KR102446710B1 - 미세모세관 와이어 코팅용 다이 조립체 - Google Patents

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웬이 후앙
모하메드 에쎄그힐
스콧 얼. 칼레이타
체스터 크미에크
로버트 이. 위즐리
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다우 글로벌 테크놀로지스 엘엘씨
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Abstract

미세모세관 구조들을 포함하는 중합체 코팅들이 와이어 코팅 장치를 사용하여 와이어 또는 광섬유에 도포되고, 여기서 와이어 코팅 장치는 맨들렐 조립체(16)를 포함하는 다이(13) 조립체를 포함하고, 상기 맨드렐 조립체는 (A) 하우징(12); 및 (B) 원뿔-형상의 팁을 포함하고, 상기 하우징은, (1) (a) 하우징(12)의 길이 및 (b) 하우징(12)의 길이방향 중심선 축을 따라 연장되는 하우징(12) 와이어 튜브형 채널; (2) 와이어 튜브형 채널을 둘러싸는 유체 환형 채널과; (3) 하우징(12)의 하나의 단부에 위치되며 유체 환형 채널과 유체 연통하는 유체 링(28)을 포함하고, 상기 원뿔-형상의 팁은 광폭 단부 및 협폭 단부를 갖고, 팁의 광폭 단부는 유체 링(28)이 위치되는 하우징(12)의 단부에 부착되고, 상기 팁은, (1) (a) 팁의 길이 및 (b) 팁의 길이방향 중심선 축을 따라 연장되는 팁 와이어 튜브형 채널; (2) 유체 링(28)과 유체 연통하는 팁 유체 채널(27); 및 (3) 팁 유체 채널(27)과 유체 연통하는 하나 이상의 노즐들(29A)을 포함하고, 노즐들(29A)은 단부에 위치하여 팁의 협폭 단부를 넘어 연장되며, 하우징(12) 와이어 튜브형 채널과 팁 와이어 튜브형 채널은 와이어가 한쪽에서 다른 쪽으로 중단됨이 없이 직선으로 통과할 수 있도록 서로 개방 연통된다.

Description

미세모세관 와이어 코팅용 다이 조립체
본 발명은 미세모세관 구조들을 갖는 전기적 및 원격통신 케이블 피복들을 생산하기 위한 미세모세관 와이어 코팅용 다이 조립체에 관한 것이다.
전기적 및 원격통신 케이블들은 수년간의 결함-없는 서비스를 위해 설계된 강인한 중합체 물질들로 만들어지고, 이에 따라 케이블 피복들은 전형적으로 찢기 어려우며, 그리고 케이블에 손상을 주지 않으면서 안전한 설치를 위해 특수 절단 도구들 및 훈련된 설치기사들을 요구한다. 이처럼, 전체 시스템 비용을 감소시키기 위한 전반적인 목표로, 설치가 쉬울 필요성, 내부 구성요소들에 신속히 접근하기 위해 피복들을 "쉽게-벗겨"낼 필요성, 그리고 광섬유 케이블들을 쉽게 연결할 필요성이 최종-사용자에게 강하게 존재한다.
이러한 결과를 위해, 찢어지는 특징들을 갖는 케이블 피복들이 개발되었다. 이러한 구조들은 케이블 피복이 쉽게 벗겨지게 하여 케이블 내부 구성요소들에 접근하도록 하며 광섬유 케이블들이 서로 쉽게 연결되도록 한다. 찢어지는 특징들을 포함하는 제품들, 그리고 이러한 제품들을 만들기 위한 공정들은 본 발명의 기술분야에서 잘 알려져 있다. 예를 들어, WO 2012/071490 A2, US 2013/0230287 A1, USP 7,197,215, USP 8,582,940, USP 8,682,124, USP 8,909,014, USP 8,995,809, US 2015/0049993 A1, CN 103 665 627 A, 및 CN 201 698 067을 참조하기 바란다.
특히 관심의 대상이 되는 한 가지 찢어지는 특징은 미세모세관들이다. 이러한 구조들은 케이블 피복 형성시 그 벽 내에 형성되는 직경이 작은 채널들인데, 이러한 채널들은 케이블 피복의 길이방향 축을 따라 연장된다. 여기서 또한, 미세모세관들의 성질 및 형성에 관한 공개문헌들은 본 발명의 기술분야에서 풍부하다. 예를 들어, WO 2015/175208 A1, WO 2014/003761 A1, EP 1 691 964 B1, WO 2005/056272 A2, WO 2008/044122 A2, US 2009/0011182 A1, WO 2011/025698 A1, WO 2012/094315 A1, WO 2013/009538 A2, 및 WO 2012/094317 A1을 참조하기 바란다.
환형 미세모세관 제품들을 생산함에 있어, 전형적으로 이러한 제품, 예를 들어, 케이블 피복은 다수의 층들을 가지고 있으며, 여기서 층들 중 두 개의 층은 미세모세관 둘레에 형성된다. 이러한 제품들은 제품이 형성되게 하는 다이의 전형적으로 작고 조밀한 영역으로 인해 만들기 어려울 수 있다. 이것은 또한 장비의 금전적 및 운영적 비용들을 부가하는 더 큰 직경의 다이를 사용할 것을 요구한다. 케이블 피복 산업에 있어 관심의 대상은 미세모세관들이 매립된 단일 중합체 층을 포함하는 케이블 피복의 압출성형을 가능하게 할 다이이다.
일 실시예에서, 본 발명은 맨드렐 조립체인데, 여기서 맨드렐 조립체는,
(A) 하우징; 및
(B) 원뿔-형상의 팁을 포함하고,
하우징은,
(1) (a) 하우징의 길이 및 (b) 하우징의 길이방향 중심선 축을 따라 연장되는 하우징 와이어 튜브형 채널;
(2) 와이어 튜브형 채널을 둘러싸는 유체 환형 채널;
(3) 상기 하우징의 하나의 단부에 위치되며, 유체 환형 채널과 유체 연통하는 유체 링을 포함하고;
원뿔-형상의 팁은 광폭(wide) 단부 및 협폭(narrow) 단부를 갖고, 팁의 광폭 단부는 유체 링이 위치되는 하우징의 단부에 부착되고,
팁은,
(1) (a) 팁의 길이 및 (b) 팁의 길이방향 중심선 축을 따라 연장되는 팁 와이어 튜브형 채널;
(2) 유체 링과 유체 연통하는 팁 유체 채널; 및
(3) 팁 유체 채널과 유체 연통하는 하나 이상의 노즐들을 포함하고,
노즐들은 단부에 위치되어 팁의 협폭 단부를 넘어 연장되며,
하우징 와이어 튜브형 채널과 팁 와이어 튜브형 채널은 와이어가 한쪽에서 다른 쪽으로 중단됨이 없이 직선으로 통과할 수 있도록 서로 개방 연통된다.
일 실시예에서, 본 발명은 미세모세관들을 포함하는 중합체 코팅을 와이어 또는 광섬유에 도포하기 위한 다이 조립체이고, 이러한 조립체는 앞서 설명된 맨드렐 조립체를 포함한다.
일 실시예에서, 본 발명은 미세모세관 구조들을 포함하는 중합체 코팅을 와이어 또는 광섬유에 도포하기 위한 와이어 코팅 장치이고, 이러한 장치는 앞서 설명된 다이 조립체를 포함한다.
일 실시예에서, 본 발명은 미세모세관 구조를 포함하는 중합체 코팅을 포함하고 있는 와이어 또는 광섬유이고, 이러한 중합체 코팅은 앞서 설명된 장치를 사용하여 와이어 또는 광섬유에 도포된다.
도 1a는 케이블 피복을 압출성형하기 위한 다이 조립체의 사시도이다.
도 1b는 도 1a의 다이 조립체의 단면도이다.
도 1c는 도 1a 및 도 1b의 다이 조립체의 분해도이다.
도 2a는 미세모세관 맨드렐 조립체의 사시도이다.
도 2b는 도 2a의 미세모세관 맨드렐 조립체의 단면도이다.
도 2c는 도 2a 및 도 2b의 미세모세관 맨드렐 조립체의 분해도이다.
도 3a 내지 도 3d는 케이블 피복의 벽 내에서 미세모세관 채널들의 배치를 나타낸 개략도이다.
도 4는 실시예에서 설명되는 바와 같은 에어를 갖도록 조제된 두 개의 미세모세관 채널들이 있는 와이어 피복의 현미경사진이다.
도 5는 실시예에서 설명되는 바와 같은 에어 없이 조제된 미세모세관 채널들이 없는 와이어 피복의 현미경사진이다.
도 6a 및 도 6b는 실시예로부터의 본 발명의 코팅된 와이어 찢긴 샘플 및 비교대상인 코팅된 와이어 찢긴 샘플을 각각 나타낸 사진들이다.
미국 특허 실무상 목적으로, 임의의 참조되는 특허, 특허 출원, 또는 공개문헌의 내용들은 그 전체가 참조로 본 명세서에 통합되며(또는 그 등가적인 미국 공개문헌이 참조로 본 명세서에 그렇게 통합되며), 특히 정의들의 개시에 관하여 (본 개시 내용에서 특별히 제공되는 임의의 정의들과 일치하는 정도에서) 그러하고 아울러 본 발명의 기술분야에서의 일반적인 지식과 관련하여 그러하다.
본 명세서에서 개시되는 수치적 범위들은 하위 값 및 상위 값을 포함하여 이 들로부터의 모두 값들을 포함한다. 명시적인 값들(예를 들어, 1 또는 2; 또는 3 내지 5; 또는 6; 또는 7)을 포함하는 범위들에 대해서, 어떤 두 개의 명시적인 값들 사이의 임의의 하위범위(예를 들어, 1 내지 2; 2 내지 6; 5 내지 7; 3 내지 7; 5 내지 6; 등)가 포함된다.
용어들 "포함하는", "포함한", "갖는" 그리고 이들의 변형형태들은 임의의 추가적인 구성요소, 단계, 또는 절차의 존재를 배제하도록 의도되지 않았는데, 이러한 추가적인 구성요소, 단계, 또는 절차가 구체적으로 개시되었는지 아니면 개시되지 않았는지는 상관없다. 임의의 의문점을 피하기 위해, 용어 "포함하는"의 사용을 통해 청구되는 모든 조성들은 상반되는 기재가 있지 않는 한 중합체이든 그렇지 않든 상관없이 임의의 추가적인 첨가제, 보조제, 또는 화합물을 포함할 수 있다. 대조적으로, 용어 "본질적으로 ~으로 이루어진"은 ~ 부분에 기재된 것의 범위로부터 동작가능성에 본질적이지 않는 것들을 제외하고 임의의 다른 구성요소, 단계 또는 절차를 배제한다. 용어 "~으로 이루어진"은 특정적으로 기술되거나 나열되지 않은 임의의 구성요소, 단계 또는 절차를 배제한다. 용어 "또는"은 달리 기재된 바가 없다면 그 나열된 요소들을 개별적으로 나타낼 뿐만 아니라 임의의 조합으로 나타내는 것이다. 단수형의 사용은 복수형의 사용을 포함하며, 그 반대의 경우도 마찬가지이다.
"하이브리드 케이블" 및 유사한 용어들은 단일 케이블 구성 내에 유사하지 않은 전송 매체들의 둘 이상의 타입들을 포함하는 케이블을 의미한다. 하이브리드 케이블들은 하나 이상의 광섬유들과 구리 트위스티드 페어들과 같은 금속 와이어를 포함하는 케이블들, 또는 광섬유와 동축 전송 구성을 포함하는 케이블들을 포함하지만, 이러한 것으로만 한정되는 것은 아니다.
"케이블", "파워 케이블" 및 이와 유사한 용어들은 외장피복(예를 들어, 절연성 피복체 및/또는 보호용 바깥쪽 피복) 내의 적어도 하나의 와이어 또는 광섬유를 의미한다. 전형적으로, 케이블은 함께 묶여 있는, 전형적으로는 공통 절연성 피복체 및/또는 보호용 피복 내에 함께 묶여 있는, 둘 이상의 와이어들 또는 광섬유들이다. 외장피복 안쪽에 있는 개개의 와이어들 또는 광섬유들은 피복이 없는 그 자체일 수 있거나, 피복되어 있을 수 있거나, 또는 절연되어 있을 수 있다. 케이블은 저전압 응용, 중전압 응용, 및/또는 고전압 응용을 위해 설계될 수 있다. 전형적인 케이블 설계들이 USP 5,246,783; 6,496,629 및 6,714,707에 예시되어 있다.
"전도체"는 열, 광, 및/또는 전기를 전도하기 위한 하나 이상의 와이어(들) 또는 섬유(들)를 나타낸다. 전도체는 단일-와이어/섬유 또는 다중-와이어/섬유일 수 있고, 그리고 표준 형태 또는 튜브 형태를 가질 수 있다. 적절한 전도체들의 비한정적 예들은 은, 금, 구리, 탄소 및 알루미늄과 같은 금속들을 포함한다. 전도체는 또한 유리 또는 플라스틱으로부터 만들어진 광섬유일 수 있다.
달리 언급되지 않는 한, 또는 문맥으로부터 암시적이지 않는 한, 또는 본 발명의 기술분야에서 통상적인 것이 아닌 한, 모든 부분들 및 퍼센트들은 중량에 기반을 두고 있으며, 그리고 모든 테스트 방법들은 본 개시내용의 출원일 현재 통용되고 있는 것이다.
"유체 연통하는" 및 이와 유사한 용어들은 인접하는 장치들이 유체가 하나의 장치로부터 다른 장치로 중단됨이 없이 통과할 수 있도록 하는 방식으로 연결되어 있음을 의미한다.
"개방 연통하는" 및 이와 유사한 용어들은 인접하는 장치들이 물체가 하나의 장치로부터 다른 장치로 중단됨이 없이 통과할 수 있도록 하는 방식으로 연결되어 있음을 의미한다.
도 1a 내지 도 1c는 전형적인 미세모세관 와이어 코팅 장치를 예시한다. 와이어 코팅 장치(10)는 하우징(12)의 하나의 단부에 견고하게 부착된 단부 캡(11)을 포함한다. 다이(13)는 단부 캡(11) 내에서 적절한 위치에 딱 맞게 유지되는데 이것은 다이 리테이너(14) 및 다이 리테이너 고정 나사들(15)에 의해 이루어지고, 이들은 와이어 피복 두께 균일성 및 중심성을 조정하기 위해 사용된다.
미세모세관 맨드렐 조립체(16)가 하우징(12) 내에 딱 맞춰 위치하고 하우징(12)을 통해 연장된다. 미세모세관 맨드렐 조립체(16)는 맨드렐 고정 나사(17), 맨드렐 리테이너(18) 및 조정 나사(19)에 의해 하우징(12) 내에 딱 맞춰 위치한다. 수지 흐름 전향기(20)가 하우징(12) 내에서 미세모세관 맨드렐 조립체(16) 둘레에 딱 맞춰 위치한다. 스페이서(21)는 다이(13)와 하우징(12) 간의 원하는 거리를 유지시킨다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 미세모세관 맨드렐 조립체의 일 실시예를 예시한다. 미세모세관 맨드렐 조립체(16)는 맨드렐 바디(22), 맨드렐 팁(23), 맨드렐 어댑터(24), 그리고 맨드렐 어댑터 고정 나사(25)를 포함한다. 맨드렐 팁(23) 및 맨드렐 어댑터 고정 나사(25)는 전형적으로는 바디와 나사의 대향하는 나사산들 사이에 고온 나사 밀봉제를 사용하여 나사밀봉되는 관계로 맨드렐 바디(22)의 양쪽 단부들에 부착된다. 맨드렐 어댑터(24)는 어댑터 고정 나사(25)에 의해 맨드렐 바디(22)에 고정된다.
맨드렐 바디(22)는 와이어 채널(26a) 및 유체 채널(27)을 포함한다. 와이어 채널(26a)은 튜브형이고, 유체 채널(27)은 환형이며, 유체 채널(27)은 와이어 채널(26a)을 에워싼다. 양 채널들은 맨드렐 바디(22)의 길이를 따라 뻗어 있다. 유체 채널(27)은 맨드렐 어댑터(24)와 맨드렐 팁(23) 간의 유체 연통을 제공하고, 그리고 유체 채널(27)은 맨드렐 바디(22)와 맨드렐 팁(23)의 접합부에 위치한 유체 링(28)에서 종단된다.
맨드렐 팁(23)은 협폭 단부 또는 점점 가늘어진 단부를 갖는 원뿔이며, 이러한 단부에는 노즐들(29a 및 29b)이 구비되어 있다. 이러한 노즐들은 맨드렐 팁(23)의 점점 가늘어진 단부를 넘어 연장된다. 맨드렐 팁(23)은 유체 채널들(30a 및 30b)을 포함하고, 이러한 채널들은 맨드렐 팁(23)의 길이를 따라 뻗어 있으며 유체 링(28)과 노즐들(29a 및 29b) 각각 간의 유체 연통을 제공한다. 맨드렐 팁(23)은 또한 맨드렐 팁(23)의 길이를 따라 뻗어 있는 와이어 채널(26b)을 포함하고, 이러한 와이어 채널(26b)은 맨드렐 바디(22)의 와이어 채널(26a)에 맞추어 정렬되고 맨드렐 바디(22)의 와이어 채널(26a)과 개방 연통된다. 와이어 채널(26b)은 맨드렐 팁(23)의 중심 길이방향 선을 따라 위치하고, 그리고 유체 채널들(30a 및 30b)은 유체 링(28)에서 시작하여 노즐들(29a 및 29b) 각각에서 종단되는 맨드렐 팁(23)의 점점 가늘어지는 방향의 선을 따라 와이어 채널(26b) 둘레에 위치한다. 이러한 노즐들은 맨드렐 팁(23)의 점점 가늘어진 단부 둘레에 위치함과 아울러 맨드렐 팁(23)의 점점 가늘어진 단부를 넘어 위치한다.
맨드렐 어댑터(24) 및 맨드렐 어댑터 고정 나사(25)는 채널(26c) 및 채널(26d)을 각각 포함한다. 조립될 때, 와이어 채널들(26a 내지 26d)은 일직선으로 정렬되고 서로 개방 연통되어 와이어가 와이어 채널(26d)에 유입될 수 있고 와이어 채널들(26a 내지 26d)을 중단됨이 없이 직선으로 통과할 수 있게 된다. 맨드렐 어댑터(24)는 또한 유체 포트(31)를 구비하고 있는데, 여기서 유체 포트(31)는 맨드렐 바디(22)의 유체 채널(27)과 유체 연통된다. 맨드렐 바디(22)는 또한 중합체 용융물 포트(32)를 구비하고 있고, 여기서 중합체 용융물 포트(32)는 맨드렐 조립체(16)의 외부 표면과 맨드렐 바디(22) 및 맨드렐 팁(23)의 내부 표면들에 의해 형성되는 중합체 용융물 채널(33)과 유체 연통된다.
와이어 코팅 장치(10)는 알려진 와이어 코팅 장치와 동일한 방식으로 동작된다. 와이어, 또는 이전에 코팅된 와이어, 예를 들어, 하나 이상의 반도체 층 및/또는 절연체 층들과 같은 하나 이상의 와이어 코팅들을 포함하는 와이어가, 맨드렐 어댑터 고정 나사 와이어 채널(26d) 안으로 공급되고 와이어 채널들(26a 내지 26c)을 통해 뽑혀진다. 와이어 자체는 하나 이상의 스트랜드들을 포함할 수 있는데, 예를 들어, 임의의 전도성 금속, 예컨대, 구리 또는 알루미늄, 또는 광섬유의 단일 스트랜드 또는 스트랜드들의 트위스티드 페어를 포함할 수 있다.
중합체 용융물은 전형적으로 압력을 받는 상태에서 중합체 용융물 포트(32)를 통해 맨드렐 바디(22)에 공급되고, 수지 흐름 전향기(20)에 의해 중합체 용융물 채널(33) 안으로 전향된다. 전형적으로 와이어 코팅 장치는 압출성형기의 출구 단부에 부착되어 압출성형기로부터 중합체 용융물을 수용한다. 중합체 자체는 임의 개수의 열가소성 및 열경화성 물질들로부터 선택될 수 있고, 특정 물질이 그 최종-용도의 성능을 위해 선택된다. 예시적 물질들은 다양한 기능화된 폴리올레핀들 및 비기능화된 폴리올레핀들을 포함하는데, 예컨대, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌 비닐 아세테이트(Ethylene Vinyl Acetate, EVA), 등과 같은 것을 포함한다. 중합체 용융물은 중합체 용융물 채널(33)을 통해 흐르는데, 이러한 흐름은 중합체 용융물이 노즈들(29a 및 29b) 둘레로 흘러 와이어의 표면에 도포될 때까지 일어난다.
유체(전형적으로는 에어, 하지만 임의의 가스일 수 있음), 액체 또는 용융물이 사용될 수 있고, 전형적으로 압력을 받는 상태에서 맨드렐 어댑터(24)의 유체 포트(31)를 통해 유체 채널(27)에 유입된다. 유체는 맨드렐 바디(22)의 유체 채널(27)을 통해 유체 링(28) 안으로 이동하여 유체 링(28)으로부터 맨드렐 팁(23)의 유체 채널들(30a 및 30b)에 유입된다. 유체는 중합체 용융물이 와이어에 도포됨에 따라 노즐들(29a 및 29b) 각각을 통해 채널들(30a 및 30b)에서 중합체 용융물 안으로 유출된다. 노즐들이 맨드렐 팁(23)의 원뿔의 단부를 넘어 연장되기 때문에, 노즈들(29a 및 29b)로부터의 유체는 와이어 피복체에 유입되고 중합체 용융물이 고형화됨에 따라 피복체 내에 미세모세관들을 형성한다. 형성되는 미세모세관들의 수는 맨드렐 팁의 원뿔의 단부를 넘어 연장되는 노즐들의 수에 따라 달라진다. 마찬가지로, 와이어 피복체 내에서의 미세모세관들의 배치는 맨드렐 팁 상의 노즈들의 배치에 따라 달라진다. 도 3a 내지 도 3d는 두 개의 노즐들을 구비한 맨드렐 팁으로 형성된, 케이블 피복 내에서의 네 가지 배치 패턴들을 예시한다. 각각의 도면에서, 미세모세관들은 서로 맞은편에 있지만, 도 3a에서 미세모세관들은 피복 벽의 중심에 있고, 반면 도 3b에서 미세모세관들은 피복 벽의 안쪽 표면 상에 있고, 반면 도 3c에서 미세모세관들은 피복 벽의 바깥쪽 표면 가까이 있고, 반면 도 3d에서 미세모세관들은 피복 벽의 바깥쪽 표면 상에 있다(따라서 실제로 피복 벽의 바깥쪽 표면에 홈을 형성함).
노즐들이 맨드렐 팁의 원뿔의 단부를 넘어 연장되도록 노즐들을 배치함으로써 와이어 코팅의 벽 내에 미세모세관들이 형성될 수 있다. 이렇게 노즐들을 배치함으로써 또한, 미세모세관들을 갖는 와이어 코팅의 단일 층이 압출성형될 수 있고, 이러한 단일 층이 압출성형될 수 있기 때문에 또한, 층들 사이에 미세모세관들이 형성되는 다중 층들을 압출성형하기 위한 다이와 비교하여 더 작은 직경의 다이를 설계할 수 있다. 이것은 또한, 와이어에 대한 코팅을 압출성형하는 것과 관련된 금전적 및 운영적 비용들을 모두 감소시킬 수 있다.
미세모세관 외형은 피복체 두께에 딱 맞도록 최적화될 수 있어 기계적 속성들에 최소의 영향을 주면서 원하는 찢어짐의 용이성을 달성하도록 최적화될 수 있다. 미세모세관들은 특정 길이에 걸쳐 피복 찢어짐이 가능하도록 불연속적으로 또는 간헐적으로 존재할 수 있다. 미세모세관들은 (도 3a 내지 도 3d에서 예시되는 바와 같이) 피복 영역에서 원하는 반경방향 위치들에 배치될 수 있다. 미세모세관들은 와이어 피복체의 외부 표면에 인쇄하거나 또는 외부 표면을 오목하게 또는 볼록하게 함으로써 발견이 용이하도록 표시될 수 있다. 미세모세관은 또한 탄성중합체와 같은 실질적으로 더 약한 비-피복성 중합체 물질로 채워질 수 있는데, 이것은 해당 중합체 용융물을 미세모세관 채널들 안으로 주입시키기 위한 2차 압출성형기를 사용함으로써 이루어진다. 미세모세관의 짧은 축이 피복의 두께 또는 피복을 포함하는 케이블 층의 두께를 초과해서는 안 된다. 미세모세관 외형은 흐름 속도 및 압력, 예를 들어, 에어 흐름 속도 및 에어 압력에 의해 제어된다.
다음의 실시예는 본 발명의 실시예의 추가 예이다.
실시예
본 실시예에서 사용되는 와이어 코팅 장치는 도 1a 내지 도 1c 및 도 2a 내지 도 2c에서 설명된다. 수지 흐름 전향기는 유입되는 중합체 용융물을 환형 채널에 걸쳐 균일하게 흐르도록 고르게 퍼뜨린다. 에어가 맨드렐 어댑터를 통해 미세모세관 맨드렐에 도입되고, 그리고 에어는 속이 빈 채널을 통해 맨드렐 팁으로 이송된다. 에어는 두 개의 스트림들로 분할되고, 그 다음에 미세모세관 노즐들에 도달한다. 중합체 용융물은 미세모세관 노즐들의 둘레를 감싸고 다이 출구에서 에어와 만난다.
와이어 코팅 장치는, 단일-스크류 압출성형기, 와이어 스트랜딩 유닛, 미세모세관 튜브형 크로스-헤드 다이, 미세모세관 채널들에 에어 흐름을 제공하기 위한 에어-라인, 온도 제어기들을 갖고 있는 일련의 워터 배스들, 그리고 필라멘트 테이크-업 디바이스로 구성된 데이비스-스탠다드 와이어 코팅 라인이었다.
사용된 중합체 수지는 밀도가 0.944 g/cm3이고 용융물 흐름 속도가 0.7 g/10 min(190℃, 2.16 kg)인 중밀도 폴리에틸렌(Medium Density PolyEthylene, MDPE) 화합물(액셀레론(AXELERONTM) GP 6548 BK CPD)이다. 압출성형 라인의 온도 프로파일은 표 1에서 제시된다. 에어 압력은 초기에 20 psi(pounds per square inch; 평방 인치당 파운드)(137,896 파스칼)로 설정되었고, 에어 흐름 속도는 압출성형을 개시시키기 위해 84.7 cc/min으로 설정되었다. 종래의 와이어 스트랜딩 유닛을 사용하여, 미세모세관 와이어 코팅 다이를 통해 14 게이지(0.064 인치) 구리 와이어가 뽑혀졌다. 와이어는 다이에 도달하기 전에 225 내지 250℉로 예열되었다. 중합체 펠릿들이 호퍼를 통해 압출성형기 안으로 공급되었고, 그 다음에 용융되었으며 미세모세관 크로스-헤드 다이 안으로 주입되었다. 다이 출구에 가깝게 있는 미세모세관 노즐들의 둘레로 흐르게 된 용융된 중합체가 구리 와이어의 표면 상으로 도포되었다. 이렇게 코팅된 와이어가 일련의 수냉 용기들을 통해 쓰레드화되었다. 이에 따라, 그 제조된 와이어는 필라멘트 테이크-업 디바이스 상에 모아졌다. 압출성형 코팅 공정이 정상 상태에서 운용될 수 있도록 에어 압력 및 에어 흐름 속도는 낮아지도록 천천히 조절되었다. 발명적 샘플들에 대해, 스크류 속도는 18.5 rpm(revolutions per minute; 분당 회전수) 내지 45.75 rpm으로 변경되었고, 라인 속도는 100 ft/min(feet per minute; 분당 피트) 내지 300 ft/min(30.48 m/min(meters per minute; 분당 미터) 내지 91.44 m/min)으로 변경되었다. 에어 압력은 10 psi(68,948 파스칼)에서 유지되었고, 반면 에어 흐름 속도는 15 cc/min 내지 23.1 cc/min으로 변경되었다.
비교대상적 샘플들에 대해, 에어는 차단되었고, 하지만 압출성형 조건들은 발명적 샘플들에서 유지되었던 압출성형 조건들과 동일하다.
Figure 112019060534956-pct00001
상세한 공정 조건들 및 피복 그리고 미세모세관 치수가 표 2에서 제공된다. 도 4 및 도 5는 발명적 미세모세관 와이어 피복의 실시예 및 비교대상적 와이어 피복의 실시예를 보여주는데, 여기서 발명적 미세모세관 와이어 피복의 실시예는, 스크류 속도가 30.5 rpm, 라인 속도가 200 ft/min(60.96 m/min), 에어 압력이 10 psi(68,948 파스칼), 그리고 에어 흐름 속도가 15 cc/min인 조건들에 의해 조제되었고, 비교대상적 와이어 피복의 실시예는 스크류 속도가 30.5 rpm 그리고 라인 속도가 200 ft/min(60.96 m/min)인 조건들에 의해 조제되었다.
발명적 미세모세관 피복들과 비교대상적 고형 피복들의 인열 강도를 측정하기 위해 벗기는 테스트가 수행되었다. 시료들은 1.0 인치(2.56 cm)만큼 절단되었고, 립들을 만들기 위해 벌어졌다. 표에서 제시되는 바와 같이, 비교대상예 11A의 고형 피복은 벗기는 힘이 13.18 lbf(pound-foot; 파운트-피트)(58.63 N(Newtons; 뉴튼))인 가장 높은 값을 가지고, 반면 두 개의 미세모세관 채널들을 갖는 발명예 7A는 벗기는 힘이 3.37 lbf(15 N)인 가장 낮은 값을 보여준다. 이것은 비교대상예 11A와 비교해 발명예 7A에 대한 벗기는 힘이 75% 감소했음을 나타낸다. 발명예 9A에서의 미세모세관 채널들은 찢어지는 경로를 유도하여 도 6a에서 보여지는 바와 같이 더 적은 힘으로 깨끗하게 벗겨지는 결과를 초래한다. 대조적으로, 비교대상예 11A의 고형 피복은 제어되지 않는 방식으로 파손이 일어났음을 보여줬다(도 6b). 또한, 표 2로부터 보여지는 바와 같이, 벗기는 힘과 전체 미세모세관 벽 두께 간에는 강한 상관관계가 존재한다. 벽 두께가 더 작으면 벗기는 힘은 더 낮아지게 된다.
Figure 112019060534956-pct00002

Claims (5)

  1. 맨드렐 조립체로서, 상기 맨드렐 조립체는,
    (A) 맨드렐 바디; 및
    (B) 원뿔-형상의 팁을 포함하고,
    상기 맨드렐 바디는,
    (1) (a) 상기 맨드렐 바디의 길이 및 (b) 상기 맨드렐 바디의 길이방향 중심선 축을 따라 연장되는 맨드렐 바디 와이어 채널;
    (2) 상기 와이어 채널을 둘러싸는 유체 채널; 및
    (3) 상기 맨드렐 바디의 하나의 단부에 위치되며, 상기 유체 채널과 유체 연통하는 유체 링을 포함하고, 상기 유체 채널은 상기 맨드렐 바디와 원뿔-형상의 팁의 접합부에 위치한 상기 유체 링에서 종단되며,
    상기 원뿔-형상의 팁은,
    광폭(wide) 단부 및 협폭(narrow) 단부를 갖고, 상기 팁의 상기 광폭 단부는 상기 유체 링이 위치되는 상기 맨드렐 바디의 단부에 부착되고,
    상기 팁은,
    (1) (a) 상기 팁의 길이 및 (b) 상기 팁의 길이방향 중심선 축을 따라 연장되는 팁 와이어 채널;
    (2) 상기 유체 링과 유체 이동이 가능한 상태로 연결되는 팁 유체 채널; 및
    (3) 상기 팁 유체 채널과 유체 연통하는 하나 이상의 노즐들을 포함하고, 상기 팁 유체 채널은 상기 원뿔-형상의 팁의 테이퍼 라인을 따르며, 상기 노즐들은 단부에 위치되어 상기 팁의 상기 협폭 단부를 넘어 연장되고,
    상기 맨드렐 바디 와이어 채널과 상기 팁 와이어 채널은 와이어, 하이브리드 케이블 또는 광섬유가 한쪽에서 다른 쪽으로 중단됨이 없이 직선으로 통과할 수 있도록 서로 개방 연통되는, 맨드렐 조립체.
  2. 미세모세관 구조들을 포함하는 중합체 제품을 압출성형하기 위한 다이 조립체로서, 상기 조립체는 제1항의 맨드렐 조립체를 포함하는, 다이 조립체.
  3. 미세모세관 구조들을 포함하는 중합체 코팅을 와이어, 하이브리드 케이블 또는 광섬유에 도포하기 위한 와이어 코팅 장치로서, 상기 장치는 제2항의 다이 조립체를 포함하는, 와이어 코팅 장치.
  4. 미세모세관 구조들을 포함하는 중합체 코팅을 포함하고 있는 하이브리드 케이블로서, 상기 중합체 코팅은 제3항의 장치를 사용하여 도포되는, 하이브리드 케이블.
  5. 제3항에 있어서,
    유체 환형 채널은 와이어 튜브형 채널을 따라 연장하는 단일 유체 환형 채널이고, 상기 단일 유체 환형 채널은 압력 하에 유체 포트에 연결되는, 와이어 코팅 장치.
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