Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh công nghiệp hiện đại, việc sử dụng quần áo bảo hộ lao động chống tĩnh điện ngày càng trở nên cấp thiết, đặc biệt trong các môi trường làm việc có nguy cơ cháy nổ hoặc bức xạ điện từ cao. Tĩnh điện không chỉ gây ra các sự cố như phóng điện, cháy nổ mà còn ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe người lao động và chất lượng sản phẩm trong sản xuất. Theo ước tính, các tai nạn liên quan đến tĩnh điện chiếm tỷ lệ đáng kể trong các sự cố công nghiệp, đòi hỏi giải pháp vật liệu bảo hộ hiệu quả. Luận văn tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ pha trộn sợi dẫn điện đến các tính chất của vải sử dụng làm quần áo bảo vệ, nhằm tối ưu hóa khả năng chống tĩnh điện đồng thời duy trì các đặc tính cơ lý và tiện nghi của vải.

Mục tiêu nghiên cứu cụ thể là khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ sợi dẫn điện (khoảng cách 1,0cm, 1,5cm và 2,0cm) trên vải GTC.537B đến các chỉ tiêu: độ bền đứt, độ dãn đứt, độ mềm mại, khả năng hút ẩm và khả năng chống tĩnh điện. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào vải dệt thoi pha trộn sợi dẫn điện tại Việt Nam, với các mẫu được sản xuất và thử nghiệm trong điều kiện tiêu chuẩn quốc tế. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển vật liệu dệt may bảo hộ lao động phù hợp với tiêu chuẩn an toàn, góp phần nâng cao chất lượng và hiệu quả bảo vệ người lao động trong các ngành công nghiệp nhạy cảm với tĩnh điện.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về tính chất tĩnh điện và vật liệu dệt chống tĩnh điện. Hai lý thuyết chính được áp dụng gồm:

  1. Lý thuyết về tĩnh điện và tác hại của tĩnh điện (Electrostatic Discharge - ESD): Giải thích cơ chế tích điện, phóng điện và ảnh hưởng của tĩnh điện đến sức khỏe con người, an toàn lao động và chất lượng sản phẩm. Các khái niệm như sự bám hút (Electro Static Attraction - ESA), điện trở bề mặt, thời gian xả tĩnh điện được sử dụng để đánh giá tính chống tĩnh điện của vật liệu.

  2. Lý thuyết về vật liệu dệt pha trộn sợi dẫn điện: Mô hình cấu trúc sợi dẫn điện hai thành phần (core-sheath) với thành phần dẫn điện bố trí lệch tâm hoặc đồng tâm trong sợi polyester hoặc nylon. Khái niệm nanocomposite và công nghệ kéo sợi philamang hai thành phần được áp dụng để tạo ra sợi dẫn điện có tính cơ học và điện học tối ưu.

Các khái niệm chính bao gồm: tỉ lệ pha trộn sợi dẫn điện, mật độ sợi dọc và ngang, điện trở suất bề mặt, độ bền kéo đứt, độ mềm mại, khả năng hút ẩm và tiêu chuẩn đánh giá vải chống tĩnh điện theo FTTS-FA-009 và các tiêu chuẩn châu Âu PN-EN 1149.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu kết hợp giữa phương pháp lý thuyết và thực nghiệm. Nguồn dữ liệu chính bao gồm:

  • Dữ liệu thực nghiệm: Ba loại vải GTC.537B được sản xuất với tỉ lệ pha trộn sợi dẫn điện khác nhau (khoảng cách sợi dẫn điện 1,0cm; 1,5cm; 2,0cm). Sợi dẫn điện Belltron B68 có lõi kim loại bố trí lệch tâm được sử dụng làm sợi dọc pha trộn với sợi TC(65/35).

  • Phương pháp phân tích: Các đặc tính vải được đo theo tiêu chuẩn Việt Nam và quốc tế, bao gồm:

    • Đo mật độ sợi, khối lượng vải, độ co dãn theo TCVN 1751-1986, TCVN 1752-1986.
    • Đo độ bền kéo đứt và độ dãn đứt theo TCVN 1754:86.
    • Đánh giá độ mềm mại bằng cảm giác sờ tay.
    • Đo độ hút ẩm theo TCVN 5091 – 1990.
    • Đo điện trở bề mặt và thời gian xả tĩnh điện theo tiêu chuẩn AATCC 76-2011 và FTTS-FA-009.

  • Timeline nghiên cứu: Quá trình sản xuất và thử nghiệm kéo dài trong năm 2018 tại Viện Dệt May – Da giày & Thời trang, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội và các phòng thí nghiệm đạt chuẩn quốc tế như INTERTEK Đài Loan.

  • Cỡ mẫu: Mỗi loại vải được lấy mẫu thử nghiệm với số lượng tối thiểu 20 mẫu cho các phép đo tĩnh điện và 4-5 mẫu cho các phép đo cơ lý nhằm đảm bảo độ tin cậy.

Phương pháp chọn mẫu là lấy mẫu ngẫu nhiên từ các lô vải sản xuất theo thiết kế cấu trúc đã định, nhằm phản ánh chính xác ảnh hưởng của tỉ lệ pha trộn sợi dẫn điện đến tính chất vải.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Ảnh hưởng của tỉ lệ sợi dẫn điện đến khả năng chống tĩnh điện:

    • Vải với khoảng cách sợi dẫn điện 1,0cm có điện trở bề mặt thấp nhất, đạt khoảng 1×10^5 Ω, thuộc nhóm "xuất sắc" theo tiêu chuẩn FTTS-FA-009.
    • Khi khoảng cách tăng lên 1,5cm và 2,0cm, điện trở bề mặt tăng lần lượt lên khoảng 5×10^5 Ω và 1×10^6 Ω, giảm khả năng chống tĩnh điện tương ứng.
    • Thời gian xả tĩnh điện của vải giảm từ dưới 0,5 giây ở tỉ lệ 1,0cm lên gần 2 giây ở tỉ lệ 2,0cm, cho thấy khả năng xả điện tích kém hơn khi tỉ lệ sợi dẫn điện giảm.

  2. Ảnh hưởng đến độ bền kéo đứt và độ dãn đứt:

    • Độ bền kéo đứt của vải giảm nhẹ khi tăng tỉ lệ sợi dẫn điện, từ khoảng 350 N ở tỉ lệ 2,0cm xuống còn 320 N ở tỉ lệ 1,0cm, do sợi dẫn điện có độ cứng cao hơn sợi nền.
    • Độ dãn đứt giảm từ 25% xuống còn 20% khi tăng tỉ lệ sợi dẫn điện, ảnh hưởng đến tính co giãn và thoải mái khi mặc.

  3. Ảnh hưởng đến độ mềm mại và khả năng hút ẩm:

    • Vải có tỉ lệ sợi dẫn điện 1,0cm được đánh giá là cứng hơn, giảm độ mềm mại so với các loại vải có tỉ lệ thấp hơn.
    • Khả năng hút ẩm giảm khoảng 10% khi tăng tỉ lệ sợi dẫn điện, do sợi kim loại không hút ẩm, ảnh hưởng đến sự thoáng khí và thoải mái của quần áo.

  4. So sánh với tiêu chuẩn quốc tế:

    • Tất cả các loại vải đều đáp ứng yêu cầu về điện trở bề mặt và thời gian xả tĩnh điện theo tiêu chuẩn PN-EN 1149 và FTTS-FA-009.
    • Vải với tỉ lệ sợi dẫn điện 1,5cm được đánh giá là cân bằng tốt nhất giữa khả năng chống tĩnh điện và các tính chất cơ lý, phù hợp làm quần áo bảo hộ lao động.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự thay đổi tính chất vải là do đặc tính vật liệu của sợi dẫn điện Belltron B68 có độ cứng và độ bền kéo cao nhưng kém co giãn và hút ẩm. Việc tăng tỉ lệ sợi dẫn điện làm tăng mật độ các thành phần kim loại trong vải, cải thiện khả năng dẫn điện và chống tĩnh điện nhưng đồng thời làm giảm tính mềm mại và khả năng hút ẩm. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu trước đây về vật liệu dệt pha trộn sợi kim loại và carbon.

Biểu đồ điện trở bề mặt và thời gian xả tĩnh điện theo tỉ lệ sợi dẫn điện thể hiện xu hướng giảm điện trở và thời gian xả khi tăng tỉ lệ sợi dẫn điện, minh chứng cho hiệu quả chống tĩnh điện. Bảng so sánh độ bền kéo và độ dãn đứt cho thấy sự đánh đổi giữa tính năng cơ học và tính năng điện học của vải.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn cao, giúp các nhà sản xuất lựa chọn tỉ lệ pha trộn sợi dẫn điện tối ưu để sản xuất vải bảo hộ lao động vừa đảm bảo an toàn chống tĩnh điện, vừa giữ được tính tiện nghi cho người sử dụng.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tối ưu tỉ lệ pha trộn sợi dẫn điện:
    Khuyến nghị sử dụng khoảng cách sợi dẫn điện 1,5cm để cân bằng giữa khả năng chống tĩnh điện và các tính chất cơ lý của vải. Thời gian thực hiện: 6 tháng. Chủ thể thực hiện: các nhà sản xuất vải và doanh nghiệp dệt may.

  2. Áp dụng công nghệ kéo sợi philamang hai thành phần:
    Đẩy mạnh ứng dụng công nghệ kéo sợi hai thành phần để tạo sợi dẫn điện có cấu trúc nano, giúp cải thiện độ mềm mại và độ bền của vải. Thời gian thực hiện: 1 năm. Chủ thể: Viện nghiên cứu và các doanh nghiệp công nghệ vật liệu.

  3. Phát triển quy trình kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt:
    Thiết lập hệ thống kiểm tra điện trở bề mặt, thời gian xả tĩnh điện và các chỉ tiêu cơ lý theo tiêu chuẩn quốc tế để đảm bảo chất lượng vải bảo hộ lao động. Thời gian: 3 tháng. Chủ thể: Phòng thí nghiệm và doanh nghiệp sản xuất.

  4. Nâng cao nhận thức và đào tạo sử dụng vải chống tĩnh điện:
    Tổ chức các khóa đào tạo cho công nhân và kỹ thuật viên về tính năng và cách sử dụng vải chống tĩnh điện hiệu quả trong môi trường làm việc. Thời gian: liên tục. Chủ thể: doanh nghiệp và cơ quan quản lý lao động.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà sản xuất vải và doanh nghiệp dệt may:
    Giúp hiểu rõ ảnh hưởng của tỉ lệ pha trộn sợi dẫn điện đến tính chất vải, từ đó tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm.

  2. Các nhà thiết kế và kỹ sư vật liệu:
    Cung cấp cơ sở khoa học để phát triển các loại sợi và vật liệu dệt mới có tính năng chống tĩnh điện cao, đồng thời đảm bảo tính tiện nghi.

  3. Cơ quan quản lý an toàn lao động và tiêu chuẩn:
    Hỗ trợ xây dựng và cập nhật các tiêu chuẩn kỹ thuật về vải bảo hộ lao động chống tĩnh điện phù hợp với điều kiện thực tế và công nghệ hiện đại.

  4. Các doanh nghiệp sử dụng quần áo bảo hộ lao động:
    Giúp lựa chọn sản phẩm vải bảo hộ phù hợp với môi trường làm việc, đảm bảo an toàn và sức khỏe cho người lao động.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tỉ lệ pha trộn sợi dẫn điện ảnh hưởng như thế nào đến khả năng chống tĩnh điện của vải?
    Tỉ lệ sợi dẫn điện càng cao (khoảng cách sợi dẫn điện càng nhỏ) thì khả năng chống tĩnh điện càng tốt, điện trở bề mặt giảm và thời gian xả tĩnh điện nhanh hơn. Ví dụ, vải với khoảng cách 1,0cm có điện trở bề mặt thấp nhất, đạt tiêu chuẩn "xuất sắc".

  2. Việc tăng tỉ lệ sợi dẫn điện có ảnh hưởng đến độ mềm mại của vải không?
    Có, sợi dẫn điện thường có độ cứng cao hơn sợi nền, nên khi tăng tỉ lệ sợi dẫn điện, vải trở nên cứng hơn và giảm độ mềm mại, ảnh hưởng đến sự thoải mái khi mặc.

  3. Các phương pháp nào được sử dụng để đo khả năng chống tĩnh điện của vải?
    Phương pháp đo điện trở bề mặt theo tiêu chuẩn AATCC 76-2011 và FTTS-FA-009, đo thời gian xả tĩnh điện bằng thiết bị kiểm tra xả tĩnh điện ở điều kiện nhiệt độ và độ ẩm chuẩn.

  4. Tại sao sử dụng sợi dẫn điện hai thành phần lại ưu việt hơn so với tráng phủ bề mặt?
    Sợi dẫn điện hai thành phần có khả năng duy trì tính dẫn điện lâu dài, chịu được giặt giũ và các tác động cơ lý hóa, trong khi lớp tráng phủ có thể bị mất dần theo thời gian sử dụng.

  5. Làm thế nào để cân bằng giữa khả năng chống tĩnh điện và tính tiện nghi của vải?
    Cân bằng bằng cách điều chỉnh tỉ lệ pha trộn sợi dẫn điện sao cho đạt được điện trở bề mặt và thời gian xả tĩnh điện phù hợp, đồng thời giữ được độ mềm mại, độ bền và khả năng hút ẩm của vải. Nghiên cứu cho thấy khoảng cách sợi dẫn điện 1,5cm là lựa chọn tối ưu.

Kết luận

  • Luận văn đã khảo sát thành công ảnh hưởng của tỉ lệ pha trộn sợi dẫn điện đến các tính chất cơ lý và điện học của vải GTC.537B dùng làm quần áo bảo hộ lao động chống tĩnh điện.
  • Tỉ lệ sợi dẫn điện ảnh hưởng rõ rệt đến điện trở bề mặt, thời gian xả tĩnh điện, độ bền kéo, độ mềm mại và khả năng hút ẩm của vải.
  • Vải với khoảng cách sợi dẫn điện 1,5cm được đánh giá là tối ưu, đáp ứng các tiêu chuẩn quốc tế về chống tĩnh điện và giữ được tính tiện nghi cần thiết.
  • Nghiên cứu góp phần nâng cao chất lượng vật liệu dệt may bảo hộ lao động tại Việt Nam, hỗ trợ phát triển công nghiệp dệt may kỹ thuật cao.
  • Đề xuất các giải pháp công nghệ và quản lý nhằm ứng dụng kết quả nghiên cứu vào sản xuất thực tế, hướng tới bảo vệ an toàn người lao động trong môi trường có nguy cơ tĩnh điện cao.

Để tiếp tục phát triển, các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp nên phối hợp triển khai ứng dụng công nghệ kéo sợi hai thành phần, đồng thời hoàn thiện quy trình kiểm soát chất lượng vải chống tĩnh điện. Hành động ngay hôm nay để nâng cao an toàn lao động và chất lượng sản phẩm trong ngành dệt may kỹ thuật!