KR101979031B1 - 가열 가능한 파이프를 제조하기 위한 방법 - Google Patents

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    • F01N3/2066—Selective catalytic reduction [SCR]

Abstract

본 발명에 따르면, 예컨대 SCR 라인으로서 사용될 수 있는 가열 가능한 라인 파이프는,
a) 전기 절연성 내부 층 및 제1 전기 전도성 층을 갖는 2층 파이프가 압출되는 단계와,
b) 적어도 2개의 전류 리드가 제1 전기 전도성 층 주위에 권취되는 단계와,
c) 선택적으로, 제1 전기 전도성 층이 표면 상에서 연화되고 전류 리드가 그 내에 가압되어 그 내에 결속되도록 전류 리드가 권취에 의해 가해진 제1 전기 전도성 층이 가열되는 단계와,
d) 전기 전도성 몰딩 조성물의 제2 층이 압출에 의해 가해지고, 이러한 층의 두께는 0.1 내지 1.5 ㎜인, 단계와,
e) 전기 절연성 플라스틱 재료의 외부 클래딩이 가해지는 단계
를 포함하는 방법에 의해 위해 제조된다.
라인 파이프는 수명에 따른 가열 성능의 저하가 효과적으로 방지되는 장점을 갖는다.

Description

가열 가능한 파이프를 제조하기 위한 방법{METHOD FOR PRODUCING A HEATABLE PIPE}
본 발명은, 가열될 액체 또는 기체 매체를 저장 또는 운반하는 가열 가능한 파이프를 제조하기 위한 방법으로서, 적어도 2개의 전류 리드(current lead)가 전기 전도성 몰딩 조성물(electrically conductive moulding composition)의 층 내에 전극으로서 매설되는, 방법에 관한 것이다.
파이프를 통해 액체 또는 기체 매체를 운반할 때에 빈번하게 발생되는 요구는 한정된 최소 온도 위에서 매체의 온도를 유지하는 것이다. 이러한 종류의 파이프는 전형적으로 플라스틱 재료로부터 구성되고; 이들은 한편으로는 매체 그리고 다른 한편으로는 파이프 재료에 맞게 조정되는 방식으로 가열될 수 있어야 한다. 그 예는 동절기 온도에서의 파라핀 성분의 응집이 방지되어야 하는 디젤 연료(diesel fuel)를 위한 라인(line); 연료 전지 시스템(fuel cell system)을 위한 라인; 그리고 SCR 라인이다.
디젤 차량은 질소 산화물의 방출량을 저하시키기 위해 배기 가스의 탈질(denoxing)을 유발하는 데 수성 요소 용액을 선택적 촉매 환원(SCR: selective catalytic reduction)에 의해 사용하는 촉매 컨버터(catalytic converter)를 갖는다. 그러나, 당업계에서 애드블루®(AdBlue®)로 일관되게 불리면서 사용되는 수성 요소 용액은 -11℃ 이하의 온도에서 동결된다. 그러므로, 이들 온도에서, 저장 용기로부터 촉매 컨버터로의 요소 용액의 운반은 더 이상 보증되지 않고; 결국, 배기 가스의 탈질은 더 이상 가능하지 않다. 낮은 온도에서도 애드블루® 동결을 방지하기 위해, 라인은 가열 가능하여야 하고, 약 10 분의 시간 이내에 애드블루®의 해동을 보증하여야 한다.
이러한 라인을 가열하는 데에는 다양한 선택 사항이 사용된다. 빈번하게, 현재에, 표준 저항 히터(standard resistance heater)가 유체 파이프 주위에 권취된다(제WO 2009/052849호). 그러나, 이러한 배열은 고장에 취약하고; 더욱이, 와이어 권취부(wire winding)의 저항은 라인의 길이 그리고 주위 및 설치 조건에 맞게 조정되어야 한다.
이러한 라인을 가열하는 양호한 선택 사항이 제WO 2006/097765호, 제WO 2006/090182호, 제DE 39 00 821 C1호 및 제EP 0 306 638 A1호에 기재되어 있다. 이들 문서의 각각의 배열은 파이프를 따라 연장되고 전도성 중합체 층 내에 180˚만큼 서로 오프셋되어 매설되는 2개의 리드를 수용하는 다층 파이프와 관련된다. 하나의 리드로부터 다른 리드로의 전류의 흐름은 전도성 층의 가열을 생성한다. 이러한 배열은 단순한 저항 가열에 비해 상당한 기술적 및 경제적 장점을 갖는다. 그러나, 이 배열은 플라스틱 재료 내로의 리드의 직접 매설 그에 따라 매트릭스(matrix)와 리드 사이의 전기 접촉을 요구한다. 이러한 층 내로의 스트랜드 코드(stranded cord) 또는 와이어의 정밀한 도입은 매우 어렵지만, 직경이 감소됨에 따라 더욱 더 어려워진다. 나아가, 이러한 종류의 라인은 가요성의 저하를 나타낸다. 더욱이, 전도성 몰딩 조성물과 리드 사이의 접촉부가 열성형 도중에, 예컨대 좁은 곡률 반경(narrow bending radius)[휨 하중(flexural load)]를 갖는 차량 내로의 라인의 설치 도중에, 다수회의 동결 및 재해동(저온 변형) 시에 그리고 장기 사용(prolonged service) 시에 변형을 경험할 위험성이 존재한다. 이러한 변형의 결과가 와이어 또는 스트랜드 코드(stranded cord)로부터 전도성 몰딩 조성물로의 전자의 통과 면에서의 변화이고, 이것은 물론 라인의 가열성에 악영향을 미친다.
더 양호한 라인 가요성이 전극의 나선형 권취로 얻어진다. 제EP 0 312 204 A2호는 2개의 전극이 파이프 주위에 나선형으로 권취되고 전기 전도성 층 내에 매설되는 가열 가능한 라인을 개시하고 있다. 매설은 우선 전도성 몰딩 조성물로 전극을 코팅함으로써 유발되고; 전극은 후속적으로 내부 파이프 주위에 권취되고, 그 다음에 크로스헤드 다이(crosshead die)를 사용하여 전도성 몰딩 조성물로 클래딩(cladding)된다. 이러한 방식으로, 전극과 전도성 층 상의 접촉 저항이 최소화된다. 그러나, 매설 과정이 복잡하다. 전극의 코팅은 용이하게 유동되는 전도성 몰딩 조성물을 요구하고, 한편 클래딩을 위한 몰딩 조성물은 비교적 두꺼운 층으로서 가해져야 한다. 제EP 0 312 204 A2호는 전도성 클래딩 층의 표면에 매끄러운 실린더 형상을 제공하고; 그 내의 도면 또한 리드 와이어가 외부에서 들여다보이지 않는 것으로 도시하고 있다.
위의 사항들과 관련하여 발생되는 본 발명의 목적은 종래 기술의 단점을 피하고; 구체적으로 한편으로는 전극과 전기 전도성 중합체 매트릭스 사이의 부착이 효과적이고 내구성이고, 이것의 결과로서 낮은 저항을 갖고, 다른 한편으로는 전극의 위치가 용이하게 검출 가능하고, 그에 의해 이들이 커플링(coupling)을 통해 요구된 지점에서 접촉되게 하고 전류가 급송되게 하는 라인 파이프를 제공하는 것이다.
이러한 목적은, 가열 가능한 라인 파이프를 제조하기 위한 방법에 있어서,
a) 전기 절연성 내부 층 및 제1 전기 전도성 층을 갖는 2층 파이프가 압출되는 단계와,
b) 적어도 2개의 전류 리드가 제1 전기 전도성 층 주위에 전극으로서 나선형으로 권취되는 단계와,
c) 제1 전기 전도성 층이 표면 상에서 연화되고 전류 리드가 그 내에 가압되어 그 내에 결속되도록 전류 리드가 권취에 의해 가해진 제1 전기 전도성 층이 선택적으로 가열되는 단계와,
d) 전기 전도성 몰딩 조성물의 제2 층이 압출에 의해 가해지고, 이러한 층의 두께는 0.1 내지 1.5 ㎜, 바람직하게는 0.2 내지 1 ㎜ 그리고 더 바람직하게는 0.2 내지 0.8 ㎜인, 단계와,
e) 전기 절연성 플라스틱 재료의 외부 클래딩이 가해지는 단계
를 포함하는 방법에 의해 성취되었다.
도1 내지 도3은 대응하는 실시예들을 도시한다.
2개의 전기 전도성 층들 사이로의 전류 리드의 매설은 전기 접촉 저항을 감소시킨다.
외경 그리고 또한 벽 두께에는 원칙적으로 제약이 적용되지 않고; 이들은 단지 의도된 적용예에 의존한다. 그러나, 일반적으로, 2.5 내지 50 ㎜, 바람직하게는 3 내지 30 ㎜ 그리고 더 바람직하게는 4 내지 25 ㎜의 범위 내의 외경이 양호하고, 한편 벽 두께는 바람직하게는 0.8 내지 4 ㎜, 더 바람직하게는 1 내지 3 ㎜ 그리고 특히 바람직하게는 1 내지 2.5 ㎜의 범위 내에 있다. 이들 숫자는 외부측 상에서 들여다보이는 전류 리드로부터 기인하는 웨이브 피크(wave peak)를 고려하지 않는다. 각각의 경우에 외경×벽 두께로서 표현되는 예시 실시예는 다음과 같다:
- SCR 라인에 대해: 3 ㎜×1 ㎜, 4 ㎜×1 ㎜, 5 ㎜×1 ㎜, 8 ㎜×1 ㎜ 또는 12 ㎜×1.5 ㎜;
- 디젤 라인에 대해: 6 ㎜×1 ㎜, 8 ㎜×1 ㎜, 10 ㎜×1.5 ㎜ 또는 25 ㎜×2.5 ㎜;
- 차량 내의 연료 전지의 가스 공급을 위한 라인: 4 ㎜×1 ㎜, 5 ㎜×1 ㎜, 8 ㎜×1 ㎜, 10 ㎜×1 ㎜ 또는 12 ㎜×1.5 ㎜.
그러나, 이들 예시 실시예와 관련하여, 그 사이의 모든 범위가 또한 동일하게 가능하고; 그에 따라, 전체의 범위가 밝혀져 있다.
외부 클래딩이 단열을 위해 형성되는 실시예에서, 벽 두께 및 외경은 일부 경우에 또한 더 높을 수 있다. 이러한 경우에, 벽 두께는 쉽게 약 15 ㎜까지일 수 있다.
가장 간단한 실시예에서, 전기 절연성 내부 층은 단층이다. 그러나, 전기 절연성 내부 층은 또한 다층일 수 있고, 이러한 경우에 전기 절연성 내부 층은 최내각 서브층(sublayer) 및 부착 촉진 서브층 등의 복수개의 서브층으로 구성될 수 있다. 훨씬 더 많은 서브층 예컨대 최내각 서브층, 부착 촉진 서브층, 운반될 매체 또는 그 내의 성분에 대한 배리어 층(barrier layer)으로서 기능하는 서브층 그리고 제1 전기 전도성 층으로의 부착을 위한 부착 촉진 층으로서 기능하는 서브층을 갖는 실시예가 또한 가능하다.
절연성 내부 층은 바람직하게는 0.1 내지 1.5 ㎜, 더 바람직하게는 0.1 내지 1 ㎜ 그리고 특히 바람직하게는 0.15 내지 0.5 ㎜의 두께를 갖는다. 이것은 절연성 내부 층이 복수개의 서브층으로 구성되는 실시예를 또한 포함한다.
전기 절연성 내부 층 및 제1 전기 전도성 층을 갖는 단계 a)에서 압출된 2층 파이프는 바람직하게는 압출에 의해 단일의 공정 단계로 제조된다. 그러나, 우선 단지 전기 절연성 내부 층으로 구성되는 파이프를 압출하고 그 다음에 예컨대 크로스헤드 다이에 의해 파이프에 전기 전도성 층을 가하는 것이 또한 가능하다.
전극으로서 사용되는 전류 리드는 예컨대 와이어, 스트랜드 코드 또는 리본(ribbon)이다. 이들은 예컨대 구리, 은 또는 알루미늄 등의 임의의 충분히 전도성이고 충분히 강력한 금속으로 구성될 수 있다. 이들은 바람직하게는 주석 또는 니켈의 매체-저항성 코팅일 수 있다. 동작 시에, 전극에는 상이한 극성이 제공되고; 그러면, 전극들 사이의 전위차가 2개의 전기 전도성 층을 통한 전류의 흐름으로 이어지고, 그에 의해 열을 발생시킨다.
전류 리드는 0.1 내지 2 ㎜, 더 바람직하게는 0.2 내지 1 ㎜ 그리고 특히 바람직하게는 0.3 내지 0.8 ㎜의 범위 내의 두께를 갖는다. 예컨대 평탄한 스트랜드 코드 또는 리본의 경우와 같이 원형 단면을 갖지 않는 전류 리드의 경우에, 여기에서의 기준은 최하 두께와 관련된다.
전류 리드는 예비-장력(pre-tension) 하에서 권취되고; 이러한 예비-장력은 바람직하게는 적어도 5 N, 더 바람직하게는 적어도 10 N 그리고 특히 바람직하게는 적어도 15 N이다. 예비-장력은 전류 리드를 확고하게 장착하고, 또한 선택 사항의 후속의 단계에서 제1 전기 전도성 층이 가열될 때에 전류 리드가 이러한 층 내로 가압되는 효과를 갖는다.
전류 리드는 상이한 극성을 갖는 2개의 리드가 바람직하게는 2 내지 20 ㎜ 그리고 더 바람직하게는 6 내지 16 ㎜의 범위 내의 서로로부터의 거리를 갖는 방식으로 권취된다. 전기 전도성 층 내에서의 전류의 흐름은 전도성 층의 원주의 1/2보다 작은 수직 리드 거리의 경우에 이러한 경우에 축 방향 및 반경 방향 성분과 관련하여 전류 리드들 사이에서 수직 방향으로 지향된다.
전류 리드는 적절한 부착 촉진제 또는 접착제를 대응하여 이용하여 파이프에 고정될 수 있다. 스레드(thread) 또는 테이프(tape)에 의한 그 기계식 고정이 또한 가능하다.
선택 사항의 단계 c)에서의 가열은 임의의 적절한 기술에 따라 수행될 수 있고; 가열은 예컨대 IR 복사, 고주파 가열 또는 마이크로웨이브 가열(microwave heating)에 의해, 유도식으로 또는 고온 가스에 의해 일어날 수 있다. 하나의 양호한 실시예에서, 가열은 플레이밍(flaming)에 의해 성취되고; 이것은 또한 제1 및 제2 전기 전도성 층들 사이의 부착을 개선한다. 제2 전기 전도성 층이 압출에 의해 가해지는 경우에, 열은 또한 용융체의 열 용량의 형태로 유입될 수 있지만; 이것에 대한 전제 조건은 가해진 용융체가 제1 전기 전도성 층의 표면의 연화를 유발할 정도로 충분히 높은 온도에 있다는 것이다. 이러한 실시예에서, 방법 단계 c) 및 방법 단계 d)는 동시에 일어난다.
전류 리드가 그 내에 가압되어 그 내에 결속될 때에, 와이어 또는 스트랜드 코드의 금속은 용융체에 유동에 의해 포위되어 침윤된다. 응고에 후속하여, 몰딩 조성물의 매트릭스가 금속에 부착된다. 이것은 전기 접촉 저항을 더욱 더 최소화한다.
제2 전기 전도성 층이 가해질 때에, 용융체는 바람직하게는 크로스헤드 다이를 통해 또는 압출 래핑(extrusion wrapping)에 의해 그 상에 압출된다.
이 방법의 단계 e)에서, 전기 절연성 플라스틱 재료의 외부 클래딩은 마찬가지로 예컨대 크로스헤드 다이를 사용하여 또는 다층 압출 공정에 의해 그 상에 압출된다. 이 방법은 2층 조립체로서 전기 전도성 몰딩 조성의 제2 층 그리고 또한 외부 클래딩을 그 상에 함께 압출함으로써 단순화될 수 있다. 이러한 실시예의 경우에, 방법 단계 d) 및 방법 단계 e)는 동시에 일어난다. 그러나, 제2 전기 전도성 층 및 외부 클래딩 사이의 마찰 또는 융합 부착에 대한 요구가 빈번하게 있지는 않으므로, 대체의 선택 사항은 파이프 위에서 외부 클래딩으로서 매끄러운 파이프 또는 파형 파이프를 압박하는 것이다.
내부 층 그리고 2개의 전기 전도성의 재료는 열가소성 몰딩 조성물이다. 몰딩 조성물은 예컨대 폴리아미드, 폴리올레핀, 불소 중합체 또는 폴리우레탄을 기초로 하여 구성될 수 있다. 용어 "기초로 하여"는 여기에서 그리고 또한 다른 곳에서 몰딩 조성물이 적어도 40 중량%, 바람직하게는 적어도 50 중량% 그리고 더 바람직하게는 적어도 60 중량% 정도까지의 언급된 중합체로 구성된다는 사실을 표현한다.
폴리아미드는 디아민 및 디카르복실산의 조합, ω-아미노카르복실산 또는 대응하는 락탐으로부터 준비 가능하다. 원칙적으로, 폴리아미드를 사용하는 것이 가능하고, 그 예는 PA6 또는 PA66이다. 하나의 양호한 실시예에서, 폴리아미드의 단량체 유닛은 평균적으로 적어도 8개, 적어도 9개 또는 적어도 10개의 C 원자를 포함한다. 락탐의 혼합물로부터 유도되는 폴리아미드의 경우에, 관련된 숫자는 산술 평균이다. 디아민 및 디카르복실산의 조합의 경우에, 이러한 양호한 실시예에서의 디아민 및 디카르복실산의 C 원자의 산술 평균은 적어도 8개, 적어도 9개 또는 적어도 10개이어야 한다. 적절한 폴리아미드의 예는 다음과 같다: 즉, PA610[헥사메틸렌디아민(6개의 C 원자) 및 세바스산(10개의 C 원자)로부터 준비 가능함, 단량체 유닛 내에서의 C 원자의 평균은 여기에서 이처럼 8개임], PA88(옥타메틸렌디아민 및 1,8-수베르산으로부터 준비 가능함), PA8(카프릴로락탐으로부터 준비 가능함), PA612, PA810, PA108, PA9, PA613, PA614, PA812, PA128, PA1010, PA10, PA814, PA148, PA1012, PA11, PA1014, PA1212 및 PA12. 폴리아미드의 준비는 업계의 동향에 따른다. 물론, 이것을 기초로 하는 코폴리아미드(copolyamide)를 사용하는 것이 또한 가능하고, 이러한 경우에 카프로락탐 등의 단량체가 선택적으로 또한 사용될 수 있다.
폴리아미드로서, 바람직하게는, 그 디카르복실산 성분이 8개 내지 22개의 C 원자를 갖는 방향족 디카르복실산으로부터 5 내지 100 몰% 정도까지 기인되고 적어도 260℃, 바람직하게는 적어도 270℃ 그리고 더 바람직하게는 280℃의 결정자 융점(crystallite melting point)(Tm)을 갖는 반-방향족 폴리아미드(semi-aromatic polyamide)를 사용하는 것이 또한 가능하다. 이들 종류의 폴리아미드는 전형적으로 PPA로서 불린다. 이들은 디아민 및 디카르복실산의 조합으로부터 그리고 선택적으로 ω-아미노카르복실산 또는 대응하는 락탐의 첨가로써 준비 가능하다. 적절한 타임의 예는 PA66/6T, PA6/6T, PA6T/MPMDT(MPMD는 2-메틸펜타메틸렌디아민을 나타냄), PA9T, PA10T, PA11T, PA12T, PA14T, 그리고 또한 지방족 디아민 및 지방족 디카르복실산과 또는 ω-아미노카르복실산 및/또는 락탐과 이들 후자의 타입의 코폴리콘덴세이트(copolycondensate)이다.
폴리아미드는 또한 폴리에테르 에스테르 아미드 또는 폴리에테르 아미드일 수 있다. 폴리에테르 아미드는 원칙적으로 예컨대 제DE-A 30 06 961호로부터 공지되어 있다. 이들은 코모노머(comonomer)로서 폴리에테르디아민을 함유한다. 적절한 폴리에테르디아민은 후속의 수소 첨가와 관련되는 환원 아미노화 또는 아크릴로니트릴과의 커플링에 의해 대응하는 폴리에테르디올을 변환함으로써 얻어질 수 있다(예컨대, 제EP-A-0 434 244호; 제EP-A-0 296 852호). 이들은 일반적으로 230 내지 4000의 수평균 몰 질량을 갖고; 폴리에테르 아미드 내의 그 분률은 바람직하게는 5 내지 50 중량%이다.
프로필렌 글리콜로부터 출발하는 상용 폴리에테르디아민이 헌츠먼(Huntsman)으로부터의 제프아민®(JEFFAMIN®) D타입으로서 상업적으로 얻어질 수 있다. 1,4-부탄디올 또는 1,3-부탄디올로부터 출발하는 폴리에테르디아민, 또는 예컨대 디올로부터 기인하는 유닛의 랜덤 또는 블록형 분포를 갖는 혼합 구성의 폴리에테르디아민이 또한 원칙적으로 매우 적절하다.
상이한 폴리아미드의 혼합물을 사용하는 것이 또한 충분한 호환성의 제공을 조건으로 하여 가능하다. 호환성 폴리아미드 조합은 당업자에게 공지되어 있고; 여기에서 인용될 수 있는 예는 조합 PA12/PA1012, PA12/PA1212, PA612/PA12, PA613/PA12, PA1014/PA12 및 PA610/PA12 그리고 또한 PA11과의 대응하는 조합을 포함한다. 의심스러운 경우에, 호환성 조합은 루틴 테스트(routine test)에 의해 확인될 수 있다.
하나의 양호한 실시예에서, 더 협소한 의미에서의 30 내지 99 중량%, 더 바람직하게는 40 내지 98 중량% 그리고 특히 바람직하게는 50 내지 96 중량%의 폴리아미드, 그리고 또한 1 내지 70 중량%, 더 바람직하게는 2 내지 60 중량% 그리고 특히 바람직하게는 4 내지 50 중량%의 폴리에테르 에스테르 아미드 및/또는 폴리에테르 아미드의 혼합물이 사용된다. 폴리에테르 아미드가 여기에서 양호하다.
폴리아미드 외에도, 몰딩 조성물은 예컨대 충격 개질제, 다른 열가소성 수지, 가소제 그리고 다른 통상의 보조제 등의 추가의 성분을 포함할 수 있다. 폴리아미드가 몰딩 조성물의 매트릭스를 형성할 것이 필요하다.
폴리올레핀은 주로 폴리에틸렌 더 구체적으로 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 또는 아이소택틱(isotactic) 또는 신디오택틱(syndiotactic) 폴리프로필렌일 수 있다. 폴리프로필렌은 예컨대 코모노머로서 에틸렌 또는 1-부텐을 갖는 단독중합체 또는 공중합체일 수 있고, 랜덤 및 블록 공중합체의 양쪽 모두가 또한 사용될 수 있다. 나아가, 폴리프로필렌은 또한 예컨대 에틸렌-프로필렌 고무(EPM) 또는 EPDM에 의해 업계의 동향에 따라 충격-개질되었다. 본 발명에 따라 마찬가지로 사용될 수 있는 신디오택틱 폴리스티렌은 스티렌의 메탈로센-촉매화 중합에 의해 공지된 방식으로 준비될 수 있다.
불소 중합체는 예컨대 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF); 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체(ETFE); 예컨대 프로펜, 헥사플루오로프로펜, 비닐 플루오라이드 또는 비닐리덴 플루오라이드 등의 3성분에 의해 개질된 ETFE(예컨대, EFEP); 에틸렌-클로로트리플루오로에틸렌 공중합체(E-CTFE); 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE); 클로로트리플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬 비닐 에테르-테트라플루오로에틸렌 공중합체(CPT); 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로펜 공중합체(FEP); 또는 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬 비닐 에테르 공중합체(PFA)일 수 있다. 40 중량%까지의 예컨대 트리플루오로에틸렌, 클로로트리플루오로에틸렌, 에틸렌, 프로펜 및 헥사플루오로프로펜 등의 다른 단량체를 함유하는 비닐리덴 플루오라이드를 기초로 하는 공중합체가 또한 적절하다.
배리어 층은 존재한다면 예컨대 에틸렌-비닐 알코올 공중합체(EVOH), 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리부틸렌 나프탈레이트 또는 폴리페닐렌 설파이드(PPS)로 구성될 수 있다.
제1 및 제2 전기 전도성 층은 바람직하게는 동일한 몰딩 조성물로 구성된다. 이것은 양호한 층간 부착이 성취되는 것을 보증한다. 그러나, 상이한 몰딩 조성물이 서로에 양호하게 부착되는 것을 조건으로 하여, 이들을 사용하는 것이 또한 가능하다.
중합체 몰딩 조성물의 전기 전도도는 공지된 방식으로 예컨대 전도성 카본 블랙(conductive carbon black), 그래파이트 분말(graphite powder) 및/또는 그래파이트 피브릴(graphite fibril)[탄소 나노튜브(carbon nanotube)]의 첨가에 의해 성취된다. 이러한 중합체 몰딩 조성물의 체적 비저항은 104 Ωm 이상의 범위 내에서 DIN IEC 60093에 따라 그리고 104 Ωm 미만의 범위 내에서 EN ISO 3915에 따라 측정될 때에 10-3 내지 1010 Ωm, 바람직하게는 10-2 내지 108 Ωm, 더 바람직하게는 10-1 내지 107 Ωm 그리고 특히 바람직하게는 100 내지 106 Ωm의 범위 내에 있다.
전기 전도도를 개선하고 및/또는 퍼컬레이션 임계치(percolation threshold)를 저하시키기 위해, 전도성 중합체 몰딩 조성물은 비금속 양이온을 갖는 염, 에스테르 또는 아미드를 기초로 하는 분산제 또는 이들 양쪽 모두의 혼합물을 추가로 포함할 수 있다. 비금속 양이온을 갖는 적절한 염, 에스테르 또는 아미드를 기초로 하는 분산제 그리고 사용되는 그 양은 제102 01 0043470.1호(2010년 5월 11일)의 출원 파일 번호를 갖는 독일 특허 출원에 개시되어 있고; 그 특허 출원의 관련된 개시 내용은 본 특허 출원의 개시 내용의 일부이다.
많은 적용예에서 예컨대 자동차 및 상용차 시스템의 경우에, 이용 가능한 전압은 일정하지 않다. 그럼에도 불구하고, 필요한 가열 성능이 낮은 전압의 경우에 보증되어야 한다. 대조적으로, 높은 전압에서, 최대 허용 가능 온도가 초과되지 않아야 한다. 전기 전도성 몰딩 조성물은 바람직하게는 "양의 온도 계수 효과"(PTC: positive temperature effect)를 나타내는 방식으로 설계된다. 이러한 경우에, 온도가 상승됨에 따라, 몰딩 조성물의 저항이 상승된다. 이러한 효과는 특히 전도성 첨가제로서 전도성 카본 블랙 및/또는 그래파이트를 사용할 때에 생성된다. 이 효과는 고유한 안전성 특징을 나타내는데, 전압 상승에 따라 라인의 일부에 대한 과도한 온도 상승과 만나기 때문이다. 이것은 운반될 매체의 발화점, 인화점 또는 분해 온도 위로 가지 않는 데 또는 라인 재료 그 자체에 열 손상을 유발하지 않는 데 중요하다.
본 발명의 방법은 추가의 결정적인 장점을 갖는다. 방법 단계 a) 후에, 제1 전기 전도성 층의 전도도가 측정될 수 있다. 이러한 층의 전도도에 따라, 제2 전기 전도성 층의 두께가 가열에 필요한 파이프 전도도를 획득하도록 방법 단계 d)에서 변화될 수 있다. 그러므로, 예컨대 사용된 카본 블랙 배치(carbon black batch) 내에서의 차이 또는 예컨대 합성 도중의 계량 변화로부터 기인하는 배제될 수 없는 몰딩 조성물의 전도도 면에서의 변화가 보상될 수 있다. 전도성 층의 두께가 증가됨에 따라, 시스템의 전도도가 상승된다. 시스템의 전도도를 변화시키는 또 다른 방식은 전류 리드의 거리를 변화시키는 것이다.
제2 전기 전도성 층의 독창적인 낮은 두께의 결과로서, 단계 d)가 수행된 후에, 전류 리드는 웨이브 피크로서 파이프 표면 상에서 투명하게 들여다보인다. 이것은 의도적이고 예컨대 우연이 아닌 결과이다. 리드의 위치가 결과적으로 용이하게 확인될 수 있다. 그러면, 리드가 커플링을 통해 리드에 전류를 공급하도록 접촉되어야 하는 위치에서 용이하게 검출 및 노출될 수 있다. 웨이브 피크와 웨이브 밸리(wave valley) 사이의 차이는 바람직하게는 0.1 내지 1.2 ㎜, 더 바람직하게는 0.2 내지 0.8 ㎜ 그리고 특히 바람직하게는 0.3 내지 0.5 ㎜이다.
이러한 웨이브형 외형부는 추가의 장점을 갖는다. 하나의 실시예에서, 이 외형부는 여전히 가해질 부착 외형부에 대한 마찰 접촉부로서 작용한다. 이 방법의 단계 e)에서, 전기 절연성 몰딩 조성물의 외부 클래딩이 크로스헤드 다이를 사용하여 가해지면, 클래딩이 층간 부착이 없는 상태에서도 외형부에 의해 고정된다. 이러한 방식으로, 외부 클래딩은 전류 리드가 후속적으로 노출 및 접촉되어야 하는 위치에서 용이하게 제거될 수 있다. 이것을 더욱 용이하게 하기 위해, 외부 클래딩은 층이 용이한 절개에 의해 그 내로 또는 그를 통해 파열되어 제거될 수 있도록 적어도 대응 위치에서 노칭 또는 천공될 수 있다. 대응하는 실시예가 도1에 도시되어 있다. 이러한 도면에서, 전기 절연성 내부 층(1), 제1 전기 전도성 층(2), 제2 전기 전도성 층(3) 및 외부 클래딩(4)이 순서대로 가해진다. 외부 클래딩(4)은 예컨대 패리슨 공정(parison process)에서 크로스헤드 다이를 통해 가해질 수 있고; 그 절차는 당업자에게 잘 알려져 있다. 층(3)과 클래딩(4) 사이의 부착은 선택적으로 낮을 수 있거나 그렇지 않으면 전체적으로 존재하지 않을 수 있고; 마찰 접촉이 충분한 고정을 생성한다. 2개의 전기 전도 층(2, 3) 내에는 동작 시에 반대 극성을 갖는 나선형으로-권취된 리드 쌍(5, 6)이 매설된다. 도2에서, 외부 클래딩(4)에는 예컨대 크로스헤드 다이를 통해 가해지고 파형 파이프 테이크-오프(corrugated pipe take-off)를 통해 성형되는 추가의 외부 클래딩(7)이 인접된다. 클래딩(7) 내의 웨이브 피크는 클래딩(4) 내의 웨이브 피크와 동일한 위치를 가질 필요가 없고 더 구체적으로 서로로부터 동일한 거리를 가질 필요가 없다. 도3에는 또 다른 경우가 도시되어 있고; 여기에서, 외부 클래딩(4)은 압력 공정(pressure process)에 의해 가해지고, 그에 의해 매끄러운 표면을 초래한다. 후속적으로, 도2에 따른 버전과 동일한 설명이 적용된다는 조건으로, 추가의 외부 클래딩(7)이 가해진다.
추가의 실시예에서, 생성된 웨이브 피크는 이들 위에서 활주되는 매끄러운 파이프 또는 파형 파이프에 대한 "지지 지점"으로서 작용할 수 있고; 이러한 외부 클래딩은 이러한 경우에 힘 접촉 연결에 의해 고정된다. 이러한 경우에 그 사이에서 특히 웨이브 밸리에서 전개되는 공간은 단열 공기 또는 일반적으로 단열 가스를 포함하고, 동시에 포함된 가스가 나선형으로 순환되게 하여, 반경 방향 및 축 방향 가스 교환에 의해 라인의 균일한 열 상태를 생성한다. 동시에, 미충전 웨이브 밸리의 결과로서, 재료의 절약 그에 따라 또한 중량의 감소가 성취된다. 그 위에서 활주되는 파이프가 또한 끼워지도록 수축될 수 있고; 그러면, 파이프가 마찰 접촉에 의해 추가로 고정된다.
모든 실시예에서, 외부 클래딩은 조밀한 재료 또는 발포된 재료 중 어느 한쪽으로 구성될 수 있다. 발포된 재료와 관련된 변형예의 경우에, 외부 클래딩은 바람직하게는 폐쇄-기공형(closed-pored)이다. 외부 클래딩은 또한 얇은 외부 층 또는 외부 스킨으로 포위될 수 있고; 이것은 물, 오일, 먼지 등이 구조물 내로 침투되는 것을 방지하기 위해 특히 외부 클래딩이 개방-기공형 폼(open-pored foam)으로 구성될 때에 합리적이다. 적절한 재료는 예컨대 폴리아미드, 폴리올레핀, 불소 중합체 또는 폴리우레탄을 기초로 하는 몰딩 조성물 그리고 또한 열가소성 탄성중합체이다.
특허청구범위에 따른 라인은 제조하기 용이하고 조립 및 설치하기 용이하다. 더욱이, 이 라인은 그 수명에 따른 가열 성능의 저하가 효과적으로 방지될 수 있다는 장점을 갖는다.
또한, 본 발명은 본 발명의 방법에 의해 제조되는 가열 가능한 라인 파이프 그리고 또한 SCR 라인, 디젤 연료를 위한 라인 또는 연료 전지 시스템을 위한 라인을 제조하기 위한 그 사용에 관한 것이다. 이러한 목적을 위해, 라인 파이프는 또한 구조적으로 설명된 것과 같이 3-차원 권취 형상을 제공하기 위해 예컨대 요소, 커넥터, 클립, 마운트, 케이블, 플러그 또는 개스킷을 연결하는 부착을 통해 그리고 또한 라인의 열성형에 의해 완전히 기능적인 라인을 제공하도록 조립 즉 완성되어야 한다.

Claims (11)

  1. 가열 가능한 라인 파이프이며,
    상기 파이프의 내측으로부터 순서대로
    a) 전기 절연성 내부 층,
    b) 제1 전기 전도성 층,
    c) 서로로부터의 거리가 2 내지 20 ㎜가 되도록 상기 제1 전기 전도성 층 주위에 나선형으로 권취된 적어도 2개의 전류 리드,
    d) 상기 적어도 2개의 전류 리드 위에 표면을 형성하는 제2 전기 전도성 층, 및
    e) 전기 절연성 플라스틱 재료의 외부 클래딩을 포함하고,
    상기 적어도 2개의 전류 리드는 상기 제1 및 제2 전기 전도성 층 내에 매립 및 결속되고,
    제2 전기 전도성 층의 두께는 0.1 내지 1.5 ㎜이고,
    상기 적어도 2개의 전류 리드는, 제2 전기 전도성 층의 상기 표면에 웨이브 피크와 웨이브 밸리 사이의 차이가 0.1 ㎜ 내지 1.2 ㎜인 웨이브 피크를 형성하는
    가열 가능한 라인 파이프.
  2. 제1항에 있어서,
    전기 절연성 내부 층은 복수개의 서브층을 포함하는
    가열 가능한 라인 파이프.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 전류 리드는 와이어, 스트랜드 코드 또는 리본인
    가열 가능한 라인 파이프.
  4. 제1항에 있어서, 상기 적어도 2개의 전류 리드의 두께는 0.1 내지 2 ㎜인
    가열 가능한 라인 파이프.
  5. 제1항에 있어서,
    웨이브 피크와 웨이브 밸리의 차이는 0.3 ㎜ 내지 0.5 ㎜인
    가열 가능한 라인 파이프.
  6. 제1항에 있어서,
    제1 및 제2 전기 전도성 층은, 전도성 카본 블랙, 전도성 그래파이트 분말 및 전도성 그래파이트 피브릴을 포함하는 성분의 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 전기 전도성 성분을 포함하는
    가열 가능한 라인 파이프.
  7. 제1항에 있어서,
    제1 및 제2 전기 전도성 층의 체적 비저항은 10-3 내지 1010 Ωm이고,
    체적 비저항이 104 내지 1010 Ωm일 때 체적 비저항의 측정은 DIN IEC 60093에 따르고, 체적 비저항이 10-3 내지 104 Ωm일 때 체적 비저항의 측정은 EN ISO 3915에 따르는
    가열 가능한 라인 파이프.
  8. 제1항에 있어서,
    외부 클래딩은 압출된 층이고, 외부 클래딩은 웨이브 외형부를 포함하는
    가열 가능한 라인 파이프.
  9. 제1항에 있어서,
    외부 클래딩은 웨이브 피크와 힘 접촉 연결에 의해 고정된 매끄러운 파이프 또는 파형 파이프인
    가열 가능한 라인 파이프.
  10. 삭제
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