第一節(jié) 熱粘合法基本原理與分類

一、熱粘合加固纖網基本原理及熱粘合加固纖網的特點

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，使纖網受熱后部分纖維或熱熔粉末軟化熔融，纖維間產生粘連，冷卻后纖網得到加固而成為熱粘合非織造材料。

熱粘合加固纖網的特點：
《》利用高分子聚合物材料的熔融特性粘結纖網，取代了化學粘合劑，產品更加符合衛(wèi)生要求。
《》非織造專用梳理機輸出纖網速度已經超過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
《》 電磁感應加熱
熱熔粘合
《》 熱風穿透式
《》 熱風噴射式

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進行加熱，同時加以一定的壓力使纖網得到熱粘合加固。

熱熔粘合是指利用烘房加熱纖網使之得到粘合加固。
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品，產品單位面積質量大多在15～100g/m2，而熱熔粘合適合于生產薄型、厚型以及蓬松型產品，產品單位面積質量為15～1000g/m2，兩者產品的粘合結構和風格存在較大的差異。

超聲波粘合
超聲波粘合是一種新型的熱粘合工藝技術，其將電能通過專用裝置轉換成高頻機械振動，然后傳送到纖網上，導致纖網中高分子聚合物纖維相互摩擦及纖維內部的分子運動加劇而產生熱能，使纖維產生軟化、熔融，從而使纖網得到粘合加固。
超聲波粘合工藝特別適合于蓬松、柔軟的非織造產品的后道復合加工，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

非織造工藝中的應用較晚，其借用了印染工業(yè)中的砑光、燙光技術，由于其生產速度快、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粘合法非織造材料。熱軋粘合生產速度快，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進行加熱加壓，導致纖網中部分纖維熔融而產生粘結，冷卻后，纖網得到加固而成為熱軋法非織造材料。



1、纖網變形與熱傳遞過程
熱傳遞：
當纖網進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網表面，并逐漸傳遞到纖網的內層。單*熱傳遞并不能向纖網內層提供足夠的溫度。

形變熱：
向纖網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生宏觀放熱效應，導致纖網溫度進一步上升。據研究，在軋輥間線壓力為2.5～7×103N/cm下，纖網厚度將從300μm壓縮到33μm，纖網產生的形變熱可使纖網內層的溫度上升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內層溫度上升30～35℃。

2、clapeyron效應
高聚物分子受壓時熔融所需的熱量遠比常壓下多，這就是所謂的clapeyron效應。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構的條件之一。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

纖維表面的擴散，纖維熔融相互接觸部分會產生擴散過程，擴散作用有利于形成良好的粘合。研究結果表明，高聚物在粘合過程中的擴散距離僅為1nm左右，但對于纖網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，由于纖網中纖維受到熱和機械作用，因此纖維的微觀結構將發(fā)生一定的變化，纖維的性能也必然會產生一定程度的變化。加快熱軋粘合后纖網的冷卻速度，有利于改善產品的強度和手感。

三、熱軋粘合的方式

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

四、熱軋粘合設備

1、熱軋機的基本要求
《》 良好的導熱油加熱裝置與油溫控制裝置
《》 設計良好、加工精度高、材質好的熱軋輥
《》 熱軋輥主軸承要耐高溫
《》 熱軋機墻板要堅固，加壓和調整軋輥要方便

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
《》電感應加熱

3、軋輥變形補償方式
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。當軋輥發(fā)生彎曲變形時，將導致整個軋輥鉗口壓力分布不均勻，造成纖網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對變形進行補償。
常用補償方式有：
《》中凸輥補償
《》軸向交*補償
《》外加彎矩補償
《》液壓支承芯軸補償
中凸輥補償彎曲變形
中凸輥補償彎曲變形，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，因此該補償方法有一定的局限性。





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



外加彎矩補償彎曲變形
這種方法

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



電感應加熱軋輥補償變形原理
通過將感應線圈分段設置，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，以補償由于加壓造成的軋輥變形。

4、刻花軋輥的軋點結構
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也能與軋輥相接觸而得到輕微的粘合，使非織造材料強度增加而柔軟度降低。

改進后的軋點，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，可提高軋點的強度。
刻花輥的熱處理也是至關重要的，處理不當，軋點將出現微細裂縫，影響軋點的疲勞強度。軋點的硬度通常應達到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用，熱熔粘合纖維的選擇和配比主要取決于產品應用和客戶的要求，熱熔粘合纖維的混合比通常為10～50%，作為預粘合時為5～10%，實際生產時應按非織造材料的最終應用要求來配比，薄型產品通常采用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理

熱熔粘合工

藝是指利用烘房對混有熱熔介質的纖網進行加熱，使纖網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穿透形式可分為：
《》熱風穿透式粘合
《》單層平網熱風穿透式
《》雙網夾持熱風穿透式
《》滾筒圓網熱風穿透式
《》熱風噴射式粘合
《》單簾網熱風噴射式熱熔
《》雙簾網熱風噴射式熱熔

四、熱熔粘合設備

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

2、圓網熱風穿透粘合用滾筒

3、烘房加熱系統(tǒng)
烘房選擇加熱系統(tǒng)時，必須考慮：
《》 當地何種能源供應最方便、有效
《》 烘房所需的工作溫度
《》可供能源的價格比較
《》設備投資大小和維修成本
《》必須遵守的安全法規(guī)

4、熱風循環(huán)系統(tǒng)
有平網熱風循環(huán)和圓網熱風循環(huán)

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

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世紀初，電子學的發(fā)展使人們能利用某些材料的壓電效應和磁致伸縮效應制作各種機電換能器。隨著材料科學的發(fā)展，應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。

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

二、超聲波粘合工藝過程及機理

超聲波粘合的能量來自電能轉換的機械振動能，換能器將電能轉換為20kHz的高頻機械振動，經過變幅桿振動傳遞到傳振器，振幅進一步放大，達到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計花紋圖案，植入許多鋼銷釘，銷釘的直徑約為2mm左右，露出輥筒約為2mm。超聲波粘合時，被粘合的纖網或疊層材料喂入傳振器和輥筒之間形成的縫隙，纖網或疊層材料在植入銷釘的局部區(qū)域將受到一定的壓力，在該區(qū)域內纖網中的纖維材料受到超聲波的激勵作用，纖維內部微結構之間產生摩擦而產生熱量，最終導致纖維熔融。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、擴散及冷卻等工藝過程。



超聲波粘合技術具有以下一些特點：
《》與熱軋粘合相比，設備上無加熱部件，因為其不采用從纖網材料的外表面?zhèn)鬟f熱量來達到熔融粘合的方式。超聲波能量直接傳送到纖網內部，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，生產條件大大改善。
《》超聲波粘合設備的可*性高、機械磨損較小，操作簡便、維修方便。
《》與絎縫機相比，產量要高得多，一般約高5～10倍，如3.3m工作寬度的Pinsonic粘合設備的生產速度可達到9m/min，并且不用縫線，粘合縫的強度比較高，洗滌后無縫線收縮之缺陷。
《》與針刺復合相比，超聲波粘合復合的生產速度較快，可達到4～8m/min。

三、超聲波粘合設備

超聲波粘合設備通常由超聲波控制電源、超聲波發(fā)生及施加系統(tǒng)，以及托網輥筒和輥筒傳動系統(tǒng)等組成，其關鍵部件是超聲波發(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) 熱粘合工藝與產品性能

一、熱軋粘合工藝與產品性能

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、生產速度、纖網面密度、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構
點粘合纖網結構：
《》規(guī)則形狀的薄膜區(qū)
《》近薄膜區(qū)纖維區(qū)
《》無粘結纖維區(qū)





光輥粘合纖網結構：
《》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，其問題是不能適應熱軋粘合工藝高速生產的要求，產品手感硬，強度低，而且不符合衛(wèi)生要求。

3、工藝參數對熱軋粘合非織造材料性能的影響
熱軋粘合工藝參數中，粘合溫度、軋輥壓力和生產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↑→斷裂強度↑
溫度↑↑→熱熔纖維失去纖維結構→斷裂強度↓

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

(3)生產速度
生產速度↑→粘合溫度↑→斷裂強度不變

二、熱熔粘合工藝與產品性能

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、熱風溫度與穿透速度、生產速度及冷卻條件等。
在設備已定和工藝優(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。