Ultralyd til spinding af polymerfibre

Spinding af polymerfibre til brug i tekstiler og stoffer er en specialiseret form for ekstrudering, hvor en spindedyse bruges til at danne flere kontinuerlige syntetiske filamenter. Ultralyd kan bruges til forskellige typer spinding: tørspinding, våd jetspinding, smeltespinding og gelspinding. Anvendelser af ultralyd omfatter rensning af spindedyser, blanding, opløsning, polymerisation og forskydningsfortynding.

Opløsning af polymerer og kemisk behandling

For at polymeren kan spindes, skal den omdannes til en flydende tilstand. Medmindre polymeren smeltes, opløses eller behandles den derfor kemisk for at danne opløselige eller termoplastiske derivater.

På dette trin bidrager Hielscher ultralydsapparater til at understøtte og fremskynde opløsningsprocessen, samt den kemiske vekselvirkning med reagenser. Til dette suspenderes faste polymerpartikler i opløsningsmidlet eller syren. Denne blanding pumpes enten gennem en ultralydsreaktor eller behandles i en omrørt tank med ultralydssonotroder, hvor partiklerne opløses hurtigt på grund af kraftig forskydning fremkaldt af kavitation. Dette skaber en homogen og ensartet polymeropløsning. Se videoen nedenfor for en demonstration af opløsning med ultralyd ved hjælp af et ultralydsapparat med sonotrode (UP200St).

Denne video demonstrerer hurtig opløsning af en vingummifigur med ultralyd. Homogenisering og opløsning med ultralyd er en hurtig og pålidelig metode til fremstilling af prøver i alle størrelser.

Rensning af spindedyser med ultralyd

En spindedyse er en dyseplade med flere huller, hvorigennem en polymerholdig væske ekstruderes for at danne kontinuerlige syntetiske fibre. Når den viskøse polymervæske forlader ekstruderingsdysens små åbninger, begynder den at størkne, og de enkelte polymerkæder har tendens til at orientere sig langs fiberen på grund af den viskøse strømning. På dette tidspunkt kan fast polymer begynde at ophobes ved og i den fine åbnings udløb, hvilket medfører langsommere strømning og til sidst en tilstoppet kanal i dysepladen.

Rensning af fiberekstruderingsplader for fast polymer er en vanskelig opgave, da de enkelte kanaler typisk har en meget lille diameter. Hielscher ultralydssonotroder bruges til at udsætte dyseplader til ekstrudering af polymerfibre for intense væskestråler fremkaldt af kavitation, som er kraftige nok til at fjerne den faste polymer og urenheder – men samtidig skånsomme nok til ikke at beskadige spindysekapillærernes sarte geometri. Sidstnævnte er en væsentlig fordel sammenlignet med rensenåle, tråde eller bor. Selvom rensenåle er fine værktøjer, der er fremstillet til at rense kapillærer med små dimensioner, beskadiger gentagen rensning kapillærernes størrelse, form og glathed. Endelig er den tid, der kræves til rensning af spindedyser med flere kanaler, også en væsentlig omkostningsfaktor.

For acetat, triacetat, akryl, modakryl, polybenzimidazol, spandex eller vinyon kan det opløsningsmiddel, der bruges til at opløse polymeren, også bruges til rensning. I dette tilfælde vil forskydningen fremkaldt af kavitation presse opløsningsmidlet ind i åbningerne og fremme opløsningen.

For polymerer til smeltespinding, såsom nylon, olefin, polyester, saran eller sulfar, kan varmebehandling før sonikeringen bidrage til at gøre polymeren mere sprød. Denne proces, der kaldes udbrænding i ovn, reducerer den hærdede polymer til aske. Til rensningen kan vand (med op til 25wt% fosforsyre) eller olie bruges som en simpel koblingsvæske mellem ultralydssonotroden og spindedysen.
Sonikering med sonotrode er langt mere intens end behandling i rensetanke, og lydbølgerne rettes direkte mod spindysekanalernes udløb. Dette resulterer i dybere og hurtigere rensning. Til enkelte kanaler og huller anbefaler vi at bruge UP100H med den spidse spids MS2. Dette er et omkostningseffektivt ultralydsapparat til håndholdt eller stativmonteret drift. Til spindedyser med flere huller eller ekstruderingsdyseplader: UIP1000hdT med en speciel sonotrode med en diameter på 100mm.