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    ２.熱熔粘合機理的探討

    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，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間內(nèi)發(fā)生的，這一過程大致要經(jīng)過四個階段：

    ①熱熔膠受熱熔融為粘流體。

    ②液態(tài)熱熔膠通過潤濕作用使界面分子彼此接觸，通過分子運動達到吸附平衡。

    ③分子通過跨越界面的擴散形成擴散界面區(qū)。

    ④液態(tài)熱熔膠冷卻、固化并與纖維形成粘合鍵。

    下面對這四個階段分別進行討論。

    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范圍，只有溫度高于熔點范圍時才能完成熔融。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，熱流動性提高有利于熱溶膠對織物的浸潤和擴散。熔融粘度隨溫度增高而降低，故粘合時可通過提高溫度來降低熔融粘度。

    從熱熔膠的熔融得知，熱熔膠的熔點范圍和熔融指數(shù)是熱熔粘合過程中兩個非常重要的參數(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)測定條件，聚乙烯為21.8N／190℃，其他均為21.18N／160℃。

    2.2.熱熔膠對織物的潤濕和滲透

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

    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濕。

    粘合的最佳潤濕條件是γs≌γL，若γL＞γs潤濕就不易進行，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，浸潤均能自發(fā)進行，但如果織物經(jīng)過硅油整理或涂布四氟乙烯涂層，其表面張力將會大大降低，熱熔膠就很難潤濕織物，這樣就會影響粘合鍵的形成。此時就必須在熱熔膠內(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，所以在熱熔粘合時還必須注意織物的表面性能以選擇相適應的熱熔膠。

    織物是由纖維組成的，纖維之間有許多毛細孔隙，天然纖維內(nèi)部還有胞腔。作者曾對熱熔粘合后的織物，進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，熱熔膠對織物的潤濕可看作是毛細滲透，滲入毛細管的速度可按泊 肅葉(Poissulle)定律，粘度為?的粘流體流過半徑為ｒ，長度為L的毛細管所需的時間t為：

    t＝2η12/ｒL﹒cosθ

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

    因為熱熔粘合是幾秒鐘時間內(nèi)完成的，故滲透時間至關重要。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，就是由于沒有足夠的時間來完成熱熔膠的滲透。但生產(chǎn)工藝不允許過長的粘合時間，因此我們必須設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，對經(jīng)過特種整理的織物由于表面張力較小，會影響潤濕滲透。

    2.3.熱熔膠與纖維之間的相互擴散

    由于潤濕作用使熱熔膠與纖維兩相達到分子間的接觸，大分子的鏈段可擴散而越過界面。不相似的高聚物通常是不相容的，它們的擴散系數(shù)很小，因而不相似的高聚物要使整個大分子通過相互擴散越過界面是不大容易的。但是局部鏈段擴散是容易進行的，并且在不相容的高聚物之間形成一擴散界面層，其厚度為10～1000?。相互擴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散，減少分子的滑動，增加了粘合強度。按Griffith公式，粘合斷裂經(jīng)強度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，粘合強度隨相容性的增加而增加。如用log剝離強度對(δ1－δ2)作圖可得一直線。

    為了得到較高的剝離強度，在選用粘合襯布時，應考慮到熱熔膠與纖維的相容性，選用溶解度參數(shù)相近的。特別是化纖長絲織物相容性對粘合強度的影響尤為明顯，如滌綸長絲織物的面料必須用聚酯熱熔膠，而尼龍長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程中，經(jīng)過熔融、潤濕、滲透和擴散后，進入纖維毛細管內(nèi)并形成表面擴散層，然后經(jīng)過冷卻固著織物上。熱熔膠與纖維形成粘合鍵從而使其具有一定的粘合強度。熱熔膠與纖維形成的粘合鍵有兩種形式：一是機械粘合；二是擴散界面分子力的 作用，其中包括范德華力，氫鍵和化學鍵。

    (1)機械粘合

    織物表面粗糙，纖維之間有毛細孔隙。熱熔膠滲透到毛細孔隙后，與織物形成機械嚙合作用，這就是機械粘合。對多數(shù)織物來講，機械粘合是形成粘合強度的主要方面。

    機械粘合與織物的表面粗糙有關。粘合強度與表面粗糙度關系如圖3所示：

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

    (2擴散界面層分子作用力

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

    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，只有當分子間的平衡距離在10?以內(nèi)時，范德華力才有明顯作用。

    b、相互擴散作用：分子局部鏈段的相互擴散可減少分子的滑動。 從而加粘合強度。

    c、化學吸附作用：分子間形成氫鍵或共價鍵。只有當纖維和熱溶膠上有某些官能團時才能發(fā)生。例如，聚酰胺熱熔膠上含有－CONH－基團，它可與纖維上的OH和羊毛上的－CONH－形成氫鍵或共價鍵，使粘合強度明顯提高，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械粘合。聚酰胺與棉、毛、絲綢及尼龍的粘合除機械粘合外，還有物理和化學吸附。聚酯純滌綸長絲織物的粘合則主要靠分子鏈段的相互擴散，具體情況要進行具體分析。

    ３.壓燙粘合過程的分析及應用

    3.1.壓燙粘合過程分析

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

    3.1.1.升溫階段

    壓燙機將熱量經(jīng)過織物傳至熱熔膠，使熱熔膠升至熔融溫度Tm并開始熔融，這一段所需時間為升溫時間t1，t1與壓燙機的溫度、壓力、織物的組織、纖維的導熱性能、熱熔膠的熔點等因素有關。

    3.1.2.粘合階段

    隨著溫度的升高和外加的壓力，使熱熔膠的流動性增加，表面張力降低，熱熔膠由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，潤濕織物表面并滲到纖維毛細空隙，形成擴散界面層，與織物發(fā)生粘合作用。這一階段的所屬時間為粘合時間t2，t2與織物的表面狀態(tài)、熱熔膠的表面張力，熔融粘度和擴散速率系數(shù)有關，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系的。因此，在粘合階段對溫度有一定要求，溫度有一個最高值和一個最低值，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溫度以下，膠體結(jié)晶并固著在織物上。這一 階段所需時間為固著時間t3，t3與熱熔膠的結(jié)晶速度有關。

    3.2.壓燙粘合工藝條件分析

    壓燙工藝參數(shù)主要有三個——溫度、壓力、時間。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度有密切關系。分析各種因素對剝離強度的影響，有助于正確掌握壓燙條件。

    3.2.1.壓燙溫度

    壓燙溫度對剝離強度影響很大，圖5是在一定的壓力和時間下，三種不同襯布的壓燙溫度與剝離強度的關系。

    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使剝離強度降低。溫度過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，故剝離強度降低同時手感變硬。

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

    Tp＝Tm＋ΔT1+ΔT2

    △T1和ΔT2應通過實驗確定后，然后從表1查出Tm后即可計算出Tp來。

    3.2.1.壓燙壓力

    壓燙機對襯布與面料加壓可起二個作用：

    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，有利于熱熔膠的熔融，滲透和擴散。

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

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

    3.2.2.壓燙時間

    在分析壓燙過程中已指出壓燙包括三個過程。但由于固著是在去除溫度和壓力以后進行的，所以實際壓燙時間是指升溫時間t1和粘合時間t2之和，即tP＝t1＋t2

    t1應由服裝廠在選用面料后進行測定，一般約需5～10秒，然后可準確地確定壓燙時間。粘合時間t2主要決定于襯布熱熔膠的熱性能，一般為8～15秒。

    根據(jù)粘合機理，延長粘合時間可使熱熔膠充分潤濕織物并擴散到纖維孔隙中去，有利剝離強度的提高。但壓燙時間過長會影響工效并會產(chǎn)生滲膠現(xiàn)象。

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

    4.結(jié)論

    通過對熱熔膠粘合機理的探討和粘合過程的分析，對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間條件會有指導意義，并得出以下結(jié)論：

    (1).熱熔粘合的先決條件是熱熔膠潤濕織物并滲透到纖維毛細孔隙中去。因此 選用襯布時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的熱熔膠，能與纖維 形成氫鍵或化學鍵，則將有利粘合強度的提高。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度的提高。

    (3).壓燙條件的選擇決定于面料，襯布和壓燙設備，要根據(jù)三者的技術條件，通過理論分析和試驗確定最佳壓燙條件。其中溫度的影響最為顯著，過高或過低均會產(chǎn)生弊病。而溫度又是和時間，壓力相關連的。在保證粘合強度的同時還要考慮在壓燙過程中面料的變化。

    5.參考文獻

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