Luận văn nghiên cứu chế tạo máy thử tính kháng thấm nước của vải dưới áp suất thuỷ tĩnh ks. lê đại hưng

  • 48 trang
  • file .pdf
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 chỉ : 345/128A Trần Hưng Đạo, Quận 1, Tp. HCM
2/ Tên đề tài:
“Nghiên cứu chế tạo máy thử tính kháng thấm nước của vải dưới áp suất thuỷ
tĩnh”
Thực hiện theo hợp đồng KHCN số 99.10RD/HD-KHCN ký ngày 25 tháng 02
năm 2010 giữa Bộ công thương và Phân Viện Dệt May tại TP.Hồ Chí Minh.
3/ Chủ nhiệm đề tài: KS. Lê Đại Hưng
4/ Cán bộ phối hợp nghiên cứu đề tài:
Nguyễn Văn Chất Kỹ cơ khí chế tạo máy
Nguyễn Thanh Tuyến Kỹ sư cơ khí dệt
Lương Công Kiều ThS Dệt
Trịnh Thành Trung Kỹ sư cơ khí chế tạo máy
5/ TP. Hồ Chí Minh – Tháng 12 năm 2010
LỜI NÓI ĐẦU
Vải chống thấm rất đa dạng và vô cùng phong phú và nhanh chóng thâm nhập
vào hầu hết mọi lĩnh vực trong đời sống xã hội như may mặc, y tế , xe hơi, nông
nghiệp, địa chất, môi trường, hàng không, vũ trụ và quân sự…
Trong các loại vải chống thấm thì vải tráng phủ là thông dụng nhất. Vải tráng
phủ là loại sản phẩm cho giá trị gia tăng cao, lợi nhuận trong sản xuất lớn hơn
nhiều các sản phẩm dệt thông thường. Chúng thường được dùng để may áo đi
mưa, lều , ô dù, bạt …..phục vụ con người che nắng, mưa và gió bụi. Lĩnh vực
vải tráng phủ ở VN đang có nhu cầu cao, và một trong những yếu tố chính đánh
giá chất lượng của loại vải này là tính chống thấm nước.
Hầu hết các thiết bị thử tính kháng thấm nước của vải dưới áp lực thuỷ tĩnh ở
nước ta hiện nay là các thiết bị nhập ngoại các thiết bị này có giá thành rất cao.
Do đó việc nghiên cứu, chế tạo các thiết bị thử nghiệm hiện đại trong nước là
cần thiết, có ý nghĩ về cả mặt khoa học và kinh tế. Phục vụ và đáp úng nhu cầu
trên, chúng tôi đã chọn đề tài này.
MỤC LỤC
TÓM TẮT NHIỆM VỤ…………….……………………………………………………………….…………………..……..5
Mục tiêu đề tài…………………………………………………………………...………………………………….…..……5
Nội dung đề tài…………………………………………………………..…………………………………………...………5
Phương pháp nghiên cứu……………………………………………..……………….……………...………………5
MỞ ĐẦU…………………………………………..………………………………………………..…….….……………...………………6
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU.………………………………..………….……………………………6
I. Tính kháng thấm nước của vải…………………………………………………………...…………………………6
II. Tính kỵ nước của vải………………………………………………………………………………………..……,…….….6
III. Tính chống thấm nước của vải……………………..…………………………….….……………..……,,,,……6
IV. Các công nghệ tráng phủ vải ………………………………..………………………………….,,,,……,,….……7
1. Các loại nhựa để tráng phủ ……………………………………………………………,,,,,…….……..……..7
2. 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
1. Áp suất thủy tĩnh ………………………………………………………………….………………………………..13
2. Áp suất thủy động ……………………………….…………………………………………………...……………14
VII. Các tiêu chuẩn thử tính chống thấm nước .……………………………….……………….……...14
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM……………………………………………………………………..…………………18
I. Tìm hiểu các máy thử độ kháng thấm nước……………………………………………….………….18
II. Lựa chọn sơ đồ nguyên lý để thiết kế………………………………………………….……………………23
III. Triển khai thiết kế……………………………………………………………………………………….………..….……24
1. Thiết kế phần cơ khí ……………………………………………………………………….…..............…………24
2. Thiết kế phần điều khiển ………….………………………………………………..…….………..…………26
TRSI - 2010 3/49
3. Lắp ráp và hiệu chuẩn………….……………………………………………….………..……………..………32
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ BÌNH LUẬN …………………………….....……………..………….………38
1. Thử nghiệm mẫu……………………………………………………………………………………………………38
1. So sánh kết quả ………………………………………………………………………………………………..……38
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ…………………………………………………………….…………………….………45
PHỤ LỤC………………….………………………………………………………………………………………..……….………...…47
TÀI LIỆU THAM KHẢO ………………………………………….………………………………….….……….……….48
TRSI - 2010 4/49
TÓM TẮT NHIỆM VỤ
Mục tiêu :
 Nghiên cứu thiết kế chế tạo Máy đo tính chống thấm nước
 Thay thế hàng nhập khẩu và đáp ứng nhu cầu thử nghiệm chỉ tiêu tính
chống thấm nước của các đơn vị sản xuất và các phòng thử nghiệm
dệt
Nội dung:
1.Nghiên cứu lý thuyết
Tính kháng nước của vật liệu dệt
Tham khảo các phương pháp thử tính kháng nước của vật liệu dệt
Nghiên cứu và tìm hiểu các dạng thiết bị hiện có trong nước và trên thế giới.
Tìm hiểu các phương pháp thử tính kháng thấm nước của vải dưới áp suất thuỷ
tĩnh
2.Thiết kế :
Chọn dạng thiết bị và nguyên lý hoạt động
Phần cơ khí.
Thiết kế hệ thống điều khiển.
Lắp ráp cân chỉnh và chạy thử.
3.So sánh và đánh giá kết quả thử mẫu
Phương pháp nghiên cứu:
-Tiếp cận thông tin trên mạng, các tài liệu từ các hãng cung cấp thiết bị và những
tiêu chuẩn cần thiết về thiết bị đo tính kháng nước của vật liệu dệt
-Lựa chọn nguyên lý hoạt động và thông số kỹ thuật cần thiết cho việc thiết kế.
-Tiến hành thiết kế dựa trên các thông số đã được lựa chọn
TRSI - 2010 5/49
MỞ ĐẦU
Chương 1. TỔNG QUAN TÁI LIỆU
I. Tính kháng nước của vải: Được xác định qua 2 tính chất :
-Tính kỵ nước của vải (water repellency)
-Tính kháng thấm hoặc tính chống thấm nước của vải (Waterproof)
II. Tính kỵ nước của vải
Nguyên tắc làm vải có tính kỵ nước:
Tính kỵ nước là khả năng đẩy nước ở dạng giọt trên bề mặt vải. Quá trình xử lý
hoàn tất vải kỵ nước là tạo ra một màng mỏng bảo vệ vải khỏi bị ướt nhưng không
bít kín các lổ xốp của vải làm mất đi khả năng thoáng khí của vải.
Nước tinh khiết có sức căng bề mặt cao là 72 dyn/cm điều này có nghĩa là lực hút
phân tử của bản thân nước cao hơn lực hút phân tử giữa nước và các chất tạo nên
bề mặt vải do đó tự nước sẽ hình thành những giọt hình cầu và không thấm vào
vải.
Để tạo cho vải có tính kỵ nước cần làm cho sức căng bề mặt của vải < sức căng bề
mặt của nước, trong thực tế người ta phủ một lớp mỏng lên bề mặt vải các loại hợp
chất như : xà phòng kim loại, sáp paraffin, muối kim loại như axêtat của 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 bằng công nghệ nano hiện nay tạo ra nhiều loại vải
có đặc tính kỵ nước nhưng vẫn thoáng khí được sử dụng trong nhiều lĩnh vực từ
quần áo thể thao, vải may áo sơmi, vải lều, bạt , vải may ô dù ...
III. Tính chống thấm nước của vải :
Nguyên tắc :
Tạo nên một màng nhựa lien tục trên mặt vải để phủ kín mặt vải, tạo cho vải không
thấm được chất lỏng hoặc chất lỏng không thấm được vào vải.
TRSI - 2010 6/49
Để tăng khả năng chống nhiễm bẩn cho vải, khi tráng phủ ngoài việc chống thấm
nước thường bổ sung các chất phụ gia vào lớp nhựa có thể chống phóng xạ, chống
vi trùng, chống hóa chất…..Công nghệ này chủ yếu sản xuất vải kỹ thuật.
IV. Công nghệ tráng phủ :
1. Các loại nhựa để tráng phủ vải :
1.1.Cao su thiên nhiên: được sản xuất từ isoprene CH2=C(CH3)CH=CH2
Màng cao su có cấu trúc mắt lưới tạo vải có khả năng chống thấm. Tuy nhiên cao
su thiên nhiên có nhiều nhược điểm, nặng, không được dẻo, ỏ nhiệt độ cao dễ bị
dính, nhiệt độ thấp dễ gây đứt. Trước đây phần lớn sản phẩm tráng phủ bằng vật
liệu này, chủ yếu làm vải che phủ kho bạt, làm vải phủ xe tải trong chiến tranh, dần
dần được thay thế bằng cao su trùng hợp.
1.2.Cao su styren-butađien (cao su tổng hợp)
TRSI - 2010 7/49
Tính chất của cao su này tương tự cao su thiên nhiên, nhưng chịu được mài mòn,
mền dẻo hơn cao su thiên nhiên. Chống thấm nước tốt, hoà tan trong dung môi hữu
cơ. Được sử dụng để tráng phủ lên vải kỹ thuật, vải địa kỹ thuật.
1.3. Cao su Nitrin :
Từ nhựa đồng trùng hợp của Butadien và Acrylomitril
Đặc điểm của cao su này là bền nhiệt, bền ánh sáng , bền với chất oxy hóa và chậm
lão hóa, đồng thời hoà tan được trong các dung môi hữu cơ. Được sử dụng để làm
vải kỹ thuật, địa kỹ thuật và vài loại cao su đồng trùng hợp khác
1.4 Nhựa PVC :
Nhựa nhiệt dẻo được sản xuất ở dạng hạt, nhũ tương. Khi tráng phủ lên vải thì
màng PVC khá bền. Bền hóa học, bền dung môi hữu cơ và khó cháy.
Nhưng nhựa PVC kém chịu nhiệt, ở nhiệt độ caocó thể bị chảy và dính nhưng giá
thành thấp. Chủ yếu sử dụng nhiều để tráng phủ lên vải may áo đi mưa, vải bọc
ghế , nệm trong trang trí nội thất, các loại vải giả da…..
1.5 Nhựa Polytetra Fluoroethylen (PTEF):
TRSI - 2010 8/49
Đặc điểm của màng nhựa này là rất bền hóa học, bền hóa chất, dung môi hữu cơ,
bền với thời tiết, bền với vi sinh vật. Khả năng cách nhiệt tốt và khó bám dính,
nhất là khi them phụ gia vào, khả năng chống cháy cao. Với những đặc tính này,
các nhà khoa học nghiên cứu và ứng dụng chất này để sản xuất vải chống phóng
xạ, vải chống tia α, γ, X….
1.6 Poly Vinyliden Fluoxide ( PVDF )
Loại nhựa này kém bền hóa học , khả năng chịu lửa và nhiệt độ nóng chảy thấp
hơn loại nhựa PTEF , nhưng lại dễ tráng phủ hơn.
1.7 Nhựa PU
Có thành phần khá đa dạng do các hang chế tạo sử dụng các phương pháp và
nguyên phụ liệu khác nhau, nhưng đều có cùng tính chất chung : độ đàn hồi cao.
Loại nhựa này thường được hòa tan Dimetyl formanmit thành dạng lỏng để tráng
phủ trên vải. Sau khi sấy khô, dung môi bay đi, nhựa đưa vào khoang gia nhiệt cho
chảy lỏng thành màng phủ trên bề mặt vải nền.
Nhựa PU có thể tráng phủ được những màng rất mỏng nhờ tính đàn hồi cao nên
khi gấp lại không bị gẫy mặt ( rạn nứt ).
2. Các phương pháp tráng phủ :
2.1.Tráng phủ bằng dao gạt :
TRSI - 2010 9/49
Hình 1
.Trục tráng phủ
2,3. Đầu tráng phủ (Dao gạt , khe cấp nhựa )
4. Khoang sấy khô
5. Khoang gia nhiệt
6. Khoang làm nguội
Để điều chỉnh độ dày của màng nhựa, nhựa được cấp đều trên vải (ở dạng lỏng),
dao gạt sẽ gạt lại phần nhựa dư thừa, chỉ để lại một màng có độ dày nhất định. Vải
đã được tráng phủ đi vào khoang sấycủa máy sấy để làm bốc hơi hết dung môi.
Sau đó đi qua khoang gia nhiệt, tại đây vải được xử lý ở nhiệt độ đủ để nhựa chảy
hoàn toàn thành màng và phủ kín mặt vải. Tiếp theo vải đi đến khoang làm nguội,
vải được làm nguội bằng cách thổi không khí mát vào , và vải ra khỏi máy
2.2 Tráng phủ bằng trục lưới :
TRSI - 2010 10/49
Hình 2
1. Trục lưới
2. Dao gạt
3. Băng tải bằng cao su
4. Nhựa dạng lỏng
Khi máy hoạt động, vải được trải trên băng tải
Trục lưới ( có hình trụ, mặt ngoài bằng lưới nylon có mật độ rất cao, khoảng 100
sợi / 1cm theo cả 2 hướng dọc và ngang.Dao gạt đặt bên trong trục lưới, sẽ quét
nhựa dạng lỏng xuống bàn. Ra khỏi bộ phận tráng phủ, vải được đưa vào sấy khô
rồi gia nhiệt cho chảy lỏng, rồi tiến hành làm nguội.
2.3 Tráng phủ bằng cách phun :
Khi thực hiện, vải được trải lên băng tải và đi vào một phòng kín và phun nhựa
dưới dạng hạt lên mặt vải ( nhựa có dạng nhũ tương ). Hệ thống đầu phun có
chuyển động tịnh tiến theo khổ vải và dọc theo tấm vải. Đảm bảo lớp nhựa phủ đều
trên mặt vải . Sau đó vải ra khỏi phòng kín , qua máy sấy khô, gia nhiệt và làm
nguội.
2.4. Tráng phủ bằng hệ thống ép :
TRSI - 2010 11/49
Hình 3
1,2. Trục nóng
3. Nhựa
4. Trục dẫn vải
Khi máy hoạt động, nhựa ( dạng hạt) được 2 trục nóng (được gia nhiệt) tạo thành
dạng chảy lỏng và bám một màng mỏng lên trục 1 và khi tiếp xúc trục 3 thì màng
nhựa sẽ chuyển lên vải, bám dính vào mặt vải. Để màng nhựa phủ đều, sau khi
tráng vải cần được sấy, gia nhiệt để chảy hoàn toàn và tạo thành màng bám chặt
vào vải.
V. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chống thấm nước :
Độ bền và khả năng chống thấm tùy thuộc từng loại vật liệu phủ lên vải, độ dày
của vật liệu và khả năng bám dính của vào vào vải.
Độ bền cơ lý và các tính chất kỹ thuật của vải sau khi tráng phủ sẽ thay đổi :
- Độ bền đứt
- Độ bền xé
Khả năng may của vải cũng khác vải may mặc thông thường, đường may dễ bị
nhăn, kim khâu cần có những yêu cầu riêng. Máy may phải chuyên dùng.
Độ bám dính của màng nhựa vào vải mềm dựa trên :
TRSI - 2010 12/49
- Độ bám dính cơ học
- Liên kết hóa lý
VI. Phương pháp xác định tính chống thấm nước
1. Áp suất thủy tĩnh :
Hình 4
Là áp suất nước ở trạng thái tĩnh , bằng trọng lượng cột nước đơn vị kể từ điểm tác
động đến mặt nước. Áp suất thủy tĩnh theo mọi phương và chiều đều bằng nhau.
Độ chống thấm nước chính là áp suất thấp nhất làm xuất hiện giọt nước thứ 3 ở
mặt bên kia của mẫu thử .
Nguyên lý :
TRSI - 2010 13/49
Hình 5
Cho nước chảy đầy vào xilanh 1 kẹp mẫu và khóa van 2 lại.
Lắp mẫu vải thử vào.
Mở van 2 và van 6 để cho áp suất nước tăng dần, thể hiện qua áp kế 4.
Theo dõi bề mặt mẫu vải, khi vừa xuất hiện giọt nước thứ 3 ở trên bề mặt thử của
mẫu vải thì khóa ngay van 6 lại .
Đọc giá trị chiều cao h của cột nước trên áp kế
2. Áp suất thủy động :
Là áp lực nước do dòng chảy gây ra, tỉ lệ thuận với lưu tốc dòng chảy, phụ thuộc
vào điều kiện dòng chảy, hình dáng của mẫu thử khi dòng chảy đi qua.
Ở đây dộ chống thấm nước được đo bằng thời gian nước xuyên qua mẫu một
lượng là 10 cm khối. Mẫu vải 1 được căng trên miệng một cái phễu ( mặt phễu
nghiêng một góc 450 so với phương ngang) Sau khi mở van nước từ bình chứa 2
nước sẽ qua gương sen phun xuống mặt mẫu vải. Nước xuyên qua mẫu vải sẽ theo
phễu chảy xuống cốc chứa định lượng 3.
Tiêu chuẩn Mỹ qui định :
khối lượng nước cho phép là 1 g ở điều kiện thử :
2 ft ( 600mm ), tương đương 30 giây ( vòi sen )
TRSI - 2010 14/49
2ft ( 600mm), 2 phút ( trời mưa )
3ft ( 915 mm), 5 phút ( bão )
Hình 6
VII. Các Tiêu Chuẩn Thử Độ Chống Thấm Nước
Có rất nhiều tiêu chuẩn thử tính chống thấm dưới áp suất thuỷ tĩnh với các điều
kiện thử khác nhau được thống kê trong bảng dưới đây
Tiêu chuẩn Tốc độ tăng áp Diện tích thử Ghi chú
suất (cm2)
(mbar/ Phút)
ASTM F 903 C Theo chương trình 26 American Society for
Testing and
Materials/Mỹ
ASTM F 1670 Theo chương trình 26
ASTM F 1671 Theo chương trình 26
EDANA 120.1-80 3 28 European
Disposablesand
Nonwovens
Association /Châu
Âu
AATCC 127 60 100 American
Association of
TexTile Chemists
and Colorists/Mỹ
BS 2823 10 hoặc 60 100 British Standards
Institution/Anh
DIN 53886 10 100 Deutsches Institut
TRSI - 2010 15/49
Tiêu chuẩn Tốc độ tăng áp Diện tích thử Ghi chú
suất (cm2)
(mbar/ Phút)
Fur Normung/Đức
ISO 811 10 hoặc 60 100 International
Organization for
Standardization/Châu
âu
ISO 1420 60 100
JIS L 1092 A 10 hoặc 60 100 Japanese Standards
Association/Nhật
JIS L 1092 B-b Áp suất cố định 100 Áp suất được giữ
không đổi trong một
khoảng thời gian
NF G07-057 60 100 Association
Francaise de
Normalisation/Pháp
1. Tiêu chuẩn ISO 811
Phạm vi: Tiêu chuẩn quốc tế này chỉ rõ phương pháp dùng áp suất thủy tĩnh để
xác định độ kháng thấm nước của vải kỹ thuật, vải bạt, vải lều.
Nguyên lý đo: Nguyên lý của phương pháp là đặt mẫu vải cần đo dưới áp suất của
nước lên một mặt vải, tăng đều áp suất này cho đến khi có sự xuyên thấm trong 3
nơi trên mặt vải. Áp suất nước khi có sự xuyên thấm thứ 3 xuất hiện là áp suất cần
đo. Áp suất này gọi là áp suất thủy tĩnh biểu diễn độ kháng thấm nước của vải, áp
suất này càng lớn độ kháng thấm nước càng lớn.
Yêu cầu về thiết bị thử:
-về kẹp mẫu: nằm ngang và không thay đổi kích thước khi chịu áp suất
-Diện tích thử 100 cm2 chịu áp suất nước tăng đều 10  0,5 cm H2O/phút hoặc 60 
3 cm H2O/phút tùy chọn
-Có gắn một đồng hồ đo áp suất
-Nước dùng trong thí nghiệm là nước cất có nhiệt độ 20 2C hoặc 27 2C tùy
nhiệt độ môi trường nơi đặt thiết bị.
TRSI - 2010 16/49
Chọn mẫu thử: Sau khi nhận mẫu vải cần thuần hóa mẫu trong điều kiện môi
trường chuẩn sau đó lấy ít nhất 5 mẫu thử từ các vị trí khác nhau trên mẫu vải,
tránh các nếp gấp
Qui trình thử mẫu: Làm sạch nước trên bề mặt kẹp mẫu bằng nước cất, kẹp chặt
mẫu tránh tạo ra áp suất không mong muốn trước khi bắt đầu thử. Tăng áp suất
nước và liên tục quan sát bề mặt vải tìm điểm xuyên thấm. Ghi lại áp suất khi thấy
xuất hiện giọt thứ 3 trên bề mặt vải
TRSI - 2010 17/49
Chươn 2. THỰC NGHIỆM
I. Tìm hiểu các máy thử độ kháng thấm nước
Trên thế giới hiện nay có rất nhiều hãng chế tạo máy đã chế tạo máy thử
nghiệm độ chống thấm nước dưới áp suất thuỷ tĩnh với nhiều nguyên lý, kết cấu,
thang đo khác nhau, mỗi loại đều có ưu khuyết riêng nhóm đề tài đã nghiên cứu kỹ
các loại máy đó để chọn hướng thiết kế phù hợp nhất với mục tiêu của đề tài.
Hình 7
Máy thử tính chống thấm nước của vải hoạt động bằng tay
Đường kính kẹp mẫu Ø 9.5 cm
Thang đo 0~2000 mm H20 hoặc 0~10000 mm H20
Kích thước 35x 20 x 32 cm
Weight 5.9 kg
Nguồn Bằng tay
TRSI - 2010 18/49
Kích thước mẫu 12 x 12 cm
Kiểu kẹp Bằng tay
Tốc độ thử Kiểm soát bằng tay
- Nguyên lý hoạt động: bơm khí bằng tay
- Ưu điểm: Máy kết cấu đơn giản, tăng áp suất bằng tay
- Khuyết điểm: tốc độ tăng áp suất khó kiểm soát chính xác, tuỳ vào người thao tác
nên kết quả không có tính lặp lại
Hình 8
TRSI - 2010 19/49
Máy thử tính chống thấm nước của vải
Model: QC-317-180 QC-317-350
Đường kính kẹp mẫu 4.5 Inch (diện tích ~100 cm2)
Thang đo 0 ~ 180 cm H20 0 ~ 350 cm H20
Tốc độ tăng áp suất 1 ~ 3 cm H20/sec
Kiểu kẹp mẫu kẹp khí nén
52 x 64 x 270 cm 60 x 70 x 430 cm
Kích thước
(21x26x107 in) (24x28x170 in)
Trọng lượng 180 kg (390 lbs) 300 kg (660 lbs)
Máy QC-317-180
-Nguyên lý hoạt động: dùng cách tăng chiều cao cột nước để trực tiếp tạo áo lực
lên mặt vải. Chiều cao cột nước khi có xuyên thấm ở bề mặt vải chính là kết quả
đo.
-Ưu điểm: không cần cảm biến đo phức tạp
-Khuyết điểm:
+thang đo bị giới hạn vì để có đo được 350 cmH2O (~350 mbar) máy đã phải cao
hơn 4 mét
+Quá nặng nề, ở thang 350 cmH2O máy nặng hơn 300 kg
TRSI - 2010 20/49