基于氣壓驅動技術的新型織物涂膠方法研究

崔健

（諾信（中國）有限公司，上海 201201）

在我國《產業結構調整指導目錄》2019年版中，已經將發展新型熱熔膠黏劑作為鼓勵項目。王晶在其研究中論述了紡織品中使用膠黏劑可以提升服裝生產質量和生產效率，是取代傳統縫制模式的有效手段。余帆、陳縣萍等，在其研究中也闡述了熱熔膠黏合可以降低成本，并大幅提高工作效率，如果用熱熔膠鎖邊和黏接飾品，能夠使服裝耐穿且挺拔且圓潤。《熱熔膠在無縫服裝中的應用》一文中也論述了熱熔膠在服裝縫制中的應用前景。2020年突如其來的新冠肺炎肆虐全球，受疫情影響防護產品成為各國爭相搶購，甚至家喻戶曉得熱銷產品。作為一種特殊功能服裝“醫用一次性防護服”在各國都有相應的標準約束，其特殊性在于它必須具有獨特的液體阻隔功能。縱覽我國醫用一次性防護服標準GB/T 19082-2009，要求防護服連接部位可采用針縫、黏合等加工方式。目前，主流生產方式為裁剪—縫合—上松緊—黏合壓膠條。連接仍是以針縫為主，通過黏合壓膠條來實現密封。縫制過程中如果用熱熔膠黏接代替傳統針線縫制，由于熱熔膠本身具有的密封性，將會減少黏合壓膠條的步驟，從用料上將會省去縫制線的運用。著眼服裝制造業，人們對織物的舒適性、輕薄性和柔軟性要求大幅提升，很多新型輕薄織物在縫制過程中易發生縫紉損傷，使得織物使用性能下降。織物中黏合劑的應用，將會大幅減少縫紉損傷，在輕薄織物服裝縫制中將會有一定的優勢。對于服裝的黏合，現在主流的方式有兩種：第一，使用雙面膠帶黏合（如圖1）；第二，膠膜轉印（如圖2），以上兩種方式都有其各自的優勢，最顯著的優勢便是使用和存放十分方便。但其不足之處在于，前者為整條膠帶黏接，透氣性比較差；后者則對膠水有一定的要求，如膠水的二次激活能力，而且對服裝的生產工藝也有限制，如無法進行服裝的3D制作。眾所周知，新型熱熔膠涂敷技術是將PUR類熱熔膠通過加熱使其融化，再通過一定的設備將其涂敷在需要黏接的表面。這在許多行業得到了快速發展，如包裝業、書籍裝訂、制鞋業，汽車制造和3C制造業等，尤其在3C制造業對膠水涂敷的要求極為嚴格，如控制膠點的直徑、重量、高度，均勻性和一致性以及涂膠過程中有無膠水拉絲現象等。對于織物涂敷熱熔膠，目前尚無相應的規范和要求，通過調查發現，織物涂膠也具有其獨特性。如膠水對織物的滲透性、不同織物間表面紋路和起伏都不盡相同造成與膠水的結合力的不同；對于織物成品的抗撕裂和抗剝離強度要求，以及比較特殊的如舒適性、透氣性等要求。現有產品中是否有這樣的設備能夠解決這些問題？是否需要設計新的機構和設備來解決這些問題？帶著這些問題，讓我們一起來分析如何使用傳統機械式氣壓驅動技術對織物涂膠的新型方法。

圖1

圖2

1 機械式氣壓驅動點膠原理介紹

提到點膠技術，讓我們先來了解一下它的基本原理。點膠顧名思義就是將膠水涂敷、點滴、灌裝在需要黏接或需要包覆的位置。從描述可以看出，它是一種將流體涂敷、點滴、灌裝在需要位置的工藝。按噴嘴運行方式，分為接觸式點膠和非接觸式點膠。其中氣壓驅動點膠，在兩種點膠運行方式中均有應用，而我們要討論的是非接觸式機械噴射點膠。眾所周知，機械氣壓驅動噴射點膠的工作原理是通過電磁閥控制氣路快速切換，來推動活塞快速上下運動，當活塞下端通氣，活塞快速抬起至限位位置，同時，活塞上端快速排氣；電磁閥快速切換后，活塞上端通氣，活塞快速向下運動直至與活塞相連的撞針與出膠口發生碰撞，膠水被快速噴射出去，這時，就完成了一個點膠周期。如圖3所示。

圖3

2 氣壓驅動噴射點膠在織物涂膠中的應用及存在的問題

通過前面的介紹，我們了解了機械式氣壓驅動噴射點膠閥的工作原理，這種出膠方式是將活塞的動能瞬間轉化為膠水的壓力，在瞬間的高壓環境下膠水從小孔中被擠出，這時的膠水具有較大的初速度，這樣我們就看到一個個液滴從噴嘴中噴射出來。這種涂膠方式的優勢是噴嘴與被涂敷物表面保持一定距離，涂膠過程中噴嘴高度可以不做變化來完成涂膠任務，即非接觸式涂膠。另外，噴射較小直徑膠點和膠點一致性較好也是它的優勢。在3C制造業，通過控制電磁閥的切換頻率來控制膠點噴射次數，以改變其涂膠的疏密度實現由點到線的涂膠過程。如果我們將其應用于織物點膠，能否在織物點膠中得到廣泛應用？帶著這樣的疑問，我們選取了厚度分別為110gsm、120gsm、140gsm、250gsm的4種織物進行涂膠測試。測試結果顯示，布料厚度低于120gsm時，噴射出的膠點很容易穿透布料，造成織物涂膠失效。在我國，評價織物連接強度的標準有黏合后剝離強度測試標準FZ/T 01085-2000和織物撕裂性能測試標準GB/T 3917-2009。針對不同的織物，需要根據實際的使用性能對測試數據進行計算確定。在實際的測試過程中，織物具有一定的吸濕性能，氣動噴射式點膠閥噴射出的膠水會有一部分進入織物或被織物吸收，而且噴射出的膠點直徑比較小。如果僅僅使用單點的方式進行織物黏接，很難將織物黏接牢固。因此，實際的生產中，往往采用一排多點的方式進行黏接，以求達到符合要求的黏接強度。如果需要線性黏接，對于氣動噴射式點膠閥需要加快出膠頻率，降低噴嘴移動來實現。正是織物的這種特性，使織物黏接和3C制造業的黏結有很大區別，無論是點狀多排涂膠還是線狀涂膠在服裝制作過程中，都需要消耗大量的時間來進行涂膠。成衣制造業中，成衣生產效率是關系成衣成本的重要因素，生產效率又直接體現在生產一件成衣所需要的工作時間。因此，涂膠工作中耗時多少，嚴重影響成衣制作效率。通過測試，如果使用膠點對成衣進行黏接來取代普通平縫，膠點的規格和數量為一排至少4點且每點間隔不大于2mm，直徑不小于0.8mm。這就意味著涂膠設備要重復跑4次才能夠完成一次完整涂膠。為了提升成衣生產效率，對涂膠設備提出了新的要求：有效縮短涂膠時間；減少涂膠生產中的廢品率。

3 新型涂膠方法的原理及技術分析

對傳統氣動噴射點膠的分析，我們知道，當織物克重小于120gsm時，織物涂膠會失效。當進行多排膠點涂膠時，將會消耗大量時間進行重復的工作，從而降低生產效率。有效縮短涂膠時間和減少涂膠過程中織物被射穿而產生的廢品率一直是需要我們解決的兩個問題。首先，縮短涂膠時間有兩種方法：第一，加快涂膠設備的運行速度。第二，增加打膠行程的膠點數量。其次，減少涂膠過程中織物被射穿的方法是降低膠水噴射的初速度。大家知道，高速氣動閥的最高頻率為167Hz即6ms完成一個打膠周期。在現有技術下，加快高速氣動閥的運行頻率的可能性比較低。增加打膠周期的膠點數量成為優先的解決方案，此時，為了能夠容納多個出膠口，嘗試將流道變長。類歧管形噴嘴的膠路設計結合膠點尺寸需求的出膠口設計，初步確定了原型膠路。流道設計的合理性通常首先對流道進行流體分析計算確定滿足要求后，再通過實驗方法來驗證流道設計的實際效果。同理，第一步先通過流體力學計算對流道合理性評估。眾所周知，在流體力學中連續性方程、運動方程、能量守恒方程是解決所有牛頓流體運動都必須遵循的三大定律，但是，由于其封閉性及非線性性質等原因，求解是困難的。為了能快速直觀地研究每個出膠口的流體性能，這里使用CFD軟件(Solidworks Flow Simulation)對流體力學的控制方程中積分、微分項進行離散求解。我們選定一款膠水動力黏度9200CP，膠水溫度為130℃，(如圖4)膠水的密度為1.2×103kg/m3；

圖4

分析類型為膠水在內腔中的運動狀態，實際運行中膠水是通過加熱后進行流動，而且流道內都有相應的加熱裝置，因此，我們假設流道與流體的溫度恒定，接觸壁面為絕熱壁面。流道內部的粗糙度由于加工因素限制目前能夠達到的粗糙度為Ra1.6。以上基本參數的設置后，我們假設模型需要五個出膠口且出膠量需要均等，在模型設計之初，我們假設每個出膠口的結構尺寸是相同的。只要能夠分析出每個出膠口的速度相同，則可以確保每個孔的出膠量均等。圖5是在不改變出膠口尺寸的情況下，不同尺寸的進膠口情況下的出膠速度。

圖5

通過上面的分析我們可以得知：（1）當出膠量一定時，進膠量越大被分配后的均勻性越好。（2）當經過類歧管流道后，液體流速明顯降低。（3）由于動力源為機械式噴射閥，周期性的撞擊決定了出膠量為脈沖式。（4）通過在合理范圍能更改出膠口數量、形狀和大小，可以更改涂膠的圖案。新膠路的設計，使得機械式氣壓噴射點膠閥具有新的4個特點，這4個特點為織物黏接帶來了無限的可能。

4 結語

熱熔膠作為新型膠黏劑以其獨特的優勢已在很多行業得到了廣泛使用。目前，在織物和成衣縫制中的應用確是剛起步，大家都知道織物的種類很多，如以編織方法分類的機織物、針織物、第三織物、無紡織物、三向織物、立體織物和復合織物；以材料不同分類如純紡織物、混紡織物、混并織物、交織織物等，對于每種織物的密度、紗支、克重、紗線捻度、織物結構、線圈長度、織物覆蓋系數、接縫滑移、據水性等都不盡相同。這就導致一種膠水或一種設備完全適應不同的織物的連接可能性是很小的。就目前看，供織物黏接用的熱熔膠種類仍然偏少，供織物黏接用的涂膠設備種類不足等，都是制約織物黏接發展的瓶頸。經過測試上述方法僅僅能夠適應化纖織物的平面涂膠相當于化纖織物的平縫工藝，對于織物的立體涂膠和復雜織物的涂膠尚有待研究和發展。隨著國家2025制造強國戰略的實施，相信在新型服裝縫制中定會百花齊放，百家爭鳴。