超聲波層合織物技術(shù)現(xiàn)狀與應(yīng)用

薛兆磊，鐘智麗，孫涵，王子帥

(天津工業(yè)大學(xué)紡織學(xué)院，天津 300387)

1 引言

隨著時代的發(fā)展，傳統(tǒng)的縫紉技術(shù)早已不能滿足人們的需求。近年來，應(yīng)用于紡織行業(yè)的粘合方法有熱粘合、熱熔層、熱邊緣、超聲波、激光等技術(shù)，與其他方法相比，超聲波層合技術(shù)優(yōu)勢更明顯。它不需要添加熱熔粘合劑，符合環(huán)保的要求；它不需要經(jīng)過高溫冷卻階段，不會造成因傳導(dǎo)熱量過多而導(dǎo)致纖維的降解；材料是合成纖維或者聚合物，就可以實現(xiàn)不同材質(zhì)的焊接；超聲波層合使織物更加平整，保持了織物的柔軟性、靈活性等。

最早的超聲波熱粘合機是在1972年由美國杰姆斯亨特公司發(fā)明的；2000年，Shi and Little[1]研究了影響超聲波層合強度和智能纖維位置關(guān)系的因素。幾位研究人員對超聲波層合技術(shù)進行了研究，重點是了解加熱、焊接時間、焊接力量、焊接壓力和焊接結(jié)合機理以及焊接參數(shù)對焊接強度的影響。

在1989年，F(xiàn)lood比較了傳統(tǒng)縫紉與超聲波縫縫的生產(chǎn)率。在2013年，M?st?ketal對超聲波、鎖緊和鎖緊方法的拉伸性能的比較，研究結(jié)果表明超聲波縫強度低于其它縫紉方法。

當(dāng)我們研究超聲波縫紉的相關(guān)研究時，需要借助什么實驗方法測定哪些性能、做出什么樣的改進才能提高縫接強度，還需要國內(nèi)外相關(guān)人員做出更多的努力。

2 超聲波層合

2.1 超聲波層合原理。實現(xiàn)超聲波層合的基礎(chǔ)是它的熱效應(yīng)。超聲波的傳遞需要介質(zhì)，在傳播過程中引起質(zhì)點的振動，質(zhì)點間的摩擦力的存在會使部分聲波轉(zhuǎn)換成熱能的形式從而起到加熱升溫的效果，這就是熱效應(yīng)產(chǎn)生的原理。超聲波層合就是利用熱效應(yīng)將要焊接的材料置于超聲波“號角”和輥筒之間，輥筒表面排布著許多鋼銷釘，其直徑約為2mm左右，高約為2mm，通過頻率從轉(zhuǎn)變器將電能轉(zhuǎn)化成高頻電能，然后再將高頻電能轉(zhuǎn)換成振動能，使之產(chǎn)生壓力，進而導(dǎo)致材料分子間產(chǎn)生機械壓力，釋放出熱量，使需要加工的熱布料在特制輥筒所提供的砧點處熔化粘合。

3 超聲波應(yīng)用領(lǐng)域

超聲波縫紉在汽車工業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生產(chǎn)品、體育、工作和防護服裝、覆蓋和包裝、內(nèi)衣、過濾器和技術(shù)紡織品中都可以得到廣泛的應(yīng)用由于沒有外來紗線，超聲波縫紉不會消耗太多能量，而且可以使回收工作變得簡單。

3.1 外科手術(shù)服。醫(yī)生在手術(shù)過程中，為了防止被病毒感染，或者預(yù)防患者被醫(yī)生衣服上攜帶病毒的交叉感染，需要醫(yī)生穿專用服裝。所用材料必須具備防護功能，應(yīng)是完整的并具有一定的耐牽拉能力，縫處嚴(yán)密，能確保阻擋病毒、細(xì)菌侵入醫(yī)生體內(nèi)。Selin Hanife Eryuruk等分析比較了超聲波層合非織造織物和傳統(tǒng)縫紉技術(shù)織物的粘結(jié)強度和滲透性，研究了超聲波和經(jīng)典縫紉方法對織物和接頭性能的影響。結(jié)果表明，超聲焊接技術(shù)是一種適合于外科手術(shù)衣層連接的方法，具有高耐水性和可接受粘接強度的優(yōu)點。

3.2 包裝用。塑料袋在給人類生活帶來便捷的同時，也同樣帶來了環(huán)境污染的惡果。非織造布可以很好的代替塑料袋，其具有工藝流程短、產(chǎn)量高、原料來源廣泛、可重復(fù)使用，可降解等特點。因此，包裝行業(yè)的企業(yè)都在積極研發(fā)非織造布包裝袋，其未來市場將非?？捎^[2]。

3.3 口罩。口罩是一種防護用品，在空氣質(zhì)量較差的環(huán)境中可對人的口鼻進出的空氣進行過濾，對人的呼吸道起到防護作用，原材料多采用無紡布或紙類制品。

當(dāng)前用于生產(chǎn)口罩的超聲波機械類型有超聲波口罩本體機、超聲波口罩成型機、超聲杯型口罩機、超聲波口罩切邊機[3]。這些機器，操作簡單易學(xué)，生產(chǎn)流程短，省去了送料、退料、剪切的生產(chǎn)步驟，省去大量的人工成本，具有更高的生產(chǎn)效率。

3.4 運動鞋的接縫。最近,基于熱空氣和熱焊接技術(shù),超聲波、激光、和高頻更頻繁地用于加入紡織品，紡織中最常用的焊接技術(shù)是用于制造內(nèi)衣和戶外運動服裝的熱粘合法。通過熱粘合焊接的接頭薄、柔軟、可伸縮、靈活、對人體友好、防水、易于保養(yǎng)[4]。可以預(yù)計,傳統(tǒng)的縫紉方法將不能滿足服裝產(chǎn)品的美學(xué)外觀技術(shù)要求，超聲波粘合技術(shù)隨著其應(yīng)用的成熟和技術(shù)的提高，將越來越多的應(yīng)用于服裝產(chǎn)品中[5]。

3.5 超聲波縫紉機。利用超聲波振動產(chǎn)生能量這一原理制造生產(chǎn)的縫紉機具有具有接縫嚴(yán)密的特點。超聲波縫紉機對比于熱壓機的優(yōu)勢是粘結(jié)范圍更廣，更適合無縫服裝的生產(chǎn)要求，對襠縫、公主線等曲面粘結(jié)的更好[6]。

4 超聲波層合織物的可行性

超聲波層合技術(shù)在織物粘合的應(yīng)用中，可任意選擇粘合點的位置、大小、粘合強度。這種效果是傳統(tǒng)方法如：熱粘合、縫線、膠粘所不能達到的。超聲波層合織物，在控制其懸垂性、纖維完整性、膨松性等方面所取得的成就超過了熱粘與模壓，擴大了應(yīng)用領(lǐng)域及市場銷售。