Ultrazvuk za predenje polimernih vlakana

Predenje polimernih vlakana za upotrebu u tekstilu i tkaninama specijalizirani je oblik ekstruzije koji koristi predionu mlaznicu za formiranje više kontinuiranih sintetičkih filamenata. Ultrazvuk se može koristiti za različite vrste predenja: suho, mlazno-mokro (jet-wet), predenje iz taline i gel predenje. Ultrazvučne primjene uključuju čišćenje predione mlaznice, miješanje, otapanje, polimerizaciju i smično razrjeđivanje.

Otapanje polimera i kemijska obrada

Da bi se polimer mogao presti, mora se prevesti u tekuće stanje. Stoga se, osim ako se polimer topi, on otapa ili kemijski obrađuje kako bi se dobili topljivi ili termoplastični derivati.

U ovoj fazi Hielscher ultrazvučni uređaji pomažu i ubrzavaju proces otapanja, kao i kemijsku interakciju s reagensima. U tu svrhu se čvrste čestice polimera suspendiraju u otapalu ili kiselini. Ova smjesa se ili pumpa kroz ultrazvučni reaktor ili obrađuje u posudi s miješalicom pomoću ultrazvučnih sondi, pri čemu se čestice brzo otapaju zbog visokih kavitacijskih smičnih sila. Time nastaje homogena i ujednačena otopina polimera. Pogledajte video u nastavku za demonstraciju ultrazvučnog otapanja pomoću ultrazvučnog uređaja sondnog tipa (UP200St).

U ovom videu prikazan je brz postupak ultrazvučnog rastvaranja žele bombone u obliku djeteta. Ultrazvučna homogenizacija i rastvaranje brz su i pouzdan način pripreme uzoraka svih veličina.

Ultrazvučno čišćenje predione mlaznice

Prediona mlaznica je ploča s mnogo otvora kroz koju se polimerna tekućina ekstrudira kako bi se formirala kontinuirana sintetička vlakna. Pri izlasku iz malih otvora ekstruzijske mlaznice, viskozna polimerna tekućina počinje se skrućivati, a pojedinačni polimerni lanci imaju tendenciju poravnavanja u vlaknu zbog viskoznog toka. U ovom trenutku čvrsti polimer se može početi nakupljati na izlazu finog otvora i u njemu, što rezultira sporijim protokom i na kraju blokiranim kanalom ploče mlaznice.

Čišćenje ekstruzijskih ploča za vlakna od čvrstog polimera težak je zadatak, jer su pojedinačni kanali obično vrlo malog promjera. Hielscher ultrazvučne sonde koriste se za izlaganje ekstruzijskih ploča za polimerna vlakna intenzivnim kavitacijskim tekućim mlazovima koji su dovoljno jaki da uklone čvrsti polimer i nečistoće – a ipak dovoljno blagi da ne oštete osjetljivu geometriju kapilara predione mlaznice. Potonje je velika prednost u odnosu na igle, žice ili svrdla za čišćenje. Iako su igle za čišćenje fini alati, napravljeni za čišćenje kapilara malih dimenzija, ponovljeno čišćenje oštećuje veličinu, oblik i glatkoću kapilara. Naposljetku, i vrijeme potrebno za čišćenje višekanalnih predionih mlaznica značajan je faktor troškova.

Za acetat, triacetat, akril, modakril, polibenzimidazol, spandeks ili vinjon, otapalo koje se koristi za otapanje polimera može se koristiti i za čišćenje. U tom slučaju kavitacijske smične sile utiskivat će otapalo u otvore i potpomoći otapanje.

Kod polimera za predenje iz taline, kao što su najlon, olefin, poliester, saran ili sulfar, toplinska obrada prije ultrazvučne obrade (sonikacije) može pomoći da polimer postane krhkiji. Ovaj postupak, nazvan spaljivanje u peći (oven burnout), stvrdnuti polimer pretvara u pepeo. Za čišćenje se kao jednostavna spojna tekućina između ultrazvučne sonde i predione mlaznice mogu koristiti voda (s do 25 wt% fosforne kiseline) ili ulje.
Ultrazvučna obrada (sonikacija) sondnog tipa mnogo je intenzivnija od ultrazvučnih kupelji, a zvučni valovi usmjereni su izravno prema izlazima kanala predione mlaznice. To rezultira dubljim i bržim čišćenjem. Za pojedinačne kanale i pore preporučujemo upotrebu UP100H sa šiljastim vrhom MS2. Ovo je isplativ ultrazvučni uređaj za rad u ruci ili na stativu. Za predione mlaznice s više pora ili ekstruzijske ploče, UIP1000hdT sa posebnom sondom promjera 100mm.