KR101318942B1 - 다공질 불소수지를 포함하는 케이블 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

다공질 불소수지를 포함하는 케이블 및 그 제조방법이 개시된다. 본 발명의 다공질 불소수지를 포함하는 케이블의 제조방법은, 불소수지 100중량부 및 윤활제 5 내지 30중량부의 혼합물을 준비하는 단계(단계 a); 혼합물을 예비 성형(preforming)하여 예비 성형체를 제조하는 단계(단계 b); 맨드릴이 장착된 익스트루더에 예비 성형체를 투입하고, 맨드릴의 축방향으로 형성된 중공으로 내부도체를 연속 공급하면서, 예비 성형체가 내부도체를 피복하도록 압출 성형하되, 실린더 헤드의 경사면과 익스트루더의 길이방향 중심선이 이루는 각(θ)의 2배에 해당하는 실린더 헤드 경사각(2θ)을 10 내지 120°로 하고, 익스트루더의 피스톤 압력을 650 내지 1500kg/cm2 로 하여 예비 성형체를 압출하여 성형체를 제조하는 단계(단계 c); 성형체를 건조하는 단계(단계 d); 및 건조된 성형체를 열처리하는 단계(단계 e); 를 포함한다. 이에 의하여, 별도의 발포제를 첨가하거나 내부도체에 연신 공정에 의해 다공질이 형성된 시트를 권취하는 공정을 수행하는 종래의 방법에 의하지 않고, 내부도체를 축으로 하여 소정의 조건을 구비한 압출성형만으로 절연체의 유전율을 낮추어 신호전달을 위한 케이블 특성을 향상시키고, 균일성 보장, 공정효율 상승 및 공정비용 절감의 효과를 거둘 수 있다.

Description

다공질 불소수지를 포함하는 케이블 및 그 제조방법{Cables Comprising Porous Fluoroplastics and Preparation Method of the Same}
본 발명은 다공질 불소수지를 포함하는 케이블 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 발포제를 첨가하거나 연신 공정을 생략한 조건에서 불소수지 분말과 윤활제의 혼합물을 내부도체를 중심축으로 하여 압출함으로써 균일한 다공질의 불소수지 케이블을 제조할 수 있는 다공질 불소수지를 포함하는 케이블 및 그 제조방법에 관한 것이다.
정보통신 분야의 발달에 따라 정보통신기기 및 정보통신기기에 적용되는 반도체 소자의 시험 및 검사장치 등의 전송 속도의 고속화와 전송 정밀도 향상이 요구되고 있다. 이에 따라, 정보통신기기 및 장치에 적용되는 케이블의 전송속도 향상과 신호 손실값을 최소화할 필요가 있다.
이와 같은 요구를 충족시킬 수 있는 케이블로서 솔리드 폴리에틸렌(Solid Poly Ethylene(PE)), 발포 폴리에틸렌(Foamed Polyethylene), 솔리드 폴리테트라플루오르에틸렌(Solid PTFE(Poly Tetra Fluro Ethylene)) 타입 케이블 등이 사용되고 있다.
여기서, PE, PTFE는 케이블의 절연체로서 적용되는 것이며, PE는 융점이 약 130℃ 인데 반해, PTFE의 융점은 327℃ 정도로 내열성과 고주파 신호전달시 안정적인 유전상수를 유지하기 위한 특성이 있다. 한편, 솔리드 타입과 발포 타입 케이블의 차이점은 절연체 내부의 발포 여부, 즉 다공질 형성에 있다. 다시 말해, 솔리드 타입 케이블의 단면을 보면 내부도체와 절연체로만 구성되어 있지만, 발포 PTFE 타입 케이블의 코어 수직 단면을 보면 내부도체를 감싸고 있는 절연체에 발포층이 존재하는 것을 알 수 있다.
일반적으로 솔리드 PTFE 타입 케이블 절연체의 유전율은 약 2.07이며, 다공성불소수지 타입의 케이블 절연체의 유전율은 약 1.1-1.4이다. 즉, 케이블의 절연체에 다공질이 형성되면 유전율이 낮아져 케이블 특성이 향상될 수 있다.
PTFE 절연체에 다공질을 형성하는 방법은 통상적으로 화학적 발포제를 추가하거나 연신에 의해 다공질의 PTFE수지를 필름형태로 제작하며 이를 도선에 적층하여 케이블을 제조하는 방법이 사용되고 있다. 이와 같은 종래의 제조공정은 여러 단계의 공정들을 필요로 하고, 여러 단계의 공정을 거치면서 품질의 균일성을 보장하기 어려워 생산성이 낮아지고 제조비용이 상승하는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 발포제를 첨가하지 않고, 연신공정을 생략하고 불소수지와 윤활제의 혼합물만으로 압출 성형하면서도 균일한 다공질을 형성하여 유전율을 낮추며 케이블 특성을 향상시킨 다공질 불소수지 절연체를 포함하는 케이블 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다공질 불소수지를 포함하는 케이블은, 불소수지 100중량부 및 윤활제 5 내지 30중량부의 혼합물을 준비하는 단계(단계 a); 상기 혼합물을 예비 성형(preforming)하여 예비 성형체를 제조하는 단계(단계 b); 맨드릴이 장착된 익스트루더에 상기 예비 성형체를 투입하고, 상기 맨드릴의 축방향으로 형성된 중공으로 내부도체를 연속 공급하면서, 상기 예비 성형체가 내부도체를 피복하도록 압출 성형하되, 실린더 헤드의 경사면과 상기 익스트루더의 길이방향 중심선이 이루는 각(θ)의 2배에 해당하는 실린더 헤드 경사각(2θ)을 10 내지 120°로 하고, 상기 익스트루더의 피스톤 압력을 650 내지 1500kg/cm2 로 하여 상기 예비 성형체를 압출하여 성형체를 제조하는 단계(단계 c); 상기 성형체를 건조하는 단계(단계 d); 및 상기 건조된 성형체를 열처리하는 단계(단계 e); 를 포함하는 다공질 불소수지를 포함한다.
상기 실린더 헤드 경사각(2θ)은 10 내지 60°인 것일 수 있다.
상기 불소수지는 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE, polytetrafluoroethylene), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE, polychlorotrifluoroethylene) 및 폴리비닐리덴포르라이드(PVDF, polyvinylidenedifluoride)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 윤활제는 나프탄계 윤활제(naphthenic lubricant) 또는 파라핀계 윤활제(paraffinic lubricant)일 수 있다.
상기 단계 a 이후, 상기 혼합물을 숙성하는 공정을 더 수행할 수 있다.
상기 숙성은 20 내지 40℃의 온도에서 20 내지 28시간 동안 수행할 수 있다.
상기 실린더 헤드의 온도는 30 내지 300℃일 수 있다.
상기 단계 c에서, 케이블 직경이 0.6 내지 50mm 범위가 되도록 압출 성형할 수 있다.
상기 내부도체는 직경이 0.1 내지 10mm인 도선일 수 있다.
상기 단계 c 이후, 상기 압출 성형된 성형체는 다이로 이동하며, 상기 익스트루더와 다이를 연결하는 다이랜드의 길이가 2 내지 10mm일 수 있다.
상기 다이는 상기 실린더 헤드와 동일한 온도를 유지하는 것일 수 있다.
상기 단계 d는, 130 내지 200℃의 온도에서 수행될 수 있다.
상기 단계 d를 거친 건조된 성형체는 상기 윤활제의 함량이 0 내지 0.1wt% 로 건조된 것일 수 있다.
상기 단계 e는 370 내지 600℃의 온도에서 수행되는 것일 수 있다.
본 발명에서 상기 다공질 불소수지의 기공의 평균크기는 0.05 내지 100 ㎛, 바람직하게는 0.1 내지 10 ㎛, 보다 바람직하게는 0.1 내지 5 ㎛ 이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다공질 불소수지 케이블 제조용 조성물은, 불소수지 100중량부; 및 윤활제 5 내지 30중량부;를 포함하는 조성물이고, 상기 조성물은 발포제를 포함하지 않고, 상기 조성물은 다공질 불소수지를 포함하는 케이블 제조에 사용하기 위한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다공질 불소수지를 포함하는 케이블은, 상기 제조방법 중 어느 한 방법으로 제조된 것일 수 있다.
상기 다공질 불소수지는 동축케이블에 이용될 수 있다.
본 발명의 다공질 불소수지를 포함하는 케이블의 제조방법은 다공질을 형성하기 위하여 별도의 발포제를 첨가하거나, 내부도체에 연신 공정에 의해 다공질이 형성된 시트를 권취하는 공정을 수행하는 종래의 방법 대신, 발포제를 사용하지 않고, 연신공정을 생략한 공정으로 내부도체를 축으로 하여 소정의 조건을 구비한 압출성형만으로 다공질의 불소수지 절연체를 갖는 동축케이블을 제조함으로써 유전율을 낮추어 신호전달을 위한 케이블 특성을 향상시키고, 균일성 보장, 공정효율 상승 및 공정비용 절감의 효과를 거둘 수 있다.
도 1은 본 발명의 다공질 불소수지를 포함하는 케이블의 제조방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 다공질 불소수지를 포함하는 케이블 제조에 이용되는 장치의 일부를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 다공질 불소수지를 포함하는 동축케이블의 횡단면도이다.
도 4는 본 발명의 다공질 불소수지를 포함하는 동축케이블의 분해 사시도이다.
도 5의 (a)는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 케이블의 길이방향으로 자른 PTFE 수지 부분의 단면에 대한 SEM 이미지(×1,000)이고, (b)는 비교예 11의 다공질 PTFE 수지 필름의 면방향으로 자른 단면에 대한 SEM 이미지(×1,000)이다.
도 6의 (a)는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 케이블의 길이방향에 대하여 수직으로 자른 PTFE 수지 부분의 단면에 대한 SEM 이미지(×1,000)이고, (b)는 비교예 11의 다공질 PTFE 수지 필름의 면방향에 대하여 수직으로 자른 단면에 대한 SEM 이미지(×1,000)이다.
도 7의 (a)는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 케이블의 길이방향으로 자른 PTFE 수지 부분의 단면에 대한 SEM 이미지(×10,000)이고, (b)는 비교예 11의 다공질 PTFE 수지 필름의 면방향으로 자른 단면에 대한 SEM 이미지(×15,000)이다.
도 8의 (a)는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 케이블의 길이방향에 대하여 수직으로 자른 PTFE 수지 부분의 단면에 대한 SEM 이미지(×10,000)이고, (b)는 비교예 11의 다공질 PTFE 수지 필름의 면방향에 대하여 수직으로 자른 단면에 대한 SEM 이미지(×15,000)이다.
도 9는 본 발명의 비교예 1에 따라 제조된 케이블의 길이방향으로 자른 PTFE 수지 부분의 단면에 대한 SEM 이미지(×10,000)이다.
이하, 본 발명의 다공질 불소수지를 포함하는 케이블 제조에 이용되는 압출성형장치에 대해 개략적으로 살펴본 후, 상기 압출성형장치에 근거하여 본 발명의 다공질 불소수지를 포함하는 케이블의 제조방법에 대해 설명하고, 그 제조방법에 의해 제조된 다공질 불소수지를 포함하는 케이블의 구조 및 성질에 대해 살펴보도록 한다.
도 1은 본 발명에 이용되는 압출성형장치의 일부의 측단면을 나타낸 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 다공질 불소수지를 포함하는 케이블의 제조에 이용되는 압출성형장치는 익스트루더(extruder, 100) 및 다이(die, 200)를 포함한다.
익스트루더(extruder, 100)는 예비성형(performing)된 압출재료인 예비 성형체(performing body, 10)를 투입하여 압력에 의해 압출 성형하는 장치로서, 실린더(110), 익스트루더 램(extruder ram, 120) 및 맨드릴(mandrel, 130)을 포함한다.
실린더(110)는 압출재료를 임시 수용하며, 원하는 형태의 압출 성형물을 토출하는 부분으로서, 실린더 몸체(112), 실린더 헤드(114) 및 토출구(116)로 그 구조를 나누어 볼 수 있다.
상세하게는, 실린더 몸체(112)는 예비 성형체(10)가 가압되기 전 수용되는 부분으로, 원통형으로 이루어진다. 여기서 예비 성형체(10)는 튜브형일 수 있다.
또한, 실린더 헤드(114)는 실린더 몸체(112)의 일단과 일체로 연결되어 토출구(116)로 이어지는 부분으로, 예비 성형체(10)의 가압에 의한 압출시 통로가 되며, 말단으로 갈수록 직경이 일정하게 줄어드는 원뿔 형태를 이루며, 실린더 몸체(112)의 경계로부터 토출구(116)에 이르기까지 도시된 바와 같이 소정의 경사각(2θ)을 이루고 있다. 즉 실린더헤드 경사각(2θ)은 실린더 몸체(112) 말단과 토출구(116) 사이의 실린더 헤드(114)의 경사면과 상기 익스트루더(100)의 길이방향 중심선이 이루는 각(θ)의 2배에 해당한다.
토출구(116)는 실린더 헤드(114)의 말단부분으로 예비 성형체(10)의 가압에 의한 압출 성형물이 토출되는 출구이다. 이때, 토출구(116)의 직경(r)은 압출 성형물의 직경과 관련되고, 일반적으로 압출 성형물의 직경보다 약간 작게 제작된다.
한편, 실린더 헤드(114) 경사각(2θ)은 실린더 헤드(114)의 길이, 실린더 몸체의 직경(R), 토출구(116)의 직경(r) 등의 요인에 따라 달라질 수 있으며, 압출성형의 조건, 성형재료에 따라 적절히 조절할 수 있다.
다이(200)는 익스트루더(100)의 실린더 헤드(114)의 말단과 연결되어 토출구(112)로부터 나오는 압출 성형물를 수용하며, 특히, 다이 랜드(210) 부분은 토출구(116)와 연결되며 동일한 직경을 가지는 것이 바람직하다.
맨드릴(130)은 압출 성형물의 중공 구조를 만들기 위해 재료의 중심부분에 끼워지는 심봉으로서, 실린더(100)의 중심에 배치된다. 또한, 맨드릴(130)은 중공형으로 이루어져 내부에 축방향으로 선형의 구조물을 수용할 수 있으며, a방향으로 구리도선과 같은 내부도체(20) 그 외 지지체로 이용할 수 있는 선형의 구조물 등을 연속 공급하면, 내부도체(20)를 축으로 수용하는 동축 케이블 형의 압출 성형물을 제조할 수 있다.
압출 성형물의 성질에 따라 맨드릴(300)의 말단과 익스트루더 토출구(116)간의 간격 즉, 팁 클리어런스(d)를 조절할 수 있다. 압출 성형시 예비 성형체(10)는 중공에 맨드릴(130)이 관통되도록 실린더 몸체(112)에 투입된다.
도 2는 본 발명의 다공질 불소수지를 포함하는 케이블의 제조방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이다. 이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 다공질 불소수지를 포함하는 케이블의 제조방법을 설명하도록 한다.
먼저, 불소수지와 윤활제의 혼합물을 준비한다(단계 a).
상기 불소수지는 불소를 함유하는 올레핀을 중합시킨 합성수지로서, 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE, polytetrafluoroethylene), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE, polychlorotrifluoroethylene), 폴리비닐리덴포르라이드(PVDF, polyvinylidenedifluoride) 등을 적용할 수 있다.
그 외의 다른 불소수지도 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한 모두 포함될 수 있으나 폴리테트라플루오로에틸렌을 적용하는 것이 바람직하며, 상기 폴리테트라플루오로에틸렌의 분말은 수평균분자량이 5만 이상, 바람직하게는 5만 내지 3000만의 범위에 있는 것을 사용할 수 있다.
상기 윤활제는 나프탄계 윤활제(naphthenic lubricant) 또는 파라핀계 윤활제(paraffinic lubricant)를 적용하는 것이 바람직하나, 여기에 한정되지는 않는다.
상기 윤활제는 압출 저항을 줄이기 위하여 사용하는 것으로서, 압출비(extrusion ratio)와 실린더 헤드(114)의 경사각(2θ) 등 요인에 따라 함량을 조절할 수 있다.
상기 윤활제의 함량은 상기 불소수지 100중량부에 대하여 5 내지 30중량부로 포함시킬 수 있다. 상기 윤활제의 함량이 불소수지 100중량부에 대하여 30중량부를 초과하면 성형체 내부에 기공이 발생하기 힘들어 다공질이 형성되기 어려우며, 5중량부 미만이면, 압출저항이 지나치게 높아 성형체 내부의 조직이 불균일하게 될 수 있다.
상기 불소수지, 바람직하게는 분말형태의 불소수지와 윤활제의 혼합물이 준비되면, 이를 20 내지 40℃의 온도에서 20~28시간 동안 숙성시키는 공정을 더 수행할 수 있다. 이에 따라, 불소수지 분말에 윤활제가 더욱 균일하게 분포될 수 있다.
이후, 상기 불소수지와 윤활제의 예비 성형체(10)를 제조한다(단계 b).
상세하게는, 상기 불소수지 분말과 윤활제의 혼합물을 압축하여 내부도체가 관통할 수 있도록 중공형으로 제조하여, 제조방법은 압출성형으로 하는 것이 바람직하나, 본 발명의 범위가 여기에 한정되는 것은 아니다.
상기 예비 성형체는 익스트루더 실린더(110) 내에 맨드릴(130)이 중심에 관통되도록 장착될 수 있다. 이때, 상기 예비 성형체(10)의 직경은 실린더 몸체(112)의 내부직경보다 약간 작게 제조한다.
다음으로, 익스트루더(100)의 실린더(110)에 상기 제조된 예비 성형체(10)를 투입하고. 맨드릴(130) 내부에 내부도체(20)를 연속공급하여 케이블형으로 압출 성형을 수행한다(단계 c).
상세하게는, 맨드릴(130)이 예비 성형체(10)의 중공으로 관통하도록 예비 성형체(10)를 실린더 몸체(112)에 투입한다. 또한, 맨드릴(130)의 중공에 내부도체(20)를 a 방향으로 공급한다.
내부도체(20)는 본 발명의 다공질 불소수지를 포함하는 동축케이블의 축을 이루며, 신호를 전달하는 역할을 하는 도선으로서 구리(Cu) 도선을 적용하는 것이 바람직하나, 여기에 한정되는 것은 아니다.
내부도체(20)의 직경은 0.1 내지 10mm으로 하고, 바람직하게는 1 내지 3mm, 더욱 바람직하게는 1.2 내지 2.7mm 범위인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
맨드릴(130)에 내부도체(20)의 공급을 연속적으로 수행하며 익스트루더 램(120)으로 예비 성형체(10)에 압력을 가하면 피스톤(122)이 예비 성형체(10)를 실린더 헤드(114) 방향으로 밀어내면서 토출구(116)를 통하여 압출된다. 이때, 압출성형된 케이블은 중심축에 내부도체(20)를 수용한 채 케이블 형태로 압출 성형될 수 있다.
이때, 실린더 헤드(114)의 경사면과 상기 익스트루더(100)의 길이방향 중심선이 이루는 각(θ)의 2배에 해당하는 실린더 헤드 경사각(2θ)을 10 내지 120°, 바람직하게는 10 내지 60°, 더욱 바람직하게는 10 내지 30°로 조절할 수 있다.
실린더 헤드(114)의 온도는 30 내지 300℃의 범위로 유지하고, 바람직하게는 60 내지 300℃로 유지할 수 있다.
토출구(116) 직경(r)은 압출 성형될 동축케이블의 직경에 따라 달라질 수 있으며, 바람직하게는 0.6 내지 50mm 범위로 조절할 수 있다. 이에 따라, 압출 성형된 재료는 0.6 내지 50mm 의 직경을 가지는 것이 바람직하다.
한편, 압출 성형될 케이블의 성질에 따라, 팁 클리어런스(d)를 조절할 수 있으며, 팁 클리어런스(d)가 크면 내부도체(20)와 예비 성형체(10)를 이루는 절연체 재료가 상대적으로 빨리 접촉하게 되고, 접촉하여 압착되는 시간이 길어짐에 따라 내부도체(20)와 절연체 간의 밀착도가 높아질 수 있다.
따라서 상기 밀착도가 높으면 케이블의 커패시턴스(capacitance)를 최소화하여 신호전달 효율을 최대화할 수 있으며, 케이블 제조 후, 후가공시 내구성 및 가공성을 향상시킬 수 있다. 따라서 케이블의 성질 및 용도에 따라, 팁 클리어런스(d)를 조절하여 압출성형을 수행할 수 있다.
내부도체(20)를 축으로 압출 성형된 케이블은 토출구(116)으로 나와 다이랜드(210)으로 이동한다.
이때, 다이랜드(210)의 길이는 2 내지 10mm, 바람직하게는 2 내지 4mm 로 조절할 수 있으며, 다이(200)의 온도는 실린더 헤드(114)의 온도와 동일한 온도 즉, 30 내지 300℃, 바람직하게는 60 내지 300℃로 유지할 수 있다.
한편, 익스트루더 램(130)에 의해 예비 성형체(10)에 가해지는 피스톤(122)의 압력은 650 내지 1500kg/cm2의 범위로 가하는 것이 바람직하다.
이후, 상기 압출 성형된 성형체는 건조공정을 수행하여 윤활제를 제거한다(단계 d).
상기 건조는 윤활제의 비등점 이상의 온도에서 수행되도록 하며, 바람직하게는105℃ 이상, 더욱 바람직하게는 130 내지 200℃에서 수행할 수 있다. 건조시간은 10 내지 100초, 바람직하게는 15 내지 45초 동안 수행하는 것이 바람직하다.
상기 건조에 의하여, 상기 압출 성형된 케이블의 상기 윤활제 함량은 0.1wt%이하가 되도록 하는 것이 바람직하며, 이보다 윤활제의 함량이 높으면, 이후의 열처리 공정에서 윤활제가 기화되면서 폭발이 일어나 제품에 균열, 깨짐 현상이 발생할 수 있다.
마지막으로, 상기 건조된 성형체를 열처리함으로써 불소수지 부분이 재결정 되도록 하여 다공질 불소수지를 포함하는 케이블을 제조한다(단계 e).
상기 열처리는 불소수지의 용융점 이상의 온도에서 수행하며, 바람직하게는 370 내지 600℃의 온도범위에서 수행할 수 있다.
상기 열처리에 의하여 불소수지 분말은 재결정되며, 이에 따라, 기공의 크기 및 분포가 균일한 다공질 불소수지로 이루어진 절연체가 형성될 수 있다. 상기 형성된 기공들은 오픈 셀(open cell)형으로 형성된다. 다시 말해, 기공들 간에 교차가 일어나 수지의 표면으로부터 반대편 표면까지 미세통로가 형성될 수 있다. 이와 같은, 균일한 다공질 절연체는 유전율이 낮고, 신호전달을 위한 케이블 특성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에서 상기 다공질 불소수지의 기공의 평균크기는 0.05 내지 100㎛, 바람직하게는 0.1 내지 10 ㎛, 보다 바람직하게는 0.1 내지 5 ㎛ 이다.
본 발명은 불소수지 100중량부; 및 윤활제 5 내지 30중량부;를 포함하는 조성물이고, 상기 조성물은 발포제를 포함하지 않고, 상기 조성물은 다공질 불소수지를 포함하는 케이블 제조에 사용하기 위한, 다공질 불소수지를 포함하는 케이블 제조용 조성물을 제공한다. 종래기술은 발포제를 사용하여 다공질 수지를 제조하였으나, 본 발명은 발포제를 사용하지 않고 연신공정을 생략한 압출공정을 통하여 다공질 불소수지를 제조할 수 있다.
본 발명은 상기 제조방법에 따라 제조된 다공질 불소수지를 포함하는 케이블과 이를 이용한 동축케이블을 제공한다.
도 3은 본 발명의 다공질 불소수지를 포함하는 동축케이블(coaxial cable)의 횡단면도이며, 도 4는 본 발명의 다공질 불소수지를 포함하는 동축케이블의 분해 사시도이다.
도 3 및 도 4를 참조하여, 본 발명의 다공질 불소수지를 포함하는 케이블(a)과 이를 이용한 동축케이블(b)을 설명하도록 한다.
본 발명의 다공질 불소수지를 포함하는 케이블(a)은, 내부 중심축으로 내부도체(20)가 마련되고, 그 외부에 내부 절연체(30)가 피복되어 있는 구조를 갖는다.
내부도체(20)는 상술한 바와 같이 구리 등의 신호전달 도선이며, 내부 절연체(30)는 다공질 불소수지로 이루어진다. 다공질이 균일하게 형성된 내부 절연체로 인한 효과는 앞서 설명한 바와 같다.
또한, 본 발명의 다공질 불소수지를 포함하는 동축케이블(b)은, 내부 중심축으로부터 내부도체(20), 내부 절연체(30), 외부도체(40) 및 외부 절연체(50)가 적층된 구조이다.
내부도체(20) 및 내부 절연체(30)는 상기 케이블의 설명에서와 동일하며, 외부도체(40)는 차폐(shield) 기능을 하는 부분으로, 내부 신호가 밖에 영향을 주거나, 외부의 노이즈가 내부로 들어오는 것을 방어하는 기능을 수행한다. 또한, 외부 절연체(50)는 동축케이블의 최외각 피복에 해당하며, 외부도체(40) 및 외부 절연체(50)와 관련한 사항은 통상적으로 알려진 바와 같으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 설명하도록 한다.
[실시예]
실시예 1
PTFE 분말(듀폰사, 제품 no.640)을 준비하여 윤활제 (엑슨사, Isopar E,M)를 첨가하여 혼합물을 준비하고, 이때, PTFE 분말 100중량부와 윤활제 18중량부로 혼합하였다. 이후, 상기 혼합물을 40℃의 오븐에서 24시간 동안 숙성시킨 후, 이를 예비성형 압출기에서 온도 40℃, 압력 0.7~2.0Mpa, 선속도 50mm/min로 1차 압출시켜 직경 7cm, 중공 직경 1.5cm인 예비 성형체를 제조하였다.
제조된 예비 성형체를 익스트루더에 장착하고 실린더 헤드 경사각(2θ) 20°, 토출구 직경 5mm, 맨드릴 직경 16mm, 실린더 헤드 온도 60℃, 다이랜드 길이 2mm, 다이 온도 60℃로 조절하고, 맨드릴 중공에 직경 0.95mm인 구리도선을 공급하면서 피스톤 압력 730kg/cm2으로 케이블을 압출하였다.
이에 따라 압출된 케이블은 130℃에서 10초 동안 건조시켜 윤활제를 증발시킨 후, 370 내지 450℃의 범위에서 서서히 단계적으로 온도를 올리면서 40초 동안 열처리 하였다.
실시예 2
실린더 헤드 경사각을 10°, 피스톤 압력을 650 Kg/cm2으로 한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 케이블을 제조하였다.
실시예 3
실린더 헤드 경사각을 15°, 피스톤 압력을 710 Kg/cm2으로 한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 케이블을 제조하였다.
실시예 4
실린더 헤드 경사각을 50°, 피스톤 압력을 920 Kg/cm2으로 한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 케이블을 제조하였다.
실시예 5
실린더 헤드 경사각을 80°, 피스톤 압력을 1,190 Kg/cm2으로 한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 케이블을 제조하였다.
실시예 6
실린더 헤드 경사각을 100°, 피스톤 압력을 1,360 Kg/cm2으로 한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 케이블을 제조하였다.
실시예 7
실린더 헤드 경사각을 110°, 피스톤 압력을 1,440 Kg/cm2으로 한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 케이블을 제조하였다.
실시예 8
실린더 헤드 경사각을 120°, 피스톤 압력을 1,500 Kg/cm2으로 한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 케이블을 제조하였다.
실시예 9
윤활제를 5중량부, 피스톤 압력을 1,210 Kg/cm2으로 한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 케이블을 제조하였다.
실시예 10
윤활제를 10중량부, 피스톤 압력을 850 Kg/cm2으로 한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 케이블을 제조하였다.
실시예 11
윤활제를 30중량부, 피스톤 압력을 650 Kg/cm2으로 한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 케이블을 제조하였다.
비교예 1
실린더 헤드 경사각을 5°, 피스톤 압력을 600 Kg/cm2으로 한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 케이블을 제조하였다.
비교예 2
실린더 헤드 경사각을 7°, 피스톤 압력을 620 Kg/cm2으로 한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 케이블을 제조하였다.
비교예 3
실린더 헤드 경사각을 125°, 피스톤 압력을 1,550 Kg/cm2으로 한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 케이블을 제조하였다.
비교예 4
실린더 헤드 경사각을 130°, 피스톤 압력을 1,600 Kg/cm2으로 한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 케이블을 제조하였다.
비교예 5
실린더 헤드 경사각을 140°, 피스톤 압력을 1,640 Kg/cm2으로 한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 케이블을 제조하였다.
비교예 6
윤활제 함량을 1중량부, 피스톤 압력을 1,450 Kg/cm2으로 한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 케이블을 제조하였다.
비교예 7
윤활제 함량을 3중량부, 피스톤 압력을 1,380 Kg/cm2으로 한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 케이블을 제조하였다.
비교예 8
윤활제 함량을 35중량부, 피스톤 압력을 650 Kg/cm2으로 한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 케이블을 제조하였다.
비교예 9
윤활제 함량을 45중량부, 피스톤 압력을 410 Kg/cm2으로 한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 케이블을 제조하였다.
비교예 10
윤활제 함량을 60중량부, 피스톤 압력을 190 Kg/cm2으로 한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 케이블을 제조하였다.
비교예 11
고어사(W.L. Gore & Associates)의 PTFE 수지(Gore Valve Stempacking Modle No: DP06-25)를 본 발명의 케이블에 포함되는 불소수지 절연체와 비교하였다. 상기 고어사 수지는 압출성형 후 연신한 것으로서 필름형태이다.
실험예 1: 본 발명의 다공질 불소수지를 포함하는 케이블과 종래 다공질 불소수지의 내부 조직 비교
본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 다공질 PTFE 절연체를 갖는 케이블과 비교예 11의 다공질 PTFE 수지 필름의 내부 조직구조를 비교해 보았다.
본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 케이블의 길이방향으로 자른 PTFE 수지 부분의 단면(a)과 비교예 11의 다공질 PTFE 수지 필름의 면방향으로 자른 단면(b)에 대한 SEM 이미지(×1000)를 비교하여 도 5에 나타내었다. 또한, 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 케이블의 길이방향에 대하여 수직으로 자른 PTFE 수지 부분의 단면(a)과 비교예 11의 다공질 PTFE 수지 필름의 면방향에 대하여 수직으로 자른 단면(b)에 대한 SEM 이미지(×1000)를 비교하여 도 6에 나타내었다
한편, 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 케이블의 길이방향으로 자른 PTFE 수지 부분의 단면 SEM 이미지(×10000) (a)와 비교예 11의 다공질 PTFE 수지 필름의 면방향으로 자른 단면 SEM 이미지(×15000) (b)를 비교하여 도 7에 나타내었다. 또한, 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 케이블의 길이방향에 대하여 수직으로 자른 PTFE 수지 부분의 단면 SEM 이미지(×10000) (a)와 비교예 11의 다공질 PTFE 수지 필름의 면방향에 대하여 수직으로 자른 단면 SEM 이미지(×15000) (b)를 비교하여 도 8에 나타내었다
도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 케이블의 PTFE 수지 부분의 다공질이 종래 고어사의 PTFE 필름 즉, 비교예 11에 따른 수지에 형성된 다공질과 비교하여 손색이 없으며, 발포제를 첨가하거나 PTFE 분말과 윤활제의 혼합물을 연신하는 공정을 거치지 않고도 압출하는 단순한 공정만으로 조직 내 오픈 셀 형의 다공질이 치밀하고, 균일하게 잘 형성된 불소수지를 포함하는 케이블을 제조할 수 있음을 확인할 수 있었다. 본 발명의 케이블에 포함된 불소수지의 기공의 평균크기(평균두께)는 0.1 내지 10 ㎛로 측정되었다.
실험예 2: 공정조건에 변화에 따른 다공질 불소수지 포함하는 케이블의 내부조직 비교
실시예 1 내지 실시예 11, 및 비교예 1 내지 비교예 10에 따라 제조된 불소수지 포함하는 케이블의 기공형성 여부와 기공균일 정도를 관찰하여 하기 표 1에 정리하였다.
불소수지
(중량부)		 윤활제
(중량부)		 실린더 헤드 경사각(2θ, °) 피스톤 압력
(Kg/cm2)		 기공형성 여부 기공균일 정도
실시예 1 100 18 20 730 ○ ○
실시예 2 100 18 10 650 ○ △
실시예 3 100 18 15 710 ○ ○
실시예 4 100 18 50 920 ○ ○
실시예 5 100 18 80 1,190 ○ ○
실시예 6 100 18 100 1,360 ○ ○
실시예 7 100 18 110 1,440 ○ △
실시예 8 100 18 120 1,500 ○ △
실시예 9 100 5 20 1,210 ○ ○
실시예 10 100 10 20 850 ○ ○
실시예 11 100 30 20 670 ○ ○
비교예 1 100 18 5 600 × -
비교예 2 100 18 7 620 × -
비교예 3 100 18 125 1,550 × -
비교예 4 100 18 130 1,600 × -
비교예 5 100 18 140 1,640 × -
비교예 6 100 1 20 1,450 × -
비교예 7 100 3 20 1,380 × -
비교예 8 100 35 20 650 × -
비교예 9 100 45 20 410 × -
비교예 10 100 60 20 190 × -
* 기공형성 여부: ○: 형성됨, ×: 형성 안 됨
* 기공균일 정도: ○: 양호, △: 보통, ×: 불량
비교예 1에 따라 제조된 케이블의 길이방향으로 자른 PTFE 수지 부분의 단면에 대한 SEM 이미지(×10,000)를 도 9에 나타내었다. 도 9를 살펴보면, 비교예 1에 따라 제조된 케이블의 PTFE 피복 내부에 기공이 형성되지 않은 모습을 확인할 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
10: 예비 성형체 100: 익스트루더
110: 실린더 112: 실린더 몸체
114: 실린더 헤드 116: 토출구
120: 익스트루더 램 122: 피스톤
130: 맨드릴 200: 다이
210: 다이랜드

Claims (17)

  1. 불소수지 100중량부 및 윤활제 5 내지 30중량부의 혼합물을 준비하는 단계(단계 a);
    상기 혼합물을 예비 성형(preforming)하여 예비 성형체를 제조하는 단계(단계 b);
    맨드릴이 장착된 익스트루더에 상기 예비 성형체를 투입하고, 상기 맨드릴의 축방향으로 형성된 중공으로 내부도체를 연속 공급하면서, 상기 예비 성형체가 내부도체를 피복하도록 압출 성형하되, 실린더 헤드의 경사면과 상기 익스트루더의 길이방향 중심선이 이루는 각(θ)의 2배에 해당하는 실린더 헤드 경사각(2θ)을 10 내지 120°로 하고, 상기 익스트루더의 피스톤 압력을 650 내지 1500kg/cm2 로 하여 상기 예비 성형체를 압출하여 성형체를 제조하는 단계(단계 c);
    상기 성형체를 건조하는 단계(단계 d); 및
    상기 건조된 성형체를 열처리하는 단계(단계 e); 를
    포함하는 다공질 불소수지를 포함하는 케이블의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 실린더 헤드 경사각(2θ)은 10 내지 60°인 것을 특징으로 하는 다공질 불소수지를 포함하는 케이블의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 불소수지는 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE, polytetrafluoroethylene), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE, polychlorotrifluoroethylene) 및 폴리비닐리덴포르라이드(PVDF, polyvinylidenedifluoride)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 다공질 불소수지를 포함하는 케이블의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 윤활제는 나프탄계 윤활제(naphthenic lubricant) 또는 파라핀계 윤활제(paraffinic lubricant)인 것을 특징으로 하는 다공질 불소수지를 포함하는 케이블의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 단계 a 이후, 상기 혼합물을 숙성하는 공정을 더 수행하는 것을 특징으로 하는 다공질 불소수지를 포함하는 케이블의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 숙성은 20 내지 40℃의 온도에서 20 내지 28시간 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 다공질 불소수지를 포함하는 케이블의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 실린더 헤드의 온도는 30 내지 300℃인 것을 특징으로 하는 다공질 불소수지를 포함하는 케이블의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 단계 c에서, 케이블 직경이 0.6 내지 50mm 범위가 되도록 압출 성형하는 것을 특징으로 하는 다공질 불소수지를 포함하는 케이블의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 내부도체는 직경이 0.1 내지 10mm인 도선인 것을 특징으로 하는 다공질 불소수지를 포함하는 케이블의 제조방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 단계 c 이후, 상기 압출 성형된 성형체는 다이로 이동하며, 상기 익스트루더와 다이를 연결하는 다이랜드의 길이가 2 내지 10mm인 것을 특징으로 하는 다공질 불소수지를 포함하는 케이블의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 다이는 상기 실린더 헤드와 동일한 온도를 유지하는 것을 특징으로 하는 다공질 불소수지를 포함하는 케이블의 제조방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 단계 d는, 130 내지 200℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 다공질 불소수지를 포함하는 케이블의 제조방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 단계 d를 거친 건조된 성형체는 상기 윤활제의 함량이 0 내지 0.1wt% 로 건조된 것을 특징으로 하는 다공질 불소수지를 포함하는 케이블의 제조방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 단계 e는 370 내지 600℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 다공질 불소수지를 포함하는 케이블의 제조방법.
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  16. 삭제
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