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EuroWire – Julio de 2009
92
artículo técnico
En este artículo se analizarán los efectos
de la orientación del polímero en la
contracción después de la extrusión.
Todos sabemos que la contracción que
se produce después de la extrusión
puede causar problemas en los cables, en
particular durante la producción de cables
de fibra óptica. La contracción que sigue a
la extrusión de las cubiertas o de los tubos
de recubrimiento usados en los cables de
fibra óptica puede llevar a una longitud
de fibra extra (
Excess Fibre Length - ELF
),
que es conocida como la relación entre la
longitud de la fibra y la longitud efectiva
del tubo. La longitud de fibra extra puede
producir tensiones en las fibras ópticas con
consiguiente pérdida de señal.
La contracción que sigue a la extrusión es
llamadacorrientementeeninglés“
shrinkback
”
y se utilizará el término “post-contracción”
en este artículo para describir dicho
comportamiento. Las medidas adoptadas
para reducir la orientación que se conserva
en el material producirán una reducción
de post-contracción y ELF. Estas medidas
comprenden la optimización del proceso y la
correcta selección de las calidades de PVDF.
2 Baja contracción
en la extrusión de
alambre y cable
Los efectos de las condiciones de
procesamiento sobre la post-contracción
a veces pueden ser considerables y se ha
hecho un gran esfuerzo para encontrar
condiciones que permitan minimizar tales
efectos. Como regla general, cualquier
modificación que reduzca la defor-
mación extensional (estiramiento) del
polímero puede reducir potencialmente
la post-contracción. La reducción de la
relación de reducción puede ser el primer
paso para reducir la post-contracción.
Normalmente, las resinas de PVDF son
elaboradas usando combinaciones de
punta/hilera que producen una relación
de reducción nominal de 7:1. Se pueden
usar relaciones de reducción más bajas
para reducir la alineación del polímero en
el material fundido y, por consiguiente,
reducir la post-contracción.
A menudo se recomienda reducir la
relación de reducción (DDR) hasta 4:1
como primer paso para reducir la post-
contracción. Se sabe que hay limitaciones
para reducir la relación de reducción (DDR),
como presiones excesivas de la hilera y
limitaciones debidas a las herramientas.
Es
importante
también
seleccionar
herramientas que permitan conseguir una
reducción equilibrada. Un equilibrio de
reducción elevado que lleva a la formación
de un “cono estrecho”a veces puede causar
una mayor alineación del polímero en el
producto final.
Normalmente, se recomienda usar una
relación de reducción de 1 ó poco menos
cuando se procesa PVDF para reducir la
alineación del polímero en el producto
final.
La realización del proceso a temperaturas
más altas también permite reducir la
post-contracción. De hecho, un proceso
realizado a temperaturas más altas reduce
la viscosidad de la resina (favoreciendo
la fluidez) y retrasa el proceso de
enfriamiento (tiempo más prolongado en
el material fundido) permitiendo mayor
relajación del polímero en estado fundido.
Cualquier variación del proceso que
permita relajar la alineación del polímero
en estado fundido antes del enfriamiento
reducirá la post-contracción. Aumentando
la temperatura del material fundido o
del agua a veces se puede obtener un
tiempo más largo para la relajación de
la alineación del polímero antes del
“congelamiento”. Distanciando el taque de
la hilera también puede ayudar a veces.
En este caso también hay limitaciones
para la seguridad del proceso que no
permiten utilizar temperaturas demasiado
altas y problemas de concentricidad de
la cubierta debidos a la distancia entre el
tanque de enfriamiento y la hilera.
Se ha comprobado que la combinación
de estos cambios de herramientas/
procesamiento puede dar como resultado
una reducción de la alineación del
polímero y de la post-contracción. Si
las modificaciones del proceso no son
suficientes para resolver los problemas
de post-contracción, el paso siguiente
es considerar otras calidades de PVDF
con características propias de menor
post-contracción.
3 Selección de cali-
dades de PVDF para
aplicaciones de baja
post-contracción
El nivel de post-contracción observado
en cubiertas de cable de PVDF varía
considerablemente según la calidad de
PVDF, sin tener en cuenta las condiciones
de procesamiento.
Como regla general, las calidades que
presentan una viscosidad más baja
generan menor post-contracción respecto
a las calidades con viscosidad más alta. Se
han observado valores de post-contracción
superiores a un 5% usando calidades de
viscosidad más alta.
La post-contracción puede ser reducida
simplemente utilizando un producto con
viscosidad más baja. Se han reducido
a la mitad valores de post-contracción
simplemente usando una calidad de
PVDF de baja viscosidad. Aumentando el
contenido de comonómeros se reduce
la cristalinidad de la resina de PVDF y se
obtiene un producto más suave, adecuado
para alambre y cable. Téngase en cuenta
que existen limitaciones para reducir la
viscosidad, ya que se podrían tener efectos
negativos en las propiedades físicas y
mecánicas de la cubierta.
Normalmente, las calidades de copolímeros
que tienen contenidos de comonómeros
más altos son preferibles para alambres y
cables, y estas calidades están disponibles
con viscosidades más bajas manteniendo
al mismo tiempo propiedades generales
buenas.
Arkema Inc ofrece una amplia gama de
productos que pueden ser usados en el
mercado del alambre y del cable. Para
explicar algunas de las diferencias de
comportamiento frente a la contracción,
se ha seleccionado una serie de calidades,
que representan una gama de productos
de viscosidad, contenido de comonómeros
y distribución diferentes. Los materiales de
PVDF seleccionados están ilustrados en la
Tabla 1
.
En general, se sabe que las calidades de
PVDF con viscosidad más baja tienen
una post-contracción menor respecto
a las calidades con viscosidad más alta.
Por ejemplo, se sabe que el K2500-10
(viscosidad 795 Pa.s) se contrae menos que
el K2500-20 (viscosidad 1460 Pa.s).
Además, se ha descubierto que los
productos con distribución aleatoria de
los comonómeros se contraen menos
que los producidos con distribución de
comonómeros no aleatoria. Por ejemplo,
un copolímero aleatorio como el K2500-10
se contrae menos que un copolímero no
ID PVDF
Comonómero
HFP
Distribución de los
comonómeros
h a 80
s
–1
(Pa.s)
T
m
(ºC)
K2500-10
Alto
Aleatorio
795
127
K2500-20
Alto
Aleatorio
1460
114
K2750-01
Alto
Aleatorio
2290
140
K3120-10
Moderado
No aleatorio
650
165
K3120-15
Moderado
No aleatorio
1230
165
K3120-50
Moderado
No aleatorio
2390
165
▼
▼
Tabla 1
:
Materiales usados y sus propiedades