Bài giảng Vật liệu dệt - Phần 3: Xơ nhân tạo

ssociation in 
Accrington, UK cùng với J.T. Dickson thành công tạo ra xơ 
polyester từ ethane-1,2-diol (ethylene glycol; HO–CH2–CH2–OH) 
và axít terephthalic. 
• Polyester này là loại PET. 
• Imperial Chemical Industries (ICI) từ 1943 và DuPont ở Mỹ từ 
1944 tiếp tục phát triển. 
• Sau Chiến tranh TG II, 1945, ICI đặt tên là “Terylene”, DuPont 
đặt tên là “Fiber V” rồi đến 1951 “Dacron”. 
 132 
POLYESTER 
I. GIỚI THIỆU 
• Giữa 1970s, sản lượng PET vượt qua polyamide và hiện nay là xơ 
hàng đầu trong công nghiệp xơ tổng hợp. 
• Một số xơ polyester khác không đạt giá trị thương mại cao như 
PET PBT và PTT (Whinfield và Dickson sản xuất năm 1941). 
• PBT tổng hợp từ butane-1,4-diol (HO–CH2–CH2–CH2–CH2–OH) 
và dimethyl ester của axít Terephthalic. Thường dùng trong sản 
xuất thảm và làm polymer trong đúc phun (injection moulding). 
• PTT có nhiều tính chất tốt nhưng do nguyên liệu thô (propane-
1,3-diol) đắt không được ưa chuộng. 
 133 
POLYESTER 
I. GIỚI THIỆU 
• Nguyên liệu còn lại của PTT là axít Terephatalic, nhưng hiện nay 
đã phổ biến do propane-1,3-diol đã được sản xuất rẻ hơn. 
• Xơ PCT, sản xuất từ hãng Eastman Kodak, 1958 được dùng trong 
thảm nhưng dùng nhiều trong đúc phun và tạo màng dẻo (plastic 
sheeting). 
 134 
POLYESTER 
I. GIỚI THIỆU 
• Xơ PCT, sản xuất từ hãng Eastman Kodak, 1958 được dùng trong 
thảm nhưng dùng nhiều trong đúc phun và tạo màng dẻo (plastic 
sheeting). 
• Xơ PEN, được sản xuất cuối những năm 1940s. Dùng chủ yếu 
cho phim polyester hiệu năng cao và các hộp chứa (phương pháp 
khuôn thổi/blow mould) 2002, được thương mại hóa bởi 
Honeywell Performance Fibers. 
 135 
POLYESTER 
I. GIỚI THIỆU 
 136 
POLYESTER 
II. CÁC MONOMER BAN ĐẦU 
• Axít Terephthalic 
• Dimethyl Terephthalate 
• Ethane-1,2-diol (Ethylene Glycol) 
• Butane-1,4-diol 
• Propane-1,3-diol 
 137 
POLYESTER 
II. CÁC MONOMER BAN ĐẦU 
• Cyclohexanedimethanol 
• Axít Naphthalene-2,6-dicarboxylic 
• Dimethyl Naphthalene-2,6-dicarboxylate 
 138 
POLYESTER 
III. QUY TRÌNH SẢN XUẤT 
 • PET được sản 
 xuất bằng cách 
 trùng ngưng axít 
 Terephthalic hoặc 
 các dẫn xuất 
 (Dimethyl 
 Terephthalate) với 
 Ethylene Glycol. 
 139 
POLYESTER 
III. QUY TRÌNH SẢN XUẤT 
• Ethyelene Glycol: được oxy hóa xúc tác từ ethylene (sản phẩm bẽ 
gãy chuỗi của dầu mỏ) oxít ethyelen (1). Sau đó thực hiện 
hydrate hóa (hydration) Ethyelene Glycol (2). 
• Axít Terephthalic, Dimethyl Terephthalate: Oxy hóa Para-xylene 
(thu được từ dầu mỏ) bằng axít nitric (HNO3) hoặc trong không 
khí cùng chất xúc tác (3). Axít Terephthalic được ester hóa bằng 
rượu Methyl (4) Dimethyl Terephthalate 
 140 
POLYESTER 
III. QUY TRÌNH SẢN XUẤT 
 141 
POLYESTER 
III. QUY TRÌNH SẢN XUẤT 
 142 
POLYESTER 
IV. CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT 
• Được cung cấp dạng filament, xơ ngắn hoặc bó xơ. 
• Tính chất được phân theo loại xơ có độ bền cao, độ bền trung 
bình và xơ cắt ngắn. 
• Xơ thường có mặt cắt ngang tròn, nhưng cũng có dạng thùy. 
• Dọc thân xơ trơn láng, và xơ có thể có hoặc không có chứa màu. 
4.1. Tính chất vật lý 
 143 
POLYESTER 
4.1. Tính chất vật lý 
Độ bền đứt 
• Filament độ bền cao: 7,350-8,750 kg/cm2 
• Filament độ bền trung bình: 4,900-5,950 kg/cm2 
• Xơ cắt ngắn độ bền cao: 5,250-7,350 kg/cm2 
• Xơ cắt ngắn độ bền trung bình: 4,900-5,950 kg/cm2 
Độ hồi phục 
• Nhìn chung có độ đàn hồi tốt (kéo giãn, nén, uốn và xén). 
 144 
POLYESTER 
4.1. Tính chất vật lý 
Độ co giãn 
• Filament độ bền cao: 8-11%(tùy loại) 
• Filament độ bền trung bình: 15-30% 
• Xơ cắt ngắn độ bền cao: 20-30% 
• Xơ cắt ngắn độ bền trung bình: 30-5 0 per cent 
• Độ giãn khi đứt gần như không bị ảnh hưởng bởi độ ẩm. 
 145 
POLYESTER 
4.1. Tính chất vật lý 
Độ rão 
• Khi độ giãn 1% độ rão gần như không đáng kể (độ giãn 1% sẽ 
hồi phục 100% và độ giãn 3% hồi phục gần hơn 90%). 
• Xơ cắt ngắn có giá trị hồi phục ít hơn do xơ cắt ngắn có các nếp 
nhăn không thể hồi phục. 
Độ chống mài mòn 
• Độ bền cao hơn gần hết các xơ thiên nhiên lẫn nhân tạo, chỉ thua 
nylon. 
• Loại chống vón hạt chống mài mòn kém hơn, tương tự len. 
 146 
POLYESTER 
4.1. Tính chất vật lý 
Ảnh hưởng của độ ẩm 
• Hút ẩm rất ít, độ bền và độ giãn không bị ảnh hưởng bởi độ ẩm. 
• Độ hồi ẩm 0.4% ở độ ẩm tương đối 65% và 200C. 
• Nếu tiếp xúc độ ẩm ở nhiệt độ cao trong thời gian dài tính chất 
vật lý bị suy giảm (thủy phân của các polymer). 
Ảnh hưởng của nhiệt độ 
• Ở -400C độ bền tăng 6% nhưng độ giãn giảm 30% so với ở 
200C, ở -1000C độ bền tăng 50% và độ giãn giảm 35%. 
• Ở 1800C độ bền còn 50% so với ở 200C. 
 147 
POLYESTER 
4.1. Tính chất vật lý 
Ảnh hưởng của nhiệt độ 
• Polyester không bị ảnh hưởng nhiều bởi nhiệt độ cao như các xơ 
thiên nhiên lẫn nhân tạo khác. 
• Bị nung ở 1500C chỉ hơi bị vàng và độ bền còn được 85% sau 1 
tháng và 55% sau 6 tháng. 
Khả năng bắt cháy 
• Nhìn chung, polyester có khả năng bắt cháy thấp 
 148 
POLYESTER 
4.1. Tính chất vật lý 
Tính chất về độ co 
• Co 3% ở 1000C và co 10% ở 1500C (trong không khí). 
• Trong nước sôi 1000C co 6%. 
• So với nylon độ co khác rất nhiều (từ 1200C trở lên), ở trong nước 
sôi độ co polyester 6%, nylon (độ bền trung bình) 10% nhưng ở 
1600C trong không khí sẽ lần lượt 10% và 7% và ở 2000C lận lượt 
là 14% và 9%. 
 149 
POLYESTER 
4.1. Tính chất vật lý 
Ảnh hưởng của ánh sáng 
• Chống lão hóa ánh sáng tốt. 
• Tiếp xúc lâu vẫn giảm bền nhưng không đổi màu. 
• Nếu tiếp xúc ánh sáng sau lớp kiếng khả năng bền ánh sáng 
tăng lên gần như là tốt nhất so với các loại xơ khác ở điều kiện 
này. 
4.2. Tính chất hóa học 
• Bền với các chất oxy hóa và khử, chịu được quy trình tẩy mạnh 
hơn so với thường dùng cho các xơ dệt. 
 150 
POLYESTER 
4.2. Tính chất hóa học 
• Bền với các chất oxy hóa và khử, chịu được quy trình tẩy mạnh 
hơn so với thường dùng cho các xơ dệt. 
• Gần như không bị phá hủy bởi các loại thuốc tẩy thông dụng 
(hypochlorite, chlorite, hydrogen peroxide, ). 
• Bị axít thủy phân (kiềm, axít và nước gây thủy phân cho 
polyester). 
• Vẫn giảm bền do axít tùy theo điều kiện môi trường. 
• Khá bền so với các axít khoáng và hữu cơ. 
 151 
POLYESTER 
4.2. Tính chất hóa học 
• Đủ bền với kiềm (trong ngành dệt) để có thể chịu được quá trình 
kiềm bóng và nhuộm hoàn nguyên (vat dye). 
• Bền với hầu hết các dung môi hữu cơ. 
4.3. Một số tính chất khác 
• Không bị ảnh hưởng bởi côn trùng. 
• Vi sinh vật (nấm, mốc) không tấn công xơ. Tuy nhiên, sản phẩm 
tạo ra bởi vi sinh vật có thể gây đổi màu. 
• Dẫn điện kém vật liệu cách ly. 
• Không gây dị ứng trên da khi sử dụng. 
 152 
POLYACRYLIC 
I. GIỚI THIỆU 
• Dựa trên cơ sở Polyacrylonitrile (PAN). 
• Được tạo ra từ việc trùng hợp cyanoethene (acrylonitrile), một 
hợp chất vinyl được thay thế bởi thành phần -CN- (thay vào X). 
• Được trùng hợp lần đầu bởi nhà hóa học người Pháp – Moreau, 
1894 nhưng không phát triển do không có dung môi hòa tan và bị 
phân hủy trước khi nóng chảy. 
• 1930s, được sản xuất lại nguyên liệu sản xuất cao su 
(butadiene). 
• Sản phẩm thương mại đầu tiên – Orlon do Dupont sản xuất, 1944. 
 153 
POLYACRYLIC 
I. GIỚI THIỆU 
• Đỉnh điểm thành công vào những năm 1970s giảm dần cho 
đến nay. 
• Nguyên nhân chính nguyên liệu đắt, không ưu việt hơn so với 
polyamide, polyester hoặc thậm chí len. 
• Nếu chỉ sản xuất thuần túy từ acrylonitrile sẽ gặp phải một số 
khuyết điểm. 
 1. Độ tan trong dung môi kém 
 2. Nhiệt độ nóng chảy cao (~3300C) và dễ bị phân hủy kéo 
 sợi nóng chảy không thể thực hiện 
 154 
POLYACRYLIC 
I. GIỚI THIỆU 
 3. Nhiệt độ thủy tinh hóa cao (~1050C) khó nhuộm khi sôi 
 4. Khó hấp thụ thuốc nhuộm phân tán 
• Để giảm bớt khuyết điểm đồng trùng hợp acrylonitrile với các 
monomer vinyl khác tăng khả năng tan trong các dung môi, 
nhiệt độ thủy tinh hóa giảm còn 75-800C 
 155 
POLYACRYLIC 
II. QUY TRÌNH SẢN XUẤT 
2.1. Khử nước Ethylene Cyanhydrin 
• Ethylene cyanhydrin được tạo ra nhờ xử lý oxít ethylene với HCN 
(1) hoặc cho ethylene chlorhydrin tác dụng alkali cyanide (2). 
• Tách nước ethylene cyanhydrin pha lỏng ở 250-3500C có xúc tác 
kiềm hoặc pha khí ở 3500C có nhôm xúc (3). 
 156 
POLYACRYLIC 
2.2. Acetylene và HCN 
• Acrylonitrile được sản suất trực tiếp từ phản ứng acetylene với 
HCN. 
 CH≡CH + HCN CH2=CHCN 
2.3. Propylene 
• Oxy hóa propylene thành acrolein (1) rồi cho tác dụng với 
ammonia hợp chất hydroxy amoni (2). 
• Đem hợp chất này tách nước rồi tách hydro (dehydrogenate) 
acrylonitrile (3). 
 157 
POLYACRYLIC 
2.3. Acetaldehyde 
• Hydrogen cyanide tác dụng với acetaldehyde để tạo nên 
cyanhydrin (1). 
• Cyanhydrin được tách nước acrylonitrile (2) 
 158 
POLYACRYLIC 
 159 
POLYACRYLIC 
III. CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT 
• Dao động nhiều, tùy thuộc vào nhà sản xuất, comonomer được 
chọn, điều kiện kéo sợi, xử lý hậu kéo sợi 
• Có mặt cắt ngang đa dạng (do điều kiện kéo sợi). Nếu kéo sợi ướt 
 mặt cắt ngang tròn hoặc hình hạt đậu (thận). Nếu kéo khô 
mặt cắt ngang hình xương 
 160 
POLYACRYLIC 
3.1. TÍNH CHẤT VẬT LÝ 
• Acrylic 100% polyacrylonitrile độ tinh thể cao. 
• Acrylic gồm 2 copolymer độ bền giảm so với loại tinh khiết 
nhưng khả năng nhuộm tốt hơn. 
• Tuy nhiên, acrylic hiện nay được ưa chuộng bởi cảm giác tay, khả 
năng hồi phục, dễ sử dụng nhiều hơn so với độ bền. 
Độ bền đứt 
• Xơ cắt ngắn: 2100-3150 kg/cm2 
• Filament: 3500-5250 kg/cm2. 
 161 
POLYACRYLIC 
3.1. TÍNH CHẤT VẬT LÝ 
Độ giãn 
• Xơ cắt ngắn: 20-55%. 
• Filament: 30-36% 
Độ hồi phục đàn hồi 
• Cao khi độ giãn nhỏ (đàn hồi 90-95% khi bị giãn 1%). 
• Trung bình khi độ giãn cao hơn (đàn hồi 50-60% khi bị giãn 
10%). 
• Về tổng quan giống với len len nhân tạo. 
 162 
POLYACRYLIC 
3.1. TÍNH CHẤT VẬT LÝ 
Mô-đun ban đầu 
• Có mô-đun ban đầu cao, nằm trong miền 353-441 cN/tex. 
Độ cứng 
• Xơ cắt ngắn: 62-88 cN/tex (7-10 g/den) 
• Filament: 141-362 cN/tex (16-41 g/den) 
Khối lượng riêng tương đối 
• 1.16-1.18 
 163 
POLYACRYLIC 
3.1. TÍNH CHẤT VẬT LÝ 
Ảnh hưởng của độ ẩm 
• Độ hồi ẩm: 1-3% 
• Ở điều kiện tiêu chuẩn (200C, 65% RH) hút ẩm 2-5%. 
• Nhìn chung khả năng hút ẩm thấp nhưng vẫn đủ để loại bỏ hiện 
tượng tĩnh điện và có khả năng nhuộm khá tốt. 
• Khi ướt độ bền giảm còn 75-95% so với khi khô. 
Tính chất về nhiệt 
• Không có nhiệt độ nóng chảy rõ ràng. 
• Khi tác dụng lực xu hướng dính vào kim loại ở 215-2550C. 
 164 
POLYACRYLIC 
3.1. TÍNH CHẤT VẬT LÝ 
 Tính chất về nhiệt 
• Ở 1550C sau 100 tiếng độ bền còn 96% so với ban đầu. 
• Sau 15ph ở 1300C chuyển màu kem. 
• Khi bị đun nóng mô-đun ban đầu giảm dễ kéo giãn. 
Tính bắt cháy 
• Xơ acrylic cháy nhưng không dễ bắt cháy. 
Ảnh hưởng của ánh sáng 
• Chịu ảnh hưởng của ánh sáng tốt, tiếp xúc 600 giờ độ bền còn 
96% so với ban đầu. 
 165 
POLYACRYLIC 
3.2. TÍNH CHẤT HÓA HỌC 
• Không bị ảnh hưởng bỏi axít vô cơ loãng nhưng nếu tiếp xúc axít 
đậm đặc trong thời gian dài bị phá hủy. 
• Độ bền không bị ảnh hưởng bởi dung dịch kiềm loãng (NaOH, 
Na2CO3) nhưng sẽ bị tác động bởi kiềm đặc. 
• Nhìn chung đều không bị ảnh hưởng bởi dung môi hữu cơ bao 
gồm những dung môi dùng trong giặt khô. 
Ảnh hưởng của côn trùng và vi sinh vật 
• Không bị ảnh hưởng bởi côn trùng và vi sinh vật (chôn trong đất 
6 tháng vẫn không giảm bền trong khi bông sau 2 tuần đã mất bền). 
 166 
POLYOLEFIN 
 Là xơ mạch carbon đơn giản nhất điều chế từ hydrocarbur dãy 
 olefin, gồm các xơ điển hình như polyetylen,polypropylene 
 A. XƠ POLYETYLEN 
 Công thức hóa học 
 Tính chất đặc trưng 
 • Tính chất cơ học vừa phải (là các tính chất gì ?) 
 • Là chất cách điện, hâu như không hút ẩm (0.01%max) 
 • Chịu nhiệt kém: co ở 50-60°C, mềm ở 90°C,và chảy ở 
 107°C 
 167 
POLYOLEFIN 
A. XƠ POLYETYLEN 
 • Rất bền với hóa chất, không bị ảnh hưởng bởi kiềm đậm đặc ở 
 nhiệt độ thường dù thời gian tác dụng lớn, acid vô cơ cũng chỉ 
 ảnh hưởng ít khi nhiệt độ trên 60°C 
 • Hầu như không tan trong dung môi nào ở nhiệt độ thường, quá 
 60°C mới bị tan trong carbon tretraclorur CCl4 và một số dung 
 môi khác 
 • Đa phần dùng dệt vải kỹ thuật ? Vì sao 
 168 
POLYOLEFIN 
B. XƠ POLYPROPYLEN 
 Công thức hóa học 
 Tính chất đặc trưng 
 - Bền cơ học cao do độ kết tinh cao 
 - Hâu như không hút ẩm (0.1%max) ỏ điều kiện chuẩn 
 - Chịu nhiệt cao hơn polyetylene: co ở 100°C, mềm ở 140°C,và chảy 
 ở 165-175°C 
 169 
POLYOLEFIN 
B. XƠ POLYPROPYLEN 
 - Rất bền với hóa chất, không bị ảnh hưởng bởi kiềm đậm đặc acid 
 vô cơ nhiệt độ cao, ngoại trừ acid clorsulfonic (ClCO2H),tuy nhiên 
 không bền với chất oxy hóa 
 - Bền với vi khuẩn 
 - Bị tan trong hydrocarbur thơm 
 - Nhuộm bằng thuốc nhuộm phân tán hoặc nhuộm khối (vì sao?) 
 - Vừa dùng trong dệt may, vừa trong các sản phẩm kỹ thuật 
 170 
POLYVINYL 
A. POLYVINYLCLORUR (PVC) 
 Phát minh năm 1931 tại Đức, sản xuất thương mại năm 1948 
 Công thức hóa học 
 Hòa tan polymer trong dung môi hỗn hợp acetone và carbon sulfur 
 để kéo sợi 
 171 
POLYVINYL 
A. POLYVINYLCLORUR (PVC) 
 Tính chất đặc trưng 
 - Bền ma sát cao 
 - Hâu như không hút ẩm 
 - Dẫn nhiệt thấp, cách điện tốt,khả năng chống cháy cao, không 
 thấm nước, cách điện và cách nhiệt tốt. 
 - Khả năng chống cháy là tính năng độc đáo của PVC. PVC bị 
 cháy trong ngọn lửa với mùi xốc, có nhiều khói. Nhưng khi lấy 
 ra khỏi ngọn lửa thì ngưng cháy. 
 - Chịu co nhiệt kém, co ở 70-75°C,đến 100°C co 50%,kéo sợi 
 textured tốt nhưng không là, nấu ở nhiệt độ cao được 172 
POLYVINYL 
A. POLYVINYLCLORUR (PVC) 
 Tính chất đặc trưng 
 • Không trưởng nở trong nước, không thấm nước 
 • Rất bền với hóa chất, đặc biệt với acid nitric, acid sulfuric, kiềm 
 ăn da và một số dung môi trừ benzen và tricloretan 
 • Nhuộm khối (vì sao?) 
 • Vừa dùng trong dệt may ở dạng pha, vừa trong các sản phẩm kỹ 
 thuật như vật liệu lọc, bọc, trang trí 
 • Có nhiều dạng PVC biến tính có chức năng tốt 
 PVC ít ứng dụng trong dệt may, vì sao ? 
 173 
POLYVINYL 
A. POLYVINYLCLORUR (PVC) 
 Tính chất ứng dụng 
 • Khó nhuộm màu. Dễ biến dạng 
 • PVC tích điện âm trong khi hầu hết xơ dệt đều tích điện dương 
 do ma sát dễ dàng phối trộn với xơ khác. 
 • Có tác dụng sinh hoá đặc biệt, làm đồ lót cho người bị bệnh 
 khớp hay bị đau dây thần kinh. 
 174 
POLYVINYL 
B. POLYVINYALCOHOL (PVA) 
 Mắt xích (CH2-CHOH)n 
 PVA là sản phẩm thuỷ phân Polyvinyl acetate 
 Ethylene + aicd acetic vinyl acetate 
 • Xúc tác Paladi + Al2O3 
 • Nhiệt độ 175-2000C, áp suất 5-9 bar 
 175 
POLYVINYL 
B. POLYVINYALCOHOL (PVA) 
 Tính chất đặc trưng 
 • Tm khó xác định vì nó phân huỷ ở nhiệt độ nóng chảy, Tg khoảng 
 800C. 
 • Khả năng phục hồi biến dạng là nhỏ nhất trong các xơ nhiệt tổng hợp 
 • Khối lượng riêng (1,28-1,31) thay đổi theo DP và nhiệt độ quá trình xử 
 lý tạo xơ. DP=(309-4570), nhiệt độ=(40-200)[3-B6.5]. 
 • Tan trong nước ở nhiệt độ phòng. độ tan có thể giảm khi xử lý hoàn tất 
 bằng cách khâu mạch bằng aldehyde. 
 • PVA tan và không tan ứng dụng làm gì ? 
 176