Warum haben Glasfasern normalerweise zwei Beschichtungen, eine weiche innere und eine harte äußere?
Bei der Herstellung von Lichtwellenleitern und der Materialtechnik muss die Standard-Quarzglasfaser während des Ziehprozesses sofort mit Polymeren beschichtet werden, um sie vor Umweltschäden und mechanischer Beanspruchung zu schützen. Typischerweise weisen Standard-Polyacrylat-beschichtete Glasfasern (z. B. mit einem Außendurchmesser von 255\ \mu\text{m}) eine zwei Schichten aufweisende Beschichtung (Dual-Layer Coating System) auf, mit einer physikalischen Struktur von “innen weich, außen hart”.
Dieses Design basiert auf einer synergistischen Optimierung von Mechanik, Materialwissenschaft und theoretischen Grundlagen der optischen Übertragung. Hier sind die spezifischen physikalischen und ingenieurwissenschaftlichen Gründe:
1. Funktion der inneren Schicht (Primärbeschichtung/Weichbeschichtung)
Die innere Beschichtung umhüllt direkt die Außenseite des Siliziumdioxid-Mantels (Durchmesser 125\ \mu\text{m}). Sie besteht typischerweise aus einem elastomeren Material (wie einem weichen Acrylat-Harz) mit einem sehr niedrigen Elastizitätsmodul (Young’s Modulus, typischerweise E \approx 1\ \text{MPa} bis 3\ \text{MPa}) und einer sehr niedrigen Glasübergangstemperatur ( T_g \approx -40^\circ\text{C} oder niedriger).
- Pufferung mechanischer Spannungen (Stress Buffer): Die weiche innere Schicht wirkt wie ein “elastisches Polster”, das äußere thermische Dehnungs- und Schrumpfspannungen, die durch starke Temperaturänderungen verursacht werden, sowie seitliche mechanische Quetschungen wirksam absorbieren und puffern kann, um zu verhindern, dass diese äußeren Spannungen direkt auf den mikrometergroßen Glasmantel wirken.
- Signifikante Reduzierung von Mikrobildungsverlusten (Microbending Loss Mitigation): Wenn die Glasfaser kabelt, verlegt oder ungleichmäßigem seitlichem mechanischem Druck ausgesetzt wird, absorbiert die weiche innere Schicht die Verformungsenergie durch lokale Schubverformung und verhindert so winzige (im Mikrometerbereich liegende) und räumlich hochfrequente Störbiegungen im Quarzglaskern. Dies unterdrückt wirksam die Mikrobildungsstreuverluste ( a_{\text{micro}} ) des optischen Signals während der Übertragung.
2. Funktion der äußeren Schicht (Sekundärbeschichtung/Hartbeschichtung)
Die äußere Beschichtung umhüllt dicht die innere Beschichtung und bildet die äußerste Oberflächenschicht der beschichteten Faser. Sie besteht typischerweise aus einem harten Polymermaterial mit einem höheren Elastizitätsmodul (typischerweise E \approx 500\ \text{MPa} bis 1000\ \text{MPa}) und einer höheren Glasübergangstemperatur ( T_g "> 60^\circ\text{C} ).
- Widerstand gegen mechanische Abnutzung und Kratzer (Abrasion Resistance): Während des Ziehens, Aufwickelns, Verseilens (Stranding) und Verlegens der Glasfaser muss sie durch verschiedene Führungsrollen und Reibung mit anderen Komponenten laufen. Die harte äußere Schicht bietet einen extrem starken Schutz gegen Oberflächenabrieb, Kratzer und Schnitte.
- Physikalische Barriere gegen Feuchtigkeit und chemische Korrosion (Environmental Barrier): Die Oberfläche von Quarzglas weist Mikrorisse auf, die unter der kombinierten Wirkung von Spuren von Wasser ( \text{H}_2\text{O} ) und mechanischer Spannung langsam chemische Reaktionen eingehen, die zu einer Ausdehnung der Mikrorisse führen (d. h. Spannungsrisskorrosion), was letztendlich zu Ermüdungsversagen des Glases führt. Die harte äußere Schicht als dichte Schutzbarriere verlangsamt das Eindringen von Wasserdampf und chemischen Korrosionsmedien wie Säuren und Laugen und verlängert so die langfristige mechanische Lebensdauer der Glasfaser.
- Verbesserung der Kabelverarbeitungseigenschaften (Processability): Der Reibungskoeffizient der Oberfläche der harten äußeren Schicht kann präzise eingestellt werden, so dass sie sowohl über ausreichende Härte verfügt, um ein Verkleben während der Kabelverarbeitung zu vermeiden, als auch eine saubere und effiziente Trennung zwischen der inneren und äußeren Beschichtung und der Glasoberfläche beim mechanischen Abisolieren (Stripping) ermöglicht, was eine saubere und effiziente Spleißung gewährleistet.
OFSCN® Offizielle Produktanwendungsbezüge
Bei der Herstellung von Standard-Glasfasern für die optische Kommunikation und Faser-Bragg-Gitter-Sensoren verwenden die von Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®) angebotenen Standard-Polyacrylat-beschichteten Glasfasern streng diese zweischichtige Hochleistungsbeschichtungsstruktur, um eine ausgezeichnete optische Leistung bei gleichzeitiger Gewährleistung einer langfristigen mechanischen Stabilität zu erzielen.
Beziehen Sie sich auf die folgenden offiziellen Produktspezifikationen:
- OFSCN® G.652D Optical Fiber:
Basierend auf dem Standard-G.652D-Monomode-Glasstab hergestellt, mit einem Kerndurchmesser von 9\ \mu\text{m}, einem Manteldurchmesser von 125\ \mu\text{m} und einem Außendurchmesser der Beschichtung von 255\ \mu\text{m}. Die Beschichtung verwendet eine doppelschichtige Polyacrylat-Materialkombination mit hoher Beständigkeit gegen Mikrobildungen und Kratzer.
- OFSCN® G.657 Optical Fiber:
Standard-biegeunempfindliche Monomode-Glasfaser (optional G.657 A2 oder G.657 B3 Klasse), ebenfalls mit einer 255\ \mu\text{m} doppelschichtigen Polyacrylat-Beschichtung. Geeignet für Umgebungen mit extrem kleinen Biegeradien, um die ultimative Biegeverlustfähigkeit in Kombination mit der Hochleistungs-Doppelschichtbeschichtung zu erzielen.
