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article technique
EuroWire – Juillet 2009
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.
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.
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.