Siêu âm trong kéo sợi polyme

Kéo sợi polyme dùng trong ngành dệt và sản xuất vải là một dạng đùn chuyên biệt, sử dụng đầu phun kéo sợi để tạo thành nhiều sợi tơ tổng hợp liên tục. Siêu âm có thể được sử dụng cho nhiều phương pháp kéo sợi khác nhau: kéo sợi khô, kéo sợi ướt qua khe khí, kéo sợi nóng chảy và kéo sợi gel. Các ứng dụng siêu âm bao gồm làm sạch đầu phun kéo sợi, trộn, hòa tan, trùng hợp và làm giảm độ nhớt dưới tác động cắt.

Hòa tan polyme và xử lý hóa học

Để kéo sợi, polyme phải được chuyển sang trạng thái lưu chất. Vì vậy, trừ khi được làm nóng chảy, polyme sẽ được hòa tan hoặc xử lý hóa học để tạo thành các dẫn xuất có khả năng hòa tan hoặc có tính nhiệt dẻo.

Ở giai đoạn này, các thiết bị siêu âm Hielscher hỗ trợ và đẩy nhanh quá trình hòa tan, cũng như sự tương tác hóa học với các thuốc thử. Để thực hiện điều này, các hạt polyme rắn được phân tán lơ lửng trong dung môi hoặc axit. Hỗn hợp này được bơm qua thiết bị phản ứng siêu âm hoặc được xử lý trong bồn khuấy có đầu dò siêu âm, nơi các hạt hòa tan nhanh chóng nhờ lực cắt mạnh do xâm thực. Quá trình này tạo ra dung dịch polyme đồng nhất và đồng đều. Vui lòng xem video bên dưới để tham khảo minh họa quá trình hòa tan bằng siêu âm sử dụng máy siêu âm dạng đầu dò (UP200St).

Video này minh họa quá trình hòa tan nhanh một viên kẹo dẻo hình em bé bằng siêu âm. Đồng hóa và hòa tan bằng siêu âm là phương pháp nhanh chóng, đáng tin cậy để chuẩn bị mẫu ở mọi quy mô.

Làm sạch đầu phun kéo sợi bằng siêu âm

Đầu phun kéo sợi là một tấm khuôn có nhiều lỗ, qua đó lưu chất polyme được đùn để tạo thành các sợi tổng hợp liên tục. Khi thoát ra khỏi các lỗ nhỏ của khuôn đùn, lưu chất polyme nhớt bắt đầu đông rắn và các chuỗi polyme riêng lẻ có xu hướng định hướng dọc theo sợi do dòng chảy nhớt. Tại thời điểm này, polyme rắn có thể bắt đầu tích tụ tại và bên trong cửa ra của lỗ nhỏ, khiến dòng chảy chậm lại và cuối cùng làm tắc kênh dẫn của tấm khuôn.

Loại bỏ polyme rắn khỏi các tấm khuôn đùn sợi là một công việc khó khăn vì các kênh dẫn riêng lẻ thường có đường kính rất nhỏ. Các đầu dò siêu âm Hielscher được sử dụng để cho các tấm khuôn đùn sợi polyme tiếp xúc với những tia chất lỏng mạnh do xâm thực tạo ra, đủ mạnh để loại bỏ polyme rắn và tạp chất – nhưng vẫn đủ nhẹ nhàng để không làm hỏng hình dạng tinh tế của các mao quản trong đầu phun kéo sợi. Đặc điểm sau là một ưu điểm lớn khi so sánh với kim, dây hoặc mũi khoan làm sạch. Mặc dù kim làm sạch là những dụng cụ mảnh được chế tạo để làm sạch các mao quản có kích thước nhỏ, việc làm sạch lặp đi lặp lại làm tổn hại đến kích thước, hình dạng và độ nhẵn của các mao quản. Cuối cùng, thời gian cần thiết để làm sạch các đầu phun kéo sợi nhiều kênh cũng là một yếu tố chi phí đáng kể.

Đối với acetate, triacetate, acrylic, modacrylic, polybenzimidazole, spandex hoặc vinyon, dung môi dùng để hòa tan polyme cũng có thể được sử dụng cho mục đích làm sạch. Trong trường hợp này, lực cắt do xâm thực sẽ ép dung môi vào các lỗ và thúc đẩy quá trình hòa tan.

Đối với các polyme dùng để kéo sợi nóng chảy, chẳng hạn như nylon, olefin, polyester, saran hoặc sulfar, xử lý nhiệt trước khi xử lý siêu âm có thể giúp làm cho polyme giòn hơn. Quá trình này, được gọi là đốt trong lò, biến polyme đã đông cứng thành tro. Để làm sạch, có thể sử dụng nước (chứa tối đa 25wt% axit phosphoric) hoặc dầu làm chất lỏng truyền năng lượng siêu âm đơn giản giữa đầu dò siêu âm và đầu phun kéo sợi.
Xử lý siêu âm dạng đầu dò có cường độ cao hơn nhiều so với bể làm sạch, và sóng âm được hướng trực tiếp vào các cửa ra của kênh dẫn trong đầu phun kéo sợi. Điều này giúp làm sạch sâu hơn và nhanh hơn. Đối với các kênh dẫn và lỗ riêng lẻ, chúng tôi khuyến nghị sử dụng UP100H với đầu nhọn MS2. Đây là thiết bị siêu âm có hiệu quả kinh tế cao, có thể vận hành bằng cách cầm tay hoặc lắp trên giá đỡ. Đối với các đầu phun kéo sợi nhiều lỗ hoặc tấm khuôn đùn, sử dụng UIP1000hdT với đầu dò đặc biệt có đường kính 100mm.