Ultraskaņa polimēru šķiedru vērpšanai

Tekstilizstrādājumiem un audumiem paredzētu polimēru šķiedru vērpšana ir specializēts ekstrūzijas veids, kurā izmanto filjeru, lai veidotu vairākus nepārtrauktus sintētiskus pavedienus. Ultraskaņu var izmantot dažādiem vērpšanas veidiem: sausajai vērpšanai, strūklas slapjajai vērpšanai, vērpšanai no kausējuma un gela vērpšanai. Ultraskaņas lietojumi ietver filjeru tīrīšanu, sajaukšanu, šķīdināšanu, polimerizāciju un viskozitātes samazināšanu bīdes ietekmē.

Polimēru šķīdināšana un ķīmiskā apstrāde

Lai polimēru varētu savērpt šķiedrās, tas jāpārvērš plūstošā stāvoklī. Tādēļ, ja polimēru neizkausē, to šķīdina vai ķīmiski apstrādā, lai iegūtu šķīstošus vai termoplastiskus atvasinājumus.

Šajā posmā Hielscher ultraskaņas ierīces veicina un paātrina šķīdināšanas procesu, kā arī ķīmisko mijiedarbību ar reaģentiem. Šim nolūkam cietas polimēra daļiņas suspendē šķīdinātājā vai skābē. Šo maisījumu vai nu sūknē caur ultraskaņas reaktoru, vai apstrādā tvertnē ar maisītāju un ultraskaņas zondēm, kur daļiņas spēcīgās kavitācijas izraisītās bīdes dēļ strauji izšķīst. Tādējādi iegūst homogēnu un vienmērīgu polimēra šķīdumu. Zemāk esošajā videoklipā skatiet ultraskaņas šķīdināšanas demonstrāciju, izmantojot zondes tipa ultraskaņas ierīci (UP200St).

Šajā video demonstrēts ātrs želejkonfektes šķīdināšanas process ar ultraskaņu. Homogenizēšana un šķīdināšana ar ultraskaņu ir ātrs un uzticams veids, kā sagatavot jebkura lieluma paraugus.

Filjeru tīrīšana ar ultraskaņu

Filjera ir matricas plāksne ar daudzām porām, caur kuru ekstrudē polimēra šķidrumu, lai veidotu nepārtrauktas sintētiskas šķiedras. Izplūstot no ekstrūzijas matricas mazajām atverēm, viskozais polimēra šķidrums sāk sacietēt, un viskozās plūsmas ietekmē atsevišķās polimēra ķēdes tiecas orientēties šķiedras virzienā. Šajā brīdī cietais polimērs var sākt uzkrāties pie smalkās atveres izejas un tās iekšpusē, palēninot plūsmu un galu galā nosprostojot matricas plāksnes kanālu.

Šķiedru ekstrūzijas plākšņu attīrīšana no cietā polimēra ir sarežģīts uzdevums, jo atsevišķo kanālu diametrs parasti ir ļoti mazs. Hielscher ultraskaņas zondes izmanto, lai pakļautu polimēru šķiedru ekstrūzijas matricu plāksnes intensīvām kavitācijas radītām šķidruma strūklām, kas ir pietiekami spēcīgas, lai noņemtu cieto polimēru un piemaisījumus, – tomēr pietiekami saudzīgas, lai nesabojātu filjeras kapilāru smalko ģeometriju. Pēdējais minētais aspekts ir būtiska priekšrocība salīdzinājumā ar tīrīšanas adatām, stieplēm vai urbjiem. Lai gan tīrīšanas adatas ir smalki instrumenti, kas izgatavoti mazu kapilāru tīrīšanai, atkārtota tīrīšana nelabvēlīgi ietekmē kapilāru izmēru, formu un gludumu. Arī daudzkanālu filjeru tīrīšanai nepieciešamais laiks ir būtisks izmaksu faktors.

Acetāta, triacetāta, akrila, modakrila, polibenzimidazola, spandeksa vai vinyon gadījumā polimēra šķīdināšanai izmantoto šķīdinātāju var izmantot arī tīrīšanai. Šajā gadījumā kavitācijas izraisītā bīde iespiedīs šķīdinātāju atverēs un veicinās šķīdināšanu.

No kausējuma vērpjamiem polimēriem, piemēram, neilonam, olefīnam, poliesteram, saran vai sulfar, termiskā apstrāde pirms apstrādes ar ultraskaņu var palīdzēt padarīt polimēru trauslāku. Šajā procesā, ko sauc par izdedzināšanu krāsnī, sacietējušais polimērs tiek pārvērsts pelnos. Tīrīšanai ūdeni (ar līdz pat 25wt% fosforskābes) vai eļļu var izmantot kā vienkāršu šķidru vidi ultraskaņas enerģijas pārnesei starp ultraskaņas zondi un filjeru.
Apstrāde ar zondes tipa ultraskaņas ierīci ir daudz intensīvāka nekā tīrīšana tvertnēs, un skaņas viļņi tiek vērsti tieši uz filjeras kanālu izejām. Tas nodrošina dziļāku un ātrāku tīrīšanu. Atsevišķiem kanāliem un porām iesakām izmantot UP100H ar smailo MS2 uzgali. Tā ir izmaksu ziņā izdevīga ultraskaņas ierīce darbam, turot to rokā vai nostiprinot statīvā. Daudzporu filjerām vai ekstrūzijas matricu plāksnēm – UIP1000hdT ar īpašu zondi, kuras diametrs ir 100mm.