Ultrazvuk pro zvlákňování polymerních vláken

Zvlákňování polymerních vláken pro použití v textiliích a tkaninách je specializovanou formou extruze, která využívá zvlákňovací trysku k vytvoření mnoha kontinuálních syntetických filamentů. Ultrazvuk lze využít pro různé typy zvlákňování: suché, tryskové mokré, z taveniny a gelové. Ultrazvukové aplikace zahrnují čištění zvlákňovacích trysek, míchání, rozpouštění, polymeraci a smykové řídnutí.

Rozpouštění a chemická úprava polymerů

Aby mohl být polymer zvlákňován, musí být převeden do tekutého stavu. Pokud tedy polymer není roztaven, rozpouští se nebo se chemicky upravuje za vzniku rozpustných nebo termoplastických derivátů.

V této fázi ultrazvuková zařízení Hielscher napomáhají procesu rozpouštění a urychlují jej, stejně jako chemické interakci s činidly. Za tímto účelem se pevné částice polymeru suspendují v rozpouštědle nebo kyselině. Tato směs se buď čerpá přes ultrazvukový reaktor, nebo se zpracovává v míchané nádrži s ultrazvukovými sonotrodami, kde se částice díky vysokému kavitačnímu smyku rychle rozpouštějí. Vzniká tak homogenní a stejnoměrný roztok polymeru. Ve videu níže si prosím prohlédněte ukázku ultrazvukového rozpouštění pomocí ultrazvukového přístroje se sonotrodou (UP200St).

Toto video ukazuje rychlé rozpouštění želé bonbonu pomocí ultrazvuku. Ultrazvuková homogenizace a rozpouštění představují rychlý a spolehlivý způsob přípravy vzorků všech velikostí.

Ultrazvukové čištění zvlákňovacích trysek

Zvlákňovací tryska je víceotvorová trysková deska, kterou se vytlačuje polymerní tekutina za vzniku kontinuálních syntetických vláken. Při výstupu z malých otvorů extruzní hubice začíná viskózní polymerní tekutina tuhnout a jednotlivé polymerní řetězce mají v důsledku viskózního toku tendenci se ve vlákně orientovat. V tomto okamžiku se může na výstupu jemného otvoru i uvnitř něj začít usazovat pevný polymer, což vede ke zpomalení toku a nakonec k ucpání kanálu tryskové desky.

Čištění extruzních desek pro vlákna od pevného polymeru je obtížný úkol, protože jednotlivé kanály mají obvykle velmi malý průměr. Ultrazvukové sonotrody Hielscher se používají k tomu, aby byly extruzní tryskové desky pro polymerní vlákna vystaveny intenzivním kavitačním proudům kapaliny, které jsou dostatečně silné, aby odstranily pevný polymer a nečistoty – a přitom dostatečně šetrné, aby nepoškodily jemnou geometrii kapilár zvlákňovací trysky. To druhé představuje zásadní výhodu ve srovnání s čisticími jehlami, dráty nebo vrtáky. Přestože čisticí jehly jsou jemné nástroje vytvořené k čištění kapilár malých rozměrů, opakované čištění poškozuje velikost, tvar a hladkost kapilár. A konečně i čas potřebný k čištění vícekanálových zvlákňovacích trysek je rovněž významným nákladovým faktorem.

U acetátu, triacetátu, akrylu, modakrylu, polybenzimidazolu, spandexu nebo vinyonu lze k čištění použít i rozpouštědlo, které se používá k rozpouštění polymeru. V tomto případě kavitační smyk vtlačí rozpouštědlo do otvorů a podpoří rozpouštění.

U polymerů zvlákňovaných z taveniny, jako je nylon, olefin, polyester, saran nebo sulfar, může tepelné zpracování před sonikací pomoci zvýšit křehkost polymeru. Tento proces, nazývaný vypalování v peci, přemění ztvrdlý polymer na popel. K čištění lze jako jednoduchou vazební kapalinu mezi ultrazvukovou sonotrodou a zvlákňovací tryskou použít vodu (s obsahem až 25wt% kyseliny fosforečné) nebo olej.
Sonikace pomocí sonotrody je mnohem intenzivnější než v čisticích vanách a zvukové vlny jsou směrovány přímo k výstupům kanálů zvlákňovací trysky. To vede k hlubšímu a rychlejšímu čištění. Pro jednotlivé kanály a póry doporučujeme použít UP100H se zašpičatělým hrotem MS2. Jedná se o cenově výhodné ultrazvukové zařízení pro ruční provoz nebo provoz na stojanu. Pro víceotvorové zvlákňovací trysky nebo extruzní tryskové desky pak UIP1000hdT se speciální sonotrodou o průměru 100mm.