超聲波焊接：疫情引發的口罩創新

超聲波焊接可牢固地結合最小的織物部位，從口罩到帶子再到一次性手術面罩等，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，而其中的設備是必不可少，如今它因疫情而在無紡領域大行其道，在基本的個人防護設備領域發揮重要作用。

需求激發出來的市場活力

隨著疫情大暴發，全球對醫用級面罩和N95呼吸器的需求從2020年初以來猛增，迄今為止都供不應求。世界衛生組織估計，全球每月至少需要8900萬只醫用級口罩，而這僅僅是用于保護抗疫醫護人員，一般口罩的需求則遠遠超出這個數量。面對疫情，全球每個人都需要戴口罩。世界上至少有50個國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療供應鏈的短板，它導致個人防護設備，特別是口罩的嚴重短缺。許多類型的個人防護裝備以高價也很難獲得。這一變化促使世界各國政府、醫療制造商和產品購買者重新思考口罩的醫護作用、供應鏈、其保護功能和制造工藝的創新等。

無紡品的低成本和效用在防止疫情蔓延的全球戰斗中發揮著至關重要的作用。穿戴上個人防護裝備，如醫用面罩、防護袍和醫用磨砂布，甚至腳套，可提供有效和廉價的阻隔微生物作用。雖然內外紡粘PP層提供了結構性保護功能，但熔噴PP纖維的中間層是過濾病原體的關鍵。熔噴纖維帶有負電荷，可阻隔和容納極小氣溶膠顆粒。這樣，高質量的N95呼吸器和口罩才可有效地保護患者與醫務人員。

口罩生產中的超聲波焊接工藝

醫用級超聲波焊接工藝說新也不新，新就新在使用頻率和范圍遠遠超出了歷史上任何時期。生產口罩和呼吸器，超聲波焊接設備必不可少，但超聲波焊接設備通常（并不總是）被嵌入更大的、全自動的口罩生產機械中。生產設備中通常由內層、中層和外層的兩到三卷無紡布組成，經連續加工，形成了我們所需的口罩。簡單說來，超聲波焊接其實就是將電能轉化為高頻機械振動，這種振動是將其傳遞到熱塑性材料中。振動產生摩擦，無紡經超聲波生熱而熔化，這種操作十分有效，操作也不復雜。但是，口罩的生產卻需要大量切割和再切割，碾壓成窄條狀，切割邊緣同時被密封，形成多層結構，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。

另一種新型的比較獨特的超聲波技術卻鮮為人知，即布蘭森超聲波。它最初用于各種無菌手術懸垂包，以及手術帽、口罩、長袍和無紡擦洗布。它與其他超聲波無紡焊接機的不同點就在于許多方面類似于縫紉機。一層材料被連續拉過一個平坦的表面，在兩者間移動焊接“堆疊”，在一邊和一個旋轉輪、焊接“砧合”。這類超聲波的熱能量來自聲吶，它將無紡層銜接在一起，然后旋轉砧壓表層完成焊接。

一個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加上精心設計的機械和自動化，使無紡粘合幾乎輕而易舉。然而，這背后需要大量的技術和技能支持，如怎么才能將高頻振動集成到切割整合中，使口罩具有醫療級的精度和可靠性。

在醫療無紡品生產引入超聲波之前，超聲波焊接專家與制造商密切合作開發出常見的優化技術。通常，每個無紡布焊接應按程序都需要專門的聲吶和一組優化的焊接參數。這些參數，通常使用DOE創建，提供系列經驗證的焊接程序設置，使生產設備能夠適應普通工藝和材料的變化，同時提供高質量的焊接。

獨樹一幟的布蘭森超聲波工藝

無論超聲波焊接是用于生產口罩和呼吸器、外科服裝或其他任何系列醫療PPE，相對于其他生產方法的好處是，它已成為一個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.卓越的速度和生產力。這類超聲波焊接技術切割、焊接和粘結無紡布，以特有的速度贏得高效。在連續生產線中，它可給多層無紡品焊接。2.創造可重復的焊接技術，使焊接處的強度與母體材料一樣。3.連續焊接和粘結。與縫紉相比，這種超聲波創造了高強度、高完整性的焊接和粘結技術，生產效率是過去縫紉機粘結的數十倍。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，超聲波技術省去了額外費用、額外的加工程序、安裝和干燥所需的額外時間，以及接觸化學污染物的額外風險。6.口罩的焊接一旦完成生產出來即可投入使用。

其他好處還有，能源效率高，超聲波技術只在用于切割或粘合材料時消耗功率。此外，由于該過程利用振動立即產生所需的摩擦熱，沒有額外的能耗或廢物，因此能源效率極高。

持續的技術改進使超聲波工藝不斷發展、改進和演變，它往往因市場所需而創新，也因標新立異推出新的應用為其他行業開發和利用，并在新的領域產生新的特性和能力。

（據美國《紡織世界》https://www.textileworld.com/textile-world/features/2020/07/nonwoven-fabrics-ultrasonic-welding-face-masks-forthe-world/近期資料）