فراصوت برای ریسندگی الیاف پلیمری
ریسندگی الیاف پلیمری برای استفاده در منسوجات و پارچه‌ها، نوعی فرایند تخصصی اکستروژن است که در آن از رشته‌ساز برای تشکیل چندین فیلامنت مصنوعی پیوسته استفاده می‌شود. فراصوت را می‌توان در انواع فرایندهای ریسندگی به کار برد: ریسندگی خشک، جت‌تر، مذاب و ژل. کاربردهای فراصوت عبارت‌اند از تمیزکاری رشته‌ساز, اختلاط, انحلال, پلیمریزاسیون و رقیق‌شوندگی برشی.
انحلال و تیمار شیمیایی پلیمر
برای ریسندگی پلیمر، باید آن را به حالت سیال درآورد. بنابراین، اگر پلیمر ذوب نشود، آن را حل می‌کنند یا تحت تیمار شیمیایی قرار می‌دهند تا مشتقات محلول‌پذیر یا گرمانرم تشکیل شود.
در این مرحله، دستگاه‌های فراصوتی Hielscher به فرایند انحلال کمک می‌کنند و آن را تسریع می‌کنند، و همچنین به برهم‌کنش شیمیایی با واکنشگرها کمک می‌کنند و آن را تسریع می‌کنند. برای این منظور، ذرات جامد پلیمر در حلال یا اسید معلق می‌شوند. این مخلوط یا با پمپ از یک راکتور فراصوتی عبور داده می‌شود، یا در مخزنی مجهز به همزن با پروب‌های فراصوتی پردازش می‌شود؛ در آنجا ذرات به‌دلیل برش شدید ناشی از کاویتاسیون به‌سرعت حل می‌شوند. در نتیجه، محلولی همگن و یکنواخت از پلیمر ایجاد می‌شود. برای مشاهدهٔ نمونه‌ای از انحلال فراصوتی با استفاده از سونیکاتور پروبی، ویدئوی زیر را ببینید (UP200St).
گاززدایی محلول پلیمر
محلول‌های گرانروی پلیمر، مانند پلی(پارا-فنیلن ترفتال‌آمید) (PPTA)، در اسید سولفوریک غلیظ، گرانرو و اغلب غیرنیوتنی هستند. این محلول‌ها به گاززدایی نیاز دارند تا از خروج الیاف پیوسته از رشته‌ساز اطمینان حاصل شود. هنگامی که فراصوت برای اختلاط، همگن‌سازی یا انحلال به کار می‌رود، به گاززدایی نیز کمک می‌کند. ویدئوی زیر گاززدایی/هوازدایی روغن را به‌صورت هم‌زمان با انجام فرایند نشان می‌دهد.
تمیزکاری فراصوتی رشته‌ساز
رشته‌ساز صفحهٔ قالبی با منافذ متعدد است که سیال پلیمری از میان آن اکسترود می‌شود تا الیاف مصنوعی پیوسته تشکیل شوند. هنگام خروج از روزنه‌های کوچک قالب اکستروژن، سیال پلیمری گرانرو شروع به جامد شدن می‌کند و زنجیره‌های منفرد پلیمر بر اثر جریان لزج تمایل پیدا می‌کنند در امتداد لیف هم‌راستا شوند. در این مرحله، پلیمر جامد ممکن است در دهانه و داخل خروجی روزنهٔ باریک انباشته شود و جریان را کندتر کند و در نهایت، مجرای صفحهٔ قالب را مسدود سازد.
برای استات، تری‌استات، اکریلیک، موداکریلیک، پلی‌بنزیمیدازول، اسپندکس یا وینیون، می‌توان از حلالی که برای حل کردن پلیمر استفاده می‌شود، برای تمیزکاری نیز استفاده کرد. در این حالت، برش ناشی از کاویتاسیون حلال را با فشار به داخل روزنه‌ها می‌راند و به انحلال کمک می‌کند.
برای پلیمرهای مورد استفاده در ریسندگی مذاب، مانند نایلون، اولفین، پلی‌استر، ساران یا سولفار، تیمار حرارتی پیش از فراصوت‌دهی می‌تواند به شکننده‌تر شدن پلیمر کمک کند. این فرایند که سوزاندن در کوره نام دارد، پلیمر سخت‌شده را به خاکستر تبدیل می‌کند. برای تمیزکاری، می‌توان از آب (حاوی حداکثر 25wt% اسید فسفریک) یا روغن به‌عنوان سیالی ساده برای کوپلینگ بین پروب فراصوتی و رشته‌ساز استفاده کرد.
فراصوت‌دهی پروبی بسیار شدیدتر از فراصوت‌دهی در مخازن تمیزکاری است و امواج صوتی مستقیماً به‌سوی خروجی مجراهای رشته‌ساز هدایت می‌شوند. این امر به تمیزکاری عمیق‌تر و سریع‌تر منجر می‌شود. برای مجراها و منافذ منفرد، استفاده از UP100H با نوک تیز MS2 را توصیه می‌کنیم. این دستگاه فراصوتی مقرون‌به‌صرفه را می‌توان با نگه داشتن در دست یا نصب روی پایه به کار برد. برای رشته‌سازهای چندمنفذی یا صفحات قالب اکستروژن، UIP1000hdT با پروب ویژه‌ای به قطر 100mm توصیه می‌شود.
پلیمریزاسیون به کمک فراصوت
در فرایندهای ریسندگی مستقیم، پروب‌های فراصوتی Hielscher به برهم‌کنش میان واکنش‌دهنده‌ها و/یا کاتالیزورها در حین فرمولاسیون و پلیمریزاسیون پلیمر، برای مثال پلی‌استر، کمک می‌کنند.
پردازش فراصوتی ژل
در ریسندگی ژل (برای مثال پلی‌اتیلن و آرامید)، می‌توان از راکتورهای فراصوتی برای فرمولاسیون ژل و نیز رقیق‌شوندگی برشی ژل پیش از اکستروژن استفاده کرد. برش ناشی از کاویتاسیون به کاهش موقت برهم‌کنش میان زنجیره‌های پلیمر منجر می‌شود. این امر گرانروی را کاهش می‌دهد – در نتیجه، فشار کمتری لازم است و می‌توان فیلامنت‌های ظریف‌تری تولید کرد یا ظرفیت تولید اکستروژن را افزایش داد.
پراکنده‌سازی نانومواد
راکتورهای فراصوتی Hielscher ابزاری مؤثر برای پراکنده‌سازی نانوموادی مانند نانولوله‌های کربنی، اکسیدهای فلزی یا رنگدانه‌ها هستند. کاویتاسیون فراصوتی کلوخه‌ها را می‌شکند و ذرات را به‌طور همگن پراکنده می‌کند.