Ультразвук для формования полимерных волокон

Формование полимерных волокон для использования в текстильных изделиях и тканях представляет собой специализированную разновидность экструзии, при которой с помощью фильеры получают множество непрерывных синтетических нитей. Ультразвук можно использовать для различных видов формования: сухого, мокрого струйного, из расплава и гелевого. Применение ультразвука включает очистку фильер, смешивание, растворение, полимеризацию и снижение вязкости при сдвиге.

Растворение полимеров и химическая обработка

Для формования волокон полимер необходимо перевести в текучее состояние. Поэтому, если полимер не расплавляют, его растворяют или подвергают химической обработке для получения растворимых или термопластичных производных.

На этом этапе ультразвуковые устройства Hielscher способствуют процессу растворения и ускоряют его, а также способствуют химическому взаимодействию с реагентами и ускоряют его. Для этого твердые частицы полимера суспендируют в растворителе или кислоте. Эту смесь либо прокачивают через ультразвуковой реактор, либо обрабатывают в резервуаре с мешалкой и ультразвуковыми сонотродами, где частицы быстро растворяются благодаря интенсивному кавитационному сдвигу. В результате образуется гомогенный и однородный раствор полимера. В представленном ниже видео показано ультразвуковое растворение с использованием ультразвукового устройства зондового типа (UP200St).

В этом видео показано быстрое растворение мармеладной конфеты с помощью ультразвука. Ультразвуковая гомогенизация и растворение – быстрый и надёжный способ подготовки проб любого объёма.

Ультразвуковая очистка фильер

Фильера представляет собой пластину с множеством отверстий, через которую экструдируют текучий полимер для получения непрерывных синтетических волокон. При выходе из небольших отверстий экструзионной фильеры вязкий текучий полимер начинает затвердевать, а отдельные полимерные цепи под действием вязкого течения стремятся ориентироваться вдоль волокна. На этом этапе твердый полимер может начать накапливаться у выхода из узкого отверстия и внутри его выходной части, что приводит к замедлению течения и в конечном итоге к закупорке канала фильеры.

Очистка фильер для экструзии волокон от твердого полимера представляет собой сложную задачу, поскольку отдельные каналы обычно имеют очень малый диаметр. Ультразвуковые сонотроды Hielscher используют для воздействия на фильеры для экструзии полимерных волокон интенсивными кавитационными струями жидкости, достаточно мощными для удаления твердого полимера и загрязнений – и при этом достаточно щадящими, чтобы не повредить тонкую геометрию капилляров фильеры. Последнее является существенным преимуществом по сравнению с очисткой иглами, проволокой или сверлами. Хотя иглы для очистки представляют собой тонкие инструменты, предназначенные для очистки капилляров малых размеров, многократная очистка нарушает размеры, форму и гладкость капилляров. Наконец, время, необходимое для очистки многоканальных фильер, также является существенным фактором затрат.

Для ацетата, триацетата, акрила, модакрила, полибензимидазола, спандекса или виньона растворитель, используемый для растворения полимера, можно также использовать для очистки. В этом случае кавитационный сдвиг будет проталкивать растворитель в отверстия и способствовать растворению.

Для полимеров, формуемых из расплава, таких как нейлон, олефин, полиэстер, саран или сулфар, термообработка перед обработкой ультразвуком может помочь сделать полимер более хрупким. Этот процесс, называемый выжиганием в печи, превращает затвердевший полимер в золу. Для очистки в качестве простой жидкости для передачи ультразвуковой энергии между сонотродом и фильерой можно использовать воду (с содержанием фосфорной кислоты до 25wt%) или масло.
Обработка ультразвуком с помощью сонотрода значительно интенсивнее обработки в очистных ваннах, а звуковые волны направлены непосредственно на выходные отверстия каналов фильеры. Это обеспечивает более глубокую и быструю очистку. Для отдельных каналов и пор мы рекомендуем использовать UP100H с заостренным наконечником MS2. Это экономичное ультразвуковое устройство для работы вручную или с установкой на штативе. Для фильер с множеством отверстий или экструзионных фильер – UIP1000hdT со специальным сонотродом диаметром 100mm.