Bài giảng Kiểm tra và phân tích vật liệu dệt - Phần 6: Kiểm tra chất lượng xơ

 các tính chất khác của xơ
 Độ ẩm cao làm xơ trương nở, ảnh hưởng đến cấu trúc sợi và vải
làm tự xơ.
 Hầu hết các xơ có độ ẩm tăng sẽ trở nên kém bền.
 Riêng bông và xơ gốc cellulose thiên nhiên lại tăng bền khi độ
ẩm tăng.
 53
 6.2 Thí nghiệm và xác định xơ
 Người xử lý vật liệu dệt phải nắm bắt các tính chất của xơ.
 Xơ rất đa dạng nhiều kỹ thuật để kiểm tra tính chất xơ.
 Có phương pháp mang tính chủ quan, có phương pháp mang tính
khách quan.
 Việc nắm bắt tính chất của xơ có ý nghĩa quan trọng cho các quy
trình xử lý về sau.
5.2.1. Độ mảnh xơ
 Có nhiều cách để diễn tả độ mảnh xơ. Có xơ dùng đường kính,
có xơ dùng mật độ tuyến tính.
 54
Độ mảnh của xơ
 Phương pháp mật độ tuyến tính phổ biến hơn do không phụ
thuộc tiết diện ngang xơ nhưng lại khó đo đạc cho xơ ngắn.
 Do đó có các phương pháp gián tiếp để đo độ mảnh.
Các phương pháp đo độ mảnh xơ
 Có bốn phương pháp: trọng lực, quang học, khí, âm thanh.
 55

 56

 57

 Đo đường kính xơ bằng kính hiển vi 58
Phương pháp dòng khí (Pneumatic method)
 Phương pháp này thường được chọn vì nhanh.
 Xơ được nén vào buồng áp suất chuẩn, một dòng khí có áp suất
sai lệch chuẩn so với áp suất buồng chứa được thổi qua mẫu xơ.
 Lưu lượng dòng khí tỉ lệ thuận với bình phương tỉ số (diện tích
bề mặt xơ/thể tích xơ).
 Độ mảnh trung bình của các xơ được ước lượng bằng cách đo
lưu lượng dòng khí đi qua một mẫu xơ có khối lượng chuẩn ở điều
kiện chuẩn.
 59
Phương pháp dòng khí (Pneumatic method)
 Lưu lượng dòng khí đo bằng lưu lượng kế (flow meter), áp suất
sai lệch chuẩn được đo bằng áp kế (manometer).
 Riêng xơ bông, lưu lượng dòng khí ảnh hưởng bởi độ chín xơ
bông khó đo đạc chính xác.
 Dòng khí đi qua xơ
 mảnh và xơ thô
 60
Phương pháp sóng âm (Sonic/vibrascopic method)
 Chủ yếu dùng cho xơ nhân tạo. Dựa trên nguyên lý tương tự như
các nhạc cụ bộ dây (stringed musical instruments).
 Một sợi dây đàn hồi hoàn toàn sẽ có một tần số rung tối đa phụ
thuộc lực căng và mật độ tuyến tính.
 Xơ được coi là một sợi rất bé, được căng hai đầu với chiều dài
xác định và được làm rung bằng cơ điện.
 Tần số rung sẽ được thay đổi đến khi đạt biên độ rung lớn nhất
(maximum amplitude).
 61
Phương pháp sóng âm (Sonic/vibrascopic method)
 Với tần số rung, lực căng, biên độ tối đa, được xác định thì sẽ đo
được độ mảnh.
 Sơ đồ thiết bị đo độ
 mảnh xơ bằng sóng âm
 62
5.2.2. Chiều dài xơ
 Có nhiều cách để diễn tả chiều dài xơ, nhưng cách đơn giản nhất
để diễn tả “chiều dài làm thẳng” là khoảng cách giữa hai đầu xơ
khi được kéo thẳng mà không kéo giãn.
 Để đo chiều dài xơ có hai phương pháp: bằng tay và bằng thiết bị
chuyên dụng.
 63
Đo bằng tay
  Phân loại sợi bằng tay (hand
 stapling) thường dùng cho phân loại
 bông và len để đánh giá độ dài xơ.
  Một búi xơ gồm các xơ song
 song, người phân loại sẽ quan sát
 (chủ quan) để so với xơ dùng làm
 mẫu và xác định chiều dài xơ thí
 nghiệm.
 Tính chất của xơ bông thô
 64
Đo bằng máy
 Phương pháp đơn giản nhất là dùng dĩa tráng dầu.
 Một dĩa thủy tinh có chia độ được tráng dầu. Một xơ đơn được
tách ra từ mẫu và đặt lên dĩa.
 Lực căng do dầu sẽ làm xơ thẳng ra khi đo.
 Để có kết quả tin cậy thì phải thực hiện đo nhiều lần, nhất là với
xơ thiên nhiên.
 Nhiều thiết bị hiện đại được phát triển có thể đo nhiều xơ đơn
nhanh chóng và còn lưu giữ nhiều kết quả dạng bảng.
 65
Đo bằng máy
 Máy đo chiều
 dài xơ WIRA
 66
Đo bằng máy
 Có nhiều thiết bị đo trực tiếp nhiều xơ cùng lúc đã được sản xuất, 
tiêu biểu và xưa nhất là phương pháp lược phân loại (comb sorter).
Lược phân loại Nguyên lý vận hành của lược phân loại
 67
Đo bằng máy
 Biểu đồ của lược
 phân loại.
 68
Các phương pháp đo gián tiếp
 Nhằm giải quyết các bất lợi của các phương pháp trực tiếp (thời
gian, công sức).
 Thường gồm hai thao tác chính:
 1. Chuẩn bị mẫu gồm các xơ song song nhau và vuông góc ngay
 ngắn trên một đường thẳng.
 2. Tiến hành đo các tính chất của các xơ bằng các hệ thống (đo độ
 dày, quang điện, tụ điện).
 69
Các phương pháp đo gián tiếp
 Nguyên lý đo gián tiếp chiều dài xơ Nguyên lý đo gián tiếp chiều dài xơ tự
 được kéo thẳng . do.
 70
5.2.3. Độ giãn
 Tính chất cơ học của vật liệu có thể được đo theo các hướng khác
nhau.
 Đối với xơ, quan trọng nhất là tính chất cơ học dưới tác dụng của
lực kéo dọc trục.
Nguyên lý
 Cố định hai đầu xơ, kéo căng hai đầu dần dần (điều kiện chuẩn)
rồi đo sự thay đổi về chiều dài (độ giãn) và lực tác dụng.
 Thiết bị cũ, đơn giản chỉ đo được lực giãn khi xơ đứt. Các thiết
bị mới, phức tạp có thể kiểm soát liên tục lực tác dụng và độ giãn
dài tương ứng để vẽ đồ thị.
 71

 Đường cong ứng suất/biến dạng tiêu
 biểu của một xơ 72
Điều kiện cơ học để đo độ giãn
 Các điều kiện thực hiện thí nghiệm có ảnh hưởng quan trọng đến
kết quả thu được.
 Có ba điều kiện học phải đảm bảo: lực tác dụng không đổi
(constant rate of loading), độ giãn dài không đổi (constant rate of
extension),
 73
Điều kiện cơ học để đo độ giãn
LỰC TÁC DỤNG KHÔNG ĐỔI
 Lực tác dụng được tăng dần đều (constant rate) bằng cách thay
đổi tốc độ để thay đổi chiều dài mẫu. Phương pháp này khó thực
hiện.
 Lực tác dụng tăng đều
 74
Điều kiện cơ học để đo độ giãn
ĐỘ GIÃN KHÔNG ĐỔI
 Mẫu được thay đổi chiều dài mẫu bằng cách di chuyển một trong
hai ngàm kẹp với tốc độ không đổi. Thiết bị hiện đại dùng điều
kiện này do dễ đạt được.
 Độ giãn không đổi
 75
Điều kiện cơ học để đo độ giãn
CHUYỂN VỊ KHÔNG ĐỔI
Vài thiết bị đo có ngàm dưới di chuyển với tốc độ không đổi và
ngàm trên cũng chuyển động theo nhưng với gia tốc không đổi. Độ
giãn là sự khác biệt giữa chuyển vị của ngàm dưới và ngàm trên.
 Chuyển vị không đổi
 76
Nguyên lý cơ học đo lực tác dụng
 Việc đo độ giãn không quá khó nhưng đo lực tác dụng hoàn toàn
khác.
NGUYÊN LÝ CÂN BẰNG
 Dựa trên nguyên lý moment lực. Thiết bị gồm một trục nằm
ngang tựa lên một bản lề tại một vị trí bất kỳ giữa hai đầu trục.
 Đo lực tác dụng theo
 nguyên lý cân bằng
 77
Nguyên lý cơ học đo lực tác dụng
NGUYÊN LÝ CÂN BẰNG
 Ta có moment theo chiều kim đồng hồ = moment ngược chiều
kim đồng hồ.
 Ld2 = Fd1 L =Fd1/d2. Nếu F và d2 không đổi thì L = d1.
 Đo lực tác dụng theo
 nguyên lý cân bằng
 78
Nguyên lý cơ học đo lực tác dụng
NGUYÊN LÝ ĐÒN BẨY CON LẮC
 Ngàm trên của thiết bị gắn với một pulley được liên kết với một
con lắc.
 Khi cân bằng ta có
Lr = mgx = mgRsinθ
 Với mg, r và R không đổi ta có thể tính
được tải L.
 Đo lực tác dụng theo
 nguyên lý đòn bẩy
 con lắc
 79
Nguyên lý cơ học đo lực tác dụng
NGUYÊN LÝ MẶT PHẲNG NGHIÊNG
 Một đầu xơ được kẹp, đầu còn lại gắn vào con chạy. Mặt phẳng
được nghiêng dần với tốc độ không đổi. Con chạy sẽ lăn khi xơ dài
ra.
 Ở vị trí cân bằng ta có:
L = mgsinθ = mgx/d.
 Với mg và d không đổi thì 
ta có L tính được theo x. Đo lực tác dụng
 theo nguyên lý mặt
 phẳng nghiêng
 80
Nguyên lý điện tử đo lực tác dụng
 Có nhiều nguyên lý đo lực tác dụng thay thế cho phương pháp cơ
học, tiêu biểu là nguyên lý đo độ biến dạng (strain gauge
principle).
 Nguyên lý này dùng một cuộn dây điện trở được cuộn gọn trong
một hộp nhựa. Thiết bị đo này được gắn lên bề mặt một lò xo đòn
bẩy.
 Bộ phận đo độ biến
 dạng
 81
Nguyên lý điện tử đo lực tác dụng
 Nếu lò xo đủ cứng không bị biến dạng độ giãn của mẫu là
độ dịch chuyển của ngàm dưới (điều kiện độ giãn không đổi).
 Phương pháp điện tử chính xác, nhạy, có thể nối với máy vi tính
để lưu trữ dữ liệu, phân tích kết quả và vẽ biểu đồ.
 Đo lực tác dụng
 theo nguyên lý đo
 độ biến dạng
 82
Thiết bị đo độ giãn của chùm xơ
 Từng xơ đơn rất mảnh và khó xử lý, đồng thời bản chất sai lệch
về các tính chất giữa các xơ dẫn đến việc phải thực hiện nhiều thí
nghiệm để đảm bảo tính chính xác.
 Vì thế nhiều thiết bị được phát triển để kiểm tra nhiều xơ cùng
lúc ở dạng chùm xơ (các xơ song song).
 Vì đo nhiều xơ đồng thời nên chỉ đo được tính chất chung (trung
bình) của xơ, không thể hiện được sự khác biệt giữa các xơ.
 Phương pháp đơn giản nhất là “Thiết bị đo độ bền xơ
Pressley”.
 83

 84
Thiết bị đo độ giãn của chùm xơ
 Hệ số Pressley chỉ đặc trưng cho độ bền trung bình của các xơ,
không cho biết giá trị độ giãn đứt của xơ.
 Sơ đồ thiết bị đo độ
 giãn chùm xơ
 Pressley
 85
5.2.3. Độ hồi ẩm
 Có hai nguyên lý chính để xác định độ hồi ẩm cho PTN: trọng
lực và điện tử.
 Việc chọn lựa phụ thuộc vào độ chính xác và tốc độ của phương
pháp được chọn.
Phương pháp trọng lực (Gravimetric method)
 Do độ hồi ẩm của xơ được diễn giải theo khối lượng nên đó cũng
sẽ là cơ sở cho việc đo đạc.
 86
Phương pháp trọng lực (Gravimetric method)
PHƯƠNG PHÁP CHUẨN (Standard method)
Quy trình gồm:
 Cân chính xác khối lượng một bình rỗng.
 Một mẫu xơ được đặt vào chai, tháo bỏ nắp chai và cân (chai +
xơ).
 Chai và mẫu được sấy khô nhiều lần trong lò ở 105±30C (không
có nắp), rồi để nguội (có nắp) rồi đem cân.
 Quá trình thực hiện đi lại nhiều lần đến khi nào khối lượng giảm
xuống dưới một đại lượng đã xác định trước.
Khối lượng cuối cùng gọi là khối lượng sấy khô bằng lò sấy
(oven-dry mass). Mẫu không được sấy khô hoàn toàn bằng lò. 87

 88
Phương pháp trọng lực (Gravimetric method)
CÁC THIẾT BỊ SẤY NHANH
 Dùng quy trình tương tự phương pháp chuẩn. Mẫu được đặt
trong giá (đã cân trước).
 Dòng khí nóng đi qua làm khô mẫu.
 Giá đựng có thể được đóng lại rất nhanh và đem (mẫu + giá) đi
cân lại.
 Các thiết bị này hiện được trang bị đèn hồng ngoại để sấy mẫu
ngay trên cân điện tử.
 Cân có gắn vi xử lý để tính toán giá trị hồi ẩm từ khối lượng mẫu
ban đầu và mẫu khô. 89
Phương pháp điện tử (electronic method)
 Vật liệu dệt được cho là các vật cách điện do điện trở cao.
 Nhưng khi hút ẩm từ không khí thì điện trở giảm mạnh (~1000x)
so với giá trị ban đầu dù vẫn còn khá cao.
 Đó là cơ sở để tính toán gián tiếp gần đúng độ hồi ẩm từ sự
chênh lệch điện trở lớn như vậy.
 Hai điện cực được ngăn cách bằng vật liệu cách điện. Khi các
điện cực được tiếp xúc với mẫu, sự thay đổi độ hồi ẩm sẽ làm thay
đổi dòng điện giữa hai điện cực.
 Một thiết bị được chuẩn hóa sẽ cho ta chỉ số độ hồi ẩm trực tiếp.
 90
Phương pháp điện tử (electronic method)
 Các điện cực dùng
 tron các thiết bị đo
 độ hồi ẩm điện tử
 91
5.2.4. Xác định xơ
 Việc xác định loại xơ trong một mẫu là cần thiết.
 Không một thí nghiệm đơn lẻ nào có thể cho biết chính xác loại
xơ trong mẫu mà thường cần nhiều thí nghiệm.
 Với các xơ phổ biến, các thí nghiệm tương đối đơn giản dựa vào
sự khác biệt về cấu trúc và tính chất.
Phản ứng với nhiệt
 Thí nghiệm phân loại đầu tiên để phân nhóm.
 Quyết định các thí nghiệm tiếp theo.
 Nhiệt được phát ra từ ngọn lửa cháy bằng không phát sáng.
 92
Phản ứng với nhiệt
 Thí nghiệm gồm hai bước: tiếp cận ngọn lửa và phản ứng trong
ngọn lửa.
 Ngọn lửa phát sáng
 và không phát sáng
 93
Phản ứng với nhiệt
TIẾP CẬN NGỌN LỬA
 Xác định xơ là loại nhiệt dẻo (thermoplastic) hay không nhiệt
dẻo (non-thermoplastic).
 Nếu xơ co lại hoặc chảy nhão tạo thành hạt nhỏ nhiệt dẻo,
ngược lại không nhiệt dẻo.
PHẢN ỨNG TRONG NGỌN LỬA
 Cần chú ý xơ có cháy hay không?
 Nếu cháy thì cháy ra sao, có tạo muội than, mùi cháy thế nào?
 Quyết định thí nghiệm tiếp theo.
 94
Phản ứng với nhiệt
PHẢN ỨNG TRONG NGỌN LỬA
 Phản ứng Phân loại Thí nghiệm
 tiếp theo
 Không nhiệt Cháy nhanh. Muội than mịn. Cellulose Kính hiển vi
 dẻo Mùi giấy cháy.
 Cháy chậm với ngọn lửa khác thường. Protein
 Mùi tóc cháy.
 Kính hiển vi
 Nhiệt dẻo Chảy và biến dạng hoặc vừa chảy vừa Cellulose biến tính Phân tích
 cháy. hoặc tổng hợp nguyên tố
 95
Quan sát bằng kính hiển vi
 Có hai phương pháp là quan sát dọc thân xơ và mặt cắt ngang
QUAN SÁT DỌC THÂN XƠ
 Các xơ được tách hoàn toàn đặt lên lam của kính hiển vi.
 Nhỏ một giọt nước và quan sát.
 Thường độ phóng đại là 100 và ảnh quan sát có thể so với ảnh
chuẩn để phân biệt xơ.
QUAN SÁT MẶT CẮT NGANG
 Thường không cần nhưng có thể hữu ích.
 Thường dùng phương pháp dĩa bằng thép không rỉ có lỗ.
 96
Quan sát bằng kính hiển vi
QUAN SÁT MẶT CẮT NGANG
 Phương pháp quan sát mặt cắt ngang xơ
 bằng dĩa thép không rỉ
 97
Phân tích nguyên tố
 Nếu xơ thuộc nhóm nhiệt dẻo từ phản ứng với nhiệt và đốt thì sẽ
được phân tích nguyên tố để tìm nitơ (nitrogen/N) và clo
(chlorine/Cl2).
THÍ NGHIỆM NITƠ
 Xơ đặt trong ống nghiệm được đậy kín bằng hỗn hợp natri và
canxi hydroxit [NaOH + Ca(OH)2] (soda lime).
 Hỗn hợp natri và canxi hydroxit đảm bảo nitơ bay ra sẽ ở dạng
ammoniac (NH3) và các hỗn hợp axit đều bị hấp phụ.
 Nếu có sự tồn tại của ammoniac trong khí bay ra, giấy quỳ
(litmus) đỏ sẽ hóa xanh.
 98
Phân tích nguyên tố
THÍ NGHIỆM NITƠ
 Thí nghiệm phát hiện nitơ
 99
Phân tích nguyên tố
THÍ NGHIỆM CLO
 Một dây đồng sạch có gắn xơ được đốt dưới lửa đèn cồn.
 Nhiệt độ cao phân hủy xơ và ion hóa hỗn hợp hình thành.
 Nếu có clo thì ngọn lửa sẽ có màu xanh lá cây.
 Thí nghiệm phát hiện clo
 100
Phân tích nguyên tố
 Thực hiện thí nghiệm phân tích nguyên tố có thể phân xơ ra làm 
bốn nhóm chính sau
 Nhóm Có nitơ Có Clo Loại xơ
 1  X Polyamide
 Polyacrylic
 2 X  Chlorofiber
 3   Modacrylic
 4 X X Cellulose
 Acetates
 Polyester
 Polypropylene
 101
Phân tích nguyên tố
THÍ NGHIỆM DUNG MÔI
 Nhiều xơ (không phải tất cả) tan trong dung môi riêng.
 Xơ đặt trong ống nghiệm và vài cm3(cubic centimeter/cc) chất
phản ứng (dung môi/solvent) được đưa vào ống nghiệm.
 Nếu xơ không tan, thử lại mẫu mới với dung môi khác cho đến
khi tìm ra đúng dung môi.
 Nhiều xơ hòa tan trong dung môi nhưng không thấy bằng mắt
thường sẽ nhỏ vài giọt dung dịch vào nước. Polymer rắn sẽ kết tủa.
 Cần phải chú ý an toàn do các dung dịch có thể có tính axit và ăn
mòn cao. 102
Phân tích nguyên tố
THÍ NGHIỆM DUNG MÔI
 Dung môi cho xơ chỉ chưa nitơ
 Dung dịch đầu tiên làm xơ hòa tan Loại xơ
 90% axit formic hoặc meta creso dimethyl Polyamide
 sulphoxide (nóng) Polyacrylic
 Dung môi cho xơ không chứa nitơ lẫn clo
 Dung dịch đầu tiên làm xơ hòa tan Loại xơ
 70% v/v aceton lỏng Cellulose diacetate
 Axit acetic lạnh Cellulose triacetate
 Xylene (đang sôi) Polyolefine
 Chưa tìm ra Polyester
 103
Phân tích nguyên tố
THÍ NGHIỆM DUNG MÔI
 Cần thực hiện theo trình tự sử dụng các dung môi vì có xơ tan
trong nhiều dung môi.
 Dung môi dùng ở nhiệt độ phòng trừ khi được nêu rõ ở điều kiện
khác.
 104
Xác định xơ Protein với bề mặt có vảy Len/lông
 Xơ chưa biết Protein với bề mặt không vảy Tơ tằm
 Phi nhiệt dẻo
 Cellulose có xoắn Bông
 Nhiệt
 Kính hiển vi Cellulose có sọc và không bóng Li be/lá (bast/leaf)
 Cellulose có sọc và bóng Cellulose tái sinh
 Nitơ Dung môi
 Hòa tan trong
 Axit formic Polyamide
 DMSO Acrylic
 Nhiệt dẻo Clo Chlorofiber
 Nitơ & Clo Modacrylic
 Phân tích 
 nguyên tố Không có Nitơ & Clo Dung môi
 Hòa tan trong
 Acetone Diacetate
 Axit acetic Triacetate
 Xylene Polyolefine
 Chưa tìm ra Polyester 105105