２.熱熔粘合機(jī)理的探討

    粘合襯是由熱溶膠均勻涂布在織物上而制成的。在服裝加工時(shí)，襯布與面料緊貼，在一定的溫度和壓力條件下，熱熔膠熔融后與面料粘合，熱熔粘合是在很短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生的，這一過(guò)程大致要經(jīng)過(guò)四個(gè)階段：

    ①熱熔膠受熱熔融為粘流體。

    ②液態(tài)熱熔膠通過(guò)潤(rùn)濕作用使界面分子彼此接觸，通過(guò)分子運(yùn)動(dòng)達(dá)到吸附平衡。

    ③分子通過(guò)跨越界面的擴(kuò)散形成擴(kuò)散界面區(qū)。

    ④液態(tài)熱熔膠冷卻、固化并與纖維形成粘合鍵。

    下面對(duì)這四個(gè)階段分別進(jìn)行討論。

    2.1.熱熔膠的熔融

    熱熔膠加熱而熔融，其熔融溫度決定于熱熔膠的熔點(diǎn)范圍，只有溫度高于熔點(diǎn)范圍時(shí)才能完成熔融。熔融后的熔體粘度決定于熱熔膠的熔融指數(shù)，按海根一泊肅葉定律，熔融粘度與指數(shù)之間存在線性關(guān)系：

    MI＝4630×P／0.1ηｍ

    式中： P——載荷(N)

    ηｍ——熔融粘度(pa.s)

    MI——熔融指數(shù)(g/10min)

    熔融指數(shù)增加，熔融粘度降低，熱流動(dòng)性提高有利于熱溶膠對(duì)織物的浸潤(rùn)和擴(kuò)散。熔融粘度隨溫度增高而降低，故粘合時(shí)可通過(guò)提高溫度來(lái)降低熔融粘度。

    從熱熔膠的熔融得知，熱熔膠的熔點(diǎn)范圍和熔融指數(shù)是熱熔粘合過(guò)程中兩個(gè)非常重要的參數(shù)，它將直接影響粘條件和效果。為此，將襯布常用的熱熔膠的熔融范圍和熔融指數(shù)列表如下，在熔融粘合前須先了解襯布屬于哪一種熱熔膠，并知道其兩個(gè)主要熱性能參數(shù)。

    表1. 常用熱熔膠的熱性能參數(shù)

    注：熔融指數(shù)測(cè)定條件，聚乙烯為21.8N／190℃，其他均為21.18N／160℃。

    2.2.熱熔膠對(duì)織物的潤(rùn)濕和滲透

    熱熔膠和纖維均為高聚物，屬于熔融高聚物對(duì)固態(tài)低能表面的潤(rùn)濕，故在一般情況下不可能達(dá)到完全潤(rùn)濕。其潤(rùn)濕情況決定于熱熔膠和纖維的界面張力，其潤(rùn)濕情況可用接觸角θ表示 ，按楊氏(Young)方程，當(dāng)潤(rùn)濕處于平衡狀態(tài)時(shí)：

    cosθ＝γs－γsL/γL

    γs、γL、γsL分別表示固體、液體的表面張力以及固體與液體的界面張力，接觸角越小越有利于潤(rùn)濕。

    粘合的最佳潤(rùn)濕條件是γs≌γL，若γL＞γs潤(rùn)濕就不易進(jìn)行，表2是各種纖維和熱熔膠的表張力。

    表2.常用纖維和熱熔膠的表面張力

    一般纖維的表面張力都大于熱熔膠的表面張力，浸潤(rùn)均能自發(fā)進(jìn)行，但如果織物經(jīng)過(guò)硅油整理或涂布四氟乙烯涂層，其表面張力將會(huì)大大降低，熱熔膠就很難潤(rùn)濕織物，這樣就會(huì)影響粘合鍵的形成。此時(shí)就必須在熱熔膠內(nèi)加入添加劑以降低熱熔膠的表面張力。例如在聚乙烯中加入脂肪即可降低聚乙烯的表面張力，所以在熱熔粘合時(shí)還必須注意織物的表面性能以選擇相適應(yīng)的熱熔膠。

    織物是由纖維組成的，纖維之間有許多毛細(xì)孔隙，天然纖維內(nèi)部還有胞腔。作者曾對(duì)熱熔粘合后的織物，進(jìn)行纖維切片掃描電子顯微圖象觀察，熱熔膠不但滲透到單纖維之間，而且滲透到纖維胞腔內(nèi)。因此，熱熔膠對(duì)織物的潤(rùn)濕可看作是毛細(xì)滲透，滲入毛細(xì)管的速度可按泊 肅葉(Poissulle)定律，粘度為?的粘流體流過(guò)半徑為ｒ，長(zhǎng)度為L(zhǎng)的毛細(xì)管所需的時(shí)間t為：

    t＝2η12/ｒL﹒cosθ

    如表2所示，各種熱熔膠的ｒL相差不大，故在毛細(xì)管尺寸一定的條件下，浸潤(rùn)所需要的時(shí)間要取決于的粘度和接觸角的大小。

    因?yàn)闊崛壅澈鲜菐酌腌姇r(shí)間內(nèi)完成的，故滲透時(shí)間至關(guān)重要。我們經(jīng)常出現(xiàn)熱熔粘合后熱熔膠并未能移到面料上去，就是由于沒(méi)有足夠的時(shí)間來(lái)完成熱熔膠的滲透。但生產(chǎn)工藝不允許過(guò)長(zhǎng)的粘合時(shí)間，因此我們必須設(shè)法降低熱熔膠的熔融粘度。熔融粘度是隨分子量的提高而迅速增大，故需控制熱熔膠的分子量，在熱熔膠中加入蠟質(zhì)等添加劑也可降低熔融粘度。溫度對(duì)粘度影響很大，提高溫度可明顯降低溶融粘度。另外接觸角的大小也不可忽視，對(duì)經(jīng)過(guò)特種整理的織物由于表面張力較小，會(huì)影響潤(rùn)濕滲透。

    2.3.熱熔膠與纖維之間的相互擴(kuò)散

    由于潤(rùn)濕作用使熱熔膠與纖維兩相達(dá)到分子間的接觸，大分子的鏈段可擴(kuò)散而越過(guò)界面。不相似的高聚物通常是不相容的，它們的擴(kuò)散系數(shù)很小，因而不相似的高聚物要使整個(gè)大分子通過(guò)相互擴(kuò)散越過(guò)界面是不大容易的。但是局部鏈段擴(kuò)散是容易進(jìn)行的，并且在不相容的高聚物之間形成一擴(kuò)散界面層，其厚度為10～1000?。相互擴(kuò)散可使其界面自由能變得更低。

    由于分子鏈段在界面上的相互擴(kuò)散，減少分子的滑動(dòng)，增加了粘合強(qiáng)度。按Griffith公式，粘合斷裂經(jīng)強(qiáng)度σf為：

    σf＝P﹒exp[－q(δ1－δ2)]

    δ1和為δ2為兩種粘合高聚 物的溶解度參數(shù)，(δ1－δ2)可表示兩種高聚物的相容性，兩種物質(zhì)的溶解度參數(shù)越接近，則相容性越好。在P和q為常數(shù)的前提下，粘合強(qiáng)度隨相容性的增加而增加。如用log剝離強(qiáng)度對(duì)(δ1－δ2)作圖可得一直線。

    為了得到較高的剝離強(qiáng)度，在選用粘合襯布時(shí)，應(yīng)考慮到熱熔膠與纖維的相容性，選用溶解度參數(shù)相近的。特別是化纖長(zhǎng)絲織物相容性對(duì)粘合強(qiáng)度的影響尤為明顯，如滌綸長(zhǎng)絲織物的面料必須用聚酯熱熔膠，而尼龍長(zhǎng)絲的織物必須用聚酰胺熱熔膠�，F(xiàn)將常用纖維和熱熔膠的溶解度參數(shù)列表如表3。

    表3. 纖維和熱熔膠的溶解度參數(shù)

    2.4.熱熔膠在纖維上固著形成粘合鍵

    熱熔膠在熱熔粘合過(guò)程中，經(jīng)過(guò)熔融、潤(rùn)濕、滲透和擴(kuò)散后，進(jìn)入纖維毛細(xì)管內(nèi)并形成表面擴(kuò)散層，然后經(jīng)過(guò)冷卻固著織物上。熱熔膠與纖維形成粘合鍵從而使其具有一定的粘合強(qiáng)度。熱熔膠與纖維形成的粘合鍵有兩種形式：一是機(jī)械粘合；二是擴(kuò)散界面分子力的 作用，其中包括范德華力，氫鍵和化學(xué)鍵。

    (1)機(jī)械粘合

    織物表面粗糙，纖維之間有毛細(xì)孔隙。熱熔膠滲透到毛細(xì)孔隙后，與織物形成機(jī)械嚙合作用，這就是機(jī)械粘合。對(duì)多數(shù)織物來(lái)講，機(jī)械粘合是形成粘合強(qiáng)度的主要方面。

    機(jī)械粘合與織物的表面粗糙有關(guān)。粘合強(qiáng)度與表面粗糙度關(guān)系如圖3所示：

    機(jī)械粘合能產(chǎn)生強(qiáng)的嚙合鍵，它可抗水解和熱分解。但其前提是熱熔膠必須充分潤(rùn)濕并滲透到纖維毛細(xì)孔隙中去。

    (2擴(kuò)散界面層分子作用力

    前面已提到，高聚物分子能通過(guò)潤(rùn)濕和局部鏈段的相互擴(kuò)散，形成擴(kuò)散界面層。界面層分子相互接觸并互相擴(kuò)散滲透。因而在界面層就可能有三種作用使粘合強(qiáng)度增加。

    a、物理吸附作用：界面的吸附主要依靠范德華力，這種作用力與分子間的距離的6次方成反比，只有當(dāng)分子間的平衡距離在10?以內(nèi)時(shí)，范德華力才有明顯作用。

    b、相互擴(kuò)散作用：分子局部鏈段的相互擴(kuò)散可減少分子的滑動(dòng)。 從而加粘合強(qiáng)度。

    c、化學(xué)吸附作用：分子間形成氫鍵或共價(jià)鍵。只有當(dāng)纖維和熱溶膠上有某些官能團(tuán)時(shí)才能發(fā)生。例如，聚酰胺熱熔膠上含有－CONH－基團(tuán)，它可與纖維上的OH和羊毛上的－CONH－形成氫鍵或共價(jià)鍵，使粘合強(qiáng)度明顯提高，并有較好的干洗性能。

    表4.各種分子作用力的能量

    綜上所述，熱熔膠與織物形成粘合鍵而固著是多種作用的結(jié)果，聚乙烯與織物的粘合主要是機(jī)械粘合。聚酰胺與棉、毛、絲綢及尼龍的粘合除機(jī)械粘合外，還有物理和化學(xué)吸附。聚酯純滌綸長(zhǎng)絲織物的粘合則主要靠分子鏈段的相互擴(kuò)散，具體情況要進(jìn)行具體分析。

    ３.壓燙粘合過(guò)程的分析及應(yīng)用

    3.1.壓燙粘合過(guò)程分析

    襯布與面料的熱熔膠粘合通常是在壓燙機(jī)上進(jìn)行，因此，我們稱作壓燙粘合。實(shí)際上壓燙加工過(guò)程是熱熔膠與織物粘合的過(guò)程。在這一過(guò)程中，由于溫度、壓力和時(shí)間的作用，熱熔膠發(fā)生一系列物理形態(tài)變化。整個(gè)過(guò)程可分三個(gè)階段，如圖4所示。

    3.1.1.升溫階段

    壓燙機(jī)將熱量經(jīng)過(guò)織物傳至熱熔膠，使熱熔膠升至熔融溫度Tm并開(kāi)始熔融，這一段所需時(shí)間為升溫時(shí)間t1，t1與壓燙機(jī)的溫度、壓力、織物的組織、纖維的導(dǎo)熱性能、熱熔膠的熔點(diǎn)等因素有關(guān)。

    3.1.2.粘合階段

    隨著溫度的升高和外加的壓力，使熱熔膠的流動(dòng)性增加，表面張力降低，熱熔膠由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，潤(rùn)濕織物表面并滲到纖維毛細(xì)空隙，形成擴(kuò)散界面層，與織物發(fā)生粘合作用。這一階段的所屬時(shí)間為粘合時(shí)間t2，t2與織物的表面狀態(tài)、熱熔膠的表面張力，熔融粘度和擴(kuò)散速率系數(shù)有關(guān)，其中熔融粘度影響尤為顯著。

    熱熔膠的熔融粘度是與溫度成線型關(guān)系的。因此，在粘合階段對(duì)溫度有一定要求，溫度有一個(gè)最高值和一個(gè)最低值，在此范圍內(nèi)粘合效果最佳，此溫度范圍稱膠粘溫度Ta。高于此溫度范圍，手感變硬有滲料現(xiàn)象，低于此溫度范圍粘合強(qiáng)度降低，甚至于不粘合。

    3.1.3.固著階段

    壓燙結(jié)束后，壓力消除，熱熔膠逐步冷卻到熔點(diǎn)溫度以下，膠體結(jié)晶并固著在織物上。這一 階段所需時(shí)間為固著時(shí)間t3，t3與熱熔膠的結(jié)晶速度有關(guān)。

    3.2.壓燙粘合工藝條件分析

    壓燙工藝參數(shù)主要有三個(gè)——溫度、壓力、時(shí)間。壓燙工藝參數(shù)主要決定于襯布上熱熔膠的種類和性能，面料及壓燙設(shè)備也有一定影響。壓燙工藝的各參數(shù)與加工后成品的剝離強(qiáng)度有密切關(guān)系。分析各種因素對(duì)剝離強(qiáng)度的影響，有助于正確掌握壓燙條件。

    3.2.1.壓燙溫度

    壓燙溫度對(duì)剝離強(qiáng)度影響很大，圖5是在一定的壓力和時(shí)間下，三種不同襯布的壓燙溫度與剝離強(qiáng)度的關(guān)系。

    襯布Ⅰ的膠粘溫度Ta1為120～140℃；襯布Ⅱ的膠粘溫度Ta2為140～160℃，襯布Ⅲ的膠粘溫度Ta3為160～180℃。高于或低于各自的膠粘溫度都會(huì)使剝離強(qiáng)度降低。溫度過(guò)高由于熱熔膠熔融粘度降低而使其滲透出布面，通常稱為滲膠現(xiàn)象。由于一部份熱熔膠滲出布面不再發(fā)生粘合作用，故剝離強(qiáng)度降低同時(shí)手感變硬。

    膠粘溫度Ta應(yīng)略高于熱熔膠的熔點(diǎn)范圍Tm，一般比Tm高出10～30℃，其溫差稱ΔT1。壓燙時(shí)溫度的控制是通過(guò)壓燙機(jī)的溫度表實(shí)行的，溫度表只代表烘房溫度并不代表膠粘溫度。由于熱傳導(dǎo)，壓燙機(jī)溫度與粘合面的膠粘溫度必然有一溫度差ΔT2，ΔT2隨壓燙機(jī)不同而不同 ，一般相差20～30℃。故實(shí)際操作時(shí)，壓燙機(jī)溫度表的溫度Tp的確定應(yīng)是：

    Tp＝Tm＋ΔT1+ΔT2

    △T1和ΔT2應(yīng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定后，然后從表1查出Tm后即可計(jì)算出Tp來(lái)。

    3.2.1.壓燙壓力

    壓燙機(jī)對(duì)襯布與面料加壓可起二個(gè)作用：

    a、使襯布與面料緊貼，減少熱熔膠與面之間的間隙，便于熱量的傳導(dǎo)，有利于熱熔膠的熔融，滲透和擴(kuò)散。

    b、給予熱熔膠切向應(yīng)力，在同樣溫度條件下可降低熱熔膠的熔融粘度，便于熱熔膠流動(dòng)滲透。

    隨著壓燙壓力增加，粘合剝離強(qiáng)度也相應(yīng)提高。但其影響不如溫度的影響明顯，并且壓力達(dá) 到一定值后對(duì)剝離強(qiáng)度不再有影響。壓力與剝離強(qiáng)度的關(guān)系如圖6所示。

    3.2.2.壓燙時(shí)間

    在分析壓燙過(guò)程中已指出壓燙包括三個(gè)過(guò)程。但由于固著是在去除溫度和壓力以后進(jìn)行的，所以實(shí)際壓燙時(shí)間是指升溫時(shí)間t1和粘合時(shí)間t2之和，即tP＝t1＋t2

    t1應(yīng)由服裝廠在選用面料后進(jìn)行測(cè)定，一般約需5～10秒，然后可準(zhǔn)確地確定壓燙時(shí)間。粘合時(shí)間t2主要決定于襯布熱熔膠的熱性能，一般為8～15秒。

    根據(jù)粘合機(jī)理，延長(zhǎng)粘合時(shí)間可使熱熔膠充分潤(rùn)濕織物并擴(kuò)散到纖維孔隙中去，有利剝離強(qiáng)度的提高。但壓燙時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)影響工效并會(huì)產(chǎn)生滲膠現(xiàn)象。

    壓燙時(shí)間與溫度是相關(guān)的，提高壓燙溫度可縮短升溫時(shí)間，使熱熔膠在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到膠粘溫度 ta。圖7表示膠粘溫度為120～140℃的襯布在不同壓燙溫度時(shí)溫度與時(shí)間關(guān)系。因此在選擇壓燙條件時(shí)，我們應(yīng)根據(jù)面料、襯布和壓燙進(jìn)行綜合考慮。例如：面料熱收縮較 大時(shí)則壓燙的溫度可略低些，而壓燙時(shí)間適當(dāng)延長(zhǎng)，相反情況也一樣。

    4.結(jié)論

    通過(guò)對(duì)熱熔膠粘合機(jī)理的探討和粘合過(guò)程的分析，對(duì)如何正確選用不同類型的粘合襯布和正確掌握粘合壓燙的時(shí)間條件會(huì)有指導(dǎo)意義，并得出以下結(jié)論：

    (1).熱熔粘合的先決條件是熱熔膠潤(rùn)濕織物并滲透到纖維毛細(xì)孔隙中去。因此 選用襯布時(shí)首先考慮面料纖維的類別，表面性能，耐熱收縮性能等。例如經(jīng)滌長(zhǎng)絲為主體輕薄面料(仕春紗)和經(jīng)硅油處理的織物，必須采用低表面張力并與纖維有相容性的熱熔膠做襯布。

    (2).機(jī)械粘合為熱熔與纖維形成的主要粘合鍵，但如選用有極性基團(tuán)的熱熔膠，能與纖維 形成氫鍵或化學(xué)鍵，則將有利粘合強(qiáng)度的提高。選擇與纖維有相容性的熱熔膠，例如聚酯纖維 織物選擇聚酯熱熔膠也將有利于粘合強(qiáng)度的提高。

    (3).壓燙條件的選擇決定于面料，襯布和壓燙設(shè)備，要根據(jù)三者的技術(shù)條件，通過(guò)理論分析和試驗(yàn)確定最佳壓燙條件。其中溫度的影響最為顯著，過(guò)高或過(guò)低均會(huì)產(chǎn)生弊病。而溫度又是和時(shí)間，壓力相關(guān)連的。在保證粘合強(qiáng)度的同時(shí)還要考慮在壓燙過(guò)程中面料的變化。

    5.參考文獻(xiàn)

    1.孔繁薏 、越玉眃《粘合襯布的生產(chǎn)和應(yīng)用》

    2.楊玉昆等《合成膠粘劑》

    3.S、吳(美)《高聚物的界面與粘合》

    4.Ｐ．ＳＲＯＫＡ（德）《Ｈａｎｄｂｕｃｈ�。模澹颉。裕澹�ｌｉｌｅｎ　Ｆｉｘｉｅｒｅｉｎｌａｇｅｎ》

    5.Ｊａｐａｎ�。疲酰螅椋猓欤濉。椋睿簦澹颍欤椋睿椋睿纭。茫铮睿妫澹颍澹睿悖濉　叮疲酰螅椋猓欤濉。桑睿簦澹颍欤椋睿椋睿�