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EuroWire – Juli 2008
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technischer artikel
Primärbeschichtungen mit
hoher Kavitationsfestigkeit
für Lichtwellenleiter
Von
1
Huimin Cao, DSM Desotech Inc, Elgin, Illinois, USA;
und
2
Markus Bulters und
2
Paul Steeman, DSM Research, Geleen, Niederlande
Übersicht
Es ist wohl bekannt daß die Ausführung
von
weichen
Primärbeschichtungen
in
Kombination
mit
harten
Sekundärbeschichtungen
einen
guten
Mikrobiegeschutz für zweifach beschichtete
Lichtwellenleiter bietet. Jedoch erzeugt
dieser zweischichtige Aufbau auf Grund der
Fehlanpassung zwischen der thermischen
Ausdehnung und Schrumpfung der zwei
Beschichtungsschichten auch thermische
Spannung
im
Beschichtungssystem.
Unter der dreiaxialen Zugbeanspruchung
könnte die weiche Primärbeschichtung
zu inneren Brüchen führen. Die Kavitation
der Primärbeschichtung ist ein möglicher
Fehlmodus, der für die Leistung der
Faserdämpfung schädlich sein könnte. In
dieser Arbeit wird der Mechanismus für
die Beschichtungskavitation in Bezug auf
die verschiedenen Typen von Triebkräften
beschrieben.
Die
Kavitationsfestigkeit
der Primärbeschichtung wird als eine
Schlüsseleigenschaft vorgestellt, um ein
robustes Beschichtungssystem mit hoher
Leistung und der gewünschten niedrigen
Mikrobiege-Empfindlichkeit in Kombination
mit einem hohen Kavitationswiderstand zu
erzielen.
1. Einleitung
Einer
der
wichtigsten
Vorteile
des
zweischichtigen
Beschichtungsaufbaus
für Lichtwellenleiter besteht darin einen
höheren Mikrobiegeschutz im Vergleich
zur einschichtigen Beschichtung zu bieten.
Eine weiche Primärbeschichtung, die als
Pufferschicht wirkt, kombiniert mit einer
harten Sekundärbeschichtung, die als
Abschirmungsschicht
fungiert,
bietet
eine ideale Biegefestigkeit für die Fasern,
die externen Beanspruchungen in einer
Kabelumgebung widerstehen müssen.
[1]
Thermische Spannung ist im zweischich-
tigen Beschichtungssystem unvermeidlich
wegen der unterschiedlichen thermischen
Ausdehnungen und Schrumpfungen des
Glases, der Primärbeschichtung und der
Sekundärbeschichtung.StandardMonomode-
oder Multimodefaser mit hochwertigen
zweischichtigen
Beschichtungen
weisen
keine „out-of-spec“- Dämpfungserhöhung
während des Temperaturzyklus auf, weil die
thermische Spannung gleichmäßig um die
Faser verteilt wird. Dennoch kann für Fasern,
die eine bestimmte Menge von Mängeln
im Beschichtungssystem – insbesondere in
der Primärbeschichtung – aufweisen, bei
RaumtemperatureinhohesDämpfungsniveau
wegen des Mikrobiegeverlusts vorhanden
sein, und die Dämpfung kann erheblich
zunehmen während die Temperatur wegen
der uneinheitlichen, thermischen, von den
Mängeln verliehenen Spannung, sinkt.
Potentielle Mängel in der Primärbeschichtung
schließen
Teilchen
und
Gel
sowie
Kristallbildung,
Unregelmäßigkeiten
der
Geometrie, Delaminierung und Kavitäten ein.
Die Delaminierung und die Kavitäten sind
beide mit den Zugbeanspruchungen in
der Primärbeschichtung verknüpft, die
thermisch oder mechanisch eingeführt
werden. Während die Delaminierung der
Primärbeschichtung vom Glas ausführlich
untersucht wurde,
[3, 4]
hat man sich mit der
Möglichkeit der Kavitationsbildung aus
inneren Brüchen der Primärbeschichtung
nicht ausreichend beschäftigt.
Obwohl Primärbeschichtungen in der
Regel sehr hohe Dehnungen unter der
einaxialen Zugbeanspruchung aufweisen,
könnte jedoch das Beschichtungsmaterial
innere Brüche unter einer dreiaxialen
Zugbeanspruchung
entwickeln.
Eine
in die Tiefe gehende Forschungsarbeit
wurde bei DSM Desotech in den letzten
Jahren durchgeführt, um dieses potentielle
Ausfallverhalten zu untersuchen. Der
Mechanismus
der
Kavitätsbildung
in
der
Primärbeschichtung
wurde
erforscht und durch ein geeignetes
Molekulardesign der Vernetzungsstruktur
der Beschichtungen wurde die Entwicklung
von Primärbeschichtungen mit hohem
Kavitationswiderstand erreicht.
2. Mechanismus der
Kavitätsbildung
in der Primär-
beschichtungslage
Die Triebkraft für die Kavitätsbildung in
der Primärbeschichtung ist die dreiaxiale
Zugbeanspruchung, die bei einem hohen
Niveau
die
Kavitationsfestigkeit
der
Beschichtung überschreiten und zu einem
Kohäsivbruch der Beschichtungsstruktur
führen könnte. Zwei Typen dreiaxialer
Beanspruchungen
können
in
der
Beschichtung vorhanden sein, je nach
den unterschiedlichen Ursprüngen. Die
Beanspruchung kann von der Tempera-
turschwankung thermisch verursacht werden
bzw. von äußerenmechanischen Kräften.
Bild 1
▲
▲
:
Dreiaxiale thermische Spannungen in einem
zweilagigen Beschichtungssystem
Bild 2
▲
▲
:
Berechnete thermische Spannungen in einem
zweilagigen Beschichtungssystem
Thermische Spannungen
Radius (μm)