La gaine de la fibre optique se fissure-t-elle si elle est exposée au soleil pendant une longue période ou congelée dans une chambre froide pendant une longue période ?
Oui, la gaine extérieure en plastique des fibres optiques ordinaires (c’est-à-dire la veste de protection) est très sujette à la détérioration physique et chimique lors d’une exposition prolongée au soleil ou d’une congélation prolongée dans un entrepôt frigorifique, entraînant un durcissement, une fragilisation, voire une fissuration. Ce phénomène est déterminé par les propriétés physiques et chimiques des matériaux polymères eux-mêmes.
I. Dégradation par photo-oxydation sous irradiation solaire (vieillissement par UV et thermique)
La plupart des câbles de raccordement ou des câbles à fibres optiques conventionnels utilisent des polymères tels que le polychlorure de vinyle (PVC), le polyuréthane (PU) ou le sans halogène à faible émission de fumée (LSZH) pour leurs gaines.
- Réaction photochimique : Les rayons ultraviolets (UV) du soleil ont une énergie photonique élevée. Lorsque ces rayons UV frappent la gaine en plastique, ils rompent les liaisons chimiques dans les chaînes moléculaires du polymère, générant des radicaux libres et déclenchant une réaction de dégradation photo-oxydative (Photodegradation).
- Pertes d’additifs : Des plastifiants sont généralement ajoutés lors du traitement du plastique pour assurer sa flexibilité. La chaleur continue générée par le rayonnement solaire extérieur accélère la volatilisation et la dégradation de ces additifs élastiques.
- Mécanisme de fissuration : Avec la rupture des chaînes moléculaires et la perte de plastifiants, le matériau de la gaine perd progressivement son élasticité, sa surface se décolore, durcit et devient cassante. Sous des contraintes mécaniques externes (telles que le balancement des câbles dû au vent ou les vibrations), ainsi que l’expansion et la contraction thermiques dues aux variations de température jour/nuit, des microfissures apparaissent à la surface de la gaine, s’étendant finalement pour former des fissures et des desquamations macroscopiques.
II. Fragilisation par le froid dans les entrepôts frigorifiques (phénomène de fragilisation à froid)
Tous les matériaux polymères ont un indicateur physique spécifique : la température de transition vitreuse (T_g).
- Changement d’état : Lorsque la température est supérieure à T_g, les segments de chaîne moléculaire du polymère peuvent se déplacer librement, et le matériau présente une bonne élasticité et flexibilité (état caoutchoutique). Cependant, lorsque la température ambiante descend en dessous de T_g, le mouvement des segments de chaîne moléculaire à l’intérieur du matériau est “gelé”, et le comportement mécanique du matériau passe à un état dur et cassant similaire à celui du verre inorganique (état vitreux).
- Limitations des gaines conventionnelles : La température de transition vitreuse des gaines conventionnelles en PVC se situe généralement entre -10\ ^\circ\text{C} et -30\ ^\circ\text{C}. Dans des environnements d’entrepôt frigorifique inférieurs à -20\ ^\circ\text{C} ou -30\ ^\circ\text{C}, la gaine extérieure en plastique ordinaire durcit rapidement et devient cassante.
- Mécanisme de fissuration : Dans l’état “vitreux”, la gaine extérieure en plastique a une très faible résistance aux chocs et à la flexion. Si la gaine est déplacée, pliée ou heurtée par une force extérieure dans un entrepôt frigorifique, elle ne peut pas dissiper les contraintes par déformation élastique, ce qui entraîne une rupture fragile (c’est-à-dire une “gelure”) à des déformations extrêmement faibles.
III. Solutions d’ingénierie et conception de produits spéciaux
Dans les environnements extrêmes tels que l’exposition au soleil UV intense en extérieur, les entrepôts frigorifiques extrêmes ou les alternances chaud-froid, les fibres optiques avec des gaines en plastique traditionnelles ne peuvent souvent pas fonctionner de manière fiable à long terme. Par conséquent, l’ingénierie utilise généralement une protection blindée entièrement métallique ou une conception d’encapsulation spéciale résistante aux températures extrêmes pour éliminer complètement les risques de vieillissement des polymères.
Solution 1 : Câbles de raccordement à fibre optique blindés entièrement métalliques sans protection plastique (solution complète pour le vieillissement UV et la fragilisation par le froid)
En utilisant des tubes en acier sans soudure et des couches de tressage métallique, la gaine extérieure en plastique traditionnelle est complètement remplacée. Les matériaux métalliques ne craignent pas l’exposition aux rayons UV du soleil et présentent d’excellentes propriétés mécaniques sur une plage de températures extrêmement large de -200\ ^\circ\text{C} à plusieurs centaines de degrés Celsius, sans subir de transition vitreuse similaire aux plastiques.
- OFSCN® 2.0mm Steel Wire Rope Fiber Optic Patch Cord : Ce câble de raccordement utilise une structure de câbles en fil d’acier galvanisé de 0,6 mm, un tube en acier inoxydable sans soudure de 1,0 mm et une fibre optique. Sa structure entièrement métallique ne contient aucune gaine plastique, avec une plage de température de fonctionnement de -40\ ^\circ\text{C} à 85\ ^\circ\text{C}, évitant parfaitement la dégradation de la gaine plastique due aux UV.
- OFSCN® 200℃ Fiber Optic Patch Cord : Il est composé d’un tube en acier inoxydable sans soudure de 0,9 mm et d’une fibre optique PI de 200℃, sans gaine plastique conventionnelle. Sa plage de température de fonctionnement s’étend de -200\ ^\circ\text{C} à 200\ ^\circ\text{C}, résistant extrêmement aux hautes et basses températures, et peut fonctionner de manière fiable dans des entrepôts frigorifiques profonds ou en extérieur exposé au soleil.
Solution 2 : Capteurs à fibre optique à réseau de Bragg encapsulés dans des tubes en acier inoxydable sans soudure (pour les systèmes de détection à fibre optique)
Dans l’ingénierie des capteurs à réseau de fibre optique (FBG), la surveillance de la température et de la contrainte sur les structures en acier dans les entrepôts frigorifiques ou exposées au soleil est une demande courante. L’utilisation de capteurs avec une couche de protection en tube d’acier inoxydable sans soudure garantit la fiabilité du fonctionnement à long terme.
- OFSCN® 100°C Fiber Bragg Grating Temperature Sensor : Il est encapsulé dans une seule couche de tube d’acier inoxydable sans soudure, avec un diamètre extérieur de seulement 0,9 mm. Sa plage de température de fonctionnement est de -40\ ^\circ\text{C} à 100\ ^\circ\text{C}. Il remplace les capteurs conventionnels avec gaine plastique, éliminant les risques de défaillance dus à la fragilisation de la gaine plastique dans les entrepôts frigorifiques et à la fissuration en extérieur.
- OFSCN® 300°C Fiber Bragg Grating Temperature Sensor : Pour une utilisation dans des environnements encore plus froids et plus rigoureux, tels que les bio-entrepôts cryogéniques en dessous de -40\ ^\circ\text{C} ou l’environnement d’azote liquide, ce capteur de température encapsulé dans un tube d’acier inoxydable sans soudure peut supporter une plage de fonctionnement de -200\ ^\circ\text{C} à 300\ ^\circ\text{C}. Sa protection physique est extrêmement robuste, le rendant complètement immunisé contre les influences chimiques et physiques du vieillissement environnemental.