الموجات فوق الصوتية لغزل ألياف البوليمرات

يُعد غزل ألياف البوليمرات للاستخدام في المنسوجات والأقمشة شكلاً متخصصًا من البثق، تُستخدم فيه صفيحة غزل لتشكيل خيوط اصطناعية مستمرة متعددة. يمكن استخدام الموجات فوق الصوتية في أنواع مختلفة من الغزل: الغزل الجاف، والغزل بالنفث الرطب، والغزل من المصهور، والغزل الهلامي. تشمل تطبيقات الموجات فوق الصوتية تنظيف صفيحة الغزل, الخلط, الإذابة, البلمرة و الترقق بالقص.

إذابة البوليمرات والمعالجة الكيميائية

لكي يُغزل البوليمر، يجب تحويله إلى حالة مائعة. لذلك، ما لم يُصهر البوليمر، فإنه يُذاب أو يُعالج كيميائيًا لتكوين مشتقات قابلة للذوبان أو لدنة حراريًا.

في هذه المرحلة، تعمل أجهزة Hielscher بالموجات فوق الصوتية على دعم عملية الإذابة وتسريعها، وكذلك على دعم التفاعل الكيميائي مع الكواشف. ولهذا الغرض، تُعلَّق جسيمات البوليمر الصلبة في المذيب أو الحمض. ويُضخ هذا المزيج عبر مفاعل بالموجات فوق الصوتية، أو يُعالج في خزان مزود بمقلب ومسابير بالموجات فوق الصوتية، حيث تذوب الجسيمات بسرعة بفعل القص الشديد الناتج عن التجويف. وينتج عن ذلك محلول بوليمر متجانس وموحد. يُرجى مشاهدة الفيديو أدناه للاطلاع على عرض توضيحي للإذابة بالموجات فوق الصوتية باستخدام جهاز معالجة بالموجات فوق الصوتية من نوع المسبار (UP200St).

يوضح هذا الفيديو عملية الإذابة السريعة لحبة حلوى هلامية بالموجات فوق الصوتية. يُعد التجانس والإذابة بالموجات فوق الصوتية وسيلة سريعة وموثوقة لتحضير العينات بجميع أحجامها.

تنظيف صفيحة الغزل بالموجات فوق الصوتية

صفيحة الغزل هي صفيحة قالب متعددة المسام يُبثق عبرها مائع بوليمري لتشكيل ألياف اصطناعية مستمرة. وعند خروج المائع البوليمري اللزج من الفتحات الصغيرة لقالب البثق، يبدأ بالتصلب، وتميل سلاسل البوليمر المفردة إلى الاصطفاف داخل الليف بسبب التدفق اللزج. وعند هذه النقطة، قد يبدأ البوليمر الصلب بالتراكم عند مخرج الفتحة الدقيقة وداخله، مما يؤدي إلى تباطؤ التدفق، وفي النهاية إلى انسداد قناة صفيحة القالب.

تُعد إزالة البوليمر الصلب من صفائح بثق الألياف مهمة صعبة، إذ تكون أقطار القنوات المفردة عادةً صغيرة جدًا. تُستخدم مسابير Hielscher بالموجات فوق الصوتية لتعريض صفائح قوالب بثق ألياف البوليمرات لنفاثات سائلة شديدة ناتجة عن التجويف، تكون قوية بما يكفي لإزالة البوليمر الصلب والشوائب – وفي الوقت نفسه لطيفة بما يكفي لتجنب إتلاف البنية الهندسية الدقيقة للقنوات الشعرية في صفيحة الغزل. وتمثل هذه الخاصية الأخيرة ميزة كبيرة مقارنةً بإبر التنظيف أو الأسلاك أو المثاقب. وعلى الرغم من أن إبر التنظيف أدوات دقيقة صُممت لتنظيف القنوات الشعرية ذات الأبعاد الصغيرة، فإن التنظيف المتكرر يُلحق الضرر بأبعاد هذه القنوات وشكلها ونعومتها. وأخيرًا، يُعد الوقت اللازم لتنظيف صفائح الغزل متعددة القنوات أيضًا عاملاً مهمًا في التكلفة.

بالنسبة إلى الأسيتات وثلاثي الأسيتات والأكريليك والموداكريليك والبولي بنزيميدازول والسباندكس والفينيون، يمكن أيضًا استخدام المذيب المستخدم لإذابة البوليمر لأغراض التنظيف. وفي هذه الحالة، يدفع القص الناتج عن التجويف المذيب إلى داخل الفتحات ويعزز الإذابة.

بالنسبة إلى البوليمرات المستخدمة في الغزل من المصهور، مثل النايلون والأوليفين والبوليستر والساران والسلفار، قد تساعد المعالجة الحرارية قبل المعالجة بالموجات فوق الصوتية على جعل البوليمر أكثر هشاشة. وتُسمى هذه العملية الحرق في الفرن، وتحوّل البوليمر المتصلب إلى رماد. وللتنظيف، يمكن استخدام الماء (مع حمض الفوسفوريك بنسبة تصل إلى 25wt%) أو الزيت كسائل اقتران بسيط بين المسبار بالموجات فوق الصوتية وصفيحة الغزل.
تكون المعالجة بالموجات فوق الصوتية باستخدام المسبار أشد بكثير من المعالجة في خزانات التنظيف، وتُوجَّه الموجات الصوتية مباشرةً نحو مخارج قنوات صفيحة الغزل. ويؤدي ذلك إلى تنظيف أعمق وأسرع. وللقنوات والمسام المفردة، نوصي باستخدام UP100H المزود بالطرف المدبب MS2. وهو جهاز بالموجات فوق الصوتية اقتصادي للتشغيل باليد أو مثبتًا على حامل. أما لصفائح الغزل متعددة المسام أو صفائح قوالب البثق، فيُستخدم UIP1000hdT المزود بمسبار خاص قطره 100mm.