隨著COVID-19疫情在2020年迅速擴散至全球各地，N95口罩很快便供不應求。全球供應鏈都隨即飽和超載。先前大部份口罩皆須仰賴進口的國家很快就發現，他們的產量不足，無法因應境內醫療業對口罩的需求。
熔噴不織布素材是N95口罩的重要材料，也是許多過濾材料的基礎。該項高性能素材以聚丙烯製作，專為滿足嚴格的過濾規格而設計。
Catbridge Machinery總裁Michael Pappas表示：「我們的專業領域之一，就是不織布加工，熔噴生產線也是其中之一。我們先前很快便投入解決方案設計，藉以解決材料短缺的問題。」
Catbridge Machinery總部位於美國紐澤西州的Montville，是捲筒加工機械及獨特即用解決方案的頂尖全球供應商。目前該公司是北美境內唯一一家即用熔噴生產線的供應業者。
將專業應用在作業上
早在疫情爆發之前，Catbridge Machinery的產品線便已同時擁有密集型和多射束的熔噴設備。此外他們還專門為商展特地打造了一套小型試產線，將製程的關鍵組件放在其中。
Pappas表示：「我們的解決方案始終保持一定程度的客製化。在這個案例中，我們運用了以往的作業方式，專為N95口罩素材打造了一條生產線。」
為滿足常見的過濾材質標準，該公司開發出一套解決方案，形成寬1.6米(5.2英呎)的網狀結構。一站式產線方案中包括了夾層及平面設備 – 也包括射出和熔噴成型系統、網材處理設備、所有機具的連結、控制套件和電氣面板。
複雜的過程
製程始於夾層面，聚丙烯顆粒從這裡進入射出機，它會將材料加熱至攝氏240° (華氏470°)。聚合物的單一液體「射束」會通過一個模具組件，後者由一系列的小孔組成。
同時，在小孔的出口兩側都有高速熱空氣吹送，以便將纖維伸展或變細。一旦纖維冷卻，便會被拉到下方的真空成型平台和網狀結構處理設備。
Pappas又解釋：「我們在真空成型平台上持續噴灑極為細密的聚合物纖維，以形成網狀結構。如此產生的過濾素材既可讓空氣通過，又足以捕捉大量的粒子。」
Pappas補充道：「為了達到最佳的過濾效果，網狀結構裡必須填充靜電電荷，才會具有靜電吸附能力，捕捉更多的顆粒。」
最後素材會經過輸送帶、分切、裝捲以便運送。
從源頭緊密控管
熔噴產線在洛克威爾自動化公司的控制平台上運作，後者具備Allen-Bradley GuardLogix®安全控制器和Allen-Bradley Kinetix®伺服驅動與馬達。該系統以EtherNet/IP™網路整合而成。
Pappas說：「我們通常會在機具的人機介面(HMI)採用圖形化終端機。但這次我們選用了Allen-Bradley VersaView®的工業用PC和監視器。」
在應用的源頭，可靠的VersaView產品會提供更多的運算能力 – 從螢幕則可以更彈性化地存取和管理。在這個案例中，系統採用FactoryTalk® View Site Edition (SE) HMI軟體，它能滿足各方人馬的需求。
操作人員可以輕易地操作螢幕，取得警訊和全系統的診斷資訊。維護和工程人員則可迅速開發出應用，輕鬆地維護系統。
模組化與敏捷性的好處
除了設計可以支援極需N95口罩素材的即用生產線之外，Catbridge也很重視擴充的簡易性、以及機具的彈性。
Pappas繼續說道：「夾層中的整個射束組件都是獨立的模組 – 而且很容易擴充。我們的客戶可以輕易地添加聚合物射束和成形平台，以增加產量、或是生產特殊的混合素材。」
事實上，已採購首條N95口罩產線的客戶，已在探詢如何擴充第二條產線以便增加產量。
熔噴產線的設計也很方便轉換。
Pappas還說：「我們過去合作過的客戶中，有許多並非生產單一產品。他們生產的也許是車用空氣過濾素材、吸水紙巾和口罩 – 每種產品都有自己獨特的纖維需求。」
運行另一條產品線通常都需涉及改變模具配置。通常唯一需要的機械調整是移除和更換模具頭端。其他的調整則可透過操作介面更改配方就能完成。
Pappas結論道：「對我們來說，COVID-19疫情就像坐雲霄飛車般起伏不定。N95口罩依然供不應求，究竟常態會變成什麼模樣？我們不得而知。在這不確定的年代裡，機具的彈性和效能一樣重要。」
