FR2600937A1 - Procede de fabrication de fibres optiques polymeres mettant en oeuvre une preforme partiellement et preforme partielle - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN PROCEDE DE FABRICATION DE FIBRES OPTIQUES POLYMERES CONSTITUEES D'UN COEUR EN MATERIAU POLYMERE ET D'UNE GAINE EN MATERIAU POLYMERE, CARACTERISE EN CE QU'IL COMPORTE AU MOINS LES ETAPES SUCCESSIVES SUIVANTES:A.ON PREPARE UN BARREAU DE COEUR EN MATERIAU POLYMERE;B.ON ENDUIT LE BARREAU AINSI PREPARE D'UN PREPOLYMERE DE PREGAINAGE ET ON POLYMERISE POUR OBTENIR UN BARREAU DE COEUR PREGAINE, OU PREFORME PARTIELLE 11;C.ON FIBRE LA PREFORME PARTIELLE;D.ON GAINE LA FIBRE PREGAINEE 13 AINSI OBTENUE. ELLE CONCERNE EGALEMENT LES PREFORMES PARTIELLES POUR LA MISE EN OEUVRE DU PROCEDE.

Description

La présente invention concerne un procédé de fabrication de fibres optiques polymères (FOP) constituées d'un coeur en matériau polymère et d'une gaine en matériau polymère, ainsi que des préformes partielles.

I1 existe actuellement différentes catégories de procédé mettant en oeuvre des monomères en vue de produire des fibres optiques polymères et des polymères ou prépolymères pour le gainage de celles-ci.

Dans une première catégorie de procédés, on réalise la polymérisation en masse du monomère.

Dans le procédé NTT (brevet FR-A-2 493 997) par exemple, la polymérisation a lieu dans un réacteur de polymérisation en masse, et on réalise le fibrage en continu. On gaine la fibre par passage dans une filière pour polymère fondu.

Dans le procédé MITSUBISHI (brevet EP-A-0098578), on réalise une extrusion à la sortie du réacteur de polymérisation puis la fibre passe dans un double creuset en vue du cofilage pour obtenir également une fibre gainée.

Dans une seconde catégorie de procédés, le monomère du coeur est polymérisé sous forme de barreau avant le fibrage. Le barreau est enduit pour donner une préforme qui est ensuite fibrée.

Ainsi dans le procédé CEA (brevet FR-A-2 533 709), on réalise d'abord un barreau polymérisé que l'on enduit d'une gaine que l'on fait sécher et que l'on fibre ensuite.

Dans le procédé CNET (brevet FR-A-2 557 495), on réalise la polymérisation d'un barreau autour duquel on moule une gaine que l'on polymérise pour obtenir une préforme qui est ensuite fibrée.

Selon une solution intermédiaire entre ces deux catégories de procédés, on peut dans un premier temps réaliser la polymérisation du monomère de coeur sous forme d'un barreau qui est alors extrudé, par exemple dans une extrudeuse à piston, l'extrudat étant ensuite revêtu par la gaine optique (brevet DU PONT DE NEMOURS FR-A-2 405 806).

Cependant, le procédé DU PONT DE NEMOURS présente l'inconvénient de ne pas pouvoir produire des fibres de bonne qualité optiques du fait de la non-protection du barreau lors de l'extrusion. En particulier, l'usure du fourreau de l'extrudeuse conduit à une augmentation très sensible des teneurs en métaux, ce qui aggrave les pertes optiques de la fibre.

Les procédés mettant en oeuvre une préforme ou barreau gainé évitent cet inconvénient, mais augmentent considérablement le coût de la fibre du fait du nombre de manipulations supplémentaires et de la durée d'enduction de la gaine (CEA) ou de polymérisation de la gaine sur le barreau de coeur (FR-A-2 557 495)
La présente invention remédie à ces inconvénients en proposant une procédé mettant en oeuvre un barreau, qui est protégé, avant le fibrage, par une couche de prégainage, le barreau prégainé étant appelé préforme partielle. Ce procédé permet d'éviter les inconvénients du procédé
DU PONT DE NEMOURS et est d'une mise en oeuvre moins délicateque le procédé à partir d'une préforme moulée (CNET) ou moins longue qu'un procédé à partir d'une préforme à gaine séchée (CEA).

Ainsi la présente invention concerne un procédé de fabrications de fibres optiques polymères constituées d'un coeur en matériau polymère et d'une gaine en matériau polymère, caractérisé en ce qu'il comporte au moins les étapes successives suivantes
a) on prépare un barreau de coeur en matériau polymère
b) on enduit le barreau ainsi préparé d'un prépolymère de prégainage et on polymérise pour obtenir un barreau de coeur prégainé, ou préforme partielle.

c) on fibre la préforme partielle polymérisée,
d) on gaine la fibre prégainée ainsi obtenue.

Le prégainage partiel permet de protéger le barreau de coeur pendant la fabrication de la fibre, le gainage étant ensuite terminé sur la fibre.

Selon l'invention, on peut obtenir des FOP aux qualités optiques excellentes par un procédé moins long, moins délicat et moins coûteux que les procédés antérieurement décrits.

Pour réaliser la première étape qui consiste à préparer un barreau de coeur en matériau polymère, on utilise toute technique usuelle permettant d'obtenir un barreau de coeur cylindrique.

Ces méthodes usuelles, ainsi que les matériaux utilisables sont ceux qui sont gdnéralement employés pour la réalisation de FOP dans la technique antérieure. On citera à titre de simple illustration les méthodes et matériaux décrits dans les brevets FR-A-2 557 495 et FR-A2 405 807.

La seconde étape consiste à enduire d'une couche de protection et ainsi obtenir une préforme partielle. On peut utiliser pour cette opération tout dispositif d'enduction permettant d'enduire de façon homogène toute la surface extérieure du cylindre. On immerge tout ou partie du barreau en rotation horizontalement autour de son axe dans un bain de prépolymère de prégainage et on égoutte le barreau enduit. On peut en particulier utiliser un banc d'enduction où le barreau placé horizontalement audessus d'un bain de prépolymère de gainage, peut être immergé tout ou partie dans ce bain ; ce banc est muni de moyens de fixation du barreau durant l'enduction, ces moyens étant capables de transmettre au barreau un mouvement de rotation autour de son axe. Il est muni en outre d'un moteur de préférence continu qui permet de faire tourner le barreau indépendamment dans les deux sens de rotation.Le moteur est choisi de façon que la vitesse de rotation soit réglable, entre quelques tours et quelques dizaines de tours par minute. Le niveau du bain de prépolymère est de préférence réglable, pour faciliter la mise en place des barreaux. On peut également prévoir un bain à hauteur fixe et des moyens pour faire descendre le barreau au niveau du bain au moment de l'enduction.

Durant l'enduction, la vitesse de rotat-ion doit être d'autant plus grande que la viscosité de prépolymère est importante. Par exemple, lorsque la viscosité est comprise entre 5 et 20 Pa.s, la vitesse de rotation est choisie entre 5 et 20 tours/min.

De préférence, le barreau est mis en rotation avant d'être plongé dans le bain de prépolymère de prégainage. Le barreau est sorti du bain et égoutté par tout moyen garantissant une répartition homogène de prépolymère sur sa surface, par exemple égoutté par rotation.

Afin d'effectuer la polymérisation du prépolymère, on peut prévoir au-dessus du banc d'enduction un dispositif de polymérisation qui dépend du mode de polymérisation du prépolymère.

De préférence, selon l'invention, le barreau est poli avant son enduction, afin de préparer sa surface et garantir une enduction homogène. Comme agent de polissage, on peut utiliser par exemple de l'oxyde de Cérium pulvérulent et de l'eau.

Afin de faciliter la fixation sur le banc d'enduction et/ou son fibrage ultérieur, le barreau est de préférence préalablement usiné en ses deux extrémités, de façon compatible avec des moyens de fixation du barreau dont est pourvu les bancs d'enduction, et/ou de façon compatible avec le dispositif de fibrage où la préforme partielle est mise en place ultérieurement.

Selon l'invention, comme prépolymère da prégainage, on peut choisir tout prépolymère ou précopolymère usuel pour le gainage de fibre optique et/ou de barreau, tels qu'ils sont décrits en particulier dans les brevets ou demandes de brevets EP 128516, EP 128517, EP 164019,
FR 2 567 653 et US 4 530 569, cités ici à titre de simple référence. Par précopolymère, on entend un mélange de prépolymère s donnant lieu à un copolymère après polymérisation.

Ainsi, selon l'invention, comme prépolymère de prégainage, on peut utiliser un prépolymère à base de prépolymère du type méthacrylate d'ester fluoré. Ce prépolymère peut contenir seulement du méthacrylate, mais peut aussi contenir d'autres précopolymères du type monomères acryliques ou méthacryliques. Comme exemple de méthacrylate d'esters fluorés, on peut citer les prépolymères dont l'unité de base est

où R F est un radical alcoyle fluoré, par exemple -C2H4-C6F13.

Ce type de prépolyrnère est polymérisé par rayonnement UV. Dans ce cas, le dispositif prévu au-dessus du banc est une source d'UV.

Avec ce type de polymère, la photopolymérisation est effectuée en moins d'une heure environ.

Bien que ce type de prépolymère soit préféré, on peut également utiliser d'autre prépolymères, à condition que le polymère résultant ait les caractéristiques mécaniques et rhéologiques compatibles avec l'enduction et également les caractéristiques optiques requises pour une gaine optique.(Ainsi, ce polymère résultant a de préférence un indice de réfraction de l'ordre de 1,40. D'autres dispositifs de polymérisation peuvent alors être prévus.

La prépolymérisation,selon la nature du prépolymère, peut être réalisée en réacteur thermique ou photochimiquement, éventuellement parallèlement aux opérations de préformage partiel et de fibrage.

La préforme-partielle obtenue est donc constituée d'un barreau de coeur portant une couche de prégainage ayant une épaisseur de l'ordre de 200 à 500 ssm. Cette épaisseur trop faible pour constituer la totalité de la gaine sur la fibre résultante après fibrage est cependant suffisante pour protéger le coeur durant le fibrage. La préforme partielle ainsi obtenue est beaucoup moins longue à réaliser qu'un préformage total.

Les étapes suivantes sont le fibrage et l'enduction de la fibre prégainée. Ces étapes peuvent être réalisées par différentes méthodes par exemple le filage ou l'extrusion, suivie ou accompagnée d'une ou plusieurs étapes successive d'enduction.

tes dispositifs utilisables seront décrits plus en détail ci-après.

Les matériaux utilisés pour l'enduction en vue du gainage final sont usuels pour les FOP, c'est-à-dire divers polymères ou prépolymères identiques ou différents du prépolymère utilisé pour réaliser la préforme.

Dans le cas d'enductions successives, les matériaux peuvent également être identiques ou différents à chaque étape.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée et sur les dessins annexés.

La figure 1 est une représentation schématique d'enduction utilisable selon l'invention.

Les figures 2 et 3 représentent schématiquement des exemples de ligne de fabrication de FOP à partir d'une préforme partielle.

Dans le mode particulier de réalisation présenté à la figure 1, le barreau 1 placé horizontalement est animé d'un mouvement de rotation à l'aide d'un moteur continu 2. Le barreau 1 est adapté à deux moyens 3, 3' de fixation et de transmission du mouvement, ici du type mandrin-centre.

La hauteur du bain 4 de prépolymère placé sous le barreau 1 est variable et est réglée grâce à un dispositif élévateur 5, ici articulé, ce qui permetd'effectuer les différentes étapes de mise en place du barreau, d'enduction, d'égouttage et d'enlèvement du barreau. Le dispositif 6 émetteur d'UV placé au-dessus permet la photopolymérisation du prépolymère après l'enduction, et l'égouttage.

Un écran 7 est prévu entre le dispositif émetteur 6 et le bain 4 pour protéger celui-ci durant la polymérisation.

La figure 2 représente un exemple de ligne de fabrication de FOP à partir d'une préforme partielle selon l'invention, fabrication qui sera décrite plus en détail dans l'exemple suivant.

Sur cette figure, apparaît la préforme Partielle, 11, que l'on fibre soit dans un four 12 résistif ou à lampe.

La fibre 13 prégainée passe alors dans un dispositif d'enduction comme une filière chauffante pressurisée 14 ; la fibre gainée 15 est alors stockée sur un enrouleur 16, étant préalablement tendue par un cabestanl7;la vitesse d'enroulement est réglée par le régulateur de tension 18. Sur cette figure apparaissent également des mesureurs de diamètre 19, 19' qui permettent le contrôle du diamètre de la fibre.

Cette figure ne représente cependant qu'une variante du procédé selon l'invention. Ainsi, selon une autre variante représentée à la figure 3, la préforme partielle 21 fibrée dans une extrudeuse à piston 22.

La fibre 23 prégainée passe dans cette variante dans une filière 24, la fibre enduite de prépolymère réticulable aux UV passant ensuite dans un dispositif 25 de polymérisation aux UV, par exemple une lampe UV pour laquelle les IR sont filtrés entre la fibre et la lampe par un dispositif bicylindrique 26 à circulation d'eau. L'ensemble des dispositifs 25 et 28 constitue un dispositif d'exposition aux UV froids. La fibre gainée 27 est alors stockée sur un enrouleur 28, étant préalablement tendue par un cabestan 29 ; la vitesse d'enroulement, c'est-àdire aussi les vitesses de tirage et d'enduction est réglée par un régulateur de tension 30. Le diamètre de la fibre prégainée 23 et de la fibre gainée 27 sont contrôlés par les mesureurs de diamètre 31 et 31'.

De plus, selon d'autres variante de l'invention, le dispositif d'enduction placé sur la ligne après le dispositif de fibrage peut être un dispositif d'enduction par extrusion, avec une filière annulaire, de polymere de gainage à l'état fondu, ou encore tout dispositif usuel d'enduction de polymère ou de prépolymère polymérisable ou réticulable. Dans ce dernier cas, après l'enduction, la fibre passe devant un dispositif de polymérisation ou de réticulation.

Comme on l'a décrit ci-dessus, il est également possible de déposer la gaine en couches successives c'est-àdire grâce à plusieurs dispositifs d'enduction et éventuellement de polymérisation disposés en ligne, chacun des dispositifs d'enduction enduisant chacun la fibre d'une couche de polymère, les polymères successifs pouvant être semblables ou différents.

Dans le cas d'un gainage par couches successives, il peut être utile de disposer entre chaque dispositif de gainage un mesureur de diamètre.

EXEMPLE
Le barreau de coeur est réalisé à partir de monomère purifié selon le brevet FR-A-2 557 495. Le monomère MMA (méthacrylate de méthyle) et les réactifs, à savoir 0,5 % en mole de phényl-1-hydroxy-2-méthyl-2 propanon, comme photoinitiateur, et 0,02 mole/l de n-butyl-mercaptan comme agent de transfert, sont introduits du condenseur de purification dans un tube réacteur de 35 cm de long et de 21 mm de diamètre, après que ce tube ait été lavé par du monomère pur selon le procédé précité.

Le tube est scellé sous vide après deux'dégazages cryogéniques et placé dans un bain d'eau courante irradié par une lampe UV 365 nm de longueur d'onde ( la puissance UV à cette longueur d'onde, devant le dispositif de polymérisation est de l'ordre de 0,1 mW/cm2 ).

La durée de la polymérisation est de 15 heures au bout de laquelle un barreau de polyméthacrylate de méthyle de 30 cm de long est démoulé. Il est ensuite poli avec par exemple de l'oxyde de Cériunpulvérulent et de l'eau. Les bouts du barreau sont usinés pour être mis ensuite sur le banc d'enduction. Le barreau en rotation à 10 tours par minute est trempé dans le bain de prépolymère. On utilise par exemple un prépolymère dont les unités de base ont la formule

dont le polymère a un indice de réfraction d'environ 1,40 + 0,02.

On égoutte alors en rotation, avant de photopolymériser sous une lampe U.V. (365 nm) ; le système d'enduction est en fonctionnement sous atmosphère d'azote afin que la polymérisation du prépolymère puisse s'effectuer.

Pendant la polymérisation, on protège le bain par un écran.

L'exposition aux UV dure une heure à la suite de quoi l'épaisseur de la couche polymérisée est de l'ordre de 200 à 300 m.

La préforme partielle est ensuite placée dans le dispositif de fibrage. La fibre obtenue passe dans une filière qui contient du polymère méthacrylate d'ester fluoré cité plus haut à l'état fondu, sous une pression de quelques bars de gaz inerte qui permet d'enrober la fibre pour compléter la couche de gaine optique. Ce système permet entre autre de réaliser des gaines optiques beaucoup plus épaisses que celles des procédés antérieurs.

Après la filière, la fibre passe sur un cabestan, puis dans un dispositif de régulation de tension avant d'être enroulé sur un tambour de stockage.

Dans cet exemple précis, la fibre issue du four a un diamètre de 400 ssm environ après la filière, le diamètre final est de 700 ssm. La vitesse de descente préforme dans le four résistif utilisé est de 4 mm/min, la vitesse ducabestaideîî m/min. La fibre obtenue a une atténuation de 200 dB/km à 0,65 m.

Claims (14)

REVENDICATIONS

1. Procédé de fabrication de fibres optiques polymères constituées d'un coeur en matériau polymère et d'une gaine en matériau polymère, caractérisé en ce qu'il comporte au moins les étapes successives suivantes a) on prépare un barreau de coeur en matériau polymère b) on enduit le barreau ainsi préparé d'un prépolymère de

prégainage et on polymérise pour obtenir un barreau de

coeur prégainé, ou préforme partielle, c) on fibre la préforme partielle, et d) on gaine la fibre prégainée ainsi obtenue.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'à l'étape b) on enduit le barreau en immergeant tout ou partie du barreau en rotation horizontalement autour de son axe dans un bain de prépolymère de prégainage, on égoutte le barreau enduit, et on polymérise.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on réalise laprépolymérisation du prépolymère thermiquement et/ou photochimiquement.

4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on fibre la préforme par filage ou extrusion.

5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la préforme partielle est fibrée dans un four résistif, dans un four à lampe, au moyen d'une extrudeuse à piston.

6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le gainage de la fibre prégainée est réalisée par enduction avec un polymère de gainage à l'état fondu et/ou par enduction par un prépolymère polymérisable ou réticulable, dans un ou plusieurs dispositifs successifs à la sortie du dispositif de fibrage.

7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le fibrage est réalisé dans une extrudeuse, avec une filière annulaire, ou une filière chauffante pressurisée.

8. Procédé selon les revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que lton polymérise et/ou on réticule le prépolymère par exposition aux UV, notamment les UV froids.

9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'on enduit le barreau d'une couche de prégainage ayant une épaisseur de l'ordre de 200 à 500 clam.

10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'avant l'enduction de l'étape b), on poli la face latérale du barreau et on usine ses deux extrémités en vue de sa fixation sur un dispositif d'enduction et de son fibrage ultériéur.

11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le prépolymère de prégainage résulte en un polymère d'indice de réfraction égal à environ 1,40.

12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le prépolymère de prégainage est à base de prépolymère du type méthacrylate d'ester fluoré ayant pour unité de base

où -RF est un radical alcoyle fluoré, de préférence -C2H4-C6F13.

13. Préforme pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisée en en ce qu'elle est constituée d'un barreau de coeur en matériau polymère recouvert d'une couche de polymère ou prépolymère depre'qannaaed'une épaisseur de l'ordre de 200 à 500 Am.

14. Préforme selon la revendication 13, caractériséeen ce que ses extrémités sont usinées en vue de la fixation dans un dispositif d'enduction et de son fibrage ultérieur.