Ultraheli kasutamine polümeerkiudude ketramisel

Polümeerkiudude ketramine tekstiilides ja kangastes kasutamiseks on spetsiaalne ekstrusiooni vorm, mis kasutab ketrusotsakut (spinneret) mitme pideva sünteetilise filamendi moodustamiseks. Ultraheli saab kasutada erinevate ketramisviiside puhul: kuiv-, jet-wet-, sula- ja geelketramine. Ultraheli rakendused hõlmavad ketrusotsaku puhastamist, segamist, lahustamist, polümerisatsiooni ja nihkepaksenemise vähendamist (shear-thinning).

Polümeeri lahustamine ja keemiline töötlus

Ketratav polümeer tuleb viia vedelasse olekusse. Seetõttu, kui polümeeri ei sulatata, lahustatakse see või töödeldakse keemiliselt, et saada lahustuvaid või termoplastseid derivaate.

Selles etapis Hielscheri ultraheliseadmed toetavad ja kiirendavad lahustamisprotsessi ning ka keemilist vastasmõju reagentidega. Selleks suspendeeritakse tahked polümeeriosakesed lahustisse või happesse. See segu pumbatakse kas läbi ultraheli reaktori või töödeldakse segamisega mahutis ultraheli sonotroodidega, kus osakesed lahustuvad kiiresti tugeva kavitatsioonilise nihke tõttu. See tekitab homogeense ja ühtlase polümeerilahuse. Ultraheli lahustamise demonstratsiooni sondtüüpi ultrahelitöötlusseadmega vaadake palun allolevat videot (UP200St).

Selles videos näidatakse kummikompveki kiiret lahustamist ultraheliga. Ultraheliga homogeniseerimine ja lahustamine on kiire ja usaldusväärne viis igas suuruses proovide ettevalmistamiseks.

Ketrusotsaku ultrahelipuhastus

Ketrusotsak (spinneret) on mitme avaga matriitsplaat, mille kaudu polümeerivedelik ekstrudeeritakse pidevate sünteetiliste kiudude moodustamiseks. Ekstrusioonimatriitsi väikestest avadest väljudes hakkab viskoosne polümeerivedelik tahkuma ja üksikud polümeeriahelad kalduvad viskoosse voolu tõttu kius joonduma. Sel hetkel võib tahke polümeer hakata ladestuma peenikese ava väljalaskes ja selle sees, mis aeglustab voolu ja viib lõpuks matriitsplaadi kanali ummistumiseni.

Kiudude ekstrusiooniplaatide puhastamine tahkest polümeerist on keeruline ülesanne, kuna üksikud kanalid on tavaliselt väga väikese läbimõõduga. Hielscheri ultrahelisonotroode kasutatakse polümeerkiudude ekstrusiooni matriitsplaatide töötlemiseks intensiivsete kavitatsiooniliste vedelikujugadega, mis on piisavalt tugevad tahke polümeeri ja lisandite eemaldamiseks – ometi piisavalt õrnad, et mitte kahjustada ketrusotsaku kapillaaride delikaatset geomeetriat. Viimane on suur eelis puhastusnõelte, traatide või puuridega võrreldes. Kuigi puhastusnõelad on head tööriistad, mis on loodud väikeste mõõtmetega kapillaaride puhastamiseks, kahjustab korduv puhastamine kapillaaride suurust, kuju ja siledust. Lõpuks on ka mitmekanaliliste ketrusotsakute puhastamiseks kuluv aeg oluline kuluteguri.

Atsetaadi, triatsetaadi, akrüül-, modakrüül-, polübensimidasool-, spandeks- või vinüüonkiudude puhul saab polümeeri lahustamiseks kasutatud lahustit kasutada ka puhastamiseks. Sellisel juhul surub kavitatsiooniline nihe lahusti avadesse ja soodustab lahustumist.

Sulaketrusel kasutatavate polümeeride, näiteks nailoni, olefiini, polüestri, saraani või sulfari puhul võib kuumtöötlus enne ultraheli töötlust (sonikeerimist) aidata muuta polümeeri rabedamaks. See protsess, mida nimetatakse ahjus väljapõletamiseks (oven burnout), muudab kõvastunud polümeeri tuhaks. Puhastamisel võib sonotroodi ja ketrusotsaku vahelise lihtsa sidumisvedelikuna kasutada vett (kuni 25wt% fosforhappega) või õli.
Sondtüüpi ultraheli töötlus on palju intensiivsem kui puhastusvannid ning helilained suunatakse otse ketrusotsaku kanalite väljalaskeavade poole. See tagab sügavama ja kiirema puhastuse. Üksikute kanalite ja pooride jaoks soovitame kasutada UP100H teritatud MS2 otsikuga. See on kulutõhus ultraheliseade käes hoitavaks või statiivile kinnitatud kasutuseks. Mitme avaga ketrusotsakute või ekstrusioonimatriitsplaatide jaoks UIP1000hdT spetsiaalse 100 mm läbimõõduga sonotroodiga.