KR100661071B1 - 초고 다이 쉘비를 가진 고분자 물질을 포함하는 발포플라스틱 절연 케이블 - Google Patents

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Abstract

도전체의 주위에 압출된 발포 플라스틱 절연체를 가지는 전기 통신 부재로서, 상기 절연체는 20중량% 이하, 바람직하게는 약 15중량%의 초고 다이 쉘비를 가진 고분자(UHDSRP)를 성분을 하나 이상 포함한다. UHDSRP는 55%의 다이 쉘비, 바람직하게는 65% 이상의 다이 쉘비를 가진 것으로 정의된다. 상기 절연체는 스트레스 크랙에 대한 저항성이 높은 제2 성분을 포함하는 것이 바람직하며, 이와 같은 고분자의 (최소)조합으로, 높은 발포성, 작고 균질한 셀 구조, 낮은 감쇠, 절연체의 외부 직경의 1배의 스트레스 수준으로 감았을 때, 100℃에서 100시간 이상 불량(크랙) 없이 견딜 수 있는 정도의 스트레스 크랙에 대한 저항성과 같은 물리적 특성이 잘 조합된 절연층을 얻을 수 있다.
다이 쉘비, 발포, 케이블, 절연, 감쇠

Description

초고 다이 쉘비를 가진 고분자 물질을 포함하는 발포 플라스틱 절연 케이블{CABLE WITH FOAMED PLASTIC INSULATION COMPRISING AN ULTRA-HIGH DIE SWELL RATIO POLYMERIC MATERIAL}
본 발명은 통신 케이블에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 셀의 특성이 균일하고, 작고, 밀폐된(closed) 고팽창 폼(foam)을 가진 케이블에 관한 것이다.
Yuto 및 Suzuki(미국 특허 4,547,328 및 4,683,166)에 의하면, 55% 이상의 다이 쉘비(DSR)를 가진 플라스틱을 20중량% 이상 고분자 블렌드에 첨가하면 동축 케이블의 제조에 있어서 소정의 장점이 있는 것으로 개시되어 있다. 보다 구체적으로는, 55% 이상의 DSR 고분자를 첨가하면 용융된 고분자의 탄성이 증가되어서, 공정의 제어가 용이해지고, 이로 인하여 와이어가 발포 절연체로 코팅된다. 상기 미국 특허의 기재에 따르면, 이와 같은 장점은 발포 수준(팽창율)이 높고, 발포 고분자의 셀 구조가 50미크론 이하인 데에 기인한 것이다. 팽창율이 높고 셀 구조가 작으면 전기적 손실(감쇠; attenuation)이 적고, 재료의 소모량이 적으며, 기계적인 강도를 향상시키기에 바람직하다. 상기의 바람직한 셀 구조, 높은 팽창율 및 스트레스 크랙에 대한 저항성을 유지하기 위하여, 상기 종래 기술에서는 55% 이상의 DSR 물질을 전체 혼합물의 20% 이상으로 한정해야만 된다는 것을 당업자라면 이 해할 수 있을 것이다. 그러나, 케이블의 치수 안정성 및 기계적 강도를 향상시키기 위하여, 발포 절연층은 발포되지 않은 고체 고분자층 또는 외피(skin)로 코팅되었다. 이러한 층으로 인하여 제조 공정이 복잡해지며, 초기 투자 비용이 증가되고, 재료를 계속적으로 많이 사용해야 되는 것으로 알려져 있다. 게다가, 높은 DSR 재료는 그 자체적가 전기적으로 유리하지 않으며, 케이블의 전기적 순도(소산 인자; dissipation factor)에 나쁜 영향을 미친다.
본 발명은 고체 상태, 바람직하게는 발포 상태에서, 낮은 소산 인자 및 열적으로 촉발된 스트레스 크랙에 대한 높은 저항성과 같은 특성을 잘 조화시킨, 와이어 및 케이블과 같은 전기 통신 부재(element)를 제공하는 것이다. 이와 같이 특성을 잘 조합시키면 동일 구조에서 다음과 같은 독특하고 유리한 특성을 동시에 얻을 수 있다.
- 50% 이상, 바람직하게는 50% 내지 85%의 높은 발포 수준.
- 폐쇄되어 있으며, 바람직하게는 100미크론 이하인 미세하고 균일한 셀을 가진 발포 구조체로서, 우수한 기계적인 충격 저항성.
- 절연체의 외부 직경의 1배의 스트레스 수준으로 감았을 때, 100℃에서 100시간 이상 결함 없이 견디는, 산업계엣 통상 이용되는 수명 테스트를 통과할 정도의 열적으로 촉발된 스트레스 크랙에 대한 저항성.
- 전기적으로 불리한 플라스틱 특성인 55% 이상의 DSR을 20중량% 이상의 블렌딩 비율로 요구하는 종래의 방법으로 달성 가능한 감쇠 수준보다 낮은 감쇠 수준.
- 플라스틱의 중량이 감소되므로, 유사한 목적 및 최종 용도에 사용되는 종래의 통신 부재에 비하여 낮은 생산 단가.
본 발명에 따른 전기 통신 부재는 도전체 및 이를 둘러싸는 발포 플라스틱 절연체로 구성된다. 발포 플라스틱 절연체는 55% 이상의 초고 다이 쉘비를 가진 고분자를 20중량% 이하의 양으로 포함한다. 상기 초고 다이 쉘 고분자는 전기적 및/또는 외부 환경적으로 우수한 하나 이상의 추가적인 고분자 조성물과 블렌딩됨으로써, 바람직한 기계적 특성, 전기적 특성, 열적 특성, 제품 수명 및 유리한 제조 단가를 달성할 수 있으며, 이러한 물리적 특성은 현재까지의 종래 기술에서는 동시에 존재할 수 없었다. 특히, 추가적인 고분자 조성물은, ASTM 4568에 따른 산화 유도 시간(OIT; oxidation induction time)이 200℃에서 15분 이상으로써, 열에 대하여 높은 안정성을 가진다. 상기 추가적인 고분자 조성물이 20분 이상의 산화 유도 시간을 가지는 것이 더욱 바람직하다.
상기 추가적인 고분자 조성물의 소산 인자가 상기 초고 다이 쉘비를 가진 고분자의 소산 인자보다 낮으며, 75마이크로 라디언 미만인 것이 바람직하며, 50마이크로 라디언 미만인 것이 더욱 바람직하다.
본 발명에 따른 상기 절연체는, 상기 절연체의 외부 직경의 1배의 스트레스 수준으로 감았을 때, 100℃에서 100시간 이상 직경 및 수직 방향으로 크랙이 발생하지 않을 정도의 열적으로 촉발된 스트레스 크랙에 대한 저항성을 가진다.
바람직한 일 태양에 따르면, 상기 발포 플라스틱 절연체는 55% 이상의 다이 쉘비를 가진 올레핀 고분자를 약 15중량% 포함한다. 바람직한 또 다른 일 태양에 따르면, 상기 발포 플라스틱 절연체는, 55% 이상의 다이 쉘비를 가진 저밀도 폴리에틸렌을 20중량% 이하의 양으로 포함하며, ASTM 4568에 따른 산화 유도 시간(OIT)이 200℃에서 15분 이상인 열적 안정성을 가진 하나 이상의 추가적인 폴리올레핀 조성물을 포함한다. 상기 하나 이상의 추가적인 폴리올레핀 조성물의 소산 인자는 상기 저밀도 폴리에틸렌의 소산 인자보다 낮으며, 75마이크로 라디언 미만인 것이 바람직하다.
본 발명의 절연 전기 통신 부재는 동축 케이블, 드롭 케이블(drop cable) 또는 트위스트된 페어 케이블(twisted pair cable)과 같은 전기 통신 수단에 사용되는 여러 가지 구조로 제조될 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 본 발명은 도전체 및 이 도전체를 둘러싸는 발포 플라스틱 절연체를 포함하는 전기 통신 케이블을 제공한다. 상기 발포 플라스틱 절연체는, 초고 다이 쉘비가 55% 이상인 제1 폴리올레핀 20중량%와 ASTM 4568에 따른 산화 유도 시간(OIT)이 200℃에서 15분 이상인 높은 열적 안정성을 가진 하나 이상의 추가적인 폴리올레핀의 블렌드를 포함한다.
상기 하나 이상의 추가적인 폴리올레핀의 소산 인자는 상기 초고 다이 쉘비를 가진 고분자의 소산 인자보다 낮으며, 75마이크로 라디언 미만인 것이 바람직하다. 상기 추가적인 고분자가, 부자유 아민 광 안정제(hindered amine light stabilizer)뿐만 아니라 페놀계 항산화제 및/또는 페놀계 항산화제-아인산염(phosphite) 블렌드를 포함하는 고도로 안정화된 폴리올레핀인 것이 적당하다.
본 발명의 일부 특징 및 장점을 전술하였으며, 나머지 특징 및 장점은 하기 발명의 상세한 설명 및 첨부된 도면을 통하여 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 동축 케이블에 대한 절단 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 드롭 케이블에 대한 절단 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 트위스트된 페어 케이블에 대한 절단 사시도이다.
도 4는 열적으로 촉발된 스트레스 크랙을 관찰하기 위한 시료의 테스트 전의 사진이다.
도 5는 열적으로 촉발된 스트레스 크랙의 불량 수준을 관찰하기 위한 시료의 테스트 후의 사진이다.
도 6은 케이블에 있어서의 절연 조성물의 소산 인자가 감쇠에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 완전하게 설명한다. 하지만, 첨부된 도면에는 본 발명의 모든 실시 형태가 나타나 있지는 않다. 본 발명의 실시 형태는 법적인 요건을 충족시키기 위하여 제공된 것이며, 실제로 본 발명은 여러 가지 다양한 형태로 구체화될 수 있으며, 기재된 실시 형태로 제한적으로 해석되지 않아야 한다. 동일한 부재에 대해서는 전체적으로 동일한 부호를 부여했다.
도 1은 본 발명에 따른 절연 전기 통신 부재인 동축 케이블(10)을 도시한 것이다. 동축 케이블은, 적절한 전기 도전성 물질인 내부 도전체(12) 및 이를 둘러 싸고 있는 연속적인 실린더형의 발포 플라스틱 유전체 물질(14)을 포함하는 케이블 코어(11)를 포함한다. 유전체(14)는 팽창된 셀형 발포 조성물이다. 유전체(14)의 셀은 폐쇄된 구조이며, 통상적으로 직경이 200마이크론 이하, 바람직하게는 100마이크론 이하로 균일한 크기를 가지는 것이 바람직하다. 발포 유전체(14)는 얇은 층으로 된 접착성 또는 마찰성 물질(13)에 의해 내부 도전체(12)와 접착 또는 마찰 결합되는 것이 바람직하다. 내부 도전체(12)는 고체 구리, 구리 튜브, 구리-클래드 철, 구리-클리드 알루미늄 또는 기타의 고체형, 중공형(hollow), 스트랜드형 도전체로 형성될 수 있다. 내부 도전체의 표면은 평탄한 것이 바람직하지만, 주름이 잡혀있을 수도 있다. 예시된 실시예에서는, 하나의 내부 도전체(12)만을 도시했지만, 본 발명은 하나 이상의 내부 도전체가 서로 절연되어 코어(10)의 일부를 형성하는 케이블에도 적용될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 게다가, 도시된 실시예에서는 내부 도전체(12)가, 알루미늄 코어(12a)와 외부에 구리 클래드층(12b)으로 형성된 와이어이다. 연속적인 튜브형의 평탄한 재질로 된 시스(sheath; 15)가 코어(11)를 밀착되게 둘러싼다. 도시된 바람직한 일 실시예에 있어서, 튜브형 시스(15)는 알루미늄 스트립으로 제조되며, 이 알루미늄 스트립의 양쪽 측면 에지를 서로 연속적으로 맞붙여서 부호 16으로 나타낸 연속적인 세로 용접으로 결합시킨다. 이러한 용접은, 그 내용이 본 명세서에 원용에 의해 포함된 미국 특허 번호 4,472,595 및 5,926,949호에 기재된 바와 같이 이루어질 수 있다. 시스(15)를 세로로 용접하여 제조하는 것을 바람직한 것으로 나타내었지만, 기계적으로나 전기적으로 연속적인 얇은 벽을 가진 튜브형 바이메탈(bimetallic) 시스를 제조하는 방법 역시 사용될 수 있음을 당업자라면 알 수 있을 것이다. 튜브형 시스(15)의 내부 표면은, 얇은 접착제층(17)을 개재시켜서 전체 길이 및 둘레에서 발포 유전체(14)의 외부 표면과 결합된다. 이와 같은 목적에 바람직한 접착제의 종류로는 에틸렌 및 아크릴산(EAA)의 랜덤 공중합체나 기타 사용 가능한 고분자와 블렌딩된 EAA이다. 시스(15)의 외부 표면은 보호 재킷(18)으로 둘러싸여 있다. 외부 보호 재킷(18)용 조성물로 바람직한 것은 폴리에틸렌, 폴리비닐 클로라이드, 폴리우레탄 및 고무와 같은 열가소성 코팅 물질을 예로 들 수 있다. 도시된 실시예에 있어서, 보호 재킷(18)은 접착제층(19)을 개재시켜서 시스(15)의 외부 표면과 결합하는 것이 바람직한데, 이렇게 하면 동축 케이블의 굽힘 특성을 향상시킬 수 있다. 접착제층(19)은 EAA 공중합체 또는 상기한 블렌드와 같은 접착제의 얇은 층이다. 접착제층(19)을 도면에 나타내었지만, 보호 재킷(18)이 시스(15)의 외부 표면에 직접 결합될 수도 있다.
도 2에는 본 발명에 따른 절연 전기 통신 부재의 다른 예인 드롭 케이블(20)을 나타내었으며, 이 케이블은 케이블 텔레비젼 시그널, 위성 시그널, 셀룰러폰 시그널 데이터 등과 같은 RF 시그널의 송신에 사용되다. 케이블(20)은 기다란 내부 도전체(22) 및 상기 내부 도전체를 둘러싸는 유전체층(24)을 포함하는 케이블 코어(21)을 포함하고 있다. 유전체층(24)은 접착제층(23)을 개재시켜 내부 도전체(22)와 결합되며, 접착제층(23)은 예를 들면, 에틸렌-아크릴산(EAA), 에틸렌-비닐아세테이트(EVA) 또는 에틸렌 메타아크릴레이트(EMA) 공중합체 또는 기타 적당한 접착 또는 마찰 물질로 형성된다. 내부 도전체(22)는 구리 클래드 철 와이어로 형성되 는 것이 바람직하지만, 기타 도전성 와이어(예를 들면, 구리)도 사용될 수 있다. 유전체층(24)은 내부 도전체(22)로부터 인접한 윗층까지 연속적인 발포 고분자이지만, 외부 고체층 또는 표피일 수도 있다. 전기 도전성 실드(25)는 유전체층(24)의 주위에 적용된다. 도전성 실드(25)는 접착제층(26)을 개재시켜 유전체층(24)과 결합하는 것이 바람직하다. 접착제층(26)은 상기한 접착제층(23)에 대하여 전술한 바와 같은 어떤 물질로라도 형성될 수 있다. 도전성 실드(25)는, 내부 도전체(22)에 의해 전송되는 시그널의 유출과 외부 시그널의 간섭을 방지하는 바람직한 역할을 한다. 도전성 실드(25)는 케이블을 따라 세로로 연장된 실드 테이프(shielding tape)로 형성되는 것이 바람직하다. 실드 테이프는 100%의 차폐 효과를 제공하기 위하여, 실드 테이프의 에지가 서로 맞붙거나 겹쳐지도록, 세로로 적용되는 것이 바람직하다. 실드 테이프의 에지가 겹쳐지는 것이 더욱 바람직하다. 이러한 실드 테이프는 박막 금속 포일층과 같은 하나 이상의 도전층을 포함한다. 실드 테이프는 고분자로 된 내부층에 금속으로 된 외부층이 서로 결합된 결합 적층 테이프인 것이 바람직하다. 고분자로 된 내부층으로는 폴리올레핀(예를 들면, 폴리프로필렌) 또는 폴리에스테르 필름을 사용하는 것이 일반적이다. 금속층은 박막 알루미늄 포일층인 것이 일반적이다. 복수의 기다란 와이어(27)는 도전성 실드(25)를 둘러싸고 있다. 기다란 와이어(27)는 서로 엊갈리게 짜여 브레이드(braid; 28)를 형성하는 것이 바람직하지만, 쌍방향으로 중첩시켜서 형성할 수도 있고, 단일 방향으로만 형성할 수도 있으며, 오실레이팅 배열(oscillated arrangement)(당 업계에서는 SZ 또는 ROL라는 용어로 통용됨)로 형성할 수도 있다. 기다란 와이어(27)는 금 속이거나, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성되는 것이 바람직하지만, 구리 또는 구리 합금과 같은 적당한 물질로 형성될 수도 있다. 케이블 재킷(29)은 브레이드(28)를 둘러싸고 있으며, 케이블을 습기 및 기타 주위의 영향으로부터 보호한다. 재킷(29)은 폴리에틸렌 또는 폴리비닐 클로라이드와 같은 비-도전성 물질로 형성되는 것이 바람직하다. 다중 연신 포일 실드 및 다중 연신 와이어층을 혼합시켜서 전기적 차폐성 및/또는 기계적 강도를 추가적으로 향상시킬 수도 있음을 주지해야 한다.
도 3에는 본 발명에 따른 전기 통신 부재의 또 다른 예인 다중-페어 통신 케이블(30)을 나타내었다. 케이블(30)은 절연 도전체(32, 33, 34 및 35)인 4개의 트위스트된 페어를 둘러싸는 튜브형 케이블 재킷(31)을 가진다. 재킷(31)은 플렉시블 고분자 물질로 제조되며, 용융 압출법으로 형성되는 것이 바람직하다. 케이블의 제조에 사용되는 어떠한 종래의 고분자 물질이라도 본 발명에 적절하게 사용될 수 있다. 트위스트된 페어에서의 각 절연 도전체는 절연 물질(27)의 층으로 둘러싸인 도전체(36)를 포함한다. 도전체(36)는 금속 와이어, 또는 구리, 알루미늄, 구리-클래드 알루미늄 및 구리-클래드 철과 같은 와이어 및 케이블 부품에 사용되는 잘 알려진 금속 도전체 중의 어느 하나일 수 있다. 이러한 와이어는 18 내지 26 AWG 게이지인 것이 바람직하다. 절연 물질(37)의 두께는 약 25mil 미만인 것이 바람직하고, 약 15mil 미만인 것이 보다 바람직하며, 특정한 부품에 있어서는 심지어 약 10mil 미만인 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 절연 전기 통신 부재는 폼을 형성할 수 있는 고분자 조성 물을 도전체 주위에 압출함으로써, 상기 조성물이 폼을 형성하고 팽창할 수 있도록 하여 제조된다. 발포 절연체를 제조하는 종래의 와이어 및 케이블 산업에서는, 발포 공정에서 질소와 같은 화학적 및/또는 기계적 발포제가 사용될 수 있다. 고분자 조성물은 55% 이상의 초고 다이 쉘비를 가진 20중량% 이하의 고분자를 포함한다. 초고 다이 쉘 고분자로 인하여 절연체가 우수한 발포 특성을 가진다. 이러한 고분자 조성물은, 우수한 전기적 및/또는 화학적 안정성을 위하여 하나 이상의 추가적인 고분자를 포함하는 것이 바람직하다. 본 발명에 사용하기에 바람직한 고분자는, 와이어 및 케이블 산업에서 통상적으로 사용되는 구입 가능한 많은 고분자 조성물에서 선택할 수 있으며, 이러한 고분자로는 폴리프로필렌 및 저밀도, 중밀도 및 고밀도 폴리에틸렌과 같은 폴리올레핀을 예로 들 수 있다. 초고 다이 쉘비를을 가진 성분으로 특히 바람직한 것으로는 밀도가 0.915g/cm3 내지 0.930g/cm3의 범위인 저밀도 폴리에틸렌이다. 추가적인 고분자 성분으로는 중밀도 및/또는 고밀도 폴리에틸렌이 바람직하다. 추가적인 고분자는 ASTM 4568에 따른 산화 유도 시간(OIT)이 200℃에서 15분 이상으로써, 열에 대하여 안정성을 가지는 것이 바람직하다.
스트레인된 고분자성 분자 사슬이 에너지를 저장하는 능력은, 온도 및 일(work)의 영향에 이어서 발생하는 쉘 양에 영향을 줄 것이다. 사슬이 길고, 많은 측쇄를 가진 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)과 같은 고분자는, 이와 유사한 분자량인, 사슬이 짧고 측쇄가 적은 LDPE에 비하여 보다 많은 에너지를 저장할 것이고, 처리 이 후에 보다 빠른 속도로 회복될 것이다. 회복율의 측정은, 아래의 식으로 나타낼 수 있는 다이 쉘비(DSR)로 정의될 수 있다.
DSR(%) = [(ds-do)/do × 100]
식에서 ds는 압출된 물질의 외부 직경이며, do는 ASTM D1238에 따라 정의된 압출 플라스토미터(plastometer)의 오리피스의 내부 직경이다. ds 및 do는 플라스토미터를 사용하여 용융 인덱스(MI)를 측정하는 동안 얻어질 수 있다. 오리피스의 직경은 장치를 가열하기 전에 실온에서 측정되는 것이 일반적이다. 압출물의 직경은 실온으로 냉각시킨 후에 특정한다. 저밀도 폴리에틸렌을 사용하는 ASTM D1238 테스트는 190℃ 및 2160gram의 하중 환경에서 행해지는 것이 일반적이다.
학설에 따르면, 분자량 분포(Mw/Mn) 역시, 높은 다이 쉘 특성을 부여하는 데 중요한 역할을 한다. 이러한 관점에서 보면, 8 이상의 MWD를 가진 LDPE 화합물은 높은 다이 쉘 및 용융 탄성을 보여주는데, 이는 통신 부재인 저밀도 발포 유전 절연체의 형성에 바람직하다. 이와 같은 특성은, 가압 용기를 사용한 반응 공정으로 제조되는 LDPE 수지에 기인한 것이지만, 튜브형 또는 기타 반응기를 사용하여 제조된 LDPE 수지도 이와 유사한 특성을 나타낼 수 있다. Equistar Chemicals가 제안한 다분산성(polydispersity) 및 ER 값 역시, 폴리에틸렌 제품의 용융 탄성의 지표이다. ER 값의 측정 방법은, R. Shroff, et al.의 "New Measures of Polydispersity from Rheological Data on Polymer Melts", J. Applied Polymer Science, Vol. 57, pp. 1605-1626(1995) 및 미국 특허 5,534,472에 기재되어 있으 며, 양자는 본 명세서에서 참조로 사용되었다. 표 1에서 알 수 있듯이, 높은 다이 쉘 물질은 높은 ER 값 및 우수한 발포성과 관련이 있다.
[표 1] LDPE 성분의 다이 쉘 결과
물질 DSR (%) MWD 다분산성 (ER 값) 발포성
LDPE #1 51 7.1 1.44 나쁨
LDPE #2 61 8.0 1.58 양호
LDPE #3 76 9.9 2.34 탁월
이러한 실험에서는, 여러 가지 조합의 제1 폴리에틸렌 화합물(HDPE) 및 높은 다이 팽창성을 가진 제2 저밀도 폴리에틸렌 화합물을 75mil(0.075inch) 시편으로 성형하여, 전기 소산 인자로 지칭되는 전기적 특성을 평가했다. 이러한 파라미터는 물질의 Loss Tangent라 불리기도 한다. HP/Agilent 4342A Model Q Meter를 사용하여 1MHz의 주파수에서 소산 인자와 유전 상수를 측정했다. 이러한 측정의 결과 값의 단위는 마이크로-라디안 또는 특정 값 × 10-6 라디안으로 사용되는 것이 일반적이다.
LDPE 성분이, 항산화제, UV 안정제, 슬립(slip) 또는 항블로킹 첨가물이 거의 없거나 전혀 없으면 "neat"로 분류된다. LDPE 레진이 높은 수준의 안정제 또는 반응 보조제를 함유하면, 최적의 감쇠 특성을 얻기 위한 전기적 기준 및 열에 의한 노화 특성을 만족시킬 수 없을 것이다. 이러한 관점에서, 발포 유전체 블렌드의 HDPE 성분은 외부 안정제 및 항산화제를 최소한으로 함유해야만, HDPE/LDPE 발포 블렌드의 열적으로 촉발된 안정성 및 열적으로 촉발된 스트레스 크랙에 대한 저항성을 오랫동안 유지할 수 있다. 제품의 수명 동안의 성능을 보장하기 위하여 안정제를 사용해야 하지만, 이러한 안정제의 첨가가 전기적 감쇠에 부정적인 영향을 미치는 것이 일반적임을 주지하는 것은 중요하다. 최적의 감쇠 특성을 유지하면서, 외부에 대하여 바람직한 안정성을 얻기 위해서는, Irganox 1010 또는 1076(Ciba Chemicals)와 같은 제1 고성능 페놀계 항산화제 및 Irgafos 168(Ciba Chemicals)와 같은 제2 아인산염(phosphite) 공-안정제로 이루어진 시스템이 바람직하다. 이와 같이 제1 및 제2 항산화제를 조합하면, 시너지 효과를 나타내며, 발포 제품이 열에 대한 안정성을 더욱 오랫동안 가질 수 있도록 한다. 게다가, 이러한 안정제 시스템이, 부자유 아민 광 안정제(hindered amine light stabilizer; HALS)계의 일종인 제3 다기능성 장기 안정제를 포함하는 것이 바람직한데, 이 안정제는 외부적 안정성과 기후(UV)에 대한 보호 기능이 더욱 오랫동안 계속되도록 한다. UV 안정성에 필요한 효과적인 수준의 HALS의 양이 정해져 있으며, 학설에 따르면, HALS를 추가적으로 사용하면 동축 케이블의 제조에 사용되는 HDPE의 소산 인자(감쇠)에 부정적인 영향을 주는 것으로 알려져 있다. 표 2에서 알 수 있듯이, 다양한 조합의 제1 및 제2 항산화제 및 HALS 블렌드를 포함하는 HDPE 화합물의 소산 인자는 이러한 학설을 따르지 않는 것으로 증명되었다.
여기에서 사용된 항산화제 및 HALS 블렌드는 아래와 같다.
- Irganox 1010 페놀계 항산화제 - 200ppm
- Irgafos 168 페놀계 항산화제 아인산염 블렌드 - 400ppm
- Chimassorb 994 또는 Tinuvin 662 부자유 아민 광 안정제 - 400ppm
- 스테아린산 칼슘 - 600ppm
Irganox B215(Ciba)와 같은 상업적인 블렌드도 이용할 수 있는데, 이를 사용하면 정확한 비율의 제1 및 제2 항산화제를 얻을 수 있다. 다른 업체가 생산한 다양한 농도의 이와 유사한 성분의 기타 블렌드 역시, 물질의 상태를 나타내는데 사용될 수 있음은 명백하다.
[표 2] 항산화제 시스템 및 소산 인자에 대한 설명
성분 소산 인자 (마이크로 라디안) MW Mw/Mn OIT 분 @ 200℃ 비고
HDPE - A 15 79500 6.7 36분 밀도 0.963 (400ppm 1010 및 600ppm 스테아린산 칼슘)
HDPE - B 12 76400 5.1 17분 밀도 0.952 (400ppm 1076 및 600ppm 스테아린산 칼슘)
HDPE - C 19 76400 5.1 22분 HDPE B와 AO/HAL 안정제 패키지 조합
HDPE - D 17 79500 6.7 36분 HDPE A와 AO/HAL 안정제 패키지 조합
LDPE1 115 95000 5.3 ＜2분 DSR 51
LDPE2 41 147000 8.0 ＜2분 DSR 61
LDPE3 77 18000 9.9 ＜2분 DSR 76
0.0403inch의 구리 글래딩 철 중심 도전체를 가진 0.180inch 직경의 발포 동축 부재의 열적으로 촉발된 스트레스 크랙에 대한 저항성을, 테스트되는 부재 직경의 1배의 직경을 가진 맨드릴(mandrel)에 발포 코어를 둘러싸는 방법으로 테스트했다. 이렇게 하여 테스트 시편이, 그 직경과 비례하도록 소정의 스트레스 수준에 노출되도록 한다. 도 4에서 알 수 있듯이, 발포 유전체에 둘러싸인 내부 도전체를 포함하는 소정의 길이의 케이블 코어를, 고리를 형성한 후, 케이블 코어의 주된 부분을 깔끔하게 감는다. 이렇게 준비된 시편을 100℃의 분위기에 두고, 도 5에 나타낸 바와 같이 크랙이 관찰될 때까지 주기적으로 살펴본다. 이러한 테스트 결과는 (1) 높은 DSR LDPE를 포함시킨 영향 및 (2) 제1 및 제2 항산화제를 HALS와 함께 조합한 데 따른 영향을 보여주며, 그 결과를 표 3에 나타내었다.
[표 3] 열적으로 촉발된 스트레스 크랙에 대한 저항성
물질 (표 2) 비율 (HD/LD) 실제 밀도 (gm/cc) 열적으로 촉발된 스트레스 크랙에 대한 저항성 (% 불량 @ 시간)
HDPE - B 및 LDPE2 85/15 0.328 0% @ 1344 시간
HDPE - D 및 LDPE2 85/15 0.332 0% @ 912 시간
HDPE - C 및 LDPE2 85/15 0.340 0% @ 2472 시간
HDPE - A 및 LDPE2 85/15 0.323 90% ＜ 48 시간
HDPE - A 및 LDPE1 70/30 0.361 90% ＜ 72 시간
HDPE - A 및 LDPE1 70/30 0.360 100% ＜ 96 시간
HDPE - B 및 LDPE3 85/15 0.330 0% @ 1400 시간
도 6의 그래프는 소산 인자 및 절연 물질의 밀도가 감쇠에 미치는 영향을 도시한 것이다. 그래프의 위쪽의 곡선은, 40 × 10-6의 소산 인자를 가지며, 2개의 상이한 밀도(0.240g/cc 및 0.200g/cc)로 발포된 고분자로 형성된 절연체의 주파수와 감쇠와의 관계를 나타낸 것이다. 2개의 밀도에 해당하는 곡선이 서로 중첩되어 있다. 두 번째 곡선은 더 낮은 소산 인자 22 × 10-6를 가진 수지를 나타내며, 위쪽의 곡선과 동일한 2개의 상이한 밀도로 발포되었다. 소산 인자의 감소는 높은 주파수에서 감쇠를 상당히 저하시키는 것을 알 수 있다. 2개의 밀도에 해당하는 곡선이 첨부한 그래프 상의 눈금에서는 서로 중첩되어 나타나지만, 눈금을 더 크게 해서 보면 밀도가 낮으면, 감쇠도 적은 양이지만 낮아지는 유리한 효과가 있음을 알 수 있다. 본 발명에 의하면, 낮은 소산 인자를 가지며, 그에 따른 감쇠가 적으며, 품질 우수하고, 외부 요인에 안정적이며, 밀도가 낮고, 폐쇄된 셀을 가진 발포 구조체를 제공할 수 있다.
이와 같은 발견과, 뒤를 이은 실험을 통하여 본 발명자들은, 상기에서 언급한 바와 같이 신규한 방법으로 물질을 조합하면, 스트레스 크랙에 대한 저항성이 높고, 감쇠(소산 인자 및 밀도)가 낮으며, 비용(밀도)이 적게 들며, 안정적이고, 작고, 폐쇄된 셀을 일관되게, 반복적으로 발포 압출할 수 있음을 알게 되었다.
발명의 상세한 설명 및 도면에 나타낸 장점을 가진, 본원에 나타낸 여러 가지 변형예 및 실시예는 당업자에게 이해될 수 있을 것이다. 그리고, 본 발명은 개시된 특정 실시예에 한정되지 않으며, 변형예 및 기타 실시예는 본 발명의 청구 범위를 설명하기 위한 것이다. 본원에서 구체적으로 특정 용어를 사용했지만, 이들 용어는 일반적이고, 묘사적인 의미로만 사용된 것이지, 이로 인하여 본 발명이 제한되지 않는다.

Claims (25)

  1. 도전체; 및
    상기 도전체를 둘러싸는 발포 플라스틱 절연체
    를 포함하며,
    상기 발포 플라스틱 절연체는 55% 이상의 초고 다이 쉘비(die swell ratio)를 가진 고분자를 20중량% 이하로 포함하며, ASTM 4568에 따른 산화 유도 시간(OIT; oxidation induction time)이 200℃에서 15분 이상인 열적 안정성을 가진 하나 이상의 추가적인 폴리올레핀 조성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 통신 부재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 추가적인 고분자가 20분 이상의 산화 유도 시간을 가지는 것을 특징으로 하는 전기 통신 부재.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 절연체는, 상기 절연체의 외부 직경의 1배의 스트레스 수준으로 감았을 때, 100℃에서 100시간 이상 직경 및 수직 방향으로 크랙이 발생하지 않을 정도의, 열적으로 촉발된 스트레스 크랙에 대한 저항성을 가지는 것을 특징으로 하는 전기 통신 부재.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 절연체는 상기 초고 다이 쉘비를 가진 고분자와, 소산 인자(dissipation factor)가 상기 초고 다이 쉘비를 가진 고분자보다 낮으며, 75마이크로 라디언 미만인 하나 이상의 추가적인 고분자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 통신 부재.
  5. 재4항에 있어서,
    상기 하나 이상의 추가적인 고분자가 50마이크로 라디언 미만의 소산 인자를 가지는 것을 특징으로 하는 전기 통신 부재.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 절연체는, 상기 초고 다이 쉘비를 가진 고분자와, ASTM 4568에 따른 산화 유도 시간(OIT)이 200℃에서 15분 이상인 열적 안정성을 가지며, 75마이크로 라디언 미만의 소산 인자를 가진 하나 이상의 추가적인 고분자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 통신 부재.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 하나 이상의 추가적인 고분자가, 부자유 아민 광 안정제(hindered amine light stabilizer)뿐만 아니라 페놀계 항산화제 및/또는 페놀계 항산화제-아인산염(phosphite) 블렌드를 가진 고도로 안정화된 폴리올레핀인 것을 특징으로 하는 전기 통신 부재.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 발포 플라스틱 절연체는 55% 이상의 다이 쉘비를 가진 올레핀 고분자를 약 15중량% 포함하는 것임을 특징으로 하는 전기 통신 부재.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 추가적인 폴리올레핀 조성물의 소산 인자는 상기 저밀도 폴리에틸렌의 소산 인자보다 낮으며, 75마이크로 라디언 미만인 것을 특징으로 하는 전기 통신 부재.
  10. 중앙에 위치한 도전체와 그 주위에 위치한 유전체를 포함하는 케이블 코어; 및
    상기 케이블 코어를 둘러싸는 외부 도전체
    를 포함하며,
    제1항에 따른 전기 통신 부재가 상기 케이블 코어를 형성하는 것을 특징으로 하는 동축 케이블(coaxial cable).
  11. 2쌍 이상의 트위스트된 절연 전기 도전체
    를 포함하며,
    제1항에 따른 전기 통신 부재가 상기 절연 전기 도전체를 형성하는 것을 특징으로 하는 트위스트된 페어 케이블(twisted pair cable).
  12. 도전체; 및
    상기 도전체를 둘러싸는 발포 플라스틱 절연체
    를 포함하며,
    상기 발포 플라스틱 절연체는, 초고 다이 쉘비가 55% 이상인 제1 폴리올레핀 20중량%와, ASTM 4568에 따른 산화 유도 시간(OIT)이 200℃에서 15분 이상인 높은 환경 안정성을 가진 하나 이상의 추가적인 폴리올레핀의 블렌드를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 통신 케이블.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 하나 이상의 추가적인 폴리올레핀의 소산 인자는 상기 초고 다이 쉘비를 가진 고분자의 소산 인자보다 낮으며, 75마이크로 라디언 미만인 것을 특징으로 하는 전기 통신 케이블.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 하나 이상의 추가적인 폴리올레핀이 부자유 아민 광 안정제뿐만 아니라 페놀계 항산화제 및/또는 페놀계 항산화제-아인산염 블렌드를 포함하는 고도로 안정화된 폴리올레핀인 것을 특징으로 하는 전기 통신 케이블.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 제1 폴리올레핀과 상기 하나 이상의 추가적인 폴리올레핀의 블렌드는, ASTM 4568에 따른 산화 유도 시간(OIT)이 200℃에서 15분 이상인 것을 특징으로 하는 전기 통신 케이블.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 블렌드의 산화 유도 시간(OIT)이 20분 이상인 것을 특징으로 하는 전기 통신 케이블.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 통신 케이블은, 상기 절연체의 외부 직경의 1배의 스트레스 수준으로 감았을 때, 100℃에서 100시간 이상 직경 및 수직 방향으로 크랙이 발생하지 않을 정도의 열적으로 촉발된 스트레스 크랙에 대한 저항성을 가지는 것을 특징으로 하는 전기 통신 케이블.
  18. 도전체; 및
    상기 도전체를 둘러싸는 발포 플라스틱 절연체
    를 포함하며,
    상기 발포 플라스틱 절연체는, 초고 다이 쉘비가 55% 이상인 제1 폴리올레핀 20중량%와, 부자유 아민 광 안정제와 페놀계 항산화제 및/또는 페놀계 항산화제-아인산염을 포함하는 고도로 안정화된 폴리올레핀의 블렌드를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 통신 케이블.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 블렌드는 ASTM 4568에 따른 산화 유도 시간(OIT)이 200℃에서 15분 이상인 것을 특징으로 하는 전기 통신 케이블.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 블렌드의 소산 인자는 75 마이크로 라디언 미만인 것을 특징으로 하는 전기 통신 케이블.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 통신 케이블은, 상기 절연체의 외부 직경의 1배의 스트레스 수준으로 감았을 때, 100℃에서 100시간 이상 직경 및 수직 방향으로 크랙이 발생하지 않을 정도의 열적으로 촉발된 스트레스 크랙에 대한 저항성을 가지는 것을 특징으로 하는 전기 통신 케이블.
  22. 제18항에 있어서,
    상기 초고 다이 쉘비를 가진 제1 폴리올레핀이 상기 블렌드의 약 15중량%인 것을 특징으로 하는 전기 통신 케이블.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 초고 다이 쉘비를 가진 제1 폴리올레핀이 저밀도 폴리에틸렌인 것을 특징으로 하는 전기 통신 케이블.
  24. 삭제
  25. 삭제
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