Brevet FR2851053A1 — publié le 20040813

RUBAN A FIBRES OPTIQUES ET PROCEDE DE FABRICATION D'UN RUBAN A FIBRES OPTIQUES La présente invention se rapporte au domaine des câbles de télécommunications à fibres optiques et plus précisément concerne un ruban à fibres optiques et un procédé de fabrication d'un ruban à fibres optiques. De manière connue, les rubans à fibres optiques sont utilisés dans des câbles de télécommunications pour les transmissions d'informations par voie optique. Le document EP0950908 divulgue un ruban à fibres optiques en 10 silice comportant par exemple deux sous-unités disposées dans un plan commun, reliées l'une à l'autre et séparables pour faciliter leurs installations respectives dans des systèmes optiques. Plus précisément, chaque sous-unité comporte un groupe de fibres optiques arrangées dans un plan, ce groupe étant revêtu d'une première 15 matrice formant une première enveloppe et obtenue par irradiation d'une première résine liquide réticulée sous l'action de rayonnement ultraviolet. Les sous-unités sont reliées l'une à l'autre par une matrice formant une enveloppe commune et obtenue par irradiation d'une deuxième résine liquide réticulée sous l'action de rayonnement ultraviolet. Le procédé de fabrication de ce ruban à fibres optiques comprend les étapes successives suivantes: - une opération de formation de chaque sous-unité à fibres optiques comportant: - l'arrangement de N groupes de fibres optiques tel que les fibres 25 d'un même groupe sont disposées dans un même plan, - l'application d'une première couche sur chaque groupe de fibres optiques de façon à les envelopper, chaque première couche étant en une première résine liquide réticulable sous l'action de rayonnement ultraviolet, - une irradiation des premières couches par rayonnement ultraviolet pour former des premières matrices réticulées, F:\Salle\FP000338\PREMDEP\admin\TEXTE DEPOSE.doc - une opération de formation du ruban comportant: - l'application d'une deuxième couche au-dessus des premières matrices pour former une enveloppe commune et relier les N sous-unités, cette deuxième couche étant en une résine réticulable par rayonnement ultraviolet, - une irradiation de la deuxième couche par rayonnement ultraviolet pour former une deuxième matrice réticulée. La productivité de ce procédé de fabrication du ruban à fibres optiques est faible car ce procédé nécessite de multiples changements de 10 machines et mises en places. En outre, les fibres optiques silice sont difficilement maniables, insérables dans un câble et ne conviennent pas pour toutes les applications du fait de leur manque relatif de souplesse, de robustesse et de flexibilité. Un premier objet de l'invention est la mise au point d'un ruban à 15 fibres optiques à une ou plusieurs sous-unité(s) simple à réaliser, peu onéreux et utilisable dans de nombreux domaines d'application. A cet effet, l'invention propose un ruban à fibres optiques disposées dans un plan commun et enveloppées directement d'une première matrice obtenue à partir d'une première résine liquide durcissable sous l'action de 20 rayonnement de type ultraviolet caractérisé en ce que chacune desdites fibres est en plastique et est composée d'un coeur en un matériau dit de coeur obtenu à partir d'une deuxième résine liquide durcissable sous l'action de rayonnement de type ultraviolet et recouvert d'une gaine en un matériau dit de gaine obtenu à partir d'une troisième résine liquide durcissable sous 25 l'action de rayonnement de type ultraviolet. Dans l'ensemble du présent texte, par " résine liquide durcissable " on entend aussi bien une résine à base d'oligomère et/ou de polymère réticulable qu'une résine à base d'oligomère et/ou de monomère polymérisable ou un mélange des deux. Les avantages procurés par le choix de fibres optiques plastiques plutôt que de type silice vont se répercuter sur les qualités du ruban selon l'invention par rapport à un ruban de l'art antérieur. De telles fibres sont F:\Salle\FP000338\PREMDEP\admin\TEXTE DEPOSE.doc connues pour leur grande souplesse et flexibilité (aptitude à se tordre sans se rompre ni perturber le rayon lumineux transporté) et leur connectivité (coupe et connexion facile). Le choix de l'utilisation de résines durcissables simplifie la réalisation du produit. Avantageusement, pour une réduction de cot, un faible encombrement et/ou une adaptation des performances optiques en fonction des besoins, chaque gaine de fibre optique plastique du ruban selon l'invention peut présenter un diamètre externe inférieur ou égal à 100 pm. L'invention rend possible la fabrication et l'utilisation de fibres optiques plastiques de faible diamètre car ces dernières sont protégées par la première matrice qui joue le rôle de couche de protection des fibres, renforçant ainsi leur résistance mécanique contre les contraintes extérieures. Dans un mode de réalisation, lesdites fibres sont regroupées en une 15 pluralité de sous-unités disposées dans ledit plan, les sous unités ayant chacune une enveloppe dédiée en ladite première matrice et étant reliées entre elles par une deuxième matrice dite de liaison obtenue à partir d'une quatrième résine liquide D durcissable sous l'action de rayonnement de type ultraviolet. Les sous unités sont de préférence séparables. Un second objet de l'invention est la mise au point d'un procédé de fabrication d'un ruban à fibres optiques disposées dans un plan commun composé d'une ou plusieurs sous-unité(s) chacune munie(s) d'une enveloppe, procédé qui soit de productivité satisfaisante (réduction du temps 25 et/ou du cot de fabrication du ruban), simple à mettre en oeuvre. L'invention propose à cet effet un procédé de fabrication d'un ruban à fibres optiques comportant une pluralité de fibres optiques disposées dans un plan commun et dans une enveloppe en une première matrice obtenue à partir d'une première résine liquide durcissable sous l'action de rayonnement 30 de type ultraviolet, chacune des fibres étant composée d'un coeur en un matériau dit de coeur recouvert d'une gaine en un matériau dit de gaine, F:\Salle\FP000338\PREMDEP\admin\TEXTE DEPOSE.doc caractérisé en ce que, chaque fibre optique étant de type plastique dont le matériau de coeur est obtenu à partir d'une deuxième résine liquide durcissable sous l'action de rayonnement de type ultraviolet et ledit matériau de gaine est obtenu à partir d'une troisième résine 5 liquide durcissable sous l'action de rayonnement de type ultraviolet, ledit procédé comprend les opérations suivantes: - la formation d'un écoulement de type laminaire comportant une pluralité de coeurs liquides en la deuxième résine chacun entouré directement par une gaine liquide distincte en la troisième résine, 10 l'ensemble des gaines liquides étant entouré directement par une enveloppe liquide en la première résine, - une unique irradiation par rayonnement de type ultraviolet de l'écoulement pour l'obtention d'un ruban à fibres optiques plastiques. L'invention fournit ainsi un ruban à fibres optiques plastiques et non silice. Le procédé selon l'invention permet d'obtenir le ruban et de telles fibres optiques en une même étape de sorte que la fabrication est rapide, peu onéreuse, et l'installation occupe peu de place. La productivité peut aisément atteindre 1OOm/min à 200m/min. L'invention repose en outre sur le fait que, lorsque deux masses liquides en résines viennent en contact l'une de l'autre et forment un écoulement, par exemple après un passage commun dans un orifice réduit par exemple de filière, il n'y a pas d'interdiffusion significative avant un délai s'exprimant en jour soit nettement supérieur au temps de fabrication du 25 ruban. En outre, le procédé de fabrication selon l'invention présente l'avantage de permettre la fabrication de fibres optiques plastiques de faible diamètre sans risque de détérioration en cours de fabrication ou ultérieurement. De préférence, la deuxième résine peut présenter une viscosité supérieure à la viscosité de la troisième résine et la troisième résine peut présenter une viscosité supérieure à la viscosité de la quatrième résine. F:\Salle\FP000338\PREMDEP\admin\TEXTE DEPOSE.doc Dans un mode de réalisation du procédé, lesdites fibres étant regroupées en une pluralité de sous-unités disposées dans ledit plan, les sous unités ayant chacune une enveloppe dédiée en ladite première matrice et étant reliées entre elles par une deuxième matrice dite de liaison obtenue 5 à partir d'une quatrième résine liquide durcissable sous l'action de rayonnement de type ultraviolet, ledit écoulement contient une matrice liquide en la quatrième résine en contact avec l'enveloppe liquide en la première résine. Par exemple, la matrice liquide peut entourer complètement 10 l'enveloppe liquide. Le procédé selon l'invention permet d'obtenir le ruban, les sous unités et les fibres optiques en une même étape c'est-à-dire sans fabrication préalable des fibres optiques et des sous-unités. La quatrième résine présente de préférence une viscosité supérieure 15 à la viscosité de la première résine. Le procédé selon l'invention, de préférence, est tel que la matrice de liaison est en un matériau qui n'est pas lié chimiquement avec la matrice des enveloppes des sous-unités pour une meilleure pelabilité, c'est-àdire pour faciliter la séparation des sous unités. De manière similaire le procédé selon 20 l'invention est tel que la première matrice des enveloppes est en un matériau qui n'est pas lié chimiquement avec la gaine des fibres optiques. Aussi, de manière avantageuse, les troisième et quatrième résines peuvent être durcissables par l'une des voies radicalaire ou cationique et la première résine est durcissable par l'autre des voies radicalaire ou 25 cationique. Par ailleurs, l'une des première et quatrième résines peut contenir un agent de pelabilité comme les polymères à base de polysiloxane. Le procédé selon l'invention peut également comprendre le passage dudit ruban à fibres optiques plastiques dans un four infrarouge après ladite 30 unique irradiation par rayonnement de type ultraviolet pour améliorer si nécessaire le degré de polymérisation notamment du ou des matériaux obtenus par voie cationique. F:\Salle\FP000338\PREMDEP\admin\TEXTE DEPOSE.doc L'une ou les résines durcissables par voie cationique peuvent contenir des composés à base d'oxirane tels que les éthers glycidyliques de bisphénol F ou A, les résines d'époxy novolaques ou cycloaliphatiques, les polymères d'époxysilicones, les oxétanes, les monomères éther vinyliques ou éther allyliques. L'invention s'applique naturellement à un procédé de fabrication d'un câble à ruban à fibres optiques plastiques incorporant les étapes de fabrication du ruban de fibres optiques telles que définies précédemment et comportant une étape d'extrusion à une température supérieure ou égale à 10 1 00 C. Grâce à la mise en forme sous ruban des fibres optiques plastiques, il est possible selon l'invention d'extruder sans risque à haute température car la matrice d'une ou des enveloppes, éventuellement combinée à la matrice de liaison, apporte une résistance thermique suffisante. Les particularités et avantages de l'invention apparaîtront clairement à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemples illustratifs et non limitatifs et faite en référence aux figures annexées dans lesquelles: - la figure 1 représente schématiquement un ruban à fibres optiques plastiques dans un premier mode de réalisation de 20 l'invention, - la figure 2 représente schématiquement un ruban à fibres optiques plastiques dans un deuxième mode de réalisation de l'invention, la figure 3 représente schématiquement un câble à ruban à fibres 25 optiques plastiques dans un troisième mode de réalisation de l'invention, - la figure 4 représente schématiquement la mise en oeuvre d'un procédé de fabrication du ruban à fibres optiques plastiques de la figure 1, - la figure 5 représente schématiquement la mise en oeuvre d'un procédé de fabrication du ruban à fibres optiques plastiques de la figure 2. F:\Salle\FP000338\PREMDEP\admin\TEXTE DEPOSE.doc Les éléments communs aux différents modes de réalisation de l'invention sont désignés par les mêmes références. La figure 1 représente schématiquement un ruban à fibres optiques plastiques 100 dans un premier mode de réalisation de l'invention. Le ruban à fibres optiques plastiques 100 comporte par exemple quatre fibres optiques 1 arrangées dans un plan commun P. Chaque fibre optique est composée: - d'un coeur la en un matériau de coeur obtenu par irradiation d'une résine liquide durcissable, dite A1, par rayonnement de 10 type ultraviolet, - entouré directement d'une gaine 1 b, colorée ou non pour repérer chaque fibre, et obtenue par irradiation d'une résine liquide durcissable, dite B1, par rayonnement de type ultraviolet. Les quatre fibres optiques 1 sont revêtues d'une matrice 2 sous 15 forme d'une enveloppe commune et obtenue par irradiation d'une résine liquide, dite Cl, durcissable par rayonnement de type ultraviolet. Protégée par l'enveloppe 2, chaque gaine peut présenter un diamètre externe inférieur ou égal à 100 pm. A titre d'exemple, la résine A1 est une résine de type acrylate qui 20 présente par exemple la formulation suivante: - 49 part en poids d'Ebecryl 150 (société UCB Chemicals), - 50,5 part en poids de CN736 TMPTA (société ...), - 0,5 part en poids d'un photoinitiateur tel que le Lucirin TPO Photoinitiator (société ...). La résine B1 est une résine de type acrylate qui présente par exemple la formulation suivante: - 32,5 part en poids d'Ebecryl 150 (société UCB Chemicals), - 67 part en poids de CN736 TMPTA (société ...), - 0,5 part en poids d'un photoinitiateur tel que le Lucirin TPO 30 Photoinitiator (société ...). La résine C1 est une résine d'époxysilicones qui présente par exemple la formulation suivante: F:\Salle\FP000338\PREMDEP\admin\TEXTE DEPOSE.doc 50 part en poids de Silcolease ultraviolet Poly 200 (société Rhodia), part en poids de Silcolease ultraviolet Poly 201 (société Rhodia), - 2 part en poids de Silcolease ultraviolet Cata 201 (société Rhodia). Dans cet exemple, la résine BI est durcissable par voie radicalaire et la résine Cl par voie cationique pour éviter tout lien chimique irréversible entre la gaine et la matrice de l'enveloppe et favoriser, en cas de besoin, la 10 pelabilité de l'enveloppe sans endommager les fibres, ainsi que leur séparation. La figure 2 représente schématiquement un ruban à fibres optiques plastiques 200 dans un deuxième mode de réalisation préféré de l'invention. Le ruban à fibres optiques 200 comporte par exemple deux sous15 unités à fibres optiques 100, 100' telles que celle décrite en figure 1 disposées dans un plan commun P et de préférence séparables. Les matrices 2, 2' d'enveloppes des deux sous unités 100, 100' sont reliées entre elles par une matrice de liaison 3 formant de préférence une enveloppe commune à chacune de ces matrices 2, 2'. Cette matrice de liaison 3 est obtenue par irradiation d'une résine liquide durcissable, dite Dl, par rayonnement de type ultraviolet. La résine Dl est par exemple une résine uréthane et acrylate, par exemple le produit CABLELITES 950-706 de la société DSM Desotech. Dans ce deuxième mode de réalisation, la résine Dl est durcissable 25 par voie radicalaire pour éviter tout lien chimique irréversible avec la résine Ci. La figure 3 représente schématiquement un câble 400 à ruban à fibres optiques plastiques 300 dans un troisième mode de réalisation de l'invention. Ce câble 400 comprend un ruban 300 à huit fibres optiques plastiques 1 telles que celles décrites en relation avec la figure 1. F:\Salle\FP000338\PREMDEP\admin\TEXrE DEPOSE.doc Les fibres optiques sont revêtues d'une matrice 2 sous forme d'une enveloppe commune telle que celle décrite en relation avec la figure 1. Le ruban 300 est entouré d'une gaine extérieure 5 en matériau isolant. L'espace entre la gaine 5 et la matrice de liaison 2 est rempli d'un agent de renfort classique 4. Conformément à l'invention, le câble 400 est fabriqué par extrusion à une température supérieure ou égale à 1 000C. La figure 4 représente de manière schématique et simplifiée la mise en oeuvre d'un procédé de fabrication du ruban à fibres optiques plastiques 10 de la figure 1. La vue de l'ensemble des dispositifs mis en oeuvre est de côté. Le procédé comprend les opérations suivantes: - la formation d'un écoulement de type laminaire E2 comportant une pluralité de coeurs liquides en la résine AI chacun entouré 15 directement par une gaine liquide distincte en la résine BI, l'ensemble des gaines liquides étant entouré directement par une enveloppe liquide en la résine Cl, - une unique irradiation par rayonnement de type ultraviolet de l'écoulement E2, à l'aide d'une source ultraviolet 40, pour 20 l'obtention du ruban à fibres optiques plastiques 100. Plus précisément, l'écoulement E2 est formé à l'aide d'.une filière 1000 en deux parties: - dans sa partie supérieure, une plaque d'injection 20 et, dans sa partie inférieure, une chambre d'injection 30. Un premier écoulement El de type laminaire comportant une pluralité de coeurs liquides en la résine AI chacun entourés directement par une gaine liquide distincte en la résine BI, est d'abord formé par l'injection simultanée des résines Ai et BI dans les trous respectifs de la plaque d'injection par exemple via des conduits (non représentées). Des pompes 30 volumétriques (non représentées) associées à chacun des conduits permettent d'assurer des pressions contrôlées pour les résines Ai et Bi, pressions par exemple de l'ordre de 6 bars. F:\Salle\FP000338\PREMDEp\admin\TEXTE DEPOSE.doc De préférence, la résine Ai présente une viscosité supérieure à la viscosité de la résine B1, par exemple 2500 mPa.s pour la résine AI et 2000 mPa.s pour la résine BI. La chambre 30 contient la résine Cl. Après passage dans cette chambre 30, l'écoulement E2 est formé. De préférence, la résine Cl présente une viscosité inférieure à la viscosité de la résine BI par exemple égale à 1500 mPa.s. La figure 5 représente de manière schématique et simplifiée la mise en oeuvre d'un procédé de fabrication du ruban à fibres optiques plastiques 10 de la figure 2. La vue de l'ensemble des dispositifs mis en oeuvre est de côté. Le procédé comprend les étapes suivantes: - la formation d'un écoulement de type laminaire E3 comportant une pluralité de coeurs liquides en la résine Ai chacun entourés 15 directement par une gaine liquide distincte en la résine BI, l'ensemble des gaines liquides étant entouré directement par une enveloppe liquide en la résine Cl et en contact avec une matrice liquide en la résine Dl, - une unique irradiation par rayonnement de type ultraviolet de 20 l'écoulement E3, à l'aide d'une source ultraviolet 80, pour l'obtention du ruban à fibres optiques plastiques 200. Plus précisément, l'écoulement E3 est formé à l'aide d'une filière 2000 en trois parties: - dans sa partie supérieure, une plaque d'injection 50 telle que 25 celle décrite en relation avec la figure 4, - dans sa partie intermédiaire, une première chambre d'injection 60 et, - dans sa partie inférieure, une deuxième chambre d'injection 70. Un premier écoulement El' de type laminaire est formé en sortie de 30 la plaque d'injection 50. De préférence, la résine AI présente une viscosité supérieure à la viscosité de la résine B1, par exemple 2500 mPa.s pour la résine AI contre 2000 mPa.s pour la résine Bi. F:\Salle\FP000338\PREMDEP\admin\TEXTE DEPOSE.doc il La chambre 60 contient la résine Cl. Après passage dans cette chambre 60, l'écoulement E2' est formé. De préférence, la résine Cl présente une viscosité inférieure à la viscosité de la résine B1 par exemple égale à 1500 mPa.s. La chambre 70 contient la résine Dl. Après passage dans cette chambre 70, l'écoulement E3 est formé. De préférence, la résine Dl présente une viscosité inférieure à la viscosité de la résine Cl par exemple égale à 1000 mPa.s. Dans une variante (non représentée) de l'un des modes de 10 réalisation présentés dans les figures 4 et 5, après l'étape d'irradiation de type ultraviolet est prévu le passage du ruban à fibres optiques dans un four infrarouge pour améliorer si nécessaire le degré de polymérisation notamment des matériaux obtenus par voie cationique. F:\Salle\FP000338\PREMDEP\admin\TEXTE DEPOSE.doc REVENDICATIONS 1. Ruban à fibres optiques (100, 200, 300) disposées dans un plan commun (P) et enveloppées directement d'une première matrice (2) obtenue à partir d'une première résine liquide durcissable sous l'action 5 de rayonnement de type ultraviolet caractérisé en ce que chacune desdites fibres (1, 1') est en plastique et est composée d'un coeur (la) en un matériau dit de coeur obtenu à partir d'une deuxième résine liquide durcissable sous l'action de rayonnement de type ultraviolet et recouvert d'une gaine (1b) en un matériau dit de gaine obtenu à partir 10 d'une troisième résine liquide durcissable sous l'action de rayonnement de type ultraviolet. 2. Ruban à fibres optiques (200, 300) selon la revendication 1 caractérisé en ce que chaque gaine (1b) présente un diamètre externe inférieur ou égal à 100 pm. 3. Ruban à fibres optiques (200, 300) selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que lesdites fibres (1, 1') sont regroupées en une pluralité de sous-unités (100, 100') disposées dans ledit plan (P), les sous unités ayant chacune une enveloppe dédiée en ladite première matrice (2,2') et étant reliées entre elles par une deuxième matrice dite 20 de liaison (3) obtenue à partir d'une quatrième résine liquide durcissable sous l'action de rayonnement de type ultraviolet. 4. Procédé de fabrication d'un ruban à fibres optiques (100, 200) comportant une pluralité de fibres optiques (1,1') disposées dans un plan commun (P) et dans une enveloppe en une première matrice (2) 25 obtenue à partir d'une première résine liquide durcissable (CI) sous l'action de rayonnement de type ultraviolet, chacune des fibres étant composée d'un coeur (la) en un matériau dit de coeur recouvert d'une gaine (lb) en un matériau dit de gaine, caractérisé en ce que, chaque fibre optique étant de type plastique 30 dont le matériau de coeur est obtenu à partir d'une deuxième résine liquide durcissable (Al) sous l'action de rayonnement de type et ledit F:\Salle\FP000338\PREMDEP\admin\TEXTE DEPOSE.doc matériau de gaine est obtenu à partir d'une troisième résine liquide durcissable (B1) sous l'action de rayonnement de type ultraviolet, ledit procédé comprend les opérations suivantes: - la formation d'un écoulement de type laminaire (E2, E'2, E3) 5 comportant une pluralité de coeurs liquides en la deuxième résine (Ai) chacun entouré directement par une gaine liquide distincte en la troisième résine (BI), l'ensemble des gaines liquides étant entouré directement par une enveloppe liquide en la première résine (Cl), - une unique irradiation par rayonnement de type ultraviolet de l'écoulement pour l'obtention d'un ruban à fibres optiques plastiques. 5. Procédé de fabrication d'un ruban à fibres optiques (100, 200) selon la revendication 4 caractérisé en ce que la deuxième résine (Ai) présente 15 une viscosité supérieure à la viscosité de la troisième résine (B1) et en ce que la troisième résine présente une viscosité supérieure à la viscosité de la première résine (Cl). 6. Procédé de fabrication d'un ruban à fibres optiques (200) selon l'une des revendications 4 ou 5 caractérisé en ce que, lesdites fibres étant 20 regroupées en une pluralité de sous-unités (100, 100') disposées dans ledit plan (P), les sous unités ayant chacune une enveloppe dédiée en ladite première matrice et étant reliées entre elles par une deuxième matrice dite de liaison obtenue à partir d'une quatrième résine liquide durcissable sous l'action de rayonnement de type ultraviolet, ledit 25 écoulement (E3) contient une matrice liquide en la quatrième résine (Dl) en contact avec l'enveloppe liquide en la première résine (Cl). 7. Procédé de fabrication d'un ruban à fibres optiques (200) selon la revendication 6 caractérisé en ce que les troisième et quatrième résines (BI, Dl) sont durcissables par l'une des voies radicalaire ou cationique 30 et la première résine (Cl) est durcissable par l'autre des voies radicalaire ou cationique. F:\Salle\FP000338\PREMDEP\admin\TEXTE DEPOSE.doc 8. Procédé de fabrication d'un ruban à fibres optiques (100, 200) selon l'une des revendications 4 à 7 caractérisé en ce qu'il comprend le passage dudit ruban à fibres optiques plastiques dans un four infrarouge après ladite unique irradiation par rayonnement de type ultraviolet. 9. Procédé de fabrication d'un ruban à fibres optiques (100, 200) selon l'une des revendications 4 à 8 caractérisé en ce que l'une ou les résines durcissables par voie cationique (C1) contiennent des composés à base d'oxirane tels que les éthers glycidyliques de 10 bisphénol F ou A, les résines d'époxy novolaques ou cycloaliphatiques, les polymères d'époxysilicones, les oxétanes, les monomères éther vinyliques ou éther allyliques. 10. Procédé de fabrication d'un câble à ruban à fibres optiques (400) plastiques incorporant les étapes de fabrication du ruban à fibres 15 optiques définies selon l'une des revendications 4 à 9 et comportant une étape d'extrusion à une température supérieure ou égale à 100 C. F:\Salle\FP000338\PREMDEP\admin\TEXTE DEPOSE.doc