浅谈非织造布的粘和理论

荆连辉

[摘要]首先简单介绍非织造布的定义、优点与应用;其次重点介绍非织造布用粘合剂的粘合原理与组成以及非织造布热熔粘合的原理;最后简单介绍一下粘接强度,并指出粘合理论的研究与发展方向。

[关键词]非织造布粘合理论粘合力热熔粘合粘接强度发展与现状

中图分类号:TS1文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)1220082-01

非织造布又称无纺布、不织布,是一种不经过传统的纺织方法,而是用有方向性的或杂乱的纤网制成的布状材料,它是利用纤维间的摩擦力或自身的粘合力,或外加粘合剂的粘着力,或两种以上的力而使纤维结合在一起的方法,即通过摩擦加固、抱和加固、或粘合加固的方法得到的纤维制品。

非织造布是一门新兴的纺织技术,起源于20世纪40年代末50年代初。它的技术涉及到化工、造纸、塑料、高分子等很多领域,具有工艺简单,生产效率高,纤维原料来源广,产品多、性能独特用途广、经济效益显著等优点。非织造产品已经应用到很多领域,如装饰装潢、汽车内饰、服装面料、土工建材、国防航空等领域。

非织造布的生产和加工主要包括两部分,一是成网、固网过程,二是对非织造布进行后整理和精加工过程。按成网技术来分,可分为干法、湿法和聚合物直接成网法三大类。按固网技术来分,可分为针刺法、水刺法、缝编法、热粘合法、化学粘合法等。近年来,由于石油化工、高分子材料以及化纤行业和粘合剂行业的迅速发展,促进了非制造技术的迅猛发展。但是在非织造布行业迅速发展的同时,也给环境造成了一些污染,主要是粘合剂的和高分子材料的大量应用造成的。所以开发出性能优异,绿色环保的粘合剂和复合材料,就成了促进非织造布发展的关键。而在非织造布的生产过程中,粘合剂的应用主要在后整理过程中,它影响着非织造布的物理和化学性能,起着十分重要的作用。怎样使化学粘合剂和纤网能够很好的有机结合,制造出性能优异的非织造布呢,那首先就要了解粘合剂的粘和理论,只有了解了粘合理论,才能开发出性能优异的粘合剂,才能促进非织造布的发展。

粘合理论包括三部分,一是粘合力的形成,二是粘合剂与非织造布的粘合理论,三是非织造布与粘合剂之间的粘合强度。

一、化学粘合剂粘合力的作用形态

主要有化学键力、分子间力、界面静电引力和机械作用力等。

1.化学键力:化学键力是由化学键之间产生的力,存在于原子或离子之间,有共价键、离子键、金属键三种作用形式。共价键力是两个原子之间通过共用电子对连接产生的作用力,每个电子对产生的共价键力大约在3*10-9～4*10-9N。离子键力是两个正负离子间的相互作用,离子键力与正负离子所带的电荷多少成正比,与正负离子之间的距离的平方成反比。金属键力是金属离子间由于电子的自由运动而产生的连接力。

2.分子间力:分子间力是同种或不同种分子与分子之间在距离相当近时所显示出来的相互作用力。当分子间距离(r)<1*10-10m时表现为斥力,而当分子间距离处于1*10-8m>(r)>1*10-10m的范围内时,分子间表现为引力。分子间力包括范德华力和氢键力两种作用形式。

3.界面静电引力:当粘合剂应用在金属粘合时,由于金属对其外层电子的吸引力小,容易失去电子而带正电;粘合剂属于非金属材料,对电子的吸引力大,容易得到电子而带负电,也就是说电子容易从金属的一侧向粘合剂的一侧移动,从而在金属与粘合剂的界面处产生接触电势,存在一定的电势差,从而形成双电层,产生静电引力。界面静电引力不只产生于金属与非金属之间,非金属与非金属之间同样也可产生,即凡是具备电子供体与电子受体的两种物质接触时,都有可能在两种物质的界面产生静电引力。

4.机械作用力:机械作用力的本质是摩擦力,在粘合非织造布等多孔材料时是很重要因素。当粘合剂施加到非织造布材料上时,由于非织造布材料属于多孔的网络结构,这些空隙类似于毛细管,能产生毛细管效应,因而使得粘合剂容易渗透到材料的内部空隙中去,固化后在两者的界面区产生了啮合力,即机械作用力。粘合理论就是在上面一种力或几种力相互作用的基础上总结出来的。在粘合理论中,主要包括吸附理论、静电理论、扩散理论、机械互锁理论、化学键合理论等。

二、非织造布的粘合原理

非织造布的粘合原理分为粘合剂粘合法和热粘合法原理两种。

1.粘合剂粘合法原理:粘合剂法粘合原理是粘合技术在非织造布方面具体应用的理论依据。在非织造布的后整理过程中,粘合剂粘合的固体主要是纤维,其粘接强度取决于粘合剂与被粘合纤维分子之间以及粘合剂自身的分子之间的结合强度。在粘合剂与纤维相互接触的界面上,有两种粘合作用:第一种是机械粘合,是由于粘合剂渗入到被粘合纤网的孔隙中而形成的机械互锁粘合;第二种是特殊粘合,是由物理、化学作用产生的,它是通过化学键,或者通过粘合剂中极性基团的引入以及大分子链、链段、链节等的运动逐渐迁移至被粘合纤网的表面,双方极性基团互相吸引而产生的分子间作用力,形成很好的粘合效果。

2.热粘合原理:热粘合就是对混有低熔点的热熔纤维或热熔胶粉的纤网进行热处理,是热熔物质熔融后,在纤维之间的接点处产生粘合,冷却后得到固定,使纤网得到加固制成非织造布。在热轧粘合的过程中包括以下几个过程:(1)热传递处理;(2)形变过程;(3)滚动过程;(4)扩散过程。热轧粘合就是以上几个过程共同作用的结果。

在粘合理论中,还有一个重要指标影响粘合剂的使用,那就是粘接强度。在粘合体系中,粘接强度是由粘合剂的内聚强度以及粘合剂与被粘合材料的粘附强度来提供的,其大小受粘合剂的分子运动、化学结构、物理结构、以及相对分子质量的分布等的影响很大,另外,粘接强度还受一些物理因素的影响,如被粘合材料的表面形态,弱界面层、内应力、环境、以及粘合层厚度及时间等。

以上是对粘合理论的简单介绍,而吸附理论、静电理论、扩散理论是粘合的三大理论基础。目前,虽然对粘和理论的研究有了很大进展,但是理论的研究还是远远落后于粘合剂的发展和研究。粘合过程是一个复杂的物理化学过程,涉及很多学科,现有的理论还不能解释所有的粘合现象,所以希望从事研究粘合剂的科研人员,加强对粘合理论的研究,以促进粘合理论的发展和完善,从而推动粘合剂的研发工作,开发出更多适合环境和非织造布发展的粘合剂。

参考文献:

[1]郭秉臣,非织造布学,中国纺织工业出版社.

[2]程博闻,非织造布用粘合剂,中国纺织出版社.