KR101243470B1 - 저수축성 해저용 폴리프로필렌 얀 및 이를 이용한 해저케이블 - Google Patents

저수축성 해저용 폴리프로필렌 얀 및 이를 이용한 해저케이블 Download PDF

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Abstract

본 발명은 저수축성 해저용 폴리프로필렌 얀 및 이를 이용한 해저케이블에 관한 것이다. 본 발명은 케이블 코어의 내장층 내부에는 해저용 폴리프로필렌 얀으로 채워지며, 상기 내장층과 외장층 사이는 트위스트된 해저용 폴리프로플렌 얀이 감겨져 절연층을 형성하며, 상기 외장층의 외부로는 외부 보호층이 형성된 해저케이블에 있어서, 상기 트위스트된 해저용 폴리프로필렌 얀은, 폴리프로필렌 시트에 대한 가열 방식 연신, 니들 스플릿(needle split) 방식에 의한 메쉬(mesh) 공정에 따라 다이아몬드 격자 구조를 생성, 그리고 상기 연신시 가열 온도에 비해 1.3 내지 1.4 배로 설정되어 수행되는 가열에 의한 안정화를 통해 형성된 3.5 내지 3.6 데니어(denier)의 폴리프로필렌 얀을 합성수지 플랫얀 트위스트 권취장치에 의해 트위스트 되어 1m 당 20 이상의 권취수를 갖도록 하여 생성하며, 상기 가열 방식 연신 수행에 따라 상기 폴리프로필렌 시트에 대한 연신 전후의 면적 비율이 5.8 내지 6.2 배로 증가되며, 상기 다이아몬드 격자 구조를 생성시, 격자형의 니들이 외주면을 따라 형성된 니들 스플릿 롤러의 상향을 상기 폴리프로필렌 시트가 지나가도록 한 상태에서 상기 니들 스플릿 롤러의 회전에 의한 상기 격자형의 니들의 드래그 타입 펀칭에 의해 형성된다.
이에 의해, 열변성에 의한 수축률이 3%이하로 낮출 뿐만 아니라, 자연현상 또는 외력 등에 의한 외부의 크고 작은 충격에도 파손을 방지하기 위해 인장하중이 향상된 해저용 폴리프로필렌 얀을 제공한다.

Description

저수축성 해저용 폴리프로필렌 얀 및 이를 이용한 해저케이블{Low-shrinkage polypropylene yarn for sea-bottom cable protection, and sea-bottom cable using the same}
본 발명은 저수축성 해저용 폴리프로필렌 얀 및 이를 이용한 해저케이블에 관한 것으로, 외부의 많은 충격에도 견딜 수 있을 뿐만 아니라, 열변성에 의한 수축률을 3% 이하로 낮춰서 해저용으로 사용시 수축으로 인한 어떤 외부 변화에도 물성이 유지되도록 하기 위한 저수축성 해저용 폴리프로필렌 얀 및 이를 이용한 해저케이블에 관한 것이다.
해저설비, 특히 해저케이블은 대륙과 대륙, 육지와 섬 등과 같이 바다를 사이에 두고 격리된 두 지점 사이의 통신을 위해 해저에 부설된다. 그런데, 어업활동이 활발한 지역에서는 선박의 닻이나 기타 어구 등에 의해 해저케이블이 손상되기 쉽고, 또 해류나 파랑(波浪)에 의한 해풍사태, 해저 면과의 마찰 등 자연현상에 의해서도 케이블이 쉽게 손상된다.
이러한 해저케이블의 외력에 의한 파손을 방지하기 위해 인장하중을 증가시키기 위한 해제케이블 내부로의 삽입 부재가 개발되고 사용되고 있다.
해저케이블의 파손을 방지하기 위한 삽입 부재로 주로 사용되는 것은 폴리프로필렌(polypropylene)으로, 폴리프로필렌은 폴리에틸렌(polyethylene)과 더불어 알킬 고분자의 큰 종류 중의 하나로 흐름성, 내크리프성 및 가공성이 폴리에틸렌(polyethylene)과 비교하여 매우 우수하며, 특히 전기적 성질에 있어서 탄소와 수소만으로 이루어져 있기 때문에 절연성이 우수하다. 그리고 폴리프로필렌은 석유를 정제할 때 부산물로 만들어지는 대량의 프로필렌을 원료로 함으로, 저렴한 가격으로 조달 가능한 장점을 갖는다.
그러나 폴리프로필렌은 녹는점(℃)이 167℃이며 열변성온도(℃)가 115℃에 해당하여 비교적 높지 않은 온도에서도 수축되는 6% 가량 수축되는 단점을 갖고 있다.
[관련기술문헌]
1. 합성수지 플랫얀 트위스트 권취장치(TWIST WINDING APPARATUS OF SYNTHETIC RESIN FLAT YARN) (특허출원번호 제10-2010-0026028호)
2. 구축물의 보강 방법, 보강 구조체 및 고연성재(METHOD, MATERIAL AND CONSTRUCTION FOR REINFORCING A STRUCTURE) (특허출원번호 제10-2001-0032532호)
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 해저용 폴리프로필렌 얀에 대한 열변성에 의한 수축률을 3 % 이하로 낮추도록 하여 해저용으로 사용시 수축으로 인한 어떤 외부 변화에도 물성이 유지되도록 하기 위한 저수축성 해저용 폴리프로필렌 얀 및 이를 이용한 해저케이블에 관한 것이다.
뿐만 아니라, 본 발명은 수축률뿐만 아니라, 자연현상 또는 외력에 의한 많은 충격에도 파손을 방지하기 위해 인장하중이 향상된 저수축성 해저용 폴리프로필렌 얀 및 이를 이용한 해저케이블을 제공하기 위한 것이다.
그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 제 1 실시예에 따른 저수축성 해저용 폴리프로필렌 얀은, 폴리프로필렌 시트에 대한 가열 방식 연신, 니들 스플릿(needle split) 방식에 의한 메쉬(mesh) 공정에 따라 다이아몬드 격자 구조를 생성, 그리고 가열에 의한 안정화를 통해 형성된 3.5 내지 3.6 데니어(denier)의 폴리프로필렌 얀에 있어서, 상기 가열 방식 연신이 수행되어 상기 폴리프로필렌 시트에 대한 연신 전후의 면적 비율이 5.8 내지 6.2 배로 증가된 폴리프로필렌 얀을 트위스트 시켜 1m 당 20 이상의 권취수를 갖도록 형성한다.
이때, 본 발명에 따른 저수축성 해저용 폴리프로필렌 얀은 상기 연신시 연신 오븐 내부의 온도에 비해 상기 안정화시 안정화 오븐 내부의 온도가 1.3 내지 1.4 배의 비율로 설정되어 수행되어 생성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 폴리프로필렌 시트는, 폴리프로필렌 원료를 압출기에 의해 폴리프로필렌 압출 용융물을 생성한 뒤, T-die 방식에 의해 성형되어 형성되는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 청구항 3에 있어서, 상기 폴리프로필렌 원료는, 프로필렌의 단독 중합체 또는 2 내지 8개의 탄소원자를 가진 다른 α-올레핀과의 블록 또는 불규칙 공중합체이며, 상기 α-올레핀은, 1-부텐(1-butene), 1-펜텐(1-pentene), 1-헥센(1-hexene) 및 1-옥텐(1-octene) 중 하나인 것이 바람직하다.
또한, 상기 프로필렌과 공중합 되는 α-올레핀의 양은, 상기 프로필렌 1 몰당 0.001 내지 50 몰%인 것이 바람직하다.
또한, 상기 폴리프로필렌 원료는, 중량평균 분자량은 300,000 g/mol 이상, 용융지수는 0.1 내지 10 g/10분(230℃), 분자량 분포(PI)가 6 이상이며, 용융강도가 50 mN 이상인 것이 바람직하다.
또한, 상기 압출기에 의한 폴리프로필렌 압출 용융물을 생성시, 상기 폴리프로필렌 원료를 폴리프로필렌 수지(polypropylene resin)의 농도가 65 내지 85wt.%인 것을 사용하며, 100 내지 220 ℃의 온도에서 용해시키는 것이 바람직하다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 제 1 실시예에 따른 저수축성 해저용 폴리프로필렌 얀을 이용한 해저케이블은, 케이블 코어의 내장층 내부에는 해저용 폴리프로필렌 얀으로 채워지며, 상기 내장층과 외장층 사이는 트위스트된 해저용 폴리프로플렌 얀이 감겨져 절연층을 형성하며, 상기 외장층의 외부로는 외부 보호층이 형성된 해저케이블에 있어서, 상기 트위스트된 폴리프로필렌 얀은 상기 내장층 내부에 채워진 3.5 내지 3.6 데니어(denier)의 폴리프로피렌 얀을 1m 당 20 이상의 권취수를 갖도록 하여 생성한다.
이때, 상기 외부 보호층은, 콘크리트 소재로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 케이블 코어의 내장층 내부에 채워진 해저용 폴리프로필렌 얀은, 폴리프로필렌 시트에 대한 연신, 니들 스플릿(needle split) 방식에 의한 메쉬(mesh) 공정에 따라 다이아몬드 격자 구조를 생성, 그리고 가열에 의한 안정화에 의해 생성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 트위스트된 해저용 폴리프로필렌 얀은, 상기 케이블 코어의 내장층 내부에 채워진 해저용 폴리프로필렌 얀을 합성수지 플랫얀 트위스트 권취장치를 이용한 권취 과정시 상기 권취수 만큼 트위스트되어 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 폴리프로필렌 시트는, 상기 연신을 위한 연신 오븐으로 이송 직전 냉각조에 의해 냉각된 폴리프로필렌 시트를 가이드 롤러의 최종단에 형성된 기계방향(MD)과 반대 방향으로 칼날이 세워진 가변 커터를 이용해 커팅을 수행되어 규격에 맞춰진 것을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 케이블 코어의 내장층 내부에 채워진 해저용 폴리프로필렌 얀은, 니들 스플릿(needle split) 방식에 의한 메쉬(mesh) 공정에 따라 다이아몬드 격자 구조를 생성시, 격자형의 니들이 외주면을 따라 형성된 니들 스플릿 롤러의 상향을 상기 폴리프로필렌 시트가 지나가도록 한 상태에서 상기 니들 스플릿 롤러의 회전에 의한 상기 격자형의 니들의 드래그 타입 펀칭에 의해 형성되는 것이 바람직하다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 제 2 실시예에 따른 저수축성 해저용 폴리프로필렌 얀은, 폴리프로필렌 시트에 대한 연신, 니들 스플릿(needle split) 방식에 의한 메쉬(mesh) 공정에 따라 다이아몬드 격자 구조를 생성, 그리고 상기 연신시 가열 온도에 비해 1.3 내지 1.4 배로 설정되어 수행되는 가열에 의한 안정화를 통해 형성된 3.5 내지 3.6 데니어(denier)의 폴리프로필렌 얀에 있어서, 상기 가열 방식 연신이 수행되어 상기 폴리프로필렌 시트에 대한 연신 전후의 면적 비율이 5.8 내지 6.2 배로 증가되며, 합성수지 플랫얀 트위스트 권취장치에 의해 트위스트 되어 1m 당 20 이상의 권취수를 갖으며, 상기 다이아몬드 격자 구조를 생성시, 격자형의 니들이 외주면을 따라 형성된 니들 스플릿 롤러의 상향을 상기 폴리프로필렌 시트가 지나가도록 한 상태에서 상기 니들 스플릿 롤러의 회전에 의한 상기 격자형의 니들의 드래그 타입 펀칭에 의해 형성된다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 제 2 실시예에 따른 저수축성 해저용 폴리프로필렌 얀을 이용한 해저케이블은, 케이블 코어의 내장층 내부에는 해저용 폴리프로필렌 얀으로 채워지며, 상기 내장층과 외장층 사이는 트위스트된 해저용 폴리프로플렌 얀이 감겨져 절연층을 형성하며, 상기 외장층의 외부로는 외부 보호층이 형성된 해저케이블에 있어서, 상기 트위스트된 해저용 폴리프로필렌 얀은, 폴리프로필렌 시트에 대한 가열 방식 연신, 니들 스플릿(needle split) 방식에 의한 메쉬(mesh) 공정에 따라 다이아몬드 격자 구조를 생성, 그리고 상기 연신시 가열 온도에 비해 1.3 내지 1.4 배로 설정되어 수행되는 가열에 의한 안정화를 통해 형성된 3.5 내지 3.6 데니어(denier)의 폴리프로필렌 얀을 합성수지 플랫얀 트위스트 권취장치에 의해 트위스트 되어 1m 당 20 이상의 권취수를 갖도록 생성하며, 상기 가열 방식 연신 수행에 따라 상기 폴리프로필렌 시트에 대한 연신 전후의 면적 비율이 5.8 내지 6.2 배로 증가되며, 상기 다이아몬드 격자 구조를 생성시, 격자형의 니들이 외주면을 따라 형성된 니들 스플릿 롤러의 상향을 상기 폴리프로필렌 시트가 지나가도록 한 상태에서 상기 니들 스플릿 롤러의 회전에 의한 상기 격자형의 니들의 드래그 타입 펀칭에 의해 형성된다.
본 발명의 실시예에 따른 저수축성 해저용 폴리프로필렌 얀 및 이를 이용한 해저케이블은, 해저용 폴리프로필렌 얀에 대한 열변성에 의한 수축률을 3 % 이하로 낮추도록 하여 해저용으로 사용시 수축으로 인한 어떤 외부 변화에도 물성이 유지되도록 하는 효과를 제공한다.
뿐만 아니라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 저수축성 해저용 폴리프로필렌 얀 및 이를 이용한 해저케이블은, 수축률뿐만 아니라, 자연현상 또는 외력에 의한 많은 충격에도 파손을 방지하기 위해 인장하중이 향상된 폴리프로필렌 얀을 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 저수축성 해저용 폴리프로필렌 얀을 이용한 해저케이블의 구조를 나타내는 단도면.
도 2 및 도 3은 도 1에서의 트위스트된 해저용 폴리프로플렌 얀을 설명하기 위한 도면.
도 4는 도 1에서의 해저용 폴리프로필렌 얀을 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 저수축성 해저용 폴리프로필렌 얀에 대한 실험데이터를 나타내는 도표.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 저수축성 해저용 폴리프로필렌 얀(Polypropylene Yarn)을 이용한 해저케이블(1: 이하, 해저케이블)의 구조를 나타내는 도면이다. 도 2 및 도 3은 도 1에서의 트위스트된 해저용 폴리프로플렌 얀(10)을 설명하기 위한 도면이다. 도 4는 도 1에서의 해저용 폴리프로필렌 얀(20)을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 1을 참조하면 해저케이블(1)은 세 개의 케이블이 실장된 케이블 코어의 내장층(40) 내부에는 해저용 폴리프로필렌 얀(20)으로 채워진다. 그리고, 내장층(40)과 외장층(50) 사이는 트위스트된 해저용 폴리프로플렌 얀(10)이 감겨져 절연층을 형성하며, 외장층(50)의 외부로는 외부 보호층(30)이 형성된다. 여기서 외부 보호층(30)은 콘크리트 소재로 형성된다.
다음으로 해저케이블(1)의 케이블 코어의 내장층(40) 내부로 채워지는 해저용 폴리프로필렌 얀(20)을 살펴보면, 폴리프로필렌 원료를 이용해 생성된 폴리프로필렌 시트에 대한 연신 오븐에 의한 가열 방식 연신을 수행함으로써, 연신 전후의 면적 비율이 5.8 내지 6.2 배가 된 것을 사용한다.
어떠한 경우에는 고도의 가로축 연신이 바람직하다고 여겨지는 반면, 다른 경우에는 고도의 세로축 연신이 바람직하다고 여겨지나 본 발명에서는 진행하는 방향(MD) 상으로 연신을 수행하는 세로축 연신에 의한다.
그리고, 폴리프로필렌 시트에 대한 연신 후 열안정화 과정 사이에 다중 이송 롤러에 의해 제공되는 장력을 이용한 폴리프로필렌 시트에 대한 연성화와 함께 니들 스플릿(needle split) 방식에 의한 메쉬(mesh) 공정에 따라 도 4b와 같은 다이아몬드 격자 구조를 갖는 트위스트 되기 전 상태인 해저용 폴리프로필렌 얀(20)을 얻을 수 있다. 여기서 니들 스플릿 방식은 격자형의 니들이 외주면을 따라 형성된 니들 스플릿 롤러의 상향을 폴리프로필렌 시트가 지나가도록 하며, 이때 니들 스플릿 롤러는 다중 이송 롤러로 진입하기 위한 진입단에 형성된다. 이에 따라 연신 오븐에서 나오는 폴리프로필렌 시트에 대한 다수의 이송 롤러에 끌어당기는 장력이 인가된 상태에서 연신된 폴리프로필렌 시트에 대한 다이아몬드 격자 형성을 위해 회전되는 니들 스플릿 롤러의 회전에 의한 메쉬 공정이 수행됨으로써, 장력과 회전에 따른 타이밍을 이용한 규칙성 있고 균일한 다이아몬드 격자 구조가 형성된다. 이때, 상술한 장력을 이용함으로써, 니들 스플릿 롤러는 외주면의 격자형의 니들에 의한 드래그 타입 펀칭(Drag type punching)을 수행할 수 있다.
여기서 다중 이송 롤러는 상부 이송 롤러 및 하부 이송 롤러로 이루어진 한 쌍의 이송 롤러가 적어도 2 쌍 이상을 포함하여 형성된다.
한편 이러한 해저용 프로필렌 얀(20)을 형성하기 위한 원료에 대해 살펴본다. 해저용 프로필렌 얀(20) 생성을 위해 사용되는 원료는 호모-폴리머 폴리프로필렌(Homo-Polymer Polypropylene) 원료를 사용한다. 보다 구체적으로, 본 발명에서 폴리프로필렌 원료는 프로필렌의 단독 중합체 또는 2 내지 8개의 탄소원자를 가진 다른 α-올레핀과의 블록 또는 불규칙 공중합체를 의미한다. α-올레핀의 바람직한 예로는 1-부텐(1-butene), 1-펜텐(1-pentene), 1-헥센(1-hexene) 및 1-옥텐(1-octene) 등이 있으며, 프로필렌과 공중합되는 α-올레핀의 양은 프로필렌 1 몰당 0.001 내지 50 몰%이다. 폴리프로필렌의 중량평균 분자량은 300,000 g/mol 이상, 용융지수는 0.1 내지 10 g/10분(230℃)이어야 한다.
또한, 폴리프로필렌 원료는 상술한 바와 같이 용융지수가 0.1 내지 10 g/10분이고, 그 밖에 분자량 분포(PI)가 6 이상이며, 용융강도가 50 mN 이상인 것이 바람직하다.
상술한 폴리프로필렌 원료를 해저용 폴리프로필렌 얀(20)의 소재가 되는 폴리프로필렌 시트를 형성하기 위해 압출기를 이용해 압출하여 폴리프로필렌 압출 용융물 형성하는데, 여기서 폴리프로필렌 원료는 폴리프로필렌 수지(polypropylene resin)의 농도가 65 내지 85wt.%인 것을 사용하며, 100 내지 220 ℃의 온도에서 용해시킨다. 폴리프로필렌 압출 용융물에 대한 T-die 방식을 이용해 폴리프로필렌 시트를 생성하고 냉각시킨 뒤, 폴리프로필렌 시트에 대한 가이드 롤러에 의한 연신 오븐으로 이송에 따른 가열 방식 연신이 수행됨으로써, 폴리프로필렌 시트에 대한 연신 전후의 면적 비율이 1 : 5.8 내지 6.2 배가 증가, 바람직하게는 1 : 6 배가 증가하도록 한다. 이 경우, 연신 오븐 내부의 온도는 190 내지 210 ℃, 바람직하게는 200 ℃가 되도록 한다. 폴리프로필렌 시트에 대한 가열을 수행함으로써, 폴리프로필렌 시트를 구성하는 중합체의 사슬 구조를 늘린 상태로 연신이 수행되도록 함으로써, 연신 효율을 극대화시킨다.
여기서 연신 오븐에 의한 연신은 상술한 바람직한 온도 범위 내인 190 내지 210 ℃에서 행하여져야 한다. 온도 범위보다 온도가 높아지는 경우 분자의 자유도가 높아져 분자의 배향이 잘 이루어지지 않는다. 또한, 온도 범위보다 낮아지는 경우에는 연신이 잘 이루어지지 않고 폴리프로필렌 시트가 연신되지 못하고 끊어지는 현상이 일어난다.
한편, 생성된 해저용 폴리프로필렌 얀(20)에 대한 안정화 오븐의 제 2 차 가열에 의한 안정화가 수행되어야 하는 것이 바람직하다. 즉, 가열 방식에 의한 연신 수행 뒤, 연신에 수행된 온도와 안정화를 위한 온도 간에는 1 : 1.3 내지 1.4의 비율로 설정되어 수행된다. 즉, 안정화 오븐 상에서의 가열 온도는 265℃ 내지 280℃로 수행되는 것이 바람직하다.
즉, 연신 후, 265℃ 내지 280℃에서 열고정 시켜 최종 해저용 폴리프로필렌 얀을 완성한다. 상기와 같이 열고정 시키는 이유는 연신 배향 후 섬유의 구조상의 안정성을 부여하기 위해서이다. 온도 범위에서 열고정하게 되면 연신 공정과 메쉬 공정을 거쳐 배향된 얀 분자가 온도 범위 내에서는 배향된 분자 상태를 지속적으로 유지하는 것을 가능하게 한다. 배향된 분자 상태를 유지함으로써 물리적 특성인 강도도 안정하게 나타난다. 열고정의 온도는 265℃ 이하가 되면 열고정이 되지 않으며, 온도가 280℃ 이상인 경우에는 얀 내 배향된 분자사슬이 흩어져 배향도가 떨어지므로 온도 범위 내에서 이루어지는 것이 바람직하다.
이러한 안정화 과정에 의해 물리적 특성 중 수축률이 3% 미만으로 현저하게 상승되는 효과를 제공함으로써(도 5 참조), 해저용 폴리프로필렌 얀에 대한 열변성시의 쭈그러짐(shrinkage)이 미미한 특성을 갖는다.
즉, 만약 연손 오븐에 의해 연신된 상태의 폴리프로필렌 시트가 안정화 오븐에 의한 안정화 과정 없이 바로 외부의 온도 접촉에 의해 냉각된다면, 연신된 상태가 본래의 연신 전의 상태로 돌아가려는 자체의 수축력에 의해 수축되는 것을 방지하기 위해 연신 오븐보다 더 높은 온도에서 열고정 또는 열처리를 수행하는 것이다.
상기와 같은 저수축성 해저용 폴리프로필렌 얀은 전선, 돛, 어망, 여과포,
스포츠 용품, 방탄, 방호, 보호장갑, 내압용기 등의 다양한 산업용 제품에 이용될 수 있으나, 특히 해저 케이블의 절연을 위해 주로 이용될 수 있다.
다음으로 내장층(40)과 외장층(50) 사이에 감겨져서 형성되는 트위스트된 해저용 폴리프로플렌 얀(10)은 상술한 내장층(40) 내부에 채워지는 해저용 폴리프로필렌 얀(20)을 합성수지 플랫얀 트위스트 권취장치를 이용한 권취에 의해 트위스트시켜 사용한다. 합성수지 플랫얀 트위스트 권취장치에 의한 권취공정은 제 1 권취단계로 해저용 폴리프로필렌 얀에 대한 합성수지 플랫얀 트위스트 권취장치로의 이송단계를 거친다. 즉 합성수지 플랫얀 트위스트 권취장치의 모터 구동에 따라 해저용 폴리프로필렌 얀(20)이 공급롤로 감겨진다.
제 2 권취단계로, 해저용 폴리프로필렌 얀(20)에 대한 트위스트 단계를 거친다. 공급롤에 의해 해저용 폴리프로필렌 얀(20)에 대해 트위스트 시키면서 유도나팔관으로 공급에 따라 트위스트되면서 유도나팔관의 입구로 이송된 트위스트된 해저용 폴리프로필렌 얀(10)은 유도나팔관에 의해 발원 크기가 점차적으로 줄어들어 내경이 최종적으로 작아진 상태의 유도나팔관의 출구로 빠져나가 전환봉을 거쳐 이송방향이 후방으로 전환되어 이송된다.
제 3 권취단계로, 트위스트된 해저용 폴리프로필렌 얀(10)에 대한 장력을 이용한 최종 권치단계를 거친다. 즉, 트위스트된 해저용 폴리프로필렌 얀(10)은 보조롤의 안내에 따라 구동롤을 거쳐 구동롤과 종동롤에 의해 ‘∞’형으로 여러 번 거친 상태에서 최종적으로 구동롤을 거쳐 가이드롤로 이송된다. 이후, 가이드롤은 장력을 제공함으로써, 트위스트된 해저용 폴리프로필렌 얀(10)이 트래버스의 사도를 따라 전후로 왕복 이동하면서 권취롤에 끼워진 보빈의 외경으로 일정하게 감기게 된다.
이에 따라 트위스트된 해저용 폴리프로필렌 얀(10)이 공급롤과 유도나팔관에 의해 트위스트된 상태에서 최종적으로 권취롤의 보빈에 일정하게 감기기 때문에 해저용 폴리프로필렌 얀의 외관을 고르게 잡아줄 수 있는 장점이 있다.
한편, 해저용 폴리프로필렌 얀(10)에 대한 염색 공정이 더 수행될 수 있으며, 이러한 염색 공정 추가시 최종적으로 생산된 트위스트된 해저용 폴리프로필렌 얀(10)은 도 3과 같은 형태의 트위스트된 검은색의 폴리프로필렌 얀(10)이 될 수 있으며, 권취 및 트위스트된 상태는 도 2와 같을 수 있다.
도 5는 상술한 연신에 수행된 온도와 안정화를 위한 온도 사이에는 1 : 1.3 내지 1.4의 비율로 설정되어 수행된 경우의 연신 공정과 안정화 공정에 의해 제조된 트위스트된 해저용 폴리프로필렌 얀(10)에 대한 120℃×20min의 조건에서의 열변성에 따른 수축률, 그리고 인장하중에 대한 실험 결과를 나타내는 도표이다. 도 5를 참조하면 직경이 350 mm, 내경 76 mm, 지관 길이 365 mm를 갖고, 3.56 데니어(denier)의 1m 당 20(권취수)으로 트위스트된 해저용 폴리프로필렌 얀(10)에 대한 제 1 시험예에서 인장하중은 918N 그리고 수축률은 2.5%로 나타났다.
이때, 인장하중 특성은 트위스트된 해저용 폴리프로필렌 얀(10)를 25 ℃ 및 50 % 상대습도에서 24시간 동안 콘디셔닝 하였다. 미국 메사추세츠주 스터프톤의 신테크사로부터 모델 1/S로 상업적으로 구입 가능한 인장 시험 기계를 사용하여 시험을 수행하였다. 그리고 초기 죠(jaw) 분리 10.2 cm 및 크로스헤드 속도 30 cm/분을 사용하였다.
한편, 동일한 조건하에 3.51 데니어(denier)의 해저용 폴리프로필렌 얀에 대한 제 2 시험예에서 인장하중은 916N 그리고 수축률은 2.5%로 나타났다.
즉, 본 발명에 따른 해저용 폴리프로필렌 얀은 종래의 기술에 따른 폴리프로필렌 얀에 비해 수축률을 낮추고 인장하중을 높이는 것으로 나타났다.
이에 따라 종래의 폴리프로필렌에, 내후성 및 인장하중을 높이기 위해 Styrene-Butadiene고무, Styrene-Ethylene Block Copolymer, Ethylene-Ethylene Block Copolymer, Styrene-Styrene Block Copolymer등과 같은 열가소성 엘라스토머(Elastomer)와 아크릴계 폴리머를 첨가하여 제작된 시트가 판매되고 있으나, 이러한 첨가에 따른 부작용으로 가공작업에 어려움이 있으며, 투명도가 떨어지고 백화현상이 일어나는 문제점이 있다. 또한, 표면장력이 20∼28 dyne/cm2로 염화비닐수지가 가지는 32∼44 dyne/cm2에 크게 못 미쳐 인쇄적성과 타수지류와의 부착성이 나쁜 문제점을 갖고 있다. 이에 따라 본 발명에 따라 제조된 해저용 폴리프로필렌 얀은 이러한 문제점을 해결할 수 있고 부가적으로 치수안정성, 내후성, 가공의 용이함 그리고 저렴한 제작비용이 함께 보장되는 효과를 제공한다.
그리고, 본 발명에 있어서, 권취수라 함은, 트위스트된 해저용 폴리프로필렌 얀(10)의 직선 영역에 있어서, 트위스트전 해저용 폴리프로플렌 얀(20)이 접힌 수를 말한다. 그리고 탄성률(N/㎟)은 JIS Z2241에 기초하여 측정한 응력-변형 곡선 중, 직선 영역에 있어서의 기울기를 말한다.
한편, 3.5 내지 3.6 데니어(denier)인 해저용 폴리프로필렌 얀(20)을 1m 당 20의 권취수를 갖는 트위스트된 해저용 폴리프로필렌 얀(20)을 기준으로 실험결과, 저수축성 해저용 폴리프로필렌 얀(Polypropylene Yarn)을 이용한 해저케이블(1)에서 외부 보호층(30)이 내부에 트위스트된 해저용 폴리프로필렌 얀(10)이 감겨져서 형성된 외부 절연층에 미치는 응력의 크기는, 트위스트된 해저용 폴리프로필렌 얀(10)의 권취수와 상관되어 있다. 구체적으로는, 트위스트된 해저용 폴리프로필렌 얀(10)의 권취수에 따라 외부 보호층(30)의 유동에 따른 해저케이블(1) 자체의 응력의 크기와 상관되어 있다.
도 5의 제 1 실험예와 제 2 실험예의 동일한 조건에서 트위스트된 해저용 폴리프로필렌 얀(10)의 권취수에 따른 탄성률에 대한 실험 결과 1m 당 권취수가 20 이상으로 함으로써, 탄성률에 트위스트된 해저용 폴리프로필렌 얀(10)의 두께를 곱하여 얻어지는 값을 1.84kN/㎜ 이상으로 함으로써, 외부 보호층(30)의 접힙 및 유동 등에 대해 효과적으로 해저 케이블(1)의 파손을 억제할 수 있다.
부가적으로,폴리프로필렌 압출 용융물에서 폴리프로필렌 시트로 가공은 폴리프로필렌 시트 형성을 위한 두께(dickness) 제어를 위해 합성수지 발포 시트 압출기에 의하여 용융된 발포타입 폴리프로필렌 압출 용융물의 유량을 제어하는 T-die(금형)을 이용한다. 즉, 폴리프로필렌 압출 용융물에 대한 유량의 조절을 공압(空壓) 구동 방식을 활용하는 것이 바람직하다.
이렇게 성형된 폴리프로필렌 시트를 냉각조를 이용한 냉각시, 냉각조가 있는 하방으로 낙하하는 폴리프로필렌 시트가 냉각조 내에서 이송 롤러들에 의해 10초 내지 20초 동안 이동 이동하면서 냉각수에 의해 냉각되는 것이 바람직하다. 성형된 폴리프로필렌 시트를 -4℃에서 25℃의 물에서 냉각시켜서 형성시키는 것이 바람직하다. 본 발명의 다른 실시예로 오븐 방식 연신의 전에 폴리프로필렌 시트를 이루는 결정성 고분자를 보다 고속으로 고도하게 변형시키기 위해 결정성 고분자제의 피연신물의 표면에 수분을 부착시키고, 고압의 가압포화수증기를 연신매체로 하는 연신 욕조를 냉각조로 사용하여 해당 폴리프로필렌 시트를 연신함으로써 종래의 연신 방법에 의한 경우보다도 폴리프로필렌 시트를 크게 변형 시키는 것이 가능해지도록 한다. 이때, 냉각조의 절대압이 2.0 ㎏/㎠ 이상인 가압포화수증기를 연신매체로 사용함으로써, 냉각조 용기는 가압포화수증기가 누출되지 않도록 기밀성이 높은 것일 필요가 있지만, 한편으로 냉각조의 용기에는 폴리프로필렌 시트를 해당 냉각조로 공급시키기 위한 도입구멍 및 가압포화수증기를 용기 내에서 인출하기 위한 인출구멍을 형성할 필요가 있다.
한편, 냉각된 폴리프로필렌 시트를 가이드 롤러 최종단에 형성된 기계방향(machine direction:MD)과 반대 방향으로 칼날이 세워진 가변 커터를 이용해 커팅을 수행함으로써, 최종 생산되는 저수축성 해저용 폴리프로필렌 얀(20)의 폭(Width)의 규격에 따른 제조가 가능하도록 한다.
이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
1: 해저케이블
10: 트위스트된 해저용 폴리프로필렌 얀
20: 해저용 폴리프로필렌 얀
30: 외부 보호층
40: 내장층
50: 외장층

Claims (15)

  1. 폴리프로필렌 시트에 대한 가열 방식 연신, 니들 스플릿(needle split) 방식에 의한 메쉬(mesh) 공정에 따라 다이아몬드 격자 구조를 생성, 그리고 가열에 의한 안정화를 통해 형성된 3.5 내지 3.6 데니어(denier)의 폴리프로필렌 얀에 있어서,
    상기 가열 방식 연신이 수행되어 상기 폴리프로필렌 시트에 대한 연신 전후의 면적 비율이 5.8 내지 6.2 배로 증가된 폴리프로필렌 얀을 트위스트 시켜 1m 당 20 이상의 권취수를 갖도록 형성하는 특징으로 하는 저수축성 해저용 폴리프로필렌 얀.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 연신시 연신 오븐 내부의 온도에 비해 상기 안정화시 안정화 오븐 내부의 온도가 1.3 내지 1.4 배의 비율로 설정되어 수행되어 생성되는 것을 특징으로 하는 저수축성 해저용 폴리프로필렌 얀.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 폴리프로필렌 시트는,
    폴리프로필렌 원료를 압출기에 의해 폴리프로필렌 압출 용융물을 생성한 뒤, T-die 방식에 의해 성형되어 형성된 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 저수축성 해저용 폴리프로필렌 얀.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 폴리프로필렌 원료는,
    프로필렌의 단독 중합체 또는 2 내지 8개의 탄소원자를 가진 다른 α-올레핀과의 블록 또는 불규칙 공중합체이며,
    상기 α-올레핀은,
    1-부텐(1-butene), 1-펜텐(1-pentene), 1-헥센(1-hexene) 및 1-옥텐(1-octene) 중 하나인 것을 특징으로 하는 저수축성 해저용 폴리프로필렌 얀.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 프로필렌과 공중합 되는 α-올레핀의 양은,
    상기 프로필렌 1 몰당 0.001 내지 50 몰%인 것을 특징으로 하는 저수축성 해저용 폴리프로필렌 얀.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 폴리프로필렌 원료는,
    중량평균 분자량은 300,000 g/mol 이상, 용융지수는 0.1 내지 10 g/10분(230℃), 분자량 분포(PI)가 6 이상이며, 용융강도가 50 mN 이상인 것을 특징으로 하는 저수축성 해저용 폴리프로필렌 얀.
  7. 청구항 3에 있어서, 상기 압출기에 의한 폴리프로필렌 압출 용융물을 생성시,
    상기 폴리프로필렌 원료를 폴리프로필렌 수지(polypropylene resin)의 농도가 65 내지 85wt.%인 것을 사용하며, 100 내지 220 ℃의 온도에서 용해시키는 것을 특징으로 하는 저수축성 해저용 폴리프로필렌 얀.
  8. 케이블 코어의 내장층 내부에는 해저용 폴리프로필렌 얀으로 채워지며, 상기 내장층과 외장층 사이는 트위스트된 해저용 폴리프로플렌 얀이 감겨져 절연층을 형성하며, 상기 외장층의 외부로는 외부 보호층이 형성된 해저케이블에 있어서,
    상기 트위스트된 폴리프로필렌 얀은 상기 내장층 내부에 채워진 3.5 내지 3.6 데니어(denier)의 폴리프로피렌 얀을 1m 당 20 이상의 권취수를 갖도록 하여 생성하는 것을 특징으로 하는 저수축성 해저용 폴리프로필렌 얀을 이용한 해저케이블.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 외부 보호층은,
    콘크리트 소재로 형성되는 것을 특징으로 하는 저수축성 해저용 폴리프로필렌 얀을 이용한 해저케이블.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 케이블 코어의 내장층 내부에 채워진 해저용 폴리프로필렌 얀은,
    폴리프로필렌 시트에 대한 연신, 니들 스플릿(needle split) 방식에 의한 메쉬(mesh) 공정에 따라 다이아몬드 격자 구조를 생성, 그리고 가열에 의한 안정화에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 저수축성 해저용 폴리프로필렌 얀을 이용한 해저케이블.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 트위스트된 해저용 폴리프로필렌 얀은,
    상기 케이블 코어의 내장층 내부에 채워진 해저용 폴리프로필렌 얀을 합성수지 플랫얀 트위스트 권취장치를 이용한 권취 과정시 상기 권취수 만큼 트위스트되어 형성되는 것을 특징으로 하는 저수축성 해저용 폴리프로필렌 얀을 이용한 해저케이블.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 폴리프로필렌 시트는,
    상기 연신을 위한 연신 오븐으로 이송 직전 냉각조에 의해 냉각된 폴리프로필렌 시트를 가이드 롤러의 최종단에 형성된 기계방향(MD)과 반대 방향으로 칼날이 세워진 가변 커터를 이용해 커팅을 수행되어 규격에 맞춰진 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 저수축성 해저용 폴리프로필렌 얀을 이용한 해저케이블.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 케이블 코어의 내장층 내부에 채워진 해저용 폴리프로필렌 얀은,
    니들 스플릿(needle split) 방식에 의한 메쉬(mesh) 공정에 따라 다이아몬드 격자 구조를 생성시, 격자형의 니들이 외주면을 따라 형성된 니들 스플릿 롤러의 상향을 상기 폴리프로필렌 시트가 지나가도록 한 상태에서 상기 니들 스플릿 롤러의 회전에 의한 상기 격자형의 니들의 드래그 타입 펀칭에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 저수축성 해저용 폴리프로필렌 얀을 이용한 해저케이블.
  14. 폴리프로필렌 시트에 대한 연신, 니들 스플릿(needle split) 방식에 의한 메쉬(mesh) 공정에 따라 다이아몬드 격자 구조를 생성, 그리고 상기 연신시 가열 온도에 비해 1.3 내지 1.4 배로 설정되어 수행되는 가열에 의한 안정화를 통해 형성된 3.5 내지 3.6 데니어(denier)의 폴리프로필렌 얀에 있어서,
    상기 가열 방식 연신이 수행되어 상기 폴리프로필렌 시트에 대한 연신 전후의 면적 비율이 5.8 내지 6.2 배로 증가되며,
    합성수지 플랫얀 트위스트 권취장치에 의해 트위스트 되어 1m 당 20 이상의 권취수를 갖으며,
    상기 다이아몬드 격자 구조를 생성시, 격자형의 니들이 외주면을 따라 형성된 니들 스플릿 롤러의 상향을 상기 폴리프로필렌 시트가 지나가도록 한 상태에서 상기 니들 스플릿 롤러의 회전에 의한 상기 격자형의 니들의 드래그 타입 펀칭에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 저수축성 해저용 폴리프로필렌 얀.
  15. 케이블 코어의 내장층 내부에는 해저용 폴리프로필렌 얀으로 채워지며, 상기 내장층과 외장층 사이는 트위스트된 해저용 폴리프로플렌 얀이 감겨져 절연층을 형성하며, 상기 외장층의 외부로는 외부 보호층이 형성된 해저케이블에 있어서, 상기 트위스트된 해저용 폴리프로필렌 얀은,
    폴리프로필렌 시트에 대한 가열 방식 연신, 니들 스플릿(needle split) 방식에 의한 메쉬(mesh) 공정에 따라 다이아몬드 격자 구조를 생성, 그리고 상기 연신시 가열 온도에 비해 1.3 내지 1.4 배로 설정되어 수행되는 가열에 의한 안정화를 통해 형성된 3.5 내지 3.6 데니어(denier)의 폴리프로필렌 얀을 합성수지 플랫얀 트위스트 권취장치에 의해 트위스트 되어 1m 당 20 이상의 권취수를 갖도록 생성하며,
    상기 가열 방식 연신 수행에 따라 상기 폴리프로필렌 시트에 대한 연신 전후의 면적 비율이 5.8 내지 6.2 배로 증가되며,
    상기 다이아몬드 격자 구조를 생성시, 격자형의 니들이 외주면을 따라 형성된 니들 스플릿 롤러의 상향을 상기 폴리프로필렌 시트가 지나가도록 한 상태에서 상기 니들 스플릿 롤러의 회전에 의한 상기 격자형의 니들의 드래그 타입 펀칭에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 저수축성 해저용 폴리프로필렌 얀을 이용한 해저케이블.
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