２.热熔粘合机理的探讨

    粘合衬是由热溶胶均匀涂布在织物上而制成的。在服装加工时，衬布与面料紧贴，在一定的温度和压力条件下，热熔胶熔融后与面料粘合，热熔粘合是在很短的时间内发生的，这一过程大致要经过四个阶段：

    ①热熔胶受热熔融为粘流体。

    ②液态热熔胶通过润湿作用使界面分子彼此接触，通过分子运动达到吸附平衡。

    ③分子通过跨越界面的扩散形成扩散界面区。

    ④液态热熔胶冷却、固化并与纤维形成粘合键。

    下面对这四个阶段分别进行讨论。

    2.1.热熔胶的熔融

    热熔胶加热而熔融，其熔融温度决定于热熔胶的熔点范围，只有温度高于熔点范围时才能完成熔融。熔融后的熔体粘度决定于热熔胶的熔融指数，按海根一泊肃叶定律，熔融粘度与指数之间存在线性关系：

    MI＝4630×P／0.1ηｍ

    式中： P——载荷(N)

    ηｍ——熔融粘度(pa.s)

    MI——熔融指数(g/10min)

    熔融指数增加，熔融粘度降低，热流动性提高有利于热溶胶对织物的浸润和扩散。熔融粘度随温度增高而降低，故粘合时可通过提高温度来降低熔融粘度。

    从热熔胶的熔融得知，热熔胶的熔点范围和熔融指数是热熔粘合过程中两个非常重要的参数，它将直接影响粘条件和效果。为此，将衬布常用的热熔胶的熔融范围和熔融指数列表如下，在熔融粘合前须先了解衬布属于哪一种热熔胶，并知道其两个主要热性能参数。

    表1. 常用热熔胶的热性能参数

    注：熔融指数测定条件，聚乙烯为21.8N／190℃，其他均为21.18N／160℃。

    2.2.热熔胶对织物的润湿和渗透

    热熔胶和纤维均为高聚物，属于熔融高聚物对固态低能表面的润湿，故在一般情况下不可能达到完全润湿。其润湿情况决定于热熔胶和纤维的界面张力，其润湿情况可用接触角θ表示 ，按杨氏(Young)方程，当润湿处于平衡状态时：

    cosθ＝γs－γsL/γL

    γs、γL、γsL分别表示固体、液体的表面张力以及固体与液体的界面张力，接触角越小越有利于润湿。

    粘合的最佳润湿条件是γs≌γL，若γL＞γs润湿就不易进行，表2是各种纤维和热熔胶的表张力。

    表2.常用纤维和热熔胶的表面张力

    一般纤维的表面张力都大于热熔胶的表面张力，浸润均能自发进行，但如果织物经过硅油整理或涂布四氟乙烯涂层，其表面张力将会大大降低，热熔胶就很难润湿织物，这样就会影响粘合键的形成。此时就必须在热熔胶内加入添加剂以降低热熔胶的表面张力。例如在聚乙烯中加入脂肪即可降低聚乙烯的表面张力，所以在热熔粘合时还必须注意织物的表面性能以选择相适应的热熔胶。

    织物是由纤维组成的，纤维之间有许多毛细孔隙，天然纤维内部还有胞腔。作者曾对热熔粘合后的织物，进行纤维切片扫描电子显微图象观察，热熔胶不但渗透到单纤维之间，而且渗透到纤维胞腔内。因此，热熔胶对织物的润湿可看作是毛细渗透，渗入毛细管的速度可按泊 肃叶(Poissulle)定律，粘度为?的粘流体流过半径为ｒ，长度为L的毛细管所需的时间t为：

    t＝2η12/ｒL﹒cosθ

    如表2所示，各种热熔胶的ｒL相差不大，故在毛细管尺寸一定的条件下，浸润所需要的时间要取决于的粘度和接触角的大小。

    因为热熔粘合是几秒钟时间内完成的，故渗透时间至关重要。我们经常出现热熔粘合后热熔胶并未能移到面料上去，就是由于没有足够的时间来完成热熔胶的渗透。但生产工艺不允许过长的粘合时间，因此我们必须设法降低热熔胶的熔融粘度。熔融粘度是随分子量的提高而迅速增大，故需控制热熔胶的分子量，在热熔胶中加入蜡质等添加剂也可降低熔融粘度。温度对粘度影响很大，提高温度可明显降低溶融粘度。另外接触角的大小也不可忽视，对经过特种整理的织物由于表面张力较小，会影响润湿渗透。

    2.3.热熔胶与纤维之间的相互扩散

    由于润湿作用使热熔胶与纤维两相达到分子间的接触，大分子的链段可扩散而越过界面。不相似的高聚物通常是不相容的，它们的扩散系数很小，因而不相似的高聚物要使整个大分子通过相互扩散越过界面是不大容易的。但是局部链段扩散是容易进行的，并且在不相容的高聚物之间形成一扩散界面层，其厚度为10～1000?。相互扩散可使其界面自由能变得更低。

    由于分子链段在界面上的相互扩散，减少分子的滑动，增加了粘合强度。按Griffith公式，粘合断裂经强度σf为：

    σf＝P﹒exp[－q(δ1－δ2)]

    δ1和为δ2为两种粘合高聚 物的溶解度参数，(δ1－δ2)可表示两种高聚物的相容性，两种物质的溶解度参数越接近，则相容性越好。在P和q为常数的前提下，粘合强度随相容性的增加而增加。如用log剥离强度对(δ1－δ2)作图可得一直线。

    为了得到较高的剥离强度，在选用粘合衬布时，应考虑到热熔胶与纤维的相容性，选用溶解度参数相近的。特别是化纤长丝织物相容性对粘合强度的影响尤为明显，如涤纶长丝织物的面料必须用聚酯热熔胶，而尼龙长丝的织物必须用聚酰胺热熔胶。现将常用纤维和热熔胶的溶解度参数列表如表3。

    表3. 纤维和热熔胶的溶解度参数

    2.4.热熔胶在纤维上固着形成粘合键

    热熔胶在热熔粘合过程中，经过熔融、润湿、渗透和扩散后，进入纤维毛细管内并形成表面扩散层，然后经过冷却固着织物上。热熔胶与纤维形成粘合键从而使其具有一定的粘合强度。热熔胶与纤维形成的粘合键有两种形式：一是机械粘合；二是扩散界面分子力的 作用，其中包括范德华力，氢键和化学键。

    (1)机械粘合

    织物表面粗糙，纤维之间有毛细孔隙。热熔胶渗透到毛细孔隙后，与织物形成机械啮合作用，这就是机械粘合。对多数织物来讲，机械粘合是形成粘合强度的主要方面。

    机械粘合与织物的表面粗糙有关。粘合强度与表面粗糙度关系如图3所示：

    机械粘合能产生强的啮合键，它可抗水解和热分解。但其前提是热熔胶必须充分润湿并渗透到纤维毛细孔隙中去。

    (2扩散界面层分子作用力

    前面已提到，高聚物分子能通过润湿和局部链段的相互扩散，形成扩散界面层。界面层分子相互接触并互相扩散渗透。因而在界面层就可能有三种作用使粘合强度增加。

    a、物理吸附作用：界面的吸附主要依靠范德华力，这种作用力与分子间的距离的6次方成反比，只有当分子间的平衡距离在10?以内时，范德华力才有明显作用。

    b、相互扩散作用：分子局部链段的相互扩散可减少分子的滑动。 从而加粘合强度。

    c、化学吸附作用：分子间形成氢键或共价键。只有当纤维和热溶胶上有某些官能团时才能发生。例如，聚酰胺热熔胶上含有－CONH－基团，它可与纤维上的OH和羊毛上的－CONH－形成氢键或共价键，使粘合强度明显提高，并有较好的干洗性能。

    表4.各种分子作用力的能量

    综上所述，热熔胶与织物形成粘合键而固着是多种作用的结果，聚乙烯与织物的粘合主要是机械粘合。聚酰胺与棉、毛、丝绸及尼龙的粘合除机械粘合外，还有物理和化学吸附。聚酯纯涤纶长丝织物的粘合则主要靠分子链段的相互扩散，具体情况要进行具体分析。

    ３.压烫粘合过程的分析及应用

    3.1.压烫粘合过程分析

    衬布与面料的热熔胶粘合通常是在压烫机上进行，因此，我们称作压烫粘合。实际上压烫加工过程是热熔胶与织物粘合的过程。在这一过程中，由于温度、压力和时间的作用，热熔胶发生一系列物理形态变化。整个过程可分三个阶段，如图4所示。

    3.1.1.升温阶段

    压烫机将热量经过织物传至热熔胶，使热熔胶升至熔融温度Tm并开始熔融，这一段所需时间为升温时间t1，t1与压烫机的温度、压力、织物的组织、纤维的导热性能、热熔胶的熔点等因素有关。

    3.1.2.粘合阶段

    随着温度的升高和外加的压力，使热熔胶的流动性增加，表面张力降低，热熔胶由固态变为液态，润湿织物表面并渗到纤维毛细空隙，形成扩散界面层，与织物发生粘合作用。这一阶段的所属时间为粘合时间t2，t2与织物的表面状态、热熔胶的表面张力，熔融粘度和扩散速率系数有关，其中熔融粘度影响尤为显著。

    热熔胶的熔融粘度是与温度成线型关系的。因此，在粘合阶段对温度有一定要求，温度有一个最高值和一个最低值，在此范围内粘合效果最佳，此温度范围称胶粘温度Ta。高于此温度范围，手感变硬有渗料现象，低于此温度范围粘合强度降低，甚至于不粘合。

    3.1.3.固着阶段

    压烫结束后，压力消除，热熔胶逐步冷却到熔点温度以下，胶体结晶并固着在织物上。这一 阶段所需时间为固着时间t3，t3与热熔胶的结晶速度有关。

    3.2.压烫粘合工艺条件分析

    压烫工艺参数主要有三个——温度、压力、时间。压烫工艺参数主要决定于衬布上热熔胶的种类和性能，面料及压烫设备也有一定影响。压烫工艺的各参数与加工后成品的剥离强度有密切关系。分析各种因素对剥离强度的影响，有助于正确掌握压烫条件。

    3.2.1.压烫温度

    压烫温度对剥离强度影响很大，图5是在一定的压力和时间下，三种不同衬布的压烫温度与剥离强度的关系。

    衬布Ⅰ的胶粘温度Ta1为120～140℃；衬布Ⅱ的胶粘温度Ta2为140～160℃，衬布Ⅲ的胶粘温度Ta3为160～180℃。高于或低于各自的胶粘温度都会使剥离强度降低。温度过高由于热熔胶熔融粘度降低而使其渗透出布面，通常称为渗胶现象。由于一部份热熔胶渗出布面不再发生粘合作用，故剥离强度降低同时手感变硬。

    胶粘温度Ta应略高于热熔胶的熔点范围Tm，一般比Tm高出10～30℃，其温差称ΔT1。压烫时温度的控制是通过压烫机的温度表实行的，温度表只代表烘房温度并不代表胶粘温度。由于热传导，压烫机温度与粘合面的胶粘温度必然有一温度差ΔT2，ΔT2随压烫机不同而不同 ，一般相差20～30℃。故实际操作时，压烫机温度表的温度Tp的确定应是：

    Tp＝Tm＋ΔT1+ΔT2

    △T1和ΔT2应通过实验确定后，然后从表1查出Tm后即可计算出Tp来。

    3.2.1.压烫压力

    压烫机对衬布与面料加压可起二个作用：

    a、使衬布与面料紧贴，减少热熔胶与面之间的间隙，便于热量的传导，有利于热熔胶的熔融，渗透和扩散。

    b、给予热熔胶切向应力，在同样温度条件下可降低热熔胶的熔融粘度，便于热熔胶流动渗透。

    随着压烫压力增加，粘合剥离强度也相应提高。但其影响不如温度的影响明显，并且压力达 到一定值后对剥离强度不再有影响。压力与剥离强度的关系如图6所示。

    3.2.2.压烫时间

    在分析压烫过程中已指出压烫包括三个过程。但由于固着是在去除温度和压力以后进行的，所以实际压烫时间是指升温时间t1和粘合时间t2之和，即tP＝t1＋t2

    t1应由服装厂在选用面料后进行测定，一般约需5～10秒，然后可准确地确定压烫时间。粘合时间t2主要决定于衬布热熔胶的热性能，一般为8～15秒。

    根据粘合机理，延长粘合时间可使热熔胶充分润湿织物并扩散到纤维孔隙中去，有利剥离强度的提高。但压烫时间过长会影响工效并会产生渗胶现象。

    压烫时间与温度是相关的，提高压烫温度可缩短升温时间，使热熔胶在较短时间内达到胶粘温度 ta。图7表示胶粘温度为120～140℃的衬布在不同压烫温度时温度与时间关系。因此在选择压烫条件时，我们应根据面料、衬布和压烫进行综合考虑。例如：面料热收缩较 大时则压烫的温度可略低些，而压烫时间适当延长，相反情况也一样。

    4.结论

    通过对热熔胶粘合机理的探讨和粘合过程的分析，对如何正确选用不同类型的粘合衬布和正确掌握粘合压烫的时间条件会有指导意义，并得出以下结论：

    (1).热熔粘合的先决条件是热熔胶润湿织物并渗透到纤维毛细孔隙中去。因此 选用衬布时首先考虑面料纤维的类别，表面性能，耐热收缩性能等。例如经涤长丝为主体轻薄面料(仕春纱)和经硅油处理的织物，必须采用低表面张力并与纤维有相容性的热熔胶做衬布。

    (2).机械粘合为热熔与纤维形成的主要粘合键，但如选用有极性基团的热熔胶，能与纤维 形成氢键或化学键，则将有利粘合强度的提高。选择与纤维有相容性的热熔胶，例如聚酯纤维 织物选择聚酯热熔胶也将有利于粘合强度的提高。

    (3).压烫条件的选择决定于面料，衬布和压烫设备，要根据三者的技术条件，通过理论分析和试验确定最佳压烫条件。其中温度的影响最为显著，过高或过低均会产生弊病。而温度又是和时间，压力相关连的。在保证粘合强度的同时还要考虑在压烫过程中面料的变化。

    5.参考文献

    1.孔繁薏 、越玉眃《粘合衬布的生产和应用》

    2.杨玉昆等《合成胶粘剂》

    3.S、吴(美)《高聚物的界面与粘合》

    4.Ｐ．ＳＲＯＫＡ（德）《Ｈａｎｄｂｕｃｈ　Ｄｅｒ　Ｔｅｘｌｉｌｅｎ　Ｆｉｘｉｅｒｅｉｎｌａｇｅｎ》

    5.Ｊａｐａｎ　Ｆｕｓｉｂｌｅ　ｉｎｔｅｒｌｉｎｉｎｇ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　《Ｆｕｓｉｂｌｅ　Ｉｎｔｅｒｌｉｎｉｎｇ