EoW July 2009

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EuroWire – Luglio 2009 85
articolo tecnico
Ritiro contenuto del filo e del
cavo dopo l’estrusione ed
importanza della selezione
della qualità di materiale
A cura di James J Henry e Nafaa Mekhilef di Arkema Inc
Sommario
É ampiamente noto che il ritiro che si
verifica dopo l’estrusione può causare
problemi durante la produzione di cavi
a fibre ottiche. Nei cavi a fibre ottiche
del tipo loose tube (a struttura lasca) e
tight-buffered (a struttura serrata), il ritiro
post-estrusione può determinare tensioni
sulla fibra ottica con conseguenze nega-
tive come l’aumento dell’attenuazione
nella fibra.
I fabbricanti di cavi a fibre ottiche tentano
di affrontare questo problema mediante
un’adeguata selezione delle qualità di
polimeri e ottimizzando le condizioni di
processo utilizzate durante la fabbricazione
del cavo. Il presente articolo tratta della
selezione della qualità più adeguata di
fluoruro di polivinilidene (PVDF) e delle
condizioni specifiche di processo che si
possono utilizzare per minimizzare il ritiro
post-estrusione con l’obiettivo di ridurne
le conseguenze negative sull’attenuazione
della fibra. Saranno esaminati la selezione
degli utensili, le condizioni di processo e le
caratteristiche dei polimeri che consentono
di ridurre l’orientamento del polimero e
il ritiro post-estrusione. Gran parte del
contenuto di questo articolo può essere
applicato anche ad altri materiali che si
trovano comunemente nelle applicazioni
di fibre ottiche.
1 Introduzione
Il fluoruro di polivinilidene (PVDF) è una
resina industriale ottenuta mediante
polimerizzazione radicalica libera di
1,1-difluoroetene o fluoruro di vinilidene
(VDF o VF2) che presentano la seguente
struttura chimica –[CH2-CF2]n-. Gli
omopolimeri PVDF sono altamente
cristallini e sono caratterizzati da un
modulo flessurale relativamente elevato
rispetto ad altri fluoropolimeri. Il fluoruro
di polivinilidene è spesso copolimeriz-
zato con esafluoropropilene (HFP), cloro-
trifluoroetilene(CTFE)e/otetrafluoroetilene
(TFE) per modificarne le proprietà fisiche
e chimiche[1]. L’inclusione di comonomeri
riduce la cristallinità, cosa che abbassa il
modulo flessurale ed aumenta le proprietà
elastomeriche. Oltre ai vari tipi e contenuti
di comonomeri, le qualità di PVDF
disponibili commercialmente possono
essere fornite con varie viscosità che
consentono l’utilizzo in diversi processi di
fusione. Prodotti a più elevata viscosità
sono indicati per numerosi processi di
estrusione nella produzione di lamiere
e tubi. I prodotti caratterizzati da una
viscosità inferiore sono comunemente
utilizzati per la formatura ad iniezione,
per tubazioni e per la maggior parte delle
applicazioni di rivestimento ed isolamento
di fili e cavi.
I polimeri PVDF come altri fluoropolimeri,
presentano un’elevata resistenza al
fuoco e caratteristiche intrinseche di
bassa emissione di fumo. Le resine non
modificate sono caratterizzate da un
elevato indice di ossigeno (LOI) pari a 43
e sono classificate V-0 conformemente
alla norma UL94[2]. Sono inoltre com-
mercialmente disponibili qualità speciali
di PVDF caratterizzati da una limitata
propensione alla propagazione della
fiamma e a ridotta emissione di fumo
che includono additivi ignifughi (con
aumento dell’indice d’ossigeno fino a 100).
I prodotti PVDF a limitata propagazione
della fiamma e ridotta emissione di
fumo sono generalmente utilizzati per
la produzione di cavi plenum installati in
spazi destinati al condizionamento dell’aria
in edifici commerciali. I cavi plenum
richiedono eccezionali proprietà ignifughe
e di ridotta emissione di fumo in caso
di incendio. Questi requisiti si possono
facilmente soddisfare utilizzando varie
qualità di PVDF.
Grazie a queste proprietà uniche, il
polimero PVDF è considerato un materiale
d’elezione per i rivestimenti di cavi
High-End in applicazioni che richiedono
proprietà ignifughe e di emissione di fumo
superiori.
Il PVDF è comunemente utilizzato
come rivestimento per cavi e si applica
utilizzando un processo di estrusione
definito come estrusione di tubo o
estrusione“ Tube-on”. Generalmente, l’estru-
sione del rivestimento avviene ad elevate
velocità che variano da alcune centinaia
di piedi il minuto ad oltre 1000 piedi il
minuto. Lo sforzo di taglio nella zona di
taglio attraverso la trafila di estrusione del
filo può essere abbastanza elevato per
determinare l’orientamento del polimero
nel prodotto estruso.
In particolare, il materiale fuso viene
trafilato con coefficienti di trafilatura (DDR
o draw down ratio ) moderati all’esterno
della trafila in una modalità che influenza
notevolmente l’orientamento del polimero.
Il coefficiente tipico di trafilatura per le
applicazioni di rivestimento PVDF è di 7:1,
sebbene siano spesso utilizzati valori di
DDR più alti o più bassi. L’atto di trafilare
il materiale estruso all’esterno della trafila
determina un notevole orientamento
molecolare che viene spesso congelato
nel materiale durante il raffreddamento
del prodotto estruso. É la trafilatura del
polimero all’esterno della trafila seguita
da raffreddamento mediante tempra la
causa principale dell’allineamento del
polimero con conseguentemente ritiro
del rivestimento[3]. Il ritiro del rivestimento,
comunemente definito come “shrinkback ”,
si verifica quando l’orientamento del
polimero congelato nel materiale si rilassa
nello stato solido.
Il presente articolo tratterà gli effetti
dell’orientamento del polimero sul ritiro
post-estrusione.