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WO 01/21706 PCT/FR00/02545
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MATERIAU THERMOPLASTIQUE EXTRUDABLE ET MICROMODULE DE FIBRE
FABRIQUE A PARTIR D'UN TEL MATERIAU
s La présente invention a pour objet un matériau extrudable permettant de
constituer des pellicules de faible épaisseur, comportant un polymère
oléfinique.
L'invention trouve une application particulièrement importante, bien que non
exclusive,
dans la constitution de gaines de micromodules de fibres optiques gainées
incorporables dans un câble tel que celui décrit dans le document EP-A-0 468
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io auquel on pourra se reporter.
Pour un certain nombre d'applications, et notamment pour la constitution de
micromodules ayant un faisceau de fibres optiques gainées en contact mutuel,
enfermé avec un gel d'étanchéité dans une enveloppe de maintien extrudée, il
est
souhaitable de remplir des conditions qui sont dans une certaine mesure
is contradictoires. Par exemple, on recherche souvent à la fois, notamment
dans le cas de
la constitution de micromodules
- une aptitude à l'extrusion en pellicule mince (si possible vers 0,1 mm),
- la compatibilité du matériau avec les gels habituels d'étanchéité,
- une résistance suffisante du matériau mis sous forme de pellicule mince,
afin de
2o permettre une manipulation au cours d'opérations ultérieures sans risque de
déchirure,
- l'absence de collage de la pellicule de gaine du micromodule sur les fibres,
lors du
chauffage qui intervient du fait de la mise en place de l'enveloppe extérieure
en
matériau thermoplastique,
- le maintien d'une cylindricité correcte lors de la fabrication du
micromodule et de
2s l'assemblage des micromodules pour constituer un câble,
- un retrait réduit au cours de l'extrusion de la gaine pour constituer le
micromodule, et
au cours du refroidissement, cela pour éviter des contraintes sur les fibres
optiques,
- une coloration aisée du matériau, permettant d'identifier les micromodules,
- une extensibilité limitée permettant de dénuder facilement un micromodule
afin de
3o préparer les extrémités pour raccorder les fibres,
- enfin, une résistance élevée aux produits chimiques utilisés lors des
opérations
effectuées sur les câbles, par exemple au solvant de nettoyage.
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Dans le cas de la fabrication de câbles à fibres optiques, certaines des
caractéristiques ci-dessus sont essentielles, notamment la résistance
mécanique, y
compris lors du vieillissement thermique, et la compatibilité avec les gels
d'étanchéité et
les solvants de nettoyage utilisés pour éliminer le gel et les salissures
avant d'effectuer
s le raccordement des fibres optiques à un connecteur. Mais la résistance
mécanique est
défavorable à la commodité d'emploi, car une pellicule de gainage résistante
et ayant
un grand allongement avant rupture gêne le dénudage des micromodules pour
libérer
les parties terminales des fibres.
On connaît déjà (GB - A - 2 110 696) un matériau isolant électrique comportant
io un alliage de polymères au moins partiellement réticulés, contenant
notament un
copolymère EVA (éthyl acétate d'alkyl)à plus de 40% d'acétate de vinyle, avec
des
charges inorganiques à une teneur suffisante pour rendre le matériau ignifuge.
La
réticulation est destiné à permettre un taux de charges élevé.
La présente invention vise notamment à fournir un matériau extrudable en
is pellicule fine représentant un compromis satisfaisant entre ies différents
résultats à
atteindre. L'invention propose notamment dans ce but un matériau extrudable en
pellicule fine, constitué par une composition contenant au moins un
(éventuellement
plusieurs) polymère oléfinique thermoplastique pratiquement non réticulé et un
taux de
charges compris entre 25 à 65 % en poids de la composition, ledit matériau à
l'état non
2o divisé ayant une résistance à la traction comprise entre 6 et 20 Mpa et un
allongement
à la rupture compris entre 50 et 300 %.
On entendra par le terme "pratiquement non réticulé" un polymère présenté
dans le commerce comme tel, n'ayant en conséquence pas de taux appréciable de
réticulation et ne contenant pas d'agent de réticulation tel que des
peroxydes, sauf à
2s l'état de trace.
Grâce à l'absence de réticulation, on évite la présence de "gels", très
préjudiciables lors d'une extrusion en fine épaisseur, et on réduit le retrait
post-
extrusion, qui entraîne des contraintes sur les fibres.
La dureté shore du matériau est avantageusement comprise entre 35 et 55 D.
3o Le choix d'une dureté Shore D dépassant 35 permet, en cas d'utilisation du
matériau pour constituer une gaine de micromodule, d'assurer une cylindricité
satisfaisante et d'éviter l'effet dit "de paille", constituée par la formation
d'un coude
brutal lors des flexions nécessaires à la réalisation des raccordements.
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Grâce à l'allongement limité à la rupture, dû notamment à la présence de
charges, la dénudabilité est suffisante pour ne pas obliger à avoir recours à
des outils
spéciaux. Les caractéristiques minimales ci-dessus, notamment la résistance à
la
traction et l'allongement à la rupture, évitent une fragilité excessive du
matériau lors de
s la manipulation. En particulier, ces minima permettent des manipulations
lors de la
fabrication d'un câble ou des raccordements sans risques excessifs de
dommages.
La teneur minimale en charges indiquée plus haut permet de réduire la
dilatation
et la rétraction des matériaux lors des variations de température qui
interviennent lors
de la fabrication d'un câble. La présence d'une teneur suffisante de charges
permet
1o d'éviter le risque de collage des micromodules entre eux, sur des fibres
gainées ou sur
une enveloppe externe.
Les charges seront généralement minérales. On peut notamment utiliser
l'alumine (hydratée ou non), la craie, le kaolin, le talc, la silice,
l'hydroxyde de magnésie
et leurs mélanges. Toutes ces charges réduisent l'allongement à la rupture et
la
dilatation ou la rétraction lors des variations de température. Au surplus,
elles
augmentent l'inertie thermique et la capacité calorifique. Le taux maximum de
charges
envisagé plus haut permet de maintenir la viscosité à un niveau compatible
avec
l'extrusion en pellicule mince.
Les polymères oléfiniques utilisables sont sensiblement les mêmes que ceux
2o couramment utilisés à l'heure actuelle. En particulier, on peut citer les
produits
suivants
- PE : polyéthylènes
- PP : polypropylènes
- EPR : Ethylène Propylène Rubber (Caoutchouc d'ethylène propylène)
2s - EPDM : Ethylène propylène Diène Monomère
- EVA : copolymères ethylène-acétate d'alkyl inférieur ( notamment acétate de
vinyl)
- EBA : copolymères éthylène - acrylate d'alkyl inférieur
- EEA : Ethylène Ethyl Acrylate
- EMA : Ethylène Méthyl Acrylate
30 - VLDPE : Very Low Density Polyethylène (polyethylène à très basse densité)
- polymères greffés d'acide acrylique ou d'anhydride maléfique
- PVC : chlorure de polyvinyl
- leurs mélanges et co-polymères.
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Les différents polymères ne sont pas pleinement équivalents les uns aux autres
Souvent on utilisera un mélange de polymères oléfiniques dont un des
composants est
PE ou PP et l'autre choisi parmi les autres polymères cités ci-dessus.
Si le second polymère est EVA,on utilisera un composé n'ayant pas plus de
s 30% de co-monomère vinyl acétate afin de conserver une dureté et des
caractéristiqus
mécaniques suffisantes. EBA, EEA ou EMA ont des propriétés proches de EVA. EPR
et
EPDM seront utilisés avec des taux d'éthylène suffisamment élevés pour éviter
qu'ils
n'aient des propriétés qui se rapprochent de celles d'un élastomère.
En cas d'emploi de polymère constitué d'une part de PE ou PP, d'autre part de
io copolymère EVA, on utilisera avantageusement une composition ayant de 40 %
à
80 % de EVA.
Le matériau extrudable comportera généralement, de plus, des plastifiants à
teneur faible, ne dépassant pas quelques pour cent en poids, tels que des
huiles
aliphatiques ou des phtalates (par exemple phtalate de di-octyle ou de
didécyle), des
is adipates, des trimellitates, etc.
Des produits de protection contre la chaleur ou les ultraviolets sont
incorporés
lorsqu'une exposition ou le rayonnement solaire est à craindre.
Dans certains cas, on ajoutera un ou des silanes ou aminosilanes, tels que
- vinyl trimethoxysilane
20 - amino propylsilane
- amino trimethoxysilane
Si on utilise un trialkoxy silane, il sera souhaitable de ne pas aller au-delà
d'un
composé ayant plus de cinq atomes de carbone.
Les silanes renforcent la liaison entre les charges et le polymère.
2s En l'absence d'agent de réticulation, le silane ne risque pas de provoquer
une
réticulation qui au surplus ne serait pas possible en cas d'utilisation du
matériau pour
constituer des gaines de fibre optique, les températures requises pour la
réticualtion
n'étant alors pas atteintes lors de l'extrusion.
L'invention propose également un micromodule de fibres optiques comprenant
3o un faisceau de fibres optiques et une gaine entourant le faisceau en une
pellicule mince
d'un matériau extrudable, caractérisé en ce que la gaine est constituée en une
composition contenant un polymère oléfinique thermoplastique et un taux de
charges
compris entre 25 à 65 % en poids de la composition, ledit matériau à l'état
non divisé
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ayant une résistance à la traction comprise entre 6 et 20 Mpa et un
allongement à la
rupture compris entre 50 et 300 %.
On donnera maintenant, à titre d'exemple, les propriétés de plusieurs
matériaux
conformes à l'invention, en même temps qu'une comparaison avec un matériau
témoin
s classiquement utilisé à ce jour pour constituer une gaine de micromodule.
La description qui suit fait référence à la figure unique qui montre un
micromodule dans un état déformé qu'il est susceptible de prendre lorsqu'il
est pressé
contre d'autres micromodules par une enveloppe externe.
Le micromodule comporte plusieurs fibres optiques 10 individuellement
io gainées contenues dans une gaine 12 qui doit être facilement déchirable
pour
permettre le dénudage des extrémités des fibres en vue de raccordements. Cette
gaine
12 est généralement constituée par extrusion sur le faisceau de fibres
optiques 10 lors
du tirage de ces dernières et prend alors une forme approximativement
circulaire
lorsque le faisceau de fibres présente lui-même un pourtour dont la forme ne
s'écarte
1s pas trop du cercle circonscrit. La gaine enserre les fibres et s'applique
en effet contre
elles. A l'intérieur d'un câble, la pression des micromodules les uns contre
les autres
peut déformer leurs section et les amener par exemple à celle qui est
illustrée.
Le matériau témoin est constitué par du polyéthylène ayant une densité
nominale de 0,92 et un "melt flow index" de 0,3 g110 mn à 190°C, sous
une pression de
20 21,6 N. Ce matériau a été utilisé pour constituer la gaine d'un
micromodule, par
extrusion sur un faisceau de quatre fibres optiques. La gaine 12 constituée
avait un
diamètre de 1 mm et une épaisseur de 0,12 mm. L'extrusion se fait sans
difficulté et la
gaine obtenue est bien cylindrique. Mais lors de la constitution du câble, par
extrusion
d'une enveloppe externe à base de polyéthylène, la chaleur nécessaire à
l'extrusion de
2s l'enveloppe déforme les micromodules et les gaines tendent à se coller
ensemble et à
se coller à l'enveloppe extérieure, imposant des précautions particulières,
comme par
exemple l'interposition d'un ou plusieurs rubans séparateurs entre les
micromodules et
l'enveloppe.
Ces difficultés sont écartées lors de la mise en oeuvre d'un matériau conforme
à
30 l'invention.
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Exemple 1
Dans un mélangeur, on a préparé une composition comprenant, en poids
- 50 parts de polyethylène de densité 0,92 ayant un Melt Flow Index à
190°C, sous 21.6
N, de 1.8gI10 min
s - 50 parts de copolymère EVA contenent 18 % d'acétate de vinyle
- 130 parts d'hydrate d'alumine
- 5 parts de lubrifiant (huile paraffinique)
- 5 parts d'additifs (anti-oxydants, silane, lubrifiant)
Les ingrédients sont mélangés pendant 10 minutes, jusqu'à 160°C.
io Après calandrage sur un mélangeur à cylindres, le matériau est découpé,
puis
moulé à 180°C sous pression, sous forme de plaques permettant
d'effectuer des
mesures caractérisant le matériau.
Les caractéristiques mécaniques obtenues sur les plaques sont les suivantes
Résistance à la rupture = 11.4 Mpa
is Allongement à la rupture = 125
Dureté = 45 Shore D
La composition a été utilisée pour constituer des micromodules. Pour cela, on
l'a
mise sous forme de granulés qui sont introduits dans une extrudeuse de 45 mm
de
diamètre, et 24 diamètres de longueur.
2o Les températures d'extrusion sont comprises entre 130 et 165°C,
depuis la
trémie d'alimentation, jusqu'à la tête d'extrusion.
Pour caractériser la gaine obtenue, deux opérations ont été faites.
La première a été une mise en forme à une vitesse de 100mlmin, pour obtenir
un tube de 0.90 mm de diamètre externe, et de 0.12 mm d'épaisseur radiale.
2s Pour la seconde, la mise en forme a été identique à cela près qu'on
introduit à
travers la tête de l'extrudeuse 4 fibres optiques colorées, et qu'on injecte
simultanément
un gel d'étanchéité pour former un module qui, après refroidissement de la
matière
extrudée, est recueilli dans un bac où il s'enroule librement à plat.
Les caractéristiques obtenues sur les gaines sont les suivantes
Module sans gel Module avec gel
d'tanchit
Caractristiques initialesRT = 4.5N AR = 138 RT = 4.6N AR = 112
%
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Enroulement sur Correct Correct
mandrin 6D
Aprs 10 jours 70C VaRT = 19% VarAR VarRT = 13% VarAR
= 15% = 13%
Aprs 10 jours 70C VarRT = 17% VarAR VarRT = 9% VarAR
= 20% = 11
+ 42 jours 80C
RT = Résistance à la i raction, expnmee en wewton
AR = Allongement à la rupture, exprimé en
Va = Variation
Ces résultats indiquent d'une part la bonne résistance thermique, et d'autre
part
s la bonne compatibilité avec les matériaux de remplissage des gaines du
matériau
conforme à l'invention.
Exemple 2
La composition du matériau est identique à l'exemple 1, à ceci près que la
charge à
io base d'alumine hydratée est remplacée par une charge à base de carbonate de
calcium. On réalise le mélange dans les mêmes conditions, et on extrude à
100mlmin
un micromodule de diamètre de 0.85 mm, et d'épaisseur 0.11 mm. Les
caractéristiques
ci-dessous montrent comment on obtient avec une telle formulation des modules
présentant une résistance chimique correcte, malgré la faible épaisseur de la
gaine du
is module.
Caractristiques initiales RT = 3.9N AR = 155
Aprs une heure dans l'thanol Var RT = Var AR = 3
20C 1 %
Aprs une heure dans l'isopropanolVar RT = Var AR = 3
20C 5%
Exemple 3
On réalise une formulation identique à l'exemple 1, à ceci près que la charge
à base
2o d'alumine est remplacée par une charge kaolinique, et sa concentration
abaissée à 65
parts. Le plastifiant paraffinique est remplacé par une huile de type adipate
d'isononyle.
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Les différents ingrédients sont introduits en mélangeur interne, mélangés
jusqu'à
environ 160°C, et granulés. Les caractéristiques du matériau sur plaque
sont les
suivants
Caractristiques mcaniques initiales
Rsistance la traction RT = 10.5 AR = 157
Allongement la rupture Mpa
Vieillissement 10 jours 70C Var RT = + Var AR = -13%
1 %
Vieillissement 42 jours 80C Var RT = + Var AR = -19%
7 %
Compatibilit avec la gele MacroplastVar RT = -15%
CF 300 Var AR =
jours 70C -18%
Variation
masse = 7%
Tenue en chaleur humide 42 jours
40C et Var RT= -4% Var AR = +2%
93 % HR
Immersion dans le kerdane 24 heuresVar RT = - Var AR = -10%
20C 25%
Immersion dans l'thanol 1 heure Var RT = -4% Var AR = -10%
20C
Immersion dans l'isopropanol 1 Var RT = -6% Var AR = -4%
heure 20C
Immersion dans l'isopropanol 1 Var RT = -4% VarAR = -10%
heure 20C
Duret 45 Shore D
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A partir de cette formulation, on réalise dans les mêmes conditions que
précédemment
un micromodule à quatre fibres optiques avec une gaine de 0,11 mm d'épaisseur
et
0,85 mm de diamètre. Le gel d'étanchéité est la "Macroplast CF 300" de la
société
Henkel.
s Les caractéristiques obtenues sur le module sont les suivantes
CM initiales RT = 2.4 N AR = 105%
Variations CM aprs Var RT = 5% Var AR = 4%
jours 70C
Variations CM aprs 10 jours Var RT = 0 Var AR = 6%
70C
dans Macroplast CF 300
Variations CM aprs 42 jours Var RT = 2% Var AR = 5%
80C
Variations CM aprs 10 jours Var RT = - 21 Var AR = - 6%
70C %
dans CF 300, et 42 jours
80C
Variations CM aprs 42 jours Var RT = 5.4% Var AR = 0
40C et
93%HR
Variations CM aprs 24h dans Var RT = 11 % Var = 25%
kerdane
Variations aprs 24 heures Var RT = 8% Var AR = 12%
dans
fthanol
Variations aprs 24 heures Var RT = 4% Var AR = 13%
dans
l'isopropanol
io
