Ứng dụng mô hình hóa nghiên cứu quá trình quấn ống và mạng ANN dự báo chất lượng sản phẩm sợi quấn ống

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.18 MB, 237 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRẦN ĐỨC TRUNG

ỨNG DỤNG MƠ HÌNH HĨA NGHIÊN CỨU Q TRÌNH QUẤN ỐNG VÀ MẠNG ANN DỰ BÁO

CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM SỢI QUẤN ỐNG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ DỆT, MAY

Hà Nội - 2024

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRẦN ĐỨC TRUNG

ỨNG DỤNG MƠ HÌNH HĨA NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH QUẤN ỐNG VÀ MẠNG ANN DỰ BÁO

CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM SỢI QUẤN ỐNG

Ngành: Công nghệ Dệt, MayMã số: 9540204

LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ DỆT, MAY

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:1. PGS. TS. CHU DIỆU HƯƠNG2. TS. ĐÀO ANH TUẤN

Hà Nội - 2024

</div>Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan tất cả những nội dung trong luận án: "Ứng dụng mơ hình hóanghiên cứu q trình quấn ống và mạng ANN dự báo chất lượng sản phẩm sợiquấn ống" là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi. Các thí nghiệm được tiến hành một

cách nghiêm túc và khoa học trong quá trình nghiên cứu. Các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận án trung thực, khách quan và chưa từng được công bố trong bất kỳ cơng trình nghiên cứu của tác giả khác.

Hà Nội, ngàythángnăm 2024

TS. Đào Anh Tuấn

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới PGS. TS. Chu DiệuHương và Tiến sĩ Đào Anh Tuấn, những người thầy đã tận tình hướng dẫn, động viênkhích lệ, dành nhiều thời gian, tâm sức trao đổi góp ý cùng tơi trong q trình thựchiện luận án.

Tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy cô trong Ban đào tạo, Khoa Công nghệ Dệtmay - Da giầy và Thời trang Trường Vật Liệu - Đại học Bách Khoa Hà Nội đã giúpđỡ và tạo điều kiện thuận lợi để tơi có thể hồn thành luận án.

Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo Công ty Cổ phần - Viện Nghiêncứu Dệt May cùng các đồng nghiệp đã tạo điều kiện, động viên để tơi được tham giahọc tập, nghiên cứu và hồn thành luận án

Lời cảm ơn chân thành và sâu sắc xin được gửi đến Khoa Cơ khí Chế tạo máyTrường Cơ khí - Đại học Bách Khoa Hà Nội, Nhà máy sợi Vinatex Nam Định, Công tyTNHH Công nghệ cao Skymap đã tạo điều kiện và giúp đỡ tôi trong suốt q trình tơithực hiện luận án.

Cuối cùng, nhưng rất quan trọng là lòng biết ơn xin được gửi tới Gia đình tơi,những người thân u nhất đã cùng chia sẻ, gánh vác cơng vệc để tơi u tâm hồnthành luận án.

Trong q trình thực hiện luận án, khơng thể tránh khỏi những thiếu sót, tơi rấtmong nhận được góp ý của các thầy cô, đồng nghiệp và các nhà khoa học để luận ánđược hoàn thiện hơn.

Xin trân trọng cảm ơn!

Hà Nội, ngàythángnăm 2024

Tác giả luận án

Trần Đức Trung

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

1. TÍNH CẤPTHIẾT CỦA ĐỀ TÀI...2

2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU...3

3. Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI LUẬN ÁN...3

4. Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI LUẬN ÁN...4

5. NHỮNG ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN ÁN...4

6. KẾT CẤU CỦA LUẬN ÁN...5

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU...6

1.1. Các đặc trưng chất lượng sản phẩm sợi quấn ống...6

1.1.1. Khái quát về các đặc trưng chất lượng sản phẩm sợi quấn ống...6

1.1.2. Các đặc trưng chất lượng sợi và ý nghĩa...7

1.1.2.1. Độ nhỏ và độ không đều...7

1.1.2.2. Độ bền kéo, độ giãn và các đặc trưng xoắn...9

1.1.2.3. Độ xù lông, khuyết tật và xơ ngoại lai...12

1.1.2.4. Phương pháp đánh giá chất lượng sợi...15

1.1.3. Các đặc trưng chất lượng quấn búp sợi và ý nghĩa...16

1.1.3.1. Khối lượng, đường kính quấn và chiều dài sợi trên búp sợi...16

1.1.3.2. Mật độ quấn búp sợi...17

1.1.3.3. Xếp trùng và các tật lỗi ngoại quan khác...18

1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm sợi quấn ống...20

1.2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sợi...20

1.2.1.1. Ảnh hưởng của quá trình quấn ống...20

1.2.1.2. Ảnh hưởng của thông số công nghệ quấn ống...22

1.2.2. Các đặc yếu tố ảnh hưởng đến mật độ quấn búp sợi...24

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

1.2.2.1. Góc chéo các vịng sợi và đường kính búp sợi...24

1.2.2.2. Sức căng, độ nhỏ của sợi, lực ép của búp lên ống khía...26

1.2.2.3. Ảnh hưởng đồng thời của một số yếu tố...29

1.3. Ứng dụng mơ hình hóa và mơ phỏng để nghiên cứu quấn ống...30

1.3.1. Khái niệm về mơ hình hóa và mơ phỏng...30

1.3.2. Ứng dụng mơ hình hóa...32

1.3.3. Ứng dụng mơ phỏng...36

1.4. Ứng dụng mạng nơ ron nhân tạo (ANN) dự báo chất lượng sản phẩm sợi, dệt 39 1.4.1. Khái niệm về trí tuệ nhân tạo, học máy...39

1.4.2. Nơ ron sinh học và mạng nơ ron nhân tạo...40

1.4.2.1. Nơ ron sinh học...40

1.4.2.2. Mạng nơ ron nhân tạo...41

1.4.3. Ứng dụng mạng nơ ron nhân tạo...42

Kết luận chương 1 và phát biểu vấn đề nghiên cứu...48

CHƯƠNG 2. NỘI DUNG, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁPNGHIÊN CỨU...50

2.1. Nội dung nghiên cứu...50

2.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu...50

2.2.1. Đối tượng nghiên cứu...50

2.2.2. Phạm vi nghiên cứu...52

2.3. Phương pháp nghiên cứu...52

2.3.1. Nghiên cứu tài liệu và khảo sát thực tế...52

2.3.2. Xây dựng mơ hình quấn ống...53

2.3.3. Phương pháp thực nghiệm kiểm tra lực ép của búp sợi lên ống khía...54

2.3.4. Phương pháp thử nghiệm xác định một số đặc trưng CLSP sợi quấn ống...58

2.3.4.1. Thiết kế sơ đồ thử nghiệm xác định chất lượng sợi trước/sau quấn ống...58

2.3.4.2. Phương pháp xác định độ không đều, khuyết tật và độ xù lông của sợi trước/sau quấn ống...58

2.3.4.3. Phương pháp xác định độ bền, độ giãn, độ xoắn, độ nhỏ và trạng thái bề mặt sợi trước/sau quấn ống...62

2.3.4.4. Phương pháp xác định độ cứng và mật độ quấn búp sợi...64

2.3.5. Áp dụng qui hoạch thực nghiệm trực giao cấp 2...66

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

2.3.5.1. Cơ sở để áp dụng...66

2.3.5.2. Các bước thực hiện...67

2.3.5.3. Phương pháp xác định các thông số công nghệ tối ưu...71

2.3.6. Áp dụng mạng ANN để dự báo CLSP sợi quấn ống...71

2.3.6.1. Lựa chọn cấu trúc mạng ANN...71

2.3.6.2. Huấn luyện mạng ANN...72

2.3.6.3. Tính sai số truyền ngược...74

2.3.6.4. Cập nhật trọng số...75

2.3.6.5. Mẫu học và mẫu kiểm tra...76

2.3.6.6. Đánh giá kết quả dự báo...76

Kết luận chương 2...76

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN...78

3.1. Kết quả nghiên cứu xây dựng mơ hình quấn ống, xác định và kiểm tra thơngsố của mơ hình...78

3.1.1. Nghiên cứu xây dựng mơ hình quấn ống...78

3.1.2. Xác định và điều chỉnh vận tốc quấn ống...80

3.1.3. Xác định và điều chỉnh lực ép của búp sợi lên ống khía...82

3.1.3.1. Thiết lập phương trình tính lực ép...82

3.1.3.2. Xác định lực ép khi mô men cân bằng lực ép Mv = 0...85

3.1.3.3. Xác định lực ép khi mô men cân bằng lực ép Mv ≠ 0...85

3.1.4. Kiểm tra thông số của mơ hình...90

3.2. Kết quả xác định ảnh hưởng của thơng số công nghệ đến CLSP sợi quấn ống...92

3.2.1. Xác định ảnh hưởng của vận tốc quấn ống đến chất lượng sợi...92

3.2.1.1. Xác định và phân tích hình ảnh bề mặt sợi...92

3.2.1.2. Xác định sự thay đổi chất lượng sợi sau so với trước quấn ống...95

3.2.2. Xác định ảnh hưởng đồng thời của một số thông số công nghệ đến CLSP sợi 102 3.2.2.1. Ma trận thí nghiệm...102

3.2.2.2. Thiết lập các phương trình hồi qui...105

3.2.2.3. Kiểm tra sự phù hợp của phương trình hồi quy với thực nghiệm...106

3.2.2.4. Phân tích ảnh hưởng của thông số công nghệ đến CLSP sợi...107

3.2.2.5. Xác định một số thông số công nghệ tối ưu...114

3.2.2.6. Xác định mối liên quan giữa mật độ quấn và độ cứng búp sợi...117

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

3.3. Kết quả nghiên cứu ứng dụng mạng ANN để dự báo CLSP sợi quấn ống...119

3.3.1. Thiết kế cấu trúc mạng ANN...119

3.3.2. Mẫu học, tham số và phần mềm dự báo CLSP sợi...120

3.3.3. Kết quả dự báo CLSP sợi...121

3.3.4. Đánh giá kết quả dự báo CLSP sợi của mạng ANN...128

3.3.5. Kiểm tra khả năng dự báo CLSP sợi của mạng ANN...130

Kết luận chương 3...133

KẾT LUẬN CỦA LUẬN ÁN...135

HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO...138

DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN...139

TÀI LIỆU THAM KHẢO...140PHỤ LỤC

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

Ne: Chi số Anh của sợi (Ne = 0,590.Nm) H: Độ xù lông của sợi

Pđ: Độ bền đứt của sợi khi bị kéo (cN) Ptđ: Độ bền kéo tương đối (cN/tex) T: Sức căng sợi (cN)

Tt: Độ nhỏ của sợi (tex)

U: Độ không đều khối lượng của sợi (%) V, Vq/Z1: Tốc độ quấn ống (m/phút)

N/Z2 Tải trọng đặt vào đĩa ma sát của bộ sức căng (cN) Z3: Khoảng cách gữa ống sợi con và khuyết dẫn sợi (cm) F/Z4 : Lực ép của búp sợi lên ống khía (N)

U: Mức tăng độ không đều (%) H: Mức tăng độ xù lông (%)

ANN: Mạng nơ ron nhân tạo (Artificial Neural Networks ) AI: Trí tuệ nhân tạo (Artificial Intelligence)

ASTM: Hiệp hội thí nghiệm và vật liệu hoa kỳ (American Society for testing and Materials)

C: Độ cứng búp sợi (Shore) CLSP: Chất lượng sản phẩm

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

CLS: Chất lượng sợi

CVCD: Sợi chải thô (60% bông, 40% polyester) CVCM: Sợi chải kỹ (60% bông, 40% polyester) COCM: Sợi chải kỹ 100% bông

HHQ: Hàm hồi quy

IPI: Chỉ số khuyết tật (Imperfection Index)

ISO: Tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế (International Organization for Standardization) MLP: Mạng MLP (Multilayer Perceptron)

MAE: Sai số trung bình tuyệt đối (Mean Square Error) MSE: Sai số trung bình bình phương (Mean Absolute Error) QHTN: Qui hoạch thực nghiệm

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1. Nghiên cứu dự báo CLSP sợi, dệt bằng ANN gần đây...47

Bảng 2.1. Giá trị trung tâm và khoảng biến đổi của các thông số công nghệ...67

Bảng 2.2. Ma trận thí nghiệm (k = 4; n0 =1)...68

Bảng 3.1. Kết quả tính tốn Z1, n0, nM, fM...82

Bảng 3.2. Các thơng số của cơ cấu cân bằng lực ép cần cho 25 phương án thí nghiệm.89 Bảng 3.3. Kết quả xác định áp lực và lực ép bằng thực nghiệm...90

Bảng 3.4. Vận tốc quấn ống xác định bằng thực nghiệm Z1t, tính tốn Z1 và sự chênh lệch ΔZ của các giá trịZ của các giá trị vận tốc...91

Bảng 3.5. Kết quả xác định mức thay đổi độ xù lông của sợi Ne 31/1 CVCD...91

Bảng 3.6. Kết quả xác định mức thay đổi độ xù lông của sợi Ne 30/1 CVCM...92

Bảng 3.7. Chất lượng sợi sau quấn ống thay đổi theo vận tốc quấn ống Vq...95

Bảng 3.8. Mức thay đổi các thông số chất lượng sợi sau quấn ống so với trước quấn ống ... 101

Bảng 3 9. Kết quả xác định mức thay đổi độ không đều ∆ui(%) của ba loại sợi (Ne 31/1 CVCD, Ne 30/1 CVCM, Ne 30/1 COCM) sau quấn ống so với trước quấn ống...103

Bảng 3. 10. Kết quả xác định mức thay đổi độ xù lông ∆hi(%) của ba loại sợi (Ne 31/1 CVCD, Ne 30/1 CVCM, Ne 30/1 COCM) sau quấn ống so với trước quấn ống...104

Bảng 3 11. Kết quả xác định mật độ quấn yi của búp sợi khi quấn ống ba loại sợi (Ne 31/1 CVCD, Ne 30/1 CVCM, Ne 30/1COCM) sau quấn ống so với trước quấn ống...104

Bảng 3.12. Các phương trình hồi quy của ∆U%, ∆H% và Y của 3 loại sợi...105

Bảng 3.13. Mức thay đổi độ xù lông khi tốc độ quấn ống x1 (Z1) thay đổi...108

Bảng 3.14. Mức thay đổi độ xù lông khi tải trọng x2 (Z2) thay đổi...109

Bảng 3.15. Kết quả tính mật độ quấn búp sợi Y (g/cm3) khi vận tốc quấn ống x1 (Z1) thay đổi...111

Bảng 3.16. Kết quả tính mật độ quấn búp sợi Y(g/cm3) khi tải trọng x2 (Z2) thay đổi...111

Bảng 3.17. Kết quả xác định P0 và η khi vận tốc quấn ống thay đổi đối với 3 loại sợi.115 Bảng 3.18. Kết quả xác định thông số quấn ống tối ưu để đạt được mức tăng độ xù lông nhỏ nhất...116 Bảng 3.19. Kết quả xác định thông số tối ưu để đạt được mức tăng độ không đều nhỏ

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

nhất...116

</div>Trang 13<div class="page_container" data-page="13">

Bảng 3.22. CLSP sợi Ne 31/1 CVCD sau quấn ống xác định bằng thực nghiệm (TN), dự báo bởi (ANN) và (HHQ)...121

Bảng 3.23. CLSP sợi Ne 30/1 CVCM sau quấn ống xác định bằng thực nghiệm (TN), dự báo bởi (ANN) và (HHQ)...124

Bảng 3.24. CLSP sợi Ne 30/1 COCM sau quấn ống xác định bằng thực nghiệm (TN), dự báo bởi (ANN) và (HHQ)...126

Bảng 3.25. Hiệu suất dự báo CLSP sợi Ne 31/1 CVCD bằng HHQ và ANN...129

Bảng 3.26. Hiệu suất dự báo CLSP sợi Ne 30/1 CVCM bằng HHQ và ANN...129

Bảng 3.27. Hiệu suất dự báo CLSP sợi Ne 30/1 COCM bằng HHQ và ANN...129

Bảng 3.28. Các phương án kiểm tra mạng ANN...130

Bảng 3.29. Tổng hợp kết quả kiểm tra mạng ANN với các phương án kiểm tra...131

</div>Trang 14<div class="page_container" data-page="14">

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1. Sơ đồ khái quát về CLSP sợi quấn ống...6

Hình 1.2. Khối lượng sợi thay đổi theo chiều dài sợi...7

Hình 1.3. Mối liên quan giữa độ xoắn K(α) và độ) và độ bền Pđ...11

Hình 1.4. Quan hệ giữa độ xoắn K và mômen xoắn Mx...12

Hình 1.5. Sợi xù lơng...13

Hình 1.6. Độ xù lơng của sợi thay đổi theo chiều dài sợi...13

Hình 1.7. Biểu đồ quang phổ của độ xù lơng...14

Hình 1.8. Lỗi khuyết tật sợi...15

Hình 1.9. Sức căng sợi khi tháo từ búp sợi thay đổi theo bán kính và chiều cao búp sợi 16 Hình 1.10. Nguyên lý quấn búp sợi máy ống tự động Autoconer...21

Hình 1.11. Vận tốc quấn ống Vq ảnh hưởng đến độ đứt sợi P...22

Hình 1.12. Độ đứt sợi phụ thuộc vào vận tốc quấn ống...23

Hình 1.13. Vận tốc quấn ống ảnh hưởng đến độ xù lông H và SH...24

Hình 1.14. Ảnh hưởng của góc chéo 2β đến mật độ quấn ρ của búp sợi...25

Hình 1.15. Ảnh hưởng của góc chéo 2β đến mật độ quấn ρ theo R.Zeller...25

Hình 1.16. Ảnh hưởng của sức căng sợi T đến mật độ quấn búp sợi ρ...26

Hình 1.17. Sức căng sợi ảnh hưởng đến mật độ quấn...26

Hình 1.18. Ảnh hưởng của độ nhỏ Tt (tex) và sức căng sợi T(N) đến ρ của búp sợi....27

Hình 1.19. Ảnh hưởng của lực ép đến mật độ quấn búp sợi...28

Hình 1.20. Ảnh hưởng của sức căng sợi và lực ép đến mật độ quấn của búp sợi...28

Hình 1.21. Ảnh hưởng của vận tốc quấn ống V, đường kính búp sợi Dc, góc côn α) và độ của búp sợi đến mật độ quấn ρ của búp sợi...29

Hình 1.22. Hiện tượng bậc thang của búp sợi quấn chéo...33

Hình 1.23. Sơ đồ nguyên lý mơ hình quấn ống Non-stop...33

Hình 1.24. Sơ đồ ngun lý mơ hình quấn ống của P. Banda, G. Durur...33

Hình 1.25. Mơ hình quấn ống để đo sức căng sợi...34

Hình 1.26. Sơ đồ ngun lý mơ hình quấn ống của Rafael Beltran...34

Hình 1.27. Mơ hình mơ phỏng hệ thống phanh sợi kiểu đĩa ma sát khơng có tín hiệu phản hồi...36

</div>Trang 15<div class="page_container" data-page="15">

Hình 1.28. Mơ hình mơ phỏng hệ thống phanh sợi kiểu đĩa ma sát có tín hiệu phản hồi

..36 Hình 1.29. Sơ đồ cấu trúc của hệ thống điều khiển sức căng sợi...37

Hình 1.30. Sơ đồ nguyên lý điều khiển sức căng sợi tổng quát...38

Hình 1.31. Mơ hình mơ phỏng ngun lý điều khiển sức căng sợi...38

Hình 1.32. Mơ hình mơ phỏng q trình tháo sợi từ búp sợi trụ...38

Hình 1.33. Sơ đồ cấu trúc nơ ron sinh học...40

Hình 1.34. Mơ hình mạng MLP với một lớp ẩn (a) và hai lớp ẩn (b)...42

Hình 1.35. Mạng ANN dự báo độ không đều và độ bền của sợi PES/Co...43

Hình 1.36. Sơ đồ mạng ANN dự báo độ bền sợi con...43

Hình 1.37. Sơ đồ mạng ANN dự báo độ xù lơng của sợi PES/Visco...44

Hình 1.38. Máy Uster Fabricscan...46

Hình 2.1. Ống sợi con...51

Hình 2.2. Búp sợi cơn...51

Hình 2.3. Mơ hình một đơn vị quấn ống...53

Hình 2.4. Phim đo áp lực của FUJIFILM...54

Hình 2.5. Cách đặt phim A và C để đo áp lực...55

Hình 2.6. Các biểu đồ tham chiếu khi sử dụng phim 4LW...56

Hình 2.7. Các biểu đồ tham chiếu khi sử dụng phim 5LW...57

Hình 2.8. Sơ đồ thử nghiệm xác định chất lượng sợi trước/sau quấn ống...58

Hình 2.9. Máy Uster Tester 5...59

Hình 2.10. Sơ đồ nguyên lý đo độ khơng đều trên máy Uster Tester 5...60

Hình 2.11. Sơ đồ nguyên lý đo khuyết tật sợi trên máy Uster Tester 5...61

Hình 2.12. Ngun lí đo độ xù lơng trên máy Uster Tester 5...62

Hình 2.13. Máy Uster Tensorapid 3...62

Hình 2.14. Thiết bị đo độ xoắn SDL của hãng Shirley...63

Hình 2.15. Guồng sợi Salo...63

Hình 2.16. Cân phân tích điện tử Mettler AE 240...63

Hình 2.17. Kính hiển vi quang học Leica...64

Hình 2.18. Thiết bị đo độ cứng HP.5...64

Hình 2.19. Búp sợi cơn...65

Hình 2.20. Sơ đồ giải thuật lan truyền ngược lỗi...72

</div>Trang 16<div class="page_container" data-page="16">

Hình 3.1. Nguyên lý đơn vị quấn sợi của mơ hình quấn ống...78

Hình 3.2. Sơ đồ truyền động cho búp sợi...80

Hình 3.3. Phân tích lực tác dụng lên các chi tiết của mơ hình quấn ống...82

Hình 3.4. Xác định khoảng cách xr...83

Hình 3.5. Xác định góc α) và độr...84

Hình 3.6. Hình ảnh trạng thái bề mặt sợi trước và sau quấn ống...93

Hình 3.7. Biểu đồ khối lượng của các mẫu sợi trước và sau quấn ống...94

Hình 3.8. Chất lượng sợi Ne 31/1 CVCD sau quấn ống (B) thay đổi so với trước quấn

Hình 3.11. Ảnh hưởng của vận tốc quấn ống đến độ khơng đều U%...99

Hình 3.12. Ảnh hưởng của vận tốc quấn ống đến hệ số biến sai CV%...99

Hình 3.13. Ảnh hưởng của vận tốc quấn ống đến IPI...99

Hình 3.14. Ảnh hưởng của vận tốc quấn ống đến độ xù lơng H...99

Hình 3.15. Ảnh hưởng của vận tốc quấn ống đến độ khơng đều U%...100

Hình 3.16. Ảnh hưởng của vận tốc quấn ống đến hệ số biến sai CV%...100

Hình 3.17. Ảnh hưởng của vận tốc quấn ống đến IPI...100

Hình 3.18. Ảnh hưởng của vận tốc quấn ống đến độ xù lơng H...100

Hình 3.19. Ảnh hưởng của vận tốc quấn ống đến độ không đều U%...100

Hình 3.20. Ảnh hưởng của vận tốc quấn ống đến hệ số biến sai CV%...100

Hình 3.21. Ảnh hưởng của vận tốc quấn ống đến IPI...101

Hình 3.22. Ảnh hưởng của vận tốc quấn ống đến độ xù lơng H...101

Hình 3.23. Mối quan hệ giữa độ xù lông, vận tốc, tải trọng, khoảng cách (Sợi Ne 31/1 Hình 3.26. Ảnh hưởng của vận tốc quấn ống đến mật độ quấn búp sợi...112

Hình 3.27. Ảnh hưởng của tải trọng trên đĩa ma sát bộ điều tiết sức căng đến mật độ quấn búp sợi...112

</div>Trang 17<div class="page_container" data-page="17">

Hình 3.32. Mặt biểu diễn sự biến đổi của mật độ quấn phụ thuộc vào vận tốc quấn ống và tải trọng (Ne 30/1 COCM)...114 Hình 3.33. Mặt biểu diễn sự biến đổi của mật độ quấn phụ thuộc vào vận tốc quấn ống và khoảng cách (Ne 30/1 COCM)...114 Hình 3.34. Mối quan hệ giữa độ cứng và mật độ quấn...118 Hình 3.35. Cấu trúc mạng ANN dự báo CLSP sợi quấn ống...119 Hình 3.36. Dự báo mức tăng độ khơng đều của sợi Ne 31/1 CVCD bằng ANN so với thực nghiệm...122 Hình 3.37. Dự báo mức tăng độ xù lông của sợi Ne 31/1 CVCD bằng ANN so với thực nghiệm...123 Hình 3.38. Dự báo mật độ quấn sợi Ne 31/1CVCD bằng ANN so với thực nghiệm .123 Hình 3.39. Dự báo mức tăng độ không đều của sợi Ne 30/1 CVCM bằng ANN so với thực nghiệm...125 Hình 3.40. Dự báo mức tăng độ xù lông của sợi Ne 30/1 CVCM bằng ANN so với thực nghiệm...125 Hình 3.41. Dự báo mật độ quấn sợi Ne 30/1 CVCM bằng ANN so với thực nghiệm 126 Hình 3.42. Dự báo mức tăng độ khơng đều của sợi Ne 30/1 COCM bằng ANN so với thực nghiệm...127 Hình 3.43. Dự báo mức tăng độ xù lơng của sợi Ne 30/1 COCM bằng ANN so với thực nghiệm...128 Hình 3.44. Dự báo mật độ quấn sợi Ne 30/1 COCM bằng ANN so với thực nghiệm 128 Hình 3.45. Đồ thị kiểm tra dự báo mức tăng độ không đều sợi Ne 31/1 CVCD 132 Hình 3.46. Đồ thị kiểm tra dự báo mức tăng độ xù lơng sợi Ne 31/1 CVCD...132 Hình 3.47. Đồ thị kiểm tra dự báo mật độ quấn sợi Ne 31/1 CVCD...132

</div>Trang 18<div class="page_container" data-page="18">

Hình 3.48. Đồ thị kiểm tra dự báo mức tăng độ không đều sợi Ne 30/1 CVCM...132

Hình 3.49. Đồ thị kiểm tra dự báo mức tăng độ xù lơng sợi Ne 30/1 CVCM...132

Hình 3.50. Đồ thị kiểm tra dự báo mật độ quấn sợi Ne 30/1 CVCM...132

Hình 3.51. Đồ thị kiểm tra dự báo mức tăng độ khơng đều sợi 30/1 COCM...133

Hình 3.52. Đồ thị kiểm tra dự báo mức tăng độ xù lông sợi 30/1 COCM...133

Hình 3.53. Đồ thị kiểm tra dự báo mật độ quấn sợi 30/1 COCM...133

</div>Trang 19<div class="page_container" data-page="19">

MỞ ĐẦU

Dệt may Việt Nam có vai trị rất quan trọng trong nền kinh tế bởi lẽ, ngành tạo được nhiều việc làm cho người lao động (khoảng 3 triệu người đang làm việc trong ngành Dệt May, chiếm 22,7% lao động công nghiệp toàn quốc). Hơn nữa, trong những năm gần đây, mặc dù ảnh hưởng của đại dịch Covid-19 nhưng Dệt May vẫn luôn ở tốp đầu trong 10 ngành xuất khẩu chủ lực của cả nước, xuất khẩu qua các năm 2021, 2022, 2023 của ngành Dệt May là 39 tỷ; 44,0 tỷ USD, 40,3 tỷ USD.

Với vai trò vị trí quan trọng của ngành Dệt May, ngành đang được chính phủ quan tâm để phát triển trở thành một ngành kinh tế trọng điểm, mũi nhọn của đất nước. Để đạt được mục tiêu này, ngành đã, đang triển khai đồng bộ nhiều giải pháp: Đổi mới tổ chức quản lý, nâng cao chất lượng nguồn nhân lực, đổi mới cơng nghệ và thiết bị… trong đó, giải pháp đổi mới công nghệ và thiết bị ở tất cả các khâu để tăng năng suất lao động, nâng cao chất lượng sản phẩm (CLSP) và sử dụng ít nhân công là rất quan trọng. Đáng chú ý là, sản phẩm sợi của Việt Nam đã có thương hiệu trên thị trường quốc tế mặc dù sức cạnh tranh của sản phẩm sợi còn hạn chế. Năm 2021 được xem là một năm thắng lợi của ngành sợi Việt Nam khi có sự tăng trưởng đột biến cả về khối lượng và kim ngạch xuất khẩu trong đó, xuất khẩu sang thị trường Trung Quốc chiếm khoảng 55 ÷ 70% tùy từng giai đoạn. Trong những năm tới, Trung Quốc, Mỹ và các nước nhập khẩu sợi trên thế giới sẽ không chú trọng vào tăng trưởng về khối lượng mà tập trung vào phát triển chất lượng để tạo ra giá trị gia tăng cao của sản phẩm dệt.

Hiện nay, sản phẩm sợi của Việt Nam vẫn đang được sản xuất theo công nghệ truyền thống (công nghệ nồi, cọc) là chủ yếu, có ưu điểm là đa dạng về chủng loại, phù hợp với nhiều loại nguyên liệu, dải chi số ra rộng nên đang đáp ứng được một phần nhu cầu của thị trường sợi. Tuy vậy, do sản phẩm của công nghệ truyền thống lại là các ống sợi con có khối lượng nhỏ nên bắt buộc phải qua cơng nghệ quấn ống để tạo thành các búp sợi có khối lượng lớn mới có thể gia cơng tiếp ở các công đoạn trong nhà máy dệt. Tuy nhiên, quá trình quấn ống cũng ảnh hưởng (tích cực và tiêu cực) đến CLSP sợi. Để nâng cao sức cạnh tranh của sản phẩm sợi, việc nghiên cứu các giải pháp tìm ra được các thơng số cơng nghệ tối ưu ở công đoạn quấn ống để nâng cao CLSP sợi, ứng dụng trí tuệ nhân tạo để dự báo CLSP sợi trước khi sản xuất nhằm giảm chi phí sản xuất và định hướng sử dụng sản phẩm sợi ở các công đoạn sau quấn ống là các vấn đề thời sự đang được các doanh nghiệp sản xuất sợi quan tâm.

</div>Trang 20<div class="page_container" data-page="20">

1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

So với công nghệ kéo sợi mới (OE Roto, OE ma sát, kéo sợi dịng khí) cơng nghệ kéo sợi truyền thống (nồi , cọc) có một số ưu điểm vượt trội như sau: thích hợp với nhiều loại nguyên liệu xơ dệt, dải chi số sợi ra rộng (Nm 16 ÷ Nm 200), mặt hàng sợi đa dạng, cấu trúc sợi chặt chẽ, độ xốp thấp... nên vẫn đang được sử dụng phổ biến để sản xuất các mặt hàng sợi dệt vải may mặc, vải chuyên dùng và cả vải kỹ thuật. Tuy vậy, điểm hạn chế của của công nghệ kéo sợi nồi, cọc là các ống sợi con có khối lượng nhỏ (khoảng 100g) với chiều dài sợi khoảng 2000 ÷ 2500 m (tùy theo chi số sợi) nên chúng phải qua công đoạn quấn ống để tạo thành các búp sợi phù hợp với các công đoạn tiếp theo.

Quấn ống là công đoạn cuối cùng của công nghệ kéo sợi nhưng lại là công đoạn đầu tiên và quan trọng nhất của cơng nghệ chuẩn bị dệt, có nhiệm vụ quấn được các búp sợi (quấn chéo) thích hợp về hình dạng, kích thước và khối lượng (thường từ 1,5 ÷ 3 kg)... cho các công đoạn sau quấn ống là mắc sợi, quấn suốt, đậu sợi, dệt thoi, dệt kim hoặc nhuộm búp sợi. Đồng thời, trong quá trình quấn ống, các khuyết tật (điểm mảnh, điểm dày, kết tạp) do kéo sợi để lại cũng sẽ được loại trừ bởi bộ phận làm sạch (cắt lọc) sợi tạo điều kiện nâng cao chất lượng các bán thành phẩm và năng suất thiết bị ở các công đoạn sau quấn ống.

Chất lượng sản phẩm (CLSP) sợi quấn ống được hiểu là chất lượng sợi quấn trên búp sợi và chất lượng quấn búp sợi. CLSP sợi quấn ống chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố về nguyên liệu cấp cho máy ống, công nghệ và thiết bị quấn ống. Đáng chú ý là các yếu tố như độ nhỏ của sợi quấn trên ống sợi con, vận tốc quấn ống, ba lông sợi (khoảng cách giữa ống sợi con và khuyết dẫn sợi giảm ba lông), tải trọng đặt vào các đĩa ma sát bộ điều tiết sức căng sợi, lực ép của búp sợi lên ống khía, góc chéo của các vòng sợi quấn trên búp sợi và một số yếu tố khác là các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến sức căng sợi và ảnh hưởng gián tiếp đến CLSP sợi quấn ống. Đã có một số nghiên cứu về ảnh hưởng của từng yếu tố công nghệ đến CLSP sợi quấn ống như: Ảnh hưởng của vận tốc quấn ống đến độ đứt sợi và năng suất máy ống, ảnh hưởng của lực ép búp sợi lên ống khía đến mật độ quấn búp sợi, ảnh hưởng của vận tốc quấn ống đến độ không đều, độ xù lông của sợi sau quấn ống... Các nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời của một số yếu tố cơng nghệ điển hình đến CLSP sợi quấn ống cịn chưa được đề cập đầy đủ. Vì vậy, khi áp dụng các kết quả nghiên cứu đã nêu vào thực tế gặp nhiều khó khăn và đơi khi khơng thể thực hiện được.

</div>Trang 21<div class="page_container" data-page="21">

Hiện nay, các máy ống tự động hiện đại vận tốc cao (đến 1500 m/phút, 2200 m/phút) đã được nhập vào các doanh nghiệp, hiệu quả sử dụng các thiết bị này còn chưa được như mong muốn. Nguyên nhân chủ yếu là do các nhà cung cấp thiết bị ít hoặc khơng chuyển giao các bí quyết cơng nghệ mà họ đã đạt được. Để có cơ sở khoa học đề ra các giải pháp nâng cao CLSP sợi quấn ống cần nghiên cứu mối liên hệ giữa các yếu tố công nghệ quấn ống và CLSP sợi quấn ống, tìm ra các điều kiện tối ưu để đạt được CLSP sợi quấn ống theo yêu cầu hoặc dự báo được CLSP sợi quấn ống trước khi triển khai sản xuất. Kết quả nghiên cứu sẽ góp phần nâng cao CLSP sợi, giảm chi phí sản xuất và định hướng sử dụng có hiệu quả sản phẩm sợi ở các công đoạn sau

quấn ống. Để đạt được mục tiêu này, thực hiện đề tài "Ứng dụng mô hình hóa nghiên

cứu q trình quấn ống và mạng ANN dự báo chất lượng sản phẩm sợi quấnống" trong điều kiện hiện nay là rất cần thiết.

2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

- Xây dựng mơ hình quấn ống để nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ đến chất lượng sản phẩm (CLSP) sợi quấn ống.

- Xác định ảnh hưởng của thông số công nghệ đến chất lượng sản phẩm sợi quấn ống.

- Ứng dụng mạng nơ ron nhân tạo (ANN) dự báo chất lượng sản phẩm sợi quấn ống trên cơ sở một số thông số công nghệ.

3. Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI LUẬN ÁN

- Đã áp dụng phương pháp mơ hình hóa, đề xuất mơ hình quấn ống là mơ hình vật lý tương tự tạo cơ sở khoa học thuận lợi cho việc nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời của 4 thông số công nghệ điển hình (Vận tốc quấn ống, tải trọng đặt vào đĩa ma sát của bộ điều tiết sức căng, khoảng cách giữa ống sợi con và khuyết dẫn sợi và lực ép của búp sợi lên ống khía) đến 3 đặc trưng chất lượng (mức thay đổi độ không đều, mức thay đổi độ xù lông của sợi và mật độ quấn búp sợi) của sản phẩm sợi quấn ống.

- Các mơ hình tốn đã xác lập thể hiện mối liên quan giữa 4 thông số công nghệ và 3 đặc trưng CLSP sợi quấn ống là cơ sở khoa học để xác định các thông số tối ưu nhằm đạt được mức CLSP sợi quấn ống theo yêu cầu.

- Đã áp dụng thành công mạng nơ ron nhân tạo (ANN) để dự báo CLSP sợi quấn ống trên cơ sở đầu vào là 4 thông số công nghệ quấn ống. Kết quả dự báo đã được so sánh với phương pháp dự báo bằng các hàm hồi qui (HHQ) cho thấy, phương pháp dự báo bằng ANN đạt độ tin cậy và chính xác cao hơn dự báo bằng các HHQ.

</div>Trang 22<div class="page_container" data-page="22">

- Luận án là một tài liệu khoa học góp phần làm phong phú lý thuyết về quấn ống, tạo cơ sở để phát triển các nghiên cứu tiếp theo tính tốn, thiết kế, chế tạo một thiết bị tự động điều khiển 4 thông số công nghệ nhằm đạt được mức CLSP sợi quấn ống theo yêu cầu.

4. Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI LUẬN ÁN

- Nghiên cứu quá trình quấn ống bằng phương pháp mơ hình hóa đã giảm được giá thành và thời gian nghiên cứu, việc nghiên cứu không gây nguy hiểm cho người và thiết bị, không ảnh hưởng đến sản xuất và phù hợp trong điều kiện Việt Nam.

- Việc nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời của 4 thông số công nghệ đã đề cập đến CLSP sợi quấn ống có ý nghĩa thực tiễn bởi, đây là 4 thơng số cơng nghệ điển hình, có thể kiểm tra và điều chỉnh được khi chất lượng sợi cấp cho máy ống hoặc yêu cầu về CLSP sợi quấn ống thay đổi.

- Phương pháp dự báo CLSP sợi quấn ống bằng mạng nơ ron nhân tạo (ANN) trước khi sản xuất bảo đảm đạt độ tin cậy và chính xác cao, góp phần giảm chi phí sản xuất và định hướng sử dụng có hiệu quả sản phẩm sợi quấn ống ở các công đoạn sau quấn ống.

- Luận án là tài liệu tham khảo bổ ích cho các Viện nghiên cứu, trường Đại học có đào tạo chuyên ngành sợi, dệt, doanh nghiệp đang sử dụng các máy ống có cơ sở để đề ra các biện pháp nâng cao CLSP sợi quấn ống đáp ứng yêu cầu thị trường sợi chất lượng cao trong điều kiện hiện nay.

5. NHỮNG ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN ÁN

- Mơ hình quấn ống đã phát triển thuộc loại mơ hình vật lý tương tự, trong đó có cơ cấu cân bằng lực ép của búp sợi lên ống khía. Đây là điểm mới so với các mơ hình quấn ống trước đó, tạo điều kiện thuận lợi cho việc nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời của 4 thông số quấn ống điển hình (trong đó có thơng số lực ép của búp sợi lên ống khía) đến CLSP sợi quấn ống.

- Đã xác lập được các mơ hình tốn thể hiện mối liên quan giữa 4 thông số công nghệ và 3 đặc trưng CLSP sợi quấn ống, chỉ ra được thông số vận tốc quấn ống ảnh hưởng lớn nhất đến CLSP sợi khi quấn ống 3 loại sợi Ne 31/1 CVCD, Ne 30/1 CVCM, Ne 30/1 COCM.

- Lần đầu tiên ở Việt Nam áp dụng mạng nơ ron nhân tạo (ANN) để dự báo CLSP sợi quấn ống. Kết quả dự báo đã được so sánh với phương pháp dự báo truyền

</div>Trang 23<div class="page_container" data-page="23">

thống bằng các mơ hình toán (HHQ) cho thấy, dự báo bằng ANN bảo đảm độ tin cậy và chính xác cao hơn dự báo bằng HHQ.

6. KẾT CẤU CỦA LUẬN ÁN

Luận án gồm 3 chương chính: Chương 1: Tổng quan nghiên cứu

Chương 2: Nội dung, đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu Chương 3: Kết quả nghiên cứu và bàn luận

Kết luận, hướng nghiên cứu tiếp theo, tài liệu tham khảo, phụ lục

</div>Trang 24<div class="page_container" data-page="24">

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU

1.1. Các đặc trưng chất lượng sản phẩm sợi quấn ống

1.1.1.

Khái quát về các đặc trưng chất lượng sản phẩm sợi quấn ống

Như đã đề cập, quấn ống là công đoạn cuối cùng của dây chuyền kéo sợi (quan trọng nhất của cơng nghệ chuẩn bị dệt) có nhiệm vụ quấn được các búp sợi đáp ứng các yêu cầu về khối lượng, hình dạng, kích thước... cho các cơng đoạn tiếp theo của quá trình sản xuất vải. Đồng thời, trong quá trình quấn ống, một số khuyết tật do kéo sợi để lại vượt quá giới hạn cho phép cũng sẽ được loại trừ, thay vào đó là các mối nối có kích thước nhỏ, đủ độ bền để sợi có thể đi qua các cơng đoạn sau quấn ống. Sản phẩm sợi quấn ống có rất nhiều tính chất, nhưng chất lượng sản phẩm (CLSP) sợi quấn ống khơng bao gồm mọi tính chất của sản phẩm mà chỉ gồm những tính chất làm cho sản phẩm sợi quấn ống thỏa mãn nhu cầu nhất định phù hợp với công dụng xác định. CLSP sợi quấn ống gồm chất lượng sợi và chất lượng quấn búp sợi (hình 1.1).

Hình 1.1. Sơ đồ khái quát về CLSP sợi quấn ống

</div>Trang 25<div class="page_container" data-page="25">

CLSP sợi quấn không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng bán thành phẩm ở các công đoạn sau quấn ống mà còn ảnh hưởng đến năng suất thiết bị, năng suất lao động ở các công đoạn này. Vì vậy, cần nhận thức được ý nghĩa các đặc trưng CLSP sợi quấn ống.

1.1.2. Các đặc trưng chất lượng sợi và ý nghĩa

1.1.2.1. Độ nhỏ và độ không đều

Độ nhỏ (độ mảnh) của sợi thể hiện mối quan hệ giữa khối lượng G và chiều dài

sợi L, nó được thể hiện bởi các thơng số: chi số mét Nm (chi số quốc tế), chi số Anh Ne), chuẩn số Tt, D. Mối quan hệ giữa các thông số này như sau: Nm = L/G (m/g), Nm = 1,693Ne (Ne là chi số Anh cho sợi bông), Tt = (1000/Nm) (tex), D = 9Tt (den) [1].

Chi số Nm (Ne) và Tt được sử dụng cho sợi kéo từ xơ ngắn (spun yarn) như xơ bông (cotton), polyester (PES), T/C… Chi số càng cao, sợi càng mảnh. Chuẩn số D được sử dụng chủ yếu cho sợi kéo từ xơ dài (filament) như tơ tằm, sợi tổng hợp, sợi có chuẩn số Tt, D càng nhỏ, sợi càng mảnh. Ngồi các thơng số về độ nhỏ đã nêu, hai thông số: Hệ số không đều theo chi số HN và độ lệch tương đối của chi số ΔZ của các giá trịN [5] cũng được sử dụng để đánh giá độ không đều về độ nhỏ của sợi. Có nhiều phương pháp để xác định chi số sợi, phương pháp con sợi là thông dụng nhất. Hiện nay, chi số sợi còn được đo tự động trên các máy Uster Tester thế hệ mới bằng phương pháp phân tích trọng lượng, kết quả đo đạt độ chính xác cao. Cần lưu ý rằng, khơng được so sánh độ nhỏ của các loại xơ, sợi không cùng nguyên liệu với nhau bởi chúng còn phụ thuộc

vào khối lượng riêng. Độ không đều là sự thay đổi về một số tính chất nào đó của bán

thành phẩm và sợi. Nguyên nhân gây nên độ không đều rất phức tạp (do nguyên liệu và công nghệ kéo sợi là chủ yếu), vì vậy khơng triệt tiêu được độ khơng đều, chỉ giảm và hạn chế nó phát sinh. Có nhiều dạng độ khơng đều trong đó, độ khơng đều theo khối lượng đoạn dài nhất định của sợi là rất quan trọng bởi vì, nó ảnh hưởng lớn đến tính đều đặn của mặt vải. Đối với vải dệt thoi, sợi to nhỏ không đều nhau sẽ thể hiện rất rõ trên bề mặt vải, làm xấu mặt vải. Riêng vải dệt kim, ngoài việc làm xấu mặt vải, độ khơng đều của sợi cịn gây đứt sợi nhiều, thậm chí gây gãy kim dệt trong q trình dệt.

</div>Trang 26<div class="page_container" data-page="26">

Hình 1.2. Khối lượng sợi thay đổi theo chiều dài sợi

</div>Trang 27<div class="page_container" data-page="27">

Trên cơ sở phân tích sự thay đổi khối lượng theo chiều dài sợi (hình 1.2), độ khơng đều U của sợi được tính theo cơng thức [10]:

100 1 L

</div>Trang 28<div class="page_container" data-page="28">

m(l): Giá trị khối lượng đoạn dài của sợi tại thời điểm xét

m : Giá trị khối lượng trung bình của sợi có chiều dài L

a, A: Các diện tích được giới hạn trên đồ thị (hình 1.2) Hệ số biến sai CV(%) được xác định theo công thức:

CV  .

Với sợi bông: CV 1, 25U , U  0,8CV

Ngoài các đặc trưng đã nêu, độ không đều của sợi bông và sợi từ xơ tổng hợp còn được đánh giá bởi các đặc trưng: Độ không đều lý thuyết và chỉ số độ không đều với giả thiết sự phân bố xơ trong thiết diện sợi theo luật Poisson [12]:

n : Số xơ trung bình trong thiết diện ngang của

sợi CVtt: Độ không đều thực tế đo được (%)

CVlt: Độ không đều lý thuyết (hệ số biến sai hay độ không đều giới hạn về bề dày) Trường hợp lý tưởng: I = 1, trong thực tế I > 1 (với độ không đều được thử trên máy Uster, sợi con 20 tex kéo từ xơ bơng sẽ đều khi I = 2; trung bình khi I = 2,5; không đều khi I = 3 trở lên). Số xơ trung bình trong thiết diện sợi càng nhiều, chỉ số I càng tăng do đó, khi so sánh chỉ số I, sợi phải có cùng chi số. Để so sánh độ

</div>Trang 29<div class="page_container" data-page="29">

không đều của sợi không cùng chi số phải dùng hệ số Hubecti Kx. Hệ số

</div>Trang 30<div class="page_container" data-page="30">

K

x

n.CV

lt , chỉ số I < Kx. Chỉ số I cịn được dùng để đánh giá mức độ hồn hảo

</div>Trang 31<div class="page_container" data-page="31">

của q trình cơng nghệ kéo sợi.

Có nhiều phương pháp đo độ không đều: Phương pháp cảm quan, xác định độ không đều theo khối lượng đoạn dài nhất định, đo độ không đều theo bề dày trên các máy đo. Hiện nay, phương pháp đo độ không đều theo bề dày đang được áp dụng phổ biến. Đã có nhiều máy đo được chế tạo theo nguyên lý khác nhau: dùng cảm biến quang điện, cảm biến điện dung hoặc cảm biến phóng xạ. Các máy đo Uster Tester 4, 5, 6 (Thụy Sĩ), Keisokki 80III (Nhật Bản) và PREMIER iQ2 DX (Ấn Độ) đang được dùng phổ biến để đo độ không đều của bán thành phẩm và sợi theo nguyên lý điện dung. Các giá trị đo U%, CV% được tự động đo và in ra dưới dạng bảng số liệu, đồ thị. Sử dụng các máy đo này đã rút ngắn được thời gian đo, kết quả đo đạt độ chính xác cao.

1.1.2.2. Độ bền kéo, độ giãn và các đặc trưng xoắn

Độ bền kéo, độ giãn

Ở các công đoạn gia công sợi sau quấn ống, sợi thường gặp nhiều nhất là chịu tác dụng của lực kéo. Để đánh giá khả năng chịu kéo của sợi, các đặc trưng sau đây cần được kiểm tra:

- Độ bền kéo đứt tuyệt đối Pđ (cN) là lực kéo tại thời điểm đứt của mẫu thử. Độ bền kéo của sợi càng cao, tỷ lệ đứt sợi ở các công đoạn sau quấn ống càng giảm. Để so sánh sức chịu kéo của sợi có độ nhỏ T(tex) khác nhau, ta sử dụng thông số độ bền kéo đứt tương đối Ptđ (cN/tex).

- Hệ số biến sai (hệ số phân tán) của độ bền kéo đứt CV (%). Thông số này càng nhỏ, giá trị độ bền kéo đứt của sợi trong q trình kiểm tra cơng nghệ càng đồng đều.

- Độ giãn đứt (tuyệt đối εđ và tương đối εtđ) chính là giới hạn cuối cùng mà sợi có thể chịu được trước khi đứt. Nó được dùng làm chuẩn để thiết kế các thông số kỹ thuật khi tác dụng lực kéo vào sợi, đồng thời cũng được dùng để so sánh khả năng biến dạng lớn nhất của các loại sợi khác nhau.

- Chiều dài đứt là chiều dài sợi có trọng lượng (khối lượng bản thân dưới tác dụng của trọng trường) đúng bằng lực kéo đứt, tính bằng km.

- Công đứt là công thực hiện bởi lực kéo khi kéo giãn mẫu đến khi đứt, thể hiện năng lượng chi phí để phá hỏng mẫu, tính bằng cN.cm (G.cm).

Độ bền kéo đứt, độ giãn đứt của sợi được xác định đồng thời trên các máy kéo đứt.

</div>Trang 32<div class="page_container" data-page="32">

Bản chất của phương pháp xác định là mẫu thử (sợi) được kẹp vào hai miệng kẹp của máy kéo đứt với chiều dài và lực căng ban đầu qui định theo độ nhỏ của sợi. Khoảng cách giữa hai miệng kẹp tăng lên để kéo mẫu đến khi đứt và thời gian kéo mẫu khoảng 20 ± 3 giây (TCVN 5786:1994). Đã có nhiều kiểu máy thử kéo được chế tạo, theo cấu trúc có thể phân chúng thành ba nhóm: Nhóm máy có tốc độ di chuyển của kẹp dưới khơng đổi, nhóm máy có tốc độ tăng lực khơng đổi và nhóm máy có tốc độ kéo giãn khơng đổi. Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến kết quả thử độ bền kéo. Ngoài yếu tố vật liệu, các yếu tố như nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ kéo giãn, chiều dài mẫu thử, số xơ hay sợi trong mẫu đứt cùng một lúc đều có ảnh hưởng đến kết quả thử độ bền kéo. Sức căng ban đầu của mẫu khi mắc mẫu vào hai kẹp của máy kéo đứt cũng ảnh hưởng đến kết quả thử nên đã được qui định trong các tiêu chuẩn quốc tế và quốc gia.

Các đặc trưng xoắn

Mức độ xoắn của sợi được đánh giá bởi các đặc trưng: Độ xoắn (độ săn), hệ số xoắn (hệ số săn), góc xoắn và hướng xoắn [12].

- Độ xoắn K là số vòng xoắn trung bình của sợi trên đơn vị dài 1m. Độ xoắn K được sử dụng để so sánh mức độ xoắn của sợi có cùng độ nhỏ.

- Hệ số xoắn thể hiện mức độ xoắn của sợi, dùng để so sánh mức độ xoắn của sợi có độ nhỏ khác nhau và được dùng nhiều khi thiết kế mặt hàng sợi. Hệ số xoắn được tính theo cơng thức:

</div>Trang 33<div class="page_container" data-page="33">

α) và độN, α) và độT: Các hệ số xoắn tính theo chi số N và chuẩn số T K: Độ xoắn thực tế của sợi (vòng xoắn/m)

N: Chi số sợi (m/g) T: Chuẩn số của sợi (tex)

- Góc xoắn β là góc nghiêng hợp bởi xơ hay sợi nằm ngoài với trục dọc của sợi được xác định theo cơng thức :

</div>Trang 34<div class="page_container" data-page="34">

Góc xoắn thể hiện một cách tổng hợp mức độ xoắn của sợi, góc xoắn càng lớn thì sợi xoắn càng mạnh. Thơng số góc xoắn được sử dụng để so sánh mức độ xoắn của sợi có đường kính khác nhau.

- Hướng xoắn: Sợi có thể có hướng xoắn phải (Z) hoặc hướng xoắn trái (S). Vải dệt thoi dệt từ sợi dọc, sợi ngang có cùng hướng xoắn sẽ hiện rõ kiểu dệt. Bởi vì, sự tương phản của hình hoa chỉ đạt được nhờ cách bố trí các vịng xoắn ngược hướng. Vải dệt kim dệt từ sợi khác hướng xoắn sẽ làm cho vải cân bằng cấu trúc các vòng sợi.

Độ xoắn và độ co của sợi được xác định bằng các phương pháp tở xoắn, xoắn kép và cân bằng xoắn. Phương pháp tở xoắn áp dụng rất thuận tiện cho sợi xe và cả cho sợi con kéo từ xơ tương đối dài. Phương pháp xoắn kép áp dụng cho sợi con kéo từ xơ bông, từ các loại xơ thiên nhiên dạng ngắn và xơ staple. Phương pháp cân bằng xoắn áp dụng cho sợi khí động (sợi OE) sẽ cho kết quả chính xác hơn.

Độ xoắn có ảnh hưởng quan trọng đến các tính chất của sợi trong đó có độ bền kéo. Độ xoắn tăng làm cho độ bền kéo của sợi tăng nhưng sau khi đạt giá trị cực đại, độ bền kéo lại bắt đầu giảm cho đến khi đứt. Độ xoắn ứng với độ bền kéo cao nhất của sợi gọi là độ xoắn (độ săn) tới hạn Kth (hình 1.3). Có hiện tượng này là do khi xơ xoắn lại với nhau ở mức càng tăng (nghĩa là độ xoắn tăng) thì lực ma sát giữa chúng cũng tăng làm cho sức chịu kéo của sợi tăng lên. Nhưng khi đến giá trị vượt quá độ bền của xơ thì sợi đứt là do xơ đứt chứ khơng phải do xơ bị trượt lên nhau, bởi vì lực ma sát lúc bấy giờ khá lớn. Đối với sợi không đều về bề ngang, những chỗ mảnh bị xoắn nhiều hơn những chỗ thơ nên sẽ bị đứt trước [12].

Hình 1.3. Mối liên quan giữa độ xoắn K(α) và độ bền Pα) và độ bền P) và độ bền Pđ

Hệ số xoắn tới hạn α) và độth được tính theo công thức [15]:

</div>Trang 36<div class="page_container" data-page="36">

SL50: Độ dài xơ staple tại điểm 50% đo trên fibrograph (mm) f: Độ nhỏ của sợi theo Micronaire

Thông thường, khi thiết kế sợi, nên chọn K < Kth, đôi khi độ bền quá cao là không cần thiết, gây nên hiện tượng xoắn kiến làm cho sợi, vải cứng. Ngoài các đặc trưng xoắn đã nêu, trong trường hợp sợi có độ xoắn thấp cịn dùng đại lượng mơ men xoắn để đánh giá mức độ xoắn của sợi:

Trong đó:

M  0,628k.G.d

Mx: Mô men xoắn (cN.cm, G.cm) G: Mô đun trượt (Pa) d: Đường kính sợi (mm)

k: Số vịng xoắn trên 1cm (vịng xoắn/cm)

Quan hệ giữa mơ men xoắn Mx và độ xoắn K được thể hiện trên hình 1.4 [12].

Hình 1.4. Quan hệ giữa độ xoắn K và mômen xoắn Mx1. Sợi bông 36 tex; 2. Sợi lanh 100 tex; 3. Sợi len chải kỹ 110 tex;

4. Tơ viscose phức 22 tex; 5. Tơ polyamid phức 29 tex; 6. Tơ perclorvinyl phức 22 tex

Từ các đường cong này ta nhận thấy sợi càng thơ và đàn hồi cao thì mơ men xoắn càng lớn.

1.1.2.3. Độ xù lông, khuyết tật và xơ ngoại lai

Độ xù lơng

Những đầu xơ, những vịng xơ rất nhỏ nhơ ra ngồi bề mặt sợi làm cho sợi bị xù lông. Trong thực tế, nhất là khi kéo sợi từ xơ ngắn (như xơ bông…) không thể tránh

</div>Trang 37<div class="page_container" data-page="37">

khỏi hiện tượng sợi có độ xù lơng. Sản phẩm chỉ khâu, vải cần thể hiện rõ kiểu dệt, yêu cầu độ xù lông rất ít. Vì vậy, trong cơng nghệ sản xuất phải có cơng đoạn đốt lơng. Ngược lại, vải cào lơng hay ép thành dạ cần sợi có độ xù lơng cao để hình thành tốt lớp tuyết trên bề mặt vải… Tùy theo cơng dụng của sợi, vai trị của độ xù lơng sẽ thay đổi. Có nhiều cách thể hiện độ xù lơng: Đó là số đầu xơ nhơ ra trên đơn vị chiều dài sợi (thường lấy 1m), độ dài trung bình của đầu xơ, tổng chiều dài đầu xơ, tổng diện tích đầu xơ trong đó, thể hiện độ xù lông bằng số đầu xơ đã được áp dụng nhiều hơn cả.

Hình 1.5. Sợi xù lơng

Hiện nay, trong kỹ thuật kéo sợi, độ xù lông H (Hairiness) của mẫu thử dài 1000 m được hiểu là giá trị trung bình cộng của các chiều dài đầu xơ nhơ ra khỏi phần liên kết chính trên thân sợi có chiều dài 1cm (hình 1.5), được tính theo công thức [5, 17]:

</div>Trang 38<div class="page_container" data-page="38">

Hi: Độ xù lông của sợi ở centimet thứ i

n: Số centimet trong một mẫu thử dài 1000 m

Hệ số biến sai độ xù lông CVH (%) của sợi phản ánh sự biến động độ xù lơng của sợi (hình 1.6) trong đó, SH là độ lệch chuẩn của phân bố:

Hình 1.6. Độ xù lông của sợi thay đổi theo chiều dài sợi [56]

</div>Trang 39<div class="page_container" data-page="39">

Độ xù lông của sợi dao động rất lớn, đặc biệt trong những trường hợp dao động có tính chu kỳ cần phải tìm ngun nhân để loại trừ. Biểu đồ quang phổ (trục hoành là loga của chiều dài bước sóng, trục tung là biên độ trung bình của các bước sóng đó) của sợi khi đo độ xù lông sẽ chỉ ra điều ấy (hình 1.7).

Hình 1.7. Biểu đồ quang phổ của độ xù lơng [5]

Đã có nhiều phương pháp đo độ xù lông: Phương pháp khối lượng, phương pháp tĩnh điện, phương pháp quang học, phương pháp quang điện. Các máy Uster Tester đo độ xù lông theo nguyên lý quang điện đang được sử dụng phổ biến trong các doanh nghiệp, cơ sở đào tạo và nghiên cứu.

Khuyết tật sợi

Các khuyết tật trên bề mặt sợi sẽ làm xấu bề mặt sản phẩm từ sợi, làm ảnh hưởng tới tính đồng nhất của tính chất, ảnh hưởng xấu đến q trình cơng nghệ sau quấn ống do đứt sợi tăng. Vì vậy, cần phải kiểm tra khuyết tật sợi về số lượng, kích thước, về dạng và sự phân bố của chúng trên chiều dài sợi để xác định nguyên nhân, có biện pháp loại trừ và định hướng sử dụng. Có hai dạng khuyết tật sợi:

Khuyết tật nguyên liệu: Đó là các vị trí sợi có vón xơ, vỏ hạt, dính xơ, vẩy, xơ lạ, xơ rối, xơ hóa học không thể kéo dài được…

Khuyết tật công nghệ: gồm những đoạn quá thô vượt quá hai lần thiết diện ngang của sợi, những đoạn quá mảnh khoảng vài milimet hoặc vài centimet, sợi xoắn kiến, xoắn rất ít, gút nối to, mấu xơ, vón kết…

Trong số các khuyết tật đã nêu thì đoạn mỏng (Thin place) có đường kính nhỏ hơn đường kính trung bình của sợi ở các mức: -30%; -40%; -50%; -60%, đoạn dày (Thick place) có đường kính lớn hơn đường kính trung bình ở các mức: +35%: +50%; +70%;

+100% và kết tạp (Neps) có đường kính +200%; +280% là các khuyết tật do kéo sợi để lại đang được quan tâm và cần phải loại trừ ở cơng đoạn quấn ống (hình 1.8).

</div>Trang 40<div class="page_container" data-page="40">

Lỗi điểm dày, điểm mỏng Lỗi điểm kết

Hình 1.8. Lỗi khuyết tật sợi [12]

Tại vị trí sợi có khuyết tật vượt quá giới hạn đã thiết lập sợi sẽ bị cắt đứt bởi bộ phận làm sạch (cắt, lọc) sợi của máy quấn ống và được nối lại bằng các gút nối đúng kiểu có đủ độ bền và kích thước nhỏ. Việc xử lý đứt sợi trên máy quấn ống chỉ mất vài giây và chỉ phải dừng quấn sợi ở một đơn vị quấn, các đơn vị quấn khác của máy vẫn hoạt động bình thường, còn nếu để xảy ra đứt sợi ở các công đoạn sau quấn ống, để xử lý đứt sợi phải dừng tồn bộ máy cơng tác, mất nhiều thời gian để xử lý, năng suất của các máy này sẽ giảm xuống. Khuyết tật sợi được xác định theo tiêu chuẩn ASTM D4849-21. Các máy đo độ không đều đã nêu cũng đang được sử dụng để đo khuyết tật sợi.

Xơ ngoại lai là hiện tượng sợi có lẫn kim loại, xơ khác và các phần tử ngoại lai.

Hiện tượng này làm tăng độ đứt sợi khơng chỉ ở cơng đoạn quấn ống mà cịn cả ở các công đoạn gia công sợi tiếp, tạo nên các lỗ và vệt màu trên vải làm chất lượng ngoại quan của vải giảm xuống. Nguyên nhân do khơng nhặt xơ ngoại lai hoặc khơng có các thiết bị loại trừ các thành phần ngoại lai trước khi pha trộn nguyên liệu. Để phát hiện các thành phần ngoại lai có thể dùng máy Uster Tester 5, Uster Tester 6 (Thụy Sĩ) có đầu dị FM. Kết quả đo xơ lạ đậm (FD) và xơ lạ nhạt màu (FL) đạt độ tin cậy cao.

Ngoài các đặc trưng chất lượng của sợi đã nêu, đôi khi theo yêu cầu của người sử dụng, sợi sau quấn ống còn cần kiểm tra chất lượng mối nối. Mối nối to quá mức do các đầu sợi nhơ ra ngồi mối nối quá dài vượt quá qui định sẽ tăng số lần đứt sợi và phế phẩm ở các công đoạn sau quấn ống.

1.1.2.4. Phương pháp đánh giá chất lượng sợi

</div>