KR101070489B1 - 광케이블 부품 - Google Patents

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스코트 한리 와서만
마리 엘. 하르
알랜 알. 웨튼
카와이 피터 팡
벤자민 알. 로젠블랏
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Abstract

본 발명은, 굴곡탄성계수와 아이조드 노치값과 내그리스성과 낮은 수축성의 향상된 균형을 제공하는, 고도 결정질 폴리프로필렌과 충격보강 중합체의 압출성 블렌드로부터 제조된 광케이블 부품에 관한 것이다. 폴리프로필렌은 56 중량% 초과의 결정화도 및 230℃에서 10분당 1 내지 20g의 용융유속을 갖는다. 23℃에서, 조성물은 1600 MPa 이상의 1-% 할선탄성계수, 및 35 J/m 이상의 노치 아이조드를 갖는 압출물을 제공한다. 조성물은 또한 100℃에서 24시간 후 2.0% 미만의 수축률을 갖는 압출된 관을 제공한다.
광케이블, 보호 부품, 압출성 블렌드, 고도 결정질 폴리프로필렌, 충격보강 중합체

Description

광케이블 부품{OPTICAL CABLE COMPONENTS}
본 발명은 고도 결정질 폴리프로필렌과 충격보강 중합체의 압출성 블렌드로부터 제조된, 버퍼 튜브, 코어 튜브 또는 슬롯 코어 광섬유 케이블 부품에 관한 것이다. 압출성 블렌드는, 통상적인 충격보강 폴리프로필렌 기술에 비해, 굴곡탄성계수, 압괴내성(crush resistance), 충격강도, 내그리스성(grease resistance) 및 낮은 압출후 수축의 훨씬 더 최적화된 균형을 제공한다.
광섬유는 정보를 고속으로 장거리에 걸쳐 효율적으로 전송한다. 이러한 섬유는 정교하며 보호를 필요로 한다. 실제 응용에 있어서, 광섬유 케이블이 섬유를 기계적 손상/또는 수분에의 노출과 같은 유해한 환경 조건으로부터 보호한다. 예를 들면, 구체적인 보호 부품은 압출된 버퍼 튜브, 코어 튜브, 및 슬롯 코어 부재를 포함한다.
통상적인 느슨한 버퍼 튜브 광케이블 디자인의 횡단면도가 도 1에 도시되어 있다. 이러한 광케이블(1)의 디자인에서, 버퍼 튜브(2)는 중심 강도 부재(4) 주변에 방사상으로 위치하며, 축방향 길이를 따라 나선 방향으로 회전한다. 나선 방향 회전은 버퍼 튜브 또는 광섬유(6)를 크게 신장시키지 않고서도, 케이블을 굽힐 수 있게 한다.
보다 적은 개수의 버퍼 튜브가 요구되는 경우라면, 발포 충전봉(10)을, 하나 이상의 버퍼 튜브 자리를 점유하는 값싼 스페이서로서 사용함으로써 케이블 형태를 유지할 수 있다. 케이블 재킷(14)은 일반적으로 폴리에틸렌계 재료로부터 제조된다.
버퍼 튜브는 전형적으로는, 섬유 주변에 탄화수소유를 혼입시켜 공기층을 없애는 광케이블 탄화수소계 그리스(8)로써 충전된다. 이러한 그리스("겔"이라고도 함)는 광학적 전송 성능에 해로운 물의 침투에 대한 장벽을 제공한다.
그리스 탄화수소유는 전형적으로, 중합체성 버퍼 튜브에 흡수될 수 있는 저분자량 탄화수소유이다. 이러한 흡수는 굴곡탄성계수 및 압괴내성과 같은 버퍼 튜브의 기계적 성질에 나쁜 영향을 미친다. 압괴내성의 감소는 광섬유를 기계적 응력에 보다 취약하게 만들며, 따라서 신호 감쇠의 증가를 허용하고 돌발 고장의 가능성을 증가시킨다. 따라서, 우수한 탄성계수 및 압괴내성과 더불어 최소의 흡유성(통상적으로 "그리스 상용성"이라고 함)은 압출된 광학 보호 부품의 제조에 사용되는 중합체성 재료의 중요한 성능 특성이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 수-팽창성 초흡수성 중합체를 함유하는 얀(3) 또는 코어 랩(11)과 같은 부품이, 케이블 코어 내 수분을 방어하는데 사용될 수 있다. 중심 강도 부재 또는 설치용 재킷의 제거를 돕는 립코드 상에 방수 처리를 하는 것도 통상적이다. 또다른 방법은 버퍼 튜브 그리스를 제거하고 파우더와 같은 초흡수성 방수 부품을 사용하는 것이다.
많은 기타 버퍼 튜브 케이블 디자인이 가능하다. 중심 강도 및 인장 부재의 크기 및 이것의 제조를 위한 재료, 버퍼 튜브의 크기 및 개수, 및 금속성 외장 및 다층 재킷 재료의 사용 여부가 디자인 요소들 중 하나이다.
"중심관"이라고도 알려져 있는 전형적인 코어 튜브 광케이블의 횡단면도가 도 2에 도시되어 있다. 광섬유(22)의 다발(24)이 광케이블(20)의 중심 부근에, 중심 원통형 코어 튜브(28) 내에 위치한다. 이 다발은 충전재(26)에 함침되어 있다. 방수 테이프(32)가 코어 튜브 표면 상에 위치한 립코드(30)를 둘러싼다. 주름진, 코팅된 강철 원통(34)이 다발을 보호하도록 테이프를 둘러싼다. 와이어 강도 부재(36)는 케이블에 강도 및 강성도를 부여한다. 일반적으로 폴리에틸렌계 재료로부터 제조된 재킷(38)이 모든 부품을 둘러싼다. 이러한 디자인에서, 코어 튜브, 폴리올레핀 재킷층, 인장 및 압축 강도 부재, 금속성 외장, 코어 랩, 방수 부품 및 기타 부품으로 이루어진 외부 덮개 시스템에 기계적 기능이 도입될 수 있다.
코어 튜브는 전형적으로, 섬유 다발 또는 광섬유를 함유하는 리본 부품의 사용을 허용하도록, 버퍼 튜브보다 직경이 더 크다. 색상에 의해 구분된(color-coded) 바인더가, 전형적으로 섬유들을 다발지어 묶어 그것을 식별하도록 하는데 사용된다. 코어 튜브는 광섬유 부품을 둘러싸는 방수 그리스 또는 초흡수성 중합체 요소를 함유할 수 있다. 코어 튜브 부품을 위한 최적의 재료 특성은 버퍼 튜브의 경우와 종종 유사하다.
전형적인 슬롯 코어 케이블 디자인의 횡단면도가 도 3에 도시되어 있다. 광케이블(30)은 재킷(48), 슬롯 코어(32) 및 중심 부재(34)를 포함한다. 중심 부재는 좌굴(buckling)을 방지하며, 압출된 슬롯 코어 프로필 형상의 축방향 수축을 제어한다. 재킷 및 슬롯 코어는 전형적으로 폴리올레핀계 재료로부터 만들어진다.
슬롯 코어는 광섬유(38)를 함유하는 슬롯(36)을 갖는다. 충전봉(40)도 하나 이상의 슬롯을 점유할 수 있다. 하나 이상의 립코드(44)를 가질 수 있는 방수층(42)이 슬롯 코어(32)를 둘러싼다. 유전강도 부재 층(46)이 방수층을 둘러싼다.
광케이블 부품이 높은 압괴내성, 우수한 그리스 상용성, 적당한 충격 성능, 및 우수한 압출후 수축 특성을 갖는 것이 바람직하다. 따라서, 광학 보호 부품의 제조를 위한 조성물은 (1) 우수한 압괴 강도를 위한 고 탄성계수 재료, (2) 특히 탄성계수 손실 및 압괴내성과 관련해서 결정시, 광케이블 그리스에 대한 우수한 내약품성, (3) 노치 아이조드에 의해 결정시, 우수한 충격 성능, 및 (4) 광 신호 전송을 촉진하기 위한, 우수한 압출후 수축 특성을 가져야 한다.
전술된 바와 같이, 저조한 그리스 상용성은, 굴곡탄성계수 및 압괴내성과 같은 보호 부품의 기계적 성질에 부정적인 영향을 미침으로써, 드러난다.
압출후 수축과 관련해서, 부품 내 광섬유는 종종 여유 섬유 길이 또는 EFL이라고 칭해지는 과도한 여장(slack)을 나타내어서는 안 된다. 섬유는 적당하게 인장되어 있기 때문에, 압출 동안에 빠르게 일어나는 부품 수축은 전형적으로는 EFL에 기여하지는 않는다. 그러나, 유동학적 및 결정화 공정으로 인해 보다 천천히 일어나는 부품 수축이 부품 내 섬유의 EFL을 발생시킬 것이다.
부품 수축의 주요 메카니즘은 (1) 관 성형 압출 동안 일어나는 중합체성 용융물의 점탄성 신장으로부터의 변형 회복, (2) 용융된 관이 응고됨에 따른 재료의 수축, 및 (3) 중합체성 매트릭스의 지속적 재-결정화로 인한 고체상 어닐링 수축이라고 생각된다. 따라서, 부품 재료는 점탄성 용융물 응력의 빠른 이완 및 최소의 어닐링 수축을 가져야 한다.
상이한 중합체성 재료들이, 원하는 성질을 달성하기 위해, 시험되어 왔다. 예를 들면 폴리부틸렌 테레프탈레이트("PBT")는 높은 강성도, 광학적 그리스에서의 컨디셔닝 후 최소의 물리적 성질의 변화, 변형 내성(2400 MPa 초과의 굴곡탄성계수) 및 압출후 수축에 의해 유발되는 낮은 여유 섬유 길이를 나타낸다. 그러나, PBT는 폴리올레핀계 화합물에 비해 부피당 비용에 있어 비교적 비싸다.
PBT와 비교해 볼 때, 통상적인 폴리올레핀은 전형적으로 광학적 그리스에 노출된 후 더 우수한 효과를 나타낸다. 폴리올레핀 재료의 경우, 결정화도가 전형적으로 그리스 상용성을 개선시킨다.
고밀도 폴리에틸렌("HDPE")은 PBT에 비해 보다 낮은 탄성계수, 보다 낮은 압괴내성, 및 보다 높은 압출후 수축을 갖기 때문에, 과도한 여유 섬유 길이를 피하기 위해서는 특별한 제조상 주의를 기울여야 한다. 미국특허 제 5,574,816 호 및 제 5,761,362 호에는, 핵을 갖는 내충격성 프로필렌 중합체("IMPP")의 광학 버퍼 튜브로서의 용도가 기술되어 있다.
기핵제 및 보다 낮은 분자량이, 각각 초기 결정화를 최대화하고 후속 어닐링 수축을 최소화하는 것으로 생각된다. 미국특허 제 3,367,926 호에는 전형적으로 탄성계수를 증가시키면서도 유리하게도 중합체의 결정화도를 증가시키는 기핵제가 기술되어 있다.
그러나 HDPE는 IMPP와 비교해 볼 때, 보다 높은 수준의 광학적 그리스 상용성을 제공한다. HDPE와 마찬가지로, IMPP는 특히 그리스에 노출된 후에, PBT보다 훨씬 더 낮은 탄성계수 및 압괴내성을 나타낸다.
IMPP에서 겔 흡수를 최소화하기 위해, 광섬유 케이블 제조사는 종종 값비싼 겔 충전 화합물을 사용하기로 결정한다. 보다 값비싼 겔과 IMPP의 보다 높은 총 비용은 종종 IMPP 자체의 보다 낮은 초기 비용을 무효로 만들어 버린다.
따라서, HDPE와 IMPP(초기)가 PBT보다 값이 더 싸더라도, 이들이 모든 범위의 버퍼 튜브를 망라하여 PBT를 대체하기에는 제한이 있다.
본 발명의 목적은, 강성도와 충격 인성과 내그리스성의 바람직한 균형을 갖는, 고도 결정질 폴리프로필렌과 충격보강 중합체의 블렌드로부터 제조된 압출된 광케이블 보호 부품을 제공하는 것이다. 본 발명의 또다른 목적은, 압출된 광케이블 보호 부품을 포함하는 가요성 광섬유 케이블을 제공하는 것이다.
또다른 목적은, 광케이블 보호 부품으로서 적합한 1-% 할선탄성계수(secant modulus) 및 노치 아이조드값을 갖는 압출물을 제공하는, 고도 결정질 폴리프로필렌과 충격보강 중합체의 압출성 블렌드를 제공하는 것이다.
본 명세서는 본 발명의 기타 목적을 당해 분야의 숙련자들이 이해하기 쉽도록 해 줄 것이다.
본 발명은, 굴곡탄성계수와 아이조드노치값과 내그리스성과 낮은 수축성의 향상된 균형을 제공하는, 고도 결정질 폴리프로필렌과 충격보강 중합체의 압출성 블렌드로부터 제조된 광케이블 부품에 관한 것이다. 폴리프로필렌은 56 중량% 초과의 결정화도 및 230℃에서 10분당 1 내지 20g의 용융유속을 갖는다. 23℃에서, 조성물은 1600 MPa 이상의 1-% 할선탄성계수, 및 35 J/m 이상의 노치 아이조드를 갖는 압출물을 제공한다. 조성물은 또한 100℃에서 24시간 후 2.0% 미만의 수축률을 갖는 압출된 관을 제공한다.
도 1은 느슨한 버퍼 튜브 광섬유 케이블의 횡단면도를 보여준다.
도 2는 코어 튜브 광섬유 케이블의 부분 단면도를 보여준다.
도 3은 슬롯 코어 광섬유 케이블의 횡단면도를 보여준다.
도 4는 1-% 할선탄성계수 대 노치 아이조드값의 비교 곡선이다.
본 발명은 결정질 폴리프로필렌과 충격보강 중합체의 압출된 블렌드를 포함하는 압출된 광케이블 보호 부품이다. 결정질 폴리프로필렌 및 충격보강 중합체는 23℃에서 약 1600 MPa 이상의 1-% 할선탄성계수 및 23℃에서 약 35 J/m 이상의 노치 아이조드를 갖는 압출된 조성물을 제공하기에 효과적인 양으로 존재한다. 결정질 프로필렌은 약 56 중량% 초과의 결정화도 및 230℃에서 10분당 1 내지 20 g의 용융유속을 갖는다. 압출성 블렌드는 100℃에서 24시간 후 2.0% 미만의 수축률을 갖는 압출된 관을 제공한다.
고도 결정질 폴리프로필렌은 아이소택틱 또는 신디오택틱 단독중합체 폴리프로필렌일 수 있다. 바람직하게는, 고도 결정질 폴리프로필렌은, 중합체의 결정화도를 최대로 하기 위해서, 아이소택틱 단독중합체 폴리프로필렌이다.
본 발명에서 사용되는 폴리프로필렌은 문헌에 잘 공지되어 있으며, 공지된 방법에 의해 제조될 수 있다. 일반적으로, 폴리프로필렌은 지글러-나타 촉매 또는 메탈로센 촉매를 사용해 제조될 수 있다. 문헌["Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology"(2001)]에는 이러한 촉매, 및 고도 결정질 폴리프로필렌을 제조하는 상응하는 반응기 공정이 기술되어 있다.
폴리프로필렌의 결정화도를 시차주사열계량법(DSC)으로 측정한다. 이러한 측정법에서는, 소형 프로필렌 중합체 샘플을 알루미늄 DSC 팬에 넣고 밀봉한다. 이 샘플을 DSC 셀에 넣고 25cm/분으로 질소 퍼징하고 약 -100℃로 냉각시킨다. 샘플을 10℃/분으로 225℃까지 가열함으로써, 샘플에 대한 표준 열이력을 얻는다. 이어서 샘플을 약 -100℃로 재-냉각시키고, 10℃/분으로 225℃까지 재가열한다. 제2 주사를 위해 관측된 융합열(△H관측)을 기록한다. 관측된 융합열은 하기 식에 따라, 폴리프로필렌 샘플의 중량을 기준으로 하는 결정화도(중량%)와 관련된다:
결정화도 % = (△H관측)/(△H아이소택틱 PP)×100
상기 식에서, 아이소택틱 폴리프로필렌에 대한 융합열(△H아이소택틱 PP)은 문헌[B.Wunderlich, Macromolecular Physics, 제3권, Crystal Melting, Academic Press, New York, 1960, 48 페이지]에, 165 J/g 중합체로서 기록되어 있다.
본 발명의 바람직한 양태에서, 고도 결정질 폴리프로필렌은 65% 초과, 더욱 바람직하게는 70% 초과, 가장 바람직하게는 73% 초과의 결정화도를 갖는다. 2002년 10월 7일자로 출원된 미국 가출원 제 60/416,632 호에는 본 발명에서 유용한 고도 결정질 폴리프로필렌의 예가 개시되어 있다.
고도 결정질 폴리프로필렌은 10분당 1 내지 20 g의 용융유속을 갖는다. 바람직하게는, 용융유속은 1 내지 12 g, 더욱 바람직하게는 2 내지 9 g, 더욱 더 바람직하게는 2 내지 8 g, 가장 바람직하게는 3 내지 6 g이다. 용융유속은 ASTM D 1238-01 시험법에 따라 230℃에서 측정된다.
전술된 압출 모델링 및 시험 조건에서, 바람직한 조성물은 100℃에서 24시간 후 약 2.0% 미만의 압출후 수축률을 나타낼 것이다.
바람직하게는, 결정질 폴리프로필렌은 60 내지 97 중량부의 양으로 블렌드 내에 존재한다.
기핵제는 본 발명의 고도 결정질 폴리프로필렌과 함께 사용될 수 있다. 적합한 기핵제의 예는 아사히 덴카 코카이(Asahi Denka Kokai)에서 시판되는 ADK NA-11 및 ADK NA-21을 포함한다. 기타 예는 미국특허 제 3,367,926 호 및 제 5,574,816 호에 기술된 기핵제를 포함한다. 당해 분야의 숙련자들은 기타 유용한 기핵제를 쉽게 알 수 있을 것이다. 기핵제는 전형적으로는 500 ppm 이상, 바람직하게는 650 ppm 이상, 더욱 바람직하게는 750 ppm 이상의 수준으로 고도 결정질 폴리프로필렌에 혼입된다.
본원에서 사용된, "충격보강 중합체"라는 용어는 넓은 범위의 중합체를 포함한다. 충격보강 중합체는, 고도 결정질 폴리프로필렌 배합물이 파괴되지 않고서도 기계적 에너지를 흡수하는 것을 허용함으로써, 광섬유 케이블에 충분한 충격 인성을 부여한다. 충격보강 중합체의 예는 스티렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체, 스티렌-이소프렌-스티렌 블록 공중합체, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체, 아크릴로니트릴-스티렌-아크릴레이트 삼원공중합체, 에틸렌/스티렌 인터폴리머, 0.925 g/cc 미만의 밀도를 갖는 에틸렌/알파 올레핀 인터폴리머, 에틸렌/불포화 에스테르 공중합체, 에틸렌/프로필렌/디엔 삼원공중합체(EPDM), 및 폴리프로필렌 공중합체 탄성중합체, 예를 들면 에틸렌-프로필렌 고무, 및 이것들의 혼합물이다.
에틸렌/불포화 에스테르 공중합체의 예는 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA), 에틸렌 메틸 아크릴레이트(EMA), 및 에틸렌 아크릴산(EAA)이다. 프로필렌 공중합체 탄성중합체의 추가의 예는 문헌["Polypropylene Handbook: Polymerization, Characterization, Properties, Applications", 3 내지 14, 113 내지 176 페이지(E. Moore, Jr. ed., 1996]에 기술되어 있다.
바람직하게는, 충격보강 중합체는 천연 또는 합성 고무이다.
본원에서 사용된, 에틸렌/알파 올레핀 인터폴리머란 에틸렌과 2 내지 12 개의 탄소 원자-함유 알파 올레핀의 인터폴리머이다. 본 발명에서 유용한 에틸렌/알파 올레핀 인터폴리머는 저밀도 및 초저밀도 에틸렌 중합체를 포함한다. 고도 결정질 프로필렌 중합체와 저밀도 에틸렌/알파 올레핀 인터폴리머의 블렌드는, 통상적인 폴리프로필렌 기술로는 달성되지 않는 높은 굴곡탄성계수와 적당한 인성의 독특한 조합을 제공한다.
바람직하게는, 에틸렌/알파 올레핀 인터폴리머는 약 0.90 g/㎤ 미만의 밀도를 가질 것이다.
선형 에틸렌/알파 올레핀 중합체 및 실질적 선형 에틸렌/알파 올레핀 중합체, 예를 들면 에틸렌/1-옥텐 및/또는 에틸렌/부텐 공중합체도 본 발명에서 유용하다. 에틸렌/1-옥텐 공중합체는 굴곡탄성계수의 감소를 최소화하면서도 블렌드에 인성을 부가할 수 있기 때문에 바람직하다. 적합한 공중합체의 예는 더 다우 케미칼 캄파니(The Dow Chemical Company)에서 입수가능한, 1.0 g/10분의 190℃ 용융지수(I2) 및 0.877 g/㎖의 밀도를 갖는 에틸렌/1-옥텐 공중합체인 어피니티(Affinity) EP 8100이다.
에틸렌/알파 올레핀 중합체가 실질적 선형 폴리에틸렌인 경우, 이 용어는 좁은 단쇄 분지 분포를 갖고 장쇄 분지 뿐만 아니라 균일한 공단량체 도입에 기여하는 단쇄 분지를 함유하는, 균일하게 분지된 에틸렌 중합체(인터폴리머 및 단독중합체)를 말한다. 장쇄 분지는 중합체 주쇄와 동일한 구조를 가지며, 단쇄 분지보다 더 길다. 실질적 선형 알파 올레핀 중합체는 1000개의 탄소당 0.01 내지 3 개의 장쇄 분지를 갖는다. 본 발명에 사용하기에 바람직한 실질적 선형 중합체는 1000개의 탄소당 0.01 내지 1 개의 장쇄 분지, 더욱 바람직하게는 1000개의 탄소당 0.05 내지 1 개의 장쇄 분지를 갖는다. 이러한 중합체는 부과된 응력에 응답하여 공간 내에서 배열 및 신장량을 변경시킬 수 있는 중합체 쇄인 탄성중합체이다.
충격보강 중합체는 열가소성이거나 당해 분야의 숙련자들에게 공지된 방법에 의해 가교될 수 있다. 충격보강 중합체가 가교됨으로써, 탄화수소유의 흡수 및 그로 인한 탄성계수 및 압괴내성의 손실이 감소될 수 있다.
바람직한 충격보강 중합체는 충격 성능 및 압출 표면 조도를 개선할 것이다. 더욱이, 바람직한 충격보강 중합체는 압출후 수축 특성 또는 탄성계수/압괴내성에 크게 부정적인 영향을 미치지 않을 것이다. 또한, 바람직한 충격보강 중합체는 결정질 폴리프로필렌에서 목표 하중에서 우수한 케이블 그리스 상용성을 달성할 것이다.
또한, 바람직하게는, 충격보강 중합체는 탄화수소유 흡수에 대해 덜 취약할 것이다. 충격보강 중합체의 보다 높은 결정화도 및/또는 극성 성분을 근거로 충격보강 중합체를 사용하면, 광섬유 케이블 그리스에서 일반적인 저분자량 화학종, 전형적으로 탄화수소유의 확산 및 흡수가 감소될 것이다.
바람직하게는, 충격보강 중합체는 3 내지 40 중량%의 양으로 블렌드 내에 존재한다.
성능 증진 보조 첨가제(co-additive)가 충격보강 중합체의 성능을 향상시킬 것이다. 적합한 보조 첨가제는 고도 결정질 폴리프로필렌 상과 충격보강 중합체 상 사이의 계면결합을 개선함으로써 중합체 블렌드의 충격 성질을 향상시킬 수 있는 화학적 또는 중합체성 커플링제 또는 상용화제를 포함한다.
아크릴산 및/또는 말레산 무수물이 그라프팅된 폴리프로필렌과 같은 커플링제의 사용은 문헌에 잘 공지되어 있으며, 이러한 정보는 문헌[H.G. Karian, "Handbook of Polypropylene and Propylene Composites", 39 내지 80 페이지(1999)]에 수록되어 있다.
추가로, 탄화수소유를 제3의 성분으로서 고도 결정질 폴리프로필렌과 충격보강 중합체의 압출성 블렌드에 첨가하는 것도 유리할 수 있다. 이러한 추가 성분은 광섬유 케이블 그리스에서 전형적으로 발견되는 바람직하지 못한 저분자량 화학종의 확산 및 흡수를 감소시킴으로써, 충격 성능과 겔 상용성 사이의 균형을 개선할 수 있다.
바람직하게는, 탄화수소유는 0.2 내지 10 중량%의 양으로 압출성 블렌드 내에 존재한다. 더욱 바람직하게는, 탄화수소유는 0.3 내지 3.0 중량%이다.
보다 고분자량의 탄화수소유는 저분자량 탄화수소유보다 더 바람직하다. 바람직하게는, 탄화수소유는 ASTM D-445에 의해 측정시 약 400 센티스토크 초과의 점도를 가질 것이다. 바람직하게는, 탄화수소유는 ASTM D-1250에 의해 측정시 0.86 내지 0.90의 비중을 가질 것이다. 또한, 바람직하게는, 탄화수소유는 ASTM D-92에 의해 측정시 약 300℃ 초과의 인화점을 가질 것이다. 또한 바람직하게는, 탄화수소유는 ASTM D-97에 의해 측정시 약 -10℃ 초과의 유동점을 가질 것이다. 또한, 바람직하게는, 탄화수소유는 ASTM D-611에 의해 측정시 80 내지 300 ℃의 아닐린점을 가질 것이다.
블렌드는 유리섬유와 같은 입상 충전제 또는 나노-복합재를 포함한 다양한 무기 충전제를 포함할 수 있다. 충전제, 특히 보다 높은 종횡비(길이/두께 비)를 제공하는 길쭉한 또는 판상 입자를 갖는 충전제가 탄성계수 및 압출후 수축 특성을 개선할 수 있다.
조성물은 압출 가공 보조제, 착색제, 항산화제, 기타 안정화제, 커플링제, 계면활성제, 가교제 및 가소제와 같은 기타 첨가제 및 개질제를 포함할 수 있다. 조성물은 추가의 수지 성분을 포함할 수 있다.
두번째 실시양태에서, 본 발명은 하나 이상의 광섬유 전송 매체와 함께, 본원에서 기술된 고도 결정질 폴리프로필렌/내충결성 중합체 블렌드로부터 제조된 하나 이상의 압출된 광학 보호 부품을 포함하는 광섬유 케이블에 관한 것이다.
또다른 실시양태에서, 본 발명은, 본원에서 기술된 고도 결정질 폴리프로필렌/충격보강 중합체 블렌드를 압출하는, 압출된 광학 보호 부품의 제조방법이다.
본 발명의 광섬유 케이블은 전형적으로 일련의 순차적 제조 단계에서 제조된다. 광 전송 섬유는 초기 단계에서 제조된다. 섬유는 기계적 보호를 위한 중합체성 코팅을 가질 수 있다. 이러한 섬유는 다발 또는 리본 케이블 구조로 조립되거나 직접 케이블 구조물에 도입될 수 있다.
광학 보호 부품을 압출 제조 공정으로 제조한다. 전형적으로, 단축 가소화 압출기가, 용융되고 혼합된 중합체를 가압 상태에서 와이어 및 케이블 크로스-헤드로 배출시킨다. 크로스-헤드는 용융물 유동을 압출기에 수직인 방향으로 되돌림으로써 유동물을 용융된 부품으로 만든다.
버퍼 튜브 및 코어 튜브의 경우, 하나 이상의 광섬유 또는 섬유 조립체 및 그리스가 크로스-헤드의 후면으로 공급되고, 크로스-헤드를 빠져나가서 용융된 관 내로 들어가며, 수 트로프(water trough) 시스템에서 냉각되고 응고된다. 이 부품은 마침내 권취릴 상에서 최종 부품으로서 수거된다.
둘 이상의 재료층으로 이루어진 부품을 제조하기 위해서, 전형적으로는 용융 조성물을 다층 크로스-헤드로 공급하는(여기서 원하는 다층 구조물로 됨) 별도의 가소화 압출기가 존재한다.
슬롯 코어 부재 및 기타 프로필 압출 부품을, 전형적으로는 적당한 성형 다이를 갖는 유사한 프로필 압출 공정으로 압출한 후, 광섬유 부품과 결합함으로써 최종 케이블을 제조한다.
EFL을 제어하기 위해서, 섬유 부품을 관 제조 공정에 공급하는데에 인장 시스템을 사용한다. 또한, 부품 재료의 선택, 관 압출 및 크로스-헤드 설비, 및 공정 조건을, 압출후 수축으로 인해 광섬유 부품에 과도한 여장이 발생되지 않도록 하는 최종 부품을 제공하도록 최적화한다.
압출된 광학 보호 부품을, 중심 부품, 외장, 랩과 같은 기타 부품과 함께, 하나 이상의 단계에서 후속 가공하여 최종 케이블 구조믈을 형성한다. 이는 전형적으로는 부품을 제조 압출기/크로스-헤드를 사용해 조립하고, 여기에 중합체성 재킷을 부착하는 케이블링 라인 상에서의 가공을 포함한다.
그러나 당해 분야의 숙련자들은, 이러한 제조 공정을, 본 발명의 개념 및 범위에서 벗어나지 않게 변경시킬 수 있다는 것을 알아야 한다.
하기 비-제한적 예는 본 발명을 예시한다.
고도 결정질 폴리프로필렌과 탄성중합체성 개질 조성물의 예를 보여주는 실시예 1 내지 3은 본 발명을 나타낸다. 비교실시예 4는 현재 시판되는 PBT를 나타낸다. 비교실시예 5는 현재 시판되는 전형적인 통상적 내충격성 PP 기술을 나타낸다.
수축률을 24시간 동안 100℃에 적용된 압출된 와이어 샘플에 대해 측정하고 시험하였다. 압출된 샘플의 표면 조도를 미투토요 서프테스트(Mitutoyo Surftest) 조도측정기로 측정하였다. 1-% 할선탄성계수를 ASTM 시험 D-790에 따라 측정하였 다. 노치 아이조드를 ASTM 시험 D-256에 따라 측정하였다. 일반적으로 노치 아이조드 시험은, 11.5 피트(3.5 미터)/초의 속도로 120 피트-파운드(163J)의 에너지로 낙하하는 추로써, 고정된 통상적으로는 노치를 갖는 견본을 타격하는 충격 시험이다. 타격 후 추의 진폭 높이가 흡수된 에너지의 척도이며 충격강도를 나타낸다.
실시예 1 내지 3의 고도 결정질 폴리프로필렌을 다음과 같이 제조하였다.
실시예 1
폴리프로필렌 단독중합체를 단일 연속 벌크상(응축된 프로필렌) 교반 탱크 반응기에서 제조하였다. 토호-JC(Toho-JC)로서 시판되고 토호 티타늄 리미티드(Toho Titanium Ltd.)에서 구입될 수 있는, 염화마그네슘 지지체 상에 지지된 티타늄 촉매 활성 금속종을 포함하는 지글러-나타 촉매를, 위트코(Witco)에서 구입된 카이돌(Kaydol) 백색 광유에 38중량%로 현탁시키고, 교반 촉매 공급 탱크에서 저장하였다. 현탁된 촉매를 곧바로, 용량의 약 2/3가 액체 프로필렌으로 충전된 공칭 25000 갤론들이 연속적 교반 탱크 반응기에 주입하였다.
반응기의 바람직한 온도는 65 내지 68 ℃인데, 이 온도는 별도의 열교환기 세트에서 프로필렌 증기를 응축시키고 액체 스트림을 비-응축성 분획과 함께 반응기로 되돌려 제어된다. 데구사-휴엘즈(Degussa-Huels)에서 시판되는 [(CH2)4CH]2Si(OMe)2인 외부 알콕시실란 공여체를, ASTM 방법 D 790-00에 의해 측정시 크실렌 추출성 분획의 양을 1% 미만으로 감소시키는데 필요한 양만큼 반응기에 계속 공급하였다. 고체에 대해 보정된, 액체 프로필렌 내 외부 공여체의 목표 농 도는 150 ppm이었다. 희석되지 않은 알루미늄 알킬 공촉매(트리에틸알루미늄, AlEt3, 통상적으로 TEAL이라 함)를 프로필렌 공급 스트림에 첨가하여, 액체 프로필렌 내 TEAL 농도를 액체 프로필렌 내 150 ppm의 목표 제어 농도로 조절하였다.
폴리프로필렌 중합을 40 내지 42 중량%의 반응기 중합체 고체의 조건에서 수행하였다. 연쇄전달제인 수소를 반응기에 계속 공급하여, ASTM D 1238-01에 의해 측정시 4.5 MFR 폴리프로필렌 중합체를 제조하였다. 반응기 배출 스트림을 일련의 세 용기에서 탈기시켜, 액체 프로필렌 및 공정 폐기물을 폴리프로필렌 분말 생성물로부터 분리하였다.
이어서 탈기된 분말을 4000 lb 배치에서 리본 블렌더/히터에 넣었다.
0.75 내지 1.25 g/10분의 용융지수(I2), 약 0.877 g/㎖의 밀도, 및 약 7.6의 I2/I10 비를 갖는 에틸렌/1-옥텐 폴리에틸렌 공중합체인, 시판 고무 어피니티 EP 8100 9 중량%를 리본 블렌더에 넣음으로써, 공중합체 최종 생성물을 제조하였다. 어피니티 EP 8100은 더 다우 케미칼 캄파니로부터 입수가능하다.
기타 첨가제도 리본 블렌더에 첨가하였다. 착물 유기인산 금속염인 1500 ppm의 기핵/정화 첨가제 또는 약품 ADK NA-11은 암핀 케미칼 코포레이션(Amfine Chemical Corp.)에서 시판된다. 스테아르산 칼슘 또는 DHT-4A 히드로탈시드와 같은 산 소거제를 포함하는 안정화 첨가제, 및 입체장애 페놀 및 아인산염과 같은 항산화제도 필요한 대로 조성물에 첨가하여, 용융 제조 공정을 위한 우수한 안정성 및 장기 노화 성능을 제공하였다.
조성물을 리본 블렌더에서 혼합한 후, 배합(용융/혼합) 및 펠렛화를 위해 단축 압출기에 공급하였다.
버퍼 튜브 재료의 압괴내성을 모델링하기 위해서, 각각의 재료들을 14 게이지 구리 솔리드(solid) 전도체 와이어 상에 압출시킴으로써 견본을 제조하였다. 와이어 샘플은 외경이 약 3.3㎜(0.13")이고 벽 두께가 0.76㎜(0.03")이었다. 이어서 구리 전도체를 아래로 잡아당김으로써 견본으로부터 제거하였다.
이어서 견본을, 85℃에서 45일의 산업 표준을 사용하여, 순환 공기 오븐에서 컨디셔닝시키면서, 케이블 그리스(겔)에 함침시킴으로써, 노화시켰다. 그리스 함침 노화 후, 견본을 그리스로부터 꺼내서, 이것의 외부 표면을 건조한 티슈로 닦아내고, 실온(약 23℃)으로 냉각시켰다.
이어서 와이어 샘플을, 25㎜/분의 크로스-헤드 속도에서 인스트론(Instron) 기기를 사용해서 1-% 할선탄성계수에 대해 시험하였다. 시험 견본을 인스트론 기기 상에 클램프로 조이기 전에, 아래로 잡아당겨진 14 게이지 구리 전도체(직경 약 1.5㎜) 조각을 와이어 샘플의 각 말단에 삽입함으로써, 개선된 클램핑성을 제공하였다. 각 재료에 대해 기록된 값은 5개의 샘플에 대한 평균값이었다.
실시예 2
어피니티 EP 8100 충격보강제 17%를 리본 블렌더를 통해 조성물에 첨가한다는 것만 제외하고는, 실시예 1과 동일한 샘플 제조 공정을 수행하였다.
실시예 3
어피니티 EP 8100 충격보강제 15.6% 및 활석 8.0%를 리본 블렌더를 통해 조 성물에 첨가한다는 것만 제외하고는, 실시예 1과 동일한 샘플 제조 공정을 수행하였다.
비교실시예 4
광학 버퍼 튜브를 제조하는데에, 티코나(Ticona)에서 시판되는 PBT인 셀라넥스(Celanex) 2001을 사용하였다.
비교실시예 5
광학 버퍼 튜브를 제조하는데에, 비피-아모코(BP-Amoco)에서 시판되는 IMPP인 아쿠투프(Acutuf) 3240을 사용하였다.
시험 결과를 표 I 및 도 4에 도시하였다. 도 4에서, 본 발명과 관련된 데이타를 삼각형(△)으로 표시하였고, 통상적인 폴리프로필렌을 다이아몬드◇)로 표시하였고, PBT를 정사각형(□)으로 표시하였다.
원료 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교실시예 4 비교실시예 5
고도 결정질 폴리프로필렌 91.0 83.0 76.4
PBT 100.0
충격보강 폴리프로필렌 100.0
선형 탄성중합체 9.0 17.0 15.6
활석 8.0
성질
23℃에서의 1-% 할선탄성계수(MPa) 2172 1731 1986 2414 1310
23℃에서의 노치 아이조드(J/m) 64.1 214 203 53.4 약 200
LA444 겔에서 85℃에서 45일 후 23℃에서의 1-% 할선탄성계수 1326 863 903 2414 729
100℃에서 24시간 후 수축률(%) 1.37 1.31 1.16 1.52 1.41
표면 조도(마이크론) 2.7 3.7 4.7 1.5 3.6

Claims (6)

  1. (a) 65 중량% 초과 내지 100 중량% 이하의 결정화도 및 230℃에서 10분당 1 내지 20 g의 용융유속을 갖는 결정질 폴리프로필렌 60 내지 97 중량부;
    (b) 스티렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체, 스티렌-이소프렌-스티렌 블록 공중합체, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체, 아크릴로니트릴-스티렌-아크릴레이트 삼원공중합체, 에틸렌/스티렌 인터폴리머, 0.925g/cc 미만의 밀도를 갖는 에틸렌/알파 올레핀 인터폴리머, 에틸렌/불포화 에스테르 공중합체, 에틸렌/프로필렌/디엔 삼원공중합체 (EPDM) 및 폴리프로필렌 공중합체 탄성중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 충격보강 중합체 3 내지 40 중량부; 및
    (c) ASTM D-445로 측정시 400 센티스토크 초과의 점도를 갖는 탄화수소유
    의 압출된 블렌드(여기서, 상기 결정질 폴리프로필렌과 충격보강 중합체는 23℃에서 1600 MPa 이상의 1-% 할선탄성계수(ASTM D-790) 및 23℃에서 35 J/m 이상의 노치 아이조드(ASTM D-256)를 갖는 압출된 블렌드로부터 제조된 시험 견본을 제공하기에 효과적인 양으로 존재함)를 포함하는 압출된 광케이블 보호 부품.
  2. 제1항에 있어서, 충격보강 중합체가 극성 작용기를 가짐으로써 탄화수소유 흡수를 감소시켜 그리스 상용성을 개선하는 것인 압출된 광케이블 보호 부품.
  3. 제1항에 있어서, 압출된 부품이 100℃에서 24 시간 후 2.0% 미만의 수축률을 갖는 관인 압출된 광케이블 보호 부품.
  4. (a) 제1항의 압출된 광케이블 보호 부품, 및
    (b) 하나 이상의 광섬유 전송 매체
    를 포함하는 광섬유 케이블.
  5. (a) (i) 65 중량% 초과 내지 100 중량% 이하의 결정화도 및 230℃에서 10분당 1 내지 20 g의 용융유속을 갖는 결정질 폴리프로필렌 60 내지 97 중량부;
    (ii) 스티렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체, 스티렌-이소프렌-스티렌 블록 공중합체, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체, 아크릴로니트릴-스티렌-아크릴레이트 삼원공중합체, 에틸렌/스티렌 인터폴리머, 0.925g/cc 미만의 밀도를 갖는 에틸렌/알파 올레핀 인터폴리머, 에틸렌/불포화 에스테르 공중합체, 에틸렌/프로필렌/디엔 삼원공중합체 (EPDM) 및 폴리프로필렌 공중합체 탄성중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 충격보강 중합체 3 내지 40 중량부; 및
    (iii) ASTM D-445로 측정시 400 센티스토크 초과의 점도를 갖는 탄화수소유
    의 블렌드(여기서, 상기 결정질 폴리프로필렌과 충격보강 중합체는 23℃에서 1600 MPa 이상의 1-% 할선탄성계수(ASTM D-790) 및 23℃에서 35 J/m 이상의 노치 아이조드(ASTM D-256)를 갖는 압출된 블렌드로부터 제조된 시험 견본을 제공하기에 효과적인 양으로 존재함)를 압출시키는 것을 포함하는 청구항 1에 기재된 압출된 광학 케이블 보호 부품의 제조방법.
  6. 삭제
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