Ultrasuoni per la filatura di fibre polimeriche
La filatura di fibre polimeriche per l'uso in tessuti e stoffe è una forma specializzata di estrusione, che utilizza un filatoio per formare più filamenti sintetici continui. Gli ultrasuoni possono essere utilizzati per vari tipi di filatura: a secco, a getto, a fusione e a gel. Le applicazioni a ultrasuoni includono pulizia della centrifuga, miscelazione, dissoluzione, Polimerizzazione e assottigliamento al taglio.
Dissoluzione dei polimeri e trattamento chimico
Per poter essere filato, il polimero deve essere convertito in uno stato fluido. Pertanto, a meno che il polimero non venga fuso, viene sciolto o trattato chimicamente per formare derivati solubili o termoplastici.
In questa fase i dispositivi a ultrasuoni Hielscher assistere e accelerare il processo di dissoluzione, così come il interazione chimica con i reagenti. A tal fine, le particelle di polimero solido sono sospese nel solvente o nell'acido. Questa miscela viene pompata attraverso un reattore a ultrasuoni o trattata in un serbatoio agitato con sonde a ultrasuoni, dove le particelle si dissolvono rapidamente grazie all'elevato taglio cavitazionale. In questo modo si ottiene una soluzione polimerica omogenea e uniforme. Il video seguente mostra una dimostrazione della dissoluzione a ultrasuoni con un ultrasuonatore a sonda (UP200St).
Degassificazione della soluzione polimerica
Le soluzioni di polimeri viscosi, come la poli(p-fenilene tereftalamide) (PPTA), in acido solforico concentrato sono viscose e spesso non newtoniane. Le soluzioni richiedono degassificazione per garantire la continuità delle fibre in uscita dalla centrifuga. Quando gli ultrasuoni vengono applicati per la miscelazione, l'omogeneizzazione o la dissoluzione, favoriscono il degassamento. Il video qui sotto mostra la degassificazione/disaerazione dell'olio (in tempo reale).
Pulizia della centrifuga a ultrasuoni
Uno Spinneret è una piastra a più fori attraverso la quale viene estruso un fluido polimerico per formare fibre sintetiche continue. Quando esce dai piccoli orifizi della filiera di estrusione, il fluido polimerico viscoso inizia a solidificarsi e le singole catene polimeriche tendono ad allinearsi nella fibra a causa del flusso viscoso. A questo punto, il polimero solido può iniziare ad accumularsi in corrispondenza e all'interno dell'uscita dell'orifizio fine, causando un rallentamento del flusso e, infine, l'ostruzione del canale della matrice.
Per l'acetato, il triacetato, l'acrilico, il modacrilico, il polibenzimidazolo, lo spandex o il vinyon, il solvente utilizzato per sciogliere il polimero può essere utilizzato anche per la pulizia. In questo caso, il taglio cavitazionale premerà il solvente negli orifizi e favorirà la dissoluzione.
Per i polimeri di filatura fusa, come il nylon, l'olefina, il poliestere, il saran o il sulfar, il trattamento termico prima della sonicazione può contribuire a rendere il polimero più fragile. Questo processo, chiamato burnout del forno, riduce il polimero indurito in cenere. Per la pulizia, è possibile utilizzare acqua (con un massimo del 25% di acido fosforico) o olio come semplice fluido di accoppiamento tra la sonda a ultrasuoni e lo spinneret.
La sonicazione a sonda è molto più intensa rispetto alle vasche di pulizia e le onde soniche sono dirette direttamente verso le uscite dei canali dello spinneret. Ciò consente di ottenere una pulizia più profonda e più rapida. Per i canali singoli e i pori, si consiglia di utilizzare la sonda UP100H con punta MS2 appuntita. Si tratta di un dispositivo a ultrasuoni conveniente per il funzionamento a mano o su supporto. Per gli spinneret a più pori o le piastre di estrusione, il dispositivo UIP1000hdT con una sonda speciale di 100 mm di diametro.
Polimerizzazione assistita da ultrasuoni
Per i processi di filatura diretta, le sonde a ultrasuoni Hielscher aiutano l'interazione tra i reagenti e/o i catalizzatori durante la formulazione e la polimerizzazione del polimero, ad esempio il poliestere.
Trattamento del gel a ultrasuoni
Per la filatura di gel (ad esempio, polietilene, aramide), i reattori a ultrasuoni possono essere utilizzati per la formulazione del gel e per l'assottigliamento a taglio del gel prima dell'estrusione. Il taglio cavitazionale determina una temporanea minore interazione tra le catene polimeriche. Ciò provoca una diminuzione della viscosità – che richiede una pressione minore, consentendo di produrre filamenti più fini o di aumentare la produttività dell'estrusione.
Dispersione dei nanomateriali
I reattori a ultrasuoni Hielscher sono un mezzo efficace per la dispersione di nano materiali, come ad esempio nanotubi di carbonio, ossidi metallici o pigmenti. La cavitazione a ultrasuoni rompe gli agglomerati e disperde le particelle in modo omogeneo.