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EuroWire – Juillet 2009
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article technique
Le présent article traitera des effets de
l’orientation des polymères sur le retrait
après l’extrusion. On sait bien que le retrait
qui a lieu après l’extrusion peut causer des
problèmes dans les câbles, et notamment
durant la production de câbles de fibre
optique. Le retrait après l’extrusion des
revêtements ou de tubes de revêtement
utilisés dans les câbles à fibres optiques
peut entraîner une longueur de la fibre
excessive (EFL ou
excessive fibre length
),
définie comme le rapport entre la longueur
de la fibre et la longueur effective du tube.
La longueur excessive des fibres peut
produire des tensions sur les fibres optiques
avec pour résultat la perte du signal. Le
retrait après l’extrusion est communément
appelé “
shrinkback
” ou post-retrait, terme
qui sera utilisé dans le reste de cet article
pour désigner ce comportement. Les
actions entreprises pour réduire l’orientation
“congelée” dans le matériau entraîneront
une réduction du post-retrait et de l’EFL.
Ces actions comprennent l’optimisation
du processus et une sélection correcte des
qualités de PVDF.
2 Retrait réduit dans
l’extrusion du fil
et du câble
Parfois, les effets des conditions de
processus sur le post-retrait peuvent
être significatifs et la recherche est
orientée à identifier les conditions
pouvant minimiser ces effets. En règle
générale, toute modification du processus
réduisant la quantité de déformation
extensionnelle (étirage) du polymère peut
potentiellement réduire le post-retrait.
La réduction du coefficient d’étirage
peut représenter un premier pas dans
la réduction du post-retrait. Les résines
de PVDF sont généralement traitées en
utilisant des combinaisons de pointes/
filières entraînant un coefficient d’étirage
nominal égal à 7:1. Des coefficients
d’étirage inférieurs peuvent être utilisés
pour réduire l’alignement du polymère
dans le matériau fondu et donc le
post-retrait.
Il est souvent recommandé de réduire
le DDR à 4:1 comme premier pas vers la
réduction du post-retrait. Il est entendu
qu’il existe des limites pour la réduction
du coefficient d’étirage (DDR), qui
dépend par exemple des pressions de la
filière excessives et des limitations des
instruments. En outre, il est important de
sélectionner les équipements appropriés
permettant
d’effectuer
un
tréfilage
équilibré. Un équilibre de tréfilage élevé
entraînant la formation d’un “cône
étroit” peut parfois entraîner un majeur
alignement des polymères dans le produit
final. Généralement, il est recommandé
d’établir un coefficient d’étirage équivalent
à 1 ou à une valeur légèrement inférieure
durant le processus avec le PVDF pour
réduire l’alignement du polymère dans le
produit final.
Effectuer un processus à des températures
supérieures peut également entraîner la
réduction du post-retrait. Il s’ensuit que
des températures de processus supérieures
réduisent la viscosité de la résine (flux
plus fluide) et retardent le processus de
refroidissement (temps prolongé dans le
matériau fondu) en permettant un niveau
de relaxation plus élevé du polymère à
l’état fondu. Toute variation de processus
permettant à l’alignement des polymères
de se relâcher à l’état fondu avant la
congélation réduira le post-retrait. Une
augmentation de la température de fusion
ou de la température de l’eau peut parfois
accorder plus de temps pour la relaxation
de l’alignement des polymères avant la
congélation. L’éloignement du réservoir de
la filière peut être avantageux de ce point
de vue. En outre, il existe des limitations
concernant la sécurité du processus, en
particulier en ce qui concerne l’utilisation
de températures excessives ainsi que des
problèmes de concentricité du revêtement
dus à la distance entre le réservoir de
refroidissement et la filière.
Il est notoire que la combinaison de ces
variations d’équipements/processus peut
entraîner une réduction de l’alignement du
polymère et du post-retrait. Si les variations
de processus ne sont pas suffisantes pour
résoudre les problèmes de post-retrait,
l’étape suivante consiste à considérer les
qualités alternatives de PVDF par rapport
à des caractéristiques de post-retrait
intrinsèquement inférieures.
3 Sélection des
qualités de PVDF
pour des applications
de retrait réduit
La valeur du post-retrait observée dans
les revêtements de câbles de PVDF varie
drastiquement entre les différents types de
PVDF, indépendamment des conditions de
processus. En règle générale, les qualités
qui présentent une viscosité inférieure ont
tendance à produire des caractéristiques
de post-retrait inférieures par rapport aux
qualités à viscosité élevée. Des valeurs
de post-retrait supérieures à 5% ont été
observées en utilisant des qualités à
viscosité élevée. L’on peut observer une
réduction dans le post-retrait en passant
simplement à un produit à viscosité
inférieure. Des valeurs de post-retrait
réduites de moitié ont été remarquées
simplement en utilisant une qualité de
PVDF à viscosité réduite. L’augmentation
du contenu de comonomères entraîne
une réduction de la cristallinité dans la
résine du PVDF et un produit plus souple,
indiqué pour des applications de fil et
câble. Il faut toutefois remarquer qu’il
existe des limitations en ce qui concerne
la réduction de la viscosité sans entraîner
aucune conséquence négative sur les
propriétés physiques et mécaniques du
revêtement. Généralement, les qualités de
copolymères caractérisés par des teneurs
élevés en comomères sont préférables
pour les applications de fil et câble, et elles
peuvent être fournies dans une gamme de
viscosités inférieures avec des propriétés
générales satisfaisantes.
Arkema Inc offre une vaste gamme
de produits pouvant être utilisés dans
les marchés du fil et du câble. Pour
expliquer quelques différences dans les
performances de retrait, l’article examinera
plusieurs qualités qui représentent une
gamme de produits différents quant à
la viscosité, aux comonomères et à la
distribution. Les matériaux sélectionnés à
base de PVDF sélectionnés sont illustrés au
Tableau 1
.
En général, il est notoire que les qualités
de PVDF à viscosité inférieure sont sujettes
à un post-retrait mineur par rapport
aux qualités à viscosité supérieure. Par
exemple, on sait que le K2500-10 (viscosité
795 Pa.s) est sujet à un post-retrait inférieur
par rapport au K2500-20 (viscosité 1460
Pa.s). En outre, il a été découvert que les
produits caractérisés par une distribution
aléatoire des comomères subissent un
retrait inférieur par rapport à ceux qui
ont une distribution non aléatoire. Par
exemple, un copolymère aléatoire comme
le K2500-10 est sujet à un retrait inférieur
à celui d’un copolymère non aléatoire
comme le K3120-10, bien que tous les
deux présentent une viscosité similaire
PVDF ID
Comonomère
HFP
Distribution
comonomères
η @ 80
s
–1
(Pa.s)
T
m
(º C)
K2500-10
Haut
Aléatoire
795
127
K2500-20
Haut
Aléatoire
1460
114
K2750-01
Haut
Aléatoire
2290
140
K3120-10
Modéré
Non aléatoire
650
165
K3120-15
Modéré
Non aléatoire
1230
165
K3120-50
Modéré
Non aléatoire
2390
165
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Tableau 1
:
Matériaux utilisés et propriétés correspondantes