Ультразвук для формування полімерних волокон

Формування полімерних волокон для використання в текстильних виробах і тканинах є спеціалізованим різновидом екструзії, за якого за допомогою фільєри утворюють численні безперервні синтетичні нитки. Ультразвук можна використовувати для різних способів формування: сухого, мокрого струминного, з розплаву та з гелю. Ультразвукові застосування охоплюють очищення фільєр, змішування, розчинення, полімеризацію та зниження в’язкості під дією зсуву.

Розчинення полімерів і хімічна обробка

Для формування волокон полімер необхідно перевести в текучий стан. Тому, якщо полімер не розплавляють, його розчиняють або піддають хімічній обробці з утворенням розчинних чи термопластичних похідних.

На цьому етапі ультразвукові пристрої Hielscher полегшують і прискорюють процес розчинення, а також хімічну взаємодію з реагентами. Для цього тверді частинки полімеру суспендують у розчиннику або кислоті. Цю суміш або прокачують через ультразвуковий реактор, або обробляють у резервуарі з мішалкою та ультразвуковими сонотродами, де частинки швидко розчиняються завдяки інтенсивній кавітаційній зсувній дії. У результаті утворюється однорідний і рівномірний розчин полімеру. У наведеному нижче відео продемонстровано ультразвукове розчинення за допомогою ультразвукового пристрою із сонотродом (UP200St).

У цьому відео продемонстровано швидке ультразвукове розчинення мармеладної фігурки. Ультразвукова гомогенізація та розчинення – швидкі й надійні способи підготовки зразків будь-якого об’єму.

Ультразвукове очищення фільєр

Фільєра – це екструзійна пластина з багатьма отворами, крізь яку екструдують текучий полімер для утворення безперервних синтетичних волокон. Під час виходу з малих отворів екструзійної фільєри в’язкий текучий полімер починає тверднути, а окремі полімерні ланцюги під дією в’язкої течії мають тенденцію впорядковуватися вздовж волокна. На цьому етапі твердий полімер може почати накопичуватися біля виходу з вузького отвору та всередині нього, що призводить до уповільнення течії й зрештою до закупорювання каналу фільєрної пластини.

Очищення екструзійних пластин для формування волокон від твердого полімеру є складним завданням, оскільки окремі канали зазвичай мають дуже малий діаметр. Ультразвукові сонотроди Hielscher використовують для впливу на екструзійні фільєрні пластини для полімерних волокон інтенсивними кавітаційними струменями рідини, достатньо сильними для видалення твердого полімеру та забруднень, але водночас достатньо м’якими, щоб не пошкодити тонку геометрію капілярів фільєри. Остання властивість є значною перевагою порівняно з очищенням голками, дротами або свердлами. Хоча очисні голки є тонкими інструментами, створеними для очищення капілярів малих розмірів, багаторазове очищення порушує розміри, форму та гладкість капілярів. Зрештою, час, необхідний для очищення багатоканальних фільєр, також є суттєвим чинником витрат.

Для ацетату, триацетату, акрилу, модакрилу, полібензімідазолу, спандексу або віньйону розчинник, який використовують для розчинення полімеру, можна також використовувати для очищення. У цьому випадку кавітаційна зсувна дія проштовхуватиме розчинник в отвори та сприятиме розчиненню.

Для полімерів, з яких волокна формують із розплаву, як-от нейлону, олефіну, поліестеру, сарану або сульфару, термічна обробка перед ультразвуковою обробкою може допомогти зробити полімер крихкішим. Цей процес, який називають випалюванням у печі, перетворює затверділий полімер на попіл. Для очищення можна використовувати воду (із вмістом фосфорної кислоти до 25wt%) або оливу як просту контактну рідину для передавання ультразвукової енергії між сонотродом і фільєрою.
Ультразвукова обробка за допомогою сонотрода є набагато інтенсивнішою, ніж очищення у ваннах, а звукові хвилі спрямовуються безпосередньо до вихідних отворів каналів фільєри. Це забезпечує глибше та швидше очищення. Для окремих каналів і пор ми рекомендуємо використовувати UP100H із загостреним наконечником MS2. Це економічно вигідний ультразвуковий пристрій для роботи з утримуванням у руці або з кріпленням на штативі. Для фільєр із багатьма отворами або екструзійних фільєрних пластин – UIP1000hdT зі спеціальним сонотродом діаметром 100mm.