CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN XƠ SỢI NHÂN TẠO
1.4. Các nghiên cứu khoa học về các tính chất cơ học của sợi và vải
Md. Nakib-Ul- Hasan và các cộng sự đã nghiên cứu so sánh các đặc tính của sợi từ 100% Bông có chi số là 16 Ne và 20 Ne được kéo theo nguyên lý nồi cọc cổ điển và nguyên lý kéo sợi rô to hiện đại. Các tính chất cơ lý như: độ bền đứt, độ giãn đứt, độ săn, độ không đều, độ xù lông của sợi được thử nghiệm và so sánh.
Nghiên cứu cho thấy độ bền đứt của sợi nồi cọc cao hơn sợi rô to nhưng độ giãn đứt thì ngược lại, là do các xơ trong sợi rô to ít song song hơn sợi nồi cọc. Cấu trúc xoắn lõi và mức độ song song thấp hơn là nguyên nhân của độ bền thấp hơn của sợi rotor.
Hình 1.23. Độ bền và độ giãn đứt của sợi nồi cọc và sợi rô to
Kết quả nghiên cứu con cho thấy độ săn của sợi nồi cọc lại thấp hơn sợi rô to. Do góc xoắn trung bình của các xơ trong sợi rô to cao hơn đáng kể so với sợi nồi cọc, khi sợi có cùng chi số, sợi rô to đòi hỏi nhiều độ săn hơn hơn nồi cọc để giữ tỷ lệ đứt ở mức thấp.
Hình 1.24. Độ săn và độ xù lông của sợi nồi cọc và sợi rô to
Về độ xù lông thì sợi sợi rô to có giá trị độ xù lông thấp hơn sợi nồi cọc, là do hướng xoắn của các đầu xơ từ ngoài vào trong sợi và đầu số xơ tự do trên thân
sợi. Độ xù lông cao ở sợi nồi cọc là do không kiểm soát sự di chuyển các đầu xơ trong máy ghép và bề rộng tam giác kéo sợi.
Bên cạnh đó, nghiên cứu cũng cho thấy sợi rô to có độ đều tốt hơn sợi nồi cọc. Các công đoạn chế biến ở nhà máy kéo sợi, độ không đều của sản phẩm tăng từ sau công đoạn máy ghép. Có 2 lý do cho điều này là do số lượng xơ trong tiết diện ngang giảm. Sự sắp xếp các xơ đồng nhất trở nên khó khăn hơn làm số lượng xơ giảm. Mỗi hoạt động duỗi thẳng xơ làm tăng độ không đều. Mỗi máy trong quy trình kéo sợi cũng thêm một lượng nhất định vào sự ...của sợi thành phẩm. Sau máy ghép sợi rô to được sản xuất trực tiếp từ rô to nhưng trong kéo sợi nồi cọc phải qua nhiều công đoạn gia công tiếp theo và cũng tiếp tục duỗi thẳng xơ. Đó là lý do tại sao sợi nồi cọc không đồng đều hơn sợi rô to.
Hình 1.25. Độ không đều của sợi nồi cọc và sợi rô to
Kết quả minh họa ở hình 1.26 cho thấy sợi rô to có ít điểm kết tạp hơn sợi nồi cọc tuy nhiên số lượng điểm mỏng lại tăng hơn mức bình thường, điều này có
thể là do liên quan đến nguyên liệu và máy móc. Ví dụ như, bông chưa chín dễ đưa đến việc hình thành điểm kết tạp trong quá trình chế biến. Tuy nhiên, điểm dày, điểm mỏng và điểm kết tạp còn xuất hiện khi các bộ phận kéo sợi hay các bộ phận dẫn hướng xơ bị mòn hoặc hư hỏng.
Hình 1.26. Khuyết tật của sợi nồi cọc và sợi rô to
K A Ramasamy và cộng sự nghiên cứu các tính chất cơ lý của sợi nồi cọc như chi số sợi, độ bền đứt, độ giãn đứt, đường kính sợi, tỉ phần thể tích xơ trong sợi, độ xù lông và hệ số ma sát ( xơ với kim loại) kéo từ xơ Bông 100%, xơ Tencel 100%, và xơ Bông/Tencel pha trộn với tỉ lệ (67:33) và (33:67), cả 4 sợi này đều có chi số Ne 30.
Nghiên cứu cho thấy chi số thực của 4 loại sợi không biến đổi đáng kể nhưng hệ số biến sai chi số của sợi bông nguyên chất cao hơn so với sợi Bông/Tencel và sợi Tencel nguyên chất. Độ không đều khối lượng (U%) của sợi Bông nguyên chất cũng cao hơn so với sợi Bông/Tencel và sợi Tencel nguyên chất. Độ bền đứt sợi Tencel nguyên chất cao hơn đáng kể so với các loại sợi khác, tương ứng độ giãn đứt của sợi Tencel nguyên chất cao hơn so với các loại sợi khác.
Bảng 1.2. Các tính chất cơ lý của 4 loại sợi
Nghiên cứu cho thấy rằng đường kính sợi Tencel nguyên chất và sợi Bông/Tencel thấp hơn đường kính sợi bông nguyên chất. Đường kính sợi cũng được đo khi trương nở sau khi được làm ướt, kết quả cho thấy rằng phần trăm tăng thêm đường kính sợi của sợi Bông nguyên chất tương đối ít hơn so với các loại sợi
khác, điều này có thể là do sự khác biệt về tính hấp thụ độ ẩm của xơ Tencel và Bông. Tỉ phần thể tích xơ trong sợi của sợi Bông nguyên chất thấp hơn khi so sánh với các sợi khác. Các giá trị tỉ phần thể tích xơ trong sợi của Tencel nguyên chất và sợi Bông/Tencel thì tương đương nhau. Sợi 100% Tencel có độ xù lông của thấp nhất, tiếp đến là 2 loại sợi Bông/Tencel và sợi Bông nguyên chất có độ xù lông cao nhất.
Nghiên cứu kết luận rằng sự hiện diện của xơ Tencel có thể làm giảm hệ số ma sát. Từ kết quả cho thấy sợi Bông nguyên chất có hệ số ma sát cao nhất, bên cạnh đó ta có thể thấy giá trị hệ số ma sát của 2 sợi pha Bông/Tencel giảm đáng kể so với sợi Bông nguyên chất, và sợi Tencel nguyên chất có hệ số ma sát thấp nhất.
Prof. S.S. Lavate, Prof. M. C. Burji và Suraj Patil [3] nghiên cứu tính chất sợi và vải được sản xuất từ Tencel, Excel, Modal và so sánh của chúng với Bông (sợi dọc có chi số Ne 60S, sợi ngang có chi số Ne 40S).
Nghiên cứu cho thấy rằng sợi Bông có độ bền và độ giãn đứt thấp nhất kế tiếp là sợi Excel, Modal và sợi Tencel lại có giá trị độ bền và độ giãn đứt cao nhất.
Điều này là do sợi Tencel có tỉ lệ tinh thể với diện tích vô định hình là 9:1 cao hơn so với các loại sợi khác.
Hình 1.27. Độ bền đứt và độ giãn đứt của các sợi xenlulô
Độ không đều khối lượng và khuyết tật sợi biểu diễn như 1.28 cho thấy rằng sợi bông có nhiều điểm dày hơn khi so sánh với các loại sợi khác trong khi đó điểm
mỏng thì ở mức không đáng kể. Ngoài ra sợi Bông cũng thể hiện khuyết tật sợi nhiều hơn. Trên biểu đồ cũng cho thấy sợi Modal và Tencel có tỉ lệ độ không đều khối lượng nhiều hơn so với sợi Excel và Bông.
Hình 1.28. Độ không đều và khuyết tật của các sợi xenlulô
Kết quả nghiên cứu cho thấy sợi Bông có giá trị độ xù lông cao hơn so với các sợi Visco biến tính, điều này là do các các xơ sợi Visco biến tính có độ định hướng cao nên các xơ quấn vào trong thân sợi chặt chẽ hơn so với xơ Bông.
Hình 1.29. Giá trị độ xù lông của các sợi xenlulô
Tính mao dẫn của các sợi được thực hiện ở nhiều thời điểm khác nhau được biểu diễn như hình 1.30 cho thấy sợi Tencel và Excel có chiều cao mao dẫn cao hơn so với sợi Bông và Modal.
Hình 1.30. Độ mao dẫn của các sợi xenlulô
Về đặc tính vải, nghiên cứu cho thấy vải làm từ sợi Bông có độ dày thấp so với các loại sợi từ xenlulo tái sinh như Tencel, Excel và Modal.
Hình 1.31. Độ dày của các loại vải xenlulô
Từ hình 1.32 thể hiện độ cứng của các loại vải, kết cho thấy có sự khác biệt đáng kể trong cả hai chiều dọc và ngang. Đối với vải Bông, cho thấy có sự tương tác giữa chiều dải uốn cong chiều dọc và ngang. Từ biểu đồ cho thấy vải Tencel và Excel có độ uốn cong thấp nhất, là do đặc tính cấu trúc xơ Tencel và Excel có bề mặt mượt mà và mềm hơn Bông.
Hình 1.32. Độ cứng của các loại vải xenlulô
Kết quả nghiên cứu từ hình 1.33 cho thấy vải Modal có độ phục hồi cao nhất theo hướng dọc và vải Tencel có độ phục hồi cao nhất theo hướng ngang và có sự khác biệt đáng kể giữa hướng dọc và hướng ngang. Góc phục hồi nếp gấp thể hiện mức độ phục hồi của vải dưới tác dụng của lực bên ngoài. Vải Bông có góc phục hồi thấp nhất theo cả hai hướng dọc và ngang so với các loại vải khác.
Hình 1.33. Góc hồi nhàu của các loại vải xenlulô
Kết quả nghiên cứu từ hình 1.34 cho thấy vải Modal có độ thoáng khí thấp vì nó có giá trị độ dày cao. Vải Tencel và Excel có độ thoáng khí cao hơn vì xơ của chúng có tiết diện mặt cắt ngang hình tròn nên vải Tencel và Modal thể hiện tính đồng nhất hơn và dễ dàng hút khí và vượt qua những khoảng trống của chúng.
Hình 1.34. Độ thoáng khí của các loại vải xenlulô
Kết quả nghiên cứu từ hình 1.35 cho thấy vải Modal có độ hấp thụ ít hơn vì nó cần nhiều thời gian để hấp thụ hơn so với các loại vải khác trong khi đó vải Tencel mất ít thời gian để hấp thụ một giọt nước. Kết quả cho thấy có sự khác biệt đáng kể về khả năng hấp thụ của các loại vải.
Hình 1.35. Độ thấm nước của các loại vải xenlulô
Kết quả nghiên cứu độ mao dẫn như hình 1.36 của các loại vải cho thấy vảo Bông có độ mao dẫn thấp hơn so với các loại vải khác theo cả hai hướng dọc và ngang. Tốc độ thấm hút nhanh hơn sẽ thể hiện khả năng vận chuyển mồ hôi và cảm giác thoải mái khi mặc của vải.
Hình 1.36. Độ mao dẫn của các loại vải xenlulô
Độ bền mài mòn của các loại vải được minh họa trên hình 1.37. Có một mối liên hệ đầy ý nghĩa giữa loại xơ và độ bền mài mòn vải. Kết quả nghiên cứu cho thấy vải Bông có sự mất khối lượng nhiều hơn so với các loại vải khác. Điều này là do độ bền của các sợi Visco biến tính cao hơn sợi bông nên làm cho nó bền hơn trong quá trình thử nghiệm độ bền mài mòn. Các xơ này có tính chất mượt mà và êm ái hơn so với xơ Bông.
Hình 1.37. Độ bền mài mòn của các loại vải xenlulô
Kết quả thử nghiệm độ thoát hơi nước của các loại vải được minh họa như hình 1.38 cho thấy vải Bông có độ thoát hơi nước cao hơn trong khi đó vải Excel có độ thoát hơi nước thấp nhất. Do vải Bông có độ dày thấp hơn và có hiện diện nhiều vùng vô định hình và không gian trống nên nó hấp thu độ ẩm nhiều hơn so với các loại vải khác.
Hình 1.38. Độ thoát hơi nước của các loại vải xenlulô
Hình 1.39 cho thấy sự ổn định kích thước của các loại vải theo hướng ngang cao hơn so với hướng dọc. Vải Tencel, Excel và Modal có sự ổn định kích thước cao hơn so với vải Bông, vì xơ được hình thành theo quy trình Visco rayon biến tính có cấu trúc xơ xenlulô nano. Nó bao gồm vô số mạch tinh thể xơ cực mảnh, không trương nở. Nhiều vùng mạch tinh thể phát triển cao do đó sự trương nở chỉ xuất hiện ở vùng không kết tinh và mao mạch giữa các vi xơ và xơ nano.
Hình 1.39. Sự ổn định kích thước của các loại vải xenlulô
Độ giãn và độ biến đổi sức căng của các loại vải như hình 1.40. Sợi Visco biến tính có khối lượng phân tử cao nên nó có độ bền và độ giãn cao. Ngoài ra, so với Modal và Excel thì xơ Tencel hệ số định hướng và vùng tinh thể cao nhất. Tỷ lệ kết tinh với diện tích vô định hình của Tencel là 9:1 cao hơn tất cả các loại sợi khác, do đó nó góp phần làm cho sợi Tencel có độ giãn và độ biến đổi sức căng vải lớn hơn.
Hình 1.40. Độ giãn và độ biến đổi sức căng của các loại vải xenlulô
Kết quả nghiên cứu ở hình 1.41 cho thấy vải Modal có tính dẫn nhiệt cao hơn so so với các loại vải khác. Tính dẫn nhiệt là một đặc tính chuyên sâu của vật liệu biểu thị khả năng dẫn nhiệt của vật liệu. Quan sát biểu đồ cho thấy rằng tính dẫn nhiệt phụ thuộc vào độ dày của vải, trong khi đó vải Modal có độ dày cao nhất kết quả cho thấy vải Modal có độ dẫn nhiệt cao nhất so với các loại vải khác.
Hình 1.41. Tính dẫn nhiệt của các loại vải xenlulô
Karina Solorio-Ferrales, Carlos Villa-Angulo, Rafael Villa-Angulo, José Ramón Villa-Angulo [4] nghiên cứu so sánh đặc tính nhiệt của Bông và Tre tái sinh trong môi trường ấm. Tác giả sử dụng vải rib 1x1 được dệt từ sợi có chi số 30 tex với thành phần 100% xơ tre tái sinh, 100% Bông và sợi pha với thành phần 50/50 Tre/Bông. Kết quả nghiên cứu cho thấy vải tử 100% xơ Tre tái sinh có đặc tính
nhiệt tốt trong môi trường ấm. Tốc độ lưu trữ nhiệt trong cơ thể người giảm đáng kể khi sử dụng vải 100% xơ Tre tái sinh so với vải 100% Bông và vải có sợi pha với thành phần 50/50 Tre/Bông.