고분자 섬유 방사를 위한 초음파 기술

직물과 원단에 사용되는 고분자 섬유의 방사는 방사구를 사용하여 여러 가닥의 연속 합성 필라멘트를 형성하는 특수한 압출 방식입니다. 초음파는 건식, 제트 습식, 용융 및 겔 방사 등 다양한 방사 방식에 사용할 수 있습니다. 초음파 응용 분야에는 방사구 세척, 혼합, 용해, 중합 및 전단 박화가 포함됩니다.

고분자 용해 및 화학 처리

고분자를 방사하려면 유동 상태로 전환해야 합니다. 따라서 고분자를 용융시키는 경우를 제외하면, 고분자를 용해하거나 화학적으로 처리하여 가용성 또는 열가소성 유도체를 형성합니다.

이 단계에서 Hielscher 초음파 장치는 용해 과정을 지원하고 가속하며, 또한 시약과의 화학적 상호작용도 지원하고 가속합니다. 이를 위해 고체 고분자 입자를 용매 또는 산에 현탁시킵니다. 이 혼합물을 펌프로 초음파 반응기에 통과시키거나 초음파 프로브가 장착된 교반 탱크에서 처리하면, 강한 캐비테이션 전단 작용으로 입자가 빠르게 용해됩니다. 이를 통해 균질하고 균일한 고분자 용액이 만들어집니다. 프로브형 초음파 장치로 초음파 용해를 시연하는 아래 동영상을 확인해 보십시오(UP200St).

이 영상에서는 초음파로 사람 모양 젤리를 빠르게 용해하는 과정을 보여줍니다. 초음파 균질화와 용해는 모든 규모의 시료를 신속하고 신뢰성 있게 전처리하는 방법입니다.

초음파 방사구 세척

방사구는 고분자 유체를 압출하여 연속 합성 섬유를 형성하는 다공 다이 플레이트입니다. 점성 고분자 유체는 압출 다이의 작은 구멍을 빠져나오면서 고화되기 시작하며, 점성 유동으로 인해 개별 고분자 사슬이 섬유 내부에서 정렬되는 경향이 있습니다. 이때 미세 구멍의 출구와 그 내부에 고체 고분자가 쌓이기 시작하여 유동이 느려지고, 결국 다이 플레이트의 유로가 막힐 수 있습니다.

섬유 압출 플레이트의 개별 유로는 일반적으로 직경이 매우 작기 때문에 고체 고분자를 제거하는 작업이 어렵습니다. Hielscher 초음파 프로브는 고분자 섬유 압출 다이 플레이트에 강력한 캐비테이션 액체 제트를 가하는 데 사용됩니다. 이 제트는 고체 고분자와 불순물을 제거할 만큼 강하면서도 – 방사구 모세관의 섬세한 형상을 손상시키지 않을 만큼 부드럽습니다. 후자는 세척용 바늘, 와이어 또는 드릴과 비교할 때 큰 장점입니다. 세척용 바늘은 작은 모세관을 세척하도록 제작된 정밀한 도구이지만, 반복해서 세척하면 모세관의 크기, 형상 및 매끄러움이 손상됩니다. 또한 다중 유로 방사구를 세척하는 데 필요한 시간도 상당한 비용 요인입니다.

아세테이트, 트리아세테이트, 아크릴, 모다크릴, 폴리벤즈이미다졸, 스판덱스 또는 비니온의 경우, 고분자를 용해하는 데 사용하는 용매를 세척에도 사용할 수 있습니다. 이 경우 캐비테이션 전단 작용이 용매를 구멍 안으로 밀어 넣어 용해를 촉진합니다.

나일론, 올레핀, 폴리에스터, 사란 또는 설파와 같은 용융 방사용 고분자는 초음파 처리 전에 열처리를 하면 더 쉽게 부서지는 상태가 되는 데 도움이 될 수 있습니다. 오븐 소각이라고 하는 이 공정은 경화된 고분자를 재로 만듭니다. 세척에는 물(최대 25wt%의 인산 함유) 또는 오일을 초음파 프로브와 방사구 사이의 단순한 전달 유체로 사용할 수 있습니다.
프로브형 초음파 처리는 세척조를 이용한 처리보다 훨씬 강력하며, 음파가 방사구 유로 출구를 직접 향하도록 전달됩니다. 이를 통해 더 깊고 빠르게 세척할 수 있습니다. 단일 유로와 기공에는 끝이 뾰족한 MS2 팁이 장착된 UP100H의 사용을 권장합니다. 이 장치는 손에 들거나 스탠드에 장착하여 작동할 수 있는 비용 효율적인 초음파 장치입니다. 다공 방사구 또는 압출 다이 플레이트에는 직경 100mm의 특수 프로브가 장착된 UIP1000hdT.