Brevet FR2503386A1 — publié le 19821008

La présente invention concerne une fibre optique pour cable électrique, et plus particulièrement une fibre optique dont la longueur est égale à celle de la matière protectrice dans laquelle elle est incluse. On sait qu'une ou plusieurs fibres optiques peu- vent être utilisées dans les cables électriques comme éléments capables de transmettre des signaux de communication, conformé- ment à ce qui a déjà été indiqué par exemple dans les brevets italiens de la Demanderesse NOS 987 956 et 1 017 702. On connatt également la fragilité des fibres optiques et la nécessité qui en résulte de prévoir des revête- ments adéquats, capables d'absorber les diverses sollicitations auxquelles elles pourraient sans celà être soumises, et qui en- traîneraient un grave préjudice pour leurs caractéristiques de fonctionnement. En particulier, dans le cas d'une fibre optique étroitement bloquée sur toute sa longueur par une matière plas- tique ou élastomère de revêtement sur une longueur égale, on observe davantage que dans d'autres cas, deux types principaux de contraintes l'une mécanique et l'autre thermique. La contrainte mécanique peut être déterminée par une force transversale au développement longitudinal de la fibre, par exemple par la compression exercée sur un certain tronçon de la fibre par les autres éléments longitudinaux pré- sents dans le câble, en particulier par la présence de fibres cablées entre elles et par les effets réciproques des fibres lorsque le cable est courbé, ou au cours du procédé de fabrica- tion lui-même, ou lors de la pose du câble. La contrainte thermique peut être déterminée par exemple par une contraction de la matière de revêtement la plus externe, notamment si la longueur de la matière de revêtement diminue sous l'action de la chaleur, ce qui a pour effet de transmettre à la fibre, à travers les parties les plus internes radialement du revêtement, une charge axiale d'o peuvent résul- ter des flexions inacceptables. En général, une solution possible pour réduire ces contraintes est d'utiliser une couche protectrice en matière 2 2503386 thermoplastique ayant un module d'élasticité tel qu'il contre- carre les flexions de la fibre; cependant, en raison justement de son module d'élasticité élevé, cette matière a une certaine rigi- dité grace à laquelle elle peut transmettre les contraintes mé- caniques éventuelles de compression locale, par exemple d'écrase- ment sur un certain tronçon longitudinal, de l'extérieur vers la fibre, et ceci de manière non uniforme mais en sollicitant la fi- bre irrégulièrement, c'est-à-dire à des pressions différentes suivant une section transversale de la fibre plutôt que selon une pression également répartie le long de cette section. Pour remédier à cet inconvénient, on a imaginé d'avoir recours à l'utilisation d'une première couche de revête- ment autour de la fibre, formée d'une matière élastomère, par exemple d'un caoutchouc de silicone ayant un module d'élasti- cité assez faible par rapport à celui de la couche externe, qui est souvent en polyamide. Dans ce cas, la partie de l'effort de compres- sion localisée non absorbée par la couche de revêtement la plus externe se transmet sur la couche la plus interne, mais celle-ci ayant une rigidité nettement inférieure, tend à transmettre d'une manière uniforme les contraintes imposées à la fibre en la char- geant par conséquent d'une manière uniforme et acceptable. Cependant, cette solution n'est pas encore satisfaisante en ce sens que la première couche de revêtement la plus interne ayant un module d'élasticité assez bas permet une certaine flexion de la fibre; on n'a donc pas de garantie d'un fonctionnement correct de la fibre en raison d'une atténuation du signal. Le but de la présente invention est donc de proposer une fibre optique ne présentant pas les inconvénients ci-dessus. L'invention concerne en effet une fibre optique pour la transmission de signaux dans un câble électrique, carac- térisée en ce qu'elle comprend sur son pourtour immédiat au moins trois couches de revêtement en matière plastique ou élastomère ayant des modules d'élasticité différents, la couche de revête- ment intermédiaire ayant un module d'élasticité inférieur 3 2503386 à celui des couches adjacentes et sensiblement inférieur à 1 kg/mm L'invention prévoit donc l'utilisation autour de la fibre d'un revêtement plastique ou élastomère composé de trois couches plastiques différentes ayant chacune une déformabi- lité différente de celle des autres, et selon un ordre inhabituel à partir de la couche la-plus interne vers la plus externe. On a vu en effet que la couche ayant le module d'élasticité le plus faible par rapport à celui des autres couches est la couche intermédiaire et non la plus interne comme on aurait pu s'y attendre en se conformant aux normes de rigidité progres- sive et ordonnée des couches protectrices habituellement réalisée autour de corps de forme allongée. La répartition inhabituelle des couches permet d'obtenir des résultats favorables en ce qui concerne la protec- tion de la fibre optique contre les contraintes mécaniques et thermiques. On peut en effet attribuer à la couche la plus inter- ne, et en raison de son module d'élasticité, la fonction de ré- sister à la flexion de la fibre optique provoquée par une con- traction longitudinale du complexe placé autour de la fibre, par exemple par contraction d'une couche externe de polyamide après extrusion, tandis que l'on peut attribuer à la seconde couche de module plus faible la capacité de transmettre uniformément vers la fibre les contraintes mécaniques de compression passant de la troisième couche vers l'intérieur. La fibre optique est de préférence caractérisée en ce que le rapport du module d'élasticité de la couche de re- vêtement la plus interne à celui de la couche intermédiaire est égal ou supérieure à 300. La fibre optique est encore caractérisée de préférence par le fait que le rapport entre le module d'élasti- cité de la couche externe et celui de la couche intermédiaire est égal ou supérieur à 50. Selon un mode de réalisation préféré la fi- bre optique est caractérisée en ce que la couche la plus interne est une résine thermodurcissable. La présente invention sera mieux comprise à la lecture des exemples suivants donnés à titre illustratif nullement limitatif référence sera faite au dessin ci-après sur lequel: la figure 1 représente une section transversa- le de la fibre optique et du revêtement de l'invention corres- pondant; la figure 2 représente sous forme d'un diagram- me les courbes d'acceptabilité en ce qui concerne les contraintes d'un double revêtement pour fibre optique. Sur la figure 1, on voit un complexe 1 de for- me allongée constitué d'une fibre optique 2 et du revêtement plastique ou élastomère correspondant dans lequel la fibre est incluse avec une longueur égale. Le complexe 1 peut être l'élé- ment unique ou l'un des nombreux éléments généralement cablés entre eux constituant un cable électrique capable de transmettre des signaux électriques. Le revêtement protecteur est composé d'au moins trois couches plastiques ou élastomères 3, 4, 5 dont les modules d'élasticité sont différents. Le module d'élasticité de la pre- mière couche 3 peut gtre compris entre 200 et 400 kg/mm 2, celui, assez faible, de la seconde couche 4 peut être compris entre 0,2 et 0,8 - 0,9 kg/mm et celui de la troisième couche 5 peut prendre des valeurs de 40 kg/mm à 200 ou 300 kg/mm. La Demanderesse a trouvé qu'il était préféra- ble, pour que la fibre supporte adéquatement les diverses con- traintes de relier entre eux dans des rapports déterminés les modules d'élasticité des diverses couches de revêtement. En substance, les valeurs numériques indiquées ci-dessus doivent être choisies d'une manière particulière, et plus précisément: - le rapport entre le macule d'élasticité de la première couche et celui de la couche intermédiaire doit être égal ou supérieur à 300, - le rapport entre le module d'élasticité de la troisième couche et celui de la couche intermédiaire doit être égal ou supérieur à 50. 2503386 En particulier, dans l'exemple donné ici, la fibre optique a un diamètre de 0,12 mm et la première couche de revêtement de 0,2 mm d'épaisseur est formée par une résine ther- modurcissable, de préférence une résine époxyde ayant un module d'élasticité de 200 kg/mm a La seconde couche de revêtement 4 d'une épais- seur de 0,15 mm est constituée d'une matière élastomère, avantageusement d'un caoutchouc de silicone ayant un module d'élasticité très inférieur à celui de la première couche, en Io général compris entre 0,2 et 0,5 kg/mm égal à 0,35 kg/mm dans l'exemple. La troisième couche de revêtement 5, qui est dans certains cas la dernière couche protectrice, est formée d'une résine thermoplastique, en particulier une résine poly- amide comme le Nylon, ayant un module d'élasticité sensible- ment plus élevé que celui de la seconde couche, puisqu'il est de 150 kg/mm, l'épaisseur du polyamide est de 0,2 mm et le diamètre final du complexe 1 est de 1,22 mm. Conformément à d'autres modes de réalisation, la première couche peut être constituée de résines phénoliques, la seconde couche de caoutchouc d'acrylonitrile, la troisième couche de polytétrafluoroéthylène. Le procédé de revêtement de la fibre est de type connu et peut être effectué par exemple en faisant passer la fibre en continu à travers une première filière suivie d'un moyen de réticulation pour la formation de la première couche en résine époxydique, puis à travers deux autres filières pour le dépôt d'une couche de caoutchouc de silicone et d'une couche de polyamide. Pour mieux expliquer l'invention, on indique à présent quelques considérations sur la configuration géomé- trique d'une fibre optique à deux revêtements plastiques, puis on formule une hypothèse pour expliquer les perfectionnements obtenus avec les trois couches plastiques disposées autour de la fibre conforme à l'invention. On considère initialement une fibre optique 6 2503386 avec un premier revêtement de caoutchouc de silicone ayant un module d'élasticité de 0,35 kg/mm et un second revêtement de polyamide ayant un module d'élasticité plus élevé, de l'ordre de 150 kg/mm. Selon la figure 2, les diamètres externes des deux revêtements sont reliés entre eux, suivant les diverses configurations géométriques du revêtement de la fibre, par deux courbes a) et b), l'une relative aux charges axiales sur la fibre et l'autre aux charges radiales; les deux courbes sont tracées en coordonnées cartésiennes, les diamètres 1 du poly- amide étant en abscisses et les diamètres 02 du caoutchouc de silicone en ordonnées. Naturellement, les courbesaX et b) sont pure- ment indicatives,et ne sont obtenues que de manière qualitati- ve: en particulier la courbe a) est établie à partir de l'hy- pothèse de diverses configurations géométriques des revêtements autour de la fibre et cette courbe est obtenue sur la base de la théorie d'une contrainte combinée de pliage et de compression agissant sur une barre à laquelle on assimile la fibre et de la contrainte limite amissible du type considéré cour chaque configuration.la courbe b) de son côté, est tracée dans l'hypothèse d'une charge fictive répartie uniformément, ayant une certaine valeur et agissant sur un tronçon longitudinal du revêtement le plus externe. La même courbe a) sépare deux zones distinc- tes, la première, P. à gauche de la courbe, est une zone d'ac- ceptabilité pour les revêtements, la seconde, M, à droite de la courbe, une zone de non acceptabilité comme ce serait le cas par exemple pour les diamètres du polyamide et du caoutchouc de silicone repérés par le point A. La courbe b) relie les valeurs des diamètres des deux revêtements pour lesquels la contrainte de compression dQe par exemple à d'autres fibres câblées entre elles, se trans- met à travers les couches de revêtement d'une manière encore tolérable sur la fibre optique. La zone K à l'intérieur de la courbe b) re- présente la surface d'acceptabilité. Comme le montre le diagramme de la figure 2, les deux courbes a) et b) se coupent et délimitent une surface R,hachurée assez resserée.En pratique,on peut dire que les diamè- 7 2503386 tres du revêtement en polyamide ou en silicone auxquels correspondent les conditions de sécurité pour la fibre sont en nombre assez limité, et dans le projet du revêtement d'une fibre, étant donné la faible différence entre des valeurs de diamètre acceptables ou non acceptables on court le risque de passer dans une des zones non acceptables. L'agrandissement de la zone R en vue d'obtenir des marges de sécurité plus grandes dans le choix des diamètres des couches 4,5, a été réalisé par le triple revêtement de îO l'invention obtenu de manière tout à fait inhabituelle avec une succession désordonnée des couches, c'est-à-dire avec une pre- mière couche d'une certaine rigidité, sensiblement supérieure à celle de la couche intermédiaire. La demanderesse a constaté que l'on peut obte- nir une protection mécanique supérieure de la fibre contre les écrasements en ayant recours à des diamètres et à des épaisseurs toujours supérieures de la couche la plus externe en polyamide, sans toutefois que ceci conduise, en raison de contractions plus importantes du polyamide dues au retrait après l'extrusion, à des charges axiales consécutives intolérables pour la fibre. Dans la pratique, on peut émettre avec un certain bien-fondé l'hypothèse que l'intégrité de la fibre est maintenue par la présence de la couche en résine époxydique immédiatement adja- cente à la fibre, et ceci dans la mesure o, dans les limites connues des phénomènes entrant en jeu, le module élastique de cette résine est suffisamment élevé pour donner naissance dans la couche à une chemise résistante tendant à s'opposer aux flexions de la fibre. En outre l'épaisseur de polyamide plus élevée garantit encore davantage l'intégrité de la fibre expo- sée à des charges radiales. On peut donc dire que l'introduction de la résine thermodurcissable selon le principe de l'invention équi- vaut à déplacer dans la figure 2 la courbe a) vers la droite et la courbe b) vers la gauche, augmentant ainsi sensiblement la surface R d'acceptabilité des diamètres des revêtements les plus externes 4 et 5. 8 2503386 La présente de la couche intermédiaire entre les couches 5 et 3 crée un espace dans lequel une partie des forces d'écrasement agissant sur la couche la plus externe et non filtrées par celle-ci, se transmet d'une manière quasi hydrostatique à cause du bas module d'élasticité du caoutchouc de silicone, c'est-à-dire avec des pressions également répar- ties tout autour de la couche 2 en résine époxydique et par conséquent autour de la fibre. 9 2503386 REVENDICATIONS 1.- Fibre optique pour la transmission de signaux dans un cable électrique, caractérisée en ce qu'elle comprend immédiatement autour de sa périphérie au moins trois co couches de revêtement en matière plastique ou élastomère ayant des modules d'élasticité différents, la couche intermédiaire de revêtement ayant un module d'élasticité inférieur à celui des couches adjacentes et sensiblement inférieur à 1 kg/mm2. 2.- Fibre optique suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le rapport entre le module d'élasti- cité de la couche de revêtement la plus interne et celui de la couche intermédiaire est égal ou supérieur à 300. 3.- Fibre optique suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le rapport entre le module d'élasticité de la couche radialement la plus externe et celui de la couche intermédiaire est égal ou supérieur à 50. 4.- Fibre optique suivant l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que la couche radialement la plus interne est formée d'une résine thermo- durcissable. 5.- Fibre optique suivant la revendication 4, caractérisée en ce que la couche radialement la plus interne est une résine époxydique. 6.- Fibre optique suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la couche intermédiaire est en matière élastomère. 7.- Fibre optique suivant la revendication 6, caractérisée en ce que cette matière élastomère est un caoutchouc de silicone. 8.- Fibre optique suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la couche radialement la plus externe est une résine thermoplastique. 9.- Fibre optique suivant la revendication 8, caractérisée en ce que cette résine thermoplastique est un polyamide. 10.- Ctble électrique caractérisé en ce qu'il comprend au moins une fibre optique suivant l'une quel- conque des revendications précédentes.