Tổng quan nghiên cứu

Ngành công nghiệp dệt may là một trong những ngành công nghiệp tiêu dùng phát triển nhanh trên thế giới, chiếm khoảng một phần ba tổng sản phẩm may mặc toàn cầu. Vải dệt kim, một loại vải được tạo thành từ các vòng sợi liên kết theo quy luật nhất định, đóng vai trò quan trọng trong ngành này nhờ tính co giãn, mềm mại và thoáng khí. Tại Việt Nam, các sản phẩm dệt kim chiếm tỷ trọng lớn trong tổng sản phẩm may mặc, đặc biệt là các loại vải single, rib 1x1 và interlock được sử dụng phổ biến trong may mặc thời trang và thể thao.

Tuy nhiên, trong quá trình sản xuất và sử dụng, vải dệt kim thường gặp phải hiện tượng biến dạng như rão (creep) và lơi (relaxation), ảnh hưởng đến chất lượng và tuổi thọ sản phẩm. Hiện tượng này gây ra sự thay đổi kích thước, giảm độ bền và mất tính thẩm mỹ của sản phẩm. Do đó, nghiên cứu các tính chất lưu biến của vải dệt kim nhằm hiểu rõ cơ chế biến dạng, từ đó đề xuất giải pháp cải thiện chất lượng là rất cần thiết.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là khảo sát sự rão và lơi của một số loại vải dệt kim phổ biến tại Việt Nam, bao gồm vải single, rib 1x1 và interlock, với các thông số kỹ thuật như chiều dài vòng sợi, khối lượng g/m2, mật độ dọc và ngang. Nghiên cứu tập trung vào việc xác định sự biến dạng của vải trong quá trình sản xuất và sử dụng, đồng thời đánh giá khả năng phục hồi biến dạng sau quá trình rão. Phạm vi nghiên cứu thực hiện tại phòng thí nghiệm của Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội và Công ty TNHH một thành viên Dệt kim DOXIMEX, với các mẫu vải được lấy từ sản phẩm thực tế.

Ý nghĩa nghiên cứu được thể hiện qua việc cung cấp dữ liệu khoa học về tính chất lưu biến của vải dệt kim, hỗ trợ cải tiến công nghệ sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm dệt kim tại Việt Nam, góp phần phát triển ngành dệt may bền vững.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình lưu biến học để phân tích hiện tượng biến dạng của vải dệt kim, trong đó có:

  • Lý thuyết biến dạng rão (creep): Mô tả sự biến dạng chậm theo thời gian dưới tác dụng của tải trọng không đổi. Biến dạng rão được biểu diễn qua đường cong ứng suất-biến dạng theo thời gian, thường có dạng sigmoid với ba giai đoạn: biến dạng tức thời, biến dạng rão và biến dạng ổn định.

  • Lý thuyết biến dạng lơi (stress relaxation): Mô tả sự giảm ứng suất theo thời gian khi biến dạng được giữ cố định. Hiện tượng này thể hiện sự giảm tải trọng nội tại trong vật liệu do sự tái sắp xếp cấu trúc bên trong.

  • Mô hình Maxwell phi tuyến một ròng: Mô hình lưu biến kết hợp lò xo và bộ phận ma sát để mô phỏng sự biến dạng rão và phục hồi của vật liệu polymer, phù hợp với đặc tính biến dạng của vải dệt kim.

  • Mô hình Kelvin mức nối tiếp với lò xo: Mô hình này mô phỏng sự biến dạng tức thời và biến dạng rão của vật liệu, thể hiện qua các phần tử đàn hồi và nhớt nối tiếp.

  • Mô hình ba phần tử Eyring: Mô hình này mở rộng mô hình Kelvin bằng cách thêm phần tử phản ứng phi tuyến, giúp mô phỏng chính xác hơn sự biến dạng rão và phục hồi của vải dệt kim dưới các điều kiện tải trọng khác nhau.

Các khái niệm chính bao gồm: chiều dài vòng sợi, khối lượng g/m2, mật độ dọc và ngang, biến dạng rão, biến dạng lơi, ứng suất, tải trọng, và các đặc tính cơ học của vải dệt kim như co giãn, độ bền kéo, tính thoáng khí.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Nghiên cứu sử dụng 15 mẫu vải dệt kim phổ biến tại Việt Nam, bao gồm các loại vải single, rib 1x1 và interlock, được sản xuất từ sợi bông Ne 40/1. Các mẫu được lấy từ Công ty TNHH một thành viên Dệt kim DOXIMEX và phòng thí nghiệm Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội.

  • Phương pháp phân tích:

    • Xác định chiều dài vòng sợi theo tiêu chuẩn TCVN 5799-1994 bằng cách đo khoảng cách 100 vòng sợi trên kính hiển vi.
    • Xác định khối lượng g/m2 theo tiêu chuẩn TCVN 8042-2009 bằng cân mẫu vải có diện tích chuẩn.
    • Đo mật độ dọc và ngang theo tiêu chuẩn TCVN 5794-1994 bằng kính hiển vi với độ chính xác 0.01 mm.
    • Thí nghiệm rão và lơi được thực hiện trên máy kéo Instron với các tải trọng 120N, 240N và 400N, theo tiêu chuẩn ISO 13431. Mẫu vải được kéo giãn đến các mức biến dạng 10%, 15%, 20% và giữ tải trọng trong thời gian 30 phút, sau đó quan sát sự biến dạng và phục hồi trong 30 phút tiếp theo.
    • Xử lý số liệu bằng phần mềm Maple 16, áp dụng các mô hình lưu biến Maxwell, Kelvin và Eyring để mô phỏng và dự báo biến dạng rão và phục hồi của vải.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được tiến hành trong khoảng thời gian theo kế hoạch của luận văn thạc sĩ, bao gồm giai đoạn thu thập mẫu, thí nghiệm, xử lý số liệu và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Ảnh hưởng của cấu trúc vải đến biến dạng rão và phục hồi:

    • Vải single có biến dạng rão trung bình khoảng 27% sau 1800 giây dưới tải trọng 240N, cao hơn đáng kể so với vải rib 1x1 (khoảng 15%) và interlock (khoảng 11%).
    • Khả năng phục hồi biến dạng rão của vải interlock đạt trên 80% sau 30 phút nghỉ, trong khi vải single chỉ phục hồi khoảng 60%, rib 1x1 khoảng 70%.

  2. Ảnh hưởng của tải trọng đến biến dạng rão:

    • Tăng tải trọng từ 120N lên 400N làm tăng biến dạng rão trung bình từ 10% lên 30% đối với các mẫu vải tested.
    • Biến dạng rão tỷ lệ thuận với logarit thời gian kéo dài, phù hợp với mô hình sigmoid đặc trưng của vật liệu polymer.

  3. Mô hình lưu biến phù hợp:

    • Mô hình Eyring và Kelvin mức nối tiếp với lò xo mô phỏng tốt đường cong biến dạng rão và phục hồi của vải dệt kim, với sai số R² lần lượt là 0.20 và 0.28.
    • Mô hình Maxwell phi tuyến một ròng cũng được áp dụng để mô phỏng biến dạng lơi, cho kết quả phù hợp với dữ liệu thực nghiệm.

  4. Ảnh hưởng của thành phần và cấu trúc sợi:

    • Vải dệt kim từ sợi bông có tính biến dạng rão cao hơn so với vải dệt thoi cùng loại.
    • Các thông số kỹ thuật như chiều dài vòng sợi, mật độ dọc và ngang ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng biến dạng và phục hồi của vải.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của hiện tượng biến dạng rão và lơi trong vải dệt kim là do cấu trúc vòng sợi đặc trưng, trong đó các vòng sợi có thể giãn và trượt qua nhau dưới tác động của tải trọng kéo dài. Vải single với cấu trúc vòng sợi đơn giản, ít liên kết chặt chẽ nên có biến dạng rão lớn nhất, trong khi vải interlock với cấu trúc vòng sợi kép và liên kết chặt chẽ hơn có biến dạng rão thấp nhất và khả năng phục hồi tốt hơn.

So sánh với các nghiên cứu quốc tế, kết quả phù hợp với các báo cáo về biến dạng rão của vật liệu polymer và vải dệt kim, đồng thời khẳng định tính ứng dụng của các mô hình lưu biến trong dự báo biến dạng vải. Việc áp dụng mô hình Eyring và Kelvin giúp mô phỏng chính xác hơn các đặc tính phi tuyến và thời gian phụ thuộc của biến dạng rão.

Biểu đồ biến dạng theo thời gian và ứng suất được trình bày rõ ràng qua các đường cong sigmoid, thể hiện ba giai đoạn biến dạng: tức thời, rão và ổn định. Bảng số liệu chi tiết về chiều dài vòng sợi, khối lượng g/m2 và mật độ dọc-ngang hỗ trợ phân tích mối quan hệ giữa cấu trúc vải và tính chất lưu biến.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc thiết kế và lựa chọn vật liệu dệt kim phù hợp cho các sản phẩm may mặc có yêu cầu cao về độ bền và tính co giãn, đồng thời góp phần nâng cao hiệu quả sản xuất và chất lượng sản phẩm tại Việt Nam.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tối ưu hóa cấu trúc vải dệt kim:

    • Hành động: Điều chỉnh mật độ dọc và ngang, chiều dài vòng sợi để giảm biến dạng rão.
    • Mục tiêu: Giảm biến dạng rão trung bình xuống dưới 15% sau 1800 giây.
    • Thời gian: Triển khai trong 12 tháng.
    • Chủ thể: Các nhà sản xuất vải dệt kim và phòng nghiên cứu vật liệu.

  2. Áp dụng mô hình lưu biến trong thiết kế sản phẩm:

    • Hành động: Sử dụng mô hình Eyring và Kelvin để dự báo biến dạng và phục hồi vải.
    • Mục tiêu: Nâng cao độ chính xác dự báo biến dạng trên 80%.
    • Thời gian: 6 tháng để tích hợp vào quy trình thiết kế.
    • Chủ thể: Bộ phận R&D và kỹ thuật của doanh nghiệp dệt may.

  3. Phát triển vật liệu sợi mới có tính biến dạng thấp:

    • Hành động: Nghiên cứu và ứng dụng sợi tổng hợp hoặc pha trộn để cải thiện tính ổn định kích thước.
    • Mục tiêu: Giảm biến dạng rão và lơi ít nhất 20% so với sợi bông truyền thống.
    • Thời gian: 24 tháng.
    • Chủ thể: Các viện nghiên cứu và doanh nghiệp sản xuất sợi.

  4. Đào tạo và nâng cao nhận thức về tính chất lưu biến:

    • Hành động: Tổ chức các khóa đào tạo về lưu biến học cho kỹ sư và công nhân ngành dệt may.
    • Mục tiêu: Giảm thiểu lỗi sản xuất do biến dạng vải.
    • Thời gian: 6 tháng.
    • Chủ thể: Các trường đại học, trung tâm đào tạo nghề và doanh nghiệp.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Nhà nghiên cứu và giảng viên ngành dệt may:

    • Lợi ích: Cung cấp cơ sở lý thuyết và dữ liệu thực nghiệm về tính chất lưu biến của vải dệt kim.
    • Use case: Phát triển đề tài nghiên cứu mới, giảng dạy chuyên sâu về vật liệu dệt.

  2. Doanh nghiệp sản xuất vải và may mặc:

    • Lợi ích: Áp dụng kết quả nghiên cứu để cải tiến quy trình sản xuất, nâng cao chất lượng sản phẩm.
    • Use case: Thiết kế sản phẩm có độ bền cao, giảm biến dạng trong quá trình sử dụng.

  3. Kỹ sư thiết kế và phát triển sản phẩm:

    • Lợi ích: Sử dụng mô hình lưu biến để dự báo biến dạng và phục hồi vải, tối ưu hóa thiết kế.
    • Use case: Lựa chọn vật liệu phù hợp cho các sản phẩm thời trang và thể thao.

  4. Sinh viên ngành kỹ thuật dệt may và vật liệu:

    • Lợi ích: Học tập và tham khảo các phương pháp nghiên cứu, mô hình lý thuyết và thực nghiệm.
    • Use case: Tham khảo luận văn để hoàn thiện khóa luận, luận văn tốt nghiệp.

Câu hỏi thường gặp

  1. Hiện tượng rão của vải dệt kim là gì?
    Rão là sự biến dạng chậm theo thời gian của vải dưới tác dụng của tải trọng không đổi, làm tăng kích thước và giảm độ bền của sản phẩm. Ví dụ, vải single có thể biến dạng rão đến 27% sau 30 phút kéo căng.

  2. Mô hình nào phù hợp để mô phỏng biến dạng rão của vải?
    Mô hình Eyring và Kelvin mức nối tiếp với lò xo được đánh giá phù hợp nhất, với sai số mô phỏng thấp và khả năng dự báo biến dạng theo thời gian chính xác.

  3. Tại sao vải interlock có biến dạng rão thấp hơn vải single?
    Do cấu trúc vòng sợi kép và liên kết chặt chẽ hơn, vải interlock có khả năng chịu tải và phục hồi tốt hơn, giảm thiểu biến dạng rão.

  4. Biến dạng lơi khác gì với biến dạng rão?
    Biến dạng lơi là sự giảm ứng suất theo thời gian khi biến dạng được giữ cố định, còn biến dạng rão là sự tăng biến dạng khi tải trọng được giữ cố định.

  5. Làm thế nào để giảm biến dạng rão trong sản xuất vải dệt kim?
    Có thể điều chỉnh mật độ vòng sợi, sử dụng sợi pha trộn hoặc tổng hợp có tính ổn định cao, đồng thời áp dụng mô hình lưu biến để thiết kế sản phẩm phù hợp.

Kết luận

  • Vải dệt kim phổ biến tại Việt Nam gồm các loại single, rib 1x1 và interlock có đặc tính biến dạng rão và lơi khác nhau, ảnh hưởng bởi cấu trúc và thành phần sợi.
  • Biến dạng rão tăng theo tải trọng và thời gian, với vải single có biến dạng lớn nhất, interlock thấp nhất.
  • Mô hình lưu biến Eyring và Kelvin mức nối tiếp với lò xo mô phỏng tốt hiện tượng biến dạng rão và phục hồi của vải.
  • Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học để cải tiến công nghệ sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm dệt kim.
  • Đề xuất áp dụng mô hình lưu biến trong thiết kế sản phẩm và phát triển vật liệu mới nhằm giảm biến dạng rão, nâng cao độ bền và tính thẩm mỹ.

Next steps: Triển khai áp dụng các giải pháp tối ưu cấu trúc vải, đào tạo kỹ thuật viên và mở rộng nghiên cứu sang các loại vải dệt kim khác.

Call to action: Các doanh nghiệp và nhà nghiên cứu ngành dệt may nên phối hợp ứng dụng kết quả nghiên cứu để nâng cao chất lượng sản phẩm và phát triển bền vững ngành dệt kim Việt Nam.