Chất liệu Microfiber là gì?

1. Giới thiệu chung về Microfiber

Da nhân tạo từ xơ vi mảnh hay da từ xơ vi mảnh (Microfiber Artificial Leather hay Microfiber Leather) là bước phát triển mới của da nhân tạo truyền thống. Loại da này có thành phần chính là xơ vi mảnh (thường là xơ polieste và poliamit) và poliuretan. Da nhân tạo từ xơ vi mảnh ngày càng được sử dụng nhiều để thay thế cho da thuộc (da được sản xuất từ các bộ da động vật). Từ năm 2004 đến 2012, sản lượng da từ xơ vi mảnh tăng trưởng khoảng 8.7%/năm. Năm 2010, đạt 118 triệu m2, năm 2012 đã đạt 141 triệu m2. Có nhiều loại da từ xơ vi mảnh sử dụng để sản xuất các loại sản phẩm khác nhau: Giầy dép, túi cặp, da làm đồ nội thất (bọc ghế, đệm), đồ nội thất ô tô. Với nhiều ưu điểm nổi trội (tính công nghệ, hiệu quả sử dụng vật liệu …), da từ xơ vi mảnh đã được sử dụng trên 10 năm nay trên thế giới và nhu cầu ngày càng tăng mạnh. Nhiều cơ sở nghiên cứu tiếp tục cải thiện các tính chất của chúng [1 - 3]. Ở nước ta, đây là loại vật liệu mới, thời gian gần đây mới được sử dụng với số lượng chưa nhiều. Một mặt do người sử dụng thiếu thông tin về loại da này và do thói quen sử dụng da tự nhiên từ nhiều năm nay nên người sử dụng da vi sợi Microfiber tại Việt Nam vẫn còn hạn chế so với các nước khác trên thế giới.

2. Da nhân tạo từ xơ vi mảnh
Da từ xơ vi mảnh là da nhân tạo tổng hợp, là sự mô phỏng công nghệ cao da thuộc thành phẩm. Da từ xơ vi mảnh mô phỏng cấu trúc da thuộc, sử dụng nguyên liệu ban đầu là xơ siêu vi mảnh “sea-island” (thường là xơ polieste và poliamit, các xơ có chi số trong khoảng từ 0.3 đến 1 dtex) và nhựa poliuretan chất lượng cao, sử dụng công nghệ sản xuất vải không dệt xuyên kim để tạo cấu trúc 3D. Các đặc trưng của da từ xơ vi mảnh khá tương đồng với da thuộc, còn có các tính chất vật lý và hóa học của chúng tốt hơn da thuộc.

Các đặc trưng của da từ xơ vi mảnh:
Da nhân tạo từ xơ vi mảnh có ngoại hình tốt hơn da thuộc và hiệu ứng bề mặt có thể đạt được như da thuộc;
Có độ bền xé, độ bền mài mòn, độ bền kéo đứt v.v. tốt hơn da thuộc, và có độ bền nhiệt, chống axit, kiềm tốt, không bị phai màu;
Có khối lượng nhỏ, mềm, khả năng thông hơi, thông khí tốt (thẩm thấu tốt), cảm giác sờ tay mềm mượt, dễ chăm sóc trong quá trình sử dụng;
Có khả năng kháng khuẩn, chống nấm mốc, chống mọt tốt, không chứa các hóa chất độc hại, rất thân thiện với môi trường, và được cho là sản phẩm xanh của thế kỷ 21;
Dễ dàng pha cắt, hiệu quả sử dụng vật liệu cao, dễ vệ sinh, không có mùi;
Khả năng đa dạng hóa mặt hàng rất tốt.
Có sinh thái tốt.

Các ứng dụng của da từ xơ vi mảnh: Được sử dụng thay thế da thuộc để làm hầu hết các loại sản phẩm làm từ da thuộc:
Làm đồ nội thất da và sô fa da;
Làm đồ nội thất ô tô, ghế xe ô tô bọc da;
Cặp, túi da;
Giầy, dép da;
Quần áo da;
Găng tay da;
Sản phẩm da bao gói bên trong;
Da trang trí nội thất;
Các dạng sản phẩm da khác.

3. Da thuộc
Da thuộc là lớp bì của con da động vật, về cơ bản duy trì được cấu trúc xơ, nhưng các tính chất vật lý, hóa lý và hoá học của các thành phần cấu trúc của nó bị thay đổi tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng da.
Da thuộc được sản xuất từ da nguyên liệu là các bộ da động vật. Da động vật cấu tạo từ lớp biểu bì, lớp bì và lớp thịt (bạc nhạc) dưới da (hình 1) và lớp lông phủ. Trong sản xuất da thuộc người ta chỉ sử dụng lớp bì, loại bỏ lớp lông, lớp biểu bì và lớp bạc nhạc.

Trong lớp bì của da động vật, xơ colagen chiến hơn 80%. Colagen của da nguyên liệu phản ứng với các chất thuộc tạo thành da thuộc. Trong thành phần của colagen có 18 loại axitamin khác nhau. Các aminoaxit liên kết với nhau tạo thành các mạch peptit của protit - colagen.
Trong lớp bì các xơ colagen xắp xếp, đan xen với nhau tạo nên cấu trúc xơ của da thuộc. Sự đan bện chặt chẽ, độ mảnh của các xơ colagen ảnh hưởng lớn đến các tính chất cơ lý của da thuộc. Trên con da nguyên liệu, ở các vùng khác nhau có sự đan bện, mật độ v.v. các xơ colagen khác nhau do vậy chúng có các chỉ tiêu tính chất cơ lý (độ bền, độ giãn, độ hút ẩm, thông hơi, thông khí v.v.) khác nhau. Thông thường phần da lưng có cấu trúc xơ da đan bện chặt chẽ nhất, và là vùng da tốt nhất. Các vùng da biên thường có cấu trúc lỏng lẻo hơn, mỏng hơn và chất lượng kém hơn (hình 2).

Da của các loại động vật khác nhau có đặc trưng cấu trúc (thành phần aminoaxit, sự đan bện của các xơ colagen, mật độ, độ mảnh của xơ v.v.) khác nhau và ảnh hưởng quyết định đến chất lượng da thành phẩm. Giống và tuổi động vật có ảnh hưởng nhiều đến chất lượng da thành phẩm.
Trên da thành phẩm có các lỗi (khuyết tật) do lỗi da nguyên liệu (vết trầy xước, vết cắn côn trùng, nhiễm bẩn do phân, bệnh nấm ngoài da, mụn cóc ...) và lỗi trong quá trình sản xuất da thuộc (vết cắt trên da, biến dạng phần bụng hoặc do kéo căng...) điều này ảnh hưởng đến việc sử dụng hiệu quả da nguyên liệu, cũng như hiệu quả pha cắt da thuộc thành các chi tiết sản phẩm.
Theo chất lượng da nguyên liệu và mục đích sử dụng da thành phẩm, có các loại da thuộc như sau:
Da cật nguyên (Full Grain Leather);
Da nhung mặt cật (Nubuck);
Da nhung (Suede);
Da cải tạo mặt cật (Corrected Grain Leather);
Da lộn (da váng) hoàn thiện mặt (Finished Split) ...

4. Khả năng thay thế da thuộc bằng da từ xơ vi mảnh

4.1. Các tính chất cơ, lý, hóa của da từ xơ vi mảnh (Chất lượng sản phẩm bằng da từ xơ vi mảnh)
Các chỉ tiêu chất lượng giầy và sản phẩm da cơ bản được quyết định bởi các chỉ tiêu (tính chất) cơ, lý, hóa của các loại nguyên vật liệu cấu thành sản phẩm.
Các tính chất của da thuộc phụ thuộc vào sự đan bện, cấu trúc các xơ colagen, cũng như phương pháp hoàn tất bề mặt da. Các tính chất của da từ xơ vi mảnh phụ thuộc vào sự đan bện các xơ trong lớp nền và sự liên kết lớp nền với lớp tráng phủ bề mặt, bản chất lớp tráng phủ.
Để đánh giá mức độ phù hợp của một số mẫu da từ xơ vi mảnh để thay thế da thuộc làm mũ giầy và lót mũ giầy (các loại vật liệu phải chụi các tác động cơ, lý, hóa mạnh trong quá trình sản xuất và sử dụng giầy, đòi hỏi cao về các chỉ tiêu cơ, lý, hóa), đã tiến hành thử nghiệm các tính chất cơ, lý, hóa của các mẫu da từ xơ vi mảnh và da thuộc để làm cơ sở đối sánh. Thử nghiệm 6 mẫu da từ xơ vi mảnh tiêu biểu: 4 mẫu dùng cho mũ giầy, 2 mẫu dùng cho lót mũ giầy; 2 mẫu da thuộc chất lượng tốt của Công ty Cổ phần X26 – Bộ Quốc Phòng: 1 mẫu dùng làm mũ giầy, 1 mẫu dùng làm lót mũ giầy sử dụng cho quân nhân (bảng 1 và bảng 3).
Việc thử nghiệm các mẫu da được tiến hành tại Viện Nghiên cứu Da giầy. Kết quả thử nghiệm thể hiện trong các bảng 2 và bảng 4 cho thấy: Về cơ bản các tính chất của các mẫu da từ xơ vi mảnh vượt trội so với da thuộc, và đều cao hơn so với yêu cầu đối với vật liệu làm mũ giầy và lót mũ giầy theo tiêu chuẩn ISO/TR 20879: 2007 và ISO/TR 20882:2007, đặc biệt là độ bền xé, độ bền phân lớp (độ bền kết dính lớp tráng phủ với lớp nền).

Các tính chất của da thuộc được thử nghiệm tại vùng da tiêu chuẩn (vùng da tốt) của con da, các vùng da còn lại của con da chất lượng kém hơn. Như vậy, khi sử dụng da thuộc, các chi tiết trên sản phẩm thường được làm từ các vùng da khác nhau và chất lượng khác nhau. Trong khi đó, da từ xơ vi mảnh có cấu trúc, chất lượng đồng nhất, do vậy sản phẩm có chất lượng đồng đều hơn sản phẩm từ da thuộc.
Với các kết quả thử nghiệm như trên, các loại giầy được làm bằng da từ xơ vi mảnh có các tính chất sử dụng tốt: độ bền cao, các chỉ tiêu vệ sinh, sinh thái tốt. Độ thông hơi của da từ xơ vi mảnh cao hơn nhiều so với da thuộc, và gấp nhiều lần so với yêu cầu theo tiêu chuẩn nên đảm bảo tính vệ sinh tốt cho giầy (giữ cho bàn chân khô ráo, không bị nóng). Đây chính là tính ưu việt nổi trội của da từ xơ vi mảnh so với các loại da nhân tạo truyền thống (thường có độ thông hơi, độ hút ẩm rất thấp). Độ bền của sản phẩm bằng da từ xơ vi mảnh cao hơn so với sản phẩn từ da thuộc, đặc biệt là các sản phẩm sử dụng trong các điều kiện phức tạp, do da từ xơ vi mảnh có độ bền xé, độ bền mài mòn, độ bền kết dính của lớp bề mặt với lớp nền cao hơn nhiều so với da thuộc.

4.2. Hiệu quả sử dụng da từ xơ vi mảnh
Da thuộc có dạng tấm với hình dạng phức tạp và không thống nhất giữa các con da, trên da có các lỗi, các vùng da có chất lượng khác nhau (cần pha cắt cho các chi tiết khác nhau của sản phẩm), trong lô da, các con da có thể có ánh màu khác nhau, do vậy khi pha cắt da chỉ pha cắt được từng tấm. Da có diện tích nhỏ, lại thường có lỗi, khi pha cắt phải tránh lỗi, nên lượng phế liệu tạo thành rất lớn. Ngoài ra, tỷ phần diện tích vùng da tốt (vùng da lưng) của con da khoảng 55%, nếu như tỷ phần diện tích các chi tiết quan trọng của sản phẩm lớn hơn 55%, sẽ không sử dụng hết được các vùng da biên của con da. Trên con da thuộc phải pha cắt đồng bộ các chi tiết sản phẩm, đây cùng là nguyên nhân làm phát sinh lượng phế liệu lớn.Với các lý do trên, hiệu suất sử dụng da thuộc khá thấp. Tùy thuộc vào chất lượng da mà phần trăm sử dụng da thuộc (phần trăm diện tích hữu ích) khi pha cắt chỉ đạt khoảng 60 đến 80%.Da từ xơ vi mảnh được sản xuất ở dạng cuộn, có chất lượng rất đồng đều nên pha cắt được nhiều lớp, có thể pha cắt riêng lẻ từng chi tiết của sản phẩm trên từng máy pha cắt do vậy lượng phế liệu giảm rất nhiều. Phần trăm sử dụng da từ xơ vi mảnh khi pha cắt có thể đạt trên 90%.

4.3. Năng suất lao động trong sản xuất sản phẩm bằng da từ xơ vi mảnh
Năng suất lao động pha cắt vật liệu: Pha cắt da thuộc tiến hành theo từng tấm da (pha cắt một lớp), pha cắt đồng bộ các chi tiết sản phẩm trên con da (không theo sơ đồ giác) theo kinh nghiệm của người thợ pha cắt do vậy năng suất lao động rất thấp. Ngoài ra, trước khi pha cắt da thuộc, cần phải tiến hành công đoạn chuẩn bị da thuộc: Phân lô da theo diện tích, màu sắc và đánh dấu lỗi trên da. Ngoài ra, tiêu tốn nhân công để đồng bộ hóa chi tiết sản phẩm trước khi may.

Pha cắt da từ xơ vi mảnh thực hiện nhiều lớp (6 - 10 lớp), pha cắt từng chi tiết theo sơ đồ giác tối ưu nên năng suất lao động cao. Công việc chuẩn vị da trước khi pha cắt đơn giản, ít tốn nhân công. So với pha cắt da thuộc, năng suất pha cắt da từ xơ vi mảnh cao hơn gấp 20 - 30 lần.

4.3. Chi phí (giá thành) sản phẩm bằng da từ xơ vi mảnh

Giá thành sản phẩm thường được cấu thành từ các khoản chi phí:
Chi phí nguyên phụ liệu sản xuất;
Chi phí nhân công lao động trực tiếp;
Chi phí quản lý;
Chi phí điện (năng lượng), nước;
Chi phí khấu hao;
Chi phí khác.
Khi sử dụng da từ xơ vi mảnh để thay thế cho da thuộc thì hầu hết các loại chi phí trên đều giảm đáng kể:
Giảm chi phí cho nguyên phụ liệu: Giá thành da từ xơ vi mảnh bằng khoảng 70% giá thành da thuộc (tính trên một đơn vị diện tích), trong khi đó hiệu quả sử dụng da từ xơ vi mảnh cao hơn da thuộc trên 10% (do không có lỗi trên bề mặt da, chất lượng đồng nhất, vật liệu dạng cuộn dài, khổ rộng…). Đối với các sản phẩm da lớn như túi, cặp, đồ nội thất … hiệu quả sử dụng da từ xơ vi mảnh cao hơn nhiều so với da thuộc, sẽ giúp giảm đáng kể giá thành sản phẩm. Chi phí nguyên liệu cho sản phẩm làm bằng da từ xơ vi mảnh bằng khoảng 60% chi phí nguyên liệu cho sản phẩm cùng loại làm bằng da thuộc.
Giảm chi phí nhân công lao động trực tiếp và gián tiếp: Các công đoạn sản xuất sản phẩm làm bằng da từ vi mảnh thực hiện thuận tiện và năng suất cao hơn sản phẩm từ da thuộc: Pha cắt được nhiều lớp, pha cắt không cần đồng bộ, loại bỏ một số công đoạn sản xuất như làm mỏng đều chi tiết sau pha cắt, kiểm tra chất lượng chi tiết v.v.; Công đoạn may sản phẩm ít bị đứt chỉ, gẫy kim, ít xuất hiện các lỗi đường may v.v.
Giảm chi phí khấu hao, chi phí điện nước do giảm diện tích nhà xưởng, nhà kho, giảm thiểu số lượng trang thiết bị cần đầu tư (thiết bị pha cắt v.v.).
Giảm các chi phí khác, trong đó có chi phí xử lý chất thải do giảm thiểu lượng chất thải rắn.
4.5. Da từ xơ vi mảnh nâng cao một số chỉ tiêu chất lượng sản phẩm

Bên cạnh các chỉ tiêu cơ học tốt, đảm bảo độ bền cao cho sản phẩm. Tùy thuộc vào mục đích sử dụng sản phẩm mà có thể lựa chọn các loại da từ xơ vi mảnh có các đặc tính mà da thuộc khó có thể đáp ứng tốt được. Một số đặc tính tiêu biểu như sau:
Khả năng chống cháy;
Khả năng chống nấm mốc;
Khả năng chống vi khuẩn, khử mùi;
Khả năng chống thấm nước;
Khả năng chống nhiệt độ cao, nhiệt độ thấp;
Khả năng chịu hóa chất.
Ngoài ra, do khả năng hút nước thấp nên sản phẩm làm bằng da từ xơ vi mảnh nhanh khô sau khi bị ướt. Da từ xơ vi mảnh hầu như không chứa các chất độc hại nên an toàn cho người sử dụng. Loại da này sau khi bị làm ướt, sấy khô nhiều lần vẫn duy trì tốt độ mềm dẻo và các tính chất cơ lý, trong khi đó da thuộc nhanh chóng bị cứng, bị phai màu.

Việc bảo quản, chăm sóc sản phẩm bằng da từ xơ vi mảnh trong quá trình sử dụng không đòi hỏi cao như đối với sản phẩm từ da thuộc. Da nhân tạo từ xơ vi mảnh có khả năng giặt ướt.

5. Kết luận

Da từ xơ vi mảnh là da nhân tạo chất lượng cao mô phỏng cấu trúc và bề mặt da thuộc ngày càng được sử dụng rộng rãi trên thế giới để thay thế da thuộc.

Với các ưu điểm vượt trội về các tính chất cơ, lý hóa, sản phẩm làm bằng da nhân tạo từ xơ vi mảnh có các đặc trưng và cả hiệu ứng bề mặt của da thuộc. Bên cạnh đó, việc sử dụng da từ xơ vi mảnh còn tạo cho sản phẩm các tính năng mà da thuộc khó đáp ứng, đặc biệt là các tính năng bảo vệ. Việc sử dụng da từ xơ vi mảnh sẽ nâng cao hiệu quả sử dụng vật liệu, cải thiện đáng kể năng suất lao động, giảm chi phí đầu tư, chất lượng sản phẩm ổn định hơn, đồng thời làm giảm đáng kể giá thành sản phẩm. Việc bảo quản, chăm sóc sản phẩm bằng da từ xơ vi mảnh trong quá trình sử dụng không đòi hỏi cao như đối với sản phẩm từ da thuộc nên rất phù hợp với các sản phẩm mà người sử dụng không có điều kiện chăm sóc tốt.

6. Tài liệu tham khảo

[1]  Sandip V. Purane, Narsingh R. Panigrahi; Microfibers, microfilaments and their application; AUTEX Research Journal, Vol. 7, No3, September 2007.
[2]  J.B.  Qu,  C.B.  Zhang,  L.  F.  Ren,  Structure Comparison between  Collagen fiber and Microfiber, Indian Leather, 2007.  
[3]  J.B.  Qu,  Synthetic leather technology, Chemical Industry Press, 2010.  
[4]  Shu-Chuan Liao, Ko-Shao Chen, Wei-Yu Chen, Chin-Yen Chou, and Kan-Chi Wai; Surface Graft Polymerization of Acrylamide onto Plasma Activated Nylon Microfiber Artificial Leather for Improving Dyeing Properties; International Journal of Chemical Engineering and Applications, Vol. 4, No. 2, April 2013.
[5]  Xuechuan Wang, Xiaoqin Wang, Taotao Qiang, Longfang Ren, Peiyi Wang; Modification of Microfiber Synthetic Leather Base and Model by Collagen; Journal of Engineered Fibers and Fabrics, Volume 10, Issue 2 – 2015. 
[6] Longfang Ren, Na Wang, Sen Sun, Taotao Qiang, Xuechuan Wang;  Improvement of the Sanitary Property of Microfiber Synthetic Leather Base by PAMAM; Journal of Engineered Fibers and Fabrics, Volume 10, Issue 2 – 2015.
[7] Nashwa Mostafa Hafez Mohamed, Helwan University; An investigation into the physical and functional properties and sew ability of Faux leather; International Design Journal, Volume 5, Issue 2, pp 375-383.

Xin trân trọng cảm ơn Tiến sĩ Bùi Văn Huấn và Viện Dệt May - Da Giày Và Thời Trang, ĐH Bách Khoa Hà Nội và Viện Nghiên Cứu Da Giày Việt Nam đã phối hợp cùng Giayvietnamxuatkhau.vn thực hiện thành công các thử nghiệm chất lượng của da Microfiber trong thực tế sản xuất.