EoW July 2009

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EuroWire – Julio de 2009 94
artículo técnico
Arkema Research Center
900 First Avenue,
King of Prussia
Pennsylvania 19406
USA
Fax: +1 610 878 6400
Website:
Material % de post-contracción
PVDF 1A (calidad comercial existente) 2.97
PVDF 1B (PVDF1 mejorado) -0.28
PVDF 2A (calidad comercial existente) 1.22
PVDF 2B (PVDF 2 mejorado) 0.29
La respuesta a la relajación más rápida
ha sido prevista por la curva maestra
(Figura 1) que mostraba las diferencias
reológicas de estos dos productos en el
campo de esfuerzo de corte bajo (low shear
range). Cuando se interpretan los datos, es
útil conocer el ambiente de enfriamiento
típico del procesamiento del PVDF. En un
proceso de recubrimiento estándar para
producir una cubierta de 0,020 pulgadas
y a una velocidad de 300 pies por minuto
dejando una distancia de 6 pulgadas entre
el tanque de enfriamiento y la hilera, se
ha estimado que el tiempo desde el final
del estiramiento y antes de la entrada en
el taque es 0,10 segundos, y el tiempo
efectivo para que se solidifique la cubierta
es aproximadamente 0,42 segundos, con
un tiempo de enfriamiento total de 0,52
segundos. En base a esta aproximación,
el K2500-10 tendrá tiempo suficiente
para relajarse después de la operación
de estirado. Al contrario, las muestras
con viscosidad más alta y las muestras no
aleatorias no se relajarán en este periodo
de tiempo y se supone que la mayoría
de las tensiones elásticas quedarán
“congeladas” en la cubierta final.
Conociendo las características reológicas
necesarias para alcanzar propiedades
de contracción bajas y los métodos
analíticos para evaluar nuevos materiales,
se está intentando mejorar aún más las
características de baja post-contracción
del PVDF. Las estructuras del PVDF, que
ya se caracterizaban por un índice de
contracción bajo, fueron modificadas para
mejorarlas en lo posible.
Se determinó el índice de post-contracción
de dos calidades comerciales de PVDF
existentes, denominadas PVDF 1A y PVDF
2A, efectuando una serie de experimentos
de post-contracción en cables recubiertos
con estos productos. Las cubiertas de
los cables fueron aplicadas usando una
pequeña línea de extrusión de laboratorio
de la sociedad, formada por una extrusora
Killion de 1 pulgada, equipada con cabezal
inyector BH-30 y todos los equipos
siguientes necesarios.
Condiciones como la temperatura del
tambor, la temperatura del agua, la veloci-
dad de línea y la distancia del tanque
fueron estandarizadas para eliminarlas
como variables durante el experimento.
Los cables fueron cortados en trozos de
10 pies y las cubiertas fueron quitadas
cortándolas a lo largo del cable.
Los experimentos de post-contracción
fueron realizados midiendo la longitud
de la cubierta antes y después de una
exposición térmica a 212ºC durante 1 hora.
Se esperó un tiempo de recuperación
de 24 horas antes de tomar las medidas
finales.
Los experimentos de post-contracción
fueron repetidos usando productos de
PVDF similares con algunas modificaciones
de la estructura para reducir más las
características de post-contracción. Estas
muestras son identificadas como PVDF 1B
y PVDF 2B. Un resumen de los resultados
de los experimentos de post-contracción
se encuentra en la Tabla 3.
Las calidades comerciales existentes
seleccionadas tenían características que
indicaban ya productos de contracción
relativamente baja para aplicaciones de
cables. Los ajustes de las características
reológicas tuvieron los efectos deseados
de reducir el nivel de post-contracción
observado para este producto. Se mostró
que los ajustes no tenían un impacto
negativo sobre las características del cable.
El valor negativo del PVDF 1B indica que
el cable era un poco más ancho después
de la exposición térmica. Se cree que esto
indica contracción cero y el valor negativo
está dentro de la gama de precisión del
experimento.
4 Conclusiones
La contracción después de la extrusión
es un problema conocido por la industria
de la fibra óptica por sus efectos en las
prestaciones del cable debido a la longitud
de fibra extra. Se sabe que el problema de
la contracción es debido principalmente a
la orientación del polímero que se conserva
en el PVDF después del procesamiento.
El procesamiento de alambre y cable
requiere que el producto sea estirado en
estado fundido, lo que causa una signifi-
cativa alineación del polímero. Debido a la
alta velocidad de recubrimiento del cable
y el enfriamiento relativamente rápido
característico del proceso, muchas de las
tensiones producidas quedan “congeladas”
en el producto final.
La contracción después de la extrusión, o
post-contracción, es causada simplemente
por la relajación de estas tensiones en
estado sólido.
Para limitar la post-contracción, se
pueden optimizar las herramientas y
las condiciones de procesamiento para
reducir la alineación del polímero y
aumentar el tiempo disponible para la
sucesiva relajación. Las modificaciones
de las condiciones de procesamiento
que permiten mantener el PVDF en
estado fundido después del estiramiento
afectarán al índice de alineación total
del polímero que queda después de la
solidificación.
El estudio realizado indica que las
características reológicas del PVDF tienen
un efecto significativo sobre la contracción
que tiene lugar después de la extrusión.
Las estructuras de PVDF que permiten una
relajación más rápida de la alineación del
polímero mostrarán una post-contracción
más baja. Se ha demostrado que reducir
la viscosidad es una manera de reducir la
post-contracción. Modificar la estructura
del polímero para ofrecer una respuesta
newtoniana en la zona de corte inferior
constituye otra manera. Arkema ha usado
estos conocimientos para desarrollar
nuevas calidades de baja contracción para
el mercado de la fibra óptica. n
5 Agradecimientos
Los autores expresan su profundo
agradecimiento a Mara Copolla por la
realización de los experimentos descritos
en este artículo y sus inestimables aportes
y sugerencias para este estudio.
6 Referencias
[1] Encyclopedia of polymer science and technology,
John Wiley & Sons Inc 2007
[2] Kynar® & Kynarflex® PVDF performance charac-
teristics and data, Arkema, 2006
[3] Henry, James J, A study of the effects of select
processing and material variables on jacket
shrinkage in a PVDF-HFP tube-on extrusions
process, University of Massachusetts, 2003
Este artículo fue presentado antes en el 56º
IWCS y ha sido reproducido con el permiso
de los organizadores.
▲ ▲ Tabla 3: Experimentos de post-contracción en cables de PVDF