EoW July 2008

article technique

structure du revêtement. Deux types de contraintes triaxiales, d’origines différentes, peuvent être présents dans le revêtement: la contrainte peut être induite thermiquement par la variation de la température ou induite par des forces mécaniques externes. 2.1 Cavités induites par contraintes thermiques 2.1.1 Contraintes thermiques dans les systèmes de revêtement à double couche . Il a été confirmé que les contraintes thermiques sont présentes dans un système de fibres revêtues. [2-5] La contrainte triaxiale dans le revêtement primaire, comme illustré à la Figure 1 , est causée par la différence entre les coefficients de dilatation thermique du verre, du revêtement primaire et du revêtement secondaire. Sur la base de la théorie mécanique des matériaux, il est possible de calculer la contrainte triaxiale, qui est constituée par les composants de la contrainte radiale σr, la contrainte tangentielle σ θ et la contrainte axiale σ z . La Figure 2 montre la distribution de la contrainte calculée dans un système à double couche typique, où l’épaisseur de chaque couche est de 30μm, le module de Young E 1 =1MPa, E 2 =1GPa, les coefficients de dilatation thermique linéaire α 1 =3x10 -4 /K, α 2 =1x10 -4 /K et les coefficients de Poisson ν 1 =0,5, ν 2 =0,4. Le système est soumis à une variation de température de -30ºC, pour simuler la contrainte dans le système de revêtement lorsque la fibre revêtue est refroidie de la température de tréfilage à la température ambiante. Bien que la température dans le revêtement durant le cycle de vulcanisation à UV pourrait atteindre des valeurs arrivant jusqu’à 100ºC, la contrainte thermique ne commence à augmenter que lorsque la température descend au-dessous de la température de transition vitreuse (T g ou Glass Temperature ) du revêtement secondaire (~50ºC).

Les trois composants de la tension dans le revêtement primaire sont de traction et sont tous situés au même niveau, comme représenté à la Figure 2 . Cela signifie que la tension dans le revêtement primaire à température ambiante est une contrainte hydrostatique: elle augmente au rythme de la diminution de la température jusqu’à atteindre le T g du revêtement primaire (normalement ~-20ºC), lorsque même le revêtement primaire passe à l’état vitreux. La contrainte de traction calculée dans le revêtement primaire est de ~0,8MPa à température ambiante, comme représenté à la Figure 2 . À cause de la propriété viscoélastique du revêtement secondaire, la contrainte effective devrait être inférieure à la contrainte calculée et diminuer au fil du temps alors que le revêtement secondaire est soumis à une relaxation en contrainte à des températures inférieures au T g . [5] Si d’un côté le risque de cavitation du revêtement due à la contrainte thermique est réduit dans les fibres conventionnelles à double revêtement, il faut évaluer avec attention certains types de systèmes de revêtement examinés ci-dessous. La nouvelle tendance dans le développement des revêtements primaires consiste à réduire davantage le module correspondant et le T g afin d’offrir une meilleure protection de tamponnage contre les microcourbures dans une ample gamme de températures. Dans ce type de revêtement, la contrainte de traction continue à augmenter lorsque la température commence à diminuer; toutefois le revêtement primaire reste à l’état caoutchouteux. Comme illustré à la Figure 3 , la contrainte de traction calculée augmente linéairement au rythme de la diminution de la température. En outre, la relaxation en contrainte du revêtement secondaire est beaucoup plus lente aux basses températures. Outre le risque de contraintes thermiques élevées, un revêtement primaire avec un

Figure 4 ▲ ▲ : Cavités dans la couche du revêtement primaire induites par la variation cyclique de la température dans une fibre de 500 µm (gauche) 40x (droite) 200x

Contrainte de traction

Contrainte de traction

Figure 5 ▲ ▲ : Diagramme schématique des contraintes de traction localisées dans le revêtement primaire causées par une force mécanique latérale

module inférieur peut être susceptible de cavitation à cause de sa densité de réticulation inférieure. Il est donc essentiel que les revêtements primaires avec un module et un T g réduits soient conçus soigneusement de façon à offrir une résistance à la cavitation élevée, en optimisant la structure de réticulation. La connaissance approfondie au niv- eau moléculaire de la résistance à la cavitation des matériaux de revêtement vulcanisables à UV permet de développer des systèmes de revêtement caractérisés par des performances de microcourbure améliorées associées à une résistance à la cavitation élevée, pour offrir des fibres robustes dans une ample gamme de températures. Un autre exemple de situation à risque élevé en ce qui concerne la formation de cavités est représenté par la fibre caractérisée par des couches de revêtement plus épaisses par rapport à celles traditionnelles. La contrainte de traction dans la couche primaire d’une fibre qui présente une structure de verre/revêtement avec un diamètre externe de 125/350/500 μm, est calculée et représentée graphiquement à la Figure 3 . La valeur de la contrainte de traction dans le revêtement primaire de cette fibre est 2,8 fois supérieure à la Figure 6 ▲ ▲ : Contrainte normale dans la couche du revêtement primaire induite par une force mécanique latérale calculée moyennant l’Analyse des Éléments Finis

Figure 3 ▼ ▼ : Contrainte thermique calculée par rapport à la température pour une fibre normale de 250 µm (en supposant que la contrainte commence à se développer à une température inférieure à celle du revêtement secondaire avec T g ~50°C)

245 μm Fibre 500 μm Fibre

Contrainte de traction dans le revêtement primaire (MPa) Température

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EuroWire – Juillet 2008