Đặc điểm, tính chất của nguyên liệu tạo sợi; các đặc trưng cơ bản của sợi hóa học; các phương pháp tạo sợi

1
Giáo trình môn công nghệ sợi hoá học
MỤC ĐÍCH MÔN HỌC:
Nghiên cứu những lý thuyết về: Đặc điểm, tính chất của nguyên liệu tạo sợi;
các đặc trưng cơ bản của sợi hóa học; các phương pháp tạo sợi. Lý thuyết về đặc điểm,
tính chất và công nghệ sản xuất các loại sợi hóa học điển hình như : sợi vitxco, sợi
axetat, sợi polyamit6, sợi polyamit66, sợi polyeste, sợi clorophip, sợi acrylonitryl.
Chương 1 MỞ ĐẦU
1.1. Lịch sử phát triển của sợi hóa học
Từ thời thượng cổ, con người đã biết dùng vỏ cây, da thú... để che thân. Cùng
với sự phát triển về trí tuệ của con người, xã hội cũng dần văn minh hơn thì vấn đề
mặc của con người ngày càng được chú trọng. Lúc này con người đã phát hiện các
loại cây có sợi, để từ đó đã khai thác chế tạo thành vải sợi, tuy còn thô sơ nh
ưng hồi
đó đã thỏa mãn được nhu cầu mặc không cao lắm của họ. Do vậy, mà từ chỗ chỉ mọc
hoang dại trong thiên nhiên các loại cây có sợi đã được thuần hóa và trồng trọt có tổ
chức như đay, gai, dứa dại... và cuối cùng là bông. Chúng đã trở thành những nguyên
liệu quan trọng để đáp ứng nhu cầu mặc được xếp là quan trọng thứ hai sau nhu cầu
ăn của con người. Ti
ến lên một bước nữa con người đã biết nuôi cừu, lạc đà, thỏ... để
cắt lông làm len, biết nuôi tằm để lấy kén kéo sợi dệt thành những tấm vải lụa mềm
mại, bóng mượt. Như vậy, trong một thời gian rất dài thiên nhiên là nguồn nguyên
liệu duy nhất giải quyết nhu cầu mặc cho con người. Thế nhưng, nếu chỉ dựa vào
nguồn nguyên liệu này thì không thể đáp ứ
ng và theo kịp sự phát triển của xã hội cả
về số lượng và chất lượng. Đồng thời nguồn nguyên liệu này lại phụ thuộc rất nhiều
vào các yếu tố khách quan: thời tiết, khí hậu, đất đai, thổ nhưỡng, giống... nên rất bị
động và không đáp ứng cho tất cả các vùng miền, địa phương. Một bất lợi nữa của
nguồn nguyên liệu thiên nhiên là tiêu tốn quá nhiề
u nguyên liệu để sản xuất ra vải, ví

dụ để sản xuất 1000 bộ quần áo bằng vải bông cần toàn bộ số bông thu hoạch trên 1
hecta; 1000 chiếc áo len từ lông cừu cần số lông của một đàn khoảng trên 50 con thu
hoạch trong 1 năm... Do vậy để đáp ứng về số lượng cho cả thế giới ngày càng tăng
đến nay đã hơn 6 tỷ dân thì phải trồng bao nhiêu bông, nuôi bao cừu thì đủ đây? Bên

2
cạnh đó với mức sống tăng không ngừng của xã hội, dẫn đến nhu cầu mặc còn đòi hỏi
cao hơn, phức tạp hơn: bền, đẹp, duyên dáng, tiện dụng (dễ giặt, mau khô, không
nhàu khi giặt gấp...).
Tất cả những nguyên nhân đó đã thôi thúc các nhà khoa học phải nghiên cứu,
tìm kiếm những loại nguyên liệu mới khắc phục được các khuyết điểm của nguyên
liệ
u thiên nhiên và đáp ứng được các yêu cầu của con người. Cũng từ đó lần lượt các
loại sợi hóa học ra đời với sự tiến triển và thăng trầm theo từng thời kỳ. Có thể nói
rằng sự xuất hiện của sợi hóa học là loại sợi tạo ra từ các hợp chất cao phân tử thiên
nhiên (xenlulozaza, protein) và các hợp chất cao phân tử tổng hợp (polyamit 6,
polyamit66, polyeste, polyacrylonitryl... đã đánh dấu mộ
t giai đoạn mới mẻ và cực kỳ
quan trọng, đóng góp ngày càng to lớn và hiệu quả, phát huy tác dụng một cách kịp
thời khi xã hội loài người đang lâm vào một cuộc khủng hoảng trầm trọng trong việc
giải quyết vấn đề ăn mặc. Từ chỗ chỉ để bổ sung vào lượng thiếu hụt của sợi thiên
nhiên, sợi hóa học ngày càng trở thành loại vật liệu "không thể thay th
ế được" trong
may mặc cũng như trong các ngành kỹ thuật khác.
Chính vì vậy mà công nghiệp sản xuất sợi hóa học là một ngành công nghiệp
nằm trong cơ cấu của nền công nghiệp bất cứ nước nào, một ngành có vai trò to lớn
và đang được phát triển mạnh mẽ.
1.2. Phân loại sợi dệt
Nguồn nguyên liệu của công nghiệp dệt hiện nay rất phong phú, bao gồm
không chỉ sợi có sẵn trong thiên nhiên có trong thành phần của m

ột số bộ phận của
thực vật (lá, thân cây...) mà còn gồm các loại sợi được con người chế tạo từ các loại
nguyên liệu tổng hợp như polyme thiên nhiên (xenlulozaza, protein...), polyme tổng
hợp (polyamit, polyeste, PVC...). Dựa vào nguồn gốc nguyên liệu ban đầu để sản xuất
sợi người ta chia sợi dệt ra làm 2 nhóm chính là sợi thiên nhiên và sợi hóa học. Sợi
hóa học lại chia thành 2 nhóm chính: sợi nhân tạo và sợi tổng hợp.
1.2.1. Sợi thiên nhiên
Sợ
i thiên nhiên là sợi mà loài người biết từ lâu, chúng có thể đã có sẵn ở dạng
xơ, sợi như: xơ bông, len, tơ tằm... hoặc nằm lẫn với các tạp chất khác trong vỏ cây,

3
thân cây, lá cây như sợi, lanh, sợi đay, gai, dứa dại... Theo thành phần hóa học sợi
thiên nhiên được chia làm 2 nhóm:
+ Sợi thực vật
+ Sợi động vật
Sợi thực vật được cấu tạo chủ yếu từ xenluloza. Trong đó bao gồm bông là loại
xơ đầu tiên mà loài người biết đến và sử dụng nó vào công nghiệp dệt, cho đến nay nó
vẫn chiếm tỷ lệ khá lớn (52-60%) so với tổng số các loạ
i xơ sợi dùng trong công
nghiệp dệt. Sau bông là sợi libe (hay còn gọi là sợi cứng) được tách ra từ một số bộ
phận của cây như vỏ, thân (đau, gai, lanh...), lá cây (dứa, dứa dại...). Loại sợi này nằm
dưới dạng xen kẽ với các tạp chất thực vật khác như lignin, pectin, tecpin, protein...,
vì vậy để tách riêng chúng ra người ta phải dùng kết hợp quá trình gia công cơ học,
sinh học, hóa học...
Sợi động vật thiên nhiên gồm có len, t
ơ tằm. Len thu được chủ yếu từ lông cừu,
một phần từ lông dê, lông lạc đà, lông vịt. Hiện nay len vẫn chiếm 6-9% so với tổng
số các loại xơ sợi dùng trong công nghiệp dệt thế giới. Tơ tằm tuy vẫn còn được duy
trì ở một vài nước, trong đó có nước ta, nhưng giá thành sản xuất cao, nên hiện nay nó

chỉ chiếm khoảng 0,2% tổng số các loại xơ sợi dùng trong công nghiệp dệ
t thế giới.
1.2.2. Sợi hóa học
Sợi hóa học là loại sợi không có sẵn trong thiên nhiên và do con người chế tạo
bằng các quá trình vật lý, cơ học và hóa học. Dựa vào nguồn gốc của nguyên liệu chế
tạo sợi mà chúng được chia làm 2 nhóm: sợi nhân tạo và sợi tổng hợp.
Sợi nhân tạo là loại sợi được sản xuất từ các hợp chất cao phân tử sẵn có trong
thiên nhiên, được tách ra khỏi hỗn h
ợp nguyên liệu thô ban đầu bằng các quá trình
vật lý, hóa học, chuyển dạng rồi tái sinh lại dạng ban đầu hoặc được biến tính thích
hợp để gia công dễ dàng hoặc để tạo ra một số tính chất mới cho sản phẩm. Các hợp
chất cao phân tử thiên nhiên sử dụng để chế tạo sợi chủ yếu là: xenluloza (gỗ, tre,
nứa...) và protein động thực vật (sữa, ngô, lạc, đậu nành...). Trong số các sợi nhân tạ
o
đi từ xenluloza có các loại: sợi vitxco, sợi polino, sợi axetat, sợi triaxetat, sợi đồng-
amoniac, sợi nitratxenluloza... còn sợi đi từ protein có các loại:sợi cazein (đi từ sữa),

4
si acdin (lc), si zein (ngụ)... Song vỡ nguyờn liu sn xut si nhõn to t
protein l cỏc thc phm quý nờn hin nay hu nh khụng sn xut na.
Si tng hp l loi si c sn xut t cỏc hp cht cao phõn t tng hp.
Nguyờn liu ban u tng hp chỳng l nhng n phõn t (monome) thu c
trong cụng nghip luyn than cc, ch bin du m
, khớ thiờn nhiờn. Theo cu to húa
hc ca nguyờn liu to si, si tng hp cng c chia lm 2 nhúm: si mch d th
v si mch cacbon.
Si mch d th l loi si trong mch chớnh ca mch i phõn t ca nú ngoi
nguyờn t cacbon ra cũn cha cỏc nguyờn t khỏc nh oxy, nit... Nhúm ny gm cỏc
loi nh: si polyamit6, polyamit66, si polyeste.
Si mch cacbon l loi si trong mch chớnh mch i phõn t

ch cú nguyờn
t cacbon. Tiờu biu ca nhúm ny l si nitron, vinilon, oclon, clorin-teflon, si
polypropylen, polyetylen...
Cú th biu din phõn loi si dt trờn s 1.1.
Chng 2 C TRNG C BN CA SI HểA HC
2.1. Tớnh u vit ca si húa hc so vi si thiờn nhiờn
Mc dự, ra i trong mt thi gian khụng lõu, nhng si húa hc ó nhanh
chúng thu hỳt s chỳ ý ca tt c mi ngi v cú nhng bc t phỏ trong quỏ trỡnh
phỏt trin c v s lng v cht lng. cú c s chinh phc i vi con ngi,
ỏp ng c cỏc yờu cu kht khe v phc tp trong vn mc c
a con ngi ngy
cng cao trc tiờn si húa hc ó bc l cỏc tớnh cht quý bỏu u vit hn si thiờn
nhiờn.
- Về ngoại quan: sợi hóa học đẹp, óng mợt, mịn màng, bóng, láng...
Có thể tạo ra loại vải với vẻ đẹp phong phú, đa dạng đáp ứng nhu cầu mặc
đẹp, thời trang góp phần làm phong phú vẻ đẹp cho xã hội.
- Tính tiện dụng: ít thấm dầu mỡ, mồ hôi, nên dễ giặt, sạch lâu, ít hút
ẩm nên mau khô. Đặc biệt là tính bền hình dạng, nhất là sợi tổng hợp nên
không bị co khi giặt, không nhàu nát, giữ nếp tốt nên không cần là ủi.

5
- Độ bền: So với sợi thiên nhiên thì độ bền của sợi hóa học cao hơn
nhiều, so với sợi thiên nhiên thì sợi hóa học dai hơn, lâu rách hơn, thời gian sử
dụng lớn hơn gấp 2 - 3 lần. Các tính năng kỹ thuật nh độ bền đứt, độ bền mài
mòn và độ chịu uốn gấp lớn. Có thể thay đổi tính chất của sợi hóa học trong
phạm vi khá rộng bằng cách điều chỉnh thành phần và cấu tạo hóa học của sợi
hoặc thay đổi các điều kiện kỹ thuật. Hiện nay ngời ta đã chế tạo đợc các
loại sợi hóa học tuyệt đối về mặt hóa học, chịu đợc ánh sáng và nhiệt độ, bền
với tác dụng của nớc, côn trùng, vi sinh vật...là những tính chất không có
đợc ở sợi thiên nhiên. Do vậy mà sợi hóa học đợc sử dụng nhiều trong lĩnh

vực kỹ thuật, đáp ứng đợc các yêu cầu vốn khắt khe của kỹ thuật và đóng
góp tích cực vào việc thúc đẩy những tiến bộ của cuộc cách mạng khoa học kỹ
thuật đang diễn ra sôi động trong thời đại chúng ta.
- Tiềm năng và sản lợng: Năng suất sản xuất sợi hóa học so với sợi
thiên nhiên rất cao. Khác với sợi thiên nhiên là sản phẩm của nông nghiệp,
còn sợi hóa học là con đẻ của công nghiệp nên chúng mang những thế mạnh
của ngành sản xuất công nghiệp.
Nếu nh để có 1 tấn bông trong điều kiện thâm canh và cơ khí hóa sản
xuất vẫn cần tới 150 ngày công, để có 1 tấn len cần 1000 ngày công, hoặc 1
tấn tơ tằm thì cần tới 6000 ngày công. Trong lúc đó để sản xuất 1 tấn sợi
vitxco (sợi nhân tạo) chỉ cần 30 - 50 ngày công, 1 tấn sợi nylon hoặc 1 tấn sợi
polyeste chỉ cần khoảng 30 - 40 ngày, thậm chí có thể thấp hơn nhiều tùy
thuộc vào mức độ hiện đại của quy trình công nghệ. Có thể áp dụng những
thành tựu mới nhất của khoa học kỹ thuật để cải tiến quy trình công nghệ
nhằm nâng cao năng suất sản xuất, cải thiện tính chất của sản phẩm đáp ứng
các yêu cầu thị hiếu của ngời sử dụng, giảm nhân công lao động, hạ giá
thành sản phẩm.
Do có độ bền cao, độ bền đứt lớn nên ngời ta có thể đa công suất
máy tới tối đa. Trên cùng một máy dệt, năng suất dệt vải hóa học có thể cao
hơn năng suất dệt sợi bông từ 1,4 - 1,6 lần.
Nguồn nguyên liệu để sản xuất sợi hóa học, đặc biệt là sợi tổng hợp
bao gồm: dầu mỏ, than đá, khí thiên nhiên và các khoáng sản khác là vô tận.

6
So với nguyên liệu để sản xuất sợi thiên nhiên thì rất hạn chế, không đáp ứng
đợc nhu cầu sử dụng ngày càng tăng của con ngời. Do vậy việc sản xuất sợi
hóa học hoàn toàn chủ động, không phụ thuộc vào thời tiết, khí hậu, thổ
nhỡng, hay vùng địa lý nh đối với sợi thiên nhiên.
- Hiệu suất sử dụng nguyên liệu: So với sợi thiên nhiên thì hiệu suất sử
dụng nguyên liệu trong sản xuất sợi hóa học rất cao. Từ 1m

3
gỗ có thể chế tạo
đợc 160 kg tơ để gia công 1500 m lụho tơng đơng 75 vạn kén tằm, 30 con
cừu hay 0,75 ha cây lanh, 0,35 ha cây bông. Trong khi đó từ 1 tấn dầu mỏ có
thể sản xuất đợc 1500 m vải từ sợi tổng hợp. Một nhà máy sợi năng suất
40000 tấn/năm có thể thay thế 50000 hecta đất tốt tại vùng khí hậu thuận lợi
để chuyên canh bông hoặc trên 10 vạn hecta cây lanh.
Do tỷ trọng của sợi hóa học thấp cho nên cùng một khối lợng sợi thì
chiều dài tấm vải dệt từ sợi hóa học luôn luôn lớn hơn dệt từ sợi thiên nhiên.
- Giá thành: Giá thành vải dệt từ sợi hóa học thấp hơn nhiều so với sợi
thiên nhiên.
- Lĩnh vực ứng dụng: Sợi hóa học có những tính chất đặc biệt đợc ứng dụng
trong nhiều lĩnh vực đời sống và kỹ thuật nh may mặc, y tế, chữa bệnh, chống cháy,
chống chất phóng xạ...
Si húa hc c xem nh l mt tng phm vụ giỏ m khoa hc k thut ó
mang li cho con ngi.
2.2. Cỏc dng ca si
Sợi đợc sản xuất ra dới hai dạng chính: xơ và tơ
- Xơ còn gọi là sợi cắt ngắn hay cũn gi l x xtapen, cú chiu di t 30-150
mm tùy theo mục đích sử dụng mà có độ dài và độ mảnh khác nhau, có hình dạng
giống nh xơ bông, xơ len... Để tạo xơ thì sợi tạo ra sau khi qua các quá trình xử lý
cho qua qua thiết bị để cắt ngắn sợi theo độ dài định trớc. X xtapen c dựng
kộo si dng nguyờn cht hoc pha vi vi cỏc loi x si khỏc (thiờn nhiờn...).
- Tơ hay còn gọi là sợi vô tận - có độ dài không hạn chế. Tơ gồm có 2
dạng: tơ đơn và tơ phức.

7
Tơ đơn (filament): đợc sản xuất ở dạng sợi dài vô tân, chỉ gồm một xơ
cơ bản.
Tơ phức: gồm nhiều tơ đơn chập lại với nhau, tơ phức dùng cho công

nghiệp dệt thờng có số tơ đơn từ vài chục đến vài chục vạn.
Với hình dạng khác nhau nh vậy nên cách sản xuất ra chúng cũng
khác nhau. Đối với dạng xơ cắt ngắn thì phải xe thành chỉ trớc khi dệt thành
vải, để thuận tiện trong quá trình gia công xơ phải đợc tạo quăn, dập sóng
bằng cách cho qua công đoạn đợc gọi là quá trình textua. Đối với tơ thì
không cần dập sóng nh xơ. Nhng để dễ thao tác trên máy dệt thì thờng
xoắn tơ về phía phải hay phía trái (quá trình textua, quá trình kéo căng).
2.3. Cỏc ch s c trng ca si
Để đánh giá và so sánh các loại sợi, trên cơ sở đánh giá đó ta có thể lựa
chọn sợi cho thích hợp với mục đích sử dụng thì ngời ta dựa trên các chỉ số
đặc trng cho sợi nh sau:
a/ Độ mảnh
Độ mảnh cho ta biết sợi dày mỏng ra sao.
Đơn vị: Đennie (viết tắt là đen) đợc tính bằng trọng lợng sợi có chiều
dài là 9000 m.
+ Cách xác định: Đo chính xác 9 m sợi, cân chính xác trên cân phân
tích rồi nhân lên 1000 lần.
Sau này ngời ta dùng hệ đơn vị có tính quy chuẩn hơn đó là tex đợc
tính bằng 1/9 đen; tức là trọng lợng đo bằng gam của 1000 m sợi.
Căn cứ vào độ mảnh ngời ta chia xơ hoá học thành 3 loại:
- Loại mảnh nhất: có độ mảnh là 160 ữ 190 mtex; độ dài tơng ứng của
xơ là 38 - 40 mm, gọi là hệ bông (dùng để pha trộn với bông và các sợi
cùng hệ)
- Loại có độ mảnh là 3,3 ữ 6,6 dtex và độ dài là 65 ữ 100 mm thuộc hệ
len.
- Loại thô hơn và dài hơn thuộc hệ gai.
b/ Độ bền đứt

8
Độ bền đứt phản ánh một đặc trng cơ lý chủ yếu của sợi, đo bằng lực

làm đứt sợi. Độ bền đứt càng cao thì sợi càng dai, vải càng bền và lâu rách,
thời gian sử dụng kéo dài.
Đơn vị đo: kg/mm
2
hay g/tex; g/đen
Yếu tố xác định độ bền đứt, ngoài bản chất hoá học của sợi là trọng
lợng phân tử polyme, độ định hớng cũng nh độ kết tinh của sợi.
Ngoài độ bền của sợi đơn, ngời ta còn đo độ bền nút và độ bền móc
của sợi.
Độ bềnđứt của nhiều loại sợi ở trạng thái ớt và khô thờng khác nhau,
đặc biệt đối với sợi nhân tạo, là loại sợi mà những phân tử nớc dễ dàng len
lỏi vào giữa các đại phân tử polyme, làm liên kết giữa chúng yếu đi.
c/ Độ dãn dài khi đứt
Độ dãn dài khi đứt cho biết sợi có thể căng ra đợc bao nhiêu so với
chiều dài ban đầu khi sợi đứt, đo bằng phần trăm (%).
Độ dãn dài càng cao sợi càng mềm mại. Độ dãn dài thích hợp nhất để
dệt vải may mặc nằm trong khoảng 10 ữ 20%.
Độ bền đứt và độ dãn dài đứt có mối tơng quan tỷ lệ nghịch với nhau.
Các biện pháp kỹ thuật làm tăng độ bền thờng làm giảm độ dãn.
Để có loại sợi phù hợp với yêu cầu của ngời tiêu dùng, phải nắm các
thông số kỹ thuật khi sản xuất sợi, sao cho thoả mãn đợc 2 chỉ tiêu quan
trọng này nhằm thu đợc sợi vừa có độ bền cao, vừa có độ dãn dài khi đứt
không quá thấp.
d/ Đờng cong làm việc
Đờng cong làm việc diễn tả sự thay đổi của ngoại lực tác dụng lên sợi
(biểu diễn trên trục tung) và độ dãn dài tơng ứng (%) của sợi (ghi trên trục
hoành).
Mỗi loại sợi đặc trng bởi một đờng cong, từ đó các nhà chuyên môn
đánh giá đợc giá trị của sợi. Ban đầu đờng biểu diễn thờng là đoạn thẳng
tính chất sợi tuân theo định luật Húc. Đoạn thẳng càng dài sợi càng đàn

hồi. Sau đó độ dãn dài tăng khá nhanh sợi bớc vào giai đoạn chảy dẻo, độ

9
đàn hồi thực sự đã mất đi. Điểm uốn của đờng biểu diễn là điểm tới hạn của
sợi, thờng xuất hiện rất sớm ở đa số các sợi.
Sợi tốt nhất là sợi hầu nh không bị dãn trên máy dệt.
e/ Độ đàn hồi
Độ đàn hồi là khả năng hồi phục trở lại kích thớc ban đầu sau khi kéo
căng bằng ngoại lực. Nếu sau khi kéo dãn 10% rồi giải phóng lực tác dụng,
sợi hoàn toàn trở lại độ dài ban đầu, thì độ đàn hồi của sợi bằng 100%. Nếu
sợi bị dãn, chiều dài sau khi hồi phục sẽ tăng lên, giả sử là 2% thì độ đàn hồi
là 80%. Độ đàn hồi càng nhỏ thì chất lợng sợi càng cao.
f/ Độ uốn gấp
Độ uốn gấp nhằm xác định số lần gấp cho tới khi sợi bị đứt có ý nghĩa
đặc trng cho tính bền của vải khi chịu những tác động tơng tự trong thực tế
nh giặt, vò... Trong đó sợi poliamit có độ bền uốn gấp rất lớn (> sợi vitxco 70
- 80 lần).
g/ Độ mài mòn
Độ mài mòn đợc xác định trên máy mài mòn có đĩa mài bằng bột
oxyt nhôm cho ta thấy khả năng chịu đựng của sợi khi có ma sát liên tục.
h/ Độ hút ẩm
Độ hút ẩm đợc xác định bằng lợng nớc (%) mà sợi hấp thụ khi
nhiệt độ của không khí là 20
o
C và độ ẩm là 60%.
Về tính chất này ngời ta chia sợi có hoá học ra làm 3 nhóm:
- Nhóm a nớc: là những sợi có cấu tạo hoá học chứa những nhóm
định chức - OH, hút ẩm rất tốt (> 20%) sợi nhân tạo nh vitxco, mođan...
- Nhóm trung bình: độ hút ẩm từ 3 - 4% sợi poliamit
- Nhóm kị nớc: độ hút ẩm 1% phần lớn sợi tổng hợp.

Độ hút ẩm càng cao sợi càng thoáng mát, dễ chịu. Độ hút ẩm thấp, sợi
thờng bí, gây cảm giác nóng bức khó chịu nhất là đối với quần áo mùa hè,
quần áo lót...
i/ Trọng lợng riêng

10
Trọng lợng riêng đợc đo bằng đơn vị là g/cm
3
giúp ta nhận biết hiệu
suất gia công sợi thành vải.
Trọng lợng càng nhỏ, số lợng mét vải thu đợc khi dệt càng lớn tức
là hiệu suất sử dụng nguyên liệu lớn. Điển hình là sợi hóa học có trọng lợng
riêng nhỏ nên hiệu suất sử dụng nguyên liệu khi dệt vải lớn hơn nhiều so với
sợi thiên nhiên (đây là một u điểm tiêu biểu của sợi hóa học).
Sợi có chứa flo có d lớn nhất (2,2 ữ 2,3 g/cm
3
) và thấp nhất là sợi PP
(0,92 g/cm
3
).
* Ngoài ra còn có một số tính chất của sợi nhằm cho ta biết một cách
toàn diện về một loại sợi nào đó nh: nhiệt độ mềm cao, nhiệt độ nóng chảy.
Từ đó xác định chế độ là ủi cho loại vải đó.
Độ định hớng, độ kết tinh, độ nhuộm màu, độ cách nhiệt nhằm lựa
chọn loại sợi có độ ẩm khác nhau.
Độ bền với khí quyển, ánh sáng, các bức xạ hồng ngoại và tử ngoại
nhằm xác định tính chịu lão hoá của sợi.
Độ bền với vi sinh vật, khả năng chịu hoá chất để từ đó tìm phơng
pháp giặt tẩy hoặc xác định điều kiện làm việc của sợi.
Tính nhiễm điện thờng gây ra tiếng nổ lách tách, vải dễ bị bẩn.

* Tóm lại
: Những tính chất cơ lý của sợi hoá học nói chung liên quan
mật thiết với nhau, gắn bó với nhau, mỗi tính chất phản ánh nhằm giúp ta tìm
hiểu toàn diện một loại sợi từ việc xác định điều kiện gia công tới việc lựa
chọn thích hợp cho mục đích sử dụng nhất định.
Chng 3 NGUYấN LIU C BN CA SI HểA HC
3.1. M u

3.2. c trng v thnh phn, cu to ca nguyờn liu to si
3.2.1. Cấu tạo hóa học
Trừ nhóm sợi vô cơ hầu hết sợi hóa học đều đợc cấu tạo bởi các hợp
chất cao phân tử hay còn gọi là polyme. Các polyme này đều đợc tạo ra từ
các phân tử đơn giản gọi là monome, mạch đại phân tử của chúng đợc nối

11
với nhau bằng những liên kết hóa học từ các mắt xích cơ bản. Các polyme có
đặc điểm là trọng lợng phân tử rất lớn và hình dạng đặc biệt: chiều dài lớn
gấp nhiều lần so với chiều rộng, do đó mà tạo ra tính chất đặc biệt cho polyme
là khả năng tạo sợi.
Các tính chất của sợi đợc xác định trớc hết do cấu tạo và tính chất
của polyme tạo sợi, tiếp đến là các thông số kỹ thuật, tính chất công nghệ gia
công sợi. Cấu tạo hóa học của polyme là yếu tố quyết định để lựa chọn
phơng pháp gia công và tính chất cơ lý của sợi thành phẩm. Chính các nhóm
nguyên tử trong polyme gây ra hàng loạt các tính chất cơ, lý, hóa cho sợi hóa
học: các nhóm phân cực nh - OH; - NH
2
; - COOH... làm cho sợi hóa học có
tính hút ẩm, mồ hôi tốt và dễ nhuộm màu, tuy nhiên chúng lại kém bền về mặt
hóa học. Và ngợc lại.
Trong đại phân tử polyme tạo sợi có chứa nhóm thế (- CN; - OCOCH

3
)
thì liên kết giữa các đại phân tử kém chặt chẽ sợi rất cắn màu, xốp, dễ tan
trong các dung môi hữu cơ. Nếu trong đại phân tử có chứa nhân thơm sẽ làm
tăng độ cứng của polyme tăng lực tơng tác giữa các phân tử trong khối
polyme sợi có tính chịu nhiệt cao, tuy nhiên có nhợc điểm là khó gia
công.
3.2.2. Cấu trúc mạch đại phân tử
Polyme tạo sợi trớc hết là những polyme có cấu trúc mạch thẳng, hạn
chế tối đa sự có mặt của mạch nhánh hay những nhóm thế cồng kềnh. Đây là
tính chất tuyến tính của polyme tạo sợi. Polyme tạo sợi tồn tại 2 trạng thái pha
khác nhau: kết tinh và vô định hình, xác định do bản chất hóa học, điều kiện
tổng hợp hoặc tốc độ làm lạnh.
Polyme trong sản xuất sợi thì tốc độ kết tinh tăng, những tinh thể tạo
thành do tác dụng ngoại lực sẽ sắp xếp theo kiểu bất đẳng hớng, nghĩa là
những tính chất của nó (tính chất quang học, cơ học, điện học...) theo những
hớng khác nhau sẽ khác nhau. Độ kết tinh của polyme cao bảo đảm cho sợi
bền hình dạng, nhất là không bị co ngót khi sử dụng.
3.3. Cỏc phng phỏp c bn tng hp polyme

12
Các polyme dùng tạo sợi đều đợc tổng hợp từ monome. Các monome
này thờng không có sẵn trong thiên nhiên, mà nó đợc tạo ra bằng các
phơng pháp hóa học từ các nguyên liệu cơ bản. Thờng các monome đợc
chế biến từ các nguyên liệu có trong tự nhiên nh dầu mỏ, than đá, khí thiên
nhiên, đá vôi ...Các cơ sở chế biến dầu mỏ, khí thiên nhiên, sản đất đèn, hoá
chất cơ bản và các ngành công nghiệp hóa chất đảm nhận nhiệm vụ này.
Các phơng pháp tổng hợp polyme gồm:
+ Trùng hợp mạch
+ Trùng hợp bậc

+ Trùng ngng
+ Chuyển hóa vòng thành polyme mạch thẳng.
1/ Trùng hợp mạch
Trùng hợp mạch là phản ứng kết hợp một số lớn phân tử mà không tách
các sản phẩm phụ. Nh vậy phản ứng xảy ra không có sự biến đổi nào về
thành phần nguyên tố của chất tham gia phản ứng.
Dạng tổng quát của phản ứng trùng hợp có thể biểu diễn bằng phơng
trình:
nA (A)n
Các hợp chất có khả năng trùng hợp là các hợp chất có liên kết bội, số
lợng và tính chất của những liên kết đó trong phân tử monome thờng khác
nhau.
Ví dụ: Quá trình trùng hợp olefin và các dẫn xuất của chúng, xảy ra do
sự mở liên kết đôi của chúng:
nCH
2
= CHX - CH
2
- CHX - CH
2
- CHX - CH
2
- CHX -
Quá trình trùng hợp nói chung luôn kèm theo sự giảm độ không no của
chất tham gia phản ứng, giảm số phân tử chung trong hệ và tăng trọng lợng
phân tử trung bình của phân tử.
Các hợp chất cao phân tử thu đợc khi trùng hợp các hợp chất có một
nối đôi nói chung sẽ trở thành polyme no. Khi trùng hợp các hợp chất có chứa
2 nối đôi trở lên thì thờng thu đợc polyme có số nối đôi thấp hơn hợp chất
ban đầu.

13
Ví dụ:
nCH
2
= CH-CH = CH
2
-CH
2
- CH = CH - CH
2
- CH
2
- CH = CH -
CH
2
-

Ngoài monome có liên kết bội giữa các nguyên tử cacbon, còn có
monome có liên kết bội giữa cacbon và các nguyên tố khác nào đó nh oxy,
nitơ, lu huỳnh... cũng có thể trùng hợp mạch và tạo ra polyme gọi là polyme
dị mạch.
Ví dụ: nCH = NOH - CH
2
- N - CH
2
- N - CH
2
- N-

OH OH OH
- Cũng có thể trùng hợp đợc các hợp chất no có cấu tạo vòng chứa dị nguyên
tố trong vòng. Trong trờng hợp này xảy ra sự mở vòng khi trùng hợp và tạo
thành polyme thẳng dị mạch.
Ví dụ: nCH
2
-CH
2
-O-CH
2
-CH
2
-O-CH
2
-CH
2
-O-
Hoặc nhiều vòng mắt xích hơn nh caprolactam:



gọi là trùng hợp bậc
* Cơ chế của phản ứng trùng hợp mạch
Ngời ta đã chứng minh phản ứng trùng hợp xảy ra theo cơ chế dây
chuyền gồm 3 giai đoạn:
+ Giai đoạn khơi mào: tạo ra các trung tâm hoạt động (gốc tự do, các
ion hoạt tính)
+ Giai đoạn phát triển mạch
+ Giai đoạn ngắt mạch
Sơ đồ chung của các giai đoạn nh sau:

A
x
A
x


(giai đoạn khơi mào)
A
x
+ A
x

A
y




14
A
y


+ A
x
A
z

(giai đoạn phát triển mạch)
A

x
+ A
z

A
t


A

A
n
(giai đoạn ngắt mạch)
Trong trờng hợp phản ứng trùng hợp diễn biến đơn giản nhất, độ dài
của đại phân tử sẽ tơng ứng với độ dài của mạch phản ứng tức là tơng ứng
với giai đoạn phát triển mạch kế tiếp nhau.
Đặc trng của phản ứng trùng hợp mạch (tơng tự với phản ứng dây
chuyền thông thờng):
* Giai đoạn tạo thành các trung tâm hoạt động luôn luôn đòi hỏi phải
tiêu tốn một năng lợng lớn và tiến triển chậm.
* Giai đoạn phát triển mạch có năng lợng hoạt hóa nhỏ và tốc độ phản
ứng rất lớn. Hiệu ứng nhiệt của phản ứng phát triển mạch luôn dơng.
* Giai đoạn ngắt mạch cũng đặc trng bằng năng lợng hoạt hóa nhỏ
và xảy ra với tốc độ tơng đối cao.
Rõ ràng tốc độ phát triển mạch càng cao so với tốc độ ngắt mạch thì độ
dài của mạch đại phân tử sẽ càng lớn và do đó trọng lợng phân tử polyme
càng lớn. Nh vậy độ dài của mạch đại phân tử và trọng lợng phân tử polyme
phụ thuộc vào tơng quan giữa tốc độ của các giai đoạn cơ bản trong quá trình
trùng hợp mạch.
Các trung tâm hoạt động đợc tạo ra do quá trình hoạt hóa phân tử ban

đầu bằng một năng lợng vừa đủ, có thể là năng lợng ánh sáng, bức xạ, năng
lợng nhiệt, hoặc các chất xúc tác, các chất khơi mào thuộc nhóm peroxit,
azo, diazo...
Các trung tâm hoạt động tạo ra có thể là gốc tự do, ion dơng, ion âm
và tơng ứng với nó mà phản ứng đợc gọi là trùng hợp gốc hay trùng hợp
ion.
Ngoài ra ngời ta còn phân loại phản ứng trùng hợp mạch theo tác
nhân kích thích quá trình khơi mào:
+ Trùng hợp nhiệt
+ Trùng hợp quang

15
+ Trùng hợp bức xạ
+ Trùng hợp xúc tác
+ Trùng hợp khơi mào
Hiện nay ngời ta xác định đợc rằng: trùng hợp nhiệt, trùng hợp
quang, trùng hợp khơi mào bằng các hợp chất peroxyt, azo, diazo đều tạo ra
trung tâm hoạt động là gốc tự do. Còn trùng hợp xúc tác (AlCl
3
, BF
3
, SnCl
4
,
các hợp chất cơ kim) thì tạo ra trung tâm hoạt động là các ion.
Số lợng trung tâm hoạt động tuỳ thuộc vào năng lợng mà monome
tiếp nhận đợc và mức năng lợng hoạt hóa cho quá trình này.
Liên kết đôi có năng lợng lớn hơn liên kết đơn. Khi liên kết đôi bị đứt,
năng lợng đợc giải phóng dới dạng nhiệt lại chính là tác nhân để hoạt hóa
các phân tử khác. Các trung tâm hoạt động nói trên luôn luôn có khuynh

hớng trao đổi năng lợng d thừa của mình cho phân tử khác, làm đứt liên
kết bội của phân tử nào chúng gặp rồi kết hợp với phân tử này thành một phân
tử mới (dài hơn) với một trung tâm hoạt động mới đây chính là giai đoạn
phát triển mạch.
Đến một lúc nào đó trong quá trình chuyển động hỗn loạn 2 trung tâm
hoạt động gặp nhau, hoặc xảy ra hiện tợng là trong bản thân một trung tâm
nào đó các hóa trị tự do đợc trung hòa, thì lúc đó quá trình phát triển mạch bị
tắc lại. Các trung tâm hoạt động sẽ kết hợp với nhau để tạo thành phân tử
trung hòa đó là đại phân tử polyme đây chính là giai đoạn ngắt mạch.
Kết luận
: Giai đoạn khơi mào có ảnh hởng lớn nhất tới toàn bộ quá
trình phản ứng. Trung tâm hoạt động càng ít thì số các đại phân tử không
nhiều, nhng độ lớn của từng đại phân tử cao (tức trọng lợng phân tử của
polyme lớn), và ngợc lại.
2/ Đồng trùng hợp
Đồng trùng hợp là quá trình trùng hợp phối hợp của hai hoặc nhiều loại
monome khác nhau. Polyme thu đợc gọi là copolyme.
Trong công nghiệp sợi ngời ta thờng hay nhắc đến loại sợi đồng
trùng hợp 2 loại monome là vinylclorua và vinylaxetat (CH
2
=CHCOOCH
3
)

16
Thành phần của mạch phân tử copolyme gồm các mắt xích khác nhau
tơng ứng với số monome ban đầu.
Phơng trình phản ứng đồng trùng hợp tổng quát:
nA + mB -A-A-B-A-B-B-B-A-A-B-A-
Bằng cách dùng các cấu tử ban đầu khác nhau và thay đổi tỷ lệ của

chúng mà ta có thể thay đổi thành phần và tính chất của copolyme.
Đa số copolyme có cấu tạo không điều hòa: trong mạch phân tử của
chúng các mắt xích cơ sở khác nhau sắp xếp một cách hỗn độn và không thể
tách rời các đoạn mạch lặp đi lặp lại một cách tuần hoàn.
Đồng trùng hợp có ứng dụng lớn trong thực tế vì nó cho phép làm thay
đổi tính chất các hợp chất cao phân tử trong một giới hạn rộng.
Ví dụ: copolyme của acrylonitril và vinylclorua
-CH
2
-CH-CH
2
-CH-CH
2
-CH-

copolyme này tan tốt trong axeton trong khi đó cả polyacrylonitryl và PVC
chỉ tan trong các dung môi có điểm sôi cao và khó kiếm.
Sợi tạo ra từ poliacrylonitryl có một số tính chất giống nh len nhng
rất khó nhuộm màu. Khi đồng trùng hợp acrylonitryl với các amin chẳng hạn
với vinylpiridin sẽ cho copolyme:



có ái lực cao với thuốc nhuộm.
Nh vậy đồng trùng hợp còn gọi là quá trình biến tính polyme nhằm
thay đổi một số tính chất cho polyme đáp ứng yêu cầu sử dụng cũng nh yêu
cầu về công nghệ.
3/ Trùng ngng
Trùng ngng là phản ứng tổng hợp polyme xảy ra do sự tơng tác giữa
các nhóm chức của các chất tham gia phản ứng tạo thành nhóm chức mới liên

kết các phần còn lại của phân tử phản ứng và đồng thời tách ra các chất đơn
giản thấp phân tử nh nớc, rợu, amoniac, cloruahydro...

17
Khác với sản phẩm trùng hợp sản phẩm trùng ngng có thành phần hóa
học không giống với thành phần hóa học của các chất ban đầu.
Phản ứng trùng ngng đặc trng cho các hợp chất trong thành phần
chứa các nhóm chức. Khi các nhóm chức này phản ứng với nhau sẽ tách ra
phân tử đơn giản và tạo thành nhóm chức mới liên kết những phần còn lại của
phân tử phản ứng.
Quá trình trùng ngng trong đó chỉ có các phân tử cùng loại tham gia
gọi là quá trình trùng ngng đồng loại. Dạng tổng quát của quá trình này có
thể trình bày bằng phơng trình sau:
nX-R-Y X- (R-Z)
n-1
-R-Y + (n-1)a
Trong đó: X, Y là các nhóm chức của chất ban đầu.
Z là nhóm liên kết phần còn lạI của các phân tử phản
ứng.
Quá trình trùng ngng trong đó các phân tử khác loại tham gia đợc
gọi là quá trình trùng ngng khác loại. Dạng phơng trình tổng quát có thể
biểu diễn nh sau:
nX - R - X + nY - R - Y X - (R - Z - R - Z)
n - 1
- R - Z - R - Y +
(2n - 1)a
Ví dụ
: Sự trùng ngng của acid adipic và hexametylendiamin tạo thành
polihexametylenadipamit (polyamit66 hay nylon66):
NHOOC-(CH

2
)
4
-COOH + nNH
2
-(CH
2
)
6
-NH
2

HO-[-OC-(CH
2
)
4
- CONH - (CH
2
)
6
- NH-]
n
+ (2n - 1)H
2
O
đây chính là polyme để tạo sợi có tên gọi là nilon66 hay polyamit66.
Nếu có từ ba loại monome khác nhau tham gia phản ứng cùng một lúc
để cuối cùng thu đợc 1 copolyme thì phản ứng đợc gọi là đồng trùng ngng.
Khi trong hỗn hợp phản ứng có mặt một hợp chất đơn chức nào đó thì
chất này có khả năng khóa 1 nhóm chức hoạt động của phản ứng, làm quá

trình phát triển mạch tắc nghẽn. Thờng đây là một hiện tợng không mong
muốn và xảy ra trong trờng hợp monome không sạch.

18
Tuy nhiên trong sản xuất ngời ta lợi dụng nó để điều chỉnh trọng
lợng phân tử polyme theo ý muốn và lúc đó các hợp chất này đợc gọi là
chất ổn định trọng lợng phân tử.
Phản ứng trùng ngng là một trờng hợp của loại phản ứng phổ biến
trong hoá học hữu cơ là phản ứng ngng tụ. Nó tuân theo cơ chế và những đặc
trng của loại phản ứng này: đó là phản ứng thuận nghịch, có thể dịch chuyển
phản ứng về phía tạo thành polyme, nhng lại có khả năng xảy ra sự phân hủy
polyme, tạo ra các chất có trọng lợng phân tử nhỏ hơn. Để làm cho phản ứng
dịch chuyển về phía tạo polyme ngời ta tiến hành lấy ra các phân tử thấp
phân tử trong quá trình phản ứng. Vì các chất tách ra thờng là những hợp
chất nh nớc, rợu, amoniac... nên dễ dàng lấy ra bằng chng cất ở nhiệt độ
không cao lắm, dùng chân không để tách ra, dùng hỗn hợp đẳng phí với
những dung môi dễ bay hơi, dễ tách...
Cũng nh phản ứng trùng hợp, phản ứng trùng ngng có thể thực hiện
trong khối nóng chảy, trong dung dịch, trong huyền phù, trong nhũ tơng,
trùng ngng còn có thể tiến hành ở bề mặt phân chia các pha lỏng với nhau.
Những polyme tạo thành do những phơng pháp nói trên thờng là
trong suốt, do vậy cuối giai đoạn tổng hợp polyme ngời ta cho vào các chất
làm mờ với lợng 0,1%, có tác dụng làm sợi không trong suốt nữa. Chất làm
mờ thờng là những bột màu vô cơ màu trắng, rất mịn màng (kích thớc hạt từ
1 đến 3 àm) có khả năng cản quang cao và đợc phân tán đều trong polyme.
Trong số các loại thì oxyt titan (TiO
2
) là phổ biến nhất vì chất này có khả
năng làm mờ sợi rất cao, bền, chịu hoá chất, lại tơng đối rẻ tiền. Ngoài ra
ngời ta còn bổ sung thêm một lợng rất nhỏ chất hoạt động quang học, quá

trình này ngời ta gọi là quá trình lơ quang. Mục đích là làm cho màu trắng
của sợi trở nên có ánh xanh, hồng hoặc tím làm tăng thêm sắc trắng cho vải.
Đối với các loại sợi không ăn màu nên rất khó khăn khi nhuộm màu thì ngời
ta cho thêm chất màu vào polyme khi đang ở dạng nóng chảy, ví dụ đối với
sợi poliolêfin.

19
Chng 4 CC PHNG PHP TO SI
ở trên đã trình bày các phơng pháp tạo ra nguyên liệu để tạo ra sợi
thành phẩm, đây là bớc đầu tiên của quá trình sản xuất sợi, bớc tiếp theo là
quá trình tạo thành sợi thành phẩm để từ đó chuyển đến nhà máy sợi hoặc các
cơ sở để gia công.
Quá trình tạo sợi bao gồm 3 giai đoạn:
+ Chuẩn bị polyme
+ Kéo sợi
+ Kéo căng - hoàn tất
Tạo sợi là một quá trình cơ bản nhất của công nghiệp sản xuất sợi hoá
học, có thể phối hợp cả quá trình hoá học và vật lý (đối với sợi nhân tạo); có
thể chỉ là quá trình vật lý đơn thuần (đối với đa số sợi tổng hợp).
4.1. Công đoạn chuẩn bị nguyên vật liệu kéo sợi
Thông thờng nguyên liệu ban đầu để sản xuất sợi (tổng hợp và nhân
tạo) đều ở dạng rắn, dạng hạt do đó để kéo sợi thì phải làm cho polyme ban
đầu trở nên linh động hay nói cách khác là chuyển polyme sang trạng thái
lỏng nhớt.
Có 2 cách để làm đợc điều này:
- Cách thứ nhất là hòa tan nguyên liệu trong dung môi thích hợp nào
đó. Đối với những polyme khó hòa tan trong các dung môi thông thờng thì
phải dùng các tác nhân hoá học để chuyển polyme thành các dẫn xuất trung
gian dễ hòa tan trong các dung môi thông thờng. Dung môi thích hợp phải
đáp ứng đồng thời một số điều kiện: khả năng phân tán polyme lớn, rẻ, dễ

kiếm, không độc, không gây nổ, khó bắt lửa, dễ thu hồi...
- Cách thứ hai: đa polyme lên một nhiệt độ nào đó, cho đến khi
polyme nóng chảy và chuyển sang trạng thái lỏng nhớt.
Trớc khi sang công đoạn ép kéo sợi ngời ta còn thực hiện một số
thao tác phụ nh lọc để tách các tạp chất, phần polyme cha hòa tan hoặc khử
các bọt khí bằng chân không, vì chúng là những nguyên nhân làm đứt dòng
sợi phun ra liên tục.

20
4.2. Công đoạn kéo sợi
Polyme đợc tạo thành sợi trên thiết bị đặc biệt là máy kéo sợi. Máy
thực hiện những công đoạn nh: lọc (nếu cần); dùng bơm định lợng ép chất
lỏng qua philie, làm lạnh sợi và cuốn sợi vào ống sợi.
Bộ phận quan trọng của máy kéo sợi là mũ philie. Có hai loại mũ philie
chính: philie bản phẳng và philie hình mũ.
- Philie bản phẳng thờng đợc làm bằng thép cao cấp, không gỉ hoặc
bằng hợp kim đặc biệt, có độ dàu tùy trờng hợp, chịu đợc áp suất tới 100
kG/cm
2
, trên bề mặt có đục lỗ nhỏ có hình dạng rất đa dạng (tròn, hình chữ
nhật, hình sao, hình kim...), thành lỗ có độ bóng rất cao. Hình dạng của nó có
thể khác nhau tùy thiết kế của máy, có thể là hình tròn, hình chữ nhật... Số lỗ
trên philie thay đổi từ 1 ữ 1500; bán kính từ 0,1 m trở lên. Tuy trông có vẻ
đơn giản nh vậy nhng kỹ thuật chế tạo philie rất công phu.
- Philie hình mũ (còn gọi là mũ phun sợi) đợc làm bằng thép không
gỉ, kim loại quý, thông thờng nhất là platin. Philie hình mũ mỏng hơn rất
nhiều so với philie bản phẳng, bán kính lỗ cũng nhỏ hơn, từ 0,04 mmm trở
lên. Phần trên có hình trụ, phần dới hình phễu làm cho sợi rất mảnh. Việc
chế tạo mũ phun này rất kỳ công: dùng khoan bằng tia lửa điện, đánh bóng
bằng bột kim cơng mịn. Do platin dễ dát mỏng nên mật độ đục lỗ rất cao:

20.800 lỗ trên một mũ có đờng kính là 47 mm. Hình dạng của lỗ đục rất đa
dạng, độc đáo để thu đợc sợi có những tiết diện khác nhau hoặc sợi rỗng.
Cần chú ý rằng độ mảnh của sợi không phải do lỗ phun lớn hay nhỏ.
Yếu tố quyết định độ mảnh của sợi lại là tỷ số giữa tốc độ chảy của polyme
khi ra khỏi lỗ phun và tốc độ cuốn sợi vào ống trên máy kéo sợi.
4.3. Các phơng pháp kéo sợi
Ngời ta phân biệt ba phơng pháp kéo sợi:
+ Phơng pháp kéo ớt
+ Phơng pháp kéo khô
+ Phơng pháp kéo từ khối nóng chảy
4.3.1. Phơng pháp kéo ớt

21
Phơng pháp này dùng để tạo hình những polyme hòa tan trong dung
môi nhất định với nồng độ 25%. Dung dịch sau khi hoà tan đợc qua các bộ
phận lọc, tách khí, rồi bơm qua những lỗ của philie (dới dạng tơ liên tục),
sau đó cho qua một bể đông tụ. Dung môi đợc tách ra và polyme rắn lại
thành sợi.
Thành phần của dung dịch trong bể phụ thuộc vào loại polyme, thờng
là nớc có hòa tan một số muối vô cơ nh clorua, sunfat... hay các chất phụ
gia khác.
Do sợi chuyển động dới tác dụng của lực cuốn vào ống, nên chúng
đợc định hớng sơ bộ các đại phân tử dọc theo trục của sợi giúp cho những
công đoạn tiếp theo (nh kéo căng) thực hiện dễ dàng.
Phơng pháp này chủ yếu để sản xuất loại sợi nhân tạo (nh vitxco) và
một vài loại sợi tổng hợp nh acrylic, sợi polivinylclorua (clorophip).
4.3.2. Phơng pháp kéo ớt
Phơng pháp này giống với phơng pháp kéo ớt ở chỗ hòa tan polyme
vào dung môi, nhng dòng dung dịch polyme từ lỗ phun đi ra gặp những điều
kiện làm đóng rắn polyme nh thổi luồng khí nóng hoặc áp suất thấp để tách

dung môi, polyme hoá rắn thành sợi và đợc cuốn vào ống. Luồng khí mang
theo dung môi đi qua thiết bị làm lạnh, tại đây hơi dung môi đợc ngng tụ,
sau đó cho qua hệ thống thiết bị tinh chế để sử dụng lại.
Phơng pháp này dùng để sản xuất sợi tổng hợp nh axêtat xenluloza;
sợi PVC clo hoá; sợi acrylic...
4.3.3. Phơng pháp kéo sợi từ khối nóng chảy
Phơng pháp này dùng chủ yếu cho sợi tổng hợp. Polyme dùng kéo sợi
thờng sản xuất ra ở dạng hạt nhỏ. Để chuyển polyme sang trạng thái chảy
nhớt ở đây ngời ta dùng nhiệt. Khi ở nhiệt độ cao để làm nóng chảy polyme
thờng có tác dụng phụ nh thúc đẩy một số phản ứng hoá học, trong đó có cả
những phản ứng không có lợi nh phản ứng thủy phân, phân hủy oxy hoá
polyme... nhất là khi có lẫn tạp chất sẽ làm giảm trọng lợng phân tử của
polyme và làm suy giảm tính chất của sợi sau này. Do đó cần phải loại bỏ các

22
tác nhân gây ra nh độ ẩm, không khí, tạp chất... bằng cách sấy khô polyme,
tiến hành làm nóng chảy polyme trong môi trờng khí trơ nh khí CO
2
, N
2
...
Dòng polyme đi ra khỏi lỗ philie, tiếp xúc với không khí lạnh sẽ rắn lại
thành sợi và trớc khi quấn vào ống sợi thờng đợc tẩm chất hoạt động bề
mặt để chống tạo ra hiện tợng tĩnh điện trên bề mặt sợi và thuận lợi cho các
quá trình gia công sau này.
4.4. Công đoạn kéo căng - hoàn tất
Sợi thu trực tiếp từ các công đoạn trên đợc gọi là sợi cha kéo căng.
Sợi này thờng không bền, dễ biến dạng, gặp lực tác dụng theo chiều dọc thì
sợi bị dãn, gặp nóng thì bị quăn tức là không có tính đàn hồi, khả năng chịu
nhiệt kém...nghĩa là cha có những tính chất cần thiết cho quá trình sử dụng.

Lúc này những đại phân tử polyme trong sợi sắp xếp hỗn loạn mất trật tự. Để
khắc phục nhợc điểm này ngời ta tiến hành quá trình kéo căng sợi.
Kéo căng là một quá trình vật lý, dùng ngoại lực tác dụng lên sợi cha
căng theo chiều dài của sợi, cho tới khi sợi có chiều dài tăng từ 1,5 ữ 7 lần so
với chiều dài ban đầu. Khi kéo căng sẽ làm biến đổi cấu trúc sắp xếp của
mạch đại phân tử, định hớng lại các đại phân tử polyme sắp xếp trật tự dọc
theo trục của sợi. Do đó độ kết tinh của sợi tăng lên, làm tăng độ bền cho sợi
và đáp ứng đợc những yêu cầu của kỹ thuật dệt và thuận lợi khi sử dụng.
Tuy nhiên sự định hớng của đại phân tử sau khi kéo căng cũng có ảnh
hởng không mong muốn đến tính chất khác của sợi, nh sợi khó nhuộm hơn,
tính hút ẩm giảm.
Quá trình kéo căng đợc tiến hành trên thiết bị kéo căng, trong đó sợi
đợc cuốn trên những bánh xe có tốc độ quay khác nhau. Tỷ tốc của những
bánh xe này chính là tỷ số căng của sợi. Trong nhiều trờng hợp để tạo điều
kiện cho những đại phân tử polyme trong sợi sắp xếp một cách trật tự hơn,
ngời ta bố trí hành loạt bánh xe cuốn sợi với tốc độ tăng dần và lúc đó tỷ số
căng chính là tỷ số giữa tốc độ của bánh xe đầu và cuối.
Quá trình kéo căng thờng thực hiện ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ hoá
thủy tinh của polyme, tức là nhiệt độ mà tại đó tính chất của polyme thay đổi

23
đột ngột (thể tích riêng, nhiệt dung riêng, độ dẫn nhiệt, tính cách điện, chỉ số
khúc xạ, mođun đàn hồi...)
Thờng gia nhiệt bằng cách cho sợi tiếp xúc với một bàn là có trang
bị nhiệt kế tự điều chỉnh nhiệt độ, hoặc đi qua bể nớc nóng, hoặc buồng kín
bão hòa hơi nớc quá nhiệt, đặt giữa 2 bánh xe.
Quá trình tiếp theo đặc biệt đối với sợi tổng hợp, là ổn định nhiệt : đa
sợi lên nhiệt độ nhất định trong khoảng thời gian nhất định. Quá trình này có
tác dụng giải phóng những sức căng nội của các đại phân tử trong sợi bị kéo
dài ra một cách cỡng bức, cho phép những đại phân tử bị xoắn tiếp nhận một

năng lợng để tự do trở về những vị trí thuận tiện hơn về mặt năng lợng. Sau
khi đã ổn định nhiệt sợi bền hình dạng, giữ nếp là, không bị co khi giặt bằng
nớc nóng.
Chơng 5 Sản xuất sợi nhân tạo
Sợi nhân tạo hay còn gọi là sợi bán tổng hợp vì nguyên liệu ban đầu là
những polyme có sẵn trong thiên nhiên, đợc phân thành hai nhóm chính:
xenluloza và protein của động thực vật.
5.1. Sợi trên cơ sở xenluloza
Nhóm sợi trên cơ sở xenluloza phong phú về sản lợng, đa dạng về
chủng loại dựa trên một nguồn nguyên liệu tái sinh không bao giờ cạn nếu
trên Trái đất còn nớc, không khí và ánh sáng. Theo số liệu thống kê
Xenluloza thu đợc chủ yếu là từ thế giới thực vật hùng hậu và phong
phú. Xenluloza thực chất là một loại polyme thiên nhiên thuộc họ
hiđratcacbon bao gồm các mắt xích cơ bản C
6
H
10
O
5
. Trừ một số trờng hợp
đặc biệt, nó tồn tại dới dạng tinh khiết nh bông, đay, gai... Xenluloza chỉ là
một trong nhiều thành phần của tế bào thực vật với các tỷ lệ khác nhau. Số
lợng mắt xích cơ bản làm cho trọng lợng phân tử trung bình của xenluloza
trong từng loại cây dao động khá rộng.
Ví dụ đối với gỗ thì độ trùng hợp trung bình khoảng 3000, của bông là
11.000, của lanh là 36.000 tơng ứng với M phân tử là 450.000, 1.750.000 và
5.900.000 đơn vị ôxi.

24
Xenluloza hòa tan trong một số dung môi rất hạn chế.

Tuy nhiên không phải loại xenluloza của tất cả các loại thực vật đều tạo
đợc sợi cả, vì vậy việc nghiên cứu để lựa chọn loại thực vật cho công nghiệp
sợi không phải là đơn giản và rất quan trọng. Loại thực vật đó phải thỏa mãn
các điều kiện nh sau:
- Mọc nhanh, dễ trồng
- Hàm lợng xenluloza cao
- Dễ khai thác
- Giá thành rẻ
Các loại cây thờng đợc sử dụng sản xuất sợi gồm: thông, bạch đàn,
phi lao, bồ đề, tre nứa... ngoài ra còn có thể sử dụng bã mía, lau, sậy, rơm rạ...
Một số phơng pháp tách xenluloza:
1/ Phơng pháp acid
Thân cây đợc róc sạch vỏ, băm nhỏ với kích thứoc nhất định rồi cho
vào nồi bằng thép chịu áp. Tiếp theo là cho dung dịch canxi bisunfit
Ca(HSO
3
)
2
chứa anhyđrit sunfurơ tự do, gia nhiệt đến 140-145
o
C trong thời
gian khoảng 10-15 giờ. Mục đích là tách tạp chất chính trong gỗ là licnin dới
dạng axit licninsunfonic. Các tạp chất khác nh pectin, hêmixenluloza... cũng
bị hoà tan vào nớc thải.
2/ Phơng pháp kiềm
Những mảnh gỗ đã đợc băm nhỏ cho vào nồi nấu với dung dịch xút
NaOH 5%, đôi khi bổ sung thêm natrisunfua, gia nhiệt đến 150-180
o
C, áp
suất là 6-10 at, thời gian nấu khoảng 6 - 8 giờ. Công đoạn tiếp theo là lọc

xenluloza khỏi chất thải hòa tan, rồi rửa lại kỹ bằng nớc mềm, đồng thời
đánh tơi thành bột nhão và mang đi tấy màu bằng clo, sau đó tẩy bằng natri
hypoclorit (NaOCl) hoặc clorua vôi (CaOCl
2
).
Quá trình tẩy trắng nhằm hai mục đích là loại bỏ hết các tạp chất lignin
làm vàng sợi và oxy hoá một phần xenluloza, bẻ gãy mạch phân tử xenluloza
để làm tăng hoạt tính cho xenluloza nhằm phục vụ cho ý đồ công nghệ sau
này.

25
Cuối cùng rửa sạch lại bằng nớc, ép và sấy khô. Đây là giai đoạn tạo
nguyên liệu đầu để sản xuất sợi.
Xenluloza thu đợc là một chất rắn màu trắng, xốp, dạng xơ có công
thức cấu tạo:


Chỉ số quan trọng nhất đặc trng cho chất lợng xenluloza là hàm
lợng của -xenluloza. Hàm lợng này càng cao thì chất lợng sợi càng tốt,
-xenluloza là mạch xenluloza có độ trùng hợp từ 200 trở lên, không tan trong
dung dịch NaOH 18%, ở 20
o
C trong 1 giờ. Thông thờng để sản xuất sợi thì
hàm lợng -xenluloza từ 96 đến 97%.
Trong đó các loại sợi đi từ xenluloza đã đợc sản xuất gồm: sợi vitxco
(chiếm số lợng lớn), sợi đồng-amoniac, sợi nitro xenluloza, sợi axetat...
5.1.1. sợi nitroxenluloza
Vào năm 1832, lần đầu tiên Brêcơn cho xenluloza tác dụng với axit
nitric trong môi trờng H
2

SO
4
và nitrat xenluloza đợc hình thành tuy nhiên
trong thời gian dài vẫn cha tìm ra đợc úng dụng của nó. Mãi đến năm 1880
nhà hoá học Pháp là Sacđônê đã hoà tan nó trong rợu và ête, sau đó đem
dung dịch đó đi ép và tạo sợi tơ mịn, bóng bẩy giống tơ thiên nhiên. Sau đó
ông nghiên cứu để cải tiến loại sợi này và cuối cùng ông cũng dệt ra đợc tấm
vải từ xenluloza đầu tiên và cũng mở đầu cho công nghệ sản xuất sợi.
Tuy nhiên loại sợi này có một nhợc điểm là ở trong chừng mực nào đó
nó giống nh thuốc nổ, khi gặp tàn lửa thuốc lá hoặc đôi khi chỉ cần va chạm
mạnh nó cũng có thể bùng cháy. nguyên nhân là do sự có mặt của những
nhóm nitrat, Sacđônê đã tìm cách khắc phục bằng cách thủy phân sợi để loại
trừ những nhóm nitrat và kết quả của quá trình thủy phân là xenluloza tái sinh.
Các tính chất cơ bản của xenluloza này không thay đổi bao nhiêu. Hiện
tợng cháy nổ của sợi bị loại bỏ. Sau đó một số loại sợi mới đợc tìm ra nh:
sợi đồng - amoniac, sợi vitxco. Các loại sợi này có những dặc tính u việt hơn