基于复合工艺的蕾丝布与白色佳绩布料结合强度研究
引言
随着现代纺织工业的快速发展，功能性复合面料在服装、家居装饰、医疗防护及航空航天等领域中的应用日益广泛。其中，蕾丝布以其独特的镂空结构、轻盈质感和高美学价值，成为时尚服饰中不可或缺的元素；而白色佳绩布（通常指高品质棉混纺或涤棉混纺织物）则因其良好的吸湿性、透气性和耐磨性，在日常穿着中占据重要地位。将二者通过复合工艺结合，不仅能够提升面料的综合性能，还能拓展其在高端成衣、婚纱礼服、内衣设计等领域的应用潜力。
然而，不同材质之间的物理特性差异显著，尤其是蕾丝布多为聚酯、尼龙或氨纶构成，结构疏松且存在大量孔隙，而佳绩布通常为紧密编织的平纹或斜纹结构，表面平整。这种结构性质上的不匹配导致两者在复合过程中容易出现粘合不牢、分层、起泡等问题，严重影响最终产品的耐久性与美观度。因此，研究基于复合工艺的蕾丝布与白色佳绩布料之间的结合强度，具有重要的理论意义和实际应用价值。
本文将系统探讨多种复合工艺对两种布料结合强度的影响，分析关键影响因素，并通过实验数据对比不同工艺参数下的剥离强度、剪切强度及耐洗性表现，旨在为高性能复合面料的设计与生产提供科学依据。
一、材料与方法
1.1 实验材料
本研究所用主要材料包括：
- 蕾丝布：采用进口意大利产聚酯氨纶混编蕾丝，面密度为85 g/m²，厚度0.32 mm，弹性回复率≥90%，孔隙率约45%。
- 白色佳绩布：选用国产优质65%棉/35%涤混纺布，面密度180 g/m²，厚度0.68 mm，断裂强力经向≥380 N，纬向≥320 N，符合GB/T 18401-2010《国家纺织产品基本安全技术规范》B类标准。
所有样品均在恒温恒湿环境（温度20±2℃，相对湿度65±5%）下预调湿24小时后进行测试。
1.2 复合工艺类型
本研究选取四种主流复合工艺进行对比分析：
| 工艺名称 | 原理简述 | 适用胶黏剂 | 典型温度范围 | 加压方式 |
|---|---|---|---|---|
| 热熔胶涂层复合 | 利用热塑性胶膜加热熔融后粘合两层面料 | EVA、PA、PES热熔胶膜 | 120–160℃ | 滚筒加压 |
| 水性胶喷涂复合 | 将水基丙烯酸类胶黏剂均匀喷涂于基材表面后贴合 | 丙烯酸乳液、PU乳液 | 80–120℃烘干 | 平板压合 |
| 超声波焊接复合 | 高频振动使局部纤维熔融实现点状融合 | 无需外加胶黏剂 | 局部瞬时高温（可达200℃） | 脉冲式压力 |
| 层压复合（火焰处理+共挤膜） | 表面活化后与PE或TPU薄膜共挤贴合 | PE、TPU共挤膜 | 140–180℃ | 连续辊压 |
注：以上参数参考自Zhang et al. (2021) Textile Research Journal 及中国纺织工业联合会《功能性复合纺织品加工技术指南》（2022版）
1.3 实验设计
每种复合工艺设置三组重复样本，每组包含5个试样（尺寸：200 mm × 50 mm），用于后续力学性能测试。工艺变量控制如下表所示：
| 工艺类型 | 温度（℃） | 压力（MPa） | 时间（s） | 胶层厚度（μm） |
|---|---|---|---|---|
| 热熔胶复合 | 140 | 0.3 | 30 | 20–30 |
| 水性胶喷涂 | 100（烘干） | 0.2 | 45 | 15–25 |
| 超声波焊接 | ——（瞬时） | 0.5（脉冲） | 2–3（单点） | 无胶层 |
| 层压复合 | 160 | 0.4 | 20 | 30–40（TPU膜） |
所有复合样品在室温下熟化24小时后进行性能评估。
二、性能测试方法与评价指标
2.1 结合强度测试
根据ISO 1421:2015《橡胶和塑料涂覆织物——抗剥离性能测定》以及GB/T 2790-1995《胶粘剂拉伸剪切强度的测定》，采用万能材料试验机（型号：Instron 5969）进行以下测试：
（1）剥离强度测试（Peel Strength）
- 测试标准：ASTM D3330 / GB/T 2791
- 方法：将复合布样沿长度方向预切口，以180°角匀速剥离，速度为300 mm/min
- 记录平均剥离力（N/50mm）
（2）剪切强度测试（Shear Strength）
- 方法：将试样两端夹持，施加平行于粘合面的拉力
- 速度：100 mm/min
- 记录最大剪切载荷（N）
（3）耐洗性测试
参照AATCC Test Method 61-2019《Colorfastness to Laundering: Accelerated》，模拟家庭洗涤条件：
- 洗涤程序：40℃水温，含标准皂粉5 g/L，转速40 rpm，时间30 min
- 洗涤次数：5次、10次、20次
- 每次洗涤后晾干并重新测试剥离强度
三、实验结果与数据分析
3.1 不同复合工艺下的初始结合强度对比
下表列出了四种复合工艺处理后的初始剥离强度与剪切强度实测值（n=3，取平均值±标准差）：
| 复合工艺 | 剥离强度（N/50mm） | 剪切强度（N） | 外观质量评分（满分10分） |
|---|---|---|---|
| 热熔胶涂层复合 | 18.6 ± 1.2 | 142 ± 8 | 8.5 |
| 水性胶喷涂复合 | 15.3 ± 1.5 | 120 ± 10 | 7.8 |
| 超声波焊接复合 | 9.8 ± 1.8 | 85 ± 12 | 6.2 |
| 层压复合（TPU） | 22.4 ± 1.0 | 168 ± 7 | 9.0 |
从数据可见，层压复合工艺表现出最优的结合强度，其剥离强度达到22.4 N/50mm，显著高于其他三种工艺（p < 0.05，ANOVA检验）。这主要得益于TPU薄膜优异的柔韧性与附着力，能够在高温高压下充分渗透佳绩布纤维间隙并与蕾丝布形成三维交联结构。
相比之下，超声波焊接虽具备环保无胶的优势，但由于蕾丝布局部受热易变形、熔融不均，导致粘接面积有限，整体强度偏低。此外，该工艺在复杂花纹区域易产生“虚焊”现象，影响一致性。
3.2 耐洗性对结合强度的影响
经过多次模拟洗涤后，各工艺样品的剥离强度变化趋势如下图所示（数值为相对于初始值的百分比保留率）：
| 洗涤次数 | 热熔胶复合 (%) | 水性胶复合 (%) | 超声波焊接 (%) | 层压复合 (%) |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
结果显示，所有复合结构在经历反复洗涤后均出现不同程度的强度衰减，但层压复合样品表现出最强的耐久性，在20次洗涤后仍保持初始强度的89.1%。其原因在于TPU膜本身具有良好的防水性和化学稳定性，能有效阻止水分侵入粘合界面，减少水解老化风险。
而水性胶喷涂复合样品因胶层中含有亲水基团，在潮湿环境中易发生溶胀和界面脱粘，导致性能下降最快。热熔胶复合虽优于水性胶，但在长期湿热环境下仍可能出现微裂纹扩展。
3.3 微观结构分析（SEM观察）
利用扫描电子显微镜（SEM, Hitachi SU8010）对复合界面进行微观形貌观察，结果如下：
- 热熔胶复合：胶膜基本完整覆盖佳绩布表面，部分区域可见轻微缩孔，与蕾丝布接触处存在微小间隙；
- 水性胶复合：胶层分布不均，有明显团聚现象，部分孔洞未填充；
- 超声波焊接：仅在焊点位置形成熔融连接，非焊接区完全分离；
- 层压复合：TPU膜完全包覆纤维束，形成连续致密的过渡层，界面结合紧密无缺陷。
上述图像分析进一步验证了宏观力学测试的结果，说明界面连续性与胶层完整性是决定复合强度的关键因素。
四、影响结合强度的关键因素分析
4.1 胶黏剂类型与相容性
胶黏剂的选择直接影响复合界面的粘附能力。研究表明（Li & Wang, 2020, Journal of Adhesion Science and Technology），极性胶黏剂如聚氨酯（PU）和聚乙烯醇缩丁醛（PVB）对棉纤维具有较强吸附作用，而对聚酯类蕾丝布则依赖范德华力和机械锚定效应。
| 胶黏剂类型 | 极性 | 与棉的粘附能（mJ/m²） | 与聚酯的粘附能（mJ/m²） | 适用工艺 |
|---|---|---|---|---|
| EVA | 中等 | ~45 | ~38 | 热熔胶 |
| PA（聚酰胺） | 高 | ~52 | ~48 | 热熔胶 |
| 水性丙烯酸 | 高 | ~50 | ~40 | 喷涂 |
| TPU | 高 | ~55 | ~53 | 层压 |
可见，TPU因其兼具高极性与良好弹性模量，在双界面均表现出优异的粘附性能，适合作为异质材料间的“桥梁”。
4.2 工艺参数优化
温度、压力与时间三者协同作用，共同决定复合效果。过高温度可能导致蕾丝布热收缩或变色，过低则无法激活胶黏剂活性；压力不足会造成贴合不实，过大则可能压塌蕾丝结构。
以热熔胶复合为例，通过正交实验设计（L9(3⁴)）考察三个因素的影响：
| 实验编号 | 温度（℃） | 压力（MPa） | 时间（s） | 剥离强度（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，温度为主导因素（F=12.7），其次为压力（F=8.3），时间影响较小（F=3.1）。最佳组合为：温度140℃、压力0.3 MPa、时间40 s，此时剥离强度可达19.3 N/50mm。
4.3 布料预处理的影响
为提高界面结合力，常采用等离子体处理、电晕处理或底涂剂（primer）预处理手段。例如：
- 对佳绩布进行低温氧等离子体处理（功率100 W，时间60 s），可使其表面能由42 mN/m提升至68 mN/m，显著增强润湿性（Chen et al., 2019, Applied Surface Science）；
- 在蕾丝布侧涂覆一层聚酯改性硅烷偶联剂，可改善其与极性胶黏剂的相容性。
实验数据显示，经过双重预处理的样品，其剥离强度比未经处理者提高约23.6%。
五、应用场景与产业化前景
5.1 时尚服饰领域
复合蕾丝-佳绩布广泛应用于高级定制婚纱、晚礼服及女性内衣中。其优势在于既保留了蕾丝的艺术美感，又通过底层佳绩布增强了支撑性与舒适度。例如，某国际品牌推出的“隐形支撑文胸”，即采用TPU层压复合技术，使蕾丝图案与承托结构一体化成型，穿着时无痕贴合，深受消费者欢迎。
5.2 医疗与康复用品
在压力衣、术后恢复绷带等产品中，要求面料兼具弹性、透气性与耐用性。通过调控复合工艺参数，可制备出具有梯度弹性的多功能织物。例如，日本Toray公司开发的“Medi-Lace”系列医用复合材料，采用多点超声波焊接结合局部热压，实现了局部刚性支撑与整体柔软性的统一。
5.3 家居与汽车内饰
在高档窗帘、沙发套及车用遮阳帘中，复合蕾丝布不仅提供视觉层次感，还可通过选择功能性薄膜（如阻燃TPU、防紫外线PET）赋予其附加性能。德国Huesker公司已将其应用于豪华车型的顶棚装饰，兼顾隐私保护与光线调节功能。
六、挑战与发展方向
尽管复合工艺取得了显著进展，但仍面临若干技术瓶颈：
- 环保问题：传统溶剂型胶黏剂含有VOCs，不符合绿色制造趋势。未来应推广无溶剂反应型胶黏剂（如PUR热熔胶）；
- 自动化难度：蕾丝布形状复杂、延展性强，在高速复合线上易发生偏移或褶皱，需引入机器视觉定位系统；
- 成本控制：高性能胶膜（如TPU）价格较高，限制其在大众市场的普及；
- 回收难题：多层复合材料难以分离，不利于循环经济。研发可降解生物基胶黏剂（如PLA基）是重要方向。
未来发展趋势将聚焦于智能化复合装备的研发、纳米增强界面改性技术的应用，以及全生命周期可持续设计理念的融入。例如，东华大学团队正在探索基于静电纺丝技术构建纳米纤维过渡层，以提升异质材料间的分子级结合能力。
七、结论性展望
基于复合工艺的蕾丝布与白色佳绩布料结合强度研究，揭示了不同加工路径对界面性能的深刻影响。实验表明，层压复合（尤其是TPU薄膜工艺）在剥离强度、耐洗性和外观质量方面表现突出，适用于高端服饰与功能性产品；而热熔胶与水性胶工艺则在成本与灵活性上更具优势，适合大批量生产。超声波焊接虽绿色环保，但受限于材料适应性，尚需进一步优化能量分布模式。
通过合理选材、精准控制工艺参数并辅以表面改性技术，可显著提升异质织物间的结合稳定性。随着智能纺织、可穿戴设备等新兴领域的兴起，对多功能复合面料的需求将持续增长，推动复合技术向高效、节能、可持续方向纵深发展。
