Warum lassen sich manche Glasfasern leicht abisolieren, während andere erst mit chemischen Lösungen behandelt werden müssen, um sie zu entfernen?
Die Leichtigkeit, mit der die äußere „Schutzhülle“ einer Glasfaser (d. h. der Fasercoating (Coating)) abgezogen werden kann, wird hauptsächlich durch die Coating Strip Force bestimmt. Die Größe der Abzugskraft wird durch die physikalischen und chemischen Eigenschaften des Beschichtungsmaterials, die Dicke der Beschichtung und die Bindungsstärke zwischen der Beschichtung und dem Siliziumdioxid- (Glas-) Mantel gemeinsam beeinflusst.
Im Folgenden wird aus der Perspektive der Optik und Materialwissenschaft detailliert erläutert, warum sich manche Glasfasern leicht mechanisch abziehen lassen, während andere Glasfasern chemische Lösungen zum Abziehen erfordern:
Eins: Warum sind normale Glasfasern „leicht abzuziehen“? (Mechanisches Abziehprinzip)
Herkömmliche Kommunikationsglasfasern, wie z. B. OFSCN® G.652D Optical Fiber oder OFSCN® G.657 Optical Fiber, haben die folgenden Merkmale ihres Coatings:
- Materialeigenschaften: Es wird Polyacrylat verwendet. Dies ist ein hochmolekularer, UV-härtender Klebstoff mit guter Elastizität und moderater Haftung.
- Dickenmaße: Der Außendurchmesser des Mantels dieser Glasfasern beträgt 125\ \mu\text{m}, während der Außendurchmesser des Coatings 255\ \mu\text{m} beträgt. Das bedeutet, dass die Dicke des einseitigen Coatings etwa 65\ \mu\text{m} beträgt.
- Konstruktion mit geringer Abzugskraft: Die Bindungsstärke (Scherfestigkeit der Grenzfläche) zwischen Polyacrylat und dem Siliziumdioxid-Mantel ist in einem angemessenen Bereich ausgelegt, wobei die Abzugskraft normalerweise zwischen 1\ \text{N} und 3\ \text{N} liegt.
- Abziehverfahren: Da die Beschichtung ausreichend dick und elastisch ist, kann sie mit einem Standard-Abisolierwerkzeug (wie einem Miller-Zangen) leicht in das Coating eingeschnitten werden. Beim Ziehen gleitet die Beschichtung auf der Oberfläche des Mantels und lässt sich so sauber und vollständig abziehen, ohne den Glasmantel zu beschädigen.
Zwei: Warum benötigen Spezialglasfasern chemische Lösungen zum Abziehen? (Chemisches Abziehprinzip)
Spezialglasfasern, die für hohe Temperaturen oder extreme Umgebungen geeignet sind, wie z. B. OFSCN® 300℃ SM Polyimide Optical Fiber oder OFSCN® 200℃ Polyimide Optical Fiber, haben eine völlig andere Beschichtungskonstruktion:
- Materialeigenschaften: Es wird Polyimid (PI) verwendet. Polyimid ist ein spezieller technischer Kunststoff mit extrem hoher thermischer Stabilität und hervorragenden mechanischen Eigenschaften.
- Extrem dünne Dicke: Der Außendurchmesser des Mantels von Polyimidfasern beträgt ebenfalls 125\ \mu\text{m}, aber der Außendurchmesser des Coatings beträgt normalerweise nur 155\ \mu\text{m}. Das bedeutet, dass die Dicke des einseitigen Coatings nur etwa 15\ \mu\text{m} beträgt.
- Extrem hohe Haftung und Abzugskraft: Polyimid wird aus einer flüssigen Polyamidsäure-Lösung auf die Glasfaseroberfläche aufgetragen und durch Hochtemperatur-Thermosetting (Imidierung) gehärtet. Es bildet eine extrem starke chemische und physikalische Bindung mit der Oberfläche des Glasmantels (Siliziumdioxid), was zu einer sehr hohen Abzugskraft führt.
- Warum ist mechanisches Abziehen nicht möglich?
- Hohes Bruchrisiko: Da die PI-Beschichtung extrem dünn (nur 15\ \mu\text{m}) und extrem hart ist, ist es für die Schneidkante eines mechanischen Abisolierwerkzeugs schwierig, in die Beschichtung einzudringen, ohne den 125\ \mu\text{m} dicken Glasmantel zu berühren oder zu zerkratzen.
- Reduzierte mechanische Lebensdauer: Selbst wenn man es mit mechanischer Kraft abkratzt, führt die extrem hohe Abzugskraft zu mikroskopischen Kratzern und Rissen auf der Glasoberfläche. Dies führt zu einer drastisch reduzierten Zugfestigkeit der Glasfaser, die bei nachfolgender Handhabung, Wicklung oder Spleißung leicht zu Brüchen führen kann.
- Mechanismus des chemischen Abziehens:
Um das Polyimid spannungsfrei und ohne Beschädigung des Glasmantels zu entfernen, müssen chemische Lösungen (wie konzentrierte Schwefelsäure \text{H}_2\text{SO}_4 bei Temperaturen zwischen 100^\circ\text{C} und 150^\circ\text{C} oder spezielle stark alkalische/organische Lösungsmittel-Entlacker) verwendet werden.- Die chemische Lösung greift die Imidringe in den Polymerketten des Polyimids an und zerstört sie, was zu einer Degradation, Schwellung oder vollständigen Auflösung des Polymernetzwerks führt.
- Nach der Reaktion wird die ursprünglich eng anliegende PI-Beschichtung weich, verkohlt und löst sich ab, wodurch ein perfektes, schadfreies Abziehen ermöglicht wird, ohne dass mechanische Spannungen auf den Glasmantel ausgeübt werden.
Drei: Andere schwerer abziehbare Metallbeschichtungen
Neben Polyimid haben Metallbeschichtungen wie bei OFSCN® Gold-coated Optical Fiber (z. B. Gold, Kupfer) sogar metallurgische Bindungen oder extrem starke physikalische Adsorptionen mit dem Siliziumdioxid-Mantel.
Bei solchen Metallglasfasern ist ein normales mechanisches Abziehen völlig unmöglich. Normalerweise sind chemische Ätzlösungen (z. B. Säuren zum Ätzen der Metallschicht) oder spezielle Hochtemperatur-Lichtbögen, Schmelzverbrennung oder andere spezielle Verfahren erforderlich, um sie sicher zu entfernen.
Zusammenfassung
Ob sich eine Glasfaserbeschichtung leicht abziehen lässt, ist im Wesentlichen ein Kompromiss zwischen der „Temperaturbeständigkeit und Schutzleistung“ des Beschichtungsmaterials und der „einfachen Verarbeitbarkeit“. Herkömmliche Polyacrylat-Glasfasern sind für eine einfache mechanische Entfernung ausgelegt, um eine schnelle Vor-Ort-Verarbeitung zu ermöglichen; während Spezialglasfasern aus Polyimid oder Metall, die für den Einsatz unter extremen Temperatur- und Belastungsbedingungen konzipiert sind, die einfache Abziehbarkeit opfern und auf chemisches Abziehen angewiesen sind, um mechanische Mikroschäden am Glasrumpf zu vermeiden.