超聲焊接新技術(shù)在高速紙尿褲生產(chǎn)設(shè)備上的應(yīng)用實(shí)踐

呂子恒 金昌飛 安慶市恒昌機(jī)械制造有限責(zé)任公司

長期以來，傳統(tǒng)的紙尿褲生產(chǎn)工藝均以熱壓和施膠作為多種材料復(fù)合的主要方式，但隨著現(xiàn)代科技的持續(xù)創(chuàng)新以及超聲焊接技術(shù)的廣泛推廣應(yīng)用，業(yè)界發(fā)現(xiàn)將超聲焊接技術(shù)應(yīng)用到紙尿褲生產(chǎn)設(shè)備時(shí)，最終用戶獲得的收益遠(yuǎn)大于其投入成本。

傳統(tǒng)的熱壓合工藝是加熱模具對多層非織造布施加壓力使其粘合，這種粘合方式焊縫易碳化變硬且不美觀。而超聲焊接的原理是：當(dāng)超聲波焊頭以每秒幾萬次的高頻振動(dòng)作用于多層非織造布時(shí)，會(huì)迅速產(chǎn)生熱能，繼而在模具的壓力下熔融粘合，達(dá)到焊接目的。經(jīng)超聲焊接的材料不僅強(qiáng)度穩(wěn)定牢固，焊縫清晰美觀，且穿著感舒適。

超聲焊接技術(shù)在業(yè)內(nèi)多用于紙尿褲面層和防側(cè)漏材料的復(fù)合，后逐步推廣至其他部位，如：導(dǎo)流層和面料的復(fù)合、魔術(shù)貼和腰圍部分的復(fù)合、3D面料的復(fù)合、彈性材料的復(fù)合等。近年來，由于嬰兒拉拉褲、經(jīng)期褲、成人失禁褲等褲型衛(wèi)生用品市場份額的大幅提升，以及客戶對產(chǎn)品柔軟度和舒適性的重視，產(chǎn)品腰部兩側(cè)封合選用超聲焊接來替代熱壓技術(shù)已經(jīng)成為一個(gè)常態(tài)化的需求。超聲波焊接時(shí)，能量集中無額外做功，且沒有熱壓模具工作時(shí)的熱能損耗，因此更加節(jié)能環(huán)保。

超聲波系統(tǒng)組件的頻率一旦確定，則設(shè)備速度越高，焊接區(qū)域的受壓頻次就越低。為了保證焊接的穩(wěn)定性和設(shè)備的運(yùn)行速度，設(shè)備制造商包括超聲設(shè)備供應(yīng)商都在通過不同的方式實(shí)現(xiàn)客戶需求。其中最常見的方式是在超聲焊接模具單元前后各增加一套相對運(yùn)動(dòng)的儲(chǔ)料機(jī)構(gòu)，通過控制兩套儲(chǔ)料機(jī)構(gòu)對材料做增減速輸送，以保證焊接點(diǎn)有足夠的焊接時(shí)間，這種應(yīng)用在使用熱焊接性能較好的紡粘非織造布時(shí)，運(yùn)行速度可達(dá)500片/min左右。

● 旋轉(zhuǎn)組合焊頭超聲焊接技術(shù)

隨著人口紅利的消失，生產(chǎn)要素成本的不斷攀升，越來越多的客戶需求更高速（現(xiàn)階段一般指線速度300m/min以上）、高效的自動(dòng)化衛(wèi)生用品生產(chǎn)設(shè)備。多年來，通過不間斷的努力，恒昌自主研發(fā)出一種獨(dú)特的旋轉(zhuǎn)組合焊頭超聲焊接技術(shù)，該裝置與生產(chǎn)線同步運(yùn)轉(zhuǎn)，根據(jù)材料調(diào)節(jié)焊頭的功率及模具間的壓力，材料在任意時(shí)刻均能獲得相同的焊接時(shí)間和焊接力，焊接效果牢固，焊接區(qū)域柔軟，并且設(shè)備能在高速狀態(tài)下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。目前恒昌已將這種技術(shù)應(yīng)用在900片/min的嬰兒拉拉褲生產(chǎn)線上，在保證焊接效果的前提下，超聲焊接技術(shù)依然具備很大的提升空間。

● 漸進(jìn)式超聲焊接技術(shù)

超聲焊接的最基本要求即是原材料的相熔性，因此同種材料會(huì)比不同材料更易于焊接（見表1）：

表1 熱塑性材料超聲焊接相熔性對比

續(xù)表

現(xiàn)階段，大部分生產(chǎn)商已經(jīng)選用SSS非織造布替代早期偏硬的SMS非織造布，使最終成品具備較為柔軟的特點(diǎn)。但市場的需求千變?nèi)f化，為了滿足用戶對產(chǎn)品的極致舒適要求，一部分生產(chǎn)商開始選用熱風(fēng)非織造布代替部分或者全部紡粘非織造布作為腰圍材料。將這兩種工藝制程及熔點(diǎn)不同的原材料牢固焊接在一起，則是對超聲焊接系統(tǒng)帶來的更大挑戰(zhàn)。針對此種特殊需求，恒昌在旋轉(zhuǎn)組合焊頭超聲焊接技術(shù)的基礎(chǔ)上，又專門開發(fā)了漸進(jìn)式超聲焊接技術(shù)，確保充足的焊接時(shí)間和焊接壓力，使材料在焊接模具上能更好的互相熔合。

經(jīng)過多年的應(yīng)用實(shí)踐，恒昌發(fā)現(xiàn)使用這種焊接技術(shù)的設(shè)備在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下依然可以達(dá)到很好的焊接效果（見圖1）。目前已經(jīng)在多臺(tái)800片/min以上的嬰兒拉拉褲設(shè)備上應(yīng)用了這種漸進(jìn)式超聲焊接技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)紡粘+熱風(fēng)組合腰圍產(chǎn)品的黏合。

圖1 超聲焊接和熱壓合強(qiáng)度對比

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新與發(fā)展，超聲焊接技術(shù)以其節(jié)能、環(huán)保、高效、優(yōu)質(zhì)等特點(diǎn)迅速受到業(yè)內(nèi)乃至醫(yī)療用品等各行業(yè)的高度重視，并將在全球范圍內(nèi)得到更加廣泛的應(yīng)用。