Welche drastischen Änderungen treten bei den mechanischen Eigenschaften auf, wenn ein Beschichtungsmaterial seine Tg überschreitet?
Wenn ein Beschichtungsmaterial seine Glasübergangstemperatur (Tg) überschreitet, erfährt es eine signifikante Änderung seiner mechanischen Eigenschaften. Unterhalb der Tg befindet sich das Material in einem glasartigen Zustand, der durch Härte, Steifigkeit und Sprödigkeit gekennzeichnet ist. Oberhalb der Tg geht es in einen gummiartigeren oder viskosen Zustand über.
Die drastischen Änderungen umfassen:
- Reduzierte Steifigkeit und Modul: Das Material wird deutlich weicher und weniger steif. Sein Elastizitätsmodul nimmt erheblich ab.
- Erhöhte Flexibilität und Duktilität: Es wird biegsamer und kann sich verformen, ohne zu brechen.
- Erhöhte Viskoelastizität: Das Material zeigt eine ausgeprägtere zeitabhängige Verformung, was bedeutet, dass es sich unter einer konstanten Last im Laufe der Zeit verformt (Kriechen) und seine ursprüngliche Form nach Entfernen der Last nicht sofort vollständig wiedererlangt.
- Verlust der Dimensionsstabilität: Das Material kann weniger dimensionsstabil werden und anfälliger für Fließen oder permanente Verformung unter Belastung sein, insbesondere bei höheren Temperaturen oberhalb der Tg.
Für Glasfaser-Sensoren, insbesondere Faser-Bragg-Gitter (FBG) Dehnungssensoren, kann der Betrieb oberhalb der Tg der Beschichtung zu Problemen führen wie:
- Kriechen bei Dehnungsmessungen: Die Beschichtung kann unter anhaltender Dehnung kriechen, was zu Drift oder Ungenauigkeiten bei der gemessenen Dehnung führt.
- Beeinträchtigung der Sensorleistung: Die strukturelle Integrität des Sensors kann beeinträchtigt werden, wenn die Beschichtung die nackte Faser nicht schützt oder die Dehnung nicht richtig überträgt.
Um Hochtemperaturanwendungen zu bewältigen, verwendet
spezialisierte Faserbeschichtungen, die für erweiterte Temperaturbereiche ausgelegt sind. Zum Beispiel:
- Standard-Polyacrylat-Beschichtungen, die typischerweise in den optischen Fasern
und
verwendet werden, sind für Temperaturen bis etwa 100 °C geeignet.
- Für höhere Temperaturen können Polyimid-Beschichtungen, wie in den optischen Fasern
OFSCN® 300 SM Polyimide Optical Fiber
oder
OFSCN® 200 Polyimide Optical Fiber
, den Betriebsbereich auf 200 °C oder 300 °C erweitern, und sogar bis zu 800 °C für nackte FBG mit spezieller Verarbeitung.
- Für extreme Temperaturbereiche können Gold-beschichtete Fasern, wie die optische Faser
OFSCN® Gold-coated Optical Fiber
, Temperaturen bis zu 700 °C standhalten.
Hier ist ein Bild, das optische Fasern zeigt:
Weitere Details zu verschiedenen Fasertypen und ihren Spezifikationen finden Sie auf unserer Website.