KR101036558B1

KR101036558B1 - 내화 케이블 및 물품 디자인

Info

Publication number: KR101036558B1
Application number: KR1020057018668A
Authority: KR
Inventors: 그램 알렉산더; 이빙 쳉; 로버트 폴 버포드; 자레 만수리; 크리스토퍼 우드; 케네스 윌리스 바버; 플라힌지 돈 다야난다 로드리고; 이반 이바노브
Original assignee: 올렉스 오스트레일리아 피티와이 리미티드
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2011-05-24
Also published as: EP1609158A1; US20060237215A1; US7799998B2; EP1609158B1; KR20060002913A; WO2004088676A1; ES2658343T3; EP1609158A4; JP2006524412A; US7304245B2; CA2520458C; US20080124544A1; CA2520458A1

Abstract

본 발명의 케이블(1)은 하나의 도체(3), 고온에 노출되었을 때 세라믹을 형성하는 절연층(2), 및 하나의 부가적 열 변형층(4)을 포함한다. 상기 부가층(4)은 화재에 노출되었을 때 자체 지지 세라믹층을 형성하는 다른 층일 수 있거나, 또는 절연층이 세라믹을 형성하는 온도 또는 그 이하에서 분해되는 희생층으로 작용할 수 있다. 상기 부가층은 화재 전, 화재 동안 또는 화재 후에 층들의 강도를 향상시킬 수 있고, 화재 후에 절연층의 구조적 무결성을 향상시킬 수 있고, 화재 후에 물 침투에 대해 층들의 저항력을 향상시킬 수 있거나 화재 동안 및 화재 후에 층들의 전기 저항 또는 열 저항을 향상시킬 수 있다.

케이블, 절연층, 세라믹층, 열 변형층

Description

내화 케이블 및 물품 디자인{Cable and article design for fire performance}

본 발명은 금속 기판을 절연 또는 보호하는 적어도 하나의 세라믹 형성층을 갖는 전기 케이블 및 물품에 관한 것이며, 특히 상기 케이블 및 물품의 디자인과 제조 및 이들의 용도에 관한 것이다.

금속 기판을 포함하며 내화성을 가진 제품을 디자인하는 것이 요구되는 수많은 상황들이 있다. 예를 들어, 내화 케이블은 화재에 노출되었을 때 계속해서 작동하고 회로 무결성을 제공하기 위해 필요하다. 일부 기준들을 만족하기 위하여, 케이블은 통상적으로 특정 시간(예를 들어, 15분, 30분, 60분, 2시간) 동안 규정된 방식으로 특정 온도(예를 들어, 650, 750, 950, 1050℃)로 가열될 때, 전기 회로 무결성을 반드시 유지해야 한다. 일부의 경우, 케이블은 가열 단계 전, 가열 단계 동안, 및 가열 단계 후에 규칙적인 기계적 충격을 받는다. 종종 케이블은 화재 동안 경험할 수 있는 다른 인자들에 대한 케이블의 성능을 측정하기 위하여, 가열 사이클의 나중 단계 또는 가열 단계 후에 워터 제트 또는 스프레이에 노출될 수 있다.

내화 케이블에 대한 이런 조건들은 종전에는 케이블의 도체를 유리 섬유로 제조한 테이프 및 운모로 처리한 테이프로 둘러쌈으로써 충족되었다. 상기 테이프들은 생산하는 동안 도체 주위에 둘러싸인 후, 적어도 하나의 절연층이 뒤이어 도포된다. 고온에 노출되자마자, 외부 절연층들은 열화되고 떨어지지만, 유리 섬유들은 같은 위치에서 운모를 유지한다. 상기 테이프들은 화재 속에서 회로 무결성을 유지하는데 효과적인 것으로 발견되었으나, 추가 제조 단계들 때문에 생산비용이 많이 든다. 또한, 케이블 주위에 테이프를 감는 방법은 다른 케이블 생산 공정과 비교하여 상대적으로 느려서, 테이프를 감는 것은 전체 케이블 생산을 느리게 하여 비용을 증가시킨다. 테이프의 사용을 피함으로써, 그리고 화재에 노출됐을 때 절연 세라믹을 형성하여 꾸준히 회로 무결성을 제공하는 유연한 폴리머 조성물로 이루어진 케이블 코팅제를 압출성형함으로써, 비용을 줄이려는 노력들이 행해져 왔다.

상기 세라믹 형성 조성물들은 종래 기술에서 공지되었다. 예를 들어, 미국특허 제4,269,753호 및 미국특허 제4,269,757호는 짧은 길이의 구리선에 직접 도포되는 세라믹 형성 조성물의 코팅제를 기술한다. 코팅된 선이 850℃에서 공기에 30분 동안 노출되었을 때, 코팅제는 어떤 갈라짐과 구리선으로부터 분리됨이 없이 강하고 단단한 세라믹 재료를 형성하는 것으로 알려져 있다. 미국특허 제6,387,512호는 전기 도체에 세라믹 형성 코팅제의 도포, 및 500 볼트의 가해진 전압으로 930℃에서 2시간 동안 가열될 때 회로 무결성의 보존성을 나타낸다. 폴리머 오스트리아 피티와이 사의 국제특허출원 제PCT/AU2003/00968호는 고온에 노출되었을 때 자체 지지 세라믹 재료를 형성하는 케이블 및 다른 응용 분야에 적절한 실리콘 폴리머계 세라믹 형성 조성물을 개시한다. 폴리머 오스트리아 피티와이 사의 국제출원 제PCT/AU2003/01383호는 화재와 관련된 종류의 고온에 노출되었을 때 약간만 수축되거나 또는 전혀 수축되지 않는 케이블 및 다른 응용 분야에 적합한 자체 지지 세라믹 형성 조성물을 개시한다.

이론상으로, 종래의 세라믹 형성 조성물은 필요한 전기적 및/또는 열적 절연을 제공할 수 있지만, 고온에 노출되기 전과 후의 세라믹 형성 조성물의 다른 물리적 특성들은 상기 재료들의 실제적 사용, 특히 케이블에서의 사용이 이상에 못 미치는 물리적 특성들을 조절할 필요가 있는 절충안을 수행하기 어렵게 한다. 이상적으로 세라믹 형성층은 화재 동안 경험하는 온도의 증가 및 화재 후의 온도의 감소 동안 금속 기판과 세라믹 형성 조성물의 열팽창계수 사이의 불일치를 조절할 수 있어야 하고, 고온에 노출되기 전, 노출 동안 및 노출 후에 적절한 기계적 특성을 가져야 하며, 이의 구조적 무결성을 유지하고, 필요한 경우, 특히 고온에 노출되는 동안과 노출 후에 적절한 물 저항성을 제공해야 한다.

한편 본 발명의 목적은 세라믹 형성 재료를 사용하는 것과 관련된 하나 이상의 실제적 문제점들을 극복하는, 세라믹 형성 재료로 제조한 내화성 케이블 또는 내화성 제품을 금속 기판에 제공하는 것이다.

일태양에 따르면, 본 발명은 적어도 하나의 도체, 고온에 노출되었을 때 세라믹을 형성하는 절연층 및 고온에 노출되었을 때 절연 세라믹 형성층의 물리적 특성을 향상시키는 적어도 하나의 열 변형층을 포함하는 케이블을 제공한다.

본 출원인은 적어도 하나의 부가적 열 변형층을 제공함으로써, 고온에 노출되는 동안과 후에 세라믹 형성층의 특성들의 결함은 상기 부가적 열 변형층에 의해 조절될 수 있다는 것을 발견하였다. 상기 적어도 하나의 부가층을 제공함으로써 케이블이 화재에서 통상적으로 경험하는 고온에 노출되었을 때 케이블의 전체 특성들을 향상시킨다.

본 발명의 바람직한 형태에서, 상기 적어도 하나의 열 변형층은 도체 상에 절연층과 함께 공압출성형된다. 상기 적어도 하나의 열 변형층은 케이블 디자인에 사용될 때 세라믹 형성 재료와 관련된 문제들을 개선, 보충 또는 극복할 수 있다.

절연층은 다양한 조성물로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 절연층은 고온, 즉 화재 상황에서 만나게 되는 종류의 온도에 노출될 때 세라믹을 형성하는 조성물로 형성된다. 세라믹 형성 조성물은 비실리콘 폴리머계, 실리콘 폴리머계일 수 있거나, 실리콘과 비실리콘 폴리머의 혼합물을 포함하는 기본 조성물(base composition)을 포함할 수 있다. 상기 조성물은 고온에서 반응하여 세라믹을 생산할 수 있는 다양한 무기 성분들을 포함할 수 있다. 조성물은 난연제 등과 같은 부가적 기능성 첨가제들을 함유할 수 있다.

절연층은 바람직하게는 화재 동안 통상적으로 경험하는 온도에 노출되자마자 자체 지지 세라믹층을 형성하는 세라믹 형성 조성물이다. 국제출원 제PCT/AU2003/00968호는 전문이 참조로 본 명세서에 포함되며, 여기에는 실리콘 폴리머, 조성물의 총중량을 기초로 5-30중량%의 운모 및 0.3-8중량%의 유리 첨가제를 포함하는 내화 조성물이 개시된다. 세라믹 형성층은 고온에 노출되는 동안 및 노출 후에 치수 변화가 적거나 치수 변화가 일어나지 않는 것이 바람직하다. 적절한 세라믹 형성 재료는 전술한 국제출원 제PCT/AU2003/01383호에 개시되어 있으며, 이는 전문이 참조로 본 명세서에 포함된다. 이 특허출원은 유기 폴리머, 실리케이트 미네랄 충전제 및 용융제 또는 최종 잔여물의 1-15중량%의 양으로 용융제를 형성하는 전구체를 포함하는 조성물을 기술한다.

본 발명의 두 번째 태양에 따라, 고온에 노출되었을 때 자체 지지 세라믹을 형성하는 절연층을 도체 상에 압출성형하는 단계, 및 세라믹 형성층의 물리적 특성들을 향상시키기 위해 화재와 관련된 온도에 노출되는 동안 변형가능한 적어도 하나의 보조층을 압출성형하는 단계를 포함하는, 케이블의 제조방법을 제공한다. 바람직하게는 적어도 하나의 보조층은 절연층과 공압출성형된다.

바람직하게는 보조층에 의해 향상된 특성들은 적어도 아래의 하나이다:

i) 화재에 노출된 후 결합한 층들의 기계적 강도;

ii) 화재에 노출된 후 세라믹 형성층의 구조적 무결성;

iii) 화재에 노출된 후 결합한 층들의 물 침투에 대한 저항; 및

iv) 화재에 노출되는 동안 및 후 결합한 층들의 전기 저항 또는 열 저항.

본 발명의 다른 태양에서, 도체에 압출성형하기 위해 화재 동안 경험하는 고온에 노출될 때 자체 지지 세라믹층을 형성하는 절연층을 선택하는 단계, 화재에 노출되기 전, 노출 동안 및 노출 후에 세라믹 형성층의 특성들을 결정하는 단계, 및 세라믹 형성층의 물리적 특성들을 향상시키는 제 2 층용 재료를 선택하는 단계, 및 세라믹 형성층과 적어도 하나의 보조층을 도체 상에 압출성형하는 단계를 포함하는, 케이블의 설계법을 제공한다. 바람직하게는 세라믹 형성층 및 적어도 하나의 보조층은 도체 상에 공압출성형된다.

적어도 하나의 보조층은 세라믹 형성층에 대한 하기 특성들을 향상시키기 위해 선택된다:

i) 고온에 노출된 후 결합한 층들의 기계적 강도;

ii) 고온에 노출된 후 세라믹 형성층의 구조적 무결성의 유지;

iii) 고온에 노출된 후 도체에 대한 물 침투의 저항; 및

iv) 화재에 노출되는 동안 및 노출된 후에 결합한 층들의 전기 저항 또는 열 저항.

본 발명의 상기 태양들은 일반적으로 케이블, 케이블의 디자인 및 케이블의 제조에 관한 것인 반면, 당업자는 본 발명은 제품이 금속 기판 및 적어도 하나의 보호 세라믹 형성층 또는 코팅층을 포함하고 물품이 화재에 노출되는 동안 및 노출된 후에 작동하는 것이 필요한 다른 응용 분야를 위한 내화 물품의 디자인에 동일하게 적용할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 본 발명이 사용될 수 있는 실용적인 상황의 구체적인 예들은 금속 기판과 접촉하고 있는 방화용 밀봉제; 갭 충전제(즉, 침투용 미스틱 용도); 배, 기차, 항공기, 트럭 및 자동차의 금속 문, 칸막이 벽, 마루 및 다른 구조물용 방화물; 빌딩의 화재 차단벽, 스크린, 천장 및 벽 라이닝(lining); 빌딩 내부 또는 외부의 전자 장비용 보관장치; 프레임을 절연하고 장시간 동안 필요한 부하지압강도(load bearing strength)를 유지하게 하는 다층 빌딩용 구조적 강철 구조물; 빌딩 덕트용 코팅제; 연료와 같은 가연성 재료 저장소 및 탄약고, 정유소 및 화학품 처리 공장용 방화벽; 및 소이탄으로부터 군함을 포함하는 군사용 운송수단을 보호하는 방호물을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.

본 발명의 다른 태양에는 내화 물품, 내화 물품 생산 방법 및 내화 물품의 설계 방법이 포함된다. 상기 물품들은 금속 기판, 고온에 노출되었을 때 세라믹을 형성하는 절연층 또는 보호층, 및 고온에 노출되었을 때 절연층 또는 보호 세라믹 형성층의 물리적 특성들을 향상시키는 적어도 하나의 열 변형층을 포함한다.

적어도 하나의 세라믹 형성층 및 금속 기판을 포함하는 케이블 또는 내화 물품을 설계할 때, 화재에 노출될 때 결합의 결함들이 그의 용도를 결정하고, 하나 이상의 열 변형층이 상기 결함들을 극복하기 위해 선택된다. 한편 하나 이상의 열 변형층 또는 보조층의 특성들은 의도한 용도에서 세라믹 형성층의 특성들을 향상시킨다.

고온에 노출된 후 세라믹을 형성하는 세라믹 형성 재료의 사용시 발생할 수 있는 한 가지 문제는 화재에 노출되는 동안 및 노출된 후의 세라믹 재료의 강도이다.

따라서 본 발명의 바람직한 일실시예에서, 적어도 하나의 열 변형층은 바람직하게는 세라믹 형성층에 공압출성형되는 강도층이다. 적어도 고온에 노출되는 동안 및 노출된 후에 필요한 강도 특성들을 제공하기 위해, 적어도 하나의 열 변형층은 제 2 세라믹 형성층을 포함할 수 있다. 상기 층의 최소 필요조건들은, 상기 층이 절연층 또는 보호 세라믹 형성층에 의해 형성된 세라믹보다 강한 세라믹을 형성한다는 것, 얻어진 세라믹은 자체 지지되고 세라믹으로 변형될 때 상당한 치수의 감소가 없다는 것이다. 상기 층은 케이블 용도에서 부가적 절연층 또는 덮개층으로 작용할 수 있다. 상기 제 2 세라믹 형성층은 바람직하게는 유기 폴리머, 바람직하게는 미네랄 규산염인 무기 충전제 및 무기 인산염을 포함한다. 보다 바람직하게는 제 2 세라믹 형성층은 수산화 알루미늄을 함유한다. 바람직한 무기 인산염은 암모늄 폴리인산염이다. 상기 층은 무기 인산염이 케이블의 절연 특성들에 영향을 미치거나 금속 기판과 나쁜 반응을 일으킬 가능성을 최소화하기 위해 금속 도체 또는 금속 기판과 접촉하지 않는 것이 바람직하다.

고온에 노출된 후 세라믹을 형성하는 재료, 예를 들어 케이블 절연 재료의 사용시 발생할 수 있는 한 가지 문제는 재료의 보통의 작업 강도(operational strength), 즉 화재 전 작업 강도가 의도한 용도에서 바람직한 강도보다 작다는 것이다. 따라서, 적어도 하나의 열 변형층은 바람직하게는 세라믹 형성층에 공압출성형된 작업 강도층(즉, 보통의 작동 조건하에서 우수한 기계적 특성들을 가진 층)일 것이다. 이런 층들의 주요 용도는 케이블을 설치장소에 위치시키고 고정하는데 필요한 단단함을 제공하고 합성물 절연이 필요한 기준들을 충족시키게 하는 것이다. 작업 강도층에서 사용되는 재료들의 성질 때문에, 이런 층들은 주로 화재에서 경험하는 고온에 노출되는 동안 또는 노출된 후에 케이블을 보조하는 것이 요구되지 않는다. 작업 강도층이 만일 제 2 세라믹 형성층이라면, 고온에 노출되는 동안 또는 노출된 후에 강도를 제공하도록 연장될 수 있다. 하기에 기술된 바와 같이, 작업 강도층은 유약 형성층일 수 있다.

제 2 세라믹 형성층의 최소 두께는 도체와 세라믹 형성 절연층의 두께에 의해 결정되고, 두꺼운 도체 및 절연층들은 제 2 층이 구조적 무결성을 유지하도록 두꺼운 층을 필요로 한다.

제 2 세라믹 형성층의 무기 인산염은 인산에 대한 다른 성분들의 분해 온도 또는 그 이하의 온도에서 분해된다고 알려져 있다. 암모늄 폴리인산염의 경우에, 암모니아는 분해 산물이다. 인산은 나중 단계에서 세라믹으로 변하는 탄소질 목탄을 형성하는 그 근처의 임의의 유기 재료도 탈수시키는 반면, 암모니아는 바람직한 수준의 다공률을 형성하는데 기여한다.

바람직한 제 2 세라믹 형성층의 세라믹 형성 조성물은 하기를 포함한다:

조성물의 총중량을 기초로 적어도 50중량%의 유기 폴리머를 포함하는 15중량% 이상의 폴리머계 조성물;

조성물의 총중량을 기초로 20-40중량%의 무기 인산염, 바람직하게는 암모늄 폴리인산염, 및

조성물의 총중량을 기초로 적어도 15중량%의 무기 내화 충전제, 바람직하게는 실리케이트 미네랄 충전제.

제 2 세라믹 형성층은 마그네슘 또는 알루미늄의 수산화물 또는 산화물의 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 10-20중량%의 부가적 무기 충전제 또는 첨가제를 더 포함할 수 있다.

바람직한 부가적 충전제 또는 첨가제는 바람직하게는 10-20중량%의 수산화 알루미늄이다.

제 2 세라믹 형성층은 화재에 노출되었을 때 자체 지지되고 강한 다공성 세라믹(통상적으로 20부피% 내지 80부피%의 다공성을 가짐)을 형성하는 것이 필요하고, 전체 조성물의 적어도 40중량%는 무기 충전제일 것이다.

유기 폴리머는 폴리머의 주쇄로서 유기 폴리머를 가진 것이다. 예를 들어, 실리콘 폴리머는 유기 폴리머로 생각되지 않는다; 그러나, 실리콘 폴리머는 보조 성분으로 유기 폴리머(들)와 유용하게 혼합될 수 있고, 열분해되었을 때 미립자 크기를 가진 이산화 실리콘(세라믹의 형성을 보조함)의 원료를 유익하게 제공한다. 예를 들어, 유기 폴리머는 임의의 형태의 열가소성 폴리머, 열가소성 엘라스토머, 가교 엘라스토머 또는 고무, 열경화성 폴리머일 수 있다. 유기 폴리머는 상기 형태의 하나 이상의 유기 폴리머를 형성하도록 함께 반응할 수 있는 시약, 프레폴리머 및/또는 올리고노머를 포함하는 전구체 조성물의 형태로 존재할 수 있다.

유기 폴리머 성분은 둘 이상의 다른 유기 폴리머의 혼합물 또는 융합물을 포함할 수 있다.

바람직하게는, 유기 폴리머는 우수한 가공성과 기계적 특성들을 유지하면서 암모늄 폴리인산염, 수산화 알루미늄 및 실리케이트 미네랄 충전제와 같은 세라믹을 형성하는데 필요한 다량의 무기 첨가제를 수용할 수 있다. 본 발명에 따르면, 내화 조성물에 다량의 무기 충전제를 포함하는 것이 바람직하고, 이 조성물들은 충전제 함량이 더 낮은 조성물과 비교할 때 화재에 노출되어 중량 손실이 감소하는 경향이 있다. 따라서, 상대적으로 고농도의 암모늄 폴리인산염, 수산화 알루미늄 및 실리케이트 미네랄 충전제가 충전된 조성물들은 열 작용에 의해 세라믹화될 때 덜 수축되고 갈라지게 된다.

선택한 유기 폴리머가 화재 상황에서 만나게 되는 고온에 노출되었을 때, 분해되기 전에 유출되거나 용융되지 않는 것이 유리하다. 가장 바람직한 폴리머는 내화 조성물이 형성된 후 가교되는 폴리머, 또는 고용융점을 가지지만 열가소성인 폴리머 및/또는 용융점 근처에서 세라믹을 형성하기 위해 분해되는 폴리머를 포함한다; 그러나, 이런 특성들을 갖지 않는 폴리머들도 사용될 수 있다. 적절한 유기 폴리머는 상업적으로 구입가능하거나, 공지된 기술의 사용 또는 적용에 의해 제조될 수 있다. 사용할 수 있는 적절한 유기 폴리머들의 예는 하기에 주어지지만, 구체적인 유기 폴리머의 선택은 내화 조성물에 포함되는 부가적 성분, 조성물이 제조되고 사용되는 방식 및 조성물의 의도된 용도와 같은 것들에 영향을 받을 것이라는 것이 이해될 것이다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 용도에 적합한 유기 폴리머는 열가소성 폴리머, 열경화성 폴리머 및 (열가소성) 엘라스토머를 포함한다. 상기 폴리머들은 폴리올레핀의 호모폴리머 및 코폴리머를 포함할 수 있다.

케이블용 코팅제의 제조에 사용하기에 특히 매우 적합한 유기 폴리머들은 상업적으로 이용가능한 열가소성 및 가교 올레핀계 폴리머, 임의의 밀도의 코폴리머 및 터폴리머(terpolymer)이다. 관심대상인 코모노머는 당업자에게 주지되어 있다. 구체적인 관심대상은 상업적으로 이용가능한 열가소성 및 890 내지 960kg/litre의 밀도를 가진 가교가능 폴리에틸렌, 상기 종류의 에틸렌과 아크릴, 비닐 및 다른 올레핀 모노머의 코폴리머, 에틸렌, 프로필렌 및 디엔 모노머의 터폴리머, 한 성분은 가교되고 연속상은 열가소성인 소위 열가소성 경화제(thermoplastic vulcanisates), 및 모든 폴리머들이 열가소성 또는 과산화물, 복사 또는 소위 실란 처리에 의해 가교되는 열가소성 경화제의 변형체이다.

유기 폴리머는 적어도 50중량%의 양으로 폴리머계 조성물에 존재한다. 이것은 전체 조성물의 가공성에 악영향을 미치지 않고 추가 성분들을 가진 폴리머계 조성물의 적층을 용이하게 한다. 상기한 대로 폴리머계 조성물은 실리콘 폴리머를 포함할 수 있다. 그러나, 이 경우, 유기 폴리머는 실리콘 폴리머와 비교할 때 상당량으로 폴리머계 조성물에 주로 존재할 것이다. 따라서, 폴리머계 조성물에서 유기 폴리머 대 실리콘 폴리머의 중량비는 5:1 내지 2:1, 예를 들어, 4:1 내지 3:1일 것이다. 중량%로 환산하여, 만일 존재한다면, 실리콘 폴리머는 제제화된 내화 조성물의 총중량을 기초로 하여 2 내지 15중량%의 양으로 존재할 것이다. 유기 및 실리콘 폴리머의 조합이 사용될 때, 고농도의 실리콘 폴리머는 가공 문제를 일으킬 수 있고 이 문제는 본 발명에 따른 조성물을 제제화할 때 고려해야 한다.

내화 조성물에서 폴리머계 조성물의 양에 대한 상한은 제제화된 조성물의 원하는 특성들에 영향을 받는 경향이 있다. 만일 폴리머계 조성물의 양이 전체 조성물의 약 60중량%을 초과한다면, 응집력 있고 강한 잔여물이 화재 상황 동안에 형성될 것이다. 따라서, 폴리머계 조성물은 제제화된 내화 조성물의 일반적으로 15 내지 60중량%, 바람직하게는 20 내지 50중량%를 형성한다.

본 발명의 실시예에 따른 조성물은 필수 성분으로 실리케이트 미네랄 충전제를 포함한다. 이런 충전제는 통상적으로 알루미노-실리케이트(예를 들어, 고령토, 몬모릴로나이트, 납석 - 통상적으로 점토로 알려짐), 알칼리 알루미노-실리케이트(예를 들어, 운모, 장석, 리티아 휘석, 페털라이트), 마그네슘 실리케이트(예를 들어, 활석) 및 칼슘 실리케이트(예를 들어, 월러스토나이트)를 포함한다. 둘 이상의 다른 실리케이트 미네랄 충전제들의 혼합물이 사용될 수 있다. 이런 충전제들은 상업적으로 이용할 수 있다. 이산화실리콘(실리카)은 본 발명의 내용에서 실리케이트 미네랄 충전제가 아니다.

제 2 층의 세라믹 형성 조성물은 적어도 15중량%, 바람직하게는 적어도 25중량%의 실리케이트 미네랄 충전제를 포함한다. 이 성분의 최대량은 조성물의 가공성에 의해 결정된다.

미네랄 실리케이트 충전제 이외에, 다양한 다른 무기 충전제가 첨가될 수 있다. 바람직한 무기 충전제는 마그네슘 및 알루미늄의 수산화물 또는 이들의 산화물이다.

또한, 알루미노실리케이트 섬유를 포함하는, 1000℃에서 용융되지 않는 무기 섬유가 혼합될 수 있다. 이를 통해 고온에서 치수 변화를 감소시키거나, 및/또는 얻어진 세라믹의 기계적 특성을 향상시킬 수 있다.

주로, 고온(1000℃)에 노출된 후 잔존하는 잔여물은 일반적으로 열분해 전 조성물의 적어도 40중량%, 바람직하게는 적어도 55중량%, 보다 바람직하게는 적어도 70중량%의 조성물로 구성될 것이다. 더 많은 양의 잔여물이 바람직한데, 이는 모든 온도에서 세라믹 강도를 향상시킬 수 있기 때문이다.

화재에 노출된 동안과 노출된 후에 세라믹 형성층의 전기 저항 또는 열 저항을 향상시키기 위해서, 적어도 하나의 열 변형층은 절연층 또는 보호층에 의해 형성된 자체 지지 세라믹보다 더 약한 세라믹을 형성하는 케이블 또는 물품(즉, 화재 전)의 통상적인 작업 용도에서 기능층일 수 있다. 예를 들어 케이블 디자인에 이런 형태의 덮개층을 사용하면 통상적인 덮개층을 사용하는 것보다 유익한데, 이는 상기 형태의 덮개층은 두께를 증가시켜서 케이블이 화재에 노출된 후에 잔존하는 잔여 세라믹 코팅의 전기 절연 특성들을 향상시키기 때문이다.

케이블 디자인에서 금속 도체 상에 세라믹 형성 조성물을 도포하는데 구체적인 문제점은 고온에 노출되는 동안과 연속해서 냉각되는 동안, 금속 도체는 팽창할 것이고 가열 과정에서 형성된 세라믹과 다른 속도로 수축할 것이라는 것이다. 따라서, 비록 세라믹이 형성하는 동안 우수한 모양 보존성을 갖지만, 열팽창과 수축에서의 차이는 부서지기 쉬운 세라믹이 깨지기 쉽게 하여 절연 세라믹 코팅제의 일부를 제거하고, 도체를 노출하고 회로 무결성을 떨어뜨릴 수 있다. 세라믹층의 깨짐은 냉각 단계 동안 가장 현저하다. 이 문제는 세라믹이 도체 표면 또는 도체 표면 상에 형성된 산화물층(화재 동안)과 강하게 결합할 때 두드러진다. 예를 들어 구리 도체의 경우, 금속 팽창에서의 차이는 산화 제 1 구리/산화 제 2 구리 계면의 파손을 일으킬 수 있고, 산화 제 2 구리에 결합된 세라믹 조각의 제거를 유도할 수 있다. 이 문제는 케이블 용도에서 사용되는 금속 도체를 특별히 참조하여 기술하였지만, 당업자에게 이 문제는 금속 기판이 상기 형태의 내화 조성물로 코팅된 어떠한 경우에도 발생할 것이라는 점은 명백한데, 이는 금속 기판과 고온에 노출될 때 형성된 세라믹의 다른 열팽창계수 때문이다. 문제의 정도는 세라믹과 금속의 열팽창계수의 차이의 크기 및 계면에 형성된 결합의 강도에 의존할 것이다.

따라서, 본 발명의 다른 실시예에서는, 화재 동안 보호되는 금속 기판 및 기판을 보호하는 세라믹 재료들 사이의 열팽창계수 사이의 불일치 문제를 다룬다.

본 발명의 이러한 실시예에서, 적어도 하나의 열 변형층은 금속 기판에 제공된 희생층이고, 이 희생층은 유기 폴리머 및 무기 충전제를 포함하는 조성물로 형성되고, 여기서 희생층은 고온에서 또는 그 이하에서 분해되어, 기판과 세라믹 사이의 무기 충전제의 층을 형성하여, 세라믹과 기판의 결합이 최소화되거나 방해된다.

이런 방식으로 희생층을 사용하면, 금속 기판과 형성된 세라믹은 세라믹의 기판에 대한 부착을 최소화하거나 피하게 하는 층에 의해 서로 분리된 상태로 있게 한다. 적어도 무기 충전제가 금속 기판 또는 세라믹에 부착되지 않는다는 사실은 냉각하는 동안 세라믹이 갈라지고 제거되는 경향을 감소시키는데, 이는 기판과 세라믹 사이의 열팽창계수의 차이로부터 발생한 응력을 완화하기 때문이다.

희생층의 분해 후에 잔존하는 무기 충전제는 기판과 형성된 세라믹을 독립적으로 팽창시키고 수축시킨다. 전기 케이블 용도에서, 세라믹층에서 감소된 갈라짐 형성의 두 가지 결과는 나전선(Bare Conductor)의 노출이 감소하고 물 침투 경로가 감소한다는 것이다. 따라서, 디자인에서 희생층의 삽입은 화재에 노출되고 물에 노출되는 동안 전기 단락에 의한 회로 고장에 대한 저항력을 향상시킨다. 이 경우 사용된 무기 충전제는 바람직하게는 높은 전기 저항을 가져서, 회로 무결성을 돕는다. 모든 경우에서, 잔여 충전제의 저밀도, 분말성은 열 전달에 장벽을 제공하는데 유익하다. 즉, 잔여 충전제는 열적으로 절연된다.

희생층은 통상적으로 유기 폴리머 및 무기 충전제를 포함하는 조성물로 형성된다. "유기 폴리머"는 다음 기준을 만족하는 다양한 폴리머들을 포함한다. 첫째, 유기 폴리머는 반드시 화재 상황에서 통상적으로 만나는 온도에서 잔여물을 적게 남기거나 또는 잔여물을 남기지 않고 분해될 수 있는 것이어야 한다. 유기 폴리머는 세라믹 형성층에서 세라믹이 형성되는 온도 또는 그 이하에서 분해된다. 둘째, 유기 폴리머는 우수한 가공성을 유지하면서 적절한 양의 무기 충전제(통상적으로 전체 조성물의 25-75중량%, 바람직하게는 50중량% 이상)가 채워질 수 있어야 한다. 특히 케이블 용도에서와 같이 조성물이 압출성형되어야 하는 경우, 희생층의 조성물의 가공성은 중요하다. 유기 폴리머는 충분히 높은 양의 무기 첨가제를 수용할 수 있어서 실질적으로 연속된 무기 충전제는 희생층의 열분해 후 기판의 표면 상에 남아있는 것이 중요하다. 무기 충전제는 상기한 대로 기판과 형성된 세라믹을 분리하는 것이 필요하고, 만일 불충분한 무기 첨가제가 유기 폴리머에 존재하는 경우, 첨가제는 기판과 형성된 세라믹 사이의 직접적인 접촉을 막는 의도한 역할을 수행하지 못할 것이다. 만일 무기 충전제가 유기 폴리머에 균일하게 분산되지 않는다면 동일한 문제가 발생할 수 있다. 기판과 세라믹 사이의 약간의 접촉은 다른 용도보다 일정한 용도에서 용인될 수 있다. 전기 케이블 용도는 도체와 세라믹 사이의 무기 충전제의 연속된 층을 필요로 한다.

폴리머는 고온에서 무기 충전제와 반응하지 않는 것이 중요한데, 이는 기판 및/또는 세라믹과 부착하는 반응 생성물을 생성할 수 있기 때문이다. 적절한 유기 폴리머는 상업적으로 이용할 수 있거나, 공지된 기술의 사용 또는 응용하여 제조될 수 있다. 사용할 수 있는 적절한 유기 폴리머의 예들은 다음과 같다.

유용한 열가소성 폴리머는 올레핀의 호모폴리머 뿐만 아니라 하나 이상의 올레핀의 코폴리머로부터 선택될 수 있다. 적절한 폴리머의 구체적인 예는 에틸렌, 프로필렌, 부텐-1, 이소부틸렌, 헥센, 1,4-메틸펜텐-1, 펜텐-1, 옥텐-1, 노넨-1 및 데켄-1이다. 이런 폴리올레핀은 당업계에 공지된 대로 과산화물, 지글러-나타 또는 메탈로센 촉매를 사용하여 제조될 수 있다. 상기 올레핀의 둘 이상의 코폴리머가 사용될 수 있다. 상기 올레핀은 비닐 또는 디엔 화합물과 같은 다른 단량체 종과 공중합될 수 있다. 사용할 수 있는 코폴리머의 구체적인 예는 예를 들어, 에틸렌-프로필렌 코폴리머(예를 들어, EPDM), 에틸렌-부텐-1 코폴리머, 에틸렌-헥센-1 코폴리머, 에틸렌-옥텐-1 코폴리머 및 에틸렌과 상기 올레핀의 하나 이상과의 다른 코폴리머와 같은 에틸렌계 코폴리머를 포함한다.

열가소성 폴리올레핀은 상기 호모폴리머 또는 코폴리머의 둘 이상의 혼합물일 수 있다. 예를 들어, 상기 혼합물은 상기 시스템의 하나와 하나 이상의 고압 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 폴리부텐-1 및 에틸렌/아크릴산 코폴리머, 에틸렌/메틸렌 아크릴레이트 코폴리머, 에틸렌/에틸 아크릴레이트 코폴리머, 에틸렌/부틸 아크릴레이트 코폴리머, 에틸렌/비닐 아세테이트 코폴리머와 같은 극성 모노머-함유 올레핀 코폴리머, 에틸렌/아크릴산/에틸 아크릴레이트 터폴리머 및 에틸렌/아크릴산/비닐 아세테이트 터폴리머의 균질 혼합물일 수 있다.

상기한 대로, 선택한 유기 폴리머는 부분적으로 조성물의 의도한 용도에 의존할 것이다. 예를 들어, 어떤 용도(전기 케이블 코팅)에서 조성물에 유연성이 필요하고, 유기 폴리머는 무기 충전제로 채워질 때 폴리머의 특성들에 기초하여 선택되는 것이 필요할 것이다. 폴리에틸렌 및 에틸렌 프로필렌 엘라스토머는 케이블 코팅용 조성물로 특히 유용한 것으로 밝혀졌다. 또한 유기 폴리머를 선택함에 있어서, 폴리머의 분해시에 발생할 수 있는 임의의 유독성 또는 중독성 가스도 고려해야 한다. 상기 가스들의 발생은 다른 용도보다 특정한 용도에서 더욱 용인할 수 있다.

유기 폴리머의 분해 후 무기 충전제의 코팅은 기판 상에 잔존할 것이다. 상기한 대로, 어떤 용도(예를 들어, 전기 케이블)의 경우 이 코팅은 연속적이고 기계적으로 약한 것이 바람직하다. 무기 첨가제의 기능은 기판과 고온에서 형성된 세라믹 사이의 부착을 최소화하거나 방해하는 것이다. 이를 고려하면 무기 충전제는 화재 상황에서 만나게 되는 온도에서 반응하지 않는 것(자체로, 기판 및 세라믹 형성 조성물과 반응하지 않는 것)이 바람직하다. 무기 충전제를 포함하는 임의의 반응은 무기 충전제의 의도한 역할을 손상시키는 생성물의 형성을 유도할 수 있다.

본 실시예에서 사용된 무기 충전제는, 유기 폴리머에 균일하게 분산될 수 있고 화재 상황에서 만나게 되는 온도에서 불활성인 임의의 무기 재료일 수 있다. 무기 충전제의 사용은 본 발명에서 중요하다. 희생층으로 유기 폴리머를 단독으로 사용하면 기판과 형성된 세라믹 사이의 부착을 피할 것이다. 이 경우 폴리머는 단순히 분해되어 약간의 잔여물을 남기거나 남기지 않는다. 그런 후에 세라믹은 기판과 직접 접촉하여 상기한 문제들을 일으킨다.

바람직하게는, 무기 충전제는 예를 들어, 1000℃ 초과, 바람직하게는 1500℃ 초과의 고 용융 온도를 가진다. 첨가제의 비용도 요인이 될 것이다. 적절한 무기 첨가제의 예들은 금속 산화물, 금속 수산화물, 활석 및 점토를 포함한다. 구체적으로, 무기 첨가제는 사용할 수 있는 활석과 점토 뿐만 아니라, 알루미나, 수산화 알루미늄, 산화 마그네슘, 수산화 마그네슘, 칼슘 실리케이트 또는 지르코니아가 언급될 수 있다. 둘 이상의 무기 충전제의 조합은 화재 상황에서 만나게 되는 종류의 온도에서 불활성이라면 사용할 수 있다. 가장 바람직하게는 케이블 용도로 사용하기 위한 무기 충전제는 수산화 마그네슘이며, 이는 수산화 마그네슘이 유리하게 낮은 전기 전도성을 부여하기 때문이다.

희생층은 무기 충전제의 의도한 역할을 방해하지 않는다면 하나 이상의 부가적 기능성 성분들을 포함할 수 있다. 상기 첨가 성분들은 방화재 및 열전도성 및/또는 전기전도성을 감소시키는 재료를 포함한다. 또한 희생층은 작업 강도층(operational strength layer)일 수 있다.

희생층으로 사용하기 위한 조성물은 각각의 성분들을 단순히 혼합하여 제조할 수 있다. 임의의 통상적인 혼합 장치를 사용할 수 있다. 조성물이 비교적 낮은 점도를 가진 경우, 페인트 산업에서 사용되는 종류의 분산 장치를 사용하여 가공할 수 있다. 케이블 용도로 유용한 재료는 점도가 높고(높은 분자량), 두 개의 롤 밀, 내부 혼합기, 트윈-스크루 압출성형기 등을 사용하여 가공할 수 있다. 만일 유기 폴리머가 가교된다면, 폴리머의 약간의 가열은 적절한 가교제의 존재하에서 필요할 것이다. 통상적인 가교제들이 사용될 수 있다.

본 발명의 실시예가 사용될 수 있는 케이블 용도 이외의 실용적 상황의 구체적인 예는 페리, 기차 및 다른 운송 수단용 내화 안감, 내화벽, 스크린, 천장 및 안감, 빌딩 덕트용 코팅; 갭 충전제(즉, 침투용 매스틱 용도); 구조적 방화[예정된 시간 동안 부하를 견디는 강도(또는 코어 온도를 제한)를 유지하게 하는 빌딩의 구조적 금속 프레임을 절연하기 위함]를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.

본 발명의 이러한 실시예는 도체의 코팅, 즉 전기 케이블 용도로 특히 유용하다. 따라서 본 발명은 화재의 경우 회로 무결성을 제공할 수 있는 전기 케이블의 제조에 적합하다. 이런 케이블의 디자인에서 희생층 및 세라믹 형성층용 조성물은 도체 위에 직접 압출성형될 수 있다. 이 압출성형은 통상적인 장치를 사용하여 통상적인 방식으로 수행될 수 있다. 희생층의 두께는 주로 0.2 내지 2mm, 예를 들어, 0.4 내지 1.5mm일 수 있다. 세라믹 형성층의 두께는 도체의 크기 및 작동 전압을 위한 구체적 기준의 조건에 따를 것이다. 통상적으로 절연은 0.6 내지 3mm의 두께를 가질 것이다. 예를 들어, 호주 표준으로 0.6/1kV에서 결정된 35mm² 도체의 경우는 대략 1.2mm의 절연 두께를 필요로 할 것이다. 케이블이 아닌 용도에서 희생층 및 세라믹 형성층의 적절한 두께는 실험을 통해서 결정할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서, 적어도 하나의 열 변형층은 고온에 노출되고 냉각된 후 실질적으로 방수성인 유약층을 형성하는 성분을 포함하는 유약 형성층이다. 유약 형성층은 세라믹을 형성하는 절연층 또는 보호층과 인접하고 직접 물리적으로 접촉하게 제공된다. 고온에 노출된 후 형성된 유약은 구조적 무결성과 형성된 세라믹의 강도를 향상시킬 수 있는 것으로 발견되었다. 따라서, 유약 형성층은 작업 강도층으로 작용할 수 있다. 본 발명의 이러한 실시예에서, 특정 유약 형성 성분은 주위에 존재할 수 있는 임의의 물에 대해 장벽으로 작용하는 유약층을 형성한다. 예를 들어, 케이블 디자인에서, 이 유약층은 실질적으로 방수성이기 때문에 도체에 대한 물의 접근을 막는다. 유약층은 불연속, 세공 및 깨짐과 같은 작은 결함을 포함할 수 있다. 상기 결함들은 유약을 통과할 수 있는 물의 양이 적은 것이 바람직하다. 바람직하게는 유약층은 물이 층을 통과할 수 없도록 서로 밀착되고 연속된다.

유약 형성층은 화재에서 만나게 되는 종류의 고온에서 가열되고 이후 냉각되어 방수층을 형성할 수 있는 성분을 포함한다. 냉각은 자연적으로 또는 워터 스프레이와 같은 화재 진압에 사용되는 특정한 수단에 의해 일어날 수 있다. 하나 이상의 유약 형성 성분이 사용될 수 있다. 일반적인 용어로, 유약층은 연속적이고 서로 밀착된 유약을 형성하는 유약 형성 성분(들)의 연화/용융 및 융합에 의해 형성될 수 있다. 유약은 냉각에 의해 단단해진다. 이러한 설명에 이어서, 유약 형성 성분(들)은 고온에서 연화/용융되어야 하며, 각각의 성분 입자들은 유약층을 형성하기 위해 융합될 수 있다. 이상적으로, 유약 형성 성분은 적절한 점도를 가지며 유약층의 형성을 하기 위해 (제한된 정도로) 유동할 수 있는 액체를 형성한다. 비록 필수적이지는 않지만, 유약 형성 성분들 사이의 화학 반응은 유약층 형성에 적어도 부분적인 원인이 될 수 있다. 내열 팽창제와 같은 다른 첨가제들이 존재할 수 있다.

분명한 이유 때문에, 만일 화재 상황과 관련된 종류의 온도에서 유약 형성 조성물이 필수적 융합 및/또는 반응을 겪지 않은 성분들로 구성된다면, 유약층 효과가 관찰되지 않는다. 유약 형성층은 500℃ 이하의 온도에서 적절한 유약을 형성할 수 있는 하나 이상의 유약 형성 성분들을 포함하는 것이 바람직하다. 구리는 1080℃에서 용융되기 때문에, 케이블 용도에서 사용된 유약 형성 조성물은 1080℃보다 높은 온도에서 "활성화"되는 유약 형성 성분을 포함한다.

상기한 대로, 유약 형성 성분은 화재 상황에서 만나게 되는 종류의 온도에서 액체를 형성하는 것이 바람직하다. 이런 온도에서 액체 성분의 점도는 중요할 수 있다. 만일 점도가 너무 낮으면, 액체는 너무 쉽게 흘러서 어떤 부분에서는 유약의 부족을 일으키고 다른 부위에서는 축적을 일으킬 수 있다. 이것이 결함을 일으킬 수 있다. 만일 유약이 도체이고 점도가 낮으면, 케이블에 전기 전도성 문제를 일으킬 수 있다. 예를 들어, 유약 형성층이 세라믹 형성 절연층 위에 제공될 때 형성된 유약은 도체로부터 세라믹 형성층의 외부 표면까지 도전성 경로를 형성하는 절연(세라믹)층에 존재하는 임의의 세공 및/또는 갈라짐을 통해 흐를 수 있다. 반면에, 만일 액체가 점성이 너무 크고 고온에서 높은 표면 장력을 가지면, 적절한 습윤성과 접착성을 가진 서로 밀착되고 연속된 유약층의 형성이 방해될 수 있다. 유약이 세라믹 형성층 위에 제공될 때, 유약은 습기가 있고 고온에서 형성된 세라믹층에 잘 부착되는 것이 바람직하다. 이는 상기한 강도 이점을 얻는데 중요할 수 있다. 가열하는 동안 형성된 액체 유약은 고온에서 낮은 전기 전도도, 낮은 표면 장력 및 적절하게 높은 점도를 가지며, 유약 형성 성분은 적절하게 선택될 수 있다.

둘 이상의 유약 형성 성분의 혼합물과 관련된 장점들이 있을 수 있다. 예를 들어, 비교적 용융점이 낮은 성분은 고온에서 기본 세라믹 형성층에 흡수될 수 있다는 것이 관찰되었다. 이 효과는 비교적 용융점이 낮은 성분과 고온에서 용융하는 유약 형성 성분이 혼합함으로써 감소할 수 있다. 유약 형성 성분의 혼합물의 사용은 적절한 유약층이 형성될 수 있는 온도 범위를 증가시킬 수 있다.

상기한 다양한 인자들을 고려하면, 유약 형성 성분을 다음으로부터 선택할 수 있다:

a) 고온에서 용융된 유리를 형성하기 위해 반응/결합하는 둘 이상의 재료의 조합. 이런 조합의 일부 전형적인 예는 규산염(운모 및 장석), 인산염, 붕산염 및/또는 알칼리 산화물, 알칼리토류 산화물, 일종의 전이 금속 산화물(예를 들어, 산화 아연) 및/또는 이들의 전구체와 혼합된 이들의 전구체를 포함한다. "전구체"는 가열하여 재료(화합물 형태)를 생성하는 임의의 화합물을 의미한다.

b) 고온에서 연화/용융되는 유리, 유리의 혼합물. 케이블 용도의 경우 유리는 고온에서 낮은 전기 전도도를 갖는 것이 바람직하다. 따라서 유리는 낮은 알칼리 금속 함량을 갖는 것이 바람직하다.

c) (a)와 (b)의 조합.

d) (c)와 알루미나, 지르코니아, 금홍석, 마그네시아 및 석회 등과 같은, 그러나 이에 한정되지 않는, 내화 충전제의 75중량%까지의 조합.

필수적이진 않지만, 유약 형성층은 추가 화합물을 포함할 수 있고, 이는 층이 전체 디자인의 일부로서 제공되는 방식에 따라 결정될 것이다. 일실시예에서 유약 형성층은 유약을 형성할 수 있는 성분으로만 구성된다. 이러한 실시예에서, 케이블 디자인에서 성분은 도체의 표면(및 세라믹 형성층으로 덮일 수 있다) 및/또는 제조되는 케이블의 도체를 덮는 층, 통상적으로 세라믹 형성층에 직접 도포될 수 있다.

상기 성분은 코팅된 기판(즉, 도체 또는 다른 케이블층)이 접지되고 성분이 정전기적으로 하전되는 정전기 증착 기술에 의해 도포될 수 있다. 정전기력은 성분이 기판의 표면에 끌려져서 머물게 한다. 실제로, 유약 형성층의 도포는 최종 케이블의 형성을 위한 연속된 공정의 일부로서 발생한다. 만일 유약 형성층이 수지를 함유하면, 고출력 IR 램프 또는 가열의 다른 소스는 수지가 흘러 부드러운 코팅을 형성하도록 수지를 용융하는데 사용될 수 있다. 이 코팅은 연속적인 가열 또는 UV 경화 시스템에 의해 연속적으로 가교될 수 있다. 이는 연속공정에서 압출성형층을 케이블에 사용하는 과정에서 수행될 수 있다.

유약 형성층의 양과 분포는 실질적으로 방수성인 유약층이 형성되도록 한다. 유약 형성 성분의 경우 입자 크기, 섬유 길이, 종횡비 또는 섬유 지름이 이에 영향을 미칠 것이다. 유약 형성 성분의 입자들이 사용될 때, 평균 입자 크기는 200 마이크론 또는 그 이하, 바람직하게는 50 마이크론 또는 그 이하, 보다 바람직하게는 20 마이크론 또는 그 이하이다. 유약 형성 조성물은 적절한 담체에 균일하게 분산된 유약 형성 성분을 포함할 수 있다. 조성물은 공지된 혼합 기술에 의해 형성될 수 있다. 상기 담체는 본질적으로 균일한 층에 조성물의 도포를 가능하게 한다. 담체의 중요한 특징은 충분한 양의 유약 형성 성분이 채워질 수 있는 용량을 가져서 적절한 유약이 고온에서 형성될 수 있는 반면, 예를 들어 케이블의 층으로서 조성물이 도포되게 하는 적절한 가공성을 유지한다. 따라서, 담체는 만족할 만한 유동학적 특성을 가져야 한다. 바람직하게는, 또한 담체는 담체에 분산된 성분 및 유약 형성 성분이 도포되는 기판 모두를 적실 능력을 가지며, 냉각되거나 경화될 때 높은 강도를 나타낸다(담체의 성질에 의존함). 담체는 고온에서 유약 형성을 방해하는 어떤 것도 포함하지 않는 것이 중요하다. 이상적으로, 담체는 이러한 온도에서 열분해되어 잔여물을 남기지 않는 것이다. 잔여물의 존재는 유약층에 불균일성과 결함을 일으킬 수 있고, 잔여물이 전기적으로 도체이면 전도성 문제를 일으킬 수 있다. 담체의 가열 또는 분해는 과량의 가스 부산물의 발생을 유도하지 않는 것이 바람직하다. 또한, 담체는 유약이 형성되는 온도 이하에서 분해되는 것이 바람직하다.

케이블 용도에서 담체는 덮개층과 같은 케이블의 층을 제공하는데 통상적으로 사용되는 열가소성 폴리머일 수 있다. 이 경우, 담체는 적절한 양의 유약 형성 성분으로 채워지고, 유약 형성층을 형성하기 위해 통상적인 방식으로 압출성형된다. 유약 형성층은 유약 형성층 위로 부가층의 도포(통상 압출성형)를 포함하는 연속 공정의 일부로서 사용되기 때문에, 사용된 담체는 가능한한 빠르게 끈적끈적하지 않은 층을 제공하도록 경화되는 것이 바람직하다. 이러한 특정 방법의 사용은 담체 폴리머가 고온에서 깨끗이 연소하지 않는다면 덜 유용하다.

빠른 경화가 필요한 공정에서, 담체는 열경화 또는 복사 경화되는 것이 바람직하다. 따라서, 유약 형성 조성물의 담체 성분은 알킬 아크릴레이트, 알킬 메타크릴레이트, 아크릴 이중결합으로 관능화된 저분자량의 폴리우레탄(우레탄 아크릴레이트로 언급), 및 UV 경화 후 제 2 경화 시스템으로 대기 수분에 의해 경화될 수 있는 실리콘 수지의 호모폴리머 및 코폴리머로부터 선택될 수 있다. 담체 성분으로 사용하기에 적합한 복사 경화성 수지의 다른 종류는 아크릴레이트 관능성을 가진 폴리에스테르이다.

케이블 용도에서 유약 형성 조성물의 유동학은 부드럽고 연속적인 층을 형성하기 위해 통상적인 기술에 의해 조성물을 압출성형할 수 있는 것이어야 한다. 사용된 담체의 점도, 및 유약 형성 및 가능하면 부가 성분의 하중은 상당할 것이다. 예를 들어, 담체 수지는 25℃에서 15-1500cP, 보다 바람직하게는 25℃에서 30-400cP의 점도를 가질 수 있다.

다른 대안으로서, 유약 형성 성분은 적절한 배지에 균일하게 분산된 유약 형성 성분의 슬러리와 케이블의 외부 표면을 접촉시킴으로써 케이블의 외부 표면에 제공될 수 있다. 상기 슬러리는 딥핑(dipping) 또는 브러싱(brushing)하여 도포될 수 있다. 바람직하게는, 유약 형성층의 위치에 빠르게 고정되기 위해, 유약 형성 성분이 분산된 배지는 빨리 건조되거나 휘발성이다. 또한 슬러리는 칼슘 실리케이트와 같은 알칼리 금속 실리케이트 용액에 용해된 알루미노실리케이트로 주로 구성된 지오폴리머를 포함할 수 있다. 가열하면, 지오폴리머는 유리를 형성한다. 또한, 이러한 실시예에서 유리 형성 조성물의 표면층을 코팅하기 위해 졸-겔 기술(sol-gel technology)을 사용하는 것이 가능하다.

유약 형성 성분 대 담체/배지의 중량비는 주로 0.9:1 내지 1.2:1의 범위이다. 이 중량비는 연속된 유약층의 형성을 용이하게 하도록, 가능하면 높게 유지되는 것이 중요하다.

일단 도포되고 적절하게 고정되면, 유약 형성층은 케이블의 적어도 하나의 부가층에 의해 주로 덮힌다. 상기 층은 유약 형성 성분의 도포가 일어나는 위치의 압출 성형 라인(extrusion downstream)에 의해 도포될 수 있다. 예를 들어, 유약 형성층은 도체와 직접 접촉된 절연층, 및 이의 도포 직후에 유약 형성층에 압출성형된 덮개 폴리머의 층에 제공될 수 있다. 유약 형성층 위에 층을 제공하는 것은 유약 형성층을 제 위치에 고정시키는 것을 돕는다. 잘림 방지층은 유약 형성층과 덮개층 사이에 제공될 수 있다. 상기 잘림 방지층은 유약 형성층 위로 압출성형될 수 있고, 덮개층은 잘림 방지층 위로 압출성형될 수 있다.

코팅 조성물에서 유약 형성 성분의 부분에 따라, 유약 형성층은 주로 500 마이크론 또는 그 이하, 바람직하게는 250 마이크론 또는 그 이하, 보다 바람직하게는 100 마이크론 또는 그 이하를 가진다. 경제성을 위해, 상기한 대로 원하는 결과를 얻기 위하여 유약 형성 성분의 최소량(및 두께)을 사용하는 것이 바람직하다. 통상적으로, 유약 형성층의 두께는 사용된 세라믹 형성층의 두께의 단지 일부이다. 예를 들어, 유약 형성층의 두께는 일반적으로 세라믹 형성층의 두께의 50% 또는 그 이하이다. 실제로, 세라믹 형성층은 0.8mm일 것이고 유약 형성층은 두께가 0.4mm일 것이다. 당업자는 물론 각 층의 효과를 최적화하기 위해 이런 상대 두께를 변형할 수 있다.

본 발명의 실제적인 사용을 위해 적절한 유약 형성 성분, 담체 및 배지는 상업적으로 이용가능하다.

또한, 본 발명은 상기한 기술에 의해 전기 케이블 또는 방화 물품을 제조하는 방법을 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 세라믹 형성 절연층을 가진 케이블의 사시도이다.

도 2는 본 발명의 조성물이 덮개로 사용되는 다도체 케이블의 사시도이다.

도 3은 내화 물품 1의 가능한 디자인을 나타낸다.

도 4는 도 3의 위치 II에서의 단면을 나타낸다.

본 발명의 조성물은 도체의 코팅에 특히 유용하다. 따라서 조성물은 화재의 경우에 회로 무결성을 제공할 수 있는 전기 케이블의 제조에 적절하다.

도 1과 도 2는 절연층(2) 또는 층들(12) 및 부가적 열 변형층(4, 14)을 가진 단일 및 다도체 케이블(1, 10)을 각각 나타낸다. 양 케이블 디자인에서, 절연층과 열 변형층의 위치는 부가층의 역할에 따라 서로 교환될 수 있다.

이런 케이블의 디자인에서, 층들은 도체 위에 직접 압출성형되고 부가층 또는 부가층들은 절연층 또는 절연층들 위로 압출성형된다. 선택적으로, 상기 층들은 멀티코어 케이블에서 틈 충전제로서, 어셈블리를 둘러싸는 어셈블리에 첨가되는 각각의 압출성형된 충전제로서, 전선 또는 테이프 덮개의 도포 전에 중간층으로서 사용될 수 있다.

실제로 조성물은 통상적으로 도체의 표면 상에 압출성형될 것이다. 이 압출성형은 통상적인 장치를 사용하여 통상적인 방식으로 수행될 수 있다. 상기한 대로, 절연층의 두께는 도체의 크기와 작동 전압에 대한 구체적인 기준의 조건에 의존할 것이다. 통상적으로 절연층은 0.6 내지 3mm의 두께를 가질 것이다. 예를 들어, 호주 표준으로 0.6/1kV에서 결정된 35mm² 도체의 경우는 대략 1.2mm의 절연층 두께를 필요로 할 것이다. 상기한 대로, 케이블과 내화 물품은 고온에서 우수한 열절연 특성과 전기 절연 특성을 나타내는 둘 이상의 보충적 열 변형층을 제공하기 위해 생산될 수 있다. 본 발명은 개별 제조 단계로서, 전기 절연성, 강도 또는 방수성을 제공하기 위해 별개층을 포함시킬 필요가 없기 때문에, 멋지고 간단한 디자인의 케이블을 제조할 수 있다. 상기 케이블은 잘림 방지층 및/또는 덮개층과 같은 다른 층을 포함할 수 있다. 그러나, 케이블은 고온에서 전기 절연을 유지하는 부가층을 필요로 하지 않는다.

도 3과 4에 나타낸 실시예들에서, 금속 기판(12)은 적어도 하나의 세라믹 형성층(20)과 적어도 하나의 열 변형층을 포함하는 보호 코팅(16)을 가진다. 열 변형층의 예들은 유약층(18)을 가진 희생층(17) 또는 더 강한 세라믹(18)을 형성하는 층 또는 유약층(18)과 더 강한 세라믹(19)을 형성하는 층의 조합일 수 있다.

본 발명의 실시예는 다음의 한정되지 않는 실시예에서 기술한다.

실시예 1

암모늄 인산염 및 본 명세서에 기술된 다른 미네랄을 함유하는 조성물의 EP 폴리머를 기초로 하여 조성물을 제조하였다. 1000℃에 노출된 후에 약간(2%)의 팽창이 있는 것을 발견하였다. 다른 세라믹 형성 조성물과 비교하여 두꺼운 표면을 가지며 화재에 노출된 후 방수성을 갖는 것을 발견하였다. 암모늄 인산염을 함유하지 않는 세라믹 형성 조성물 B와 비교하면, PCT/AU/2003/00183에 기술된 3점 굽힘 검사에 의해 측정한 대로 인수(factor) 7.5 만큼 더 큰 강도를 가진다.

상기 조성물을 사용하여 케이블 샘플을 제조하였고 전기 저항에 대한 시간을 측정하였으나, 인수 10 만큼 세라믹 형성 조성물 B보다 전기 저항이 작은 것을 발견하였다.

상기 층이 강도와 방수성 면에서 제공하는 장점들은 조성물 B의 세라믹 형성층 위에 외부층으로서만 도포함으로써 활용된다.

조성물 A

	중량%
EP 폴리머	18
EVA 폴리머	4.5
암모늄 폴리포스페이트	27
활석	25
알루미나 삼수화물	15
다른 첨가제(안정제, 가교조제(coagent), 파라핀 오일)	8
과산화물	2.5
전체	100

조성물 B

	중량%
EP 폴리머	19
EVA 폴리머	5
점토	10
활석	10
운모	20
알루미나 삼수화물	10
탄산칼슘	10
실리콘 폴리머	5
다른 첨가제(안정제, 가교조제(coagent), 파라핀 오일)	8.4
과산화물	2.6
전체	100

한 다발의 0.5mm의 7개 일반 구리선으로 제조된 1.5mm² 도체를 0.5mm 벽 두께의 세라믹화 조성물 B로 절연하였다. 두께 1.0mm의 복합물 벽을 제공하기 위해, 조성물 A에 기재된 조성물의 두 번째 층을 상기 도체 위에 직접 압출성형하였다. 이 절연 도체를 3개의 다른 길이의 동일한 절연 도체와 꼬아서 결합하였다.

꼬이고 절연된 도체를 상업적으로 이용가능한 할로겐-제거, 저-매연, 저-독성 열가소성 화합물로 덮어서, 최종 케이블을 형성한다. 그 후, 상기 케이블에 AS/NZS3013:1995의 회로 무결성 검사를 하였다.

상기 케이블을 특정 부하를 통해 회로를 형성하는 240볼트 전원과 연결하고, 1,050℃의 최종 온도로 2시간의 전기로 검사(furnace test)를 하였으며, 3분 동안 워터 제트 스프레이에 노출하였다.

나타낸 조성물로 상기한 바와 같이 제조한 케이블은 회로 무결성을 유지할 수 있었으며, 이에 따라 검사의 필요조건을 만족하였다.

비교 케이블을 생산하였고, 조성물 A의 절연 재료만을 사용하여 동일한 검사를 하였으며, 결과는 만족스럽지 못했다.

실시예 2

35mm² 구리 도체의 3개의 200mm 부분을 다른 케이블 디자인 시제품을 제조하는데 사용하였다. 희생층으로 실험한 성형가능한 조성물은 조성물 C(주로 수산화 알루미늄이 많이 채워지고 과산화물을 함유하는 에틸렌 프로필렌 고무) 및 조성물 D(열적으로 유도된 가교결합을 위한 과산화물을 함유하는 실리콘 폴리머)이다. 고온에서 가열될 때 세라믹 재료를 형성하는 조성물 E(실리콘 폴리머/운모/유리 섬유/과산화물 73:20:5:2)는 3개의 모든 시제품에서 외부층이었다. 시제품은 연속적으로 케이블 부분에 조성물(들)을 주형하고 경화시켜서 제조하였다. 디자인과 층 두께를 표 1에 나타내었다.

시제품	희생층 조성물(두께, mm)	외부층 (세라믹 형성층) 조성물(두께, mm)
1	Nil	E(1)
2C	C(1)	E(1)
2D	D(1)	E(1)

전체 3개의 시제품 케이블을 30분 동안 공기 중에서 1000℃로 전기로에서 가열하였다. 상기 케이블을 전기로에서 제거하고 실온에서 냉각시키고, 냉각하는 동안 이들의 행동을 관찰하였다.

도체와 세라믹 형성층 사이에 층이 없는 시제품 케이블 1은 전기로에서 제거했을 때 세라믹층의 가시적인 깨짐이 보이지 않았다. 그러나, 냉각하는 동안 세라믹 절연층은 점진적으로 갈라지고 조각이 케이블에서 떨어졌다.

(본 발명에 따른) 시제품 케이블 2C는 전기로에서 제거했을 때 세라믹층의 가시적인 깨짐이 보이지 않았고, 15분 동안 냉각한 후에도 절연층의 깨짐 또는 손실이 발생하지 않는다.

실리콘 폴리머 중간층을 가진 시제품 케이블 2D는 전기로에서 제거했을 때 약간의 주위 깨짐이 있었고, 8분 동안 냉각한 후 현저한 깨짐이 일어났고 케이블 중간의 많은 부분의 절연층이 도체에서 떨어졌다.

검사 후에 케이블의 시각 및 현미경 조사는, 시제품 1의 세라믹층이 구리 도체상의 산화물층에 강하게 결합한다는 것을 나타내었다. 도체와 세라믹 사이의 열팽창 불일치는, 냉각하는 동안 세라믹층의 분리를 일으켜 제거된 세라믹 조각이 도체 표면으로부터 얇은 층으로 갈라진 구리 산화물의 박층에 부착되게 한다. 시제품 2C의 경우, 도체와 외부 세라믹층 사이에서 연속된 분말 잔여물이 발견되었다. 이 잔여물은 도체 또는 세라믹 절연층과 반응하거나 결합하지 않는 것으로 보인다. 따라서, 잔여물은 도체 및 절연층 사이에 어떤 결합이 형성되는 것을 효과적으로 막는다. 이와 반대로, 시제품 2D의 중간층은 단단하고 투명하며 도체와 세라믹층과 결합한다.

실시예 3

1.67mm²의 19개 전선으로 제조한 보통의 연동연선도체(plain annealed copper stranded conductor)는 EP 폴리머를 기초로 한 희생층과 조성물 E의 실리콘 엘라스토머계 세라믹 형성층을 1.2mm의 전체 벽 두께로 동시에 전기적으로 절연하였다. 유사한 케이블은 실리콘 엘라스토머계 세라믹 형성층으로만 제조하였고 희생층이 없다.

상기 샘플들을 1,000℃로 가열했을 때, 도체의 전체 적용범위는 모든 경우에 유지되었다.

그러나, 샘플을 냉각했을 때, 희생층을 갖지 않는 샘플의 도체는 다른 원자가의 산화 구리 사이의 상호작용 때문에 세라믹층을 파열시키기 시작했다.

이런 현상은 희생층으로 제조한 샘플에는 일어나지 않았다.

실시예 4

EP 폴리머계 조성물은 높은 전기 저항의 내부 희생층으로 사용하기 위해 62%의 수산화 마그네슘으로 제조하였다. Mg(OH)₂는 1,000℃에 노출되어 MgO의 분말로 변환되어 세라믹화되지 않는 분말 덩어리를 남긴다.

이 재료로 제조한 케이블 샘플은 35mm²과 1.5mm² 보통의 연동연선도체를 포함한다. 전기로에서 1,050℃까지의 검사는 Mg(OH)₂를 MgO로 변환시켰으며, 도체 위의 분말층은 조성물 J(표 3에 주어짐)의 외부 세라믹 형성층에 의해 같은 위치에 고정된다. 다른 내부층 재료와 비교하여, 이 층은 인수 2 만큼 1,000℃에서 높은 전기 저항을 갖는 것으로 발견되었다.

실시예 5

이 실시예에서, 유약 형성 조성물은 25℃에서 1175cPs의 점도를 갖는 46중량부의 상업적으로 이용가능한 UV 경화 아크릴 수지(TRA-코트 15C)와 대략 40㎛의 평균 입자 크기를 갖는 10중량부의 고운 백운모 및 525℃의 연화점을 갖는 유리 프릿 "F"의 44중량부(표 2의 조성물)를 균질 혼합물을 생성하기 위해 완전히 혼합하여 제조하였다. 그 후, 유약 형성 조성물은 케이블 샘플의 조성물 J의 세라믹 형성층 위에 도포하였고, 부드러운 붓을 사용하여 25mm x 15mm x 2mm 치수의 절연 재료를 형성하는 동일한 세라믹의 시트 위에 도포하였다. 유약 형성층의 UV 경화는 2m/분의 컨베이어 속도로 공기 중에서 F-600 램프(120W/cm, 365nm)를 사용하여 수행하였다. 샘플은 조사 장치를 통과한 후 경화하였다. 유약 형성층의 두께는 100-600마이크론의 범위이다. 코팅 샘플을 30분 동안 1000℃에서 전기로(muffle furnace)에서 가열하였다. 육안 검사에 따르면, 가열된 샘플은 큰 결함/갈라짐이 없었다. 유약 형성층은 가열하자마자 세라믹 형성층에 연속된 세라믹 유약을 형성하는 것으로 발견되었다. 이 유약층은 세라믹 형성층 아래로 침투되지 않고 1분 동안 유약에 대한 물방울의 보존성에 의해 나타낸 것과 같이 방수적이었다.

실시예 6

상기 실시예 5에 기술한 유약 형성 조성물에서 9-23중량부의 유리 프릿을 붕산 아연 또는 산화 붕산으로 교체하면, 유약층의 물에 대한 불침투성이 증가하였다.

실시예 7

이 실시예에서, 유약 형성 조성물은 90중량%의 물을 함유하는 폴리(비닐 알콜)의 수용액의 40중량부와 525℃의 연화점을 가진 30중량부의 유리 프릿 "F" 및 800℃의 연화점을 가진 30중량부의 유리 프릿 "G" 및 표 2의 조성물을 균질 혼합물을 생성하기 위해 완전히 혼합하여 제조하였다. 유약 형성 조성물은 부드러운 붓을 사용하여 케이블 샘플의 조성물 K(표 3에 주어짐)의 세라믹 형성층 위로 도포한다. 이 조성물을 두 시간 동안 건조시킨다. 유약 형성층의 두께는 150-300마이크론의 범위이다. 코팅 샘플을 30분 동안 1000℃에서 전기로(muffle furnace)에서 가열하였다. 눈으로 검사하면 가열된 샘플은 큰 결함/갈라짐이 없었다. 유약 형성층은 가열하자마자 세라믹 형성층에 연속된 세라믹 유약을 형성하는 것으로 발견되었다. 이 유약층은 세라믹 형성층 아래로 침투되지 않고 1분 동안 유약에 대한 물방울의 보유력에 의해 나타낸 대로 방수적이었다.

실시예 8

실시예 7에 기술된 유약 형성 조성물에서 10중량부의 유리 프릿 "G"을 대략 40㎛의 평균입자크기를 가진 고운 백운모로 교체하면, 균일하고 방수성인 유약층을 형성한다.

실시예 9

이 실시예에서, 유약 형성 조성물은 525℃의 연화점을 가진 유리 프릿 "H"(표 2의 조성물)로 구성되었다. 유리 프릿 분말은 유리 프릿 분말의 진동층을 통해 케이블을 당김으로써 케이블 샘플의 조성물 K의 세라믹 형성층 위에 도포하였다. 이 도포 방법은 상업적 용량으로는 실용적이지 않지만, 최종 결과는 상기 정전기 증착법에 의해 얻을 수 있는 것과 본질적으로 같다. 코팅된 케이블 샘플 및 비코팅된 동일한 케이블 샘플은 2시간 동안 1050℃로 가스 가열 전기로에서 가열한 후, 12.5 l/분의 속도로 2.5m 내지 3.0m의 거리에서 분사되는 물을 포함하는 호주 표준 AS3013에 따라 3분 동안 물을 분사한다. 본 발명에 따라 코팅된 케이블은 유약 형성층이 없는 비교 케이블보다 뛰어난 내수성을 나타낸다는 것을 발견하였다. 실제로 비교 케이블은 1분 내에 수축되는 반면, 유약 형성층을 가진 케이블은 전체 3분 동안의 물 분사 기간 동안 지속되었다. 이는 고온에 노출된 후 세라믹 형성층으로의 물의 침투를 감소시키는 유약 형성층의 유효성을 분명하게 증명하는 것으로 생각된다.

구성 산화물의 중량%으로 주어진 유리 프릿의 조성물

유리 프릿	SiO ₂	Na ₂ O	K ₂ O	TiO ₂	P ₂ O ₅	Al ₂ O ₃	CaO	Fe ₂ O ₃	ZnO	V ₂ O ₅	기타
F	37.7	14.6	10.6	16.0	1.3	1.2	1.0	3.0	-	-	14.5
G	39.2	2.9	2.2	-	-	5.5	5.3	-	36.2	-	8.7
H	13.5	18.2	10.8	19.3	1.8	-	-	-	-	8.7	7.7

실시예 10

조성물은 아크릴 UV 경화를 포함하는 다른 담체 폴리머 및 EP 폴리머에 다량의 유리 프릿 F를 사용하여 제조하였다. 이 조성물을 1.5mm²(7/0.5mm 다발) 보통 연동연선도체 위에 압출성형된 세라믹 형성 조성물 K 위에 박층(0.2-0.4mm)으로서 도포하였다. 적절한 유약층이 제공되는 반면, 이 층의 재료들은 1,000℃에서 세라믹화 절연의 전기 저항에서 허용할 수 없는 감소를 일으켜, 케이블 용도로 적절치 못하게 만든다는 것을 발견하였다.

	조성물(중량%)
	J	K
EP 폴리머	22.4	22
점토	-	24
활석	31	14
운모	29.1	20
유리 프릿 F	-	2
실리콘 폴리머	5.8	6.0
다른 첨가제(안정제, 가교조제, 파라핀 오일)	9.4	9
과산화물	2.3	3
전체	100	100

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Claims

금속 기판 및 금속 기판상의 복수의 층을 포함하는 내화 물품으로서, 상기 복수의 층은 하기를 포함하는 내화 물품:

(a) (i) 실리콘 폴리머계 조성물, 비실리콘 폴리머계 조성물, 및 실리콘 및 비실리콘 폴리머계 조성물의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 폴리머계 조성물, 및 (ii) 실리케이트 미네랄 충전제를 포함하며, 화재 상태하에서 경험하는 고온에 노출되었을 때 세라믹을 형성하는 절연층,

여기서, 상기 비실리콘 폴리머계 조성물 및 실리콘 및 비실리콘 폴리머계 조성물의 혼합물은 비실리콘 폴리머의 전체 폴리머계 조성물의 50중량% 이상을 포함함; 및

(b) (i) 유기 비실리콘 폴리머의 50중량% 이상을 포함하는 폴리머계 조성물, 및 (ii) 무기 충전제를 포함하며, 화재 상태하에서 경험하는 고온에 노출되는 동안 또는 노출된 후에 절연층의 하나 이상의 물리적 특성을 향상시키는, 하나 이상의 열 변형층.
제 1 항에 있어서,

상기 절연층은 비실리콘 폴리머계 조성물이고, 용융 산화물이 1000℃ 미만에서 용융되는 화재 상태하에서 절연층에 용융 산화물을 제공하는 용융 산화물의 원료를 더 포함하고, 상기 용융 산화물의 원료는 용융 산화물 및 1000℃ 미만의 온도에서 용융 산화물을 형성하는 용융 산화물 전구체로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 성분을 포함하고, 상기 용융 산화물의 원료는 1000℃ 미만에서 용융 산화물을 생성하는 상기 실리케이트 미네랄 충전제에 존재하는 임의의 성분들을 포함하며,

화재 상태하에서 경험하는 고온에 노출된 후에 잔존하는 절연층의 잔류물은 전체 절연층의 40중량% 이상의 세라믹이고, 용융 산화물의 원료는 화재 상태하에서 경험하는 고온에 노출된 후에 잔존하는 상기 잔류물의 1 내지 15중량%의 양으로 용융 산화물을 잔류물에 제공하기 위해 존재하며, 용융 산화물은 화재 상태하에서 경험하는 온도에서 실리케이트 미네랄 충전제의 입자들을 결합시켜 서로 밀착된 세라믹 잔류물을 형성하는, 내화 물품.
제 1 항에 있어서,

상기 폴리머계 조성물은 실리콘 폴리머가 없는 내화 물품.
제 1 항에 있어서,

상기 절연층은 비실리콘 폴리머계 조성물이고, 상기 실리케이트 미네랄 충전제는 층의 전체 조성물을 기초로 15중량% 이상의 양으로 절연층에 존재하는, 내화 물품.
제 1 항에 있어서,

상기 열 변형층은 실리콘 폴리머가 없는 내화 물품.
제 1 항에 있어서,

상기 열 변형층의 무기 충전제는 무기 인산염 및 실리케이트 미네랄을 포함하는 내화 물품.
제 1 항에 있어서,

상기 열 변형층은 전체 층 조성물을 기초로 20 내지 40중량%의 양으로 무기 인산염을 포함하는 내화 물품.
제 1 항에 있어서,

상기 열 변형층은 20 내지 40중량%의 양으로 인산 암모늄을 포함하는 내화 물품.
제 1 항에 있어서,

상기 열 변형층의 무기 충전제는 화재 상태하에서 경험하는 고온에서 용융 유리를 형성하는 하나 이상의 물질을 포함하며, 상기 열 변형층은 화재 상태에서 경험하는 온도에 노출될 때 절연층의 강도 및 방수성을 향상시키기 위해 유약으로 변하는, 내화 물품.
제 1 항에 있어서,

상기 열 변형층은 금속 기판과 절연층을 분리하는 희생층인 내화 물품.
제 10 항에 있어서,

상기 무기 충전제는 금속 산화물, 금속 수산화물, 활석 및 점토로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 내화 물품.
제 2 항에 있어서,

상기 용융 산화물의 원료는 붕산염, 금속 산화물, 금속 수산화물, 금속 탄산염 및 유리로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 내화 물품.
제 9 항에 있어서,

유약 형성 성분 대 유기 폴리머 성분의 중량비는 0.9:1 내지 1.2:1인 내화 물품.
제 11 항에 있어서,

상기 무기 충전제는 산화 마그네슘을 포함하는 내화 물품.
제 1 항에 있어서,

상기 절연층은 전기 절연층인 내화 물품.
제 1 항에 있어서,

상기 내화 물품은 운모가 없는 내화 물품.
제 1 항에 있어서,

상기 절연층은 실리콘 폴리머계 조성물인 내화 물품.
제 1 항에 있어서,

상기 금속 기판은 도체인 내화 물품.
제 1 항에 있어서,

상기 내화 물품은 케이블인 내화 물품.
제 17 항에 있어서,

상기 절연층 및 열 변형층은 도체상에 공압출성형되는 내화 물품.
제 1 항에 있어서,

하나 이상의 추가 열 변형층에 의해 향상되는 절연 세라믹 형성층의 물리적 특성은 하기로 이루어진 군으로부터 선택되는 내화 물품:

(i) 화재에 노출되기 전, 노출되는 동안, 또는 노출된 후, 결합한 층들의 기계적 강도;

(ii) 화재에 노출된 후 세라믹 형성층의 구조적 무결성;

(iii) 화재에 노출된 후 결합한 층들의 물 침투에 대한 저항성; 및

(iv) 화재에 노출되는 동안, 또는 노출된 후, 결합한 층들의 전기 저항 또는 열 저항.
제 1 항에 있어서,

상기 열 변형층은 절연층에 의해 형성된 세라믹보다 물리적으로 더 강한 세라믹을 형성하는 내화 물품.
상기 절연층 및 상기 열 변형층을 금속 기판상에 공압출성형하는 단계를 포함하는, 제 1 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 따른 내화 물품의 제조방법.
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