EoW July 2009

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EuroWire – Luglio 2009 86
articolo tecnico
É ben noto che il ritiro post-estrusione può
causare problemi nei cavi, e segnatamente
durante la produzione di cavi a fibre
ottiche. Il ritiro post-estrusione dei
rivestimenti o dei tubi di rivestimento
utilizzati nei cavi a fibre ottiche può
determinare lunghezze di fibra eccessive
(EFL o excessive fibre length), definite come
il rapporto fra la lunghezza della fibra e la
lunghezza effettiva del tubo. L’eccessiva
lunghezza delle fibre può produrre tensioni
sulle fibre ottiche con conseguente perdita
del segnale. Il ritiro post-estrusione è
comunemente definita come “shrinkback”
o post-ritiro, termine che sarà utilizzato
nel seguito del presente articolo per
descrivere questo comportamento. Le
azioni intraprese per ridurre l’orientamento
“congelato” nel materiale comporteranno
una riduzione del post-ritiro e dell’EFL. Tali
azioni comprendono l’ottimizzazione del
processo ed una corretta selezione delle
qualità di PVDF.
2 Ritiro contenuto
nell’estrusione
di filo e cavo
Gli effetti delle condizioni di processo sul
post-ritiro possono talvolta essere notevoli
e la ricerca è orientata ad individuare
condizioni che possano minimizzare
tali effetti. Di norma, qualsiasi modifica
del processo che riduca la quantità di
deformazione estensionale (stiramento)
del polimero può potenzialmente ridurre
lo shrinkback. La riduzione del coefficiente
di trafilatura può rappresentare un primo
passo nella riduzione del post-ritiro.
Le resine di PVDF sono generalmente
trattate utilizzando combinazioni di
punte/filiere che determinano un coeffi-
ciente di trafilatura nominale pari a 7:1.
Coefficienti di trafilatura inferiori possono
essere utilizzati per ridurre l’orientamento
del polimero nel materiale fuso e,
conseguentemente, il post-ritiro.
Si raccomanda frequentemente di ridurre
il DDR a 4:1 come primo passo per ridurre
il post-ritiro. Resta inteso che esistono dei
limiti per la riduzione del coefficiente di
trafilatura (DDR), che dipende ad esempio
da pressioni della trafila eccessive e da
limitazioni della strumentazione. É inoltre
importante selezionare attrezzature che
consentano una trafilatura equilibrata.
Un elevato equilibrio di trafilatura che
comporta la formazione di un“cono stretto”
può a volte determinare un maggiore
orientamento del polimero nel prodotto
finale. Generalmente viene raccomandato
un equilibrio di trafilatura pari a 1 o ad
un valore lievemente inferiore, durante
la lavorazione con PVDF, per ridurre
l’orientamento del polimero nel prodotto
finale.
Realizzare un processo a temperature
più elevate può inoltre determinare la
riduzione del post-ritiro. Ne consegue
che temperature di processo più ele-
vate ridurranno la viscosità della resina
(ottenendo un flusso più scorrevole) e
ritarderanno il processo di raffreddamento
(tempo prolungato nel materiale fuso)
consentendo un livello di rilassamento
più elevato del polimero allo stato fuso.
Qualsiasi variazione di processo che
consenta all’orientamento del polimero
di rilassarsi allo stato fuso prima del
congelamento ridurrà il post-ritiro. Un
innalzamento della temperatura di fusione
o della temperatura dell’acqua può talvolta
concedere più tempo per il rilassamento
dell’allineamento del polimero prima
del congelamento. L’allontanamento del
serbatoio dalla trafila può essere di aiuto in
questo senso. Ancora, esistono limitazioni
relative alla sicurezza del processo, in
particolare per quanto riguarda l’utilizzo di
temperature eccessive, nonché problemi di
concentricità del rivestimento dovuti alla
distanza fra il serbatoio di raffreddamento
e la trafila.
É noto che la combinazione di queste
variazioni di attrezzature/processo possono
comportare una riduzione dell’allineamento
del polimero e del post-ritiro. Se le variazioni
di processo non sono sufficienti a risolvere i
problemi di post-ritiro, il passo successivo
è considerare qualità alternative di PVDF
con caratteristiche intrinseche di post-
ritiro inferiore.
3 Selezione delle
qualità di PVDF per
applicazioni a ritiro
contenuto
L’entità del post-ritiro osservato nei
rivestimenti di cavi di PVDF varia drasti-
camente fra le singole qualità di PVDF,
indipendentemente dalle condizioni
di processo. Di norma, le qualità che
presentano una viscosità inferiore tendono
a produrre caratteristiche di post-ritiro
inferiori rispetto alle qualità con viscosità
elevata. Valori di post-ritiro superiori al
5% sono stati osservati utilizzando qualità
a viscosità più elevata.
É possibile osservare una riduzione del
post-ritiro semplicemente passando ad un
prodotto a viscosità inferiore. Sono stati
osservati valori di post-ritiro dimezzati
utilizzando una qualità di PVDF a viscosità
ridotta. Aumentando il contenuto di
comonomeri si riduce la cristallinità nella
resina di PVDF e si ottiene un prodotto
più morbido, indicato per applicazioni
di filo e cavo. Va tuttavia rilevato che
esistono limitazioni relativamente alla
riduzione della viscosità senza comportare
conseguenze negative sulle proprietà
fisiche e meccaniche del rivestimento.
Generalmente, le qualità di copolimeri
caratterizzati da elevati contenuti di
comonomeri, sono raccomandate per le
applicazioni di filo e cavo, e possono essere
fornite in una gamma di viscosità inferiore
con buone proprietà generali.
Arkema Inc offre un’ampia gamma di
prodotti che possono essere utilizzati nei
mercati del filo e del cavo. Per spiegare
alcune differenze nelle prestazioni di
ritiro, saranno trattate diverse qualità che
rappresentano una gamma di prodotti
che differiscono per viscosità, contenuto
e distribuzione di comonomeri. I materiali
a base di PVDF selezionati sono illustrati
nella Tabella 1 .
In generale è risaputo che qualità di PVDF
a più bassa viscosità sono soggette ad un
post-ritiro inferiore rispetto alle qualità
a viscosità più elevata. Ad esempio, è
noto che il K2500-10 (viscosità 795 Pa.s) si
contrae meno del K2500-20 (viscosità 1460
Pa.s). Inoltre, è stato scoperto che i prodotti
che presentano una distribuzione casuale
dei comonomeri si ritirano meno di quelli
che hanno una distribuzione non casuale.
Ad esempio, un copolimero casuale come
il K2500-10 si ritira meno di un copolimero
non casuale come il K3120-10, sebbene
entrambi presentino viscosità simili (80 s-1).
Una comprensione della relazione fra la
struttura del polimero e il post-ritiro è
stata raggiunta attraverso numerosi studi
condotti in passato.
La relazione che intercorre fra le proprietà
reologiche e il post-ritiro può essere
analizzata esaminando la viscosità
complessa di questi tipi di materiali.
Sono stati realizzati esperimenti sulla
scansione di frequenza dinamica a 190,
210, 230 e 250°C utilizzando un reometro
PVDF ID Comonomero
HFP
Distribuzione
comonomeri
η a 80
s –1(Pa.s) Tm (ºC)
K2500-10 Alto Casuale 795 127
K2500-20 Alto Casuale 1460 114
K2750-01 Alto Casuale 2290 140
K3120-10 Moderato Non casuale 650 165
K3120-15 Moderato Non casuale 1230 165
K3120-50 Moderato Non casuale 2390 165
▼ ▼ Tabella 1 : Materiali utilizzati e relative proprietà