Brevet FR2543311A1 — publié le 19840928

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de fabrication d'une fibre optique en matière plastique ayant un faible degré d'atténuation de transmission de la lumière et de bonnes propriétés mécaniques. Le brevet U.S. No. 3 993 834 et le brevet japonais publié No. 42261/78 décrivent des procédés de fabrication d'une fibre optique en matière plastique consistant filer la fibre au moyen d'une extrudeuse à vis. Dans ces procédés, un polymère qui a été polymérisé en masse de façon continue est extrudé au moyen d'une extrudeuse a double vis de façon a former des boulettes ou des fibres tout en enlevant le monomère non entré en réaction et des matières volatiles contenues dans le polymère. La fibre optique obtenue par les procédés est cependant contaminéepar des impuretés telles que des métaux résultant de l'abrasion du métal de vis. En conséquence, la fibre optique obtenue a un coefficient d'absorption de 1,4 à 4 x 10- cm- , notamment un degré d'atténuation aussi élevé qu'environ 600 a 1 700 dB/km. Pour la production d'une fibre optique en matière plastique ayant un faible degré d'atténuation, il est proposé de polymériser un monomère sous la forme d'une préforme puis de le filmer au moyen duune extrudeuse. Cependant, la préforme réalisée par polymérisation du monomère est contaminée avec de la poussière ou d'autres particules étrangères puisqu'elle est déchargée d'un réacteur de polymérisation dans l'air avant d'être filee. il est extrêmement difficile d'empêcher une telle contamination de la préforme. Par exemple, le brevet U.S. No. 4 161 un procédé consistant à former une baguette ou une préforme de polyméthyl méthacrylate (appelé dans la suite "POMMA") dans un cylinre plaque d'or, puis à la filée au moyen d'une extrudeuse à piston et, simultanément, à extruder une matitre d'enrobage au moyen d'une autre extrudeuse afin de former un enrobage sur la périphérie de l'âme de fibre en PMMA pour obtenir une fibre optique.Dans ce procédé, la préforme doit cependant être évacuée du réacteur dans l'air et la fibre optique produite possède un degré d'atténuation de transmission de lumière non inférieur à 300 dB/km. Un procédé décrit dans le brevet U.S. No. 4 138 194 produit une fibre optique formée de polyméthyl méthacrylate deutérié et désigné dans la suite par "P{MMA-d8)" ayant un degré d'atténuation non inférieur à 225 dB/km. Parmi les procédes dans lesquels la préforme n'est pas exposée à l'air, on connais par exemple un procédé decrit dans le brevet japonais publie (non examine) No. 84403/1982. Dans ce procédé, une'polymérisation de monomères dans un réacteur et le polymère prépare est filé a partir d'une extrémité du réacteur par application d'une pression interne au moyen d'un gaz sans utiliser d'extrudeuse. Bien que la fibre optique obtenue par ce procéde ait un faible degré d'atténuation de 55 a 125 dB/km pour PMMA et de 20 dB/km pour P(MMA-d8), lespropriétés mécaniques de la fibre optique ne sont pas satisfaisantes puisque le polymère est filé directement à la sortie du cylindre par application de la pression interne dans le cylindre et, en conséquence, la viscosité du polymère ne peut pas etre rendue aussi grande et, en conséquence, il est file sans allongement. La présente invention a été mise au point pour remédier aux inconvénient-s des procédés classiques décrits ci-dessus et pour créer un procédé et un dispositif de fabrication d'une fibre optique en matiere plastique ayant un faible degré d'atténuation de transmission de lumière et de bonnes propriétés mécaniques, Conformément à un premier aspect de l'invention, il est prévu un procédé de fabrication d'une fibre optique en matière plastique, consistant a filtrer une composition monomère contenant un monomère épuré, un agent d'amorçage de polymérisation et un agent de transfert de chaîne au travers d'un filtre formé d'une matière poreuse polymériser la composition monomère filtrée pratiquement exempte de substances optiquement étrangères dans une atmosphère de gaz inerte dans un cylindre avec agitation; à poursuivre la polymérisation sans agitation après que la viscosité du mélange de polymérisation a atteint une certaine valeur pour terminer la polymérisation; à chauffer le polymère à une température non inférieure à son point de ramollissement avec enlevement des composants volatiles; a transférer le polymère dans une tête de filage reliée a une extrémite du cylindre pour former une ame de fibre et pour créer simultanément un enrobage sur la périphérie de l'âme; et a étirer la fibre optique. Conformément a un second aspect de l'invention, il est prévu un dispositif pour produire une fibre- -optique en matière plastique, comprenant un cylindre, une entrée de chargement de monomere reliée au cylindre; un filtre formé d'une matière poreuse reliée a- l'entrée de chargement de monomere; une tête de filage reliée a une extrémité du cylindre et par laquelle une âme de la fibre optique est formée; un agitateur qui agit- une composition monomère dans le cylindre et qui peut etre enlevée du cylindre; un moyen de formation d'un enrobage sur la périphérie- de l'âme,qui est relié a la tête de filage; et un moyen pour étirer la fibre optique produite. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence, dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue schématique d'un dispositif conforme à l'invention dans l'étape de polymérisation de la composition monomère; et la figure 2 est une vue partielle schématique du dispositif de la figure 1 dans les étapes de formation de l'âme et d'enrobage de la fibre optique et d'étirage de celle-ci. On va se réferer aux figures l et 2 qui representent un mode de réalisation du dispositif conforme a l'inventionpour:produire la fibre optique en matière plastique. La composition monomère contenant le monomère, l'agent d'amorçage de polymérisation et l'agent de transfert de chaîne, est préparée dans un recipient d'épuration de monomère 1, dans lequel la composition monomère est épurée par distillation sous pression réduite ou par mélange des composants qui ont été épurés séparément. La composition monomère épurée est transférée dans un reservoir de monomère 2. Ensuite, une quantité prédéterminée de la composition monomère est chargée dans un cylindre 4 par l'intermédiaire d'une entrée de chargement de monomère 3, et la composition monomère est filtrée au travers d'un filtre 13 formé d'une matière poreuse et placé entre le réservoir de monomère 2 et l'entrée 3 de manière a rendre le monomère sensiblement exempt de substances optiquement étrangères.Avant le chargement de la composition monomère, le cylindre est mis sous vide et, après que la composition monomère a été transférée dans une chambre de réaction 5 du cylindre 4, le cylindre est balayé avec un gaz inerte tel que de l'azote gazeux. Sur les figures 1 et 2, on a désigné par 6 la composition monomere dans la chambre de réaction 5, dans laquelle un agitateur 7 est immergé. Une extrémité du cylindre 4 est obturée de façon hermétique au moyen d'un piston 8, tandis que l'autre extrémité est reliée à une tete de filage 9 et est étanchée au moyen d'une valve (non représentée > prévue dans celle-ci. La composition monomère épuree 6 est polymérisée dans une atmosphère d'un gaz inerte sous une pression comprise entre la pression atmosphérique et 106 Pa, ou la composition est chauffée a une température de 80 à tSO C par un réchauffeur extérieur 10 place autour de la chambre de réaction 5 du cylindre 4. Lorsque la polymérisation a progressé puisqu'à un certain degré lorsque le mélange de réaction est devenu visqueux, l'agitateur 7 est enlevé de la chambre de réaction 5 et la polymérisation est poursuivie jusqu'à terminaison. L'agitateur 7 peut être enlevé pour une viscosité a laquelle le mélange de reaction n'est pas intimement agité par l'agi tateur. Si nécessaire, l'agitateur 7 peut être enlevé avant que le mélange de réaction devienne aussi visqueux que décrit ci-dessus. En outre, le moment d'enlevement de l'agitateur n'est pas uniformément déterminé sur la base de la viscosité du melange de réaction puisque l'effet d'agitation dépend du type d'agitateur, du volume du cylindre et de la température de polymérisation. Après terminaison de la polymérisation, le monomère non entré en réaction et d'autres matières volatiles sont évacués par diminution de la pression a l'intérieur du cylindre 4 et, simultanément,le polymère ainsi obtenu est chauffé jusqu'à une température non inférieure à son point de ramollissement, par exemple de 230 2500C. Ensuite, en faisant avancer le piston hydraulique 8 vers la chambre de réaction 5, le polymère fondu est transféré dans la tete de filage 9 sous une pression constante pour former une âme de fibre '. Comme moyen de transfert du polymère jusqu'à la tete de filage, non seulement le piston 8 mais également du gaz pressurisé peuvent etre utilisés. La tête de filage 9 est reliée à un dispositif d'enrobage 11 tel qu'une extrudeuse à vis sans fin ou à poussoir. Aussitt que l'âme de la fibre optique est formée par la tète de filage, une matière d'enrobage est déposée sur la périphérie de l'ame. De préférence, une pompe a engrenages 12 placée sur l'extrémité de l'extrudeuse 11 stabilise le débit de décharge.Le dispositif d'enrobage peut etre un dispositif de revêtement de la matière d'enrobage sur la périphérie de l'âme. Après son extrusion par la tête de filage 9, la fibre optique en matière plastique comprenant l'âme et l'enrobage déposé sur la périphérie de l'âme est étirée par un moyen d'étirage (non représenté). La vitesse d'étirage dépend de la vitesse d'extrusion du piston 8 et de l'extrudeuse 11 et elle est habituellement comprise entre 1 et 40 m/min, en étant de préférence comprise entre 1 et 5 m/min. Lorsqu'elle est inférieure & 1 m/mln, le rendement de production de fibre optique est diminué alors que, lorsqu'elle est supérieure a 40 m/min, il se produit des irrégularités telles que des bosses dans une interface entre l'âme et l'enrobage. En particulier, lorsque la vitesse d'étirage est inférieure à 5 m/min, ces irrégularités se manifestent fortement. Des exemples spécifiques du monomère à utiliser pour former l'âme de la fibre conforme à l'invention sont ceux qui permettent d'obtenir des polymeres amorphes transparents, comme des méthacrylates (par exemple du méthacrylate de méthyle, du méthacrylate de phényle, du méthacrylate d'isobornyle, etc.),le styrène et ses dérivés (par exemple, du p-tert-butylstyrène, etc.). Ces monomères comprennent ceux dans lesquels la totalité ou une partie des atomes d'hydrogène sont remplacés par des atomes de deutérium Des exemples spécifiques de l'agent d'amorçage de polymérisation sont des azoalcanes (par exemple, de l'azométhane, de l'azopropane, de l'azo-t-butane, de l'azobisisobutyronitrile, etc.) et des peroxydes (par exemple) du di-t-butylperoxydes, du t-butyl peracétate, etc.). Des exemples spécifiques de l'agent de transfert de chaîne sont des mercaptans comme du méthylmercaptan, de l'éthylmercaptan, du propylmercaptan, du butylmercaptan, etc. La matière d'enrobage à utiliser conformément a l'invention doit avoir un indice de réfraction inférieur à celui du polymère de l'âme. Comme exemples de cette matière, on peut citer un honlopolymère de méthacrylate contenant du fluor, des copolymères de méthacrylate contennt du fluor avec, par exemple, du méthacrylate de méthyle, des résines de silicone, du fluorure de polyvinylidene, un copolymère de fluorure de vinylidène/acétate de vinyle, etc. La matiere poreuse dont le filtre est formé doit entre sans effet sur la composition monomère de l'âme et elle ne doit pas etre gonflée par la composition. Comme exemples spécifiques de la matière poreuse, on peut citer des polyoléfines telles que du polypropylène, des fluororésines telles que du polytetrafluorééhylene, et des copolymères de tétrafluoréthylène, des matières céramiques,etc. Les dimensions de pores de la matière poreuse sont choisies de façon à éliminer toutes les dimensions de substances optiquement étrangères qui perturberaient la transmission de la lumière dans l'âme. Généralement, la dimension moyenne de pores n'est pas supérieure à 1000 A,de préfB- o rençe non supérieure a 800 A. D'une façon générale, la dimension moyenne des pores n'est pas inférieure à 50.A, en étant de préférence non inférieure à 100 A,et plus avantageusement non inférieure a 150 A. Lorsque la dimension de pores est trop petite, la vitesse de filtration de la composition monomère est trop faible, ce qui rend le processus trop long. La présente invention va être expliquée de façon plus détaillée dans la suite a l'aide de l'exemple suivant. Exemple On a utilisé un dispositif tel que celui représenté sur les figures 1 et 2. Une composition monomère épurée (800 ml) de méthacrylate de méthyle (appelée dans la suite "MMA") contenant comme agent d'amorçage de polymérisation du ditert-butylperoxyde (0,01% par mole) et comme agent de transfert de channe du t-butylmercaptan (0,3% par mole) a été filtrétau travers d'un filtre formé d'un polypropylène ayant une dimension moyenne de pores de 200 A, puis elle a été chargée dans la chambre de réaction du cylindre précité Ensuite, on a balayé l'intérieur du cylindre avec de l'azote gazeux pour maintenir la pression intérieure entre 5 et 5 8x10 Pa, et la composition monomère a été polymérisée à une température comprise entre 120 et 1300C pendant environ 3 heures avec agitation jusqu a ce que la composition devienne visqueuse. Après enlèvement de l'agitateur hors de la chambre de réaction pour arrater l'agitation, la polymérisation a été poursuivie. Au bout de huit heures de polymérisation, la pression dans le cylindre a été réduite afin d'éliminer les matières volatiles, notamment le MMA non entré en réaction, du PMMA pendant 4 heures, tandis que la température était relevée jusqu'à 240du pour faire fondre le pXMA Apres remplacement de l'atmosphère par de l'azote gazeux, on a transféré le pMMA fondu dans la tete de filage en faisant avancer le piston dans le cylindre. Le POMMA a été transformé en une âme de fibre ayant un diamètre de 0,30 m par la tête de filage.Un copolymère de méthacrylate d'octafluoropentyle et de MMA dans le rapport pondéral de 1:1 (n=1,45) servant de matière d'enrobage, a été extrudé de l'extrudeuse à vis reliée à la tête de filage sur la périphérie de l'âme de fibre venant d'être formée afin de produire un enrobage ayant une épaisseur de 0,05 mm. La fibre optique comprenant l'âme extrudée de la tète de filage et l'enrobage entourant l'ame a été étirée & une vitesse de 4 m/min. Les propriétés de la fibre optique ainsi produite ont été examinées. Le degré d'atténuation de transmission de lumière de la fibre optique a été de 80 dB/km pour une longueur d'onde de 170 nm, et sa résistance & la traction 2 a été de 10 kg/mm , ces deux valeurs étant satisfaisantes. Puisque, conformément a l'invention, l'âme de fibre est formée sansutilisation d'une extrudeuse à vis,elle n'est pas contaminée par des particules métalliques résultant de l'abrasion de la vis sans fin et du cylindre. Puisque le polymère est polymérisé et filé dans un systeme fermé et puisqu'ainsi il n'est pas exposé à l'air sous la forme d'une préforme, il n'est pas contaminé par de la poussiere ou d'autres particules étrangeres et son degré d'atténuation est inférieur å 100 dB/km. En outre, puisque le polymère est extrudé depuis le cylindre jusqu'à la tete de filage par le piston hydraulique, on peut extruder un polymère ayant un haut degré-de polymérisatlon et, en conséquence, on produit une fibre optique possédant d'excellentes propriétés mécaniques. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une fibre optique en matière plastique, caractérisé en ce qu'il consiste à filtrer une composition monomère contenant un monomère épuré, un agent d'amorçage de polymérisation et un agent de transfert de chaîne au travers d'un filtre formé d'une matiere poreuse; polymériser la composition monomère filtrée pratiquement exempte de substancesoptiquement étrangères dans une athmosphère de gaz inerte dans un cylindre avec agitation; à poursuivre la polymérisation sans agitation après que la viscosité du mélange de polymérisation a atteint une certaine valeur pour terminer la polymérisation; à chauffe-r le polymère à une température non inférieure à son point de ramollissement avec enlèvement des composants volatiles; à transférer le polymère dans une tête de filage reliée à une extrémité du cylindre pour former- une âme de fibre et pour créer simultanément un enrobage sur la périphérie de l'âme; et à étirer la fibre optique. 2. Procédé selon la revendication i, caractérisé en ce que la pression de polymérisation est comprise entre la pression atmosphérique et 106 Pa. 3. Procédé selon la revendication i, caractérisé en ce que la température de polymérisation est comprise entre 80 et 1500C. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le monomere est choisi dans le groupe comprenant des méthacrylates et le styrene et ses dérivés. 5. Procédé pour produire une fibre optique en matière plastique, caractérisé en ce qu'ilcomprend un cylyndre (4 une entrée de chargement de monomère (3) reliée au cylindre; un filtre (13) formé d'une matiere poreuse reliée à-l'entrée de chargement de monomère (3); une tête de filage (9) reliée à une extrémité du cylindre et par laquelle une âme de la fibre optique est formée; un agitateur (7) qui agite une composition monomère dans le cylindre et qui peut être enlevée du cylindre; un moyen de formation d'un enrobage (11) sur la périphérie de l'âme, qui est relié a la tete de filage; et un moyen pour étirer la -fibre optique produite. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le moyen pour transférer le polymère dans la tette de filage (9) est un piston (8) introduit dans l'autre extrémité du cylindre (4). 7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le moyen pour former l'enrobage est une extrudeuse (11). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'extrudeuse est pourvue d'une pompe à engrenages (12). 9. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la matière poreuse est formeeune substance choisie dans le groupe comprenant le polypropylene, le polytétrafluoréthylène et des matieres céramiques. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que la matière poreuse a une dimension moyenne de pores non supérieure à 1 000 A, de préférence non supé o rieure a 800 A. 11. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que la matière poreuse a une dimension moyenne de pores non inférieure à 50 A, de préférence non inférieure a 100 et plus avantageusement, non inférieure à 150 A 12. Fibre optique en matière plastique produite par un procédé conforme a la revendication 1.