Ultrazvuk pri zvlákňovaní polymérnych vlákien

Zvlákňovanie polymérnych vlákien na použitie v textíliách a tkaninách je špecializovaná forma extrúzie, pri ktorej sa pomocou zvlákňovacej dýzy vytvára viacero kontinuálnych syntetických filamentov. Ultrazvuk možno použiť pri rôznych spôsoboch zvlákňovania: za sucha, cez vzduchovú medzeru do zrážacieho kúpeľa, z taveniny a z gélu. Medzi ultrazvukové aplikácie patrí čistenie zvlákňovacích dýz, miešanie, rozpúšťanie, polymerizácia a znižovanie viskozity šmykom.

Rozpúšťanie polymérov a chemická úprava

Aby sa polymér mohol zvlákňovať, musí sa previesť do tekutého stavu. Preto sa polymér, pokiaľ sa neroztaví, rozpúšťa alebo chemicky upravuje tak, aby vznikli rozpustné alebo termoplastické deriváty.

V tejto fáze ultrazvukové zariadenia Hielscher podporujú a urýchľujú proces rozpúšťania, ako aj chemickú interakciu s reakčnými činidlami. Na tento účel sa pevné častice polyméru suspendujú v rozpúšťadle alebo kyseline. Táto zmes sa buď čerpá cez ultrazvukový reaktor, alebo sa spracúva v miešanej nádrži s ultrazvukovými sondami, kde sa častice rýchlo rozpúšťajú pôsobením vysokého kavitačného šmyku. Vzniká tak homogénny a rovnomerný roztok polyméru. V nasledujúcom videu si pozrite ukážku ultrazvukového rozpúšťania pomocou sondového ultrazvukového zariadenia (UP200St).

Toto video ukazuje rýchly proces ultrazvukového rozpúšťania želé cukríka. Ultrazvuková homogenizácia a rozpúšťanie predstavujú rýchly a spoľahlivý spôsob prípravy vzoriek všetkých veľkostí.

Ultrazvukové čistenie zvlákňovacích dýz

Zvlákňovacia dýza je doska s viacerými otvormi, cez ktorú sa vytláča polymérna kvapalina na vytvorenie kontinuálnych syntetických vlákien. Pri výstupe z malých otvorov extrúznej dýzy začína viskózna polymérna kvapalina tuhnúť a jednotlivé polymérne reťazce majú v dôsledku viskózneho toku tendenciu orientovať sa vo vlákne. V tomto bode sa môže na výstupe z jemného otvoru a v jeho vnútri začať hromadiť pevný polymér, čo vedie k spomaleniu toku a napokon k upchatiu kanálika v doske dýzy.

Čistenie dosiek na extrúziu vlákien od pevného polyméru je náročná úloha, pretože jednotlivé kanáliky majú zvyčajne veľmi malý priemer. Ultrazvukové sondy Hielscher sa používajú na vystavenie dosiek dýz na extrúziu polymérnych vlákien intenzívnym kavitačným prúdom kvapaliny, ktoré sú dostatočne silné na odstránenie pevného polyméru a nečistôt – zároveň však dostatočne šetrné, aby nepoškodili jemnú geometriu kapilár zvlákňovacej dýzy. Táto šetrnosť je významnou výhodou v porovnaní s čistiacimi ihlami, drôtmi alebo vrtákmi. Hoci čistiace ihly sú jemné nástroje vytvorené na čistenie kapilár malých rozmerov, opakované čistenie poškodzuje rozmery, tvar a hladkosť kapilár. Napokon aj čas potrebný na čistenie viackanálových zvlákňovacích dýz predstavuje významný nákladový faktor.

Pri acetáte, triacetáte, akryle, modakryle, polybenzimidazole, spandexe alebo vinyone možno rozpúšťadlo používané na rozpúšťanie polyméru použiť aj na čistenie. V tomto prípade kavitačný šmyk vtlačí rozpúšťadlo do otvorov a podporí rozpúšťanie.

Pri polyméroch zvlákňovaných z taveniny, ako sú nylon, olefín, polyester, saran alebo sulfar, môže tepelná úprava pred sonikáciou pomôcť zvýšiť krehkosť polyméru. Tento proces, nazývaný vypaľovanie v peci, premieňa stvrdnutý polymér na popol. Na čistenie možno použiť vodu (s obsahom až 25wt% kyseliny fosforečnej) alebo olej ako jednoduchú kvapalinu na prenos ultrazvuku medzi ultrazvukovou sondou a zvlákňovacou dýzou.
Sonikácia pomocou sondy je oveľa intenzívnejšia než čistenie v čistiacich vaniach a zvukové vlny smerujú priamo k výstupom kanálikov zvlákňovacej dýzy. Výsledkom je hlbšie a rýchlejšie čistenie. Pri jednotlivých kanálikoch a póroch odporúčame používať UP100H so zahroteným hrotom MS2. Ide o cenovo výhodné ultrazvukové zariadenie na prevádzku pri držaní v ruke alebo pri upevnení na stojane. Pre zvlákňovacie dýzy s viacerými pórmi alebo dosky extrúznych dýz je určený UIP1000hdT so špeciálnou sondou s priemerom 100mm.