Ultrasoontechnologie voor het spinnen van polymeervezels

Het spinnen van polymeervezels voor gebruik in textiel en stoffen is een gespecialiseerde vorm van extrusie waarbij een spindop wordt gebruikt om meerdere continue synthetische filamenten te vormen. Ultrasoontechnologie kan worden gebruikt voor verschillende soorten spinnen: droogspinnen, natspinnen met een straal, smeltspinnen en gelspinnen. Ultrasone toepassingen omvatten reiniging van spindoppen, mengen, oplossen, polymerisatie en afschuifverdunning.

Oplossen van polymeren en chemische behandeling

Om het polymeer te kunnen spinnen, moet het in een vloeibare toestand worden gebracht. Daarom wordt het polymeer, tenzij het wordt gesmolten, opgelost of chemisch behandeld om oplosbare of thermoplastische derivaten te vormen.

In deze fase ondersteunen en versnellen ultrasone apparaten van Hielscher het oplossingsproces, evenals de chemische interactie met reagentia. Hiervoor worden vaste polymeerdeeltjes gesuspendeerd in het oplosmiddel of het zuur. Dit mengsel wordt door een ultrasone reactor gepompt of verwerkt in een geroerde tank met ultrasone sonotroden, waar de deeltjes snel oplossen door de sterke afschuiving als gevolg van cavitatie. Hierdoor ontstaat een homogene en uniforme polymeeroplossing. Bekijk de onderstaande video voor een demonstratie van ultrasoon oplossen met een ultrasonicator met sonotrode (UP200St).

Deze video demonstreert hoe snel een gelatinesnoepje ultrasoon wordt opgelost. Ultrasoon homogeniseren en oplossen is een snelle en betrouwbare manier om monsters van elke omvang voor te bereiden.

Ultrasone reiniging van spindoppen

Een spindop is een matrijsplaat met meerdere poriën waardoor een polymeervloeistof wordt geëxtrudeerd om continue synthetische vezels te vormen. Bij het verlaten van de kleine openingen van de extrusiematrijs begint de viskeuze polymeervloeistof te stollen en hebben de afzonderlijke polymeerketens door de viskeuze stroming de neiging zich in de vezel uit te lijnen. Op dit punt kan vast polymeer zich bij en in de uitlaat van de fijne opening gaan ophopen, wat leidt tot een tragere stroming en uiteindelijk tot een verstopt kanaal in de matrijsplaat.

Het verwijderen van vast polymeer uit vezelextrusieplaten is een moeilijke taak, omdat de afzonderlijke kanalen doorgaans een zeer kleine diameter hebben. Ultrasone sonotroden van Hielscher worden gebruikt om extrusiematrijsplaten voor polymeervezels bloot te stellen aan intense vloeistofstralen die door cavitatie ontstaan. Deze zijn sterk genoeg om het vaste polymeer en de verontreinigingen te verwijderen – maar mild genoeg om de delicate geometrie van de capillairen van de spindop niet te beschadigen. Dat laatste is een groot voordeel ten opzichte van reinigingsnaalden, draden of boren. Hoewel reinigingsnaalden fijne gereedschappen zijn die zijn ontworpen om kleine capillairen te reinigen, tast herhaaldelijk reinigen de afmetingen, vorm en gladheid van de capillairen aan. Tot slot is ook de tijd die nodig is om spindoppen met meerdere kanalen te reinigen een aanzienlijke kostenfactor.

Voor acetaat, triacetaat, acryl, modacryl, polybenzimidazool, spandex of vinyon kan het oplosmiddel dat wordt gebruikt om het polymeer op te lossen ook voor reiniging worden gebruikt. In dit geval drukt de afschuiving door cavitatie het oplosmiddel in de openingen en bevordert deze het oplossen.

Voor polymeren die door smeltspinnen worden verwerkt, zoals nylon, olefine, polyester, saran of sulfar, kan een warmtebehandeling vóór de sonicatie helpen om het polymeer brosser te maken. Dit proces, dat uitbranden in een oven wordt genoemd, reduceert het uitgeharde polymeer tot as. Voor de reiniging kan water (met maximaal 25wt% fosforzuur) of olie worden gebruikt als eenvoudige koppelvloeistof tussen de ultrasone sonotrode en de spindop.
Sonicatie met een sonotrode is veel intenser dan reiniging in reinigingstanks en de geluidsgolven worden rechtstreeks op de uitlaten van de spindopkanalen gericht. Dit resulteert in een diepere en snellere reiniging. Voor afzonderlijke kanalen en poriën adviseren wij het gebruik van de UP100H met de puntige tip MS2. Dit is een kosteneffectief ultrasoon apparaat voor gebruik met de hand of gemonteerd op een statief. Voor spindoppen met meerdere poriën of extrusiematrijsplaten, de UIP1000hdT met een speciale sonotrode met een diameter van 100mm.