Nghiên cứu sự thay đổi một số tính chất vật lý của vải polyeste sau xử lý kiềm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-------------------

LÊ HOÀNG PHƯỢNG

NGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI MỘT SỐ TÍNH CHẤT
VẬT LÝ CỦA VẢI POLYESTE SAU XỬ LÝ KIỀM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU DỆT MAY

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS NGUYỄN NHẬT TRINH

HÀ NỘI-2018


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành cuốn luận văn này, Tác giả xin chân thành cảm ơn:
PGS.TS. Nguyễn Nhật Trinh, thầy đã dìu dắt, hƣớng dẫn tận tình, ln khích
lệ, đôn đốc, nhắc nhở và dành nhiều thời gian giúp em hoàn thành luận văn.
Tác giả xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cô Viện Dệt May - Da Giầy và
Thời Trang Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội đã hết lòng truyền đạt những
kiến thức quý báu trong suốt thời gian tác giả học tập tại trƣờng.
Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, tập thể giảng viên Trƣờng
Cao đẳng KT-KT Vinatex TP.HCM. Ban giám đốc Tổng Công ty Việt Thắng,

Công ty TNHH SXTM vải sợi Trƣờng Phát, Viện Dệt May Hà Nội đã giúp đỡ
trong việc tìm hiểu về vải, hóa chất và thử nghiệm để phục vụ cho đối tƣợng
nghiên cứu của luận văn.
Đặc biệt xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã cùng
động viên, giúp đỡ, khích lệ tinh thần, tạo điều kiện để tơi hồn thành luận
văn này.
Tuy nhiên, do trình độ hiểu biết và thời gian có hạn, thiếu kinh nghiệm lý
thuyết cũng nhƣ thực tế nên luận văn này cịn nhiều tồn tại và thiếu sót kính
mong q thầy cơ tƣ vấn, góp ý để luận văn đƣợc hồn thiện hơn.
Cuối cùng xin kính chúc Q thầy cơ, các bạn đồng nghiệp, gia đình, bạn
bè lời chúc sức khỏe, hạnh phúc và thành đạt.
Xin chân thành cảm ơn!
Tp Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2018
Học viên

Lê Hồng Phƣợng

Lê Hồng Phượng

1

Khóa 2016B


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan, luận văn thạc sỹ kỹ thuật “Nghiên cứu sự thay đổi

một số tính chất vật lý của vải polyeste sau xử lý kiềm” là cơng trình
nghiên cứu của riêng tơi, do PGS.TS Nguyễn Nhật Trinh hƣớng dẫn.
Những số liệu sử dụng đƣợc chỉ rõ nguồn trích dẫn trong danh mục tài
liệu tham khảo. Kết quả nghiên cứu này chƣa đƣợc công bố trong bất kỳ cơng
trình nghiên cứu nào từ trƣớc đến nay.

Học viên

Lê Hồng Phƣợng

Lê Hồng Phượng

2

Khóa 2016B


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................... 1
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. 2
MỤC LỤC ......................................................................................................... 3
DANH MỤC CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT ....................................................... 5
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ........................................................... 6
DANH MỤC CÁC BẢNG................................................................................ 7
LỜI MỞ ĐẦU ................................................................................................... 8

CHƢƠNG I : TỔNG QUAN VỀ XƠ POLYESTE ........................................ 10
1.1 Lịch sử hình thành và phát triển xơ polyeste ........................................ 10
1.2 Cấu trúc, cơng thức hóa học của xơ polyeste ....................................... 12
1.3 Phân loại xơ polyeste ............................................................................ 17
1.4 Tính chất cơ bản của xơ polyeste ......................................................... 18
1.4.1 Tính chất cơ học .............................................................................. 18
1.4.2 Tính chất vật lý ............................................................................... 19
1.4.3 Tính chất hóa học ............................................................................ 20
1.4.4 Tính chất khác ................................................................................. 21
1.5 Q trình sản xuất xơ polyeste (PET) ................................................... 22
1.5.1 Công đoạn chuẩn bị ........................................................................ 22
1.5.2 Các phƣơng pháp kéo sợi................................................................ 23
1.5.3 Quy trình sản xuất xơ polyeste (PET)............................................. 24
1.6 Ứng dụng của xơ và vải polyeste .......................................................... 30
1.7 Các nghiên cứu khoa học về xơ polyeste và xử lý kiềm vải polyeste .. 31
KẾT LUẬN CHƢƠNG I ................................................................................ 38
CHƢƠNG II. ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG & PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU ................................................................................................................ 39
2.1 Đối tƣợng nghiên cứu ........................................................................... 39

Lê Hồng Phượng

3

Khóa 2016B


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

2.2 Nội dung nghiên cứu ............................................................................. 40
2.2.1 Xử lý kiềm vải polyeste .................................................................. 40
2.2.2 Xác định các tính chất vật lý của vải polyeste sau khi xử lý kiềm . 40
2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu ...................................................................... 41
2.3.1 Phƣơng pháp chuẩn bị mẫu thí nghiệm .......................................... 41
2.3.2 Phƣơng pháp xử lý kiềm ................................................................. 41
2.3.3 Phƣơng pháp xác định tính chất vật lý............................................ 43
2.4 Phƣơng pháp xử lý số liệu thực nghiệm ............................................... 48
KẾT LUẬN CHƢƠNG II ............................................................................... 49
CHƢƠNG III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN ....................... 50
3.1. Nghiên cứu độ co của vải polyeste sau xử lý kiềm .............................. 50
3.1.1. Phƣơng án thay đổi nhiệt độ xử lý kiềm ......................................... 50
3.1.2. Phƣơng án thay đổi thời gian xử lý kiềm........................................ 52
3.1.3. Phƣơng án thay đổi nồng độ xử lý .................................................. 54
3.2. Nghiên cứu độ cứng uốn của vải polyeste sau xử lý kiềm ................... 57
3.2.1. Phƣơng án thay đổi nhiệt độ xử lý .................................................. 57
3.2.2. Phƣơng án thay đổi thời gian xử lý................................................. 60
3.2.3. Phƣơng án thay đổi nồng độ xử lý kiềm ......................................... 62
KẾT LUẬN ..................................................................................................... 65
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 67

Lê Hồng Phượng

4

Khóa 2016B


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

DANH MỤC CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT
TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam
BS: British Standard
PET: Polyeste

Lê Hồng Phượng

5

Khóa 2016B


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Xơ – sợi polyeste ..................................................................................10
Hình 1.2 Polyethylene terephthalate .....................................................................13
Hình 1.3 Xơ polyeste hình dọc và mặt cắt ngang .................................................13
Hình 1.4 Cấu tạo của đại phân tử polyeste ...........................................................13
Hình1.5 Mơ hình cấu trúc mắt lƣới tinh thể xơ polyeste .....................................15
Hình 1.6 Mơ hình kết cấu của sợi PET ................................................................16
Hình 1.7 Cấu trúc xơ polyeste ..............................................................................17
Hình 1.8 Xơ polyeste nhìn trên kính hiển vi.........................................................18
Hình 1.9 Sơ đồ khối cơng nghệ nhà máy sản xuất xơ sợi điển hình ....................22
Hinh 1.10. Hệ thống tổng hợp PET từ TPA, DMT và EG ...................................25

Hình 1.11: Sơ đồ cơng nghệ hình thành sợi polyeste bằng phƣơng pháp nóng
chảy .......................................................................................................................27
Hình 1.12: Dây chuyền sản xuất xơ polyeste hồn chỉnh.....................................29
Hình 1.13: Sản phẩm ứng dụng xơ- vải polyeste ................................................30
Hình 1.14 Polyeste với phản ứng Sodium Hydroxide ..........................................35
Hình 2.1: Vải dệt thoi kiểu vân điểm ....................................................................39
Hình 2.2 Kích thƣớc cắt mẫu

Hình 2.3 Dƣỡng đo chun dùng ..............44

Hình 2.4 Diện tích mẫu thử độ cứng uốn .............................................................46
Hình 2.5 Thiết bị đo độ cứng uốn dƣới và trên ....................................................47
Hình 3.1. Độ co dọc – ngang vải polyeste khi thay đổi nhiệt độ xử lý kiềm .......52
Hình 3.2 Độ co dọc – ngang vải polyeste khi thay đổi thời gian xử lý kiềm .......54
Hình 3.3 Độ co dọc - ngang vải polyeste khi thay đổi nồng độ xử lý kiềm. ........56
Hình 3.4 Độ cứng uốn dọc – ngang của vải khi thay đổi nhiệt độ xử lý kiềm. ....59
Hình 3.5 Độ cứng uốn dọc - ngang của vải khi thay đổi thời gian xử lý kiềm ....61
Hình 3.6 Độ cứng uốn dọc – ngang của vải khi thay đổi nồng độ xử lý kiềm. ...63

Lê Hồng Phượng

6

Khóa 2016B


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1 Tính chất cơ học của vải polyeste .....................................................19
Bảng 1.2 Tính chất vật lý của vải polyeste.......................................................20
Bảng 1.3 Tính chất hóa học của vải polyeste ...................................................21
Bảng 1.4 Tính chất khác của vải polyeste ........................................................21
Bảng 1.5 Dữ liệu của lụa và polyeste đƣợc sử lý bằng xút. .............................33
Bảng 2.1: Bảng thông số kỹ thuật mẫu vải thí nghiệm 100% polyeste ..........39
Bảng 2.2 : Số lƣợng mẫu vải polyeste cần chuẩn bị ........................................41
Bảng 3.1 Độ co dọc của vải sau khi thay đổi nhiệt độ xử lý kiềm ...................51
Bảng 3.2 Độ co ngang của vải sau khi thay đổi nhiệt độ xử lý kiềm ...............51
Bảng 3.3 Độ co dọc của vải khi thay đổi thời gian xử lý kiềm ........................53
Bảng 3.4 Độ co ngang của vải khi thay đổi thời gian xử lý kiềm ....................53
Bảng 3.5 Độ co dọc của vải khi thay đổi nồng độ xử lý kiềm .........................55
Bảng 3.6 Độ co ngang của vải khi thay đổi nồng độ xử lý kiềm .....................55
Bảng 3.7 Độ cứng uốn dọc của vải khi thay đổi nhiệt độ xử lý kiềm .............58
Bảng 3.8 Độ cứng uốn ngang của vải khi thay đổi nhiệt độ xử lý kiềm ..........58
Bảng 3.9 Độ cứng uốn dọc của vải khi thay đổi thời gian xử lý kiềm .............60
Bảng 3.10 Độ cứng uốn ngang của vải khi thay đổi thời gian xử lý kiềm ......60
Bảng 3.11 Độ cứng uốn dọc của vải khi thay đổi nồng độ xử lý kiềm ............62
Bảng 3.12 Độ cứng uốn ngang của vải khi thay đổi nồng độ xử lý kiềm. ......62

Lê Hồng Phượng

7

Khóa 2016B


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

LỜI MỞ ĐẦU
Từ cuối thế kỷ 19 đến đầu thế kỷ 20 đã xuất hiện một số sản phẩm xơ sợi
nhân tạo nhƣ viscose, acetate, casein….năm 1939 đã xuất hiện các loại xơ sợi
tổng hợp khác nhƣ: polyeste, polyamide, ….những năm đầu mới xuất hiện với
các dạng sản phẩm áo, quần nhƣng khơng đƣợc cơng chúng tiếp nhận, thậm
chí cịn bị tẩy chay. Bên cạnh đó, xơ thiên nhiên ngày càng thiếu hụt về số
lƣợng nên phải dùng xơ hóa học để bổ sung vào thay thế dần xơ thiên nhiên.
Hiện nay, xơ hoá học phát triển mạnh mẽ và đã trở thành vật liệu không thể
thiếu trên thị trƣờng sản phẩm hàng may mặc cũng nhƣ các sản phẩm kỹ thuật
phục vụ cho các ngành kỹ thuật khác.
Sự ra đời của xơ hóa học đã giải quyết đƣợc vấn đề về nguồn nguyên
phụ liệu tại chỗ, đặc biệt là trong ngành dệt vải - nhuộm - hoàn tất của ngành
may là rất lớn chƣa thể giải quyết trong thời gian ngắn. Vì vậy, phải đƣa ra
các giải pháp về cơng nghệ, thiết bị, máy móc để chủ động về nguyên liệu cho
ngành dệt, ngành may….
Dựa vào nguồn gốc nguyên liệu ban đầu, ngƣời ta chia sợi dệt ra làm hai
nhóm chính là xơ thiên nhiên và xơ hóa học. Xơ hóa học đƣợc chia thành hai
loại chính là xơ nhân tạo và xơ tổng hợp. Trong nhóm xơ tổng hợp có xơ
polyeste đƣợc sản xuất và sử dụng nhiều hơn so với các loại xơ khác
Trong quá trình sản xuất xơ polyeste tổng hợp đơn giản, các nguyên liệu
tham gia phản ứng trong q trình sản xuất ít độc hại, thiết bị sản xuất với quy
trình khép kín khơng có chất hóa học thải ra mơi trƣờng. Ngồi ra, polyeste là
chất nhiệt dẻo có thể tái sinh, có nhiều ƣu điểm về tính chất cơ học và hóa
học, đƣợc sử dụng rộng rãi trong ngành may mặc và các lĩnh vực khác.

Lê Hồng Phượng

8

Khóa 2016B


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

Mỗi loại vải đều có đặc điểm cấu tạo, cấu trúc, thành phần liên kết trong
vải trong suốt quá trình kéo sợi - dệt - nhuộm - hồn tất vải, sẽ tạo ra những
đặc điểm khác biệt về hình dạng, tính chất cơ lý và phạm vi ứng dụng của các
loại vải. Do đó, vải polyeste cũng có những ảnh hƣởng khơng nhỏ đến các
tính chất của sản phẩm nhƣ khó in, khó nhuộm, độ thống khí, độ cứng có thể
xảy ra trong q trình sản xuất và hồn tất sản phẩm.
Để khắc phục những nhƣợc điểm của vải polyeste ngƣời ta đã nghiên
cứu và có nhiều kết quả cho rằng quá trình tiền xử lý kiềm trƣớc khi in,
nhuộm có thể hạn chế đƣợc hiện tƣợng vón hạt, mềm mại, nhẹ nhàng trên bề
mặt vải. Các nghiên cứu cho rằng q trình xử lý kiềm cịn làm thay đổi cấu
trúc tinh thể cũng nhƣ tính chất cơ lý của xơ polyeste và sau khi xử lý kiềm bề
mặt vải trơn, bóng, nhẹ nhàng, mềm mại và mƣợt mà nhƣ lụa.
Đề tài “Nghiên cứu sự thay đổi một số tính chất vật lý của vải
polyeste sau xử lý kiềm” đã nghiên cứu và thực nghiệm khoa học để đánh
giá tác động kiềm đến các tính chất vật lý của vải polyeste trong quá trình xử
lý kiềm để làm tài liệu tham khảo cho các nhà sản xuất công nghiệp xử lý
hoàn tất vải polyeste cho phù hợp với các yêu cầu kỹ thuật trong sản xuất.
Luận văn nghiên cứu gồm 3 phần:
Chƣơng I: Tổng quan về xơ polyeste
Chƣơng II: Đối tƣợng, nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu
Chƣơng III: Kết quả nghiên cứu và bàn luận
Kết luận.

Lê Hồng Phượng

9

Khóa 2016B


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

CHƢƠNG I : TỔNG QUAN VỀ XƠ POLYESTE
1.1 Lịch sử hình thành và phát triển xơ polyeste
Polyeste đƣợc hình thành trên cơ sở của phản ứng ester hóa giữa acid hai
chức (diacid) và rƣợu hai chức (dialcohol). Do có vô số các kết hợp của
dialcohol và diacid nên tồn tại hàng trăm các polyeste, nhƣng chỉ khoảng một
ít trong đó có ý nghĩa thƣơng mại. Ký hiệu chung theo quy ƣớc quốc tế của
polyeste là PES, tuy nhiên cũng có thể dùng các ký hiệu riêng để mơ tả cho
từng cơng thức hóa học của chúng.

Hình 1.1 Xơ – sợi polyeste
Xơ polyeste đƣợc nghiên cứu thành công bởi W.H. Carother và các cộng
sự của công ty DuPont (Mỹ) từ những năm 1930, chủ yếu là PET. Sau đó
nhóm nghiên cứu của Anh dẫn đầu bởi J.R. Whinfield và J.T.Dickson trong
những năm đầu của thập niên 1940 đã phát triển thêm các quy trình sản xuất
nhiều loại polyeste khác gồm cả PBT, PPT, PTT và PEN. Sau chiến tranh thế
giới thứ II, việc thƣơng mại hóa PES đã nhanh chóng mở ra với sự hợp tác
trao đổi thông tin của các nhóm nghiên cứu. Ở Mỹ cơng ty DuPont nắm độc
quyền sản xuất PES với tên là Dacron. Ở Anh cơng ty ICI(Imperial Chemical

Lê Hồng Phượng

10

Khóa 2016B


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

Inducstries) độc quyền phân phối sản phẩm của họ đối với phần còn lại của
thế giới với tên là Terylene. Sau đó ICI cấp license phụ cho các cơng ty khác
nhƣ Algemrne Kunstzijde Unie (AKU - Hà Lan) với tên thƣơng mại của sản
phẩm Terlenka; Sociéte Rhodiaceta ở Pháp với tên là Tergal. Đến năm 1966
sự bảo hộ của các license hết hạn và polyeste đƣợc sản xuất rộng rải ở nhiều
quốc gia trên thế giới, nhất là ở các Châu Á nhƣ: Đài Loan, Trung Quốc,
Indonesia, Thái Lan, Ấn Độ….. Tuy nhiên, polyeste đã trải qua một thời kỳ
khó khăn, quần áo đƣợc làm từ sợi tổng hợp thƣờng bị mất giá và thậm chí bị
tẩy chay. Một số dạng sợi tổng hợp mới đƣợc giới thiệu vào đầu những năm
1990 mới có thể khơi phục lại hình ảnh polyeste. Dạng mới của polyeste đƣợc
gọi là sợi siêu nhỏ đƣợc giới thiệu đến với công chúng vào những năm 1991,
sang trọng và linh hoạt hơn polyeste truyền thống và các loại vải sợi
microfiber tƣơng tự vải lụa. Các nhà thiết kế nhƣ Mary McFadden đã tạo ra
một dòng quần áo mới của polyeste. Các nhà nghiên cứu dệt may tại Đại học
Bắc Carolina đang phát triển một polyeste có thể bền vững nhƣ Kevlar. Loại
polyeste này có thể sử dụng nhƣ vật liệu composite cho xe ôtô và máy bay.
Ở dạng sợi pha polyeste đƣợc pha trộn theo nguyên tắc để tận dụng triệt
để những ƣu điểm sẳn có và những đặc tính tốt có trong các xơ khác nhằm

khắc phục những nhƣợc điểm của xơ polyeste. Đặc biệt là cải thiện độ ẩm, độ
thơng thống và tăng tính mềm mại của vải.
Ví dụ nhƣ:
Xơ polyeste pha với xơ bông đƣợc pha trộn trong thời gian ghép (xơ
polyeste chải thô, xơ bông chải kỹ), tỉ lệ thành phần polyeste và bông 65%35% hay 50% - 50% sọi kéo ra có tên gọi là Peco (polyeste + cotton) có đặc
tính bền, nhẹ, mềm mại, hút ẩm tốt, có khả năng chống co, ít nhàu… đƣợc sử
dụng rộng rãi để may các loại áo sơ mi nam nữ.

Lê Hồng Phượng

11

Khóa 2016B


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

Polyeste pha len theo tỉ lệ 50% PET - 50% len cho ra loại vải mềm mại,
bền, ít nhăn giữ nếp tốt, hút ẩm tốt…đƣợc sử dụng để may áo veston.
Vải pha polyeste với các loại xơ khác đƣợc sử dụng phổ biến cho các
loại quần áo. . .Vải sợi pha đƣợc ngƣời sử dụng ƣa chuộng vì tính tiện nghi và
giá thành hợp lý.
Ví dụ: Vải pha 55% PET – 45 Visco tạo ra loại vải bền, ít nhàu, chống
co…dùng để may các sản phẩm thông thƣờng hay làm vải lót áo veston.
Vải pha 50% PET - 50% PAN tạo ra vải có độ bền cao, độ thấm hút tốt
…dùng để may các loại quần áo thể thao.Tóm lại, vải sợi pha giữa PET và
các loại xơ khác rất đa dạng và phong phú (xơ thiên nhiên, xơ nhân tạo, xơ
tổng hợp) đã tạo ra nhiều chủng loại, mẫu sản phẩm phù hợp với nhiều đối

tƣợng, đƣợc ứng dụng rộng rải.
Mặc dù tồn tại nhiều polyeste đƣợc sản xuất ở cấp độ thƣơng mại nhƣng
có mặt chủ yếu trên thị trƣờng dệt may chiếm 90% khối lƣợng sợi - vải
polyeste các loại. Hàng năm, nƣớc ta cũng nhập khẩu PES với khối lƣợng lớn
để phục vụ cho ngành dệt may và các ngành công nghiệp khác.
Bắt đầu năm 2011, Việt Nam đã có nhà máy sản xuất sợi PET Đình Vũ
đƣa vào hoạt động với cơng xuất khoảng 200.000 tấn/năm. Hiện nay, trên thị
trƣờng có 2 loại: xơ filament và xơ ngắn.
1.2 Cấu trúc, cơng thức hóa học của xơ polyeste
Polyeste là một polymer tuyến tính có chứa các nhóm chức Ester đƣợc
lặp lại (Hình 1.2). Mặt cắt ngang cũng có hình gần nhƣ trịn (Hình 1.3). Cấu
tạo của đại phân tử polyeste ( hình 1.4).

Lê Hồng Phượng

12

Khóa 2016B


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

Hình 1.2 Polyethylene terephthalate

Hình 1.3 Xơ polyeste hình dọc và mặt cắt ngang

Hình 1.4 Cấu tạo của đại phân tử polyeste

Lê Hồng Phượng

13

Khóa 2016B


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

Nghiên cứu cấu trúc xơ polyeste (PET) có 2 loại
- Cấu trúc vi mô
- Cấu trúc vĩ mô
 Cấu trúc vi mơ
Trong mạch phân tử xơ polyeste có 2 loại nhóm mạch là :

Nhóm mạch thẳng có độ linh

- Nhóm mạch thẳng :

động và tƣơng tác ở điều kiện thƣờng bằng lực Vandecvan(Vander Waal).
- Nhóm mạch vịng (Benzen):

làm cho mạch phân tử cứng

hơn, hạn chế sự biến dạng của các vùng không trật tự.
- Các nghiên cứu về cấu trúc của polyeste ngƣời ta đƣa ra mơ hình cấu
trúc mắt lƣới tinh thể xơ polyeste (hình 1.5). Mơ hình đƣợc xác định là vùng
đoạn mạch có các phân tử cacbon bão hòa mạch thẳng. Xơ xác định độ lớn

của kích thƣớc vùng đoạn mạch này. Tỉ lệ khối lƣợng giữa vùng tinh thể nà so
với tổng khối lƣợng xơ nghiên cứu đƣợc gọi là tỷ lệ tinh thể của mẫu.
Các cấu trúc vi thể của xơ polyeste đƣợc nghiên cứu và phát triển nhƣ sau:
Mơ hình của Statton: Xơ polyeste cũng nhƣ các loại xơ tổng hợp
khác, cơ cấu trúc dạng thớ đƣợc mô tả nhƣ sau: các phân tử tạo ra hạt dài gọi
là vi thớ (fibrille). Các vi thớ đƣợc tạo thành bởi các vùng tinh thể và các
vùng vơ định hình nằm xen kẽ nhau. Khoảng cách giữa hai vùng định hình
gọi là chu kỳ.

Lê Hồng Phượng

14

Khóa 2016B


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

Hình1.5 Mơ hình cấu trúc mắt lƣới tinh thể xơ polyeste
Mơ hình của Peeterlin mơ tả nhƣ sau: phần tinh thể phân tử đƣợc
tạo thành từ các đại phân tử gấp khúc, một số phân tử làm nhiệm vụ liên kết.
Số phân tử này chiếm 30% trong toàn bộ cấu trúc xơ và tạo liên kết giữa các
vùng bên trong tinh thể vi thớ với giữa các vi thớ, đƣợc gọi là liên kết vi thớ.
Mơ hình của Prevosek cùng với quan điểm với Statton và Peterlin
và cũng bổ xung thêm trong xơ tổng hợp có hai vùng: vơ định hình và vơ định
hình có định hƣớng, đƣợc thể hiện (hình 1.6).

Lê Hồng Phượng

15

Khóa 2016B


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

Các nhà khoa học thống nhất cấu trúc vi mô của xơ polyeste nhƣ sau:
các đại phân tử nằm sát nhau tạo thành những bó phân tử, từng phân tử có mật
độ cao tạo thành vi thớ, trong vi thớ có những vùng kết tinh và vơ định hình
liên kết trong vi thớ. Nhiều vi thớ tập hợp lại tạo thành đại thớ, nhiều đại thới
tập hợp tạo thành xơ. Một đại phân tử có thể nằm từ vi thớ này sang vi thớ
khác, phần nằm giữa các vi thớ hay đại thớ cạnh nhau gọi là vùng định hình.

Hình 1.6 Mơ hình kết cấu của sợi PET
 Cấu trúc vĩ mô
Xơ polyeste đƣợc tạo thành từ nhiều xơ cơ bản nằm sát nhau. Quan sát
dƣới kính hiển vi (hình 1.7) cho thấy: xơ polyeste có dạnh hình trụ hay hình
ba cạnh, bề mặt trơn, bóng, đƣờng kính khá đều trên tồn bộ mặt xơ.

Lê Hồng Phượng

16

Khóa 2016B

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

Hình 1.7 Cấu trúc xơ polyeste
1.3 Phân loại xơ polyeste
Hiện nay trên thị trƣờng xuất hiện rất nhiều loại xơ sợi polyeste với
nhiều tên gọi với các ứng dụng khác nhau trong ngành may mặc, kỹ thuật, y
tế, công nghiệp hay quân sự. Đƣợc phân thành bốn dạng sợi polyeste cơ bản
là xơ, sợi thô, filament và fiberfill.
Xơ ngắn hay xơ stapen chiếm 40% khối lƣợng xơ PES, hay 32,7% sản
lƣợng xơ hóa học của tồn thế giới. Xơ đƣợc hồn thiện bằng cách kéo giãn,
tạo nếp sóng nhăn, tẩm nhũ tƣơng, cắt ngắn và ép kiện thành phẩm. Nếu dùng
phƣơng pháp kéo sợi thơng thƣờng thì cho ra sợi dạng sợi cắt với tính chất
khơng hút ẩm, độ nóng chảy thấp, kém bền, giá thành rẻ thƣờng dùng để dệt
bạt (che mƣa, nắng).
Sợi filament gồm nhiều filament kéo giãn, chập lại thành một sợi phức
nhƣ Multifilaament Yarn (Multifil), Low Oriented Yarn (LOY), Fully Drawn
Yarn (FDY),…...Sợi filament dún nhƣ Draw Textured Yarn(DTY), Ari
Textured Yarn (ATY)…. Sợi filament đơn đƣợc quấn vào ống dùng trong kỹ
thuật nhƣ Monofilament Yarn (Monofil). Đƣợc dùng cho nghành dệt thoi (vải
quần áo) và dệt kim (vải rèm, lƣới, ren…).

Lê Hồng Phượng

17

Khóa 2016B

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

1.4 Tính chất cơ bản của xơ polyeste
Polyeste là một loại polyme nhiệt dẻo, hình thành sợi bằng phƣơng pháp
nóng chảy nên tiết diện xơ đều và có biên dạng giống biên dạng lỗ kéo sợi
(spinneret), mặt cắt của xơ (hình 1.8), thơng thƣờng chúng trịn, cấu trúc
đồng nhất từ ngoài vào trong, mặt ngoài dọc theo xơ trơn và bóng. Các nhà
sản xuất đã pha thêm TiO2 (Titanium dioxide) vào để làm cho sợi polyeste
giảm bóng bề mặt và tăng khả năng kéo sợi.

Hình 1.8 Xơ polyeste nhìn trên kính hiển vi
1.4.1 Tính chất cơ học
Polyeste là loại xơ có độ bền cao, chúng thay đổi tùy theo giai đoạn hồn
thiện đƣợc kéo giãn nhiều hay ít độ xoắn, độ chuyển tinh thể và q trình gia
cơng nhiệt, đặc tính khơng thay đổi khi ƣớt. Có độ bền hơn xơ bông gấp 2 lần
nên đƣợc sử dụng nhiều để làm chỉ may cũng nhƣ dệt ra các loại vải chịu lực
cao.
Độ đàn hồi module tƣơng đối lớn so với các loại xơ hóa học khác, độ
cứng uốn lớn hơn xơ nylon nhiều nên khơng thích hợp cho vải mặc lót.

Lê Hồng Phượng

18

Khóa 2016B


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

Độ bền kéo giãn tƣơng đối lớn có thể hồi phục hồn tồn và duy trì hình
dáng tốt.
Bảng 1.1 Tính chất cơ học của vải polyeste
Tính chất (đơn vị)

Giá trị

Độ bền (Mpa)
- Xơ dùng trong dệt may

450 - 750

- Xơ dùng trong kỹ thuật

850 - 1050

Độ bền kéo đứt (cN/tex)

25 - 65

Độ giãn đứt (% )

15 - 50

Độ giãn dài (% )

10 - 50

Module đàn hồi ban đầu (Mpa)
- Xơ dùng trong dệt may

< 6000

- Xơ dùng trong kỹ thuật

< 14500

Độ mảnh (g/den)

2.8 - 5.2

Khả năng chống nhàu, chống co

tốt

Độ mài mịn

Chỉ đứng sau nylon

1.4.2 Tính chất vật lý
Xơ polyeste có khối lƣợng riêng thay đổi theo trạng thái nóng chảy, vơ
định hình hay kết tinh. Trong điều kiện thơng thƣờng, xơ có mức độ kết tinh
nhất định nên khối lƣợng riêng trung bình khoảng 1,38 g/cm3.
Độ hồi ẩm thấp do không hút ẩm dao động từ 0,2 - 0,8 %. Mặc dù
polyeste khơng thấm hút.
Nhiệt tinh thể nóng chảy của polyeste gần bằng polyminde dao động từ
250 0C - 300 0C.

Lê Hồng Phượng

19

Khóa 2016B


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

Bảng 1.2 Tính chất vật lý của vải polyeste
Tính chất (đơn vị)

Giá trị

Khối lƣợng riêng (g/cm3)

1,38

- Ở trạng thái nóng chảy

1,21

- Ở trạng thái vơ định hình

1.33

- Ở trạng thái kết tinh

1,44

Đƣờng kính xơ (μm)

10 - 15

Độ hồi ẩm ở 65% RH

0,4

Độ co 160 0C
- Xơ dùng trong dệt may

5 - 15

- Xơ dùng trong kỹ thuật

2- 5

Nhiệt tinh thể nóng chảy (0C)

265 - 275

Bền với ánh sáng

Tốt

Độ thấm hút nƣớc (%)

0,6

Độ dẫn nhiệt (W/m/ 0C)

0,14

Độ dẫn diện (ohm cm)
- Khô

1018

- 0,5 % độ ẩm

1012

Độ cứng uốn

lớn hơn nylon nhiều

1.4.3 Tính chất hóa học
Ảnh hƣởng của kiềm: polyeste có sức đề kháng với kiềm yếu nhiệt độ
cao. Khi tác động với kiềm mạnh ở nhiệt độ cao xơ bị phá hủy.
Ảnh hƣởng của axit: khơng có tác động với các axit yếu ngay cả thời
điểm sôi, trừ khi sợi bị ngâm tẩm vài ngày. Polyeste có khả năng chống axit

Lê Hồng Phượng

20

Khóa 2016B

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

mạnh ở nhiệt độ phòng. Tiếp xúc với axit clohydric kéo dài ở thời điểm sôi và
phá hủy sợi. Tiếp xúc với axit sunfuric 96% gây ra sự phân hủy sợi.
Bảng 1.3 Tính chất hóa học của vải polyeste
Tính chất (đơn vị)

Giá trị
Bền

Axit
Axit nitric 66%

Kém bền

Axit sulfuric 96% ở nhiệt độ cao

Kém bền

H2SO4 < 70%

Ít bị ảnh hƣởng

H2SO4 > 98%

Bị hịa tan

NaOH

Kém bền

Chất Oxy hóa và chất khử

Bền

Ảnh hƣởng của dung mơi: polyeste nói chung kháng lại các loại dung
mơi hữu cơ. Các chất oxy hóa và chất tẩy trắng đƣợc sử dụng làm sạch và loại
bỏ vết bẩn không làm hỏng sợi. Nhƣng một số hổn hợp của pheno với
trichlooro-methane hịa tan sợi.

1.4.4 Tính chất khác
Bền với ánh sáng mặt trời hơn nylon nhƣng bị giịn, khơng bị ố vàng.
Polyeste kháng vi khuẩn, nấm mốc hay vi sinh vật gây hại. Đây là loại
xơ khó phân hủy khi thải ra mơi trƣờng xung quanh.
Bảng 1.4 Tính chất khác của vải polyeste
Tính chất (đơn vị)

Giá trị

Vi khuẩn

Bền
Ăn màu kém

Nhuộm

Lê Hồng Phượng

21

Khóa 2016B


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

1.5 Q trình sản xuất xơ polyeste (PET)
1.5.1 Cơng đoạn chuẩn bị
Sợi hóa học đƣợc hình thành trên cơ sở các polymer tƣơng ứng.Tùy
thuộc vào quy mô sản xuất và cơng nghệ của nhà máy (hình 1.10), sợi hóa
học có thể đƣợc sản xuất trên hai dạng nguyên liệu chính sau:
Sản xuất từ việc trùng hợp các monomer, tạo nên một dung dịch
polymer thuần nhất. Sau đó dùng cơng cụ và phƣơng pháp kéo sợi cho mỗi
loại đƣợc hình thành. Dạng này đƣợc sử dụng tại các nhà máy có khả năng
sản xuất ra các polymer sử dụng tại chổ.
Sản xuất từ các hạt polymer (chíp): các monomer đƣợc trùng hợp hay
để riêng lẻ dƣới dạng hạt (chíp) ở các nhà máy sản xuất hóa chất sau đó
chuyển đến các nhà máy kéo sợi. Tại đây cũng bằng các công cụ và phƣơng
pháp kéo sợi sẽ cho các loại sợi tƣơng ứng. Dạng này đƣợc sử dụng tại các
nhà máy khơng có khả năng sản xuất ra các polymer.

Hình 1.9 Sơ đồ khối công nghệ nhà máy sản xuất xơ sợi điển hình

Lê Hồng Phượng

22

Khóa 2016B


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

1.5.2 Các phƣơng pháp kéo sợi
- Sau khi đã hình thành đƣợc dung dịch polymer tƣơng ứng cho từng
loại sợi, ta tiến hành kéo sợi bằng một trong các phƣơng pháp sau:
- Phƣơng pháp kéo sợi khô
- Phƣơng pháp kéo sợi nóng chảy
1.5.2.1

Phƣơng pháp kéo sợi khơ

Dung dịch polymer tƣơng ứng dẫn từ bồn chứa qua ống lọc, qua ống
định hình chảy vào buồng bay hơi, tại đây dƣới dạng các dịng khí nóng làm
cho dung mơi hịa tan trong polymer thốt ra ngồi. Sợi đƣợc tạo thành và
dẫn xuống các trục cuộn (đƣợc bôi trơn và cuộn vào sợi). Phƣơng pháp này
dùng để kéo các loại sợi nhƣ: acrylic, acetate….
Trong phƣơng pháp này ta thấy:
- Khơng có sự biến đổi hóa học
- Nồng độ dung dịch, độ nhớt dung dịch phải cao
- Vận tốc kéo sợi cao
- Không cần phải sấy sợi
Tuy nhiên phƣơng pháp này đòi hỏi thiết bị phải giải quyết đƣợc thời
gian dung mơi thốt ra ngồi.

1.5.2.2

Phƣơng pháp kéo sợi nóng chảy

Polymer từ buồng chứa đƣợc đƣa đến bộ phận làm nóng chảy, tại đây
polymer đƣợc chảy qua lƣới lọc và lớp thạch anh, sau đó đƣợc ép qua các lỗ
định hình thành các chùm tia chất lỏng và đi qua buồn định hình sẽ đƣợc làm
lạnh bởi dịng khí trơ hoặc khơng khí để tạo thành sợi. Sợi hình thành đƣợc
dẫn qua các trục cuộn và quấn vào ống sợi.
- Không cần điều chế dung dịch kéo sợi

Lê Hồng Phượng

23

Khóa 2016B


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

- Không cần thu hồi dung môi. Do kéo sợi bằng phƣơng pháp nóng
chảy ở nhiệt độ cao(240 0C - 290 0C) nên nhiều khi phải dùng khí trơ để tránh
trình trạng sợi bị oxy hóa và phân hủy.
Tất cả các phƣơng pháp trên đều dùng dung dịch polymer tạo ra chùm tia
chất lỏng (còn gọi là chùm filamen), ngƣời ta phải bơm với áp xuất cực lớn
(200 - 400 Kpa) để ép đung dịch polymer đi qua các ống định hình gọi là
spinneret. Ống định hình có thể phân chia dung dịch thành những chùm tia
chất lỏng biến thành sợi sau này. Trên bề mặt ống định hình có nhiều lỗ,

đƣờng kính của lỗ và hình dạng lỗ có ảnh hƣởng đến tính chất của sợi.
Phƣơng pháp này dùng để kéo các loại sợi tổng hợp nhƣ polyeste, nylon…
1.5.3 Quy trình sản xuất xơ polyeste (PET)
Quy trình tiêu biểu dùng để sản xuất xơ polyeste (PET) bao gồm 3 giai
đoạn cơ bản: tổng hợp polyethylene terephthalate và tạo chíp, hình thành sợi
PET bằng phƣơng pháp nóng chảy, hồn thiện sợi bằng các phƣơng pháp hóa
lý.
Trong cơng nghiệp ngƣời ta tổng hợp từ dimethyl terephthalate (DMT)
với ethylene glycol (EG) theo phản ứng trùng ngƣng cho sản phẩm trung gian
là bishydroxyethylterephthalate (BHET)
Q trình hình thành hạt chíp (hình 1.11) nhờ chất xúc tác, nhiệt độ và
áp xuất mơi trƣờng thích hợp thay thế cho (DMT) thì phản ứng este hóa sẽ
sinh ra H2O thay vì methamol (CH3OH). Phản ứng có tính chất thuận nghich
nên ngƣời ta cho tiến hành ở các bể ester hóa và liên tục rút nƣớc hay
methamol ra, nhiệt độ khống chế ở mức 200 0C - 220 0C.
Ester hóa phản ứng cịn dƣ các thành phần polyeste và một lƣợng
ethylene glycol tạo nên khối lƣợng phân tử thấp đƣợc gọi là obligomer. Tiếp
theo sẽ chuyển obligomer vào các bồn polymer hóa với các chất xúc tác, nhiệt
độ và glyco đƣợc rút ra thu hồi lại bằng các bơm chân khơng. Sau khi đi qua

Lê Hồng Phượng

24

Khóa 2016B