Ultradźwięki w przędzeniu włókien polimerowych

Przędzenie włókien polimerowych przeznaczonych do wyrobów tekstylnych i tkanin jest wyspecjalizowaną formą wytłaczania, w której wykorzystuje się dyszę przędzalniczą do formowania wielu ciągłych włókien syntetycznych. Ultradźwięki można stosować w różnych metodach przędzenia: na sucho, z mokrym strumieniem, ze stopu i z żelu. Zastosowania ultradźwięków obejmują czyszczenie dysz przędzalniczych, mieszanie, rozpuszczanie, polimeryzację i rozrzedzanie ścinaniem.

Rozpuszczanie i obróbka chemiczna polimerów

Aby polimer można było prząść, należy przekształcić go w stan płynny. Dlatego, jeśli polimer nie jest stapiany, rozpuszcza się go lub poddaje obróbce chemicznej w celu uzyskania rozpuszczalnych lub termoplastycznych pochodnych.

Na tym etapie urządzenia ultradźwiękowe Hielscher wspomagają i przyspieszają proces rozpuszczania, a także oddziaływania chemiczne z reagentami. W tym celu stałe cząstki polimeru zawiesza się w rozpuszczalniku lub kwasie. Mieszanina ta jest albo pompowana przez reaktor ultradźwiękowy, albo przetwarzana w zbiorniku z mieszadłem i sondami ultradźwiękowymi, gdzie cząstki szybko się rozpuszczają wskutek intensywnego ścinania kawitacyjnego. Powstaje w ten sposób jednorodny i równomierny roztwór polimeru. Poniższy film przedstawia demonstrację rozpuszczania ultradźwiękowego z użyciem sonikatora sondowego (UP200St).

Film przedstawia szybki proces ultradźwiękowego rozpuszczania żelka. Homogenizacja i rozpuszczanie ultradźwiękowe to szybkie i niezawodne sposoby przygotowywania próbek o dowolnej wielkości.

Ultradźwiękowe czyszczenie dysz przędzalniczych

Dysza przędzalnicza to wielootworowa płyta dyszowa, przez którą wytłacza się płynny polimer w celu utworzenia ciągłych włókien syntetycznych. Przy opuszczaniu małych otworów dyszy wytłaczającej lepki płyn polimerowy zaczyna zestalać się, a poszczególne łańcuchy polimeru mają tendencję do układania się wzdłuż włókna wskutek przepływu lepkiego. W tym momencie stały polimer może zacząć gromadzić się przy wylocie drobnego otworu i w jego wnętrzu, co prowadzi do spowolnienia przepływu, a ostatecznie do zablokowania kanału płyty dyszowej.

Usuwanie stałego polimeru z płyt dyszowych do wytłaczania włókien jest trudnym zadaniem, ponieważ poszczególne kanały mają zazwyczaj bardzo małą średnicę. Sondy ultradźwiękowe Hielscher wykorzystuje się do poddawania płyt dyszowych do wytłaczania włókien polimerowych działaniu intensywnych kawitacyjnych strumieni cieczy, które są wystarczająco silne, aby usunąć stały polimer i zanieczyszczenia – a jednocześnie wystarczająco łagodne, aby nie uszkodzić delikatnej geometrii kapilar dyszy przędzalniczej. Ta ostatnia cecha stanowi istotną zaletę w porównaniu z igłami czyszczącymi, drutami lub wiertłami. Chociaż igły czyszczące są precyzyjnymi narzędziami przeznaczonymi do czyszczenia kapilar o małych wymiarach, wielokrotne czyszczenie narusza wymiary, kształt i gładkość kapilar. Ponadto czas potrzebny na czyszczenie wielokanałowych dysz przędzalniczych również stanowi istotny czynnik kosztowy.

W przypadku włókien octanowych, trójoctanowych, akrylowych, modakrylowych, polibenzimidazolowych, spandex lub vinyon rozpuszczalnik stosowany do rozpuszczania polimeru może być również używany do czyszczenia. W takim przypadku ścinanie kawitacyjne wtłacza rozpuszczalnik do otworów i wspomaga rozpuszczanie.

W przypadku polimerów przędzonych ze stopu, takich jak nylon, olefina, poliester, saran lub sulfar, obróbka cieplna przed sonikacją może pomóc zwiększyć kruchość polimeru. Proces ten, zwany wypalaniem w piecu, zamienia utwardzony polimer w popiół. Do czyszczenia można stosować wodę (z dodatkiem do 25wt% kwasu fosforowego) lub olej jako prostą ciecz sprzęgającą między sondą ultradźwiękową a dyszą przędzalniczą.
Sonikacja sondowa jest znacznie intensywniejsza niż czyszczenie w zbiornikach, a fale dźwiękowe są kierowane bezpośrednio na wyloty kanałów dyszy przędzalniczej. Zapewnia to głębsze i szybsze czyszczenie. W przypadku pojedynczych kanałów i otworów zalecamy stosowanie urządzenia UP100H ze spiczastą końcówką MS2. Jest to ekonomiczne urządzenie ultradźwiękowe do pracy ręcznej lub po zamontowaniu na statywie. W przypadku wielootworowych dysz przędzalniczych lub płyt dyszowych do wytłaczania – UIP1000hdT ze specjalną sondą o średnicy 100mm.