EoW July 2009

technischer artikel Niedriges Schrumpfen bei Draht- und Kabelextrusion und die Bedeutung der Klassenauswahl Von James J Henry und Nafaa Mekhilef von Arkema Inc

Übersicht Es ist weitgehend bekannt, daß das Nachextrusionsschrumpfen Probleme bei der Herstellung von Lichtwellenleiterkabeln verursachen kann. Bei Hohlader- und Voll- PE-Lichtwellenleiterkabeln könnte das Nachextrusionsschrumpfen zu Spannun- gen auf den Lichtwellenleiter führen, mit der negativen Folge einer erhöhten Faserdämpfung. Die Hersteller von Lichtwellenleiterkabeln begegnen diesem Problem durch eine geeignete Auswahl der Polymerklassen sowie durch die Optimier- ung der Verarbeitungsbedingungen, die während der Kabelherstellung eingesetzt werden. Dieser Artikel befaßt sich mit der Auswahl der PVDF-Klasse und den spezifischen Verarbeitungsbedingungen, die eingesetzt werden können, um das Nachextrusionsschrumpfen zu minimieren, mit dem Ziel deren negativen Folgen auf die Faserdämpfungzureduzieren.Behandeltwird hierbei die Auswahl der Werkzeugbestück- ung, die Verarbeitungsbedingungen und die Eigenschaften des Polymers, die die Polymerorientierung minimieren und das Nachextrusionsschrumpfen reduzieren. Das was größtenteils in diesem Artikel beschrieben wird kann auch für andere Materialien angewandt werden, die allgemein inLichtwellenleiter-Anwendungen Einsatz finden. 1 Einleitung Polyvinylidenfluorid (PVDF) ist ein indus- trielles Harz, das von der freien radikalen Polymerisation von 1-1-Difluorethylen oder Vinylidenfluorid (VDF oder VF 2 ) erzielt wird, die eine chemische Struktur von –[CH 2 -CF 2 ] n- aufweisen. PVDF-Homopolymere sind hochkristallin und imVergleichzuanderenFluorpolymerendurch ein relativ hohes Biegemodul gekennzeichnet. PVDF ist öfter mit Hexafluoropropylen (HFP), Chlortrifluorethylen (CTFE) und/oder

eines Extrusionsverfahrens aufgetragen, das Rohr- oder „Tube-on“-Extrusion genannt wird. Die Mantelextrusion läuft in der Regel bei hohen Liniengeschwindigkeiten in einem Bereich zwischen einigen hundert Fuß pro Minute bis zu über 1000 Fuß pro Minute. Die Scherkraft im Scherbereich durch einen Ziehstein der Drahtextrusion kann ziemlich hoch sein, um eine Polymerorientierung im Extrudat zu erzeugen. Noch wichtiger ist jedoch, daß die Schmelze bei mäßigen Herabzieh-Verhältnissen (draw down ratios - DDR) außerhalb des Ziehsteins gezogen wird und zwar so, daß eine beträchtliche Polymerorientierung bestimmt wird. Ein Herabzieh-Verhältnis von 7:1 ist bei PVDF-Mantelanwendungen typisch, obwohl höhere oder niedrigere Herabzieh-Verhältnisse oft benutzt wer- den. Durch das Ziehen des Extrudats außerhalb des Ziehsteins wird eine große Menge Molekülorientierung erzeugt, die oft eingefroren ist, wenn das Extrudat gekühlt wird. Das Ziehen des Polymers außerhalb des Ziehsteins, gefolgt von der Abschreckkühlung, verursacht den Großteil der Polymerorientierung, die die Mantelschrumpfung ergibt [3] . das gebräuchlich als Zurückschrumpfen (shrink- back) bezeichnet wird, erfolgt wenn diese eingefrorene Polymerorientierung im festen Zustand nachläßt. In diesem Artikel werden die Wirkungen der Polymerorientier- ung beim Nachextrusionsschrumpfen beschrieben. Es ist weitgehend bekannt, daß das Nachextrusionsschrumpfen Probleme beim Kabel, vor allem bei der Herstellung von Lichtwellenleiterkabel, verursachen kann. Das Nachextrusionsschrumpfen der Ummantelungen oder der Pufferrohre, die bei Lichtwellenleiterkabeln eingesetzt werden, kann zu einer Faserüberlänge (EFL - excessive fibre length ) führen, die als das Verhältnis zwischen der Faserlänge und der tatsächlichen Rohrlänge bezeichnet wird. Die Faserüberlänge kann am Lichtwellenleiter Spannungen Das Schrumpfen des Mantels,

Tetrafluorethylen (TFE) copolymerisiert, um seine physikalischen und mechanischen Eigenschaften zu ändern [1] . Die Einlagerung von Comonomeren reduziert die Kristal- linität, was wiederum den Biegemodul verringert und die Elastomereigenschaften erhöht. Neben den verschiedenen Comonomertypen und -gehalten stehen marktübliche PVDF-Klassen in einer Vielzahl von Viskositäten zur Verfügung, die den Einsatz in verschiedenen Anwendungen der Schmelzbehandlung ermöglichen. Produkte mit höherer Viskosität eignen sich für eine Vielfalt von Verfahren in der Produktion von Blechen und Rohren. Produkte mit niedrigerer Viskosität werden üblicherweise für Spritzgießen, Rohrleitungen und den meisten Anwendungen im Bereich Draht- und Kabelummantelung sowie -isolierung eingesetzt. PVDF-Polymere, sowie andere Fluorpolymere, sind sehr feuerbeständig und weisen inhärente niedrige Raucherzeugungseigenschaften auf. Die unveränderten Harze haben einen sehr eingeschränkten Sauerstoffindex (LOI) von 43 und sind gemäß V-0 durch UL94 klassifiziert [2] . Spezielle niedrige Flammen- und Rauch- klassen von PVDF, die flammwidrige Additive enthalten (die den LOI bis zu 100 erhöhen) sind marktüblich. PVDF-Produkte mit niedriger Flamme sowie Rauch werden üblicherweise bei der Herstellung von Plenumkabeln eingesetzt, die in Klimaanlagen gewerblicher Gebäude installiert werden. Für Plenumkabel sind außerordentlich niedrige Flammen- und RaucheigenschaftenimBrandfallerforderlich. Dies kann leicht durch den Einsatz einer Vielzahl von PVDF-Klassen erzielt werden. Dank der einzigartigen Eigenschaften, die vom PVDF-Polymer geboten werden, ist dieses Material das Bevorzugte für High-End-Kabelummantelungen dort wo überdurchschnittliche Flammen- und Raucheigenschaften erforderlich sind. PVDF wird gebräuchlich als Ummantelung für Kabel eingesetzt und durch Anwendung

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EuroWire – Juli 2009