陸 僥，潘志娟，2

(1.蘇州大學(xué)紡織與服裝工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215021；2.現(xiàn)代絲綢國家工程實驗室，江蘇 蘇州 215123)

隨著紡織行業(yè)的不斷發(fā)展以及人們對紡織品綜合性能要求的不斷提升，多功能復(fù)合面料無疑將在織物發(fā)展中占據(jù)一席之地[1]。靜電紡制備的納米纖維具有纖維結(jié)構(gòu)精細(xì)、比表面積大、孔隙率高、柔韌性、吸附性和過濾性好等優(yōu)良性能[2-3]，利用納米材料的特性開發(fā)多功能、高附加值的紡織品，擴大納米材料在紡織行業(yè)的應(yīng)用領(lǐng)域，成為目前和未來一段時間紡織品開發(fā)的新熱點[4]。由于受到當(dāng)今技術(shù)不夠成熟的影響，納米纖維材料存在機械強度低，使用壽命短等問題，并不適合單獨使用。為解決這個問題，通常采用與普通織物復(fù)合的辦法來實現(xiàn)納米纖維在紡織服裝行業(yè)的應(yīng)用[5]。

將納米纖維與普通織物直接復(fù)合時，二者間的粘合牢度往往較小，實際使用時，在外力作用下，納米纖維膜與基布容易發(fā)生分離。層壓復(fù)合工藝通過粘結(jié)的辦法把具有各種功能的材料結(jié)合在一起，是獲得多功能復(fù)合織物的有效手段[6]。Haghi[7-8]、Faccini[9]、劉延波[10]等分別研究了靜電紡聚丙烯腈(PAN)納米纖維與聚丙烯(PP)紡粘非織造布，PA6納米纖維與粘膠非織造布，雙組分PVDF混紡納米纖維膜與滌綸基布等復(fù)合織物的粘合性能，結(jié)果表明，層壓處理對上述復(fù)合織物粘合力的提高效果顯著，且粘合力隨著層壓溫度的升高而增大。層壓處理中使用的粘合劑可以是熱熔粘合劑或溶劑粘合劑，但一般來講，對于納米纖維網(wǎng)層壓而言，熱熔粘合劑污染小，成本低，且處理過程所需熱量很少[11]，所以首選熱熔粘合劑，通常是用熱熔網(wǎng)膜法、膠點法將粘合劑作為中間層，經(jīng)過熱壓處理，使納米纖維膜與基布粘合。

服裝用粘合襯是熱熔粘合劑應(yīng)用的最大領(lǐng)域之一，它是將熱熔膠通過撒粉法、粉點法、漿點法和雙點法等不同的涂層工藝涂于基布上，經(jīng)焙烘熱熔膠與基布粘附即成粘合襯[12]，應(yīng)用時將面料與粘合襯復(fù)合，經(jīng)壓燙而粘合在一起，可以使面料與襯布之間形成穩(wěn)定堅牢的粘合效果。

本文借鑒服裝用粘合襯與面料壓燙粘合的工藝技術(shù)，自行設(shè)計了可以控制撒粉量和粉末大小的熱熔膠粉末的撒粉裝置。以尼絲紡為基布，對其撒熱熔膠粉末，制備具有熱粘合效應(yīng)的基布，然后以其為接收基布，以水基PVA溶液為紡絲液，通過螺旋片式靜電紡絲，使納米纖維均勻沉積在基布表面，經(jīng)過熱壓制得納米纖維復(fù)合面料，探討了熱壓工藝對納米纖維膜與基布之間粘合效果的影響。目前，粘合襯用的熱熔膠主要品種有：聚酰胺(PA)、聚酯(PES)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)和低密度聚乙烯(LDPE)。其中，EVA熱熔膠的粘合力、彈性都較好，熔點低，價格便宜，是絲綢、裘皮等熱敏性面料的首選[13]，且由于EVA熱熔膠制備方法簡便，適用范圍廣，其用量也居熱熔膠之首[14]。因此本文選用的熱熔膠粉末為EVA。

1 實驗部分

1.1 實驗材料與儀器

實驗材料：E28型EVA熱熔膠粉末(熔點70℃，粒徑80～300 μm，華特粘接材料股份有限公司)，聚乙烯醇(PVA-1788型，中國石化上海石油化工股份有限公司)，尼絲紡(經(jīng)密715根/10 cm，緯密434根/10cm，面密度53.42 g/m2)。

實驗儀器：螺旋片式靜電紡絲設(shè)備(昆山同日精密測試設(shè)備有限公司)，SHJ-A型水浴恒溫磁力攪拌器(金壇市金南儀器制造有限公司)，HD500型水浴振蕩器(南通宏大實驗儀器有限公司)，篩網(wǎng)(60目、80目和100目)，熱壓機(東莞市高尚機械有限公司)，VHX-100/VW-6000/5000超景深三維顯微鏡，BS224S型Sartorius電子天平(德國賽多利斯公司)，YG461E-Ⅲ全自動透氣量儀(寧波紡織儀器廠)，Instron3365電子強力儀(美國英斯特朗公司)。

1.2 試樣制備

1.2.1 熱熔粘合基布的制備

將納米纖維直接沉積到普通服裝粘合襯上發(fā)現(xiàn)，在受到壓力作用時，納米纖維膜極易被熱熔膠顆粒(約300 μm)頂破，造成大量孔洞。若選用的熱熔膠粉末粒徑小于織物中紗線間的孔隙，粉末又極易透過織物。故本文選用高密尼絲紡(織物孔隙大小約50 μm)作為基布，并控制熱熔膠粉末粒徑小于150 μm。

圖1 撒粉裝置示意圖

裁剪29 cm×30 cm大小的尼絲紡，在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件(溫度20 ℃±2 ℃，濕度65%±2%)下平衡24 h后，稱重并記錄。采用圖1所示的裝置，將尼絲紡織物平鋪在HD500型水浴振蕩儀平板上，并固定；在篩網(wǎng)上平鋪上一層熱熔膠粉末，放置在振蕩儀上，通過振蕩儀的振動將粉末撒到尼絲紡織物上。熱熔膠粉末分布的均勻性直接影響復(fù)合面料粘合的均勻性，因此，撒粉過程中，采用三層篩網(wǎng)(從上至下，目數(shù)依次為60目、80目、100目)提高撒粉的均勻性；通過最下層篩網(wǎng)(孔徑150 μm)控制到達(dá)尼絲紡織物表面的熱熔膠粉末粒徑；通過固定振蕩儀的振動頻率及時間進(jìn)行撒粉量的控制。

將撒粉后的尼絲紡放到熱壓機下加熱板上進(jìn)行預(yù)處理，使熱熔膠粉末能夠初步地粘附在尼絲紡上，如圖2。將制備好的熱熔粘合基布在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下平衡24 h，稱重。

圖2 熱壓機示意圖

1.2.2 納米纖維復(fù)合材料的制備

將熱熔粘合基布作為接收基布固定在螺旋片式靜電紡絲機的接收滾筒上[15]，將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的PVA紡絲液倒入溶液槽中，設(shè)定電壓為56 kV、發(fā)生器轉(zhuǎn)速為10 r/min、接收器轉(zhuǎn)速為1 m/min、紡絲距離165 mm、紡絲時間30 min，通過靜電紡絲使PVA納米纖維均勻沉積在熱熔粘合基布上，然后采用圖2所示的熱壓機對納米纖維熱熔粘合復(fù)合面料進(jìn)行熱壓處理。復(fù)合面料的制備過程如圖3所示。

圖3 納米纖維熱熔粘合復(fù)合面料制備流程圖

1.3 形貌結(jié)構(gòu)測試

采用VHX-100/VW-6000/5000超景深三維顯微鏡，觀察熱熔粘合基布表面熱熔膠的形態(tài)和分布，以及熱壓后復(fù)合面料的滲膠情況。

1.4 復(fù)合面料粘合性能表征

采用Instron 3365材料測試儀測定復(fù)合面料的剝離性能。試樣大小80 mm×20 mm，初始夾持距離為20 mm，拉伸速度100 mm/min，剝離長度60 mm。剝離曲線中最大峰值為剝離強力(cN)，剝離曲線積分與試樣面積的比值為剝離能(J/m2)。每種試樣重復(fù)5次，求其平均值。

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5453-1997《紡織品織物透氣性的測定》，測定復(fù)合面料的透氣性，測試面積20 cm2，壓力100 Pa。每種試樣測5次，取平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 基布預(yù)處理溫度的優(yōu)化

為使熱熔膠粉末能夠初步地粘附在尼絲紡上，便于后續(xù)的操作及保存，將撒粉后的尼絲紡放置在熱壓機的下加熱板上進(jìn)行預(yù)處理。固定加熱時間為3 min，預(yù)處理溫度為80 ℃～120 ℃。當(dāng)預(yù)處理溫度為80 ℃時，尼絲紡表面的熱熔膠粉末在3 min后依舊呈白色顆粒狀，在超景深顯微鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)EVA熱熔膠粉末基本未熔融，如圖4(a)所示；隨著預(yù)處理溫度的升高，熱熔膠粉末逐漸熔融，熔融后的熱熔膠呈現(xiàn)透明狀，因此與尼絲紡基布顏色較接近；當(dāng)預(yù)處理溫度達(dá)到110 ℃時，熱熔膠粉末大量熔融，織物上的熱熔膠粉末幾乎均變?yōu)橥该鳡钅z體，如圖4(d)所示；當(dāng)預(yù)處理溫度達(dá)到120 ℃時，熱熔膠粉末快速且大量的熔融，膠體開始具有流動性，如圖4(e)所示。綜合考慮，選擇熱熔粘合基布的預(yù)處理溫度、時間為110 ℃、3 min。

(a)80℃ 3min (b)90℃ 3min (c)100℃ 3min

(d)110℃ 3min (e)120℃ 3min圖4 不同預(yù)處理條件下熱熔粘合基布的膠粉熔融效果圖(×150)

2.2 熱壓條件對復(fù)合面料粘合性能的影響

為探討熱壓工藝對納米纖維熱熔粘合復(fù)合面料的粘合性能的影響，并優(yōu)化熱壓工藝，以撒粉量為0.57±0.10 g/m2的尼絲紡為基布，研究熱壓條件對粘合性能的影響。

在0.1 MPa的壓力下，對納米纖維熱熔粘合復(fù)合面料進(jìn)行熱壓粘合，熱壓溫度分別取100 ℃、 110 ℃、120 ℃、130 ℃，熱壓時間取8、13、18 s。根據(jù)剝離狀態(tài)，將熱壓后的粘合結(jié)果分為三類：“可剝離”、“難剝離”和“無法剝離”，結(jié)果示于表1。其中，可剝離表示納米纖維膜能夠從熱熔基布上剝離下來，同時基布上有極少的納米纖維殘留，如圖5(b)所示；難剝離表示納米纖維膜還是能夠較為完整地被剝離，但是有部分納米纖維膜粘附在熱熔基布上，如圖5(c)所示；無法剝離表示納米纖維膜不能完整地從熱熔基布上剝離下來。

由表1可知，隨著熱壓溫度的提高、熱壓時間的增加，納米纖維膜與基布間的粘合牢度增強，這與Mohammadian等[8]的研究結(jié)果一致。熱壓條件為130 ℃/13 s時，出現(xiàn)了“難剝離”和“無法剝離”兩種情況，是“難剝離”與“無法剝離”的臨界點。當(dāng)粘合結(jié)果為“無法剝離”時，由于熱熔膠粉末大量熔融，納米纖維膜表面出現(xiàn)大量孔洞，無法正常使用。

(a)未熱壓 (b)可剝離

(c)難剝離 (d)無法剝離圖5 納米纖維熱熔粘合復(fù)合面料的粘合結(jié)果實例圖

表1 不同熱壓條件下納米纖維膜與基布的粘合結(jié)果

為定量分析熱壓工藝條件與復(fù)合面料粘合性能之間的關(guān)系，選取熱壓結(jié)果為“可剝離”和“難剝離”的復(fù)合面料進(jìn)行剝離性能測試，結(jié)果如圖6所示。研究發(fā)現(xiàn)，與基布未經(jīng)撒粉處理的對照樣相比，撒粉處理后，復(fù)合面料的剝離強力及剝離能均提高，說明通過撒粉及熱壓工藝能夠有效提高納米纖維膜與基布間的粘合性能。由圖6(a)可知，隨著熱壓溫度的升高，熱壓時間的增加，復(fù)合面料的剝離強力增大，為對照樣的1.60～7.01倍。熱壓后，復(fù)合面料的剝離能提高至對照樣的1.86～6.84倍，如圖6(b)所示。當(dāng)熱壓溫度為130 ℃，熱壓時間為13 s時，復(fù)合面料的剝離強力及剝離能均達(dá)到最大值，分別為19.57±3.45 cN和9.65±1.49 J/m2。這是因為溫度升高，時間增加，熱熔膠粉末的分子熱運動動能增大，粉末逐漸熔融并在纖維表面擴散，與納米纖維膜及基布纖維間的接觸面積增大，粘結(jié)點增加，粘合牢度增強。另外，從圖6(a)、(b)可知，熱壓溫度越高，復(fù)合面料的剝離強力及剝離能標(biāo)準(zhǔn)偏差越大，粘合越不均勻。原因為溫度升高，熱熔膠粉末分子運動加劇，熱熔膠熔融速度加快，形成快速粘合，各粘合點的差異會有所加大。

(a)剝離強力

(b)剝離能圖6 不同熱壓工藝下復(fù)合面料的剝離性能

熱熔粘合復(fù)合面料上由于熱熔膠粘合點的存在，有可能會堵塞部分織物中的孔隙，從而導(dǎo)致面料的透氣性下降，因此測得了不同熱壓工藝下的復(fù)合面料的透氣率，結(jié)果如表2所示。與基布未經(jīng)撒粉處理的對照樣相比，熱壓粘合復(fù)合面料的透氣率平均下降了11.8%，說明熔融的熱熔膠粉末確實堵塞了面料的部分孔隙，熱壓條件對試樣的透氣率影響不大，總體上在實驗誤差范圍內(nèi)。

表2 不同熱壓工藝下的復(fù)合面料的透氣性

綜合考慮，熱熔粘合復(fù)合面料的粘合性能和透氣率，較優(yōu)的熱壓工藝條件為120 ℃/13 s、120 ℃/18 s以及130 ℃/8 s。

2.3 熱熔膠滲透狀態(tài)

為進(jìn)一步研究EVA熱熔膠粉末熔融后有無滲透到織物的另一面而影響外觀，以及對織物孔隙的堵塞情況，在超景深顯微鏡下觀察熱壓粘合結(jié)果為“無法剝離”的尼絲紡基布非粘合面，結(jié)果如圖7所示。從圖中可知，熱壓處理后的尼絲紡基布未出現(xiàn)滲膠現(xiàn)象，在非粘合面未見有滲出的膠體，紗線之間的孔隙中也未見有明顯的熱熔膠堵塞的狀況，這說明熱熔膠粉末雖然熔融，但并沒有滲透過尼絲紡基布。

圖7 130 ℃/18s熱熔粘合復(fù)合面料超景深圖片(×150)

3 結(jié)論

(1)采用多層篩網(wǎng)和一定頻率振動的方式可以有效地控制熱熔膠粉末在基布上的分布、粒徑大小以及撒粉量。

(2)對基布進(jìn)行預(yù)處理，通過熱板的均勻傳熱，可以使熱熔膠粉末與基布初步粘合，在加工中不灑落。對熱熔粘合基布制備較優(yōu)的預(yù)處理條件為 110 ℃、3 min。

(3)通過靜電紡絲以及熱壓，可以得到納米纖維/尼絲紡復(fù)合面料，并且通過調(diào)整熱壓工藝條件可以控制納米纖維膜與尼絲紡基布之間的粘合效果。與基布未經(jīng)撒粉處理的對照樣相比，撒粉處理后熱壓粘合復(fù)合面料的剝離強力提高了1.60～7.01倍，剝離能提高了1.86～6.84倍。隨著熱壓溫度的提高和時間的增加，納米纖維膜與熱熔粘合基布間的粘合性能提高。熱壓前后，復(fù)合面料的透氣率變化不大，且熱壓后未出現(xiàn)滲膠現(xiàn)象。當(dāng)壓力為0.1MPa時，較優(yōu)的熱壓溫度/時間為120 ℃/13 s、120 ℃/18 s和130 ℃/8 s。