CHƯƠNG I: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
1.2. Tính chất lưu biến của vải
1.2.2. Hiện tƣợng rão và lơi của xơ dệt
Hiện tượng rão là biến dạng chậm theo thời gian dưới tải trọng không đổi và hiện tượng lơi là sự giảm dần tải trọng với biến dạng không đổi theo thời gian.
Khi một xơ dệt bị kéo giãn dưới tải trọng không đổi, lúc đầu độ giãn tăng rất nhanh và sau đó chậm dần: tại thời điểm bỏ tải trọng ra, chiều dài xơ bị co lại với vận tốc nhanh, sau đó tốc độ co giảm về không sau một thời gian dài.
Một vài loại xơ dệt trong những điều kiện nào đó, sau khi kéo giãn, khi bỏ tải trọng có thể phục hồi về chiều dài ban đầu. Trong khi đó, những xơ khác hoặc cũng những xơ ấy trong điều kiện khác lại tồn tại độ giãn dư mặc dù để phục hồi sau một thời gian rất dài.
Việc làm giãn xơ dệt có thể gây ra hai quá trình cơ bản gọi là: liên kết giãn và liên kết mạch duỗi thẳng. Liên kết ở đây là nói đến liên kết phân tử để tạo ra cấu trúc mạng lưới. Trước khi liên kết mới có thể tham gia có hiệu lực vào sự giãn của xơ, nó phải được định hướng dọc theo trục xơ. Mạch liên kết nào ngắn hơn sẽ định hướng trước. Liên kết nào bị đứt thì sự kéo giãn chuyển sang liên kết khác song song với nó. Như vậy liên kết bị đứt có thể tồn tại với điều kiện tạo lại liên kết và thực hiện được khi xơ được buông lỏng.
Độ giãn dư tồn tại nếu mức độ gãy của liên kết mạng đủ mạnh hoặc nếu liên kết mới hình thành đủ bền vững. Nếu liên kết mới không đủ mạnh, những liên kết dư chưa gãy sẽ có xu hướng kéo hệ thống trở lại trạng thái chưa giãn nhưng nó sẽ bị những liên kết mới hình thành chống lại.
Sự phục hồi rão có nguyên nhân từ những liên kết bị đứt khi chúng bị giãn trong lúc chống lại sự co.
Mức độ phục hồi rão phụ thuộc mức độ gãy của liên kết, số liên kết mới tạo ra và tính bền vững của chúng đối với lực của các liên kết chưa gãy.
1.2.2.1. Sự rão và phục hồi rão của xơ dệt a. Điều kiện tải trọng
Tải trọng nhỏ
Lenderman [3] đã nghiên cứu hiện tượng rão và phục hồi rão của tơ vixco, axetat, tơ tằm và tơ nilon với tác động của độ giãn thấp.
Đầu tiên, tơ vixco được treo tải trọng lớn nhất trong 24h sau đó bỏ tải trọng và để 24h cho hồi phục. Trong thời gian 24h tiếp theo, dùng tải trọng không vượt quá tải trọng ban đầu sử dụng. Làm như vậy, tơ được dẫn đến trạng thái đàn hồi loại trừ được bất kỳ độ giãn dư thường xuyên nào.
Lenderman đã thí nghiệm tơ vixco với tải trọng thấp 1,54; 2,35; 3,82; 4,70.108 dyn/cm2 và thu được kết quả đo như trên hình 1.11.
Độ giãn, %
Thời gian, s
100 1000 10000
0.5 1.0
1.54 2.35 3.82 4.10
Hình 1.11. Đường cong độ giãn toàn phần đối với tơ vixco thường chịu trọng tải cơ học chuẩn ở điều kiện độ ẩm 65% và nhiệt độ 210C. Tải trọng không đổi có đơn vị
108dyn/cm2 [Lenderman] [3].
Nếu lấy hoành độ theo logarit của thời gian thì các đường cong này là đoạn đầu của biến dạng toàn phần như trên hình 1.12 cho thấy.
LOG thời gian
Độ giãn tức thời Độ giãn trễ Biến dạng toàn phần
Hình 1.12. Sự rão dưới tải trọng không đổi
(Biến dạng toàn phần là hàm số của logarit thời gian dưới tải trọng)
Tải trọng lớn
Với tải trọng lớn hơn, độ giãn tức thời và độ giãn trễ tỷ lệ với tải trọng trong một khoảng thời gian ngắn.
Trên hình 1.13, giới thiệu dạng của đường cong tơ vixco thường ở những tải trọng khác nhau. Số liệu của O’Shaughnessy cho thấy với trọng tải thấp đường cong rão là lõm (với hoành độ là logarit của thời gian), ở trọng tải lớn, đường cong là lồi.
Với những tải trọng có giá trị trung gian thì đường cong rão có hình dạng S (sigmoid). Sự mô tả chung của các đường cong rão quan sát được thực hiện trong phạm vi thời gian từ 10 đến 105 giây.
Độ giãn, %
Thời gian, s 12
10 8 6 4 2
0 10 102 103 104
13.1 10.5
7.9 6.5
5.2 3.9
2.6
Hình 1.13. Sự rão của tơ vixco ở điều kiện nhiệt ẩm độ 60% và 210C [3]. Các đường cong thực hiện ở các tải trọng 2,6.108; 3,9.108; 5,2.108; 6,5.108; 7,9.108;
10,5.108; 13,1.108 dyns/cm2. (1 dyn = 10-5 N).
b. Sự rão của một số xơ dệt Sự rão của xơ bông
Collins (1924) [3] đã nghiên cứu về sự rão và hồi phục rão của xơ bông (xơ đơn) đã ngâm kiềm và nhúng trong nước ở nhiệt độ 200C.
Nhận thấy sự rão và sự hồi phục rão là những quá trình không đều có thể liên tục trong một thời gian dài. Tuy nhiên việc tác dụng tải trọng theo chu kỳ dẫn đến trạng thái đàn hồi của xơ.
Thực nghiệm đối với xơ bông Hải đảo (Sea Island), trên đồ thị tải trọng – thời
= b logt + C (1.4) từ 1 đến 100 phút, giá trị của b gần bằng 0,33; 0,13; 0,20 và 0,16% đối với rão, còn đối với hồi phục rão, b có giá trị 0,29; 0,34; 0,24 và 0,23% trong 4 chu kỳ liên tục.
Sự rão của tơ Nylon (Polyamit)
Catsiff, Alfrey và O’shaughnessy (1953) đã xây dựng được một đường cong tiêu biểu cho sự rão của tơ nylon ứng với những tải trọng khác nhau trong những điều kiện khí hậu xác định. Đường cong này có tên gọi đường cong rão chủ đạo (master creep curve). Kèm theo đường cong này còn có yếu tố tỷ lệ xích, đặc tính trễ thời gian và độ giãn tức thời để có thể có được đường cong rão ứng với tải trọng xác định.
Độ giãn, %
Thời gian, s
0 10-4 10-2 1 102 104
1 2 3
2
4 6
8 12 15
20 25
Hình 1.14. Đường cong rão chủ đạo của nylon 66 ở độ ẩm 30% và nhiệt độ 360C. Tổng hợp từ nhiều đường cong rão riêng biệt 2, 4, 6, 8, 12 và 15, 20 và 25 x 108 dyn/cm2
Độ giãn tức thời, %
Tải trọng 10 dyn/cm8 2 Đặc
trƣng trễ thời gian
s
,
Tỷ lệ xích
106
104
0
2
6
4
2
10 20 30
0.5 1.0
1
0
F
0
Hình 1.15. Tỷ lệ xích (F), đặc tính trễ thời gian ( ) và độ giãn tức thời ( ) đối với nylon 66 ở độ ẩm 30% và 360C.
1.2.2.2. Sự lơi và phục hồi lơi của xơ dệt
Wegener [3] đã nghiên cứu chi tiết về sự giảm tải trọng (lực căng) theo thời gian đối với tơ vixco, tơ cupramonium và axetat xenlulo và đã đi đến công thức:
= [(t+a)/a]-n (1.5) Trong đó: p0 là tải trọng, khi t = 0 (tải trọng ban đầu)
p là tải trọng ở thời điểm t.
a và n là những hằng số.