PVC冷粘防靜電鞋的開膠問題與對(duì)策

胡樹

(深圳市新綸科技股份有限公司科技創(chuàng)新中心，廣東 深圳 518132)

防靜電鞋是將潔凈室中工作人員的人體靜電導(dǎo)向大地最有效和最可靠的方案之一，同時(shí)還有效地抑制了工作人員在無塵室中走動(dòng)所產(chǎn)生的灰塵[1-2]。目前，防靜電鞋主要采用PU或PVC材料制作鞋底。PVC防靜電鞋相較于PU防靜電鞋具有撕裂強(qiáng)度高、耐磨性好、防滑性佳和不易黃變等優(yōu)點(diǎn)，其冷粘工藝又能滿足客戶對(duì)不同鞋面材料和款式的更新需求，因此PVC冷粘防靜電鞋在防靜電鞋領(lǐng)域占有很大的市場(chǎng)份額[3-4]。但是PVC冷粘防靜電鞋在長(zhǎng)期穿著、放置、清洗或烘干過程中會(huì)出現(xiàn)鞋面(包括鞋幫)與鞋外底貼合層開裂的現(xiàn)象，即開膠現(xiàn)象[5]。雖然我國(guó)鞋用膠黏劑的產(chǎn)品質(zhì)量有了很大的提升，但在實(shí)際使用過程中由于膠黏劑種類的選擇不當(dāng)或施膠工藝錯(cuò)誤，仍時(shí)常出現(xiàn)開膠現(xiàn)象。這不僅損害了消費(fèi)者的利益，也極大地影響了企業(yè)信譽(yù)和品牌形象。筆者結(jié)合多年工作中接觸和參與解決的一些開膠案例，對(duì)PVC冷粘防靜電鞋的開膠原因進(jìn)行分析，對(duì)膠黏劑的選擇和貼合工藝的改進(jìn)提出建議，希望能給膠黏劑生產(chǎn)企業(yè)和防靜電鞋生產(chǎn)企業(yè)提供參考。

1 膠黏劑的作用機(jī)制

膠黏劑與被粘表面之間形成的粘接力主要來源于以下4個(gè)方面[4]。

(1)化學(xué)鍵力。

化學(xué)鍵力是由膠黏劑分子上帶有的活性基團(tuán)與被粘物體表面分子上的活性基團(tuán)之間發(fā)生的價(jià)鍵連接而產(chǎn)生。

(2)分子間作用力。

分子間作用力包括取向力、誘導(dǎo)力、色散力和氫鍵力，它取決于膠黏劑及被粘材料分子的極性大??；極性越大，分子間作用力越大。

(3)靜電引力。

膠黏劑及被粘物體表面之間存在電子供給體和電子接受體，就會(huì)產(chǎn)生靜電引力。

(4)機(jī)械作用力。

膠黏劑滲透到被粘物體表面的縫隙中，固化后形成較強(qiáng)的機(jī)械作用力。

PVC為強(qiáng)極性材料，使用極性強(qiáng)的膠黏劑能夠提供較強(qiáng)的分子間作用力，以此作為粘接力的主要來源；靜電引力主要是通過施膠前對(duì)被粘物體表面進(jìn)行打磨來獲得，但為了節(jié)約時(shí)間和人工成本，這一步基本都被省略；施膠前，使用預(yù)處理水對(duì)被粘表面進(jìn)行特殊活化處理，可以明顯提高貼合面之間的化學(xué)鍵力，進(jìn)而提高粘接強(qiáng)度；在手工貼合后，可以將鞋底和中底在加壓機(jī)上進(jìn)行壓緊處理，進(jìn)一步提高機(jī)械作用力。綜合采取以上措施，可以保證防靜電鞋具有良好的貼合效果，避免使用時(shí)出現(xiàn)開膠現(xiàn)象。

2 PVC冷粘防靜電鞋開膠原因分析

2.1 膠黏劑種類選擇不當(dāng)

PVC冷粘防靜電鞋的鞋底中的PVC和增塑劑均為強(qiáng)極性材料，其鞋面、鞋幫材料主要有PVC革、PU革和帆布材料，也都是極性表面，因此應(yīng)根據(jù)被粘材料的特性來選擇相應(yīng)的膠黏劑。非極性的SBS、SEBS、順丁膠、乙丙膠等膠黏劑很難對(duì)極性表面進(jìn)行有效的粘接；使用氯丁膠和接枝改性氯丁膠時(shí)，膠黏劑與被粘表面的結(jié)合力不強(qiáng)，難以達(dá)到規(guī)定的粘接指標(biāo)；EVA類膠黏劑的粘接強(qiáng)度較低，耐熱性和耐油性差，不適合用于PVC冷粘防靜電鞋；硅膠膠黏劑的固化溫度高，固化時(shí)間長(zhǎng)，價(jià)格相對(duì)較高，并且通常帶有顏色，也不是理想的膠黏劑?，F(xiàn)在市面上質(zhì)量較好的聚氨酯膠黏劑對(duì)常見的防靜電鞋都可獲得較理想的粘接效果，解決了鞋面(鞋幫)與PVC鞋底“難粘”和“粘不牢”的難題[6]。聚氨酯膠層色澤淺，黏度低，施膠方便，結(jié)晶速度快，初粘力佳，耐溫性和耐候性可以通過優(yōu)化配方來改善，特別適用于流水線生產(chǎn)，同時(shí)成本較低，成為PVC冷粘防靜電鞋貼合和補(bǔ)膠的首選[7]。

2.2 預(yù)處理方法不當(dāng)

多年來的實(shí)踐證明，膠粘層中分子之間的結(jié)合力以及粘接層與被粘表面之間的結(jié)合力直接決定了貼合的質(zhì)量。當(dāng)貼合面和被粘表面確定后，粘接質(zhì)量與被粘材料的表面狀態(tài)和特性有較大關(guān)系。當(dāng)被粘表面沾有油污、水分或灰塵時(shí)，膠黏劑與被粘表面之間難以形成化學(xué)鍵力和分子間作用力，粘接效果差。被粘材料表面是否預(yù)處理、如何預(yù)處理都對(duì)粘接效果產(chǎn)生較大影響。雖然鞋底模具和皮革模具經(jīng)過拋光處理，可保證被粘表面的光滑平整，這樣可以省略機(jī)械打磨的步驟，但生產(chǎn)實(shí)踐表明，采用合適的預(yù)處理劑對(duì)鞋底和鞋幫進(jìn)行處理后，可進(jìn)一步提高粘接強(qiáng)度。預(yù)處理劑不僅可以去除被粘表面的油污、灰塵和水分(極性表面極易吸附一層水分)，同時(shí)在被粘表面接枝上活性基團(tuán)，增大被粘表面的孔隙率和接觸面積，有利于膠黏劑在被粘表面的潤(rùn)濕和滲透，最終提高粘接強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

2.3 膠黏劑黏度及用量不當(dāng)

當(dāng)膠黏劑的黏度較大時(shí)，膠層厚度難以均勻，造成粘接界面存在熱應(yīng)力和收縮應(yīng)力；同時(shí)，膠黏劑黏度過大，涂膠時(shí)不利于膠黏劑在被粘表面的潤(rùn)濕與滲透，粘接接觸面積減少，難以形成較強(qiáng)的機(jī)械作用力，進(jìn)而導(dǎo)致剝離強(qiáng)度下降。膠黏劑黏度較小時(shí)，膠層易涂刷，有利于膠液在被粘表面的潤(rùn)濕與滲透，機(jī)械作用力增加，因此粘接力顯著提高。

實(shí)踐證明，在冷粘工藝條件不變的情況下，剝離強(qiáng)度隨著涂膠量的增加先升高，到達(dá)一定值(約100 g/m2)后又有所下降。這是因?yàn)橥磕z量較小時(shí)，膠黏劑不足以填充被粘表面坑坑洼洼的微觀粗糙面，使得接觸面積較小，交聯(lián)點(diǎn)很少，因此粘接力較低；隨著涂膠量的增加，接觸面積不斷增加，交聯(lián)點(diǎn)也相應(yīng)增多，粘接力也逐漸增強(qiáng)；當(dāng)涂膠量過多時(shí)，被粘面被膠黏劑隔開，由于膠黏劑本身的體積收縮以及膠層與被粘材料膨脹系數(shù)的不同，在粘接界面處有可能形成收縮應(yīng)力和熱應(yīng)力，導(dǎo)致粘接力下降。

建議使用黏度50～200 mPa·s的預(yù)處理劑涂刷1～2遍，黏度200～600 mPa·s的膠黏劑涂膠2～3遍。預(yù)處理劑的涂刷和膠黏劑的涂膠工藝盡量實(shí)行定崗制，使操作人員盡快掌握涂膠手法和用量[8]。

2.4 膠黏劑性能不達(dá)標(biāo)

在穿著一定時(shí)間后，防靜電鞋必須進(jìn)行超凈清洗才能重新投入潔凈室使用。超凈清洗工藝主要有常溫清洗+高溫烘干(50～60 ℃)和常溫清洗+高溫甩干(40～60 ℃)2種。如果洗滌結(jié)束后仍有污漬殘留，那么在高溫甩干過程中由于摩擦的作用，膠黏劑表面溫度可能會(huì)達(dá)到60 ℃甚至更高，而高溫烘干過程則是將防靜電鞋長(zhǎng)時(shí)間放置于相對(duì)密閉的高溫、高濕環(huán)境中，這2種情況都有可能導(dǎo)致膠黏劑被鞋套、皮革和鞋底粘住而導(dǎo)致開膠。一方面是由于選擇的膠黏劑耐高溫性和耐水洗性不佳，導(dǎo)致在高溫、高濕環(huán)境下出現(xiàn)軟化和水解；另一方面由于膠黏劑的力學(xué)性能不理想，在清洗設(shè)備中高速旋轉(zhuǎn)的撞擊下膠層容易變軟。因此，應(yīng)選擇抗拉強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度和耐磨性比聚醚型膠黏劑更好的聚氨酯膠黏劑。另外，在清洗時(shí)，浴比(防靜電鞋質(zhì)量與清洗液體積之比)不宜過大；在高溫烘干時(shí)，防靜電鞋不宜堆放太緊湊，鞋與鞋之間盡量保留一點(diǎn)空隙，既有利于散熱，也有利于水分及時(shí)揮發(fā)。

3 工藝改進(jìn)建議

針對(duì)PVC冷粘防靜電鞋在使用、清洗和烘干過程中出現(xiàn)的開膠問題，筆者進(jìn)行了一系列改進(jìn)及驗(yàn)證試驗(yàn)，總結(jié)出一些刷膠工藝及干燥工藝的改進(jìn)措施，供大家參考。

PVC冷粘防靜電鞋鞋底貼合工藝見圖1。圖1中的港寶是指用在鞋后跟下面，讓后跟起到固定作用的材料。另外，如果真皮面經(jīng)過打磨，可不用刷預(yù)處理水，直接刷涂膠黏劑。

圖1PVC冷粘防靜電鞋鞋底貼合工藝
Fig.1LaminationprocessforPVCcold-adhesiveantistaticshoesole

3.1 預(yù)處理劑、膠黏劑的準(zhǔn)備事項(xiàng)

(1)預(yù)處理劑、膠黏劑、固化劑等使用后均需要立即密封，避免與空氣中的水分反應(yīng)而失效。

(2)應(yīng)根據(jù)實(shí)際的固化時(shí)間，嚴(yán)格控制固化劑的加入量。由于固化劑與水反應(yīng)快速，故在環(huán)境濕度較大的場(chǎng)合，為補(bǔ)償與水分反應(yīng)的損失，固化劑的用量可稍微增加，但增加量通常不超過4%；當(dāng)環(huán)境溫度較高時(shí)，固化劑與膠黏劑的反應(yīng)速度加快，所以固化劑的用量可以稍微減少，但減少量一般不超過2%，以確保后期固化完全。

如果操作人員在配膠時(shí)不稱量，而是憑感覺和經(jīng)驗(yàn)直接倒入固化劑，就會(huì)造成不同批次的防靜電鞋粘接質(zhì)量不同，因此規(guī)范操作是很有必要的。

(3)調(diào)配固化劑應(yīng)由專人負(fù)責(zé)，保證加入固化劑后攪拌均勻。由于固化劑的密度一般比膠黏劑大，所以應(yīng)上下攪拌，不可只左右攪拌或繞圈攪拌；可考慮采用電動(dòng)攪拌器，或者類似打蛋器的工具。

(4)應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)速度來決定每次準(zhǔn)備膠黏劑的量。應(yīng)注意所配制膠黏劑的可使用時(shí)間，通常根據(jù)半天的工作量來配制膠黏劑。若配制的膠黏劑放置時(shí)間過長(zhǎng)，則會(huì)出現(xiàn)熟膠現(xiàn)象，要立即停止使用。已超過可使用時(shí)間的膠黏劑不可與新配制的膠黏劑混用，或倒入原來的膠黏劑桶中。

3.2 刷膠及相關(guān)工藝改進(jìn)建議

(1)建議固定使用專用涂刷，以保證刷膠寬度一致；刷膠時(shí)需要注意鞋頭附近的刷膠寬度與鞋跟處刷膠寬度存在差異。

(2)重點(diǎn)施膠于易形成缺陷處，如鞋頭、鞋跟、鞋底與鞋面貼合邊緣處以及車縫線處。

(3)鞋子貼合后到加壓機(jī)的時(shí)間不要超過3 min。

(4)整理鞋子時(shí)，若以溶劑去除鞋面的油污及沾到的膠黏劑，應(yīng)控制溶劑用量，避免涂到粘接層。

3.3 烘道溫度及干燥時(shí)間的改進(jìn)建議

為方便描述，下面將鞋幫面與鞋底刷完預(yù)處理劑后進(jìn)的烘箱稱為第一烘箱，將刷完膠黏劑后進(jìn)的烘箱稱為第二烘箱。烘干工藝條件見表1。

表1 烘干工藝條件

(1)預(yù)處理劑一定要經(jīng)烘干才能進(jìn)行后續(xù)工序，且干燥時(shí)間過長(zhǎng)或過短都不好，否則會(huì)影響產(chǎn)品的粘接強(qiáng)度。干燥時(shí)間過長(zhǎng)，預(yù)處理劑活性降低，其沒有足夠的時(shí)間在材料表面潤(rùn)濕、吸附、揮發(fā)溶劑，導(dǎo)致粘接強(qiáng)度反而降低。

(2)被粘物涂上膠黏劑后，須干燥至大部分溶劑揮發(fā)后再進(jìn)行貼合，這樣才能產(chǎn)生優(yōu)良的粘接效果。若在膠黏劑仍含有大量溶劑時(shí)就貼合，不但初期粘接效果較差，剩余的溶劑也會(huì)影響結(jié)晶速度，導(dǎo)致后期粘接效果變差。

(3)干燥溫度太高會(huì)破壞膠黏劑的結(jié)晶，并且導(dǎo)致PVC材料中的增塑劑遷移，此時(shí)須延長(zhǎng)貼合前的冷卻時(shí)間，否則初期粘接效果會(huì)變差，情況嚴(yán)重時(shí)會(huì)開膠。當(dāng)干燥溫度太低(低于50 ℃)時(shí)，膠黏劑無法熱活化產(chǎn)生粘性，粘接效果變差，因此干燥溫度應(yīng)適中。

(4)當(dāng)膠黏劑中的溶劑揮發(fā)后，被粘物的表面會(huì)形成一層不含溶劑的膠膜，其仍保持黏性，此時(shí)貼合會(huì)得到良好的粘接效果。膠膜保持黏性的這段時(shí)間叫做“黏性保持時(shí)間”。如果過了這一時(shí)間再進(jìn)行貼合，即使施加足夠大的壓力也無法得到滿意的粘接效果。膠黏劑烘干后，理想的加壓貼合是在黏性保持時(shí)間內(nèi)完成的。黏性保持時(shí)間與膠膜的厚度、固含量以及上膠次數(shù)有關(guān)。

(5)為了加快固化，有的企業(yè)會(huì)采用較高的干燥溫度，同時(shí)縮短防靜電鞋在烘道內(nèi)的停留時(shí)間。但干燥溫度超過85 ℃ 時(shí)，PVC合成革會(huì)出現(xiàn)軟化和黏化，防靜電鞋之間或者防靜電鞋與烘箱內(nèi)部接觸而發(fā)生污染。另一方面，烘干溫度過高會(huì)使膠層表面干燥過快而結(jié)皮，導(dǎo)致膠層內(nèi)部的溶劑無法更好地?fù)]發(fā)，從而影響最終的粘接效果。因此，不建議采用過高的干燥溫度同時(shí)加快生產(chǎn)線速度的方法，建議采用適中的烘干溫度，并延長(zhǎng)烘道長(zhǎng)度。

4 結(jié)語(yǔ)

聚氨酯膠黏劑具有韌性可調(diào)節(jié)、貼合工藝簡(jiǎn)單、耐候性和穩(wěn)定性較好等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)其與PVC材料有優(yōu)良的粘接性能和粘接適應(yīng)性，因此成為PVC冷粘防靜電鞋用膠黏劑的首選。對(duì)于制鞋企業(yè)來說，不推薦采用自制的膠黏劑，可以選擇行業(yè)內(nèi)知名度高、產(chǎn)品成熟穩(wěn)定的膠黏劑廠家，比如南海南光化工包裝有限公司、佛山市南海南興樹脂有限公司、廣東多正樹脂科技有限公司等中資企業(yè)，或者南寶樹脂(東莞)有限公司、東莞力寶粘劑有限公司、大東樹脂化學(xué)有限公司等臺(tái)資企業(yè)。這些廠家配套的膠黏劑種類比較多，鞋子不同部位對(duì)膠黏劑的工藝性能、粘接強(qiáng)度、韌性要求和外觀要求均不同，應(yīng)選擇不同類型的膠黏劑與之匹配。合適的膠黏劑和合理的施膠工藝需要在長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中不斷地摸索規(guī)律、相互探討、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和逐步改善。而對(duì)于膠黏劑生產(chǎn)廠家而言，應(yīng)當(dāng)加快科研開發(fā)和技術(shù)創(chuàng)新的步伐，積極與制鞋企業(yè)開展技術(shù)交流，開發(fā)環(huán)保、節(jié)能、耐高溫和低成本的新品種膠黏劑，創(chuàng)造出更多、更好的知名品牌，搶占和擴(kuò)大國(guó)際市場(chǎng)。