KR101869960B1 - 코로나 표면처리 및 코팅 연속처리 방식을 이용한 케이블 쉴드층 코팅 자동화 장치 및 그 방법 - Google Patents

코로나 표면처리 및 코팅 연속처리 방식을 이용한 케이블 쉴드층 코팅 자동화 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

코로나 방전 효과에 의해 전도성 코팅액과의 젖음성을 향상시킬 수 있는 코로나 표면처리 및 코팅 연속처리 방식을 이용한 케이블 쉴드층 코팅 자동화 장치 및 그 방법과, 이에 의해 제조된 케이블에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 코로나 표면처리 및 코팅 연속처리 방식을 이용한 케이블 쉴드층 코팅 자동화 방법은 (a) 모터가 장착된 리와인딩부와, 상기 리와인딩부와 이격되도록 배치된 와인딩부에 메탈 코어에 불소수지 절연체가 피복된 케이블을 고정시키는 단계; (b) 상기 와인딩부에 권선된 케이블을 상기 리와인딩부로 감아 권선하면서 코로나 방전 처리부를 통과시켜 상기 불소수지 절연체의 표면을 코로나 방전 처리하는 단계; 및 (c) 상기 코로나 방전 처리된 불소수지 절연체의 표면에 전도성 코팅액을 코팅하고 건조하여 전도성 차폐층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

코로나 표면처리 및 코팅 연속처리 방식을 이용한 케이블 쉴드층 코팅 자동화 장치 및 그 방법{CABLE SHIELD LAYER COATING AUTOMATIC APPARATUS USING CORONA SURFACE TREATMENT AND COATING CONTINUATION TREATMENT TYPE AND METHOD OF METHOD OF PROCESSING THE SAME}
본 발명은 코로나 표면처리 및 코팅 연속처리 방식을 이용한 케이블 쉴드층 코팅 자동화 장치 및 그 방법과, 이에 의해 제조된 케이블에 관한 것으로, 보다 상세하게는 코로나 방전 효과에 의해 전도성 코팅액과의 젖음성을 향상시킬 수 있는 코로나 표면처리 및 코팅 연속처리 방식을 이용한 케이블 쉴드층 코팅 자동화 장치 및 그 방법과, 이에 의해 제조된 케이블에 관한 것이다.
일반적으로, 장거리 전화망이나 유선 TV, 구내 정보 통신망 등의 통신 선로로 이용되는 케이블은 중심에 도체가 있고 그 주변을 둘러싸는 높은 유전상수를 갖는 유전체와 다시 이를 감싸는 도체망, 즉 전자파 차폐층이 다른 케이블들과의 간섭을 없애기 위해 절연재킷으로 구성되며 전자파 차폐층으로 인해 외부의 전기적 간섭을 적게 받기 때문에 전력손실이 적어 주로 고속 통신 선로로 많이 이용되고 있다.
이러한 케이블은 정보통신기술의 발전에 따라 더욱 더 저손실화와 고속전송화를 이룰 수 있도록 고성능화된 특성이 요구되고 있다.
최근에는 초고속 데이터 전송용 케이블 필요성이 확대되고, 전자기기의 경량화, 소형화 요구로 인해 초극세 케이블의 중요성이 확대되고 있다. 초극세 케이블 개발을 위해 불소수지 절연체 위에 기존 케이블 압출 방식이 아닌 코팅 방식으로 전자파 차폐층을 피복하고 있다.
다만, 케이블의 높은 유전상수 값을 갖는 절연체는 불소수지인 퍼플루오로알콕시알칸(PFA)를 주로 이용하고 있는데, 불소수지는 표면 장력의 수치 값이 대략 20 ~ 25mN/m로 상당히 높을 뿐만 아니라, 내화학성, 내약품성 등이 강해 다른 물질과의 젖음성이 약하다는 문제가 있었다.
관련 선행문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2015-0125981호(2015.11.10. 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 코팅된 가공 전선 및 방법이 기재되어 있다.
본 발명의 목적은 코로나 방전 효과에 의해 전도성 코팅액과의 젖음성을 향상시킬 수 있는 코로나 표면처리 및 코팅 연속처리 방식을 이용한 케이블 쉴드층 코팅 자동화 장치 및 그 방법과, 이에 의해 제조된 케이블을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 코로나 표면처리 및 코팅 연속처리 방식을 이용한 케이블 쉴드층 코팅 자동화 장치는 메탈 코어에 불소수지 절연체가 피복된 케이블이 감겨진 와인딩부; 상기 와인딩부와 이격되도록 배치되며, 상기 리와인딩부에 장착된 모터에 의한 회전 운동에 의해 상기 케이블을 리와인드하기 위한 리와인딩부; 상기 와인링부와 리와인딩부 사이에 장착되어, 상기 케이블의 텐션을 조절하기 위한 복수의 케이블 가이드 롤러; 상기 복수의 케이블 가이드 롤러 사이에 장착되며, 상기 와인딩부에 권선된 케이블을 상기 리와인딩부로 감아 권선하면서 상기 케이블의 불소수지 절연체 표면을 코로나 방전 처리하기 위한 코로나 방전 처리부; 및 상기 코로나 방전 처리부와 이격되도록 장착되어, 상기 코로나 방전 처리된 불소수지 절연체의 표면에 전도성 코팅액을 코팅하고 건조하여 전도성 차폐층을 형성하기 위한 코팅 처리부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 코로나 표면처리 및 코팅 연속처리 방식을 이용한 케이블 쉴드층 코팅 자동화 방법은 (a) 모터가 장착된 리와인딩부와, 상기 리와인딩부와 이격되도록 배치된 와인딩부에 메탈 코어에 불소수지 절연체가 피복된 케이블을 고정시키는 단계; (b) 상기 와인딩부에 권선된 케이블을 상기 리와인딩부로 감아 권선하면서 코로나 방전 처리부를 통과시켜 상기 불소수지 절연체의 표면을 코로나 방전 처리하는 단계; 및 (c) 상기 코로나 방전 처리된 불소수지 절연체의 표면에 전도성 코팅액을 코팅하고 건조하여 전도성 차폐층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 코로나 표면처리 및 코팅 연속처리 방식을 이용한 케이블 쉴드층 코팅 자동화 방법에 의해 제조된 케이블은 적어도 하나 이상의 메탈 코어; 상기 메탈 코어의 표면을 피복하며, 상기 메탈 코어와 맞닿는 면과 반대되는 면이 코로나 방전 처리된 불소수지 절연체; 및 상기 코로나 방전 처리된 불소수지 절연체의 표면에 피복된 전도성 차폐층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 코로나 표면처리 및 코팅 연속처리 방식을 이용한 케이블 쉴드층 코팅 자동화 장치 및 그 방법과, 이에 의해 제조된 케이블은 불소수지 절연체가 피복된 케이블에 대하여 코로나 방전 처리를 실시하는 것에 의해, 불소수지 절연체의 표면에 라디컬이나 이온이 생성되어 주위의 오존, 산소, 질소 등과의 반응으로 극성관능기가 도입되어 불소수지 절연체의 표면 장력의 수치 값이 5 ~ 15mN/m로 낮아져 전도성 차폐층과의 젖음성을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 코로나 표면처리 및 코팅 연속처리 방식을 이용한 케이블 쉴드층 코팅 자동화 장치 및 그 방법과, 이에 의해 제조된 케이블은 케이블 가이드 롤러 및 보조 가이드 롤러를 이용하여 불소수지 절연체가 피복된 케이블을 고정시키기 때문에 케이블에 대한 텐션을 조절하는 것이 가능하여 케이블의 끊어짐을 미연에 방지할 수 있게 된다.
이 결과, 본 발명에 따른 코로나 표면처리 및 코팅 연속처리 방식을 이용한 케이블 쉴드층 코팅 자동화 장치 및 그 방법과, 이에 의해 제조된 케이블은 케이블 가이드 롤러 및 보조 가이드 롤러가 불소수지 절연체가 피복된 케이블이 코로나 방전 처리부의 코로나 방전 통로를 통과할 때 케이블의 중심을 잡아주는 역할을 하기 때문에 코로나 방전 처리에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 코로나 표면처리 및 코팅 연속처리 방식을 이용한 케이블 쉴드층 코팅 자동화 장치 및 그 방법과, 이에 의해 제조된 케이블은 자동화 방식으로 불소수지 절연체의 표면에 대한 코로나 방전 처리를 실시한 후, 연속적으로 코로나 방전 처리된 불소수지 절연체의 표면에 대하여 전도성 코팅액을 코팅하는 것에 의해, 코로나 방전 처리 효과에 의한 전도성 코팅액과의 젖음성 향상으로 원통 형상의 불소수지 절연체의 표면에 대하여 전도성 코팅액을 균일한 두께로 360°코팅하는 것이 가능하여 코팅성을 향상시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 코로나 표면처리 및 코팅 연속처리 방식을 이용한 케이블 쉴드층 코팅 자동화 장치를 나타낸 단면도.
도 2는 도 1의 A 부분을 확대하여 나타낸 사시도.
도 3은 도 1의 코로나 방전 처리부를 확대하여 나타낸 모식도.
도 4는 도 1의 코팅 처리부를 확대하여 나타낸 측 단면도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 코로나 표면처리 및 코팅 연속처리 방식을 이용한 케이블 쉴드층 코팅 자동화 방법을 나타낸 공정 순서도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 코로나 표면처리 및 코팅 연속처리 방식을 이용한 케이블 쉴드층 코팅 자동화 방법에 의해 제조된 케이블을 나타낸 단면도.
도 7은 실시예 1 ~ 2 및 비교예 1, 3에 따른 불소수지 절연체를 광학현미경으로 촬영하여 나타낸 사진.
도 8은 실시예 1 및 비교예 1에 따른 불소수지 절연체를 광학현미경으로 촬영하여 나타낸 사진.
도 9는 실시예 1 및 비교예 3 ~ 4에 따라 제조된 케이블의 표면을 촬영하여 나타낸 사진.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 코로나 표면처리 및 코팅 연속처리 방식을 이용한 케이블 쉴드층 코팅 자동화 장치 및 그 방법과, 이에 의해 제조된 케이블에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 코로나 표면처리 및 코팅 연속처리 방식을 이용한 케이블 쉴드층 코팅 자동화 장치를 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 코로나 표면처리 및 코팅 연속처리 방식을 이용한 케이블 쉴드층 코팅 자동화 장치(100)는 와인딩부(110), 리와인딩부(120), 케이블 가이드 롤러(130), 코로나 방전 처리부(140) 및 코팅 처리부(150)를 포함한다.
와인딩부(110)에는 메탈 코어에 불소수지 절연체가 피복된 케이블(200)이 감겨진다. 이러한 와인딩부(110)는 테이블(10)에 나사 결합 방식으로 고정되어 수직 방향으로 연장되는 와이딩 지지대(112)와, 와이딩 지지대(112)의 상단에 고정되어, 불소수지 절연체가 피복된 케이블(200)이 감겨진 와인딩 롤(114)을 가질 수 있다.
불소수지 절연체는 메탈 코어의 표면에 내마모성, 내화학성, 내약품성 등이 우수한 불소수지를 피복하는 것에 의해 형성될 수 있다.
이러한 불소수지 절연체로는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTEE), 퍼플루오로알콕시알칸(PFA), 퍼플루오로에틸렌프로필렌(FEP), 폴리플루오린화비닐리덴(PVDF), 에틸렌테트라플루오로에틸렌(ETFE), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE) 및 폴리플루오린화비닐(PVF) 중 선택된 1종 이상의 재질이 이용될 수 있으며, 이 중 퍼플루오로알콕시알칸(PFA)를 이용하는 것이 보다 바람직하다.
리와인딩부(120)는 와인딩부(110)와 이격되도록 배치된다. 이러한 리와인딩부(120)는 테이블(10)에 나사 결합 방식으로 고정되어 수직 방향으로 연장되는 리와인딩 지지대(122)와, 리와인딩 지지대(122)와 이격된 일측에 장착되어 케이블(200)과 연결되는 모터(126)와, 리와인딩 지지대(122)의 상단에 고정되어 불소수지 절연체가 피복된 케이블(200)을 리와인드하기 위한 리와인딩 롤(124)을 가질 수 있다.
이때, 모터(126)로는 인덕션 모터를 이용하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 모터(126)와 리와인딩 롤(124)에 케이블(200)이 연결되도록 설치시킬 경우, 리와인딩 롤(124)이 불소수지 절연체가 피복된 케이블(200)을 자동으로 감게 되고, 리와인딩 롤(124)과 반대편에 장착된 와인딩 롤(114)은 모터(126)와 연결된 리와인딩 롤(124)의 감기는 힘에 의해 불소수지 절연체가 피복된 케이블(200)이 자동으로 리와인딩되게 된다.
케이블 가이드 롤러(130)는 와인딩부(110)와 리와인딩부(120) 사이에 복수개가 장착되어, 케이블(200)의 텐션을 조절하는 역할을 한다. 이때, 도 1에서는 케이블 가이드 롤러(130)가 2개 설치된 것을 일 예로 나타내었으나, 이는 예시적인 것으로 그 수는 다양한 형태로 적용될 수 있다.
이러한 케이블 가이드 롤러(130)는 테이블(10)에 고정되어, 수직 방향으로 연장된 케이블 가이드 지지대(130a)와, 케이블 가이드 지지대(130a)의 상단에 장착되어, 케이블(200)의 텐션을 조절하는 케이블 가이드 롤(130b)을 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 코로나 표면처리 및 코팅 연속처리 방식을 이용한 케이블 쉴드층 코팅 자동화 장치(100)는 보조 가이드 롤러(160)를 더 포함할 수 있다.
이러한 보조 가이드 롤러(160)는 복수의 케이블 가이드 롤러(130)와 코로나 방전 처리부(140) 사이에 각각 배치되어, 코로나 방전 처리부(140)로 케이블(200)이 안정적으로 통과되도록 안내하는 보조 역할을 한다.
이를 위해, 보조 가이드 롤러(160)는 테이블(10)에 고정되어, 수직 방향으로 연장된 보조 가이드 지지대(160a)와, 보조 가이드 지지대(160a)의 상단에 장착되어, 코로나 방전 처리부(140)로 케이블(200)이 안정적으로 통과되도록 안내하기 위한 보조 가이드 롤(160b)을 가질 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 코로나 표면처리 및 코팅 연속처리 방식을 이용한 케이블 쉴드층 코팅 자동화 장치(100)는 케이블 가이드 롤러(130) 및 보조 가이드 롤러(160)를 이용하여 불소수지 절연체가 피복된 케이블(200)을 고정시키기 때문에 케이블(200)에 대한 텐션을 조절하는 것이 가능하여 케이블(200)의 끊어짐을 미연에 방지할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 코로나 표면처리 및 코팅 연속처리 방식을 이용한 케이블 쉴드층 코팅 자동화 장치(100)는 케이블 가이드 롤러(130) 및 보조 가이드 롤러(160)가 불소수지 절연층이 피복된 케이블(200)이 코로나 방전 처리부(140)의 코로나 방전 통로(145)를 통과할 때 케이블(200)의 중심을 잡아주는 역할을 하기 때문에 코로나 방전 처리에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.
코로나 방전 처리부(140)는 복수의 케이블 가이드 롤러(130) 사이에 장착되며, 와인딩부(110)에 권선된 케이블(200)을 리와인딩부(120)로 감아 권선하면서 케이블(200)의 불소수지 절연체의 표면을 코로나 방전 처리하기 위해 장착된다.
도 2는 도 1의 A 부분을 확대하여 나타낸 사시도이고, 도 3은 도 1의 코로나 방전 처리부를 확대하여 나타낸 모식도이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 코로나 방전 처리부(140)는 발진기(141), 전력변환기(142), 상부 전극(143), 하부 전극(144) 및 코로나 방전 통로(145)를 갖는다.
발진기(141)는 외부의 교류전원을 직류정전압으로 변환시키는 컨버터부와, 컨버터부에서 변환된 직류정전압을 스위칭하여 소정 주파수의 교류로 변환하기 위한 인버터부를 가질 수 있으나, 이는 예시적인 것으로 이에 제한되는 것은 아니다.
전력변환기(142)는 발진기(141)로부터 출력되는 교류 전류를 설정된 전압으로 변환시키는 역할을 한다.
상부 전극(143)은 전력변환기(142)로부터 설정된 전압을 인가받는다.
하부 전극(144)은 상부 전극(143)과 대면하도록 이격 배치되어, 전력변환기(142)로부터의 설정된 전압을 인가받아, 상부 전극(143)과의 사이에서 코로나 방전을 발생시킨다.
코로나 방전 통로(145)는 케이블(200)이 통과하는 길이 방향을 따라 케이블(200)과 이격되도록 설치된다. 이러한 코로나 방전 통로(145)는 케이블(200)의 외주연을 감싸는 원통 형상을 갖는 것이 바람직하다. 이와 같이, 코로나 방전 통로(145)를 원통 형상의 3차원 구조로 설계하는 것에 의해 케이블(200)의 표면 전체에 대하여 균일하게 코로나 방전이 이루어질 수 있게 된다.
또한, 코로나 방전 처리부(140)는 코로나 방전 통로(145)에 연결되어, 코로나 방전 통로(145)의 내부로 활성 가스를 공급하기 위한 가스 공급선(148)과, 가스 공급선(148)으로 공급되는 활성 가스가 저장된 가스 저장 탱크(147)를 더 포함할 수 있다.
이때, 코로나 방전 처리부(140)의 전력변환기(142)로부터 설정된 전압이 상부 및 하부 전극(143, 144)으로 각각 인가되면, 코로나 방전 통로(145)의 내부에 각각 배치되는 상부 및 하부 전극(143, 144)이 중첩되는 영역(C)에서 코로나 방전이 발생하게 된다.
이 결과, 코로나 방전으로 고에너지의 전자나 이온이 충돌하여 코로나 방전 통로(145)의 내부를 통과하는 불소수지 절연체의 표면에 라디컬이나 이온이 생성되어 주위의 오존, 산소, 질소 등과의 반응으로 극성관능기가 도입되어 불소수지 절연체 표면의 젖음성을 향상시킬 수 있게 된다.
일반적으로, 불소수지 절연체 재질인 불소수지는 표면 장력의 수치 값이 대략 20 ~ 25mN/m로 상당히 높을 뿐만 아니라, 내화학성, 내약품성 등이 강해 다른 물질과의 젖음성이 약하다. 이에, 본 발명에서는 불소수지 절연체의 낮은 젖음성을 개선하기 위해 코로나 방전 처리를 실시하는 것을 통하여 이를 개선하였다.
다시 말해, 본 발명의 실시예에 따른 코로나 표면처리 및 코팅 연속처리 방식을 이용한 케이블 쉴드층 코팅 자동화 장치(100)는 불소수지 절연체가 피복된 케이블(200)에 대하여 코로나 방전 처리를 실시하는 것에 의해, 불소수지 절연체의 표면에 라디컬이나 이온이 생성되어 주위의 오존, 산소, 질소 등과의 반응으로 극성관능기가 도입되어 불소수지 절연체의 표면 장력의 수치 값이 5 ~ 15mN/m로 낮아져 전도성 차폐층과의 젖음성을 향상시킬 수 있게 된다.
도 1을 다시 참조하면, 코팅 처리부(150)는 코로나 방전 처리부(140)와 이격되도록 장착되어, 코로나 방전 처리된 불소수지 절연체의 표면에 전도성 코팅액을 코팅하고 건조하여 전도성 차폐층을 형성하기 위한 목적으로 장착된다.
이때, 코팅 처리부(150)는 코로나 방전 처리부(140)와 인접한 후단에 설치하는 것이 바람직한데, 이는 불소수지 절연체가 피복된 케이블(200)에 대하여 코로나 방전 처리가 실시된 이후, 대략 20초 이상의 장 시간이 지속될 경우 불소수지 절연체의 표면 개질 효과가 감소하여 전도성 코팅액과의 젖음성이 저하될 우려가 크기 때문이다.
따라서, 코팅 처리부(150)는 코로나 방전 처리부(140)와 인접한 후단에 설치하여, 불소수지 절연체의 표면에 대한 코로나 방전 처리를 실시한 후, 연속적으로 코로나 방전 처리된 불소수지 절연체의 표면에 대하여 전도성 코팅액을 코팅하는 것이 바람직하다.
도 4는 도 1의 코팅 처리부를 확대하여 나타낸 측 단면도로, 도 1과 연계하여 설명하도록 한다.
도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 코팅 처리부(150)는 코팅 롤 지지대(152), 코팅 롤(154) 및 코팅 조(156)를 포함한다.
코팅 롤 지지대(152)는 테이블(10)에 고정 설치되어 코팅 롤(154)을 지지하는 역할을 한다.
코팅 롤(154)은 코팅 조(156)의 내부 상측에 장착되어 코로나 방전 처리된 불소수지 절연체의 표면에 전도성 코팅액을 코팅하는 역할을 한다.
코팅 조(156)는 전도성 코팅액을 수용하기 위해 상면이 개방되는 육면체 형태를 가질 수 있다.
이때, 코팅 조(156)에는 전도성 코팅액이 코팅 롤(154)의 절반 정도가 잠기도록 채워지는 것이 바람직한데, 이는 절반 정도가 잠긴 상태에서 코팅 롤(154)을 회전시켜야 코팅 롤(154)의 중간의 틈이 다이스 역할을 하여 균일한 두께로 코팅하는 것이 가능해질 수 있기 때문이다.
전술한 본 발명의 실시예에 따른 코로나 표면처리 및 코팅 연속처리 방식을 이용한 케이블 쉴드층 코팅 자동화 장치는 불소수지 절연체가 피복된 케이블에 대하여 코로나 방전 처리를 실시하는 것에 의해, 불소수지 절연체의 표면에 라디컬이나 이온이 생성되어 주위의 오존, 산소, 질소 등과의 반응으로 극성관능기가 도입되어 불소수지 절연체의 표면 장력의 수치 값이 5 ~ 15mN/m로 낮아져 전도성 차폐층과의 젖음성을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 코로나 표면처리 및 코팅 연속처리 방식을 이용한 케이블 쉴드층 코팅 자동화 장치는 케이블 가이드 롤러 및 보조 가이드 롤러를 이용하여 불소수지 절연체가 피복된 케이블을 고정시키기 때문에 케이블에 대한 텐션을 조절하는 것이 가능하여 케이블의 끊어짐을 미연에 방지할 수 있게 된다.
이 결과, 본 발명의 실시예에 따른 코로나 표면처리 및 코팅 연속처리 방식을 이용한 케이블 쉴드층 코팅 자동화 장치는 케이블 가이드 롤러 및 보조 가이드 롤러가 불소수지 절연체가 피복된 케이블이 코로나 방전 처리부의 코로나 방전 통로를 통과할 때 케이블의 중심을 잡아주는 역할을 하기 때문에 코로나 방전 처리에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 코로나 표면처리 및 코팅 연속처리 방식을 이용한 케이블 쉴드층 코팅 자동화 장치는 자동화 방식으로 불소수지 절연체의 표면에 대한 코로나 방전 처리를 실시한 후, 연속적으로 코로나 방전 처리된 불소수지 절연체의 표면에 대하여 전도성 코팅액을 코팅하는 것에 의해, 코로나 방전 처리 효과에 의한 전도성 코팅액과의 젖음성 향상으로 원통 형상의 불소수지 절연체의 표면에 대하여 전도성 코팅액을 균일한 두께로 360°코팅하는 것이 가능하여 코팅성을 향상시킬 수 있게 된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 코로나 표면처리 및 코팅 연속처리 방식을 이용한 케이블 쉴드층 코팅 자동화 방법에 대하여 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 코로나 표면처리 및 코팅 연속처리 방식을 이용한 케이블 쉴드층 코팅 자동화 방법을 나타낸 공정 순서도로, 도 1과 연계하여 설명하도록 한다.
도 1 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 코로나 표면처리 및 코팅 연속처리 방식을 이용한 케이블 쉴드층 코팅 자동화 방법은 케이블 고정 단계(S110), 코로나 방전 처리 단계(S120) 및 코팅 단계(S130)를 포함한다.
케이블 고정
케이블 고정 단계(S110)에서는 모터(126)가 장착된 리와인딩부(120)와, 리와인딩부(120)와 이격되도록 배치된 와인딩부(110)에 메탈 코어에 불소수지 절연체가 피복된 케이블(200)을 고정한다.
불소수지 절연체는 메탈 코어의 표면에 내마모성, 내화학성, 내약품성 등이 우수한 불소수지를 피복하는 것에 의해 형성될 수 있다.
이러한 불소수지 절연체로는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTEE), 퍼플루오로알콕시알칸(PFA), 퍼플루오로에틸렌프로필렌(FEP), 폴리플루오린화비닐리덴(PVDF), 에틸렌테트라플루오로에틸렌(ETFE), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE) 및 폴리플루오린화비닐(PVF) 중 선택된 1종 이상의 재질이 이용될 수 있으며, 이 중 퍼플루오로알콕시알칸(PFA)를 이용하는 것이 보다 바람직하다.
코로나 방전 처리
코로나 방전 처리 단계(S120)에서는 와인딩부(110)에 권선된 케이블(200)을 리와인딩부(120)로 감아 권선하면서 코로나 방전 처리부(140)를 통과시켜 불소수지 절연체의 표면을 코로나 방전 처리한다.
본 단계에서, 리와인딩부(120)의 모터(126)는 10 ~ 50rmp의 속도로 회전시키는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 15 ~ 20rpm의 속도로 회전시키는 것이 좋다. 모터(126)의 회전 속도가 10rpm 미만일 경우에는 케이블(200)의 이동 속도가 너무 느려지는 관계로 코로나 방전 처리 시간이 과도하게 지속되는데 기인하여 오히려 전도성 코팅액과의 젖음성이 감소하는 문제를 야기할 수 있다. 반대로, 모터(126)의 회전 속도가 50rpm을 초과할 경우에는 케이블(200)의 이동 속도가 너무 빨라져 코로나 방전 처리 효과를 제대로 발휘하는데 어려움이 따를 수 있다.
특히, 본 단계에서, 코로나 방전 세기는 0.12 ~ 0.18A 조건으로 실시하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 0.14 ~ 0.17A 조건으로 실시하는 것이 좋다. 코로나 방전 세기가 0.12A 미만일 경우에는 코로나 방전 처리 효과가 미미하여 전도성 코팅액과의 젖음성 향상 효과를 제대로 발휘하는데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 코로나 방전 세기가 0.18A를 초과할 경우에는 과도한 표면개질에 의해 불소수지 절연체의 표면 손상을 야기할 우려가 크다.
코팅
코팅 단계(S130)에서는 코로나 방전 처리된 불소수지 절연체의 표면에 전도성 코팅액을 코팅하고 건조하여 전도성 차폐층을 형성한다.
이때, 전도성 코팅액은 200 ~ 3,000cp의 점도를 갖는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 500 ~ 800cps의 점도를 갖는 것이 좋다.
건조는 120 ~ 200℃에서 1차적으로 프리 큐어링(pre-curing)을 실시한 후, 80 ~ 120℃의 상압 조건에서 2차적으로 건조하는 방식으로 진행될 수 있다. 이때, 2차 건조 온도가 80℃ 미만일 경우에는 충분한 건조가 이루어지지 못하여 불소수지 절연체에 균일하게 부착되지 못할 우려가 있다. 반대로, 2차 건조 온도가 120℃를 초과할 경우에는 더 이상의 효과 상승 없이 제조 비용만을 상승시킬 뿐만 아니라, 과도한 건조로 인하여 막질 특성이 저하될 우려가 있다.
이상으로, 본 발명의 실시예에 따른 코로나 표면처리 및 코팅 연속처리 방식을 이용한 케이블 쉴드층 코팅 자동화 방법이 종료될 수 있다.
한편, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 코로나 표면처리 및 코팅 연속처리 방식을 이용한 케이블 쉴드층 코팅 자동화 방법에 의해 제조된 케이블을 나타낸 단면도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 코로나 표면처리 및 코팅 연속처리 방식을 이용한 케이블 쉴드층 코팅 자동화 방법에 의해 제조되는 케이블(200)은 메탈 코어(210), 불소수지 절연체(220) 및 전도성 차폐층(230)을 포함한다.
메탈 코어(210)는 케이블(200)의 내부 중앙에 적어도 하나 이상이 배치된다. 이러한 메탈 코어(210)로는 전도성이 우수한 금속 재질이 이용될 수 있다.
불소수지 절연체(220)는 메탈 코어(210)의 표면을 피복하며, 메탈 코어(210)와 맞닿는 면과 반대되는 면이 코로나 방전 처리된다.
전도성 차폐층(230)은 코로나 방전 처리된 불소수지 절연체(220)의 표면에 피복된다. 이러한 전도성 차폐층(230)은 케이블의 최 외곽에 배치되어 케이블 쉴드층으로서의 기능을 수행하게 된다.
전술한 본 발명의 실시예에 따른 코로나 표면처리 및 코팅 연속처리 방식을 이용한 케이블 쉴드층 코팅 자동화 방법에 의해 제조되는 케이블(200)은 불소수지 절연체(220)가 피복된 케이블(200)에 대하여 코로나 방전 처리를 실시하는 것에 의해, 불소수지 절연체(220)의 표면에 라디컬이나 이온이 생성되어 주위의 오존, 산소, 질소 등과의 반응으로 극성관능기가 도입되어 불소수지 절연체(220)의 표면 장력을 낮출 수 있게 된다.
이 결과, 본 발명의 실시예에 따른 코로나 표면처리 및 코팅 연속처리 방식을 이용한 케이블 쉴드층 코팅 자동화 방법에 의해 제조되는 케이블(200)은 불소수지 절연체(220)와 전도성 차폐층(230) 간의 표면 장력이 5 ~ 15mN/m를 나타내어, 불소수지 절연체(220)와 전도성 차폐층(230) 간의 젖음성을 향상시킬 수 있게 된다.
실시예
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 설명한다. 하지만 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허 청구 범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
1. 케이블 제조
실시예 1
리와인딩 롤과 와인딩 롤 사이로 메탈 코어에 퍼플루오로알콕시알칸(PFA) 재질의 불소수지 절연체가 피복된 케이블을 고정시켰다. 이때, 리와인딩 롤과 와인딩 롤 사이에 케이블 가이드 롤 및 보조 가이드 롤을 각각 배치시켰다.
다음으로, 와인딩 롤에 권선된 케이블을 리와인딩 롤로 20rmp의 속도로 감아 권선하면서 코로나 방전 튜브를 통과시켜 0.16A 코로나 방전 세기로 불소수지 절연체의 표면을 코로나 방전 처리하였다.
다음으로, 코로나 방전 처리된 불소수지 절연체의 표면에 700cps의 점도를 갖는 전도성 코팅액을 코팅하고, 140℃에서 1차적으로 프리 큐어링(pre-curing)하고, 100℃의 상압 조건에서 12시간 동안 2차적으로 건조하여 전도성 차폐층을 형성하여 케이블을 제조하였다.
실시예 2
코로나 방전 세기를 0.18A로 실시한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 케이블을 제조하였다.
실시예 3
코로나 방전 세기를 0.14A로 실시한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 케이블을 제조하였다.
실시예 4
케이블의 감김 속도를 50rmp으로 실시한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 케이블을 제조하였다.
비교예 1
코로나 방전 처리를 실시하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 케이블을 제조하였다.
비교예 2
코로나 방전 세기를 0.11A로 실시한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 케이블을 제조하였다.
비교예 3
10rpm의 속도로 감아 권선하면서 코로나 방전 세기를 0.20A로 실시한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 케이블을 제조하였다.
비교예 4
60rpm의 속도로 감아 권선하면서 코로나 방전 세기를 0.18A로 실시한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 케이블을 제조하였다.
2. 물성 평가
표 1은 실시예 1 ~ 4 및 비교예 1 ~ 4에 따라 제조된 케이블에 대한 물성 평가 결과를 나타낸 것이다.
1) 표면 장력
표면장력 측정기를 이용하여 코로나 방전 처리된 불소수지 절연체의 표면 장력을 5회 측정한 후, 그 평균값을 표 1에 기재하였다.
[표 1]
Figure 112018002514410-pat00001
표 1에 도시된 바와 같이, 실시예 1 ~ 4에 따라 제조된 케이블의 경우, 표면 장력이 8 ~ 10mN/m으로 측정되어 상당히 낮아진 수치 값을 나타내었으며, 불소수지 절연체의 표면에 손상이 발생하지 않았으며, 전도성 차폐층의 코팅 불량도 발생하지 않은 것을 확인하였다.
반면, 비교예 1에 따라 제조된 케이블의 경우에는 불소수지 절연체의 표면에 손상이 발생하지는 않았으나, 코로나 방전 처리가 실시되지 않는데 기인하여 표면 장력이 24mN/m으로 상당히 높은 수치 값을 나타내어 전도성 차폐층의 코팅 불량이 발생하였다.
또한, 비교예 2에 따라 제조된 케이블의 경우에는 불소수지 절연체의 표면에 손상이 발생하지는 않았으나, 본 발명에서 제시하는 코로나 방전 세기에 미달하는 0.11A 조건으로 실시하는데 기인하여 표면 장력이 22mN/m으로 측정되어 코로나 방전 처리 효과가 미미한 것을 확인하였으며, 이로 인해 전도성 차폐층의 코팅 불량이 발생하였다.
또한, 비교예 3에 따라 제조된 케이블의 경우에는 표면 장력은 목표값을 만족하였으나, 과도한 코로나 방전 세기로 인하여 불소수지 절연체의 표면에 손상이 발생하여 전도성 차폐층의 코팅 불량이 발생하였다.
또한, 비교예 4에 따라 제조된 케이블의 경우에는 표면 장력은 목표값을 만족하였고, 불소수지 절연체의 표면에 손상이 발생하지 않았으나, 케이블의 감김 속도가 본 발명에서 제시하는 범위를 벗어나는데 기인하여 불소수지 절연체의 표면에 균일하게 코팅되지 못하여 전도성 차폐층의 코팅 불량이 발생하였다.
위의 실험 결과를 토대로 알 수 있듯이, 불소수지 절연체가 피복된 케이블에 대하여 최적의 코로나 방전 세기 조건으로 코로나 방전 처리를 실시함과 더불어, 최적의 케이블의 감김 속도로 코팅을 실시해야 불소수지 절연체의 표면 손상 및 전도성 차폐층의 코팅 불량 없이 극성관능기의 도입이 극대화되어 불소수지 절연체의 표면 장력을 낮출 수 있으면서 전도성 차폐층의 코팅 불량이 발생하지 않는 다는 것을 확인하였다.
도 7은 실시예 1 ~ 2 및 비교예 1, 3에 따른 불소수지 절연체를 광학현미경으로 촬영하여 나타낸 사진이고, 도 8은 실시예 1 및 비교예 1에 따른 불소수지 절연체를 광학현미경으로 촬영하여 나타낸 사진이다. 이때, 도 7의 (a)는 비교예 1을 나타낸 것이고, 도 7의 (b)는 실시예 1을 나타낸 것이고, 도 7의 (c)는 실시예 2를 나타낸 것이며, 도 7의 (d)는 비교예 3을 나타낸 것이다. 또한, 도 8의 (a)는 비교예 1을 나타낸 것이고, 도 8의 (b)는 실시예 1을 나타낸 것이다.
도 7의 (a) 및 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, 코로나 방전 처리를 실시하지 않은 비교예 1의 경우에는 표면 개질이 이루어지지 않은 것을 확인할 수 있다.
반면, 도 7의 (b), (c) 및 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 코로나 방전 처리를 실시한 실시예 1 및 2의 경우에는 불소수지 절연체의 표면 손상 없이 표면 개질이 이루어진 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 7의 (d)에 도시된 바와 같이, 0.20A의 코로나 방전 처리 세기 조건으로 코로나 방전 처리를 실시한 비교예 3의 경우에는 과도한 코로나 방전 처리 세기로 인하여 불소수지 절연체의 표면에 손상이 발생한 것을 확인할 수 있다.
도 9는 실시예 1 및 비교예 3 ~ 4에 따라 제조된 케이블의 표면을 촬영하여 나타낸 사진이다. 이때, 도 9의 (a)는 비교예 3을 나타낸 것이고, 도 9의 (b)는 비교예 4를 나타낸 것이며, 도 9의 (c)는 실시예 1을 나타낸 것이다.
도 9의 (a)에 도시된 바와 같이, 비교예 3에 따라 제조된 케이블의 경우에는 10rpm의 상당히 낮은 속도로 권선하는데 기인하여 케이블의 표면에 전도성 차폐층이 원활히 코팅되지 못한 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이, 비교예 4에 따라 제조된 케이블의 경우에는 60rpm의 너무 빠른 속도로 권선하는데 기인하여 케이블의 표면에 전도성 차폐층이 균일하게 코팅되지 못하여 코팅 불량이 발생한 것을 확인할 수 있다.
반면, 도 9의 (c)에 도시된 바와 같이, 실시예 1에 따라 제조된 케이블의 경우에는 케이블의 표면 전체에 대하여 전도성 차폐층이 균일하게 코팅되어 있는 것을 확인할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
100 : 케이블 쉴드층 코팅 자동화 장치 110 : 와인딩부
120 : 리와인딩부 130 : 케이블 가이드 롤러
140 : 코로나 방전 처리부 150 : 코팅 처리부
S110 : 케이블 고정 단계
S120 : 코로나 방전 처리 단계
S130 : 코팅 단계

Claims (10)

  1. 메탈 코어에 불소수지 절연체가 피복된 케이블이 감겨진 와인딩부;
    상기 와인딩부와 이격되도록 배치되며, 모터에 의한 회전 운동에 의해 상기 케이블을 리와인드하기 위한 리와인딩부;
    상기 와인딩부와 리와인딩부 사이에 장착되어, 상기 케이블의 텐션을 조절하기 위한 복수의 케이블 가이드 롤러;
    상기 복수의 케이블 가이드 롤러 사이에 장착되며, 상기 와인딩부에 권선된 케이블을 상기 리와인딩부로 감아 권선하면서 상기 케이블의 불소수지 절연체 표면을 코로나 방전 처리하기 위한 코로나 방전 처리부; 및
    상기 코로나 방전 처리부와 이격되도록 장착되어, 상기 코로나 방전 처리된 불소수지 절연체의 표면에 전도성 코팅액을 코팅하고 건조하여 전도성 차폐층을 형성하기 위한 코팅 처리부; 를 포함하며,
    상기 코로나 방전 처리부는 발진기와, 상기 발진기로부터 출력되는 전류를 설정된 전압으로 변환시키기 위한 전력변환기와, 상기 전력변환기로부터 설정된 전압을 인가받는 상부 전극과, 상기 상부 전극과 대면하도록 이격 배치되어, 상기 전력변환기로부터 설정된 전압을 인가받아, 상기 상부 전극과의 사이에서 코로나 방전을 발생시키는 하부 전극과, 상기 케이블이 통과하는 길이 방향을 따라 상기 케이블과 이격되도록 설치되어, 상기 케이블의 외주연을 감싸는 원통 형상의 코로나 방전 통로를 포함하고,
    상기 코로나 방전 처리는 0.12 ~ 0.18A 조건으로 실시되고, 상기 전도성 코팅액의 코팅은 상기 코로나 방전 처리된 불소수지 절연체의 표면에 20초 미만의 시간 내에 실시되어, 상기 불소수지 절연체와 전도성 차폐층 간의 표면 장력은 5 ~ 15mN/m을 갖는 것을 특징으로 하는 코로나 표면처리 및 코팅 연속처리 방식을 이용한 케이블 쉴드층 코팅 자동화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 불소수지 절연체는
    폴리테트라플루오로에틸렌(PTEE), 퍼플루오로알콕시알칸(PFA), 퍼플루오로에틸렌프로필렌(FEP), 폴리플루오린화비닐리덴(PVDF), 에틸렌테트라플루오로에틸렌(ETFE), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE) 및 폴리플루오린화비닐(PVF) 중 선택된 1종 이상의 재질을 포함하는 것을 특징으로 하는 코로나 표면처리 및 코팅 연속처리 방식을 이용한 케이블 쉴드층 코팅 자동화 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 케이블 제조 자동화 장치는
    상기 복수의 케이블 가이드 롤러와 코로나 방전 처리부 사이에 각각 배치되어, 상기 코로나 방전 처리부로 케이블이 안내되는 것을 보조하기 위한 복수의 보조 가이드 롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코로나 표면처리 및 코팅 연속처리 방식을 이용한 케이블 쉴드층 코팅 자동화 장치.
  5. (a) 모터가 장착된 리와인딩부와, 상기 리와인딩부와 이격되도록 배치된 와인딩부에 메탈 코어에 불소수지 절연체가 피복된 케이블을 고정시키는 단계;
    (b) 상기 와인딩부에 권선된 케이블을 상기 리와인딩부로 감아 권선하면서 코로나 방전 처리부를 통과시켜 상기 불소수지 절연체의 표면을 코로나 방전 처리하는 단계; 및
    (c) 상기 코로나 방전 처리된 불소수지 절연체의 표면에 전도성 코팅액을 코팅하고 건조하여 전도성 차폐층을 형성하는 단계; 를 포함하며,
    상기 (b) 단계에서, 상기 코로나 방전 세기는 0.12 ~ 0.18A 조건으로 실시하고,
    상기 (c) 단계에서, 상기 전도성 코팅액의 코팅은 상기 코로나 방전 처리된 불소수지 절연체의 표면에 20초 미만의 시간 내에 실시하여, 상기 불소수지 절연체와 전도성 차폐층 간의 표면 장력은 5 ~ 15mN/m을 갖는 것을 특징으로 하는 코로나 표면처리 및 코팅 연속처리 방식을 이용한 케이블 쉴드층 코팅 자동화 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서,
    상기 리와인딩부의 모터는
    10 ~ 50rmp의 속도로 회전시키는 것을 특징으로 하는 코로나 표면처리 및 코팅 연속처리 방식을 이용한 케이블 쉴드층 코팅 자동화 방법.
  7. 삭제
  8. 제5에 있어서,
    상기 (c) 단계에서,
    상기 전도성 코팅액은
    200 ~ 3,000cp의 점도를 갖는 것을 특징으로 하는 코로나 표면처리 및 코팅 연속처리 방식을 이용한 케이블 쉴드층 코팅 자동화 방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
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