第一节 热粘合法基本原理与分类

一、热粘合加固纤网基本原理及热粘合加固纤网的特点

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。

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。

二、热粘合工艺分类

热轧粘合
《》 电加热
《》 油加热
《》 电磁感应加热
热熔粘合
《》 热风穿透式
《》 热风喷射式

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。

第二节 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。

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。



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*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、热轧粘合的方式

热轧粘合根据其作用，可分为三种加固方式：
《》表面粘合
《》面粘合
《》点粘合

四、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

3、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。因此要采取种种措施以减少变形或对变形进行补偿。
常用补偿方式有：
《》中凸辊补偿
《》轴向交*补偿
《》外加弯矩补偿
《》液压支承芯轴补偿
中凸辊补偿弯曲变形
中凸辊补偿弯曲变形，是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。





轴向交*补偿弯曲变形
轴向交*补偿是指将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*，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。调节主轴承的侧向位移大小，可补偿不同工作压力产生的轧辊弯曲变形，因此该方法的适应性要比中凸辊补偿方法更好一些。



外加弯矩补偿弯曲变形
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。
外加弯矩补偿弯曲变形的问题



电感应加热轧辊补偿变形原理
通过将感应线圈分段设置，分段控制，可按热轧工艺要求使热轧辊在加温时中央部分凸起，以补偿由于加压造成的轧辊变形。

4、刻花轧辊的轧点结构
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。

改进后的轧点，其凸台边分两段，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。
刻花辊的热处理也是至关重要的，处理不当，轧点将出现微细裂缝，影响轧点的疲劳强度。轧点的硬度通常应达到HRC57，该硬度不会损伤光辊的表面。
常用的轧点形状



第三节 热熔工艺

一、概述
热熔粘合纤维的开发拓展了热熔粘合非织造材料的应用，热熔粘合纤维的选择和配比主要取决于产品应用和客户的要求，热熔粘合纤维的混合比通常为10～50%，作为预粘合时为5～10%，实际生产时应按非织造材料的最终应用要求来配比，薄型产品通常采用100%的热熔粘合纤维。

常用热熔纤维及其粘合温度
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 ℃
尼龙6 170～225 ℃
尼龙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、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*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。

三、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

四、热熔粘合设备

1、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。

2、圆网热风穿透粘合用滚筒

3、烘房加热系统
烘房选择加热系统时，必须考虑：
《》 当地何种能源供应最方便、有效
《》 烘房所需的工作温度
《》可供能源的价格比较
《》设备投资大小和维修成本
《》必须遵守的安全法规

4、热风循环系统
有平网热风循环和圆网热风循环

5、纤网输送系统
链条传动带支杆的帘网，纤网由帘网托持输送，该输送方式的生产速度较低，帘网仅随两端固定在链条上的支杆移动，因此对帘网的强度要求不高。

第四节 超声波粘合工艺

一、概述
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。

超声效应主要有以下三方面：
《》线性的交变振动作用
《》非线性效应
《》空化作用

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。



超声波粘合技术具有以下一些特点：
《》与热轧粘合相比，设备上无加热部件，因为其不采用从纤网材料的外表面传递热量来达到熔融粘合的方式。超声波能量直接传送到纤网内部，能量损失较少，每个部位比常规热粘合节省300～1000％的能量，生产条件大大改善。
《》超声波粘合设备的可*性高、机械磨损较小，操作简便、维修方便。
《》与绗缝机相比，产量要高得多，一般约高5～10倍，如3.3m工作宽度的Pinsonic粘合设备的生产速度可达到9m/min，并且不用缝线，粘合缝的强度比较高，洗涤后无缝线收缩之缺陷。
《》与针刺复合相比，超声波粘合复合的生产速度较快，可达到4～8m/min。

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。



第五节 热粘合工艺与产品性能

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。

1、热轧粘合非织造材料结构
点粘合纤网结构：
《》规则形状的薄膜区
《》近薄膜区纤维区
《》无粘结纤维区





光辊粘合纤网结构：
《》紧密区
《》疏松区

2、纤维品种及其配比对热轧粘合非织造材料性能的影响

薄型热轧粘合非织造材料用作卫生材料时，使用的纤维原料为聚丙烯纤维。常规聚丙烯短纤维用于热轧粘合非织造材料，其问题是不能适应热轧粘合工艺高速生产的要求，产品手感硬，强度低，而且不符合卫生要求。

3、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

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。