

4.4.5 Số vốn đầu tư và thời gian thu hồi vốn 57

4.5 Bố trí mặt bằng nhà xưởng 58

4.5.1 Yêu cầu chung 58

4.5.2 Yêu cầu về chọn địa điểm xây dựng 58

4.5.3 Yêu cầu về chọn kiểu nhà công nghiệp 59

4.5.3 Yêu cầu về sắp xếp và bố trí dây chuyền thiết bị 59

4.5.4 Thiết kế và bố trí mặt bằng của nhà máy 59

4.5.5 Tính diện tích các kho 60

4.5.6 Sơ đồ mặt bằng nhà xưởng 60

CHƯƠNG 5: CHUYÊN ĐỀ VỀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI 63

5.1 Thành phần và tính chấ nước thải 63

Bảng 5.1 Thành phần và tính chất nước thải 63

7.2 Yêu cầu kỹ thuật 63

7.3 Sơ đồ xử lý nước thải 64

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bùi Thị Thoa

7.4 Nguyên lý xử lý của hệ thống 66

7.5 Thuyết minh công nghệ 66

KẾT LUẬN 70

TÀI LIỆU THAM KHẢO 71

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Các lĩnh vực sử dụng sợi elastan ở Mỹ, Tây Âu và trên toàn thế giới 11

Bảng 1.2 Một số mặt hàng ribbon đàn tính [3] 12

Bảng 1.3 Một số mặt hàng tape đàn tính [3] 12

Bảng 1.4 Một số mặt hàng strap đàn tính [3] 13

Bảng 1.5 Một số mặt hàng lace đàn tính [3] 14

Bảng 1.6 Thông số của các mặt hàng vải dệt thoi đàn tính PA/EL nhà máy sản xuất 16

Hình 2.1 C 17

Bảng 2.1 Thành phần hóa học và quy trình kéo sợi 22

Bảng 2.2 Những tính chất cơ học của các sợi elastan 23

Bảng 2.3 Những tính chất nhiệt và hấp phụ của các sợi đàn hồi 23

Bảng 3.1 Bảng phân bổ thời gian làm việc trong năm 34

Bảng 3.2 Bảng phân phối mặt hàng sản xuất của nhà máy 35

Hình 3.2 Thiết bị tiền xử lý – nhuộm – hoàn tất dải vải đàn tính PA/EL MTF-B của hãng MATHIS [9] 37

Bảng 3.3 Đơn công nghệ nhuộm cho dải vải đàn tính PA/EL 43

Bảng 3.4 Đơn công nghệ giặt cho dải vải đàn tính PA/EL 44

Bảng 3.5 Đơn công nghệ hồ mềm, chống vàng cho dải vải đàn tính PA/EL 44

Bảng 4.1 Bảng tính toán khối lượng vải cho từng mặt hàng 46

Bảng 4.2 Thống kê số lượng thiết bị sử dụng và chi phí mua thiết bị [12] 47

Bảng 4.3 Thống kê lượng hóa chất sử dụng và chi phí hóa chất 49

Bảng 4.4 Lượng nước sử dụng của nhà máy trong một năm 50

Bảng 4.5 Thống kê lượng nước sử dụng và chi phí tiền nước 51

Bảng 4.6 Bảng thống kê tiển lương của công nhân viên của nhà máy trong một năm (triệu đồng) 55

Bảng 4.7 Thống kê chi phí cho hoạt động sản xuất của nhà máy một năm (triệu đồng) 57

Bảng 4.8 Thống kê vốn đầu tư, lãi suất và chi phí sản xuất một năm (triệu đồng) 58

Bảng 7.2 Một số thông số đâu ra theo QCVN 13: 2015/BTNMT 65

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bùi Thị Thoa

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Môt số ứng dụng của vải đàn tính 16

Hình 2.1 Công thức hóa học của polyamit 18

Hình 2.2 Khả năng liên kết của polyamit với axit hay thuốc nhuộm axit 21

Hình 2.3 Cấu trúc kiểu dệt vân điểm 27

Hình 2.4 Kiểu dệt vân chéo 1/3 27

Hình 2.5 Kiểu dệt satanh 1:4 27

Hình 2.6 Sơ đồ quy trình tiền xử lý dạng dải vải đàn tính PA/EL 28

Hình 2.7 Sơ đồ quá trình xử lý hoàn tất dải vải đàn tính PA/EL 34

Hình 3.1 Sơ đồ quy trình công nghệ Tiền xử lý-Nhuộm-Hoàn tất dải vải đàn tính PA/EL 37

Hình 3.3 Sơ đồ cấu tạo máy MTF-B 500 của MATHIS [9] 39

Hình 3.4 Bảng điều khiển 40

Hình 3.5 Lô sấy 40

Hình 3.7 Máy khâu cầm tay New Long NP-8A 40

Hình 3.8 Thiết bị đo màu cầm tay 41

Hình 3.9 Lò hơi công nghiệp SZL8-1.25/1.6-All[11] 41

Hình 3.10 Máy ngấm ép Copower 42

Hình 3.11 Thiết bị đo độ bền màu với giặt là GT-D07 của hãng Gester 42

Hình 3.12 Máy đo độ pH MEI 554 43

Hình 3.13 Tủ so màu GT-D08 của Gester 43

Hình 3.14 Cân phân tích ALX-210 USB RS23 43

Hình 3.13 Thiết bị đo độ bền kéo đứt GT-C01-3 của Gester 44

Hình 3.14 Thiết bị đo độ bền kéo giãn Flexiframe 44

Hình 3.15 Sơ đồ quy trình công nghệ tiền xử lý-nhuộm-hoàn tất dải vải đàn tính PA/EL 45

Hình 4.2 Sơ đồ bộ máy của nhà máy sản xuất dải vải đàn tính PA/El 55

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bùi Thị Thoa

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành chuyên đề đồ án tốt nghiệp này trước hết em xin gửi đến quýthầy,cô giáo trong viện Dệt may-Da giày & Thời trang Trường Đại học Bách Khoa HàNội lời cảm ơn chân thành

Đặc biệt, em xin gởi đến thầy Nghuyễn Ngọc Thắng người đã tận tình hướngdẫn, giúp đỡ em hoàn thành chuyên đề đồ án tốt nghiệp này lời cảm ơn sâu sắc nhất.Đồng thời nhà trường đã tạo cho em có cơ hội được thưc tập nơi mà em yêuthích, cho em bước ra đời sống thực tế để áp dụng những kiến thức mà các thầy côgiáo đã giảng dạy Qua công việc làm chuyên đề này em nhận ra nhiều điều mới mẻ và

bổ ích để giúp ích cho công việc sau này của bản thân

Vì kiến thức bản thân còn hạn chế, trong quá trình tìm hiểu, hoàn thiện chuyên đềnày em không tránh khỏi những sai sót, kính mong nhận được những ý kiến đóng góp

LỜI NÓI ĐẦU

Công nghệ dệt may là ngành quan trọng của nhiều nước đang phát triển Trongnhững năm gần đây , ngành Dệt may nước ta đã không ngừng phát triển và có một vaitrò quan trọng trong quá trình công nghiệp hóa đất nước Ngành Dệt may nước takhông chỉ đáp ứng nhu cầu trong nước, giải quyết lao động và đặc biệt còn mangnguồn thu ngoại tệ nhờ xuất khẩu

Xu hướng phát triển yêu cầu ngành dệt may nước ta hội nhập nền kinh tế quốc tế

và tạo ra chất lượng và hiệu quả của xuất khẩu, đem lại giá trị gia tăng thật sự chongành và cho nền kinh tế Một trong các nhiệm vụ là phải tìm ra các vật liệu dệt maymới đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng Các loại xơ sợi mới được cácnhà khoa học tìm tòi và nghiên cứu nhằm đưa ra thị trường các sản phẩn đáp ứng yêucầu khắt khe của người tiêu dùng Điển hình trong các loại xơ, sợi tổng hợp nhân tạo

có xơ, sợi elastan có độ đàn hồi cao, có khả năng phục hồi nếp gấp lớn, dễ pha trộn vớicác vật liệu khác như cotton, polyester, polyamit…vv là những nguồn nguyên liệucung cấp cho ngành may mặc Polyamit được sản xuất khoảng 4 triệu tấn hằng nămđóng vai trò xơ dệt phổ biến thứ ba sau polyeste và bông, polyamit có nhiều ưu điểm

so với xơ sợi khác, đặc biệt là tính đàn hồi, co giãn cao và độ bền cơ học của chúng.Polymit được pha trộn với xơ elastan là vật liệu dệt số một trong thương vụ phục vụphục trang kín đáo sang trọng bùng nổ cũng như đối với quần áo bơi, tắm

Nắm bắt được nhu cầu thiết yếu của sản phẩm dệt từ vật liệu polyamit và elastan

vì vậy trong đồ án này em lựa chọn một mảng nhỏ trong ứng dụng của loại vật liệu này

với tên đề tài là: “Thiết kế nhà máy Nhuộm và xử lý hoàn tất dải vải đàn tính với công suất 50 triệu mét/ m”.

Nội dung đồ án được chia ra thành 5 phần bao gồm:

- Chương 1: Tổng quan về dải vải đàn tính và thị trường tiêu thụ

- Chương 2: Cơ sở thiết kế

- Chương 3: Tính toán thiết kế

- Chương 4: Tính toán kinh tế - Tính toán kỹ thuật và bố trí mặt bằng nhà xưởng

- Chương 5: Chuyên đề về xử lý nước thải

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ DẢI VẢI ĐÀN TÍNH VÀ THỊ

TRƯỜNG TIÊU THỤ1.1 Dải vải đàn tính và phạm vi sử dụng [1]

Những năm 1920 công ty cao su Mỹ đã bọc những sợi filament của cao su vớisợi bọc ngoài và đưa vào sử dụng trong ngành công nghiệp dệt, nhưng nó có rất nhiềuhạn chế trong ứng dụng đó là tính đàn hồi, độ mảnh của sợi, và dễ bị lão hóa khi chịutác động của nhiệt độ, mồ hôi, các loại mỹ phẩm dành cho da và các dung dịch giặttẩy Quá trình tổng hợp xơ đàn hồi polyurethane xuất hiện trên thị trường hiện nay làquá trình diisocyanate-polyaddition được phát triển bởi O.Bayer, H.Rinke và các cộng

sự phát minh vào năm 1937, với nghiên cứu này xơ tổng hợp của Polyurethane phân tửcao đã được sản xuất thành công Sau đó nhà khoa học DuPont Joseph C Shivers phátminh sợi spandex DuPont vào năm 1959 sau 1 thập kỷ nghiên cứu

Sợi elastan (Polyurethane hoặc PU) hay còn gọi là Spandex (Lycra, được đặt bởiDupont) rất thường xuyên được sử dụng trong hàng may mặc trong của phụ nữ và namgiới, áo khoác ngoài và đồ thể thao Spandex hoặc Lycra (polyurethane hóa học) đượctrở thành rất phổ biến và nổi lên gần như là lựa chọn duy nhất cho trường hợp cần cáctính chất đàn hồi, nó có thể dễ dàng pha trộn với các sợi khác như bông, len, lụa hoặccũng có thể được trộn lẫn với xơ nhân tạo khác như polyme nylon, polyester…

Sợi elastan pha trộn với sợi tự nhiên và nhân tạo khác như bông, len, lụa, vải lanhtạo ra vải đàn tính có trọng lượng nhẹ hơn so với sợi cao su Và không giống như sợicao su, sợi elastan không phá vỡ với việc tiếp xúc với các loại dầu cơ thể, đổ mồ hôi,thuốc nước hoặc chất tẩy rửa Hơn bất kỳ loại xơ sợi nào khác, xơ đàn hồi elastan đađóng góp vào việc cải tiến mẫu, mốt thời trang, tạo cảm giác tự do khi vận động vàthoải mái trong lúc mặc và ôm chặt chỉnh hình cơ thể thon gọn

Cho đến nay sợi đàn hồi đã được sử dụng hầu hết để nâng cao sự thoải mái củahàng dệt kim và các tính chất may mặc khác Trong những năm gần đây đặc biệtnhững quần áo mặc bó bao gồm áo nịt, quần áo chỉnh hình, đồ mặc ôm sát cơ thể đãđáp ứng những đòi hỏi của thị trường quốc tế

Mặc dù chỉ chiếm tỷ trọng nhỏ (0.09%) trong tổng số xơ sợi tự nhiên và hóa học,song ngày nay, xơ đàn hồi được sử dụng trong nhiều sản phẩm dệt may Các loạielastan có màu trong suốt để thuận tiện cho việc nhuộm màu, pha trộn với các loại xơkhác Các lĩnh vực sử dụng sợi elastan ở My, Tây Âu và trên toàn thế giới như sau:

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bùi Thị Thoa

Bảng 1.1 Các lĩnh vực sử dụng sợi elastan ở Mỹ, Tây Âu và trên toàn thế giới

năm 1999

Nhìn chung trên thế giới, sợi đàn hồi được sử dụng chủ yếu trong lĩnh vực quần

áo thể thao, đồ lót, vải mặc ngoài, vải không dệt, sau đó đến dây đeo và giày dép Cóthể thấy rằng dây đeo hay chính là dạng dây vải cũng chiếm một tỷ trọng tuy khôngnhiều nhưng cũng đã có sự xuất hiện trên thị trường Một số dạng thường gặp của dâyvải mà trong đời sống chúng ta có thể bắt gặp như: dây đeo đồng hồ, dây quai trong túisách, đai áo trong áo lót, dây thắt an toàn cho ô tô, máy bay

1.2 Phân loại dải vải đàn tính [2, 3]

a, Ribbon [2]

Ribbon là một dải vật liệu mỏng, điển hình là vải nhưng cũng có thể bằng plastichoặc đôi khi bằng kim loại, chủ yếu được sử dụng làm trang trí ràng buộc và buộc Vảiruy băng được làm từ vật liệu tự nhiên như lụa, nhung, bông, đay và các vật liệu tổnghợp, như polyester, nylon, và polyproylene Ribbon được sử dụng cho vô số hữu ích,trang trí, và tượng trưng cho mục đích Các nền văn hoá trên thế giới sử dụng ribbontrong tóc, xung quanh cơ thể, và làm đồ trang trí cho động vật, tòa nhà và bao bì khôngphải con người Một số loại vải phổ biến dùng làm băng là vải satin, organza, lụa,nhung…được thể hiện trong bảng 1.2

Bảng 1.2 Một số mặt hàng ribbon đàn tính [3]

(mm)

Trọng lượng riêng (g/m)

b, Tape

Tape là một dạng của dải vải có kích thước chiều ngang rất bé so với chiều dàivải, tape có thể được coi là 1 tên gọi khác của ribbon, thường dung làm các dây ruybăng để trang trí… Một số mặt hàng của tape được thể hiện trong bảng 1.3

Bảng 1.3 Một số mặt hàng tape đàn tính [3]

(mm)

Trọng lượng riêng (g/m)

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bùi Thị Thoa

c, Strap [2]

Strap là một loại dải vải dài hay còn gọi là dải vải có kích ty lớn hơn so vớiribbon, thường được làm từ vải hoặc từ da, là một dây đai mỏng dùng để tạo thành bộphận của quần áo như đai thắt eo, hành lý hoặc giường như túi ngủ Các dây đai cũng

có thể được gắn với ốc vít để tạo thành vật dụng như dây đeo đồng hồ Strap được tạo

từ nguyên liệu đặc biệt nó được dệt theo dạng mặt phẳng hoặc dạng ống được sử dụngthay cho dây thừng, các loại vải sử dụng vật liệu có độ bền cao còn sử dụng làm dây

an toàn ô tô, vận chuyển, kéo, may mặc quân sự, khóa móc hàng hóa và nhiều lĩnh vựckhác Một số mặt hang của strap được thể hiện trong bảng 1.4

Bảng 1.4 Một số mặt hàng strap đàn tính [3]

(mm)

Trọng lượng riêng (g/m)

Bảng 1.5 Một số mặt hàng lace đàn tính [3]

(mm)

Trọng lượng riêng (g/m)

1.3 Thị trường dải vải đàn tính

Sự xuất hiện các mặt hàng về dải vải khá phổ biến, một số thương hiệu trên thếgiới về lĩnh vực này như sau:

- Thương hiệu đồ lót: Elle (Pháp), Annebra (Thái Lan), Guy Laroche (Pháp),Wacoal (Nhật Bản) hiện đang phát triển tại Việt nam, Triump (Việt Nam)

- Một số công ty chuyên cung vật liệu như ren, ruy bang cho dệt may: Công tyTNHH thế giới mã vạch, Công ty TNHH Fatex Việt Nam…

- Dây đồng hồ: dây vải NATO, Daniel Wellington sử dụng cho các thương hiệuđồng hồ như Tissot, Bulova, Calvin Klein…

- Giày dép: Addidas, Nike…

Hiện nay, tại Việt Nam cũng có một số công ty sản xuất trực tiếp dạng dây vải,

có thể kể đến như công ty Best Pacific cơ sở tại Hải Dương và Hải Phòng sản xuất áolót nữ, công ty TNHH dây khóa ké Tiên Phong

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bùi Thị Thoa

1.4 Lựa chọn mặt hàng

Từ những tài liệu phân tích mặt hàng và phạm vi sử dụng ta thấy rằng loại dải vảiđàn tính là mặt hàng xuất hiện khá phổ biến trên thị trường dệt may, có thể tìm thấychúng dưới dạng như: dây đai đồ lót của phụ nữ, dây trang trí, dây giày, dây đeo đồnghồ…Loại sản phẩm này có kích thước rộng nhỏ hơn nhiều so với loại vải thôngthường, do vậy công nghệ để sản xuất chúng sẽ không giống với loại vải thông thường.Cần có 1 công nghệ phù hợp để sản xuất, chính vì vậy việc nghiên cứu và lựa chọnquy trình công nghệ để sản xuất dải vải đàn tính là vô cùng cần thiết

Trong đồ án này em sẽ lựa chọn một số loại mặt hàng dải vải đàn tính PA/EL vớiloại vải dệt thoi có thông số kỹ thuật được cho trong bảng 1.6

Hình 1.1 Môt số ứng dụng của vải đàn tính.

Bảng 1.6 Thông số của các mặt hàng vải dệt thoi đàn tính PA/EL nhà máy sản xuất

ĐỒ ÁN KỸ THUẬT Nguyễn Văn A

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ THIẾT KẾ2.1 Nguyên vật liệu

2.1.1 Xơ Polyamit [4]

a, Cấu tạo xơ Polyamit

Đầu tiên vào năm 1931, nhà hóa học Mỹ W.H Carothers cho ra đời một loại xơpolyamit (PA) (kiểu nylon 66) và cho đến năm 1939 hãng Dupont mới đưa vào sảnxuất với quy mô công nghiệp Ở Đức, Paul Schlack năm 1938 cũng đã sáng chế ra xơ

PA (kiểu nylon 6) và các nhà sản xuất đầu tiên ở Đức vào năm 1943 dạng sợi filamentvới tên gọi perlon Sau đó tất cả các loại PA lần lượt ra đời và trở thành một họ PAnhư PA6, PA66, PA11… Các PA khác nhau được phân biệt với nhau qua số nguyên tửcacbon có trong 1 vòng cơ bản

Đến nay, loại PA chiếm vị trí thứ hai trong các loại xơ tổng hợp về sản lượng sảnxuất trên thế giới Đây là một trong những xơ tổng hợp dị mạch, làm từ polyme mạchthẳng, giữa các vòng cơ bản liên kết với nhau bằng liên kết -(CO-NH)- Loại xơ này cónhiều tên gọi khác nhau: Liên Xô – Capron, CHLB Đức – Peclon, Tiệp Khắc – Xilon,

Mỹ và một số nước khác – Nilon

Xơ PA6: Nguyên liệu ban đầu dể sản xuất loại xơ này là caprolactam Để tạo

thành PA6, người ta nấu caprolactam ở 250-260ºC và ép qua đầu phun sợi ở áp suất80Kp tạo thành xơ có thiết diện ngang tròn, và dọc có dạng trụ Cấu tạo hóa học củaPA6 và PA66 được thể hiện trong hình 2.1

Hình 2.1 Công thức hóa học của polyamit.

PA66: Nguyên liệu để tổng hợp polyme là axit adipic HOOC(CH2)4COOH vàhexametylendiamin H2N(CH2)6NH2 Bản thân hai chất này được điều chế từ phenol.Những năm gần đây, bắt đầu phổ biến dùng một số phế liệu nông nghiệp như vỏ lúakiều mạch, cám, vỏ cây hướng dương, bắp ngô… từ đó tách ra furfurol sau một sốphản ứng đơn giản chế tạo được Quá trình sản xuất PA 66 gần tương tự như PA6.Hiện nay loại xơ này cũng phát triển mạnh mẽ như xơ PA 6, và được ứng dụng trongnhiều lĩnh vực, đặc biệt dùng cho sản xuất sợi mành, sử dụng lâu bền và rẻ

PA11: Polyme được tổng hợp từ axit aminoundecanoic H2N(CH2)10COOH Đượcphát minh vào năm 1944 bởi J Zeltner và M Genas, sản xuất ở quy mô công nghiệp

ĐỒ ÁN KỸ THUẬT SVTH: Bùi Thị Thoa

vào năm 1955 (Pháp) Điều chế axit aminoundecanoic từ thầu dầu (3 kg dầu được 1 kgxơ) Các nước sản xuất đã đặt các tên gọi như nylon 11 (Mỹ), rilsan (Pháp, Ý)… Ngoài các loại PA thông dụng trên, còn rất nhiều loại xơ PA như PA3, PA4,PA7, PA9, PA12…điều chế trên cơ sở axit aminocacbonxylic, hoặc có xơ PA6/66được sản xuất từ copolyme của hai nhóm PA… Khi tạo ra các sơ như vậy, người taphát hiện ra quy luật là khi càng tăng số nguyên tử cacbon trong mắc xích thì xơ càngtăng bền hóa học, bền ánh sáng, độ cách điện nhưng lại giảm độ hút ẩm, độ bền nhiệt,modun đàn hồi, nhiệt độ mềm

Hiện nay 60% xơ PA trên thế giới là PA66, trên 30% là xơ PA6, còn lại là các xơkhác

Xơ PA được sản xuất ở cả 3 dạng xơ đơn, xơ phức, xơ xtapen Khối lượng phân

tử của các loại xơ PA để chế tạo xơ khoảng 15,000 – 22,000

Xơ PA có độ bền cơ học cao, so với xơ visco thường thì độ bền của nó cao hơn2- 2.5 lần, ở trạng thái ướt độ bền của nó chỉ giảm 10% Trong quá trình kéo dãn, saukhi hình thành các phân tử của xơ PA do không có mạch nhánh nên nằm rất sát nhau,nhờ đó mà các lực hidro, lực liên kết giữa các phân tử tăng lên, làm cho xơ có độ bền

cơ học cao nhưng đồng thời cũng làm xơ khó nhuộm màu hơn

Về độ bền ma sát thì xơ PA cao hơn hẳn so với các xơ khác, chính vì thế người tahay pha xơ PA với các xơ có độ bền thấp hơn để nhận được sản phẩm có độ bền caohơn

Khối lượng riêng của xơ thấp hơn nhiều so với các xơ khác, chỉ 1.14 g/cm3 Xơ

PA có độ co giãn tốt, có khả năng giữ nếp cao nên được sử dụng để dệt tất, găng, vảidệt kim và nhiều loại vải may mặc khác nhau

Vì chứa nhóm amin và nhóm cacboxin chỉ ở hai đầu mạch nên xơ PA có hàm

ẩm thấp, đây là một trong những nhược điểm của xơ Mặc dù xơ khó bắt bụi, bắt ẩm,nhưng vải dệt từ PA ít thoáng khí, hút mồ hôi, tính chất sử dụng kém Bên cạnh đó, xơ

có khả năng sinh tĩnh điện cao, gây khó khăn cho quá trình dệt, để hạn chế điều này,người ta thường sử dụng các chất bôi trơn trong quá trình dệt Những chất này dễ bịtách ra trong quá trình giặt

Vải dệt từ PA có độ đàn hồi tốt, rất dễ phục hồi sau biến dạng và gần như khôngnhàu Xơ có khả năng ổn định kích thước ở nhiệt độ thấp và trung bình, khi nhiệt độcàng cao thì xơ dễ bị co rút

b, Độ bền với tác nhân hóa học

Xơ PA khá bền với kiềm, thí dụ khi gia công nylon 6 bằng xút 40% ở 90ºC trongthời gian 1 giờ, độ bền cơ lý của xơ vẫn chưa thay đổi nhiều Song xơ PA lại kém bền

với axit, nhất là các axit vô cơ, đặc biệt là khi ở nhiệt độ cao Ví dụ độ bền của xơ PA

có thể xem như không thay đổi gì khi gia công với dung dịch HCOOH 3% hoặc

CH3COOH 3% ở 100ºC trong 3 giờ liền Nhưng PA 6 sẽ bị hòa tan trong HCOOH80%, bị trương nở mạnh trong các dung dịch axit HCOOH 20% Xơ PA cũng bịtrương nở mạnh trong axit axetic, axit oxalic đậm đặc, nó còn bị trương nở trong dungdịch phenol 2% Các axit vô cơ: HCl, H2SO4, HNO3 phá hủy xơ PA rất mạnh nhất là ởnhiệt đọ cao Ví dụ PA 66 sẽ giảm 20% độ bền khi gia công trong thời gian 1,5 giờtrong dung dịch H2SO4 3N ở 90ºC

Xơ PA cũng rất nhạy cảm với tác dụng của các chất oxi hóa, vì thế các chất oxihóa mạnh thường dùng như NaClO (natri hypoclorit), H2O2 (hidroperoxit) không được

sử dụng để tẩy trắng vải PA vì nó làm hư hại cho xơ

Với các chất khử, dung dịch đồng ammoniac và các muối trung tính thực tếkhông có ảnh hưởng gì đến tính chất của xơ Dung dịch phenol trên 60% và m – cresol

là các dung môi tốt của PA 6 và PA 66 Khi tiếp xúc với ngọn lửa thoạt tiên xơpolyamte bị chảy mềm thành hạt trắng và sau đó cháy chậm, lấy ra khỏi ngọn lửa xơkhông tiếp tục cháy được nữa

Tính chất hóa học của xơ một mặt do các nhóm định chức ở đầu mạch (COOH

và NH2) và mặt khác do các nhóm imin ở giữa mạch quyết định Bởi vậy giống nhưlen, tơ tằm PA có tính chất lưỡng tính, dưới tác dụng của axit và bazo sẽ tạo thành cácmuối như sau:

H2N-R-COOH + HCl → Cl- H3N+-R-COOH

H2N-R-COOH + NaOH → H2N-R-COONa + H2O

Xơ PA có miền đẳng điện trong khoảng pH = 4-5 Các nhóm imin của mạchchính ở điều kiện thường không thể hiện tính bazo và không kết hợp với các axit yếuhay thuốc nhuộm axit Nhưng khi pH của các môi trường nhỏ hơn 3 thì các nhóm amin

sẽ bị ion hóa và có thể liên kết với axit yếu hay thuốc nhuộm axit theo hình 2.2

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bùi Thị Thoa

- C -

N-O H

+ HX

- C - N O- H +

H + X -

-Hình 2.2 Khả năng liên kết của polyamit với axit hay thuốc nhuộm axit.

Một đặc điểm quan trọng khác là xơ kém đồng nhất về thành phần hóa học (mạchphân tử không đều) điều này sẽ ảnh hưởng không tốt đến độ đều màu của xơ khinhuộm Ngoài ra để hạn chế sự không đồng về cấu trúc ta thường phải ỏn định nhiệtcho xơ trước khi nhuộm

c, Khả năng chịu nhiệt

PA là loại xơ nhiệt dẻo, nghĩa là nó bị biến dạng ở nhiệt độ cao Ví dụ PA 6 bịmềm ở 170ºC và chảy ở 215ºC, PA 66 bị mềm ở 235ºC và chảy ở 263ºC, vì vậy khi làquần áo bằng loại xơ này thì phải chú ý tránh quá nhiệt Vì khi chế tạo, xơ PA bị kéodãn khi còn đang ở trạng thái dẻo, nên nhiều phân tử chưa triệt tiêu nội năng, khi cóđiều kiện nó sẽ co lại Ví dụ trong nước sôi PA 6, PA 66 bị co từ 6-8% Vì vậy trongquá trình gia công cần phải tiến hành ổn định nhiệt các sản phẩm dệt từ PA Nhiệt độnhiệt ổn định phải cao hơn nhiệt độ mà sản phẩm sẽ chịu gia công sau này (nhuộm,giặt rũ)

d, Các tính chất khác

Xơ PA có độ bền ánh sáng kém hơn tơ tằm và các loại xơ thiên nhiên khác, bị lãohóa khi chịu tác động lâu của ánh sáng mặt trời

So với các loại xơ tổng hợp khác thì PA có độ bền ma sát gần như lớn nhất Đây

là một trong những ưu điểm của PA

Tính cách nhiệt của vải là từ PA thì phụ thuộc nhiều vào dạng xơ được sử dụng.Nếu vải làm từ filament thẳng thì vải có tính cách nhiệt rất thấp Nếu vải làm từfilament textua giữ được nhiều không khí bên trong vật liệu, tạo được vùng khí hậu ổnđịnh cách nhiệt tốt Vải từ xơ xtapen xốp thì sẽ có tính cách nhiệt tốt

Vải từ PA có khả năng hút ẩm thấp khoảng 3-4% nhưng do có tính mao dẫn tốtnên vải cho phép thẩm thấu nước và hơi ẩm tốt

Với các loại xơ mảnh và vi mảnh sẽ cho cảm giác sờ tay tốt

Xơ PA là một loại xơ tổng hợp từ dầu mỏ, chính vì thế chúng có độ bền sinh họctốt, bền với các loại nấm mốc, khó bị vi sinh vật phân hủy Điều này lại gây khó khăncho sinh thái môi trường

2.1.2 Elastan [5]

a, Định nghĩa:

Theo bảng phân loại xơ (P-A Koch fiber) elastan fiber là các xơ tổng hợp đươctạo nên bởi dãy đại phân tử Trọng lượng hợp chất của xơ ít nhất có 85% thành phầnpolyurethane Ở Mỹ những loại xơ này được mang tên dòng họ “Spandex” Elastanfiber cùng với nhưng elastodiene fiber (xơ cao su tổng hợp) nằm trong nhóm xơelastofibers (những xơ dài đàn hồi cao) Nhóm này bao gồm xơ mà có nhạy cảm cực kìcao với sự biến dạng vì cấu trúc hoaa học của chúng Chúng có độ giãn đứt lớn hơn200% và thường là từ 400-800% và trở lại ngay lập tức chiều dài ban đầu sau khi bỏtác dụng Định nghĩa này loại trừ những sợi dún đàn hồi mà những tính chất của sợidún chỉ là một sự thay đồi vật lý sau dó trong sự sắp xếp không gian của chúng

Dưới ảnh hưởng của tiêu chuẩn ISO 1043 những nhà sản xuất xơ hóa học củachâu Âu đã kết hợp với BISFA (Internation Bureau for the standardization of Rayonand Synthetic fibers) và đồng ý trên 1 quyết định thông nhất Từ đó Elastan đã đượcviết tắt là EL

Xơ elastan là xơ hóa học mà chỉ được sản xuất dạng sợi nhiều filament không sảnxuất ở dạng xơ cắt ngắn (trong những dạng chính chỉ số sợi từ 11-2600Dtex) và có ítnhất 85% trọng lượng là thành phần polyurethane Đặc trưng nhận biết của chúng làđàn hồi

Sợi elastan ít khi được dùng ở dạng tràn Ở dạng đó, nó chỉ được dệt thêm vào cổtay, măng sét hay bít tất … trên các mặt hàng dệt kim tròn hay dệt kim đan dọc để tạo

độ đàn hồi cho sản phẩm Phần lớn sợi elastan được dùng pha với các loại sợi khácnhau duwosi nhiều hình thức:

- Sợi bọc (covered yarn)

- Sợi đơn có lõi (core-spun yarn)

- Sợi xe có lõi (core-twist yarn)

Sợi elastan có tiết diện ngang khác nhau, phụ thuộc vào công nghệ sản xuất như:

- Kéo sợi khô: sợi elastan có tiết diện ngang hình tròn, oval

- Kéo sợi ướt: sợi elastan có tiết diện ngang hình thùy nhưng không theo quyluật nhất định

- Kéo sợi nóng chảy: sợi elastan có tiết diện ngang hình trò

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bùi Thị Thoa

Sợi elastn có độ đàn tính cao, chúng có thể kéo giãn gấp 8 lần so với ban đầu và

có khả năng trở về ban đầu khi loại bỏ lực gây biến dạng

Bảng 2.1 Thành phần hóa học và quy trình kéo sợi

Tên nhãn

sợi

ƯớtƯớt

Lubell Kanebo Lmt/Japan Polyether/MDI/Diamine Nóng chảyLycra Du pint Nemours

Co/USA And Subsidiaries

Polyether/MDI/DiaminePolyether/MDI/Diamine

Khô

KhôMobilon Nisshinbo

Co.Lmt/Japan Polyether/MDI/Diamine Nóng chảy

b, Tính chất của xơ sợi elastan

Ngoại quan: hầu hết những sợi đàn hồi là sợi filament nóng chảy, đa filament.Những kiểu không màu hoặc sáng đục (các kiểu trong/sáng), bóng loáng và trong suốt

mờ thích hợp chô sợi elasta là dạng Rutil của ốc-xít titan (Tioz)

Những đặc tính công nghệ:

- Sợi đàn hồi có thể kéo căng 4 đến 8 lần chiều dài của nó Trong quá trình cănglực tăng lên lúc đầu tương đối đều theo cả hai chiều dài sau đó từng bước nó tập trung

nhiều hơn vào điểm đứt Tính chất bày có ảnh hưởng lớn nhất đến khả năng gia côngcủa sợi.

- Tính chất quan trong nhất của sợi đàn hồi là việc kết hợp độ dài cao và độ đànhồi Quá trình kéo giãn sợi và thả nó ra lực thu lại nhanh và hoàn lại gần như nguyênchiều dài ban đầu Tính chất đàn hồi được đánh giá bởi sự lặp đi lặp lại “kéo, thả” một

xơ ở tốc độ cao không đổi giữa độ giãn dài không đổi hoặc giới hạn của tải trọng vàxác định độ trễ cua độ đàn hồi

Bảng 2.2 Những tính chất cơ học của các sợi elastan

Độ giãn đứt Ở điều kiện tiêu chuẩn (%)

Ướt quan hệ (%)

400-800100Cường lực đứt Ở điều kiện chuẩn

- Dựa trên độ mảnh (CN/dtex)

- Dựa trên tiết diện (daN/mm2)

- Ướt quan hệ (%)

0.5-1.26-1575-100Modun dẻo

(Độ dãn dài >0)

Dựa trên độ mảnh (CN/dtex)Dựa trên tiết diện (daN/mm2)

0.05-0.10.6-1.2

Ở không khí 150oC

3-155-10

Quan hệ nhiệt: quan hệ nhiệt của xơ đàn hồi ở nhiệt độ thấp được khống chế bởiphần mềm (soft segment) ở nhiệt độ cao tính chất của chúng phụ thuộc vào phần cứng(hard segment) về trọng lượng phân tử , kiểu căng của mắc xích và hướng của cácphần cứng

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bùi Thị Thoa

Điều quan trọng trong sử dụng và thiết kế hàng dệt có chưa xơ sợi đàn hồi là khảnăng phải được định hình nhiệt và thủy nhiệt của sợi đàn hồi.

Tính chất hóa học

Về hóa học elastan là một đại phân tử tuyến tính tổng hợp với một chuỗi dài cóchứa ít nhất 85% polyurethane phân đoạn cùng với các xen kẽ các đoạn cứng và mềmkết nối bởi liên kết urethane (-NH-CO-O-) Phân đoạn chuỗi mềm cho tính đàn hồi(khả năng phục hồi kéo dài) cho sợi, trong khi phân đoạn chuỗi khó khăn cho lựctương tác phân tử cho xơ và trong đó đảm bảo độ bền của xơ và ổn định lâu dài

Tính chất khi cháy: xơ sợi đàn hồi chảy trong khi cháy với ngọn lửa đỏ rực vàthoát ra mùi cay nồng của isocyanate và để lại tàn cứng đen

Với hóa chất các xơ đàn hồi hòa tan trong những dung môi có cực cao như:dimetylformanmide và dimetylacetamid

Xơ đàn hồi chịu được nước clo hoạt động đặc trưng trong nước bể tắm nhữngthử nghiệm độ bền với clo được tiến hành theo tiêu chuẩn DIN 5419 Dung dịch tẩynước clo là nguyên nhân làm giảm độ bến và biến màu của xơ elastan Sử dụng cácchất tẩy khác không làm nguy hiểm đến xơ, xơ đàn hồi chịu được đối với Oxy vàOzon Nito trong khói khí thải là nguyên nhân làm thay đổi màu của đến vàng hoặcvàng nâu cường độ “biến vàng” phụ thuộc vào nồng độ, thời gian, nhiệt độ và độ ẩmmôi trường

c, Phương pháp kéo sợi elastan

Có 4 phương pháp sản xuất sợi elastan đó là: làm tan chảy dung dịch và đùn ép,kéo sợi bằng phương pháp phản ứng hóa học, kéo sợi khô và kéo sợi ướt Các phươngpháp trên là để tạo phản ứng đơn phân nhằm tạo ra tiền polyme, khi tiền polyme đã

hình thành, nó tiếp tục phản ứng trong nhiều cách khác nhau và tạo ra sợi Phươngpháp kéo sợi khô được sử dụng để sản xuất ra hơn 94,5% sợi elastan trên thế giới

Quy trình công nghệ kéo sợi khô:

Sợi elastan khi sản xuất ban đầu có màu trắng, do đó chất màu được thêm vào từ

từ theo yêu cầu Nếu sợi elastan được dệt cùng với sợi polyamit thì phương phápnhuộm đặc biệt quan trọng

Khi hai loại tiền polyme được trộn lẫn với nhau, chúng tương tác để tạo thành sợielastan Trong phản ứng này, các nhóm hydroxyl (-OH) trên macroglycols phản ứngvới isocyanat Mỗi phân tử được thêm vào phần cuối của một phân tử khác, và mộtchuỗi mạch dài được hình thành Để bắt đầu phản ứng này, một chất xúc tác như chỉ sốoctan di-azobicyclo được sử dụng Trọng lượng phân tử Amin thấp khác được sử dụng

để kierm soát khối lượng phân tử của sợi Sợi elastan rất dễ bị tổn thương do hiệt, chất

ô nhiễm trong không khí và clo, do đó cần bổ sung chất ổn định nhằm tránh tổnthương sợi, mà chất chống oxy hóa là chất ổn định

Quy trình công nghệ kéo sợi ướt

Các bước phản ứng của polyme: đầu tiên tạo ra tiền polyme bằng cách pha trộnmacroglycol với monomer di-isocyanate Các hợp chất được trộn lẫn trong bình phảnứng và điều kiện thích hợp đẻ tạo thành một tiền polyme Tỷ lệ của vật liệu cấu thànhtạo ra xơ với các đặc tính khác nhau, tỷ lệ điển hình của glycol để di-isocyanate có thể

là 1:2 Trong kéo sợi khô tiền polyme tiếp tục được cho phản ứng với 1 lượng diaminetương đương, được biết đến như một chuỗi phản ứng mở rộng, dung dịch được phatrộn với dung môi để tạo ra dung dịch kéo sợi Dung dịch được bơm vào ống hình trụ

có đục lỗ, nó được lưu hóa tại đây và tạo thành xơ, trong lỗ tổ ong các polyme phảiqua một tấm kim loại có các lỗ nhỏ, điều này làm cho dung dịch được liên kết trongpolyme lỏng, khi các sợi qua lỗ tổ ong Chúng được làm nóng bằng Nito và khí dungmôi, các điều kiện làm cho polyme dạng lỏng với phản ứng hóa học và hình thành sợiliên tục

2.2 Phân tích kiểu dệt

2.2.1 Khái niệm vải dệt thoi [7]

Vải dệt thoi được hình thành từ ít nhất từ hai hệ thống sợi dọc và sợi ngang đanvới nhau theo phương vuông góc Vải dệt thoi là một dạng vật thể có chiều dài xácđịnh bằng chiều dài của cuộn vải hoặc tấm vải, đồng thời có chiều dày rất nhỏ và đobằng milimet

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bùi Thị Thoa

2.2.2 Một số kiểu dệt thoi [8]

a, Vân điểm

Là kiểu dệt đơn giản nhất, có hai

mặt vải giống nhau Cứ 1 sợi dọc luồn

lên trên 1 sợi ngang rồi lại luồn xuống 1

sợi ngang kế tiếp và đối với sợi ngang

cũng vậy

Đặc điểm: vải có độ bền cao nhưng

lại hơi cứng

Các loại vải sử dụng kiểu dệt này

là: vải phin, popolin, simili, voan …

b, Vân chéo

Dệt vân chéo là một nhóm gồm nhiều kiểu

dệt Trong cấu trúc kiểu dệt các đường dệt tạo ra

đường chéo trên mặt vải Hai mặt vải không

giống nhau Dấu của bước chuyển thể hiện

hướng nghiêng của đường chéo dệt

Đặc điểm: thông thường kiểu dệt được viết

dưới dạng phân số Ví dụ như 1/3S, 1/3S tử số

thể hiện số điểm nổi dọc, mẫu số thể điểm nổi

ngang Vải dệt vân chéo kém bền hơn vải dệt vân điểm, nhưng lại mềm mại hơn kiểudệt vân điểm

c, Vân đoạn (satanh)

Kiểu dệt vân đoạn là kiểu dệt có đặc điểm:

- Hiệu ứng dọc: một sợi dọc phủ lên ít

nhất 4 sợi ngang nhưng lại chỉ nằm duới 1 sợi

ngang

- Sợi dọc tiếp theo có các điểm nổi dọc

được sắp xếp tùy ý theo các phương án có thể

nhưng không tạo ra các đường chéo Vải dệt

theo kiểu vân đoạn có hai mặt khác nhau rõ rệt

- Kiểu dệt vân đoạn cũng thường được kí hiệu bằng 1 phân số, tử là số sợi dọc

và sợi ngang trong 1 rappo, mẫu số là bước chuyển, rappo ≥ 5

- Đặc điểm: vải mềm và bóng

Hình 2.3 Cấu trúc kiểu dệt vân điểm

Hình 2.4 Kiểu dệt vân chéo

1/3

Hình 2.5 Kiểu dệt satanh 1:4

2.3 Công nghệ Nhuộm – Hoàn tất, thuốc nhuộm, hóa chất, chất trợ sử dụng cho vải PA/EL

2.3.1 Tiền xử lý

Tiền xử là công đoạn đầu tiên cũng là công đoạn rất quan trọng, quyết định đếnchất lượng sản phẩm nhuộm sau này Với vải pha từ Polyamit và Elastan đều là cácthành phần xơ nhiệt dẻo, tạp chất trong vải không có chứa nhiều như trong xơ bông màchủ yếu chỉ là các dầu mỡ bôi trơn cho máy bị dính vào, hay các vết mực đánh dấu Sơ

đồ công nghệ tiền xử lý như hình 2.6

Hình 2.6 Sơ đồ quy trình tiền xử lý dạng dải vải đàn tính PA/EL.

a, Kiểm tra vải mộc

Dải vải được chuyển từ kho ra và được kiểm tra đơn hang trước khi đưa vào máy,các dải vải được nối với nhau bằng cách nối hạt thị hay nối ngạnh trê, với các dải vải

có khổ rộng hơn có thể được nối bằng cách may lại, loại chỉ sử dụng là loại chỉ màutrắng có chất lượng tốt tránh quá trình căng kéo gây ra đứt mối nối

b, Giặt

Khác với vải tự nhiên, các sản phẩm vải tổng hơp cần được giặt để khử sạch cácloại tạp chất đưa vào trong quá trình sản xuất sợi như chất bôi trơn, dầu, chất chốngtĩnh điện Chúng có thể gây ra các lỗi cho nhuộm như làm biến đổi màu, ánh màu,vàng vải trong quá trình nhuộm, hoặc làm ảnh hưởng đến chất lượng vải Những chấtnày có thể là các chất ghét nước, nhưng chúng được đưa vào sợi ở dạng nhũ tương nên

có thể tách ra khỏi xơ bằng phương pháp giặt Ta có thể chọn phương pháp giặt bằnghóa chất và giặt nóng bằng nước để loại bỏ các tạp chất

Trong đồ án này em chọn phương pháp giặt nóng 70-80oC vì trong quá trình giặtnóng các chất dầu mỡ sẽ giảm đi độ trơn, đi ra ngoài xơ sợi, ngoài ra chọn phươngpháp này còn tiết kiệm được chi phí, không gây ô nhiễm môi trường mà hiệu quả cũngkhá tốt so với giặt bằng hóa chất

2.3.2 Nhuộm

a, Các loại thuốc nhuộm sử dụng cho PA/EL

Các loại thuốc nhuộm có thể sử dụng cho vải PA/EL: thuốc nhuộm phân tán,thuốc nhuộm axit thông thường, thuốc nhuộm axit phức kim loại 2:1 thuốc nhuộmhoạt tính mới,…

Thuốc nhuộm phân tán

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bùi Thị Thoa

Thuốc nhuộm phân tán cho kết quả nhuộm màu đồng nhất tốt với cảvải nylon – elastan, nếu không yêu cầu độ bền màu ướt cao Do sử dụng thuốc nhuộmphân tán là “lý tưởng” trong trường hợp để nhuộm màu nhạt Tuy nhiên, với nhữngmàu đậm cần phải tiến hành làm thí nghiệm trước để lựa chọn thuốc nhuộm phù hợpvới cả hai thành phần có trong vải vì có thể thuốc nhuộm sử dụng dễ làm cho xơ sợielastan bị cứng hoặc sau nhuộm độ bền màu ướt của sản phẩm không cao.Nếu nhuộm Elastan bằng thuốc nhuộm phân tán có 2 vấn đề nảy sinh:

- Thuốc nhuộm phân tán như đã biết rất dễ hấp thụ vào xơ elastan nhưng thuốcnhuộm không bao giờ “kẹp chặt” vào trong xơ sợi như với Polyamit do nhiệt độchuyển hóa tinh thể thấp của phân đoạn mềm elastan Như vậy, thuốc nhuộm sẽkhuếch tán trở lại dung dịch nhuộm trong điều kiện giặt thông thường làm dâymàu sang các vải khác hoặc lên da, nhất là đối với màu đậm.Để loại bỏ vấn đềnày cần tiến hành giặt khử để loại bỏ các nhóm mang màu của thuốc nhuộm cótrên bề mặt vải

- Do sự biến đổi tính chất cơ lý của xơ elastan (đặc biệt là độ bền kéo đứt) ởnhiệt độ cao trong môi trường nước Ở nhiệt độ cao trên 100°C và nhất là trên 110°Cthì liên kết hidro giữa các nhóm ure trong phân đoạn cứng của elastan sẽ bị phá hủy

Sự đứt gãy cầu hidro trên chỉ xảy ra trong môi trường nước vì elastan bền với nhiệt độkhô hay hơi quá nhiệt ở nhiệt độ trên

Thuốc nhuộm axit thông thường

Thuốc nhuộm axit thông thường được cấu tạo từ axit mạnh và bazo mạnh, có khảnăng tan được trong nước và phân ly ra thành các ion mang điện tích âm Thuốcnhuộm bắt màu lên vật liệu trong môi trường axit

Thuốc nhuộm axit được dùng để nhuộm cho PA rất phổ biến Elastan không cócác nhóm amin bậc nhất nào trong mạch polyme do đó thiếu ái lực giữa thuốc nhuộmaxit và vật liệu Elastan Nếu để lại thành phần Elastan không nhuộm màu thì cách đơngiản là nhuộm vải trong khoảng pH = 4-6 và T = 90-100°C Với cách này thì các nhómamin trong nylon được proton hóa và thuốc nhuộm axit hấp thụ chủ yếu vào PA Cònnếu pH = 6-7 thì Elastan được nhuộm màu chút ít với thuốc nhuộm axit thông quakhuếch tan trước khi các nhóm amin cuối mạch proton hóa

Elastan có thể nhuộm màu bằng thuốc nhuộm axit thông qua sử dụng chất trợnhuộm là muối amoni bậc 4 béo (benzyl dimetyl stearyl amoniclorua) Chất trợ này có

ái lực với Elastan và khuếch tán vào trong xơ, ở đó nó tác dụng như miền nhuộm chocác nhóm natri sunphonat của thuốc nhuộm axit Đây là cách tốt nhất dùng để nhuộm

xơ sợi Elastan Tuy nhiên, trong hiện tượng lắng đọng chất trợ này lên bề mặt vải

và có sự khác nhau về tốc độ nhuộm và độ đậm màu so với xơ PA

Trong đó, S là nhóm tạo khả năng hòa tan của thuốc nhuộm thường là –SO3Na, COONa, -SO2CH2 R là gốc mang màu quyết định màu sắc và độ bền ánh sáng, ảnhhưởng tới nhiều tính chất khác của thuốc nhuộm T là nhóm mang nguyên tử hoạt tínhliên kết thuốc nhuộm với xơ, là cầu nối thuốc nhuộm với xơ, quyết định tốc độ phảnứng giữa thuốc nhuộm với xơ, độ bền liên kết thuốc nhuộm với vật liệu X là nhómphản ứng, sẽ bị tách ra để nhường liên kết với T cho vật liệu Ngoài ra còn có nhómcầu nối giữa (S – R) và (T – X).Thuốc nhuộm liên kết với vật liệu bằng liên kết chính

-là liên kết cộng hóa trị bền vững Trong đó, thuốc nhuộm trong nước sẽ phân cựcmang điện dương, liên kết với vật liệu trong nước phân cực mang điện âm tạo thànhliên kết cộng hóa trị Ngoài ra vật liệu và thuốc nhuộm còn liên kết với nhau theo liênkết hidro, vandecvan Chính những liên kết này làm tăng độ bền màu ướt hơn so vớicác loại thuốc nhuộm khác Với loại thuốc nhuộm hoạt tính mới Eriofast có rất nhiềutính chất đặc biệt và nhiều ưu điểm vượt trội cả về độ bền màu với giặt ở nhiệt độ caohay bền màu với màu đậm…

Nhuộm axit phức kim loại 2:1

Thuốc nhuộm này ban đầu không có chứa nhóm tan, dùng để nhuộm cho vật liệutổng hợp giống như thuốc nhuộm phân tán Sau đó, để tăng tính hòa tan, các nhà sảnxuất đã them vào các nhóm tan sunphatmit (-SO2NH2 ) hoặc metylsunpho (-SO2NH3 )

Cơ chế nhuộm cũng tương tự như nhuộm bằng thuốc nhuộm axit thông thường,liên kết giữa thuốc nhuộm là liên kết với vật liệu bằng liên kết cộng hóa trị và liên kếthidro, liên kết Van-dec-van

Thuốc nhuộm hoạt tính mới [6]

Mặc dù thuốc nhuộm axit thông thường và thuốc nhuộm phức kim loại hiện được

sử dụng rất thông dụng cho nhuộm mặt hàng polyamit/elastan, tuy nhiên hiện nay vẫngặp một số hạn chế nhất định trong quá trình nhuộm Dưới góc độ của các nhà sảnxuất, liên tục nghiên cứu, tìm ra các loại thuốc nhuộm mới, thích hợp hơn và khắcphục được những nhược điểm của những loại thuốc nhuộm trước đó Thuốc nhuộmnày được sáng chế đặc biệt để nhuộm cho các loại vải polyamit Cũng như các loạithuốc nhuộm hoạt tính khác,loại thuốc nhuộm hoạt tính này cũng có những đặc trưng

cơ bản của phân lớp hoạt tính Thuốc nhuộm có cấu tạo chung là S – R – T – X

Trong đó, S là nhóm tạo khả năng hòa tan của thuốc nhuộm thường là –SO3Na, COONa, -SO2CH2 R là gốc mang màu quyết định màu sắc và độ bền ánh sáng, ảnhhưởng tới nhiều tính chất khác của thuốc nhuộm T là nhóm mang nguyên tử hoạt tính

-ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bùi Thị Thoa

liên kết thuốc nhuộm với xơ, là cầu nối thuốc nhuộm với xơ, quyết định tốc độ phảnứng giữa thuốc nhuộm với xơ, độ bền liên kết thuốc nhuộm với vật liệu X là nhómphản ứng, sẽ bị tách ra để nhường liên kết với T cho vật liệu Ngoài ra còn có nhómcầu nối giữa (S – R) và (T – X) Thuốc nhuộm liên kết với vật liệu bằng liên kết chính

là liên kết cộng hóa trị bềnvững Trong đó, thuốc nhuộm trong nước sẽ phân cực mangđiện dương, liên kết với vật liệu trong nước phân cực mang điện âm tạo thành liên kếtcộng hóa trị Ngoài ra những liên kết này làm tăng độ bền màu ướt hơn so với các loạithuốc nhuộm khác

Công ty “Huntman Textile Efects” những năm gần đây (từ năm 2006) đã đưa rathị trường một dãy thuốc nhuộm axit hoạt tính mới được sang chế, có tên thương mại

“Eriofast” Thuốc nhuộm này được thiết kế đặc biệt cho polyamit

Eriofast bao gồm dãy 1 màu đầy đủ với 7 màu tươi tươi sang (2 màu vàng, 1màu da cam, 2 màu đỏ và 2 màu xanh) và phát triển sau cùng là 1 màu đen Cụ thể nhưsau:

Eriofast Black M Eriofast Red 2BEriofast Blue 3G Eriofast Red BEriofast Blue 3R Eriofast Yellow 5GEriofast Orange 4R Eriofast Yellow GThực tế đã làm thí nghiệm chứng minh nhuộm các màu đậm trên với vải sợi phapolyamit với elastin với các thuốc nhuộm Eriofast phối ghép với nhau – có màu tổngthuốc nhuộm lên tới 6,45% mà vẫn không thay đổi màu sắc (phai màu) và không phaimàu lên dải vải trắng nhiều xơ sợi thử kèm khi thử độ bền màu giặt ở 60oC (ISO 105C06 C2S)

b, Tình hình nhuộm PA/EL [6]

Polyamit có nhiều ưu điểm so với xơ sợi khác, đặc biệt là tính chất đàn hồi, cogiãn cao và độ bền cơ học của chúng Nhưng cũng có những nhược điểm thể hiệntrong nhuộm Nhiều năm nay ngành nhuộm đã phải đương đầu với nhiều vấn đề độbền màu giặt và độ bền màu ướt nói chung là thấp của hàng nhuộm polyamit Nguyênnhân cốt lõi, gốc rễ của vấn đề trên là sự kết hợp của 2 yếu tố:

- Tất cả các thuốc nhuộm hiện nay sử dụng nhuộm poliamit chỉ liên kết với xơsợi bằng lực liên kết vật lý khá yếu;

- Polyamit không có nhiệt độ chuyển hóa cao hay đúng hơn nhiệt độ chuyển hóacủa sợi polyamit thấp

Như vậy, là ngay ở nhiệt độ giặt gia dụng 30-60oC các phân tử thuốc nhuộm cóthể khuếch tán xuyên qua xơ sợi và một số đi tới bề mặt (xơ sợi) Từ đó chúng dâymàu ra hàng dệt giặt cùng (hay vật liệu dệt trắng đính kèm trong thử độ bền màu), làmthay đổi màu (biến màu) và tổn thất cường độ màu (độ đậm màu) trong giặt lặp lạinhiều lần Do vậy, khách hàng thường phàn nàn, khiếu nại và phạm vi thiết kế của mặthàng polyamit bị hạn chế.

Những vấn đề đặt ra với độ bền màu giặt của hàng polyamit nhuộm hiện nay:

Để giải quyết vấn đề độ bền màu giặt nói riêng và độ bền ướt nói chung của hàngnhuộm polyamit, người ta đã lựa chọn sử dụng các thuốc nhuộm axit có độ bền màuướt đặc biệt cao (“super -vmilling” acid dyes) hay những thuốc nhuộm phức crom 2:1.Song ngày nay cả thuốc nhuộm “hiện đại” nói trên vẫn cho độ bền màu giặt kém trongcác điều kiện sau đây:

- Màu đậm: dây, phôi màu lên hàng giặt cùng hay vải trắng thử kèm tang lên

với đậm màu Nguyên nhân đây rõ là để nhuộm màu đậm cần dung nhiều thuốcnhuộm Nồng độ thuốc nhuộm yêu cầu cho màu đậm cao dẫn tới hệ quả là số lượngcác phân tử thuốc nhuộm chuyển vị tới bề mặt xơ sợi càng nhiều và tiếp theo sau đódây màu trong quá trình giặt

- Giặt ở nhiệt độ 50 o C hay cao hơn: ở các nước công nghiệp phát triển, đời sống

cao thường có thói quen giặt quần asoo trong các máy giặt ở nh iệt độ trên 50oC haycao hơn Giặt ở nhiệt độ cao (5o-60oC) được lựa chọn cố ý vì lý do vệ sinh hoặc có khingẫu nhiên do thiếu bộ phận điều chỉnh, kiểm soát nhiệt độ tự động trong các máy giặtgia dụng Độ bền giặt hàng polyamit nhuộm màu giảm nhanh khi nhiệt độ giặt tangcao Thực nghiệm đã chỉ ra rằng độ bền màu giặt của thuốc nhuộm axit thường dungnhuộm polyamit (loại có độ bền giặt trung bình) giảm nhanh rõ rệt, thể hiện dây màulên các vật liệu trắng thử kèm nhiều, tỷ lệ với nhiệt độ tăng từ 40oC đến 5n0oC đến

60oC Kết quả có khả quan hơn đối với thuốc nhuộm axit “hiện đại” bền với giặt,nhưng độ bềm màu giặt (dây màu) vân kém đi khi nhiệt độ tăng lên (từ 40oC đến 50oCđến 60oC)

- Giặt nhiều lần: mỗi lần giặt một ít thuốc nhuộm được chiết ra khỏi polyamit.

Điều này chính là nguyên nhân gây ra biến đổi màu sắc nhìn thấy rõ (khi một trong sốcác thuốc nhuộm sử dụng trong phối ghép màu có độ bền màu giặt kém hơn các thuốcnhuộm skhác) và hay tổn thất cường độ màu

Kết luận:

Từ các phân tích trên ta thấy rằng thuốc nhuộm hoạt tính mới là phù hợp hơn cả

để nhuộm cho mặt hàng PA/EL

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bùi Thị Thoa

c, Máy nhuộm cho dải vải đàn tính PA/EL

Nhuộm gián đoạn:

Là quá trình công nghệ nhuộm để đưa thuốc nhuộm vào sâu trong xơ sợi, chủyếu bằng quá trình chuyển dịch cân bằng nồng độ từ trong dung dịch nhuộm vào xơ,thông qua các quá trình nhiệt động học Quá trình nhuộm được kiểm soát thông quacác yếu tố dung tỷ nhuộm, nhiệt độ nhuộm, thời gian nhuộm, hóa chất nhuộm và chấttrợ

Ưu điểm của phương pháp nhuộm gián đoạn là:

- Đơn giản dễ thực hiện, tiết kiệm chí đầu tư ban đầu

- Có thể đạt kết quả nhuộm lặp lại trong cùng điều kiện nhuộm

- Không tốn nhiều diện tích mặt bằng sử dụng

Nhược điểm của phương pháp nhuộm gián đoạn là:

- Tốn thời gian, năng lượng lớn, phát sinh lượng thải lớn

- Năng suất nhuộm từ thấp đến trung bình

Nhuộm liên tục

Là phương pháp đưa thuốc nhuộm vào sâu trong xơ, sợi chủ yếu bằng lực cơ học(ngấm ép) Thuốc nhuộm sau đó tạo thành liên kết với xơ, sợi thông qua quá trình gianhiệt trong thời gian ngắn Đặc điểm của phương pháp này là vải được di chuyển vớimột tốc độ xác địnhvà quá trình nhuộm được kiểm soát thông qua nồng độ thuốcnhuộm trong máy, mức ép, thời gian và nhiệt độ gia nhiệt

Ngoại trừ chi phí năng lượng cao, phương pháp nhuộm này cho hiệu quả màu vàkhả năng lặp lại màu tốt hơn phương pháp cuộn ủ Có thể nhuộm, kiểm tra và kiểmsoát màu liên tục trên hệ thống Quá trình chưng hơi bão hòa ở nhiệt độ khoảng 102°Cvới thời gian hấp thích hợp nhất là 40 giây đến 60 giây, tùy thuốc nhuộm mà thời gian

có thể dài hơn

Ưu điểm là:

- Cho năng suất cao

- Tiết kiệm được lượng nước sử dụng và hạn chế nước thải

- Áp dụng cho quy mô công nghiệp lớn với hầu hết các loại vật liệu thuốcnhuộm

Nhược điểm của phương pháp:

- Quy trình làm phức tạp, công nghệ cao và chi phí lớn

- Chỉ áp dụng cho vải dệt thoi do quá trình nhuộm chịu sức căng kéo lớn

- Cần công nhân có kỹ thuật cao để sử dụng

- Vấn đề sinh thái môi trường (thải ra lượng muối lớn).

2.3.3 Hoàn tất

Các dây vải sau khi nhuộm sẽ được giặt sạch sau đó chuyển qua quá trình hoàntất,theo công nghệ người ta chia ra thành hai phương pháp sau:

Xử lý hoàn tất bằng biện pháp cơ học: dùng tác dụng của thiết bị, cơ cấu của

thiết bị… xử lý bề mặt cơ học như: cào lông, mài, ủi, cán bóng, xử lý phòng co…những cách xử lý này không làm thay đổi bản chất của vật liệu mà chỉ thay đổi hìnhdạng bên ngoài và kích thước

Xử lý hoàn tất bằng biện pháp hóa học: xử lý này nhằm thay đổi hoặc thêm tính

chất vào vật liệu, tạo cho sản phẩm có tính chất mới như: chống màu, tăng độ hút ẩm,chống tĩnh điện và thoáng khí…bằng cách dùng các loại hóa chất chuyên dụng, có thểdùng 1 số hợp chất hữu cơ phản ứng hóa học với xơ hoặc có loại nằm trên vải bằngliên kết cơ học

Tuỳ theo dạng sản phẩm, chất liệu và mục đích sử dụng vải sẽ được hoàn tất theocác biện pháp phù hợp và kinh tế nhất

Kết luận:

Với sản phẩm dạng dải vải đàn tính PA/EL do kích thước ngang của vải rất nhỏnên sự lệnh canh sau các quá trình xử lý trước ảnh hưởng không đáng kể Vì vậykhông cần hoàn tất về độ xiên canh lệch canh của vải Quá trình hồ mềm giúp cho vảitrở nên mềm mại Tùy theo yêu cầu mục đích sử dụng của từng loại vải khác nhau,như đối với loại dải vải đai áo con do tiếp xúc trực tiếp với da nên yêu cầu về tính vệsinh khá cao, do vậy cần xử lý chống nấm mốc

Trong đồ án này em chọn công nghệ xử lý hoàn tất cho dạng dải đàn tính PA/ELnhư hình 2.7 sau:

Hình 2.7 Sơ đồ quá trình xử lý hoàn tất dải vải đàn tính PA/EL.

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bùi Thị Thoa

vàng

Kiểm tra chất lương

Đóng gói

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ3.1 Cơ sở thiết kế

3.1.1 Chế độ làm việc của nhà máy

Tính số ngày làm việc trong năm:

T = 365 – (số ngày nghỉ cuối tuần + số ngày nghỉ lễ)

Trong đó:

- T : là số ngày làm việc trong một năm

- Số ngày nghỉ trong một năm bao gồm:

 Một năm trung tu 1 lần : 2 ngày;

 Một năm đại tu một lần: 3 ngày;

 Một tuần nghỉ 1 ngày, số ngày nghỉ: 52;

 Số ngày nghỉ lễ trong năm: 10 ngày

Vậy ta có số ngày làm việc trong 1 năm:

T = 365 – (2 + 3 + 52 + 10) = 298 (ngày)

Những ngày nghỉ lễ trong năm gồm: 5 ngày nghỉ tết âm lịch, 1 ngày nghỉ têtdương lịch, 1 ngày nghỉ quốc khánh, 1 ngày nghỉ giỗ tổ, 1 ngày nghỉ thống nhất đấtnước, 1 ngày nghỉ quốc tế lao động

Số giờ làm việc trong một năm:

Số ca sản xuất trong 1 ngày: 3 ca

Số giờ sản xuất trong 1 ca: 8h

Vậy sô giờ làm việc trong 1 năm là:

T × (số ca/ngày) × (số giờ/ca) = 298 × 3 ×8 = 7,152 (giờ/năm)

Bảng 3.1 Bảng phân bổ thời gian làm việc trong năm

Số giờ làm việc trong ngày (Td) giờ/ngày 24

Số ca sản xuất trong một ngày (S) ca/ngày 3

Số giờ sản xuất trong một ca (H) giờ/ca 8

Số ngày làm việc trong 1 năm (D) ngày/năm 298

Thời gian làm việc một năm (T) giờ/năm 7,152

Thời gian làm việc một năm (h) phút/năm 429,120

3.1.2 Lập kế hoạch sản xuất

Tính lượng vải mộc cần cho sản xuất theo công thức:

A’ = A + A.x/100 (m)

Trong đó:

A : Công suất thiết kế

x : Phần trăm tiêu hao Trong quá trình xử lý nhuộm và hoàn tất tạo ra sản phẩm, vải thường bị tiêu haomột phần do các nguyên nhân sau:

- Do xử lý khâu đầu tấm, tại các đoạn đầu tấm thường phải cắt bỏ do chất lượngnhuộm không đều;

- Một phần vải bị hư hỏng do quá trình xử lý vải;

- Một phần vải được cắt bỏ sau quá trình kiểm tra thành phẩm cuối cùng dokhông đạt yêu cầu sản xuất

Do những nguyên nhân trên, một phần lượng vải mộc sẽ bị tiêu hao sau quá trìnhsản xuất Phần trăm tiêu hao phụ thuộc vào vật liệu với PA/EL thường là 2-4% Lựachọn phần trăm tiêu hao là x = 2%

Bảng 3.2 Bảng phân phối mặt hàng sản xuất của nhà máy

Mã

Sản lượng cần sản xuất

KL vải mộcsản xuấttrong 1 năm

KL vảimộc sảnxuất 1ngày(triệu

3.2 Thiết kế dây chuyền công nghệ sản xuất

3.2.1 Lựa chọn dây chuyền công nghệ

Sơ đồ quy trình công nghệ Tiền xử lý-Nhuộm-Hoàn tất dải vải đàn tính PA/ELđược thể theo hình 3.1

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bùi Thị Thoa