Ultrazvuk za predenje polimernih vlakana

Predenje polimernih vlakana za uporabu u tekstilu i tkaninama specijalizirani je oblik ekstrudiranja u kojem se predilnom mlaznicom oblikuje više kontinuiranih sintetičkih filamenata. Ultrazvuk se može upotrebljavati za različite vrste predenja: suho predenje, predenje mokrim mlazom, predenje iz taline i predenje iz gela. Primjene ultrazvuka uključuju čišćenje predilnih mlaznica, miješanje, otapanje, polimerizaciju i smanjenje viskoznosti pri smicanju.

Otapanje i kemijska obrada polimera

Da bi se polimer mogao presti, mora se prevesti u tekuće stanje. Stoga se, ako se ne tali, otapa ili kemijski obrađuje kako bi nastali topljivi ili termoplastični derivati.

U ovoj fazi ultrazvučni uređaji Hielscher pospješuju i ubrzavaju proces otapanja, kao i kemijsku interakciju s reagensima. U tu se svrhu krute čestice polimera suspendiraju u otapalu ili kiselini. Ta se smjesa ili pumpa kroz ultrazvučni reaktor ili obrađuje u spremniku s miješalicom i ultrazvučnim sondama, gdje se čestice brzo otapaju zbog snažnog kavitacijskog smicanja. Time nastaje homogena i ujednačena otopina polimera. U videozapisu u nastavku pogledajte demonstraciju ultrazvučnog otapanja pomoću ultrazvučnog uređaja sa sondom (UP200St).

U ovom videozapisu prikazan je brz postupak ultrazvučnog otapanja gumenog bombona. Ultrazvučna homogenizacija i otapanje brz su i pouzdan način pripreme uzoraka svih veličina.

Ultrazvučno čišćenje predilnih mlaznica

Predilna mlaznica ploča je s više otvora kroz koju se ekstrudira polimerna tekućina kako bi se oblikovala kontinuirana sintetička vlakna. Pri izlasku iz malih otvora ekstruzijske matrice viskozna polimerna tekućina počinje očvršćivati, a pojedinačni polimerni lanci zbog viskoznog strujanja teže poravnavanju unutar vlakna. U tom se trenutku kruti polimer može početi nakupljati na izlazu iz uskog otvora i unutar njega, što dovodi do sporijeg protoka i naposljetku do začepljenja kanala u ploči matrice.

Čišćenje ploča za ekstrudiranje vlakana od krutog polimera težak je zadatak jer pojedinačni kanali obično imaju vrlo malen promjer. Ultrazvučne sonde Hielscher upotrebljavaju se za izlaganje ploča matrica za ekstrudiranje polimernih vlakana intenzivnim kavitacijskim mlazovima tekućine, koji su dovoljno snažni da uklone kruti polimer i nečistoće – a ipak dovoljno blagi da ne oštete osjetljivu geometriju kapilara predilne mlaznice. Potonje je velika prednost u usporedbi s iglama za čišćenje, žicama ili svrdlima. Iako su igle za čišćenje fini alati izrađeni za čišćenje kapilara malih dimenzija, ponovljeno čišćenje narušava dimenzije, oblik i glatkoću kapilara. Naposljetku, vrijeme potrebno za čišćenje višekanalnih predilnih mlaznica također je značajan čimbenik troška.

Za acetat, triacetat, akril, modakril, polibenzimidazol, spandex ili vinyon otapalo koje se upotrebljava za otapanje polimera može se upotrebljavati i za čišćenje. U tom slučaju kavitacijsko smicanje potiskuje otapalo u otvore i pospješuje otapanje.

Kod polimera za predenje iz taline, poput najlona, olefina, poliestera, sarana ili sulfara, toplinska obrada prije sonikacije može pomoći da polimer postane krhkiji. Taj postupak, koji se naziva spaljivanje u peći, pretvara očvrsnuti polimer u pepeo. Za čišćenje se voda (s do 25wt% fosforne kiseline) ili ulje mogu upotrebljavati kao jednostavna tekućina za prijenos ultrazvučne energije između ultrazvučne sonde i predilne mlaznice.
Sonikacija sondom mnogo je intenzivnija od čišćenja u kadama, a zvučni valovi usmjereni su izravno prema izlazima kanala predilne mlaznice. Time se postiže dublje i brže čišćenje. Za pojedinačne kanale i pore preporučujemo uporabu uređaja UP100H sa šiljastim vrhom MS2. To je troškovno učinkovit ultrazvučni uređaj za rad uz držanje u ruci ili postavljanje na stalak. Za predilne mlaznice s više pora ili ploče ekstruzijskih matrica, UIP1000hdT s posebnom sondom promjera 100mm.