Der Mantel oder Außenmantel ist die äußerste Schutzschicht in der optischen Kabelstruktur und besteht hauptsächlich aus PE-Mantelmaterial und PVC-Mantelmaterial. In besonderen Fällen werden halogenfreies, flammhemmendes Mantelmaterial und kriechstromfestes Mantelmaterial verwendet.
1. PE-Mantelmaterial
PE ist die Abkürzung für Polyethylen, ein Polymer, das durch Polymerisation von Ethylen entsteht. Das schwarze Polyethylen-Mantelmaterial wird durch gleichmäßiges Mischen und Granulieren von Polyethylenharz mit Stabilisator, Ruß, Antioxidationsmittel und Weichmacher in einem bestimmten Verhältnis hergestellt. Polyethylen-Mantelmaterialien für Glasfaserkabel lassen sich je nach Dichte in Polyethylen niedriger Dichte (LDPE), lineares Polyethylen niedriger Dichte (LLDPE), Polyethylen mittlerer Dichte (MDPE) und Polyethylen hoher Dichte (HDPE) unterteilen. Aufgrund ihrer unterschiedlichen Dichten und Molekularstrukturen weisen sie unterschiedliche Eigenschaften auf. Polyethylen niedriger Dichte, auch bekannt als Hochdruck-Polyethylen, entsteht durch Copolymerisation von Ethylen unter hohem Druck (über 1500 bar) bei 200–300 °C mit Sauerstoff als Katalysator. Daher weist die Molekülkette von Polyethylen niedriger Dichte zahlreiche Verzweigungen unterschiedlicher Länge, einen hohen Verzweigungsgrad, eine unregelmäßige Struktur, eine geringe Kristallinität sowie eine gute Flexibilität und Dehnbarkeit auf. Polyethylen hoher Dichte (HDPE), auch bekannt als Niederdruck-Polyethylen (LPPE), entsteht durch Polymerisation von Ethylen bei niedrigem Druck (1–5 bar) und 60–80 °C mit Aluminium- und Titankatalysatoren. Aufgrund seiner engen Molekulargewichtsverteilung und der geordneten Molekülstruktur weist HDPE gute mechanische Eigenschaften, hohe chemische Beständigkeit und einen breiten Einsatztemperaturbereich auf. Polyethylen mittlerer Dichte (MDP) wird durch Mischen von HDPE und LPPE in einem geeigneten Verhältnis oder durch Polymerisation von Ethylenmonomer und Propylen (oder dem zweiten Monomer 1-Buten) hergestellt. Daher liegen die Eigenschaften von MDP zwischen denen von HDPE und LPPE: Es vereint die Flexibilität von LPPE mit der hervorragenden Verschleißfestigkeit und Zugfestigkeit von HDPE. Lineares LPPE wird durch Niederdruck-Gasphasen- oder Lösungspolymerisation mit Ethylenmonomer und 2-Olefinen hergestellt. Der Verzweigungsgrad von linearem Polyethylen niedriger Dichte (LLDPE) liegt zwischen dem von LLDPE und LLDPE, wodurch es eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion aufweist. Diese Beständigkeit ist ein äußerst wichtiger Indikator für die Qualität von PE-Materialien. Sie beschreibt das Phänomen, dass ein Materialprüfkörper unter Einwirkung von Tensiden Spannungsrisse entwickelt. Faktoren, die die Spannungsrisskorrosion beeinflussen, sind: Molekulargewicht, Molekulargewichtsverteilung, Kristallinität und Mikrostruktur der Molekülketten. Je höher das Molekulargewicht, je enger die Molekulargewichtsverteilung und je mehr Verbindungen zwischen den Molekülen bestehen, desto besser ist die Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion und desto länger ist die Lebensdauer des Materials. Auch die Kristallinität beeinflusst diesen Indikator: Je geringer die Kristallinität, desto besser die Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion. Zugfestigkeit und Bruchdehnung von PE-Materialien sind weitere Indikatoren zur Beurteilung der Materialeigenschaften und ermöglichen die Vorhersage der Nutzungsdauer. Der Kohlenstoffgehalt in PE-Materialien kann der Erosion durch ultraviolette Strahlen wirksam entgegenwirken, und Antioxidantien können die antioxidativen Eigenschaften des Materials wirksam verbessern.
2. PVC-Mantelmaterial
PVC-Flammschutzmaterial enthält Chloratome, die in Flammen verbrennen. Bei der Verbrennung zersetzt es sich und setzt große Mengen des ätzenden und giftigen Chlorwasserstoffgases (HCl) frei, was zu Sekundärschäden führen kann. Da es sich jedoch beim Verlassen der Flamme selbst erlischt, ist es flammenhemmend. Gleichzeitig ist der PVC-Mantel sehr flexibel und dehnbar und wird daher häufig für optische Kabel in Innenräumen verwendet.
3. halogenfreies, flammhemmendes Mantelmaterial
Da Polyvinylchlorid (PVC) bei der Verbrennung giftige Gase freisetzt, wurden raucharme, halogenfreie, ungiftige und flammhemmende Mantelmaterialien entwickelt. Diese werden herkömmlichen Mantelmaterialien durch die Zugabe der anorganischen Flammschutzmittel Al(OH)₃ und Mg(OH)₂ hergestellt. Diese setzen bei Kontakt mit Feuer Kristallwasser frei und absorbieren viel Wärme, wodurch ein Temperaturanstieg im Mantelmaterial und somit eine Verbrennung verhindert wird. Durch die Zugabe anorganischer Flammschutzmittel zu halogenfreien, flammhemmenden Mantelmaterialien erhöht sich die Leitfähigkeit der Polymere. Gleichzeitig handelt es sich bei Harzen und anorganischen Flammschutzmitteln um zwei völlig unterschiedliche Phasen. Während der Verarbeitung muss eine ungleichmäßige Vermischung der Flammschutzmittel vermieden werden. Anorganische Flammschutzmittel müssen in angemessenen Mengen zugesetzt werden. Ein zu hoher Anteil reduziert die mechanische Festigkeit und die Bruchdehnung des Materials erheblich. Sauerstoffindex und Rauchkonzentration dienen als Indikatoren zur Bewertung der flammhemmenden Eigenschaften halogenfreier Flammschutzmittel. Der Sauerstoffindex ist die minimale Sauerstoffkonzentration, die erforderlich ist, damit das Material in einem Sauerstoff-Stickstoff-Gemisch eine ausgeglichene Verbrennung gewährleistet. Je höher der Sauerstoffindex, desto besser die Flammschutzwirkung des Materials. Die Rauchkonzentration wird durch Messung der Transmission eines parallelen Lichtstrahls ermittelt, der den bei der Verbrennung des Materials entstehenden Rauch in einem bestimmten Raum und bei einer bestimmten optischen Weglänge durchdringt. Je niedriger die Rauchkonzentration, desto geringer die Rauchemission und desto besser die Materialleistung.
4. Material für elektrisch abriebfester Mantel
In der Energiekommunikation werden immer mehr selbsttragende Glasfaserkabel (ADSS) auf demselben Mast wie Hochspannungsfreileitungen verlegt. Um den Einfluss des induzierten Hochspannungsfeldes auf den Kabelmantel zu minimieren, wurde ein neues, elektrisch abriebfestes Mantelmaterial entwickelt und hergestellt. Durch die strenge Kontrolle des Rußgehalts, der Größe und Verteilung der Rußpartikel sowie die Zugabe spezieller Additive weist das Mantelmaterial eine hervorragende Beständigkeit gegen elektrische Abrieb auf.
Veröffentlichungsdatum: 26. August 2024