Sợi spandex là gì?

Trong lĩnh vực dệt may đàn hồi, sợi spandex được coi là một sự đổi mới mang tính biến đổi đã xác định lại sự thoải mái, tính linh hoạt và hiệu suất trong vô số sản phẩm. Từ kiểu dáng-quần legging vừa vặn của vận động viên cho đến dải thắt lưng hỗ trợ của vải denim hàng ngày, khả năng co giãn và phục hồi độc đáo của sợi spandex đã khiến nó trở thành một thành phần không thể thiếu trong sản xuất dệt may hiện đại. Nhưng chính xác sợi spandex là gì và điều gì làm nó khác biệt với các chất liệu đàn hồi khác?

 

1. Định nghĩa và đặc điểm cốt lõi của sợi Spandex

Sợi spandex, còn được biết đến với tên thương hiệu Lycra® (nhãn hiệu đã đăng ký của Invista), là một loại sợi đàn hồi tổng hợp được phân loại là sợipolyurethane phân đoạnpolyme. Theo định nghĩa, nó là một sợi dài, liên tục (hoặc tập hợp các sợi) có khả năng co giãn và phục hồi đặc biệt-hai đặc điểm giúp phân biệt nó với các sợi không-co giãn thông thường như bông hoặc polyester.

Tổ chức Tiêu chuẩn hóa Quốc tế (ISO) định nghĩa spandex là loại sợi có thể co dãn ít nhất500% chiều dài ban đầu của nóvà phục hồi vào bên trong10% kích thước ban đầu của nósau khi lực kéo dãn được loại bỏ. Độ đàn hồi vượt trội này không thể so sánh được với hầu hết các loại sợi tự nhiên hoặc tổng hợp, khiến sợi spandex trở thành tiêu chuẩn vàng cho các ứng dụng đòi hỏi tính linh hoạt và giữ hình dạng.

Không giống như các vật liệu đàn hồi tự nhiên như cao su, sợi spandex nhẹ, mềm khi chạm vào và chịu được nhiều yếu tố môi trường (ví dụ: ánh sáng mặt trời, hóa chất và nhiệt), giúp mở rộng khả năng sử dụng của nó trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Nó thường được sử dụng trong hỗn hợp với các loại sợi khác (ví dụ: bông, polyester hoặc nylon) để tăng cường độ đàn hồi của vải trong khi vẫn giữ được các đặc tính mong muốn của sợi cơ bản-chẳng hạn như độ thoáng khí, độ bền hoặc độ bóng.

 

2. Thành phần hóa học

Khả năng co giãn và phục hồi đặc biệt của sợi spandex bắt nguồn từ cấu trúc hóa học độc đáo của nó. Vải thun bao gồmpolyurethane phân đoạnpolyme, bao gồm hai loại phân tử riêng biệt:đoạn mềmVàđoạn cứng. Cấu trúc phân đoạn kép-này là chìa khóa cho hoạt động linh hoạt của nó.

2.1 Phân đoạn mềm: Cho phép kéo dài

Các đoạn mềm chiếm khoảng 70-90% chuỗi polyme spandex. Chúng là những chuỗi dài, linh hoạt có nguồn gốc từdiol polyetherhoặcdiol polyester-các hợp chất hữu cơ có đơn vị lặp lại tạo thành cấu trúc dạng cuộn, lỏng lẻo-. Những cuộn dây này hoạt động giống như những lò xo nhỏ: khi có một lực tác dụng (ví dụ: kéo vải), các cuộn dây sẽ giãn ra, cho phép sợi giãn ra đáng kể.

Ví dụ: các đoạn mềm dựa trên polyether{0}}có tính linh hoạt cao và có khả năng chống thủy phân (phân hủy bởi nước), khiến chúng trở nên lý tưởng cho vải thun dùng trong đồ bơi hoặc quần áo năng động tiếp xúc với độ ẩm. Mặt khác, các đoạn vải mềm làm từ polyester{2}}có khả năng chịu nhiệt tốt hơn và thường được sử dụng trong vải thun cho các loại quần áo yêu cầu xử lý ở nhiệt độ-cao (ví dụ: nhuộm hoặc ủi).

2.2 Phân đoạn khó: Phục hồi lái xe

Các đoạn cứng chiếm 10-30% chuỗi polymer và có nguồn gốc từdiisocyanat(ví dụ, methylene diphenyl diisocyanate, MDI) vàbộ mở rộng chuỗi(ví dụ, ethylene diamine). Các phân đoạn này ngắn, cứng và có độ phân cực cao, nghĩa là chúng tạo thành các liên kết liên phân tử mạnh (ví dụ: liên kết hydro) với các chuỗi polymer lân cận.

Khi lực kéo dãn bị loại bỏ, những liên kết mạnh mẽ giữa các phân đoạn cứng này đóng vai trò là “mỏ neo phân tử”, kéo các phân đoạn mềm không bị ràng buộc trở lại trạng thái cuộn của chúng. Quá trình này cho phép sợi spandex khôi phục lại chiều dài và hình dạng ban đầu-ngay cả sau các chu kỳ kéo giãn lặp đi lặp lại. Nếu không có các đoạn cứng, các đoạn mềm sẽ vẫn bị kéo căng, dẫn đến biến dạng vĩnh viễn (giống như một lò xo bị gãy).

2.3 Liên kết chéo-: Nâng cao độ bền

Trong quá trình sản xuất, các phản ứng hóa học bổ sung sẽ tạo raliên kết chéogiữa các chuỗi polyme liền kề. Các liên kết chéo-này là các liên kết cộng hóa trị giúp củng cố cấu trúc của sợi spandex, cải thiện độ bền kéo, khả năng chống mài mòn và khả năng chống rão (biến dạng chậm dưới áp suất không đổi). Mật độ liên kết chéo-có thể được điều chỉnh để điều chỉnh các đặc tính của sợi: mật độ liên kết chéo-cao hơn mang lại độ bền cao hơn nhưng độ giãn giảm nhẹ, trong khi mật độ thấp hơn làm tăng khả năng co giãn nhưng có thể giảm độ bền.

 

3. Quy trình sản xuất sợi Spandex

Quá trình sản xuất sợi spandex là một quy trình phức tạp, có nhiều{0}}bước bao gồm tổng hợp polyme, kéo sợi, kéo sợi và hoàn thiện. Mỗi bước đều được kiểm soát cẩn thận để đảm bảo sợi cuối cùng đáp ứng các đặc tính cơ học và đàn hồi mong muốn. Hai phương pháp sản xuất phổ biến nhất làquá trình kéo sợi khô(được sử dụng cho hơn 90% sản lượng vải thun toàn cầu) vàquá trình kéo sợi ướt(được sử dụng cho vải thun-hiệu suất cao chuyên dụng).

3.1 Kéo sợi khô: Phương pháp chiếm ưu thế

Kéo sợi khô là kỹ thuật được sử dụng rộng rãi nhất vì nó hiệu quả,{0}}tiết kiệm chi phí và phù hợp để sản xuất sợi spandex có độ denier (độ dày) khác nhau. Quá trình này bao gồm sáu giai đoạn chính:

3.1.1 Tổng hợp polyme

Đầu tiên, polyme polyurethane phân đoạn được tổng hợp trong bình phản ứng. Điều này bao gồm ba bước chính:

Sự hình thành tiền polyme: Polyether hoặc polyester diol phản ứng với diisocyanate để tạo thành "prepolyme"-một phân tử chuỗi dài-với các nhóm cuối phản ứng.

Mở rộng chuỗi: Chất chuẩn bị polyme được trộn với chất kéo dài chuỗi (ví dụ, ethylene diamine) trong dung môi (thường là dimethylformamide, DMF, hoặc dimethylacetamide, DMAc). Phản ứng này kéo dài chuỗi polymer, tăng trọng lượng phân tử và độ đàn hồi của chúng.

Chuẩn bị giải pháp: Polyme thu được được hòa tan trong dung môi để tạo thành một chất "spinning dope" nhớt có hàm lượng chất rắn từ 25-40%. Độ nhớt của dope rất quan trọng: quá dày và không thể ép đùn được; quá mỏng và các sợi sẽ bị yếu.

3.1.2 Đùn (Spinning)

Dope quay được bơm qua mộtmáy quay-tấm kim loại có hàng trăm hoặc hàng nghìn lỗ nhỏ (đường kính thường là 0,05-0,15 mm). Số lượng và kích thước của các lỗ xác định số lượng sợi trong sợi và denier của nó (ví dụ, một máy kéo sợi có 100 lỗ sẽ tạo ra sợi 100 sợi).

Khi dope thoát ra khỏi máy trộn, nó sẽ đi vào mộttắm quay(còn gọi là “tháp sấy”) chứa đầy không khí nóng (100-150 độ). Không khí nóng làm bay hơi dung môi khỏi dope, làm cho polyme đông cứng lại thành các sợi liên tục. Dung môi được thu hồi từ không khí bằng hệ thống ngưng tụ và được tái chế để giảm chất thải và chi phí.

3.1.3 Vẽ (Định hướng)

Sau đó, các sợi đã đông đặc được đưa qua một loạt các con lăn được làm nóng (cuộn kéo) trong một quá trình được gọi làvẽ. Các con lăn quay với tốc độ ngày càng tăng, kéo dài các sợi đến 3-5 lần chiều dài ban đầu của chúng. Sự kéo dài này sắp xếp các chuỗi polyme dọc theo chiều dài của dây tóc, trong đó:

Tăng cường độ đàn hồi và khả năng phục hồi của sợi (bằng cách sắp xếp các đoạn mềm và cứng).

Tăng độ bền kéo (bằng cách giảm các khuyết tật trong cấu trúc polymer).

Giảm đường kính của sợi, tinh chỉnh kết cấu của sợi.

Mức độ kéo (tỷ lệ kéo) được kiểm soát cẩn thận: tỷ lệ kéo cao hơn sẽ tạo ra sợi chắc hơn, đàn hồi hơn, trong khi tỷ lệ kéo thấp hơn sẽ tạo ra sợi mềm hơn, linh hoạt hơn.

3.1.4 Cài đặt nhiệt

Sau khi vẽ, các sợi được đưa qua mộtlò nung nhiệt-(150-200 độ) để ổn định cấu trúc của chúng. Cài đặt nhiệt sẽ "khóa" các chuỗi polyme thẳng hàng, ngăn sợi co lại hoặc mất độ đàn hồi trong quá trình xử lý tiếp theo (ví dụ: nhuộm hoặc sản xuất hàng may mặc). Nó cũng cải thiện khả năng chịu nhiệt và hóa chất của sợi.

3.1.5 Quấn dây

Sau đó, các sợi dây -đặt nhiệt sẽ được quấn vào các cuộn suốt hoặc hình nón lớn trong một quy trình được gọi làquanh co. Máy quấn kiểm soát độ căng của sợi để đảm bảo cuộn sợi đồng đều, giúp chống rối và đảm bảo tính đồng nhất trong quá trình sản xuất vải. Các cuộn chỉ sau đó được đóng gói và vận chuyển đến các nhà máy dệt để dệt hoặc đan.

3.2 Kéo sợi ướt: Dành cho các ứng dụng chuyên dụng

Kéo sợi ướt được sử dụng để sản xuất sợi spandex hiệu suất cao-có độ bền hoặc khả năng kháng hóa chất đặc biệt (ví dụ: dùng cho hàng dệt công nghiệp hoặc ứng dụng y tế). Không giống như kéo sợi khô sử dụng không khí nóng để loại bỏ dung môi, kéo sợi ướt sử dụngtắm đông tụ chất lỏng(ví dụ: nước hoặc chất không dung môi như metanol) để làm cứng các sợi.

Khi kéo sợi ướt:

Dope kéo sợi được ép đùn vào bể đông tụ, tại đó dung môi khuếch tán ra khỏi dope và polyme kết tủa thành sợi.

Các sợi được kéo vào bể đông tụ (thay vì trên các con lăn được gia nhiệt) để căn chỉnh các chuỗi polymer.

Các sợi được rửa sạch để loại bỏ dung môi còn sót lại, sấy khô,-nhiệt và quấn vào suốt chỉ.

Spandex kéo sợi ướt-có cấu trúc đồng đều hơn và độ bền kéo cao hơn spandex kéo sợi-khô, nhưng đắt hơn và sản xuất chậm hơn. Do đó, nó thường được sử dụng trong các ứng dụng thích hợp nơi hiệu suất được ưu tiên hơn chi phí.

 

4. Đặc tính chính của sợi Spandex

Sự phổ biến của sợi spandex bắt nguồn từ sự kết hợp độc đáo giữa các đặc tính cơ học, hóa học và vật lý, khiến nó phù hợp với nhiều ứng dụng. Dưới đây là các thuộc tính quan trọng nhất của nó:

4.1 Độ đàn hồi và phục hồi vượt trội

Như đã đề cập trước đó, sợi spandex có thể kéo dài đến500-800% chiều dài ban đầu-nhiều hơn bất kỳ loại sợi đàn hồi thông thường nào khác (ví dụ: cao su tự nhiên co giãn tới 800% nhưng không có độ bền như vải thun). Sau khi kéo dài, nó phục hồi vào bên trong95-98% chiều dài ban đầu của nó-có nghĩa là sợi spandex 100 cm được kéo giãn đến 600 cm (độ giãn dài 500%) sẽ trở về 102-105 cm sau khi loại bỏ lực. Khả năng phục hồi gần như hoàn hảo này đảm bảo rằng quần áo làm bằng vải thun vẫn giữ được hình dạng ngay cả sau khi mặc và giặt nhiều lần.

4.2 Kết cấu nhẹ và mềm

Sợi spandex cực kỳ nhẹ, có mật độ khoảng 1,2 g/cm³-nhẹ hơn bông (1,5 g/cm³) hoặc polyester (1,4 g/cm³). Độ nhẹ này khiến nó trở nên lý tưởng cho các loại quần áo đòi hỏi sự thoải mái mà không cồng kềnh (ví dụ: đồ lót, đồ thể thao hoặc hàng dệt kim). Nó cũng có kết cấu mịn, mềm tạo cảm giác nhẹ nhàng với da, không giống như cao su tự nhiên, có thể cứng hoặc dính.

4.3 Độ bền kéo và khả năng chống mài mòn cao

Mặc dù có tính đàn hồi nhưng sợi spandex lại có độ bền kéo rất ấn tượng (lực cần thiết để làm đứt sợi). Nó thường có độ bền0,5-1,0 gram mỗi denier (g/d)-không bền bằng polyester (4,0-5,0 g/d) nhưng đủ cho hầu hết các ứng dụng may mặc. Khi được pha trộn với các loại sợi bền hơn (ví dụ: nylon hoặc polyester), vải thu được sẽ thừa hưởng độ bền của sợi cơ bản trong khi vẫn giữ được độ đàn hồi của vải thun.

Spandex cũng có khả năng chống mài mòn tốt (khả năng chống mài mòn do ma sát) nhờ cấu trúc polyme liên kết chéo. Điều này làm cho nó phù hợp với những món đồ có độ mòn cao-như tất, quần legging hoặc quần áo bảo hộ lao động phải chịu sự cọ xát nhiều lần trên các bề mặt.

4.4 Khả năng chịu nhiệt, hóa chất và ánh sáng mặt trời

Sợi spandex có khả năng chống lại nhiều yếu tố môi trường, giúp kéo dài tuổi thọ của quần áo được làm từ nó:

Khả năng chịu nhiệt: Nó có thể chịu được nhiệt độ lên tới130-150 độ(tùy loại) không bị chảy hoặc mất độ đàn hồi. Điều này cho phép nó được nhuộm hoặc ủi bằng quy trình dệt tiêu chuẩn (mặc dù nhiệt độ cao trên 180 độ có thể gây ra sự xuống cấp).

Kháng hóa chất: Nó có khả năng chống lại hầu hết các chất tẩy rửa, dầu và dung môi hữu cơ-nên nó phù hợp với đồ bơi (chống clo) và quần áo thể thao (chống mồ hôi và bột giặt). Tuy nhiên, nó dễ bị ảnh hưởng bởi axit hoặc bazơ mạnh, có thể phá vỡ cấu trúc polyurethane.

Chống tia cực tím: Nó có khả năng chống lại bức xạ tia cực tím (UV) vừa phải từ ánh sáng mặt trời. Mặc dù việc tiếp xúc lâu với tia UV có thể gây ra sự xuống cấp dần dần (mờ dần hoặc mất tính đàn hồi), nhưng việc trộn vải thun với sợi chống tia cực tím-(ví dụ: polyester) hoặc thêm chất ổn định tia cực tím vào polyme có thể giảm thiểu vấn đề này.

4.5 Độ thoáng khí và hút ẩm

Sợi spandex nguyên chất không có độ thoáng khí cao nhưng khi pha với các loại sợi thoáng khí như cotton, lanh hoặc polyester, nó vẫn giữ được độ thoáng khí của sợi cơ bản. Một số sợi spandex hiện đại cũng được thiết kế với các vi kênh hoặc cấu trúc xốp để tăng cường khả năng hút ẩm (khả năng hút mồ hôi ra khỏi da), khiến chúng trở nên lý tưởng cho trang phục năng động.

 

5. Phân loại sợi Spandex theo cấu trúc và công dụng

Sợi spandex có nhiều dạng cấu trúc, mỗi dạng được thiết kế cho các ứng dụng cụ thể. Sự phân loại phổ biến nhất dựa trênsố lượng sợi, người phủ nhận, Vàloại che phủ(trần,-nắp đơn hoặc-nắp kép).

5.1 Theo số lượng sợi

Sợi spandex được tạo thành từ nhiều sợi liên tục và số lượng sợi (số lượng sợi) ảnh hưởng đến kết cấu, độ bền và tính linh hoạt của nó:

Vải thun đơn sợi: Một sợi đơn, dày (hiếm khi được sử dụng một mình vì nó cứng).

Vải thun đa sợi: 10-1000 sợi xoắn lại với nhau. Hầu hết các sợi spandex là sợi đa sợi, với 20-50 sợi phổ biến cho quần áo. Số lượng sợi cao hơn sẽ tạo ra sợi mềm hơn, linh hoạt hơn (ví dụ: vải thun 50 sợi mềm hơn vải thun 10 sợi), trong khi số lượng sợi thấp hơn sẽ tạo ra sợi chắc hơn, bền hơn.

5.2 Bởi Denier (Độ dày)

Denier (d) là đơn vị đo mô tả độ dày của sợi: denier càng cao thì sợi càng dày. Sợi spandex có nhiều loại từ denier10d (cực{1}}tốt)ĐẾN1000d (công việc{1}}nặng), với các mức từ chối phổ biến cho quần áo là 20d, 40d và 70d:

Ultra{0}}Spandex siêu mịn (10ngày-30ngày): Được sử dụng trong các loại vải mỏng, nhẹ như quần tất, đồ lót hoặc áo thun nhẹ. Nó mềm mại và hầu như không nhìn thấy được, lý tưởng cho các loại quần áo có độ co giãn không thể nhìn thấy được.

Vải thun trung bình (40d-100d): Được sử dụng trong trang phục hàng ngày như quần jean, váy hoặc đồ thể thao. Nó cân bằng độ đàn hồi và độ bền, mang lại độ co giãn vừa đủ để tạo sự thoải mái mà không quá dày.

Vải thun dày-(100d+): Được sử dụng trong hàng dệt công nghiệp, băng y tế hoặc quần áo-năng động nặng (ví dụ: quần legging cử tạ). Nó có độ bền và độ đàn hồi cao, phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi phải kéo dài nhiều lần dưới tải nặng.

5.3 Theo loại lớp phủ

Hầu hết các sợi spandex đều được "phủ" bằng các loại sợi khác (ví dụ: polyester hoặc nylon) để tăng cường độ bền, kết cấu hoặc khả năng nhuộm của chúng. Ba loại lớp phủ chính là:

5.3.1 Sợi Spandex trần

Sợi spandex trần là sợi spandex nguyên chất không có lớp phủ bên ngoài. Nó có độ đàn hồi cao nhất (độ giãn dài 500-800%) nhưng dễ bị mài mòn và vướng víu. Nó hiếm khi được sử dụng một mình; thay vào đó, nó được pha trộn với các loại sợi khác trong quá trình dệt hoặc đan (ví dụ, trong vải denim co giãn, nơi nó được trộn với sợi bông). Vải thun trần cũng được sử dụng trong vải dệt y tế (ví dụ, băng nén) nơi cần độ đàn hồi tối đa.

5.3.2 Sợi Spandex phủ đơn{1}}(SCY)

Sợi spandex phủ đơn{0}}bao gồm một lõi spandex trần được bọc bằng một lớp sợi tơ không-đàn hồi (ví dụ: polyester hoặc nylon) bằng máy bọc. Dây tóc bao phủ được xoắn quanh lõi spandex với tốc độ 500-1500 vòng xoắn trên mét (TPM).

Đặc điểm chính:

Mượt mà và bền hơn vải thun trần.

Độ đàn hồi vừa phải (độ giãn dài 400-600%).

Chi phí thấp hơn-vải thun co giãn gấp đôi.

Ứng dụng: Trang phục thông thường (ví dụ: áo thun-, quần thể thao), hàng dệt kim (ví dụ: tất) và hàng dệt gia dụng (ví dụ: khăn trải giường co giãn).

5.3.3 Sợi Spandex phủ đôi-(DCY)

Sợi spandex phủ kép-có lõi spandex trần được bọc bằng hai lớp sợi không-co giãn: lớp đầu tiên được xoắn theo một hướng (ví dụ: theo chiều kim đồng hồ) và lớp thứ hai được xoắn theo hướng ngược lại (ngược chiều kim đồng hồ). Việc "xoắn ngược" này giúp tăng cường độ ổn định, độ bền và khả năng chống đứt của sợi.

Đặc điểm chính:

Độ bền và độ ổn định cao nhất trong số các sợi spandex được phủ.

Kết cấu mịn và độ đàn hồi ổn định (độ giãn dài 300-500%).

Chống sờn và đóng cọc.

Ứng dụng: Trang phục-ăn mặc cao (ví dụ: đồ thể thao, quần legging, áo lót), hàng dệt kim (ví dụ: quần bó) và trang phục bó sát (ví dụ: quần áo định hình).