淺談非織造布的粘和理論

荊連輝

[摘要]首先簡單介紹非織造布的定義、優(yōu)點(diǎn)與應(yīng)用;其次重點(diǎn)介紹非織造布用粘合劑的粘合原理與組成以及非織造布熱熔粘合的原理;最后簡單介紹一下粘接強(qiáng)度,并指出粘合理論的研究與發(fā)展方向。

[關(guān)鍵詞]非織造布粘合理論粘合力熱熔粘合粘接強(qiáng)度發(fā)展與現(xiàn)狀

中圖分類號:TS1文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1671-7597(2009)1220082-01

非織造布又稱無紡布、不織布,是一種不經(jīng)過傳統(tǒng)的紡織方法,而是用有方向性的或雜亂的纖網(wǎng)制成的布狀材料,它是利用纖維間的摩擦力或自身的粘合力,或外加粘合劑的粘著力,或兩種以上的力而使纖維結(jié)合在一起的方法,即通過摩擦加固、抱和加固、或粘合加固的方法得到的纖維制品。

非織造布是一門新興的紡織技術(shù),起源于20世紀(jì)40年代末50年代初。它的技術(shù)涉及到化工、造紙、塑料、高分子等很多領(lǐng)域,具有工藝簡單,生產(chǎn)效率高,纖維原料來源廣,產(chǎn)品多、性能獨(dú)特用途廣、經(jīng)濟(jì)效益顯著等優(yōu)點(diǎn)。非織造產(chǎn)品已經(jīng)應(yīng)用到很多領(lǐng)域,如裝飾裝潢、汽車內(nèi)飾、服裝面料、土工建材、國防航空等領(lǐng)域。

非織造布的生產(chǎn)和加工主要包括兩部分,一是成網(wǎng)、固網(wǎng)過程,二是對非織造布進(jìn)行后整理和精加工過程。按成網(wǎng)技術(shù)來分,可分為干法、濕法和聚合物直接成網(wǎng)法三大類。按固網(wǎng)技術(shù)來分,可分為針刺法、水刺法、縫編法、熱粘合法、化學(xué)粘合法等。近年來,由于石油化工、高分子材料以及化纖行業(yè)和粘合劑行業(yè)的迅速發(fā)展,促進(jìn)了非制造技術(shù)的迅猛發(fā)展。但是在非織造布行業(yè)迅速發(fā)展的同時(shí),也給環(huán)境造成了一些污染,主要是粘合劑的和高分子材料的大量應(yīng)用造成的。所以開發(fā)出性能優(yōu)異,綠色環(huán)保的粘合劑和復(fù)合材料,就成了促進(jìn)非織造布發(fā)展的關(guān)鍵。而在非織造布的生產(chǎn)過程中,粘合劑的應(yīng)用主要在后整理過程中,它影響著非織造布的物理和化學(xué)性能,起著十分重要的作用。怎樣使化學(xué)粘合劑和纖網(wǎng)能夠很好的有機(jī)結(jié)合,制造出性能優(yōu)異的非織造布呢,那首先就要了解粘合劑的粘和理論,只有了解了粘合理論,才能開發(fā)出性能優(yōu)異的粘合劑,才能促進(jìn)非織造布的發(fā)展。

粘合理論包括三部分,一是粘合力的形成,二是粘合劑與非織造布的粘合理論,三是非織造布與粘合劑之間的粘合強(qiáng)度。

一、化學(xué)粘合劑粘合力的作用形態(tài)

主要有化學(xué)鍵力、分子間力、界面靜電引力和機(jī)械作用力等。

1.化學(xué)鍵力:化學(xué)鍵力是由化學(xué)鍵之間產(chǎn)生的力,存在于原子或離子之間,有共價(jià)鍵、離子鍵、金屬鍵三種作用形式。共價(jià)鍵力是兩個(gè)原子之間通過共用電子對連接產(chǎn)生的作用力,每個(gè)電子對產(chǎn)生的共價(jià)鍵力大約在3*10-9～4*10-9N。離子鍵力是兩個(gè)正負(fù)離子間的相互作用,離子鍵力與正負(fù)離子所帶的電荷多少成正比,與正負(fù)離子之間的距離的平方成反比。金屬鍵力是金屬離子間由于電子的自由運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的連接力。

2.分子間力:分子間力是同種或不同種分子與分子之間在距離相當(dāng)近時(shí)所顯示出來的相互作用力。當(dāng)分子間距離(r)<1*10-10m時(shí)表現(xiàn)為斥力,而當(dāng)分子間距離處于1*10-8m>(r)>1*10-10m的范圍內(nèi)時(shí),分子間表現(xiàn)為引力。分子間力包括范德華力和氫鍵力兩種作用形式。

3.界面靜電引力:當(dāng)粘合劑應(yīng)用在金屬粘合時(shí),由于金屬對其外層電子的吸引力小,容易失去電子而帶正電;粘合劑屬于非金屬材料,對電子的吸引力大,容易得到電子而帶負(fù)電,也就是說電子容易從金屬的一側(cè)向粘合劑的一側(cè)移動(dòng),從而在金屬與粘合劑的界面處產(chǎn)生接觸電勢,存在一定的電勢差,從而形成雙電層,產(chǎn)生靜電引力。界面靜電引力不只產(chǎn)生于金屬與非金屬之間,非金屬與非金屬之間同樣也可產(chǎn)生,即凡是具備電子供體與電子受體的兩種物質(zhì)接觸時(shí),都有可能在兩種物質(zhì)的界面產(chǎn)生靜電引力。

4.機(jī)械作用力:機(jī)械作用力的本質(zhì)是摩擦力,在粘合非織造布等多孔材料時(shí)是很重要因素。當(dāng)粘合劑施加到非織造布材料上時(shí),由于非織造布材料屬于多孔的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),這些空隙類似于毛細(xì)管,能產(chǎn)生毛細(xì)管效應(yīng),因而使得粘合劑容易滲透到材料的內(nèi)部空隙中去,固化后在兩者的界面區(qū)產(chǎn)生了嚙合力,即機(jī)械作用力。粘合理論就是在上面一種力或幾種力相互作用的基礎(chǔ)上總結(jié)出來的。在粘合理論中,主要包括吸附理論、靜電理論、擴(kuò)散理論、機(jī)械互鎖理論、化學(xué)鍵合理論等。

二、非織造布的粘合原理

非織造布的粘合原理分為粘合劑粘合法和熱粘合法原理兩種。

1.粘合劑粘合法原理:粘合劑法粘合原理是粘合技術(shù)在非織造布方面具體應(yīng)用的理論依據(jù)。在非織造布的后整理過程中,粘合劑粘合的固體主要是纖維,其粘接強(qiáng)度取決于粘合劑與被粘合纖維分子之間以及粘合劑自身的分子之間的結(jié)合強(qiáng)度。在粘合劑與纖維相互接觸的界面上,有兩種粘合作用:第一種是機(jī)械粘合,是由于粘合劑滲入到被粘合纖網(wǎng)的孔隙中而形成的機(jī)械互鎖粘合;第二種是特殊粘合,是由物理、化學(xué)作用產(chǎn)生的,它是通過化學(xué)鍵,或者通過粘合劑中極性基團(tuán)的引入以及大分子鏈、鏈段、鏈節(jié)等的運(yùn)動(dòng)逐漸遷移至被粘合纖網(wǎng)的表面,雙方極性基團(tuán)互相吸引而產(chǎn)生的分子間作用力,形成很好的粘合效果。

2.熱粘合原理:熱粘合就是對混有低熔點(diǎn)的熱熔纖維或熱熔膠粉的纖網(wǎng)進(jìn)行熱處理,是熱熔物質(zhì)熔融后,在纖維之間的接點(diǎn)處產(chǎn)生粘合,冷卻后得到固定,使纖網(wǎng)得到加固制成非織造布。在熱軋粘合的過程中包括以下幾個(gè)過程:(1)熱傳遞處理;(2)形變過程;(3)滾動(dòng)過程;(4)擴(kuò)散過程。熱軋粘合就是以上幾個(gè)過程共同作用的結(jié)果。

在粘合理論中,還有一個(gè)重要指標(biāo)影響粘合劑的使用,那就是粘接強(qiáng)度。在粘合體系中,粘接強(qiáng)度是由粘合劑的內(nèi)聚強(qiáng)度以及粘合劑與被粘合材料的粘附強(qiáng)度來提供的,其大小受粘合劑的分子運(yùn)動(dòng)、化學(xué)結(jié)構(gòu)、物理結(jié)構(gòu)、以及相對分子質(zhì)量的分布等的影響很大,另外,粘接強(qiáng)度還受一些物理因素的影響,如被粘合材料的表面形態(tài),弱界面層、內(nèi)應(yīng)力、環(huán)境、以及粘合層厚度及時(shí)間等。

以上是對粘合理論的簡單介紹,而吸附理論、靜電理論、擴(kuò)散理論是粘合的三大理論基礎(chǔ)。目前,雖然對粘和理論的研究有了很大進(jìn)展,但是理論的研究還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于粘合劑的發(fā)展和研究。粘合過程是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過程,涉及很多學(xué)科,現(xiàn)有的理論還不能解釋所有的粘合現(xiàn)象,所以希望從事研究粘合劑的科研人員,加強(qiáng)對粘合理論的研究,以促進(jìn)粘合理論的發(fā)展和完善,從而推動(dòng)粘合劑的研發(fā)工作,開發(fā)出更多適合環(huán)境和非織造布發(fā)展的粘合劑。

參考文獻(xiàn):

[1]郭秉臣,非織造布學(xué),中國紡織工業(yè)出版社.

[2]程博聞,非織造布用粘合劑,中國紡織出版社.