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第一節(jié) 熱粘合法基本原理與分類

一、熱粘合加固纖網(wǎng)基本原理及熱粘合加固纖網(wǎng)的特點

高分子聚合物材料大都具有熱塑性，即加熱到一定溫度后會軟化熔融，變成具有一定流動性的粘流體，冷卻后又重新固化，變成固體。熱粘合非織造工藝就是利用熱塑性高分子聚合物材料這一特性，使纖網(wǎng)受熱后部分纖維或熱熔粉末軟化熔融，纖維間產(chǎn)生粘連，冷卻后纖網(wǎng)得到加固而成為熱粘合非織造材料。

熱粘合加固纖網(wǎng)的特點：
《》利用高分子聚合物材料的熔融特性粘結(jié)纖網(wǎng)，取代了化學(xué)粘合劑，產(chǎn)品更加符合衛(wèi)生要求。
《》非織造專用梳理機(jī)輸出纖網(wǎng)速度已經(jīng)超過150m/min，熱軋粘合非織造工藝是與之相匹配的工藝方法。
《》熱粘合專用纖維的開發(fā)及無需蒸發(fā)粘合劑的水分，使熱粘合非織造材料性能提高、生產(chǎn)成本降低。

二、熱粘合工藝分類

熱軋粘合
《》 電加熱
《》 油加熱
《》 電磁感應(yīng)加熱
熱熔粘合
《》 熱風(fēng)穿透式
《》 熱風(fēng)噴射式

超聲波粘合
熱軋粘合與熱熔粘合的區(qū)別：
熱軋粘合是指利用一對加熱輥對纖網(wǎng)進(jìn)行加熱，同時加以一定的壓力使纖網(wǎng)得到熱粘合加固。

熱熔粘合是指利用烘房加熱纖網(wǎng)使之得到粘合加固。
熱軋粘合和熱熔粘合的區(qū)別在于，熱軋粘合適用于薄型和中厚型產(chǎn)品，產(chǎn)品單位面積質(zhì)量大多在15～100g/m2，而熱熔粘合適合于生產(chǎn)薄型、厚型以及蓬松型產(chǎn)品，產(chǎn)品單位面積質(zhì)量為15～1000g/m2，兩者產(chǎn)品的粘合結(jié)構(gòu)和風(fēng)格存在較大的差異。

超聲波粘合
超聲波粘合是一種新型的熱粘合工藝技術(shù)，其將電能通過專用裝置轉(zhuǎn)換成高頻機(jī)械振動，然后傳送到纖網(wǎng)上，導(dǎo)致纖網(wǎng)中高分子聚合物纖維相互摩擦及纖維內(nèi)部的分子運動加劇而產(chǎn)生熱能，使纖維產(chǎn)生軟化、熔融，從而使纖網(wǎng)得到粘合加固。
超聲波粘合工藝特別適合于蓬松、柔軟的非織造產(chǎn)品的后道復(fù)合加工，用于裝飾、保暖材料等，可替代絎縫工藝。

第二節(jié) 熱軋工藝

一、概述

熱軋粘合在熱粘合

非織造工藝中的應(yīng)用較晚，其借用了印染工業(yè)中的砑光、燙光技術(shù)，由于其生產(chǎn)速度快、無三廢問題，因而發(fā)展很快。80年代初，美國的用即棄尿布崛起，聚丙烯熱軋非織造材料作為尿布面料替代了原來以粘膠、聚酯纖維為主體的化學(xué)粘合法非織造材料。熱軋粘合生產(chǎn)速度快，因而特別適合于薄型紡粘法非織造材料的加固。

二、熱軋粘合工藝過程及機(jī)理

熱軋粘合非織造工藝是利用一對或兩對鋼輥或包有其它材料的鋼輥對纖網(wǎng)進(jìn)行加熱加壓，導(dǎo)致纖網(wǎng)中部分纖維熔融而產(chǎn)生粘結(jié)，冷卻后，纖網(wǎng)得到加固而成為熱軋法非織造材料。



1、纖網(wǎng)變形與熱傳遞過程
熱傳遞：
當(dāng)纖網(wǎng)進(jìn)入軋輥組成的熱軋粘合區(qū)域時，由于軋輥具有較高的溫度，因此熱量將從軋輥表面?zhèn)飨蚶w網(wǎng)表面，并逐漸傳遞到纖網(wǎng)的內(nèi)層。單*熱傳遞并不能向纖網(wǎng)內(nèi)層提供足夠的溫度。

形變熱：
向纖網(wǎng)提供熱量的另一個重要來源是形變熱。軋輥間的壓力使處于軋輥鉗口的高聚物產(chǎn)生宏觀放熱效應(yīng)，導(dǎo)致纖網(wǎng)溫度進(jìn)一步上升。據(jù)研究，在軋輥間線壓力為2.5～7×103N/cm下，纖網(wǎng)厚度將從300μm壓縮到33μm，纖網(wǎng)產(chǎn)生的形變熱可使纖網(wǎng)內(nèi)層的溫度上升35～40℃。但由于聚合物熔融要消耗部分熱量，形變熱實際上會使纖網(wǎng)內(nèi)層溫度上升30～35℃。

2、clapeyron效應(yīng)
高聚物分子受壓時熔融所需的熱量遠(yuǎn)比常壓下多，這就是所謂的clapeyron效應(yīng)。對聚丙烯纖維來說，壓力使其熔融溫度提高的范圍約為38℃/kbar。
在熱軋粘合過程中，軋輥鉗口將使聚合物的熔融溫度提高，因此，合理選擇軋輥溫度和壓力的配合是非常重要的。

3、流動過程
在熱軋粘合過程中，纖網(wǎng)中部分纖維在溫度和壓力的作用下發(fā)生熔融，同時還伴隨著熔融的高聚物的流動過程，這也是形成良好粘合結(jié)構(gòu)的條件之一。軋輥溫度升高將有利于熔融高聚物的流動。

4、擴(kuò)散過程
熱軋粘合時，在熔融高聚物的流動過程中，同時存在著高聚物分子向相鄰

纖維表面的擴(kuò)散，纖維熔融相互接觸部分會產(chǎn)生擴(kuò)散過程，擴(kuò)散作用有利于形成良好的粘合。研究結(jié)果表明，高聚物在粘合過程中的擴(kuò)散距離僅為1nm左右，但對于纖網(wǎng)形成良好的粘合有重要的作用。

5、冷卻過程
在熱軋粘合過程中，由于纖網(wǎng)中纖維受到熱和機(jī)械作用，因此纖維的微觀結(jié)構(gòu)將發(fā)生一定的變化，纖維的性能也必然會產(chǎn)生一定程度的變化。加快熱軋粘合后纖網(wǎng)的冷卻速度，有利于改善產(chǎn)品的強(qiáng)度和手感。

三、熱軋粘合的方式

熱軋粘合根據(jù)其作用，可分為三種加固方式：
《》表面粘合
《》面粘合
《》點粘合

四、熱軋粘合設(shè)備

1、熱軋機(jī)的基本要求
《》 良好的導(dǎo)熱油加熱裝置與油溫控制裝置
《》 設(shè)計良好、加工精度高、材質(zhì)好的熱軋輥
《》 熱軋輥主軸承要耐高溫
《》 熱軋機(jī)墻板要堅固，加壓和調(diào)整軋輥要方便

2、軋輥加熱方式
熱軋輥加熱方式目前主要有：
《》 電加熱
《》 油加熱
《》電感應(yīng)加熱

3、軋輥變形補(bǔ)償方式
在熱軋粘合時，由于壓力較高，熱軋輥發(fā)生彎曲變形是不可避免的。當(dāng)軋輥發(fā)生彎曲變形時，將導(dǎo)致整個軋輥鉗口壓力分布不均勻，造成纖網(wǎng)局部受不到熱軋粘合加固或粘合效果較差。因此要采取種種措施以減少變形或?qū)ψ冃芜M(jìn)行補(bǔ)償。
常用補(bǔ)償方式有：
《》中凸輥補(bǔ)償
《》軸向交*補(bǔ)償
《》外加彎矩補(bǔ)償
《》液壓支承芯軸補(bǔ)償
中凸輥補(bǔ)償彎曲變形
中凸輥補(bǔ)償彎曲變形，是一種簡單而有效的方式，但其僅僅適合于特定的軋輥工作壓力，因此該補(bǔ)償方法有一定的局限性。





軸向交*補(bǔ)償彎曲變形
軸向交*補(bǔ)償是指將軋輥的主軸承側(cè)向移位，從而使兩軋輥的軸線產(chǎn)生一定角度的交*，這樣軋輥兩端的鉗口尺寸變大，當(dāng)施加壓力時，可達(dá)到補(bǔ)償彎曲變形的目的。調(diào)節(jié)主軸承的側(cè)向位移大小，可補(bǔ)償不同工作壓力產(chǎn)生的軋輥彎曲變形，因此該方法的適應(yīng)性要比中凸輥補(bǔ)償方法更好一些。



外加彎矩補(bǔ)償彎曲變形
這種方法

是通過在軋輥外端施加彎矩來補(bǔ)償正常工作壓力引起的軋輥彎曲變形，補(bǔ)償系統(tǒng)是純機(jī)械式的，可根據(jù)不同工作壓力來調(diào)節(jié)。
外加彎矩補(bǔ)償彎曲變形的問題



電感應(yīng)加熱軋輥補(bǔ)償變形原理
通過將感應(yīng)線圈分段設(shè)置，分段控制，可按熱軋工藝要求使熱軋輥在加溫時中央部分凸起，以補(bǔ)償由于加壓造成的軋輥變形。

4、刻花軋輥的軋點結(jié)構(gòu)
傳統(tǒng)軋點其凸臺邊與軋輥徑向夾角較大，熱軋時非軋點處的纖網(wǎng)也能與軋輥相接觸而得到輕微的粘合，使非織造材料強(qiáng)度增加而柔軟度降低。

改進(jìn)后的軋點，其凸臺邊分兩段，A段角度較小，以減少對軋點外纖維的傳熱，軋點以外的纖維即成為真正的橋連纖維，它可以使非織造材料的柔軟度改善；B段角度較大，可提高軋點的強(qiáng)度。
刻花輥的熱處理也是至關(guān)重要的，處理不當(dāng)，軋點將出現(xiàn)微細(xì)裂縫，影響軋點的疲勞強(qiáng)度。軋點的硬度通常應(yīng)達(dá)到HRC57，該硬度不會損傷光輥的表面。
常用的軋點形狀



第三節(jié) 熱熔工藝

一、概述
熱熔粘合纖維的開發(fā)拓展了熱熔粘合非織造材料的應(yīng)用，熱熔粘合纖維的選擇和配比主要取決于產(chǎn)品應(yīng)用和客戶的要求，熱熔粘合纖維的混合比通常為10～50%，作為預(yù)粘合時為5～10%，實際生產(chǎn)時應(yīng)按非織造材料的最終應(yīng)用要求來配比，薄型產(chǎn)品通常采用100%的熱熔粘合纖維。

常用熱熔纖維及其粘合溫度
低密度聚乙烯 85～115℃
高密度聚乙烯 126～135 ℃
聚丙烯 140～170 ℃
聚氯乙烯 115～160 ℃
共聚酰胺 110～140 ℃
尼龍6 170～225 ℃
尼龍66 220～260 ℃
聚酯 230～260 ℃
Kodel 410 (Eastman) 85～170 ℃
Dacron 927,923,920 (Dupont) 160～180℃
Unitika 2000,3300,4000 110～200 ℃

二、熱熔粘合工藝過程及機(jī)理

熱熔粘合工

藝是指利用烘房對混有熱熔介質(zhì)的纖網(wǎng)進(jìn)行加熱，使纖網(wǎng)中的熱熔纖維或熱熔粉末受熱熔融，熔融的聚合物流動并凝聚在纖維交*點上，冷卻后纖網(wǎng)得到粘合加固而成為非織造材料。
和熱軋粘合相似，熱熔粘合工藝存在熱傳遞過程、流動過程、擴(kuò)散過程、加壓和冷卻過程。

三、熱熔粘合的方式

熱熔粘合工藝按熱風(fēng)穿透形式可分為：
《》熱風(fēng)穿透式粘合
《》單層平網(wǎng)熱風(fēng)穿透式
《》雙網(wǎng)夾持熱風(fēng)穿透式
《》滾筒圓網(wǎng)熱風(fēng)穿透式
《》熱風(fēng)噴射式粘合
《》單簾網(wǎng)熱風(fēng)噴射式熱熔
《》雙簾網(wǎng)熱風(fēng)噴射式熱熔

四、熱熔粘合設(shè)備

1、熱熔粘合設(shè)備的基本要求
《》能對纖網(wǎng)整個寬度進(jìn)行迅速而均勻的加熱，烘房內(nèi)各處溫度誤差應(yīng)≤1.5℃。
《》 熱風(fēng)的速度和方向均能控制，熱風(fēng)在循環(huán)流動過程中不破壞纖網(wǎng)的結(jié)構(gòu)。
《》 能有效控制最終產(chǎn)品的密度。
《》為了獲得良好的熱粘合效果，烘房應(yīng)有足夠的通過長度，以保證纖網(wǎng)有足夠的受熱時間。
《》 加熱能耗應(yīng)盡可能低，以降低生產(chǎn)成本。

2、圓網(wǎng)熱風(fēng)穿透粘合用滾筒

3、烘房加熱系統(tǒng)
烘房選擇加熱系統(tǒng)時，必須考慮：
《》 當(dāng)?shù)睾畏N能源供應(yīng)最方便、有效
《》 烘房所需的工作溫度
《》可供能源的價格比較
《》設(shè)備投資大小和維修成本
《》必須遵守的安全法規(guī)

4、熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)
有平網(wǎng)熱風(fēng)循環(huán)和圓網(wǎng)熱風(fēng)循環(huán)

5、纖網(wǎng)輸送系統(tǒng)
鏈條傳動帶支桿的簾網(wǎng)，纖網(wǎng)由簾網(wǎng)托持輸送，該輸送方式的生產(chǎn)速度較低，簾網(wǎng)僅隨兩端固定在鏈條上的支桿移動，因此對簾網(wǎng)的強(qiáng)度要求不高。

第四節(jié) 超聲波粘合工藝

一、概述
超聲發(fā)生器又稱為換能器，20世紀(jì)初，電子學(xué)的發(fā)展使人們能利用某些材料的壓電效應(yīng)和磁致伸縮效應(yīng)制作各種機(jī)電換能器。隨著材料科學(xué)的發(fā)展，應(yīng)用最廣泛的壓電換能器已從天然壓電晶體過渡到價格更低廉、性能更良好的壓電陶瓷、人工壓電單晶、壓電半導(dǎo)體以及塑料壓電薄膜等，并使超聲頻率的范圍從幾十千赫提高到上千

兆赫。

超聲效應(yīng)主要有以下三方面：
《》線性的交變振動作用
《》非線性效應(yīng)
《》空化作用

二、超聲波粘合工藝過程及機(jī)理

超聲波粘合的能量來自電能轉(zhuǎn)換的機(jī)械振動能，換能器將電能轉(zhuǎn)換為20kHz的高頻機(jī)械振動，經(jīng)過變幅桿振動傳遞到傳振器，振幅進(jìn)一步放大，達(dá)到100μm左右。在傳振器的下方，安裝有鋼輥筒，其表面按照粘合點的設(shè)計花紋圖案，植入許多鋼銷釘，銷釘?shù)闹睆郊s為2mm左右，露出輥筒約為2mm。超聲波粘合時，被粘合的纖網(wǎng)或疊層材料喂入傳振器和輥筒之間形成的縫隙，纖網(wǎng)或疊層材料在植入銷釘?shù)木植繀^(qū)域?qū)⑹艿揭欢ǖ膲毫Γ谠搮^(qū)域內(nèi)纖網(wǎng)中的纖維材料受到超聲波的激勵作用，纖維內(nèi)部微結(jié)構(gòu)之間產(chǎn)生摩擦而產(chǎn)生熱量，最終導(dǎo)致纖維熔融。在壓力的作用下，超聲波粘合將發(fā)生和熱軋粘合一樣的熔融、流動、擴(kuò)散及冷卻等工藝過程。



超聲波粘合技術(shù)具有以下一些特點：
《》與熱軋粘合相比，設(shè)備上無加熱部件，因為其不采用從纖網(wǎng)材料的外表面?zhèn)鬟f熱量來達(dá)到熔融粘合的方式。超聲波能量直接傳送到纖網(wǎng)內(nèi)部，能量損失較少，每個部位比常規(guī)熱粘合節(jié)省300～1000％的能量，生產(chǎn)條件大大改善。
《》超聲波粘合設(shè)備的可*性高、機(jī)械磨損較小，操作簡便、維修方便。
《》與絎縫機(jī)相比，產(chǎn)量要高得多，一般約高5～10倍，如3.3m工作寬度的Pinsonic粘合設(shè)備的生產(chǎn)速度可達(dá)到9m/min，并且不用縫線，粘合縫的強(qiáng)度比較高，洗滌后無縫線收縮之缺陷。
《》與針刺復(fù)合相比，超聲波粘合復(fù)合的生產(chǎn)速度較快，可達(dá)到4～8m/min。

三、超聲波粘合設(shè)備

超聲波粘合設(shè)備通常由超聲波控制電源、超聲波發(fā)生及施加系統(tǒng)，以及托網(wǎng)輥筒和輥筒傳動系統(tǒng)等組成，其關(guān)鍵部件是超聲波發(fā)生及施加系統(tǒng)，包括換能器、變幅桿、傳振桿及加壓裝置。



第五節(jié) 熱粘合工藝與產(chǎn)品性能

一、熱軋粘合工藝與產(chǎn)品性能

影響熱軋粘合非織造材料性能的主要

因素有纖維特性、熱熔纖維與主體纖維的配比、熱軋粘合形式、熱軋輥溫度、熱軋輥壓力、生產(chǎn)速度、纖網(wǎng)面密度、刻花輥軋點尺寸和分布以及冷卻條件等。

1、熱軋粘合非織造材料結(jié)構(gòu)
點粘合纖網(wǎng)結(jié)構(gòu)：
《》規(guī)則形狀的薄膜區(qū)
《》近薄膜區(qū)纖維區(qū)
《》無粘結(jié)纖維區(qū)





光輥粘合纖網(wǎng)結(jié)構(gòu)：
《》緊密區(qū)
《》疏松區(qū)

2、纖維品種及其配比對熱軋粘合非織造材料性能的影響

薄型熱軋粘合非織造材料用作衛(wèi)生材料時，使用的纖維原料為聚丙烯纖維。常規(guī)聚丙烯短纖維用于熱軋粘合非織造材料，其問題是不能適應(yīng)熱軋粘合工藝高速生產(chǎn)的要求，產(chǎn)品手感硬，強(qiáng)度低，而且不符合衛(wèi)生要求。

3、工藝參數(shù)對熱軋粘合非織造材料性能的影響
熱軋粘合工藝參數(shù)中，粘合溫度、軋輥壓力和生產(chǎn)速度對熱軋粘合非織造材料的性能具有很大影響。

(1)粘合溫度
溫度↑→斷裂強(qiáng)度↑
溫度↑↑→熱熔纖維失去纖維結(jié)構(gòu)→斷裂強(qiáng)度↓

(2)軋輥壓力
線壓力↑→斷裂強(qiáng)度↑
線壓力↑↑→粘合區(qū)纖維物理特性破壞→斷裂強(qiáng)度↓

(3)生產(chǎn)速度
生產(chǎn)速度↑→粘合溫度↑→斷裂強(qiáng)度不變

二、熱熔粘合工藝與產(chǎn)品性能

影響熱熔粘合非織造材料性能的主要因素有纖維特性、熱熔纖維與主體纖維的配比、熱風(fēng)溫度與穿透速度、生產(chǎn)速度及冷卻條件等。
在設(shè)備已定和工藝優(yōu)化的條件下，纖維特性以及熱熔纖維與主體纖維的配比是影響熱軋粘合非織造材料性能的主要因素。