Ultrasons pour le filage des fibres polymères

Le filage des fibres polymères destinées aux textiles et aux tissus est une forme spécialisée d’extrusion qui utilise une filière pour former plusieurs filaments synthétiques continus. Les ultrasons peuvent être utilisés pour différents types de filage : à sec, à jet humide, à l’état fondu et en gel. Les applications des ultrasons comprennent le nettoyage des filières, le mélange, la dissolution, la polymérisation et la fluidification par cisaillement.

Dissolution des polymères et traitement chimique

Pour pouvoir être filé, le polymère doit être amené à l’état fluide. Par conséquent, à moins d’être fondu, il est dissous ou traité chimiquement pour former des dérivés solubles ou thermoplastiques.

À ce stade, les appareils à ultrasons Hielscher facilitent et accélèrent le processus de dissolution, ainsi que les interactions chimiques avec les réactifs. Pour cela, des particules solides de polymère sont mises en suspension dans le solvant ou l’acide. Ce mélange est soit pompé à travers un réacteur à ultrasons, soit traité dans une cuve agitée équipée de sonotrodes, où les particules se dissolvent rapidement sous l’effet du cisaillement intense provoqué par la cavitation. Il en résulte une solution de polymère homogène et uniforme. Regardez la vidéo ci-dessous pour une démonstration de dissolution par ultrasons à l’aide d’un appareil à sonotrode (UP200St).

Cette vidéo montre le processus rapide de dissolution d’un bonbon gélifié par ultrasons. L’homogénéisation et la dissolution par ultrasons constituent un moyen rapide et fiable de préparer des échantillons de toutes tailles.

Nettoyage des filières par ultrasons

Une filière est une plaque percée de plusieurs orifices à travers laquelle un fluide polymère est extrudé pour former des fibres synthétiques continues. À la sortie des petits orifices de la filière d’extrusion, le fluide polymère visqueux commence à se solidifier et les chaînes individuelles de polymère tendent à s’aligner dans la fibre sous l’effet de l’écoulement visqueux. À ce stade, du polymère solide peut commencer à s’accumuler au niveau de la sortie du petit orifice et à l’intérieur de celle-ci, ce qui ralentit l’écoulement et finit par obstruer un canal de la filière.

Éliminer le polymère solide des plaques d’extrusion de fibres est une tâche difficile, car les différents canaux ont généralement un très petit diamètre. Les sonotrodes Hielscher permettent d’exposer les plaques des filières d’extrusion de fibres polymères à d’intenses jets de liquide produits par la cavitation, suffisamment puissants pour éliminer le polymère solide et les impuretés – tout en étant suffisamment doux pour ne pas endommager la géométrie délicate des capillaires de la filière. Ce dernier point constitue un avantage majeur par rapport au nettoyage à l’aide d’aiguilles, de fils ou de forets. Bien que les aiguilles de nettoyage soient des outils fins conçus pour nettoyer des capillaires de petites dimensions, les nettoyages répétés altèrent les dimensions, la forme et l’état de surface des capillaires. Enfin, le temps nécessaire au nettoyage des filières à plusieurs canaux représente également un facteur de coût important.

Pour l’acétate, le triacétate, l’acrylique, le modacrylique, le polybenzimidazole, le spandex ou le vinyon, le solvant utilisé pour dissoudre le polymère peut également servir au nettoyage. Dans ce cas, le cisaillement provoqué par la cavitation pousse le solvant dans les orifices et favorise la dissolution.

Pour les polymères filés à l’état fondu, tels que le nylon, l’oléfine, le polyester, le saran ou le sulfar, un traitement thermique avant la sonication peut contribuer à rendre le polymère plus cassant. Ce procédé, appelé élimination par combustion au four, réduit le polymère durci en cendres. Pour le nettoyage, de l’eau (contenant jusqu’à 25wt% d’acide phosphorique) ou de l’huile peut servir de simple fluide de couplage entre la sonotrode et la filière.
La sonication à l’aide d’une sonotrode est beaucoup plus intense que le traitement dans des cuves de nettoyage, et les ondes acoustiques sont dirigées directement vers les sorties des canaux de la filière. Il en résulte un nettoyage plus profond et plus rapide. Pour les canaux et les orifices individuels, nous recommandons d’utiliser le UP100H avec l’embout pointu MS2. Cet appareil à ultrasons économique peut être utilisé à la main ou monté sur un support. Pour les filières à plusieurs orifices ou les plaques de filières d’extrusion, le UIP1000hdT avec une sonotrode spéciale de 100mm de diamètre est recommandé.