Neue Maschinen, Werkstoffe und Verfahren

BASF: Neue Kabel braucht das Land

Faseroptische Breitband-Kabel für ein schnelles Internet sind heute Kennzeichen moderner Volkswirtschaften. So gehört Deutschland nach Angaben des Fachverbandes BITKOM mit 82 % der vernetzten Haushalte inzwischen zur Spitzengruppe in Europa.

Faseroptische Breitband-Kabel für ein schnelles Internet müssen bei konstanter Informationsdichte immer dünner werden. Um diese Anforderung zu erfüllen, hat die BASF eine neue Ultradur®-Type speziell für dünne Glasfaser-Ummantelungen entwickelt: Mit Ultradur B6550 LNX ergänzt das Unternehmen sein bestehendes Ultradur-Portfolio für die Extrusion von Schutzhüllen für optische Adern. Das Material zeichnet sich durch ein hohes Molekulargewicht und eine entsprechend hohe Viskosität aus. Mit Ultradur B6550 LNX lassen sich Bündeladern dünner ummanteln, bei  gleicher Schutzwirkung gegen Druck und Knicken wie Standard-PBT-Typen. Das neue Material verfügt über eine hohe Streckspannung sowie einen hohen E-Modul und weist dennoch eine geringe Sprödigkeit auf. Aufgrund seiner feinkristallinen Morphologie kristallisiert es schneller als bisherige Werkstoffe und hat eine hohe Schmelzeviskosität, vor allem bei niedrigen Scherraten. Darüber hinaus ist seine Querdruckfestigkeit doppelt so hoch wie die von Standardwerkstoffen (Foto: BASF)

Faseroptische Breitband-Kabel für ein schnelles Internet müssen bei konstanter Informationsdichte immer dünner werden. (Foto: BASF)

Dabei wächst auf der einen Seite der weltweite Bedarf an Glasfaserkabeln, andererseits ist das Platzangebot in Überlandleitungen und Kabelschächten, aber auch bei gebäudeinternen Verkabelungen und in optoelektronischen Baugruppen begrenzt. Die Kabel müssen also bei konstanter Informationsdichte immer dünner werden. Um diese verschärften Anforderungen zu erfüllen, hat die BASF eine neue Ultradur-Type speziell für dünne Glasfaser-Ummantelungen entwickelt. Ultradur ist der Markenname der BASF für ihre teilkristallinen, thermoplastischen, gesättigten Polyester auf der Basis von PBT (Polybutylenterephthalat). Die neue Variante trägt die Bezeichnung Ultradur B6550 LNX und bietet deutlich verbesserte mechanische Eigenschaften, vor allem bei geringen Schichtdicken. Damit ergänzt die BASF ihr bestehendes Ultradur-Portfolio für die Extrusion von Schutzhüllen für optische Adern. Im Gegensatz zu den für den Spritzguss optimierten PBT-Typen zeichnen sich diese Materialien durch ein hohes Molekulargewicht und eine entsprechend hohe Viskosität aus.

Internetverkehr steigt – Schutz für dünne Glasfaserkabel

Der Internetverkehr steigt ebenso wie die Nachfrage nach Kommunikationsverbindungen für Telefon, Fernsehen oder industrielle Belange wie die kommunikationstechnologische Ausrüstung für die Steuerung der Stromnetze. Wie stark das Wachstum des Internetverkehrs ausfällt, haben die Betreiber des zentralen Internet-Knotens in Frankfurt am Main abgeschätzt: Demnach wird sich der Datenverkehr im Internet von 2011 bis 2015 verzwanzigfachen. Grund dafür ist insbesondere die weiter zunehmende Übertragung von multimedialen Inhalten wie Videos und Fernsehsendungen. Die vor diesem Hintergrund benötigten dünneren, aber leistungsfähigen Glasfaserkabel sollten daher auch dünnere Ummantelungen erhalten. Die Fasern müssen aber nach wie vor unter allen Umständen ausreichend geschützt sein. Das kann nur von Kunststoffmänteln garantiert werden, die außerordentlich gute mechanische Eigenschaften wie zum Beispiel Steifigkeit aufweisen.

Mehrfache Ummantelung und Extrusion

Die Kabel zur optischen Datenübertragung weisen einen komplexen Aufbau auf. Bis zu zwölf lichtleitende Glasfasern werden in sogenannten Bündeladern (engl. multifiber loose buffer tubes) zusammengefasst und in einem Extrusionsprozess von einer hochsteifen und stabilisierenden Polybutylenterephthalat (PBT)-Röhre lose umhüllt. Die Ummantelung findet dabei in einem durchgängig automatisierten Extrusionsprozess statt, bei dem die einzelnen Fasern, von verschiedenen Trommeln ausgehend, bei Geschwindigkeiten von 100 bis 500 Metern pro Minute in das im Extrusionsprozess online hergestellte Röhrchen eingezogen werden. Je nachdem, ob der Hohlraum innerhalb der Hülle mit einer gelartigen Masse gefüllt ist oder nicht, unterscheidet man zwischen gefüllten und ungefüllten Bündeladern. Der technische Kunststoff PBT zeichnet sich in dieser Anwendung durch ein besonders rasches Erstarren der Schmelze während des Extrusionsprozesses und eine hohe Steifigkeit der fertigen Bündelader aus.

Anschließend werden die Bündel zusammengeführt und typischerweise um einen glasfaserverstärkten Aramid- oder Epoxy-Kern verseilt. Das gesamte Bündel wird dann nochmals je nach Anwendungsart des Kabels mit unterschiedlichen Schutzschichten wie zum Beispiel Aramidfasern oder Glasrovings umgeben und anschließend in einem weiteren Extrusionprozess mit Polyethylen oder Polyamid umhüllt.

Sehr steif, aber nicht spröde und leicht zu extrudieren

Mit dem Ziel, den Anwender bei der Herstellung von dünnen Kabelummantelungen zu unterstützen, hat die BASF Ultradur B6550 LNX entwickelt, das mit einer wesentlich dünneren Ummantelung der Bündeladern die gleiche Schutzwirkung gegen Knicken erreicht. Das Material weist eine hohe Streckspannung und einen erhöhten E-Modul auf. Im Ergebnis führt das zu einem Werkstoff mit hoher Steifigkeit, die normalerweise gleichzeitig zu einer Versprödung des Materials führt. Hier ist es den Entwicklern der BASF jedoch gelungen, trotz des hohen E-Moduls eine geringe Sprödigkeit – also eine hohe Bruchdehnung – zu erreichen.

Ultradur B6550 LNX weist außerdem aufgrund seiner feinkristallinen Morphologie eine noch schnellere Kristallisation als Standard PBT-Typen auf und hat eine sehr hohe Schmelzviskosität, vor allem bei niedrigen Scherraten. Beide Eigenschaften sind von Vorteil für den Extrusionsprozess.

Mechanische Festigkeit verdoppelt

Eine wichtige Kenngröße zur Beurteilung der Ummantelungsqualität für den Anwender ist darüber hinaus die so genannte Querdruckfestigkeit (engl. crush resistance). Sie beschreibt Gleichmäßigkeit und Druckfestigkeit der Bündeladerhülle. Zur Messung der Querdruckfestigkeit wird ein Kabel definierter Länge in eine Vorrichtung eingespannt, ein Signal durch das Kabel geschickt und solange Druck auf das Kabel ausgeübt, bis die Dämpfung des Signals einen Wert von 0,05 Dezibel (dB) beträgt. Messgröße ist die Maximalkraft in Newton pro Dezimeter (N/dm), mit der das Kabel belastet werden kann, bis diese Dämpfung im Lichtwellenleiter erreicht ist. Bei den am Markt befindlichen PBT-basierten Ummantelungsmaterialien lassen sich Querdruckfestigkeiten von etwa 600 N/dm bei Kabeln mit etwa 2 Millimetern Außen- und etwa 1,5 Millimetern Innendurchmesser messen. Das neue Ultradur B6550 LNX dagegen erzielt mit 1.350 N/dm mehr als doppelt so hohe Werte. Damit ist der neue Werkstoff – wie gewünscht – bei gleicher Dicke viel druckfester. Die Ermittlung der Querdruckfestigkeit wurde in den Laboren eines weltweit führenden Herstellers von faseroptischen Kabeln durchgeführt.

Bei den besonders dünnen Kabelummantelungen für Lichtwellenleiter handelt es sich um einen Spezialitätenmarkt. Er stellt an den Materialentwickler und -lieferanten hohe Anforderungen bezüglich konstanter Qualität, Versorgungssicherheit und technischer Unterstützung der Kunden bei der Verarbeitung. Die BASF kann sich diesen Herausforderungen durch ihr weltweites Liefernetz und ihre umfangreiche PBT-Expertise problemlos stellen.

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