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EuroWire – Juli 2009
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technischer artikel
bewirken, was wiederum Signalverluste
ergibt. Das Nachextrusionsschrumpfen
wird gebräuchlich als Zurückschrumpfen
bezeichnet. Dieser Begriff wird im restlichen
Teil dieses Artikels benutzt, um dieses
Verhalten zu beschreiben. Die ergriffenen
Maßnahmen,
um
die
eingefrorene
Orientierung zu reduzieren, resultieren in
einer Verringerung des Zurückschrumpfens
und der Faserüberlänge. Diese Handlungen
schließen die Prozessoptimierung und die
richtige Auswahl der PVDF-Klassen ein.
2 Niedriges
Schrumpfen bei
der Draht- und
Kabelextrusion
Die Wirkungen der Verarbeitungsbeding-
ungen auf das Zurückschrumpfen können
manchmal sehr groß sein und man
setzt sich stark ein, um Bedingungen zu
finden, die diese Wirkungen minimieren.
Als allgemeine Regel gilt, daß alle
Verfahrensänderungen, die den Anteil
an Dehndeformation (Dehnung) des
Polymers
reduzieren,
potentiell
das
Zurückschrumpfen
reduzieren.
Eine
Verringerung des Herabzieh-Verhältnisses
kann eine gute erste Maßnahme sein, um
das Zurückschrumpfen zu reduzieren.
PVDF-Harze werden in der Regel mit
S p i t z e n / Z i e h s t e i n - K omb i n a t i o n e n
verarbeitet, die ein nominelles Herabzieh-
Verhältnis von 7:1 herstellen. Niedrigere
Herabzieh-Verhältnisse können eingesetzt
werden, um die Polymerorientierung in der
Schmelze zu reduzieren und demzufolge
das Zurückschrumpfen.
Die
Reduzierung
des
Herabzieh-
Verhältnisses bis zu 4:1 wird oft als
erster
Schritt
empfohlen,
um
das
Zurückschrumpfen zu reduzieren. Es ist
bekannt, daß Einschränkungen bei der
Reduzierung des Herabzieh-Verhältnisses
bestehen,
das
durch
übermäßige
Ziehsteindrücke und Begrenzungen der
Werkzeugbestückung bestimmt wird. Es ist
ebenfalls wichtig, die Werkzeugbestückung
auszuwählen, die ein ausgeglichenes
Ziehen bietet. Ein hoher Ziehausgleich,
der die Bildung eines “engen Konus”
ergibt, kann manchmal zu einer höheren
Polymerorientierung im Endprodukt führen.
Ein Ziehausgleich, der bei oder etwas
unter 1 eingestellt wird, ist in der Regel
empfohlen wenn PVDF verarbeitet wird,
um die Polymerorientierung im Endprodukt
zu reduzieren.
Wenn
ein
Verfahren
bei
höheren
Temperaturen abläuft, kann sich ebenfalls
eine Reduzierung des Zurückschrumpfens
ergeben. Daraus folgt, daß ein wärmeres
Verfahren die Harzviskosität reduziert
(leichter zu fließen) und das Kühlverfahren
verzögert (längere Zeit in der Schmelze),
was wiederum ein höheres Niveau an
Polymerrelaxation
im
Schmelzzustand
ermöglicht.
Jegliche
Verfahrensveränderung,
die
eine Entspannung der Polymerorientierung
im Schmelzzustand vor dem Einfrieren
ermöglicht, reduziert das Zurückschrumpfen.
Wenn die Schmelztemperatur oder die
Wassertemperatur wärmer eingestellt ist,
kann dabei manchmal mehr Zeit für die
Relaxation der Polymerorientierung vor
dem Einfrieren verwendet werden. In dieser
Hinsicht kann auch das Wegschieben des
Tanks vom Ziehstein von Nutzen sein.
In diesem Fall bestehen dann wieder
Sicherheitseinschränkungen
für
das
Verfahren, in Hinblick darauf daß die
Temperaturen nicht zu hoch eingestellt
werden, sowie Probleme bezüglich der
Mantelkonzentrizität, die sich auf den
Abstand beziehen, der zwischen dem
Kühltank und dem Ziehstein eingestellt
wird. Es ist bekannt, daß die Kombi-
nation
dieser
Werkzeugbestückungs-/
Verarbeitungsänderungen
zu
einigen
Reduzierungen in der Polymerorientierung
und im Zurückschrumpfen führen kann.
Wenn
die
Verarbeitungsänderungen
nicht ausreichen, um die Probleme
des
Zurückschrumpfens
zu
lösen,
gilt als darauf folgende Maßnahme
alternative
PVDF-Klassen
zu
berück-
sichtigen,
mit
inhärent
niedrigeren
Zurückschrumpfeigenschaften.
3 Auswahl der
PVDF-Klassen
zur Anwendung
mit niedrigem
Schrumpfen
Der
in
den
PVDF-Kabelmänteln
beobachtete
Zurückschrumpfanteil
ändert
sich
wesentlich
zwischen
einzelnen
PVDF-Klassen,
unabhängig
von
den
Verarbeitungsbedingungen.
Als allgemeine Regel gilt, daß niedrigere
Viskositätsklassen, im Vergleich zu höheren
Viskositätsklassen, dazu neigen niedrigere
Zurückschrumpfeigenschaften herzustellen.
Zurückschrumpfwerte über 5% wurden bei
der Verarbeitung höherer Viskositätsklassen
beobachtet.
Eine Reduzierung des Zurückschrumpfens
kann erreicht werden, indem man einfach
auf ein Produkt mit niedrigerer Viskosität
übergeht.
Halbierte
Zurückschrumpf-
Werte wurden beobachtet indem einfach
eine PVDF-Klasse mit niedriger Viskosität
eingesetzt wurde. Die Erhöhung des
Comonomer-Gehalts
reduziert
die
Kristallisation im PVDF-Harz, somit werden
weichere Produkte hergestellt, die sich
für die Draht- und Kabelanwendungen
bestens eignen. Vorsichtshalber bestehen
EinschränkungenbeimGradder Reduzierung
der Viskosität ohne negative Folgen auf
die physikalischen und mechanischen
Eigenschaften des Mantels zu haben.
In der Regel werden Copolymer-Klassen
mit höheren Comonomer-Gehalten für
Draht- und Kabelanwendungen bevorzugt.
Derartige Klassen können mit niedrigeren
Viskositätsbereichen erzielt werden, die gute
Gesamteigenschaften besitzen.
Arkema Inc bietet eine große Auswahl an
Produkten an, die im Draht- und Kabelmarkt
Einsatz finden. Um einige Unterschiede
der Schrumpfleistung zu erklären, wird
eine Auswahl an Klassen beschrieben, die
einen Produktbereich mit unterschied-
licher Viskosität, Comonomer-Gehalt und
-Verteilung darstellt. Das ausgewählte
PVDF-Material ist in
Tabelle 1
dargestellt.
Als allgemeine Regel gilt, daß niedrigere
Viskositäts-PVDF-Klassen, im Vergleich zu
höheren Viskositätsklassen, ein niedrigeres
Zurückschrumpfen aufweisen. Als Beispiel
dazu ist es bekannt, daß K2500-10
(Viskosität 795 Pa.s) weniger schrumpft
als K2500-20 (Viskosität 1460 Pa.s).
Darüber hinaus wurde entdeckt, daß die
Produkte mit einer zufälligen Comonomer-
Verteilung
weniger
Zurückschrumpfen
als jene Produkte, die eine nichtzufällige
Comonomer-Verteilung aufweisen.
Beispielsweise ist es bekannt, daß ein
zufälliger Copolymer wie z. B. K2500-10
weniger schrumpft als ein nichtzufälliger
Comonomer wie z. B. K3120-10, selbst
wenn beide eine ähnliche Viskosität von
80 s
-1
haben.
Das
Verständnis
der
Beziehung
zwischen der Polymerstruktur und dem
Zurückschrumpfen wurde dank zahlreicher,
in der Vergangenheit durchgeführten
Untersuchen erworben.
PVDF ID
HFP
Comonomer Comonomerverteilung h bei 80
s
–1
(Pa.s)
T
m
(º C)
K2500-10
Hoch
Zufällig
795
127
K2500-20
Hoch
Zufällig
1460
114
K2750-01
Hoch
Zufällig
2290
140
K3120-10
Mäßig
Nichtzufällig
650
165
K3120-15
Mäßig
Nichtzufällig
1230
165
K3120-50
Mäßig
Nichtzufällig
2390
165
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Tabelle 1
:
Eingesetzte Materialien und deren Eigenschaften