超声波焊接技术在卫生用品行业的应用

2021-12-08许兴江海尔曼超声波技术太仓有限公司

生活用纸 2021年12期

许兴江海尔曼超声波技术（太仓）有限公司

随着科学技术的不断发展，超声波焊接技术因具有焊接速度快、做工精美、安全无副作用、生产成本低、低碳环保等优点已广泛应用于卫生用品行业中。本文通过对超声波焊接技术工作原理的阐述及应用领域的探究，专业分析了超声波焊接技术应用在卫生用品领域的优势及发展前景。

1 超声波焊接技术的基础知识

1.1 超声波的定义

超声波是由某一点开始的扰动所引起的，一种波长极短的机械波。波形分为半波形和全波形。它必须依靠介质进行传播，无法存在于真空（如太空）中。超声波在卫生用品、医学、工业、食品包装行业有很多的应用。

图1 超声波波形

1.2 超声波焊接技术的基本原理

超声波焊接装置是通过发生器将当前50/60Hz的电能转变成20kHz或35kHz等频率（当前高端非织造布领域海尔曼公司通常采用20kHz），供应给换能器。换能器由四个陶瓷芯片组成，将电能转换成用于超声波焊接的纵波机械振动能，变幅杆根据结构类型增加或者缩小振幅，传输转换至焊头。焊头采用机械能形式将机械振动能量释放并传递至焊接件表面。振动通过焊接工件传给粘合面，振动摩擦产生热能使焊接工件材料内部分子和表面熔化，在熔点时离子或分子的排列被分解到无序状态，短暂保持压力可以使熔化物在粘合面固化时产生强分子键。整个周期通常不到1s便可完成，但是其焊接效果却接近一块完整的材料。

图2 超声波焊接基本原理

1.3 超声波焊接非织造布过程

超声波焊接设备的底部零件是焊头，焊头下方是圆形底辊，非织造布放在焊头和底辊之间。焊接过程中非织造布随着底辊持续性向前滚动，通过机械振动产生摩擦热。这种摩擦热会产生熔体，并可以焊接热塑性材料。

考虑到市场对非织造布花纹有着多元化需求，工程师设计出了各式各样纹路的底辊。

图3 超声波焊接过程

随着我国制造业竞争的不断加剧，大型企业间并购整合与资本运作日趋频繁，国内外优秀的卫生用品生产企业愈来愈重视对产品品质的提升。行业发展初期，卫生用品中材料的焊接大多采用热焊、胶合等工艺，其样式单一、产能低、操作繁琐、温度不可控等缺点成为了企业占据先机的绊脚石。近年来，消费者对产品质量、功能的要求不断提高，超声波焊接技术被越来越多的企业采用，其生产成本低、效率高、操作便捷、环保健康、样式多元化等优点是被企业青睐的主要原因。通过超声波焊接技术制造出来的非织造布柔软亲肤、健康安全，不仅大大满足了消费者对产品品质的要求，也让企业在激烈的市场竞争中占据领先地位。

2 海尔曼超声波焊接设备

多年来，海尔曼公司一直致力于生产超声波焊接设备。其设备具有以下优点：①焊头有两侧焊耳固定设计，刚性好，磨损低，从而有效提升生产速度；②超声波焊接设备的定位精密、参数精准且在线自动调整、停机时间短，保证产品品质一致；③面对不同产品结构的流水线，超声波焊接设备可轻松扩展成两组、四组或多组，多个焊头之间保证无焊接质量的损失；超声波焊接设备也可根据设备集成商不同的生产线设计进行不同方位布置，如肩并肩式、水平式、垂直式等。

图4 超声波焊接设备

实际数据表明，采用超声波焊接设备不仅可以大大提升生产速度和产品品质，还可降低10%～20%以上的生产成本。

除了超声波焊接设备外，海尔曼还研发了MICROBOND设备控制系统，具有以下特性：优化开机和智能力量控制器，设置模式下的功能性安全，图形系统诊断，导出错误报告和日志，系统恢复工作流程，IT设计带有安全功能。

图5 MICROBOND超声波焊接设备控制系统

3 超声波焊接技术的应用

在卫生和医疗用品领域，纸尿裤、卫生巾、口罩、手套、创口贴、绷带等产品都相继采用超声波焊接技术，不需要连螺栓钉子卡扣焊接材料或粘合剂等材料，采用高焊接强度、无纤维切割技术、适应各类轮廓和不同过滤层的柔软焊接，焊接过程中不会出现硬块和气味，比传统的粘合剂或胶水的干燥时间更快，既保证了产品的安全性、透气性、舒适性，又保证了焊接的密封度。所以超声波焊接技术在卫生用品行业得到了广泛的应用。

应用案例：超声波橡筋焊接技术

橡筋广泛应用于弹性腰围和弹性腿部护围等卫生用品结构中。

超声波橡筋焊接技术并非是将橡筋直接焊接到非织造布上，而是通过三步骤将橡筋固定在两层非织造布之间的指定通道中，分别为：

1.焊接前橡筋拉伸（外径Ø缩小），传送至两层非织造布之间（见图6，橡筋由焊头底面上设计的凹槽导向）；