EoW July 2008

artículo técnico

aplicada y cerca de ambos lados de las interfaces entre el vidrio y el revestimiento primario, y entre el revestimiento primario y el secundario. Estas son las áreas donde la cavitación tiene mayores probabilidades de iniciar cuando se aplica una fuerza mecánica lateral. La Figura 7 muestra algunos ejemplos de cavidades inducidas intencionalmente en el revestimiento primario, causadas por impactos laterales mecánicos. La fuerza lateral debe ser dinámica con velocidad ya sea longitudinalmente (deslizamiento) ya sea perpendicularmente a la fibra (golpe). Una fuerza lateral estática puede dar lugar solamente a delaminación. En la , el impacto mecánico ha sido creado deslizando una barra de metal de 1mm de diámetro longitudinalmente respecto a la fibra. Con un dispositivo de prueba preparado acoplando la barra de metal a un probador de frotamiento automático se han aplicado velocidades y fuerzas controladas añadiendo varios pesos al dispositivo. Tanto la fuerza como la velocidad de impacto afectan al esfuerzo inducido en el revestimiento. A velocidades muy bajas, se produce delaminación en lugar de cavitación en el revestimiento. Esto puede ser debido a que la pequeña área de delaminación que se forma al entrar en contacto con la fuerza se propaga a lo largo de la fibra y relaja el esfuerzo de tracción en el revestimiento. De velocidades medianas a altas, las cavidades y/o la delaminación pueden producirse como se indica en la Figura 7 . Las cavidades están localizadas en las dos áreas laterales, de acuerdo con la teoría. Cavidades y delaminación son dos modos de rotura concurrentes.

espesas deberían estar compuestas por un revestimiento primario de alta resistencia a la cavitación combinado con un revestimiento secundario que permita relajar los esfuerzos más rápido. 2.1.2 Formación de cavidades en el revestimiento primario. La Figura 4 muestra imágenes de microscopio de algunas cavidades que se han formado en una fibra revestida de 500 μm de diámetro externo, después de ciclos de temperatura de entre 85ºC y -60ºC. Se pueden observar roturas del revestimiento de varias dimensiones en la capa de revestimiento primario. La presencia de roturas del revestimiento expuestas y formando huecos indica la existencia de esfuerzos de tracción triaxial en la capa primaria a temperatura ambiente. Según la teoría de la mecánica de fractura, se define resistencia a la cavitación el pará- metro que representa dicha resistencia. Cuando un esfuerzo triaxial alcanza este punto crítico, el material empieza a romperse y a formar cavidades internas. Se ha calculadoyprobadoexperimentalmente que en el caso de un caucho ideal, el esfuerzo triaxial para agrandar sin límite un agujero redondo muy pequeño es (5/6 E), donde E representa el módulo de Young. [6] Cualquier defecto microscópico de reticulación en el material puede constituir el punto de rotura inicial. Esto significa que, para un revestimiento primario de 1MPa, un esfuerzo de tracción triaxial de 0,83MPa puede ya causar la formación de cavidades según el mecanismo de crecimiento ilimitado, si el material de revestimiento se comporta como un caucho ideal. Con un diseño molecular adecuado de la estructura reticulada del revestimiento, se puede obtener la alta resistencia a la cavitación deseada, con valores que exceden significativamente el módulo del revestimiento. En este tipo de revestimientos primarios de alta resistencia a la cavitación, las pequeñas cavidades no crecerán ilimitadamente y el material no se romperá incluso cuando está sometido a esfuerzos de tracción relativamente altos en el revestimiento primario. 2.2Cavidades inducidas por tensión térmica Además del esfuerzo hidrostático inducido térmicamente, la formación de cavidades en los revestimientos primarios puede ser causada también por esfuerzos triaxiales anisotrópicos consecuencia de un impacto mecánico en la fibra revestida. Durante pruebas de resistencia del revestimiento a la delaminación, realizadas tirando la fibra a través un equipo de rebobinado, se ha observado que el revestimiento se desgarra cuando es sometido a tensiones elevadas. [4]

Cuando se aplica una fuerza mecánica externa a una fibra revestida, las capas de reve stimiento se deforman y generan un campo de esfuerzo no uniforme en el material de revestimiento. La Figura 5 ilustra esquemáticamente la deformación de las capas de revestimiento bajo una fuerza lateral F Dado que el revestimiento secundario es un material mucho más duro que el revestimiento primario, la capa secundaria se comporta como un tubo vacío que, presionado lateralmente, cambia su forma tubular en ovalada sin sufrir deformaciones en el espesor del revestimiento. El revestimiento primario es unido por ambos lados al vidrio y al revestimiento secundario, y es forzado a deformarse internamente. Las áreas del revestimiento primario a lo largo de la dirección de la fuerza son comprimidas, y las áreas perpendiculares a la dirección de la fuerza son estiradas. El esfuerzo de tracción en estas áreas estiradas presenta una componente triaxial significativa que puede causar cavitación del revestimiento primario, si el esfuerzo excede la resistencia a la cavitación del revestimiento. La Figura 6 muestra un campo de esfuerzo normal medio calculado con el análisis de los elementos finitos en la capa de revestimiento primario de una fibra con una configuración de 125/240/410 μm de diámetro externo, sometida a una fuerza lateral simulada. El resultado muestra cuantitativamente los diferentes campos de esfuerzo que varían de esfuerzo de compresión (-) a esfuerzo de tracción (+). Como se ilustra en la Figura 6 , las áreas sometidas al esfuerzo de tracción más alto son los puntos perpendiculares a la dirección de la fuerza

Figura 7 ▼ ▼ : Ejemplos de formación de cavidades/delaminación en el revestimiento primario causados por impactos mecánicos laterales

Figura 8 ▼ ▼ : Preparación de la muestra para la prueba de resistencia a la cavitación

Placa de vidrio

Resina (100 μm )

Barra de cuarzo

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EuroWire – Julio de 2008