ポリマー繊維の紡糸における超音波の利用

織物や布地に使用するポリマー繊維の紡糸は、紡糸口金を使用して複数の連続した合成フィラメントを形成する、特殊な押出成形法です。超音波は、乾式紡糸、湿式ジェット紡糸、溶融紡糸、ゲル紡糸など、さまざまな紡糸方式に利用できます。超音波の用途には、 紡糸口金の洗浄, 混合, 溶解, 重合 および せん断薄化が含まれます.

ポリマーの溶解と化学処理

ポリマーを紡糸するには、流動状態にする必要があります。そのため、ポリマーを溶融する場合を除き、溶解または化学処理によって、可溶性または熱可塑性の誘導体を形成します。

この段階で、Hielscherの超音波装置は 溶解プロセスを支援し、促進するとともに、 試薬との化学的相互作用も支援し、促進します。このために、固体のポリマー粒子を溶媒または酸に懸濁させます。この混合物を超音波リアクターにポンプで送液するか、超音波プローブを備えた撹拌槽で処理すると、キャビテーションによる強いせん断によって粒子が急速に溶解します。これにより、均質で均一なポリマー溶液が得られます。下の動画で、プローブ型超音波装置を使用した超音波溶解の実演をご覧ください（UP200St).

この動画では、人形型グミを超音波で迅速に溶解する工程を実演します。超音波による均質化と溶解は、あらゆる規模の試料を迅速かつ確実に調製する方法です。

超音波による紡糸口金の洗浄

紡糸口金は、多数の孔を持つダイプレートで、ポリマー流体をこれらの孔から押し出して連続した合成繊維を形成します。押出ダイの小さな孔から出ると、粘性のあるポリマー流体は固化し始め、粘性流動によって個々のポリマー鎖が繊維内で配向する傾向があります。この時点で、微細な孔の出口およびその内部に固体ポリマーが堆積し始めることがあり、流れが遅くなり、最終的にはダイプレートの流路が閉塞します。

繊維用押出プレートから固体ポリマーを除去する洗浄は、個々の流路の直径が通常非常に小さいため、困難な作業です。Hielscherの超音波プローブは、ポリマー繊維用押出ダイプレートに強力なキャビテーション液体ジェットを作用させるために使用されます。このジェットは、固体ポリマーや不純物を除去できるほど強力でありながら、紡糸口金の毛細孔の繊細な形状を損なわないほど穏やかです。後者は、洗浄針、ワイヤー、ドリルによる洗浄と比較した場合の大きな利点です。洗浄針は、微細な毛細孔を洗浄するために作られた精密な工具ですが、洗浄を繰り返すと、毛細孔の寸法、形状、平滑性が損なわれます。また、多数の流路を持つ紡糸口金の洗浄に必要な時間も、重要なコスト要因です。

アセテート、トリアセテート、アクリル、モダクリル、ポリベンゾイミダゾール、スパンデックス、ビニヨンでは、ポリマーの溶解に用いる溶媒を洗浄にも使用できます。この場合、キャビテーションによるせん断が溶媒を孔内に押し込み、溶解を促進します。

ナイロン、オレフィン、ポリエステル、サラン、スルファーなどの溶融紡糸用ポリマーでは、超音波処理前の熱処理によってポリマーがより脆くなる場合があります。オーブン焼却と呼ばれるこのプロセスは、硬化したポリマーを灰にします。洗浄には、水（最大25wt%のリン酸を含む）または油を、超音波プローブと紡糸口金の間で超音波を伝達する単純な結合液として使用できます。
プローブ型の超音波処理は、洗浄槽による処理よりもはるかに強力で、音波は紡糸口金の流路出口に直接向けられます。これにより、より深部まで、より速く洗浄できます。単一の流路や孔には、 先端が尖ったMS2チップを備えたUP100Hの使用を推奨します。これは、手持ち式またはスタンド固定式で操作できる、費用対効果の高い超音波装置です。多孔の紡糸口金や押出ダイプレートには、 直径100mmの特殊プローブを備えたUIP1000hdT.