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1、第六章 化学粘合法,知识点,影响粘合强度的主要因素及其作用机理粘合剂的分类及非织造布常用粘合剂粘合剂的性能指标及其选用原则常用化学粘合工艺流程及特点,第一节 粘合原理,基本概念,粘合：,界面：,由介于两个固体表面间的另一种物体的作用而牢固地结合起来的现象。,两种或两种以上物质的表面或相与相之间的交界面。自然界存在有固/固、液/液、气/固、固/液、气/液五种界面。,1. 以表面能为基础的吸附理论、弱界层理论2. 以分子运动为基础的扩散理论与扩散作用、静电理论、分子理论、流变理论,粘合理论包括：,一般认为，粘合剂使纤维之间产生粘合力是各个单一理论统一起来的综合作用，即润湿吸附能力、扩散能力、化学键
2、合以及机械嵌合等等。,吸附理论认为，粘结力的形成首先是高分子溶液中粘合剂分子的布朗运动，使粘合剂的大分子链迁移到被粘物质的表面，即表面润湿过程，然后发生纤维对粘合剂大分子的吸附作用。,一、润湿吸附,扩散理论也称为分子渗透理论，其基础为高聚物的分子运动以及与分子运动有关的高聚物结构特征。 当粘合剂与纤维发生作用时，具有柔顺链状分子的热运动，链段相互扩散，使粘合剂与高聚物之间的界面消失，形成相互“交织”的牢固结合，粘合强度随时间增加而提高。,二、扩散作用,如果粘合剂和被粘物质之间存在化学键，即使没有很好的扩散，也能产生很强的粘合力，这就是化学键合理论。界面生成的化学键越多，粘合强度越高。,三、化学
3、键合,机械结合作用是指粘合剂渗入被粘合材料的孔隙内部或其表面之间，固化后，被粘合材料就被固化的粘合剂通过锚钩或包覆作用结合起来而产生粘合强度。,四、机械结合作用,第二节 粘合剂,几个同类或不同类的固体，由于介于两者表面的另一种物质的作用而牢固地结合起来，这种现象称为粘合，而介于两固体表面间的物质称为粘合剂。 粘合剂又称为胶粘剂、粘结剂或粘着剂。凡具有良好的粘合性能，可把两个相同或不同的固体材料连接在一起的物质，都可称为粘合剂。,粘合剂种类繁多，其分类方法也很多，目前国内外还没有一个统一的分类标准，根据粘合剂的特点可作如下分类： 按化学成分分类按来源分类 按粘合剂固化后的胶体特性分类 按粘合剂基
4、料物质分类 按外观形态分类 按特殊功能分类,一、粘合剂种类,粘合剂,天然类粘合剂,合成类粘合剂,葡萄糖衍生物,氨基酸衍生物,天然树脂,树脂型,热固型,热塑型,酚醛树脂，间苯二酚甲醛树脂，尿醛树脂，不饱和聚酯，聚异氰酸酯，丙烯酸双酯，有机硅等,聚醋酸乙烯酯，聚氯乙烯-醋酸乙烯酯，聚丙烯酸酯，聚苯乙烯，聚氯乙烯，聚乙烯，聚酰胺，聚氨酯等。,橡胶型,丁晴橡胶，丁苯橡胶，丁基橡胶，氯丁橡胶，硅橡胶，聚氨酯橡胶等。,再生型再生橡胶。,复合型 ,酚醛-聚乙稀醇缩醛，酚醛-氯丁橡胶，环氧-酚醛，醋酸乙烯共聚物，丙烯酸酯共聚物，丁二烯-苯乙烯共聚物，羧基丁二烯丙烯腈共聚物等., 淀粉，糊精，阿拉伯树胶，海藻酸
5、钠等, 植物蛋白，酪朊，血蛋白，骨胶，鱼胶, 木质素，单宁，松香，虫胶，生漆,1、按化学成分分类,2、按来源分类,天然粘合剂：,合成粘合剂：,组成的原料主要来自天然。,由合成树脂或合成橡胶为生产原料配制而成。,如环氧树脂、酚醛树脂、氯丁橡胶和丁腈橡胶等。,如虫胶、动物胶、淀粉、糊精、甲壳质以及天然橡胶等。,3、按粘合剂固化后的胶体特性分类,热塑性粘合剂：,热固性粘合剂：,线性结构，一般通过溶剂挥发、熔体冷却和乳液凝固的方式事先固化。其胶体受热软化，遇溶剂会溶解，凝聚强度较低，耐热性能较差。,网状体形结构，受热不软化，遇溶剂不溶解，具有较高的凝聚强度，而且耐热、耐介质腐蚀、抗蠕变，但冲击强度和剥
6、离强度较低。,如聚丙烯酸酯、聚醋酸乙烯、聚乙烯醇等。,如酚醛树脂、环氧树脂等。,4、按粘合剂基料物质分类,树脂型粘合剂：,橡胶型粘合剂：,无机粘合剂：,天然粘合剂：,由合成树脂为主要原料配制而成。,如酚醛树脂、环氧树脂等。,由合成橡胶为主体配制而成。,如丁腈橡胶、丁苯橡胶等。,由无机物为原料配制而成。,如磷酸盐、硅酸盐、硫酸盐、硼酸盐、金属氧化物等。,由天然原料形成。,5、按外观形态分类,溶液、乳液或乳胶,膏糊、泡沫、膜状,固体,使用最多,热熔胶,用于生产浆点或粉点热熔粘合衬布和卫生用品。,粘合剂除了具有将物与物表面之间相互粘合、物体加固的功能之外，还可以通过添加具有功能性的填料或使主体材料具
7、有功能性，以达到压敏、导电、导热、导磁、耐高温、超低温等目的。,6、按特殊功能分类,非织造材料常用粘合剂绝大多数为分散型粘合剂，即乳液或乳胶，大多采用浸渍法，也可用于喷洒法或泡沫法。 粉末型粘合剂(热熔胶)则主要用于热熔粘合衬。,二、非织造常用粘合剂,(一)聚丙烯酸酯类,聚丙烯酸酯类粘合剂具有良好的柔软性、弹性、高透明性和抗皱性，而且耐水、耐溶剂。在非织造材料生产中应用最为广泛、用量最大。 可用于衬布、喷胶棉、卫生材料及屋顶防水膜。,醋酸乙烯酯均聚物又称白胶或白乳胶，对纤维素材料和多孔性材料有较好的粘合性能。 醋酸乙烯酯的成本较低，在非织造材料生产中用量较大，仅次于丙烯酸酯类。主要用于粘合衬底
8、布、用即弃产品、揩布和过滤材料等。,（二）、聚醋酸乙烯酯类,(三)丁二烯共聚物胶乳,1、丁苯胶乳,丁苯乳胶的特点是价格低廉，贮存稳定，耐热性和耐老化性优于天然胶乳，缺点是由于其大分子链极性较小，所以粘合性能较差，很少单独使用。 在非织造材料生产中多用于厚型非织造材料的粘合加固或涂层中，产品适用于做汽车内饰材料、衬里等。,有很好的粘合性能，成膜强度高、弹性好、柔软、耐磨，还有很好的耐油、耐溶剂、耐热性能。可用于人造革底布、衬布和高蓬松性材料。 缺点是在光、热作用下会泛黄，贮存稳定性较差，贮存期一般不超过6个月，且价格较高。,2、丁腈乳胶,粘合性很好。有优良的耐气候性、耐溶剂性、耐氧化性和耐热、耐
9、燃性。 但在较高温下，弹性会下降。贮存期一般不超过6个月。,（四）、氯丁乳胶,手感较硬，很少单独使用。但它有优良的阻燃性能，可通过改性取长补短。 如氯乙烯与乙烯共聚且两种单体配比控制适当，对非织造材料有很好的粘合力和柔软性，并具有一定的阻燃性。,（五）、聚氯乙烯,（六）、聚氨酯,聚氨酯是一种新材料，作为纤维(氨纶)和人造革涂层材料(PU人造革)，有着广泛而成熟的应用。而作为非织造材料粘合剂的历史还不长，应用不是很多。 由于聚氨酯粘合剂具有弹性好、耐热水、耐溶剂、耐热、耐寒、耐油、耐氧化和耐臭氧等优良性能，近年来发展很快，是一种很有发展前途的粘合剂。,粘合剂是由多种成份构成的混合物，除主体材料(
10、基材)外，还应根据不同特性和产品需要，添加若干种辅助材料，包括： 固化剂、溶剂、增塑剂、乳化剂、增稠剂、偶联剂、分散剂、络合剂、引发剂、发泡剂、填料等。,三、粘合剂组成,2、固化剂,一种可使单体或低聚物变为线型高聚物或网状体型高聚物的物质，也可称为交联剂或硫化剂。 常用固化剂有过氧化物、多异氰酸酯化合物、环氧化合物、多元羧酸等。,有些粘合剂需用溶剂，这些溶剂是能与粘合剂主要成份相溶的低粘度液体物质，包括水、有机或无机溶剂。,3、溶剂,一种能降低高分子化合物玻璃化温度和熔融温度，改善胶层脆性、增进熔体流动性的物质。 常用增塑剂有邻苯二甲酸酯类、磷酸酯类、癸二酸酯类、液体橡胶类等。,4、增塑剂,能
11、使两种或两种以上互不相溶(或部分相溶)的液体形成稳定的分散体系(乳化液)的物质。 它属于表面活性剂的范畴，是水分散型粘合剂不可缺少的助剂。,5、乳化剂,能增加粘合剂表观粘度，减少流动性的物质。 常用增稠剂有酪素、甲基纤维素、丙烯酸树脂、气相二氧化硅等。,6、增稠剂,能同时与极性和非极性物质产生一定结合力的物质。其结构特点是分子同时具有极性和非极性部分。其作用是增加了主体材料本身分子间的作用力，提高了粘合剂的内聚强度；在粘合剂与被粘物之间起到了一定的“架桥”作用。 常用偶联剂有：有机硅烷及其衍生物类、有机铬、有机钛化合物、多异氰酸酯类等。,7、偶联剂,能使粘合剂组分均匀地分散在介质中的物质，属表
12、面活性剂范畴，是水分散型粘合剂所必需的。,能与被粘材料形成电荷转移配价键，增加粘合剂粘结强度的物质。常用的有8羟基喹啉、邻氨基酚等。,9、络合剂,8、分散剂,在一定条件下能分解产生自由基的物质。一般含有不饱和键的化合物如不饱和聚酯胶、厌氧胶、光敏胶等都加入引发剂。 常用引发剂有过氧化二苯甲酰、过氧化环己酮、过氧化异丙苯、偶氮二异丁腈等。,10、引发剂,能促进化学反应，缩短固化时间，降低固化温度的物质。,在泡沫粘合法中，使重要成份发泡的物质。,11、促进剂(催化剂),12、发泡剂,在粘合剂组分中不与主体材料起化学反应，但可以改变其性能，赋予被粘物质不同功能，能降低成本的非粘合性固体材料。 如金属
13、粉、石墨粉、炭粉、金属氧化物、石棉粉、玻璃粉、纤维、布料等。,13、填料,粘合剂的性能分为工艺性能、物理机械性能和化学结构性能。其中化学结构性能主要与组成粘合剂的聚合物成份及分子结构有关，对于使用者来说，更多的应考虑其基本的理化性能和工艺性能。,四、粘合剂的性能指标,在规定条件下，测得粘合剂中非挥发性物质的重量百分数，一般在40%50%之间。 含固率高利于运输，但太高则乳液不稳定。,(1)含固量,粘度是物体抵抗流动变形能力的一种量度，它是评价粘合剂质量的一项重要指标。 国家标准中粘度的测量仪器采用旋转粘度剂。,(2)粘度,PH值反映了粘合剂的酸碱程度，一般在210之间。 丙烯酸酯类乳液略偏酸性
14、，而丁腈乳胶应用时呈碱性。,(3) PH值,粘合剂根据其乳化剂亲水基团的性质可分为阴离子型、阳离子型、两性型和非离子型。 一般采用适用性广的阴离子型乳化剂，同一离子属性的粘合剂可以配合使用。,(4)离子属性,（5）平均粒子直径,高聚物粒子的平均直径一般在0.13m。 粒子直径较小，粘合剂外观呈淡蓝白色，产品手感较柔软；粒子直径较大，粘合剂外观为黄白色，产品手感较硬。,是高聚物从玻璃态向高弹态转变的温度，也就是高聚物链段开始发生运动的温度。 它与粘合剂成膜后的手感有密切关系。玻璃化温度越高，手感越硬；反之，手感越软。,(6)玻璃化温度,产品的性能要求 粘合剂的性能与价格,五、粘合剂的选用,应从下
15、面两个方面考虑：,性能要求,产品用途,1. 产品的性能要求,2. 粘合剂的性能与价格,六、工作液的配制,将“原装的”粘合剂加水与其他助剂调配后才能使用，这种调配后的粘合剂称为工作液。 工作液的配制是一项实践性很强的工作，一般企业都会将配方进行保密。,第三节 化学粘合法工艺与设备,1. 浸渍粘合法2. 喷洒粘合法3. 泡沫浸渍法4. 印花粘合法,化学粘合法工艺就是将化学粘合剂的乳液或溶液采用不同的工艺方法施加到纤网中去，经热处理后达到纤网加固目的。常用的方法有：,浸渍法是化学粘合法中应用最早、最广泛的方法，也称全浸渍或饱和浸渍，是由传统的饱和染色工艺发展而来的。,一、浸渍粘合法,纤网喂入有粘合剂
16、的浸渍槽中，浸渍后经过一对轧辊或吸液装置除去多余的粘合剂，再通过烘燥装置使纤网得到固化而成为非织造材料。 按轧液和吸液方式可分为浸轧式、吸液式和吸液轧液结合式，按网帘形式可分为单网帘和双网帘形式。,基本工艺流程：,(一)双网帘浸渍,特点：手感较硬，适宜作衬布。,(二)单网帘浸渍,圆网滚筒压辊式浸渍机,（有效减少网帘损耗）,圆网滚筒真空吸液式浸渍机,生产薄型粘合法非织造布较理想的方法，产品适于用做衬布和用即弃卫生材料。,(三)双网转移式浸渍,纤网呈水平运动，且上下夹持，不易变形，适于对宽幅纤网的加工。,利用压缩空气通过喷头或喷枪，不断向纤维网喷洒粘合剂，然后进入烘房固化。,二、喷洒粘合法,喷洒粘
17、合法主要用于制造高蓬松、多孔性的非织造材料，最典型的产品就是喷胶棉。,采用空气为传送介质，与油漆喷枪原理基本相同。 只适用于对已经初步加固的纤网进行喷洒和加工，因为气流会破坏纤网的均匀度。,(一)喷头形式,1、气压式(二元式)喷头,喷头形式有气压式和液压式两种。,采用静压力控制分散喷出的雾粒，雾粒小而均匀，在喷出散射面周围很少呈稀密层次，避免了散射面接头处的重叠现象，使粘合剂喷洒均匀。因而，这种喷头也可称为均匀喷嘴。 这种喷头要求粘合剂能承受高的剪切力，特别是对乳液型粘合剂的稳定性提出了更高的要求。,2、液压式（无空气静压式）喷头,喷头的安装和运动方式对粘合剂的均匀分布有很大影响，主要有以下几
18、种喷洒方式：,多头往复式喷洒：应用最广泛，宽度可自由调整旋转式喷洒：运转平稳，但很难喷洒均匀椭圆轨迹喷洒：均匀喷洒且运转平稳，但较贵固定喷洒：价格低，但易造成浪费,(二)喷洒形式,多头往复式,应用最广泛，宽度可自由调整,旋转式,喷头旋转,运转平稳，但很难喷洒均匀,椭圆轨迹式,均匀喷洒且运转平稳，但较贵,固定式,价格低，但易造成浪费,非织造产品用途与粘合剂加入量,(三)粘合剂喷洒量,泡沫浸渍法是用发泡剂和发泡装置使粘合剂浓溶液成为泡沫状态，然后利用涂刮或轧压等方法，将发泡的粘合剂涂到纤网上，再经加压和热处理。 由于泡沫的破裂，泡沫中的粘合剂微粒在纤维交叉点成为很小的粘膜状粒子沉积，使纤网粘合后形
19、成多孔性结构，主要用于薄型非织造材料。,三、泡沫浸渍法,纤维交叉处点粘合结构,1. 结构蓬松、弹性好。2. 浸渍以后，纤网含水量低，烘燥时能耗小，比饱和浸渍低3340。3. 粘合结构在纤维的交叉点上，成为点状粘膜粒子。4. 粘合剂水分少，浓度高，烘燥时避免产生泳移现象。 5. 漏水少，污染小。6. 生产速度高，薄型产品为80m/min以上，厚型产品为20m/min以上。,(一)泡沫浸渍法特点,泡沫是由大量的分散在液体中的气泡所组成。纯液体不会形成泡沫，必须在该液体中至少加入一种能在气液界面上形成界面吸附的物质表面活性剂。因此，泡沫粘合剂的产生可以表达为：,(二)发泡机理,1. 动态发泡装置：
20、由转子和定子组成。定子有固定的内齿；转子有可转动的外齿。内、外齿形成曲折通道，转子回转产生剪切作用，使通过的空气和粘合剂/发泡剂组成的液体充分混合形成泡沫。 缺点：制造要求高，动力消耗大，设备价格较贵。,(三)发泡装置,发泡装置分动态和静态两种形式。,动态发泡装置,定子,转子,定子,转子,2. 静态发泡装置： 由固定不动的多层筛网构成，空气和粘合剂/发泡剂组成的液体定量地供给发泡装置，混合物经多层筛网后形成泡沫。 缺点：网眼易堵塞。,(四)泡沫粘合剂的技术指标,1、发泡率2、泡沫的半衰期3、气泡直径 4、泡沫的润湿性 5、泡沫的黏度,一定体积待发泡液体的重量(G0)与同体积泡沫的重量(G1)之
21、比，或发泡前液体密度(0)与发泡后泡沫的密度(1)之比。也称发泡比、发泡度或吹泡率。 随发泡率的提高，泡沫的密度降低，粘度相应提高。发泡率可以根据导入空气的量加以调节。通常机械式发泡机一般能控制在5:125:1之间。,1、发泡率,一定的泡沫容积内部所含的液体流出一半所需要的时间，它表征了泡沫的排液速度和稳定性。发泡比高，泡沫半衰期就长。 生产中应严格控制泡沫的半衰期，使之在施加到纤网之前不产生排液或很少排液。,2、泡沫的半衰期,气泡的大小要尽可能均匀，以利于泡沫在纤网上均匀地分布。气泡越小，泡沫越稳定。 气泡的大小以确保泡沫为亚稳态为最佳，直径一般在50m左右。,3、气泡直径,泡沫在施加到纤网
22、之前，必须处于稳定状态，而一旦施加到纤网上，则要求在纤维表面上迅速破裂、润湿并渗透到纤网中去。泡沫的这种特性称为润湿性。 润湿性可采用滴注观察法评定。,4、泡沫的润湿性,5、泡沫的黏度,可用旋转黏度计测定。混合装置的剪切力越大，泡沫的黏性就越小。,1、泡沫施加方式,(1) 刮涂式,(五)泡沫浸渍方法及其设备,(2) 轧液式,德国Freudenberg公司的泡沫浸渍设备,2、典型泡沫浸渍设备,德国Monforts公司的泡沫浸渍设备,Eimmer公司的泡沫浸渍设备,采用花纹辊筒或圆网印花滚筒施加粘合剂的方法，称为印花粘合法。,四、印花粘合法,生产中可由印花辊筒雕刻深度、粘合剂浓度来调节粘合剂的多少。若在粘合剂中添加染料，既能粘合加固又能同时印花。根据印花辊筒的不同花纹，能制造出多种产品。,印花法适宜于制造20g/m260g/m2、柔软而美观的非织造材料，主要用作“用即弃”产品，具有成本低廉的优点。,1、了解常用非织造粘合剂的类别。 2、理解四种粘合理论的原理。3、纤维的细度、长度、横截面几何形状，卷曲度以及纤维表面孔洞缝隙与它的粘合性能有什么关系？4、粘合剂的含固量与非织造材料强度的关系？如何控制浸胶、烘干等工艺来提高非织造材料的性能和质量？5、名词解释： 发泡率、泡沫半衰期。,思考题,
