Brevet FR2693806A1 — publié le 19940121

La présente invention concerne le domaine des câbles à fibre de guidage d'onde optique, en particulier les câbles ayant des noyaux formant fibre optique en verre ou à base de silice. Des fibres de verre pour communication optique sont réalisées à partir d'un verre tel que du quartz ou du verre dopé en silice et ont un diamètre extrêmement faible et par conséquent ont une résistance faible Dans des conditions normales d'utilisation, de telles fibres peuvent être soumises à des contraintes de courbure considérables et à d'autres forces de traction lors du procédé de fabrication du câble et lorsqu'elles sont tirées à travers des conduits ou encore courbées, torsadées ou manipulées pendant leur enroulement sur une bobine ou pendant leur installation Dans la transmission de signaux lumineux par l'intermédiaire de câbles à fibre optique, les signaux sont facilement atténués en réponse à des distorsions relative- ment petites dans le câble, telles que celle provoquées par les contraintes citées ci-dessus, par des courbures impor- tantes ou par une rugosité de la surface de la fibre qui produisent des distorsions du signal lumineux ou une atténuation de ce dernier jusqu'à un niveau inacceptable. Pour maintenir les signaux optiques à 1 ' intérieur du noyau formant fibre de transmission de signal, un noyau en fibre de verre ou de silice est revêtu d'un placage de verre ou d'un revêtement en fluoropolymère amorphe ayant toujours un indice de réfraction plus faible que celui de la fibre optique Le revêtement situé sur le placage en verre peut de manière optionnelle être un silicone, un acrylique, une polyimide, ou un autre agent de libération et de démoulage et un revêtement polymère, qui est habi- tuellement un revêtement de polymère dur ou tendre qui recouvre la fibre à partir d'un polymère fondu ou d'une solution de polymère ou qui est extrudé sur la fibre. Plusieurs revêtements plastiques durs et doux ont été essayés et certains de ceux-ci ont été appliqués sous forme de couches pour divers buts tels que décrits dans les brevets US No 4 113 350, 4 105 284, 4 380 367, 4 072 400, 3 930 103, 4 463 329, 4 099 837, et 4 642 265, dont la description formant arrière-plan technologique est par conséquent incorporée dans la présente demande Une autre excellente description de groupage et de tamponnement d'une fibre optique est fournie par l'intermédiaire d'une publication dans Bell System Technical Journal, volume 54, No 2, pages 245 à 262, de Février 1975, par D Gloge. Pour protéger un noyau de fibre de verre ayant un placage de fluoropolymère amorphe ou revêtu de polymère dur, on peut faire adhérer une couche constituée d'un ruban de polytétrafluoroéthylène poreux (PTFE) sur les couches formant revêtement de polymère dur à l'aide d'un adhésif résistant à la chaleur recouvrant la partie intérieure du ruban en PTFE poreux La couche formant tampon en PTFE poreux doux peut être recouverte d'une enveloppe, telle qu'une enveloppe intérieure de polymère haute température sous la forme d'un ruban plat enroulé, d'un revêtement par trempe à partir d'un solvant, ou d'un produit fondu extrudé Une gaine formant élément de résistance peut alors être appliquée suivie par la réalisation d'une enveloppe extérieure du même matériau polymère que l'enveloppe intérieure ou réalisée à partir d'autres matériaux destinés à la protection vis à vis de l'environnement Ce câble est décrit dans le brevet US 5 002 359. Il serait cependant souhaitable d'avoir un câble ayant une plus grande résistance à l'écrasement ainsi qu'une plus grande résistance à la traction, une bonne souplesse, et une isolation thermique améliorée par rapport au câble formant fibre de guidage d'onde optique. La présente invention fournit un ensemble formant câble à fibre optique comportant un noyau formant fibre de transmission de lumière comportant une fibre optique entourée par un placage ayant un indice de réfraction plus petit que la fibre optique et une couche de protection d'indice de réfraction plus élevé que le placage, une couche tampon en fibre de fluorocarbone tressée, de préférence du polytétrafluoroéthylène expansé, une enve- loppe intérieure de polymère résistant à la chaleur entourant la couche formant tampon en fibre tressée, un élément de résistance en fibre tressée entourant l'enve- loppe intérieure, et une enveloppe extérieure de protec- tion. Le câble selon la présente invention a des caractéristiques de transport de signal stable dans des conditions sévères du fait de l'adhérence commandée des matériaux ayant un faible coefficient d'expansion sur le noyau du câble pour minimiser ou supprimer la contrainte lorsque le câble est courbé ou soumis à des cycles de température en utilisation Dans la présente invention, l'expansion et la contraction de la fibre de verre pendant un cycle thermique n'affectera pas la contraction et l'expansion de la couche tampon Ceci est dû à l'utilisa- tion en tant que tampon de PTFE poreux, qui a un faible coefficient thermique d'expansion, et qui a une microstruc- ture analogue à une articulation souple qui empêche le piégeage de la fibre qui provoquerait la création de micro courbures dans la fibre de verre Le tampon tressé en PTFE poreux est suffisamment souple et a une faible résilience de telle sorte qu'il se conformera à la position la plus détendue de la fibre de verre La tresse donne également au câble une structure analogue à une articulation Le câble est également protégé d'un environnement hostile par le choix approprié et l'application, avec précaution, de matériaux résistants à un environnement sévère. On va maintenant décrire la présente invention en référence au dessin annexé sur lequel: la figure 1 est une vue en perspective d'un câble de guidage d'onde optique selon la présente invention dans lequel diverses couches ont été partiellement suppri- mées pour montrer la structure du câble. L'invention va maintenant être décrite en réfé- rence à la figure pour décrire avec soin les détails et les matériaux utiles pour la présente invention. La figure 1 représente un câble à fibre de guidage d'onde optique isolé tamponné comportant une fibre optique 1 constituée de silice dopée plaquée à l'aide de silice pure ou d'un placage 2 en fluoropolymère amorphe et d'un revêtement 3 de polyimide, d'acrylique, de polyéther éther cétone ou autre polymère dur situé sur le placage Le fluoropolymère amorphe peut être un homopolymère de bis(trifluorométhyl)difluorodioxole ou un copolymère de dioxole et de tétrafluoroéthylène ou autres éthylènes fluorurés D'autres formes dopées de verre et de silice peuvent être utilisées pour la fibre 1 et un placage de verre peut être utilisé à la place de la silice du placage 2 Le placage 2 a toujours un indice de réfraction plus faible que la fibre 1 transmettant la lumière D'autres matériaux aussi durs et matériaux polymères de protection qui ont de manière habituelle un indice de réfraction plus élevé que le placage 2 peuvent être substitués à la polyi- mide de la couche 3 Les trois couches ci-dessus sont connues de la technique et constituent le matériau de départ pour le câble selon la présente invention Le noyau ci-dessus à trois couches est recouvert d'une couche de fibres 4 de fluorocarbone poreux tressées, de préférence des fibres de PTFE poreux, telles que des fibres de PTFE expansé dénommées RASTEX (marque déposée), qui sont tressées autour de la partie extérieure du revêtement 3 en polymère dur du noyau plaqué 1 Le matériau en PTFE poreux expansé utilisé dans les fibres de PTFE est celui décrit dans les brevets US No 3 953 566, 4 187 390, 3 962 153 et 4 096 227 Avant d'être tressées, les fibres peuvent être recouvertes par trempage dans une émulsion thermoplastique de polymère éthylène propylène fluoruré par exemple, pour fournir un revêtement adhésif sur les fibres qui, lorsqu'il est chauffé de manière modérée jusqu'à un point situé en dessous du point de fusion des polymères du revêtement adhérera à la couche 3 D'autres polymères thermoplastiques utiles pour relier les fibres à la couche 3 peuvent comporter des polymères de perfluoroalkoxy tétrafluoroéthy- lène, ou un f luorure de polyvinyle, par exemple, ou peuvent être un polyester ou un polymère d'organopolysiloxaneimide (copolymères blocs de solixanes diorganiques et d'ensembles polyimides), un polyéther éther cétone ou un polyuréthanne. La tresse 4 de polymère de PTFE poreux fournit une résistance à l'écrasement au noyau formant fibre de guidage d'onde optique, de bonnes propriétés de désaccou- plement, et une meilleure isolation thermique du fait qu'elle comporte plus d'air, qui a une constante diélectri- que très faible La tresse permet également de bonnes propriétés en flexion puisque la tresse peut se déplacer lors de la courbure du câble, et qu'elle constitue un potentiel faible de détérioration du noyau (couches 1 + 2 + 3) pendant le procédé de fabrication La tresse a égale- ment une grande résistance à la traction et des propriétés de répartition des charges et sert également en tant que couche tampon tendre entre le noyau et les couches protec- trices extérieures. La tresse 4 de fibre en PTFE poreux expansé peut être incluse dans une enveloppe étanche 5 de protection. L'enveloppe 5 est constituée d'un matériau polymère protecteur, tel qu'un ruban de polyimide dénommée Kapton (marque déposée), de polyéther éther cétone, d'organopo- lysiloxane-imide, de polyester, qu'un ruban de PTFE forte densité (densité d'environ 1,8 à 2,2), ou de copolymère d'éthylène et de PTFE, par exemple. Un élément 6 résistant protecteur constitué de bandes de polymère résistant est ensuite tressé (qui peut être constitué de bandes non tressées) autour de la première enveloppe 5 Les bandes de l'élément résistant tressé sont choisies parmi le polyester appelé Kevlar (marque déposée), du PTFE appelé RASTEX (marque déposée), une polyimide ou un naphtalène appelé Vectran (marque déposée) à base de copolyester aromatique, par exemple. Le câble a été ensuite inclus dans une seconde enveloppe 7 destinée à la protection contre l'environne- ment La seconde enveloppe 7 a été réalisée à partir de chlorure de polyvinyle, de caoutchouc, de caoutchouc au silicone, de caoutchouc à l'uréthanne, ou d'un ruban de PTFE forte densité et peut être appliquée par extrusion dans le cas de matériaux thermoplastiques ou par enroule- ment d'un ruban dans le cas de matériaux non thermoplasti- ques. Pour protéger un câble à fibre de guidage d'onde à l'encontre d'un environnement chimique et/ou thermique et d'un environnement mécaniquement nocif, la couche 4 de fibre tressée en PTFE poreux expansé est collée de manière optionnelle sur le noyau formant fibre optique à l'aide d'un adhésif de polymère fluoruré, un ruban de PTFE forte densité a été appliqué et fritté pour fournir l'enveloppe , l'élément 6 résistant tressé a été fabriqué à partir de la fibre de PTFE appelée RASTEX, et un ruban de PTFE forte densité a été enroulé en hélice autour de l'élément résis- tant tressé et fritté en un matériau unitaire pour fournir la seconde enveloppe 7 d'un câble protégé à l'aide de PTFE. REVENDICATIONS 1 Ensemble formant câble à fibre optique compor- tant (a) un noyau ( 1) formant fibre transmettant la lumière comportant une fibre optique ( 1) entourée d'un placage ( 2) ayant un indice de réfraction plus faible que ladite fibre et une couche protectrice ( 3) d'indice de réfraction plus élevé que ledit placage, (b) une couche ( 4) formant tampon en fibre de fluorocarbone tressée entourant ledit noyau, (c) une enveloppe intérieure ( 5) de polymère résistant à la température entourant ladite couche ( 4) formant tampon en fibre tressée, (d) un élément ( 6) résistant en fibre tressée entourant ladite enveloppe intérieure ( 5), et (e) une enveloppe extérieure ( 7) de protection. 2 Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite fibre optique ( 1) est constituée de verre ou de silice. 3 Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite couche ( 4) formant tampon en fibre de fluorocarbone tressée est constituée de polytétrafluoroé- thylène expansé. 4 Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite couche protectrice ( 3) d'indice de réf rac- tion plus élevé que ledit placage ( 2) est choisie parmi le groupe constitué des polyamides, acryliques, et des polymères de polyéther éther cétone. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites couches formant tampon en fibre tressée sont recouvertes à l'aide d'un adhésif thermoplastique de polymère. 6 Ensemble selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit adhésif est constitué de polymère fluoro- carboné ou d'un polyester. 7 Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en que ledit élément ( 6) résistant en fibre tressée est constitué de fibres tressées choisies parmi le groupe constitué du polyester, du polytétrafluoroéthylène, du polysulfone, et de fibres de polyamides. 8 Ensemble selon la revendication 1, caracté- risé en ce que ladite enveloppe intérieure ( 5) de polymère résistant à la chaleur est choisie parmi le groupe compor- tant un ruban de polyimide, le polyéther éther cétone, l'organopolysyloxane-imide, le polyester, un ruban de polytétrafluoroéthylène forte densité, le copolymère de tétrafluoroéthylène-hexafluoropropylène, le copolymère d'éthylènetétrafluoroéthylène et le tétrafluoroéthylène perfluoroalkoxyl. 9 Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite enveloppe extérieure ( 7) de protection en polymère est choisie parmi le groupe comportant le chlorure de polyvinyle, le caoutchouc, le caoutchouc au silicone, le caoutchouc à l'uréthanne, un ruban de polytétrafluoroéthy- lène forte densité, un copolymère de tétrafluoroéthylène- hexafluoropropylène, un copolymère éthylène-tétrafluoroé- thylène, et un tétrafluoroéthylène perfluoroalkoxy. Ensemble selon la revendication 1, caracté- risé en ce que ladite couche protectrice, ledit élément résistant en fibre tressée ( 6) et ladite enveloppe protec- trice ( 7) en polymère sont constitués de polytétrafluoroé- thylène.