KR100408851B1

KR100408851B1 - 내수성 케이블

Info

Publication number: KR100408851B1
Application number: KR10-2001-7004422A
Authority: KR
Inventors: 아넬리피에트로; 콜롬보지안프란코
Original assignee: 피렐리 카비 에 시스테미 소시에떼 퍼 아찌오니
Priority date: 1998-10-07
Filing date: 1999-10-06
Publication date: 2003-12-06
Also published as: KR20010088855A

Abstract

본 발명은 물이 방사방향으로 침투하고 종방향으로 퍼지는 것에 저향력이 있는 케이블, 특히 광섬유 케이블에 관한 것이다. 이러한 케이블은 수용성 폴리머 재료를 포함하며, 상기 재료가 물 팽창성이고 수용성 재료인 것을 특징으로 한다. 특히, 이러한 케이블은 케이블내로 물이 침투한 후에, 수용성 재료의 팽창 효과와 나머지 물이 통과하는 것을 방해하기 위해, 소정의 점성도를 갖는 상기 재료의 수용성의 형성 효과의 결합으로 인해 물의 퍼짐이 방해되는 것을 특징으로 한다. 바람직하게는, 수용성 재료는 폴리아크릴아미드, 변성 폴리비닐 알코올, 비닐 알코올/비닐 아세테이트 코폴리머, 포리리비닐피롤리돈 및 그들의 혼합물로부터 선택되며, 상기 재료는 바람직하게는 비닐 알코올/비닐 아세테이트 코폴리머이다. 상기 재료는 바람직하게 광섬유를 포함하는 튜브형 요소, 예를 들어, 내층은 수용성 재료로 만들어지고 외층은 PE, PP 또는 PBT와 같은 종래 폴리머로 만들어진 이층 튜브형 요소를 형성하도록 압출될 수 있다.

Description

내수성 케이블{water-resistant cable}

케이블, 특히 광섬유 케이블은 액체형과 증기형의 물 모두와 접촉하게 되는 대기 조건에서 사용된다.

광케이블 내에, 특히 광섬유에 가까운 곳에 물분자가 존재하면 섬유의 전송 능력이 감소되는 결과를 초래한다.

상기 섬유의 전송 능력이 감소하게 되는 이유는 특히 광섬유상의 잉크 2차 그리고 1차 코팅에 수증기가 확산된 다음 뒤이어 잉크-2차 코팅 및 유리-1차 코팅 계면에 물이 응축되기 때문이다. 이러한 응축이 잉크와 2차 코팅 사이에서 또는 유리와 1차 코팅 사이에서 국부적으로 분리되도록 하여, 불규칙한 기계 응력("마이크로벤딩(microbending)")을 발생시키는데, 이는 전송 신호의 감쇠(attenuation)를 일으킬 수 있다.

광섬유와 액상의 물이 접촉하면 불량하게 싸여진 말단으로부터 물이 침투되거나(케이블의 보관 또는 장치 도중에) 또는 이러한 피복에 부대 손상을 일으킬 수 있게 된다.

케이블 내에서 물, 특히 액체 상태의 물의 존재와 그 물이 종방향으로 퍼질 가능성은 또한 케이블이 연결될 장치에 손상을 입히는 원인이 될 수 있다. 상기 관찰 내용의 견해에 따르면, 물이 퍼지는 것을 막고 물과 접촉된 후 정화해야 할 케이블의 길이를 가능한 길게 제한하는 것이 좋다.

케이블 내의 광섬유와 증기 상태의 물과의 접촉은 이러한 물이 광케이블을 구성하고 있는 층들로 스며들고, 그로 인해 광섬유가 위치된 곳의 내부에 도달할 수 있을 때 일어난다. 상당히 높은 상대 습도 값까지(보통 약 75 내지 80%), 광섬유는 수증기의 존재에 대해 악영향을 받지 않고 심지어 수년 동안 그런 상태 하에 남아있을 수 있다. 이러한 임계값 이상에서, 광섬유의 표면과 접촉하는 높은 습도는 액상의 물과의 접촉으로 생긴 것과 유사한 결함(예를 들어 얇은 층으로 갈라짐, 유리와 코팅 사이의 국부적 분리 및/또는 여러 코팅층 사이에서의 분리, 마이크로벤딩 현상)에 이르게 할 수 있으며, 그 결과 감쇠를 증가시킬 수 있다. 마지막으로, 유리와 1차 코팅이 갈라진 후 발생되는 것과 같은, 물(액상의 물 아니면 증기 상태의 물)과 섬유 표면의 장기간에 걸친 접촉은 상기 섬유의 유리 부분의 기계적 강도를 감소시킬 수 있게 한다.

물이 케이블 내로 들어가는 것을 제한하거나 막기 위한 해결방안의 범위는 종래에 개시되어 있다.

예를 들어, 액상의 물이 광섬유 케이블 내로 침투하는 것을 제한하기 위한것으로는, 물이 케이블 안으로 통과하는 것에 대해 물리적 장애물을 확립하도록 유체 차단 충진재, 보통 그리스(grease) 또는 농후유(thickened oil)를 케이블 구조 내로 도입하는 방법이 알려져 있다. 상기 충진재는 또한 물과 특별한 물리화학적 상호작용을 하지 않기 때문에, "불활성 차단재"로도 알려져 있다.

이러한 불활성 차단재의 예는 유럽특허 제811,864호, 미국특허 제5,285,513호, 미국특허 제5,187,763호 및 유럽특허 제541,007호에 개시되어 있다.

생산 중에 상기 불활성 차단 충진재를 광케이블의 구조 내로 도입하는 작업은, 충진재의 약간의 손실이라도 막기 위해서 싸여야만 하는 이들 케이블의 말단("상단")의 제조공정과 같이, 종종 어렵다. 부가하여, 케이블을 설치 및/또는 유지하는 동안, 케이블의 상이한 부분들 사이를 접합할 수 있도록 하기 위해, 불가피하게 광케이블의 모든 구성요소에서 상기 차단 충진재를 씻어내야 하는데, 이는 용매의 작용과 마찰로 인해 광섬유에 손상을 줄 수 있다.

광케이블 내로 물이 들어가는 것을 제한하기 위한 또 다른 공지의 해결방안으로는 물 팽창성 재료(water-swellable materials), 즉 상당량의 물을 흡수할 수 있는 물질의 사용을 생각할 수 있는데, 그 때문에 케이블의 부피가 증가된다. 위에 기술된 재료와 반대로, 이들 재료는 또한 "활성 차단재"로 알려져 있다.

전형적으로, 이러한 물 팽창성 재료는 섬유형 플라스틱재(fibrous plastic material)로 만든 지지체, 예를 들어, 테이프 또는 얀(yarn) 상에 분포되고, 이것들은 물과 접촉되는 것을 막고 싶은 케이블 구조 가까이 설치된다.

예를 들어, 미국 특허 제4,867,526호는 물과 접촉할 때 팽창될 수 있는 물흡수재, 특히 가교결합에 의해 불용성으로 만들어진 폴리아크릴산의 용액이 스며들어 있는 부직재(nonwoven material)(특히 폴리에스테르)로 만든 테이프를 포함하는 케이블을 기재하고 있다.

미국 특허 제5,138,685호는 부직 폴리머 재료의 두 개의 중첩된 층으로 이루어지고, 두 층 사이에 분말형의 물 팽창성 재료가 들어있는 적층형 테이프를 포함하는 케이블을 기재하고 있다.

미국 특허 제5,642,452호는 물 팽창성 재료, 특히 폴리아크릴산이 스며든 얀을 포함하는 케이블을 기재하고 있다. 상기 얀은 종래의 "불활성" 차단재로 채워진 광섬유를 포함하는 튜브형 요소들과 함께 중심 보강 요소에 감긴다. 상기 특허에 제공된 개시내용에 따르면, 이러한 구성으로 튜브형 요소들이 중심 요소에 나선으로 감겨서 생긴 별모양 지역에서 물이 종축방향으로 지나가는 것을 막을 수 있다.

미국 특허 제4,767,184호는 홈이 파인 코어를 가진 광케이블을 기재하고 있는데, 상기 홈에는 물 팽창성 또는 팽창 재료를 함유한 수지의 박막으로 각각 코팅된, 중첩된 광섬유의 다수 스트립이 배치되어 있다. 상기 물 팽창성 재료를 함유하는 코팅이 입혀진 광섬유의 스트립과 함께라면, 상기 홈이 파인 코어에 도포된 것과 동일한 재료의 코팅이 사용될 수 있지만, 광섬유의 스트립이 존재하지 않는 홈에는 물 흡수재로 만든 분말을 사용하여야 한다.

독일 특허 DE 제1,765,647호는 종래의 금속-도체 원격통신 케이블에 관한 것으로, 케이블 코어 및 와이어가 저비누화 고중합 폴리비닐알코올로 만들어진 100㎛ 두께의 호일로 싸여있는 4-와이어 케이블을 개시하고 있다.

본 출원인은 만약 물 팽창성 섬유형 테이프가 사용된다면, 케이블을 제조하는 동안에 부가의 랩핑(wrapping) 공정을 포함할 필요가 있다는 것을 알아냈다. 더욱이, 한편으로 필요한 곳에서 물 차단 효과가 더 낮아지게 되는 물 팽창성 분말의 배출(release)의 문제가 종종 발생하고, 다른 한편으로는 설치/유지하는 동안, 케이블의 구조는 이러한 분말들이 없어야만 한다.

더욱이, 일단 물 흡수 효과가 완료되면, 공지의 물 팽창성 재료는 물의 통과에 대해 간단한 물리적 장애물을 확립함으로써 불활성 충진재와 같이 작용한다. 따라서 보호하고자 하는 케이블의 구조에 충분한 양의 이들 재료를 제공하여야 한다. 하지만, 예를 들어 느슨하게 배열된 광섬유를 포함하는 플라스틱 튜브형 요소에서와 같은 특정 광케이블 구조에서는, 사용되는 재료의 양이 과량이어서 비경제적이기 때문에, 이러한 경우에는 종래의 불활성 차단재를 사용한다. 또한, 광섬유의 표면에 불규칙하게 분포된 압력 때문에, 그 외에 케이블이 기능하는데 해롭지 않는 조건 하에서조차, 상기 물 팽창성 물질의 바람직하지 않은 팽창(심지어 퍼센트가 낮은 상대 습도에서도)이 전송된 신호의 감쇠 현상을 발생시킬 수도 있다는 가능성이 존재한다.

부가하여, 본 출원인이 관찰했듯이, 크기가 약 1㎛보다 큰 입자로 이루어진 재료와 접촉하는 광섬유는 마이크로벤딩 현상을 겪을 수도 있고, 그 결과로 섬유와 직접 접촉하는 물 팽창성 분말을 함유한 스트립 또는 얀과 같은 요소를 삽입하는 과정은 심지어 습기의 존재와 관계없이 감쇠를 증가시킬 분명한 위험들을 나타낸다.

미국 특허 제4,767,184호에 기재된 물 팽창성 재료의 박막으로 코팅된 광섬유 스트립의 경우에서, 본 출원인은 사용된 물 팽창성 재료가 광섬유에 대해 해롭지 않을 수도 있는 비교적 퍼센트가 낮은 상대 습도에서, 아주 적게라도, 팽창하는 경향이 있다면, 이러한 팽창은 상기 재료로 코팅된 섬유에 압력을 불규칙적으로 분포하거나 그렇지 않으면 광섬유를 치나치게 둘러쌀(ringing) 수 있으며, 두 가지 경우는 모두 전송된 신호의 감쇠 현상이 일어날 수 있는 결점이 된다는 사실을 알아냈다.

또한 본 출원인은 팽창 재료가 팽창된 후에는, 팽창 재료가 케이블 내의 모든 틈을 올바르게 채울 수 없다는 것을, 특히 채워질 공간이 매우 불규칙한 모양인 경우에, 예를 들어, 광 튜브형 요소에 감김으로써 생긴 별모양 지역, 광섬유 사이사이의 공간 등의 경우에서 모든 틈을 올바르게 채울 수 없다는 것을 알아냈다. 이런 점에서, 이들 공간에서, 심지어 상기 팽창 재료가 최대한 팽창된 후에도, 비록 크기가 줄어들었다고 해도, 물이 자유롭게 흐를 수 있는 통로(channels)가 케이블의 구조에 남아있을 위험은 여전히 있다.

부가하여, 물 팽창성 재료가 완전히 팽창되는 과정은 일반적으로 상당한 시간을 요하고, 팽창되는 동안에 물의 흐름이 완전히 차단되지 않아서 케이블의 상당한 길이가 물의 종방향 침투에 의해, 특히 수반된 공동의 빈 부분이 큰 경우, 영향을 받을 수 있다.

결국, 종래에 실행된 상기 해결방안 모두는 부가 요소(분말, 테이프, 호일 등과 같은 것들)를 케이블 구조에 삽입하는 과정을 수반한다. 이러한 사항은 일반적으로 케이블의 말단을 연결하는 동안 및/또는 상기 케이블의 손상된 부분을 수리하는 동안 있을 수 있는 성가신 공정을 행하도록 할뿐만 아니라 케이블 제조 공정에 추가 단계들을 도입시킨다.

본 발명은 케이블, 특히 물이 반경방향으로 침투하고 종방향으로 퍼지는 현상에 대해 저항성이 있는 광섬유 케이블에 관한 것이다.

본 발명은 또한 케이블, 특히 광섬유 케이블 내에서 액체상태와 증기상태 모두의 물이 통과할 때 높은 저항성을 유지하는 방법에 관한 것이다.

도 1은 중심 지지체를 가진 튜브형 요소를 함유한 타입의 본 발명에 따른 일 실시예의 광섬유 케이블의 개략 단면도이다.

도 2는 광섬유를 포함하는 이중 코팅이 되어 있는 본 발명에 따른 케이블의 튜브형 요소의 단면도이다.

도 3은 물이 들어간 후의 도 2의 튜브형 요소의 동일 단면도이다.

도 4는 홈형 코어(grooved core)를 가진 타입의 본 발명에 따른 다른 실시예의 광섬유 케이블의 개략 단면도이다.

도 4a는 도 4에 그려진 케이블에 대한 대안적 실시예이다.

도 5는 수성 용액에서 농도의 함수로서 수용성 폴리머의 점성도에 대한 그래프이다.

본 발명에 따르면, 물의 흐름을 차단하기 위한 유체형 또는 가루형의 요소를 갖지 않은 케이블은 침투하는 물에 용해하여 이 물과 함께, 물의 흐름을 차단하거나 또는 적어도 많이 지체시키기에 충분히 점성이 있는 용액을 형성할 수 있는 고형 재료와 상기 케이블 내에 존재하는 공동들을 결합시킴으로써 제조될 수 있다. 특히, 상기 고형 재료는 광섬유를 포함하여 보호하기 쉬운 튜브 또는 슬롯형 코어(slotted core)와 같은, 광케이블의 구조적 요소로 형성되는 것이 이로울 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예는 케이블의 길이를 따라 연장하는 종방향 공동, 상기 종방향 공동 내에 수용된 적어도 하나의 광섬유 및 상기 공동에 연결된 고형의 콤팩트 요소를 포함하는 광섬유 케이블에서, 상기 고형의 콤팩트 요소는 케이블내로 물이 우연히 침투한 후에, 침투 지점의 10 미터 이내에서 물의 흐름을 차단할 정도의 소정 점성도를 가진 수용액을 형성할 수 있는 수용성 폴리머 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 케이블에 관한 것이다. 바람직하게는, 상기 고형의 콤팩트 요소는 상기 수용성 폴리머 재료의 약 30 중량% 이상, 바람직하게는 적어도 약 50%를 포함한다. 특히 바람직한 실시예에 따르면, 상기 고형의 콤팩트 요소는 상기 수용성 폴리머 재료의 약 75 중량% 보다 많은 양으로 형성된다.

바람직하게, 상기 수용액은 20℃에서 적어도 약 10⁴cP(센티포이즈)의 점성도를 갖는다.

바람직한 실시예에서, 상기 고형의 콤팩트 요소는 상기 종방향 공동 내에 배치된 적어도 하나의 광섬유를 포함하여 보호할 수 있는 케이블의 구조적 요소이다. 바람직한 실시예에 따르면, 적어도 하나의 광섬유를 포함하는 상기 고형의 콤팩트 요소는 튜브형 요소이고 상기 종방향 공동은 상기 튜브형 요소의 내부 체적에 의해 한정된다. 바람직하게, 상기 튜브형 요소는 내층이 상기 수용성 고형 재료로 만들어지고 외층이 종래의 물에 불용성인 폴리머 재료로 만들어진 이층 벽을 포함한다. 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 상기 튜브형 요소는 수용성 고형 재료로 만들어진 제3의 외층을 포함한다. 다른 실시예에 따르면, 상기 튜브형 요소는 상기 수용성 재료의 단일 피복으로 만들어진다.

다른 실시예에 따르면, 적어도 하나의 광섬유를 포함할 수 있는 상기 구조적 요소는 코어의 외면에 종방향으로 설치된 적어도 하나의 홈을 포함하는 홈형 코어이고, 상기 종방향 공동은 상기 홈 안의 내부 부피에 의해 한정된다. 본 발명의 실시예에 따르면, 적어도 상기 홈의 벽들은 수용성 고형 폴리머 재료로 만들어진다. 다른 실시예에 따르면, 상기 홈형 코어는 완전히 상기 수용성 고형 폴리머 재료로 만들어진다.

또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따르는 케이블에 포함된 수용성 고형 재료로 만들어진 요소는 테이프이다.

또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 케이블은 공동을 형성하도록 배열된 폴리머 재료의 적어도 하나의 피복 및 상기 피복 내에 배열된 수용성 재료의 적어도 하나의 고형 요소를 포함하고, 상기 공동 바깥의 상대 습도가 약 75% 이상인 경우에 상기 공동 안의 상대 습도는 소정 시기 동안 약 75%이하로 유지되는 것을 특징으로 한다. 바람직하게는, 상기 소정 시기는 적어도 20년이다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예는 상대 습도가 대체로 약 80% 미만이거나 같은 경우에, 상기 수용성 폴리머 재료가 포화 상태에서 수용성 고형 재료에 의해 흡수될 수 있는 물의 양의 약 25% 미만의 물의 양을 흡수하는 것을 특징으로 하는 상기 정의된 바와 같은 케이블에 관한 것이다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 공동의 단면과 수용성 재료로 만든 상기 고형 요소에 의해 한정된 상기 공동의 주변부 사이의 비율은 약 0.5 mm 미만이다. 바람직하게, 상기 수용성 폴리머의 점성도가 적어도 약 10⁴cP일 때, 상기 공동의 단면과 수용성 재료로 만든 상기 고형 요소에 의해 한정된 상기 공동의 주변부 사이의 비율은 약 0.4 mm 미만이다.

또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 수용성 재료로 만든 상기 고형 요소의 단면은 상기 요소가 연결되어 있는 공동의 자유 단면의 적어도 약 10%이고, 바람직하게는 상기 단면은 상기 자유 단면의 적어도 20%, 특히 약 40%까지이다.

또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 본 발명에 다른 케이블은 상기 케이블의 공동과 연결된 수용성 폴리머 재료는 또한 물에 팽창성이기도 하다. 바람직하게는,이들 재료는 약 4분 동안 물에 접촉하는 경우에 놓일 때, 운래 부피에 대해 적어도 약 5%까지 팽창한다.

바람직한 실시예에 따르면, 종방향 공동과 관련된 고형 요소의 상기 수용성 재료는 적어도 약 100 g/l의 수용해도를 갖는다. 바람직하게는 상기 재료는 20℃에서 적어도 약 10⁴cP의 점성도를 갖는 수용액을 형성할 수 있다. 바람직하게는, 상기 수용액은 약 100g/l 및 약 250 g/l 사이의 폴리머 재료의 양을 포함한다.

바람직하게는, 본 발명에 따르는 케이블에 포함된 상기 수용성 폴리머 재료는 약 15 Mpa보다 큰 파괴하중 및 약 100 Mpa보다 큰 탄성 계수를 갖는다.

바람직한 실시예에 따르면, 본 발명에 따르는 케이블에 포함된 상기 수용성 폴리머 재료는 폴리아크릴아미드, 변성 폴리비닐 알코올, 비닐 알코올/비닐 아세테이트 코폴리머 및 폴리비닐피롤리돈 및 그들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다. 바람직하게, 상기 재료는 비닐 알코올/비닐 아세테이트 코폴리머이다.

특히 바람직한 실시예에 따르면, 상기 코폴리머는 폴리비닐 아세테이트 호모폴리머의 아세테이트 기들의 부분적인 가수분해에 의해 얻어질 수 있다. 바람직하게는, 폴리비닐 아세테이트 호모폴리머의 아세테이트 기들의 가수분해 정도는 약 50%와 약 95% 사이이고, 더욱 바람직하게는 약 70%와 90% 사이이다.

바람직하게는, 상기 비닐 알코올/비닐 아세테이트 코폴리머는 약 5보다 큰 점성도 지수를 갖는다. 바람직하게는, 코폴리머의 점성도 지수는 약 8과 약 40 사이이고, 약 10과 약 30 사이의 점성도 지수를 갖는 비닐 알코올/비닐 아세테이트코폴리머가 가장 바람직하다.

본 발명의 목적을 위해서, 고형의 콤팩트 요소란 표현은 케이블의 작업 온도에서(그리고 물이 거의 존재하지 않는 상태에서) 유동성, 섬유상 또는 분말상이 아니고, 예를 들어 광섬유를 포함하는 코어, 피복 또는 튜브형 요소와 같은 케이블의 구조적 요소들을 만들기 위해 사용된 종래의 폴리머 재료의 성질과 유사한, 탄성 계수, 파괴 하중, 파괴시 연신율 등의 기계적 성질을 갖는 재료, 또는 재료들의 혼합물로 이루어진 요소를 말하는 것이다. "종래 재료"란 용어는 본 발명의 설명에서 상기 구조적 요소를 제조하는 기술에서 일반적으로 사용되는 재료를 말하며, 발명의 취지 내에서, 예를 들어 폴리에틸렌(고, 중 및 저밀도 PE), 폴리프로필렌(PP) 또는 에틸렌 프로필렌 코폴리머(PEP) 등의 폴리올레핀, 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리비닐클로라이드(PVC) 또는 폴리아미드(PA)와 같은 폴리머 재료를 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

"수용성 폴리머 재료의 약 75% 이상의 고형 요소"란 표현은 상기 고형 요소가 약 25 중량% 미만, 바람직하게는 약 10% 미만의 양으로 존재하는, 예를 들어, 충진재, 가소제, 안료, 염료, 가공제(processing agents), 살생제(biocides) 또는 안정화제 등의 다른 부성분의 첨가와 함께, 주로 수용성 폴리머 재료로 만들어진 것을 의미하기 위한 것이다.

본 설명에서, 물 차단 재료 또는 물 차단 성질이란 용어는 상기 케이블의 소정 길이 이내의 케이블 내에서 물이 종방향으로 퍼지는 것을 막을 수 있는 재료를 일반적으로 말하기 위한 것이다. 바람직하게, 이 길이는 10 미터 미만이거나 같다.

"물 흡수성 재료"란 용어는 주변 환경에서 물을 흡수하는 경향이 있는 재료를 말하기 위한 것이다.

본 설명에서, "물 팽창성" 또는 "팽창" 재료라는 용어는 물과 접촉하는 경우에 놓일 때, 일정량의 물을 흡수한 후에, 여전히 고체상태를 유지하면서 부피가 증가하는 물 흡수 재료를 말하기 위한 것이다. 이처럼 부피의 증가는 재료의 종류에 따라, 상기 재료와 물과 접촉하는 시간에 따라, 그리고 흡수된 물의 양에 따라 달라진다. 이러한 정의는 물과 접촉할 때, 원래 부피에 대해 적어도 5%의 증가를 보여주는, 특히 많은 물을 흡수하는 물질에 대해서는 원래 부피에 대해 100% 이상의 증가를 보여주는 재료를 포함한다.

"수용성 재료"란 용어는 본 발명에 따른 케이블에 사용된 물 차단 재료가 물과 접촉할 때 최소한 부분적으로라도 용해되어, 소정의 점성도 값을 갖는 수용성을 만들어낼 수 있다는 것을 의미하기 위한 것이다. 특히, 형성하는 용액의 점성도는 케이블에 상기 용액의 흐름을 방해할 정도일 것이다. 바람직하게는, 이러한 용액은 상기 물의 침투 지점에서 약 10 미터 미만의 거리이내에서, 공동안으로 침투하는 물의 흐름을 필수적으로 차단할 정도의 점성도를 갖는다.

첨부 도면을 참고로 하는 다음의 상세한 설명으로 본 발명을 보다 잘 이해하게 될 것이다.

도 1에 나타난 것처럼, 소위 튜브형 요소 타입(특히 루즈 튜브(loose tube)타입)의 케이블은 반경방향으로 가장 안쪽의 위치에, 주어진 직경까지, 보강 요소를 포함하고, 통상적으로 유리수지(5)로 만들어지고, 폴리머 층(6)으로 코팅된 지지 요소를 갖는다.

상기 케이블은 상기 지지 요소(5)와 코팅층(6)의 주위를 감싸는 하나 또는 그 이상의 튜브형 요소 또는 튜브(7)를 갖고, 상기 튜브 안에는 하나하나 배열되거나, 다발로 묶인 광섬유, 리본, 소형 튜브(즉, 광섬유 다발을 둘러싸는 미세한 피복) 및 이와 유사한 것들이 들어 있다.

존재하는 튜브형 요소의 수(이들 요소는 또한 다수의 층들 위에도 배열될 수 있음)와 이들 튜브형 요소의 치수는 케이블의 사용 조건뿐만 아니라, 의도한 케이블의 용량에 따라 달라진다.

예를 들어, 단지 하나의 튜브형 요소만을 갖는 케이블(이 경우 중심 요소(5)와 그의 코팅(6)은 존재하지 않음)이 예상되고, 하나 또는 그 이상의 층에 둘러싸인 여섯 개, 여덟 개, 또는 그 이상의 튜브형 요소를 갖는(예를 들면 24개까지의 관형 요소가 두 층에 둘러싸인) 케이블이 예상된다.

상기 튜브형 요소(7)들은 차례로 예를 들어 랩핑에 의해 만들어진 수용층(8)에 함께 유지되고, 보강 요소(9), 예를 들어 등록 상표인 Kevlar 섬유의 층 또는 유리 얀의 층과 결합되는 것이 바람직하며, 상기 보강 요소의 크기는 케이블의 기계적 강도 요건에 따라 달라진다.

피복을 분리하는 두 개의 필라멘트(two sheath-dividing filaments)(10)는 케이블에 대해 종방향으로 배열되어 있고, 상기 보강 층(9) 내에 포함될 수 있다.

마지막으로, 케이블은 통상적으로 폴리에틸렌으로 만들어진 보호용 외부 피복(11)을 포함한다. 특정 요건에 관해서, 추가의 보호용 층들이 또한 존재할 수 있는데, 예를 들면, 금속 층들이 설명된 구조의 안쪽이나 또는 바깥쪽에 존재할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상술된 구조를 갖는 케이블에서, 튜브형 요소(7)는, 내층(7b)은 물차단 특성을 갖는 고형재로 만들고 외층(7a)은 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 또는 에틸렌-프로필렌 코폴리머(PEP)와 같은 종래 재료로 만든 이중 층 벽을 갖도록 만들 수 있다.

도 2는 이층 벽(예를 들어 공동 압출에 의해 제조된 것)을 갖는 튜브형 요소(7)를 도시하고 있는바, 상기 요소의 가장 바깥층(7a)은 종래의 폴리머 재료(예, PE, PP, PEP 또는 PBT)로 만들고 가장 안쪽층(7b)은 고형의 수용성 폴리머 재료로 만든다. 광섬유에 의해 채워지지 않은 상기 튜브 안쪽의 공간은 전형적으로 비어있다.

하나 또는 그 이상의 광섬유(3)는 튜브형 요소 안에, 전형적으로 늘어지게 배열되거나, 떨어져 있거나 또는 섬유 리본, 소형 튜브 또는 그와 유사한 형태로 모인다.

상기 튜브형 요소의 내층(7b)을 형성하는 재료는 외층(7a)과 다소 유사한 기계적 성질을 갖는 고형의 압출가능 재료이며, 그 성질은 바람직하게는 전체 튜브형 요소의 두께는 단일 종래 층을 갖는 튜브형 요소의 전형적인 두께와 다르지 않은 정도이다.

전형적으로 예를 들어 외경이 3mm인 튜브형 요소는 전체 두께가 약 0.6 내지 0.7mm이고, 거의 똑같은 부분들인 수용성 내층(7b)과 종래 외층(7a)으로 나뉘어진, 벽을 가질 수 있다.

우연히 물이 침투한 경우에, 이층 튜브형 요소 내층(7b)의 수용성 폴리머 재료는 도 3에 도시한 것처럼, 원래 자리(도면에서 점괘선으로 표시한 부분)에서부터 시작하여, 침투하는 물에 적어도 부분적으로 용해하여, 튜브형 요소의 전체 자유 단면이 막힐 때까지, 섬유 사이로 이동하고, 그에 따라 공간의 모양과 상관없이 자유 공간(일반적으로 불규칙한 윤곽)을 채우는 점성 용액(4)을 형성한다.

상기 층(7b)의 수용성 재료의 특성을 적절히 선택함으로써 형성된 수성 용액은, 물이 진입하는 지점으로부터 수 미터 이내에서 물의 퍼짐을 차단할 때까지, 케이블을 따라 물이 뒤어어 퍼지는 것을 지연시키기에 충분히 높은 점성도를 갖는다.

이렇게, 특히 케이블의 중량을 실질적으로 증가시켰던 분말, 차단 유체 등과 같은 부가의 재료를 튜브형 요소 내로 도입시키지 않고도, 우연히 케이블 내로 침투된 물의 퍼짐을 차단할 수 있게 된다.

튜브형 요소(7) 내의 자유 단면에 더해서, 상술된 케이블 구조는 보통 별모양 지역으로 설명되고, 케이블 내로 우연히 침투된 물이 지나갈 수 있는 튜브형 요소의 바깥의 면적(8a)을 포함한다.

본 발명에 따라, 중심 요소(5)를 코팅하기 위한 폴리머 층(6)은 완전히 또는 외층에서, 상기 언급된 특성을 갖는 고형의 수용성 재료로 만들어지는 것이 좋다.

이러한 코팅 층(6)은 압출(더 안쪽에 종래 타입의 층과 더 바깥쪽에 고형의 물차단 폴리머 재료의 층이 제공되는 경우에는 공동 압출)에 의하거나, 아니면 고형의 물차단 폴리머 재료의 콤팩트 테이프(종방향 또는 나선형)를 중심 요소(5)(이것은 선택적으로 이미 부분적으로 코팅되어 있을 수도 있음)위에 붙임으로써 만들어질 수 있다.

적당한 경우라면, 튜브형 요소(7)의 외층이 또한 물차단 재료로 된 것을 생각할 수 있고, 또는 택일적으로는 전체 튜브형 요소가 물 차단 재료로 만들어질 수 있다.

바람직하다면, 본 발명에 따른 수용층(8)은 (전체적으로 또는 부분적으로) 고형의 물차단 폴리머 재료의 콤팩트 테이프로, 또는 택일적으로는 똑 같은 물질의 압출성형 층으로 랩핑함으로써 만들어질 수 있다.

층(6) 및 (8)에서의 고형의 수용성 폴리머 재료 층의 존재 및 이들 층에 있는 상기 고형의 수용성 폴리머 재료의 크기는 현재 자유단면(예 상기 언급된 별모양 지역(8a))에 따라 그리고 다소 좁은 공간에서 케이블내의 물의 흐름을 차단하기 위한 요구에 따라 결정된다.

다음으로, 보강 층(9)은 상기 언급된 타입의 고형의 수용성 폴리머 재료의 필라멘트 또는 로드(rods)를 포함한다.

부가하여, 또는 보강 층(9)에 포함될 수도 있는 로드 또는 필라멘트를 대신하여, 피복(11)이 고형의 수용성 재료로 만들어진 내층(11a)을 포함하는 두 개의 층으로 형성될 수 있다.

상기 언급된 원리를 바탕으로, 본 발명은 또한 홈형 코어를 가진 케이블에 적용될 수 있다.

도 4에 보고된 바와 같이, 홈형 코어를 가진 케이블은 반경방향으로 가장 안쪽 위치에, 예를 들어 유리 수지로 만들어진 보강 요소(12)를 갖는데, 상기 보강 요소 위에는 본 발명에 따른 고형의 수용성 재료로 만든 홈형 코어(13)(이는 전형적으로 압출된 것임)가 존재한다. 홈들(14)은 홈 안에 광섬유(3)를 수용하기 위해서 상기 코어의 전체 바깥면을 따라 계속해서 연속적인 나선형으로 또는 교대로 s-z 경로로 연장되고; 상기 언급된 것과 유사한 방법으로, 광섬유(3)는 개별적으로 배열되거나 또는 홈의 바닥면에서 늘어지게(즉, 길이를 초과하여) 또는 꼭 맞게 리본, 소형 튜브 및 그와 유사한 것으로 모일 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 상기 홈형 코어는 도 4a에 도시된 것처럼, 단지 일부만 수용성 폴리머 재료로 만들어질 수 있다. 이러한 경우에, 이중 층 홈형 코어가 (예를 들어 두 개의 폴리머 층의 이중 압출 또는 공동 압출에 의해서) 제조되고, 여기서 코어의 내부(13a)는 종래의 폴리머 재료(예, PE 또는 PP)로 만들어지고 바깥쪽 홈이 있는 부분(13b)은 본 발명에 따른 수용성 재료로 만들어진다.

택일적으로, 홈형 코어(13)는 전체가 PE 또는 PP와 같은 종래 재료로 만들어질 수 있다. 이런 경우에는, 수용성 재료로 만든 특별한 U자형 요소(15)가 홈 안에 배치될 수 있는데, 이는 예를 들어 상기 요소가 홈형 코어와 함께 동시 압출되거나 개별적으로 생산된 다음 홈 안으로 삽입되도록 하면 가능하다.

예로서, 상기 홈형 코어는 소정의 케이블의 용량에 따라, 4와 12 mm 사이의 직경을 갖고 1 내지 10개의 홈을 포함할 수 있다. 홈 자체의 치수는 홈 안에 존재하는(섬유들의 테이프들로 모여 있을 수도 있음) 섬유의 수에 의해 그리고 이들 섬유에 대해 생각되는 자유도에 의해 결정된다.

이어서 홈형 코어(13)는 홈을 막는 폴리머, 바람직하게는 고형의 수용성 재료로 이루어진 폴리머의 층(16)으로 코팅되고; 이러한 코팅은 압출된 피복의 형태로 만들어지거나 아니면 종방향 또는 나선형 랩핑으로서 만들어질 수 있다.

다음으로 이러한 층은 예를 들어 폴리에스테르로 만들어진 추가 보강 테이프(17)에 의해 둘러싸일 수 있고, 이어서 고형의 수용성 재료로 만든 필라멘트 또는 로드를 포함할 수 있는 예를 들어 등록 상표인 Kevlar로 만들어진 보강 층 또는 외장(armouring)(18)에 의해 둘러싸인다.

예를 들어 폴리에스테르로 만든 추가의 랩핑(19)은 상기 외장(18)을 둘러싸고 그리고 상기 랩핑 자체는 전형적으로 폴리에틸렌으로 만든 외부 피복(21)에 의해 에워싸이고; 고형의 수용성 재료의 층(20)은 상기 외부 피복(21) 바로 아래와 물이 혹시라도 닿을 수 있는 모든 곳에 설치된다.

상기 언급한 바와 같이, 본 발명의 목적을 위해서, 고형의 수용성 재료를 포함하는 고형이면 콤팩트한 요소는 케이블의 작업 온도에서(그리고 물이 실제로 없는 상태에서) 상기 요소가 유동성, 섬유상 또는 분말상도 아니고, 케이블의 요소들을 만들기 위해 사용된 재료의 것과 비교해서, 탄성 계수, 파괴 하중, 파괴시 연신율 등과 같은 기계적 특성을 갖도록 해야한다. 따라서, 상기 재료로 만든 광케이블 요소들은 이롭게는 전형적으로 종래 폴리머 재료로 만든 광케이블의 하나 또는 그 이상의 구조적 요소들(예, 보호 피복(covering sheaths), 튜브, 홈형 코어 등)을 교체할 수 있다. 동시에, 이들 재료의 수용해도 특성은 충분한 점성도의 수성 용액을 형성할 만큼, 생각할 수 있는 조건하에서 물의 흐름을 차단하도록 있어야 한다. 특히, 상기 부각된 특성들은 상기 고체 요소가 필수적으로(즉, 약 75% 이상으로) 수용성 폴리머 재료로 만들어진 바람직한 경우에 또한 그럴 것이다.

부가하여, 본 발명에 따른 수용성 재료는 상기 언급된 고체의 콤팩트 요소 중 하나에 용이하게 압출성형될 수 있는 것이어야 바람직하다.

물의 흐름이 차단되길 바라는 종방향 공동과 연결된 상기 고체의 콤팩트 요소는 적어도 30 중량%, 그리고 바람직하게는 적어도 50 중량%의 수용성 폴리머 재료를 포함할 것이다. 따라서 물차단 기능을 가진 이러한 고체 요소는 상술된 수용성 폴리머 재료 이외에, 이러한 수용성 폴리머와 혼합되는 것이 이로울 수 있는 다른 재료들, 예를 들면, 충진 재료, 예, 카본 블랙 또는 무기성 필러(예를 들어 칼슘 카보네이트 또는 마그네슘 하이드록사이드), 안정제, 안료 또는 염료 및 가소제와 같은 종래 폴리머 첨가제 또는 다른 상용성 폴리머 재료와 같은 것들을 포함할 수 있다. 바람직한 실시예에 따르면, 이러한 고체 및 콤팩트 요소는 필수적으로 즉, 약 75 중량% 이상이 수용성 폴리머 재료로 이루어져 있고, 상기 조성물의 나머지 부분은 폴리머 조성물을 위한 종래 첨가제를 나타낸다. 바람직하게는, 상기 조성물의 총중량의 약 5%가 가소제이다.

본 출원인은 본 발명에 따른 케이블에서, 수용성 재료로 형성된 용액의 점성도가 증가됨에 따라, 물의 차단이 일어나야만 하는 공동의 치수는 증가되고 및/또는 이러한 물의 흐름을 차단하는데 걸리는 시간은 감소될 수 있다는 것을 알아냈다.

특히, 본 출원인은 물의 통과를 적절히 차단하기 위해서, 20℃의 온도에서 호플러 폴링 스피어 점성도계(Hoppler falling-sphere viscometer)로 측정된 약 10⁴cP(센티포이즈)의 점성도값, 바람직하게는 10⁴내지 10⁵cP의 점성도값을 달성하는 수용액을 형성하는 폴리머의 수용성 재료를 사용하는 것이 특히 바람직하다.

이러한 목적을 위해, 충분한 양의 상기 층(2)의 수용성 재료가 물에 용해되고 그렇게 형성된 용액이 필요한 점성도를 갖도록 할 필요가 있다.

본 발명에 따른 다양한 물차단 및 수용성 재료로 이루어진 광섬유를 포함하는 튜브형 요소를 따라 물이 퍼지는 것을 시험하는 동안, 약 10⁴cP의 점성도를 갖는 용액을 형성하는 수용성 폴리머의 경우에, 튜브형 요소의 처음 10 미터 이내에(그리고 수분 이내에) 물이 전파되는 것을 막기 위해, 유체의 진행하는 성향을 이용할 수 있는 공동의 단면(mm²로)과 수용성 재료로 이루어진 주변길이의 일부(mm로)(양쪽 모두는 물이 없는 상태에서 측정됨) 사이의 비율은 약 0.3 mm보다 적거나 같아야 한다는 것을 알아냈다.

약 10⁵cP의 점성도를 가진 용액의 경우에, 상기 비율은 약 0.4 내지 0.5 mm로 증가할 수 있다.

이롭게는, 소정의 점성도값에 이르기 위해서, 폴리머 재료는 그 수용액이 20℃에서 측정된 약 100g/l과 약 250g/l사이의 농도에서, 바람직하게는 약 120g/l과 약 200g/l사이의 농도에서 약 10⁴cP의 점성도를 갖는 것이 사용되는데, 약 130g/l과 180 g/l사이의 농도에서 약 10⁴cP의 점성도를 갖는 용액을 형성하는 재료들이 특히 바람직하다.

본 발명의 목적을 위해, 적어도 100g/l, 바람직하게는 적어도 200g/l인 20℃의 물에서의 용해도를 갖는 수용성 폴리머 재료는 따라서 바람직하고, 약 300g/l 또는 그 이상의 용해도를 갖는 재료는 특히 바람직하다.

본 출원인은 더욱이 수용성 폴리머와 상호작용하여 소정의 점성도의 용액을 형성하는 약간의 물이 상기 폴리머 내에 포함되어, 이러한 폴리머의 부분적 팽창을 일으킨다는 사실을 알아냈다. 전형적으로, 물의 흐름을 차단하거나 대체로 더디게하는데 걸리는 통상적인 시간 내에, 이들 수용성 폴리머는 약 10 중량%에서 약 25 중량%까지의 물을 흡수하고, 그 결과로 원래 부피의 약 5 내지 10%까지 팽창될 수 있다. 폴리머의 이러한 팽창은, 비록 제한적이긴 하지만, 그럼에도 불구하고 물이 통과하는 단면을 줄이고, 따라서 형성된 고점성도 폴리머 용액이 더 용이하게 그 흐름을 차단하도록 하는데 기여할 수 있다. 이 후에, 폴리머와 존재하는 물이 좀더 접촉하게 되면 폴리머가 더 팽창하게 되고, 따라서 물이 통과하는 단면을 더 제한하게 됨으로써, 폴리머 용액의 차단 효과를 증가시킬 수 있다. 본 발명에 따른 케이블에 사용하기에 이로울 수 있는 수용성 폴리머 재료들 중에, 바람직한 것은 앞서 말한 바와 같이, 물 팽창가능 특성을 갖는 재료, 즉 그 내부에 상당량의 물을 내포할 수 있어서, 소정 시간 내에, 일반적으로 물과 접촉한 지 약 4분 후에 적어도 5%의 적당한 팽창을 일으킬 수 있는 재료일 것이며, 그렇게 해서, 이들 재료는 폴리머 용액에 의해 물의 흐름을 차단하는데 기여할 수 있다.

상기 관찰 내용의 관점에서, 수용성 폴리머 재료로 필수적으로 이루어진 고체 요소의 경우를 들어, 침투하는 물에 상기 폴리머 재료가 완전히 용해되는 것을 가정해보면, 길이 단위당 존재하는 재료의 양은 공동으로 물이 흘러 들어가서 소정의 점성도를 얻기에 충분한 농도를 가진 용액을 형성할 수 있도록, 공동의 자유 단면의 적어도 약 10%를 차지하는 정도여야 한다는 것을 계산할 수 있다. 예를 들어, 약 2mm의 내경(약 3.14mm²의 단면)을 갖는 튜브형 요소의 경우에, 수용성 재료의 양은 적어도 약 0.314mm²의 단면을 차지하는 정도로 사용될 수 있다. 그밖에 이러한재료는 예를 들어, 0.63 mm의 직경의 고체 필라멘트로 공동 안에 배치될 수도 있고 또는 폴리머 박막으로 바람직하게는 압출되어, 튜브형 요소의 내면 상에, 약 0.05 mm의 두께로 배치될 수도 있다. 하나 또는 그 이상의 광섬유가 튜브형 요소 내에서 발견된다면, 이러한 튜브형 요소의 자유 내부 단면은 적어질 것이고, 따라서 사용되는 수용성 재료의 양을 더 제한할 수 있게 된다.

한편, 몇몇 경우에, 소정의 점성도를 달성하기 위해서 재료의 농도가 250g/l까지 요구될 수도 있기 때문에, 케이블의 길이 단위 당 수용성 재료의 양을 증가시키는 것이 바람직할 수도 있다. 일반적으로, 수용성 재료의 양이 물이 흐를 수 있는 공동의 자유 단면의 적어도 약 20%를 차지할 정도, 자유 단면의 약 40%를 차지하는 정도의 양까지 사용되는 것이 이로울 수 있다. 수용성 재료의 양을 더 증가시키는 방법은 더 많은 양의 물차단 재료가 바람직한 특정 케이블 디자인의 경우에 생각될 수도 있다.

본 출원인은 더욱이 본 발명의 케이블을 만드는데 선택된 다수의 물 차단 재료가 장기간 물차단 조건을 유지하는데 더욱 기여하는 젤이 만들어질 때까지, 장기간 실질적으로 점성도를 증가시키는 수용성을 형성한다는 것을 알아냈다.

본 출원인은 소정의 용해도를 얻기 위해서는, 다양한 고분자들이 비교적 서로의 영향을 받지 않아서 물이 충분한 양의 폴리머를 용해할 수 있도록, 수용성 폴리머가 가교결합되지 않도록 하는 것이 바람직하다는 것을 알아냈다.

본 발명에 따른 케이블에 사용될 수 있는 고형의 수용성 재료 중에서, 바람직한 것은 통상적으로 약 75 내지 80%의 비교적 높은 상대 습도(R.H.) 값까지, 단지 통상적으로 포화 상태(R.H.=100%)에서 재료가 흡수할 수 있는 양의 약 25 중량% 미만 정도의 적당량의 물만을 흡수하는 재료이다.

본 발명에 따른 케이블에 사용된 재료는 예를 들어, 약 75% R.H.의 대기에 놓였을 때, 심지어 1000 시간 이상동안 시험을 거친 후에도 약 10%의 중량 증가(물의 흡수로 인해)를 보여준다. 동일 재료는, 100%의 R.H. 값을 가진 대기에 놓였을 때, 약 100시간 동안만 시험을 거친 후에도 약 30 중량%의 중량 증가를 보여주고, 약 800시간 동안 시험을 거친 후에는 60% 이상의 증가를 달성한다.

상기 광섬유는 약 75 내지 80% 미만의 상대 습도 값까지의 수증기의 존재에 대해 비교적 민감하므로, 상기 값 아래에서 수용성 재료가 거의 변하지 않도록 하는 것이 좋기 때문에, 상기한 성질을 갖는 재료가 특히 이롭다.

상기 재료가 이러한 비교적 낮은 상대 습도 값에서 실제로 반응을 하지 않는다는 사실은, 일반적으로 75% 미만인 대기 습도에 대해서는 재료를 보호할 필요가 없기 때문에, 가공성을 더 좋게 하고 완제품 보존 시 문제점들을 더 적게 할 수 있다.

더욱이, 이러한 성질 덕분에, 이러한 재료의 일부가 상대 습도에 대한 임계값 이하에서 수증기 상태의 물과 불필요하게 상호작용하지 않고, 또는 심지어 바람직하지 않게 광섬유를 압착할 정도로 필요없이 팽창되지 않고도, 상기 재료는 거의 전부 액상의 물의 침투 또는 임계값을 초과하는 상대 습도의 증가의 경우에도 물을 차단하는데 여전히 도움이 된다.

본 출원은 또한 본 발명에 따른 광케이블에 사용될 수 있는 물차단 및 수용성 재료 중에서, 재료가 광섬유를 포함하는 하우징에 배치될 때, 상기 하우징에 습도조절 능력(hygrostatic properties)을 제공하는 재료를 사용하는 것이 특히 이롭다는 것을 알아냈다. 이러한 이유는 광섬유가 수용되는 케이블 구조(예를 들어 플라스틱 재료의 튜브형 요소) 밖의 환경이 상대 습도 임계값(75 내지 80%)을 초과할 때, 적절한 양으로 상기 케이블 구조 내에 배치된 본 발명에 따른 재료가 광섬유 주위에, 임계값 미만인 상대 습도 값을 유지할 수 있기 때문이다.

예를 들어, 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리에틸렌(PE) 등으로 만든 광섬유를 함유하기 위한 종래 튜브형 요소는 높은 상대 습도(예 95%)를 갖는 대기에 존재할 때, 외부 습도는 광섬유가 수용된 이들 튜브형 요소들에 중심 쪽으로 침투되기 쉽고; 이러한 조건에서, 80% 이상의 상대 습도 값은 상기 언급된 결함이 일어날 가능성을 가진 채, 수개월 내에 튜브형 요소 안에 도달한다.

반대로, 만약 그러한 수용 튜브 요소가 외층은 종래 폴리머 재료로 만들어지고 내층은 언급된 특성을 갖는 물 흡수성 재료로 만들어진 본 발명에 따른 이층 구조를 갖는다면, 튜브형 요소 내의 상대 습도는 전체가 종래 재료로 만들어진 튜브형 요소의 경우보다 훨씬 더 천천히 증가한다는 것을 알아냈다.

더욱이, 다음으로 만약 이러한 튜브형 요소가 종래 타입의 폴리머로 만들어진 용기 피복(container sheath)에 함유된다면, 튜브 내의 상대 습도는 광케이블의 예상 평균 수명에 해당하는 20 내지 25년 정도 동안 임계값 이하로 머무를 수 있다.

또한 광섬유를 포함한 튜브형 요소가 수용성 재료의 단일 층으로 이루어지고 상기 튜브형 요소가 종래 폴리머 재료로 만든 컨테이너 피복에 수용되는 경우에 유사한 반응이 발견된다.

케이블 구조 내에서 실질적으로 본 발명의 수용성 재료로 만든 추가 요소들, 예를 들어, 격자 테이프(interstitial tapes) 또는 필라멘트(또는 하기 설명에서 더욱 자세히 설명될 다른 요소들)와 같은 추가 요소들의 존재는 상대 습도 임계값에 도달하는데 걸리는 시간을 더욱 증가시킬 수 있다.

본 발명에 따라, 바람직하게 물 차단 재료로 사용될 수 있는 폴리머는 전형적으로 실온에서(또는 케이블의 작업 온도에서) 고체이며, 다른 식으로 압출될 수 있거나 가공될 수 있고, 물에 용해하여 충분한 점성도를 가진 용액을 형성할 수 있는 폴리머이다. 바람직하게는 이들 재료들은 약 75 내지 80 % 미만의 상대 습도값의 존재에서 물의 흡수가 감소됨을 보여주고 및/또는 재료들을 포함하고 있거나 또는 재료들과 연결되어 있는 공동에 대해서 습도조절 능력을 갖는다.

이들 폴리머는 전형적으로 폴리머의 구조 안에 다음과 같은 하나 또는 그 이상의 친수성기를 포함한다:

- 수산기 (-OH)

- 에테르기 (-COC-)

- 에스테르기 (-CO-O-)

- 아민기 (-NH₂)

- 카르복실기 (-COOH)

- 아미드기 (-CO-NH-).

이들 폴리머의 예로는 폴리아크릴산, 폴리아크릴아미드, 폴리아크릴아미드/아크릴산 코폴리머, 메타크릴산, 폴리비닐피롤리돈 및 폴리비닐 알코올의 에스테르화된 또는 에테르화된 코폴리머 및 특히, 비닐알코올/비닐 아세테이트 코폴리머와 같은 폴리비닐 알코올로부터 유도된 폴리머이다.

상술된 재료 중에서, 특히 폴리아크릴아미드, 변성 폴리비닐 알코올, 비닐 알코올/비닐 아세테이트 코폴리머 또는 폴리비닐피롤리돈을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 변성된 폴리비닐 알코올이란 것은 다음에 한정되는 것은 아니지만, 하기:

a) 폴리비닐 알코올의 부분적인 에테르화(etherification)에 의해서(예를 들어 (CH₂CH₂-O-)_n-OH)와 같은 기를 PVA 호모폴리머 사슬내로 도입시킨 에폭시화(epoxidation)에 의해서);

b) 알코올기의 부분적인 에스테르화에 의해서(유사하게는, 수산기 기능을 호모폴리머에 도입하기 위해서 적당한 폴리에스테르 호모폴리머가 가수분해될 수 있다); 또는

c) 예를 들어, 비닐 아세테이트, 폴리옥시메틸렌 모노메틸 에테르로부터 폴리(비닐 알코올-코-폴리옥시에틸렌)을 얻고 사슬 증량제(chain extender)로서 디이소시아네이트 또는 디에폭사이드를 사용하는 블록 공중합에 의해서 얻어진 폴리머를 포함한다.

본 발명의 목적을 위해서, 폴리비닐 아세테이트(PVAc) 호모폴리머의 아세테이트 기의 부분적 가수분해에 의해 얻어질 수 있는, 비닐 알코올/비닐 아세테이트 코폴리머(이하 VA-VAc 코폴리머로 칭함)는 특히나 바람직하다.

특히, PVAc 호모폴리머의 가수분해의 정도는 약 50%와 약 95% 사이이고, 바람직하게는 약 70%와 약 90% 사이이다.

코폴리머의 가수분해 정도에 관해서, 본 출원인은 가수분해 정도가 영인 경우에 대해서, 물에서의 용해도는 20℃에서 약 0.01 g/l와 같이, 매우 높지 않다는 것을 알아냈다.

가수분해 정도가 증가할수록, 재료의 친수성은 용해도와 함께, 약 88%의 가수분해 정도에 대해 약 300 g/l 정도로 증가한다. 하지만, 출원인은 그 이상의 가수분해 정도의 증가가 그에 따라서 물에서의 물질의 용해도를 감소시킨다는 것에 주목했다. 사실상, 아세테이트기의 완전한 가수분해의 경우에, 얻어진 폴리비닐 알코올 호모폴리머는, 비록 재료가 여전히 높은 친수성을 가지고 있다 해도, 극도로 낮은 용해도(20℃에서 1.43 g/l)를 갖는다.

본 발명의 목적을 위해서는, 물에서 양호한 폴리머의 용해도를 확보하도록 불완전하고, 폴리머의 친수성이 물과 적절히 상호작용하기에 충분할 정도로 충분히 높은 가수분해 정도를 가진 VA-VAc 코폴리머를 사용하는 것이 바람직하다.

본 출원인은 PVAc 호모폴리머의 가수분해 정도 이외에, 재료의 물차단 작용에 영향을 줄 수 있는 하나의 변수는 VA-VAc 코폴리머의 분자량, 특히 폴리머의 점성도 지수이다.

폴리머의 점성도 지수는 여기서 폴리머의 4% 수용액의 점성도(20℃에서 호플러 폴링 스피어 점도계로 측정된 값)와 물의 점성도(20℃에서 호플러 폴링 스피어 점도계로 측정된 값) 사이의 비율로 정의되고; 폴리머의 동일한 가수분해 정도의 경우에, 이러한 점성도 지수는 폴리머의 분자량에 비례한다. 전형적으로, 동일한 점성도 지수의 경우에, VA-VAc 코폴리머의 가수분해 정도가 증가함에 따라, 그 분자량은 감소한다.

사실상 출원인은 저점성도 지수를 가진 VA-VAc 코폴리머가 물의 존재에서 빠르게 반응하여, 더 큰 분자량을 갖는 코폴리머보다 더 많은 양의 물을 흡수하고 더 빠르게 팽창한다는 사실을 알아냈다.

더욱이, 또한 너무 낮은 점성도 지수를 갖는 폴리머의 수용액은 물이 종방향으로 퍼지는 것을 효과적으로 차단할 정도의 점성도에 충분히 빨리 이르지 못한다는 것을 알아냈다. 본 출원인에 따르면, 이러한 이유는 아마도 비록 이러한 코폴리머가 비교적 높은(어떤 경우에는 가수분해와 유사한 정도이고 더 높은 MW를 갖는 폴리머의 것보다 더 높은) 수용해도를 갖지만, 소정의 점성도에 도달하기 위해서 용액에서 폴리머의 농도가 전형적으로 적어도 30 중량% 정도로 충분히 높아야만 한다는 사실 때문일 것이다. 따라서, 용해시켜야 할 폴리머 양이 증가하면 소정의 점성도를 갖는 용액을 형성하는 시간이 증가하고, 그에 따라 차단하기 이전에 물의 이동에 의해 영향을 받은 케이블 길이가 증가하게 된다.

또한 본 출원인은 사용된 폴리머의 점성도 지수가 너무 낮으면, 이 때 75 내지 80%미만의 상대 습도값의 존재에서, 이러한 폴리머의 표면이 물의 부분 흡수에 의해 야기된 끈적끈적한 코팅막으로 덮일 수도 있다. 이러한 조건하에서 이들 재료를 다루기 어렵다는 것과 관련된 문제들을 제외하고도, 이러한 표면이 광섬유와 접촉할 때 감쇄 현상을 일으킬 수도 있으므로, 이러한 표면 끈적임은 일반적으로 필요하지 않다.

한편, 본 출원인은 충분히 높은 점성도 지수를 갖는 VA-VAc 코폴리머가 비교적 빠르게, 소정 시간 내에 물의 흐름을 차단하는데 필요한 점성도를 갖는 충분히 높은 농도(예를 들어 10 중량%와 20 중량% 사이)를 가진 용액을 형성할 수 있다는 것을 알아냈다.

더욱이, 75 내지 80% 미만의 상대 습도 백분율의 존재에서, 비록 저분자량의 코폴리머의 경우에서는 발견되었지만, 이들 코폴리머들은 물의 부분적 흡수에 의해 야기된 표면 끈적임 현상을 보이지 않는다.

하지만, 지나치게 높은 점성도 지수를 갖는 VA-VAc 코폴리머는 물과의 접촉시 지나치게 낮은 속도로 용해될 수 있고, 그 결과 물은 차단되기 전에 케이블내의 지나친 거리(예를 들어 다수 미터)를 흐를 수 있다.

따라서 본 출원인은 약 5보다 큰 점성도 지수를 갖는 비닐 알코올/비닐 아세테이트 코폴리머는 본 발명의 목적에 특히 적합하다는 것을 알아냈다. 바람직하게는, 코폴리머의 점성도 지수는 약 8과 약 40 사이이고, 약 10과 약 30 사이의 점성도 지수를 갖는 비닐 알코올/비닐 아세테이트 코폴리머는 여전히 더욱 바람직하다.이롭게는, 상이한 분자량을 갖는 코폴리머의 혼합물을 사용하여, 각 코폴리머의 특정의 이점을 결합할 수 있다.

원하는 특성을 갖는 상업적으로 구입가능한 재료들의 예는 등록 상표들인 Mowiol(Hoechst AG), Gohsenol(Nippon Gohsei), Elvanol(Du Pont) 또는 Airvol(Air Products)의 상표명으로 시판되는 것들이다.

본 발명에 따라 케이블내에 사용될 수 있는 수용성 폴리머 재료를 평가하기 위해서, 본 출원인은 두 개의 간단한 실험 테스트를 개발했다.

첫 번째 테스트는 압출에 의해, 약 0.35mm의 폴리에틸렌의 외층 및 약 0.3mm 두께의 수용성 폴리머 재료의 내층으로 이루어진, 250㎛의 직경의 광섬유 11개를 감싸서 포함하고 있는 이중층을 갖고, 3mm의 외경을 갖는 튜브형 요소를 생산하는 것이다. 이러한 튜브형 요소는 1미터의 물의 수두 아래에 설치된 물탱크에 연결된다. 본 출원인은 본 발명에 따른 케이블을 생산하는데 특히 적합한 수용성 폴리머 재료가 투입 지점에서 10 미터 이내에 물의 흐름을 차단할 수 있는 것들이라는 것을 알아냈다.

두 번째 테스트에 따르면, 수용성 재료의 판(약 20 x 30 x 1mm의 크기)이 몰딩되고 정해진 시간 동안 약 1리터의 물에 침지된다. 일단 물에 접촉되면, 약간의 폴리머 재료는 용해되어 용액으로 되고, 약간의 재료는 판의 표면에서 고점성도 용액을 형성하고 약간의 재료는 고체 상태로 남아 있고, 물을 흡수한 후에는 부분적으로 팽창한다. 그 후에 판이 물에서 제거되고 표면의 물을 제거하기 위해 부드럽게 흔든다. 표면에 있는 점성 용액이 예를 들어 주걱(spatula)을 이용해서 제거되고, 그 점성도를 측정한다. 본 출원인은 특히 바람직한 폴리머 재료들은 약 4분 동안 물에 침지된 후에 이들 판 표면상에서 약 10⁴cP 또는 그 이상의 점성도를 가진 용액을 형성할 수 있는 것들이라는 것을 알아냈다.

수용성 폴리머 재료는 물 차단 효과를 최적화하기 위해서 상이한 여러 방법으로 케이블의 구조를 형성하는 다양한 성분에 사용될 수 있다.

케이블의 구조적 요소의 일부분을 만들거나 또는 그것을 대체하기 위해 수용성 재료를 사용하는 것 이외에, 상술된 바와 같이 상기 재료의 중량을 증가시키지 않고 이러한 케이블에 물 침투 차단 특성을 제공하기 위해, 유동성 재료, 점성이 있는 재료 또는 분말 재료를 케이블 내로 도입하지 않고 이와 동일한 재료로 만든 부가의 요소를 도입함으로써, 불규칙한 모양의 공동내로 물이 침투하는 것을 차단하는데 효과적인 수용성 재료의 특성을 이용할 수 있다.

예를 들어, 수용성 재료의 얇은 필라멘트(예를 들어 직경 ≤0.5mm)가 제조될 수 있는바, 상기 필라멘트 주위에는 광섬유 다발이 감싸지거나 또는 상기 필라멘트가, 상기 다발과 함께, 케이블 제작 도중에 별모양 지역(8a) 안이나 홈(14) 안으로 삽입되기에 적절한 치수의 중심 지지체 또는 적당한 로드 주위를 감싸고 있다.

부가하여, 또한 예를 들어, 소형튜브 케이블과 같은 다른 형상크기를 가진 광케이블을 만들 수 있는바, 여기서는 두 개 또는 그 이상의 광섬유가, 바람직하게 본 발명에 따른 수용성 재료로 만들어질 수 있는 미소피복(microsheath)(피복의 두께는 약 0.07 내지 0.15 mm임)에 포함되고, 그런 다음 다수의 상기 소형 튜브가 직경이 큰 버퍼 튜브에 수용된다. 부가하여 또한 소위 타이트 코어(tight core)를 갖는 케이블이 제조될 수 있는바, 여기서는 광섬유가 부분적으로 또는 완전히 수용성 재료로 만든 폴리머 코어에 포함된다.

광섬유를 수용성 재료로 수용시켜, 상기 재료가 용해할 때 상기 재료는 광섬유와 접촉하게 됨으로써, 이들 섬유가 수용되어 있는 공동을 따라 물이 흐르는 것을 차단하도록 하는 것이 특히 바람직하다.

그러한 구조는 섬유와 접촉하는 미끌거는 재료 또는 유성 재료 또는 분말형 재료로 이루어진 종래 차단 재료가 조금도 없는 케이블을 만들 수 있도록 한다.

하지만, 특정 구조적 및 작업 특성들에 관해서, 또한 본 발명에 따라 수용성 재료로 형성 또는 코팅된 케이블의 일부를 차단 그리스(grease)를 포함한 다른 부분과 또는 물 팽창성 분말을 포함하는 테이프와 결합시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 물이 케이블 내로 우연히 들어온 다음 형성된 점성 용액이 틈 공간을 채움에 따라서, 섬유들이 상당한 기계적 응력을 느끼지 않고 물의 흐름이 차단된다.

이는 케이블이 물이 우연히 들어온 다음에도 신호의 감쇠에 관한 특정의 결점을 갖지 않고 기능을 유지하도록 함에 따라, 나중에 케이블을 수리할 수 있도록 한다.

수용성 재료로 만들어지거나 포함하고 있는 상기 언급된 다양한 요소들의 제조는 공지된 기술에 따라, 바람직하게는 압출에 의해서 수행될 수 있다.

특히, 상기 재료는 케이블 구조의 일부(예를 들어 광섬유를 포함하는 일층,이층 및 삼층 튜브형 요소, 케이블 용기 피복의 내층, 홈형 코어의 압출 코팅막) 그리고 케이블 구조 내에 삽입될 개별 요소(예를 들어 광섬유로 싸여질 필라멘트, 튜브, 테이프 등으로 싸여질 로드) 중 하나로 직접 압출될 수 있다.

이러한 목적을 위해, 가공성 및 최종 유연성을 향상시키기 위해 이러한 재료에 일정량의 가소제를 첨가하는 것이 바람직하다. 가소제의 양은 물 차단 재료의 중량의 약 1% 내지 약 30% 범위, 바람직하게는 약 5% 내지 약 25%, 특히 바람직하게는 약 15 내지 20% 범위일 수 있다. 가소제로 사용될 수 있는 적당한 재료의 예로는 글리세롤, 소르비톨,트리메틸올프로판, 폴리에틸렌 글리콜(예 디- 또는 트리-에틸렌글리콜)과 같은 저분자량 폴리글리콜, 펜타에리스리톨, 네오펜틸글리콜, 트리에탄올아민, 옥시에틸레이트화 포스포릭 에스테르 및 물이다.

본 출원인은 더욱이 바람직하게 상기 명기된 양으로 가소제, 특히 글리세롤의 존재가 수용성 재료의 물 흡수력을 증가시킬 수 있다는 것을 알아냈다.

수용성 폴리머 재료의 기계적 특성(예를 들어 탄성 계수, 파괴 하중, 파괴시 연신율 등과 같은 특성)은 케이블 구조 내에서 요소의 특정 사용에 대한 함수로서 선택된다. 특별한 요구에 따른 기계적 특성을 변경하기 위해, 이들 특성은 바람직한 특성을 가진 재료를 적절히 선택함으로써, 또는 예를 들어 폴리머 재료에 첨가되는 가소제의 양을 적절히 변화시킴으로써 얻어질 수 있다.

예를 들어, 폴리머 재료가 광섬유 용기 튜브형 요소의 전체 벽을 만들기 위해서 또는 이 벽 두께의 일부, 다르게는 콤팩트 랩핑 테이프(compact wrapping tape) 또는 케이블 구조의 다른 구성요소들을 대신하기 위해서 사용될 수 있기 때문에, 이들 요소가 받게되는 전형적인 응력을 견디기 위하여 상기 재료는 상기 요소들을 만들기 위해 사용된 종래의 재료(PET, PP, PE)의 것과 유사한 기계적 특성을 갖는 것이 바람직할 것이다.

실시예 1

증기 상태에서 물의 흡수

상표명 Mowiol(Hoechst AG)로 판매되는 VA-VAc 코폴리머를 사용하여, 두께가 1mm인 10개의 판을 준비하였다. 표 1에는 사용된 폴리머의 점성도 지수와 가수 분해 정도 및 상기 혼합물에서의 가소제 함량이 주어져 있다.

물 차단 재료의 특성

테스트 번호	VA-VAc 코폴리머인 등록 상표 Mowiol	글리세롤
	점성도 지수	가수분해 정도(%)	중량 %	중량 %
1	3	83	100	0
1a	3	83	95	5
1b	3	83	90	10
2	23	88	100	0
2a	23	88	95	5
3	10	74	100	0
3a	10	74	95	5
4	40	88	100	0
4a	40	88	95	5
4b	40	88	90	10

물 흡수 테스트에 사용될 20 ×70 ×1mm 치수를 가진 칭량된 샘플을 대기 조건(23℃, 40% 상대 습도)하에서 7일간 둔 판으로부터 얻었다.

상기 테스트는 ASTM D 570에 의해 정해진 방법에 따라서, 상기 기준에 나타낸 것과 같이 물에 침지되는 것 대신에, 상기 샘플을 한가지 경우에서는 100%(광섬유에 해가 된다고 생각되는 값)와 다른 경우에서는 75%(해가 된다고 생각되지 않는값)로 조절된 상대 습도(RH)를 갖는 대기에 노출시켰을 때의 차이를 가지고, 수행되었다. 그 결과는 하기 표 1a에 주어진다.

증기 상태의 물의 흡수에 대한 테스트

테스트 번호	시간(시)에 따라 흡수된 물의 %
	100% RH에서	75% RH에서
1	33% 264 시간	9.9% 264 시간
1a	43% 264 시간	12% 264 시간
1b	53% 264 시간	14% 264 시간
2	47% 1400 시간	11% 1400 시간
2a	70% 1400 시간	14% 1400 시간
3	49% 1400 시간	7% 1400 시간
3a	76% 1400 시간	13% 1400 시간
4	38% 360 시간	9% 360 시간
4a	55% 360 시간	13% 360 시간
4b	68% 360 시간	16% 360 시간

이러한 데이터로부터, 상기 테스트 재료가 75% RH까지 제한된 물흡수를 보여주는 반면에, 이러한 흡수는 100% RH에서 상당히 증가된다는 것을 나타낸다.

또한, 상기 점성도 지수를 증가시킴에 따라 상기 폴리머의 흡수 능력이 증가한 다는 것을 나타내고; 더욱이, 흡수된 물의 양(포화 R.H에서와 75% R.H.에서 모두)이 가소제로 글리세롤이 존재함으로써 증가된다는 것을 알아냈다.

실시예 2

습도 조절 능력의 측정

하나의 판은 알드리치(Aldrich)사로부터 구입한 80%로 가수분해되고, 점성도 지수가 약 25인 시판용 VA-VAc 코폴리머의 미립자로부터 몰딩되었고, 하나의 판은 MDPE로부터 몰딩되었으며, 양쪽 판의 두께는 모두 약 0.2mm였다.

16cm²인 작업 표면을 가지고 있는 두 개의 디스크를 MDPE 판으로 얻었으며,상기 두 개의 디스크는 적합한 부품에 의해, 상대 습도를 측정하는 파나메트릭스 하이브리드-캡 센서(Panametrics Hybrid-Cap sensor)(약 2 mV/%RH의 감도)를 각 셀로 삽입하고 밀폐된 슬롯을 통해 상기 센서를 위한 와이어(wiring)를 삽입함으로써 변경된, ASTM E96에 따른 물 투과율을 테스트하기 위한 두 개의 30cm³셀의 개구를 막기 위해 사용되었다.

상기 셀을 건조 공기(RH < 1%)가 주입된 글러브 백(a glove bag)에서 조립하였다. 상기 셀들 중 하나는 기준으로 제공된 것으로, 텅 빈 상태로 단지 센서만이 포함되어 있으며, 또한 다른 하나는 상기 센서를 따라, 약 1g의 VA-VAc 코폴리머가 포함되었다. 이러한 양은 두 층의 튜브형 요소(0.2mm PE 바깥층과 0.15mm 물-차단 코폴리머 내부층)와 약 30g/m의 수용성 물질 전체에 대해서 약 0.15mm의 두께를 갖는 물-차단 코폴리머의 스트립을 포함하는, 본 발명에 따른 전형적인 케이블에서 생각할 수 있는 함량에 비례한다.

그 이후에 센서가 제공되어 데이터 자동기록계(data logger)에 연결된 상기 조립 셀들을 글러브 백에서 제거하고 상대 습도가 100%로 유지된 밀폐 용기에 설치하였다.

그 결과는 하기 표 2에 주어진다.

습도조절 능력

시	용기 안의 RH
	폴리머 있을 때	비어 있을 때
0	7%	7%
1000	35%	65%
2000	40%	77%
4000	50%	90%
5500	56%	100%
6500	60%	100%
8500	65%	100%

이러한 데이터로부터 물이 상기 MDPE 디스크를 투과한 후, 상기 두 개의 셀의 상대 습도는 약 7%의 초기값에서 시간이 지남에 따라 증가한다는 것을 알았다.

그러나, 상기 예상된 비율로 VA-VAc 코폴리머를 포함한 셀의 경우, 상대 습도 값은 6500 시간이 지난 후 60% 까지 천천히 증가하는 반면, 상기 텅 빈 셀의 경우에는 상대 습도가 2000 시간 후반부에서 80% 상대 습도의 위험한 값을 초과하고 약 5500 시간에는 100% 상대 습도에 도달할 때까지 더욱 빠르게 증가한다.

상기 수용성 코폴리머를 포함한 셀에 대한 선의 변화를 기초로, 20년 후에, 상대 습도가 약 75% 값에 이를 것이라고 추정되었다.

얻어진 실험적 결과에 근거하여, 이러한 테스트가 MDPE 외부 피복의 줄어든 두께(종래의 2mm 대신 0.2mm)로 인해 가속 인자 10을 가진 케이블에 대한 상태의 실제 묘사라고 여겨진다.

따라서 이러한 테스트로부터, 약 30g/m의 양으로 고형의 수용성 재료로 만들어진 요소를 포함하고, 대기 온도에서 물에 침지된 절연 케이블에서, 약 9년 후에 내부 상대 습도는 여전히 60%이고, 약 20년 후에 단지 75%에 도달하는 반면, 종래 형태의 동일한 케이블의 경우에 상대 습도는 3년 후에 이미 임계 값인 80%를 초과한다.

실시예 3

튜브에서 물의 침투를 차단하는 능력

상기 시판용 Mowiol VA-VAc 코폴리머를 사용하여, 다수의 혼합물을 건식 혼합기에서 제조하였고, 상기 혼합물을 가지고, 도 1의 형태로, 내경이 1.7mm이고 외경이 3.0mm이며, 내부 층으로서 평균 VA-VAc 코폴리머 두께가 0.3mm이고, 나머지 부분이 LDPE로 만들어지고, 11개의 광섬유를 포함하는 이층 튜브형 요소를 압출하였다.

그런 다음 상기 튜브형 요소는 물의 종방향 침투에 대한 테스트를 거쳤다.

상기 테스트는 사용된 튜브형 요소의 길이가 10m였을 때와 차이를 가지고, 표준 EIA/TIA-455-82B에 제공된 방법에 따라 수행되었다.

얻어진 결과(평균 3회 테스트)는 다음과 같다.

튜브형 요소 내로 물의 종방향 침투

테스트^★	물 침투(m)
1a	10m
2a	7m
3a	4m
41	~4m
4b	4m

^★상기 다양한 테스트에 사용된 폴리머의 특성은 표 1에 주어진대로임

이어서 3회의 침투 테스트를 혼합물 3a에 따른 튜브형 요소에 대해서 반복 실시하여, 3.75m의 평균값이 주어졌으며, 이 값은 상기 테스트와 좋은 일치를 보였다.

상기 테스트는 내부에 대해서 고형의 수용성 재료로 VA-VAc 코폴리머를 사용하여, 차단 재료를 갖지 않은 2개 튜브형 요소(특히 3 이상의 점성도 지수를 갖는 것)가 우연히 침투한 경우에 물의 종방향으로 퍼지는 것을 지연시켜 침투 지점에서 수 미터 이내에 이러한 퍼짐을 차단할 수 있음을 뒷받침하였다.

실시예 4

물이 진입한 경우에 전달 능력을 유지하는 능력

이층의 튜브형 요소를, 내부 층으로 표 1의 재료 3a를 사용하여, 실시예 3에 개시된 바와 같이 제조하였다. 12개 광섬유를 포함하는 5m의 상기 튜브형 요소를 아무렇게나 놓고 기후실의 선반에 수평으로 놓았다. 상기 튜브형 요소의 일단은 밀폐 연결부에 의해 1m의 유리 피펫에 연결되는데, 상기 피펫은 처음에 비어 있고 상기 기후실 바깥에 수직으로 설치되었다.

상기 12개의 광섬유는 상기 피펫에 통과되었다.

이어서 각각의 섬유는 상기 피펫 바깥쪽의 일단에서 길게 합쳐진 광섬유로 모아지고 이러한 경로를 통해 후지쿠라(Fujikura) FLU-312 LED 광원에 연결되었고, 타단은 후지쿠라 FPM-01 광 파워 측정기를 제공한 후지쿠라 FPM-Go1 광 파워 센서의 입구 중 하나에 연결되었다.

상기 섬유에는 1550nm의 빛이 공급되는바, 이는 상기 섬유가 마이크로벤딩 응력에 특히 민감해지는 파장이다.

완전히 조립되고, 모든 광섬유에 대한 판독(readings)이 일정한 수준으로 유지된 다음, 상기 판독은 영으로 맞춰져서, 그 때부터, 각 채널에 상기 섬유에 의해전송된 순간 전력과 영으로 맞춰진 시점에서의 초기값 사이의 차이가 제공되었다.

온도가 20℃인 이러한 시점에서, 상기 피펫은, 상기 튜브형 요소가 아무렇게나 놓여있는 면에 대해 1m의 일정한 수두(head)를 유지하고 있는, 물로 채워져 있다. 일단 물의 흐름이 정지되면(바로 다음에 이러한 현상이 평균 3.75 m의 튜브형 요소에서 발생하였다), 전송된 전력의 변화를 기록하는 것을 시작하고, 각각 20 내지 24 시간의 단계로 온도를 변화시켰다.

상기 실험 도중에 달성된 최저 온도는 -40℃이었다.

평균 3회 반복된 테스트로, 4개 섬유에 대해 얻어진 감쇠값은 하기 표 4에 주어져 있다.

물의 차단 후 1550nm에서의 감쇠에 대한 온도 주기의 영향

시	0	0	20	21	23	25	26	28	30
절대온도(℃)	20	20^★	20	10	0	-15	-30	-40	20
섬유	감쇠시 변동(dB)
#1	0	0	-0.02	0.01	0	-0.01	-0.01	-0.03	0.03
#2	0	0	0	0.01	0.01	0.02	0.01	-0.01	0
#3	0	0	-0.01	0	0	0	0	-0.02	-0.02
#4	0	0	-0.01	0.02	0.02	0.03	0.03	0.02	-0.03

^★물의 진입

나타난 바와 같이, 상기 케이블로 침투하는 물에 대한 수용성 재료의 작용은 온도가 크게 변하더라도 감쇠에서 큰 변화를 발생시키지 않는다.

결국, 상기 시스템은 심지어 우연히 물이 침투한 후에도 정상적인 작동 모드로 유지될 수 있고, 단지 그렇게 하는 것이 편리할 경우에, 물의 진입 지점이 예를들어, 상기 감쇠의 정확한 측정에 의해서 국부화시킨 후에, 필수적인 수리 및/또는 교체가 예를 들어 수개월 후에 수행될 수 있다.

실시예 5

케이블에서 물 침투를 차단하는 능력

이러한 테스트는 광섬유 케이블을 0.1 바(bar)의 압력에 해당하는, 상기 케이블 전체 단면에 걸쳐 물의 1m의 일정한 수두에 드러내놓고, 케이블 내에서 완전히 정지되기 전에 물에 의해 걸리는 시간을 측정하는 것이다.

상기 테스트에 사용된 광섬유 케이블은 도 3에 나타낸 구조를 필수적으로 가지며, 특히 다음과 같은 것들로 구성되었다:

―직경 3mm의 중심 유리-수지 지지체(5);

―상기 코팅(6)을 형성하기 위해, 폭이 13mm이고 두께가 0.3mm이고, 상기 지지체 주위에 약 50% 겹치면서 나선형으로 감긴 VA-VAc 코폴리머 테이프;

―외경이 3mm이고, 상기 싸여진 지지체 주위에 나선으로 감기고, VA-VAc 코폴리머로 만들어진 0.35mm 두께의 내층과 저밀도 폴리에틸렌으로 만들어진 0.4mm 두께의 외층의 이중 층으로 구성된 7개의 튜브형 요소(7);

―각 튜브형 요소 내부에 성기게 배치된 약 250㎛ 지경을 가진 11개의 광섬유;

―상기 랩핑(8)을 형성하기 위해, 폭 14mm, 두께 0.35mm이고, 튜브형 요소 의 전체에 약 50% 겹치면서 나선으로 싸인 VA-VAc 코폴리머의 제2 테이프;

―약 1mm 두께인 저밀도 폴리에틸렌 외부 피복(11).

도 3에 도시된 케이블과는 대조적으로, 상기 강화층 또는 외장(9)은 없었다.

상기 언급된 케이블의 다양한 요소를 만들기 위해 사용된 상기 VA-VAc 코폴리머(Mowiol, Hoechst AG)는 10의 점성도 지수, 74의 가수 분해 정도를 가지며, 5% 글리세롤로 가소되고, 표 1에서 3a로 표시된다.

길이가 1m인 유리 칼럼은 염료(메틸렌 블루)를 포함한 물로 채워져서 상기 케이블 내부의 유체의 앞부분이 식별될 수 있도록 하였고, 상기한 바와 같이 상기 케이블의 일단에 연결되었다.

상기 테스트는 길이가 6m인 케이블에 대해서 대기 온도에서 수행되었다.

표 5는 상기 유체 앞부분이 흐르는 케이블의 길이와 이러한 이동에 걸리는 시간을 보여준다.

상기 케이블에서의 물의 종방향 침투

시간	길이 (cm)
30 초	116
60 초	172
90 초	198
120 초	215
150 초	226
180 초	237
24 시	280
48 시	280
7 일	280

표 5에 나타난 바와 같이, 상기 케이블은 (단지 24시간 이후에) 이러한 액체의 침투 지점으로부터 3m 미만에서 케이블내의 유체의 흐름을 차단할 수 있었다.

실시예 6

상기 재료의 용해 특성

수용성 폴리머 재료를 평가하기 위해, 제1판에 대해서는 재료(3a)를 제2판에 대해서는 재료(1b)를 사용하여, 두 개의 판을 약 20 x 30 x 1 mm의 치수로 몰딩했다(재료의 특성에 대해서는 표 1 참고). 상기 판을 미리 무게를 잰 다음 25℃에서 4분 동안 물 1리터가 채워진 테스트 용기에 침지시켰다.

물이 제거된 상기 샘플을 흔들어서 더 많은 액체를 제거하고 즉시 무게를 쟀다.

그렇게 무게를 잰 샘플을 이어서 스파툴라로 문질러서 표면에 붙어 있는 점성 용액을 제거하고, 다시렀다.

문지르고 무게를 잰 샘플을 오븐에 넣고 건조시켰다. 테스트 샘플의 최종 건조 무게는 건조한 다음에 얻었다.

각 샘플에서 점성 용액을 제거하기 위해 사용된 스파툴라와 유리제품을 물로 완전히 세척하고 이 물을 모아서 오븐에 건조시켰다. 건조 잔여물의 무게, 즉, 판에 묻어 있었던 점성 용액에 존재한 폴리머의 무게를 마지막으로 얻었다.

수행된 측정값을 바탕으로, 4분 동안 물에 침지시킨 후, 재료(3a)의 테스트 샘플이 약 17.5 중량%의 테스트 샘플과 접촉시 점성 용액 안의 폴리머 농도를 나타냈다는 것을 알아냈다. 특정 재료의 농도의 함수로 점성도 변화를 나타내는 도 5의 선(51)에서, 하나가 관련 용액의 점성도, 즉 약 2.7 x 10⁴cP에 도달한다. 더욱이, 테스트 샘플의 표면적의 m²당 약 25g의 폴리머가 테스트 용기 안의 물에 용해되었음이 산출되었다. (테스트 샘플에 묻어 있었던 점성 용액에 그리고 용기 안의 물에서)용해된 폴리머의 전체 양은 테스트 샘플의 약 42 g/m²였으며, 고형 재료에 의해 흡수된 물의 양은 약 13 중량%였다.

비슷한 방법으로, 재료(1b)의 테스트 샘플에 대해서도, 테스트 샘플에 묻은 점성 용액에서 폴리머 농도가 약 29 중량%임을 알았으며, 이 값은 도 5에서 각각 농도/점성도 곡선(52)을 바탕으로, 약 650 cP의 용액 점성도에 해당하는 것이다. 이러한 테스트 샘플은 테스트 샘플의 표면적의 m²당 약 65g의 폴리머를 테스트 용기안의 물에 풀었다. 용해된 폴리머의 전체 양은 약 99 g/m²였고, 고형 재료에 의해 흡수된 물의 양은 약 12.5 중량%였다.

상술된 실시예를 참고하면, 적절한 성질을 가진 재료를 얻었는바, 특히 테스트 조건하에서, 적어도 약 10⁴cP의 점성도 값을 나타낸 재료, 즉, 물의 흐름을 차단하기에 충분한 점성이 있는 용액을 비교적 빠르게 형성할 수 있는 재료를 얻었다. 더욱이, 테스트 조건하에서, 약 10³cP 미만의 점성도 값을 나타낸 재료들에 대해서는, 이들 용액의 줄어든 점성도가 시험 테스트에서 차단 시간 및 차단 거리의 바람직하지 않은 증가를 수반한다.

실시예 7

재료의 기계적 특성

본 발명에 따른 케이블에 사용될 수 있는 수용성 폴리머 재료(Hoechst사가브랜드명 Mowiol로 판매하는 비닐 알코올/비닐 아세테이트 코폴리머)의 기계적 특성과 케이블에 사용된 종래 재료(고밀도 폴리에틸렌-HDPE 및 폴리부틸렌 테레프탈레이트-PBT)들의 해당 특성간의 비교는 하기 표에 주어진다. VA-Vac 코폴리머의 값은 펜타에리스리톨의 18 내지 20 %(w/w) 및 글리세린의 3 내지 5%(w/w)를 함유한 등록상표 Mowiol 23/88 코폴리머를 말하는 것이다. VA-Vac 코폴리머의 경우에, 기계적 특성의 측정은 각각 상대 습도(RH) 0%, 10% 및 30%에 둔 버퍼 튜브에 대한 것이었다. 0% RH는 테스트 단편을 하루 밤 동안 진공상태로 오븐에서 60℃에 놔둠으로써 가능했다. 10% 및 30% RH는 이주 동안 각각의 RH 값에서 실온으로 샘플을 둠으로써 가능했다.

기계적 특성은 버퍼 튜브로 압출된 재료(외경이 약 2.5mm, 내경이 약 1.8mm, 테스트 단편이 약 60mm 길이)들에 대해, 하기 과정들에 따라서, 1kN의 로드셀(load cell)을 구비한 인스트론(Instron) 모델 번호 4501 역계(dynamometer)을 이용하여 측정되었다. 역계 그립 사이에서 튜브가 부서지지 않도록 두 개의 금속 로드(약 20mm 길이)를 튜브의 각 말단에 삽입하였다. 그런 다음 상기 튜브의 양쪽 말단을 상기 역계 그립안으로 삽입하였으며, 이 때 상기 그립들은 초기 거리가 25 mm로 설정되었다. 이어서 상기 그립을 25mm/분의 속도로 서로 떨어뜨렸다. 인장 계수는 인스트론 시리즈 Ⅸ 머터리얼 테스팅 시스템 소프트웨어(Instron Series Ⅸ Materials Testing System software)를 사용하여 측정되었다.

기계적 특성

	T.S.[MPa]	E.B.[%]	계수 E[MPa]
HDPE(DGDK 3364)	19	580	350
PBT(Huls)	40	290	750
PVA 0% RH	67	120	1300
PVA 10% RH	60	150	720
PVA 30% RH	67	170	250

(T.S.= 인장 강도, E.B.= 파괴시 연신율)

상기 표 6에서 보는 바와 같이, PVA의 기계적 특성은 광케이블의 구조적 요소를 제조하는데 사용된 종래 재료의 것과 비교된다. 상이한 값의 RH에 노출됨에 따라 달라지는 기계적 특성의 변화는 허용 범위내에 있다. 특히, 상기 재료가 압출되기 전에 건조되는 것이 바람직하기 때문에, 0% RH 조건은 일반적으로 재료가 압출되는 도중과 그 후에 노출되는 RH 습도에 해당한다. 만약 수용성 재료는 종래 재료의 외부층과 함게 공동 압출되면, 상기 외부 층은 외부 RH에 대한 장애물로 작용할 것이고 그에 따라서 재료의 기계적 특성은 비교적 긴 기간동안 바뀌지 않고 남아있을 것이다. 한편, 10% RH에서 측정된 기계적 특성은 대체로 약 일주 동안 순환 공기(25℃, 40% RH)에 노출된 압출된 재료의 기계적 특성에 해당하는데, 상기 기간은 케이블 구조내로 삽입되기 전에 일반적인 버퍼 튜브의 최대 보관 기간이다. 물 팽창성 재료로 만들어진 또는 함유한 구조적 요소가 케이블 구조내에 설치될 때, 외부 RH를 향해 둘러싸인 케이블의 구조의 장애물 효과는 거의 재료의 기계적 특성의 변화를 한정할 것이다. 어떤 경우에도, 상기 재료는 특히 케이블의 제조 단계 중에 그리고 케이블의 부설 공정 중에 케이블이 응력을 받고 손상될 가능성이 있을 때, 종래의 재료의 특성들과 비교할 수 있는 기계적 특성을 소유할 필요가 있다는 것을 주의해야만 한다.

상기 내용중에 포함되어 있음.

Claims

케이블의 길이를 따라 연장하는 종방향 공동, 상기 종방향 공동 내에 수용된 적어도 하나의 광섬유를 포함하는 광섬유 케이블에서, 상기 종방향 공동은 고형의 콤팩트 요소를 더 포함하고, 상기 고형의 콤팩트 요소는 케이블내로 물이 우연히 침투한 후에, 침투 지점의 10 미터 내에서 물의 흐름을 차단할 정도의 소정 점성도를 가진 수용액을 형성할 수 있는 수용성 폴리머 재료를 포함하는 것인 광섬유 케이블.
제 1항에 있어서,

상기 고형의 콤팩트 요소는 상기 수용성 폴리머 재료의 약 30 중량% 이상을 포함하는 것인 광섬유 케이블.
제 1항에 있어서,

상기 고형의 콤팩트 요소는 상기 수용성 폴리머 재료의 약 50 중량% 이상을 포함하는 것인 광섬유 케이블.
제 1항에 있어서,

상기 고형의 콤팩트 요소는 상기 수용성 폴리머 재료의 약 75 중량% 이상을 포함하는 것인 광섬유 케이블.
제 1항에 있어서,

상기 고형의 콤팩트 요소는 상기 종방향 공동 내에 배치된 적어도 하나의 광섬유를 포함하여 보호할 수 있는 케이블의 구조적 요소인 것인 광섬유 케이블.
제 5항에 있어서,

상기 구조적 요소는 튜브형 요소이고 상기 종방향 공동은 상기 튜브형 요소의 내부 체적에 의해 한정되는 것인 광섬유 케이블.
제 6항에 있어서,

상기 튜브형 요소는 내층이 상기 수용성 고형 재료로 만들어지고 외층이 종래의 물에 불용성인 폴리머 재료로 만들어진 이층 벽을 포함하는 것인 광섬유 케이블.
제 7항에 있어서,

상기 튜브형 요소는 수용성 고형 폴리머 재료로 만들어진 제3의 외층을 포함하는 것인 광섬유 케이블.
제 6항에 있어서,

상기 튜브형 요소는 상기 수용성 재료의 단일 피복으로 만들어진 것인 광섬유 케이블.
제 5항에 있어서,

적어도 하나의 광섬유를 포함할 수 있는 상기 구조적 요소는 코어의 외면에 종방향으로 설치된 적어도 하나의 홈을 포함하는 홈형 코어이고, 상기 종방향 공동은 상기 홈내의 내부 부피에 의해 한정된 것인 광섬유 케이블.
제 10항에 있어서,

적어도 상기 홈의 벽들은 수용성 고형 폴리머 재료로 만들어진 것인 광섬유 케이블.
제 10항에 있어서,

상기 홈형 코어는 완전히 상기 수용성 고형 폴리머 재료로 만들어진 것인 광섬유 케이블.
제 1항에 있어서,

수용성 폴리머 재료로 만들어진 상기 고형의 콤팩트 요소는 테이프인 것인 광섬유 케이블.
제 1항에 있어서,

상기 수용성 폴리머 재료는 적어도 약 100g/l의 수용해도를 갖는 것인 광섬유 케이블.
제 1항에 있어서,

상기 수용액은 20℃에서 적어도 약 10⁴cP의 점성도를 갖는 것인 광섬유 케이블.
제 14항에 있어서,

상기 수용액은 약 100 g/l 및 약 250 g/l 사이의 수용성 폴리머 재료를 포함하는 것인 광섬유 케이블.
공동을 형성하도록 배열된 폴리머 재료의 적어도 하나의 피복 및 상기 피복 내에 배열된 수용성 재료의 적어도 하나의 고형 요소를 포함하는 광케이블에서, 상기 공동 바깥의 상대 습도가 약 75% 이상인 경우에 상기 공동 안의 상대 습도는 소정의 시간 동안 약 75%이하로 유지되는 것을 특징으로 하는 광케이블.
공동 및 상기 공동과 연결된 고형의 콤팩트 요소를 포함하는 광케이블에서, 상기 고형의 콤팩트 요소는 수용성 폴리머 재료를 포함하는 것과, 상대 습도가 대체로 약 80% 미만이거나 같은 경우에, 상기 수용성 폴리머 재료는 포화 상태에서 수용성 고형 재료에 의해 흡수될 수 있는 물의 양의 약 25%미만의 물의 양을 흡수하는 것을 특징으로 하는 광케이블.
제1항, 제17항 및 제18항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 수용성 폴리머 재료는 물 팽창성 재료인 것을 특징으로 하는 케이블.
제1항, 제17항 및 제18항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 수용성 재료는 폴리아크릴아미드, 변성 폴리비닐 알코올, 비닐 알코올/비닐 아세테이트 코폴리머, 폴리비닐피롤리돈 및 그들의 혼합물로부터 선택되는 것인 케이블.
제 20항에 있어서,

상기 수용성 재료는 폴리비닐 아세테이트 호모폴리머의 아세테이트 기들의 부분적인 가수분해에 의해 얻어질 수 있는 비닐 알코올/비닐 아세테이트 코폴리머인 것인 케이블.
제 21항에 있어서,

폴리비닐 아세테이트 호모폴리머의 아세테이트 기들의 가수분해 정도는 약 50%와 약 95% 사이인 것인 케이블.
제 21항에 있어서,

상기 비닐 알코올/비닐 아세테이트 코폴리머는 약 5보다 큰 점성도 지수를 갖는 것을 특징으로 하는 케이블.
제1항, 제17항 및 제18항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 수용성 폴리머 재료는 약 15 Mpa보다 큰 파괴하중 및 약 200 Mpa보다 큰 탄성 계수를 갖는 것을 특징으로 하는 케이블.
제 1항에 있어서,

공동과 수용성 요소의 접촉시 상기 공동의 단면과 상기 수용성 요소의 주변 길이 사이의 비율은 약 0.5 mm 미만인 것인 광섬유 케이블.
제 25항에 있어서,

상기 수용성 폴리머가 물과 접촉할 때 약 10⁴cP의 점성도를 갖는 수용액을 형성할 경우, 상기 비율은 약 0.4 mm 미만인 것인 광섬유 케이블.
제 1항에 있어서,

수용성 재료로 만든 상기 고형 요소의 단면은 상기 요소가 연결된 공동의 자유 단면의 적어도 약 10%인 것인 광섬유 케이블.
제 1항에 있어서,

수용성 재료로 만든 상기 고형 요소의 단면은 상기 요소가 연결된 공동의 자유 단면의 적어도 약 20%인 것인 광섬유 케이블.
제 1항에 있어서,

수용성 재료로 만든 상기 고형 요소의 단면은 상기 요소가 연결된 공동의 자유 단면의 적어도 약 40%인 것인 광섬유 케이블