热粘合

热粘合加固纤网的特点：•利用高分子聚合物材料的熔融特性粘结纤网，取代了化学粘合剂，产品更加符合卫生要求。•非织造专用梳理机输出纤网速度已经超过150m/min，热轧粘合非织造工艺是与之相匹配的工艺方法。•热粘合专用纤维的开发及无需蒸发粘合剂的水分，使热粘合非织造材料性能提高、生产成本降低。计算表明：热熔粘合耗能：浸渍粘合耗能＝1：4.7热熔粘合耗能：泡沫浸渍粘合耗能＝1：3.0§5-1热粘合法基本原理与分类一、热粘合加固纤网基本原理高分子聚合物材料大都具有热塑性，即加热到一定温度后会软化熔融，变成具有一定流动性的粘流体，冷却后又重新固化，变成固体。热粘合非织造工艺就是利用热塑性高分子聚合物材料这一特性，使纤网受热后部分纤维或热熔粉末软化熔融，纤维间产生粘连，冷却后纤网得到加固而成为热粘合非织造材料。二、热粘合工艺分类o热轧粘合•电加热•油加热•电磁感应加热o热熔粘合•热风穿透式•热风喷射式o超声波粘合热轧粘合与热熔粘合的区别热轧粘合是指利用一对加热辊对纤网进行加热，同时加以一定的压力使纤网得到热粘合加固。热熔粘合是指利用烘房加热纤网使之得到粘合加固。热轧粘合和热熔粘合的区别在于，热轧粘合适用于薄型和中厚型产品，产品单位面积质量大多在15～100g/m2，而热熔粘合适合于生产薄型、厚型以及蓬松型产品，产品单位面积质量为15～1000g/m2，两者产品的粘合结构和风格存在较大的差异。超声波粘合超声波粘合是一种新型的热粘合工艺技术，其将电能通过专用装置转换成高频机械振动，然后传送到纤网上，导致纤网中高分子聚合物纤维相互摩擦及纤维内部的分子运动加剧而产生热能，使纤维产生软化、熔融，从而使纤网得到粘合加固。超声波粘合工艺特别适合于蓬松、柔软的非织造产品的后道复合加工，用于装饰、保暖材料等，可替代绗缝工艺。§5-2热轧工艺一、概述热轧粘合在热粘合非织造工艺中的应用较晚，其借用了印染工业中的砑光、烫光技术，由于其生产速度快、无三废问题，因而发展很快。80年代初，美国的用即弃尿布崛起，聚丙烯热轧非织造材料作为尿布面料替代了原来以粘胶、聚酯纤维为主体的化学粘合法非织造材料。热轧粘合生产速度快，因而特别适合于薄型纺粘法非织造材料的加固。产品应用热轧法非织造材料广泛应用于用即弃产品的制造，如手术衣帽、口罩、妇女卫生巾、婴儿尿裤、成人失禁垫以及各种工作服和防护服等，此外，热轧法非织造材料还大量应用于服装衬布、电缆电机绝缘材料、电池隔膜、箱包衬里、包装材料、涂层基布等。二、热轧粘合工艺过程及机理热轧粘合非织造工艺是利用一对或两对钢辊或包有其它材料的钢辊对纤网进行加热加压，导致纤网中部分纤维熔融而产生粘结，冷却后，纤网得到加固而成为热轧法非织造材料。热轧粘合是一个非常复杂的工艺过程，在该工艺过程中，发生了一系列的变化，包括纤网被压紧加热，纤网产生形变，纤网中部分纤维产生熔融，熔融的高分子聚合物的流动以及冷却成形等等。1、纤网变形与热传递过程热传递：当纤网进入轧辊组成的热轧粘合区域时，由于轧辊具有较高的温度，因此热量将从轧辊表面传向纤网表面，并逐渐传递到纤网的内层。单靠热传递并不能向纤网内层提供足够的温度。形变热：向纤网提供热量的另一个重要来源是形变热。轧辊间的压力使处于轧辊钳口的高聚物产生宏观放热效应，导致纤网温度进一步上升。据研究，在轧辊间线压力为2.5～7×103N/cm下，纤网厚度将从300μm压缩到33μm，纤网产生的形变热可使纤网内层的温度上升35～40℃。但由于聚合物熔融要消耗部分热量，形变热实际上会使纤网内层温度上升30～35℃。2、clapeyron效应高聚物分子受压时熔融所需的热量远比常压下多，这就是所谓的clapeyron效应。对聚丙烯纤维来说，压力使其熔融温度提高的范围约为38℃/kbar。在热轧粘合过程中，轧辊钳口将使聚合物的熔融温度提高，因此，合理选择轧辊温度和压力的配合是非常重要的。3、流动过程在热轧粘合过程中，纤网中部分纤维在温度和压力的作用下发生熔融，同时还伴随着熔融的高聚物的流动过程，这也是形成良好粘合结构的条件之一。轧辊温度升高将有利于熔融高聚物的流动。4、扩散过程热轧粘合时，在熔融高聚物的流动过程中，同时存在着高聚物分子向相邻纤维表面的扩散，纤维熔融相互接触部分会产生扩散过程，扩散作用有利于形成良好的粘合。研究结果表明，高聚物在粘合过程中的扩散距离仅为1nm左右，但对于纤网形成良好的粘合有重要的作用。5、冷却过程在热轧粘合过程中，由于纤网中纤维受到热和机械作用，因此纤维的微观结构将发生一定的变化，纤维的性能也必然会产生一定程度的变化。加快热轧粘合后纤网的冷却速度，有利于改善产品的强度和手感。三、热轧粘合设备1、热轧机的基本要求•良好的导热油加热装置与油温控制装置•设计良好、加工精度高、材质好的热轧辊•热轧辊主轴承要耐高温•热轧机墙板要坚固，加压和调整轧辊要方便。2、轧辊加热方式热轧辊加热方式目前主要有：电加热油加热电感应加热电加热电加热方式是最老式的加热方式，其利用电热管或电热丝发热使轧辊受热，特点是结构简单，维修方便，升温速度也比较快，但加热均匀性差，温度控制精度较低，不适合宽幅热轧辊，所以已经逐渐退出实际生产应用。油加热油加热是目前最常用的加热方式，其采用导热油作为热媒体对轧辊进行加热。导热油加热后通过热轧辊的芯轴的长孔输入热轧辊，热轧辊呈一定壁厚的钢管状，管壁内设有热油导孔，并形成循环的热油回路。导热油通过轧辊内部的热油回路传递热量，使轧辊升温。导热油从轧辊流出后经过滤、加热后再输入轧辊。导热油可由燃油或燃煤锅炉加热，也可直接采用安装在热轧机边上的电加热油锅炉加热。电感应加热由日本Tokuden公司研制，1983年开始用于非织造材料的生产。特点：无油加热装置、输油管道及阀门等，操作简化，占地小。温度控制精确，工作温度范围为40℃～420℃。不用油加热，工作环境干净，维修保养方便。可分段控温补偿轧辊变形，适应宽幅热轧。设备制造成本较高。电感应加热辊工作原理电感应加热基本原理，是利用变压器工作时产生的负效应——发热现象作为轧辊的热源。电感应加热辊结构一、热熔粘合工艺过程及机理热熔粘合工艺是指利用烘房对混有热熔介质的纤网进行加热，使纤网中的热熔纤维或热熔粉末受热熔融，熔融的聚合物流动并凝聚在纤维交叉点上，冷却后纤网得到粘合加固而成为非织造材料。和热轧粘合相似，热熔粘合工艺存在热传递过程、流动过程、扩散过程、加压和冷却过程。§5-3热熔工艺1、热传递过程热熔粘合工艺中的传热与热轧粘合有所区别。热轧粘合时，轧辊热量主要通过传导和辐射施加到纤网上，同时，由于轧辊钳口的压力作用，纤网内部出现形变热。而热熔粘合工艺主要是利用热空气穿透纤网对热熔纤维进行加热，少数采用如红外辐射的加热方式。辐射加热仅用在特殊场合，因为要得到高的辐射热，并促使纤网中热熔纤维达到熔融温度是很困难的。对于较厚的纤网，辐射加热只能粘合其表面。而热风循环穿透式加热方式则具有较高的热传导效率，其适应性也较强，可广泛应用于20～2000g/m2甚至更厚的纤网粘合加固，生产速度可达到300～500m/min。2、流动过程热熔粘合时存在与热轧粘合相同的聚合物流动过程。在热熔粘合过程中，纤网中部分纤维或热熔粉末在温度的作用下发生熔融，熔融的高聚物向纤维交叉点流动。与热轧粘合工艺相同，烘房温度升高将有利于熔融高聚物的流动。3、扩散过程热熔粘合时存在与热轧粘合相同的聚合物扩散过程。在熔融高聚物的流动过程中，同时存在着高聚物分子向相接触的纤维表面的扩散过程，扩散作用有利于形成良好的粘合。研究结果表明，高聚物在粘合过程中的扩散距离仅为1nm左右，但对于纤网形成良好的粘合有重要的作用。4、加压和冷却过程在热熔粘合过程中，纤网离开烘房的热熔区域后应马上采用一对轧辊对纤网加压，轧辊的机械作用，可改善纤网的粘合效果，同时提高产品的结构、尺寸的稳定性。与热轧粘合工艺相同，加快热熔粘合后纤网的冷却速度，有利于改善产品的强度和手感。二、热熔粘合的方式热熔粘合工艺按热风穿透形式可分为：热风穿透式粘合•单层平网热风穿透式•双网夹持热风穿透式•滚筒圆网热风穿透式热风喷射式粘合•单帘网热风喷射式热熔•双帘网热风喷射式热熔三、热熔粘合设备的基本要求能对纤网整个宽度进行迅速而均匀的加热，烘房内各处温度误差应≤1.5℃。热风的速度和方向均能控制，热风在循环流动过程中不破坏纤网的结构。能有效控制最终产品的密度。为了获得良好的热粘合效果，烘房应有足够的通过长度，以保证纤网有足够的受热时间。加热能耗应尽可能低，以降低生产成本。§5-4超声波粘合工艺一、概述人类听觉上限频率约为20000Hz，高于此频率的声波通常称为超声波，或称为超声。。超声发生器又称为换能器，20世纪初，电子学的发展使人们能利用某些材料的压电效应和磁致伸缩效应制作各种机电换能器。随着材料科学的发展，应用最广泛的压电换能器已从天然压电晶体过渡到价格更低廉、性能更良好的压电陶瓷、人工压电单晶、压电半导体以及塑料压电薄膜等，并使超声频率的范围从几十千赫提高到上千兆赫。二、超声波粘合工艺过程及机理超声波粘合的能量来自电能转换的机械振动能，换能器将电能转换为20kHz的高频机械振动，经过变幅杆振动传递到传振器，振幅进一步放大，达到100μm左右。在传振器的下方，安装有钢辊筒，其表面按照粘合点的设计花纹图案，植入许多钢销钉，销钉的直径约为2mm左右，露出辊筒约为2mm。超声波粘合时，被粘合的纤网或叠层材料喂入传振器和辊筒之间形成的缝隙，纤网或叠层材料在植入销钉的局部区域将受到一定的压力，在该区域内纤网中的纤维材料受到超声波的激励作用，纤维内部微结构之间产生摩擦而产生热量，最终导致纤维熔融。在压力的作用下，超声波粘合将发生和热轧粘合一样的熔融、流动、扩散及冷却等工艺过程。超声波粘合原理示意三、超声波粘合设备超声波粘合设备通常由超声波控制电源、超声波发生及施加系统，以及托网辊筒和辊筒传动系统等组成，其关键部件是超声波发生及施加系统，包括换能器、变幅杆、传振杆及加压装置。1、换能器磁致伸缩换能器：基于磁场的磁力效应来实现机电能量互换。压电换能器：基于某些晶体或极化了的陶瓷体的电致伸缩效应来实现电声能量转换。换能器的实际尺寸设计，应保证换能器的整体在预定的工作频率产生机械共振。2、变幅杆和传振杆超声波粘合所用的变幅杆和传振杆具有不同的用途。变幅杆又称为波导杆，用来耦合换能器与负载的参数，同时起到固定整个机械系统的作用。传振杆则用于在粘合区域激发振动，主要形式有：•圆锥形•悬垂线形•指数形圆锥形传振杆虽然损耗最大，但应力最小，工作可靠性好，是常用形式。在机械结构上，传振杆应尽量避免应力集中现象，尤其是螺纹连接处。在选材上，通常考虑损耗系数小、疲劳强度极限较高的材料。§5-5热粘合工艺一、热轧粘合工艺与产品性能影响热轧粘合非织造材料性能的主要因素有纤维特性、热熔纤维与主体纤维的配比、热轧粘合形式、热轧辊温度、热轧辊压力、生产速度、纤网面密度、刻花辊轧点尺寸和分布以及冷却条件等。在设备已定的条件下，热轧辊温度、热轧辊压力、生产速度、纤网面密度以及热熔纤维与主体纤维的配比是影响热轧粘合非织造材料性能的主要因素。1、工艺参数对热轧粘合非织造材料性能的影响热轧粘合工艺参数中，粘合温度、轧辊压力和生产速度对热轧粘合非织造材料的性能具有很大影响。(1)粘合温度温度↑→断裂强度↑温度↑↑→热熔纤维失去纤维结构→断裂强度↓(2)轧辊压力线压力↑→断裂强度↑线压力↑↑→粘合区纤维物理特性破坏→断裂强度↓(3)生产速度生产速度↑→粘合温度↑→断裂强度不变热轧粘合温度与聚酯热轧粘合非织造材料拉伸强力的关系热轧粘合非织造材料纵横向强力与轧辊压力的关系二、热熔粘合工艺与产品性能影响热熔粘合非织造材料性能的主要因素有纤维特性、热熔纤维与主体纤维的配比、热风温度与穿透速度、生产速度及冷却条件等。在设备已定和工艺优化的条件下，纤维特性以及热熔纤维与主体纤维的配比是影响热轧粘合非织造材料性能的主要因素。1、影响热熔粘合非织造材料产品性能的主要因素(1