EoW July 2008

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EuroWire – Juli 2008 70
technischer artikel
Eine Primärbeschichtung mit hoher
Kavitationsfestigkeit ist immer wün-
schenswert, um die Robustheit der
beschichteten Faser zu sichern, unter den
Bedingungen der thermischen Spannung
und allen potentiellen mechanischen
Spannungen, die während der Verarbeit-
ung, Handhabung und Verlegung im
Feld erscheinen. In der Tabelle 1 sind
mehrereBeispielevonPrimärbeschichtungen
mit unterschiedlichem Verhalten der
Kavitationsfestigkeit dargestellt.
Die Kavitationsfestigkeit (σcav) wurde
anhand der im Absatz 3.1 beschriebenen
Prüfmethode gemessen. Die Werte des
Speichermoduls E’ bei Raumtemperatur
von DMA und das Verhältnis von σcav/E’ sind
ebenfalls aufgelistet.
Wie im Absatz 2.1.2 erwähnt, sollte die
Kavitationsfestigkeit eines idealen Gummis
(5/6)E entsprechen. Aus der Tabelle 1
ist ersichtlich, daß alle Beschichtungen
eine Kavitationsfestigkeit aufweisen,
die höher als der entsprechende
Module ist, was wiederum anzeigt,
daß die Beschichtungen nicht mit der
perfekten Elastizität übereinstimmen.
Der Modul, der der Vernetzungsdichte
der Beschichtung entspricht, spielt
immer noch eine wichtige Rolle bei der
Bestimmung der Kavitationsfestigkeit eines
Beschichtungsmaterials. Jedoch kann durch
einen geeigneten Molekularniveauentwurf
der Polymervernetzungstruktur eine
hohe Kavitationsfestigkeit erzielt werden,
unabhängig vom Beschichtungsmodul.
Mit anderen Worten, können ideal
weiche, jedoch starke Beschichtungen
mit einem hohen Verhältnis zwischen
Kavitationsfestigkeit und Modul hergestellt
werden. Der niedrige Modul kommt einem
besseren Mikrobiegeverhalten zugute.
Aus der Tabelle 1 ist ersichtlich, daß die
Beschichtung A den niedrigen Modul
besitzt, jedoch ist die entsprechende
Kavitationsfestigkeit auch die niedrigste
(<1 MPa). In der Tat, zeigte die Faser mit
dieser Beschichtung eindeutige Kavitäten
die sich aus dem Kühlverfahren nach dem
Faserziehen ergeben. Beschichtung B,
mit einer Kavitationsfestigkeit, die 1,21
MPa entspricht, wird als stark genug
betrachtet, um der thermischen Spannung
zu widerstehen, auf die man während der
Faserkühlung stößt. An der Faser wurde
keine Kavität mit der Beschichtung B
beobachtet. Theoretisch analysiert, ist
dieses Niveau der Kavitationsfestigkeit
ausreichend hoch im Vergleich zur
berechneten ~0.8 MPa thermischen
Spannung in der Primärbeschichtung.
Jedoch entspricht das Verhältnis von σcav/E’
der Beschichtung B nur 1,2, das niedrigste
aller Beschichtungen.
Dieser Beschichtungstyp wurde als
geeignet betrachtet, den normalen
Spannungssituationen zu widerstehen,
hat jedoch sein volles Potential, ein
hoch robustes Beschichtungsmaterial
zu werden, nicht realisiert. Andererseits
zeigen die Beschichtungen C, D,
E und F die gewünschten hohen
Eigenschaften der Kavitationsfestigkeit.
Der Modul der Beschichtung C oder
der Beschichtung D ist im typischen
Bereich unter den handelsüblichen
Primärbeschichtungen. Jedoch ist deren
Kavitationsfestigkeit derart konzipiert,
daß sie ein außerordentlich hohes Niveau
durch eine optimale Molekularstruktur der
Vernetzungsstrukturen aufweisen.
Beschichtung E hat ein mittel bis niedriges
Modulniveau (kombiniert mit niedriger Tg),
das entwickelt wurde um bei Monomode-
sowie Multimodefaser eingesetzt zu
werden. Die Kavitationsfestigkeit dieser
Beschichtung befindet sich immer noch
in einem sehr hohen Niveau (2,1 MPa)
und ermöglicht ein hohes Verhältnis von
σcav /E’ (2.3). Die Beschichtung F bietet einen
hervorragenden Mikrobiegewiderstand,
der dem ultraniedrigem Modul (und
der niedrigen Tg) zugeschrieben wird.
Gleichzeitig wurde auch ein ausreichend
hohes Niveau der Kavitationsfestigkeit
(1,51 MPa) erzielt, mit einem Verhältnis von
σcav /E’, das 2,4 entspricht. Für ultraweiche
Beschichtungen wie dies der Fall ist, sind
besondere Maßnahmen zu treffen, um die
Eigenschaft einer guten Kavitationsfestig-
keit in der Beschichtungsstruktur zu
integrieren. Anderenfalls besteht eine
mögliche Gefahr im Falle der Entwickl-
ung von Beschichtungskavitation und
verschlechterter Eigenschaften der
Faserdämpfung.
Solche Situationen, wie z. B. jene der
Beschichtung A, wo die Kavitäten bereits
nach dem Ziehen in der Faser waren, können
somit leicht erkannt werden. Die verborgene
Gefahr liegt in Situationen, wo die Kavitäten
in der Beschichtung stufenweise eine
Dämpfungserhöhung im Feld bilden
und verursachen können, wenn die Faser
durch die Umgebungstemperaturzyklen
läuft oder eine lange Zeit bei niedrigen
Temperaturen bleibt, z. B. in Unterseekabeln.
Ein sorgfältig entworfenes hochwertiges
Beschichtungssystem trägt nicht nur
zu einer erstklassigen Faserleistung bei,
sondern bietet auch eine bessere langfristige
Zuverlässigkeit der Lichtwellenleiter.
4. Schlußfolgerungen
Die Kavitation der Primärbeschichtung
wurde auf umfangreiche Weise als
mögliches Ausfallverhalten in zweilagigen
beschichteten Lichtwellenleitern erforscht.
DieTriebkraft für die Beschichtungskavitation
ist eine dreiaxiale Zugbeanspruchung,
die durch eine innere thermische
Spannung oder eine äußere mechanische
Wirkung verursacht werden kann. Die
Beschichtung unterliegt dem Kohäsivbruch
wenn die dreiaxiale Zugspannung die
Kavitationsfestigkeit der Beschichtung
überschreitet. Eine Prüfmethode wurde
entwickelt, um die Kavitationsfestigkeit
eines Beschichtungsmaterials quantitativ
auszuwerten. Durch Verstehen des
Kavitationsmechanismus der Beschichtung
und Einblicke in den Kavitationswiderstand
der Beschichtung, wurde es ermöglicht,
Beschichtungmaterialien mit einer hohen
Kavitationsfestigkeit zu entwickeln, um den
beschichteten Fasern unter potentiellen
thermischen und mechanischen
Spannungen Robustheit zu geben. Es
wurden hohe Verhältnisse zwischen
Kavitationsfestigkeit und Modulen erzielt,
um die erwünschten Primärbeschichtungen
mit niedrigen Modulen/niedriger
Tg zu leisten, für einen verbesserten
Mikrobiegeschutz, in Kombination mit einer
hohen Kavitationsfestigkeit. n
5. Literatur
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