EuroWire September 2020

Article technique

Étude analytique d’un matériau de revêtement souple pour fibre optique par Kumpei Kobayashi, Takumi Nakajima, Hirofumi Uchida et Noriyasu Shinohara, Tsukuba Laboratories, JSR Corporation, Japon

Résumé Cette étude porte sur les propriétés mécaniques des acrylates d’uréthane durcissables par UV ayant un faible module de Young pour fibres optiques. Deux types d’oligomères d’acrylate d’uréthane ont été appliqués sur des revêtements d’acrylate d’uréthane durcissables par UV. L’analyse des réponses mécaniques dynamiques au moyen des courbes tanδ a suggéré la présence d’une séparation de phases et de différents états de séparation de phases. La morphologie à l’échelle nanométrique de la pellicule à séparation de phases a été également affichée par microscopie à force atomique (AFM). 1 Introduction Récemment, les acrylates d’uréthane durcissables par UV ont été largement utilisés comme matériaux de revêtement pour les fibres optiques et ils sont essentiellement formulés avec des oligomères d’acrylate d’uréthane (UA), des monomères acryliques et des photo-initiateurs. L’une des principales exigences en matière de fibre optique est une faible atténuation due à la microflexion. La fibre peut être obtenue par des revêtements à double couche d’un matériau souple et d’un matériau dur sur une fibre de verre. Ces dernières années, on a employé un module de Young plus faible pour un matériau de revêtement souple et un module de Young plus élevé pour un matériau dur afin d’éliminer les microflexions dans des conditions difficiles. En général, un matériau de revêtement souple avec un module de Young réduit a tendance à présenter une

résistance mécanique moindre. Cette résistance mécanique plus faible entraîne une limite d’élasticité négative dans la production de fibres optiques en raison de la formation de cavités dans le matériau de revêtement souple. On sait donc qu’il est difficile d’obtenir une résistance mécanique élevée avec un module de Young faible Dans une étude précédente, nous avons signalé que l’induction de la séparation de phase dans un revêtement représentait une bonne solution pour obtenir une résistance mécanique élevée avec un faible module de Young [1] . Cependant, dans cette étude, la présence d’une séparation de phases dans les pellicules n’a été confirmée que par l’analyse de la réponse mécanique dynamique, alors que l’on sait peu de choses sur les détails des morphologies. Il s’est donc avéré nécessaire d’examiner les morphologies à l’échelle nanométrique pour clarifier le phénomène. Dans un premier temps, nous avons visualisé les morphologies des pellicules avec séparation de phase à faible module de Young en utilisant la microscopie à force atomique (AFM). Dans cet article, nous décrivons nos travaux récents et les informations obtenues sur les propriétés mécaniques et les morphologies des acrylates d’uréthane souples durcissables par UV.

Oligomères d’acrylate d’uréthane (UA-1, UA-2) Des acrylates d’uréthane difonctionnels (UA-1, UA-2) ont étés préparés à partir d’un polypropylène diol et d’un 2,4-toluène diisocyanate désactivé par de l’acrylate de 2-hydroxyéthyle et un alcool. Monomères Un mélange de deux acrylates mono- fonctionnels a été utilisé. Le rapport entre les deux monomères a été maintenu constant à 40:60. En plus des acrylates-2, 6% en poids de monomère N-vinylique a été inclus dans les formulations. Photoinitiateur et additifs Comme photoinitiateur, 2% en poids d’oxyde de 2,4,6-triméthylbenzoyl diphényl phosphine a été utilisé. Monomère difonctionnel 0~3,5% en poids d’un monomère difonctionnel dérivé d’un dialcool à base d’hydrocarbures a été ajouté. 1.2 Préparation des propriétés physiques La résine formulée a été étalée sur une plaque de verre à l’aide d’un applicateur de 381-μm (15 MIL) et a été ensuite passée sous des lampes aux halogénures métalliques (275 mW/cm 2 ) avec une dose d’UV de 500mJ/cm 2 . La pellicule durcie a été décollée de la plaque de verre, tournée et repassée sous les mêmes lampes. La pellicule a été conditionnée pendant 24 heures à 23°C, 50% HR. L’épaisseur de la pellicule était d’environ 200μm. 1.3 Évaluation des propriétés physiques Les propriétés de résistance à la traction ont été mesurées à 23°C, 50% RH. Le module de Young a été mesuré en utilisant

Expérimentation 1.1 Matériaux

Tous les échantillons de revêtements souples constitués d’oligomères d’acrylate d’uréthane, de monomères acryliques et de photo-initiateurs ont été préparés dans nos laboratoires.

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