Brevet FR2545943A1 — publié le 19841116

La présente invention concerne une fibre optique présentant d'excellentes propriétés de résistance vis-à-vis de forces extérieures. Les fibres optiques comprennent généralement un filament de transmission optique constitué d'une âme en verre de quartz et d'un revêtement fait de verre de quartz, de résine de silicone, etc., sur lequel est déposée une couche formant une gaine et cons tituée de Nylon, d'une résine de polyester, etc., comme décrit dans les brevets des Etats-Unis d'Amdrique nO 3 865 466, 3 955 878, 4 038 489, 4 054 365, 4 118 594 et 4 153 332.Lorsqu'on utilise la fibre optique dans un milieu soumis à des forces extérieures, par exemple traction, compression, flexion, etc., il est utilisé, pour renforcer la fibre optique, un élément central longitudinal fait d'un matériau qui ne se déforme pas facilement, comme l'aluminium, une matière plastique renforcée par des fibres, une résine thermoplastique (par exemple polypropylène, polyéthylène, etc.) et substances analogues, et qui présente une section droite en forme de fleur ou d'étoile afin d'offrir à sa surface des rainures orientées longitudinalement, dans chacune desquelles une ou plusieurs fibres. optiques doivent être placées, ce qui donne à la fibre optique une grande résistance vis-b-vis des fortes contraintes.Une fibre optique de ce type est décrite dans les brevets japonais publiés (non examinés) n0 26 841/77 et 130 037/79, et elle présente typiquement la structure de section droite présentée sur la figure I, où les numéros 1, 2 et 3 désignent respectivement une fibre optique, un élément central et des rainures ménagées à la périphérie de l'élément central. Toutefois, le cable pour fibres optiques du type classique ci-dessus indiqué dans lequel les fibres optiques sont renforcées par l'élément central présente les inconvénients suivants (1) l'opération consistant à placer une ou plusieurs fibres optiques d'un diamètre extérieur de 0,9 mm par exemple dans chacune des diverses rainures, qui ont un diamètre extérieur de 3 à 6 mm, sur une distance de plusieurs kilomètres est très complexe, ne serait-ce que du point de vue des coatis accrus nécessaires pour la production (2) puisqu'il est utilisé pour l'élément central un matériau relativement rigide afin de protéger les fibres optiques vis-à-vis des contraintes, le câble pour fibres optiques est, dans son ensemble, dur et manquant de souplesse ; (3) les jonctions de câbles pour fibres optiques deviennent complexes eu égard a la résistance de l'élément central, ce qui entraîne une augmentation du diamètre extérieur ; etc. La demanderesse a effectué des études dans le but d'éliminer les Inconvénients ci-dessus décrits que l'on rencontre en utilisant l'élément central dans les cibles pour fibres optiques classiques et, en résultat, elle a découvert que l'on pouvait donner une certaine résistance vis- -vis des contraintes extérieures à une fibre optique elle-meme, sans qu'il soit besoin de faire appel à aucun élément central de renforcement, en formant une deuxième couche de gaine, présentant une élasticité élevée, sur une première couche de gaine d'une fibre optique, une couche lubrifiante étant disposée entre elles. La description suivante, conçue à titre d'iîustration de finvention,vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages ; elle s'appuie sur les dessins annexés suivants, parmi lesquels - la figure 1 montre une section droite transversale d'une fibre optique classique utilisant un élément central ; et - la figure 2 montre une section droite transversale d'une fibre optique selon un mode de réalisation de l'invention. Sur la figure 2, est présentée une vue en section droite d'une fibre optique selon l'invention. Les numéros 4 à 8 dé- signent respectivement une âme, un revêtement, une première couche de gaine, une couche lubrifiante et une deuxième couche de gaine. L'âme 4, le revêtement 5 et la première couche de gaine 6 sont faits de matériaux couramment employés dans les fibres optiques classiques. Par exemple, l'ame 4 est constituée principa- lement de verre de quartz ; le revêtement 5 est constitué de verre de quartz, d'une résine de silicone, d'une résine de tétrafluoroéthylène, d'une résine de chlorure de vinylidène, d'une résine de copolymère tétrafluoroéthylène-hexafluoropropylène, d'une résine acrylique, etc. ; et la première couche de gaine est constituée d'une résine thermoplastique, par exemple polyéthylène, polypropylène, polychlorure de vinyle, Nylon, polyester, polyurethanne, etc., de préférence polyéthylène, polypropylène, Nylon, polyuréthanne, etc., de préférence polyéthylène, polypropylène, Nylon, polyuréthanne, etc. L'épaisseur de la première couche de gaine est généralement comprise entre 0,2 et 2 mm environ. La deuxième couche de gaine 8 selon l'invention comprend un matériau de forte résistance, tel que, par exemple, polypropylène, Nylon 6, Nylon 66, Nylon 11, Nylon 12, résine de polytéréphtalate de butylène, résine de polycarbonate, résine acrylique, résine de polyacétal, résine de polystyrène, résine de polysulfone, résine d'acrylonitrile butadiène-styrène, etc., le Nylon et le polytéréphtalate de butylène étant préférés. Des matières plastiques renforcées par des fibres, telles que du polytéréphtalate de butylène renforcé par des fibres de verre, peuvent également être de préférence utilisées. I1 est souhaitable que la deuxième couche de gaine ait des propriétés de retard à l'inflammation.Par exemple, il est possible de donner des propriétés de retard à l'inflammation à la deuxième couche de gaine en utilisant une résine ayant du retard à l'inflammation comprenant une résine ci-dessus indiquée et un agent de retard à l'inflammation provenant du chlore (par exemple paraffine chlorée, polyoléfines chlorées, chlorendate de diméthyle, etc.), un agent de retard à l'inflammation contenant du brome (par exemple tétrabromobutane, hexabromobenzène, pentabromoéthylbenzène, hexabromobiphényle, oxyde de bis (pentabromophényle), pentabromochlorocyclohexane, etc.), un agent de retard à l'inflammation contenant du phosphore (par exemple phosphates et composés phosphoreux, phosphate de tris(chloroéthyle), phosphate de tris(monochloropropyle), phosphate de bis(2,3-dibromopropyl)dichloropropyle, etc.), un agent de retard å l'inflammation non organique (par exemple trioxyde d'antimoine, borate de zinc, hydroxyde d'aluminium, etc.) et des substances analogues. Ces agents de retard à l'inflammation peuvent être utilisés dans une proportion pondéra le de 10 à 100 % du poids de la deuxième couche de gaine. I1 est préférable que les matériaux destinés à la deuxième couche de gaine aient un module d'élasticité de tension compris entre environ 100 et 3000 kg/mm2 (0,98 et 29,4 MPa). Si module d'élasticité de tension est inférieur à 100 kg/mm2 (0,98 MPa), bien qu'un tel matériau présente un effet d'amortissement vis-a-vis des chocs appliqués dans la direction latérale de sorte que la résistance vis-à-vis de contraintes extérieures peut s'exercer dans la mesure où les fibres optiques sont utilisées dans des endroits particuliers où la contrainte n'est appliquée que dans la direction latérale, les effets d'amortissement vis-à-vis des tractions, des compressions et des flexions ne sont pas suffisants et, par conséquent, il existe une limitation en ce qui concerne les emplacements où les fibres optiques résultantes peuvent être appliquées.Alors que des matériaux pour la deuxième gaine présentant un module d'élasticité de tension supérieur à environ 3000 kg/mm (29,4 MPa) ont d'excellentes propriétés de nm résistance aux tractions, compressions et flexions, si le module d'élasticité de tension du matériau de la deuxième couche de gaine dépasse 3500 kg/mm2 (34,3 MPa), les fibres optiques résultantes ont une souplesse médiocre, Ainsi, dans les cas où il n'est pas nécessaire que les fibres optiques soient souples, il est naturellement possible d'employer des fibres optiques revêtues d'une deuxième couche de gaine dont le module d'élasticité est supérieur d 3000 kg/mm2 (29,4 MPa).Toutefois, lorsqu'une souplesse suffisante de la fibre optique est nécessaire, il est spécialement préférable d'utiliser un matériau dont le module d'élasticité de tension est d'environ 1500 kg/mm2 (14,7 MPa) ou moins. Les matériaux à utiliser pour la couche lubrifiante 7 qui est placée entre la première couche de gaine 6 et deuxième couche de gaine 8 comprennent les substances visqueuses qui n'amoindrissent pas les propriétés de la première et de la deuxième couche de gaine et ont généralement une viscosité d'environ 500 à environ 500 000 cP, mesurée à une température de 250C, comme des fluides organiques, par exemple des huiles et des graisses minérales, des huiles et des graisses de silicone, des huiles et des graisses contenant du fluor, etc., et des mélanges de ces fluides organiques ayec des lubrifiants solides, par exemple des poudres de molybdène, du graphite, etc.En particulier, les matériaux possédant une viscosité d'environ 500 500 000 cP à 250C sont préférés puisqu'un lubrifiant de viscosité élevée peut maintenir un intervalle modéré entre la première couche de gaine et la deuxième couche de gaine et, de plus, ne s'boule pas après avoir été appliqué. Avec une viscosité inférieure à environ 500 cP, le lubrifiant tend a s'écouler de l'intervalle existant entre la première et la deuxième couche de gaine et pour une viscosité supérieure à 500 000 cP, le lubrifiant est trop visqueux pour être déposé, même si on le chauffe à une température d'environ 100"C. La deuxième couche de gaine est généralement déposée sous une épaisseur d'environ 0,5 à 5 mm, et la couche lubrifiante est généralement déposée sous une épaisseur d'environ 0,1 à environ 1 mm. il est possible de déterminer la viscosité de la substance visqueuse qui peut être utilisée comme couche lubrifiante à partir de la force extérieure (pression extérieure) imposée d la deuxième couche de gaine, de l'intervalle entre les deux couches de gaine, et du module d'élasticité de la deuxième couche de gaine. Lorsque la force extérieure (pression extérieure) est grande, il est préférable d'augmenter le medule d'élasticité de la deuxième couche de gaine et de rendre le coefficient de frottement entre les deux couches de gaine aussi petit que possible en plaçant la substance fortement visqueuse dans un intervalle large entre les couches de gaine.Par exemple, lorsque l'intervalle entre la première couche de gaine et la deuxième couche de gaine est de 0,5 mm et que la substance visqueuse a une viscosité de 1000 cP, le coefficient de frottement entre les deux couches de gaine devient égal à 0,2, ou moins, si bien que, même si la pression extérieure appliquée à la deuxième couche de gaine est~600 kg/cm2 (58,8 kPa), ou plus, cette pression extérieure n'est pas transmise à la première couche de gaine au point d'exercer une influence sur l'ame. Avec la fibre optique présentant la structure ci-dessus décrite, on peut produire les effets suivants (1) La fibre optique a une dimension beaucoup plus petite et est produite a un cotit moindre, en comparaison des fibres optiques classiques utilisant un élément central. Plus spécialement, le diamètre extérieur de la fibre optique classique utilisant un élément central vaut par exemple 0,6 ou 0,9 mm, tandis que celui de la fibre optique selon l'invention est par exemple de 1,4 mm ou 2,0 Sm en raison de la couche lubrifiante et de la deuxième couche de gaine. Toutefois, puisque l'élément central de renforcement n'est pas néces- saire lorsque la fibre optique de l'invention est utilisée, on peut produire de manière simple un câle de fibres optiques longitudinalement allongé en torsadant un nombre voulu de fibres optiques en câble. (2) Puisqu'il n'est pas utilisé d'élément central ayant une forme complexe en section droite il est possible de réunir des câbles optiques en connectant les deuxièmes couches de gaine à section droite circulaire en ne tenant compte que de la résistance de la jonction, Par exemple, on peut facilement réunir des cibles en revêtant la jonction d'un tube thermorétrécissable, ou d'un revAte- ment analogue, possédant une couche adhésive d sa surface intérieure. (3) Puis-que chaque fibre optique est protégée vis -à- vis des forces extérieures telles que traction, compression, flexion, etc., le cible constitué de plusieurs fibres optiques torsadées entre elles est en outre d'une haute fiabilité en ce qui concerne la résistance aux forces extérieures et il n'entraîne que peu de pertes de transmission de lumière. Les fibres optiques selon l'invention présentant les avantages ci-dessus indiqués peuvent coimnodément être appliquées à des câbles auxquels sont appliquées des forces extérieures suivant leur direction axiale, comme des câbles composites suspendus dans la mer ou des câbles composites de transmission d'énergie sur de longues distances. On va maintenant expliquer l'invention de manière plus détaillée à l'aide des exemples suivants, qui ne sont donnés qu'à titre d'illustration et ne visent pas à limiter l'invention. EXEMPLES Sur une âme constituée de verre de quartz et présentant un diamètre extérieur de 0,10 mm, on dépose un revêtement constitué d'une résine de silicone et on fait cuire au four de sorte que l'on obtient un diamètre extérieur de 0,15 min. On forme ensuite sur le filament optique résultant une première couche de gaine constituée d'un polyéthylène de basse densité, si bien que l'on obtient un diamètre extérieur de 0,9 mm. Ensuite, on moule par extrusion une deuxième couche de gaine constituée du matériau présente sur le .tableau 1 ci-apres tandis que l'on applique un lubrifiant tel que présenté sur le tableau 1 ci-après à la- surface extérieure de la première couche de gaine. On coupe la fibre optique obtenue en longueurs de 1 m, et on détermine l'intervalle (jeu) existant entre la première et la deuxième couche de gaine, tel qu'il est forme par la couche lubrifiante. On applique ensuite une compression a la surface de la deuxième couche de gaine et on mesure la force nécessaire pour extraire la première couche de gaine contenant l'ensemble âme-rev8tement de manière a produire le coefficient de frottement existant entre les deux couches. De plus, on place la fibre optique ci-dessus mentionnée dans un conteneur ou s'exerce une certaine pression d'eau, et on détermine les variations des pertes de transmission sous une pression d'eau de 300 kg/cm2 (29,4 kPa) en comparaison avec la transmission s'effectuant à la pression atmosphérique. De plus, on enroule la fibre optique ci-dessus définie autour d'une tige de 30 ami de diamètre afin de déterminer les pertes de transmission de la fibre optique avant et après enroulement. Les résultats obtenus sont présentés dans le tableau 1 ci-après. A titre de comparaison, on a préparé et soumis aux essais ci-dessus indiqués une fibre optique constituée dlune âme en verre de quartz, d'un diamètre extérieur de 0,10 mm, d'un revêtement en résine de silicone et d'une couche de gaine en polyéthylène de basse densite (exemple comparatif n 1), et une fibre optique constituée de la fibre optique de l'exemple comparatif n 1 et, de plus, d'une couche lubrifiante en huile de silicone et d'une deuxième couche de gaine telle qu indiqué dans le tableau 1 (exemple comparatif n 2). Les résultats obtenus sont également présentés sur le tableau 1 ci-après. Comme cela résulte des résultats présentés sur le tableau 1 ci-après, les fibres optiques selon l'invention, dans lesquelles un matériau visqueux d'une viscosité de 500 cP ou plus est utilisé comme couche lubrifiante et un matériau présentant un module d'élasticité de 100 à 3000 kg/mm2 (0,98 à 29,4 MPa) est utilisé comme deuxième couche de gaine, présentent des variations de leurs pertes de transmission de seulement 10 %, ou moins en raison de la pression d'eau ou de la flexion. Inversement, la fibre optique selon l'exemple comparatif n 1 subit une variation de ses pertes de transmission de 40 %, ou plus, au cours de ces mêmes essais et ne supporte pas d'être utilisée sous une pression d'eau élevée de 300 kg/cm2 (29,4 kPa).De plus, la fibre optique selon l'exemple comparatif 2 subit des variations importantes de ses pertes de transmission lorsqu'elle est soumise a une pression d'eau élevée de 300 kg/cm2 (29,4 kPa) et lors de l'application d'une contrainte de flexion en raison du bas module d'élasticité (50 kg/mm2 (0,49 MPa)) de la deuxième couche de gaine et ne peut pas être utilisée en pratique. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, a partir des fibres optiques dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. T A B L E A U 1 Variations des pertes de Couche lubrifiante Deuxiéme couche de gaine transmission Visco- Epais- Module Coefficient dues à la pres- dues à la Exemple Matériau Matériau sité seur d'élas- de frotte- sion d'e au flexion n ticité ment (cP) ( m) (kg/mm2) (%) (%) Puis (MPa) 1 huile de 103 30 Nylon 12 150 0,041 5,4 3,1 silicone 1,47 2 " " " PBT (2) 900 0,030 3,7 4,1 8,82 3 " " " FR-PBT (3) 1500 0,035 3,6 3,7 14,70 4 " 104 50 Nylon 12 150 0,023 4,8 2,8 1,47 5 " " " PBT 900 0,020 5,0 4,0 8,82 6 " " " FR-PBT 1500 0,026 3,7 3,6 14,70 7 graisse con- 105 60 Nylon 12 150 0,012 2,3 3,6 tenant du 1,47 fluor (1) 8 " " " PBT 900 0,011 1,2 4,2 8,82 9 " " " FR-PBT 1500 0,011 1,4 5,8 14,70 T A B L E A U 1 (suite) Variations des pertes de Couche lubrifiante Deuxième couche de gaine transmission Viscor Epais- Module Coefficient dues à la pres- dues à la Exemple Matériau Matériau sité seur d'élas- de frotte- sion d'eau flexion n ticité ment (cP) ( m) (kg/mm2) (%) (%) Puis (MPa) exemple compara- rien -- -- rien -- -- 68,7 35,6 tif 1 exemple polyxéthylène huile de compara- 10 10 haute den- 50 0,25 32,0 46,3 silicone tif 2 sité 0,49 Notes : (1) : graisse Daiflon, marque déposée de Daikin Kogyo Co., Ltd. (2) : téréphtalate de polybutylène (3) : téréphtalate de polybutylène renforcé par des fibres de verre REVENDICATIONS 1. Fibre optique comprenant un filament (4, 5) de transmssion optique, une première couche de gaine (6) placée sur ledit.filament, caractérisdeen ce qu'elle comprend en outre une deuxième couche de gaine~(8) placée sur ladite première couche de gaine une couche lubrifiante (7) étant interposée entre la première couche de gaine et la deuxième couche de gaine. 2. Fibre optique selon la revendication 1; caractérisée en ce que ladite couche lubrifiante comprend un matériau visqueux dont la viscosité est comprise entre environ 500 cP et environ 500 000 cP à 25"C. 3. Fibre optique selon la revendication 2, caractérisée en ce que ledit matériau visqueux est un fluide organique. 4. Fibre optique selon la revendication 3, caractérisée en ce que ledit fluide organique est une huile minérale ou une graisse minérale. 5. Fibre optique selon lâ revendication 3, caractérisée en ce que ledit fluide organique est une- huile de-silicone ou une graisse de silicone. 6. Fibre optique selon la revendication 3, caractérisée en ce que ledit fluide organique est une huile ou une graisse qui contiennent du fluor. 7. Fibre optique selon la revendication 2, caractérisée en ce que ledit matériau visqueux est un mélange d'un fluide organique et de graphite. 8. Fibre optique selon la revendication 2, caractérisée en ce que ledit matériau visqueux est un mélange d'un fluide organique et de poudres de molybdène. 9. Fibre optique selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite deuxième couche de gaine comprend une résine possédant un module d'élasticité d'environ 100 à 3000 kg/mm2 (0,98 à 29,4 MPa). 10. Pibre optique selon la revendication 9, caractérisée en ce que ladite résine est en Nylon. 11. Fibre optique selon la revendication 9, caractérisée en ce que ladite résine est en polytéréphtalate de butylène. 12. Fibre optique selon la revendication 9, caractérisée en ce que ladite résine est en polytéréphtalate de butylène renforcé par des fibres de verre.