EoW July 2008

90 / 104

EuroWire – Luglio 2008 88
articolo tecnico
si trovano tutte allo stesso livello, come
illustrato nella Figura 2. Ciò significa che
la tensione nel rivestimento primario a
temperatura ambiente è una trazione
idrostatica: aumenta al diminuire della
temperatura fino a raggiungere il Tg del
rivestimento primario (normalmente
~-20ºC), quando anche il rivestimento
primario passa allo stato vetroso. Lo
sforzo di trazione calcolato nel rivesti-
mento primario è ~0,8MPa a temperatura
ambiente, come illustrato nella Figura 2 .
A causa della proprietà viscoelastica
del rivestimento secondario, lo sforzo
effettivo dovrebbe essere inferiore allo
sforzo calcolato e diminuire nel tempo
mentre il rivestimento secondario viene
sottoposto ad un rilassamento degli sforzi
a temperature T g inferiori.[5]
Mentre il rischio di cavitazione del
rivestimento dovuta a tensione termica è
ridotto nelle fibre tradizionali con doppio
rivestimento, vanno valutati con attenzione
alcuni tipi di sistemi di rivestimento come
quelli esaminati qui di seguito. La nuova
tendenza nello sviluppo dei rivestimenti
primari consiste nel ridurre ulteriormente
il relativo modulo e il valore Tg al fine
di fornire una migliore protezione di
tamponamento contro le micropiegature
in un’ampia gamma di temperature.
In questo tipo di rivestimento, lo sforzo di
trazione continua ad aumentare quando
la temperatura inizia a diminuire; tuttavia
il rivestimento primario rimane allo
stato gommoso. Come illustrato nella
Figura 3, lo sforzo di trazione calcolato
aumenta linearmente al diminuire della
temperatura. Il rilassamento degli sforzi del
rivestimento secondario è inoltre molto
più lento a basse temperature.
Oltre al rischio di alte tensioni termiche, un
rivestimento primario con modulo ridotto
può essere più suscettibile di cavitazione
a causa della sua inferiore densità di
reticolazione.
É quindi molto importante che i
rivestimenti primari con basso modulo
e basso Tg siano progettati con cura da
presentare un’elevata resistenza alla
cavitazione, ottimizzando la struttura di
reticolazione. La conoscenza profonda
a livello molecolare della resistenza alla
cavitazione dei materiali di rivestimento
vulcanizzabili ai raggi ultravioletti consente
di sviluppare sistemi di rivestimento con
prestazioni di micropiegatura migliorate
associate ad un’elevata resistenza alla
cavitazione per offrire fibre robuste in
un’ampia gamma di temperature.
Un altro esempio di situazione ad alto rischio
per quanto riguarda la formazione di cavità,
è rappresentato dalla fibra caratterizzata da
strati di rivestimento più spessi rispetto a
quelli tradizionali. Lo sforzo di trazione nello
strato primario di una fibra che presenta
una struttura di vetro/rivestimento con
diametro esterno di 125/350/500 μm, è
calcolato e rappresentato graficamente nella
Figura 3. Il valore dello sforzo di trazione nel
rivestimento primario di questa fibra è 2,8
volte maggiore del valore dello sforzo nel
rivestimento primario di una fibra rivestita
standard con diametro esterno di 245 μm.
Pertanto, le fibre che presentano strati di
rivestimento più spessi dovrebbero essere
composte da un rivestimento primario
Figura 3 ▼ ▼ : Tensione termica calcolata rispetto alla temperatura per una fibra normale di 250 µm (supponendo che la
tensione inizia a svilupparsi ad una temperatura inferiore a quella del rivestimento secondario con Tg ~50°C)
Figura 4 ▲
▲ :Cavità nello strato di rivestimento primario
indotte da variazione ciclica della temperatura in
una fibra di 500 µm (sinistra) 40x (destra) 200x
Figura 5 ▲
▲ : Diagramma schematico degli sforzi di
trazione localizzati nel rivestimento primario causati
da una forza meccanica laterale
Figura 6 ▲ ▲ : Sforzo normale medio nello strato
di rivestimento primario indotto da una forza
meccanica laterale calcolato mediante l’Analisi ad
Elementi Finiti
Sforzo di
trazione
Sforzo di
trazione
Sforzo di trazione nel rivestimento primario
Temperatura
245 μm Fibra
500 μm Fibra
del rivestimento e causare la frattura di
coesione della struttura del rivestimento.
Il rivestimento può presentare due tipi
di sforzi di trazione triassiale che hanno
origini diverse: lo sforzo di trazione
può essere indotto termicamente dalla
variazione di temperatura, o indotto da
forze meccaniche esterne.
2.1 Cavità indotte da tensioni termiche
2.1.1 Tensioni termiche in un sistema di
rivestimento a doppio strato. É ampiamente
confermato che le tensioni termiche sono
presenti nel sistema di fibre rivestite.[2-5] Lo
sforzo di trazione triassiale nel rivestimento
primario, come illustrato nella Figura 1, è
causato dalla differenza fra i coefficienti
di dilatazione termica del vetro, del
rivestimento primario e del rivestimento
secondario.
Sulla base delle teorie meccaniche dei
materiali, è possibile calcolare lo sforzo
triassiale, costituito dalle componenti
della tensione radiale σr, dalla tensione
tangenziale σθ e dalla tensione assiale σz.
La Figura 2 illustra la distribuzione della
tensione calcolata in un tipico sistema
a doppio strato, ove ogni spessore
dello strato è pari a 30 μm, il modulo di
Young E 1=1MPa, E2=1GPa, i coefficienti di
dilatazione termica lineare α1=3x10-4/K,
α2 =1x10-4 /K ed i rapporti di Poisson
ν1 =0,5, ν2=0,4. Il sistema è sottoposto ad
una variazione di temperatura di -30ºC,
per simulare la tensione nel sistema di
rivestimento quando la fibra rivestita è
raffreddata dalla temperatura di trafilatura
alla temperatura ambiente. Sebbene la
temperatura nel rivestimento durante il
ciclo di vulcanizzazione ad UV potrebbe
raggiungere valori fino a 100ºC, la tensione
termica inizia ad aumentare solo quando
la temperatura scende al di sotto della
temperatura di transizione vetrosa (Tg) del
rivestimento secondario (~50ºC).
Le tre componenti della tensione nel
rivestimento primario sono di trazione e