La résistance de la fibre est-elle affectée si la gaine n’est pas bien cuite ?
Oui, si la couche de revêtement de la fibre optique « n’est pas complètement durcie » (c’est-à-dire que le degré de durcissement du revêtement est insuffisant, sous-durci), la résistance mécanique et la durée de vie à long terme de la fibre optique seront considérablement affectées négativement.
Du point de vue de la mécanique des matériaux et de l’ingénierie optique, cela se manifeste principalement dans les aspects clés suivants :
1. Diminution de la capacité de protection tampon mécanique, entraînant une augmentation des microfissures à la surface du verre
La résistance à la traction réelle du corps de la fibre optique (verre de silice) dépend principalement de ses défauts microscopiques et microfissures de surface (microfissures de Griffith).
- Durcissement normal : La couche de revêtement externe à haute densité de réticulation offre une protection mécanique rigide, et la couche interne fournit un amorti élastique à faible module.
- Durcissement insuffisant : Le réseau de réticulation du revêtement n’est pas complètement formé, le module d’élasticité et la dureté n’atteignent pas les indicateurs de conception, et la résistance à l’usure et la capacité de résistance aux chocs radiaux diminuent considérablement. Pendant le processus ultérieur de bobinage, de rembobinage, de câblage ou de passage dans un tube, la friction mécanique externe et les contraintes de cisaillement pénètrent facilement à travers le revêtement faible, provoquant des rayures mécaniques et des micro-défauts à la surface du verre, réduisant ainsi directement la résistance à la rupture à court terme (résistance à la traction) de la fibre.
2. Accélération de la corrosion par l’humidité et la corrosion sous contrainte, réduisant considérablement la durée de vie en fatigue statique à long terme
La rupture de la fibre optique sous une contrainte de longue durée est principalement causée par la corrosion sous contrainte :
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Le réseau polymère sous-durci présente une porosité plus élevée et contient plus de monomères réactifs non réagis ou de fragments d’amorceurs photochimiques, ce qui entraîne une détérioration significative des performances d’étanchéité et d’humidité du revêtement.
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Les molécules d’eau pénètrent plus facilement à travers le revêtement pour s’accumuler à la surface de la gaine de verre. Sous contrainte de traction, les molécules d’eau réagissent avec la silice :
\text{Si-O-Si} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{Si-OH} -
Cela entraîne une expansion subcritique des microfissures (croissance lente des fissures), réduisant considérablement le paramètre de sensibilité à la corrosion sous contrainte (valeur n) de la fibre, et raccourcissant considérablement la durée de vie en fatigue à long terme de la fibre sous la contrainte de fonctionnement nominale.
3. Adhérence anormale du revêtement, introduisant des dommages secondaires lors de la construction et du décapage
Le durcissement incomplet du revêtement modifie l’énergie libre d’interface entre le revêtement interne et la surface du verre, ainsi que la force de liaison entre les revêtements interne et externe :
- Force d’épluchage instable : Peut se manifester par un revêtement collant, une force d’épluchage excessive ou une délaminage.
- Lors du décapage mécanique pour le épissage de fibres, la préparation des extrémités ou la fabrication de capteurs, la pince de décapage peut glisser, le revêtement peut se déchirer de manière inégale, voire rayer directement la surface de la fibre nue, provoquant une rupture fragile prématurée de la fibre dans la zone dénudée.
4. Dégradation des performances optiques supplémentaires (sensibilité aux micro-courbures)
Outre l’impact direct sur la résistance mécanique, un mauvais durcissement du revêtement perturbe les propriétés d’amortissement mécanique du revêtement. Lors de variations de température ( -40\ ^{\circ}\text{C} \sim +85\ ^{\circ}\text{C} ) ou sous pression latérale, le revêtement ne parvient pas à dissiper uniformément les contraintes, provoquant une courbure microscopique du cœur de la fibre, entraînant ainsi une atténuation supplémentaire due aux micro-courbures.
Résumé
Le taux de durcissement de la couche de revêtement de la fibre optique (généralement requis supérieur à 85\% \sim 95\%) est la ligne de vie de la protection physique de la fibre optique. Un durcissement insuffisant non seulement affaiblit directement la force de « blindage » de la fibre contre les dommages mécaniques externes, mais compromet également gravement la fiabilité mécanique à long terme de la fibre en accélérant la corrosion sous contrainte.