CN110923949A - 一种水溶性聚乙烯醇无纺布及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水溶性聚乙烯醇无纺布及其制备方法与应用。该方法包括:湿法纺丝生产的聚乙烯醇纤维原料经开松、梳理、铺网得到待加工纺布后进入预湿区,在预湿区使用一种水溶性的复合改性剂对无纺布进行双面计量喷淋处理,而后送入低温干燥区进行表面干燥,再进入热辊干燥加固,经定型辊热轧定型、压花;冷却、展平收卷得到所述水溶性聚乙烯醇无纺布。上述水溶性的复合改性剂,按重量份数计,包括:水100;水性成膜剂3‑8;水性粘结剂0.5‑3;保湿剂0.3‑1;溶纤剂2‑6;柔顺剂0.1‑0.5;基材润湿渗透剂0.3‑0.8;脱氧乙酸钠0.05‑0.1。经以上工艺改性制备的无纺布能大幅改善其热封性能和强化机械物理性能。

Description

一种水溶性聚乙烯醇无纺布及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及纤维复合材料制备领域,具体涉及一种水溶性聚乙烯醇无纺布及其制备方法与应用。
背景技术
聚乙烯醇(PVA)作为一种环境友好型材料,近年来在许多领域得到了快速发展和应用。聚乙烯醇(PVA)材料有着丰富的原料来源和较为成熟的生产工艺,尤其在纤维的生产和应用领域,以聚乙烯醇为主要原料而生产的维尼纶纤维,成熟的生产工艺都是采取湿法纺丝即水溶液纺丝法进行,而聚乙烯醇无纺布的制备则是在生产维尼纶前段工序中,聚乙烯醇(PVA)经湿纺凝固浴成型后的聚乙烯醇纤维,不继续经缩醛处理而直接用于生产聚乙烯醇无纺布,也是近年得到了快速发展和应用的领域。由于聚乙烯醇无纺布具有水溶性和环境友好的属性,在许多领域开始取代以塑料合成树脂为原料制造的无纺布,如制鞋、制革、床垫、子母被、装饰、化工、印刷、汽车、建材,家具等行业,及服装衬布,医疗卫生一次性手术衣,口罩,帽,床单,酒店一次性台布,美容,桑拿乃至当今时尚的礼品袋,精品袋,购物袋,广告袋等等。特别是一次性使用的应用领域,可以完全取代传统的塑料合成树脂无纺布,而使产品更具有环保性。
由聚乙烯醇纤维的制备技术和工艺可知,聚乙烯醇溶液经湿法纺丝,所得初生纤维在碱性凝固浴中凝固,经中和、水洗和多段高倍拉伸和热处理后成纤,得到具有优异机械性能的聚乙烯醇纤维,不但强度高,模量高,而且纤维的分散性也非常好。采用此纤维可生产出各种规格的聚乙烯醇无纺布。
众所周知,由于聚乙烯醇熔点高达220-230℃,而在受热条件下,聚乙烯醇于180℃就开始出现不稳定和分解,随着温度的继续上升不但分解加剧,而且伴随着交联产生;所以,纯的聚乙烯醇在一般情况下是不具有热塑性加工成型属性的,所以,目前条件下,纯的聚乙烯醇材料不可能像一般热塑性塑料聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚酯(PET)、尼龙(PA)等一样通过其具有的热塑性实现熔融纺丝(Melt spinning):即熔融挤出纺丝(Meltextruded fabric)、熔喷纺丝(Melt blown spinning)、和熔融纺粘(Melt spunbond)等方法来制备聚乙烯醇纤维和无纺布织物;就是经过湿法(溶液纺丝)纺丝的聚乙烯醇纤维也不具备热塑性,所以由湿法纺丝的聚乙烯醇纤维生产的聚乙烯醇无纺布也完全不具备热塑热封性能;这是聚乙烯醇纤维和无纺布最大的缺陷之一,即不能像其他常用的热塑性塑料合成树脂所制备的无纺布那样具有优良的热封性能,使其在应用领域受到一定的限制,如无纺布的后期制品加工:封边、封口、制袋等等,只能进行传统的人工缝合而不是由自动化热封制袋加工机械的工艺实现。这样就导致了加工效率低下、成本剧增。
为了解决上述聚乙烯醇无纺布不具备热塑性的缺陷,近年来也有通过对聚乙烯醇无纺布成型后的后加工改性处理而获得热塑性,使之能适用于通过热封、超声波焊接等方法封边、封口、制袋等等性能,如专利CN108221386A、CN109295726A、CN109371681A等是通过对聚乙烯醇无纺布的第二次加工改性,即后期浸轧整理而获得热塑性;专利CN108729246A同样也是通过对成型后的聚乙烯醇无纺布进行第二次加工,即通过涂覆复合的方式获得聚乙烯醇无纺布的热封性能。所以其主要应用领域仅受限于服装衬里、绣花等行业,规模和应用相当有限。
发明内容
本发明的目的在于针对现有材料和技术的不足,提供了一种水溶性聚乙烯醇无纺布的制备方法及应用;经过本发明制备的水溶性聚乙烯醇无纺布不但获得了原材料不具备的可热封性能,而且在机械物理性能方面也得到提高,使其应用领域大幅拓宽。
本发明是通过可行的技术方案,在聚乙烯醇无纺布的生产过程中进行改性而一次性获得上述同样的热塑性能,使生产出来的无纺布就具备这些技术要求和性能,而不需要对聚乙烯醇无纺布再进行第二次加工改性。
本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。
本发明提供的一种水溶性聚乙烯醇无纺布的制备方法,包括如下步骤(可参照图1所示):
(1)将湿法纺丝生产的聚乙烯醇纤维原料经过开松、梳理、铺网(机械铺网或气流铺网)后,得到待加工纺布,然后将所述待加工纺布(半成品)转移至预湿区中,在预湿区中使用复合改性剂对待加工纺布进行双面计量喷淋处理,得到喷淋后的纺布;
(2)将步骤(1)所述喷淋后的纺布转移至低温干燥区中进行表面干燥,再进行热辊干燥加固处理,定型辊热轧定型,压花,冷却辊冷却,展平收卷得到所述水溶性聚乙烯醇无纺布。
这种聚乙烯醇纤维复合材料以产品形式出现时统称为聚乙烯醇无纺布材料(下同);本发明制备的聚乙烯醇纤维无纺布适用于自动化机械制造各类超声波焊接封口、封边、制袋等各类产品。
进一步地,步骤(1)所述复合改性剂具有水溶性。
进一步地,步骤(1)所述铺网为机械铺网或气流铺网。
进一步地,步骤(1)所述聚乙烯醇纤维为0.5-2.0旦,35-78mm的短纤维;以干重计,所述复合改性剂的喷淋量为待加工纺布重量的20wt%-50%。
进一步地,步骤(2)所述低温干燥区为四区控温的干燥烘道,所述低温干燥区的温度为60/70/80/80℃;
进一步地,所述热辊干燥加固处理的温度为100-150℃;所述定型辊热轧定型的温度为90-130℃;所述压花的温度为120-160℃;所述冷却辊冷却的温度为20-30℃;所述水溶性聚乙烯醇无纺布的克重GSM为10-100g/m2
进一步地,步骤(1)所述复合改性剂的制备,包括:
将水性成膜剂、水性粘结剂、保湿剂、溶纤剂、柔顺剂、基材润湿渗透剂、脱氧乙酸钠及水加入溶解容器中混合,搅拌均匀,得到所述复合改性剂。
进一步地,按照重量份数计,所述复合改性剂,包括如下组分:
Figure BDA0002272099820000041
进一步地,所述水性成膜剂的取代度DS为1.0-1.5;所述水性成膜剂为乙基纤维素(EC);所述乙基纤维素(EC)是一种具有热塑性的纤维素,可以为无纺布提供热封、热粘结等性能;本发明所用的乙基纤维素(EC)是指由碱纤维素制得的取代度DS为0.8-1.8的乙基纤维素(EC);此取代度范围的乙基纤维素(EC)涵盖冷水可溶型的乙基纤维素(EC);和水/醇的混合溶剂可溶型的乙基纤维素(EC);取代度DS越大,乙基纤维素(EC)的热塑性能越优异。所以,优选的,为了同时使乙基纤维素(EC)具有水溶性和热封性能,本发明优选取代度为DS为1.0-1.5的乙基纤维素(EC)。
进一步地,所述水性粘结剂为聚乙烯吡咯烷酮(PVP);所述水性粘结剂为巴斯夫公司或美国ISP公司生产的PVP-K-12、PVP-K-15、PVP-K-17、PVP-K-30、PVP-K-60等中的一种;所述水性粘结剂为工业级、食品级或医药级;所述水性粘结剂是一种有较强粘结性能的水溶性树脂,不但具有优异的水溶性和相容性,同时具有较强的络合力,所以有很强的增溶和粘结力,而且水溶粘度很低;这种低粘度属性可以帮助改性剂对无纺布深层进行渗透和粘结,从而使改性的无纺布整体性能得到均匀和提高。
进一步地,所述的保湿剂为羟乙基脲,所述保湿剂是一种全新的,具有突出优势的保湿剂。与传统的保湿剂相比,羟乙基尿素具有更显著的保湿效果,滑爽的涂敷感觉,具有不发粘、不油腻、滋润的舒适感觉,以及自身非离子性带来的广泛的适用性被广泛使用在化妆品保湿产品中。
进一步地,所述溶纤剂为乙基纤维素的助溶剂和辅助成膜剂;所述溶纤剂包括乙二醇单甲醚、乙二醇二甲醚、丙二醇单甲醚、丙二醇乙醚、1,2-丙二醇-1-单丁醚等中的一种。所述溶纤剂是可以与水进行混溶的一种溶剂,不但具有极强的溶解能力,还具有增溶作用,主要用作乙基纤维素(EC)的助溶剂和辅助成膜剂。
进一步地,所述柔顺剂为聚醚改性硅氧烷;所述柔顺剂为一种共聚而成的性能独特的有机硅非离子表面活性剂;所述柔顺剂为青岛中宝硅材料科技有限公司生产的204水溶性硅油CGF、204水溶性硅油TS-19中的一种;所述柔顺剂是一种共聚而成的性能独特的有机硅非离子表面活性剂。所述柔顺剂的柔软特性及抗静电性能用被广泛用作织物的后整理剂、柔软剂,可赋予织物亲水性、吸汗性及防静电性。
进一步地,所述基材润湿渗透剂为烷基糖苷;所述基材润湿渗透剂为葡萄糖和脂肪醇合成的烷基糖苷(Alkyl Polyglycoside.简称APG);复杂糖苷化合物中糖单元大于等于2的糖苷,统称为烷基多糖苷(或烷基多苷);属于一种表面活性剂,具有优异的湿润性和渗透性,广谱的抗菌活性、和可完全生物降解属性;在本发明中除了作为改性剂的湿润和渗透剂外,还因其较强的增溶性能被作为聚乙烯醇的增塑剂使用,具有明显、稳定、无析出的增塑效果;所述基材润湿渗透剂为上海发凯化工有限公司或石家庄金莫尔化学品有限公司生产的APG0810、APG1214、APG0814、APG0816及APG1216等中的一种。
进一步地,所述脱氧乙酸钠为食品级防霉剂;所述水为工业纯净水;所述搅拌均匀的温度为室温,本发明中如无特殊说明,室温均指23℃。所述搅拌均匀是为了使原料之间充分的混合。
本发明提供一种由上述的制备方法制得的水溶性聚乙烯醇无纺布。
本发明提供的水溶性聚乙烯醇无纺布能够应用在自动化机械制造各类超声波焊接封口、封边、制袋的各类产品中。
本发明针对现有的聚乙烯醇无纺布的缺陷,通过改性剂和加工工艺对聚乙烯醇(无纺布)纤维进行后处理,从而实现聚乙烯醇无纺布的可热封性,使其能像传统的热塑性塑料合成树脂无纺布那样可以在自动化热封加工机械的工艺上实现封边、封口、制袋等二次加工制品,从而大幅提高其加工效率,降低成本;大幅拓宽其应用领域。
本发明制备的改性聚乙烯醇无纺布的应用领域:可涵盖和替代传统的无纺布及纺织布料所制备的工业、民用制品领域,包括制鞋、制革、床垫、子母被、装饰、化工、印刷、汽车、建材及家具等行业等;如无纺布和纺织布料用于制造的服装衬布、医疗卫生一次性手术衣、口罩、帽、床单、酒店一次性台布、美容桑拿乃至当今时尚的礼品袋、精品袋、购物袋及广告袋等,特别是一次性使用的制品领域,各类购物袋、快消品包装领域、外卖包装等,改性聚乙烯醇无纺布可以完全涵盖和替代这些传统的塑料合成树脂无纺布和纺织布应用领域,而使产品更具有环保性。
与现有技术相比,本发明具有如下优点和有益效果:
(1)本发明提供的水溶性聚乙烯醇无纺布,具备优异的热封性能,具备了二次加工的热封性能,利于实现自动化机械的封边、封口和连续制袋等工艺,从而大幅提高制品加工的效率和降低成本;
(2)本发明提供的水溶性聚乙烯醇无纺布,其纤维结点更牢固,从而使其机械性能得到进一步提高;
(3)本发明提供的水溶性聚乙烯醇无纺布的制备方法,使改性聚乙烯醇无纺布的断裂伸长率得到提高,从而使改性聚乙烯醇无纺布更柔软更舒适和手感更好。
(4)与传统工艺生产的聚乙烯醇无纺布对比,本发明制备的水溶性聚乙烯醇无纺布,具有更均匀、更平整的特征,更适合自动化的机械高速制备各类制品。
(5)本发明提供的水溶性聚乙烯醇无纺布的制备方法,制得的聚乙烯醇无纺布的水溶性能没有改变,于热水下(95℃)可以完全溶解。
附图说明
图1为实施例中适用于水溶性聚乙烯醇无纺布的加工工艺流程图。
具体实施方式
以下结合附图和实例对本发明的具体实施作进一步说明,但本发明的实施和保护不限于此。需指出的是,以下若有未特别详细说明之过程,均是本领域技术人员可参照现有技术实现或理解的。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,视为可以通过市售购买得到的常规产品。
以下实施例及对比例所用到的重量(质量)份数,作为举例,重量单位可以为克、千克等,也可以是本领域常用的任意其他用量。
以下实施例中,所使用的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)由巴斯夫公司、美国ISP等生产的食品级或医药级PVP-K-12、PVP-K-15、PVP-K-17、PVP-K-30、PVP-K-60中的一种;所使用的烷基糖苷由上海发凯化工有限公司、石家庄金莫尔化学品有限公司生产的APG0810、APG1214、APG0814、APG0816、APG1216中的一种;所使用的柔顺剂由青岛中宝硅材料科技有限公司生产的204水溶性硅油CGF、TS-19中的一种。
所述的水为工业纯净水。
所使用的聚乙烯醇纤维是指由湿法纺丝(溶液纺丝)法生产的纤维。
所述的搅拌均是为了使原料之间充分的混合,因此可不用限制搅拌速度;
本发明中未指明温度的均指室温,本发明所述的室温是指23℃。
以下实施例中,所述的制备工艺和方法按图1(装置)工艺和步骤进行,其工艺条件控制也按上述描述进行。
实施例1
水溶性聚乙烯醇无纺布的改性方法按图1所述工艺和方法进行:
实施例1中,低温干燥区为60/70/80/80℃四区控温的干燥烘道进行干燥,主要实现表面干燥;热辊干燥加固的温度为100℃,热轧定型的温度为90℃,所述压花的温度为120℃,冷却辊冷却的温度为20℃。
实施例1中,聚乙烯醇纤维原料为0.5旦,35mm的短纤维;双面喷淋水溶性的复合改性剂的喷淋量以干重计为待加工无纺布重量的50%;制备的水溶性聚乙烯醇无纺布的克重GSM为10g/m2;则其中计量喷淋水溶性的复合改性剂量(干重)为5克/m2
水溶性的复合改性剂,按重量份数计,包括如下组分:
Figure BDA0002272099820000091
上述各组份分别计量后,加入溶解容器中,室温下搅拌充分溶解均匀即为本发明所述的一种水溶性的复合改性剂。
上述实施例1制备的水溶性聚乙烯醇无纺布技术指标如表1所示。
表1
Figure BDA0002272099820000101
注:空白样为同等GSM的无改性聚乙烯醇无纺布。下同。
由以上数据可知,实施例1制备的水溶性聚乙烯醇无纺布,与空白样对比,不但机械力学性能获得提高,同时也获得了热封性能。
实施例2
水溶性聚乙烯醇无纺布的改性方法按图1所述工艺和方法进行:
实施例2中,低温干燥区为60/70/80/80℃四区控温的干燥烘道进行干燥,主要实现表面干燥;热辊干燥加固的温度为150℃,热轧定型的温度为130℃,所述压花的温度为160℃,冷却辊冷却的温度为30℃。
实施例2中,聚乙烯醇纤维原料为2.0旦,78mm的短纤维;双面喷淋水溶性的复合改性剂的喷淋量以干重计为待加工无纺布重量的20%;制备的水溶性聚乙烯醇无纺布的克重GSM为100g/m2;则其中计量喷淋水溶性的复合改性剂量(干重)为20克/m2
水溶性的复合改性剂,按重量份数计,包括如下组分:
Figure BDA0002272099820000102
Figure BDA0002272099820000111
上述各组份分别计量后,加入溶解容器中,室温下搅拌充分溶解均匀即为本发明所述的一种水溶性的复合改性剂。
上述实施例2制备的水溶性聚乙烯醇无纺布技术指标如表2所示。
表2
Figure BDA0002272099820000112
由以上数据可知,实施例2制备的水溶性聚乙烯醇无纺布,与空白样对比,不但机械力学性能获得提高,同时也获得了优异的热封性能。
实施例3
水溶性聚乙烯醇无纺布的改性方法按图1所述工艺和方法进行:
实施例3中,低温干燥区为60/70/80/80℃四区控温的干燥烘道进行干燥,主要实现表面干燥;热辊干燥加固的温度为120℃,热轧定型的温度为120℃,所述压花的温度为140℃,冷却辊冷却的温度为25℃。
实施例3中,聚乙烯醇纤维原料为1.0旦,58mm的短纤维;双面喷淋水溶性的复合改性剂的喷淋量以干重计为待加工无纺布重量的30%;制备的水溶性聚乙烯醇无纺布的克重GSM为50g/m2;则其中计量喷淋水溶性的复合改性剂量(干重)为15克/m2
水溶性的复合改性剂,按重量份数计,包括如下组分:
Figure BDA0002272099820000121
上述各组份分别计量后,加入溶解容器中,室温下搅拌充分溶解均匀即为本发明所述的一种水溶性的复合改性剂。
上述实施例3制备的水溶性聚乙烯醇无纺布技术指标如表3所示。
表3
Figure BDA0002272099820000122
Figure BDA0002272099820000131
由以上数据可知,实施例3制备的水溶性聚乙烯醇无纺布,与空白样对比,不但机械力学性能获得提高,同时也获得了热封性能。
实施例4
水溶性聚乙烯醇无纺布的改性方法按图1所述工艺和方法进行:
实施例4中,低温干燥区为60/70/80/80℃四区控温的干燥烘道进行干燥,主要实现表面干燥;热辊干燥加固的温度为120℃,热轧定型的温度为140℃,所述压花的温度为130℃,冷却辊冷却的温度为28℃。
实施例4中,聚乙烯醇纤维原料为1.5旦,58mm的短纤维;双面喷淋水溶性的复合改性剂的喷淋量以干重计为待加工无纺布重量的40%;制备的水溶性聚乙烯醇无纺布的克重GSM为30g/m2;则其中计量喷淋水溶性的复合改性剂量(干重)为12克/m2
水溶性的复合改性剂,按重量份数计,包括如下组分:
Figure BDA0002272099820000132
Figure BDA0002272099820000141
上述各组份分别计量后,加入溶解容器中,室温下搅拌充分溶解均匀即为本发明所述的一种水溶性的复合改性剂。
上述实施例4制备的水溶性聚乙烯醇无纺布技术指标如表4所示。
表4
Figure BDA0002272099820000142
由以上数据可知,实施例4制备的水溶性聚乙烯醇无纺布,与空白样对比,不但机械力学性能获得提高,同时也获得了优异的热封性能。
以上实施例仅为本发明较优的实施方式,仅用于解释本发明,而非限制本发明,本领域技术人员在未脱离本发明精神实质下所作的改变、替换、修饰等均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种水溶性聚乙烯醇无纺布的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)将湿法纺丝生产的聚乙烯醇纤维经过开松、梳理、铺网后,得到待加工纺布,然后将所述待加工纺布转移至预湿区中,在预湿区中使用复合改性剂对待加工纺布进行双面喷淋处理,得到喷淋后的纺布;
(2)将步骤(1)所述喷淋后的纺布转移至低温干燥区中进行表面干燥,再进行热辊干燥加固处理,定型辊热轧定型,压花,冷却辊冷却,展平收卷得到所述水溶性聚乙烯醇无纺布。
2.根据权利要求1所述的水溶性聚乙烯醇无纺布的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述聚乙烯醇纤维为0.5-2.0旦,35-78mm的短纤维;以干重计,所述复合改性剂的喷淋量为待加工纺布重量的20wt%-50%。
3.根据权利要求1所述的水溶性聚乙烯醇无纺布的制备方法,其特征在于,步骤(2)所述低温干燥区为四区控温的干燥烘道,所述低温干燥区的温度为60/70/80/80℃;所述热辊干燥加固处理的温度为100-150℃;所述定型辊热轧定型的温度为90-130℃;所述压花的温度为120-160℃;所述冷却辊冷却的温度为20-30℃;所述水溶性聚乙烯醇无纺布的克重GSM为10-100g/m2
4.根据权利要求1所述的水溶性聚乙烯醇无纺布的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述复合改性剂的制备,包括:
将水性成膜剂、水性粘结剂、保湿剂、溶纤剂、柔顺剂、基材润湿渗透剂、脱氧乙酸钠及水混合,搅拌均匀,得到所述复合改性剂。
5.根据权利要求4所述的水溶性聚乙烯醇无纺布的制备方法,其特征在于,按照重量份数计,所述复合改性剂,包括如下组分:
水 100份;
水性成膜剂 3-8份;
水性粘结剂 0.5-3份;
保湿剂 0.3-1.0份;
溶纤剂 2-6份;
柔顺剂 0.1-0.5份;
基材润湿渗透剂 0.3-0.8份;
脱氧乙酸钠 0.05-0.1份。
6.根据权利要求4所述的水溶性聚乙烯醇无纺布的制备方法,其特征在于,所述水性成膜剂的取代度DS为1.0-1.5;所述水性成膜剂为乙基纤维素;所述水性粘结剂为聚乙烯吡咯烷酮;所述水性粘结剂为巴斯夫公司或美国ISP公司生产的PVP-K-12、PVP-K-15、PVP-K-17、PVP-K-30、PVP-K-60中的一种;所述水性粘结剂为工业级、食品级或医药级;所述保湿剂为羟乙基脲;所述溶纤剂为乙基纤维素的助溶剂和辅助成膜剂;所述溶纤剂包括乙二醇单甲醚、乙二醇二甲醚、丙二醇单甲醚、丙二醇乙醚、1,2-丙二醇-1-单丁醚中的一种。
7.根据权利要求4所述的水溶性聚乙烯醇无纺布的制备方法,其特征在于,所述柔顺剂为聚醚改性硅氧烷;所述柔顺剂为有机硅非离子表面活性剂;所述柔顺剂为青岛中宝硅材料科技有限公司生产的204水溶性硅油CGF、204水溶性硅油TS-19中的一种;所述基材润湿渗透剂为烷基糖苷;所述基材润湿渗透剂为葡萄糖和脂肪醇合成的烷基糖苷;所述基材润湿渗透剂为上海发凯化工有限公司或石家庄金莫尔化学品有限公司生产的APG0810、APG1214、APG0814、APG0816及APG1216中的一种。
8.根据权利要求4所述的水溶性聚乙烯醇无纺布的制备方法,其特征在于,所述脱氧乙酸钠为食品级防霉剂;所述水为工业纯净水;所述搅拌均匀的温度为23℃。
9.一种由权利要求1-8任一项所述的制备方法制得的水溶性聚乙烯醇无纺布。
10.权利要求9所述的水溶性聚乙烯醇无纺布在自动化机械制造各类超声波焊接封口、封边、制袋的各类产品中的应用。
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