Ултразвук при преденето на полимерни влакна

Преденето на полимерни влакна за използване в текстилни изделия и тъкани е специализирана форма на екструзия, при която се използва филера за образуване на множество непрекъснати синтетични нишки. Ултразвукът може да се използва при различни видове предене: сухо, с мокра струя, от стопилка и гелно. Ултразвуковите приложения включват почистване на филери, смесване, разтваряне, полимеризация и намаляване на вискозитета при срязване.

Разтваряне на полимери и химична обработка

За да може полимерът да бъде подложен на предене, той трябва да бъде преведен в течливо състояние. Затова, ако полимерът не се разтопява, той се разтваря или се обработва химично, за да се образуват разтворими или термопластични производни.

На този етап ултразвуковите устройства на Hielscher подпомагат и ускоряват процеса на разтваряне, както и химичното взаимодействие с реагентите. За тази цел твърдите полимерни частици се суспендират в разтворителя или киселината. Тази смес се изпомпва през ултразвуков реактор или се обработва в резервоар с разбъркване и ултразвукови сонотроди, където частиците се разтварят бързо поради интензивното кавитационно срязване. Така се получава хомогенен и равномерен полимерен разтвор. Вижте видеото по-долу за демонстрация на ултразвуково разтваряне с ултразвуков апарат със сонотрод (UP200St).

Това видео демонстрира бързото ултразвуково разтваряне на желиран бонбон. Ултразвуковата хомогенизация и разтваряне са бърз и надежден начин за подготовка на проби с всякакъв обем.

Ултразвуково почистване на филери

Филерата е матрична плоча с множество отвори, през която се екструдира полимерна течност, за да се образуват непрекъснати синтетични влакна. При излизане от малките отвори на екструзионната матрица вискозната полимерна течност започва да се втвърдява, а отделните полимерни вериги са склонни да се ориентират по дължината на влакното поради вискозното течение. В този момент твърдият полимер може да започне да се натрупва около и вътре в изхода на тесния отвор, което води до по-бавно течение и в крайна сметка до запушване на канала в матричната плоча.

Почистването на плочите за екструзия на влакна от твърд полимер е трудна задача, тъй като отделните канали обикновено имат много малък диаметър. Ултразвуковите сонотроди на Hielscher се използват за въздействие върху матричните плочи за екструзия на полимерни влакна с интензивни кавитационни течни струи, които са достатъчно силни, за да отстранят твърдия полимер и примесите – и същевременно достатъчно щадящи, за да не повредят деликатната геометрия на капилярите на филерата. Последното е съществено предимство в сравнение с почистването с игли, телове или свредла. Въпреки че иглите за почистване са фини инструменти, създадени за почистване на капиляри с малки размери, многократното почистване уврежда размерите, формата и гладкостта на капилярите. Освен това времето, необходимо за почистване на многоканални филери, също е значим фактор за разходите.

За ацетат, триацетат, акрил, модакрил, полибензимидазол, спандекс или vinyon разтворителят, използван за разтваряне на полимера, може да се използва и за почистване. В този случай кавитационното срязване ще вкара разтворителя под налягане в отворите и ще подпомогне разтварянето.

За полимери, предени от стопилка, като найлон, олефин, полиестер, saran или sulfar, термичната обработка преди ултразвуковата обработка може да помогне полимерът да стане по-крехък. Този процес, наречен изгаряне в пещ, превръща втвърдения полимер в пепел. За почистването може да се използва вода (с до 25wt% фосфорна киселина) или масло като обикновена течна среда за предаване на ултразвукова енергия между ултразвуковия сонотрод и филерата.
Ултразвуковата обработка със сонотрод е много по-интензивна от обработката във вани за почистване, а звуковите вълни са насочени директно към изходите на каналите на филерата. Това води до по-дълбоко и по-бързо почистване. За отделни канали и отвори препоръчваме използването на UP100H със заострения накрайник MS2. Това е икономически изгодно ултразвуково устройство за работа с държане в ръка или с монтаж на стойка. За филери с множество отвори или екструзионни матрични плочи – UIP1000hdT със специален сонотрод с диаметър 100mm.