Brevet FR2798665A1 — publié le 20010323

MATERIAU THERMOPLASTIQUE EXTRUDABLE ET MICROMODULE DE FIBRE FABRIQUE A PARTIR D'UN TEL MATERIAU La présente invention a pour objet un matériau extrudable permettant de constituer des pellicules de faible épaisseur, comportant un polymère oléfinique. L'invention trouve une application particulièrement importante, bien que non exclusive, dans la constitution de gaines de micromodules de fibres optiques gainées incorporables dans un câble tel que celui décrit dans le document EP-A-0 468 878 auquel on pourra se reporter. Pour un certain nombre d'applications, et notamment pour la constitution de micromodules ayant un faisceau de fibres optiques gainées en contact mutuel, enfermé avec un gel d'étanchéité dans une enveloppe de maintien extrudée, est souhaitable de remplir des conditions qui sont dans une certaine mesure contradictoires. Par exemple, on recherche souvent à la fois, notamment dans le de la constitution de micromodules - une aptitude à l'extrusion en pellicule mince (si possible vers 0,1 mm), - la compatibilité du matériau avec les gels habituels d'étanchéité, - une résistance suffisante du matériau mis sous forme de pellicule mince, afin de permettre une manipulation au cours d'opérations ultérieures sans risque de déchirure, - l'absence de collage de la pellicule de gaine du micromodule sur les fibres, lors du chauffage qui intervient du fait de la mise en place de l'enveloppe extérieure en matériau thermoplastique, - le maintien d'une cylindricité correcte lors de la fabrication du micromodule de l'assemblage des micromodules pour constituer un câble, - retrait réduit au cours de l'extrusion de la gaine pour constituer le micromodule, et cours du refroidissement, cela pour éviter des contraintes sur les fibres optiques, - coloration aisée du matériau, permettant d'identifier les micromodules, - extensibilité limitée permettant de dénuder facilement un micromodule afin de préparer les extrémités pour raccorder les fibres, - enfin, une résistance élevée aux produits chimiques utilisés lors des opérations effectuées sur les câbles, par exemple au solvant de nettoyage. Dans le cas de la fabrication de câbles à fibres optiques, certaines des caractéristiques ci-dessus sont essentielles, notamment la résistance mécanique, y compris lors du vieillissement thermique, et la compatibilité avec les gels d'étanchéité et les solvants de nettoyage utilisés pour éliminer le gel et les salissures avant d'effectuer raccordement des fibres optiques à un connecteur. Mais la résistance mécanique est défavorable à la commodité d'emploi, car une pellicule de gainage résistante et ayant grand allongement avant rupture gêne le dénudage des micromodules pour libérer I parties terminales des fibres. La présente invention vise notamment à fournir un matériau extrudable en pellicule fine représentant un compromis satisfaisant entre les différents résultats à atteindre. L'invention propose notamment dans ce but un matériau extrudable en pellicule fine, constitué par une composition contenant un polymère oléfinique et un taux de charges compris entre 25 à 65 1o en poids de la composition, ledit matériau à l'état non divisé ayant une résistance à la traction comprise entre 6 et 20 Mpa et un allongement à la rupture compris entre 50 et 300 %. La dureté shore du matériau est avantageusement comprise entre 35 et 55 D. Grâce à l'allongement limité à la rupture, dû notamment à la présence de charges, la dénudabilité est suffisante pour ne pas obliger à avoir recours à des outils spéciaux. Les caractéristiques minimales ci-dessus, notamment la résistance à traction et l'allongement à la rupture, évitent une fragilité excessive du matériau lors la manipulation. En particulier, ces minima permettent des manipulations lors de fabrication d'un câble ou des raccordements sans risques excessifs de dommages. De plus, le choix d'une dureté Shore D dépassant 35 permet, en cas d'utilisation du matériau pour constituer une gaine de micromodule, d'assurer une cylindricité satisfaisante et d'éviter l'effet dit "de paille", constituée par la formation d'un coude brutal lors des flexions nécessaires à la réalisation des raccordements. La teneur minimale en charges indiquée plus haut permet de réduire la dilatation et la rétraction des matériaux lors des variations de température qui interviennent lors la fabrication d'un câble. La présence d'une teneur suffisante de charges permet d'eviter le risque de collage des micromodules entre eux, sur des fibres gainées ou sur enveloppe externe. Les charges seront généralement minérales. On peut notamment utiliser l'alumine (hydratée ou non), la craie, le kaolin, le talc, la silice, l'hydroxyde de magnésie et leurs mélanges. Toutes ces charges réduisent l'allongement à la rupture et la dilatation ou la rétraction lors des variations de température. Au surplus, elles augmentent l'inertie thermique. Les polymères oléfiniques utilisables sont sensiblement les mêmes que ceux couramment utilisés à l'heure actuelle. En particulier, on peut citer les produits suivants - : polyéthylènes - : polypropylènes - : Ethylène Propylène Rubber (Caoutchouc d'ethylène propylène) - EPDM : Ethylène propylène Diène Monomère - : copolymères ethylène-acétate d'alkyl inférieur ( notamment acétate de vinyl) - : copolymères éthylène - acrylate d'alkyl inférieur (notamment acrylate de methyl, éthyl et surtout butyl) - : Ethylène Ethyl Acrylate - VLDPE : Very Low Density Polyethylène (polyethylène à très basse densité) - polymères greffés d'acide acrylique ou d'anhydride maléique - PVC : chlorure de polyvinyl - leurs mélanges et copolymères. Le matériau extrudable comportera généralement de plus des plastifiants à faible teneur,ne dépassant pas quelques pour cent en poids, tels des huiles aliphatiques ou des phtalates (par exemple phtalate de di-octyle ou didécyle), des adipates, des trimellitates, etc. Des produits de protection contre chaleur ou les ultraviolets doivent être incorporés lorsqu'une exposition ou le rayonnement solaire est à craindre. Dans certains cas, on ajoutera un ou des silanes ou aminosilanes, tels que - vinyl trimethoxysilane - amino propylsilane - amino trimethoxysilane Si on utilise un trialkoxy silane, il sera souhaitable de. ne pas aller au-delà d'un composé ayant plus de cinq atomes de carbone. On donnera maintenant, à titre d'exemple, les propriétés de plusieurs matériaux conformes à l'invention, en même temps qu'une comparaison avec un matériau témoin classiquement utilisé à ce jour pour constituer une gaine de micromodule. La description qui suit fait référence à la figure unique qui montre un micromodule dans un état déformé qu'il est susceptible de prendre lorsqu'il est pressé contre d'autres micromodules par une enveloppe externe. Le micromodule comporte plusieurs fibres optiques 10 individuellement gainées contenues dans une gaine 12 qui doit etre facilement déchirable pour permettre le dénudage des extrémités des fibres en de raccordements. Cette gaine 12 est généralement constituée par extrusion le faisceau de fibres optiques 10 lors du tirage de ces dernières et prend alors une forme approximativement circulaire lorsque le faisceau de fibres présente lui même un pourtour dont la forme ne s'écarte pas trop du cercle corconscrit. La gaine enserre les fibres et s'applique en effet contre elles. A l'intérieur d'un câble, la pression des micromodules les uns contre les autres peut déformer leurs section et les amener par exemple a celle qui est illustrée. matériau témoin est constitué par du polyéthylène ayant une densité nominale 0,92 et un "melt flow index" de 0,3 g110 mn à 190 C, sous une pression de 21,6 N. matériau a été utilisé pour constituer la gaine d'un micromodule, par extrusion sur un faisceau de quatre fibres optiques. La gaine 12 constituée avait un diamètre de 1 mm et une épaisseur de 0,12 mm. L'extrusion se fait sans difficulté et la gaine obtenue est bien cylindrique. Mais lors de la constitution du câblé, par extrusion d'une enveloppe externe à base de polyéthylène, la chaleur nécessaire à l'extrusion de l'enveloppe déforme les micromodules et les gaines tendent à se coller ensemble et à se coller à l'enveloppe extérieure, imposant des précautions particulières, comme exemple l'interposition d'un ou plusieurs rubans séparateurs entre les micromodules l'enveloppe. Ces difficultés sont écartées lors de la mise en ceuvre d'un matériau conforme l'invention. Exemple 1 Dans un mélangeur, on a préparé une composition comprenant, en poids - 50 parts de polyethylène de densité 0,92 ayant un Melt Flow Index à 190 C, sous 21 N, de 1.8g110 min - 50 parts de copolymère EVA contenent 18 % d'acétate de vinyle -130 parts d'hydrate d'alumine - 5 parts de lubrifiant (huile paraffinique) - 5 parts d'additifs (anti-oxydants, silane, lubrifiant) Les ingrédients sont mélangés pendant 10 minutes, jusqu'à 160 C. Après calandrage sur un mélangeur à cylindres, le materiau est découpé, puis moulé à 180 C sous pression, sous forme de plaques permettant d'effectuer des mesures caractérisant le matériau. Les caractéristiques mécaniques obtenues sur les plaques sont les suivantes Résistance à la rupture = 11.4 Mpa Allongement à la rupture = 125 Dureté = 45 Shore D La composition a été utilisée pour constituer des micromodules. Pour cela, on l'a mise sous forme de granulés qui sont introduits dans une extrudeuse de 45 mm de diamètre, et 24 diamètres de longueur. Les températures d'extrusion sont comprises entre 130 et 165 C, depuis la trémie d'alimentation, jusqu'à la tête d'extrusion. Pour caractériser la gaine obtenue, deux opérations ont eté faites. La première a été une mise en forme à une vitesse de OOmlmin, pour obtenir un tube de 0 mm de diamètre externe, et de 0.12 mm d'épaisseur radiale. Pour seconde, la mise en forme a été identique à cela près qu'on introduit à travers la tête l'extrudeuse 4 fibres optiques colorées, et qu' injecte simultanément un gel d'étanchéité pour former un module qui, après refroidissement de la matière extrudée, est recueilli dans un bac où il s'enroule librement à plat. Les caractéristiques obtenues sur les gaines sont les suivantes Module sans gel d'étanchéité Module avec gel Caractéristiques initiales RT = 4.5N AR = 138 % RT = 6N AR = 112 Enroulement sur mandrin 6D Correct Correct Après 10 jours 70 C VaRT = 19% VarAR = 15% VarRT = 13% VarAR = 13% Après 10 jours ' 70 C VarRT = 17% VarAR = 20% VarRT = 9% VarAR = 11 + 42 jours à = Résistance à la Traction, exprimée en Newton = Allongement à la rupture, exprimé en = Variation Ces résultats indiquent d'une part la bonne résistance thermique, et d'autre part la bonne compatibilité avec les matériaux de remplissage des gaines du matériau conforme à l'invention. Exemple 2 composition du matériau est identique à l'exemple 1, à ceci près la charge à base d'alumine hydratée est remplacée par une charge à base carbonate de calcium. On réalise le mélange dans les mêmes conditions, et on extrude à 100mlmin micromodule de diamètre de 0.85 mm, et d'épaisseur 0.11 mm. Les caractéristiques ci-dessous montrent comment on obtient avec une telle formulation modules présentant une résistance chimique correcte, malgré la faible épaisseur gaine du module. Caractéristiques initiales RT = 3.9N AR = la Après une heure dans l'éthanol à 20 C Var RT = 1 % Var AR = 3 Après une heure dans l'isopropanol à 20 C Var RT = 5% Var AR = 3 Exemple 3 On réalise une formulation identique à l'exemple 1, à ceci près que la charge à base d'alumine est remplacée par une charge kaolinique, et sa concentration abaissée à 65 parts. Le plastifiant paraffinique est remplacé par une huile de type adipate d'isononyle. Les différents ingrédients sont introduits en mélangeur interne, mélangés jusqu'à environ 160 C, et granulés. Les caractéristiques du matériau sur plaque sont les suivants Caractéristiques mécaniques initiales Résistance à la traction RT = 10.5 Mpa AR = 157 Allongement à la rupture Vieillissement 10 jours à 70 C Var RT = + 1 % Var AR = 13% Vieillissement 42 jours à 80 C Var RT = + 7 % Var AR = 9% Compatibilité avec la gelée Macroplast CF 300 Var RT = -15% Var AR = 8% 10 jours à Variation masse = 7% Tenue en chaleur humide 42 jours à 40 C et 93 % HR Var RT= -4% Var AR = +2% Immersion dans le kerdane 24 heures à 20 C Var RT = - 25% Var AR = -10% Immersion dans l'éthanol 1 heure à 20 C Var RT = -4% Var AR = -10% Immersion dans l'isopropanol 1 heure à 20 C Var RT = -6% Var AR = -4% Immersion dans l'isopropanol 1 heure à 20 C Var RT = -4% VarAR = -10% Dureté 45 Shore D A partir de cette formulation, on réalise dans les mêmes conditions que précédemment un micromodule à quatre fibres optiques avec une gaine de 0,11 mm d'épaisseur et 0,85 mm diamètre. Le gel d'étanchéité est la "Macroplast CF 300" de la société Henkel. Les caractéristiques obtenues sur le module sont les suivantes CM initiales RT = 2.4 N AR = 105% Variations CM après Var RT = 5% Var AR = 4% 10 jours à 70 C Variations CM après 10 jours à 70 C Var RT = 0 Var AR = 6% dans Macroplast CF 300 Variations CM après 42 jours à 80 C Var RT = 2% Var AR = 5% Variations CM après 10 jours à 70 C Var RT = - 21 % Var AR = - 6% dans CF 300, et 42 jours à 80 C Variations CM après 42 jours à 40 C et Var RT = 5.4% Var AR = 0 93%HR Variations CM après 24h dans kerdane Var RT = 11% Var = 25% Variations après 24 heures dans Var RT = 8% Var AR = 12% l'éthanol Variations après 24 heures dans Var RT = 4% Var AR = 13% l'isopropanol REVENDICATIONS 1. Matériau extrudable permettant de constituer des pellicules de faible épaisseur, comportant un polymère oléfinique, caractérisé en ce qu'il est constitué par une composition contenant un polymère oléfinique et un taux de charges compris entre 25 à 65 % en poids de la composition, ledit matériau à l'état non divisé ayant une résistance à la traction comprise entre 6 et 20 Mpa un allongement à la rupture compris entre 50 et 300 %. 2. Matériau suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il présente une dureté Shore D entre 35 et 55 . 3. Matériau suivant la revendication fou 2, caractérisé en ce que le polymère est choisi dans le groupe constitué par - PE : polyéthylènes - PP : polypropylènes - EPR : Ethylene Propylène Rubber (Caoutchouc d'ethylène propylène) - EPDM : Ethylène propylène Diène Monomère - EVA : copolymères éthylène-acétate d'alkyl inférieur ( notamment acétate de vjnyl) - EBA : copolymères éthylène - acrylate d'alkyl inférieur (notamment acrylate de méthyl, éthyl surtout butyl) - EEA : Ethylène Ethyl Acrylate - VLDPE : Very Low Density Polyethylène (polyethylène à très basse densité) - polymères greffés d'acide acrylique ou d'anhydride maléique - PVC : chlorure de polyvinyle - leurs mélanges et copolymères. 4. Matériau suivant la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que charges sont choisies dans le groupe constitué par l'alumine (hydratée non), la craie, le kaolin, le talc, la silice, l'hydroxyde de magnésie, et leurs mélanges. 5. Matériau suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérise en ce qu'il comporte, en plus d'un lubrifiant et d'additifs - 50 parts de polyethylène de densité 0,92 ayant un Melt Flow Index à 190 C, sous 21.6 N, de 1.8g/10 min - 50 parts de copolymère EVA contenant 18 % d'acétate de vinyle - 130 parts d'hydrate d'alumine 6. Materiau suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérise en ce comporte, en plus d'un lubrifiant et d'additifs - parts de polyethylène de densité 0,92 ayant un Melt Flow Index à 1 , sous .6 N, de 1.8g110 min - 50 parts de copolymère EVA contenant 18 % d'acétate de vinyle - 130 parts de carbonate de calcium . 7. Matériau suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé ce qu'il comporte, en plus d'un lubrifiant et d'additifs - 50 parts de polyethylène de densité 0,92 ayant un Melt Flow Index à 190 C, sous 21.6 N, de 1.8g110 min - 50 parts de copolymère EVA contenant 18 % d'acétate de vinyle - 65 parts de kaolin. 8. Matériau selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, contenant un ou des silanes ou aminosilanes. 9. Micromodule de fibres optiques comprenant un faisceau de fibres optiques gainées individuellement et une gaine entourant le faisceau en un matériau suivant l'une quelconque des revendications précédentes.