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超聲波焊接:疫情引發(fā)的口罩創(chuàng)新

2021-06-23 09:23
超聲波焊接可牢固地結(jié)合最小的織物部位,從口罩到帶子再到一次性手術(shù)面罩等,它以極低的成本縫合工藝滿足了突如其來的極大需求。超聲波焊接工藝功不可沒,而其中的設(shè)備是必不可少,如今它因疫情而在無紡領(lǐng)域大行其道,在基本的個(gè)人防護(hù)設(shè)備領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

需求激發(fā)出來的市場(chǎng)活力

隨著疫情大暴發(fā),全球?qū)︶t(yī)用級(jí)面罩和N95呼吸器的需求從2020年初以來猛增,迄今為止都供不應(yīng)求。世界衛(wèi)生組織估計(jì),全球每月至少需要8900萬只醫(yī)用級(jí)口罩,而這僅僅是用于保護(hù)抗疫醫(yī)護(hù)人員,一般口罩的需求則遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出這個(gè)數(shù)量。面對(duì)疫情,全球每個(gè)人都需要戴口罩。世界上至少有50個(gè)國(guó)家的普通公民外出被要求必須戴口罩。疫情的迅速蔓延,突出地反映了全世界的醫(yī)療供應(yīng)鏈的短板,它導(dǎo)致個(gè)人防護(hù)設(shè)備,特別是口罩的嚴(yán)重短缺。許多類型的個(gè)人防護(hù)裝備以高價(jià)也很難獲得。這一變化促使世界各國(guó)政府、醫(yī)療制造商和產(chǎn)品購(gòu)買者重新思考口罩的醫(yī)護(hù)作用、供應(yīng)鏈、其保護(hù)功能和制造工藝的創(chuàng)新等。無紡品的低成本和效用在防止疫情蔓延的全球戰(zhàn)斗中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。穿戴上個(gè)人防護(hù)裝備,如醫(yī)用面罩、防護(hù)袍和醫(yī)用磨砂布,甚至腳套,可提供有效和廉價(jià)的阻隔微生物作用。雖然內(nèi)外紡粘PP層提供了結(jié)構(gòu)性保護(hù)功能,但熔噴PP纖維的中間層是過濾病原體的關(guān)鍵。熔噴纖維帶有負(fù)電荷,可阻隔和容納極小氣溶膠顆粒。這樣,高質(zhì)量的N95呼吸器和口罩才可有效地保護(hù)患者與醫(yī)務(wù)人員。

口罩生產(chǎn)中的超聲波焊接工藝

醫(yī)用級(jí)超聲波焊接工藝說新也不新,新就新在使用頻率和范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了歷史上任何時(shí)期。生產(chǎn)口罩和呼吸器,超聲波焊接設(shè)備必不可少,但超聲波焊接設(shè)備通常(并不總是)被嵌入更大的、全自動(dòng)的口罩生產(chǎn)機(jī)械中。生產(chǎn)設(shè)備中通常由內(nèi)層、中層和外層的兩到三卷無紡布組成,經(jīng)連續(xù)加工,形成了我們所需的口罩。簡(jiǎn)單說來,超聲波焊接其實(shí)就是將電能轉(zhuǎn)化為高頻機(jī)械振動(dòng),這種振動(dòng)是將其傳遞到熱塑性材料中。振動(dòng)產(chǎn)生摩擦,無紡經(jīng)超聲波生熱而熔化,這種操作十分有效,操作也不復(fù)雜。但是,口罩的生產(chǎn)卻需要大量切割和再切割,碾壓成窄條狀,切割邊緣同時(shí)被密封,形成多層結(jié)構(gòu),然后切割后無縫連接口罩帶。這些工藝全世界都在大量采用。

一個(gè)典型的口罩需要兩次焊接,在頂部和底部,這類超聲波焊接技術(shù)加上精心設(shè)計(jì)的機(jī)械和自動(dòng)化,使無紡粘合幾乎輕而易舉。然而,這背后需要大量的技術(shù)和技能支持,如怎么才能將高頻振動(dòng)集成到切割整合中,使口罩具有醫(yī)療級(jí)的精度和可靠性。

在醫(yī)療無紡品生產(chǎn)引入超聲波之前,超聲波焊接專家與制造商密切合作開發(fā)出常見的優(yōu)化技術(shù)。通常,每個(gè)無紡布焊接應(yīng)按程序都需要專門的聲吶和一組優(yōu)化的焊接參數(shù)。這些參數(shù),通常使用DOE創(chuàng)建,提供系列經(jīng)驗(yàn)證的焊接程序設(shè)置,使生產(chǎn)設(shè)備能夠適應(yīng)普通工藝和材料的變化,同時(shí)提供高質(zhì)量的焊接。

超聲波焊接適用于生產(chǎn)口罩和呼吸器、外科服裝或其他任何系列醫(yī)療PPE,相對(duì)于其他生產(chǎn)方法的好處是,它已成為一個(gè)用于抗擊疫情和其他疾病的無紡材料加工工藝。其好處包括:
1.卓越的速度和生產(chǎn)力。這類超聲波焊接技術(shù)切割、焊接和粘結(jié)無紡布,以特有的速度贏得高效。在連續(xù)生產(chǎn)線中,它可給多層無紡品焊接。
2.創(chuàng)造可重復(fù)的焊接技術(shù),使焊接處的強(qiáng)度與母體材料一樣。
3.連續(xù)焊接和粘結(jié)。與縫紉相比,這種超聲波創(chuàng)造了高強(qiáng)度、高完整性的焊接和粘結(jié)技術(shù),生產(chǎn)效率是過去縫紉機(jī)粘結(jié)的數(shù)十倍。
4.最重要的是,這類超聲波焊接口罩阻隔隱藏的微生物或污染物更有效。
5.耗能低無污染。與粘合方式相比,超聲波技術(shù)省去了額外費(fèi)用、額外的加工程序、安裝和干燥所需的額外時(shí)間,以及接觸化學(xué)污染物的額外風(fēng)險(xiǎn)。
6.口罩的焊接一旦完成生產(chǎn)出來即可投入使用。

其他好處還有,能源效率高,超聲波焊接技術(shù)只在用于切割或粘合材料時(shí)消耗功率。此外,由于該過程利用振動(dòng)立即產(chǎn)生所需的摩擦熱,沒有額外的能耗或廢物,因此能源效率極高。持續(xù)的技術(shù)改進(jìn)使超聲波工藝不斷發(fā)展、改進(jìn)和演變,它往往因市場(chǎng)所需而創(chuàng)新,也因標(biāo)新立異推出新的應(yīng)用為其他行業(yè)開發(fā)和利用,并在新的領(lǐng)域產(chǎn)生新的特性和能力。
 

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