Trong những năm gần đây, với sự phổ biến của các hoạt động ngoài trời, nhu cầu về các loại vải có khả năng chống thấm nước và chống bắn tóe đã tăng lên đáng kể trong số người tiêu dùng. Quy trình chủ đạo hiện nay là đạt được khả năng chống thấm nước và chống bắn tóe thông qua việc phủ hoặc tạo màng, nhưng có những nhược điểm như quy trình phức tạp và thời gian xử lý dài. Xử lý chống thấm nước không chứa flo trên vải mật độ cao có thể đạt được khả năng chịu áp lực nước tĩnh cao, với quy trình ngắn, đơn giản và ưu điểm là chi phí thấp; Mặc dù khả năng chịu áp lực nước tĩnh không tốt bằng các phương pháp phủ hoặc cán màng, nhưng sau khi tối ưu hóa quy trình, khả năng chịu áp lực nước tĩnh vẫn có thể đạt 5200Pa trở lên, và có độ thoáng khí nhất định, phù hợp với các loại vải chức năng đặc biệt như áo choàng phẫu thuật, quần áo bảo hộ, quần áo leo núi và vải lều.
Nghiên cứu này đã chọn Công ty TNHH Công nghệ Polymer Tô Châu Leman làm chất chống thấm không chứa flo và sử dụng phương pháp nung ở nhiệt độ cao để xử lý chống thấm cho vải cotton nguyên chất mật độ cao. Nghiên cứu đã khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố như đặc tính vải, nhiệt độ nung và thời gian nung đến khả năng chịu áp lực tĩnh của nước đối với vải cotton nguyên chất, và cuối cùng đã hình thành một giải pháp hoàn chỉnh thuận lợi cho sản xuất quy mô lớn!
1. Vật liệu thử nghiệm
Chất liệu vải: Vải cotton nguyên chất (29,2 tex x 29,2 tex, 472 x 315, dệt trơn, khối lượng riêng 220 g/m2);
Thuốc thử: Chất chống thấm không chứa flo
Thiết bị: Máy sấy định hình liên tục, máy sấy khí nóng (Menfuji của Đức), lò sấy điện DHG-9140A, máy giặt SDLATLAS Vortex M6, máy đo độ ẩm vải YB813, máy đo độ thoáng khí kỹ thuật số áp suất tĩnh nước YG461E.
2. Quy trình
Quy trình cán nguội → ủ → xử lý kiềm → nhuộm → chống thấm → nung.
3. Giới thiệu về các phương pháp kiểm định kết quả
Khả năng chống thấm nước: được đo theo tiêu chuẩn AATCC 22-2010 “Khả năng chống thấm nước: Thử nghiệm phun”. Cắt 3 miếng (17,78 cm x 17,78 cm) làm mẫu và đặt chúng ở áp suất khí quyển tiêu chuẩn trong 4 giờ. Cho 250mL nước cất ở nhiệt độ (27 ± 1) ℃ vào phễu của thiết bị thử nghiệm và phun lên mặt trước của các mẫu. So sánh các vết ướt hoặc các điểm trên mặt trước với hình ảnh đánh giá để xếp hạng và ghi lại kết quả xếp hạng của từng mẫu thử.
Khả năng giặt: Giặt tại nhà được thực hiện theo tiêu chuẩn GB/T 8629-2017 “Quy trình giặt và sấy tại nhà để kiểm tra hàng dệt”. Dung dịch được pha chế bằng cách sử dụng 1g/L chất tẩy rửa tiêu chuẩn (AATCC 1993), với tỷ lệ pha nước là 1:30. Sau khi giặt ở 40 ℃ trong 8 phút, dung dịch được làm khô, thu được một lần giặt. Sau khi chương trình giặt hoàn tất, sấy khô trong lò ở nhiệt độ 100 ℃.
Quy trình giặt công nghiệp như sau: giặt sơ (50L nước tinh khiết, giặt trong 3 phút, nhiệt độ nước 50 ℃) → giặt chính (80L nước tinh khiết, giặt trong 15 phút, nhiệt độ nước 60 ℃, 300g chất tẩy trắng oxy, 400g bột giặt) → xả (50L nước tinh khiết, giặt trong 5 phút) → giặt trung hòa (50L nước tinh khiết, 200g axit trung hòa) → giặt bằng nước sạch (50L nước tinh khiết, giặt trong 5 phút).
Khả năng chịu áp suất thủy tĩnh: được đo theo tiêu chuẩn AATCC 127-2018 “Thử nghiệm áp suất thủy tĩnh”. Cắt ba mẫu không gấp và không bị nhiễm bẩn có kích thước 200 mm x 200 mm và đặt chúng ở áp suất khí quyển tiêu chuẩn trong 4 giờ. Kiểm soát nhiệt độ nước tiếp xúc với mẫu ở mức (21 ± 2) ℃, lau khô bề mặt kẹp và để bề mặt thử nghiệm hướng về phía mặt nước. Sau khi kẹp, khởi động động cơ. Khi có sự thấm nước ở ba vị trí trên mẫu, ghi lại áp suất nước tĩnh tại thời điểm này, lặp lại ba lần và lấy giá trị trung bình để thu được khả năng chịu áp suất nước tĩnh của mẫu.
4. Ảnh hưởng của quy trình chống thấm đến hiệu quả chống thấm
Nghiên cứu thực nghiệm về ảnh hưởng của phương pháp kéo giãn và nung một bước và phương pháp kéo giãn và nung hai bước đến hiệu quả chống thấm nước. Trong phương pháp một bước, sử dụng máy kéo giãn và tạo hình. Sau khi vải được cuộn, nó được đưa vào buồng sấy của máy tạo hình, và quá trình sấy và nung được thực hiện đồng thời để đạt hiệu quả sản xuất cao, phù hợp với hầu hết các loại vải cần hoàn thiện chống thấm nước. Phương pháp kéo giãn và nung hai bước sử dụng máy kéo giãn và tạo hình để sấy khô vật liệu đã cuộn, sau đó tiến hành nung. Quá trình này có độ ổn định cao. Quy trình kéo giãn và nung một bước: máy kéo giãn tẩm chất phụ gia và cuộn, chất chống thấm không chứa flo 80g/L, nhiệt độ 170 ℃, thời gian 3,5 phút. Quy trình kéo giãn và nung hai bước: máy kéo giãn ngâm chất phụ gia cuộn (chất chống thấm không chứa flo 80g/L, nhiệt độ sấy 120 ℃, thời gian sấy 60 giây) → nung (nhiệt độ 170 ℃, thời gian 3 phút). Bảng 1 trình bày kết quả xử lý chống thấm nước trên vải cotton nguyên chất bằng các quy trình chống thấm khác nhau.
Từ Bảng 1, có thể thấy rằng hiệu suất chống thấm nước của phương pháp kéo giãn và nung một bước không khác biệt đáng kể so với phương pháp kéo giãn và nung hai bước, nhưng hiệu suất chịu áp lực tĩnh của nước lại thấp hơn đáng kể so với phương pháp kéo giãn và nung hai bước. Điều này là do phương pháp nung trực tiếp ở nhiệt độ cao một bước, ngay cả khi giảm tốc độ xe và kéo dài thời gian thẩm thấu của dung dịch làm việc, dung dịch làm việc vẫn không thể thẩm thấu hoàn toàn vào vải, và chất chống thấm không chứa flo tạo liên kết chéo trên bề mặt vải, ảnh hưởng đến khả năng chịu áp lực tĩnh của vải. Do đó, cần sử dụng phương pháp kéo giãn và nung hai bước để xử lý vải cotton nguyên chất có khả năng chịu áp lực tĩnh cao.
5. Ảnh hưởng của các thông số cấu tạo vải khác nhau đến hiệu quả chống thấm nước.
Do các loại vải có khả năng chống chịu áp lực tĩnh nước cao thường được sử dụng cho mục đích mặc ngoài và các mục đích chức năng khác, nên khối lượng trên mỗi đơn vị diện tích của vải được giới hạn ở mức (200 ± 20) g/m2. Các thông số kỹ thuật được chọn là cotton nguyên chất 29,2 tex x cotton nguyên chất 29,2 tex, 472 x 315, và kiểu dệt là trơn, chéo 2/1, trọng lượng sợi ngang phẳng và hình vuông. Áp dụng quy trình xử lý hai bước kéo giãn và sấy, dung dịch chống thấm là chất chống thấm không chứa flo 80g/L, với hai lần ngâm và hai lần cán, tỷ lệ dư cán là 65%; Sấy ở 120 ℃ và sau đó sấy ở 170 ℃ trong 3 phút. Ảnh hưởng của các cấu trúc vải khác nhau đến hiệu suất chống thấm được thể hiện trong Bảng 2.
Từ Bảng 2, có thể thấy rằng khi mật độ sợi dọc/ngang và mật độ sợi dọc/ngang không đổi, chỉ thay đổi kiểu dệt mới dẫn đến những thay đổi đáng kể về khả năng chống thấm nước và khả năng chịu áp lực tĩnh của vải. Xếp hạng theo thứ tự giảm dần về hiệu suất: dệt trơn, dệt chéo 2/1, dệt phẳng trọng lượng ngang, dệt chéo 3/1 và dệt vuông. Vải dệt trơn có thể đạt khả năng chịu áp lực tĩnh 5200 Pa, trong khi các loại vải khác không đạt được 5200 Pa. Điều này cho thấy ảnh hưởng của cấu trúc vải đến khả năng chịu áp lực tĩnh là rất rõ rệt. Vải dệt trơn có khả năng chịu áp lực tĩnh tốt nhất vì nó có nhiều điểm đan xen nhất và ít lỗ rỗng hơn. Để nghiên cứu sâu hơn mối quan hệ giữa các thông số kỹ thuật dệt và khả năng chịu áp lực tĩnh của vải, mật độ sợi dọc và ngang đã được thay đổi trong khi mật độ sợi và kiểu dệt vẫn không đổi. Khả năng chống thấm nước và khả năng chịu áp lực tĩnh của vải được kiểm tra riêng biệt, và kết quả được thể hiện trong Bảng 3.
Từ Bảng 3, có thể thấy rằng đối với cấu trúc dệt trơn 29,2 tex x 29,2 tex, khi mật độ sợi tăng lên, khả năng chịu áp suất tĩnh của vải cũng tăng theo. Khi mật độ đạt 472 x 315, khả năng chịu áp suất tĩnh của nước vượt quá 520 Pa. Trên cơ sở này, việc tăng mật độ vải dẫn đến sự gia tăng tuyến tính về độ khó dệt, trong khi sự cải thiện về khả năng chịu áp suất tĩnh của nước không đáng kể. Sau khi xem xét toàn diện, vải dệt trơn bằng cotton nguyên chất 29,2 tex x 29,2 tex và 472 x 315 cuối cùng đã được chọn làm thông số kỹ thuật tiêu chuẩn cho loại vải có khả năng chịu áp suất tĩnh cao này.
6. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian nung đến hiệu quả chống thấm nước.
Thời gian và nhiệt độ nung có ảnh hưởng quan trọng đến hiệu quả chống thấm. Công nghệ xử lý hai bước kéo giãn → nung được áp dụng, với việc nhúng vào máy kéo giãn và cán, sử dụng chất chống thấm không chứa flo 80g/L, nhiệt độ sấy 120 ℃ và thời gian sấy 60 giây. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian nung đến khả năng chống thấm và khả năng chịu áp lực tĩnh của nước được nghiên cứu và kết quả được thể hiện trong Bảng 4.
Từ Bảng 4, có thể thấy rằng khi nhiệt độ nung tăng, khả năng chịu áp suất tĩnh của nước và khả năng chống thấm nước của vải cũng tăng lên. Bởi vì trong quá trình nung, nhiệt độ càng cao thì sự sắp xếp các nhóm kỵ nước trên bề mặt sợi càng đều đặn; điều kiện nhiệt độ cao cũng thuận lợi cho việc giải phóng các nhóm isocyanate bởi các chất liên kết ngang, cải thiện mức độ liên kết ngang giữa isocyanate và các nhóm kỵ nước và –OH, và tăng cường khả năng chịu áp suất tĩnh của nước. Khi nhiệt độ nung là 170 ℃, việc tiếp tục tăng nhiệt độ sẽ dẫn đến sự gia tăng hạn chế về khả năng chịu áp suất tĩnh của nước và khả năng chống thấm nước. Do đó, nhiệt độ nung được xác định là 170 ℃. Dựa trên thí nghiệm trên, nhiệt độ nung được xác định là 170 ℃, và ảnh hưởng của thời gian nung đến khả năng chống thấm nước và khả năng chịu áp suất tĩnh của nước đã được nghiên cứu. Kết quả được thể hiện trong Bảng 5.
Từ Bảng 5, có thể thấy rằng khi thời gian nung kéo dài, hiệu suất chống thấm nước liên tục được cải thiện. Điều này là do khi thời gian nung kéo dài, sự liên kết chéo giữa các nhóm isocyanate và các nhóm kỵ nước trên bề mặt sợi trở nên hoàn thiện hơn. Nung lâu cũng cung cấp đủ thời gian cho sự sắp xếp có trật tự của các nhóm kỵ nước trên bề mặt sợi. Khi thời gian nung là 3 phút, hiệu suất chống thấm nước đạt 100 điểm và khả năng chịu áp suất tĩnh của nước đạt 5200Pa trở lên; Tiếp tục kéo dài thời gian, sự cải thiện về khả năng chống thấm nước và khả năng chịu áp suất tĩnh của nước bị hạn chế. Do đó, thời gian nung được xác định là 3 phút.
7. Kết luận
(1) Nghiên cứu đã được tiến hành về công thức của dung dịch làm việc chống thấm. Sau khi nung đủ, vải bông nguyên chất có thể chịu được áp suất nước tĩnh lên tới 5200Pa và có khả năng chống giặt tốt. Ngay cả sau 30 lần giặt bằng nước trong điều kiện giặt giũ tại nhà, nó vẫn có khả năng chống áp suất nước tĩnh và chống thấm tuyệt vời.
(2) Quá trình kéo giãn → nung như sau: máy kéo giãn nhúng chất phụ gia cán (80g/L chất chống thấm không chứa flo, nhiệt độ sấy 120 ℃, thời gian sấy 60 giây) → nung (nhiệt độ 170 ℃, thời gian 3 phút).
Thời gian đăng bài: 26/06/2024