H6 Spinproces

Spintechnieken

Er zijn 4 belangrijke spintechnieken te onderscheiden: smeltspinnen, natspinnen, droogspinnen, en gelspinnen. Met al deze spintechnieken kunnen vezels worden gesponnen van polymeren. Hierna zullen ze één voor één worden besproken.

Figuur 1. Schematische weergave smeltspinnen.

Het smeltspinnnen (melt spinning) (zie figuur 1) lijkt in principe een beetje op het extrusieproces waarbij draden worden gevormd. Het polymeer wordt hierbij versponnen vanuit de gesmolten toestand. Een extruder kan hierbij voor de aanvoer van het gesmolten materiaal zorgen. Hierna moet het polymeer door de opening met vele kleine gaatjes, de spindop (engels: spinneret) worden geperst. Hiervoor is het nodig dat de viscositeit van het polymeer voldoende laag is. In de Encyclopedia Brittanica staat ook een duidelijk plaatje Klik hier om deze te zien

Figuur 2. Schematische weergave natspinnen.

Bij natspinnen (wet spinning) z(zie figuur 2) wordt het spinproces toegepast op een polymeer in oplossing. Deze polymeeroplossing wordt door de spindop geperst waarna het polymeer wordt geprecipiteerd door de polymeeroplossing door een non-solvent (het coagulatiebad) te leiden. Soms wordt de precipitatiereactie via een chemische reactie bewerkstelligd, dit noemt men dan reactiespinnen. In de Encyclopedia Brittanica staat ook een duidelijk plaatje over wet spinning: Klik hier om deze te zien.

Figuur 3. Schematische weergave droogspinnen.

Bij droogspinnen (dry spinning) (zie figuur 3) wordt het spinproces ook toegepast op een polymeer in oplossing. Ook hier wordt deze polymeeroplossing door een spindop geperst, maar nu wordt het product gevormd door verdampen van het oplosmiddel.

Gelspinnen (gel spinning) wordt gebruikt bij de productie van vezels met een hoge sterkte en stijfheid. Hoge molecuulmassa’s (bijv 106 g/mol bij PE) worden opgelost in een oplosmiddel bij hoge temperaturen en bij lage concentraties (ongeveer 1%)/ Deze hete oplossing wordt geextrudeerd in een koelere zone met een non-solvent. Het verkregen gel-achtige filament bevat nu nog erg veel ingesloten vloeistof. Dit gelachtige filament kan nu gemakkelijk worden verstrekt (in de lengte richting uitrekken tot vele malen de oorspronkelijke lengte). Door deze verstrekking wordt een vrijwel lineaire ketenconformatie bereikt. Deze vezels zijn zeer stijf en sterk.

Begrippen

• Een vezel (fiber) wordt gedefinieerd als materiaal dat een lengte heeft van minimaal 100x zijn diameter.
• Een monofilament (monofilament) is een individuele draad (strand) met een continue lengte die uit 1 gat van de spindop komt. Zitten er meerdere gaten in de spindop dan bestaat de gevormde draad uit multifilament.
• Deze draden kunnen in korte stukjes worden gehakt. Deze worden aangeduidt met de term vezels (fiber).
• Door vezels in willekeurige richtingen op elkaar te stapelen en via een bindmiddel aan elkaar te lijmen kan een zogenaamd vezelvlies of een non-woven worden gevormd.
• De draden kunnen ook opgewonden op klossen en worden dan garen (yarn) genoemd.

• Figuur 1. Spindop (engels: Spinneret)
• De spindop (spinneret) is het element waardoor het polymeer wordt geperst. Het heeft meestal een veelvoud aan gaatjes, soms zitten er wel 10.000 gaatjes in een 15 cm diameter disk. De spindop is voor te stellen als een soort van douchekop.

Bronnen

1. Carrahers Polymer Chemistry, 8tht edition, C.E. Carraher, CRC Press, New York.