EoW July 2008

Техническая статья

способа, а именно: 1) уменьшить уровень температурного напряжения и (или) 2) увеличить кавитационную стойкость покрытия. Уровень температурного напряжения зависит от обоих слоев покрытия, причем вторичное покрытие играет более важную роль, чем первичное покрытие. С другой стороны, кавитационная стойкость–этохарактерное свойство первичного покрытия. Высокая кавитационная стойкость первичного покрытия всегда желательна, так как она обеспечивает увеличение защищенности волокна с покрытием в условиях температурного напряжения и любых возможных механических напряжений, испытываемых во время технологической и транспортной обработки, а также при развертывании на месте эксплуатации. В таблице 1 представлены несколько примеров первичных покрытий с различной кавитационной стойкостью. Кавитационная стойкость (σcav) измерялась с использованием метода испытаний, описанного в п. 3.1. Указаны также значения динамического модуля упругости E’при комнатной температуре на основании данных динамомеханического анализа и отношения σcav /E’. Какужеуказывалосьвп.2.1.2,кавитационная стойкость идеальной резины должна быть равной (5/6)E. Как видно из таблицы 1, у каждого из покрытий кавитационная стойкость выше его модуля, что указывает на то, что покрытия не соответствуют требованиям по идеальной упругости. Модуль, соответствующий плотности сшивки покрытия, тем не менее, играет важнуюрольвопределениикавитационной стойкостиматериалапокрытия. Однакопри правильном конструировании структуры сшивки полимера на молекулярном уровне высокой кавитационной стойкости можно добиться независимо от модуля упругости покрытия. Другими словами, можно получить идеально мягкие, но прочные покрытия с высоким соотношением «кавитационная стойкость-модуль упругости». Низкий модуль позволяет добиться лучшей сопротивляемости микроизгибам. Из таблицы 1 следует, что у покрытия A самый низкий модуль, однако его кавитационная стойкость также самая низкая (<1 МПа). Действительно, в волокне с этим покрытием было зафиксировано появление больших пустот в процессе охлаждения после волочения волокна. Покрытие B с кавитационной стойкостью, равной 1,21 МПа, считается достаточно прочным, чтобы противостоять температурному напряжению, возникающему во время охлаждения. В волокне с покрытием B пустоты не наблюдались. Теоретический анализ также показывает, что данный уровень кавитационной стойкости значительно выше расчетного температурного напряжения в первичном покрытии, равного ~0,8 МПа. Однако отношение σcav/E’ покрытия B составляет всего 1,2,

является

трехосное

растягивающее

что является самым низким показателем среди всех покрытий. Считается, что этот тип покрытия отвечает необходимым требованиям и может выдержать среднее по силе напряжение, но в то же время не в полной мере реализует свой потенциал и не является материалом покрытия, обеспечивающим высокую защищенность волокна. С другой стороны, покрытия C, D, E и F демонстрируют необходимую высокую кавитационную стойкость. Модуль покрытия C или покрытия D находится на уровне, стандартном для коммерческих первичных покрытий. Однако их кавитационная стойкость находится на исключительно высоком уровне благодаря использованию при их разработке оптимальной молекулярной структуры сшивки. Модуль покрытия E находится на умеренно низком уровне (в сочетании с низкой Tg), при этом покрытие было разработано для использования как в одномодовых, так и в многомодовых волокнах. Кавитационная стойкость этого покрытия, темне менее, находится на очень высоком уровне (2,1 МПа), что позволяет достичь высокого значения отношения σcav/E’ (2,3). Покрытие F обеспечивает отличное сопротивление микроизгибу, что объясняется крайне низким модулем (и низкой Tg). В то же время достаточно высокий уровень кавитационной стойкости (1,51 МПа) также обеспечен при значении отношения σcav/E’, достигающем 2,4. Для сверхмягких покрытий, подобных этому, следует принимать особые меры, чтобы включить свойство хорошей кавитационной стойкости в структуру покрытия. В противном случае существует риск развития кавитации покрытия и ухудшения показателей затухания волокна. Легко идентифицируются случаи, такие как с покрытием A, в котором пустоты уже присутствуют в волокне после волочения. Скрытый риск присутствует в тех случаях, когда пустоты в покрытии могут образовываться постепенно, становясь причиной усиления затухания в условиях эксплуатации, когда волокно проходит через температурные циклы окружающей среды или находится в течение долгого времени при низкой температуре, например, в подводных кабелях. Тщательно разработанное высококачественное покрытие не только вносит свой вклад в обеспечение высоких эксплуатационных характеристик волокна, но также гарантирует повышенную надежность оптических волокон в долгосрочной перспективе.

напряжение, быть обусловлено внутренним температурным напряжением или внешним механическим воздействием. Разрыв межмолекулярного сцепления происходит, когда трехосное растягивающее напряжение превышает кавитационную стойкость покрытия. Для количественной оценки кавитационной стойкости материала покрытия был разработан соответствующий метод испытаний. После того, как был понят механизм кавитации покрытия и получено полное представление о сопротивляемости материала покрытия возникновению кавитации, стало возможным разрабатывать материалы покрытия с высокой кавитационной стойкостью для того, чтобы получить волокно с покрытием, обладающим высокой степенью защищенности от возможных температурных и механических напряжений. Получено хорошее соотношение высокой кавитационной стойкости и модуля упругости, обеспечивающее создание доступных первичных покрытий, демонстрирующих желаемое соотношение малого модуля упругости и низкой Tg и обладающих улучшенной защитой от микроизгибов в сочетании с высокой кавитационной стойкостью. n которое может [1] D Gloge, ‘Optical-fiber Packaging and Its Influence on Fiber Straightness and Loss’, The Bell System Technical J, 54(2), 245-262 (1975) [2] W W King, ‘Thermally Induced Stresses in an Optical - Fiber Coating’, J of Lightwave Technology, 9(8), 952-953 (1991) [3] W W King and C J Aloisio, ‘Thermomechanical Mechanism for Delaminations of Polymer Coatings from Optical Fibers’, J of Electronic Packaging, 119, 133-137 (1997) [4] P L Tabaddor, C J Aloisio, C H Plagianis, C R Taylor, V Kuck and P G Simpkins, ‘Mechanics of Delamination Resistance Testing’, International Wire and Cable Symposium Proceedings, p 725 (1998) [5] C J Aloisio, WW King and R C Moore, ‘A Viscoelastic Analysis of Thermally Induced Residual Stresses in Dual Coated Optical Fibers’, International Wire and Cable Symposium Proceedings, p 139 (1995) [6] A N Gent and P B Lindley, ‘Internal Rupture of Bonded Rubber Cylinders in Tension’, Proc Roy Soc A, 249, 1958 5. Справочная литература

1 DSM Desotech Inc 1122 St Charles Street Elgin, IL 60120 USA Тел. : +1 847 214 3836 Адрес электронной почты : huimin.cao@dsm.com Web-страница : www.dsm.com 2 DSM Research Geleen, The Netherlands Тел. : +31 46 476 1853 Адрес электронной почты : markus.bulters@dsm.com

4. Выводы Проведено

всестороннее изучение кавитации в первичном покрытии в качестве возможного вида повреждения двухслойных оптических волокон с покрытием. Первопричиной возникновения кавитации покрытия

77

EuroWire – июль 2008 г.