En grupp forskare från Higher Technical School of Engineering vid universitetet i Sevilla har erhållit filament och fibrer från högviskösa vätskor med teknik som vanligtvis används för att producera droppar. Genom sin forskning, de har upptäckt de villkor som är nödvändiga för bildandet av filament med tjocklekar på mindre än 50 mikrometer.

Experterna rapporterar att det finns ett ögonblick då en polymer i flytande tillstånd – närmare bestämt en som har bearbetats av polyetylenglykol, som används allmänt inom industrin – visar större elasticitet så att, istället för att bryta upp och bilda droppar, vätskan upplever sträckning, som bildar filament. Genereringsprocessen för dessa filament styrs av parametrar som polymerens molekylvikt och dess koncentration på vätskan, samt trycket som används i enheten.

För denna studie, forskarna använde teknik för oskärpa flöden. Denna teknik, utvecklad av professorn Alfonso Gañán Calvo vid universitetet i Sevilla, är en mycket effektiv metod för att finfördela vätskor som kallas nebulisering.

Denna teknik består av att använda en luftström för att bryta upp en vätska och producera droppar på samma sätt som nebuliseringssystemen som används för att fräscha upp terrasser på sommaren. Flödesoskärpa anordningar är mycket effektiva eftersom de kanaliserar energin som finns i gasströmmen för generering av droppar genom kraftig blandning med vätskan, undvika förluster genom andra mekanismer.

Dessutom, det har visats att pneumatiska flödessuddare producerar upp till 50 gånger mer yta för varje liter nebuliserad vätska. Detta leder till droppar som är upp till 50 gånger mindre än när man använder andra spridare. Detta beror på det faktum att nebulisatorer för flödessuddighet koncentrerar energin i en sådan utsträckning att de kan finfördela ämnen som är så trögflytande som färg, eller, som i detta fall, högkoncentrerade polymerlösningar.

"Med en höghastighetskamera som kan spela in en miljon bilder i sekunden, vi kan observera att under vissa användningsförhållanden med anordningar för oskärpa flöde, polyetylenglykollösningar och lösningar av andra polymerer bildar inte droppar, men fragmentera i fina "trådar" som, när den bärs av en luftström, sträck ut när de lämnar finfördelaren. Diametern på dessa filament reduceras, dels för att polyetylenglykol är en skjuvförtunnande viskoelastisk vätska. Det betyder att när den sträcker sig, det blir mindre trögflytande, så att det blir allt lättare att stretcha, " förklarar Luis Modesto López, University of Sevilla lärare och författare till studien.

Polymerfibrer vid 3 kg/timme

Polymerer är vanliga i kommersiella produkter. Bland de vanligaste naturliga polymererna är silke, kork, cellulosa och stärkelse. Syntetiska polymerer finns i allmänhet som beläggningar som ger specifik funktionalitet till material, till exempel, genom att göra dem motståndskraftiga mot fukt eller korrosion.

"I dagens värld, det finns ett stort vetenskapligt och tekniskt intresse för användningen av polymerfibrer för att göra:ramverk för design av konstgjorda biokompatibla material, ytor med antibakteriella egenskaper, material för riktad läkemedelstillförsel, skyddande textilmaterial som kan blockera vissa specifika ämnen, eller som förstärkningsmaterial. Dock, Tillverkning i industriell skala av dessa material innebär att de tillverkas i stora kvantiteter. Denna studie får särskild relevans eftersom den ger en grund för att utveckla en ny process som gör det möjligt att producera filament och polymerfibrer i förhöjda nivåer, i storleksordningen 3 kg/timme med en enkel nebulisator, medan med de vanligaste teknikerna som används för närvarande, de produceras i en hastighet av 1 g/timme, ", tillägger forskaren.

En annan applikation kan vara inom 3D-utskrift, med tanke på att vad denna teknik gör är att hantera en polymer. Dessutom, studien har en mängd olika tillämpningar inom materialvetenskap, eftersom det öppnar dörrarna till produktionen av ett stort urval av sammansatta material.