Ultrazvok za predenje polimernih vlaken

Predenje polimernih vlaken za uporabo v tekstilu in tkaninah je posebna oblika ekstrudiranja, pri kateri se s predilno šobo oblikuje več neprekinjenih sintetičnih filamentov. Ultrazvok se lahko uporablja pri različnih vrstah predenja: suhem predenju, predenju z mokrim curkom, predenju iz taline in predenju iz gela. Ultrazvočne uporabe vključujejo čiščenje predilnih šob, mešanje, raztapljanje, polimerizacijo in strižno redčenje.

Raztapljanje polimerov in kemijska obdelava

Da bi polimer lahko predli, ga je treba pretvoriti v tekoče stanje. Če polimera ne stalimo, ga zato raztopimo ali kemijsko obdelamo, da nastanejo topni ali termoplastični derivati.

Na tej stopnji ultrazvočne naprave Hielscher podpirajo in pospešujejo proces raztapljanja, pa tudi kemijsko interakcijo z reagenti. V ta namen se trdni polimerni delci suspendirajo v topilu ali kislini. Ta zmes se bodisi črpa skozi ultrazvočni reaktor bodisi obdeluje v posodi z mešalom in ultrazvočnimi sondami, kjer se delci zaradi močnega kavitacijskega striga hitro raztopijo. Tako nastane homogena in enakomerna polimerna raztopina. V spodnjem videoposnetku si oglejte prikaz ultrazvočnega raztapljanja z ultrazvočno napravo s sondo (UP200St).

Videoposnetek prikazuje hiter postopek ultrazvočnega raztapljanja žele bonbona. Ultrazvočna homogenizacija in raztapljanje sta hiter in zanesljiv način priprave vzorcev vseh velikosti.

Ultrazvočno čiščenje predilnih šob

Predilna šoba je plošča s številnimi odprtinami, skozi katero se ekstrudira polimerna tekočina, da nastanejo neprekinjena sintetična vlakna. Ob izstopu iz majhnih odprtin ekstrudijske šobe se viskozna polimerna tekočina začne strjevati, posamezne polimerne verige pa se zaradi viskoznega toka praviloma poravnavajo vzdolž vlakna. Na tej točki se lahko trdni polimer začne nabirati na izhodu drobne odprtine in v njem, kar povzroči počasnejši tok in sčasoma zamašitev kanala v plošči šobe.

Odstranjevanje trdnega polimera s plošč šob za ekstrudiranje vlaken je zahtevno, saj imajo posamezni kanali običajno zelo majhen premer. Ultrazvočne sonde Hielscher se uporabljajo za izpostavljanje plošč šob za ekstrudiranje polimernih vlaken intenzivnim kavitacijskim curkom tekočine, ki so dovolj močni, da odstranijo trdni polimer in nečistoče – vendar dovolj blagi, da ne poškodujejo občutljive geometrije kapilar predilne šobe. Slednje je velika prednost v primerjavi s čistilnimi iglami, žicami ali svedri. Čeprav so čistilne igle fina orodja, izdelana za čiščenje kapilar majhnih dimenzij, ponavljajoče se čiščenje poškoduje kapilare ter spremeni njihovo velikost, obliko in gladkost. Poleg tega je tudi čas, potreben za čiščenje predilnih šob z več kanali, pomemben dejavnik stroškov.

Pri acetatu, triacetatu, akrilu, modakrilu, polibenzimidazolu, elastanu ali vinjonu se lahko topilo, ki se uporablja za raztapljanje polimera, uporablja tudi za čiščenje. V tem primeru kavitacijski strig potisne topilo v odprtine in pospeši raztapljanje.

Pri polimerih za predenje iz taline, kot so najlon, olefin, poliester, saran ali sulfar, lahko toplotna obdelava pred sonikacijo pomaga povečati krhkost polimera. Ta postopek, imenovan izžiganje v peči, spremeni strjeni polimer v pepel. Za čiščenje se lahko voda (z do 25wt% fosforne kisline) ali olje uporablja kot preprosta tekočina za prenos ultrazvočne energije med ultrazvočno sondo in predilno šobo.
Sonikacija s sondo je veliko intenzivnejša od čiščenja v čistilnih kadeh, zvočni valovi pa so usmerjeni neposredno proti izhodom kanalov predilne šobe. To omogoča globlje in hitrejše čiščenje. Za posamezne kanale in pore priporočamo uporabo UP100H s koničasto konico MS2. To je stroškovno učinkovita ultrazvočna naprava za ročno uporabo ali uporabo na stojalu. Za predilne šobe z več porami ali plošče ekstrudijskih šob pa UIP1000hdT s posebno sondo premera 100mm.