Ultrassons para a fiação de fibras poliméricas

A fiação de fibras poliméricas para utilização em têxteis e tecidos é uma forma especializada de extrusão que utiliza uma fieira para formar múltiplos filamentos sintéticos contínuos. Os ultrassons podem ser utilizados em vários tipos de fiação: a seco, por jato húmido, por fusão e em gel. As aplicações ultrassónicas incluem limpeza de fieiras, mistura, dissolução, polimerização e redução da viscosidade por cisalhamento.

Dissolução de polímeros e tratamento químico

Para que o polímero possa ser fiado, tem de ser convertido num estado fluido. Por conseguinte, a menos que o polímero seja fundido, é dissolvido ou tratado quimicamente para formar derivados solúveis ou termoplásticos.

Nesta fase, os dispositivos ultrassónicos Hielscher auxiliam e aceleram o processo de dissolução, bem como a interação química com os reagentes. Para tal, as partículas sólidas de polímero são suspensas no solvente ou no ácido. Esta mistura é bombeada através de um reator ultrassónico ou processada num tanque agitado com sondas ultrassónicas, onde as partículas se dissolvem rapidamente devido ao elevado cisalhamento cavitacional. Isto cria uma solução polimérica homogénea e uniforme. Veja o vídeo abaixo para uma demonstração de dissolução ultrassónica utilizando um sonicador do tipo sonda (UP200St).

Este vídeo demonstra o processo rápido de dissolução de uma goma por ultrassons. A homogeneização e a dissolução por ultrassons são métodos rápidos e fiáveis para preparar amostras de todas as dimensões.

Limpeza ultrassónica de fieiras

Uma fieira é uma placa de extrusão com múltiplos poros através da qual um fluido polimérico é extrudido para formar fibras sintéticas contínuas. Ao sair dos pequenos orifícios da matriz de extrusão, o fluido polimérico viscoso começa a solidificar e as cadeias poliméricas individuais tendem a alinhar-se na fibra devido ao escoamento viscoso. Neste ponto, o polímero sólido pode começar a acumular-se à saída e no interior da saída do orifício fino, resultando num escoamento mais lento e, eventualmente, na obstrução de um canal da placa de extrusão.

Remover polímero sólido das placas de extrusão de fibras é uma tarefa difícil, pois os canais individuais têm normalmente um diâmetro muito pequeno. As sondas ultrassónicas Hielscher são utilizadas para expor as placas de extrusão de fibras poliméricas a jatos intensos de líquido gerados por cavitação, suficientemente fortes para remover o polímero sólido e as impurezas – mas suficientemente suaves para não danificar a geometria delicada dos capilares da fieira. Este último aspeto constitui uma grande vantagem em comparação com agulhas, arames ou brocas de limpeza. Embora as agulhas de limpeza sejam ferramentas finas, concebidas para limpar capilares de pequenas dimensões, a limpeza repetida danifica as dimensões, a forma e a lisura dos capilares. Por fim, o tempo necessário para limpar fieiras com múltiplos canais também é um fator de custo significativo.

No caso do acetato, triacetato, acrílico, modacrílico, polibenzimidazol, spandex ou vinyon, o solvente utilizado para dissolver o polímero também pode ser utilizado para a limpeza. Neste caso, o cisalhamento cavitacional forçará o solvente a entrar nos orifícios e promoverá a dissolução.

No caso dos polímeros fiados por fusão, como nylon, olefina, poliéster, saran ou sulfar, o tratamento térmico antes da sonicação pode ajudar a tornar o polímero mais quebradiço. Este processo, denominado queima em forno, reduz o polímero endurecido a cinzas. Para a limpeza, pode utilizar-se água (com até 25wt% de ácido fosfórico) ou óleo como um simples fluido de acoplamento entre a sonda ultrassónica e a fieira.
A sonicação do tipo sonda é muito mais intensa do que a limpeza em tanques, e as ondas sonoras são dirigidas diretamente para as saídas dos canais da fieira. Isto resulta numa limpeza mais profunda e mais rápida. Para canais e poros individuais, recomendamos a utilização do UP100H com a ponta pontiaguda MS2. Este é um dispositivo ultrassónico económico para utilização manual ou montado num suporte. Para fieiras com múltiplos poros ou placas de extrusão, o UIP1000hdT com uma sonda especial de 100mm de diâmetro.