第七章 热粘合法.ppt

1、第七章 热粘合法,第一节 热粘合法基本原理及分类,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。,一、热粘合加固纤网基本原理,产品卫生性好：不带任何化学试剂、生产无三废、无噪音 生产速度高：2060m/min，最高可达100120m/min 能耗低：无需蒸发粘合剂的水分 生产灵活性大：既可直接进行加固、又可作为辅助加固,热粘合加固纤网的特点：,我国短纤热轧法非织造材料生

2、产线1998年统计时有120多条，大多为从台湾引进合资，由于产品更新及转移，目前我国运转热轧生产线65条左右，将近50停产或转成其它产品生产，生产能力约5.5万吨。 我国现有热熔(热风粘合)非织造材料生产线20条，生产能力约1.5万吨，有薄型与厚型之分。,我国热粘合非织造工艺发展简况,热粘合法非织造材料具有生产速度快、产品不带化学粘合剂、能耗低等特点。 其产品广泛用于医疗卫生、服装衬布、绝缘材料、箱包衬里、服用保暖材料、家具填充材料、过滤材料、隔音材料、减震材料等，热粘合非织造生产工艺仍有发展前景。,热粘合非织造材料的应用,热风穿透式 热风喷射式,二、热粘合工艺分类,1. 热轧粘合：,电加热

3、油加热 电磁感应加热,3. 超声波粘合,2. 热风粘合：,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。,利用烘房加热纤网使之得到粘合加固。,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15100g/m2。 热风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151000g/m2。 两者产品的粘合结构和风格存在较大的差异。,热轧粘合与热风粘合的区别,超声波粘合是一种新型的热粘合工艺技术，它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

4、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。,超声波粘合,第二节 热轧工艺,热轧粘合在热粘合非织造工艺中的应用较晚，但其生产速度快、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。,一、概述,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

5、缘材料、电池隔膜、箱包衬里、包装材料、涂层基布等。,产品应用,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。,二、热轧粘合工艺过程及机理,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,轧辊表面具有较高的温度，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。 随着纤网厚度和密度的变化，热传递的速度会随之减慢，因此，单靠热传递并不能向纤网内层提供足够的温度。,1、热传递

6、过程,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。 形变热在很大程度上有助于纤网中间层温度的提高。,2、形变过程：,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。 在热轧粘合过程中，轧辊钳口线处的压力最大，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非常重要。,3、克莱帕伦(clapeyron)效应,流动是形成良好粘合的必备条件。 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。 轧辊温度升高将有利于熔融高聚物的流动。,4

7、、流动过程,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。,5、扩散过程,1. 表面粘合：,三、热轧粘合的方式,2. 面粘合：,3. 点粘合：,适合于生产过滤材料、合成革基布、地毯基布和其他厚重型非织造材料。,适合于生产婴儿尿片和妇女卫生巾包覆材料、药膏基布、胶带基布及其他薄型非织造材料。,适合于生产用即弃卫生产品的包覆材料、服装衬基布、鞋衬、家用装饰材料、台布、擦布、合成革基布等。,输入的非织造材料比较厚，具有一定的隔热作用，轧辊的热量无法深入到非织造材料的内层，只仅仅对非织造材料的表面进行

8、加热。非织造材料表面显得很光滑，但并不完全熔融封闭。 采用表面粘合热轧的非织造材料常用针刺非织造工艺进行加固，根据产品的密度要求，可进行轻度针刺或高密度针刺加固。,1、表面粘合,面粘合热轧纤网的定量通常为1825g/m2，少数甚至在10g/m2以下。 面粘合热轧加固时，纤网中热熔纤维的含量必须超过50，否则会造成产品的强力不足。 热轧机不能采用一对钢辊，以防止纤维受到损伤以及造成产品纸样的感觉。,2、面粘合,面粘合热轧工艺示意,点粘合热轧时采用一对钢辊进行热轧，其中一根为刻花辊，另一根为光辊。 热轧后纤网中仅有局部区域被粘合加固，未粘合区域仍保持纤网原来的蓬松性，因此产品的手感比面粘合要好。,

9、3、点粘合,点粘合热轧加固的纤网最小定量为12g/m2左右，最高定量通常不大于100g/m2。 以聚丙烯为原料的薄型纺丝成网法非织造材料通常采用点粘合热轧加固。,1. 电加热 2. 油加热 3. 电磁感应加热,(一) 轧辊加热方式,四、热轧粘合设备,电加热方式是最老式的加热方式，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。,1. 电加热,油加热是目前最常用的加热方式，采用导热油作为热媒体对轧辊进行加热。 导热油加热后通过输送管送入轧辊内，不断循环，对轧辊进行加热。 温度控制精确

10、度高，且均匀、稳定。要求严格的密封，以防漏油。,2. 油加热,由日本公司研制，1983年开始用于非织造材料的生产。,3. 电磁感应加热,电磁感应加热基本原理，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。,电磁感应加热温度控制精确；不用油加热，一般不需维修；但设备制造成本较高。,电磁感应加热辊结构,(二) 轧辊变形补偿方式,在热轧粘合时，由于压力较高，热轧辊发生弯曲变形是不可避免的。 当轧辊发生弯曲变形时，将导致整个轧辊钳口压力分布不均匀，造成纤网局部受不到热轧粘合加固或粘合效果较差。,轧辊钳口压力分布不匀示意图 1,轧辊钳口压力分布不匀示意图 2,轧辊钳口压力分布不匀示意图 3,轧辊

11、钳口压力分布不匀示意图 4,轧辊钳口压力分布匀示意图,中凸辊补偿 轴向交叉补偿 外加弯矩补偿 液压支承芯轴补偿,常用变形补偿方式有：,一种简单而有效的方式，但其仅仅适合于特定的轧辊工作压力，因此该补偿方法有一定的局限性。,1. 中凸辊补偿弯曲变形,轧辊的主轴承侧向移位，从而使两轧辊的轴线产生一定角度的交叉，这样轧辊两端的钳口尺寸变大，当施加压力时，可达到补偿弯曲变形的目的。,2. 轴向交叉补偿弯曲变形,这种方法是通过在轧辊外端施加弯矩来补偿正常工作压力引起的轧辊弯曲变形，补偿系统是纯机械式的，可根据不同工作压力来调节。,3. 外加弯矩补偿弯曲变形,用液压支承芯轴补偿轧辊的弯曲，是一种有效的方法

12、，成功的商业应用有德国Ksters公司的S-Roll浮动轧辊和Ramisch公司的Nip-Co轧辊。,4. 液压支承芯轴补偿弯曲变形,1. 高压腔 2. 轧辊外壳 3. 固定芯轴 4. 低压回流腔,传统轧点其凸台边与轧辊径向夹角较大，热轧时非轧点处的纤网也能与轧辊相接触而得到轻微的粘合，使非织造材料强度增加而柔软度降低。,(三) 刻花轧辊的轧点结构,改进后的轧点，凸台边分为两段，A段角度较小，以减少对轧点外纤维的传热，轧点以外的纤维即成为真正的桥连纤维，它可以使非织造材料的柔软度改善；B段角度较大，可提高轧点的强度。,也可将A段和B段连成圆弧状，轧点顶面与边接近垂直。,常用的轧点形状,复合用热

13、轧花纹和产品,五、影响热轧粘合非织造布性能的因素,粘合温度 粘合压力 纤网定量 生产速度 热轧辊轧点尺寸和数目 冷却速率 粘结纤维含量,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. 粘合压力,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. 纤网定量,定量粘合温度 定量粘合压力,4. 生产速度,生产速度粘合温度断裂强度不变,5. 热轧辊轧点尺寸和数目,轧点尺寸和数目断裂强度,6. 冷却速率,冷却速率强度 冷却速率强度,7. 粘结纤维含量,粘结纤维强度,热风粘合工艺是指利用烘房对混有热熔介质的纤网进行加热，使纤网中的粘结纤维或粘结粉末受热熔融，熔融的聚合物流动并

14、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，热风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。,一、热风粘合工艺过程及机理,第三节 热风工艺,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。 热风循环穿透式加热方式具有较高的热传导效率，适应性也较强。,1、热传递过程,热风粘合过程中，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。 烘房温度升高有利于熔融高聚物的流动。,2、流动过程,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

15、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。,3、扩散过程,在热风粘合过程中，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。,4、加压和冷却过程,热风粘合非织造材料广泛用于妇女卫生巾、婴儿尿片面料、过滤材料以及复合增强材料、高蓬松回弹“海绵”材料等，产品的纤网结构稳定，手感柔软、弹性好，生产过程中无三废现象。,热风粘合材料的应用,低密度聚乙烯 85115 高密度聚乙烯126135 聚丙烯140170 聚氯乙烯115160 共聚酰胺110140 尼龙6170225 尼龙66

16、220260 聚酯230260 ,常用粘结纤维及其粘合温度,Kodel 410 (Eastman) 85170 Dacron 927,923,920 (Dupont) 160180 Unitika 2000,3300,4000 110200 Heterofil PA (ICI)双组份 220230 Trevira 813 (Hoechst) 210225 Heterofil PES (ICI) 双组份 170230 ES Faser (Chisso) 双组份 120150 Unitika 2080,3380,4080 双组份 110200,常用粘结纤维及其粘合温度,1.热风穿透式粘合,二、热风

17、粘合的方式,2. 热风喷射式粘合,单帘网式 双帘网式,单层平网式 双网夹持式 滚筒圆网式,是一种应用较早、比较成熟的热熔粘合工艺。 这种热熔粘合方式采用了单层帘网，纤维没有受到加压作用，热熔粘合后经过相当长的自然冷却过程，因此产品蓬松、弹性好。,1、热风穿透式粘合,(1)单层平网式,单层平网热风穿透式粘合,1-风机 2-热交换器 3-热风,纤网由上下两层帘网夹持，以控制产品的厚度和密度。 热风穿透粘合后，纤网还要经过一道热轧处理，进一步控制产品厚度，并使产品表面比较光洁。 热轧后，纤网需经水冷或风冷后成卷。,(2)双网夹持式,双网夹持热风穿透式粘合,1-纤网 2-上网帘 3-下网帘 4-箱体

18、5-热风 6-轧辊 7-风冷,是近年来迅速发展的一种工艺。 纤网送入烘房后，热风从圆网的四周向滚筒内径方向喷入，对纤网进行加热，然后被滚筒一侧的风机抽出，在滚筒内部形成负压，纤网被负压吸附在金属圆网上。,(3)滚筒圆网式,滚筒圆网热风穿透式粘合,1-圆网滚筒 2-密封板 3-风机 4-热交换器 5-匀风板 6-纤网 7-喂入帘,1-喂入 2-梳理 3-撒粉装置 4-铺网 5-烘房 6-冷却轧辊,(1)单帘网热风喷射式热风粘合,2、热风喷射式粘合,(2)双帘网式,1-喂入 2-输网帘 3-撒粉装置 4-气流成网 5-烘箱 6-上夹持网帘 7-下夹持网帘,6,7,双帘网热风喷射式热风烘房,能对纤网

19、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，且在循环流动中不破坏纤网的结构。 能有效控制最终产品的密度。 烘房应有足够的通过长度，以保证纤网有足够的受热时间。 烘房温度应能达到所用粘结纤维的熔点温度，一般在140220。,四、热风粘合设备,1、热风粘合设备的基本要求,(1)普通开孔滚筒： 由薄钢板制成，结构较简单，制造成本较低，加工方便，但缺点是表面开孔率不高。,2、圆网热风穿透粘合用滚筒,美国Honeycomb公司的专利，利用折成半六角形的扁钢条和直扁钢条通过点焊组成表面呈蜂巢状开孔的滚筒结构件，其结构强度高，抗变形能力强，表面开孔率高。,(2)蜂巢

20、状开孔滚筒：,蜂巢状开孔滚筒,3、热风循环系统,平网热风穿透式循环示意,圆网热风循环示意,对于单组份热熔纤维，要获得产品最大的强度，必须使热熔粘合温度接近纤维的熔点。因此，热熔烘房的温度控制精度要求很高，实际生产较难掌握。 双组份热熔纤维，其热熔粘合温度范围较大，约为120150，因此烘房温度控制较方便。,1. 热熔纤维特性,五、影响热风粘合非织造布性能的主要因素,2. 热熔纤维配比,热熔粘合工艺中，纤网中ES纤维通常应超过50%。 热熔纤维含量仅30%时，材料强度。 采用30%双组份纤维，粘合温度材料强度。,(1)热风温度 热风温度断裂强度 热风温度热熔纤维失去纤维结构断裂强度 (2)穿透速

21、度 穿透速度断裂强度 穿透速度破坏纤网结构断裂强度 (3)加热时间 加热时间热风温度穿透速度断裂强度不变,3. 热风温度、穿透速度和加热时间,4. 冷却速率,冷却速率存在一个最佳的范围，小于或大于此范围，材料强度均减小。,高于人类听觉上限频率20kHz的声波称为超声波，或称为超声。 超声发生器又称为换能器。 超声波用于各种工业生产已有40多年的历史。美国在20世纪70年代后期研制成功了超声波热粘合技术，用以取代传统的绗缝机。,一、概述,第四节 超声波粘合工艺,线性的交变振动作用 非线性效应 空化作用,超声波在介质中传播时，声波与介质相互作用，由于其频率高的特点，产生了一般声波所不具备的超声效应，超声效应主要有以下三方面：,超声波粘合利用的是非线性效应，而超声波清洗喷丝板或水刺喷水板，利用的是超声波的空化作用。,超声波空化作用是指存在于液体中的微气核(空化泡)在声波的作用下振动，当声压达到一定值时发生的生长和崩溃的动力学过程。 空化作用一般包括3个阶段：空化泡的形成、长大和剧烈的崩溃。,超声波清洗正是利用超声空化作用，在液体(水)中形成许多微小的气泡，气泡破裂后产生冲击波来清洁物品表面及缝隙的污垢、油渍，不会对清洗物造成损坏，既安静又高效。,当盛满液体的容器通入超声波后，由于液