EoW July 2008

artículo técnico

esfuerzo de tracción triaxial en un material de revestimiento es simple: se aumenta el volumen del material de revestimiento similar al caucho. Se cura y se pega el revestimiento entre dos superficies planas, que luego se separan con un equipo de prueba de tracción. Con el aumento controlado de la distancia entre las dos placas, se genera un esfuerzo de tracción triaxial en el revestimiento. La prueba debe ser configurada de manera que el espesor del revestimiento sea inferior al 5% del diámetro de las placas. Dado que esta capa de revestimiento tan fina está contenida por las placas, la contracción lateral del revestimiento también es limitada. Por consiguiente, se crea un esfuerzo de tracción triaxial uniforme en el material de revestimiento. Para obtener valores de resistencia a la cavitación repetibles, la alineación del sistema de prueba es importante, dado que una alineación incorrecta influye sobre la distribución del esfuerzo en la muestra. Además, para poder estudiar la relación que existe entre el número de cavidades que se crean y la carga aplicada de manera repetible, la configuración de prueba debe tener una rigidez elevada (es decir, su capacidad de flexionarse bajo la aplicación de una fuerza debe ser baja) para reducir al mínimo el almacenamiento de energía elástica en el sistema de medición. 3.1.2 Preparación de la muestra. La preparación de la muestra está ilustrada en la Figura 8 . Para evitar la delaminación durante el experimento, las superficies de las placas de vidrio y las barras de cuarzo deben ser preparadas correctamente. Primero, se ha dado rugosidad a las superficies usando un polvo de carborundo. Luego, se han limpiado las piezas de vidrio y cuarzo en un horno a 600ºC por una hora, se han enjuagado las superficies con acetona y se han dejado secar. Más tarde, se han tratado las superficies con una solución de promotor de adhesión a base de silano (se ha usado Methacryloxypropyltrimethoxysilane A174 de Witco). Se ha curado la capa de silano poniendo las placas de vidrio tratado o cuarzo en un horno a 90ºC por 5- 10 minutos. Después de este tratamiento previo, en la placa de vidrio se ha versado una gota de resina, que ha sido cubierta con la barra de cuarzo. Se ha preparado una película de unos 100 μm de espesor usando un micrómetro de dos placas. La muestra ha sido curada con una cantidad de 1J/cm 2 , usando un sistema de lámpara UV-D Fusion F600W. 3.1.3 Medición de la resistencia a la cavitación. La muestra ha sido puesta en el equipo de prueba de tracción (tipo Zwick 1484). La velocidad de tiro era 20 μm/min. Cuando se inició el experi- mento, una cámara de vídeo, acoplada

Pueden estar presentes individual o simultáneamente, según las características de adhesión y la resistencia a la cavitación de un cierto revestimiento. El nivel de adhesión al vidrio del revestimiento primario debe ser equilibrado según los requisitos de fuerza de pelado. Siempre conviene tener un revestimiento primario con resistencia alta a la cavitación para mejorar la solidez de la fibra revestida. Sin embargo, se debe tener en cuenta que cualquier fibra se romperá con el tiempo por delaminación y/o cavitación, cuando se aumente el impacto mecánico a un cierto nivel. A pesar de que la tensión térmica es propia del diseño de doble revestimiento, el esfuerzo mecánico es generado por causas externas. Todo impacto de alta presión anómalo en las fibras debería ser evitado durante los procesos de trefilado, devanado, prueba o manejo.

Revesti- miento

E'

σ

Relación

cav

(MPa)

(MPa)

σ

/E'

cav

A

0.37

0.95

2.6

B

0.97

1.21

1.2

C

1.33

2.5

1.9

D

1.2

2.8

2.3

E

0.9

2.1

2.3

F 2.4 Tabla 1 ▲ ▲ : Propiedades de resistencia a la cavitación medidas de revestimientos primarios seleccionados a un microscopio con ampliación 20x, registró el comportamiento de la película, mostrando también los valores del esfuerzo aplicado a la película. La Figura 9 muestra una imagen de la muestra, tomada por la cámara de vídeo, con muchas cavidades ya formadas. La grabación permitió trazar el número de cavidades que aparecen en función del esfuerzo aplicado, como se ilustra en la Figura 10 . Se observó que los esfuerzos que generaban la primera cavidad tenían valores similares en diferentes materiales de revestimiento. Sin embargo, los valores de esfuerzo empezaron a mostrar claras diferencias entre los distintos revestimientos al formarse un número de cavidades mayor. En este método de prueba se ha seleccionado el valor de esfuerzo correspondiente a la formación de 10 cavidades para representar la resistencia a la cavitación del revestimiento medido. Por ejemplo, en los revestimientos indicados en la Figura 10 se han medido valores de resistencia a la cavitación de 0,96MPa y 1,49Mpa respectivamente. 3.2 Revestimientos primarios con alta resistencia a la cavitación . Como se ha ilustrado antes en el apartado 2.1.2, la cavitación del revestimiento se produce cuando el esfuerzo de tracción triaxial excede la resistencia a la cavitación del material de revestimiento. Para reducir el riesgo de cavitación del revestimiento, los dos métodos eficaces son 1) reducir el nivel de tensión térmica, y/o 2) aumentar la resistencia a la cavitación. El nivel de tensión térmica es influenciado por las dos capas de revestimiento, donde el revestimiento secundario juega un papel más importante que el revestimiento primario. Por otro lado, la resistencia a la cavitación es una característica propia del revestimiento primario. Un revestimiento primario con alta resistencia a la cavitación representa siempre un factor fundamental para asegurar la robustez de la fibra revestida en caso de tensión térmica y posibles esfuerzos mecánicos durante su elaboración, manejo e instalación en campo. La Tabla 1 muestra varios ejemplos de revestimientos primarios con diferentes 0.64 1.51

3. Resistencia a la cavitación de los revestimientos primarios

3.1 Prueba de resistencia a la cavitación El concepto físico de resistencia a la cavitación, como se ha descrito en el apartado 2.1.2, es el nivel crítico de esfuerzo triaxial a partir del cual un material empieza a romperse. Se ha desarrollado un método de prueba para medir la resistencia a la cavitación del material de revestimiento usando una película curada. 3.1.1 Configuración de la prueba de medición Básicamente, el modo de inducir un

Figura 9 ▲ ▲ : Ejemplo de cavidades en una muestra grabadas con la cámara de vídeo (20x) a determinados valores de esfuerzo Figura 10 ▼ ▼ : Esfuerzo de tracción en relación con el número de cavidades observadas en dos materiales de revestimiento

Esfuerzo

Número de cavidades

97

EuroWire – Julio de 2008