WO1999013368A1 - Cable a fibres optiques de structure composite compacte - Google Patents

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WO1999013368A1
WO1999013368A1 PCT/FR1998/001899 FR9801899W WO9913368A1 WO 1999013368 A1 WO1999013368 A1 WO 1999013368A1 FR 9801899 W FR9801899 W FR 9801899W WO 9913368 A1 WO9913368 A1 WO 9913368A1
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sheath
reinforced
cable according
polymer material
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Inventor
Christian Lagreve
Guy Levesque
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Acome Societe Cooperative De Travailleurs
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/44—Mechanical structures for providing tensile strength and external protection for fibres, e.g. optical transmission cables
    • G02B6/4401—Optical cables
    • G02B6/4429—Means specially adapted for strengthening or protecting the cables
    • G02B6/443—Protective covering
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/44—Mechanical structures for providing tensile strength and external protection for fibres, e.g. optical transmission cables
    • G02B6/4401—Optical cables
    • G02B6/4429—Means specially adapted for strengthening or protecting the cables
    • G02B6/443—Protective covering
    • G02B6/4432—Protective covering with fibre reinforcements
    • G02B6/4433—Double reinforcement laying in straight line with optical transmission element

Definitions

  • the present invention relates to a fiber optic cable whose compact composite structure is intended to produce extremely dense and light cables, economical and resistant.
  • Fiber optic cables, or optical cables are widely used in the field of long-distance communications and are increasingly competing with copper cables in the field of local telecommunications networks or in corporate networks. They allow light to be transmitted between two more or less distant sites and offer a transmission capacity which opens a new era of communication at very high speed for voice, data and images.
  • Optical cables must effectively protect optical fibers in order to maintain proper transmission of information.
  • they In the competition with copper media, however, they must also be very economical and be very easy to install. They must therefore be modular, compact, light, and have great ease of installation and connection.
  • the cost of the cable itself it is indeed the overall cost of the cable installed that must be competitive compared to conventional cables made with copper wires. If this cost quickly proved to be competitive for very high speed long distance links, the competition turns out to be much tougher for links in short distance local area networks, particularly in the face of the digitization of cables with symmetrical shielded pairs or no, likely to transmit over reasonable distances at high frequencies.
  • the small size of the optical fibers as well as the low expansion coefficient of the silica are at the origin of the great sensitivity of the optical fibers to mechanical and thermal aggressions.
  • patent application 093/24574 describes polymer blends comprising a liquid crystal polymer, a polymer matrix which can be a polyethylene terephthalate or a polybutylene terephthalate, and a compatibilizing agent which is a polymer containing reactive groups.
  • the reactive groups of the compatibilizer react with both the liquid crystal polymer and the polymer matrix to thereby improve compatibility between the matrix and the liquid crystal polymer.
  • the implementation of this mixture of polymers for the production of optical cables is complex since it requires a double extrusion.
  • the subject of the invention is therefore a fiber optic cable with a compact composite structure, characterized in that it comprises:
  • first sheath ensuring the packaging of the optical fiber or fibers and facilitating the extrusion of the second sheath
  • a second sheath made of an extrudable reinforced polymer material capable of providing the compact composite structure with a higher Young's modulus and a low coefficient of expansion
  • the invention has in fact been achieved thanks to the development and use of a particular reinforced polymer material, having physicochemical characteristics at least equal to those of the polymer alloys already known, and thanks to the combination of this particular material or alloy with on the one hand a first support layer facilitating the extrusion at very high speed of said alloy, and on the other hand a second outer layer substantially reducing the straw effect ' and providing ' the optical cable characteristics of the friction coefficient type adapted to economical laying techniques, such as blowing or pushing.
  • the coextrusion assembly thus produced leads to a composite cable structure of small dimensions, simpler, less costly than the currently existing structures, structure which can be possibly reinforced by a few load-bearing strands according to the desired tensile strength characteristics, l 'assembly obtained having performance at least equivalent to that of current optical cables.
  • optical cables which are the subject of the present invention can be obtained in any form, depending on the subsequent use envisaged, for example in the form of cylindrical cables or in the form of optical ribbons.
  • the extrudable reinforced polymer material used in the constitution of the second sheath comprises at least one liquid crystal polymer, at least one polymer giving said reinforced polymer material a high flexible flexural modulus, and at least one non-copolymer ' functional.
  • the reinforced extrudable polymeric material used for constituting the second sheath of the optical cable according to the invention comprises:
  • the proportion of liquid crystal polymer included in the reinforced extrudable polymer material is chosen to be between
  • any liquid crystal polymer can be used in the extrudable reinforced polymer material used in accordance with the invention.
  • liquid crystal polymer is an aromatic polyester or an aromatic polyamide polyester having the characteristics of liquid crystal polymers.
  • liquid crystal polymers are, for example, liquid crystal polymers sold under the trademark VECTRA ® B950, VECTRA ® A950,
  • VECTRA ® RD501 or those marketed by the Company
  • a liquid crystal polymer which is commercially available and which is a copolymer of hydroxynaphthoic acid and hydroxybenzoic acid, for example a liquid crystal copolymer of the brand VECTRA® A950, containing 23% by weight of hydroxynaphthoic acid and 77% by weight of hydroxybenzoic acid.
  • this liquid crystal polymer is preferably used in an amount ranging from approximately 20 to 60% and more preferably still from 30 to 50% by weight of the total weight of the reinforced polymer material.
  • the polymer giving said material a high flexural modulus is chosen from poly (C 1 -C 4 alkylene) terephthalates and polyamides, the copolymers comprising at least one poly (C 1 -C 4 alkylene) terephthalate block, used alone or in mixture.
  • Copolymers of which at least one block consists of poly (C ⁇ -C alkylene terephthalate, comprises, in addition to said poly (alkylene C ⁇ -C 4. tereptalate) block (s), polymer sequences of any kind, for example polyester, polyolefin, polyether, etc.
  • copolymers comprising at least one poly (C ⁇ ⁇ C alkylene) terephthalate block mention may be made of the copolymers marketed by the company DUPONT DE
  • poly (alkylene Ci-C 4) terephthalates or copolymers having at least one sequence is constituted by a poly (alkylene C: -C 4) terephthalate, in particular polybutylene terephthalate or polyethylene terephthalate or their mixed.
  • This polymer is used in amounts ranging from 25 to 85%, preferably from 25 to 65% and even more preferably from 40 to 65% by weight of the total weight of the reinforced polymer material.
  • non-functional copolymer any copolymer devoid of functional groups capable of reacting with the liquid crystal polymer and / or the polymer conferring a high flexural modulus.
  • the non-functional copolymer does not contain carboxy, anhydride, epoxy, oxazolino, hydroxy, isocyanate, acylacetate, or carbodimide groups.
  • It is a copolymer of ethylene / alkyl acrylate in C ⁇ _ 8 and in particular in C ⁇ -C or their mixtures.
  • an ethylene / butyl acrylate or ethylene / methyl acrylate copolymer, or a mixture thereof, is used.
  • This non-functional copolymer is used in an amount of 1 to 30%, preferably from 1 to 15% and even more preferably from 2 to 12% by weight of the total weight of the reinforced polymer material.
  • additives such as fillers, pigments and various substances conventionally used in the polymer technique can be added in order, for example, to facilitate the processing of the material.
  • the reinforced polymer material comprises:
  • liquid crystal polymer - approximately 60% by weight of liquid crystal polymer, - approximately 30% by weight of polybutylene terephthalate,
  • the reinforced polymer material is obtained by simple mixing of the various polymers used in the respective desired quantities.
  • the first sheath ensuring the packaging of the optical fiber or fibers and facilitating the extrusion of the second sheath made of the extruded reinforced polymer material described above can be made of any "technical" polymer, that is to say d a polymer having a relatively high flexural modulus such as polyethylene terephthalate or polybutylene terephthalate, polyamides, polypropylene or polycarbonate or a soft material of crosslinkable UV type, which makes it possible to improve the impact resistance, as well as the resistance to bending and which eliminates stresses on the fiber.
  • a polymer having a relatively high flexural modulus such as polyethylene terephthalate or polybutylene terephthalate, polyamides, polypropylene or polycarbonate or a soft material of crosslinkable UV type
  • the third sheath ensuring the external qualities of the cable can for its part be made with in particular polyvinyl chloride, polyethylene, or flame retarded polyolefins as well as fluorine-type materials.
  • the composite structure of compact optical cable which is the subject of the invention therefore comprises a first sheathing of one or more fibers, the fibers retaining little freedom in the tube thus produced by extrusion of a thermoplastic material, then the implementation by extrusion of the reinforced polymer material and in tandem covering it with a very thin sheath intended to limit the residual straw effects of the compact composite structure and to provide the cables with the coefficient of friction characteristics suitable for the application considered.
  • optical fiber is meant an optical fiber as sold commercially which comprises a central core of silica, or other equivalent material, covered with two hard plastic sheaths. Conventionally, the central core has a diameter of 125 ⁇ m and the overall diameter of the fiber is 250 ⁇ m. Such an optical fiber is shown in FIG. 1. However, optical fibers protected by a protective layer of another type, moisture-proof and of thin thickness (a few microns) could be used, provided, for example, that they are associate in a buffer material, the association of the buffer material and the reinforced sheath part with the liquid crystal polymer allowing to protect them effectively against mechanical and thermal actions.
  • the buffer material is a soft polymer of the UV-crosslinkable resin type which makes it possible to improve the impact resistance, the bending resistance and to eliminate the stresses on the fiber.
  • the buffer material is a soft polymer of the UV-crosslinkable resin type which makes it possible to improve the impact resistance, the bending resistance and to eliminate the stresses on the fiber.
  • FIG. 1 shows the cross section of a commercial optical fiber as used in the present invention
  • FIG. 2 shows the cross section of a cylindrical optical cable called self-reinforced unitube cable, comprising a bundle of optical fibers;
  • FIG. 3 shows the cross section of a cylindrical optical cable of the self-reinforced unitube type which includes reinforcing wicks;
  • - Figure 4 shows a ribbon type composite cable in which the fibers are juxtaposed linearly;
  • - Figure 5 shows the same composite ribbon type cable further comprising reinforcing wicks;
  • - Figures 6 and 7 respectively show a compact cylindrical composite cable and a compact composite ribbon type cable.
  • FIG. 1 represents the optical fiber 1 used in the invention.
  • This consists of a core la made of silica, or other equivalent material.
  • This core is surrounded by a first sheath 1b of low modulus resin of the UV crosslinkable type, itself surrounded by a second sheath 1c of hard UV crosslinkable resin.
  • first sheath 1b of low modulus resin of the UV crosslinkable type itself surrounded by a second sheath 1c of hard UV crosslinkable resin.
  • the compact composite structure of optical cables which is the subject of the invention also applies to other types of fibers such as silica fibers sprinkled with a cladding of 500 ⁇ m for example or 900 ⁇ m or like plastic fibers.
  • FIG. 2 shows a simple embodiment of the optical cables according to the invention, that is to say a cylindrical cable of the self-reinforced unitube type.
  • the cable 2 comprises a bundle 3 of optical fibers 1, the bundle preferably being slightly free inside the first sheath 4 produced by extrusion of a thermoplastic material thus forming a first elementary tube which will allow easier and high speed of the part of the sheath 5 produced with the reinforced polymer then by a tandem operation, the extrusion of the third sheath 6 forming the compact composite structure.
  • the bundle can be formed by a module adapted to the desired applications, for example 1, 2, 4, 6, 8, 10, 12 or 24 fibers. It can also be the result of the association of n elementary bundles and the fibers can be simply assembled or embedded in a filling jelly preventing water from penetrating.
  • an elementary composite cable is produced compact with 12 fibers capacity for an internal diameter of approximately 1.2 mm and an external diameter of approximately 3 mm. Most optical cables having such capacities, conventionally produced by sheathing of thermoplastic materials associated with reinforcing elements, have dimensions closer to 6 to 8 mm.
  • the combination of the three sheaths of the composite cable leads to a cable particularly dense and therefore economical and easy to install while obtaining mechanical performance and 'thermal perfectly suited to the desired applications, eg for inner cables or for cables in the local subscriber network laid in the pipeline.
  • the mechanical quality of the composite is obtained by the association of the three sheaths, each making a contribution either in terms of production process, or in mechanical and thermal quality with the reinforced polymer material, or in quality of friction coefficient and finish with exterior cladding.
  • FIG. 3 there is shown a self-reinforced unitube type cable as described above, in which are included reinforcing wicks 1, for example in aramid fibers or glass-epoxy composite fibers in small quantities, intended, while retaining the very economical in character, to significantly increase the tensile strength of the compact composite cable which is the subject of the invention.
  • the cable thus comprises a bundle 3 of optical fibers 1, preferably slightly free in the first extruded sheath 4 and the wicks 7, here two in number, included in line at the time of the extrusion of the sheath 5 made of reinforced polymer material , followed in tandem with the extrusion of the outer protective sheath 6.
  • a compact composite ribbon type cable has been shown in which the fibers 1 are juxtaposed linearly.
  • the fibers are preferably slightly free inside the first sheath 8 extruded in thermoplastic material, covered with a sheath 9 in reinforced polymer material and then with an outer sheath 10 in thermoplastic material extruded in tandem.
  • the fibers can, as in the previous embodiment, be arranged in modules of 2, 4, 6, 8, 10, 12 " fibers or more.
  • the compact composite ribbon-type cable further comprises reinforcing wicks 11 intended to provide the compact composite cable with higher tensile strength characteristics.
  • the compact composite cable comprises a bundle of optical fibers 1, which is covered with a buffer material 12 then with the sheath 13 in reinforced polymer material and with an outer sheath 14 extruded in tandem made of thermoplastic material.
  • a buffer material 12 then with the sheath 13 in reinforced polymer material and with an outer sheath 14 extruded in tandem made of thermoplastic material.
  • reinforcing wicks can be included, in particular when the sheath of reinforced polymer material is extruded.
  • the compact composite cable of the ribbon type comprises fibers 1 juxtaposed linearly and covered with a buffer material 15 then with the sheath 16 in reinforced polymer material and with the outer sheath 17 extruded in tandem.
  • the compact composite cables thus produced which can be cylindrical or ribbon-shaped, which can be reinforced by a reduced number of reinforcing wicks according to the desired tensile characteristics, are produced very economically by tandem extrusions with large speed and, thanks to their compactness adding to this economic character, are very easy to install, in particular through a philosophy of superposition of optical networks compared to existing and bulky copper networks.
  • the low availability of pre-wired pipes or hoses makes composite optical cables compact objects of the invention particularly interesting for the future of the deployment of optical fibers in local networks of professional or residential subscribers.

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Abstract

La présente invention concerne un câble à fibres optiques à structure composite compacte, caractérisé par le fait qu'il comprend une association de trois gaines, la première assurant l'empaquetage des fibres optiques et facilitant l'extrusion de la deuxième gaine, celle-ci étant constituée d'un matériau polymère renforcé extrudable capable de conférer un module de Young plus élevé et un faible coefficient de dilatation à la structure composite compacte, et une troisième gaine garantissant les qualités extérieures du câble.

Description

CABLE A FIBRES OPTIQUES DE STRUCTURE COMPOSITE COMPACTE
La présente invention concerne un câble à fibres optiques dont la structure composite compacte est destinée à réaliser des câbles extrêmement denses et légers, économiques et résistants.
Les câbles à fibres optiques, ou câbles optiques, sont largement utilisés dans le domaine des communications longues distances et entrent de plus en plus en concurrence avec les câbles cuivre dans le domaine des réseaux locaux de télécommunications ou dans les réseaux d'entreprises. Ils permettent en effet de transmettre de l'énergie lumineuse entre deux sites plus ou moins éloignés et offrent une capacité de transmission qui ouvre une nouvelle ère de communication à très haut débit pour la voix, les données et les images.
Les câbles optiques doivent protéger efficacement les fibres optiques afin de maintenir une transmission correcte des informations. Dans le cadre de la compétition avec le média cuivre, ils doivent cependant être aussi très économiques et être très faciles à installer. Ils doivent donc être modulaires, compacts, légers, et présenter une grande facilité d'installation et de raccordement. Outre le coût du câble lui-même, c'est en effet le coût global du câble installé qui doit être concurrentiel par rapport aux câbles classiques réalisés avec des fils de cuivre. Si ce coût s'est avéré très rapidement compétitif pour les liaisons à très hauts débits longues distances, la compétition s'avère beaucoup plus rude pour les liaisons dans les réseaux locaux courtes distances, notamment face à la numérisation des câbles à paires symétriques blindées ou non, susceptibles de transmettre sur des distances raisonnables à des fréquences élevées.
Par ailleurs, la petite dimension des fibres optiques ainsi que le faible coefficient de dilatation de la silice sont à l'origine de la grande sensibilité des fibres optiques aux agressions mécaniques et thermiques.
Des tentatives de protection des fibres optiques par des matériaux composites ont déjà été réalisées, notamment à l'aide d'un premier revêtement en matériau élastomère lui-même recouvert 'par un matériau protecteur de type polymère à cristaux liquides. De tels matériaux sont décrits dans les brevets US n° 4,553,815 et 4,906,066. L'utilisation d'un polymère à cristaux liquides permet d'obtenir un manchon de protection dont le coefficient d'expansion thermique est proche de celui de la silice.
On connaît aussi les tentatives d'utilisation d'un polymère à cristaux liquides pour réaliser la gaine composite d'un câble de faible dimension avec une gaine composée de ce matériau recouvert ensuite d'une gaine extérieure en polyéthylène. Cependant, les propriétés mécaniques de ces matériaux polymères à cristaux liquides ne sont pas totalement satisfaisantes pour un tel usage. En particulier, le faible allongement à la rupture induit un "effet de paille" inacceptable pour les spécifications généralement admises pour les câbles optiques, et le coût élevé de ces matériaux conduit à des solutions difficilement compétitives.
On a alors essayé de mélanger à ce polymère à cristaux liquides des polymères permettant d'en modifier les propriétés physico-mécaniques. Ainsi, dans le brevet européen EP n° 0 155 070, des fibres optiques revêtues d'une première couche d'une composition de caoutchouc thermoplastique de faible module de Young sont recouvertes d'une seconde couche de résine thermoplastique de faible coefficient d'expansion linéaire et de module de Young élevé. Cette seconde couche contient un polymère à cristaux liquides. Ce procédé est utilisé directement dans la ligne de fabrication des fibres optiques avant que celles-ci ne soient revêtues d'une couche mince de matériau plastique dur.
De plus, le mélange d'un polymère à cristaux liquides avec un autre polymère ou copolymere nécessite l'ajout d'agents de compatibilisation. Le brevet européen EP n° 138 112 décrit des compositions comprenant une résine polyester à cristaux liquides, une résine de polycarbonate et une polyoléfine ou un copolymere oléfinique. La résine de polycarbonate permet une meilleure compatibilité entre la résine à cristaux liquides et la polyoléfine ou le copolymere oléfinique.
Dans le même sens, la demande de brevet 093/24574 décrit des mélanges polymères comprenant un polymère à cristaux liquides, une matrice polymère qui peut être un polyéthylène téréphtalate ou un polybutylène téréphtalate, et un agent compatibilisant qui est un polymère contenant des groupes réactifs. Les groupes réactifs de l'agent compatibilisant réagissent à la fois avec le polymère à cristaux liquides et la matrice polymère pour améliorer ainsi la compatibilité entre la matrice et le polymère à cristaux liquides. Cependant, la mise en œuvre de ce mélange de polymères pour la réalisation de câbles optiques est complexe étant donné qu'elle nécessite une double extrusion.
On voit donc qu'aucune solution satisfaisante n'a jusqu'à présent été proposée pour réaliser un gainage composite susceptible de présenter les qualités recherchées, à savoir une résistance mécanique suffisamment élevée, une raideur capable de faciliter l'installation du câble par soufflage ou poussage, un encombrement réduit, une grande légèreté, ainsi que la possibilité de réaliser ce gainage de façon économique en comparaison des techniques connues de renforcement des résines thermoplastiques par des renforts métalliques ou non.
Or, la Société Demanderesse a eu le mérite de mettre au point un tel gainage 'composite présentant toutes ces caractéristiques, en définissant un matériau polymère renforcé extrudable spécifique et en l'associant à deux gaines thermoplastiques prenant ledit matériau renforcé en sandwich. L'invention a donc pour objet un câble à fibres optiques à structure composite compacte, caractérisé par le fait qu'il comprend :
- une ou plusieurs fibres optiques,
- une première gaine assurant l'empaquetage de la ou des fibres optiques et facilitant l' extrusion de la deuxième gaine,
- une deuxième gaine constituée d'un matériau polymère renforcé extrudable capable d'apporter à la structure composite compacte un module de Young plus élevé et un faible coefficient de dilatation,
- une troisième gaine garantissant les qualités extérieures du câble, telles que la résistance à certains agents agressifs ou un coefficient de friction adapté à des techniques de pose économiques . L'invention a en fait été réalisée grâce à la mise au point et à l'utilisation d'un matériau polymère renforcé particulier, présentant des caractéristiques physico-chimiques au moins égales à celles des alliages polymères déjà connus, et grâce à l'association de ce matériau ou alliage particulier avec d'une part une première couche support facilitant l' extrusion à très grande vitesse dudit alliage, et avec d'autre part une deuxième couche extérieure réduisant sensiblement l'effet de paille ' et procurant ' au câble optique des caractéristiques de type coefficient de frottement adaptées aux techniques de pose économiques, telles que soufflage ou poussage.
L'ensemble de coextrusion ainsi réalisé conduit à une structure de câble composite de faibles dimensions, plus simple, moins coûteuse que les structures actuellement existantes, structure qui peut être éventuellement renforcée par quelques brins porteurs selon les caractéristiques de résistance à la traction recherchées, l'ensemble obtenu présentant des performances au moins équivalentes à celles des câbles optiques actuels .
Les câbles optiques objets de la présente invention peuvent être obtenus sous une forme quelconque, dépendant de l'utilisation ultérieure envisagée, par exemple sous forme de câbles cylindriques ou sous forme de rubans optiques .
Leur raccordement est très aisé étant donné que les fibres optiques peuvent être dénudées aussi simplement que les fils en cuivre des câbles électriques classiques. En particulier, l'obtention d'une gaine composite compacte et de forte résistance, à faible coefficient de dilatation, permet de câbler les fibres optiques sans l'opération coûteuse et encombrante de gainage élémentaire dit gainage serré, qui en outre présente le lourd inconvénient de rendre encombrant l'assemblage élémentaire des fibres et donc le câble final. Conformément à l'invention, le matériau polymère renforcé extrudable utilisé dans la constitution de la deuxième gaine comprend au moins un polymère à cristaux liquides, au moins un polymère conférant audit matériau polymère renforcé un module flexible de flexion élevé, et au moins un copolymere non' fonctionnel. Ce matériau polymère renforcé présente de ce fait à la fois une résistance à la rupture élevée, un grand module de Young, une bonne résistance à la courbure et un très faible coefficient d'expansion thermique. Selon un mode de réalisation avantageux, le matériau polymère renforcé extrudable utilisé pour la constitution de la deuxième gaine du câble optique conforme à 1 ' invention comprend :
- environ 5 à 70% en poids d'au moins un polymère à cristaux liquides,
- de 25 à 85% en poids d'au moins un polymère conférant audit matériau polymère renforcé un module de flexion élevé,
- et de 1 à 30% d'au moins un copolymere non fonctionnel, les pourcentages étant calculés par rapport au poids total du matériau polymère renforcé.
De préférence, la proportion de polymère à cristaux liquides comprise dans le matériau polymère renforcé extrudable est choisie comme étant comprise entre
20 et 60% et plus préférentiellement encore entre 30 et
50% en poids du poids total du matériau polymère renforcé. N'importe quel polymère à cristaux liquides peut être employé dans le matériau polymère renforcé extrudable utilisé conformément à l'invention. Pour tout exemple de polymères à cristaux liquides, on pourra se référer à l'article de Chaung et al. dans "Handbook of Polymer Science and Technology", vol. 2, (1989), pages 625-675.
De façon générale, le polymère à cristaux liquides est un polyester aromatique ou un polyester polyamide aromatique présentant les caractéristiques des polymères à cristaux liquides. De tels polymères à cristaux liquides sont, par exemple, les polymères à cristaux liquides vendus sous les marques VECTRA® B950, VECTRA® A950,
VECTRA ® RD501, ou ceux commercialisés par la Société
DUPONT DE NEMOURS sous la marque ZENITE . Dans un mode de réalisation préféré, on utilise un polymère à cristaux liquides qui est disponible dans le commerce et qui est un copolymere d'acide hydroxynaphtoïque et d'acide hydroxybenzoïque, par exemple un copolymere à cristaux liquides de la marque VECTRA ® A950, contenant 23% en poids d'acide hydroxynaphtoïque et 77% en poids d'acide hydroxybenzoïque.
Comme indiqué précédemment, ce polymère à cristaux liquides est préférentiellement utilisé dans une quantité allant d'environ 20 à 60% et plus préférentiellement encore de 30 à 50% en poids du poids total du matériau polymère renforcé.
Le polymère conférant audit matériau un module de flexion élevé est choisi parmi les poly (alkylène en Ci- C4) téréphtalates et les polyamides, les copolymères comportant au moins une séquence de poly (alkylène en Ci- C.) téréphtalate, utilisés seuls ou en mélange. Les copolymères dont au moins une séquence est constituée de poly (alkylène en Cι-C . téréphtalate, comporte, outre la ou lesdites séquences de poly (alkylène en Cι-C4. téréptalate, des séquences polymères de toute nature, par exemple de polyester, polyoléfine, polyéther, etc. Comme exemples de copolymères comportant au moins une séquence de poly (alkylène en Cι~C ) téréphtalate, on peut citer les copolymères commercialisés par la Société DUPONT DE
NEMOURS sous la marque HYTREL®. On préfère utiliser les poly (alkylène en Ci-C4) téréphtalates ou des copolymères dont au moins une séquence est constituée par un poly (alkylène en C:-C4) téréphtalate, et en particulier le polybutylène téréphtalate ou le polyéthylène téréphtalate ou leur mélange. Ce polymère est utilisé dans des quantités allant de 25 à 85%, de préférence de 25 à 65% et plus préférentiellement encore de 40 à 65% en poids du poids total du matériau polymère renforcé.
Par "copolymere non fonctionnel", on entend tout copolymere dépourvu de groupements fonctionnels capables de réagir avec le polymère à cristaux liquides et/ou le polymère conférant un module de flexion élevé. Par exemple, le copolymere non fonctionnel ne comporte pas de groupes carboxy, anhydride, époxy, oxazolino, hydroxy, isocyanate, acylacétate, ou carbodimides . Il s'agit d'un copolymere d'éthylène/acrylate d'alkyle en Cι_8 et notamment en Cι-C ou leurs mélanges. On utilise de préférence un copolymere éthylène/acrylate de butyle ou éthylène/acrylate de méthyle, ou leur mélange. Ce copolymere non fonctionnel est utilisé à raison de 1 à 30%, de préférence de 1 à 15% et plus préférentiellement encore de 2 à 12% en poids du poids total du matériau polymère renforcé.
Bien entendu, aux trois composants principaux du matériau polymère renforcé utilisé selon la présente invention pour constituer la deuxième gaine du câble optique, on peut ajouter des additifs tels que des charges, des pigments et diverses substances classiquement utilisées dans la technique des polymères afin, par exemple, de faciliter la mise en œuvre du matériau.
Selon un mode de réalisation tout à fait préféré, le matériau polymère renforcé comprend :
- environ 60% en poids de polymère à cristaux liquides, - environ 30% en poids de polybutylène téréphtalate,
- et environ 10% en poids de copolymere éthylène/acrylate de méthyle, les pourcentages étant calculés par rapport au poids total du matériau polymère renforcé.
Le matériau polymère renforcé est obtenu par simple mélange des différents polymères mis en œuvre dans les quantités respectives souhaitées.
La première gaine assurant l'empaquetage de la ou des fibres optiques et facilitant l' extrusion de la deuxième gaine constituée du matériau polymère renforcé extrudable décrit ci-dessus peut être constituée de tout polymère "technique", c'est-à-dire d'un polymère présentant un module de flexion relativement élevé tel que du polyéthylènetéréphtalate ou du polybutylènetéréphtalate, des polyamides, du polypropylène ou du polycarbonate ou d'un matériau mou de type réticulable UV, qui permet d'améliorer la résistance aux chocs, ainsi que la résistance à la courbure et qui permet d'éliminer les contraintes sur la fibre.
La troisième gaine assurant les qualités extérieures du câble peut quant à elle être réalisée avec notamment du polychlorure de vinyle, du polyéthylène, ou des polyoléfines ignifugées ainsi que des matériaux de type fluoré.
La structure composite de câble optique compacte objet de l'invention comprend donc un premier gainage d'une ou de plusieurs fibres, les fibres conservant une faible liberté dans le tube ainsi réalisé par extrusion d'un matériau thermoplastique, puis la mise en œuvre par extrusion du matériau polymère renforcé et en tandem le recouvrement de celui-ci par une gaine de très faible épaisseur destinée à limiter les effets de paille résiduels de la structure composite compacte et à procurer aux câbles les caractéristiques de coefficient de friction adaptées à l'application envisagée. Dans une variante de l'invention et de façon très économique, il est possible de renforcer sensiblement la structure composite compacte en résistance à la traction par adjonction de mèches aramides ou mèches composites verre-époxy de faibles dimensions, commercialisées, qui ne remettent pas en cause le caractère économique et très compact de la structure composite objet de l'invention.
Par fibre optique on entend une fibre optique telle que vendue dans le commerce qui comprend un cœur central en silice, ou autre matériau équivalent, recouvert de deux gaines plastiques dures. De façon classique, le cœur central a un diamètre de 125 μm et le diamètre global de la fibre est de 250 μm. Une telle fibre optique est représentée sur la figure 1. Cependant, des fibres optiques protégées par une couche protectrice d'un autre type, étanche à l'humidité et de faible épaisseur (quelques microns) pourraient être utilisées, à condition par exemple de les associer dans un matériau tampon, l'association du matériau tampon et de la partie gaine renforcée avec le polymère à cristaux liquides permettant de les protéger efficacement contre les actions mécaniques et thermiques .
Dans cette variante de structure de câble composite compacte objet de l'invention, le matériau tampon est un polymère mou de type résine réticulable aux UV qui permet d'améliorer la résistance aux chocs, la résistance à la courbure et d'éliminer les contraintes sur la fibre. A titre d'exemple on peut citer des copolymères de type styrène/butyl/styrène et les résines réticulables UV.
D'autres avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description détaillée suivante des câbles optiques selon l'invention qui peuvent présenter différentes configurations comme illustré par les dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 représente la section transversale d'une fibre optique du commerce telle qu'utilisée dans la présente invention ;
- la figure 2 représente la section transversale d'un câble optique cylindrique appelé câble unitube autorenforcé, comprenant un faisceau de fibres optiques ;
- la figure 3 représente la section transversale d'un câble optique cylindrique de type unitube autorenforcé dans lequel sont incluses des mèches de renforcement ;
- la figure 4 représente un câble composite de type ruban dans lequel les fibres sont juxtaposées linéairement ; - la figure 5 représente le même câble composite de type ruban comportant en outre des mèches de renforcement ; - les figures 6 et 7 représentent respectivement un câble composite compact cylindrique et un câble composite compact de type ruban.
La figure 1 représente la fibre optique 1 utilisée dans l'invention. Celle-ci est constituée d'un cœur la en silice, ou autre matériau équivalent. Ce cœur est entouré d'une première gaine lb en résine de faible module de type réticulable UV, elle-même entourée d'une seconde gaine le en résine dure réticulable UV. Bien entendu, la structure composite compacte de câbles optiques objet de l'invention s'applique aussi à d'autres types de fibres comme des fibres de silice surgainées par un gainage de 500 μm par exemple ou de 900 μm ou comme des fibres plastiques.
La figure 2 représente un mode de réalisation simple des câbles optiques selon l'invention, c'est-à-dire un câble cylindrique de type unitube autorenforcé. Le câble 2 comprend un faisceau 3 de fibres optiques 1, le faisceau étant de préférence légèrement libre à l'intérieur de la première gaine 4 réalisée par extrusion d'un matériau thermoplastique formant ainsi un premier tube élémentaire qui permettra une extrusion plus facile et à grande vitesse de la partie de la gaine 5 réalisée avec le polymère renforcé puis par une opération en tandem, l' extrusion de la troisième gaine 6 formant la structure compacte composite.
Bien entendu, le faisceau peut être formé par un module adapté aux applications recherchées, par exemple 1, 2, 4, 6, 8, 10, 12 ou 24 fibres. Il peut être aussi le résultat de l'association de n faisceaux élémentaires et les fibres peuvent être simplement assemblées ou noyées dans une gelée de remplissage empêchant l'eau de pénétrer. Dans un exemple de réalisation de la présente invention, on réalise un câble élémentaire composite compact de capacité 12 fibres pour un diamètre intérieur d'environ 1,2 mm et un diamètre extérieur d'environ 3 mm. La plupart des câbles optiques ayant de telles capacités, réalisés de façon classique par des gainages de matériaux thermoplastiques associés à des éléments de renforcement, ont des encombrements plus proches de 6 à 8 mm. On voit donc ainsi que l'association des trois gaines du câble composite amène à un câble particulièrement dense et de ce fait économique et facile à installer tout en obtenant des performances mécaniques et ' thermiques parfaitement adaptées aux applications recherchées, par exemple pour des câbles intérieurs ou pour des câbles dans le réseau local d'abonnés posés en conduite. La qualité mécanique du composite est obtenue par l'association des trois gaines, chacune apportant une contribution soit en matière de procédé de réalisation, soit en qualité mécanique et thermique avec le matériau polymère renforcé, soit en qualité de coefficient de frottement et de finition avec le gainage extérieur. Sur la figure 3, on a représenté un câble de type unitube autorenforcé tel que décrit précédemment, dans lequel sont incluses des mèches de renforcement 1 , par exemple en fibres aramides ou fibres composites verre- époxy en faible quantité, destinées, tout en conservant le caractère très économique, à renforcer sensiblement la résistance à la traction du câble composite compact objet de l'invention. Le câble comprend ainsi un faisceau 3 de fibres optiques 1, de préférence légèrement libre dans la première gaine 4 extrudée et les mèches 7, ici au nombre de deux, incluses en ligne au moment de l' extrusion de la gaine 5 en matériau polymère renforcé, suivi en tandem de l' extrusion de la gaine 6 de protection extérieure. Sur la figure 4, on a représenté un câble composite compact de type ruban dans lequel les fibres 1 sont juxtaposées linéairement. Les fibres sont de préférence légèrement libres à l'intérieur de la première gaine 8 extrudée en matériau thermoplastique, recouverte d'une gaine 9 en matériau polymère renforcé puis d'une gaine extérieure 10 en matériau thermoplastique extrudée en tandem. Les fibres peuvent, comme dans le mode de réalisation précédent, être disposées en modules de 2, 4, 6, 8, 10, 12 "fibres ou plus.
Selon le mode de réalisation de la figure 5, le câble composite compact de type ruban comprend en outre des mèches de renforcement 11 destinées à procurer au câble composite compact des caractéristiques de résistance à la traction plus élevées.
Selon le mode de réalisation de la figure 6, le câble composite compact comprend un faisceau de fibres optiques 1, qui est recouvert d'un matériau tampon 12 puis de la gaine 13 en matériau polymère renforcé et d'une gaine extérieure 14 extrudée en tandem en matériau thermoplastique. Bien entendu, comme dans les exemples de réalisation précédents et en fonction de la résistance à la traction recherchée on peut inclure des mèches de renforcement, en particulier au moment de l' extrusion de la gaine en matériau polymère renforcé.
Selon le mode de réalisation de la figure 7, le câble composite compact de type ruban comprend des fibres 1 juxtaposées linéairement et recouvertes d'un matériau tampon 15 puis de la gaine 16 en matériau polymère renforcé et de la gaine extérieure 17 extrudée en tandem. On voit ainsi que les câbles composites compacts objets de l'invention ont des propriétés tout à fait remarquables. On obtient en effet, grâce à l'association de plusieurs gaines aux propriétés très différentes, un composite qui rassemble des caractéristiques intéressantes pour les câbles à fibres optiques, en particulier dans l'esprit de capacités faibles ou moyennes pour des câbles destinés aux applications de câblage haut débit à l'intérieur des entreprises, des immeubles ou des résidences, pour la partie terminale des futurs réseaux de télécommunication de type FTTH ("fibre to the home") ou pour des applications de type câblages de villes numériques. La réalisation d'une structure composite compacte selon l'invention amène en effet à un encombrement très faible pour des câbles modulaires qui, tout en conservant une raideur et un coefficient de frottement bien adaptés aux techniques de pose telles que soufflage ou poussage dans des petits tubes de précâblage, ont des propriétés mécaniques et thermiques intéressantes, grâce notamment à l'utilisation combinée d'un polymère renforcé, qui apporte à la fois un module de Young plus élevé à la structure composite et réduit sensiblement le coefficient de dilatation des fibres optiques, et de deux gaines thermoplastiques prenant ce polymère en sandwich. Les câbles composites compacts ainsi réalisés, qui peuvent être de forme cylindrique ou de forme ruban, qui peuvent être renforcés par un nombre réduit de mèches de renforcement selon les caractéristiques de traction recherchées, sont réalisés de façon très économique par des extrusions en tandem à grande vitesse et, grâce à leur compacité ajoutant à ce caractère économique, sont très faciles à installer, notamment à travers une philosophie de superposition de réseaux optiques par rapport à des réseaux cuivre existants et encombrants. La faible disponibilité de conduites ou de tuyaux de précâblage rend les câbles optiques composites compacts objets de l'invention particulièrement intéressants pour l'avenir du déploiement des fibres optiques dans les réseaux locaux d'abonnés professionnels ou résidentiels.

Claims

REVENDICATIONS
1. Câble à fibres optiques à structure composite compacte, caractérisé par le fait qu'il comprend : - une ou plusieurs fibres optiques,
- une première gaine assurant l'empaquetage de la ou des fibres optiques et facilitant l' extrusion de la deuxième gaine,
- une deuxième gaine constituée d'un matériau polymère renforcé extrudable capable d'apporter à la structure composite compacte un modèle de Young plus élevé et un faible coefficient de dilatation,
- une troisième gaine garantissant les qualités extérieures du câble, telles que la résistance à certains agents agressifs ou un coefficient de friction adapté à des techniques de pose économique.
2. Câble à fibres optiques selon la revendication 1, caractérisé par le fait que des éléments de renforcement en traction sont noyés dans la deuxième gaine en matériau polymère renforcé.
3. Câble à fibres optiques selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'il se présente sous forme cylindrique et qu'il comprend une fibre ou un ou plusieurs faisceaux de fibres.
4. Câble à fibres optiques selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'il se présente sous forme de ruban et comprend plusieurs fibres juxtaposées linéairement.
5. Câble à fibres optiques selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le matériau renforcé extrudable constituant la deuxième gaine comprend :
- de 5 à 70%, de préférence de 20 à 60%, et plus préférentiellement encore de 30 à 50% en poids d'au moins un polymère à cristaux liquides,
- de 25 à 85%, de préférence de 25 à 65%, et plus préférentiellement encore de 40 à 65% en poids d'au moins un polymère conférant audit matériau polymère renforcé un module de flexion élevé, - et de 1 à 30%, de préférence de 1 à 15%, et plus préférentiellement encore de 2 à 12% en poids d'au moins un polymère non fonctionnel, lesdits pourcentages étant exprimés par rapport au poids total du matériau polymère renforcé.
6. Câble à fibres optiques selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le polymère conférant au matériau polymère renforcé un module de flexion élevé est choisi parmi les poly (alkylène en d- C4) téréphtalates, de préférence le polyethylenetérephtalate ou le polybutyleneterephtalate, les polyamides, et les copolymères comportant au moins une séquence de poly (alkylène en Ci-CJ téréphtalate.
7. Câble à fibres optiques selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que le copolymere non fonctionnel présent dans le matériau polymère renforcé extrudable est un copolymere éthylène/acrylate de butyle ou un copolymere éthylène/acrylate de méthyle.
8. Câble à fibres optiques selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que le polymère à cristaux liquides présent dans le matériau polymère renforcé extrudable est un copolymere d'acide hydroxynaphtoïque et d'acide hydroxybenzoïque.
9. Câble à fibres optiques selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que la première gaine assurant l'empaquetage de la ou des fibres optiques est constituée de polymères mous de type réticulable UV, de polyesters, notamment de polyéthylène téréphtalate ou de polybutylène téréphtalate, de polyamides, de polypropylène, ou de polycarbonate.
10. Câble à fibres optiques selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que la troisième gaine assurant les qualités extérieures du câble est constituée de polychlorure de vinyle, de polyéthylène, ou de polyoléfines ignifugées ou de polymères fluorés.
11. Utilisation pour la fabrication de câbles optiques d'un matériau extrudable comprenant : - de 5 à 70%, de préférence de 20 à 60%, et plus préférentiellement encore de 30 à 50% en poids d'au moins un polymère à cristaux liquides,
- de 25 à 85%, de préférence de 25 à 65%, et plus préférentiellement encore de 40 à 65% en poids d'au moins un polymère conférant audit matériau polymère renforcé un module de flexion élevé,
- et de 1 à 30%, de préférence de 1 à 15%, et plus préférentiellement encore de 2 à 12% en poids d'au moins un polymère non fonctionnel, lesdits pourcentages étant exprimés par rapport au poids total du matériau polymère renforcé. REVENDICATIONS MODIFIEES
[reçues par le Bureau International le 22 Janvier 1999 (22.01 .99) ; revendications 1 et 5-11 remplacées par les revendications 1 et 5-10 nouvel les ; autres revendications inchangées (3 pages ) ]
1 . Câble à fibres optiques à structure composite compacte , caractérisé par le fait qu ' il comprend :
- une ou plusieurs fibres optiques ,
- une première gaine assurant l ' empaquetage de la ou des fibres optiques et facilitant 1 ' extrusion de la deuxième gaine ,
- une deuxième gaine assurant les caractéristiques mécaniques longitudinales constituée d ' un matériau polymère renforcé extrudable à faible coefficient de dilatation comprenant :
• de 5 à 70% , de préférence de 20 à 60% , et plus préférentiellement encore de 30 à 50% en poids d ' au moins un polymère à cristaux liquides , • de 25 à 85%, de préférence de 25 à 65%, et plus préférentiellement encore de 40 à 65% en poids d'au moins un polymère conférant audit matériau polymère renforcé un module de flexion élevé, • et de 1 à 30%, de préférence de 1 à 15%, et plus préférentiellement encore de 2 à 12% en poids d'au moins un polymère non fonctionnel, lesdits pourcentages étant exprimés par rapport au poids total du matériau polymère renforcé, - une troisième gaine garantissant les qualités extérieures du câble, telles que la résistance à certains agents agressifs ou un coefficient de friction adapté à des techniques de pose économique .
2. Câble à fibres optiques selon la revendication 1, caractérisé par le fait que des éléments de renforcement en traction sont noyés dans la deuxième gaine en matériau polymère renforcé. 3. Câble à fibres optiques selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2 , caractérisé par le fait qu'il se présente sous forme cylindrique et qu'il comprend une fibre ou un ou plusieurs faisceaux de fibres.
4. Câble à fibres optiques selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2 , caractérisé par le fait qu'il se présente sous forme de ruban et comprend plusieurs fibres juxtaposées linéairement.
5. Câble à fibres optiques selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le polymère conférant au matériau polymère renforcé un module de flexion élevé est choisi parmi les poly (alkylène en C1- C4) téréphtalates, de préférence le polyethylenetérephtalate ou le polybutyleneterephtalate, les polyamides, et les copolymères comportant au moins une séquence de poly (alkylène en d-C,.) téréphtalate .
6. Câble à fibres optiques selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le copolymere non fonctionnel présent dans le matériau polymère renforcé extrudable est un copolymere éthylène/acrylate de butyle ou un copolymere éthylène/acrylate de méthyle.
7. Câble à fibres optiques selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que le polymère à cristaux liquides présent dans le matériau
AβDED SHEET (ARTICLE 19) polymère renforcé extrudable est un copolymere d'acide hydroxynaphtoïque et d'acide hydroxybenzoïque.
8. Câble à fibres optiques selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que la première gaine assurant l'empaquetage de la ou des fibres optiques est constituée d'un polymère présentant un module de flexion relativement élevé, notamment de polyéthylène téréphtalate ou de polybutylène téréphtalate, de polyamides, de polypropylene, ou de polycarbonate, ou d'un polymère mou de type réticulable UV.
9. Câble à fibres optiques selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que la troisième gaine assurant les qualités extérieures du câble est constituée de polychlorure de vinyle, de polyéthylène, ou de polyoléfines ignifugées ou de polymères fluorés.
10. Utilisation pour la fabrication de câbles optiques d'un matériau extrudable comprenant :
- de 5 à 70%, de préférence de 20 à 60%, et plus préférentiellement encore de 30 à 50% en poids d'au moins un polymère à cristaux liquides,
- de 25 à 85%, de préférence de 25 à 65%, et plus préférentiellement encore de 40 à 65% en poids d'au moins un polymère conférant audit matériau polymère renforcé un module de flexion élevé, - et de 1 à 30%, de préférence de 1 à 15%, et plus préférentiellement encore de 2 à 12% en poids d'au moins un polymère non fonctionnel, lesdits pourcentages étant exprimés par rapport au poids total dudit matériau polymère renforcé.
T ARTICLE 1φ
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