KR101205449B1 - 유연성 및 내충격성이 우수한 고강도 루즈튜브형 광케이블 - Google Patents

유연성 및 내충격성이 우수한 고강도 루즈튜브형 광케이블 Download PDF

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Abstract

본 발명은 230℃에서의 용융흐름지수(MFI)가 1.5 g/10분 내지 3.0 g/10분이고, 굴곡강도가 10,000 내지 23,000 kg/cm2인 폴리프로필렌-폴리에틸렌 코폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 유연성 및 내충격성이 우수한 고강도 루즈튜브형 광케이블용 조성물을 제공한다. 상기 고강도 루즈튜브형 광케이블용 조성물로 형성된 루즈튜브를 포함하는 광케이블은 유연성 및 내충격성이 우수할 뿐만 아니라 우수한 외관을 갖는다.

Description

유연성 및 내충격성이 우수한 고강도 루즈튜브형 광케이블{High Strength Loose Tube Type Optical Cable With Excellent Flexibility And Impact Resistance}
본 발명은 고강도 루즈튜브형 광케이블에 관한 것이다.
광케이블은 광학적, 기계적 및 환경 조건에 맞도록 배치된 몇 개의 광섬유 혹은 광섬유 다발과 이들을 감싸는 외피를 갖추고 있는 케이블로서, 대량의 정보를 원거리까지 빠르게 전송할 수 있는 최첨단 시설이다. 상기 광케이블은 그 분류 기준에 따라 다양한 형태로 분류될 수 있다. 구체적으로 상기 광케이블은 광섬유 유니트의 구조에 따라 리본형, 타이트버퍼형, 루즈튜브형 등으로 분류될 수 있고, 포설 형태에 따라 관로용, 직매용, 가공용 등으로 분류될 수 있다.
그 중 루즈튜브형 광케이블은 일반적으로 도 1에 나타낸 바와 같은 구조를 가진다. 광케이블에 항장력을 부여하는 중심 인장선(10)과, 상기 중심 인장선(10)에 접하도록 배치되는 복수 개의 루즈튜브 광섬유 유닛(13)과, 상기 루즈튜브 광섬유 유닛(13)들을 감싸는 보강재(15) 및 상기 보강재를 감싸는 시스(Sheath)(16)를 포함하는 구조로 제조된다. 상기 중심 인장선(10)은 광케이블의 중심에서 광케이블의 길이방향으로 연장되고, 상기 루즈튜브 광섬유 유닛(13)은 상기 중심 인장선(10)의 둘레를 따라 일정 간격으로 외접하도록 배치된다. 그리고, 상기 루즈튜브 광섬유 유닛(13)은 복수 개의 광섬유(11)와 이를 감싸는 루즈튜브(12)로 이루어져 있고, 상기 루즈튜브 광섬유 유닛(13) 내에 형성된 공간에는 수밀을 위한 젤리(14)가 충진된다.
그러나, 친환경 및 작업성 편의를 위하여 상기 젤리를 포함하지 않는 All dry 타입의 광케이블에 대한 요구가 커지고 있으며, 이러한 광케이블은 도 2에 나타낸 바와 같은 구조를 가진다. 상기 광케이블의 루즈튜브 광섬유 유닛(23) 내에는 수밀을 위하여 종래에 사용된 젤리 대신 탈크 파우더와 방수 얀(yarn) (24)을 사용한다.
한편, 외부 충격 및 외부 환경(트위스트, 압축, 장력, 온도 변화 등)으로부터 광섬유(11)를 보호하기 위해 루즈튜브(12)로 사용되는 재료는 우수한 인장강도, 충격강도 및 유연성을 가지며, 수축 및 팽창의 정도가 작아야 한다. 이러한 요구 특성을 만족하기 위해 사용된 종래의 루즈튜브의 재료는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리카보네이트(PC), 폴리아미드(예를 들면 나일론-12) 등의 엔지니어링 플라스틱을 사용해 왔다. 그런데 상기 엔지니어링 플라스틱은 가공 및 핸들링이 어렵고 단가가 비싸며, 유연성이 낮고 물에 의해 가수분해 되는 등 수분에 취약한 단점이 있었다.
이러한 단점을 극복하기 위하여 폴리프로필렌-폴리에틸렌 코폴리머를 사용하여 유연성 및 내충격성이 우수한 루즈튜브(12)가 제조되기 시작하였다. 그러나, 상기 폴리프로필렌-폴리에틸렌 코폴리머는 종래의 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT) 등에 비해 냉각 속도가 느리고 선팽창 계수가 높아 작업성이 좋지 못하고 압출 후 수축율이 커서 광섬유의 전송 특성을 떨어뜨리는 문제점이 발생하였다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 핵제(nucleating agent)를 용융흐름지수(MFI)가 3 g/10분 초과 10 g/10분 이하인 폴리프로필렌-폴리에틸렌 코폴리머와 함께 사용하여 냉각 속도를 높이고 압출 후 수축율을 최소화하는 기술이 개발된 상태이다.
한편 FTTH(Fiber to the home) 서비스의 개발로 광케이블 포설 시 광케이블의 접속에서 접촉점을 물이나 각종 환경요소로부터 보호하는 역할을 하는 접속함체(Closure, Pedestal 등)의 수요가 증가하고 있다. 상기 접속함체 내부에는, 필요 시 추가 접속을 위해 루즈튜브 광섬유 유닛(13, 23)이 원형으로 감아서 보관되는데, 상기 루즈튜브 광섬유 유닛은 중심 인장선(10, 20)과 시스(16, 26)가 제거된 상태이므로 외부 환경(온도, 습도 등)에 의해 수축 또는 팽창되기 쉬우며, 이에 따라 루즈튜브의 길이가 광섬유보다 짧아지거나(EFL(Excess Fiber Length)<0) 길어져(EFL>0) 광섬유의 신호 전송능력을 떨어뜨리게 된다. 실제로 폴리프로필렌 루즈튜브 광섬유 유닛을 사용한 광케이블의 불량 사례가 보고되었으며 그 원인은 접속함체에 보관되어 있던 루즈튜브 광섬유 유닛의 루즈튜브가 수축되어 광섬유의 전송능력을 떨어뜨렸기 때문인 것으로 밝혀졌다. 이와 같이 광케이블에 있어서, 루즈튜브의 수축율은 매우 중요하며, 상기 불량 사례가 발생한 이후에 마국에서는 Mid-span access 관련 규격을 제정하여 관리하고 있다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 유연성 및 내충격성이 우수하면서도 작업성이 우수한 루즈튜브형 광케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 루즈튜브형 광케이블은, 광케이블에 항장력을 부여하는 중심 인장선과, 복수 개의 광섬유와 이를 감싸는 루즈튜브로 이루어져 상기 중심 인장선에 접하도록 배치되는 복수 개의 루즈튜브 광섬유 유닛과, 상기 루즈튜브 광섬유 유닛들을 감싸는 보강재 및 상기 보강재를 감싸는 시스(Sheath)를 포함하는데, 상기 루즈튜브는 230℃에서의 용융흐름지수(MFI)가 1.5 g/10분 내지 3.0 g/10분이고, 굴곡강도가 10,000 내지 23,000 kg/cm2이며, 아이조드 충격강도가 10 kg?cm/cm 이상인 폴리프로필렌-폴리에틸렌 코폴리머로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 루즈튜브형 광케이블용 조성물로 형성된 루즈튜브를 포함하는 광케이블은 유연성 및 내충격성이 우수할 뿐만 아니라 우수한 외관을 갖는다.
도 1은 일반적으로 사용되는 루즈튜브형 광케이블의 단면도를 나타낸 것이다.
도 2는 All dry 타입의 광케이블의 단면도를 나타낸 것이다.
이하에서는 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 230℃에서의 용융흐름지수(MFI)가 1.5 g/10분 내지 3.0 g/10분이고, 굴곡강도가 10,000 내지 23,000 kg/cm2 인 폴리프로필렌-폴리에틸렌 코폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 유연성 및 내충격성이 우수한 고강도 루즈튜브형 광케이블용 조성물을 제공한다.
상기 폴리프로필렌-폴리에틸렌 코폴리머의 230℃에서의 용융흐름지수(MFI)가 1.5 g/10분 미만일 경우에는 압출 시 흐름성이 저하되어 압출량이 불균일하고 작업성이 좋지 않은 문제점이 발생하며, 3 g/10분을 초과하는 경우에는 충격강도나 굴곡강도가 저하될 수 있고 튜브 압출시에도 압출물의 점도가 너무 낮아 튜브가 늘어지는 현상이 발생하여 작업성이 저하될 수 있다.
상기 폴리프로필렌-폴리에틸렌 코폴리머의 굴곡강도는 10,000 내지 23,000 kg/cm2이 바람직하며, 상기 굴곡강도가 10,000 kg/cm2 미만일 경우에는 압출시 루즈 튜브의 눌림 현상이 발생하여 타원 형상을 갖게 되어 바람직하지 않으며, 23,000 kg/cm2을 초과하는 경우에는 재료의 강성이 높아져 루즈튜브의 내충격 특성이 저하되므로 바람직하지 않다.
상기 폴리프로필렌-폴리에틸렌 코폴리머의 아이조드 충격강도(Izod Impact)는 10 kg?cm/cm 이상일 때 바람직하다. 상기 아이조드 충격강도는 시험편을 절단하는데 필요한 에너지로서 본 발명의 폴리프로필렌-폴리에틸렌 코폴리머의 아이조드 충격강도가 10 kg?cm/cm 미만일 경우에는 제조된 광케이블에 충격이 가해질 경우 루즈튜브의 표면에 크랙이 발생하여 광섬유의 손실을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 폴리프로필렌-폴리에틸렌 코폴리머가 상기와 같은 용융흐름지수(MFI), 굴곡강도 및 아이조드 충격강도를 갖도록 폴리프로필렌과 폴리에틸렌을 적절하게 배합하여 폴리프로필렌-폴리에틸렌 코폴리머를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 고강도 루즈튜브형 광케이블용 조성물은 핵제를 포함하지 않는다. 종래 기술은 폴리프로필렌-폴리에틸렌 코폴리머의 냉각 속도를 높이고 인장강도 및 충격강도를 향상시키고 압출후 수축율을 최소화하기 위하여 핵제를 사용하였으나, 본 발명은 용융흐름지수(MFI)가 1.5 g/10분 내지 3.0 g/10분이고 굴곡 강도가 10,000 내지 23,000 kg/cm2인 폴리프로필렌-폴리에틸렌 코폴리머를 사용함으로써 핵제를 사용할 필요가 없게 되었다.
또한, 본 발명은 상기 고강도 루즈튜브형 광케이블용 조성물로 형성된 루즈튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 광케이블을 제공한다.
[실시예]
이하 실시예를 들어 본 발명을 더 구체적으로 설명한다. 본 발명이 속하는 분야의 평균적 기술자는 아래 실시예에 기재된 실시 태양 외에 여러 가지 다른 형태로 본 발명을 변경할 수 있으며, 이하 실시예는 본 발명을 예시할 따름이지 본 발명의 기술적 사상의 범위를 아래 실시예 범위로 한정하기 위한 의도라고 해석해서는 아니된다.
본 발명의 루즈튜브형 광케이블용 조성물의 조성에 따른 성능 변화를 살펴보기 위하여, 아래 표 1에 나타낸 조성으로 실시예와 비교예의 루즈튜브형 광케이블용 조성물을 제조하였다. 하기 용융흐름지수는 230℃에서의 수치를 나타낸다.

 실시예 비교예
1 2 3 1 2 3 4 5


폴리프로필렌-폴리에틸렌
코폴리머

 용융흐름지수
(g/10분)		 2.0 2.5 2.7 6.0 2.0 1.0 2.5 -
굴곡강도
(kg/cm2)		 17,000 14,000 11,000 9,000 16,000 13,000 24,000 -
아이조드
충격강도
(kg?cm/cm)
15
25
50
50
5
45
7 		-
신장율
(%)		 280 300 350 350 150 250 30 -

폴리부틸렌
테레프탈레이트 		용융흐름지수
(g/10분)		 -
 - - - - - - 8.58.5
굴곡강도
(kg/cm2)		 - - - - - - - 23,000
아이조드
충격강도
(kg?cm/cm)
-
-
-
-
-
-		 -
7
물성 측정 및 평가
상기 실시예(1~3) 및 비교예(1~5)에 따르는 조성물을 45 mm 압출기(L/D=24)에서 230℃의 온도에서 선속 150 mpm으로 외경/내경의 비율이 2.4 mm/1.6 mm인 루즈튜브를 제조하였고, 상기 루즈튜브를 구비하는 도 1의 구조를 갖는 광케이블을 통상의 방법에 의해 제조하였다. 실시예와 비교예의 루즈튜브 및 광케이블의 시편에 대하여 루즈튜브의 타원 형상, 유연성, 작업성 및 내충격성을 시험한 결과를 아래 표 2에 정리하였다. 간략한 실험 조건은 다음과 같다.
㉠ 루즈튜브의 타원 형상(ovality)
루즈튜브의 타원 형상은 루즈튜브 압출 시 x축과 y축의 외경 편차로 아래 식과 같이 계산하며 그 값이 0.4 이내여야 한다.
루즈튜브의 타원 형상 = {(루즈튜브의 최대 직경 - 루즈튜브의 최소 직경)/ 루즈튜브의 설계 직경}× 100
상기 식에서 루즈튜브의 설계 직경은 2.4 mm로 설정하였다.
㉡ 유연성
루즈튜브의 유연성은 IEC 60794-1-1 G7에 따라 평가하며 꺾임(kink)이 발생하지 않으면 합격한 것으로 본다.
㉢ 작업성
루즈튜브의 작업성은 압출 시의 외관의 거칠기 및 압출량의 균일성을 통하여 평가하며 선속 150 mpm에서 외관이 매끄럽고 압출량이 균일하여 외경 편차가 발생하지 않아야 한다.
㉣ 내충격성
케이블의 내충격성은 IEC 60794-1-E4에 따라 평가하며 크랙이 발생하지 않아야 한다.

 실시예 비교예
1 2 3 1 2 3 4 5
타원 형상 0.10 0.25 0.38 0.6 0.20 0.30 0.1 0.05
유연성 꺾임없음 꺾임없음 꺾임없음 꺾임없음 꺾임없음 꺾임없음 꺾임발생 꺾임발생
작업성 양호 양호 양호 양호 양호 불량 양호 양호
내충격성 크랙없음 크랙없음 크랙없음 크랙없음 크랙발생 크랙없음 크랙발생 크랙없음
표 2에 정리한 바와 같이, 실시예 1 내지 3의 시편은 특정한 타원 형상을 가지고 있으며, 유연성, 작업성 및 내충격성에서 모두 양호한 결과를 나타냈다.
반면, 비교예 1의 경우 루즈튜브가 특정한 타원 형상을 가지지 못하고 찌그러진 형태로 나타났다. 이러한 결과가 발생한 것은 비교예 1에서 용융흐름지수가 높고 굴곡강도가 낮은 폴리프로필렌-폴리에틸렌 코폴리머를 사용하였기 때문이다.
비교예 2의 경우 제조된 광케이블에서 크랙이 발생하였는데, 이러한 결과가 발생한 것은 비교예 2에서 충격강도가 낮은 폴리프로필렌-폴리에틸렌 코폴리머를 사용하였기 때문이다.
비교예 3의 경우 루즈튜브 제조시에 압출 부하가 높아져 압출량이 불균일하여 루즈튜브의 외경의 편차가 발생하고 루즈튜브가 끊어지는 현상이 발생하여 작업성이 불량한 것으로 나타났다. 이러한 결과가 발생한 것은 용융흐름지수가 낮은 폴리프로필렌-폴리에틸렌 코폴리머를 사용하였기 때문이다.
비교예 4의 경우 루즈튜브에서 꺾임이 발생하여 유연성이 좋지 못하였으며, 제조된 광케이블에서 내충격 특성 평가 시 크랙이 발생하였는데, 이러한 결과가 발생한 것은 굴곡강도가 너무 높아 신장율 및 충격강도가 낮은 폴리프로필렌-폴리에틸렌 코폴리머를 사용하였기 때문이다.
비교예 5의 경우 루즈튜브에서 꺾임이 발생하여 유연성이 좋지 못하였으며, 이러한 결과가 발생한 것은 충격강도가 낮은 폴리부틸렌 테레프탈레이트를 사용하였기 때문이다.
위와 같이 본 발명의 최적 실시예들을 개시하였다. 본 실시예를 포함하는 명세서에서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 당업자에게 본 발명을 상세히 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미를 한정하거나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위해 사용된 것이 아님을 밝혀 둔다.
* 10, 20 : 중심 인장선
* 11, 21 : 광섬유
* 12, 22 : 루즈튜브
* 13, 23 : 루즈튜브 광섬유 유닛
* 14 : 젤리
* 15, 25 : 보강재
* 16, 26 : 시스
* 24 : 탈크 파우더 및 방수얀

Claims (3)

  1. 광케이블에 항장력을 부여하는 중심 인장선과, 복수 개의 광섬유와 이를 감싸는 루즈튜브로 이루어져 상기 중심 인장선에 접하도록 배치되는 복수 개의 루즈튜브 광섬유 유닛과, 상기 루즈튜브 광섬유 유닛들을 감싸는 보강재 및 상기 보강재를 감싸는 시스(Sheath)를 포함하는 루즈튜브형 광케이블에 있어서,
    상기 루즈튜브는 230℃에서의 용융흐름지수(MFI)가 1.5 g/10분 내지 3.0 g/10분이고, 굴곡강도가 10,000 내지 23,000 kg/cm2이며, 아이조드 충격강도가 10 kg?cm/cm 이상인 폴리프로필렌-폴리에틸렌 코폴리머로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유연성 및 내충격성이 우수한 고강도 루즈튜브형 광케이블.
  2. 삭제
  3. 삭제
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