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The datas and information transmission in the optical fiber have been increasing in the last years. The interest to evaluate the mechanical reliability became necessary, after that a optical fiber, from a cable installed, was cracking very easily. The principal aim of this work was estabilishing methodologies to evaluate the polymer degradation state. Through of this techniques we search to find out parameters (E', E", tan Õ, Tg. etc) that could denote the degradation state of the coatings. Different techniques were utilized to evaluate the coating of the optical fibers such as: diferential scanning calorimeter (DSC), diferential photocalorimeter (DPC), dynamic mechanic thermal analizer (DMTA) and infrared spectroscopy (FIIR). From the method development (DMTA), it was possible to evaluate the mechanical realiability of many commercial fibers. DMTA and FTIR techniques shown to be very promising to obtain very dates to respect of polimer chacteristics. C'"" \ ~'t' , }, I' ( ... 'a'p ... ;',.'.:. II"U I ,:Or ,.:, ./ ': ',:., ., ',y. ! ... 1. "j 2 Introdução Geral _ 1.1 Introdução A fibra óptica é basicamente constituída de um filamento de vidro com um diâmetro de aproximadamente 125 ~m e revestido com dois polímeros protetores. Apesar da fibra ser tão pequena, ela possui uma alta resistência à ruptura. Como se sabe, o vidro possui baixíssima deformação elástica, em tomo de 0,1 % [1-1], portanto o vidro deforma apenas plasticamente. Não obstante, a fibra óptica possui uma tensão de ruptura à tração, sem revestimento, em tomo de 2 GPa. (5-6 GPa com revestimento). Isto é maior que muitos metais nas mesmas dimensões, por exemplo, o aço inóxidável 304 possui uma tensão máxima de 0,6 GPa, o aço carbono 1040 possui uma tensão máxima de 0,75 GPa e a liga alumínio-bronze 9% 0,65 GPa.[1-2] Mesmo tendo uma tensão de ruptura à tração, sem revestimento, maior que muitos metais, a fibra de vidro é facilmente atacada por moléculas de água. As moléculas de água atacam a superfície da fibra formando microtrincas. Estas microtrincas funcionam como concentradores de tensão fazendo com que a resistência da fibra diminua. 3 Introdução Geral _ Os revestimentos poliméricos que envolvem a fibra têm como função garantir a sua integridade, protegendo-a deste ataque químico e de outros agentes que podem danificar a fibra. O primeiro polímero utilizado tem um baixo módulo de Young, portanto pouco reticulado, que atua como amortecedor mecânico contra impactos radiais à fibra e também evita perdas por microcurvaturas, contribuindo assim para o aumento da resistência; o segundo, tem um módulo de Young bem maior, bastante reticulado, e serve de barreira à migração de água e proteção durante o manuseio da fibra e instalação do cabo. As fibras ópticas possuem características especiais que implicam em vantagens em relação aos suportes físicos de transmissão convencionais, tais como o fio metálico e o cabo coaxial. Mesmo considerando-se o suporte de rádio freqüência em microondas, a transmissão por fibras ópticas oferece condições bastante vantajosas. Abaixo estão algumas das vantagens da comunicação de fibra óptica em relação a outros meios. A transmissão em fibras ópticas é realizada em freqüências ópticas portadoras na faixa espectral de 1014 a 1015 Hz (100 a 1000 THz). Isto significa uma capacidade de transmissão, no mínimo, 10.000 vezes superior, por exemplo à capacidade dos atuais sistemas de microondas que operam com uma banda passante útil de 700 MHz. Atualmente, já estão disponíveis fibras ópticas comerciais com bandas passantes versus distâncias superiores a 200 GHz/km. Isto contrasta significativamente com os suportes convencionais onde, por exemplo, um cabo coaxial apresenta uma banda passante máxima em tomo de 400 MHz. 4 Introdução Geral, _ As fibras ópticas apresentam atualmente perdas de transmissão extremamente baixas, desde atenuações típicas da ordem de 3 a 5 dB/ km na região em tomo de 0,85 ~m, até perdas inferiores a 0,2 dBIkm para operação na região de 1,55 ~m. Atualmente, um sistema de transmissão de microondas convencional exige repetidores a distâncias da ordem de 50 quilômetros; sistemas com fibras ópticas permitem alcançar distâncias sem repetidores superiores a 200 quilômetros.[I-3] Mais adiante será dado uma breve noção da teoria da propagação da luz na fibra. Outra característica importante das fibras ópticas, pelo fato delas serem compostas de material dielétrico é que, ao contrário dos suportes de transmissão metálicos, eles não sofrem interferências eletromagnéticas. Isto permite uma operação satisfatória dos sistemas de transmissão por fibras ópticas mesmo em ambientes eletricamente ruidosos. Interferências causadas por descargas elétricas atmosféricas, pela ignição de motores, pelo chaveamento de relés e por diversas outras fontes de ruídos elétricos esbarram na blindagem natural provida pelas fibras ópticas. Por outro lado, existe um excelente confinamento do sinal luminoso propagado pelas fibras. Desse modo, não irradiando externamente, as fibras ópticas agrupadas em cabos ópticos não interferem opticamente umas nas outras, resultando num nível de ruído de diafonia (crossta1k) desprezível. Os cabos de fibras ópticas, por não necessitarem de blindagem metálica, podem ser instalados convenientemente junto às linhas de transmissão de energia elétrica. A imunidade a pulsos eletromagnéticos (EMP) é uma outra característica importante das fibras ópticas. Mesmo considerando-se os encapsulamentos de proteção, o diâmetro e peso dos cabos ópticos são bastante inferiores aos dos equivalentes cabos metálicos. Por 5 Introdução Geral _ exemplo, um cabo óptico de 6,3 mm de diâmetro, com uma única fibra de diâmetro de 125 J.lme encapsulamento polimérico, substitui, em termos de capacidade, um cabo de 7,6 cm de diâmetro com 900 pares metálicos. Quanto ao peso, um cabo metálico de cobre de 94 quilos pode ser substituído por apenas 3,6 quilos de fibra óptica. A enorme redução do tamanho dos cabos, provida pelas fibras ópticas permite aliviar o problema de espaço e de congestionamento de dutos nos subsolos das grandes cidades e em grandes edifícios comerciais. O efeito combinado do tamanho e peso reduzidos faz das fibras o meio de transmissão ideal em aviões, navios, satélites, etc. Além disso, os cabos ópticos oferecem vantagens quanto ao armazenamento, transporte manuseio e instalação em relação aos cabos metálicos de resistência e durabilidade equivalentes. [1-3] Somado a todas essas vantagens, ainda há o fator preço, que conforme aumentam as empresas que produzem as fibras, a tendência natural é ir diminuindo o preço por quilômetro de fibra produzido. Hoje o preço está em US$ 0,2 Ikm. Isto tudo explica o fato de estar havendo uma enorme procura por fibras ópticas. [1-1] A malha óptica brasileira vem expandindo-se diariamente com a instalação de dutos, subdutos e cabos ópticos, consumindo grandes investimentos que somados até agora ficam próximos aos US$ 10 bilhões. [1-4] A Embratel tem investido US$ 900 milhões, em média, por ano, incluindo satélites, comunicação de dados, rádios, fibras aéreas (cabos OPGW (Optic/Power Ground Wire) por linhas de transmissão de energia elétrica subterrâneas em 6 Introdução Geral _ rodovias, ferrovias e submarinas. O "backbone" da Embratel tem aumentado entre 2 e 3 mil km por ano. (Atlas p40) [1-4] A instalação de fibras ópticas, no Brasil, tem aumentado de ano para ano. Em 1999 foram instalados entre 1,5 e 1,8 milhões de km; em 2000 entre 2 e 2,5 milhões de km e para este ano espera-se instalar em torno de 3,5 milhões de km, conforme gráfico 1.1. Instalação de Fibra Óptica no Brasil 4 ~ 3 Q) 'a ti) 2 Q) 10 .s:::. = 1 ::E o 1999 200

Técnicas de caracterização para avaliação das propriedades mecânicas dos revestimentos de poliuretano acrilado de fibra óptica.