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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>