基於複合工藝的蕾絲布與白色佳績布料結合強度研究 引言 隨著現代紡織工業的快速發展，功能性複合麵料在服裝、家居裝飾、醫療防護及航空航天等領域中的應用日益廣泛。其中，蕾絲布以其獨特的鏤空結構、...
基於複合工藝的蕾絲布與白色佳績布料結合強度研究
引言
隨著現代紡織工業的快速發展，功能性複合麵料在服裝、家居裝飾、醫療防護及航空航天等領域中的應用日益廣泛。其中，蕾絲布以其獨特的鏤空結構、輕盈質感和高美學價值，成為時尚服飾中不可或缺的元素；而白色佳績布（通常指高品質棉混紡或滌棉混紡織物）則因其良好的吸濕性、透氣性和耐磨性，在日常穿著中占據重要地位。將二者通過複合工藝結合，不僅能夠提升麵料的綜合性能，還能拓展其在高端成衣、婚紗禮服、內衣設計等領域的應用潛力。
然而，不同材質之間的物理特性差異顯著，尤其是蕾絲布多為聚酯、尼龍或氨綸構成，結構疏鬆且存在大量孔隙，而佳績布通常為緊密編織的平紋或斜紋結構，表麵平整。這種結構性質上的不匹配導致兩者在複合過程中容易出現粘合不牢、分層、起泡等問題，嚴重影響終產品的耐久性與美觀度。因此，研究基於複合工藝的蕾絲布與白色佳績布料之間的結合強度，具有重要的理論意義和實際應用價值。
本文將係統探討多種複合工藝對兩種布料結合強度的影響，分析關鍵影響因素，並通過實驗數據對比不同工藝參數下的剝離強度、剪切強度及耐洗性表現，旨在為高性能複合麵料的設計與生產提供科學依據。
一、材料與方法
1.1 實驗材料
本研究所用主要材料包括：
- 蕾絲布：采用進口意大利產聚酯氨綸混編蕾絲，麵密度為85 g/m²，厚度0.32 mm，彈性回複率≥90%，孔隙率約45%。
- 白色佳績布：選用國產優質65%棉/35%滌混紡布，麵密度180 g/m²，厚度0.68 mm，斷裂強力經向≥380 N，緯向≥320 N，符合GB/T 18401-2010《國家紡織產品基本安全技術規範》B類標準。
所有樣品均在恒溫恒濕環境（溫度20±2℃，相對濕度65±5%）下預調濕24小時後進行測試。
1.2 複合工藝類型
本研究選取四種主流複合工藝進行對比分析：
| 工藝名稱 | 原理簡述 | 適用膠黏劑 | 典型溫度範圍 | 加壓方式 |
|---|---|---|---|---|
| 熱熔膠塗層複合 | 利用熱塑性膠膜加熱熔融後粘合兩層麵料 | EVA、PA、PES熱熔膠膜 | 120–160℃ | 滾筒加壓 |
| 水性膠噴塗複合 | 將水基丙烯酸類膠黏劑均勻噴塗於基材表麵後貼合 | 丙烯酸乳液、PU乳液 | 80–120℃烘幹 | 平板壓合 |
| 超聲波焊接複合 | 高頻振動使局部纖維熔融實現點狀融合 | 無需外加膠黏劑 | 局部瞬時高溫（可達200℃） | 脈衝式壓力 |
| 層壓複合（火焰處理+共擠膜） | 表麵活化後與PE或TPU薄膜共擠貼合 | PE、TPU共擠膜 | 140–180℃ | 連續輥壓 |
注：以上參數參考自Zhang et al. (2021) Textile Research Journal 及中國紡織工業聯合會《功能性複合紡織品加工技術指南》（2022版）
1.3 實驗設計
每種複合工藝設置三組重複樣本，每組包含5個試樣（尺寸：200 mm × 50 mm），用於後續力學性能測試。工藝變量控製如下表所示：
| 工藝類型 | 溫度（℃） | 壓力（MPa） | 時間（s） | 膠層厚度（μm） |
|---|---|---|---|---|
| 熱熔膠複合 | 140 | 0.3 | 30 | 20–30 |
| 水性膠噴塗 | 100（烘幹） | 0.2 | 45 | 15–25 |
| 超聲波焊接 | ——（瞬時） | 0.5（脈衝） | 2–3（單點） | 無膠層 |
| 層壓複合 | 160 | 0.4 | 20 | 30–40（TPU膜） |
所有複合樣品在室溫下熟化24小時後進行性能評估。
二、性能測試方法與評價指標
2.1 結合強度測試
根據ISO 1421:2015《橡膠和塑料塗覆織物——抗剝離性能測定》以及GB/T 2790-1995《膠粘劑拉伸剪切強度的測定》，采用萬能材料試驗機（型號：Instron 5969）進行以下測試：
（1）剝離強度測試（Peel Strength）
- 測試標準：ASTM D3330 / GB/T 2791
- 方法：將複合布樣沿長度方向預切口，以180°角勻速剝離，速度為300 mm/min
- 記錄平均剝離力（N/50mm）
（2）剪切強度測試（Shear Strength）
- 方法：將試樣兩端夾持，施加平行於粘合麵的拉力
- 速度：100 mm/min
- 記錄大剪切載荷（N）
（3）耐洗性測試
參照AATCC Test Method 61-2019《Colorfastness to Laundering: Accelerated》，模擬家庭洗滌條件：
- 洗滌程序：40℃水溫，含標準皂粉5 g/L，轉速40 rpm，時間30 min
- 洗滌次數：5次、10次、20次
- 每次洗滌後晾幹並重新測試剝離強度
三、實驗結果與數據分析
3.1 不同複合工藝下的初始結合強度對比
下表列出了四種複合工藝處理後的初始剝離強度與剪切強度實測值（n=3，取平均值±標準差）：
| 複合工藝 | 剝離強度（N/50mm） | 剪切強度（N） | 外觀質量評分（滿分10分） |
|---|---|---|---|
| 熱熔膠塗層複合 | 18.6 ± 1.2 | 142 ± 8 | 8.5 |
| 水性膠噴塗複合 | 15.3 ± 1.5 | 120 ± 10 | 7.8 |
| 超聲波焊接複合 | 9.8 ± 1.8 | 85 ± 12 | 6.2 |
| 層壓複合（TPU） | 22.4 ± 1.0 | 168 ± 7 | 9.0 |
從數據可見，層壓複合工藝表現出優的結合強度，其剝離強度達到22.4 N/50mm，顯著高於其他三種工藝（p < 0.05，ANOVA檢驗）。這主要得益於TPU薄膜優異的柔韌性與附著力，能夠在高溫高壓下充分滲透佳績布纖維間隙並與蕾絲布形成三維交聯結構。
相比之下，超聲波焊接雖具備環保無膠的優勢，但由於蕾絲布局部受熱易變形、熔融不均，導致粘接麵積有限，整體強度偏低。此外，該工藝在複雜花紋區域易產生“虛焊”現象，影響一致性。
3.2 耐洗性對結合強度的影響
經過多次模擬洗滌後，各工藝樣品的剝離強度變化趨勢如下圖所示（數值為相對於初始值的百分比保留率）：
| 洗滌次數 | 熱熔膠複合 (%) | 水性膠複合 (%) | 超聲波焊接 (%) | 層壓複合 (%) |
|---|---|---|---|---|
| 0次（初始） | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 |
| 5次 | 92.3 | 88.5 | 85.1 | 96.7 |
| 10次 | 85.6 | 79.2 | 73.4 | 93.2 |
| 20次 | 76.8 | 68.4 | 61.5 | 89.1 |
結果顯示，所有複合結構在經曆反複洗滌後均出現不同程度的強度衰減，但層壓複合樣品表現出強的耐久性，在20次洗滌後仍保持初始強度的89.1%。其原因在於TPU膜本身具有良好的防水性和化學穩定性，能有效阻止水分侵入粘合界麵，減少水解老化風險。
而水性膠噴塗複合樣品因膠層中含有親水基團，在潮濕環境中易發生溶脹和界麵脫粘，導致性能下降快。熱熔膠複合雖優於水性膠，但在長期濕熱環境下仍可能出現微裂紋擴展。
3.3 微觀結構分析（SEM觀察）
利用掃描電子顯微鏡（SEM, Hitachi SU8010）對複合界麵進行微觀形貌觀察，結果如下：
- 熱熔膠複合：膠膜基本完整覆蓋佳績布表麵，部分區域可見輕微縮孔，與蕾絲布接觸處存在微小間隙；
- 水性膠複合：膠層分布不均，有明顯團聚現象，部分孔洞未填充；
- 超聲波焊接：僅在焊點位置形成熔融連接，非焊接區完全分離；
- 層壓複合：TPU膜完全包覆纖維束，形成連續致密的過渡層，界麵結合緊密無缺陷。
上述圖像分析進一步驗證了宏觀力學測試的結果，說明界麵連續性與膠層完整性是決定複合強度的關鍵因素。
四、影響結合強度的關鍵因素分析
4.1 膠黏劑類型與相容性
膠黏劑的選擇直接影響複合界麵的粘附能力。研究表明（Li & Wang, 2020, Journal of Adhesion Science and Technology），極性膠黏劑如聚氨酯（PU）和聚乙烯醇縮丁醛（PVB）對棉纖維具有較強吸附作用，而對聚酯類蕾絲布則依賴範德華力和機械錨定效應。
| 膠黏劑類型 | 極性 | 與棉的粘附能（mJ/m²） | 與聚酯的粘附能（mJ/m²） | 適用工藝 |
|---|---|---|---|---|
| EVA | 中等 | ~45 | ~38 | 熱熔膠 |
| PA（聚酰胺） | 高 | ~52 | ~48 | 熱熔膠 |
| 水性丙烯酸 | 高 | ~50 | ~40 | 噴塗 |
| TPU | 高 | ~55 | ~53 | 層壓 |
可見，TPU因其兼具高極性與良好彈性模量，在雙界麵均表現出優異的粘附性能，適合作為異質材料間的“橋梁”。
4.2 工藝參數優化
溫度、壓力與時間三者協同作用，共同決定複合效果。過高溫度可能導致蕾絲布熱收縮或變色，過低則無法激活膠黏劑活性；壓力不足會造成貼合不實，過大則可能壓塌蕾絲結構。
以熱熔膠複合為例，通過正交實驗設計（L9(3⁴)）考察三個因素的影響：
| 實驗編號 | 溫度（℃） | 壓力（MPa） | 時間（s） | 剝離強度（N/50mm） |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 130 | 0.2 | 20 | 15.2 |
| 2 | 130 | 0.3 | 30 | 17.8 |
| 3 | 130 | 0.4 | 40 | 16.5 |
| 4 | 140 | 0.2 | 30 | 18.1 |
| 5 | 140 | 0.3 | 40 | 19.3 |
| 6 | 140 | 0.4 | 20 | 17.6 |
| 7 | 150 | 0.2 | 40 | 16.8 |
| 8 | 150 | 0.3 | 20 | 18.5 |
| 9 | 150 | 0.4 | 30 | 18.0 |
方差分析表明，溫度為主導因素（F=12.7），其次為壓力（F=8.3），時間影響較小（F=3.1）。佳組合為：溫度140℃、壓力0.3 MPa、時間40 s，此時剝離強度可達19.3 N/50mm。
4.3 布料預處理的影響
為提高界麵結合力，常采用等離子體處理、電暈處理或底塗劑（primer）預處理手段。例如：
- 對佳績布進行低溫氧等離子體處理（功率100 W，時間60 s），可使其表麵能由42 mN/m提升至68 mN/m，顯著增強潤濕性（Chen et al., 2019, Applied Surface Science）；
- 在蕾絲布側塗覆一層聚酯改性矽烷偶聯劑，可改善其與極性膠黏劑的相容性。
實驗數據顯示，經過雙重預處理的樣品，其剝離強度比未經處理者提高約23.6%。
五、應用場景與產業化前景
5.1 時尚服飾領域
複合蕾絲-佳績布廣泛應用於高級定製婚紗、晚禮服及女性內衣中。其優勢在於既保留了蕾絲的藝術美感，又通過底層佳績布增強了支撐性與舒適度。例如，某國際品牌推出的“隱形支撐文胸”，即采用TPU層壓複合技術，使蕾絲圖案與承托結構一體化成型，穿著時無痕貼合，深受消費者歡迎。
5.2 醫療與康複用品
在壓力衣、術後恢複繃帶等產品中，要求麵料兼具彈性、透氣性與耐用性。通過調控複合工藝參數，可製備出具有梯度彈性的多功能織物。例如，日本Toray公司開發的“Medi-Lace”係列醫用複合材料，采用多點超聲波焊接結合局部熱壓，實現了局部剛性支撐與整體柔軟性的統一。
5.3 家居與汽車內飾
在高檔窗簾、沙發套及車用遮陽簾中，複合蕾絲布不僅提供視覺層次感，還可通過選擇功能性薄膜（如阻燃TPU、防紫外線PET）賦予其附加性能。德國Huesker公司已將其應用於豪華車型的頂棚裝飾，兼顧隱私保護與光線調節功能。
六、挑戰與發展方向
盡管複合工藝取得了顯著進展，但仍麵臨若幹技術瓶頸：
- 環保問題：傳統溶劑型膠黏劑含有VOCs，不符合綠色製造趨勢。未來應推廣無溶劑反應型膠黏劑（如PUR熱熔膠）；
- 自動化難度：蕾絲布形狀複雜、延展性強，在高速複合線上易發生偏移或褶皺，需引入機器視覺定位係統；
- 成本控製：高性能膠膜（如TPU）價格較高，限製其在大眾市場的普及；
- 回收難題：多層複合材料難以分離，不利於循環經濟。研發可降解生物基膠黏劑（如PLA基）是重要方向。
未來發展趨勢將聚焦於智能化複合裝備的研發、納米增強界麵改性技術的應用，以及全生命周期可持續設計理念的融入。例如，東華大學團隊正在探索基於靜電紡絲技術構建納米纖維過渡層，以提升異質材料間的分子級結合能力。
七、結論性展望
基於複合工藝的蕾絲布與白色佳績布料結合強度研究，揭示了不同加工路徑對界麵性能的深刻影響。實驗表明，層壓複合（尤其是TPU薄膜工藝）在剝離強度、耐洗性和外觀質量方麵表現突出，適用於高端服飾與功能性產品；而熱熔膠與水性膠工藝則在成本與靈活性上更具優勢，適合大批量生產。超聲波焊接雖綠色環保，但受限於材料適應性，尚需進一步優化能量分布模式。
通過合理選材、精準控製工藝參數並輔以表麵改性技術，可顯著提升異質織物間的結合穩定性。隨著智能紡織、可穿戴設備等新興領域的興起，對多功能複合麵料的需求將持續增長，推動複合技術向高效、節能、可持續方向縱深發展。
