Ultraääni polymeerikuitujen kehruussa

Tekstiileissä ja kankaissa käytettävien polymeerikuitujen kehruu on ekstruusion erikoismuoto, jossa kehruusuulakkeella muodostetaan useita jatkuvia synteettisiä filamentteja. Ultraääntä voidaan käyttää eri kehruumenetelmissä: kuivakehruussa, märkäsuihkukehruussa, sulakehruussa ja geelikehruussa. Ultraäänen käyttökohteita ovat kehruusuulakkeen puhdistus, sekoitus, liuottaminen, polymerointi ja leikkausohennus.

Polymeerin liuottaminen ja kemiallinen käsittely

Jotta polymeeriä voidaan kehrätä, se on muutettava juoksevaan tilaan. Jos polymeeriä ei sulateta, se liuotetaan tai käsitellään kemiallisesti liukoisten tai termoplastisten johdannaisten muodostamiseksi.

Tässä vaiheessa Hielscherin ultraäänilaitteet edistävät ja nopeuttavat liukenemisprosessia sekä kemiallista vuorovaikutusta reagenssien kanssa. Tätä varten kiinteät polymeerihiukkaset suspendoidaan liuottimeen tai happoon. Tämä seos joko pumpataan ultraäänireaktorin läpi tai käsitellään sekoitetussa säiliössä sonotrodeilla, jolloin hiukkaset liukenevat nopeasti kavitaation voimakkaan leikkausvaikutuksen ansiosta. Näin syntyy homogeeninen ja tasalaatuinen polymeeriliuos. Alla olevalla videolla havainnollistetaan liuottamista sonotrodilla varustetulla ultraäänilaitteella (UP200St).

Tässä videossa esitellään hyytelömakeisen nopea liuottaminen ultraäänellä. Ultraäänihomogenointi ja liuottaminen ultraäänellä ovat nopeita ja luotettavia tapoja valmistella kaikenkokoisia näytteitä.

Kehruusuulakkeen puhdistus ultraäänellä

Kehruusuulake on monireikäinen suulakelevy, jonka läpi polymeerinen neste puristetaan jatkuvien synteettisten kuitujen muodostamiseksi. Kun viskoosinen polymeerineste poistuu ekstruusiosuulakkeen pienistä aukoista, se alkaa jähmettyä ja yksittäiset polymeeriketjut pyrkivät suuntautumaan kuidussa viskoosisen virtauksen vaikutuksesta. Tässä vaiheessa kiinteää polymeeriä voi alkaa kertyä pienen aukon ulostulon kohdalle ja sisälle, mikä hidastaa virtausta ja johtaa lopulta suulakelevyn kanavan tukkeutumiseen.

Kiinteän polymeerin poistaminen kuitujen ekstruusiosuulakelevyistä on vaikeaa, sillä yksittäisten kanavien halkaisijat ovat yleensä hyvin pieniä. Hielscherin sonotrodeilla altistetaan polymeerikuitujen ekstruusiosuulakelevyt voimakkaille kavitaation aiheuttamille nestesuihkuille, jotka ovat riittävän voimakkaita poistamaan kiinteän polymeerin ja epäpuhtaudet – mutta riittävän hellävaraisia, jotta kehruusuulakkeen kapillaarien herkkä geometria ei vaurioidu. Jälkimmäinen on merkittävä etu verrattuna puhdistusneuloihin, lankoihin tai poranteriin. Vaikka puhdistusneulat ovat hienoja työkaluja, jotka on suunniteltu pienten kapillaarien puhdistamiseen, toistuva puhdistus vahingoittaa kapillaarien kokoa, muotoa ja sileyttä. Myös monikanavaisten kehruusuulakkeiden puhdistamiseen kuluva aika on merkittävä kustannustekijä.

Asetaatin, triasetaatin, akryylin, modakryylin, polybentsimidatsolin, spandexin tai vinyonin tapauksessa polymeerin liuottamiseen käytettävää liuotinta voidaan käyttää myös puhdistukseen. Tällöin kavitaation leikkausvaikutus painaa liuottimen aukkoihin ja edistää liukenemista.

Sulakehrättävien polymeerien, kuten nailonin, olefiinin, polyesterin, saranin tai sulfarin, tapauksessa lämpökäsittely ennen ultraäänikäsittelyä voi auttaa tekemään polymeeristä hauraampaa. Tämä uunissa tehtävä polttopuhdistus muuttaa kovettuneen polymeerin tuhkaksi. Puhdistuksessa vettä (jossa on enintään 25 wt% fosforihappoa) tai öljyä voidaan käyttää yksinkertaisena ultraääntä välittävänä nesteenä sonotrodin ja kehruusuulakkeen välillä.
Sonotrodilla tehtävä ultraäänikäsittely on paljon voimakkaampaa kuin puhdistusaltaissa tehtävä käsittely, ja ääniaallot suunnataan suoraan kehruusuulakkeen kanavien ulostuloihin. Näin puhdistus ulottuu syvemmälle ja on nopeampaa. Yksittäisille kanaville ja rei’ille suosittelemme laitetta UP100H, jossa on teräväkärkinen kärki MS2. Tämä on kustannustehokas ultraäänilaite, jota voidaan käyttää käsikäyttöisesti tai telineeseen asennettuna. Monireikäisille kehruusuulakkeille tai ekstruusiosuulakelevyille UIP1000hdT, jossa on erityinen halkaisijaltaan 100 mm:n sonotrodi.