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EuroWire – Enera de 2009
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artículo técnico
El diseño del sistema UV ha
sido verificado con numerosas
pruebas y mediciones del nivel
de curado usando las series de
tintas DSM 751 y DX-1000. Las
mediciones del curado medi-
ante espectroscopía infrarroja
(FTIR)
han
sido
realizadas
por DSM Desotech Inc en
muestras realizadas a diferentes
velocidades usando dos o tres
lámparas Fusion de 600W/
pulgada a toda potencia. Los
resultados RAU en porcentaje (
%
RAU
–
Percent Reacted Acrylate
Unsaturation
),
ilustrados
en
la
Figura 6
, representan el
promedio de varios colores dada
la precisión ±3% de lecturas separadas.
Estos resultados demuestran que es posible
realizar un proceso de revestimiento-curado
de acrilato a alta velocidad. El curado con
UV depende de la correspondiente dosis
de UV, que a su vez depende de los niveles
de potencia de las lámparas, del número
de lámparas y de la velocidad de la línea.
La dosis correspondiente por unidad de
longitud ha sido calculada multiplicando
primero la potencia de las lámparas o
unidad de longitud de cada lámpara por el
correspondiente tiempo de permanencia en
esa lámpara. Luego, las dosis por unidad de
longitud han sido sumadas a las lámparas
presentes en el sistema. La dosis efectiva es
significativamente más baja y depende de la
eficiencia de conversión de la potencia UV
total más la medida y la distribución de la
energía dentro del punto ideal (
sweet spot
)
de la lámpara.
Con una dosis de UV equivalente, la serie
DX-1000 ha conseguido el nivel de curado
más alto. Las tintas 751 han obtenido niveles
de curado de más del 84% en caso de cintas
con velocidades de hasta 2500m/min. La
serie DX ha obtenido un curado excelente
a 3000m/min tanto con dos como con tres
lámparas, demostrando así su capacidad
de curado más rápida. DSM ha realizado
también pruebas de doble frote con MEK
para controlar las prestaciones de curado
efectivas de la tinta. Todas las muestras
han superado más de 200 frotes, incluso
cuando el RAU era un 80%, demostrando de
nuevo los excelentes niveles de curado. En
conclusión, se ha alcanzado una velocidad de
La
viscosidad
más
alta
proporciona
estabilidad reduciendo la sedimentación
durante el almacenamiento y entre ciclos
de producción. Se ha usado un modelo
de Arrhenius para determinar los datos de
viscosidad. Nótese que temperaturas de
procesamiento con 10-15°C más en el caso
de las tintas DX-1000 producen viscosidades
similares a las de las tintas 751. Las fibras
ópticas han sido coloreadas durante
pruebas a alta velocidad para poder medir
la atenuación a 1310nm y 1550nm. Los
aumentos de atenuación han sido inferiores
a 0,01dB/km a 3000m/min para las tintas
751 y DX-1000. Para permitir la optimización
de las dimensiones internas de la matriz, se
ha creado un modelo de flujo de la matriz
monodimensional. El modelo supone un flujo
newtoniano en cada sección transversal, pero
admite variación de viscosidad a la velocidad
de cizallamiento media en esa sección.
Se ha utilizado un modelo Carreau-Yasuda
junto con una ecuación de Arrhenius para
determinar la viscosidad en función de la
temperatura y del gradiente de velocidad.
Luego, se ha calculado la tensión de la fibra y
la presión dentro de la matriz como se ilustra
en la
Figura 5
para determinados valores de
diámetro de la fibra coloreada, velocidad
de línea y temperatura. Nótese el aumento
de tensión dentro de la matriz de salida a
medida que la fibra acelera el acrilato creando
alta presión, que provee fuerzas de centrado
para asegurar un revestimiento uniforme.
La longitud del colector era más corta que
la usada para el revestimiento de la fibra,
pero más larga que la usada en una matriz
de
coloración
convencional
para aumentar la recirculación
de tinta, la uniformidad de la
temperatura y para crear una
tensión moderada en la fibra a
altas velocidades.
La tensión máxima de 1,7N a
3000m/min expone la fibra a
un esfuerzo de sólo 0,14GPa [20
kpsi], que representa un 20%
de los niveles de 0,69GPa [100
kpsi] alcanzados en pruebas
estándares.
Esta tensión moderada reduce
al mínimo la amplitud de las
vibraciones en la fibra dentro del
sistema de lámparas UV.
Figura 3
▲
▲
:
Tensión en función de la velocidad de coloración
Figura 4
▲
▲
:
Comparación de viscosidades de tintas
Tensiones máximas
Tensiones de la matriz
Retrotracción
Viscosidad relativa
Temperatura °C
Figura 6
▼
▼
:
Porcentaje de curado medido mediante FTIR en
función de la dosis relativa
Tensiónefectiva
de lamatriz
Salida de
la matriz
la matriz
Colector
Posición axial relativa
Promedio RAU (%)
Dosis relativa/longitud unitaria
Entrada de
la matriz
Paracintas
Para tubosholgados
(loose tube)
Fibra
Fusión
Fusión
Fusión
Además, el diseño constructivo simple facilita
la limpieza de la matriz y el enhebrado.
2.2 Curado con UV
El desarrollo se ha centrado en el control
de la atmósfera inerte y el seguimiento
de un sistema de lámpara de curado con
UV potente de alto rendimiento. El nuevo
sistema de alimentación electrónico Light
Hammer® 10 de Fusion UV Systems provee
potencia variable de CC constante del 35 al
100%. El resultado es una mayor duración
del magnetrón y de las lámparas, además
de reducir significativamente el peso del
sistema de alimentación para facilitar el
mantenimiento. Hay instrumentos para medir
el caudal del nitrógeno, el nivel de oxígeno y
la intensidad de las radiaciones ultravioletas
a través del tubo central para señalar la
necesidad de cambiarlo con el fin de asegurar
un curado correcto.
A 3000m/min, se han usado tres lámparas
de 600W/pulgada y 10 pulgadas de
longitud con bombillas tipo D para obtener
una profundidad de curado excelente.
Alternativamente, se puede sustituir una
bombilla D por una bombilla H para mejorar
el curado superficial. El uso de tres lámparas
separadas permite también un nivel de 10 a
1 de potencia de las radiaciones ultravioletas
durante la fase de aceleración para alcanzar la
dosis de UV requerida para una determinada
velocidad. Se introduce un solo tubo central
por arriba a través de las tres lámparas UV,
que están montadas juntas en una corredera
que se mueve hacia afuera para facilitar el
cambio del tubo.
Tensión – [N]
m/minuto
Tensiones de la matriz [N]
Figura 5
▼
▼
:
Características de la matriz