Ultrasonidos para la hilatura de fibras poliméricas

La hilatura de fibras poliméricas para su uso en textiles y tejidos es una modalidad especializada de extrusión que utiliza una hilera para formar múltiples filamentos sintéticos continuos. Los ultrasonidos pueden utilizarse en diversos tipos de hilatura: en seco, en húmedo por chorro, por fusión y en gel. Las aplicaciones de los ultrasonidos incluyen la limpieza de hileras, la mezcla, la disolución, la polimerización y la reducción de la viscosidad por cizallamiento.

Disolución de polímeros y tratamiento químico

Para hilar el polímero, es necesario convertirlo en un fluido. Por tanto, a menos que se funda, se disuelve o se trata químicamente para formar derivados solubles o termoplásticos.

En esta etapa, los equipos ultrasónicos de Hielscher facilitan y aceleran el proceso de disolución, así como la interacción química con los reactivos. Para ello, se suspenden partículas sólidas de polímero en el disolvente o ácido. Esta mezcla se bombea a través de un reactor ultrasónico o se procesa en un tanque agitado con sondas ultrasónicas, donde las partículas se disuelven rápidamente debido al intenso cizallamiento generado por la cavitación. Así se obtiene una solución polimérica homogénea y uniforme. El siguiente vídeo muestra una demostración de disolución ultrasónica con un sonicador de tipo sonda (UP200St).

Este vídeo demuestra el rápido proceso de disolución ultrasónica de una gominola con forma de bebé. La homogeneización y la disolución ultrasónicas son métodos rápidos y fiables para preparar muestras de todos los tamaños.

Limpieza ultrasónica de hileras

Una hilera es una placa de extrusión con múltiples orificios a través de los cuales se extruye un fluido polimérico para formar fibras sintéticas continuas. Al salir de los pequeños orificios de la matriz de extrusión, el fluido polimérico viscoso comienza a solidificarse y las cadenas individuales del polímero tienden a alinearse en la fibra debido al flujo viscoso. En este punto, el polímero sólido puede empezar a acumularse en la salida del pequeño orificio y en su interior, lo que reduce el caudal y, finalmente, obstruye el canal de la placa de extrusión.

Eliminar el polímero sólido de las placas de extrusión de fibras es una tarea difícil, ya que los canales individuales suelen tener un diámetro muy pequeño. Las sondas ultrasónicas de Hielscher se utilizan para someter las placas de extrusión de fibras poliméricas a intensos chorros de líquido generados por la cavitación, lo suficientemente fuertes como para eliminar el polímero sólido y las impurezas, pero lo suficientemente suaves como para no dañar la delicada geometría de los capilares de la hilera. Esto último supone una ventaja importante frente al uso de agujas de limpieza, alambres o brocas. Aunque las agujas de limpieza son herramientas finas diseñadas para limpiar capilares de pequeñas dimensiones, la limpieza repetida altera las dimensiones, la forma y la lisura de los capilares. Por último, el tiempo necesario para limpiar hileras con múltiples canales también representa un factor de coste significativo.

En el caso del acetato, triacetato, acrílico, modacrílico, polibencimidazol, elastano o vinyon, el disolvente utilizado para disolver el polímero también puede emplearse para la limpieza. En este caso, el cizallamiento generado por la cavitación fuerza la entrada del disolvente en los orificios y favorece la disolución.

En el caso de los polímeros para hilatura por fusión, como el nailon, la olefina, el poliéster, el saran o el sulfar, un tratamiento térmico previo a la sonicación puede ayudar a hacer que el polímero sea más quebradizo. Este proceso, denominado quemado en horno, reduce el polímero endurecido a cenizas. Para la limpieza, puede utilizarse agua (con hasta 25wt% de ácido fosfórico) o aceite como un sencillo fluido de acoplamiento entre la sonda ultrasónica y la hilera.
La sonicación con sonda es mucho más intensa que la limpieza en tanques, y las ondas acústicas se dirigen directamente hacia las salidas de los canales de la hilera. Esto permite una limpieza más profunda y rápida. Para canales y orificios individuales, recomendamos utilizar el UP100H con la punta afilada MS2. Este equipo ultrasónico ofrece una buena relación coste-eficacia y puede utilizarse como equipo de mano o montado en un soporte. Para hileras con múltiples orificios o placas de extrusión, el UIP1000hdT con una sonda especial de 100 mm de diámetro.