14 okt. 2026
1 minuut
Onderzoekers van de Universiteit Twente hebben experimenteel onderzocht hoe een uitgerekte vloeistofstraal verandert in een vaste vezel. Door zwaartekracht te combineren met uv-licht, dat de vloeistof op een gecontroleerd moment laat stollen, brengen zij de invloed van verschillende natuurkundige processen in kaart. De resultaten kunnen helpen om vezelvorming beter te voorspellen en productieprocessen nauwkeuriger te sturen.
Van textielvezels tot biomaterialen: in uiteenlopende industriële processen worden dunne vezels gevormd uit vloeistoffen. Dat lijkt eenvoudig, maar de uiteindelijke diameter en stabiliteit van een vezel zijn lastig te voorspellen. Tijdens het uitrekken veranderen namelijk niet alleen de vorm en snelheid van de vloeistof, maar ook de eigenschappen ervan wanneer deze stolt.
Jan Siemen Smink, onderzoeker aan de Universiteit Twente, ontwikkelde samen met collega’s een experimentele opstelling waarmee zij dit proces nauwkeurig kunnen bestuderen. De onderzoekers laten een straal van een reactieve vloeibare hars onder invloed van de zwaartekracht uitrekken. Vervolgens belichten zij de straal met ultraviolet (uv-)licht, waardoor de vloeistof overgaat in een vaste stof.
Vloeistofstraal onder invloed van zwaartekracht
Bij veel conventionele vezelproductieprocessen wordt de snelheid gecontroleerd waarmee materiaal wordt uitgetrokken. In andere situaties wordt het uitrekken bepaald door krachten zoals zwaartekracht. Dan is het moeilijker om vooraf vast te stellen hoe dun de vezel wordt.
In de proefopstelling van de Twentse onderzoekers stroomt een uv-gevoelige hars door een kleine spuitmond. Zodra de vloeistof de spuitmond verlaat, rekt de straal onder invloed van de zwaartekracht verder uit. Op enkele millimeters afstand van de uitgang wordt de straal van verschillende kanten met uv-leds belicht.
Het licht activeert een chemische reactie in de hars, waardoor deze polymeriseert en stolt. Door de lichtintensiteit te variëren, kunnen de onderzoekers beïnvloeden hoe snel de overgang van vloeistof naar vaste stof plaatsvindt.
De opstelling maakt het mogelijk om het stollingsproces op een gecontroleerde manier te starten en de ontwikkeling van de vloeistofstraal vervolgens nauwkeurig te observeren.
Lichtintensiteit bepaalt waar de vloeistof stolt
Een belangrijke onderzoeksvraag is waar de vloeistofstraal precies overgaat in een vaste vezel. Die positie hangt samen met de tijd die de vloeistof nodig heeft om na belichting voldoende te reageren.
De onderzoekers laten zien dat de lichtintensiteit en de chemische reactiesnelheid bepalen hoe lang het duurt voordat de hars stolt. Ondertussen blijft de vloeistof onder invloed van de zwaartekracht bewegen en uitrekken.
Daardoor ontstaat een overgangszone waarin de straal snel dunner wordt. Onder die zone heeft het materiaal voldoende stevigheid gekregen om zijn vorm te behouden. De overgang blijkt scherp te zijn: de vloeistof verandert over een relatief korte afstand in een vaste vezel.
De onderzoekers konden deze overgang zichtbaar maken door de straal op te vangen op een plaat. De onbelichte vloeistof vervormde daarbij, terwijl de met uv-licht behandelde straal zijn vorm behield. Dat bevestigt dat de belichte vloeistof voldoende was gestold om zich als een vaste vezel te gedragen.
Vier factoren bepalen de vezelvorming
Naast de lichtintensiteit onderzochten de wetenschappers hoe drie andere factoren de vorming en stabiliteit van de vezel beïnvloeden: zwaartekracht, traagheid en capillaire krachten.
Zwaartekracht rekt de vloeistofstraal uit. Traagheid hangt samen met de beweging van de vloeistof en de manier waarop die beweging verandert. Capillaire krachten komen voort uit de oppervlaktespanning en kunnen een vloeistofstraal instabiel maken, waardoor deze uiteenvalt in druppels.
De interactie tussen deze effecten bepaalt onder meer de uiteindelijke vezeldiameter, de positie van de stollingszone en de stabiliteit van het proces. Ook de overgangsperiode nadat de uv-belichting wordt ingeschakeld, speelt een rol.
De diameter van de gevormde vezel verandert daardoor niet op een eenvoudige, lineaire manier. Een verandering in lichtintensiteit of stromingssnelheid kan de uitkomst op verschillende manieren beïnvloeden, afhankelijk van de overige omstandigheden.
Met experimentele metingen en een natuurkundig model brengen de onderzoekers deze samenhang in kaart. Daarmee kunnen zij beter voorspellen wanneer een vloeistofstraal een doorlopende vezel vormt en wanneer de straal instabiel wordt of uiteenvalt in afzonderlijke druppels.
Ook korte vezels zijn gecontroleerd te maken
De methode biedt daarnaast mogelijkheden om het stollingsproces periodiek in en uit te schakelen. Door de uv-belichting met tussenpozen aan te zetten, kunnen de onderzoekers korte vezels produceren in plaats van één doorlopende vezel.
Bij deze onderbroken belichting ontstaat niet noodzakelijk overal dezelfde diameter. De vorm hangt mede af van de tijdsduur van de belichting en de dynamiek van de vloeistofstraal. De onderzoekers hebben ook dit gedrag onderzocht en in hun model meegenomen.
De resultaten bieden daarmee inzicht in zowel continue als onderbroken vezelvorming. Dat is relevant voor processen waarbij niet alleen de materiaaleigenschappen, maar ook de lengte en uniformiteit van de geproduceerde vezels van belang zijn.
Van fundamentele natuurkunde naar procesbeheersing
Het onderzoek is in de eerste plaats fundamenteel van aard. De onderzoekers gebruiken een gecontroleerde experimentele opstelling om de wisselwerking tussen vloeistofstroming en snelle stolling beter te begrijpen.
Die kennis kan op termijn bijdragen aan toepassingen in onder meer de textiel- en bouwsector, biomaterialen, medicijnafgifte en de productie van functionele vezels. De studie laat echter niet zien dat het proces al in een industrieel productiesysteem is geïmplementeerd.
De belangrijkste uitkomst is dat de onderzoekers de relatie tussen stollingskinetiek, vloeistofdynamica en vezelvorming beter kunnen beschrijven. Door de plaats en het moment van stollen te beïnvloeden, ontstaat een basis om de eigenschappen van gevormde vezels gerichter te voorspellen en te sturen.
Daarmee biedt de combinatie van zwaartekracht en uv-licht een experimenteel platform om snelle stollingsprocessen te bestuderen en modellen voor vezelproductie verder te ontwikkelen.
Het laatste nieuws
Uitgelichte vacatures
- Monteur Hightech Machinebouw (medior)
Bedrijf: Trymax - Kalibratie Engineer Elektriciteit
Bedrijf: VSL
Anderen lazen ook
