Chủ động lựa chọn nguyên liệu bông dựa trên yêu cầu chất lượng sợi bằng ứng dụng mạng nơron nhân tạo (ANN)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
------------------------LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

CHỦ ĐỘNG LỰA CHỌN NGUYÊN LIỆU DỰA
TRÊN YÊU CẦU CHẤT LƯỢNG SỢI BẰNG MẠNG
NƠRON NHÂN TẠO (ANN)
NGÀNH CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU DỆT MAY
MÃ SỐ:

LÊ MINH TẤN

Ngưòi hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN MINH TUẤN

HÀ NỘI 2007


Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội

Khoa công nghệ Dệt May & Thời trang

Lời cam đoan
Tác giả xin cam đoan, toàn bộ nội dung đợc trình bày trong luận văn
đều do tác giả cùng các đồng nghiệp tìm tòi nghiên cứu, và tác giả tự trình
bày ra, không có sự sao chép từ các luận văn khác. Tác giả xin hoàn toàn chịu
trách nhiệm trớc pháp luật về những nội dung, hình ảnh cũng nh các biểu
bảng đợc trình bày trong luận văn.
Ngời thực hiện

Lê Minh Tấn

Luận văn cao học

1

Lê Minh Tấn


Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội

Khoa công nghệ Dệt May & Thời trang

Danh sách các ký hiệu, các chữ viết tắt.
Kí hiệu
ANN
b+
CVp
H (cm/cm)
HVI
Mat
Mic
Neps
Rd
Rkm
SCI
Str
T
Thick
Thin
U%

ý nghĩa
Artificial neural network - Mạng nơron nhan tạo
Độ vàng của xơ bông
không không đều độ bền sợi
Độ xù lông sợi
High volume instrument - Thiết bị kiểm tra tính chất xơ bông
Độ chín của xơ bông
Độ mảnh của xơ bông
Điểm kết tạp của sợi
Độ xám của xơ bông
Chiều dài đứt của sợi
Spinning consistency index - chỉ số dự báo khả năng kéo sợi
Độ bền xơ
Độ săn sợi
Điểm dày sợi
Điểm mỏng
sợi
Độ không đều sợi

Luận văn cao học

2

Lê Minh Tấn


Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội

Khoa công nghệ Dệt May & Thời trang

Mục Lục
Lời cam đoan
Mục lục
Danh sách các kí hiệu, các chữ viết tắt
Danh mục các bảng biểu
Danh mục các hình vẽ và đồ thị
Mở đầu
Chơng 1 : Các phơng pháp lựa chọn nguyên liệu hiện nay

1.1 Mối quan hệ giữa tính chất xơ và tính chất sợi
1.1.1 ảnh hởng của các thông số độ dài xơ tới chất lợng sợi ............ 11
1.1.2 ảnh hởng của độ mảnh xơ tới chất lợng sợi ............................ 15
1.1.3 ảnh hởng của độ chín xơ tới chất lợng sợi ............................... 16
1.1.4 ảnh hởng của độ bền xơ tới chất lợng sợi ................................ 17
1.1.5 ảnh hởng của độ giãn xơ tới chất lợng sợi ............................... 19
1.1.6 ảnh hởng của cấp bông tới chất lợng sợi................................. 19
1.1.7 Kết luận về mối quan hệ giữa các đặc trng tính chất của xơ và đặc
trng tính chất của sợi................................................................... 20
1.2 Các phơng pháp lựa chọn nguyên liệu ........................................ 21
1.2.1 Phơng pháp kinh nghiệm.............................................................. 21
1.2.2 Các phơng pháp dự báo
1.3 Xu hớng ứng dụng tin học, lý thuyết hệ thống và mạng trí tuệ nhân
tạo trên thế giới trong các vấn đề dự báo............................................ 22
1.4 ứng dụng mạng trí tuệ nhân tạo ( ANN ) trong ngành dệt may. 24
1.4.1 Lý thuyt mng nron nhõn to ..................................................... 24

Luận văn cao học

3

Lê Minh Tấn


Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội

Khoa công nghệ Dệt May & Thời trang

I. Gii thiu chung v mng nron nhõn to ................................... 24
1. Lch s phỏt trin mng nron nhõn to ....................................... 24
2. C s xõy dng mng nron nhõn to ..................................... 25
3. Cỏc khỏi nim chung..................................................................... 26
4. Nhng bi toỏn thớch hp cho mng nron .................................. 27
5. Cỏc lnh vc ng dng mng nron ............................................. 29
6. Cỏc u im v nhc im ca mng nron .............................. 29
II. Cu trỳc v hot ng ca mng nron ....................................... 30
1. Nron sinh hc.............................................................................. 30
2. Nron nhõn to.............................................................................. 33
3. Mng nron nhõn to .................................................................... 39
1.4.2 Sử dụng ANN dự báo các tính chất liên quan đến tính chất cơ lý
trong dệt may......................................................................................... 51
Chơng 2: Nội dung và phơng pháp nghiên cứu.............................. 58
2.1 Đối tợng nghiên cứu ...................................................................... 58
2.2 Phơng pháp nghiên cứu Giải thuật lan truyền ngợc lỗi ....... 59
2.2.1 Gii thiu gii thut .................................................................. 59
2.2.2 Ni dung gii thut ................................................................. 60
2.2.3 Gii thut BP Quy tc hc lan truyn ngc................... 66
2.2.3.1

Nghiờn cu s hi t v phc tp ca quỏ trỡnh hun luyn
mng................................................................................. 66

2.2.3.2

Cỏc yu t nh hng ti hiu qu ca gii thut lan truyn
ngc................................................................................ 69

Chơng 3: Kết quả và bàn luận ........................................................... 77

Luận văn cao học

4

Lê Minh Tấn


Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội

Khoa công nghệ Dệt May & Thời trang

mở đầu
Công nghệ kéo sợi là một công nghệ truyền thống có từ lâu đời và trải
qua nhiều quá trình phát triển. Một đặc điểm nổi bật của công nghệ kéo sợi là
dây chuyền công nghệ tơng đối dài và trải qua nhiều công đoạn với số lợng
máy lớn, do đó để đảm bảo đợc chất lợng sản phẩm thì các khâu sản xuất
đều phải đợc quan tâm đúng mức. Chất lợng sợi luôn chịu sự chi phối ảnh
hởng của nhiều yếu tố nh chất lợng nguyên liệu, tính hợp lý của các thông
số công nghệ, tình trạng thiết bị, trình độ quản lý, trình độ tay nghề và ý thức
của những ngời tham gia trong dây chuyền sản xuất, chất lợng hệ thống
điều không thông gió Trong đó, nguyên liệu là yếu tố ảnh hởng quyết định
đến chất lợng sản phẩm đầu ra và cũng là yếu tố ảnh hởng quyết định đến

giá thành sản phẩm, nó chiếm đến 60% đến 70% giá thành sợi bán ra.
Để sản xuất sợi đáp ứng đợc yêu cầu chất lợng và đảm bảo tính hiệu
quả về mặt kinh tế, việc lựa chọn nguyên liệu giữ một vai trò then chốt. Hiện
nay, việc lựa chọn nguyên liệu trong các nhà máy kéo sợi, chủ yếu dựa vào
kinh nghiệm của chuyên gia và các phơng pháp dự báo chất lợng sợi khác
nhau dựa vào các tính chất nguyên liệu đã biết trớc, sau đó so sánh kết quả
dự báo với yêu cầu chất lợng sợi, từ đó tìm ra phơng án nguyên liệu phù
hợp. Vấn đề dự báo chất lợng sợi đã đợc nghiên cứu, phát triển và tiến hành
thực nghiệm tại các xởng kéo sợi, các viện nghiên cứu, các trờng đại học
trên thế giới. Nhiều công thức thực nghiệm đã đợc đa ra và mang tính ứng
dụng cao, tuy nhiên không phải công thức nào cũng có tính dự báo sát thực và
áp dụng đợc trong mọi điều kiện. Hơn nữa, ngày nay, đa phần các nhà máy
kéo sợi sử dụng nguyên liệu pha trộn từ nhiều nguồn khác nhau nên rất khó
duy trì tính ổn định vì thế việc dự báo trở nên phức tạp hơn.
Tuy nhiên, với sự phát triển của công nghệ thông tin và tự động hóa,
ngành kéo sợi đã có trong tay những công cụ mạnh để thiết lập quy trình dự

Luận văn cao học

5

Lê Minh Tấn


Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội

Khoa công nghệ Dệt May & Thời trang

báo chất lợng sợi trên cơ sở các thông số đầu vào, điều này càng thuận lợi
hơn khi nhiều dây chuyền kéo sợi hiện đại đã quản lý các quy trình bằng máy

móc tự động. Xu hớng phổ biến trên thế giới ngày nay là ứng dụng mô hình
hoá, mô phỏng để mô tả các công đoạn kéo sợi, mô phỏng công nghệ để từ đó
có thể dự báo chất lợng sợi một cách chính xác và hiệu quả.
Trong điều kiện Việt Nam hiện nay, không nhiều nhà máy có điều kiện
thực hiện việc dự báo chất lợng sợi bằng công cụ tin học mà chủ yếu dựa trên
kinh nghiệm của chuyên gia và phơng pháp dự báo chất lợng sợi bằng các
công thức thực nghiệm.
Cho đến nay, việc lựa chọn nguyên liệu cho nhà máy kéo sợi trên thế
giới cũng nh Việt Nam vẫn chủ yếu dựa trên cơ sở các phơng pháp dự báo
chất lợng sợi kết hợp với kinh nghiệm của các chuyên gia công nghệ. Các
phơng pháp này cũng mang lại hiệu quả nhất định cho quá trình sản xuất.
Tuy nhiên, một vấn đề còn tồn tại đối với các nhà kéo sợi khi lựa chọn nguyên
liệu dựa vào phơng pháp dự báo chất lợng và kinh nghiệm là thiếu tinh chủ
động trong thiết lấp hỗn hợp nguyên liệu cũng nh mất nhiều thời gian để tính
toán dự báo. Nhiều khi, phải qua nhiều lần tính toán dự báo, các nhà công
nghệ mới lựa chọn đợc phơng án nguyên liệu thích hợp.
Do vậy, để tăng tính chủ động trong lựa chọn nguyên liệu cho nhà máy
kéo sợi, chủ động mua nguyên liệu phù hợp với yêu cầu sản xuất cũng nh tiết
kiệm thời gian khâu chuẩn bị nguyên liệu, tác giả lựa chọn nghiên cứu đề tài
Chủ động lựa chọn nguyên liệu bông cho nhà máy kéo sợi dựa trên yêu cầu
chất lợng sợi bằng mạng Nơron nhân tạo (Artificial Neural Network ANN) .
Mục tiêu đề tài hớng tới xây dựng thành công phần mềm lựa chọn
nguyên liệu nhờ công cụ mạng ANN
XY ZW

Luận văn cao học

6

Lê Minh Tấn

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội

Khoa công nghệ Dệt May & Thời trang

Chơng 1
Các phơng pháp lựa chọn nguyên liệu đang đợc sử
dụng hiện nay
1.1 Mối quan hệ giữa các tính chất của xơ và các tính chất của sợi
Quá trình sản xuất từ xơ bông đến sợi diễn ra trong quá trình dài và
phức tạp đợc miêu tả trong giản đồ nh sau :
Trồng , cán bông

- Giống
- Môi trờng
- Thu hoạch
- Bảo quản
- Cán bông

Tính chất xơ

Quá trình sản xuất

- Độ dài
- Độ đều
- Tỉ lệ xơ
ngắn
- Độ mảnh
- Độ chín

- Độ bền
- Độ giãn
- Tỉ lệ tạp

- Làm sạchXé trộn
- Chải
- Ghép-kéo
dài
- Chải kỹ
- Sợi thô
- Sợi con
- Sợi OE,
các sợi mới

Chất lợng sợi

- Chi số sợi
- Độ săn
- Độ bền
- Độ giãn
- Độ đều
- Điểm dày,
mỏng
- Tỉ lệ tạp
- Ngoại
quan

Từ giản đồ trên cho thấy rằng chất lợng sợi sản xuất ra phụ thuộc vào
rất nhiều yếu tố bao gồm chất lợng nguyên liệu, tình trạng thiết bị, tính hợp
lý của các thông số công nghệ, trình độ quản lý cũng nh tay nghề, ý thức của

những ngời tham gia trong dây chuyền sản xuất, chất lợng của hệ thống
điều không thông gió Trong đó, nguyên liệu ảnh hởng quyết định đến chất
lợng của sợi thành phẩm. Tuỳ theo mục đích và yêu cầu sử dụng cuối cùng
của sợi mà nhà sản xuất phải lựa chọn nguyên liệu phù hợp nhất và mang tính
kinh tế nhất.
Giữa các tính chất của xơ và các tính chất của sợi có quan hệ xác định,
quan hệ này chỉ là gần đúng và không mang tính bất biến cho mỗi loại xơ,
mỗi loại sợi, tuy nhiên nắm đợc quy luật chung của mối quan hệ này cũng là
Luận văn cao học

7

Lê Minh Tấn


Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội

Khoa công nghệ Dệt May & Thời trang

yếu tố quan trọng để chọn nguyên liệu hợp lý, phù hớp với yêu cầu chất lợng
sợi.
Bởi vậy, việc nghiên cứu mối quan hệ giữa các tính chất xơ và tính chất
sợi có vai trò hết sức quan trong trong việc xác định các phơng pháp lựa chọn
nguyên liệu
Xây dựng một chỉ tiêu tổng hợp, thống nhất nhằm đánh giá khả năng
kéo sợi của xơ ( spinability) là vấn đề đã đợc nghiên cứu và bàn luận nhiều
năm trên thế giới nh chỉ số chất lợng xơ FQI, FDI hệ số dự báo khả năng
kéo sợi SCI. Khả năng kéo sợi của xơ đặc trng bằng chi số sợi cao nhất của
sợi kéo ra đợc từ xơ đó trong điều kiện thiết bị, công nghệ nhất định mà sợi
đạt yêu cầu về chất lợng theo tiêu chuẩn xác định. Đây là đặc trng tính về

phơng diện chất lợng, nếu nói về phơng diện số lợng, phải tính đến chỉ
tiêu tỉ lệ chế thành sợi, cho biết khối lợng sợi sản xuất ra đợc từ một khối
lợng nguyên liệu nào đó tính theo tỉ lệ phần trăm. Hai chỉ tiêu nói trên là
những chỉ tiêu toàn diện đánh giá khả năng kéo sợi của xơ cả trên khía cạnh
chất lợng và số lợng.
Nhiều nhà khoa học cũng đã đa ra các công thức nhằm xác định tính
năng kéo sợi của bông.
Ví dụ, ta có công thức xác định tính năng kéo sợi của xơ bông nh sau :

L

s

= 0,01

1000

T

.B

S

Trong đó :
Ls : chiều dài sợi lớn nhất kéo ra từ 1kg bông ( km)
Ts : độ nhỏ sợi thấp nhất ( tex)
B : tỉ lệ chế thành sợi tính ra %, xác định theo công thức
B = D (C h + 0,9 C t + 0,5 k V ). A

D=92 đối với xơ bông trung bình chải thô

D=89 -y đối với hệ chải kỹ ( y là tỷ lệ bông rơi chải kỹ)
Luận văn cao học

8

Lê Minh Tấn


Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội

Khoa công nghệ Dệt May & Thời trang

Ch : hàm lợng hạt trong bông(%)
Ct : hàm lợng tạp trong bông(%)
Kv: hàm lợng vỏ hạt mang xơ trong bông(%)
A : hệ số phụ thuộc khối lợng xơ và tạp chất loại ra trong bông rơi A 3,2
Trong thực tế, để có thể biết đợc quan hệ giữa các tính chất của xơ và
chất lợng sợi, phơng pháp kéo sợi thí nghiệm thờng đợc áp dụng, tuy
nhiên, không phải ở quốc gia nào, cơ sở sản xuất nào cũng có điều kiện thực
hiện phơng pháp này. Thông thờng, khoảng 100 đến 500 kg nguyên liệu
đợc chọn và cho kéo sợi với một chi số xác định. Khi kéo sợi thử nghiệm,
ngời ta xác định luôn tỷ lệ chế thành ở các công đoạn và chất lợng sợi nh
chi số sợi, độ bền, độ săn và độ không đều theo những chỉ tiêu đó. Kéo sợi thử
nghiệm cũng cung cấp những số liệu cả về số lợng và chất lợng sợi, từ đó
nói lên khả năng kéo sợi của nguyên liệu đã chọn. Để hiểu rõ hơn nữa quan hệ
giữa các tính chất của nguyên liệu và các tính chất của sợi, có thể lập biểu đồ
xác định khả năng kéo sợi của nguyên liệu, trong đó trục hoành là chi số, trục
tung là chất lợng sợi với các chỉ tiêu : độ bền tơng đối, độ không đều chi số,
độ không đều độ bền và độ đứt sợi.
Khi tiến hành nghiên cứu quan hệ giữa tính chất của xơ và chất lợng

sợi, một vấn đề cần lu ý là tính chất nào của xơ có ý nghĩa quan trọng, quyết
định nhất đối với mỗi loại sợi.
Bằng thống kê và thực nghiệm, cả ngời trồng bông và ngời sử dụng
bông (nhà kéo sợi ) đều đã tiến hành nghiên cứu vấn đề này, trong đó dựa trên
các tính chất cơ bản của xơ và do đó là quan điểm lựa chọn.
Tại trung tâm nghiên cứu công nghệ nguyên liệu và dệt của Australia,
các nhà nghiên cứu đã cho biết tầm quan trọng của mỗi tính chất nguyên liệu
đến tính chất mỗi loại sợi , liệt kê theo mức độ quan trọng từ trên xuống duới

Luận văn cao học

9

Lê Minh Tấn


Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội

Khoa công nghệ Dệt May & Thời trang

theo bảng sau :

Luận văn cao học

10

Lê Minh Tấn


Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội

Khoa công nghệ Dệt May & Thời trang

Sợi Air-jet
Sợi nồi cọc

Sợi OE rotor

( gồm cả sợi Vortex - Murata
)

Độ dài xơ

Độ bền xơ

Độ dài xơ

Độ bền xơ

Độ mảnh xơ

Độ mảnh xơ

Độ mảnh xơ

Chiều dài xơ

Độ bền xơ

Độ ma sát của xơ

Độ sạch của xơ

Độ ma sát của xơ

Độ ma sát của xơ

Độ sạch của xơ

( Nguồn : Trung tâm Nghiên cứu công nghệ và dệt Australia [15])
Tại Trung tâm bông và cây trồng của Hy Lạp, các nghiên cứu tơng tự
cho kết quả nh sau :
Sợi nồi cọc

Sợi OE rotor

Sợi Air-jet

Độ dài xơ và độ đồng Độ mảnh xơ và độ chín

Độ dài xơ và độ đồng

đều về độ dài

( Micronaire)

đều về độ dài

Tỉ lệ xơ ngắn

Độ bền xơ và độ giãn

Tỉ lệ xơ ngắn

Độ mảnh xơ và độ chín

Tỉ lệ tạp còn d

Độ chống biến dạng uốn

( Micronaire)
Độ bền xơ và độ giãn

của xơ
Độ dài xơ và độ đồng Tỉ lệ tạp mịn
đều về chiều dài

Ma sát giữa các xơ với Tỉ lệ xơ ngắn

Ma sát giữa các xơ với

nhau ( tỉ lệ sáp)

nhau ( tỉ lệ sáp)

Tỉ lệ tạp còn d

Ma sát giữa xơ và kim Các thuộc tính khác
loại

( Nguồn : Trung tâm Bông và cây trồng Hy lạp [25])
Qua các thống kê trên, về cơ bản ta nhận thấy với sợi nồi cọc, các
thông số về chiều dài xơ cùng độ đều chiều dài và tỉ lệ xơ ngắn là quan trong
Luận văn cao học

11

Lê Minh Tấn


Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội

Khoa công nghệ Dệt May & Thời trang

nhất. Sự thay đổi về độ dài dẫn đến hiện tợng các xơ di chuyển, nằm tự do
trong cấu trúc và chúng ảnh hởng lớn đến độ đồng đều của sợi cũng nh độ
bền sợi, bên cạnh đó ma sát giữa các xơ với nhau phụ thuộc vào cả độ dài
trung bình nửa trên (UHML) và tỉ lệ sáp trong xơ.
Với sợi OE rotor, sức căng và độ săn sợi kém hơn sợi nồi cọc, các yếu
tố này có thể đợc bù bằng cách sử dụng xơ có độ bền cao và độ mảnh tốt.
Một số tính chất khác của xơ nh tỉ lệ tạp, tỉ lệ xơ ngắn, ma sát giữa các xơ
với nhau cũng rất quan trọng không chỉ đối với mức chất lợng chấp nhận
đợc của sản xuất mà còn giảm thiểu hiện tợng đứt sợi trong quá trình kéo
sợi.
Với sợi sản xuất kiểu dòng khí xoáy ( air-jet), yếu tố chính tạo nên độ
bền của sợi lại là hiệu ứng của quá trình các xơ quấn bao quanh sợi. Dựa trên
nguyên lý tạo sợi, các đặc trng quan trọng nhất của xơ là các thông số về độ
dài xơ ( UHML, độ đồng đều, tỉ lệ xơ ngắn ) và cả khả năng chống biến dạng
uốn cũng nh tỉ lệ tạp trong xơ.
Phạm vi ảnh hởng của các đặc trng tính chất của xơ đến chất lợng

sợi cần đợc quan tâm thích đáng khi lựa chọn nguyên liệu và pha trộn, căn cứ
trên yêu cầu chất lợng và độ mảnh của sợi cần sản xuất. Rõ ràng, với sợi chi
số rất cao, phải đặc biệt chú ý đến sự biến đổi của độ dài xơ và độ giãn, không
chỉ giữa các loại bông đợc pha trộn mà trong cả quá trình trộn. Độ dài xơ và
độ đồng đều về chiều dài đều phải đợc kiểm soát tốt. Do cha có các phép đo
tiêu chuẩn về độ ma sát giữa các xơ với nhau, nhà sản xuất nên chọn cách an
toàn hơn là giảm thiểu số chủng loại, giống bông hoặc các loại bông sinh
trởng trong điều kiện khác nhau khi pha trộn để giảm hiện tợng ma sát này.
Điều này cũng dựa trên cơ sở bông thuộc các nguồn giống khác nhau, từ các
vùng khác nhau có sự khác biệt đáng kể về tỉ lệ sáp và hình thái học bề mặt
của bông.
Các tính chất của xơ ảnh hởng đến các thông số công nghệ cần lu ý
Luận văn cao học

12

Lê Minh Tấn


Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội

Khoa công nghệ Dệt May & Thời trang

nh :
- quá trình chải thô
- cài đặt các thông số trong quá trình kéo dài
- tỉ lệ bông rơi chải kỹ
- độ săn trong sợi thô và sợi con
Trong khi đó, các đặc trng chất lợng sợi quan trọng nhất cần đợc
xác định thông thờng là các đặc trng sau :

- Chi số sợi và hệ số biến sai CV% của chi số
- Độ bền và hệ số biến sai độ bền CV%
- Độ giãn đứt và hệ số biến sai CV%
- Độ đều sợi U% và hệ số biến sai độ đều CV%
- Các khuyết tật của sợi ( điểm dày, mỏng, hạt kết)
- Độ săn và hệ số biến sai CV%
- Ngoại quan sợi
- Độ xù lông sợi
Sau đây, xét riêng biệt ảnh hởng của từng đặc trng tính chất của xơ
đến chất lợng của sợi trên cơ sở xét đến các thông số quan trọng đã nói ở
trên.

1.1.8 ảnh hởng của các thông số độ dài xơ tới chất lợng sợi
Độ dài xơ và các đặc trng khác về độ dài nh độ đồng đều về độ dài, tỉ
lệ xơ ngắn. . . ảnh hởng quan trọng đến chất lợng sợi sản xuất ra.
Phạm vi sợi sản xuất ra phụ thuộc chủ yếu vào độ dài xơ cho trớc và
sau đó là độ mảnh xơ. Xơ càng dài thì có khả năng kéo ra sợi càng mảnh.
Từ độ dài xơ, ngời ta cũng có thể xác định đợc độ bền lớn nhất kéo
đợc của sợi, đây là một chỉ tiêu quan trọng nhất cho biết chất lợng của quá

Luận văn cao học

13

Lê Minh Tấn


Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội

Khoa công nghệ Dệt May & Thời trang

trình kéo sợi. Khoảng 35 - 40% độ bền sợi bắt nguồn từ thuộc tính độ dài
trung bình nửa trên (UHML) của xơ, 10-15% bắt nguồn từ độ mảnh xơ ( tối
u) trong khi độ bền xơ chiếm 20-25%. Phần còn lại, 5% phụ thuộc cấp bông
và một tỉ lệ phần trăm rất nhỏ phụ thuộc vào các thông số khác [25].
Các nhà trồng bông, các công ty kéo sợi và cả các công ty thơng mại
đều quan tâm đến ảnh hởng của chiều dài bông đến chất lợng sợi, vì điều
này có ý nghĩa quan trọng trong giao dịch. Một thống kê đã đợc các nhà
nghiên cứu của Australia thực hiện và cho kết quả trong biểu đồ thể hiện trong
hình 1.1.

Hình 1. 1 : ảnh hởng các tính chất của xơ tới độ bền sợi
( Nguồn : Trung tâm Nghiên cứu công nghệ và dệt Australia [15])

Tỉ lệ
ảnh
hởng
đến
độ
bền
sợi
(%)

Chi số sợi (Ne)

Luận văn cao học

Độ dài xơ

Cấp bông

Độ bền xơ

Độ đều xơ

Độ mảnh xơ

% Độ chín

14

Lê Minh Tấn


Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội

Khoa công nghệ Dệt May & Thời trang

Tỷ lệ ảnh hởng nói trên trong thực tế phụ thuộc vào chi số sợi, chi số
càng cao ( trên Ne30), ảnh hởng của độ dài xơ càng tăng lên nhanh chóng
trong khi ảnh hởng của độ bền xơ lại giảm đi.
Theo các nghiên cứu của Trung tâm Bông và cây trồng Hy lạp [15], các
yếu tố ảnh hởng đến độ đứt sợi có hệ số tơng quan 0,89 với độ dài kéo sợi
2,5%SL. Điều này có nghĩa là khi độ bền xơ và độ mảnh đợc giữ cố định thì
độ dài 2,5%SL ảnh hởng tới 70% sự biến đổi của độ bền sợi. Cũng nh vậy,
hệ số tơng quan 0,71 tồn tại với chiều dài kéo sợi 50%SL ( phơng pháp
fibrograph) và 0,32 với tỉ lệ xơ ngắn. Do đó, chúng ta có thể nhận xét rằng
chính các xơ dài đã kiểm soát độ bền của sợi.
Nghiên cứu này cũng đợc các nhà khoa học ở Trung tâm Dệt Pakistan [23]
tiến hành và cho thấy chiều dài kéo sợi 2,5%SL là yếu tố đầu tiên cần lu tâm

đến trong việc chọn nguyên liệu và cũng đề xuất phơng pháp rút ngẫu nhiên
từ 100 kiện các mẫu bông để xác định 2,5%SL. Hệ số tơng quan rất cao cũng
đã đợc rút ra khi so sánh giữa 2,5%SL và độ bền sợi. Giống nh 2,5%SL, độ
dài kéo sợi 50%SL cũng là tính chất xơ quan trọng và tiêu biểu xác định độ
bền sợi với hệ số tơng quan tơng đơng với 2,5%SL.
Số vòng xoắn( vòng xoắn/inch) hay độ săn tới hạn để đạt đợc độ bền
sợi cao nhất cũng phụ thuộc vào độ dài xơ. Trên thực tế, nghiên cứu cho thấy
tồn tại một độ săn tối u căn cứ trên chi số sợi và độ dài xơ. Hệ số săn sợi
cũng đợc xác định dựa trên độ dài trung bình nửa trên (UHML) và mục đích
sử dụng cuối cùng của sợi tạo ra.
Ngoại trừ các xơ dài, tỉ lệ phần trăm các xơ ngắn ( nhỏ hơn 12,7mm)
trong bông cũng là một yếu tố rất quan trọng. Số xơ ngắn trong bông phụ
thuộc vào giống bông và cả phơng pháp thu hoạch và quá trình cán bông
trong khi một số lợng xơ ngắn cũng hình thành trong quá trình kéo sợi. Tỷ lệ
Luận văn cao học

15

Lê Minh Tấn


Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội

Khoa công nghệ Dệt May & Thời trang

phần trăm xơ ngắn cũng là tính chất quan trọng trong giao dịch thơng mại
xơ bông trong những năm gần đây, liên quan đến tối u hoá cấp bông.
ảnh hởng của xơ ngắn đến khả năng kéo sợi có thể kể ra nh sau :
- Làm tăng tỉ lệ xơ phế.
- ảnh hởng đến xơ bay và sự tích tụ xơ trong xởng kéo sợi.

- Là nguyên nhân chủ yếu gây nên điểm mỏng, điểm dày trong sợi.
- Tăng tỉ lệ đứt sợi ( thể hiện trong hình 1.2).
- ảnh hởng đến độ xù lông sợi và hệ số biến sai độ xù lông.
- ảnh hởng đến độ không đều sợi.
- Làm giảm độ bền sợi do không tạo đủ độ săn
Hình 1-2 : ảnh hởng của tỉ lệ xơ ngắn đến độ đứt sợi ( xơ ngắn hơn 3/8
inch)
Sợi Ne 30/1 chải thô

Số
lần
dừng
máy
trên
1000
giờ
chạy
máy
sợi
con
% Xơ ngắn , nhỏ hơn 3/8 inch

Một yếu tố nữa, việc cài đặt các thông số bộ kéo dài cũng phụ thuộc
chủ yếu vào độ dài UHML của sợi dựa trên máy phân tích dạng số fibrograph
và thiết bị HVI. Chính xác hơn, độ dài hiệu quả hay độ dài có hiệu ( effective
Luận văn cao học

16

Lê Minh Tấn

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội

Khoa công nghệ Dệt May & Thời trang

length ) là một tính chất có ích để cài đặt các thông số tối u cho bộ kéo dài.
Các công ty sản xuất máy kéo sợi cũng đa ra các thông số công nghệ cho
trớc để thực hiện cài đặt máy tối u dựa trên biểu đồ độ dài và đặc biệt là độ
dài hiệu quả.
Sản lợng của quá trình chải thô cũng phụ thuộc chủ yếu vào chiều dài
xơ trong khi cài đặt thông số máy chải thô còn căn cứ cả trên độ mảnh xơ.
Trong quá trình chải kỹ, các thông số chạy máy cơ học cũng đợc điều chỉnh
theo tỉ lệ xơ ngắn và độ dài lớn nhất.
Bên cạnh ảnh hởng có lợi của độ dài xơ đến chất lợng sợi, bông có độ
dài lớn hơn cũng giảm đợc sự hình thành hạt kết trong các quá trình kéo sợi.
Các khuyết tật của sợi đo đợc trên máy kiểm tra chất lợng sợi USTER nhìn
chung cũng có tơng quan lớn với độ dài xơ.
1.1.9 ảnh hởng của độ mảnh xơ tới chất lợng sợi
Khi xác định giá trị, tầm quan trọng của vật liệu đến kéo sợi, độ dài xơ
thờng đợc nhắc đến nh một tiêu chuẩn thì độ mảnh xơ trong nhiều mục
đích lại đợc coi tơng đơng hoặc đôi khi quan trọng hơn. Khi kéo cùng một
chi số sợi , xơ bông dài thể hiện rõ khuynh hớng làm tăng bền cho sợi và khi
kéo sợi có cùng độ bền, xơ bông dài cũng kéo đợc sợi có chi số cao hơn so
với xơ bông ngắn không chỉ bắt nguồn đơn thuần từ độ dài xơ. Các xơ bông
dài nhìn chung có chu vi nhỏ hơn, về cơ bản thờng mảnh hơn và cũng có xu
hớng bền hơn.
Độ mảnh xơ cũng là đặc trng quan trọng liên quan đến khả năng kéo
sợi và chi số sợi cũng nh độ bền. Trong giao dịch thơng mại, độ dài xơ, độ
mảnh xơ cùng với độ bền tạo nên giá trị thơng mại của xơ.

Độ bền và độ đồng đều của sợi phần lớn dựa trên số xơ trung bình có
trong mặt cắt ngang của sợi. Đo độ mảnh xơ hiện nay đều thực hiện trên các
thiết bị hiện đại dựa trên nguyên lý dòng khí thổi nh Micronaire. Với chi số

Luận văn cao học

17

Lê Minh Tấn


Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội

Khoa công nghệ Dệt May & Thời trang

sợi cho trớc, xơ càng mảnh, độ bền và độ đều càng cao, tơng tự với ngoại
quan sợi và độ bóng của sợi. Số lợng xơ nhỏ nhất có trong mặt cắt ngang của
sợi để tạo nên đặc tính yêu cầu và với chiều dài xơ bông trung bình là 80 xơ
trên một mặt cắt ngang đối với sợi nồi cọc và 110 xơ đối với sợi OE [23].
Độ mảnh xơ cũng là yếu tố quan trọng để xác định độ mảnh sợi nhỏ
nhất có thể sản xuất đợc trớc khi các yếu tố bất thờng trong kéo sợi tăng
lên lớn đến mức cả độ bền xơ có thể chấp nhận đợc lẫn tỉ lệ đứt sợi hợp lý
đều không thể giữ nguyên. Độ mảnh của xơ ảnh hởng đến độ bóng của cả sợi
và vải lẫn ánh màu của vải nhuộm. Tỉ lệ thuốc nhuộm ngấm vào xơ mảnh
nhiều hơn xơ thô và do đó, thời gian yêu cầu để tận trích hết thuốc nhuộm
trong mẻ nhuộm ngắn hơn đối với sợi, vải sản xuất từ xơ mảnh.
Độ mảnh cũng ảnh hởng đến độ bền sợi, độ đều và các đặc trng của
quá trình kéo dài. Tuy nhiên, khi kéo sợi mảnh từ các xơ mảnh, tỉ lệ hạt kết
tạo ra sẽ thờng xuyên hơn và nghiêm trọng hơn, đây là một yếu tố công nghệ
cần lu ý.

Nhìn chung, độ mảnh xơ ảnh hởng đến độ bóng, độ liên kết của xơ, độ
bền xơ, độ đồng đều , độ bền, ánh màu và quá trình hình thành hạt kết trong
sợi.
1.1.10 ảnh hởng của độ chín xơ tới chất lợng sợi
Độ chín xơ đợc xác định dựa trên mức độ phát triển của thành xenlulô
trong bông đối với chu vi của bông. Theo nghiên cứu cho trớc, thông thờng
bề dày của thành xenlulô trong xơ bông chín chiếm khoảng 1/4 đến 1/3 đờng
kính của tế bào. Độ chín của xơ chịu ảnh hởng của điều kiện khí hậu, côn
trùng, sự tấn công của sâu bọ cản trở đến sự bồi xenlulô trong xơ và nếu ít
quá, có thể coi là xơ dẹt, xơ chết.
Độ chín xơ không có ảnh hởng quan trọng đến độ bền sợi nhng có
ảnh hởng lớn đến quá trình kéo sợi và các tính chất khác của sợi và vải.

Luận văn cao học

18

Lê Minh Tấn


Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội

Khoa công nghệ Dệt May & Thời trang

Độ chín ảnh hởng đến hiệu suất quá trình xử lý bông với nhiều cách
khác nhau và có thể kết luận rằng, các xơ cha chín ảnh hởng bất lợi đến
quá trình sản xuất sợi và cả chất lợng sợi.
Các xơ cha chín gây ảnh hởng đến các yếu tố sau :
- Có thể gây nên hạt kết trong màng xơ chải thô và do vậy cũng ảnh
hởng đến các khuyết tật sau này của sợi, vải.

- Cản trở hiệu suất của quá trình kéo dài .
- Làm cho quá trình làm sạch khó khăn hơn và tăng tỉ lệ thất thoát các
xơ tốt khi loại tạp.
- Dẫn đến độ kém đồng đều của sợi và ngoại quan sợi không đẹp.
- Xơ dễ gẫy đứt, làm ảnh hởng đến tỉ lệ xơ ngắn, độ bền sợi và hiệu
suất của quá trình sản xuất.
- Các xơ cha chín khi nhuộm sẽ bắt màu kém hơn, do đó sẽ có ánh
màu sáng hơn các xơ đã chín.
- Là yếu tố chính làm cho màu sắc không đồng đều.
Chỉ cần 10% khác biệt về trọng lợng/cm đã gây ảnh hởng đánh kể,
gây nên sự sai khác về ánh màu khi nhuộm. Các yếu tố khác nh bản chất
thuốc nhuộm, màu và cấu trúc vải có thể tăng lên hoặc giảm đi sự khác biệt
này. Xơ bông chín cũng bóng hơn so với xơ bông cha chín [23].
Độ chín xơ bông có thể đợc đo trực tiếp từ máy USTER AFIS, hoặc
bằng phơng pháp thông thờng với kính hiển vi. Hệ số độ chín khoảng 0,85
và cao hơn là tốt, khoảng 0,75 là trung bình và 0,65 là kém.
Giá trị Micronaire ảnh hởng cả bởi độ mảnh và độ chín và hoàn toàn
kiểm soát khả năng nhuộm và sự thay đổi ánh màu. Giá trị Mirconaire sai
khác 0,5 trong pha trộn hàng ngày hoặc hàng tuần có thể dẫn đến sự thay đổi
rất lớn về ánh màu của sản phẩm cuối cùng. Khoảng giá trị Micronaire của
các loại bông riêng biệt phải rất hẹp ( nhỏ hơn 0,5 để đảm bảo hiệu quả trộn).

Luận văn cao học

19

Lê Minh Tấn


Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội

Khoa công nghệ Dệt May & Thời trang

1.1.11 ảnh hởng của độ bền xơ tới chất lợng sợi
Độ bền xơ có ảnh hởng trực tiếp đến độ bền của sợi, tuy nhiên vấn đề
này vẫn còn rất nhiều điều cha chắn chắn cần đợc nghiên cứu phát triển
thêm để xác định sự tơng quan giữa độ bền xơ với độ bền của các sản phẩm
trung gian và sản phẩm cuối cùng.

Luận văn cao học

20

Lê Minh Tấn


Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội

Khoa công nghệ Dệt May & Thời trang

Hình 1. 3 Quan hệ giữa độ bền của xơ và độ bền sợi
( nghiên cứu với 4 loại bông Australia khác nhau )
( Nguồn : Trung tâm Nghiên cứu công nghệ và dệt Australia [15])

Độ
bền
sợi
(mN/tex)

Độ bền xơ (mN/tex)

Xơ bền tạo nên sợi bền, đặc biệt với sợi chi số thô trong khi đo ở xơ mảnh các
tính chất này là ngợc lại , xơ dài và mảnh nhng yếu hơn vẫn có thể cho sợi
bền hơn.
Độ bền của xơ ảnh hởng không lớn tới quá trình kéo sợi, trong thực tế
số vòng xoắn và tốc độ quá trình sản xuất ảnh hởng lớn đến độ đứt sợi hơn
độ bền xơ.
Độ bền xơ ảnh hởng quan trọng đến sợi rotor tới mức thông thờng sợi
rotor kém bền hơn từ 15 đến 20% so với sợi nồi cọc khi sản xuất từ cùng một
loại bông với cùng một chi số. Do đó, sản xuất sợi rotor cần xơ bông có độ
bền lớn hơn. Tuy nhiên, độ bền giảm đi khi chi số sợi tăng lên, vì hầu hết các
xơ đợc định hớng rõ rệt theo trật tự nhất định trên sợi nồi cọc.
Luận văn cao học

21

Lê Minh Tấn


Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội

Khoa công nghệ Dệt May & Thời trang

Hiện tại, hầu hết áp dụng độ bền xơ đo đợc trên thiết bị HVI , mặc dù
phải đặt khoảng cách 1/8 inch thì mới có tơng quan tốt hơn với độ bền sợi.
Điều này ứng dụng nhiều hơn với sợi chải thô, còn sợi chải kỹ thì khoảng cách
kẹp 0 lại cho hệ số tơng quan tốt hơn.
Cần lu ý, độ bền xơ và độ bền sợi đều bị ảnh hởng bởi độ ẩm tơng đối
. Khi tăng độ ẩm tơng đối lên 60%, độ bền lớn nhất của xơ và sợi đều có thể
đạt đợc.

1.1.12 ảnh hởng của độ gin xơ tới chất lợng sợi
Độ giãn xơ có mối tơng quan mật thiết tới độ giãn của sợi, chi số sợi
và số vòng xoắn. Độ giãn xơ ảnh hởng tới độ giãn của vải trong bất kỳ quá
trình xử lý hoàn tất nào, sự thay đổi về cấu tạo hoá học, cấu trúc xơ xảy ra
trong suốt quá trình xử lý hoàn tất làm ảnh hởng đến mối quan hệ này.
ảnh hởng của độ giãn xơ thể hiện rõ ràng hơn trong quá trình xử lý từ
xơ đến sợi. Với xơ bông độ dài trung bình, giá trị độ giãn cao làm giảm thời
gian dừng máy và cho phép kéo dài với bội số lớn hơn và hiệu suất cao hơn,
ngay cả khi sản xuất sợi mảnh hơn hoặc sợi có độ săn thấp. Nhìn chung, khi
độ giãn xơ tăng khoảng 6% đến 10% thì tốc độ có thể tăng 1000 vòng/phút
mà không thay đổi thời gian dừng máy[23].
Có thể kết luận, tăng độ giãn của xơ thì độ bền sợi tăng lên ( sợi đơn ) và độ
giãn sợi cũng tăng theo.
1.1.13 ảnh hởng của cấp bông tới chất lợng sợi
Cấp bông bắt nguồn từ chính chất lợng bông dạng nguyên liệu thô và
căn cứ vào các yếu tố : màu sắc, sự chuẩn bị và các yếu tố ngoại lai ( hay tỷ lệ
tạp). Mỗi cấp ảnh hởng khác biệt tới chất lợng kéo sợi và chất lợng sợi.
Theo phân cấp của Mỹ, màu sắc và đặc biệt là độ phản quang Rd và độ
nhiễm màu ( ngả vàng) +b đợc đo bằng thiết bị đo màu sẽ trực tiếp ảnh
hởng đến màu sắc sợi. Sự thay đổi màu sắc, đặc biệt là độ phản quang trong

Luận văn cao học

22

Lê Minh Tấn


Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội

Khoa công nghệ Dệt May & Thời trang

pha trộn hàng ngày, hàng tuần có thể gây nên lỗi, làm cho các sản phẩm có
hai màu riêng biệt. Kiểm soát chặt chẽ phạm vi màu sắc của mỗi loại bông
riêng biệt trong pha trộn là biện pháp có thể giảm thiểu hiện tợng này. Độ
phản quang sai khác 1 độ và độ ngả vàng sai khác 0,5 trong pha trộn cần
điều chỉnh để tránh hiện tợng gây nên sự biến đổi ánh màu trớc khi nhuộm.
Tỉ lệ tạp trong bông có thể giúp ớc lợng tỉ lệ xơ tốt bị loại ra hoặc các
vật liệu không thể kéo sợi đợc trong bông nh tạp, bụi, vi bụi. Mỗi loại cũng
nh toàn bộ các loại tạp trên dẫn đến các vấn đề trong quá trình sản xuất, sản
lợng và môi trờng làm việc và tất nhiên là chất lợng sợi, do nó ảnh hởng
trực tiếp đến tỉ lệ hạt kết và ngoại quan của sợi
1.1.14 Kết luận về mối quan hệ giữa các đặc trng tính chất của xơ và đặc
trng tính chất của sợi
Một cách chung nhất, căn cứ trên các nghiên cứu đã đợc tiến hành tại
nhiều nơi trên thế giới, ta có thể đa ra các nhận định cơ bản về mối quan hệ
giữa các tính chất của xơ và tính chất của sợi, mặc dù còn rất nhiều vấn đề cần
đợc phát triển, nhiều dữ liệu có liên quan cần quan tâm , khám phá.
Có thể đánh giá các đặc trng tính chất nổi bật của sợi chịu ảnh hởng
bởi các đặc trng tính chất của xơ nh sau :
- Độ bền sợi: Dù sản xuất từ loại bông nào thì độ bền sợi cũng đợc
coi nh là kết quả tổng hợp, cân bằng của các yếu tố : độ bền xơ, độ
liên kết xơ, độ mảnh xơ, hệ số ma sát xơ
+ Với sợi nồi cọc : độ bền sợi căn cứ chủ yếu trên độ bền xơ, độ dài,
micronaire ( độ mảnh) , độ giãn, tỉ lệ xơ ngắn và hoặc tỉ số độ đều theo độ dài
xơ (UR) .
+ Với sợi OE: độ bền sợi căn cứ chủ yếu trên độ bền xơ, giá trị
micronaire và độ dài UHML.
- Các lực ma sát: Các lực này giữ các xơ thay đổi từ 0 cho đến giá trị

Luận văn cao học

23

Lê Minh Tấn


Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội

Khoa công nghệ Dệt May & Thời trang

lớn nhất giữa các xơ và là tổng hợp của các lực liêt kết từ đầu cuối
xơ đến điểm này, do đó xơ càng dài thì các lực ma sát càng lớn.
- Hệ số độ săn: Với độ bền sợi tới hạn , hệ số này phụ thuộc vào chiều
dài xơ, độ mảnh xơ và hệ số ma sát.
- Độ đồng đều và độ đều xơ: Cả sợi nồi cọc và OE, các thông số này
đều liên quan đến chiều dài xơ, độ mảnh xơ, độ bền và tỉ lệ xơ ngắn.
- Điểm dày: Trong cả hai hệ kéo sợi nói trên, đặc trng này đều chịu
ảnh hởng của UHML và các loại tạp trong xơ.
- Điểm mỏng: Đặc trng này cũng chịu ảnh hởng của độ dài UHML,
tỉ lệ xơ ngắn đối với sợi nồi cọc và độ dài UHML, micronaire đối
với sợi OE.
- Chất lợng quá trình kéo sợi: Xác định chủ yếu từ chiều dài xơ,
micronaire ( độ chín) và độ giãn.
- Hạt kết: Trong cả hai trờng hợp đều chịu ảnh hởng của độ dài
UHML, micronaire( độ mảnh và độ chín), độ dài trung bình.
- Lợng xơ hồi : chịu ảnh hởng của cấp bông và tỉ lệ xơ ngắn.
Để tham khảo, luận văn giới thiệu bảng thống kê các tính chất của xơ
cần có đối với hai hệ kéo sợi nồi cọc và OE đã đợc các nhà nghiên cứu, các
cơ sở sản xuất nguyên liệu và nhà sản xuất thiết bị kéo sợi đề ra nh sau :

Tính chất của xơ
Độ dài

Kéo sợi nồi cọc

Kéo sợi rotor

Nhỏ nhất 1 đến 1-1/8 Nhỏ nhất 7/8 inch
inch

Độ đồng đều

Nhỏ nhất 45%

Nhỏ nhất 45%

Micronaire

3,5 đến 5,0

Lớn nhất 4,0

Số xơ chín

Nhỏ nhất 80%

Nhỏ nhất 70%

Độ bền

Nhỏ nhất 25g/tex

Nhỏ nhất 26g/tex

Tạp

Lớn nhất 2%

Lớn nhất 1,5%

Luận văn cao học

24

Lê Minh Tấn