Wenn das Leder nicht vollständig getrocknet ist, bevor es das Werk verlässt, welche chemischen Gerüche oder Leistungsprobleme können auftreten?
In der Glasfaserherstellung und -verkapselungstechnik bezieht sich der Aushärtungsgrad (Degree of Cure, DOC) von Beschichtungen auf den Umfang, in dem eine UV-härtende Beschichtung (typischerweise ein Acrylat) eine Additionsreaktion durchläuft, wenn sie UV-Licht ausgesetzt wird, um ein vernetztes Polymernetzwerk zu bilden, wobei die Funktionalität (wie die Doppelbindungen C=C ) umgewandelt wird.
Wenn die Glasfaserbeschichtung nicht ausreichend ausgehärtet ist (d. h. „nicht trocken genug“ vor dem Verlassen des Werks), führen die verbleibenden unreagierten Chemikalien und das unvollständig etablierte physikalische Vernetzungsnetzwerk zu einer Reihe von Problemen, darunter chemische Ausgasungen und Verschlechterung der lichtmechanischen Eigenschaften. Die spezifischen physikalischen und chemischen Erscheinungsformen sind wie folgt:
I. Chemische Gerüche und VOC-Ausgasungsprobleme
- Starker, stechender chemischer Geruch:
Die primäre und sekundäre Beschichtung von Glasfasern (z. B. Acrylat-Harze) enthalten Oligomere, Verdünnungseinheiten (wie Acrylat-Monomere) und Photoinitiatoren. Unzureichende Aushärtung führt zu einer großen Menge an freien, unreagierten Acrylat-Monomeren. Diese niedermolekularen Verbindungen sind sehr flüchtig und geben einen stechenden „Olefin/Acrylat-Chemikaliengeruch“ ab. - Freisetzung flüchtiger organischer Verbindungen (VOCs):
Restmonomere und Nebenprodukte der Photoinitiator-Zersetzung setzen bei Raumtemperatur oder Erwärmung kontinuierlich VOCs frei. In versiegelten Faserbündeln, kontrollierten Umgebungen oder Hochvakuum-Anwendungen können die freigesetzten Gase auf optischen Endflächen (wie FC/APC-Steckern) oder Linsen abgelagert werden und einen verschmutzenden Ölfilm bilden, der die optische Übertragungseffizienz ernsthaft beeinträchtigt.
II. Verschlechterung der physikalischen und mechanischen Eigenschaften
- Young’s Modulus erreicht die Spezifikationen nicht und Oberflächenhaftung:
- Fehlende Pufferung der inneren Schicht (Primary Coating): Die innere Beschichtung ist mit einem geringeren Modul konzipiert, um mechanische Belastungen zu absorbieren. Unzureichende Aushärtung führt dazu, dass die innere Schicht zu weich oder in einem klebrigen Gelzustand ist und ihre vorgesehene Elastizität verliert.
- Unzureichende Härte der äußeren Schicht (Secondary Coating): Die äußere Beschichtung ist mit einem höheren Modul konzipiert, um äußeren Kräften zu widerstehen. Eine nicht vollständig ausgehärtete äußere Schicht hat eine geringe Härte, ist leicht zu zerkratzen, und es kommt leicht zu Oberflächenhaftung (Tackiness) zwischen den Fasern beim Ziehen oder Aufwickeln.
- Anormale Abisolierkraft (Stripping Force):
Beim Spleißen oder Konfektionieren von Glasfasern müssen Abisolierzangen verwendet werden, um die Beschichtung zu entfernen. Unzureichende Aushärtung führt zu einer instabilen Haftkraft zwischen der Beschichtung und dem Glasmantel der Glasfaser:- Es kann leicht zu klebrigen Beschichtungsresten auf der Glasmantelfläche kommen, was die Reinigung vor dem Spleißen erschwert.
- Oder die Abisolierkraft der Beschichtung ist zu gering, was zu einer spontanen Delamination (Ablösung) während des Gebrauchs führt.
III. Auswirkungen auf optische Eigenschaften (Dämpfung und Biegeverluste)
- Deutlich erhöhte Biegeverluste (Microbending Loss):
Standard-Singlemode-Glasfasern wie die OFSCN® G.652D Optical Fiber und die OFSCN® G.657 Optical Fiber verwenden eine Doppelbeschichtungsstruktur, um seitlichen Außendruck gleichmäßig zu verteilen. Wenn der Beschichtungsmodul nicht den Auslegungsrichtlinien entspricht, wird die seitliche äußere Spannung direkt auf den Mantel und den Kern der Glasfaser übertragen, was zu einem erheblichen Anstieg der zusätzlichen Biegeverluste der Glasfaser bei Wellenlängen von 1310\text{ nm} und 1550\text{ nm} führt.
- Wellenlängenverschiebung und Spannungsverzerrung der Rekoating-Schicht von Faser-Bragg-Gittern (FBG):
Bei der Rekoating-Phase nach dem Schreiben eines Faser-Bragg-Gitters, wie bei OFSCN® Polyacrylate Fiber Bragg Gratings / FBG Strings (Bare), bestimmt der Aushärtungsgrad der Rekoating-Schicht direkt die Effizienz der Spannungsübertragung. Wenn die Aushärtung des Acrylat-Rekootings unvollständig ist, erfährt die Beschichtung viskoelastisches Kriechen (Creep), wenn sie gezogen oder komprimiert wird, was zu Hysterese und Drift der Ausgangszentrikerwellenlänge von FBG-Sensoren führt.
IV. Langzeitzuverlässigkeit und Alterungsrisiken
- Wasserdampfinfiltration und Ermüdungsversagen (Fatigue Failure):
Eine der Hauptfunktionen der Glasfaserbeschichtung ist die Isolierung von Feuchtigkeit aus der Umgebung. Ein Polymernetzwerk mit geringem Aushärtungsgrad weist eine hohe Porosität auf, wodurch Wassermoleküle leicht zur Oberfläche des Glasfasermantels diffundieren können. Dies katalysiert die hydrolytische Spaltung von Siloxanbindungen ( \text{Si-O-Si} ), reduziert den Ermüdungsparameter n der Glasfaser erheblich und verkürzt die mechanische Lebensdauer der Glasfaser drastisch. - Thermische Alterung und nachträgliche Vernetzung:
Nicht ausgehärtete Beschichtungen können bei Raumtemperatur oder im Langzeitbetrieb langsam „dunkel aushärten“ oder thermisch oxidieren. Dies führt zu Vergilbung, Versprödung und Schrumpfung des Beschichtungsmaterials, wodurch langanhaltende, ungeordnete Eigenspannungen auf den Kern ausgeübt werden.
In der industriellen Produktion wird der Aushärtungsgrad von Beschichtungen üblicherweise durch Fourier-Transform-Infrarotspektroskopie (FTIR) überwacht, indem die Umwandlungsrate der Absorptionsbande der Acrylat-Doppelbindungen (z. B. bei 810\text{ cm}^{-1} ) gemessen wird, um sicherzustellen, dass der Aushärtungsgrad den Standardrichtwerten von über 85 % bis 95 % entspricht.