超声波层合织物技术现状与应用

薛兆磊，钟智丽，孙涵，王子帅

(天津工业大学纺织学院，天津 300387)

1 引言

随着时代的发展，传统的缝纫技术早已不能满足人们的需求。近年来，应用于纺织行业的粘合方法有热粘合、热熔层、热边缘、超声波、激光等技术，与其他方法相比，超声波层合技术优势更明显。它不需要添加热熔粘合剂，符合环保的要求；它不需要经过高温冷却阶段，不会造成因传导热量过多而导致纤维的降解；材料是合成纤维或者聚合物，就可以实现不同材质的焊接；超声波层合使织物更加平整，保持了织物的柔软性、灵活性等。

最早的超声波热粘合机是在1972年由美国杰姆斯亨特公司发明的；2000年，Shi and Little[1]研究了影响超声波层合强度和智能纤维位置关系的因素。几位研究人员对超声波层合技术进行了研究，重点是了解加热、焊接时间、焊接力量、焊接压力和焊接结合机理以及焊接参数对焊接强度的影响。

在1989年，Flood比较了传统缝纫与超声波缝缝的生产率。在2013年，M?st?ketal对超声波、锁紧和锁紧方法的拉伸性能的比较，研究结果表明超声波缝强度低于其它缝纫方法。

当我们研究超声波缝纫的相关研究时，需要借助什么实验方法测定哪些性能、做出什么样的改进才能提高缝接强度，还需要国内外相关人员做出更多的努力。

2 超声波层合

2.1 超声波层合原理。实现超声波层合的基础是它的热效应。超声波的传递需要介质，在传播过程中引起质点的振动，质点间的摩擦力的存在会使部分声波转换成热能的形式从而起到加热升温的效果，这就是热效应产生的原理。超声波层合就是利用热效应将要焊接的材料置于超声波“号角”和辊筒之间，辊筒表面排布着许多钢销钉，其直径约为2mm左右，高约为2mm，通过频率从转变器将电能转化成高频电能，然后再将高频电能转换成振动能，使之产生压力，进而导致材料分子间产生机械压力，释放出热量，使需要加工的热布料在特制辊筒所提供的砧点处熔化粘合。

3 超声波应用领域

超声波缝纫在汽车工业、医疗卫生产品、体育、工作和防护服装、覆盖和包装、内衣、过滤器和技术纺织品中都可以得到广泛的应用由于没有外来纱线，超声波缝纫不会消耗太多能量，而且可以使回收工作变得简单。

3.1 外科手术服。医生在手术过程中，为了防止被病毒感染，或者预防患者被医生衣服上携带病毒的交叉感染，需要医生穿专用服装。所用材料必须具备防护功能，应是完整的并具有一定的耐牵拉能力，缝处严密，能确保阻挡病毒、细菌侵入医生体内。Selin Hanife Eryuruk等分析比较了超声波层合非织造织物和传统缝纫技术织物的粘结强度和渗透性，研究了超声波和经典缝纫方法对织物和接头性能的影响。结果表明，超声焊接技术是一种适合于外科手术衣层连接的方法，具有高耐水性和可接受粘接强度的优点。

3.2 包装用。塑料袋在给人类生活带来便捷的同时，也同样带来了环境污染的恶果。非织造布可以很好的代替塑料袋，其具有工艺流程短、产量高、原料来源广泛、可重复使用，可降解等特点。因此，包装行业的企业都在积极研发非织造布包装袋，其未来市场将非常可观[2]。

3.3 口罩。口罩是一种防护用品，在空气质量较差的环境中可对人的口鼻进出的空气进行过滤，对人的呼吸道起到防护作用，原材料多采用无纺布或纸类制品。

当前用于生产口罩的超声波机械类型有超声波口罩本体机、超声波口罩成型机、超声杯型口罩机、超声波口罩切边机[3]。这些机器，操作简单易学，生产流程短，省去了送料、退料、剪切的生产步骤，省去大量的人工成本，具有更高的生产效率。

3.4 运动鞋的接缝。最近,基于热空气和热焊接技术,超声波、激光、和高频更频繁地用于加入纺织品，纺织中最常用的焊接技术是用于制造内衣和户外运动服装的热粘合法。通过热粘合焊接的接头薄、柔软、可伸缩、灵活、对人体友好、防水、易于保养[4]。可以预计,传统的缝纫方法将不能满足服装产品的美学外观技术要求，超声波粘合技术随着其应用的成熟和技术的提高，将越来越多的应用于服装产品中[5]。

3.5 超声波缝纫机。利用超声波振动产生能量这一原理制造生产的缝纫机具有具有接缝严密的特点。超声波缝纫机对比于热压机的优势是粘结范围更广，更适合无缝服装的生产要求，对裆缝、公主线等曲面粘结的更好[6]。

4 超声波层合织物的可行性

超声波层合技术在织物粘合的应用中，可任意选择粘合点的位置、大小、粘合强度。这种效果是传统方法如：热粘合、缝线、胶粘所不能达到的。超声波层合织物，在控制其悬垂性、纤维完整性、膨松性等方面所取得的成就超过了热粘与模压，扩大了应用领域及市场销售。