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、優點與應用;其次重點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度,并指出粘合理論的研究與發展方向。

[關鍵詞]非織造布粘合理論粘合力熱熔粘合粘接強度發展與現狀

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

非織造布又稱無紡布、不織布,是一種不經過傳統的紡織方法,而是用有方向性的或雜亂的纖網制成的布狀材料,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,起源于20世紀40年代末50年代初。它的技術涉及到化工、造紙、塑料、高分子等很多領域,具有工藝簡單,生產效率高,纖維原料來源廣,產品多、性能獨特用途廣、經濟效益顯著等優點。非織造產品已經應用到很多領域,如裝飾裝潢、汽車內飾、服裝面料、土工建材、國防航空等領域。

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

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度。

一、化學粘合劑粘合力的作用形態

主要有化學鍵力、分子間力、界面靜電引力和機械作用力等。

1.化學鍵力:化學鍵力是由化學鍵之間產生的力,存在于原子或離子之間,有共價鍵、離子鍵、金屬鍵三種作用形式。共價鍵力是兩個原子之間通過共用電子對連接產生的作用力,每個電子對產生的共價鍵力大約在3*10-9～4*10-9N。離子鍵力是兩個正負離子間的相互作用,離子鍵力與正負離子所帶的電荷多少成正比,與正負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動而產生的連接力。

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近時所顯示出來的相互作用力。當分子間距離(r)<1*10-10m時表現為斥力,而當分子間距離處于1*10-8m>(r)>1*10-10m的范圍內時,分子間表現為引力。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:當粘合劑應用在金屬粘合時,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電,也就是說電子容易從金屬的一側向粘合劑的一側移動,從而在金屬與粘合劑的界面處產生接觸電勢,存在一定的電勢差,從而形成雙電層,產生靜電引力。界面靜電引力不只產生于金屬與非金屬之間,非金屬與非金屬之間同樣也可產生,即凡是具備電子供體與電子受體的兩種物質接觸時,都有可能在兩種物質的界面產生靜電引力。

4.機械作用力:機械作用力的本質是摩擦力,在粘合非織造布等多孔材料時是很重要因素。當粘合劑施加到非織造布材料上時,由于非織造布材料屬于多孔的網絡結構,這些空隙類似于毛細管,能產生毛細管效應,因而使得粘合劑容易滲透到材料的內部空隙中去,固化后在兩者的界面區產生了嚙合力,即機械作用力。粘合理論就是在上面一種力或幾種力相互作用的基礎上總結出來的。在粘合理論中,主要包括吸附理論、靜電理論、擴散理論、機械互鎖理論、化學鍵合理論等。

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在非織造布方面具體應用的理論依據。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合強度。在粘合劑與纖維相互接觸的界面上,有兩種粘合作用:第一種是機械粘合,是由于粘合劑滲入到被粘合纖網的孔隙中而形成的機械互鎖粘合;第二種是特殊粘合,是由物理、化學作用產生的,它是通過化學鍵,或者通過粘合劑中極性基團的引入以及大分子鏈、鏈段、鏈節等的運動逐漸遷移至被粘合纖網的表面,雙方極性基團互相吸引而產生的分子間作用力,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的熱熔纖維或熱熔膠粉的纖網進行熱處理,是熱熔物質熔融后,在纖維之間的接點處產生粘合,冷卻后得到固定,使纖網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過程:(1)熱傳遞處理;(2)形變過程;(3)滾動過程;(4)擴散過程。熱軋粘合就是以上幾個過程共同作用的結果。

在粘合理論中,還有一個重要指標影響粘合劑的使用,那就是粘接強度。在粘合體系中,粘接強度是由粘合劑的內聚強度以及粘合劑與被粘合材料的粘附強度來提供的,其大小受粘合劑的分子運動、化學結構、物理結構、以及相對分子質量的分布等的影響很大,另外,粘接強度還受一些物理因素的影響,如被粘合材料的表面形態,弱界面層、內應力、環境、以及粘合層厚度及時間等。

以上是對粘合理論的簡單介紹,而吸附理論、靜電理論、擴散理論是粘合的三大理論基礎。目前,雖然對粘和理論的研究有了很大進展,但是理論的研究還是遠遠落后于粘合劑的發展和研究。粘合過程是一個復雜的物理化學過程,涉及很多學科,現有的理論還不能解釋所有的粘合現象,所以希望從事研究粘合劑的科研人員,加強對粘合理論的研究,以促進粘合理論的發展和完善,從而推動粘合劑的研發工作,開發出更多適合環境和非織造布發展的粘合劑。

參考文獻:

[1]郭秉臣,非織造布學,中國紡織工業出版社.

[2]程博聞,非織造布用粘合劑,中國紡織出版社.