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, eine Polymerverbindung, die 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 optische Kabelmäntel können je nach Dichte in Polyethylen niedriger Dichte (LDPE), lineares Polyethylen niedriger Dichte (LLDPE), Polyethylen mittlerer Dichte (MDPE) und Polyethylen hoher Dichte (HDPE) unterteilt werden. Aufgrund ihrer unterschiedlichen Dichten und Molekularstrukturen haben sie unterschiedliche Eigenschaften. Polyethylen niedriger Dichte, auch als Hochdruck-Polyethylen bekannt, wird durch Copolymerisation von Ethylen bei hohem Druck (über 1500 Atmosphären) bei 200–300 °C mit Sauerstoff als Katalysator gebildet. Daher enthält die Molekülkette von Polyethylen niedriger Dichte mehrere Verzweigungen unterschiedlicher Länge mit einem hohen Kettenverzweigungsgrad, unregelmäßiger Struktur, geringer Kristallinität sowie guter Flexibilität und Dehnung. Polyethylen hoher Dichte, auch als Niederdruck-Polyethylen bekannt, wird durch Polymerisation von Ethylen bei niedrigem Druck (1–5 Atmosphären) und 60–80 °C mit Aluminium- und Titankatalysatoren hergestellt. Aufgrund der engen Molekulargewichtsverteilung von Polyethylen hoher Dichte und der geordneten Anordnung der Moleküle verfügt es über gute mechanische Eigenschaften, gute chemische Beständigkeit und einen breiten Temperaturbereich. Mantelmaterial aus Polyethylen mittlerer Dichte wird durch Mischen von Polyethylen hoher Dichte und Polyethylen niedriger Dichte in einem geeigneten Verhältnis oder durch Polymerisation von Ethylenmonomer und Propylen (oder dem zweiten Monomer 1-Buten) hergestellt. Daher liegt die Leistung von Polyethylen mittlerer Dichte zwischen der von Polyethylen hoher Dichte und Polyethylen niedriger Dichte und es verfügt sowohl über die Flexibilität von Polyethylen niedriger Dichte als auch über die hervorragende Verschleißfestigkeit und Zugfestigkeit von Polyethylen hoher Dichte. Lineares Polyethylen niedriger Dichte wird durch Niederdruck-Gasphasen- oder Lösungsverfahren mit Ethylenmonomer und 2-Olefin polymerisiert. Der Verzweigungsgrad von linearem Polyethylen niedriger Dichte liegt zwischen niedriger und hoher Dichte, sodass es eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Spannungsrisse aufweist. Die Beständigkeit gegen Spannungsrisse ist ein äußerst wichtiger Indikator zur Bestimmung der Qualität von PE-Materialien. Sie bezieht sich auf das Phänomen, dass ein Materialprüfling, der Biegespannungen ausgesetzt ist, in der Umgebung eines Tensids reißt. Zu den Faktoren, die die Spannungsrisse im Material beeinflussen, gehören: Molekulargewicht, Molekulargewichtsverteilung, Kristallinität und Mikrostruktur der Molekülkette. Je höher das Molekulargewicht, je enger die Molekulargewichtsverteilung und je mehr Verbindungen zwischen den Wafern, desto besser ist die Beständigkeit des Materials gegen Spannungsrisse und desto länger ist seine Lebensdauer; gleichzeitig beeinflusst auch die Kristallisation des Materials diesen Indikator. Je geringer die Kristallinität, desto besser ist die Beständigkeit des Materials gegen Spannungsrisse. Die Zugfestigkeit und Bruchdehnung von PE-Materialien sind weitere Indikatoren zur Messung der Leistungsfähigkeit des Materials und können auch das Endverwendungsstadium des Materials vorhersagen. Der Kohlenstoffgehalt in PE-Materialien kann der Erosion durch ultraviolette Strahlen auf dem Material wirksam widerstehen und Antioxidantien können die antioxidativen Eigenschaften des Materials wirksam verbessern.
2. PVC-Mantelmaterial
Flammhemmendes PVC-Material enthält Chloratome, die in der Flamme verbrennen. Beim Verbrennen zersetzt es sich und setzt eine große Menge ätzenden und giftigen HCL-Gases frei, das Sekundärschäden verursacht. Es erlischt jedoch von selbst, wenn es die Flamme verlässt, sodass es die Eigenschaft hat, keine Flammen auszubreiten. Gleichzeitig weist PVC-Mantelmaterial eine gute Flexibilität und Dehnbarkeit auf und wird häufig in optischen Innenkabeln verwendet.
3. Halogenfreies, flammhemmendes Mantelmaterial
Da Polyvinylchlorid beim Verbrennen giftige Gase freisetzt, wurde ein raucharmes, halogenfreies, ungiftiges und sauberes Flammschutzmaterial entwickelt. Dazu wurden herkömmlichen Mantelmaterialien die anorganischen Flammschutzmittel Al(OH)3 und Mg(OH)2 zugesetzt. Diese setzen im Brandfall Kristallwasser frei und absorbieren viel Wärme. Dadurch wird ein Temperaturanstieg des Mantelmaterials verhindert und eine Verbrennung verhindert. Durch die Zugabe anorganischer Flammschutzmittel zu halogenfreien Flammschutzmaterialien steigt die Leitfähigkeit der Polymere. Harze und anorganische Flammschutzmittel sind jedoch zweiphasige Materialien. Bei der Verarbeitung muss eine ungleichmäßige Vermischung der Flammschutzmittel vermieden werden. Anorganische Flammschutzmittel sollten in angemessenen Mengen zugegeben werden. Ist der Anteil zu hoch, nehmen die mechanische Festigkeit und die Bruchdehnung des Materials stark ab. Indikatoren zur Bewertung der Flammschutzeigenschaften halogenfreier Flammschutzmittel sind der Sauerstoffindex und die Rauchkonzentration. Der Sauerstoffindex ist die minimale Sauerstoffkonzentration, die das Material benötigt, um eine ausgewogene Verbrennung in einem Mischgas aus Sauerstoff und Stickstoff aufrechtzuerhalten. Je höher der Sauerstoffindex, desto besser sind die flammhemmenden Eigenschaften des Materials. Die Rauchkonzentration wird berechnet, indem die Transmission des parallelen Lichtstrahls gemessen wird, der durch den bei der Verbrennung des Materials entstehenden Rauch in einem bestimmten Raum und mit einer bestimmten optischen Weglänge hindurchgeht. Je niedriger die Rauchkonzentration, desto geringer die Rauchentwicklung und desto besser die Materialleistung.
4. Elektrische Markierungen resistentes Mantelmaterial
Immer mehr selbsttragende optische Kabel (ADSS) für alle Medien werden in Stromkommunikationssystemen im selben Mast wie Hochspannungsfreileitungen verlegt. Um den Einfluss des elektrischen Hochspannungsinduktionsfelds auf den Kabelmantel zu überwinden, wurde ein neues, gegen elektrische Kratzer resistentes Mantelmaterial entwickelt und hergestellt. Durch strenge Kontrolle des Rußgehalts, der Größe und Verteilung der Rußpartikel und die Zugabe spezieller Additive erhält das Mantelmaterial eine hervorragende Widerstandsfähigkeit gegen elektrische Kratzer.
Veröffentlichungszeit: 26. August 2024