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Procédé de production de guide-lumière gainé continu.
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La présente invention est relative à un procède pour gainer à l'aide de matière plastique une matière plas- tique filamenteuse optique 'continue afin de produire des guide-lumière.
La matière plastique filamenteuse optique se pré- sente sous forme de filaments ou de fibres de manière plas- tique revêtus d'une gaine, ces éléments étant à même de trans- mettre la lumière sur de longs tronçons rectilignes ou incur- vés. Comme matière plastique filamenteuse optique appropriée susceptible d'être utilisée dans la mise en oeuvre de la pré- sente invention, on peut citer celle qui est décrite dans le brevet britannique n 1.037.498 de Du Pbnt, qui a pour titre "Light Transmitting Filaments". Le procédé de la présente in- vent ion peut être utilisé pour protéger à l'aide d'une gaine une matière plastique filamenteuse optique de n'importe quelle composition et de n'importe quel diamètre.
Deux types généraux de procédés de garage sont connus dans la technique : les procédés d'extrusion du type à pression et les procédés du type pour gaine. Chaque procéda s'est révélé peu intéressant pour produire des guide-lumière dans lesquels la matière plastique filamenteuse optique est gainée étroitement de façon satisfaisante et dans lesquels le gainage est rond.
Le problème le plus sérieux qui se pose lorsque l'on gaine une matière plastique filamenteuse optique réside dans ce que de nombreuses matières filamenteuses dont on dispose
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à l'heure actuelle sont sensibles à la chaleur à des tempéra- tures supérieures à 13000, Dans les procédés de gainage par extrusion, la matière de gainage extrudable se trouve à une température qui est bien au-dessus de 130 C à l'intérieur de l'extrudeuse. Aussi, si la matière de gainage reste en con- tact prolongé avec les-filaments de matière plastique à l'in- térieur de l'extrudeuse, il se produit une dégradation.
Dans un procédé d'extrusion du type à pression, la matière filamenteuse optique est soumise aux températures et aux pressions élevées de la matière extrudable pendant une période de temps aucours de laquelle se produit la dégradation de la matière filamenteuse en question. La limite de température maxi- mum à laquelle la matière filamenteuse peut résister est donc largement dépassée. En outre, le procédé d'extrusion du type sous pression ne pourra être utilisé pour gainer un brin multiple ou un faisceau de matière filamenteuse du fait que le faisceaun'est pas rond et qu'il pourrait éventuellement ne pas sceller l'extrémité de sortie du guide filament à l'in- térieur de l'extrudeuse, si bien qu'il pourrait en résulter une fuite de matière extrudable dans le guide-filament.
Dans un procédé d'extrusion de tube ou gaine, le problème principal qui se pose est le suivant; lors de l'extrusion du tube de matière plastique, le diamètre in- terne du tube est plus grand que le diamètre externe de la ma- tière filamenteuse, si bien que l'ajustement est lâche. Il est important que les filaments soient maintenus solidement à chaque extrémité du'guide-lumière pour capter et transmettre la lumière de façon efficace. Dans les guide-lumière dotés de gaines lâches, il est nécessaire que les extrémités soient
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spécialement traitées par enrobage ou par pinçage pour les immobiliser.
Ce problème peut être réduit jusqu'à un certain point en étirant la gaine tandis qu'elle est tirée autour de la matière filamenteuse, mais cela crée des tensions dans la gaina; qui ne.peuvent être réduites dans une chaîne de production du fait de la tolérance vis-à-vis.de la chaleur peu élevée de la matière filamenteuse plastique. En raison de ces tensions, la gaine peut ultérieurement se contracter lorsqu'elle est sou mise à une certaine température en service , en laissant ainsi la matière filamenteuse à nu et en donnant éventuellement au guide-lumière un aspect vrillé. Il se pose un autre problème ; la gaine, lorsqu'elle est étirée, prend la forme du faisceau , qui peut varier de la forme ovale à la forme ronde ou de la forme carrée à la forme plane.
L'irrégularité en coupe trans- versale des guide-lumière qui en résulte amène de grosse dif- ficultés lors du passage dans des machines de coupe automatique et dans des machines utilisées pour sertir des raccords sur les guide-lumière.
Le procédé de la présente invention fournit un gui- de-lumière en matière plastique optique, gainé de matière plastique, continue, et de qualité élevée, dans lequel la ma- tière plastique filamenteuse optique est enserrée étroitement dans la gaine protectrice. Le procédé consiste à extruder sur la matière plastique filamenteuse une gaine protectrice de matière plastique de diamètre interne normalement plus faible que le diamètre externe de la matière filamenteuse. La matière filamenteuse optique peut se présenter sous la forme d'un seul filament optique ou d'un faisceau de ces filaments.
L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description suivante réalisée en se référant aux dessins ci- annexés dans lesquels ;
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la figure 1 montre une vue en élévation d'extrémité schématique d'une tête d'équerre d'extrudeuse; la figure 2 montre une vue en coupe à plus grande échelle de la figure 1 selon la ligne 2-2; la figure 3 (A) montre une vue en coupe, à plus grande échelle, de la filière et du guide-filament de la figure 2, lora de la prcduction d'une gaine de matière plastique pour revêtir la matière filamenteuse ; la figure 3 (B) montre la vue en coupe de la filière et du guide-filament de la figure 3 (A), au moment où un fais- ceau de filaments optiques est acheminé à travers le guide filament;
la figure 3 (C) montre la vue en coupe de la filière et du guide-filament de la figure 3 (B), le faisceau de fila- ments de matière plastique optique remplissant complètement la gaine de matière plastique ; la figure 4 montre une vue en coupe transversale à grande échelle d'un faisceau de filaments optiques de matière plastique; et la figure 5 montre une vue en coupe transversale à grande échelle du guide-lumière fini selon l'invention, dans lequel le faisceau de filaments de matière plastique optique est gainé dans un revêtement de matière plastique protecteur.
On se réfère à présent aux dessins ; la figure 2 re- présente une tête d'équerre d'extrudeuse 1 comportant une struc- ture délimitant une chambre d'extrudat 6, une filière circu- laire 4 à une extrémité de la chambre et un guide-filament tu- bulaire 12 qui s'étend dans le sens longitudinal à l'intérieur de la chambre. La figure 4 présente une face extérieure 8 et une face intérieure dont la surface 9 converge uniformément
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et qui se termine dans la face 8 de la filière pour former un orifice 2.
Le guide-filament 12 porte des filets 19 des- tinés à coopérer avec un écrou fixe 22 ; ce guide-filament peut être ajusté le long de son axe longitudinal qui coupe le centre de l'orifice 2, en vissant le guide-filament dans l'écrou fixe ou en le dévissant. le guide peut ensuite être bloqué en place par serrage de l'écrou de blocage 20, qui est séparé de l'écrou fixe 22 par une rondelle de réglage 21.
On pourrait également utiliser n'importe quel autre dispositif d'ajustement du guide-filament classique. Le guide-filament tubulaire 12 comporte un orifice de sortie du filament 14 qui communique avec la chambre d'extradât 6 et qui est renfoncé vis-à-vis de la face de la filière, un orifice d'entrée de filament 15 qui communique avec l'atmosphère, et un tube 18 qui divise longitudinalement l'intérieur du guide-filament en une chambre interne 17 et une chambre externe concentrique 16.
Le tube 18 est perforé de trous 13 qui permettent aux chambres
16 et 17 de communiquer. La chambre 16 est reliée à une source d'aspiration (non montrée) par la soupape 24 afin de produire un vide à l'intérieur de la chambre interne 17 en retirant l'air de la chambre 16 à une cadence légèrement plus rapide que l'air ne pénètre dans la chambre 17 par l'orifice d'entrée 15.
Comme montré dans la figure 3 (A), l'extrudat fondu est reçu par la chambre 6 depuis une extrudeuse non représentée, et l'extrudat s'écoule autour de l'extrémité conique au guide-fils- ment 12 et sort par l'orifice 2 sous la forme d'une gaine ou d'un tube 11, Le guide-filament 12 est ajusté longitudinalement à l'inférieur de la chambre d'extrudat de telle sorte que l'o- rifice de sortie soit renfoncé vis-à-vis de la face 8 de la filière d'une distance suffisante/pour produire un diamètre
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interne qui soit inférieur au diamètre externe de la matière filamenteuse optique qui doit être revêtue de la gaine.
La matière filamenteuse sous la forme d'un faisceau 10 de filaments optiques est envoyé à travers la chambre inter- ne 17,c'est-à-dire,dans le tube 18 du guide-filament 12 et à l'intérieur de la gaine 11 de manière à empiéter sur la ma- tière de cette gaine, comme on le montre dans la figure 3 (B).
En continuant à faire passer le faisceau 10 à travers le guide- filament 12 et en continuant à extruder la gaine 11, l'intérieur entier de la gaine est occupé par le faisceau, comme montré dans la figure 3 (C).
L'empiétement correspond à la différence entre le diamètre externe du faisceau 10 et le diamètre interne normal, c'est-à-dire, non occupé de la gaine 11. En réalisant cet em- piètement à l'intérieur de la filière, on provoque la pénétra- tion de l'extrudat fondu dans le faisceau, en immobilisant ainsi les filaments individuels de ce dernier. Cet empiétement pro- duit également une pression inverse à l'intérieur de la filière, qui tend à presser la mass fondue vers l'arrière dans l'orifice de sortie du guide-filament qui, à son tour, ne forme pas un joint étanche avec le faisceau 10 du fait de la coupe transver- sale irrégulière de ce dernier.
Cet écoulement vers l'arrière de l'extrudat fondu est évité en prévoyant une distance de ren- foncement entre l'extrémité de sortie du guide-filament et la face externe de la filière,suffisamment petite pour que ne soit pas instaurée une pression inverse susceptible de provoquer un écoulement rétrograde. En général, l'empiétement, calculé par la formule suivante :
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en pourcent, sera compris entre 6 et 40 %, de préfé- rence, entre 15 et 28 %. La proximité de l'orifice de sortie du guide-filament 12 vis-à-vis de la face 8 de la filière dans des conditions de fonctionnement normal permet de gainer le faisceau sans dégradation.
Le vide instauré à l'intérieur du guide-filament 12 maintient le contact intime entre le faisceau 10 et la gaine 11 réalisé à l'intérieur de la filière lorsque le faisceau gainé de configuration tubulaire quitte la filière 4. Le vide amé- liore également la pénétration de l'extrudat fondu dans le fais- ceau à l'intérieur de la filière pour accroître l'étanchéité de l'empiétement. En outre, le ,vide produit un effet de refroi- dissement sur le faisceau et sur le tube 18 qui achemine les filaments.
Le contact intime entre le faisceau 10 et la gaine 11 obtenu à l'intérieur de la filière dispense de la nécessité d'étirer à un degré notable quelconque la g aine une fois qu'elle a quitté la filière. Des tensions ne sont donc pas créées dans la gaine à un point tel que ces tensions puissent ultérieurement, en service, être réduites, en provoquant un vrillage du guide- lumière et un déplacement relatif entre les filaments optiques et la gaine.
La matière filamenteuse optique que l'on doit gainer par le procédé de la présente invention peut se présenter sous la forme d'un seul filament ou d'un faisceau de ces filaments, c'est-à-dire, de plusieurs filaments s'étendant à proximité l'un de l'autre. En général, les filaments du faisceau seront détordus les uns vis-à-vis des autres , si bien que l'on obtient un faisceau de coupe transversale irrégulière, ce qui rend le problème de l'écoulement rétrograde de l'extrudat fondu parti- culièrement aigu.
Cependant, ce problème est pallié par le
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procédé de la présente invention,
La figure 4 représente une coupe transversale d'un faisceau typique 10 de filaments optiques détordus 30, qui peut être envoyé dans le guide-filament 12 pour être gainé selon la présente invention, La figure 4 montre égale- ment l'irrégularité de la coupe transversale du faisceau.
Dans la figure 5, le faisceau 10 de la figure 4 est montré ,gainé étroitement -tans une gaine de matière plas- tique protectrice 11 appliquée selon la présente invention.
Le contour de la coupe transversale (surface externe) de la gaine 11 est rond, en dépit du contour irrégulier du faisceau 10. La gaine 11 a pénétré dans le faisceau 10 provoquant ainsi l'immobilité de ses filaments les uns vis-à-vis des autres et vis-à-vis de la gaine, dans des buts pratiques. En outre, le faisceau 10 est bien centré à l'intérieur de la gaine.
Comme matières adéquates susceptibles d'être utili- sées pour gainer une matière filamenteuse optique par le pro- cédé selon la présente invention, on peut utiliser n'importe quelle matière extrudable sous forme de gaine dans les condi- tions mentionnées ci-dessus sans dégradation de la matière fi- lamenteuse particulière utilisée à titre d'àme, et à même de protéger la matière filamenteuse. La matière de gainage doit être non réactive vis-à-vis de la matière filamenteuse optique au cours du gainage et au cours de son utilisation ultérieure, c'est-à-dire que la qualité optique de la matière filamenteuse ne doit pas être affectée de manière désavantageuse.
Comme exemples de matières de gainage appropriées, on peut citer le caoutchouc naturel et' synthétique et les polymères et les copo- lymères d'alpha-monooléfines, tels que le polyéthylène (de préférence,avec un poids spécifique peu élevé ou moyen) et le
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polypropylène , ainsi que les polymères et les copolymères de chlorure de vinyle contenant des plastifiants non migra- teurs,
De préférence, la surface convergente 9 de la fi- lière 4 se termine sur la face 8 de la filière, comme montré dans la figure 2,
de manière que l'extrémité de sortie du guide-filament 12 puisse être disposée à proximité aussi étroi- te que possible de la face 8 de la filière tout en étant cepen- dant renfoncée vis-à-vis de cette dernière pour réaliser Item- piétement normal entre la gaine 11 et la matière filamenteuse optique. Une petite plage délimitant l'orifice 2 peut être présente entre la face 8 de la filière et la surface conver- gente afin de minimiser l'usure de l'orifice. Plus cette plage est grande et plus la pression inverse l'est également. Par suite, on doit utiliser,pour mettre en oeuvre le procédé de l'invention,une plage aussi petite que possible.
Par exemple, on peut utiliser une plage allant jusqu'à 0,51 mm de largeur (distance comprise entre la face de la filière à l'orifice et la surface convergente à l'orifice) ce qui donne un orifice de longueur correspondante.
Le diamètre externe de la matière filamenteuse de cqupe transversale irrégulière peut être considéré comme le diamètre externe d'une aire équivalente sensiblement circu- laire. Le diamètre interne de la gaine peut être considéré comme le diamètre interne obtenu lorsque la gaine est déformée pour avoir une coupe transversale circulaire.
Exemples
Un certain nombre d'essais ont été réalisés selon le, processus général suivant ; un guide-filament ajustable et une filière conçus et réalisés comme décrit ci-dessus ont
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été installés dans une tête d'équerre d'extrudeuse normalisée de façon que l'orifice de sortie du guide-filament soit ren- foncé vis-à-vis de la face de la filière afin de produire une gaine extrudée dotée d'un diamètre interne inférieur au dia- mètre externe de la matière filamenteuse optique à revêtir.
Le guide-filament a été ajusté longitudinalement de façon à faire varier l'empiétement et l'épaisseur de la gaine. Ensuite, la matière filamenteuse optique a été envoyée dans le guide- filament et a été revêtue de la gaine. Les détails de ces essais sont donnés dans le tableau suivant.
La matière filamenteuse optique des essais 1 à 13 était constituée de polyméthacrylate de méthyle gainé dans un polymère de méthacrylate fluoroalkylé, comme décrit dans le bre- vet britannique n .037.498, et dans l'essai 14 , il s'agissait de polystyrène gainé dans du polyméthacrylate de méthyle.
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TABLEAU (-(Matières)
EMI12.1
<tb> Matière <SEP> filamenteuse <SEP> optique <SEP> Matière <SEP> de <SEP> gainage
<tb> Essai <SEP> Nombre <SEP> de <SEP> Diamètre <SEP> des <SEP> Diamètre <SEP> externe <SEP> Matière <SEP> Densité <SEP> Indice <SEP> de <SEP> Dureté <SEP> du
<tb> n <SEP> filaments <SEP> filaments <SEP> (mm) <SEP> du <SEP> faisceau <SEP> fusion <SEP> à <SEP> duromètre
<tb> (mm) <SEP> 23 C
<tb> 1 <SEP> 16 <SEP> 0,25 <SEP> 1,14 <SEP> Chlorure <SEP> de <SEP> 1,20- <SEP> échelle <SEP> A, <SEP> 82
<tb> polyvinyle <SEP> (1)
<tb> 2 <SEP> 16 <SEP> 0,25 <SEP> 1,14 <SEP> Chlorure <SEP> de <SEP> :
<tb> polyvinyle <SEP> (1) <SEP> 1,20 <SEP> - <SEP> échelle <SEP> A, <SEP> 82
<tb> 3 <SEP> 32 <SEP> 0,25 <SEP> 1,65 <SEP> Chlorure <SEP> de
<tb> polyvinyle <SEP> (2) <SEP> 1,37 <SEP> - <SEP> échelle <SEP> C, <SEP> 79
<tb> 4 <SEP> 16 <SEP> 0,25 <SEP> ' <SEP> 1,14 <SEP> Polyéthylène <SEP> 0,917 <SEP> 4,0
<tb> 5 <SEP> 16 <SEP> 0,25 <SEP> 1,14 <SEP> Polyéthylène <SEP> 0,917 <SEP> 4,0 <SEP> -
<tb> 6 <SEP> 16 <SEP> 0,25 <SEP> 1,14 <SEP> Polypropylène <SEP> 0,905 <SEP> 4,8-
<tb> 7 <SEP> 16 <SEP> 0,25 <SEP> 1,14 <SEP> Polypropylène <SEP> 0,905 <SEP> 1,5 <SEP> -
<tb> 8 <SEP> 48 <SEP> 0,25 <SEP> 2,03 <SEP> Polyéthylène <SEP> 0,930 <SEP> 3,0-
<tb> 9 <SEP> 64 <SEP> 0,25 <SEP> 2,34 <SEP> Polyéthylène <SEP> 0,930 <SEP> 3,0-
<tb> 10 <SEP> 32 <SEP> 0,25 <SEP> 1,65 <SEP> Chlorure <SEP> de
<tb> polyvinyle <SEP> (1) <SEP> 1,20- <SEP> échelle <SEP> A, <SEP> 82
<tb> 11 <SEP> 4 <SEP> 0,
51 <SEP> 1,19 <SEP> Polyéthylène <SEP> 0,930 <SEP> 3,0-
<tb> 12 <SEP> 1 <SEP> 0,51 <SEP> 0,51 <SEP> Polyéthylène <SEP> 0,930 <SEP> 3,0 <SEP> -
<tb> 13 <SEP> 1 <SEP> 0,76 <SEP> 0,76. <SEP> Polyéthylène <SEP> 0,930 <SEP> 3,0 <SEP> -
<tb> 14 <SEP> 16 <SEP> 0,25 <SEP> 1,14 <SEP> Polyéthylène <SEP> 0,930 <SEP> 3,0-
<tb>
1 Plastifiant de type caoutchouc synthétique constitué d'acrylonitrile polymérisé 2 Plastifiant de type polyester polymérisé.
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EMI13.1
<tb>
Essai <SEP> temp. <SEP> de <SEP> fu- <SEP> Vitesse <SEP> de <SEP> Epaisseur <SEP> Diamètre <SEP> du <SEP> calibre <SEP> de <SEP> calibre <SEP> de <SEP> empiè- <SEP> vide
<tb> n <SEP> sion <SEP> de <SEP> la <SEP> gainage <SEP> li- <SEP> de <SEP> la <SEP> aine <SEP> produit <SEP> l'orifice <SEP> l'orifice <SEP> tement <SEP> (kg/m2)
<tb> matière <SEP> de <SEP> néaire(mè- <SEP> (mm) <SEP> (mm) <SEP> de <SEP> sortie <SEP> de <SEP> la <SEP> fi- <SEP> (mm)
<tb> gainage <SEP> tres <SEP> par <SEP> du <SEP> guide- <SEP> filière
<tb> ( C <SEP> ) <SEP> minute) <SEP> - <SEP> filament.
<SEP> @
<tb> (mm)
<tb> 1 <SEP> 147 <SEP> 27 <SEP> 0,51 <SEP> 2,18 <SEP> 1,40 <SEP> 2,18 <SEP> 0,25 <SEP> 2420
<tb> 2 <SEP> 150 <SEP> 90 <SEP> 0,51 <SEP> 2,18 <SEP> 1,40 <SEP> 2,18 <SEP> 0,25 <SEP> 2420
<tb> 3 <SEP> 167 <SEP> 30 <SEP> 0,51 <SEP> 2,79 <SEP> 1,93 <SEP> 2,79 <SEP> 0,36 <SEP> 2580
<tb> 4 <SEP> 150 <SEP> 15 <SEP> 0,51 <SEP> 2,24 <SEP> 1,40 <SEP> 2,18 <SEP> 0,25 <SEP> 2580
<tb> 5 <SEP> 152 <SEP> 32 <SEP> 0,51 <SEP> 2,18 <SEP> 1,40 <SEP> 2,18 <SEP> 0,25 <SEP> 2580
<tb> 6 <SEP> 199 <SEP> 30 <SEP> 0,51 <SEP> 2,18 <SEP> 1,40 <SEP> 2,18 <SEP> 0,25 <SEP> 2070
<tb> 7 <SEP> 192 <SEP> 34 <SEP> 0,51 <SEP> 2,18 <SEP> 1,40 <SEP> 2,18 <SEP> 0,25 <SEP> 2420
<tb> 8- <SEP> 163 <SEP> 34 <SEP> 0,51 <SEP> 3,02 <SEP> 2,28 <SEP> 3,04 <SEP> 0,46 <SEP> 2760
<tb> 9 <SEP> 159 <SEP> 40 <SEP> 0,51 <SEP> .
<SEP> 3,30 <SEP> 2,66 <SEP> 3,17 <SEP> 0,51 <SEP> 5620
<tb> 10 <SEP> 140 <SEP> 24 <SEP> 0,38 <SEP> 2,54 <SEP> 1,93 <SEP> 2,61 <SEP> 0,36 <SEP> 3450
<tb> 11 <SEP> 157 <SEP> 61 <SEP> 0,51 <SEP> 2,24 <SEP> 1,40 <SEP> 2,18 <SEP> 0,25 <SEP> 5170
<tb> 12 <SEP> 181 <SEP> 47 <SEP> 0,25 <SEP> 1,02 <SEP> 0,76 <SEP> 1,34 <SEP> 0,13 <SEP> 2690
<tb> 13 <SEP> 150 <SEP> 53 <SEP> 0,71 <SEP> 2,18 <SEP> 1,14 <SEP> 2,18 <SEP> 0,13 <SEP> 5580
<tb> 14 <SEP> 163 <SEP> 42 <SEP> 0,51 <SEP> 2,18 <SEP> 1,40 <SEP> 2,18 <SEP> 0,25 <SEP> 4410
<tb>
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A method of producing a continuous sheathed light guide.
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The present invention relates to a method for cladding with plastics a continuous optical filamentary plastic material to produce light guides.
The optical filamentary plastics material is in the form of plastic coated filaments or fibers with a sheath, these elements being able to transmit light over long straight or curved sections. As a suitable optical filamentary plastic material capable of being used in the practice of the present invention, there may be mentioned that which is described in British Patent No. 1,037,498 to Du Pbnt, which is entitled "Light Transmitting Filaments. ". The method of the present invention can be used to shield with a sheath an optical filamentary plastic of any composition and of any diameter.
Two general types of garage processes are known in the art: pressure type extrusion processes and duct type processes. Each process has been found to be of little value in producing light guides in which the optical filamentary plastics material is satisfactorily tightly sheathed and in which the sheath is round.
The most serious problem that arises when sheathing an optical filamentary plastic is that many of the filamentous materials available
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are presently heat sensitive at temperatures above 13000, In extrusion sleeving processes the extrudable sleeving material is at a temperature which is well above 130 C inside of the extruder. Also, if the sheathing material remains in prolonged contact with the plastic filaments within the extruder, degradation occurs.
In a pressure type extrusion process, the optical filamentary material is subjected to the high temperatures and pressures of the extrudable material for a period of time during which degradation of the filamentous material in question occurs. The maximum temperature limit which the filamentous material can withstand is therefore largely exceeded. In addition, the pressure type extrusion process cannot be used to sheath a multiple strand or bundle of filamentary material because the bundle is not round and could possibly not seal the exit end. of the filament guide inside the extruder so that extrudable material could leak into the filament guide.
In a tube or sheath extrusion process, the main problem which arises is the following; when extruding the plastic tube, the inside diameter of the tube is larger than the outside diameter of the filamentary material, so the fit is loose. It is important that the filaments are held securely at each end of the light guide in order to capture and transmit light effectively. In light guides with loose sheaths, it is necessary that the ends be
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specially treated by coating or by pinching to immobilize them.
This problem can be reduced to some extent by stretching the sheath as it is pulled around the filamentary material, but this creates tension in the sheath; which cannot be reduced in a production line due to the low heat tolerance of the plastic filamentary material. As a result of these stresses, the sheath may subsequently contract when brought to a certain temperature in use, thus leaving the filamentary material bare and possibly giving the light guide a twisted appearance. There is another problem; the sheath, when stretched, takes the shape of the bundle, which can vary from oval to round shape or from square to flat shape.
The resulting irregularity in cross-section of the light guides causes great difficulty when passing through automatic cutting machines and machines used for crimping fittings on the light guides.
The method of the present invention provides a high quality, continuous, plastic coated optical plastic light guide in which the optical filamentary plastic is tightly encased in the protective sheath. The process consists of extruding onto the filamentary plastic a protective plastic sheath of an internal diameter normally smaller than the external diameter of the filamentous material. The optical filamentous material may be in the form of a single optical filament or a bundle of such filaments.
The invention will be better understood in the light of the following description made with reference to the accompanying drawings in which;
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Figure 1 shows a schematic end elevational view of an extruder angle head; Figure 2 shows a sectional view on a larger scale of Figure 1 along line 2-2; Figure 3 (A) shows a sectional view, on an enlarged scale, of the die and the filament guide of Figure 2, during the production of a plastic sheath for coating the filamentous material; Fig. 3 (B) shows the sectional view of the spinneret and filament guide of Fig. 3 (A), as a bundle of optical filaments is fed through the filament guide;
Figure 3 (C) shows the sectional view of the die and filament guide of Figure 3 (B), the bundle of optical plastic filaments completely filling the plastic sheath; Figure 4 shows an enlarged cross-sectional view of a bundle of plastic optical filaments; and Fig. 5 shows an enlarged cross-sectional view of the finished light guide according to the invention, in which the bundle of optical plastic filaments is sheathed in a protective plastic coating.
Reference is now made to the drawings; FIG. 2 shows an extruder square head 1 comprising a structure delimiting an extrudate chamber 6, a circular die 4 at one end of the chamber and a tubular filament guide 12 which extends in the longitudinal direction inside the chamber. Figure 4 shows an outer face 8 and an inner face whose surface 9 converges uniformly
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and which ends in the face 8 of the die to form an orifice 2.
The filament guide 12 carries threads 19 intended to cooperate with a fixed nut 22; this filament guide can be adjusted along its longitudinal axis which intersects the center of the orifice 2, by screwing the filament guide into the fixed nut or by unscrewing it. the guide can then be locked in place by tightening the locking nut 20, which is separated from the fixed nut 22 by an adjusting washer 21.
Any other conventional filament guide adjustment device could also be used. The tubular filament guide 12 has a filament outlet 14 which communicates with the extradate chamber 6 and which is recessed vis-à-vis the face of the die, a filament inlet 15 which communicates with atmosphere, and a tube 18 which longitudinally divides the interior of the filament guide into an inner chamber 17 and a concentric outer chamber 16.
The tube 18 is perforated with 13 holes which allow the chambers
16 and 17 to communicate. Chamber 16 is connected to a source of suction (not shown) through valve 24 to produce a vacuum within internal chamber 17 by removing air from chamber 16 at a rate slightly faster than 1. air does not enter chamber 17 through inlet 15.
As shown in Fig. 3 (A), the molten extrudate is received by chamber 6 from an extruder not shown, and the extrudate flows around the conical end at the yarn guide 12 and exits through the extruder. The orifice 2 in the form of a sheath or a tube 11. The filament guide 12 is fitted longitudinally to the lower part of the extrudate chamber so that the exit orifice is recessed against from face 8 of the die by a sufficient distance / to produce a diameter
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internal which is less than the external diameter of the optical filament material which is to be coated with the cladding.
The filamentary material in the form of a bundle 10 of optical filaments is passed through the internal chamber 17, i.e., into the tube 18 of the filament guide 12 and into the sheath. 11 so as to encroach on the material of this sheath, as shown in Figure 3 (B).
By continuing to pass bundle 10 through filament guide 12 and continuing to extrude sleeve 11, the entire interior of the sleeve is occupied by the bundle, as shown in Fig. 3 (C).
The encroachment corresponds to the difference between the external diameter of the bundle 10 and the normal internal diameter, that is to say, unoccupied of the sheath 11. By making this encasement inside the die, one causes the molten extrudate to enter the bundle, thereby immobilizing the individual filaments of the bundle. This encroachment also produces reverse pressure within the die, which tends to press the molten mass rearward into the outlet of the filament guide which, in turn, does not form a tight seal. with the beam 10 due to the irregular cross section of the latter.
This backward flow of the molten extrudate is avoided by providing a setback distance between the outlet end of the filament guide and the outer face of the die, small enough so that reverse pressure is not established. likely to cause retrograde flow. In general, the encroachment, calculated by the following formula:
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in percent, will be between 6 and 40%, preferably between 15 and 28%. The proximity of the outlet of the filament guide 12 vis-à-vis the face 8 of the die under normal operating conditions makes it possible to sheath the bundle without degradation.
The vacuum created inside the filament guide 12 maintains the intimate contact between the bundle 10 and the sheath 11 made inside the spinneret when the sheathed tubular-shaped bundle leaves the spinneret 4. The vacuum also improves. the penetration of the molten extrudate into the bundle within the die to increase the impingement seal. Furthermore, the vacuum produces a cooling effect on the bundle and on the tube 18 which conveys the filaments.
The intimate contact between the bundle 10 and the sheath 11 obtained inside the die dispenses with the need to stretch the liner to any significant degree once it has left the die. Stresses are therefore not created in the cladding to such an extent that these stresses can subsequently, in service, be reduced, causing twisting of the light guide and relative displacement between the optical filaments and the cladding.
The optical filamentary material which is to be sheathed by the process of the present invention may be in the form of a single filament or of a bundle of these filaments, i.e., of several filaments. extending close to each other. In general, the filaments of the bundle will be untwisted from each other, so that a bundle of irregular cross-section is obtained, making the problem of the retrograde flow of the molten extrudate parti- particularly acute.
However, this problem is overcome by the
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method of the present invention,
Figure 4 shows a cross section of a typical bundle 10 of untwisted optical filaments 30, which may be fed into the filament guide 12 for sheathing in accordance with the present invention. Figure 4 also shows the irregularity of the cut. transverse beam.
In Figure 5, the bundle 10 of Figure 4 is shown tightly sheathed in a protective plastic sheath 11 applied in accordance with the present invention.
The contour of the cross-section (outer surface) of the sheath 11 is round, despite the irregular contour of the bundle 10. The sheath 11 has penetrated into the bundle 10 thus causing the immobility of its filaments to each other. from others and vis-à-vis the sheath, for practical purposes. In addition, the beam 10 is well centered inside the sheath.
As suitable materials which can be used for sheathing an optical filamentary material by the process according to the present invention, any material extrudable in the form of a sheath can be used under the conditions mentioned above without degradation. of the particular filamentous material used as a core, and capable of protecting the filamentous material. The cladding material should be non-reactive to the optical filamentary material during cladding and during its subsequent use, i.e. the optical quality of the filamentary material should not be affected disadvantageously.
Examples of suitable sheathing materials include natural and synthetic rubber and polymers and copolymers of alpha-monoolefins, such as polyethylene (preferably low or medium specific gravity) and polyethylene.
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polypropylene, as well as polymers and copolymers of vinyl chloride containing non-migrating plasticizers,
Preferably, the converging surface 9 of the die 4 ends on the face 8 of the die, as shown in Figure 2,
so that the outlet end of the filament guide 12 can be disposed as close as possible to the face 8 of the die while being, however, recessed vis-à-vis the latter to achieve Item- normal base between the sheath 11 and the optical filamentary material. A small area delimiting the orifice 2 may be present between the face 8 of the die and the converging surface in order to minimize wear of the orifice. The greater this range, the greater the reverse pressure. Therefore, in order to carry out the method of the invention, as small a range as possible should be used.
For example, a range of up to 0.51 mm in width (distance between the face of the die at the orifice and the converging surface at the orifice) can be used, resulting in an orifice of corresponding length.
The outer diameter of the filamentous material of irregular transverse shape can be viewed as the outer diameter of a substantially circular equivalent area. The internal diameter of the sheath can be considered as the internal diameter obtained when the sheath is deformed to have a circular cross section.
Examples
A number of tests were carried out according to the following general process; an adjustable filament guide and a die designed and produced as described above have
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been installed in a standard extruder square head so that the outlet of the filament guide is recessed against the face of the die to produce an extruded sleeve with a diameter internal smaller than the external diameter of the optical filament material to be coated.
The filament guide has been adjusted longitudinally to vary the encroachment and thickness of the sheath. Then, the optical filament material was fed into the filament guide and was coated with the sheath. The details of these tests are given in the following table.
The optical filamentary material of tests 1 to 13 consisted of polymethyl methacrylate sheathed in a fluoroalkylated methacrylate polymer, as described in British Patent No. 037,498, and in test 14 it was polystyrene coated in polymethyl methacrylate.
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TABLE (- (Materials)
EMI12.1
<tb> Filamentous <SEP> material <SEP> optical <SEP> <SEP> material of <SEP> sheathing
<tb> Test <SEP> Number <SEP> of <SEP> Diameter <SEP> of <SEP> External <SEP> diameter <SEP> Material <SEP> Density <SEP> Index <SEP> of <SEP> Hardness <SEP > from
<tb> n <SEP> filaments <SEP> filaments <SEP> (mm) <SEP> of the <SEP> bundle <SEP> fusion <SEP> to <SEP> durometer
<tb> (mm) <SEP> 23 C
<tb> 1 <SEP> 16 <SEP> 0.25 <SEP> 1.14 <SEP> Chloride <SEP> of <SEP> 1.20- <SEP> scale <SEP> A, <SEP> 82
<tb> polyvinyl <SEP> (1)
<tb> 2 <SEP> 16 <SEP> 0.25 <SEP> 1.14 <SEP> Chloride <SEP> of <SEP>:
<tb> polyvinyl <SEP> (1) <SEP> 1.20 <SEP> - <SEP> scale <SEP> A, <SEP> 82
<tb> 3 <SEP> 32 <SEP> 0.25 <SEP> 1.65 <SEP> Chloride <SEP> of
<tb> polyvinyl <SEP> (2) <SEP> 1.37 <SEP> - <SEP> scale <SEP> C, <SEP> 79
<tb> 4 <SEP> 16 <SEP> 0.25 <SEP> '<SEP> 1.14 <SEP> Polyethylene <SEP> 0.917 <SEP> 4.0
<tb> 5 <SEP> 16 <SEP> 0.25 <SEP> 1.14 <SEP> Polyethylene <SEP> 0.917 <SEP> 4.0 <SEP> -
<tb> 6 <SEP> 16 <SEP> 0.25 <SEP> 1.14 <SEP> Polypropylene <SEP> 0.905 <SEP> 4.8-
<tb> 7 <SEP> 16 <SEP> 0.25 <SEP> 1.14 <SEP> Polypropylene <SEP> 0.905 <SEP> 1.5 <SEP> -
<tb> 8 <SEP> 48 <SEP> 0.25 <SEP> 2.03 <SEP> Polyethylene <SEP> 0.930 <SEP> 3.0-
<tb> 9 <SEP> 64 <SEP> 0.25 <SEP> 2.34 <SEP> Polyethylene <SEP> 0.930 <SEP> 3.0-
<tb> 10 <SEP> 32 <SEP> 0.25 <SEP> 1.65 <SEP> Chloride <SEP> of
<tb> polyvinyl <SEP> (1) <SEP> 1.20- <SEP> scale <SEP> A, <SEP> 82
<tb> 11 <SEP> 4 <SEP> 0,
51 <SEP> 1.19 <SEP> Polyethylene <SEP> 0.930 <SEP> 3.0-
<tb> 12 <SEP> 1 <SEP> 0.51 <SEP> 0.51 <SEP> Polyethylene <SEP> 0.930 <SEP> 3.0 <SEP> -
<tb> 13 <SEP> 1 <SEP> 0.76 <SEP> 0.76. <SEP> Polyethylene <SEP> 0.930 <SEP> 3.0 <SEP> -
<tb> 14 <SEP> 16 <SEP> 0.25 <SEP> 1.14 <SEP> Polyethylene <SEP> 0.930 <SEP> 3.0-
<tb>
1 Synthetic rubber type plasticizer consisting of polymerized acrylonitrile 2 Polymerized polyester type plasticizer.
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EMI13.1
<tb>
Test <SEP> temp. <SEP> of <SEP> fu- <SEP> Speed <SEP> of <SEP> Thickness <SEP> Diameter <SEP> of <SEP> gauge <SEP> of <SEP> gauge <SEP> of <SEP> <SEP> empty
<tb> n <SEP> sion <SEP> of <SEP> the <SEP> sheathing <SEP> li- <SEP> of <SEP> the <SEP> groin <SEP> produces <SEP> orifice <SEP> orifice <SEP> tement <SEP> (kg / m2)
<tb> material <SEP> from <SEP> neary (mè- <SEP> (mm) <SEP> (mm) <SEP> from <SEP> exit <SEP> from <SEP> the <SEP> fi- <SEP > (mm)
<tb> sheathing <SEP> very <SEP> by <SEP> of the <SEP> guide- <SEP> die
<tb> (C <SEP>) <SEP> minute) <SEP> - <SEP> filament.
<SEP> @
<tb> (mm)
<tb> 1 <SEP> 147 <SEP> 27 <SEP> 0.51 <SEP> 2.18 <SEP> 1.40 <SEP> 2.18 <SEP> 0.25 <SEP> 2420
<tb> 2 <SEP> 150 <SEP> 90 <SEP> 0.51 <SEP> 2.18 <SEP> 1.40 <SEP> 2.18 <SEP> 0.25 <SEP> 2420
<tb> 3 <SEP> 167 <SEP> 30 <SEP> 0.51 <SEP> 2.79 <SEP> 1.93 <SEP> 2.79 <SEP> 0.36 <SEP> 2580
<tb> 4 <SEP> 150 <SEP> 15 <SEP> 0.51 <SEP> 2.24 <SEP> 1.40 <SEP> 2.18 <SEP> 0.25 <SEP> 2580
<tb> 5 <SEP> 152 <SEP> 32 <SEP> 0.51 <SEP> 2.18 <SEP> 1.40 <SEP> 2.18 <SEP> 0.25 <SEP> 2580
<tb> 6 <SEP> 199 <SEP> 30 <SEP> 0.51 <SEP> 2.18 <SEP> 1.40 <SEP> 2.18 <SEP> 0.25 <SEP> 2070
<tb> 7 <SEP> 192 <SEP> 34 <SEP> 0.51 <SEP> 2.18 <SEP> 1.40 <SEP> 2.18 <SEP> 0.25 <SEP> 2420
<tb> 8- <SEP> 163 <SEP> 34 <SEP> 0.51 <SEP> 3.02 <SEP> 2.28 <SEP> 3.04 <SEP> 0.46 <SEP> 2760
<tb> 9 <SEP> 159 <SEP> 40 <SEP> 0.51 <SEP>.
<SEP> 3.30 <SEP> 2.66 <SEP> 3.17 <SEP> 0.51 <SEP> 5620
<tb> 10 <SEP> 140 <SEP> 24 <SEP> 0.38 <SEP> 2.54 <SEP> 1.93 <SEP> 2.61 <SEP> 0.36 <SEP> 3450
<tb> 11 <SEP> 157 <SEP> 61 <SEP> 0.51 <SEP> 2.24 <SEP> 1.40 <SEP> 2.18 <SEP> 0.25 <SEP> 5170
<tb> 12 <SEP> 181 <SEP> 47 <SEP> 0.25 <SEP> 1.02 <SEP> 0.76 <SEP> 1.34 <SEP> 0.13 <SEP> 2690
<tb> 13 <SEP> 150 <SEP> 53 <SEP> 0.71 <SEP> 2.18 <SEP> 1.14 <SEP> 2.18 <SEP> 0.13 <SEP> 5580
<tb> 14 <SEP> 163 <SEP> 42 <SEP> 0.51 <SEP> 2.18 <SEP> 1.40 <SEP> 2.18 <SEP> 0.25 <SEP> 4410
<tb>