Header Page of 126 BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 2010 1/ Cơ quan chủ trì: Phân Viện Dệt-May Tại Thành phố Hồ Chí Minh Địa : 345/128A Trần Hưng Đạo, Quận 1, Tp HCM 2/ Tên đề tài: “Nghiên cứu chế tạo máy thử tính kháng thấm nước vải áp suất thuỷ tĩnh” Thực theo hợp đồng KHCN số 99.10RD/HD-KHCN ký ngày 25 tháng 02 năm 2010 Bộ công thương Phân Viện Dệt May TP.Hồ Chí Minh 3/ Chủ nhiệm đề tài: KS Lê Đại Hưng 4/ Cán phối hợp nghiên cứu đề tài: Nguyễn Văn Chất Kỹ khí chế tạo máy Nguyễn Thanh Tuyến Kỹ sư khí dệt Lương Cơng Kiều ThS Dệt Trịnh Thành Trung Kỹ sư khí chế tạo máy 5/ TP Hồ Chí Minh – Tháng 12 năm 2010 Footer Page of 126 Header Page of 126 LỜI NĨI ĐẦU Vải chống thấm đa dạng vơ phong phú nhanh chóng thâm nhập vào hầu hết lĩnh vực đời sống xã hội may mặc, y tế , xe hơi, nông nghiệp, địa chất, môi trường, hàng không, vũ trụ quân sự… Trong loại vải chống thấm vải tráng phủ thông dụng Vải tráng phủ loại sản phẩm cho giá trị gia tăng cao, lợi nhuận sản xuất lớn nhiều sản phẩm dệt thông thường Chúng thường dùng để may áo mưa, lều , ô dù, bạt … phục vụ người che nắng, mưa gió bụi Lĩnh vực vải tráng phủ VN có nhu cầu cao, yếu tố đánh giá chất lượng loại vải tính chống thấm nước Hầu hết thiết bị thử tính kháng thấm nước vải áp lực thuỷ tĩnh nước ta thiết bị nhập ngoại thiết bị có giá thành cao Do việc nghiên cứu, chế tạo thiết bị thử nghiệm đại nước cần thiết, có ý nghĩ mặt khoa học kinh tế Phục vụ đáp úng nhu cầu trên, chọn đề tài Footer Page of 126 Header Page of 126 MỤC LỤC TÓM TẮT NHIỆM VỤ…………….……………………………………………………………….………………… …… Mục tiêu đề tài………………………………………………………………… ………………………………….… ……5 Nội dung đề tài………………………………………………………… ………………………………………… ………5 Phương pháp nghiên cứu…………………………………………… ……………….…………… ………………5 MỞ ĐẦU………………………………………… ……………………………………………… …….….…………… ………………6 CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU.……………………………… ………….……………………………6 I Tính kháng thấm nước vải………………………………………………………… …………………………6 II Tính kỵ nước vải……………………………………………………………………………………… ……,…….….6 III Tính chống thấm nước vải…………………… …………………………….….…………… ……,,,,……6 IV Các công nghệ tráng phủ vải ……………………………… ………………………………….,,,,……,,….……7 Các loại nhựa để tráng phủ ……………………………………………………………,,,,,…….…… …… Các phương pháp tráng phủ ……………………………….…………………………… ……………9 V Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chống thấm nước ………………………………….……… 11 VI Phương pháp xác định tính chống thấm nước ………………………………….…………… 13 Áp suất thủy tĩnh ………………………………………………………………….……………………………… 13 Áp suất thủy động ……………………………….………………………………………………… ……………14 VII Các tiêu chuẩn thử tính chống thấm nước ……………………………….……………….…… 14 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM…………………………………………………………………… …………………18 I Tìm hiểu máy thử độ kháng thấm nước……………………………………………….………….18 II Lựa chọn sơ đồ nguyên lý để thiết kế………………………………………………….……………………23 III Triển khai thiết kế……………………………………………………………………………………….……… ….……24 Thiết kế phần khí ……………………………………………………………………….… …………24 Thiết kế phần điều khiển ………….……………………………………………… …….……… …………26 Footer Page of 126 TRSI - 2010 3/49 Header Page of 126 Lắp ráp hiệu chuẩn………….……………………………………………….……… …………… ………32 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ BÌNH LUẬN …………………………… …………… ………….………38 Thử nghiệm mẫu……………………………………………………………………………………………………38 So sánh kết ……………………………………………………………………………………………… ……38 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ…………………………………………………………….…………………….………45 PHỤ LỤC………………….……………………………………………………………………………………… ……….……… …47 TÀI LIỆU THAM KHẢO ………………………………………….………………………………….….……….……….48 Footer Page of 126 TRSI - 2010 4/49 Header Page of 126 TÓM TẮT NHIỆM VỤ Mục tiêu :  Nghiên cứu thiết kế chế tạo Máy đo tính chống thấm nước  Thay hàng nhập đáp ứng nhu cầu thử nghiệm tiêu tính chống thấm nước đơn vị sản xuất phòng thử nghiệm dệt Nội dung: 1.Nghiên cứu lý thuyết Tính kháng nước vật liệu dệt Tham khảo phương pháp thử tính kháng nước vật liệu dệt Nghiên cứu tìm hiểu dạng thiết bị có nước giới Tìm hiểu phương pháp thử tính kháng thấm nước vải áp suất thuỷ tĩnh 2.Thiết kế : Chọn dạng thiết bị nguyên lý hoạt động Phần khí Thiết kế hệ thống điều khiển Lắp ráp cân chỉnh chạy thử 3.So sánh đánh giá kết thử mẫu Phương pháp nghiên cứu: -Tiếp cận thông tin mạng, tài liệu từ hãng cung cấp thiết bị tiêu chuẩn cần thiết thiết bị đo tính kháng nước vật liệu dệt -Lựa chọn nguyên lý hoạt động thông số kỹ thuật cần thiết cho việc thiết kế -Tiến hành thiết kế dựa thông số lựa chọn Footer Page of 126 TRSI - 2010 5/49 Header Page of 126 MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN TÁI LIỆU I Tính kháng nước vải: Được xác định qua tính chất : -Tính kỵ nước vải (water repellency) -Tính kháng thấm tính chống thấm nước vải (Waterproof) II Tính kỵ nước vải Ngun tắc làm vải có tính kỵ nước: Tính kỵ nước khả đẩy nước dạng giọt bề mặt vải Quá trình xử lý hoàn tất vải kỵ nước tạo màng mỏng bảo vệ vải khỏi bị ướt khơng bít kín lổ xốp vải làm khả thống khí vải Nước tinh khiết có sức căng bề mặt cao 72 dyn/cm điều có nghĩa lực hút phân tử thân nước cao lực hút phân tử nước chất tạo nên bề mặt vải tự nước hình thành giọt hình cầu khơng thấm vào vải Để tạo cho vải có tính kỵ nước cần làm cho sức căng bề mặt vải < sức căng bề mặt nước, thực tế người ta phủ lớp mỏng lên bề mặt vải loại hợp chất : xà phòng kim loại, sáp paraffin, muối kim loại axêtat nhôm, zirconi chì, hợp chất silicon, hợp chất Flocacbon để giảm sức căng bề mặt vảo tạo tính kỵ nước cho vải Xử lý vải công nghệ nano tạo nhiều loại vải có đặc tính kỵ nước thống khí sử dụng nhiều lĩnh vực từ quần áo thể thao, vải may áo sơmi, vải lều, bạt , vải may ô dù III Tính chống thấm nước vải : Nguyên tắc : Tạo nên màng nhựa lien tục mặt vải để phủ kín mặt vải, tạo cho vải khơng thấm chất lỏng chất lỏng không thấm vào vải Footer Page of 126 TRSI - 2010 6/49 Header Page of 126 Để tăng khả chống nhiễm bẩn cho vải, tráng phủ việc chống thấm nước thường bổ sung chất phụ gia vào lớp nhựa chống phóng xạ, chống vi trùng, chống hóa chất… Cơng nghệ chủ yếu sản xuất vải kỹ thuật IV Công nghệ tráng phủ : Các loại nhựa để tráng phủ vải : 1.1.Cao su thiên nhiên: sản xuất từ isoprene CH2=C(CH3)CH=CH2 Màng cao su có cấu trúc mắt lưới tạo vải có khả chống thấm Tuy nhiên cao su thiên nhiên có nhiều nhược điểm, nặng, không dẻo, ỏ nhiệt độ cao dễ bị dính, nhiệt độ thấp dễ gây đứt Trước phần lớn sản phẩm tráng phủ vật liệu này, chủ yếu làm vải che phủ kho bạt, làm vải phủ xe tải chiến tranh, thay cao su trùng hợp 1.2.Cao su styren-butađien (cao su tổng hợp) Footer Page of 126 TRSI - 2010 7/49 Header Page of 126 Tính chất cao su tương tự cao su thiên nhiên, chịu mài mòn, mền dẻo cao su thiên nhiên Chống thấm nước tốt, hoà tan dung môi hữu Được sử dụng để tráng phủ lên vải kỹ thuật, vải địa kỹ thuật 1.3 Cao su Nitrin : Từ nhựa đồng trùng hợp Butadien Acrylomitril Đặc điểm cao su bền nhiệt, bền ánh sáng , bền với chất oxy hóa chậm lão hóa, đồng thời hồ tan dung môi hữu Được sử dụng để làm vải kỹ thuật, địa kỹ thuật vài loại cao su đồng trùng hợp khác 1.4 Nhựa PVC : Nhựa nhiệt dẻo sản xuất dạng hạt, nhũ tương Khi tráng phủ lên vải màng PVC bền Bền hóa học, bền dung mơi hữu khó cháy Nhưng nhựa PVC chịu nhiệt, nhiệt độ caocó thể bị chảy dính giá thành thấp Chủ yếu sử dụng nhiều để tráng phủ lên vải may áo mưa, vải bọc ghế , nệm trang trí nội thất, loại vải giả da… 1.5 Nhựa Polytetra Fluoroethylen (PTEF): Footer Page of 126 TRSI - 2010 8/49 Header Page of 126 Đặc điểm màng nhựa bền hóa học, bền hóa chất, dung mơi hữu cơ, bền với thời tiết, bền với vi sinh vật Khả cách nhiệt tốt khó bám dính, them phụ gia vào, khả chống cháy cao Với đặc tính này, nhà khoa học nghiên cứu ứng dụng chất để sản xuất vải chống phóng xạ, vải chống tia α, γ, X… 1.6 Poly Vinyliden Fluoxide ( PVDF ) Loại nhựa bền hóa học , khả chịu lửa nhiệt độ nóng chảy thấp loại nhựa PTEF , lại dễ tráng phủ 1.7 Nhựa PU Có thành phần đa dạng hang chế tạo sử dụng phương pháp nguyên phụ liệu khác nhau, có tính chất chung : độ đàn hồi cao Loại nhựa thường hòa tan Dimetyl formanmit thành dạng lỏng để tráng phủ vải Sau sấy khô, dung môi bay đi, nhựa đưa vào khoang gia nhiệt cho chảy lỏng thành màng phủ bề mặt vải Nhựa PU tráng phủ màng mỏng nhờ tính đàn hồi cao nên gấp lại không bị gẫy mặt ( rạn nứt ) Các phương pháp tráng phủ : 2.1.Tráng phủ dao gạt : Footer Page of 126 TRSI - 2010 9/49 Header Page 10 of 126 Hình Trục tráng phủ 2,3 Đầu tráng phủ (Dao gạt , khe cấp nhựa ) Khoang sấy khô Khoang gia nhiệt Khoang làm nguội Để điều chỉnh độ dày màng nhựa, nhựa cấp vải (ở dạng lỏng), dao gạt gạt lại phần nhựa dư thừa, để lại màng có độ dày định Vải tráng phủ vào khoang sấycủa máy sấy để làm bốc hết dung mơi Sau qua khoang gia nhiệt, vải xử lý nhiệt độ đủ để nhựa chảy hoàn toàn thành màng phủ kín mặt vải Tiếp theo vải đến khoang làm nguội, vải làm nguội cách thổi khơng khí mát vào , vải khỏi máy 2.2 Tráng phủ trục lưới : Footer Page 10 of 126 TRSI - 2010 10/49 Header Page 34 of 126 mbar Áp suất đặt Thòi gian Đặc tính kỹ thuật Chế độ thử chế độ thử : -Áp suất tăng theo thời gian đến có xuyên thấm xảy ra, tốc độ tăng áp suất đặt trước -Áp suất trì khơng đổi thời gian có xuyên thấm xảy Cả áp suất thời gian đặt trước Đơn vị thử mbar, cmH2O Thang đo (max) 1000 mbar Độ không đảm ±1.29 mbar bảo đo Diện tích thử 100 cm2 Bề dày mẫu thử max mm Khoảng hở max 40 mm kẹp Lực kẹp mẫu Footer Page 34 of 126 TRSI - 2010 2500 N 34/49 Header Page 35 of 126 Đặc tính kỹ thuật Dung tích nước 1,2 lít Data port RS-232 Điện áp 220 v Kích thước Trọng lượng Một số hình ảnh Kẹp mẫu Hình 20 Panel điều khiển Footer Page 35 of 126 TRSI - 2010 35/49 Header Page 36 of 126 Hình 21 Quá trình hiệu chuẩn hệ thống đo lượng với thiết bị hiệu chuẩn áp suấtđược hiệu chuẩn Trung tâm kỹ thuật (TC TCĐL) Hình 22 Footer Page 36 of 126 TRSI - 2010 36/49 Header Page 37 of 126 Kẹp mẫu Hình 23 Hình 24 Footer Page 37 of 126 TRSI - 2010 37/49 Header Page 38 of 126 Chương KẾT QUẢ VÀ BÌNH LUẬN I Thử nghiệm mẫu Khi có xuyên thấm xảy nước di chuyển từ mặt có áp suất cao ngồi hình thành giọt nước mặt vải Hình 25 Để kiểm tra tính tin cậy xác máy MTT01 nhóm đề tài chạy thử mẫu so sánh với máy thử tính kháng thấm nước Thuỵ sĩ sản xuất nhãn hiệu Textest Fx 3000 III L Hai máy đặt gần chạy mơi trường có nhiệt độ độ ẩm ổn định để tránh sai lệch nhiệt độ môi trường ảnh hưởng lên thiết bị đo Nhóm đề tài chọn 14 mẫu vải PES tráng phủ PU có áp suất kháng thấm khác để chạy thử so sánh hai máy Mỗi mẫu thử lần tính trung bình (như tiêu chuẩn ISO 811qui định) máy Thử nghiệm tiến hành với thử nghiệm viên để tránh sai lệch thao tác II Footer Page 38 of 126 TRSI - 2010 So sánh kết 38/49 Header Page 39 of 126 Bảng : Bảng số liệu áp suất kháng thấm nước đo lần lược hai máy Textest MTT01 ĐO ĐƯỢC TRÊN MÁY TEXTEST FX 3000 (gọi tắt máy X) (mm H2O) Mẫu 10 11 lần 894 804 2540 3170 1290 2950 3430 12 13 14 493 717 920 630 4290 1210 678 1194 720 3590 9860 1030 2210 1730 2080 674 830 717 5090 887 638 9955 860 2030 5110 1070 3410 1990 3520 471 9024 706 1780 694 824 2200 873 2250 2530 1460 4080 1920 3240 703 1200 666 9590 760 812 9650 944 1850 4260 1130 3220 2410 5660 608 1030 643 1370 980 548 Trung bình X 4779 840 2452 4986 1196 3174 2296 2999 635 2601 672 4424 906 700 11 13 14 ĐO ĐƯỢC TRÊN MÁY MTT01 (gọi tắt máy Y) (mm H2O) Mẫu lần 1 10 12 9665 1050 1743 4225 1100 3065 2429 5696 619 1008 563 1462 1011 502 1011 773 2304 3333 1405 3135 3512 949 659 4406 1141 804 9802 813 1767 5320 1079 3336 2083 3413 574 9023 762 2010 835 759 2347 888 2054 2498 1619 4061 1933 3241 554 1231 584 9512 1002 868 1181 799 3671 9827 761 927 685 5020 1047 757 Trung bình Y 4801 865 2308 5041 1223 3167 2349 2973 691 2593 651 4482 1007 738 349 914 2237 1790 2166 777 Bảng kết thử 14 mẫu vải tráng phủ, hàng trung bình lần thử Để so sánh hai kết thử từ máy ta vẽ biểu đồ scatter để xem mức độ tương quan hai kết đo (Hình 26) Footer Page 39 of 126 TRSI - 2010 39/49 Header Page 40 of 126 Áp suấ t KTN đo má yTEXTEST (mm H2O) SO SÁNH ÁP SUẤT KTN TRUNG BÌ NH ĐO ĐƯỢ C TRÊN MÁY TEXTEST VÀ MTT01 6000 5000 4000 3000 Series1 2000 1000 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 Áp suấ t KTN đo má y MTT01 (mm H2O) Hình 27 Áp suấ t KTN đo má y TEXTEST (mm H2O) SO SÁNH ÁP SUẤT KTN TRUNG BÌ NH ĐO ĐƯỢC TRÊN MÁY TEXTEST VÀ MTT01 6000 y = 0.9983x + 20.494 R = 0.9986 5000 4000 Series1 3000 Linear (Series1) 2000 1000 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 Áp suấ t KTN đo má y MTT01 (mm H2O) Hình 28 Trên hình 28 ta thấy R2 = 0.99 mức độ tương quan hai kết tốt Để rút kết luận từ số liệu thử mẫu hai máy ta tính giá trị khác biệt tới hạn (critical difference) kết đo giá trị phải nhỏ giá trị khác biệt tới hạn công bố nghiên cứu đáng tin cậy giá trị khác biệt tới hạn cho Footer Page 40 of 126 TRSI - 2010 40/49 Header Page 41 of 126 phương pháp đo áp suất thuỷ tĩnh biểu thị tính kháng thấm nước vải tiến hành AATCC (American Association of Textile Chemists and Colorist) Tiêu chuẩn AATCC 127 cơng bố khác biệt trung bình mẫu thử lớn 724.9 mmH2O nhỏ 12.9 mmH20 tuỳ vào vật liệu mẫu Để so sánh ta cần tính giá trị khác biệt tới hạn kết đo Gọi CD giá trị khác biệt tới hạn kết đo CD  1.414  z  sT 1.414: số (= ) z: độ lệch chuẩn hoá giới hạn phía mức tin cậy 95% chọn z=1.96 ST : chênh lệch chuẩn (standard error) Số liệu từ bảng tóm lược xếp lại sau: Bảng Trung bình áp suất đo Trung bình áp suất đo máy X máy Y x-y Mẫu (mm H2O) (mm H2O) (mm H2O) 4779 4801 -22.6 840 865 -24.4 2452 2308 144.2 4986 5041 -54.6 1196 1223 -27.4 3174 3167 7.2 2296 2349 -53.4 Footer Page 41 of 126 TRSI - 2010 41/49 Header Page 42 of 126 Trung bình áp suất đo Trung bình áp suất đo máy X máy Y x-y Mẫu (mm H2O) (mm H2O) (mm H2O) 2999 2973 25.6 635 691 -56.8 10 2601 2593 7.6 11 672 651 21.8 12 4424 4482 -58.0 13 906 1007 -101.0 14 700 738 -38.0 Trung bình khác biệt ( d ) -14.6 Độ lệch chuẩn khác biệt ( ss ) 58.3 Phương sai khác biệt ( ss ) sT  ss2 n  3398.98 14 3398.98  15.581 mmH 2O ss2 : Phương sai phần dư (x-y) n: số quan sát trung bình (n=14) Tính giá trị khác biệt tới hạn (critical difference): CD  1.414  z  sT  1.414 1.96 15.581  43.183 mmH 2O Giới hạn độ tin cậy (confidence limits) Footer Page 42 of 126 TRSI - 2010 42/49 Header Page 43 of 126 CL   z  sT  1.96  15.581   30.54 mmH 2O Nhận xét mẫu: CD=43.2 mmH2O khoảng từ 724.9 mmH2O đến 12.9 mmH20 nên kết thử máy không khác Nhận xét vói mẫu thử nghiệm, cần làm kiểm định thống kê để nhận xét với nhiều mẫu khác làm máy đề tài sau Đề tài chọn t-test để kiểm định khác biệt hai trung bình tổng thể Giả sử 14 cặp quan sát (Xi,Yi) bảng lấy ngẫu nhiên từ hai tổng thể X Y Gọi x y trung bình tổng thể X, Y; d ss trung bình độ lệch chuẩn n khác biệt (X i - Y i) Giả sử phân phối khác biệt X, Y chuẩn, kiểm định giả thiết khác biệt x y thực sau: Giả thiết: H0 : x - y = H1 : x - y # Với t-test giá trị tkđ (t kiểm định) tính sau: tkđ  d  D0 16.4   1.05345 ss 58.3 14 n d ss trung bình độ lệch chuẩn n khác biệt (Xi - Yi) D0 : giá trị cho trước, để x = y ta chọn D0= Qui tắc định: bác bỏ H0 : tkđ  tn 1, /2 t  tn1, /2 kđ mức tin cậy 95% =0.05 nên /2=0.025 n=14 tra bảng phân phối student ta có Footer Page 43 of 126 TRSI - 2010 43/49 Header Page 44 of 126 tn 1, /  t13,0.025  2.16 Vì tn 1, /2  tkđ  tn 1, /2 nên bác bỏ giả thiết H0 có nghĩa chấp nhận x = y mức ý nghĩa =0.05 (mức tin cậy 95%) Kết luận hai trung bình tổng thể số đo áp suất kháng thấm nước hai máy (Testtest MTT01) thí nghiệm mẫu vải Điều thực Excel phần phân tích thống kê với t-test: t-Test: Paired Two Sample for Means Variable Variable Mean 2332.814286 2349.228571 Variance 2499617.16 2494273.464 Observations 14 14 Pearson Correlation 0.999319945 Hypothesized Mean Difference df 13 (bậc tự do=n-1) t Stat -1.053445351 (t kiểm định) P(T