CHƯƠNG I: CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ VẢI DỆT KIM
1.1.5. Tính chất của vải dệt kim [2,11]
1.1.5.1. Hình học vải dệt kim :
Các thông số hình học quan trọng nhất của vải dệt kim bao gồm:
- Bước cột vòng A:
Luận văn cao học Khoá 2009 - 2011
Vũ Phương Thảo - 19 - Ngành CN vật liệu Dệt - May Ở vải đan ngang một mặt phải, bước cột vòng đúng bằng chiều rộng của vòng sợi. Đối với vải đan ngang hai mặt phải, thông số này được đưa ra dưới dạng bước cột vòng phải hoặc bước cột vòng trái.
- Bước hàng vòng B:
Tuy không hoàn toàn chính xác, nhưng bước hàng vòng đôi khi còn được hiểu là chiều cao vòng sợi. Ở một số cấu trúc vải, đặc biệt là cấu trúc dệt thiếu vòng sợi, thông sốnày rất khó được định nghĩa.
Hình 1.10. Hình biểu diễn bước cột vòng A và bước hàng vòng B.
- Chiều dài vòng sợi l:
Chiều dài vòng sợi là đại lượng biến đổi độc lập quan trọng của quá trình dệt kim. Chiều dài của các phần tử cấu trúc vải khác nhau có thể được xác định bằng phương pháp tính toán lý thuyết thông qua các mô hình của các loại vòng sợi hoặc bằng các phương pháp thực nghiệm. Thường các mẫu vải
Luận văn cao học Khoá 2009 - 2011
Vũ Phương Thảo - 20 - Ngành CN vật liệu Dệt - May được lấy với khổ rộng đúng bằng 100 cột vòng. Ứng với mỗi tổ tạo vòng cần lấy ít nhất năm mẫu sợi được tháo ra từ mẫu vải. Khi đo chiều dài, sợi được kéo căng nhẹ vừa đủ để làm duỗi thẳng các cung sợi.
- Mật độ ngang của vải PRn R:
Mật độ ngang của vải cho biết số lượng cột vòng của đoạn vải có khổ rộng đúng bằng 100 mm. Đối với vải hai mặt phải, mật độ ngang được hiểu là tổng các mật độ ngang của cả hai mặt vải ( PRn R= PRn1 R+ PRn2R).
- Mật độ dọc của vải PRdR :
Mật độ dọc cho biết số lượng hàng vòng của đoạn vải có chiều dài theo hướng cột vòng đúng bằng 100 mm. Đối với vải interlok, mật độ dọc có thể được hiểu là số lượng vòng sợi có trong đoạn cột vòng có chiều dài đúng bằng 100 mm. Đó cũng chính là số lượng các hàng vòng kép interlok có trong đoạn vải đó.
- Mật độ phẳng của vải PRp R:
Mật độ phẳng cho biết số lượng vòng sợi có trong diện tích vải 100 × 100 mm (PRp R= PRn R× Pd).
- Đường kính d của sợi:
Sợi trong vải dệt kim thường phải chịu tải trọng phức tạp và bị biến dạng nghiêm trọng nên thông số này rất khó được định nghĩa chính xác. Hoàn toàn không thể sử dụng đường kính của sợi tự do để phân tích cấu trúc của vải dệt kim. Cần phải hiểu đường kính sợi trong vải dệt kim như là một đại lượng biến đổi.
- Đường kính hiệu dụng de của sợi:
Đường kính hiệu dụng của sợi được định nghĩa bằng khoảng cách nhỏ nhất của hai đường trung hoà của hai sợi tại vị trí tiếp xúc của chúng (ở điểm liên kết của hai sợi). Đại lượng này được sử dụng để phân tích cấu trúc cũng như các tính chất của vải dệt kim.
Luận văn cao học Khoá 2009 - 2011
Vũ Phương Thảo - 21 - Ngành CN vật liệu Dệt - May Ngoài các thông số về mật độ vải còn lại tất cả các thông số hình học khác được nêu trên đều có đơn vị đo là mm. Nếu sử dụng các đơn vị chuẩn của hệ thống đo lường quốc tế, ta có:
Pn 100A
= và
Pd 100B
= (1) Đường kính d của sợi cũng có thể được xác định gần đúng thông qua khối lượng của sợi có độ mảnh T. Theo định nghĩa về độ mảnh, ta có:
106
×
= L
T M , đó chính là khối lượng được đo bằng gam của 1 km sợi. Từ định nghĩa này có thể suy ra
6
2
6 10
10 = 4 ×
×
= L
L d L
T Vρà π ρà và sau khi biến đổi ta được:
T m
d = × ×
128 ρà ,
1 (2) Ở đây : V - thể tích của đoạn sợi (mP3P);
L - chiều dài của đoạn sợi (m);
ρ - khối lượng riêng của xơ nguyên liệu (kg/mP3P);
à - hệ số chứa đầy của sợi;
T - độ mảnh của sợi (tex);
m - khối lượng đoạn sợi (kg).
Khối lượng riêng của xơ coi như đã biết, thế nhưng hệ số chứa đầy của sợi lại là một đại lượng biến đổi và giá trị gần đúng của nó chỉ có thể được ước lượng căn cứ vào loại sợi cụ thể. Đối với các loại sợi bông thông dụng nếu ta thay ρ = 1520 kg/mP3 Pvà à = 0,5, biểu thức (2) sẽ cú dạng đơn giản hơn như sau:
T d =41×10−6
Biểu thức này cũng thoả mãn gần đúng cho các loại sợi thông dụng được tạo thành từ các loại xơ nguyên liệu khác.
Luận văn cao học Khoá 2009 - 2011
Vũ Phương Thảo - 22 - Ngành CN vật liệu Dệt - May Để đánh giá và so sánh các loại vảiđược dệt với mật độ và chi số sợi sử dụng khác nhau, một loạt các chỉ số kích thước đã được đưa ra. Các chỉ số này đặc trưng cho hình học vải. Các chỉ số Cm1 - Cm4 ở các biểu thức (3) được đưa ra dưới dạng các tỷ số của chiều dài vòng sợi l, bước cột vòng A và bước hàng vòng B. Theo Munden và các tác giả khác, đối với một cấu trúc vải xác định các chỉ số này như không thay đổi nên chúng còn được gọi là các hằng số Munden
2 2
2
1 10 PP l
AB
Cm = l = n d
Pl B
Cm2 = l =10 d (3)
l A P
Cm3 = l =10 n
n d
m P
P B
C 4 = A = Giá trị lý tưởng của các hằng số Munden đối với các loại vải khác nhau được nhiều tác giả đưa ra trong các tài liệu khác nhau. Các hằng số này chủ yếu được xác định bằng phương pháp thực nghiệm. Ví dụ đối với vải đan ngang một mặt phải, giá trị lý tưởng của các hằng số Munden được đưa ra cụ thể như sau:
Cm1 P
P= 20, Cm2PP= 5 , Cm3 P
P= 4, Cm4P
P= 1,25.
Ngoài ra, giữa các hằng số Munden còn tồn tại các quan hệ:
Cm1 P
P= Cm2PP.Cm3 P
P và Cm4P
P= Cm2PP/Cm3 P
P.
Khi giá trị thực tế của các hằng số sai khác với giá trị lý tưởng, cũng có nghĩa là cấu trúc vải sẽ không ổn định, kích thước của vải luôn có xu hướng thay đổi.
Nhóm chỉ số phi kích thước tiếp theo được đưa ra để đánh giá độ chứa đầy của vải dệt kim. Các chỉ số này còn được gọi là các hệ số chứa đầy của vải.
Luận văn cao học Khoá 2009 - 2011
Vũ Phương Thảo - 23 - Ngành CN vật liệu Dệt - May Các hệ số chứa đầy có ba dạng: hệ số chứa đầy chiều dài KlPPhệ số chứa đầy phẳng Kpvà hệ số chứa đầy thể tích Ko. C - độ dày của vải.
d K1 = l
ld
Kp = AB (4)
2
0
4 d K ABC
= π
Trong các hệ số nêu trên, quan trọng nhất là hệ số chứa đầy chiều dài Kl. Hệ số này là tỷ số của chiều dài vòng sợi trên đường kính sợi (ở một số tài liệu khác hệ số này còn được gọi là môđun vòng sợi). Kl có giá trị càng lớn nghĩa là vải dệt càng thưa và ngược lại. Hệ số chứa đầy phẳng Kp là tỷ số của diện tích vòng sợi trên diện tích của hình chiếu của đoạn sợi. Tương tự, hệ số chứa đầy thể tích Ko là tỷ số của thể tích vòng sợi trên thể tích của đoạn sợi.
Các hệ số nêu trên đều được định nghĩa thông qua một đại lượng rất khó xác định chính xác đó là đường kính của sợi. Do vậy, thay cho hệ số chứa đầy Kl, hệ số mật độ K thường được sử dụng. Đường kính d của sợi ở đây được thay thế bằng T và K được định nghĩa như sau:
l
K = T , Tex2
1
mP-1P10P-3 P (5) Các hệ số nêu trên được sử dụng để đánh giá và so sánh mật độ của vải dệt kim từ các loại sợi có chi số khác nhau. Các loại vải có hệ số mật độ như nhau, căn cứ vào thuyết đồng dạng có thể có các đặc trưng khác giống nhau.
1.1.5.2. Tính chất cơ lý vải dệt kim:
Các tính chất cơ học hình thành nên một nhóm tính chất của vải có số lượng lớn nhất, chi phối và quyết định các quá trình gia công tiếp theo cũng như giá trị sử dụng của vải
Luận văn cao học Khoá 2009 - 2011
Vũ Phương Thảo - 24 - Ngành CN vật liệu Dệt - May - Khối lượng riêng của vải:
Khối lượng riêng (g/mP2P) là một trong các thông số kỹ thuật quan trọng của vải, bởi nó không chỉ biểu lộ đặc trưng sử dụng của vải mà còn cho biết lượng nguyên vật liệu tiêu hao cho 1mP2P vải và tính kinh tế của quá trình sản xuất (chi phí nguyên vật liệu ước chiếm trên 50% giá thành của vải thành phẩm). Khối lượng riêng (g/mP2P) của vải có thể được xác định bằng phương pháp thực nghiệm hoặc bằng phương pháp tính toán lý thuyết nếu như biết trước các thông số hình học của vải và chi số sử dụng. Từ định nghĩa về độ mảnh của sợi ta có:
L
T =106 m ⇒m=106TL (6) L là tổng chiều dài sợi dệt nên 1mP2P vải. Như vậy L không chỉ phụ thuộc vào chiều dài vòng sợi l mà còn phụ thuộc cả vào số lượng vòng sợi có trong 1mP2Pvải.
1
10 1PnPd
L= − (7) Từ (6) và (7) ⇒ 103 10 4 (g/m2)
AB TL TL P P m
pv = = − n d =
- Biến dạng kéo của vải dệt kim:
Độ bền và độ giãn đứt của vải dệt kim thường được xác định thông qua các mẫu thử có kích thước 100 x 100mm (không kể các phần vải ở hai đầu của mẫu thử dùng để kẹp chặt vào trong các hàm kẹp của máy thử). Để vải không bị đứt (phá huỷ) ở gần sát mép của các hàm kẹp trong quá trình thử, bề rộng của phần giữa của các mẫu thử được cắt thu hẹp lại chỉ còn 50 mm. Để vải không xê dịch trong các hàm kẹp cũng như để loại trừ tuyệt đối ảnh hưởng của độ co ngang của vải, phần vải hai đầu của mẫu thử phải được gấp mép một số lần (để tăng độ dày) trước khi được gá vào trong các hàm kẹp và được xiết chặt. Các mẫu vải phải được gá lắp lên máy thử trong trạng thái không
Luận văn cao học Khoá 2009 - 2011
Vũ Phương Thảo - 25 - Ngành CN vật liệu Dệt - May tải. Quá trình kẹp chặt phải được thực hiện theo đúng kích thước đã được đánh dấu trước khi lấy mẫu thử. Các phép thử độ bền kéo theo hướng cột vòng và hướng hàng vòng được thực hiện riêng biệt.
- Biến dạng uốn của vải dệt kim:
Đặc trưng biến dạng uốn của vải cũng rất quan trọng. Nó ảnh hưởng trực tiếp đến nhiều tính chất sử dụng của vải như độ mềm mại, độ nhàu, độ đàn hồi... Đặc trưng biến dạng uốn của vải có thể được xác định bằng phương pháp đo mô men uốn Mo tác dụng lên bàn kẹp chặt (3) tương ứng với các độ cong khác nhau của mẫu thử (1). Mẫu thử trong trường hợp này được gây tải bằng cách quay bàn kẹp chặt (2) quanh trục 0 đi một góc α, cũng tức là làm cho mẫu vải bị uốn cong với bán kính cong tối đa R = 1/α. Phép thử này thường được thực hiện trong nhiều chu kỳ. Tải trọng được tạo ra luân phiên từ hướng này sang hướng kia.
Hình 1.11. Thí nghiệm xác định độ uốn
- Biến dạng trượt của vải dệt kim:
Mặc dù có ý nghĩa thực tiễn nhưng các tính chất biến dạng trượt của vải dệt kim trong nhiều trường hợp chưa được quan tâm nghiên cứu đầy đủ. Trên (hình 1.12) là hai phương pháp thử trượt. Ở phương pháp (hình 1.12.a), mẫu
Luận văn cao học Khoá 2009 - 2011
Vũ Phương Thảo - 26 - Ngành CN vật liệu Dệt - May thử (1) được kẹp chặt trong các bàn kẹp (2) và (3). Bàn kẹp chặt trên có khả năng quay quanh trục 0. Bàn kẹp dưới được gây tải bằng lực F (ví dụ bằng quả tạ). Các góc nghiêng α của bàn kẹp chặt (2) và góc lệch θ của vải được đo tương ứng với các giá trị xác định của tải trọng F. Trường hợp muốn nghiên cứu biến dạng trượt thuần tuý của vải, các đầu của các bàn kẹp chặt trên và dưới cần được nối kết với nhau bằng các dây cứng. Như vậy, biến dạng dài của vải sẽ bằng không. Ở phương pháp thử (hình 1.12.b), bàn kẹp chặt trên tạo ra cho mẫu thử tải trọng kéo Fσ và ứng suất pháp tương ứng σ. Bàn kẹp chặt trên được thiết kế đặc biệt, chỉ có khả năng chuyển theo phương thẳng đứng. Bàn kẹp dưới dịch chuyển theo phương nằm ngang tạo ra cho mẫu thử tải trọng Fτ và ứng suất tiếp tương ứng τ. Góc lệch θ của mẫu thử được đo tương ứng với các giá trị xác định của ứng suất pháp và ứng suất tiếp.
Hình 1.12. Thí nghiệm xác định độ trượt
Kết quả thí nghiệm độ trượt nhiều chu kỳ này cũng cho ta các đường cong biến dạng có dạng tương tự như trường hợp thí nghiệm độ uốn trên. Tất nhiên, trên trục tung trong trường hợp này sẽ là ứng suất tiếp τ và trên trục hoành sẽ là biến dạng trượt của vải (được biểu diễn dưới dạng tang của góc lệch θ)
Luận văn cao học Khoá 2009 - 2011
Vũ Phương Thảo - 27 - Ngành CN vật liệu Dệt - May - Tính ổn định kích thước của vải dệt kim:
Một trong những nhược điểm khá rõ nét của vải dệt kim là tính kém ổn định về kích thước. Hình dạng của các sản phẩm dệt kim nói chung luôn có xu hướng tự thay đổi theo thời gian. Trên thực tế, trong quá trình gia công và sử dụng, vải dệt kim phải trải qua hàng loạt trạng thái khác nhau.
+ Vải trong quá trình dệt trên máy:
Trong quá trình dệt, vải luôn ở trạng thái bất ổn định. Vải trên máy thường bị co nên các thông số hình học của vải cũng sẽ thay đổi theo. Sau khi đi qua các trục kéo vải, vải cơ bản được giảm tải (chỉ còn bị kéo căng nhẹ trong cuộn vải).
+ Vải xuống máy:
Vải xuống máy dần đi vào trạng thái ổn địnhtương đối, còn được gọi là trạng thái phục hồi khô. Vải có thể đạt đến trạng thái này khi nó được để hoàn toàn tự do một thời gian dài, tốt nhất là trong môi trường tiêu chuẩn. Giai đoạn phục hồi khô đối với vải dệt kim thường kéo dài khoảng một tuần.
Trong suốt cả giai đoạn này, vải luôn được duy trì trong trạng thái không chịu lực kể cả trọng lượng của chính bản thân nó. Do bị kéo dọc trong quá trình dệt nên trong quá trình hồi phục, sự co dọc của vải thường diễn ra khá mãnh liệt.
Trong khi đó, sự co ngang thường diễn ra không rõ rệt và có thể có giá trị dương hoặc âm. Sau giai đoạn hồi phục khô vải cũng chỉ mới ở trong trạng thái ổ định tương đối. Nghĩa là, mọi sự thay đổi về hình dạng và kích thước sẽ không sảy ra chỉ khi các điều kiện tồn tại của vải không thay đổi.
+ Vải sau hồi phục ướt:
Ở công đoạn hồi phục ướt, vải trong trạng thái không tải được ngâm một thời gian đủ dài trong nước có chất thấm (thường 40P0PC và 0,1% chất thấm) và sau đó cũng trong trạng thái không tải, vải được sấy khô. Sau giai đoạn này, vải cũng vẫn còn ở trong trạng thái ổn định tương đối nhưng ở mức
Luận văn cao học Khoá 2009 - 2011
Vũ Phương Thảo - 28 - Ngành CN vật liệu Dệt - May độ phục hồi cao hơn. Trạng thái ổn định tương đối này cũng có thể đạt được khi vải được giặt ở các nhiệt độ khác nhau trong các máy giặt kiểu thùng quay. Trạng thái sau giặt, đặc biệt là giặt nhiều lần trên thực tế đã gần tiếp cận được với trạng thái hồi phục hoàn toàn của vải. Đó là trạng thái mà vải có nội năng biến dạng nhỏ nhất, chính vì vậy mà vải có xu thế thay đổi hình dạng nhỏ nhất và độ ổn định kích thước cao nhất. Cũng cần lưu ý rằng trong các công đoạn giặt và sấy khô, vải luôn cần phải được duy trì trong trạng thái không tải, nếu không vải sẽ tiếp tục bị biến dạng và trạng thái hồi phục hoàn toàn càng trở nên xa cách hơn.
+ Trạng thái hồi phục hoàn toàn của vải:
Tuy được đặc trưng bằng lượng nội năng biến dạng cực tiểu trong vải nhưng trạng thái hồi phục hoàn toàn không phải là một trạng thái duy nhất.
Ảnh hưởng của các trở lực trong vải, trong sợi và cả trong xơ không chỉ làm cấu trúc vải bị biến dạng dẻo ngay trong quá trình dệt và về sau này mà còn tạo ra một số lượng vô cùng lớn trạng thái hồi phục hoàn toàn khác nhau của vải. Có điều các thông số hình học vải của các trạng thái hồi phục khác nhau này lại hầu như không khác nhau. Chính vì thế mà định nghĩa về trạng thái phục hồi hoàn toàn của vải có ý nghĩa thực tiễn to lớn. Nhận thức đầy đủ về vấn đề này là tiền đề quan trọng để sản xuất ra các loại vải dệt kim có độ ổn định tốt hơn về kích thước.
Nhiệm vụ của quá trình hồi phục là loại trừ các nội lực cản trở vải đạt đến trạng thái hồi phục hoàn toàn. Phần lớn các công đoạn gia công hoàn tất vải là các quá trình hồi phục vải. Đạt được trạng thái hồi phục hoàn toàn của vải trên các dây chuyền sản xuất công nghiệp hiện vẫn đang là vấn đề còn cần phải được tiếp tục nghiên cứu. Giặt nhiều lần kết hợp với sấy khô trong trạng thái không tải tuy cho kết quả hồi phục tốt nhưng năng suất lao động thấp giá
Luận văn cao học Khoá 2009 - 2011
Vũ Phương Thảo - 29 - Ngành CN vật liệu Dệt - May thành quá cao, đương nhiên sẽ không được chấp nhận trong sản xuất công nghiệp.
+ Vải khi may:
Khi may vải chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố như tốc độ may, chi số chỉ, chi số kim, mật độ mũi may, lực nén chân vịt và sức căng chỉ kim. Các yếu tố này ảnh hưởng đến tính ổn định kích thước của vải dệt kim gây ra sự biến biến dạng của vải trên đường may. Sự biến biến dạng của vải trên đường may không chỉ gây ảnh hưởng đến giá trị thẩm mỹ, mà còn làm giảm giá trị sử dụng và tính năng bảo vệ cơ thể của sản phẩm.
- Tính tuột vòng của vải dệt kim :
Tính tuột vòng cũng là một trong các nhược điểm lớn của vải dệt kim.
Nó có ảnh hưởng xấu không chỉ đến các tính chất gia công mà còn cả đến các tính chất sử dụng của vải. Ở vải dệt kim, các vòng sợi có cung kim tự do đều có nguy cơ bị tuột vòng. Sự tuột vòng làm cho vải bị phá huỷ dần ngay cả khi sợi không bị đứt. Sự tuột vòng của vải dệt kim chỉ có thể được khắc phục triệt để bằng các phương pháp phi dệt kim, ví dụ bằng phương pháp dính kết...Tính tuột vòng có thể được hạn chế bằng sự lựa chọn hợp lý về nguyên liệu dệt, cấu trúc và các thông số kỹ thuật của vải (vải dệt càng dày vòng sợi càng khó tuột) hoặc bằng phương pháp xử lý định hình vải.
Vải dệt kim có thể có các biên không tuột vòng, ví dụ đầu tấm và hai biên dọc. Ở biên ngang trên, sau khi được trút khỏi các kim, các vòng sợi đều có các cung kim tự do nên đều có nguy cơ bị tuột vòng. Để khắc phục hiện tượng này, đối với các sản phẩm cắt may có thể sử dụng phương pháp may hoặc xâu sợi qua các cung sợi tự do. Để quá trình tuột vòng thật sự diễn ra cần hội đủ hai điều kiện: Trong vải phải có nguồn tuột vòng (các biên tuột vòng hoặc sợi bị đứt...) và vải phải được cung cấp năng lượng cần thiết để tháo tuột vòng sợi, thường vải chỉ cần được kéo căng là đủ.