中国国际医疗器械设计与制造技术展览会(Medtec China)2021

专注于为医疗器械研发与生产服务

2021年9月1-3日 | 上海世博展览馆2&4号馆

无纺布+超声波焊接=面向世界的口罩

2021-04-15

超声波焊接设备是生产基于无纺布的个人防护设备的必不可少的技术。无论如何,随着疫情的爆发,全球对医用级口罩和N95防毒面具的需求在2020年初激增。世界卫生组织估计,全球每个月仅为了保护医疗提供者就需要8900万个医用口罩。然而,对口罩的需求远远超出了保护医务人员的范围。在大约50个国家中,普通公民也在寻求口罩或制造口罩,以遵守政府疾病控制与预防中心(CDC)戴口罩的规定和建议。

大流行的迅速发作和情况使全世界的医疗供应链承受压力,并导致个人防护设备(PPE)特别是口罩的严重短缺。全球短缺的突然发生使得许多类型的PPE难以以任何价格获得。这一转变已导致全球政府,医疗制造商和产品购买者重新考虑了维持或重建国内医疗质量口罩供应的价值。口罩的生产与超声波焊接技术以及无纺布材料息息相关。

口罩
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无纺布材料的意义
当将一次性无纺布其内置于PPE(例如医用口罩,工作服和磨砂膏,甚至脚套)中时,可提供有效且廉价的防微生物保护。其有效性的关键在于多层结构,该结构结合了重量为10至25克/平方米(g / m2)的内层,重量为25至40 g / m2的纺粘聚丙烯(PP)的外层以及中间层通常为25 g / m2的熔喷PP纤维。内层和外层纺粘PP层可提供保护和结构,而熔喷PP纤维的中间层是滤除病原体的关键。如果该层中的熔喷纤维在制造过程中带负电,它们会吸引并保持极小的颗粒。像这样的技术,加上专业的设计和高质量的制造,就是为什么像N95防毒面具这样的产品可以有效地保护医护COVID-19患者的医务人员的原因。

无纺布材料
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超声波焊接口罩原理


超声波焊机将电能转换为高频机械振动,然后通过工具将其转换为热塑性材料。振动会产生摩擦热,使塑料熔化,这一操作可以集中并用于:将一大卷无纺布切割或切成较窄的条-切割的边同时被加热缝合;将多层非织造材料焊接成层压产品(例如多层面罩),或将多层无纺布进行无缝焊接(例如,面罩的边缘),或将无纺布绑带或可拉伸的无纺布耳带焊接到面罩的边缘。

超声波口罩机
用于无纺布的超声波焊接机的基本结构在许多方面类似于缝纫机。在平面上连续绘制材料层,在一侧的焊缝“堆”和另一侧的旋转轮(焊缝“砧”)之间移动。堆焊件的组件(转换器,增压器和超声波焊极)安装在可移动的致动臂上,该臂可将无纺布层缓慢连续地压缩到旋转的砧座上。超声焊极在那里传递超声波能量,当旋转的砧座的表面压印完成的接缝时,超声波能将各层焊接在一起。

超声波缝纫机
由于典型的面罩在宽度和长度上都需要在顶部和底部两个焊缝(在宽度和长度上都需要焊接),并且在每一侧都需要两个粘结点来固定扎带或弹性带子,因此自动面膜制作机需要多个超声波焊接站。在该过程的第一步中,平行焊机在面罩的顶部和底部宽度上连续缝制。然后,将面膜层压板切成一定尺寸后,它们垂直于线移动,并通过另一个平行的焊接工位,在两侧缝接其长度,再次使用连续的焊接工艺,因为材料在旋转的砧座上移动。从那里开始,放置预切割的带子,并在顶部和底部插入或“点焊”(这次焊接到平坦的砧座上),从而完成了面罩的构造。

超声波点焊机
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超声波焊接与自动化技术相结合


对于医疗级面罩和呼吸器的生产必不可少的超声波焊接设备通常安装到较大的,全自动的面具生产机器中。这些机器通常由两卷或三卷非织造材料(内层,中间层和外层)填充,并进行连续加工。

超声波焊接技术,再加上精心设计的机械和自动化技术,使无纺布粘合显得毫不费力。但是,要使高频振动集中到一种能够以医疗级的精度和可靠性进行切割、,缝和粘合的力中,需要大量的技术和技巧。焊接过程的控制(为电池组供电并传递焊接能量的电子设备和程序)源自焊工的电源,通过电缆将其输送到工作的焊接部件。大多数涉及非织造布的焊接操作都使用20千赫兹的电源,可通过机载人机界面(HMI)显示屏或联网的计算机连接进行编程。

在医用无纺布工厂引入超声波焊接技术之前和之中,超声波焊接专家通常与制造商紧密合作以开发和优化该技术的各个方面。通常,每种非织造焊接应用都需要专门的超声波发生器和一组优化的焊接参数。这些参数(通常使用DOE方法创建)提供了一系列经过验证的焊接程序设置,这些设置可让生产设备在交付高质量焊接时适应常规工艺和材料变化。

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超声波焊接的优势


无论是使用超声波焊接来生产口罩和呼吸器,手术服还是其他各种医用PPE,与其他生产方法相比的优势都使其成为处理与COVID-19和其他疾病作斗争的非织造材料的重要技术。这些好处包括:

卓越的速度和生产力

超声波焊接技术以非凡的速度切割,缝合和粘合非织造布。在连续生产线中,超声波可以在不到一秒的时间内焊接无纺布层,从而产生与母材一样牢固的可重复粘结。

牢固,连续的接缝和纽带

与缝制相比,超声技术的主要优点是无需缝线,并且无需在织物上形成可容纳和隐藏微生物或污染物的机械孔,即可形成高强度,高完整性的接缝和粘合物。

零消耗品或污染物

与胶粘剂相比,超声波技术消除了消耗品的额外费用,施加的额外工作量,安装和干燥所需的额外时间以及暴露于化学污染物的风险。超声波接缝一经生产就可以使用。

能源效率高

超声波技术仅在用于切割或粘合材料时才消耗功率。此外,由于该过程会通过超声波振动立即产生所需的摩擦热,因此不会产生与预热以及将热刀或热粘合工具保持在所需工作温度相关的额外能耗或浪费。

超声波焊接效果展示
文章来源:嘉振超声