EoW July 2009

artículo técnico

Para limitar la post-contracción, se pueden optimizar las herramientas y las condiciones de procesamiento para reducir la alineación del polímero y aumentar el tiempo disponible para la sucesiva relajación. Las modificaciones de las condiciones de procesamiento que permiten mantener el PVDF en estado fundido después del estiramiento afectarán al índice de alineación total del polímero que queda después de la solidificación. El estudio realizado indica que las características reológicas del PVDF tienen un efecto significativo sobre la contracción que tiene lugar después de la extrusión. Las estructuras de PVDF que permiten una relajación más rápida de la alineación del polímero mostrarán una post-contracción más baja. Se ha demostrado que reducir la viscosidad es una manera de reducir la post-contracción. Modificar la estructura del polímero para ofrecer una respuesta newtoniana en la zona de corte inferior constituye otra manera. Arkema ha usado estos conocimientos para desarrollar nuevas calidades de baja contracción para el mercado de la fibra óptica. n 5 Agradecimientos Los autores expresan su profundo agradecimiento a Mara Copolla por la realización de los experimentos descritos en este artículo y sus inestimables aportes y sugerencias para este estudio. [1] Encyclopedia of polymer science and technology, John Wiley & Sons Inc 2007 [2] Kynar® & Kynarflex® PVDF performance charac- teristics and data, Arkema, 2006 [3] Henry, James J, A study of the effects of select processing and material variables on jacket shrinkage in a PVDF-HFP tube-on extrusions process, University of Massachusetts, 2003 Este artículo fue presentado antes en el 56º IWCS y ha sido reproducido con el permiso de los organizadores. 6 Referencias

Material

% de post-contracción

PVDF 1A (calidad comercial existente)

2.97

PVDF 1B (PVDF1 mejorado)

-0.28 1.22 0.29

PVDF 2A (calidad comercial existente)

PVDF 2B (PVDF 2 mejorado)

▲ ▲ Tabla 3 : Experimentos de post-contracción en cables de PVDF

Los experimentos de post-contracción fueron realizados midiendo la longitud de la cubierta antes y después de una exposición térmica a 212ºC durante 1 hora. Se esperó un tiempo de recuperación de 24 horas antes de tomar las medidas finales. Los experimentos de post-contracción fueron repetidos usando productos de PVDF similares con algunas modificaciones de la estructura para reducir más las características de post-contracción. Estas muestras son identificadas como PVDF 1B y PVDF 2B. Un resumen de los resultados de los experimentos de post-contracción se encuentra en la Tabla 3 . Las calidades comerciales existentes seleccionadas tenían características que indicaban ya productos de contracción relativamente baja para aplicaciones de cables. Los ajustes de las características reológicas tuvieron los efectos deseados de reducir el nivel de post-contracción observado para este producto. Se mostró que los ajustes no tenían un impacto negativo sobre las características del cable. El valor negativo del PVDF 1B indica que el cable era un poco más ancho después de la exposición térmica. Se cree que esto indica contracción cero y el valor negativo está dentro de la gama de precisión del experimento. 4 Conclusiones La contracción después de la extrusión es un problema conocido por la industria de la fibra óptica por sus efectos en las prestaciones del cable debido a la longitud de fibra extra. Se sabe que el problema de la contracción es debido principalmente a la orientación del polímero que se conserva en el PVDF después del procesamiento. El procesamiento de alambre y cable requiere que el producto sea estirado en estado fundido, lo que causa una signifi- cativa alineación del polímero. Debido a la alta velocidad de recubrimiento del cable y el enfriamiento relativamente rápido característico del proceso, muchas de las tensiones producidas quedan “congeladas” en el producto final. La contracción después de la extrusión, o post-contracción, es causada simplemente por la relajación de estas tensiones en estado sólido.

La respuesta a la relajación más rápida ha sido prevista por la curva maestra ( Figura 1 ) que mostraba las diferencias reológicas de estos dos productos en el campo de esfuerzo de corte bajo ( low shear range ). Cuando se interpretan los datos, es útil conocer el ambiente de enfriamiento típico del procesamiento del PVDF. En un proceso de recubrimiento estándar para producir una cubierta de 0,020 pulgadas y a una velocidad de 300 pies por minuto dejando una distancia de 6 pulgadas entre el tanque de enfriamiento y la hilera, se ha estimado que el tiempo desde el final del estiramiento y antes de la entrada en el taque es 0,10 segundos, y el tiempo efectivo para que se solidifique la cubierta es aproximadamente 0,42 segundos, con un tiempo de enfriamiento total de 0,52 segundos. En base a esta aproximación, el K2500-10 tendrá tiempo suficiente para relajarse después de la operación de estirado. Al contrario, las muestras con viscosidad más alta y las muestras no aleatorias no se relajarán en este periodo de tiempo y se supone que la mayoría de las tensiones elásticas quedarán “congeladas” en la cubierta final. Conociendo las características reológicas necesarias para alcanzar propiedades de contracción bajas y los métodos analíticos para evaluar nuevos materiales, se está intentando mejorar aún más las características de baja post-contracción del PVDF. Las estructuras del PVDF, que ya se caracterizaban por un índice de contracción bajo, fueron modificadas para mejorarlas en lo posible. Se determinó el índice de post-contracción de dos calidades comerciales de PVDF existentes, denominadas PVDF 1A y PVDF 2A, efectuando una serie de experimentos de post-contracción en cables recubiertos con estos productos. Las cubiertas de los cables fueron aplicadas usando una pequeña línea de extrusión de laboratorio de la sociedad, formada por una extrusora Killion de 1 pulgada, equipada con cabezal inyector BH-30 y todos los equipos siguientes necesarios. Condiciones como la temperatura del tambor, la temperatura del agua, la veloci- dad de línea y la distancia del tanque fueron estandarizadas para eliminarlas como variables durante el experimento. Los cables fueron cortados en trozos de 10 pies y las cubiertas fueron quitadas cortándolas a lo largo del cable.

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EuroWire – Julio de 2009