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

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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRẦN ĐỨC TRUNG

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH HÓA NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH QUẤN ỐNG VÀ MẠNG ANN DỰ BÁO

CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM SỢI QUẤN ỐNG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ DỆT, MAY

Hà Nội - 2024

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRẦN ĐỨC TRUNG

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH HÓA NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH QUẤN ỐNG VÀ MẠNG ANN DỰ BÁO

CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM SỢI QUẤN ỐNG

Ngành: Công nghệ Dệt, MayMã số: 9540204

LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ DỆT, MAY

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

Hà Nội - 2024

LỜI CAM ĐOAN

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

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

Hà Nội, ngàytháng năm 2024

TS Đào Anh Tuấn

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới PGS TS Chu Diệu Hươngvà Tiến sĩ Đào Anh Tuấn, những người thầy đã tận tình hướng dẫn, động viên khích lệ,dành nhiều thời gian, tâm sức trao đổi góp ý cùng tôi trong quá trình thực hiện luậnán.

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

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

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

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

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

Xin trân trọng cảm ơn!

Hà Nội, ngàythángnăm 2024

Tác giả luận án

Trần Đức Trung

1 TÍNH CẤPTHIẾT CỦA ĐỀ TÀI 2

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 3

3 Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI LUẬN ÁN 3

4 Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI LUẬN ÁN 4

5 NHỮNG ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN ÁN 4

6 KẾT CẤU CỦA LUẬN ÁN 5

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 6

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

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

1.1.2 Các đặc trưng chất lượng sợi và ý nghĩa 7

1.1.2.1 Độ nhỏ và độ không đều 7

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

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

1.1.2.4 Phương pháp đánh giá chất lượng sợi 15

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

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

1.1.3.2 Mật độ quấn búp sợi 17

1.1.3.3 Xếp trùng và các tật lỗi ngoại quan khác 18

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

1.2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sợi 20

1.2.1.1 Ảnh hưởng của quá trình quấn ống 20

1.2.1.2 Ảnh hưởng của thông số công nghệ quấn ống 22

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

1.2.2.1 Góc chéo các vòng sợi và đường kính búp sợi 24

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

1.2.2.3 Ảnh hưởng đồng thời của một số yếu tố 29

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

1.3.1 Khái niệm về mô hình hóa và mô phỏng 30

1.3.2 Ứng dụng mô hình hóa 32

1.3.3 Ứng dụng mô phỏng 36

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

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

1.4.2.1 Nơ ron sinh học 40

1.4.2.2 Mạng nơ ron nhân tạo 41

1.4.3 Ứng dụng mạng nơ ron nhân tạo 42

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

CHƯƠNG 2 NỘI DUNG, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 50

2.1 Nội dung nghiên cứu 50

2.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 50

2.2.1 Đối tượng nghiên cứu 50

2.2.2 Phạm vi nghiên cứu 52

2.3 Phương pháp nghiên cứu 52

2.3.1 Nghiên cứu tài liệu và khảo sát thực tế 52

2.3.2 Xây dựng mô hình quấn ống 53

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

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

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

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

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

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

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

2.3.5.1 Cơ sở để áp dụng 66

2.3.5.2 Các bước thực hiện 67

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

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

2.3.6.1 Lựa chọn cấu trúc mạng ANN 71

2.3.6.2 Huấn luyện mạng ANN 72

2.3.6.3 Tính sai số truyền ngược 74

2.3.6.4 Cập nhật trọng số 75

2.3.6.5 Mẫu học và mẫu kiểm tra 76

2.3.6.6 Đánh giá kết quả dự báo 76

Kết luận chương 2 76

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN 78

3.1 Kết quả nghiên cứu xây dựng mô hình quấn ống, xác định và kiểm tra thông số của mô hình 78

3.1.1 Nghiên cứu xây dựng mô hình quấn ống 78

3.1.2 Xác định và điều chỉnh vận tốc quấn ống 80

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

3.1.3.1 Thiết lập phương trình tính lực ép 82

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

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

3.1.4 Kiểm tra thông số của mô hình 90

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

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

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

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

3.2.2 Xác định ảnh hưởng đồng thời của một số thông số công nghệ đến CLSP sợi102 3.2.2.1 Ma trận thí nghiệm 102

3.2.2.2 Thiết lập các phương trình hồi qui 105

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

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

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

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

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

3.3.1 Thiết kế cấu trúc mạng ANN 119

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

3.3.3 Kết quả dự báo CLSP sợi 121

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

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

Kết luận chương 3 133

KẾT LUẬN CỦA LUẬN ÁN 135

HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 138

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 139

TÀI LIỆU THAM KHẢO 140PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Các ký hiệu

CV: Hệ số biến sai độ không đều khối lượng (%) Nm: Chi số sợi (m/g)

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

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

Tt: Độ nhỏ của sợi (tex)

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

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

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

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

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

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

CLS: Chất lượng sợi

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

HHQ: Hàm hồi quy

IPI: Chỉ số khuyết tật (Imperfection Index)

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

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

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

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

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

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

Bảng 3.1 Kết quả tính toán Z1, n0, nM, fM 82

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Bảng 3.16 Kết quả tính mật độ quấn búp sợi Y(g/cm3) khi tải trọng x2 (Z2) thay đổi .111 Bảng 3.17 Kết quả xác định P0 và η khi vận tốc quấn ống thay đổi đối với 3 loại sợi.115 Bảng 3.18 Kết quả xác định thông số quấn ống tối ưu để đạt được mức tăng độ xù lông nhỏ nhất 116 Bảng 3.19 Kết quả xác định thông số tối ưu để đạt được mức tăng độ không đều nhỏ

nhất 116

Bảng 3.20 Kết quả xác định thông số công nghệ tối ưu để đạt yêu cầu về mật độ quấn

búp sợi Y ở mức dưới 0,6g/cm3 117

Bảng 3.21 Kết quả xác định đường kính trung bình Dtb, mật độ quấn Y và độ cứng C của búp sợi 118

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

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

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

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

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

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

Bảng 3.28 Các phương án kiểm tra mạng ANN 130

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

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

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

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

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

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

Hình 1.5 Sợi xù lông 13

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

Hình 1.7 Biểu đồ quang phổ của độ xù lông 14

Hình 1.8 Lỗi khuyết tật sợi 15

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Hình 1.24 Sơ đồ nguyên lý mô hình quấn ống của P Banda, G Durur 33

Hình 1.25 Mô hình quấn ống để đo sức căng sợi 34

Hình 1.26 Sơ đồ nguyên lý mô hình quấn ống của Rafael Beltran 34

Hình 1.27 Mô hình mô phỏng hệ thống phanh sợi kiểu đĩa ma sát không có tín hiệu phản hồi 36

Hình 1.28 Mô hình mô phỏng hệ thống phanh sợi kiểu đĩa ma sát có tín hiệu phản hồi

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

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

Hình 1.31 Mô hình mô phỏng nguyên lý điều khiển sức căng sợi 38

Hình 1.32 Mô hình mô phỏng quá trình tháo sợi từ búp sợi trụ 38

Hình 1.33 Sơ đồ cấu trúc nơ ron sinh học 40

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

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

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

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

Hình 1.38 Máy Uster Fabricscan 46

Hình 2.1 Ống sợi con 51

Hình 2.2 Búp sợi côn 51

Hình 2.3 Mô hình một đơn vị quấn ống 53

Hình 2.4 Phim đo áp lực của FUJIFILM 54

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

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

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

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

Hình 2.9 Máy Uster Tester 5 59

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

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

Hình 2.12 Nguyên lí đo độ xù lông trên máy Uster Tester 5 62

Hình 2.13 Máy Uster Tensorapid 3 62

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

Hình 2.15 Guồng sợi Salo 63

Hình 2.16 Cân phân tích điện tử Mettler AE 240 63

Hình 2.17 Kính hiển vi quang học Leica 64

Hình 2.18 Thiết bị đo độ cứng HP.5 64

Hình 2.19 Búp sợi côn 65

Hình 2.20 Sơ đồ giải thuật lan truyền ngược lỗi 72

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

Hình 3.2 Sơ đồ truyền động cho búp sợi 80

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

Hình 3.4 Xác định khoảng cách xr 83

Hình 3.5 Xác định góc αr 84

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Hình 3.28 Mặt biểu diễn sự biến đổi của mật độ quấn phụ thuộc vào vận tốc quấn ống Hình 3.32 Mặt biểu diễn sự biến đổi của mật độ quấn phụ thuộc vào vận tốc quấn ống và tải trọng (Ne 30/1 COCM) 114 Hình 3.33 Mặt biểu diễn sự biến đổi của mật độ quấn phụ thuộc vào vận tốc quấn ống và khoảng cách (Ne 30/1 COCM) 114 Hình 3.34 Mối quan hệ giữa độ cứng và mật độ quấn 118 Hình 3.35 Cấu trúc mạng ANN dự báo CLSP sợi quấn ống 119 Hình 3.36 Dự báo mức tăng độ không đều của sợi Ne 31/1 CVCD bằng ANN so với thực nghiệm 122 Hình 3.37 Dự báo mức tăng độ xù lông của sợi Ne 31/1 CVCD bằng ANN so với thực nghiệm 123 Hình 3.38 Dự báo mật độ quấn sợi Ne 31/1CVCD bằng ANN so với thực nghiệm 123 Hình 3.39 Dự báo mức tăng độ không đều của sợi Ne 30/1 CVCM bằng ANN so với thực nghiệm 125 Hình 3.40 Dự báo mức tăng độ xù lông của sợi Ne 30/1 CVCM bằng ANN so với thực nghiệm 125 Hình 3.41 Dự báo mật độ quấn sợi Ne 30/1 CVCM bằng ANN so với thực nghiệm 126 Hình 3.42 Dự báo mức tăng độ không đều của sợi Ne 30/1 COCM bằng ANN so với thực nghiệm 127 Hình 3.43 Dự báo mức tăng độ xù lông của sợi Ne 30/1 COCM bằng ANN so với thực nghiệm 128 Hình 3.44 Dự báo mật độ quấn sợi Ne 30/1 COCM bằng ANN so với thực nghiệm 128 Hình 3.45 Đồ thị kiểm tra dự báo mức tăng độ không đều sợi Ne 31/1 CVCD 132 Hình 3.46 Đồ thị kiểm tra dự báo mức tăng độ xù lông sợi Ne 31/1 CVCD 132 Hình 3.47 Đồ thị kiểm tra dự báo mật độ quấn sợi Ne 31/1 CVCD 132

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

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

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

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

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

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

MỞ ĐẦU

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

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

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

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

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

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

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

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

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

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

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

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

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

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

3 Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI LUẬN ÁN

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

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

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

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

4 Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI LUẬN ÁN

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

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

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

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

5 NHỮNG ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN ÁN

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

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

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

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

6 KẾT CẤU CỦA LUẬN ÁN

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

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

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

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU

1.1 Các đặc trưng chất lượng sản phẩm sợi quấn ống

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

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

Hình 1.1 Sơ đồ khái quát về CLSP sợi quấn ống

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

1.1.2 Các đặc trưng chất lượng sợi và ý nghĩa

1.1.2.1 Độ nhỏ và độ không đều

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

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

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

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

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

Hình 1.2 Khối lượng sợi thay đổi theo chiều dài sợi

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

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

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

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

CV 

Với sợi bông: CV 1, 25U , U  0,8CV

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

n : Số xơ trung bình trong thiết diện ngang của

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

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

I càng tăng do đó, khi so sánh chỉ số I, sợi phải có cùng chi số Để so sánh độ không đều của sợi không cùng chi số phải dùng hệ số Hubecti Kx Hệ số

Kx

n.CVlt , chỉ số I < Kx Chỉ số I còn được dùng để đánh giá mức độ hoàn hảo của quá trình công nghệ kéo sợi.

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

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

Độ bền kéo, độ giãn

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

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

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

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

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

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

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

K N

 .N 282 

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

Các đặc trưng xoắn

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

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

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

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

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

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

tg K  N

Ở đây, δ là khối lượng đơn vị thể tích của sợi (g/cm3)

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

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

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

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

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

Hệ số xoắn tới hạn αth được tính theo công thức [15]:

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

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

Trong đó:

M  0,628k.G.d

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

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

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

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

1 Sợi bông 36 tex; 2 Sợi lanh 100 tex; 3 Sợi len chải kỹ 110 tex;

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

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

1.1.2.3 Độ xù lông, khuyết tật và xơ ngoại lai

Độ xù lông

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

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

Hình 1.5 Sợi xù lông

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

Hi: Độ xù lông của sợi ở centimet thứ i

n: Số centimet trong một mẫu thử dài 1000 m

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

CVH  SH .100 (%) (1.9)

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

n

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

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

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

Khuyết tật sợi

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

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

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

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

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

Lỗi điểm dày, điểm mỏng Lỗi điểm kết

Hình 1.8 Lỗi khuyết tật sợi [12]

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

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

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

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

1.1.2.4 Phương pháp đánh giá chất lượng sợi

Phương pháp so với tiêu chuẩn

Để đánh giá các đặc trưng chất lượng sợi sau quấn ống, phương pháp đơn giản nhất được sử dụng là so với tiêu chuẩn Ví dụ, để đánh giá chất lượng sợi bông đơn

mộc chải thường, sử dụng tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 4539:1988 [19].

Phương pháp sử dụng Uster Statistics

Ngoài cách so sánh với tiêu chuẩn đề ra, hiện nay ở Việt Nam và trên thế giới ngày càng phổ biến cách đánh giá bằng việc sử dụng các bảng (biểu đồ) thống kê Uster Statistics do Zellweger Uster Group xuất bản Uster Statistics tập hợp kết quả thí nghiệm về chất lượng sợi (cả cúi, sợi thô, sợi con và sợi sau quấn ống, cứ 3 ÷ 5 năm thay đổi một lần) sản xuất từ xơ 100% bông và bông pha xơ hóa học từ số lớn dây chuyền kéo sợi trên toàn thế giới và lập ra các biểu đồ gồm các đường 5%, 25%, 50%, 75%, 95% Ứng với mỗi đường là tỷ lệ phần trăm các dây chuyền kéo sợi trên thế giới, tỷ lệ này càng thấp thì số dây chuyền kéo sợi đạt được mức chất lượng đó càng ít, tức là chất lượng sợi càng cao Vì vậy, khi đánh giá chất lượng sợi theo Uster Statistics có thể biết sản phẩm sợi đang sản xuất thuộc cấp chất lượng nào so với thế giới, lấy mức chất lượng đó làm mục tiêu cần đạt tới Uster Statistics 2018, 2023 [20, 21] đang được sử dụng phổ biến Trong thực tế, mức chất lượng sợi (CLS) sau quấn ống còn được quy định bởi các bên mua bán sợi Bởi lẽ, CLS sau quấn ống không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng bán thành phẩm, năng suất lao động ở các công đoạn sau quấn ống mà còn liên quan đến cả giá thành sợi trên thị trường.

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

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

Hình 1.9 Sức căng sợi khi tháo từ búp sợi thay đổi theo bán kính và chiều cao búp sợi [22]

FS1: Sức căng trung bình khi tháo sợi với vận tốc 1000 m/phútFS2: Sức căng trung bình khi tháo sợi với vận tốc 600 m/phút

Khối lượng búp sợi ảnh hưởng đến năng suất của các máy sau quấn ống Ở các nước công nghiệp phát triển, kích thước và khối lượng búp sợi đã được sản xuất theo tiêu chuẩn quốc gia Ví dụ: Tiêu chuẩn quốc gia của Cộng hòa Séc (CSN 013020) quy định búp sợi bông, hình côn có chiều cao L = 125 mm, 150 mm, đường kính D = 250 ÷ 300 mm, góc côn α = 4020', 5040', khối lượng tối đa 2,5 ÷ 4 kg Trong thực tế, các thông số này còn được qui định bởi các bên mua, bán búp sợi.

Nghiên cứu sức căng khi tháo sợi từ búp sợi côn [22] trên hình 1.9a cho thấy: Sức căng sợi F được tính theo công thức:

F = FR + FL

Trong đó:

FR: Sức căng sợi thay đổi theo bán kính R của búp sợi [cN] FL: Sức căng sợi thay đổi theo chiều cao L của búp sợi [cN]

Sức căng sợi trung bình FS thay đổi theo vận tốc tháo sợi (hình 1.9b).

Khi tháo sợi đến bán kính dưới 50 mm (R < 50 mm), sức căng sợi tăng lên nhanh dễ gây đứt sợi Để hạn chế dao động của sức căng sợi F nên giảm thành phần sức căng FL bằng cách quấn búp sợi có L nhỏ (L = 125 mm hoặc 85 mm), nên sử dụng lõi búp sợi có bán kính trung bình không nhỏ hơn 50 mm Nghiên cứu này chưa đề cập đến ảnh hưởng độ nhỏ của sợi và khoảng cách từ khuyết dẫn sợi đến đầu nhỏ búp sợi đến sức căng sợi.

Ozge Celik và Reep Eren [24] nghiên cứu sức căng tháo sợi từ búp sợi trụ với vận tốc tháo sợi và độ nhỏ của sợi khác nhau cũng nhận được kết quả tương tự như [22].

Chiều dài sợi quấn trên búp sợi phải đồng đều Thông số này qui định để giảm phế phẩm sợi ở một số công đoạn sau quấn ống là mắc sợi, chập sợi (đậu sợi) hoặc các búp sợi ngang cho máy dệt nhiều miệng vải phẳng KONTIS Ở đó, sợi phải tháo ra đồng thời từ nhiều búp sợi Trong trường hợp các búp sợi có chiều dài sợi không đồng đều, sợi còn đọng lại trên búp sợi sẽ không giống nhau nhưng vẫn phải thay cả loạt búp sợi do đã có búp sợi được tháo hết sợi, phế phẩm sợi tăng Do ảnh hưởng của mật độ quấn (độ cứng) búp sợi, sự chênh lệch về chiều dài sợi trên búp sợi có thể đến 12% khi quấn búp sợi trên các máy ống cơ khí Các máy ống tự động thế hệ mới có thiết bị đo chiều dài sợi, bảo đảm quấn được các búp có chiều dài sợi chỉ chênh lệch tối đa 1,5%.

1.1.3.2 Mật độ quấn búp sợi

Hiện nay, trong công nghệ sợi đang sử dụng các thông số mật độ quấn (yarn

(yarn package hardness) để đánh giá mức độ quấn chặt của búp sợi Giá trị của các thông số này càng cao nghĩa là búp sợi quấn càng chặt Mật độ quấn thường dùng nhiều hơn trong trường hợp búp sợi quấn chéo ngẫu nhiên, còn độ cứng thường dùng trong trường hợp búp sợi quấn chéo chính xác do búp sợi có độ cứng lớn.

Mật độ quấn Y (g/cm3) được đo bằng khối lượng sợi G có trong thể tích búp sợi V (Y = G/V) Nếu mật độ quấn quá nhỏ, búp sợi sẽ mềm và biến dạng khi vận chuyển, lưu trữ, khó tìm đầu sợi khi đứt để nối sợi do đầu sợi dính vào bề mặt búp sợi, hiệu suất quấn ống sẽ giảm, còn nếu mật độ quấn quá lớn, độ đứt sợi tăng do sức căng sợi lớn, sợi sẽ có nhiều mối nối, hiệu suất quấn ống cũng sẽ giảm Mật độ quấn quá lớn còn gây khó khăn cho nhuộm búp sợi do thuốc nhuộm rất khó ngấm vào các lớp sợi, các lớp sợi sẽ không đồng đều về màu sắc Do nhiệm vụ và yêu cầu công nghệ của các công đoạn sau quấn ống khác nhau nên thông số mật độ quấn búp sợi cho mỗi công đoạn cũng khác nhau Trong trường hợp sau quấn ống là mắc sợi, búp sợi ngang cho dệt không thoi, mật độ quấn bằng 0,4 ÷ 0,6 g/cm3, còn sau quấn ống là công đoạn nhuộm búp sợi thông thường, mật độ quấn bằng 0,28 ÷ 0,33 g/cm3 là thích hợp [30] Với kỹ thuật nén búp sợi, kỹ thuật kiểm soát dòng chảy có thể nhuộm búp sợi có mật độ quấn đến 0,49 g/cm3 [32] Ở các góc búp sợi, mật độ quấn lớn, để khắc phục hiện tượng không đồng đều dòng dung dịch nhuộm, trước khi nhuộm các búp sợi cần được nắn góc (vỗ góc) Đối với công đoạn nhuộm búp sợi, thông số mật độ quấn là rất quan trọng bởi lẽ, nó là cơ sở (cùng với một số thông số khác) để tính toán độ chênh lệch áp suất của dòng chảy qua búp sợi bảo đảm búp sợi được nhuộm đồng đều về mầu sắc Trong thực tế, để đạt được mật độ quấn búp sợi theo yêu cầu của công đoạn nhuộm đôi khi cần có công đoạn đánh ống xốp Độ cứng được đo bởi các thiết bị có đầu đo là các hòn bi nhỏ bằng thép và được thể hiện ở giá trị độ Shore Thiết bị đo độ cứng HP-5 hãng Hans Schmidl & Co GmbH (Đức) đang được sử dụng phổ biến để đo độ cứng búp sợi Mật độ quấn và độ cứng có mối quan hệ tuyến tính.

1.1.3.3 Xếp trùng và các tật lỗi ngoại quan khác

Hiện tượng xếp trùng và các tật lỗi ngoại quan khác thường gặp trong quá trình quấn ống (gọi chung là tật lỗi khi quấn búp sợi) sẽ không thuận tiện và đôi khi ảnh hưởng lớn đến quá trình gia công sợi từ búp sợi ở các công đoạn sau quấn ống Để đánh giá các tật lỗi này, thường sử dụng phương pháp so sánh búp sợi có tật lỗi với búp sợi chuẩn (búp sợi không có tật lỗi) Xếp trùng là tật lỗi nghiêm trọng nhất khi quấn

búp sợi Bản chất của hiện tượng này là vòng sợi lớp sau đặt vào (hoặc sát cạnh) vị trí của vòng sợi lớp trước theo một qui luật, hình thành các băng (dải) sợi chồng lên nhau trên chu vi búp sợi, phương trình tổng quát của hiện tượng này khi búp sợi quấn chéo ngẫu nhiên được xác định theo công thức [30]:

OC: Chu vi búp sợi quấn chéo có xếp trùng (mm)

DC: Đường kính búp sợi quấn chéo tại đó có xếp trùng (mm) DR: Đường kính ống khía (mm)

Z: Số vòng quay của ống khía trong khoảng thời gian sợi di chuyển từ đầu phải về đầu trái búp sợi hoặc ngược lại

X: Bậc xếp trùng

Khi X = 1 nghĩa là, vòng sợi thứ nhất của lớp sợi tiếp theo sẽ đặt vào vị trí vòng sợi lớp trước quấn trên búp sợi Khi X = 2 nghĩa là, vòng sợi thứ hai của lớp sợi tiếp theo sẽ đặt vào vị trí vòng sợi lớp trước Xếp trùng tạo thành các hình quả trám trên bề mặt búp sợi Thuật ngữ “quả trám” được hiểu là dạng băng sợi có trên bề mặt búp sợi Đường kính DC cũng có thể xác định theo công thức:

P2: Số quả trám theo hướng chu vi búp sợi P1: Số quả trám theo hướng chiều cao búp sợi

Tại các vị trí sợi xếp trùng trên búp sợi, khi tháo sợi ở các công đoạn sau quấn ống sợi sẽ bị đứt, công nhân mất nhiều thời gian để xử lý do phải dùng tay vứt bỏ các vòng sợi đã xếp trùng làm năng suất máy công tác giảm xuống Khi nhuộm búp sợi, tại các vị trí có xếp trùng, mật độ quấn sợi rất cao nên thuốc nhuộm rất khó ngấm vào sợi, sợi nhuộm sẽ không đồng đều về màu sắc (lệch màu).

Đã có nhiều biện pháp chống xếp trùng, thông dụng nhất vẫn là các biện pháp: Ngắt nối truyền động đến ống khía theo một chu kỳ nhờ khớp ma sát (truyền động ma

P