EoW July 2008

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. 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 1. Einleitung Einer der wichtigsten Vorteile des

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.

Bild 1 ▲ ▲ : Dreiaxiale thermische Spannungen in einem zweilagigen Beschichtungssystem

Thermische Spannungen

Radius (μm)

Bild 2 ▲ ▲ : Berechnete thermische Spannungen in einem zweilagigen Beschichtungssystem

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.

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EuroWire – Juli 2008