Ultraljud för spinning av polymerfibrer

Spinning av polymerfibrer för användning i textilier och tyger är en specialiserad form av extrudering där ett spinnmunstycke används för att bilda flera kontinuerliga syntetiska filament. Ultraljud kan användas för olika typer av spinning: torrspinning, torr-våtspinning, smältspinning och gelspinning. Ultraljudstillämpningar omfattar rengöring av spinnmunstycken, blandning, upplösning, polymerisation och skjuvförtunning.

Upplösning av polymerer och kemisk behandling

För att polymeren ska kunna spinnas måste den överföras till flytande tillstånd. Om polymeren inte smälts löses den därför upp eller behandlas kemiskt för att bilda lösliga eller termoplastiska derivat.

Hielscher ultraljudsapparater underlättar och påskyndar i detta steg upplösningsprocessen, liksom den kemiska interaktionen med reagenser. För detta suspenderas fasta polymerpartiklar i lösningsmedlet eller syran. Denna blandning pumpas antingen genom en ultraljudsreaktor eller behandlas i en omrörd tank med ultraljudssonder, där partiklarna snabbt löses upp på grund av kraftig skjuvning orsakad av kavitation. Detta skapar en homogen och enhetlig polymerlösning. Se videon nedan för en demonstration av upplösning med ultraljud med hjälp av en ultraljudsapparat av sondtyp (UP200St).

Den här videon visar hur en geléfigur snabbt löses upp med ultraljud. Homogenisering och upplösning med ultraljud är snabba och tillförlitliga metoder för beredning av prover i alla storlekar.

Rengöring av spinnmunstycken med ultraljud

Ett spinnmunstycke är en munstycksplatta med flera hål genom vilken en polymer vätska extruderas för att bilda kontinuerliga syntetiska fibrer. När den viskösa polymervätskan lämnar extruderingsmunstyckets små öppningar börjar den stelna, och de enskilda polymerkedjorna tenderar att orientera sig i fiberns riktning på grund av det viskösa flödet. Vid denna punkt kan fast polymer börja ansamlas vid och i den fina öppningens utlopp, vilket leder till ett långsammare flöde och slutligen till att en kanal i munstycksplattan blockeras.

Att rengöra fiberextruderingsplattor från fast polymer är en svår uppgift, eftersom de enskilda kanalerna vanligtvis har mycket liten diameter. Hielscher ultraljudssonder används för att utsätta munstycksplattor för extrudering av polymerfibrer för intensiva vätskestrålar som uppstår genom kavitation och är tillräckligt kraftiga för att avlägsna den fasta polymeren och föroreningar – men ändå tillräckligt skonsamma för att inte skada den känsliga geometrin hos spinnmunstyckets kapillärer. Det senare är en stor fördel jämfört med rengöringsnålar, trådar eller borrar. Även om rengöringsnålar är fina verktyg som är utformade för att rengöra kapillärer med små dimensioner, skadar upprepad rengöring kapillärernas dimensioner, form och ytjämnhet. Slutligen är även den tid som krävs för rengöring av spinnmunstycken med flera kanaler en betydande kostnadsfaktor.

För acetat, triacetat, akryl, modakryl, polybensimidazol, spandex eller vinyon kan det lösningsmedel som används för att lösa upp polymeren även användas för rengöring. I detta fall pressar skjuvningen som uppstår genom kavitation in lösningsmedlet i öppningarna och främjar upplösningen.

För polymerer som smältspinns, såsom nylon, olefin, polyester, saran eller sulfar, kan värmebehandling före ultraljudsbehandlingen bidra till att göra polymeren sprödare. Denna process, som kallas urbränning i ugn, förvandlar den härdade polymeren till aska. Vid rengöringen kan vatten (med upp till 25wt% fosforsyra) eller olja användas som en enkel kopplingsvätska mellan ultraljudssonden och spinnmunstycket.
Ultraljudsbehandling med sond är mycket intensivare än behandling i rengöringsbad, och ljudvågorna riktas direkt mot spinnmunstyckets kanalutlopp. Detta ger djupare och snabbare rengöring. För enskilda kanaler och porer rekommenderar vi att använda UP100H med den spetsiga MS2-spetsen. Detta är en kostnadseffektiv ultraljudsapparat för handhållen eller stativmonterad drift. För spinnmunstycken med flera hål eller munstycksplattor för extrudering: UIP1000hdT med en specialsond med 100mm diameter.