EoW July 2009

article technique

Retrait réduit du fil et du câble après l’extrusion et importance de la sélection de la qualité du matériau Par James J Henry et Nafaa Mekhilef de Arkema Inc

Résumé On sait bien que le retrait qui a lieu après l’extrusion peut causer des problèmes durant la fabrication des câbles à fibres optiques. Dans les câbles optiques du type à tubes assemblés ( loose tube ) ou à un gainage serré ( tight-buffered ), le retrait après l’extrusion peut entraîner des tensions à la fibre optique avec des conséquences négatives telles que l’augmentation de l’atténuation. Les fabricants de câbles à fibres optiques essayent d’aborder ce problème à travers une sélection appropriée de qualités de polymères et l’optimisation des conditions de processus utilisées durant la fabrication du câble. Cette étude porte sur la sélection de la qualité la plus adéquate de polyfluorure de vinilidene (PVDF) et des conditions spécifiques de processus pouvant être utilisées pour minimiser le retrait après l’extrusion dans le but d’en réduire les conséquences négatives sur l’atténuation de la fibre. L’article traitera également la sélection des outils, les conditions de processus et les caractéristiques des polymères permettant d’en réduire l’orientation et le retrait après l’extrusion. Une grande partie des concepts de cet article peuvent être appliqués également à d’autres matériaux communément présents dans les applications de fibres optiques. 1 Introduction Le polyfluorure de vinilidene (PVDF) est une résine industrielle obtenue au moyen d’une polymérisation par radicaux libres de 1,1-difluoruroéthène ou fluorure de vinylidène (VDF ou VF 2 ) qui présentent la structure chimique –[CH 2 -CF 2 ]n-. Les homopolymères sont hautement cristallins et sont caractérisés par un module de flexion par rapport à autres fluoropolymères.

Ces exigences peuvent être aisément satisfaites en utilisant différentes qualités de PVDF. Grâce à ces caractéristiques uniques, le polymère PVDF est considéré comme un matériau d’élection pour les revêtements des câbles de haute qualité dans des applications exigeant des propriétés ignifuges et d’émission de fumées supérieures. Le PVDF est plus communément utilisé en tant que revêtement pour câbles et il est appliqué en utilisant un processus d’extrusion défini comme extrusion de tube ou extrusion appelée “ Tube-on” . Généralement, l’extrusion du revêtement a lieu à de hautes vitesses allant de quelques centaines de pieds par minute à plus de 1000 pieds par minute. L’effort de cisaillement dans la zone de coupe à travers la filière d’extrusion du fil peut être suffisamment élevé pour déterminer l’orientation du polymère dans l’extrudat. Notamment, le matériau fondu est tréfilé avec des coefficients d’étirage (DDR ou draw down ratio ) modérés à l’extérieur de la filière selon un mode en mesure d’ influencer considérablement l’orientation du polymère. Le coefficient d’étirage type pour les applications de revêtement de PVDF est égal à 7:1, bien que des valeurs de DDR supérieures ou inférieures soient souvent utilisées. L’action de tréfiler l’extrudat à l’extérieur de la filière entraîne une orientation moléculaire considérable qui est souvent congelée dans le matériau durant le refroidissement du produit extrudé. La cause principale de l’alignement des polymères suivie d’un retrait du revêtement [3] est le tréfilage du polymère à l’extérieur de la filière suivie du refroidissement par trempe. Le retrait du revêtement, généralement défini comme “ shrinkback ”, a lieu lorsque l’orientation du polymère congelé dans le matériau se relâche à l’état solide.

Le fluorure de vinylidène est souvent copolymérisé avec le hexafluoropropylène (HFP), le chloro-trifluoroéthylène (CTFE) et/ou le tétrafluoroéthylène (TFE) pour en modifier les propriétés physiques et chimiques [1] . L’inclusion de comomères réduit la cristallinité qui réduit le module de flexion et augmente les propriétés élastomériques. Outre les différents types et contenus de comomères, les qualités de PVDF disponibles sur le marché peuvent être fournies avec une variété de viscosités en permettant l’utilisation dans des processus de fusion différents. Les produits à viscosité supérieure sont indiqués pour de nombreux processus d’extrusion dans la production de tôles et de tubes. Les produits caractérisés par une viscosité inférieure sont communément utilisés pour le moulage par injection, pour les tuyauteries et la majorité des applications de revêtement et d’isolement de fils et de câbles. Les polymères de PVDF comme d’autres fluoropolymères, présentent une résis- tance à la flamme élevée et des caractéristiques intrinsèques de faible émission de fumées. Les résines non modifiées sont caractérisées par un indice limite d’oxygène (LOI) de 43 et sont classifiées V-0 conformément à la norme UL94 [2] . En outre, des qualités spécifiques de PVDF commercialement disponibles, sont caractérisées par une basse résistance à la flamme et une faible émission de fumées, et comprennent des additifs ignifuges (avec une augmentation de l’indice limite d’oxygène jusqu’à 100). Les produits à base de PVDF à basse propagation de la flamme et à faible émission de fumées sont généralement utilisés pour la production de câbles plénum installés dans des espaces cachés servant à la circulation de l’air ou dans des bâtiments commerciaux. Les câbles plénum exigent des propriétés ignifuges exceptionnelles et une faible émission de fumées en cas d’incendie.

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EuroWire – Juillet 2009