KR102499963B1 - 설계된 미세구조를 갖는 케이블 재킷 및 설계된 미세구조를 갖는 케이블 재킷의 제조 방법 - Google Patents

설계된 미세구조를 갖는 케이블 재킷 및 설계된 미세구조를 갖는 케이블 재킷의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

요약
컨덕터, 및 상기 컨덕터를 적어도 부분적으로 둘러싸는 신장된 폴리머 코팅물을 포함하는 코팅된 컨덕터로서, 상기 신장된 폴리머 코팅물은 폴리머 매트릭스 물질, 및 엘라스토머 폴리머 물질을 함유하는 복수의 미세모세관을 포함하는, 코팅된 컨덕터. 그와 같은 코팅된 컨덕터를 제조하기 위한 다이 및 방법이 또한 개시되어 있다.

Description

설계된 미세구조를 갖는 케이블 재킷 및 설계된 미세구조를 갖는 케이블 재킷의 제조 방법
관련 출원에 대한 참조
본원은 2015년 2월 20일자로 출원된 미국 가출원 번호 62/118,613의 이점을 주장한다.
분야
본 발명의 다양한 구현예는 미세모세관 구조를 갖는 케이블 코팅물 및 재킷에 관한 것이다.
전형적인 케이블 구조물에서, 그것이 전력 케이블이든 또는 통신 케이블이든, 케이블의 재킷은 주요 외부 보호 장치이다. 대개의 경우, 케이블의 재킷은 수분, 열, UV 광, 또는 기계적 남용과 같은 외부 요소에 노출되는 최외부 층이다. 따라서, 재킷 물질은 종종 양호한 기계적 강도, 인성, 및 내마모성을 위해 선택된다. 추가로, 설치 용이성을 위해, 표면 평탄성, 낮은 마찰 계수, 및 가요성과 같은 다른 특성이 케이블 재킷에 중요할 수 있다. 이들 요건은 단일 재료로 비용-효율적인 방식으로 거의 충족되지 않는다. 이러한 이유로, 케이블 제조자는 종종 주어진 적용에 대한 가장 중요한 요건에 따라 특성을 손상시키고 재료를 선택하는 것이 요구된다. 예를 들면, 제조자는, 다른 것 중에서, 고밀도 폴리에틸렌("HDPE"), 중간-밀도 폴리에틸렌("MDPE"), 저밀도 폴리에틸렌("LDPE"), 선형-저밀도 폴리에틸렌("LLDPE"), 에틸렌-비닐 아세테이트("EVA"), 에틸렌 에틸 아크릴레이트("EEA"), 폴리비닐 클로라이드("PVC"), 열가소성 폴리우레탄("TPU"), 및 폴리아미드(예를 들면, 나일론)와 같은 물질로부터 선택할 수 있다. 이들 물질 중 하나를 선택할 때, 특성 타협이 중요할 수 있다. 예를 들면, 높은 인성 및 내마모성이 필요한 경우에, HDPE와 같이 비용-효율적인 물질이 선택될 수 있지만; 가요성 및 이에 따른 설치 용이성에 부정적으로 영향을 줄 것이다. 이러한 부정적인 영향은 저온 기후에서 또는 겨울철 설치 중에 더욱 더 심각해진다. 다른 한편으로, 가요성이 가장 원하는 특성인 경우, 폴리올레핀 코폴리머, 예컨대 EVA, 또는 폴리올레핀 엘라스토머를 선택할 수 있지만; 이것은 내마모성 및 인열 저항과 같은 기계적 특성의 손상을 초래할 것이다. 또한, 가요성 물질은 높은 마찰 계수("COF")와 함께 부드럽고 고무질 특징을 나타내는 경향이 있으므로 케이블이 덕트(duct) 내부에 설치될 때 더 높은 저항을 초래한다. 더욱이, 대부분의 비용-효율적인 열가소성 엘라스토머는 높은 결정도의 폴리올레핀에 비해 오일 흡수가 더 큰 경향이 있으며, 이는 특성에 장기간 부정적인 영향을 줄 수 있다.
성능의 균형을 이루기 위한 하나의 접근법은 1종 이상의 고 모듈러스, 고밀도 및 강건한 물질로 이루어진 블렌드 화합물을 1종 이상의 엘라스토머 구성요소와 함께 사용하여 가요성을 개선시키는 것이었다. 그와 같은 경우에, 블렌드 화합물 내 무작위로 위치한 고무질 상은 일반적으로 일부 주요 특성, 예컨대 COF 및 오일 픽업(oil pickup)에 부정적인 영향을 미치므로 고비용의 제형 접근법을 필요로 한다. 따라서, 케이블 재킷 조성물 및 구조의 개선이 요망된다.
하나의 구현예는
(a) 컨덕터(conductor); 및
(b) 상기 컨덕터의 적어도 일부를 둘러싸는 신장된 폴리머 코팅물을 포함하는 코팅된 컨덕터이며,
여기서 상기 신장된 폴리머 코팅물은 상기 신장된 폴리머 코팅물의 신장 방향으로 실질적으로 연장되는 복수의 미세모세관 및 폴리머 매트릭스 물질을 포함하고,
상기 미세모세관의 적어도 일부분은 폴리머 미세모세관 물질을 함유하고,
상기 폴리머 미세모세관 물질은 엘라스토머이다.
수반되는 도면들이 참조되며, 여기서:
도 1은 미세모세관 필름의 제조를 위한 다이 어셈블리를 갖춘 압출기의 부분적으로 단면도로 본 투시도이고;
도 2a는 미세모세관 필름의 종단면도이고;
도 2b 및 2c는 미세모세관 필름의 단면도이고;
도 2d는 미세모세관 필름의 상승도(elevated view)이고;
도 2e는, 도 2b에 도시된 바와 같이, 미세모세관 필름의 종단면도의 세그먼트 2e이고;
도 2f는 미세모세관 필름의 분해 조립도이고;
도 2g는 특히 단일-층 구현예를 도시하는 미세모세관 필름의 단면도이고;
도 3a 및 3b는 각각 공압출된 다층 환상 미세모세관 제품 및 공기-충전된 다층 환상 미세모세관 제품을 제조하기 위한 환상 다이 어셈블리를 포함하는 압출기 어셈블리의 다양한 구성의 도식적 투시도이고;
도 4a는 내부에 유체가 있는 미세모세관을 갖는 미세모세관 필름의 개략도이고;
도 4b는 공압출된 미세모세관 필름의 단면도이고;
도 4c는 본 발명의 공기-충전된 미세모세관 필름의 단면도이고;
도 5는 다이 어셈블리로부터 압출된 환상 미세모세관 튜우빙의 개략도이고;
도 6a 및 6b는 환상 미세모세관 튜우빙의 투시도이고;
도 7a-7d는 각각 비대칭 유동 구성에서 환상 다이 어셈블리의 부분 단면도, 종단면도, 단부도(end view), 및 상세한 단면도이고;
도 8a-8d는 각각 대칭 유동 구성에서 환상 다이 어셈블리의 부분 단면도, 종단면도, 단부도, 및 상세한 단면도이고;
도 9a-9d는 각각 대칭 유동 구성에서 환상 다이 어셈블리의 부분 단면도, 종단면도, 단부도, 및 상세한 단면도이고;
도 10은 환상 다이 어셈블리에 대한 다이 삽입부의 투시도이다.
본 개시내용은 환상 미세모세관 제품의 제조를 위한 다이 어셈블리 및 압출기에 관한 것이다. 그와 같은 환상 미세모세관 제품은 예컨대 전도성 코어를 둘러싸는 폴리머 코팅물(예를 들면, 재킷) 또는 폴리머 보호 구성요소의 적어도 일부분을 형성함으로써 와이어 및 케이블 제조 물품을 제작하는데 사용될 수 있다.
다이 어셈블리는 매니폴드 사이에 배치되고 열가소성 물질 층을 압출하기 위해 그 사이에 물질 유동 채널을 한정하는 환상 다이 삽입부를 포함한다. 다이 삽입부는 열가소성 물질의 압출된 층 사이의 미세모세관에 미세모세관 물질을 삽입하기 위한 외부 표면 상에 미세모세관 유동 채널을 갖는 팁(tip)을 갖는다. 미세모세관은 다양한 물질, 예컨대 다른 열가소성 물질 또는 엘라스토머 물질을 함유할 수 있거나, 또는 단순히 공동-공간(voild-space) 미세모세관(즉, 가스, 예컨대 공기를 함유함)일 수 있다. 환상 미세모세관 제품을 생성하기 위한 다이 어셈블리는 다층 미세모세관 필름을 생성하기 위한 다이 어셈블리의 변형이며, 이들 모두는 이하에 더 상세히 기재되어 있다.
미세모세관 필름 압출기
도 1은 미세모세관(103)을 갖는 다층 폴리머 필름(110)을 형성하기 위해 사용된 예시적인 압출기(100)를 도시한다. 압출기(100)는 물질 하우징(105), 물질 호퍼(hopper)(107), 스크류(screw)(109), 다이 어셈블리(111) 및 전자장치(115)를 포함한다. 압출기(100)는 물질 하우징(105) 내 스크류(109)를 보여주기 위해 부분적으로 단면으로 도시되어 있다. 스크류 유형 압출기가 도시되어 있지만, 다양한 압출기(예를 들면, 단일 스크류, 트윈 스크류 등)가 압출기(100) 및 다이 어셈블리(111)를 통한 물질의 압출을 수행하는데 사용될 수 있다. 1종 이상의 압출기가 1종 이상의 다이 어셈블리와 함께 사용될 수 있다. 전자장치(115)는, 예를 들면, 컨트롤러, 프로세서, 모터 및 압출기의 작동에 사용되는 다른 설비를 포함할 수 있다.
원료(예를 들면, 열가소성 물질)(117)는 물질 호퍼(107) 내에 놓이며, 블렌딩을 위해 하우징(105) 내로 통과된다. 원료(117)는 압출기(100)의 하우징(105)에 회전 가능하게 배치된 스크류(109)의 회전에 의해 가열되고 블렌딩된다. 모터(121)는 스크류(109) 또는 다른 드라이버를 구동하여 원료(117)를 전진시키기 위해 제공될 수 있다. 각각 열원(T) 및 압력 공급원(P)(예를 들면, 스크류(109))으로부터 블렌딩된 물질까지 열 및 압력이 개략적으로 도시된 바와 같이 가해져 화살표로 표시된 바와 같이 다이 어셈블리(111)를 통해 원료(117)가 가압된다. 원료(117)는 용융되고 압출기(100) 및 다이 어셈블리(111)를 통해 운반된다. 용융된 원료(117)는 다이 어셈블리(111)를 통과하고, 원하는 형상 및 단면(본 명세서에서 '프로파일'로 지칭됨)으로 성형된다. 다이 어셈블리(111)는 본 명세서에서 추가로 기재된 바와 같이 용융된 원료(117)를 다층 폴리머 필름(110)의 시트로 압출시키도록 구성될 수 있다.
미세모세관 필름
도 2a 내지 2f는, 예를 들면, 도 1의 압출기(100) 및 다이 어셈블리(111)에 의해 생성될 수 있는 다층 필름(210)의 다양한 도면을 도시한다. 도 2a 내지 2f에 도시된 바와 같이, 다층 필름(210)은 미세모세관 필름이다. 다층 필름(210)은 열가소성 물질의 다중 층(250a,b)으로 이루어진 것으로 도시되어 있다. 필름(210)은 또한 층들(250a,b) 사이에 배치된 채널(220)을 갖는다.
다층 필름(210)은 또한, 도 2c에 도시된 바와 같이 신장된 프로파일을 가질 수 있다. 이러한 프로파일은 그 두께 T에 비해 더 넓은 폭 W를 갖는 것으로 도시되어 있다. 폭 W는 3 인치(7.62 cm) 내지 60 인치(152.40 cm)의 범위일 수 있으며, 예를 들면, 폭이 24 인치(60.96 cm)이거나, 또는 20 내지 40 인치(50.80 내지 101.60 cm), 또는 20 내지 50 인치(50.80 내지 127 cm) 등의 범위일 수 있다. 두께 T는 100 내지 2,000 μm(예를 들면, 250 내지 2000 μm)의 범위일 수 있다. 채널(220)은 50 내지 500 μm(예를 들면, 100 내지 500 μm, 또는 250 내지 500 μm) 범위의 치수 φ(예를 들면, 폭 또는 직경)를 가질 수 있으며, 50 내지 500 μm(예를 들면, 100 내지 500 μm, 또는 250 내지 500 μm) 범위의 채널(220) 사이의 간격 S를 가질 수 있다. 이하에 추가로 기재된 바와 같이, 선택된 치수는 비례적으로 정의될 수 있다. 예를 들면, 채널 치수 φ는 두께 T의 약 30%의 직경일 수 있다.
도시된 바와 같이, 층(250a,b)은 매트릭스 열가소성 물질로 구성되며, 채널(220)은 그 안에 채널 유체(212)를 갖는다. 채널 유체는, 예를 들면, 본 명세서에 추가로 기재된 바와 같이, 다양한 물질, 예컨대 공기, 가스, 폴리머 등을 포함할 수 있다. 다층 필름(210)의 각 층(250a,b)은 다양한 폴리머, 예컨대 본 명세서에 추가로 기재된 것들로 구성될 수 있다. 각 층은 동일한 물질 또는 상이한 물질로 구성될 수 있다. 오직 2개의 층(250a,b)만이 도시되어 있지만, 다층 필름(210)은 임의의 수의 물질 층을 가질 수 있다.
층(250a,b)에 대해 동일한 열가소성 물질이 이용되는 경우, 용융 상태의 동일한 폴리머로 구성된 매트릭스 층의 2개의 스트림이 융합하여 다이에서 배출되기 직전 통합되기 때문에, 최종 제품에서 단일 층(250)이 초래될 수 있음을 유의해야 한다. 이러한 현상은 도 2g에 도시되어 있다.
채널(220)은 하나 이상의 층(250a,b)의 세트 사이에 배치되어 그 안에 미세모세관(252)을 한정할 수 있다. 채널 유체(212)는 채널(220) 내에 제공될 수 있다. 다양한 수의 채널(220)이 원하는 대로 제공될 수 있다. 다중 층은 또한, 동일한 또는 상이한 프로파일(또는 단면)을 가질 수 있다. 다층 필름(210)의 층(250a,b) 및/또는 채널(220)의 형상과 같은 특징은 본 명세서에 더 완전히 기재된 바와 같이 열가소성 물질을 압출시키는데 사용된 다이 어셈블리의 구성에 의해 규정될 수 있다.
미세모세관 필름(210)은 100 μm 내지 3,000 μm 범위의 두께를 가질 수 있으며; 예를 들면, 미세모세관 필름 또는 발포체(210)는 100 내지 2,000 μm, 100 내지 1,000 μm, 200 내지 800 μm, 200 내지 600 μm, 300 내지 1,000 μm, 300 내지 900 μm, 또는 300 내지 700 μm 범위의 두께를 가질 수 있다. 필름-두께-대-미세모세관-직경 비는 2:1 내지 400:1의 범위일 수 있다.
미세모세관 필름(210)은 미세모세관 필름(210)의 총 용적을 기준으로, 적어도 10 용적 퍼센트("vol%")의 매트릭스(218)를 포함할 수 있으며; 예를 들면, 미세모세관 필름(210)은 미세모세관 필름(210)의 총 용적을 기준으로, 10 내지 80 vol%의 매트릭스(218), 20 내지 80 vol%의 매트릭스(218), 또는 30 내지 80 vol%의 매트릭스(218)를 포함할 수 있다.
미세모세관 필름(210)은 미세모세관 필름(210)의 총 용적을 기준으로, 20 내지 90 vol%의 공극률(voidage)을 포함할 수 있으며; 예를 들면, 미세모세관 필름(210)은 미세모세관 필름(210)의 총 용적을 기준으로, 20 내지 80 vol%의 공극률, 20 내지 70 vol%의 공극률, 또는 30 내지 60 vol%의 공극률을 포함할 수 있다.
미세모세관 필름(210)은 상기 기재된 총 공극률 용적을 기준으로, 50 내지 100 vol%의 채널 유체(212)를 포함할 수 있으며; 예를 들면, 미세모세관 필름(210)은 상기 기재된 총 공극률 용적을 기준으로, 60 내지 100 vol%의 채널 유체(212), 70 내지 100 vol%의 채널 유체(212), 또는 80 내지 100 vol%의 채널 유체(212)를 포함할 수 있다.
미세모세관 필름(210)은 제1 말단(214) 및 제2 말단(216)을 갖는다. 하나 이상의 채널(220)은 제1 말단(214)부터 제2 말단(216)까지 매트릭스(218)에 평행하게 배치된다. 하나 이상의 채널(220)은, 예를 들면, 서로 적어도 약 250 μm 떨어져 있을 수 있다. 하나 이상의 채널(220)은 적어도 250 μm, 또는 250 내지 1990 μm, 250 내지 990 μm, 250 내지 890 μm, 250 내지 790 μm, 250 내지 690 μm, 또는 250 내지 590 μm 범위의 직경을 가질 수 있다. 하나 이상의 채널(220)은 원형, 직사각형, 타원형, 별형, 다이아몬드형, 삼각형, 정사각형 등, 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 단면 형상을 가질 수 있다. 하나 이상의 채널(220)은 제1 말단(214), 제2 말단(216), 제1 말단(214)과 제2 말단(216) 그 사이에, 또는 이들의 조합에서 하나 이상의 밀봉부를 추가로 포함할 수 있다.
매트릭스(218)는 1종 이상의 매트릭스 열가소성 물질을 포함한다. 그와 같은 매트릭스 열가소성 물질은, 비제한적으로, 폴리올레핀(예를 들면, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등); 폴리아미드(예를 들면, 나일론 6); 폴리비닐리덴 클로라이드; 폴리비닐리덴 플루오라이드; 폴리카보네이트; 폴리스티렌; 폴리에틸렌 테레프탈레이트; 폴리우레탄; 및 폴리에스테르를 포함한다. 매트릭스 열가소성 물질의 구체적인 예는, 명칭이 "기능성 충전제 물질을 함유하는 미세모세관 필름 및 발포체(Microcapillary Films and Foams Containing Functional Filler Materials)"인, PCT 공개 출원 번호 WO 2012/094315(이는 본 명세서에 참고로 편입됨)의 페이지 5 내지 11에 열거된 것들을 포함한다.
매트릭스(218)는, 예를 들면, 유리 또는 탄소 섬유 및/또는 임의의 다른 미네랄 충전제 예컨대 탈크 또는 탄산칼슘을 통해 보강될 수 있다. 예시적인 충전제는, 비제한적으로, 천연 탄산칼슘(예를 들면, 백악, 방해석 및 대리석), 합성 카보네이트, 마그네슘 및 칼슘의 염, 백운석, 탄산마그네슘, 탄산아연, 라임, 마그네시아, 황산바륨, 중정석, 황산칼슘, 실리카, 규산마그네슘, 탈크, 규회석, 점토 및 규산알루미늄, 카올린, 마이카, 금속 또는 알칼리토류의 옥사이드 또는 하이드록사이드, 수산화마그네슘, 산화철, 산화아연, 유리 또는 탄소 섬유 또는 분말, 목재 섬유 또는 분말 또는 이들 화합물의 혼합물을 포함한다.
1종 이상의 채널 유체(212)는 다양한 유체, 예컨대 공기, 다른 가스, 또는 채널 열가소성 물질을 포함할 수 있다. 채널 열가소성 물질은, 비제한적으로, 폴리올레핀(예를 들면, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등); 폴리아미드(예를 들면, 나일론 6); 폴리비닐리덴 클로라이드; 폴리비닐리덴 플루오라이드; 폴리카보네이트; 폴리스티렌; 폴리에틸렌 테레프탈레이트; 폴리우레탄; 및 폴리에스테르를 포함한다. 상기 논의된 매트릭스(218) 물질과 같이, 채널 유체(212)로 사용하기에 적합한 열가소성 물질의 구체적인 예는 PCT 공개 출원 번호 WO 2012/094315의 페이지 5 내지 11에 열거된 것들을 포함한다.
열가소성 물질이 채널 유체(212)로 사용되는 경우, 매트릭스(212)는, 그것은, 예를 들면, 유리 또는 탄소 섬유 및/또는 임의의 다른 미네랄 충전제 예컨대 탈크 또는 탄산칼슘을 통해 보강될 수 있다. 예시적인 보강 충전제는 매트릭스(218) 열가소성 물질에서 충전제로 사용하기에 적합한 것으로 상기 열거된 것들을 포함한다.
환상 미세모세관 제품 압출기 어셈블리
도 3a 및 3b는 미세모세관(303)을 갖는 다층, 환상 미세모세관 제품(310a,b)을 형성하는데 사용된 예시적인 압출기 어셈블리(300a,b)를 도시한다. 압출기 어셈블리(300a,b)는 이전에 기재된 도 1의 압출기(100)와 유사할 수 있으며, 단, 압출기 어셈블리(300a,b)는 이에 작동가능하게 연결된 조합된 환상 미세모세관 공압출 다이 어셈블리(311a,b)를 갖는 다중 압출기(100a,b,c)를 포함한다. 환상 다이 어셈블리(311a,b)는 다층, 환상 미세모세관 제품, 예컨대 도 4a 내지 4c에 도시된 바와 같은 필름(310), 도 5, 6a 및 6b에 도시된 바와 같은 튜우빙(310a), 및/또는 도 3b에 도시된 바와 같은 성형된 형상(310b)을 압출시키도록 구성된 다이 삽입부(353)를 갖는다.
도 3a는 조합된 환상 미세모세관 공압출 다이 어셈블리(311a)에 작동가능하게 연결된 3개의 압출기(100a,b,c)를 갖는 압출기 어셈블리(300a)의 제1 구성을 도시한다. 일례로서, 3개의 압출기 중 2개는 열가소성 물질(예를 들면, 폴리머)(117)을 다이 어셈블리(311a)에 공급하여 환상 미세모세관 제품(310a)의 층을 형성하는데 사용되는 매트릭스 압출기(100a,b)일 수 있다. 세 번째 압출기는 미세모세관 물질, 예컨대 열가소성 물질(예를 들면, 폴리머 용융물)(117)을 미세모세관(303) 내로 제공하여 그 안에 미세모세관 상(또는 코어 층)을 형성하는 미세모세관(또는 코어 층) 압출기(100c)일 수 있다.
다이 삽입부(353)는 다이 어셈블리(311a)에 제공되어 압출기(100a,b,c)로부터의 열가소성 물질(117)이 결합하여 환상 미세모세관 제품(310a)이 되게 한다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 다층, 환상 미세모세관 제품은 다이 삽입부(353)를 통해 상향으로 그리고 다이 어셈블리(311a) 밖으로 압출된 취입된 튜우빙(310a)일 수 있다. 유체 공급원(319a)으로부터의 환상 유체(312a)는 도 3a에 도시된 바와 같이 압출 동안 다층, 환형 미세모세관 튜우빙(310a)을 성형하기 위해 환형 미세모세관 제품(310a)을 통과 할 수 있거나, 또는 도 3b에 도시된 바와 같이 병(310b)과 같은 환상 미세모세관 성형물(또는 성형품)의 형태로 다층, 환상 미세모세관 제품을 생성하도록 구성된 성형기(354)와 함께 제공될 수 있다.
도 3b는 압출기 어셈블리(300b)의 제2 구성을 도시한다. 압출기 어셈블리(300b)는 압출기 어셈블리(300a)와 유사하며, 단, 미세모세관 압출기(100c)가 미세모세관 유체 공급원(319b)으로 대체되었다. 압출기(100a,b)는(도 3a의 예에서와 같이) 열가소성 물질을 압출시키고, 미세모세관 유체 공급원(319b)은 다이 어셈블리(311b)의 다이 삽입부(353)를 통해 미세모세관 유체(312b)의 형태로 미세모세관 물질을 방출할 수 있다. 2개의 매트릭스 압출기(100a,b)는 열가소성 층을 방출하고, 미세모세관 유체 공급원(319b)은 미세모세관 유체(312b)를 그 사이의 미세모세관(303)으로 방출하여 다층, 환상 미세모세관 제품(310b)을 형성한다. 이러한 버전에서, 환상 다이 어셈블리(311b)는 도 3a에서와 같이 필름 또는 취입된 제품을 형성하거나, 또는 병(310b)과 같은 환상 미세모세관 성형물(또는 성형품)의 형태로 다층, 환상 미세모세관 제품을 생성하도록 구성된 성형기(354)와 함께 제공될 수 있다.
도 3a 및 3b는 각 압출기(100a,b,c)가 별도의 물질 하우징(105), 물질 호퍼(107), 스크류(109), 전자장치(115), 모터(121)를 갖는 것으로 도시되어 있지만, 압출기(100)의 일부 또는 전부가 조합될 수 있다. 예를 들면, 압출기(100a,b,c) 각각은 그 자신의 호퍼(107)를 가질 수 있으며, 특정 구성요소, 예컨대 전자장치(115) 및 다이 어셈블리(311a,b)를 공유할 수 있다. 일부 경우에서, 유체 공급원(319a,b)은 동일한 유체(312a,b), 예컨대 공기를 제공하는 동일한 유체 공급원일 수 있다.
다이 어셈블리(311a,b)는 압출기(100a,b,c)에 원하는 배향으로, 예컨대 도 3a에 도시된 바와 같이 수직 직립 위치, 도 3b에 도시된 바와 같이 수직 하향 위치, 또는 도 1에 도시된 바와 같이 수평 위치로 작동가능하게 연결될 수 있다. 1종 이상의 압출기는 층을 형성하는 폴리머 매트릭스 물질을 제공하기 위해 사용될 수 있으며, 1종 이상의 물질 공급원, 예컨대 압출기(100c) 및/또는 미세모세관 유체 공급원(319b)은 미세모세관 물질을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 추가로, 이하에 더 상세히 기재된 바와 같이, 다이 어셈블리는 컨덕터 또는 전도성 코어와의 공압출을 위해 크로스헤드(crosshead) 위치에 구성될 수 있다.
환상 미세모세관 제품
도 4a 내지 4c는, 예를 들면, 도 3a 및/또는 3b의 압출기(300a,b) 및 다이 어셈블리(311a,b)에 의해 생성된 필름(310, 310') 형태일 수 있는 다층, 환상 미세모세관 제품의 다양한 도면을 도시한다. 도 4a 및 4b에 도시된 바와 같이, 다층, 환상 미세모세관 제품(310)은 다층 필름(210)과 유사할 수 있으며, 단, 환상 다이 어셈블리(311a,b)로부터 그 안에 미세모세관(303, 303')을 갖는 폴리머 매트릭스 층(450a,b)으로 다층, 환상 미세모세관 커넥터310)이 형성된다. 폴리머 매트릭스 층(450a,b)은 집합적으로 환상 미세모세관 제품(310)의 폴리머 매트릭스(418)를 형성한다. 층(450a,b)은 그 안의 미세모세관(303)을 한정하는 실질적으로 평행한, 실질적으로 선형 채널(320)을 갖는다.
도 4b 및 4c에 도시된 바와 같이, 환상 미세모세관 제품(310, 310')은 다양한 미세모세관 물질(117) 또는 그 안의 미세모세관 유체(312b)과 함께 압출될 수 있다. 미세모세관은 다양한 단면 형상을 갖는 채널(320, 320')로 형성될 수 있다. 도 4b의 예에서, 채널(320)은 그 안에 미세모세관 물질(117)을 갖는 미세모세관(303)을 한정하는 아치형 단면을 갖는다. 미세모세관 물질(117)은 폴리머 매트릭스(418)를 형성하는 매트릭스 층(450a,b) 사이의 채널(320)에 있다. 미세모세관 물질(117)은 폴리머 매트릭스 층(450a,b) 사이에서 코어 층을 형성한다.
도 4c의 예에서, 채널(320')은 그 안에 미세모세관 물질(312b)을 갖는 미세모세관(303')을 한정하는 타원형 단면과 같은 또 다른 형상을 갖는다. 미세모세관 물질(312b)은 폴리머 매트릭스(418)를 형성하는 층(450a,b) 사이의 채널(320')에 있는 유체(예를 들면, 공기)로 도시된다.
상기 기재된 필름과 같이, 환상 미세모세관 제품은 또한, 층(450a,b)에 대해 동일한 매트릭스 물질이 이용되는 경우 단일-층 제품의 형태를 취할 수 있음을 유의해야 한다. 이것은 용융 상태의 매트릭스 층의 2개의 스트림이 융합되어 다이에서 배출되기 직전 합병되기 때문이다.
본 명세서에 기재된 바와 같이 환상 미세모세관 제품을 형성하기 위해 사용된 물질은 주어진 적용을 위해 선택될 수 있다. 예를 들면, 상기 물질은 플라스틱, 예컨대 열가소성 또는 열경화성 물질일 수 있다. 열가소성 물질이 이용되는 경우, 폴리머 매트릭스(418) 및/또는 미세모세관 물질(117)을 형성하는 열가소성 물질(117)은 상기 기재된 바와 같이 필름(210)을 형성하는데 유용한 물질로부터 선택될 수 있다. 따라서, 환상 미세모세관 제품은 다양한 물질, 예컨대 폴리올레핀(예를 들면, 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌)으로 구성될 수 있다.
도 5를 참조하면, 유체 공급원(319a)은 환상 미세모세관 제품(310a)을 거쳐 환상 유체(예를 들면, 공기)(312a)를 통과시켜 압출 동안 관형 형상을 지지할 수 있다. 다이 어셈블리(311a)는 도 6a 및 6b에 도시된 바와 같이 다층, 환상 미세모세관 제품(310a,310a')을 관형 형상으로 형성할 수 있다.
도 6a 및 6b에 도시된 바와 같이, 다층, 환상 미세모세관 제품(310a,310a')의 일부를 형성하는 열가소성 물질은 변화될 수 있다. 도 4a, 4b 및 6a에 도시된 예에서, 흑색 채널(black channel)(320) 및 백색 폴리머 매트릭스(418)에 의해 개략적으로 나타낸 바와 같이, 중합체 매트릭스(418)를 형성하는 층(450a,b)은 미세모세관(303) 내 미세모세관 물질(117)과 상이한 물질을 가질 수 있다. 도 6b에 도시된 또 다른 예에서, 폴리머 매트릭스(418)를 형성하는 층(450a,b) 및 미세모세관(303) 내 물질은 저밀도 폴리에틸렌과 같은 동일한 물질로 구성되어 폴리머 매트릭스(418) 및 채널(320) 모두는 흑색으로 표시될 수 있다.
환상 미세모세관 제품을 위한 다이 어셈블리
도 7a 내지 9d는 다이 어셈블리(311)로서 사용가능한 다이 어셈블리(711,811,911)의 예시적인 구성을 도시한다. 도 7a 내지 9d가 가능한 다이 어셈블리 구성의 예를 도시하지만, 다양한 예의 조합 및/또는 변형이 원하는 다층, 환상 미세모세관 제품, 예컨대 도 4a 내지 6b의 예에 도시된 것들을 제공하는데 사용될 수 있다.
도 7a 내지 7d는 각각 다이 어셈블리(711)의 부분 단면도, 종단면도, 단부도, 및 상세한 단면도를 도시한다. 도 8a 내지 8d는 각각 다이 어셈블리(811)의 부분 단면도, 종단면도, 단부도, 및 상세한 단면도를 도시한다. 도 9a 내지 9d는 각각 다이 어셈블리(911)의 부분 단면도, 종단면도, 단부도, 및 상세한 단면도를 도시한다. 다층, 환상 미세모세관 제품, 예컨대 본 명세서에 기재된 것들을 형성하기 위해 다이 어셈블리(711, 811)는, 예를 들면, 도 3a의의 압출기 어셈블리(300a)와 함께 사용될 수 있으며, 다이 어셈블리(911)는, 예를 들면, 도 3b의 압출기 어셈블리(300b)와 함께 사용될 수 있다.
도 7a 내지 7d에 도시된 바와 같이, 다이 어셈블리(711)는 쉘(758), 내부 매니폴드(760), 외부 매니폴드(762), 콘(764), 및 다이 삽입부(768)를 포함할 수 있다. 쉘(758)은 외부 매니폴드(762)를 수용하도록 형상화된 관형 부재이다. 외부 매니폴드(762), 다이 삽입부(768), 및 내부 매니폴드(760)는 각각 쉘(758) 내에 적층되고 동심적으로 수용되는 플랜지 형상 부재이다. 내부 매니폴드(760) 및 외부 매니폴드(762)가 도시되어 있지만, 하나 이상의 내부 및/또는 외부 매니폴드, 또는 폴리머 매트릭스의 층을 형성하기 위한 유동 채널을 제공할 수 있는 다른 디바이스가 제공될 수 있다.
다이 삽입부(768)는 외부 매니폴드(762)와 내부 매니폴드(760) 사이에 배치된다. 내부 매니폴드(760)는 그 말단에 다이 삽입부(768) 및 외부 매니폴드(762)를 통해 쉘(758) 내로 연장되는 콘(764)을 갖는다. 다이 어셈블리(711)는 커넥터, 예컨대 볼트(도시되지 않음)와 함께 제공되어 다이 어셈블리(711)의 일부를 연결할 수 있다.
이제 도 7b를 참조하면, 환상 매트릭스 채널(774a,b)은 각각 쉘(758)과 외부 매니폴드(762) 사이에, 그리고 다이 삽입부(768)와 내부 매니폴드(760) 사이에 한정된다. 열가소성 물질(117)은 다층, 환상 미세모세관 제품(710)의 층(450a,b)을 형성하기 위해 화살표로 나타낸 바와 같이 매트릭스 채널(774a,b)을 통과하는 것으로 도시되어 있다. 다층, 환상 미세모세관 제품(710)은 본 명세서에 기재된 임의의 다층, 환상 미세모세관 제품, 예컨대(310a,b)일 수 있다.
미세모세관 채널(776)은 또한 다이 삽입부(768)와 외부 매니폴드(762) 사이에 한정된다. 미세모세관 채널(776)은 미세모세관 물질(117, 312b)을 다이 어셈블리(711)를 거쳐 통과시키고 층들(450a,b) 사이를 통과시켜 그 안에 미세모세관(303)을 형성하기 위해 미세모세관 물질 공급원에 커플링될 수 있다. 유체 채널(778)은 내부 매니폴드(760) 및 콘(764)을 통해 연장된다. 유체 공급원(319a)으로부터의 환상 유체(312a)는 유체 채널(778)을 거쳐 제품(710a,)으로 유동한다.
다이 삽입부(768)는 내부 매니폴드(760)와 외부 매니폴드(762) 사이에 동심적으로 배치되어 다이 어셈블리(711)를 통한 폴리머 용융물 유동의 균일한 분배를 제공할 수 있다. 다이 삽입부(762)는 그 외부 표면을 따라 분배 채널(781)이 구비되어 있어 그것을 통한 미세모세관 물질(117/312b)의 유동을 용이하게 할 수 있다.
매트릭스 채널(774a,b) 및 미세모세관 채널(776)은 수렴부(779)에서 수렴하고, 압출 유출구(780)를 통과하여 매트릭스 채널(774a,b)을 통해 유동하는 열가소성 물질이 그 사이의 미세모세관 채널(776)로부터의 미세모세관 물질(117/312b)을 갖는 층(450a,b)을 형성하도록 한다. 외부 매니폴드(762) 및 다이 삽입부(768) 각각은 외부 노우즈(nose)(777a) 및 삽입 노우즈(777b)에서 종료된다. 도 7d에 도시된 바와 같이, 외부 노우즈(777a)는 노우즈(777b)보다 압출 유출구(780) 쪽으로 거리 A만큼 추가로 연장되고/되거나 압출 유출구(780)로부터 더 멀리 떨어진 거리 A만큼 연장된다.
도 8a 내지 9d의 다이 어셈블리(811, 911)는 도 7a 내지 7d의 다이 어셈블리(711)와 유사할 수 있으며, 단 외부 매니폴드(762)에 대한 다이 삽입부(768, 968)의 노우즈(777a,b, 977a,b)의 위치가 변화될 수 있다. 노우즈의 위치는 유동 패턴, 예컨대 비대칭 또는 대칭 관통을 한정하도록 조정될 수 있다. 도 7a 내지 7d에 도시된 바와 같이, 다이 어셈블리(711)는 비대칭 유동 구성을 나타내며, 다이 삽입부(768)의 노우즈(777b)는 외부 매니폴드(762)의 노우즈(777a)로부터 거리 A에 위치된다. 도 8a 내지 8d에 도시된 바와 같이, 다이 어셈블리(811)는 대칭 유동 구성을 나타내며, 다이 삽입부(768)의 노우즈(777a,b) 및 외부 매니폴드(762)는 동일 평면 상에 있다.
도 9a 내지 9d 및 도 10은 채널(320), 미세모세관(303)의 생성 및/또는 그 안에 미세모세관 물질(117/312b)의 삽입을 용이하게 하는 피처(feature)가 제공된 환상 다이 삽입부(968)를 도시한다(예를 들면, 도 4a 내지 4b 참고). 다이 삽입부(968)는 베이스(base)(982), 관형 매니폴드(984) 및 팁(986)을 포함한다. 베이스(982)는 환상 미세모세관 매니폴드(984)의 지지 말단으로부터 연장된 플랜지를 형성하는 고리 형상 부재이다. 베이스(982)는 내부 매니폴드(760)와 외부 매니폴드(762) 사이에서 지지 가능하다. 외부 매니폴드(762)는 연장된 노우즈(977a)를 가지며, 다이 삽입부(968)는 다이 어셈블리(911)를 통해 대칭 유동 구성을 나타내도록 서로 동일 평면 상에 위치된 연장된 노우즈(977b)를 갖는다.
팁(986)은 관형 매니폴드(984)의 유동 말단에 있는 환상 부재이다. 팁(986)의 내부 표면은 콘(764)의 말단을 수용하도록 경사져 있고 형상화된다. 팁(986)은 환상 미세모세관 매니폴드(984)보다 큰 외부 직경을 가지며, 그 사이에 경사진 숄더(inclined shoulder)(990)가 한정된다. 팁(986)의 외부 표면은 그것을 통한 미세모세관 물질(117/312b)의 통과를 위해 그 안에 복수의 선형, 평행한 미세모세관 유동 채널(992)을 갖는다. 외부 매니폴드(762)는 노우즈(977a)를 따라 날카로운 에지(983a)에서 종료되고 팁(986)은 노우즈(977b)를 따라 날카로운 에지(983b)에서 종료된다.
환상 미세모세관 매니폴드(984)는 베이스(982)와 팁(986) 사이에서 연장되는 환상 부재이다. 환상 미세모세관 매니폴드(984)는 내부 매니폴드(760)와 외부 매니폴드(762)의 관형 부분 사이에서 지지 가능하다. 환상 미세모세관 매니폴드(984)는 내부 매니폴드(760)를 수용하기 위한 그것을 통한 통로(988)를 갖는다.
분배 채널(781)은 다양한 구성을 가질 수 있다. 도 9a 내지 9d에 도시된 바와 같이, 환상 미세모세관 매니폴드(984)의 외부 표면은 그것을 통한 물질의 통과를 위해 그것을 따라 분배 채널(781)을 갖는다. 분배 채널(781)은 도 9b에 개략적으로 도시된 바와 같이 미세모세관 채널(776)을 통해 미세모세관 물질(117/312b)과 유체 소통될 수 있다. 분배 채널(781)은 다이 삽입부(968)의 둘레 주위로 미세모세관 물질을 유도하기 위해 다이 삽입부(968) 주위에 위치될 수 있다. 다이 삽입부(968) 및/또는 분배 채널(781)은 다이 어셈블리를 통해 원하는 양의 미세모세관 물질(117/312b) 유동을 용이하게 하도록 구성될 수 있다. 분배 채널(781)은 다이 삽입부(968)와 외부 매니폴드(762) 사이에서 미세모세관 물질의 통과를 위한 물질 유동 경로를 한정한다. 미세모세관 물질(117/312b)이 분배 채널(781)로부터 누출되어 다이 어셈블리(911)를 통해 미세모세관 물질(117/312b)을 균일하게 분배할 수 있게 하는 작은 갭이 다이 삽입부(968)와 외부 매니폴드(762) 사이에 형성될 수 있다. 분배 채널(781)은 다이 삽입부(968) 및/또는 외부 매니폴드(760) 내로 원하는 깊이로 연장되는 캐비티(cavity) 또는 채널의 형태일 수 있다. 예를 들면, 도 7a 내지 9d에 도시된 바와 같이, 분배 채널(781)은 다이 삽입부(968)의 외부 표면과 외부 매니폴드(760) 사이에 한정된 공간일 수 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 분배 채널(781, 1081)은 관형 매니폴드(984)의 외부 표면을 따라 거리를 연장하는 나선형 홈(helical groove)이다. 분배 채널(781, 1081)의 일부 또는 모두는 선형, 곡선형, 나선형, 크로스-헤드, 및/또는 이들의 조합일 수 있다.
코팅된 컨덕터
상기-기재된 환상 미세모세관 제품은 코팅된 컨덕터, 예컨대 케이블의 제조에 사용될 수 있다. "케이블" 및 "전원 케이블"은 시스(sheath), 예를 들면, 절연 커버링 및/또는 보호성 외부 재킷 내 적어도 1종의 컨덕터를 의미한다. "컨덕터"는 열, 빛 및/또는 전기를 전도하기 위한 1종 이상의 와이어(들) 또는 섬유(들)를 나타낸다. 컨덕터는 단일-와이어/섬유 또는 다중-와이어/섬유일 수 있으며, 가닥 형태 또는 관형 형태일 수 있다. 적합한 컨덕터의 비-제한적인 예는 은, 금, 구리, 탄소, 및 알루미늄과 같은 금속을 포함한다. 컨덕터는 또한 유리 또는 플라스틱으로부터 제조된 광섬유일 수 있다. "와이어"는 단일 가닥의 전도성 금속, 예를 들면, 구리 또는 알루미늄, 또는 단일 가닥의 광섬유를 의미한다. 전형적으로, 케이블은 종종 통상적인 절연 커버링 및/또는 보호성 재킷 내에 함께 결합된 2종 이상의 와이어 또는 광섬유이다. 시스 내의 개별 와이어 또는 섬유는 피복되지 않거나, 커버되거나 절연될 수 있다. 복합 케이블은 전기 와이어 및 광섬유 둘 모두를 함유할 수 있다. 케이블이 전원 케이블인 경우, 케이블은 낮은, 중간 및/또는 높은 전압 적용을 위해 설계될 수 있다. 전형적인 케이블 디자인은 USP 5,246,783, 6,496,629 및 6,714,707에 예시되어 있다. 케이블이 통신 케이블인 경우, 케이블은 전화기, 근거리 통신망(LAN)/데이터, 동축 CATV, 동축 RF 케이블 또는 섬유 광케이블을 위해 설계될 수 있다.
상기-기재된 환상 미세모세관 제품은 케이블의 컨덕터 또는 전도성 코어와 동일한 신장 방향으로 신장된 케이블에서 적어도 1종의 폴리머 코팅층을 구성할 수 있다. 이와 같이, 폴리머 코팅물은 컨덕터의 적어도 일부를 둘러쌀 수 있다. 컨덕터를 둘러싸는 경우, 중합체 코팅물은 컨덕터와 직접 접촉하거나, 또는 컨덕터와 폴리머 코팅물 사이의 1종 이상의 중재 층에 배치됨으로써 컨덕터와 간접 접촉할 수 있다. 폴리머 코팅물은 폴리머 코팅물의 신장 방향으로 실질적으로 연장되는 복수의 미세모세관 및 폴리머 매트릭스 물질을 포함한다. 다양한 구현예에서, 미세모세관은 폴리머 코팅물 주위에 방사상으로 배치될 수 있다. 추가로, 미세모세관은 서로에 대해 등거리로 또는 실질적으로 등거리로 떨어지게 이격될 수 있다.
환상 미세모세관 제품의 제조를 위한 상기-기재된 다이 어셈블리 중 하나 이상은 컨덕터가 통과할 수 있도록 개질되어 폴리머 매트릭스 물질 및 복수의 미세모세관을 포함하는 폴리머 코팅물이 컨덕터 또는 중재 층 상에서 공압출되도록 할 수 있다. 그와 같은 구성은 당해 기술에서 크로스헤드 다이로 통상적으로 공지되어 있다(예를 들면, US 2008/0193755 A1, US 2014/0072728 A1, 및 US 2013/0264092 A1 참고). 구체적으로, 도 7a, 8a 및 9a에서 내부 매니폴드(760) 및 콘(764)은 개질되어 와이어- 또는 컨덕터-통과 홀(hole)을 형성할 수 있다. 당해 분야의 숙련가가 인식할 수 있는 바와 같이, 다이 출구에 가까운 모든 부품은, 다층 압출 물질이 와이어 또는 컨덕터-통과 홀을 통해 이동하는 컨덕터 또는 중재 층 상에 코팅될 수 있도록 개질될 수 있다. 성형물 통로가 있는 추가의 부품이 제작될 수 있다. 그와 같은 개질은 당해 분야의 숙련가의 능력 내에 있다.
예시적인 미세모세관 압출 코팅 공정에서, 압출 코팅 설비를 거친 컨덕터 코어는 리트랙터(retractor)에 의해 인발되어 내부 매니폴드(760)의 와이어-통과 홀을 통해 연속적으로 이동하여 돌출 말단을 지난 후 외부 다이의 성형물 통로를 통과할 수 있다. 컨덕터 코어가 이동하는 동안, 폴리머 용융물을 가압에 의해 물질-공급 통로로 주입시키고, 배선 코팅 통로 쪽으로 유동시킨 후, 유출구에서 성형물 통로로 유동시켜 성형물 통로를 통과하는 컨덕터 코어의 외부 표면 상에 코팅되게 한다. 그 뒤에, 코팅된 컨덕터 코어는 성형물 통로를 통해 다이 외부로 계속 이동한 후, 냉각 및 경화될 수 있다.
폴리머 코팅물의 제조시, 임의의 상기-기재된 폴리머가 폴리머 매트릭스 물질로서 사용될 수 있다. 다양한 구현예에서, 폴리머 매트릭스 물질은 열가소성 폴리머일 수 있다. 그와 같은 열가소성 폴리머의 예는, 비제한적으로, 에틸렌계 폴리머(예를 들면, 폴리에틸렌), 폴리에스테르(예를 들면, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트), 폴리아미드(예를 들면, 나일론), 및 폴리카보네이트를 포함한다. 추가로, 폴리머 매트릭스 물질은 가교결합성이거나, 또는 완성된 케이블 구조물에서, 가교결합된 폴리머(예를 들면, 가교결합된 폴리에틸렌)일 수 있다.
다양한 구현예에서, 폴리머 매트릭스 물질로 이용된 폴리머는 에틸렌계 폴리머를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, "에틸렌계" 폴리머는, 다른 코-모노머가 또한 이용될 수 있더라도, 1차(즉, 50 중량 퍼센트("wt%") 초과의) 모노머 구성요소로서 에틸렌 모노머로부터 제조된 폴리머이다. "폴리머"는 동일하거나 상이한 유형의 모노머를 반응(즉, 중합)시켜 제조된 거대분자 화합물을 의미하며, 호모폴리머 및 인터폴리머를 포함한다. "인터폴리머"는 적어도 2개의 상이한 모노머 유형의 중합에 의해 제조된 폴리머를 의미한다. 이러한 일반 용어는 코폴리머(2개의 상이한 모노머 유형으로부터 제조된 폴리머를 지칭하는데 통상적으로 사용됨), 및 2개 초과의 상이한 모노머 유형으로부터 제조된 폴리머(예를 들면, 삼원중합체(3개의 상이한 모노머 유형) 및 사원중합체(4개의 상이한 모노머 유형))를 포함한다.
다양한 구현예에서, 에틸렌계 폴리머는 에틸렌 호모폴리머일 수 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, "호모폴리머"는 단일 모노머 유형으로부터 유도된 반복 단위를 포함하는 폴리머를 나타내지만, 호모폴리머를 제조하는데 사용된 잔류 양의 다른 구성요소, 예컨대 사슬 이동제를 배제하지 않는다.
일 구현예에서, 에틸렌계 폴리머는 α-올레핀 함량이 전체 인터폴리머 중량을 기준으로 적어도 1 wt%, 적어도 5 wt%, 적어도 10 wt%, 적어도 15 wt%, 적어도 20 wt%, 또는 적어도 25 wt%인, 에틸렌/알파-올레핀("α 올레핀") 인터폴리머일 수 있다. 이러한 인터폴리머는 α-올레핀 함량이 전체 인터폴리머 중량을 기준으로 50 wt% 미만, 45 wt% 미만, 40 wt% 미만, 또는 35 wt% 미만일 수 있다. α-올레핀이 이용되는 경우, α-올레핀은 C3-20(즉, 3 내지 20개의 탄소 원자를 갖는) 선형, 분지형 또는 환식 α-올레핀일 수 있다. C3-20 α-올레핀의 예는 프로펜, 1-부텐, 4-메틸-1-펜텐, 1-헥센, 1-옥텐, 1-데센, 1-도데센, 1-테트라데센, 1-헥사데센, 및 1-옥타데센을 포함한다. α-올레핀은 또한 3-사이클로헥실-1-프로펜(알릴 사이클로헥산) 및 비닐 사이클로헥산과 같은 α-올레핀을 생성하는 환식 구조 예컨대 사이클로헥산 또는 사이클로펜탄을 가질 수 있다. 예시적인 에틸렌/α-올레핀 인터폴리머는 에틸렌/프로필렌, 에틸렌/1-부텐, 에틸렌/1-헥센, 에틸렌/1-옥텐, 에틸렌/프로필렌/1-옥텐, 에틸렌/프로필렌/1-부텐, 및 에틸렌/1-부텐/1-옥텐을 포함한다.
에틸렌계 폴리머는 또한 에틸렌과 1종 이상의 불포화된 산 또는 에스테르 모노머, 예컨대 불포화된 카복실산 또는 알킬(알킬)아크릴레이트의 인터폴리머를 포함한다. 그와 같은 모노머는, 비제한적으로, 비닐 아세테이트, 메틸 아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, 부틸 아크릴레이트, 아크릴산 등을 포함한다. 따라서, 에틸렌계 폴리머는 폴리(에틸렌-코-메틸 아크릴레이트)("EMA"), 폴리(에틸렌-코-에틸 아크릴레이트)("EEA"), 폴리(에틸렌-코-부틸 아크릴레이트)("EBA"), 및 폴리(에틸렌-코-비닐 아세테이트)("EVA")와 같은 인터폴리머를 포함할 수 있다.
다양한 구현예에서, 에틸렌계 폴리머는 단독으로 또는 1종 이상의 다른 유형의 에틸렌계 폴리머(예를 들면, 모노머 조성 및 함량, 촉매적 제조 방법 등이 서로 상이한 2종 이상의 에틸렌계 폴리머의 블렌드)와 함께 사용될 수 있다. 에틸렌계 폴리머의 블렌드가 이용되는 경우, 폴리머는 임의의 반응기내(in-reactor) 또는 반응기후(post-reactor) 공정에 의해 블렌딩될 수 있다.
일 구현예에서, 에틸렌계 폴리머는 저밀도 폴리에틸렌("LDPE")일 수 있다. LDPE는 일반적으로 매우 분지형 에틸렌 호모폴리머이며, 고압 공정에 의해 제조될 수 있다(즉, HP-LDPE). 본 명세서에 사용하기에 적합한 LDPE는 0.91 내지 0.94 g/cm3 범위의 밀도를 가질 수 있다. 다양한 구현예에서, 에틸렌계 폴리머는 밀도가 적어도 0.915 g/cm3이지만, 0.94 g/cm3 미만이거나, 또는 0.924 내지 0.938 g/cm3의 범위인, 고압 LDPE이다. 본 명세서에 제공된 폴리머 밀도는 ASTM 국제("ASTM") 방법 D792에 따라 결정된다. 본 명세서에 사용하기에 적합한 LDPE는 용융 지수(I2)가 20g/10분 미만이거나, 또는 0.1 내지 10g/10분, 0.5 내지 5g/10분, 1 내지 3g/10분의 범위이거나, 또는 I2가 2g/10분일 수 있다. 본 명세서에 제공된 용융 지수는 ASTM 방법 D1238에 따라 결정된다. 달리 지적되지 않는 한, 용융 지수는 190℃ 및 2.16 Kg(즉, I2)에서 결정된다. 일반적으로, LDPE는 상대적으로 높은 다분산도 지수("PDI"; 중량-평균 분자량 대 수평균 분자량의 비)를 초래하는 넓은 분자량 분포("MWD")를 갖는다.
일 구현예에서, 에틸렌계 폴리머는 선형-저밀도 폴리에틸렌("LLDPE")일 수 있다. LLDPE는 일반적으로 코모노머(예: α-올레핀 모노머)의 불균질한 분포를 갖는 에틸렌계 폴리머이며, 단-사슬 분지화를 특징으로 한다. 예를 들면, LLDPE는 에틸렌과 α-올레핀 모노머, 예컨대 상기에 기재된 것들의 코폴리머일 수 있다. 본 명세서에 사용하기에 적합한 LLDPE는 0.916 내지 0.925 g/cm3 범위의 밀도를 가질 수 있다. 본 명세서에 사용하기에 적합한 LLDPE는 1 내지 20g/10분, 또는 3 내지 8g/10분 범위의 용융 지수(I2)를 가질 수 있다.
일 구현예에서, 에틸렌계 폴리머는 초저밀도 폴리에틸렌("VLDPE")일 수 있다. VLDPE는 당해 기술에 울트라(ultra)-저밀도 폴리에틸렌, 또는 ULDPE로도 공지될 수 있다. VLDPE는 일반적으로 코모노머(예: α-올레핀 모노머)의 불균질한 분포를 갖는 에틸렌계 폴리머이며, 단-사슬 분지화를 특징으로 한다. 예를 들면, VLDPE는 에틸렌과 α-올레핀 모노머, 예컨대 상기에 기재된 α-올레핀 모노머 중 1종 이상의 코폴리머일 수 있다. 본 명세서에 사용하기에 적합한 VLDPE는 0.87 내지 0.915 g/cm3 범위의 밀도를 가질 수 있다. 본 명세서에 사용하기에 적합한 VLDPE는 0.1 내지 20g/10분, 또는 0.3 내지 5g/10분 범위의 용융 지수(I2)를 가질 수 있다.
일 구현예에서, 에틸렌계 폴리머는 중간-밀도 폴리에틸렌("MDPE")일 수 있다. MDPE는 일반적으로 0.926 내지 0.950 g/cm3 범위의 밀도를 갖는 에틸렌계 폴리머이다. 다양한 구현예에서, MDPE는 밀도가 0.930 내지 0.949 g/cm3, 0.940 내지 0.949 g/cm3, 또는 0.943 내지 0.946 g/cm3의 범위일 수 있다. MDPE는 ASTM D-1238(190℃/2.16 kg)에 따라 결정될 때, 0.1g/10분, 또는 0.2g/10분, 또는 0.3g/10분, 또는 0.4g/10분부터, 최대 5.0g/10분, 또는 4.0g/10분, 또는 3.0g/10분 또는 2.0g/10분, 또는 1.0g/10분까지의 범위의 용융 지수(I2)를 가질 수 있다.
일 구현예에서, 에틸렌계 폴리머는 고밀도 폴리에틸렌("HDPE")일 수 있다. HDPE는 일반적으로 0.940 g/cm3 초과의 밀도를 갖는 에틸렌계 폴리머이다. 일 구현예에서, HDPE는 ASTM D-792에 따라 결정될 때, 0.945 내지 0.97 g/cm3의 밀도를 갖는다. HDPE는 적어도 130℃, 또는 132 내지 134℃의 피크 용융 온도를 가질 수 있다. HDPE는 ASTM D-1238(190℃ / 2.16 kg)에 따라 결정될 때, 0.1g/10분, 또는 0.2g/10분, 또는 0.3g/10분, 또는 0.4 g/10분부터, 최대 5.0g/10분, 또는 4.0g/10분, 또는 3.0g/10분 또는 2.0g/10분, 또는 1.0g/10분, 또는 0.5g/10분까지의 범위의 용융 지수(I2)를 가질 수 있다. 또한, HDPE는 겔 투과 크로마토그래피에 의해 결정될 때, 1.0 내지 30.0, 또는 2.0 내지 15.0 범위의 PDI를 가질 수 있다.
일 구현예에서, 에틸렌계 폴리머는 임의의 2종 이상의 상기-기재된 에틸렌계 폴리머의 조합을 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 폴리머 매트릭스 물질은 LDPE를 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 폴리머 매트릭스 물질은 LDPE이다.
일 구현예에서, 폴리머 매트릭스 물질은 MDPE를 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 폴리머 매트릭스 물질은 MDPE이다.
에틸렌계 폴리머의 제조에 사용된 생산 공정은 광범위하고, 가변적이며, 당해 기술에 공지되어 있다. 상기 기재된 특성을 갖는 에틸렌계 폴리머의 제조를 위한 임의의 종래의 또는 이후에 발견된 생산 공정은 본 명세서에 기재된 에틸렌계 폴리머의 제조를 위해 이용될 수 있다. 일반적으로, 중합은 지글러-나타(Ziegler-Natta) 또는 카민스키-신(Kaminsky-Sinn) 유형 중합 반응을 위해 당해 기술에 공지된 조건, 즉, 0 내지 250℃, 또는 30 또는 200℃의 온도 및 대기압 내지 10,000 기압(1,013 megaPascal("MPa"))의 압력에서 달성될 수 있다. 대부분의 중합 반응에서, 이용된 촉매 대 중합성 화합물의 몰비는 10-12:1 내지 10 1:1, 또는 10-9:1 내지 10-5:1이다.
적합한 상업적으로 입수가능한 에틸렌계 폴리머의 예는, 비제한적으로 AXELERON™ GP C-0588 BK(LDPE), AXELERON™ FO 6548 BK(MDPE), AXELERON™ GP A-7530 NT(LLDPE), AXELERON™ GP G-6059 BK(LLDPE), AXELERON™ GP K-3479 BK(HDPE), AXELERON™ GP A-1310 NT(HDPE), 및 AXELERON™ FO B-6549 NT(MDPE)를 포함하며, 이들 모두는 The Dow Chemical Company(미국 미시간주 미들랜드)로부터 상업적으로 입수가능하다.
적합한 폴리프로필렌계 폴리머의 예, 예컨대 호모폴리머, 랜덤 코폴리머, 헤테로상 코폴리머, 및 고-결정성 호모폴리머 폴리프로필렌은 Braskem Corp.로부터 상업적으로 입수가능하다.
폴리머 코팅물의 제조시, 미세모세관 물질은 엘라스토머 미세모세관 물질일 수 있다. 당해 기술에서 공지된 바와 같이, 엘라스토머는 상대적으로 낮은 스트레스 하에 큰 가역적 변형을 경험하는 물질로 정의된다. 다양한 구현예에서, 엘라스토머 미세모세관 물질은 폴리머 매트릭스 물질보다 낮은 휨 탄성률(flexural modulus)을 나타낼 수 있다. 또한, 엘라스토머 미세모세관 물질은 폴리머 매트릭스 물질의 휨 탄성률보다 적어도 5 %, 적어도 10 %, 적어도 20 %, 또는 적어도 50% 적은 휨 탄성률을 나타낼 수 있다. 미세모세관이 폴리머 미세모세관 물질로 충전되는 임의의 구현예에서, 미세모세관은 미세모세관의 신장 방향에 직각인 단면으로 보았을 때 폴리머 매트릭스 물질에 의해 완전히 둘러싸인 개개의 분리된 폴리머-충전 세그먼트를 한정할 수 있다.
다양한 구현예에서, 엘라스토머는 올레핀 엘라스토머일 수 있다. 올레핀 엘라스토머는 폴리올레핀 호모폴리머 및 인터폴리머 둘 모두를 포함한다. 폴리올레핀 인터폴리머의 예는 에틸렌/α-올레핀 인터폴리머 및 프로필렌/α-올레핀 인터폴리머이다. 그와 같은 구현예에서, α-올레핀은 C3-20 선형, 분지형 또는 환식 α-올레핀일 수 있다(프로필렌/α-올레핀 인터폴리머의 경우, 에틸렌은 α-올레핀으로 간주된다). C3-20 α-올레핀의 예는 프로펜, 1-부텐, 4-메틸-1-펜텐, 1-헥센, 1-옥텐, 1-데센, 1-도데센, 1-테트라데센, 1-헥사데센, 및 1-옥타데센을 포함한다. α-올레핀은 또한 3-사이클로헥실-1-프로펜(알릴 사이클로헥산) 및 비닐 사이클로헥산과 같은 α-올레핀을 생성하는 환식 구조 예컨대 사이클로헥산 또는 사이클로펜탄을 함유할 수 있다. 용어의 고전적 의미에서는 α-올레핀이 아니지만, 본 발명의 목적상, 노르보르넨 및 관련된 올레핀과 같은 특정 환식 올레핀은 α-올레핀이고, 상기 기재된 α-올레핀의 일부 또는 전부를 대신하여 사용될 수 있다. 유사하게, 스티렌 및 그것의 관련된 올레핀(예를 들면, α-메틸스티렌 등)은 본 발명의 목적상 α-올레핀이다. 예시적인 폴리올레핀 코폴리머는 에틸렌/프로필렌, 에틸렌/부텐, 에틸렌/1-헥센, 에틸렌/1-옥텐, 에틸렌/스티렌 등을 포함한다. 예시적인 삼원중합체는 에틸렌/프로필렌/1-옥텐, 에틸렌/프로필렌/부텐, 에틸렌/부텐/1-옥텐, 및 에틸렌/부텐/스티렌을 포함한다. 코폴리머는 랜덤 또는 블록 코폴리머일 수 있다.
올레핀 엘라스토머는 또한 1종 이상의 작용기 예컨대 불포화된 에스테르 또는 산 또는 실란을 포함할 수 있으며, 이들 엘라스토머(폴리올레핀)은 잘 알려져 있으며, 종래의 고압 기술에 의해 제조될 수 있다. 불포화된 에스테르는 알킬 아크릴레이트, 알킬 메타크릴레이트, 또는 비닐 카복실레이트일 수 있다. 알킬기는 1 내지 8개의 탄소 원자 및 바람직하게는 1 내지 4개의 탄소 원자를 가질 수 있다. 카복실레이트기는 2 내지 8개의 탄소 원자 및 바람직하게는 2 내지 5개의 탄소 원자를 가질 수 있다. 에스테르 코모노머에 기인하는 코폴리머의 부분은 코폴리머의 중량을 기준으로 1 내지 최대 50 중량 퍼센트 범위일 수 있다. 아크릴레이트 및 메타크릴레이트의 예는 에틸 아크릴레이트, 메틸 아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, t-부틸 아크릴레이트, n-부틸 아크릴레이트, n-부틸 메타크릴레이트, 및 2-에틸헥실 아크릴레이트이다. 비닐 카복실레이트의 예는 비닐 아세테이트, 비닐 프로피오네이트, 및 비닐 부타노에이트이다. 불포화된 산의 예는 아크릴산 또는 말레산을 포함한다. 불포화된 실란의 일례는 비닐 트리알콕시실란이다.
작용기는 또한 당해 기술에 통상적으로 공지된 바와 같이 달성될 수 있는 그라프팅을 통해 올레핀 엘라스토머에 포함될 수 있다. 일 구현예에서, 그라프팅은 전형적으로 올레핀 폴리머, 자유 라디칼 개시제(예컨대 과산화물 등), 및 작용기를 함유하는 화합물을 용융 블렌딩함을 포함하는 자유 라디칼 작용화에 의해 발생할 수 있다. 용융 블렌딩 동안, 자유 라디칼 개시제는 올레핀 폴리머와 반응(반응성 용융 블렌딩)하여 폴리머 라디칼을 형성한다. 작용기를 함유하는 화합물은 폴리머 라디칼의 골격에 결합하여 작용화된 폴리머를 형성한다. 작용기를 함유하는 예시적인 화합물은 비제한적으로 알콕시실란, 예를 들면, 비닐 트리메톡시실란, 비닐 트리에톡시실란, 및 비닐 카복실산 및 무수물, 예를 들면, 말레산 무수물을 포함한다.
본 발명에 유용한 올레핀 엘라스토머의 더 구체적인 예는 초저밀도 폴리에틸렌("VLDPE")(예를 들면, The Dow Chemical Company에 의해 제조된 FLEXOMER™ 에틸렌/1-헥센 폴리에틸렌), 균질한 분지형, 선형 에틸렌/α-올레핀 코폴리머(예를 들면, Mitsui Petrochemicals Company Limited에 의해 제조된 TAFMER™ 및 Exxon Chemical Company에 의해 제조된 EXACT™), 및 균질한 분지형, 실질적으로 선형 에틸렌/α-올레핀 폴리머(예를 들면, The Dow Chemical Company로부터 입수가능한 AFFINITY™ 및 ENGAGE™ 폴리에틸렌)를 포함한다.
본 명세서에 유용한 올레핀 엘라스토머는 또한 프로필렌, 부텐, 및 다른 알켄계 코폴리머, 예를 들면, 프로필렌으로부터 유도된 다수의 단위, 및 또 다른 α-올레핀(에틸렌 포함)으로부터 유도된 소수의 단위를 포함하는 코폴리머를 포함한다. 본 명세서에 유용한 예시적인 프로필렌 폴리머는 The Dow Chemical Company로부터 입수가능한 VERSIFY™ 폴리머, 및 ExxonMobil Chemical Company로부터 입수가능한 VISTAMAXX™ 폴리머를 포함한다.
올레핀 엘라스토머는 또한 에틸렌-프로필렌-디엔 모노머("EPDM") 엘라스토머 및 염소화된 폴리에틸렌("CPE")을 포함할 수 있다. 적합한 EPDM의 상업적인 예는 The Dow Chemical Company로부터 입수가능한 NORDEL™ EPDM을 포함한다. 적합한 CPE의 상업적인 예는 The Dow Chemical Company로부터 입수가능한 TYRIN™ CPE를 포함한다.
올레핀 엘라스토머, 특히 에틸렌 엘라스토머는 0.91 g/cm3 미만, 또는 0.90 g/cm3 미만의 밀도를 나타낼 수 있다. 에틸렌 코폴리머는 전형적으로 0.85 g/cm3 초과, 또는 0.86 g/cm3 초과의 밀도를 나타낼 수 있다.
에틸렌 엘라스토머는 0.10g/10분 초과, 또는 1g/10분 초과의 용융 지수(I2)를 나타낼 수 있다. 에틸렌 엘라스토머는 500g/10분 미만, 또는 100g/10분 미만의 용융 지수를 나타낼 수 있다.
다른 적합한 올레핀 엘라스토머는 올레핀 블록 코폴리머(예컨대 The Dow Chemical Company(미국 미시간주 미들랜드)로부터 상표명 INFUSE™ 하에 상업적으로 입수가능한 것들), 중간상-분리된 올레핀 다중-블록 인터폴리머(예컨대 미국 특허 번호 7,947,793에 기재된 것들), 및 올레핀 블록 복합체(예컨대 2008년 10월 30일자로 공개된 미국 특허 출원 공개 번호 2008/0269412에 기재된 것들)를 포함한다.
다양한 구현예에서, 미세모세관 물질로서 유용한 엘라스토머는 비-올레핀 엘라스토머일 수 있다. 본 명세서에 유용한 비-올레핀 엘라스토머는 실리콘 및 우레탄 엘라스토머, 스티렌-부타디엔 고무("SBR"), 니트릴 고무, 클로로프렌, 플루오로엘라스토머, 퍼플루오로엘라스토머, 폴리에테르 블록 아미드 및 클로로설폰화된 폴리에틸렌을 포함한다. 실리콘 엘라스토머는 선형 또는 부분적으로-분지형 구조를 가질 수 있지만, 바람직하게는 선형인, 전형적으로 평균 단위식 RaSiO(4-a)/2를 갖는 폴리오르가노실록산이다. 각 R은 동일하거나 상이할 수 있다. R은 치환된 또는 비-치환된 1가 하이드로카르빌기이며, 예를 들면, 알킬기, 예컨대 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 및 옥틸기; 아릴기 예컨대 페닐기 및 톨릴기; 아르알킬기; 알케닐기, 예를 들면, 비닐기, 알릴기, 부테닐기, 헥세닐기, 및 헵테닐기; 및 할로겐화된 알킬기, 예를 들면 클로로프로필기 및 3,3,3-트리플루오로프로필기일 수 있다. 폴리오르가노실록산은 상기 기들 중 중 어느 것 또는 하이드록실기로 종료될 수 있다. R이 알케닐기인 경우, 알케닐기는 바람직하게는 비닐기 또는 헥세닐기이다. 사실상 알케닐기는 말단기 및/또는 폴리머 측쇄 상의 폴리오르가노실록산에 존재할 수 있다.
대표적인 실리콘 고무 또는 폴리오르가노실록산은, 비제한적으로, 디메틸비닐실록시-종료된 폴리디메틸실록산, 트리메틸실록시-종료된 폴리디메틸실록산, 메틸비닐실록산 및 디메틸실록산의 트리메틸실록시-종료된 코폴리머, 메틸비닐실록산 및 디메틸실록산의 디메틸비닐실록시-종료된 코폴리머, 디메틸하이드록시실록시-종료된 폴리디메틸실록산, 메틸비닐실록산 및 디메틸실록산의 디메틸하이드록시실록시-종료된 코폴리머, 메틸비닐실록산 및 디메틸실록산의 메틸비닐하이드록시실록시-종료된 코폴리머, 디메틸헥세닐실록시-종료된 폴리디메틸실록산, 메틸헥세닐실록산 및 디메틸실록산의 트리메틸실록시-종료된 코폴리머, 메틸헥세닐실록산 및 디메틸실록산의 디메틸헥세닐실록시-종료된 코폴리머, 메틸페닐실록산 및 디메틸실록산의 디메틸비닐실록시-종료된 코폴리머, 메틸페닐실록산 및 디메틸실록산의 디메틸헥세닐실록시-종료된 코폴리머, 메틸(3,3,3-트리플루오로프로필)실록산 및 디메틸실록산의 디메틸비닐실록시-종료된 코폴리머, 및 메틸(3,3,3-트리플루오로프로필)실록산 및 디메틸실록산의 디메틸헥세닐실록시-종료된 코폴리머를 포함한다.
우레탄 엘라스토머는 반응성 폴리머 예컨대 폴리에테르 및 폴리에스테르 및 이소시아네이트 작용성 유기 화합물로부터 제조된다. 하나의 전형적인 예는 디하이드록시 작용성 폴리에테르 및/또는 트리하이드록시 작용성 폴리에테르와 톨루엔 디이소시아네이트의 반응 제품로서, 모든 하이드록시가 반응하여 추가 반응을 위한 이소시아네이트기를 남기면서 우레탄 연결기를 형성한다. 이러한 유형의 반응 제품은 수분에 노출되거나 폴리카비놀, 또는 이소시아네이트와 반응하는 다른 다작용성 반응성 물질의 화학양론적 첨가에 의해 자체적으로 경화될 수 있는 예비중합체를 일컫는다. 다양한 비의 이소시아네이트 화합물 및 폴리에테르 또는 폴리에스테르를 갖는 우레탄 엘라스토머가 상업적으로 제조된다.
가장 통상적인 우레탄 엘라스토머는 하이드록실 작용성 폴리에테르 또는 폴리에스테르 및 저분자량 다작용성, 폴리머 이소시아네이트를 함유하는 것들이다. 하이드록실 작용성 폴리에테르 및 폴리에스테르와 사용되는 또 다른 통상적인 물질은 톨루엔 디이소시아네이트이다.
적합한 우레탄 고무의 비제한적인 예는 Lubrizol Corporation으로부터 입수가능한 PELLETHANE™ 열가소성 폴리우레탄 엘라스토머; 모두 Noveon으로부터 입수가능한 ESTANE™ 열가소성 폴리우레탄, TECOFLEX™ 열가소성 폴리우레탄, CARBOTHANE™ 열가소성 폴리우레탄, TECOPHILIC™ 열가소성 폴리우레탄, TECOPLAST™ 열가소성 폴리우레탄, 및 TECOTHANE™ 열가소성 폴리우레탄; BASF로부터 입수가능한 ELASTOLLAN™ 열가소성 폴리우레탄 및 다른 열가소성 폴리우레탄; 및 Bayer, Huntsman, Lubrizol Corporation, Merquinsa 및 다른 공급자로부터 입수가능한 추가의 열가소성 폴리우레탄 물질을 포함한다. 바람직한 우레탄 고무는 TSI Industries로부터의 MILLATHANE™ 등급과 같은 소위 "밀러블(millable)" 우레탄이다.
그와 같은 우레탄 물질에 대한 추가의 정보는 다른 것 중에서도 다음에서 발견될 수 있다: Golding, Polymers and Resins, Van Nostrande, 1959, pages 325 et seq. 및 Saunders and Frisch, Polyurethanes, Chemistry and Technology, Part II, Interscience Publishers, 1964.
미세모세관 물질로서 사용되는 적합한 상업적으로 입수가능한 엘라스토머는, 비제한적으로, The Dow Chemical Company(미국 미시간주 미들랜드)로부터 입수가능한 ENGAGE™ 폴리올레핀 엘라스토머를 포함한다. 그와 같은 엘라스토머의 구체적인 예는 5.0의 용융 지수(I2) 및 0.870 g/cm3의 밀도를 갖는 에틸렌/옥텐 코폴리머인, ENGAGE™ 8200이다.
엘라스토머 미세모세관 물질이 이용되는 구현예에서, 매트릭스 물질이 엘라스토머에 비해 더 높은 인성, 내마모성, 밀도 및/또는 휨 탄성률을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 이것은 폴리머 코팅물이 재킷(즉, 케이블 구조물의 최외층)으로서 이용될 때 특히 그러하다. 이러한 조합은 완전히 동일한 매트릭스 물질로 형성된 코팅물과 비교하여 외층이 단단하지만 가요성이 증가된 폴리머 코팅물을 제공한다. 예를 들면, 다양한 구현예에서, 폴리머 코팅물은 미세모세관 물질로서 상기-기재된 엘라스토머 중 하나 이상을 가질 수 있으며, 폴리머 매트릭스 물질로서 에틸렌계 폴리머, 폴리아미드(예를 들면, 나일론), 폴리에스테르(예를 들면, 폴리부틸렌 테레프탈레이트("PBT"), 폴리에틸렌 테레프탈레이트("PET")), 폴리카보네이트, 또는 이들의 2종 이상의 조합물을 가질 수 있다. 다양한 구현예에서, 폴리머 코팅물은 미세모세관 물질로서 올레핀 엘라스토머를 포함할 수 있으며, 폴리머 매트릭스 물질은 HDPE, MDPE, LLDPE, LDPE, 폴리아미드, PBT, PET, 폴리카보네이트, 또는 이들의 2종 이상의 조합물로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 미세모세관 물질은 에틸렌/옥텐 코폴리머 올레핀 엘라스토머를 포함할 수 있으며, 폴리머 매트릭스 물질은 MDPE를 포함할 수 있다.
상기-기재된 폴리머 매트릭스 물질, 미세모세관 물질, 또는 둘 모두는 1종 이상의 첨가제, 예컨대 케이블 코팅물의 제조시 전형적으로 사용되는 것들을 함유할 수 있다. 예를 들면, 폴리머 매트릭스 물질, 미세모세관 물질, 또는 둘 모두는 선택적으로 케이블 재킷에 통상적으로 사용되는 비-전도성 카본블랙을 함유할 수 있다. 다양한 구현예에서, 본 조성물 중 카본블랙의 양은 본 조성물의 총 중량을 기준으로 0 초과(>0), 전형적으로 1부터, 더 전형적으로 2부터 최대 3 wt%까지일 수 있다. 다양한 구현예에서, 본 조성물은 선택적으로 전도성 충전제, 예컨대 전도성 카본블랙, 금속 섬유, 분말, 또는 탄소 나노튜브를 반도체 적용을 위해 높은 수준으로 포함할 수 있다.
종래의 카본블랙의 비제한적인 예는 ASTM N550, N472, N351, N110 및 N660, 케첸 블랙(Ketjen black), 퍼네스 블랙(furnace black) 및 아세틸렌 블랙으로 기재된 등급을 포함한다. 적합한 카본블랙의 다른 비-제한적인 예는 Cabot로부터 입수가능한 상표명 BLACK PEARLS®, CSX®, ELFTEX®, MOGUL®, MONARCH®, REGAL® 및 VULCAN® 하에 판매되는 것들을 포함한다.
폴리머 매트릭스 물질, 미세모세관 물질, 또는 둘 모두는 선택적으로, 종래의 양으로 순수하게 또는 마스터배치의 일부로서 첨가되는 1종 이상의 추가의 첨가제를 함유할 수 있다. 그와 같은 첨가제는, 비제한적으로, 난연제, 가공 조제, 핵제, 발포제, 가교결합제, 접착 조절제, 충전제, 안료 또는 착색제, 커플링제, 항산화제, 자외선 안정제(UV 흡수제 포함), 점착부여제, 스코치 저해제(scorch inhibitor), 정전기방지제, 가소제, 윤활제, 점도 조절제, 항-차단제, 계면활성제, 신전유(extender oil), 산 포착제(acid scavenger), 금속 탈활성제, 가황제 등을 포함한다.
전술한 바와 같이, 하나 이상의 구현예에서 폴리머 매트릭스 물질은 가교결합성일 수 있다. 당해 기술에 공지된 임의의 적합한 방법은 매트릭스 물질을 가교결합시키는데 사용될 수 있다. 그와 같은 방법은, 비제한적으로, 과산화물 가교결합, 수분 가교결합을 위한 실란 작용화, UV 가교결합, 또는 e-빔 경화를 포함한다. 그와 같은 가교결합 방법은 당해 기술에서 공지된 바와 같이, 특정 첨가제(예를 들면, 퍼옥사이드)의 포함을 필요로 할 수 있다.
다양한 구현예에서, 폴리머 매트릭스 물질, 미세모세관 물질, 또는 둘 모두는 1종 이상의 접착 조절제를 함유할 수 있다. 접착 조절제는 매트릭스 물질 및 미세모세관 물질 사이의 계면 접착을 개선시키는데 도움을 줄 수 있다. 2개의 폴리머 물질 사이의 접착력을 개선시키는 임의의 공지된 또는 이후에 발견된 첨가제가 본 명세서에 사용될 수 있다. 적합한 접착 조절제의 구체적인 예는, 비제한적으로, 말레산 무수물("MAH") 그라프팅된 수지(예를 들면, MAH-그라프팅된 폴리에틸렌, MAH-그라프팅된 에틸렌 비닐 아세테이트, MAH-그라프팅된 폴리프로필렌), 아민화된 폴리머(예를 들면, 아미노-작용화된 폴리에틸렌) 등, 및 이들의 2종 이상의 조합물을 포함한다. MAH-그라프팅된 수지는 The Dow Chemical Company(미국 미시간주 미들랜드)로부터 AMPLIFY™ GR 상표명, 및 DuPont(미국 델라웨어주 윌밍턴)으로부터 FUSABOND™ 상표명 하에 상업적으로 입수가능하다.
난연제의 비-제한적인 예는, 비제한적으로, 수산화알루미늄 및 수산화마그네슘을 포함한다.
가공 조제의 비-제한적인 예는, 비제한적으로, 지방 아미드 예컨대 스테아르아마이드, 올레아미드, 에루카마이드, 또는 N,N' 에틸렌 비스-스테아르아마이드; 폴리에틸렌 왁스; 산화된 폴리에틸렌 왁스; 에틸렌 옥사이드의 폴리머; 에틸렌 옥사이드 및 프로필렌 옥사이드의 코폴리머; 식물성 왁스; 석유 왁스; 비-이온성 계면활성제; 실리콘 유체; 폴리실록산; 및 플루오로엘라스토머 예컨대 Dupont Performance Elastomers LLC로부터 입수가능한 Viton®, 또는 Dyneon LLC로부터 입수가능한 Dynamar™를 포함한다.
핵제의 비-제한적인 예는 Milliken Chemicals, Spartanburg, S.C.로부터의 Hyperform® HPN-20E(스테아르산아연을 갖는 1,2 사이클로헥산디카복실산 칼슘 염)를 포함한다.
충전제의 비-제한적인 예는, 비제한적으로, 다양한 난연제, 점토, 침전된 실리카 및 실리케이트, 발연 실리카, 금속 설파이드 및 설페이트 예컨대 몰리브데늄 디설파이드 및 황산바륨, 금속 보레이트 예컨대 바륨 보레이트 및 아연 보레이트, 금속 무수물 예컨대 알루미늄 무수물, 토양 미네랄(ground mineral), 및 엘라스토머 폴리머 예컨대 EPDM 및 EPR을 포함한다. 존재한다면, 충전제는 일반적으로, 본 조성물의 중량을 기준으로, 종래의 양, 예를 들면, 5 wt% 이하 내지 50 wt% 이상으로 첨가된다.
다양한 구현예에서, 코팅된 컨덕터 상의 폴리머 코팅물은 100 내지 3,000 μm, 500 내지 3,000 μm, 100 내지 2,000 μm, 100 내지 1,000 μm, 200 내지 800 μm, 200 내지 600 μm, 300 내지 1,000 μm, 300 내지 900 μm, 또는 300 내지 700 μm 범위의 두께를 가질 수 있다.
추가로, 폴리머 코팅물 중 미세모세관의 평균 직경은 적어도 50 μm, 적어도 100 μm, 또는 적어도 250 μm일 수 있다. 추가로, 폴리머 코팅물 중 미세모세관은 50 내지 1,990 μm, 50 내지 990 μm, 50 내지 890 μm, 100 내지 790 μm, 150 내지 690 μm, 또는 250 내지 590 μm 범위의 평균 직경을 가질 수 있다. 용어 직경의 사용에도 불구하고, 미세모세관의 단면은 둥글 필요가 없다는 점을 유의해야 한다. 오히려, 그것은 다양한 형상, 예컨대 도 4b 및 4c에 도시된 바와 같이 길쭉한 모양을 채택할 수 있다. 그와 같은 경우에, "직경"은 미세모세관 단면의 가장 긴 치수로서 정의될 것이다. 이러한 치수는 도 4b에서 λ로 예시된다. "평균" 직경은 폴리머 코팅물로부터 3개의 랜덤 단면을 채택하고, 그 안의 각 미세모세관의 직경을 측정하고, 이러한 측정의 평균을 결정함으로써 결정될 것이다. 직경 측정은 압출된 물품의 단면을 절단하고, 미세모세관의 크기를 측정하기 위한 스케일이 구비된 광학 현미경 하에 관측함으로써 수행된다.
하나 이상의 구현예에서, 폴리머 코팅물의 두께 대 미세모세관의 평균 직경의 비는 2:1 내지 400:1의 범위일 수 있다.
미세모세관의 간격은 달성될 원하는 특성에 따라 가변적일 수 있다. 추가로, 미세모세관의 간격은 미세모세관의 직경과 관련하여 정의될 수 있다. 예를 들면, 다양한 구현예에서, 미세모세관은 미세모세관의 평균 직경의 1배 미만의 거리만큼 떨어져 이격될 수 있으며, 미세모세관의 평균 직경의 10배만큼 높을 수 있다. 다양한 구현예에서, 미세모세관은 평균 100 내지 5,000 μm, 평균 200 내지 1,000 μm, 또는 평균 100 내지 500 μm 떨어져 이격될 수 있다. "떨어져 이격된" 측정은 도 2c에서 "s"로 예시된 바와 같이, 에지-대-에지 기준으로 결정될 것이다.
시험 방법
밀도
밀도는 ASTM D 792에 따라 결정된다.
용융 지수
용융 지수, 또는 I2는 ASTM D 1238, 조건 190℃ / 2.16 kg에 따라 측정되며, 10 분당 용출된 그램으로 보고된다.
인장 강도 및 파단 연신율
ASTM 방법 D 638에 따라 인장 강도 및 연신율을 측정한다.
영률(Young's Modulus)
ASTM 방법 D 638에 따라 또한 영률을 측정한다.
동적 기계적 분석
G', 저장 탄성률은 하기 절차에 따라 동적 기계적 분석("DMA")에 의해 측정된다: TA 기기 DMA Q800은 굽힘 모드(bending mode)에서 사용되며, 샘플은 길이 17.5 mm, 폭 13 mm, 및 두께 1.25 mm의 직사각형 시료이다. 시험 조건은 아래와 같다: 0.025% 변형률, 5℃/분으로 램핑(ramping)하는 -60℃ 내지 80℃의 온도 범위, 1 Hz 주파수, 및 3 분 침지 시간.
물질
하기 물질을 하기 실시예에 이용한다.
AXELERON™ FO 6548 BK("MDPE")는 0.946 g/cm3의 밀도, 0.82 g / 10 분의 용융 지수(I2)를 갖고, 2.35 내지 2.85 wt% 범위의 양의 카본블랙을 함유하는 중간-밀도 폴리에틸렌이다(ASTM D1603). AXELERON™ FO 6548 BK는 The Dow Chemical Company(미국 미시간주 미들랜드)로부터 상업적으로 입수가능하다.
ENGAGE™ 8200은 폴리올레핀 엘라스토머, 구체적으로 5.0 g/10 분의 용융 지수(I2), 0.870 g/cm3의 밀도, 및 ASTM D 1646에 따라 8의 무니 점도(Mooney viscosity)(121℃에서 ML 1 + 4)를 갖는 에틸렌/옥텐 코폴리머이다. ENGAGE™ 8200은 The Dow Chemical Company(미국 미시간주 미들랜드)로부터 상업적으로 입수가능하다.
IRGANOX™ 1010은 화학명 펜타에리트리톨 테트라키스(3-(3,5-디-tert-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트)를 갖는 항산화제이며, BASF SE(독일 루트비히스하펜)로부터 상업적으로 입수가능하다.
실시예
샘플 제조
미세모세관 샘플
2개의 폴리머 용융물 스트림을 처리할 수 있는 미세모세관 다이가 구비된 2개의 단일축 압출기(1.9-cm 및 3.81-cm 킬리온(Killion) 압출기)로 구성된 테이프-압출 시스템을 사용하여 1개의 샘플(S1) 및 1개의 비교 샘플(CS1)을 제조한다. 이 라인은 매트릭스 물질을 위한 폴리머 용융물을 공급하는 3.81-cm 킬리온 단일축 압출기, 및 이송 라인을 거쳐 미세모세관 다이로 미세모세관을 위한 폴리머 용융물을 공급하는 1.9-cm 킬리온 단일축 압출기로 구성된다. 이들 실시예에 사용될 다이는, 특히 도 4a 및 4a1, 및 서면 설명의 대응하는 텍스트와 관련하여, 본 명세서에 참고로 편입된 PCT 공개된 특허 출원 번호 WO 2014/003761에 상세히 기재되어 있다. 다이는 42개의 미세모세관 노즐, 5 cm의 폭, 및 1.5 mm의 다이 갭을 갖는다. 각 미세모세관 노즐은 0.38　mm의 외부 직경, 및 0.19 mm의 내부 직경을 갖는다.
샘플 S1 및 비교 샘플 CS1을 아래와 같이 제조한다. 우선, 압출기, 기어 펌프(gear pump), 이송 라인, 및 다이를 작동 온도까지 가열하며, "침지" 시간은 약 30 분이다. 3.81-cm 및 1.9-cm 킬리온 단일축 압출기에 대한 온도 프로파일은 하기 표 1에 주어진다. 미세모세관 폴리머 수지를 1.9-cm 킬리온 단일축 압출기의 호퍼 내로 충전하고, 스크류 속도는 표적 값(30 rpm)까지 높인다. 폴리머 용융물이 미세모세관 노즐에서 배출됨에 따라, 매트릭스 폴리머 수지가 3.81-cm 킬리온 단일축 압출기의 호퍼 내로 충전되고, 주요 압출기가 켜진다. 3.81-cm 킬리온 단일축 압출기의 압출기 스크류는 용융물을 기어 펌프로 공급하며, 이는 미세모세관 다이 쪽으로 용융물의 실질적으로 일정한 유동을 유지시킨다. 이후, 3.81-cm 킬리온 단일축 압출기로부터의 폴리머 용융물은 2개의 스트림으로 분할되고, 이들은 미세모세관 노즐로부터의 폴리머 가닥과 만난다. 압출 다이에서 배출될 때, 압출물은 롤스택(rollstack) 상의 냉각 롤(chill roll)에서 냉각된다. 압출물이 켄칭되면, 그것은 닙 롤(nip roll)에 의해 취해진다. 라인 속도는 롤스택 내 닙 롤에 의해 제어된다.
[표 1] - 3.81-cm 및 1.9-cm 킬리온 단일축 압출기의 온도 프로파일
Figure 112017082058432-pct00001
압출 시스템은 2개의 폴리머 용융물 스트림을 제공하도록 설정된다: 제1 폴리머에 포매된 미세모세관으로 형상화된 제2 폴리머(1.9-cm 킬리온 압출기)를 둘러싸는 연속 매트릭스를 제조하기 위한 제1 폴리머(3.81-cm 킬리온 압출기). S1의 제1 폴리머(매트릭스)는 MDPE이고, S1의 제2 폴리머(미세모세관)는 ENGAGE™ 8200이다. CS1의 경우, 제1 및 제2 폴리머 모두 MDPE이다. S1 및 CS1에 대한 처리 조건 및 미세모세관 치수는 하기 표 2에 주어진다.
밀도 측정으로부터 추정될 때, S1은 18 중량 퍼센트의 미세모세관 물질(ENGAGE™ 8200)을 함유한다.
[표 2] - S1 및 CS1 에 대한 처리 조건 및 미세모세관 치수
Figure 112017082058432-pct00002
용융 블렌드 샘플
MDPE를 ENGAGE™ 8200과 용융 블렌딩하여 제2 비교 샘플(CS2)을 제조한다. ENGAGE™ 8200은 용융 블렌드의 18 wt%를 차지한다. 폴리머의 용융 블렌딩은 아래와 같이 달성된다: 롤러 블레이드(Roller Blade)가 구비된 브라벤더 모델 Prep 혼합기/측정 헤드 실험실 전기 배치 혼합기(Brabender model Prep Mixer/Measuring Head laboratory electric batch mixer)를 사용하여 화합물 배치를 제조한다. Prep-Mixer®는 C.W.이다. 브라벤더의 최대 혼합기/측정 헤드는 2개의 가열 구역으로 구성되며 혼합기 블레이드 구성에 따라 350/420 ml의 용량을 갖는 3-피스 디자인이다. 제형은 MDPE 기본 수지, ENGAGE™ 8200, 및 항산화제로서의 IRGANOX™ 1010으로 구성된다. MDPE 수지를 우선 롤러 블레이드를 갖는 혼합 볼(mixing bowl) 내로 장입하고, 이를 15 rpm으로 회전시킨다. 두 구역에 대한 공정 온도 설정값은 180℃이다. 기본 수지가 용융되기 시작한 후, ENGAGE™ 8200 및 항산화제 첨가제를 첨가하고, 40 rpm에서 추가로 5분 동안 혼합한다. 이후 용융된 물질을 혼합기로부터 제거한다.
특성 시험을 위한 플라크(plaque) 제조: 배합된 물질을 우선 플라크 두께에 대해 원하는 양으로 사전-계량하고, 2개의 마일라(Mylar) 시트 사이에 놓은 후, 2개의 알루미늄 시트와 스테인레스강 금형 플레이트 사이에 놓는다. 마일라는 금속판에 부착되는 것을 방지하기 위해 배합된 물질과 접촉된다. 이후 충전된 금형을 180℃(+5℃ 또는 -5℃)의 프레스에 넣는다. 프레스를 폐쇄하고, 500 psi에서 5분 동안 프레싱한다. 압력을 5 분 동안 최대 2500 psi로 증가시킨다. 냉각 시스템은 분당 10℃의 속도로 성형된 플라크를 냉각시키도록 설정된다. 온도가 35℃에 도달할 때 플라크를 꺼낸다.
실시예
상기 제공된 시험 방법에 따라 CS 1, CS2, 및 S1 각각을 분석한다. 결과는 하기 표 1에 제공된다.
표 - 대조군 1, CS1 및 S1의 특성
Figure 112017082058432-pct00003
표 1에 제공된 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, S1은 양호한 기계적 특성을 나타내지만, CS1과 비교하여 유의미하게 감소된 모듈러스를 나타낸다. CS2의 용융 블렌드와 비교하고, 영률 및 DMA 데이터 둘 모두를 토대로 할 때, S1은 실온 뿐만 아니라 저온 모두에서 훨씬 낮은 모듈러스 값을 나타낸다. 더욱이, 엘라스토머 상이 완전히 캡슐화되면, S1은 MDPE 물질의 바람직한 표면 특성을 유지할 것이다.

Claims (10)

  1. (a) 컨덕터(conductor); 및
    (b) 상기 컨덕터의 적어도 일부를 둘러싸는 신장된 폴리머 코팅물을 포함하는 코팅된 컨덕터로서,
    상기 신장된 폴리머 코팅물은 상기 신장된 폴리머 코팅물의 신장 방향으로 실질적으로 연장되는 복수의 미세모세관 및 폴리머 매트릭스 물질을 포함하고,
    상기 미세모세관의 적어도 일부분은 폴리머 미세모세관 물질을 함유하고,
    상기 폴리머 미세모세관 물질은 에틸렌/옥텐 코폴리머 올레핀 엘라스토머를 포함하고,
    상기 폴리머 매트릭스 물질은 중간-밀도 폴리에틸렌을 포함하는, 코팅된 컨덕터.
  2. ◈청구항 2은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    청구항 1에 있어서, 상기 폴리머 매트릭스 물질은 상기 신장된 폴리머 코팅물의 신장 방향에 직각인 단면으로 보았을 때 상기 미세모세관 각각을 완전히 둘러싸는, 코팅된 컨덕터.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 폴리머 미세모세관 물질은 상기 폴리머 매트릭스 물질보다 낮은 휨 탄성률(flexural modulus)을 갖는, 코팅된 컨덕터.
  4. ◈청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 폴리머 매트릭스 물질은 열가소성 폴리머, 가교결합성 폴리머, 또는 가교결합된 폴리머를 추가로 포함하는, 코팅된 컨덕터.
  5. ◈청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    청구항 4에 있어서, 상기 열가소성 폴리머는 에틸렌계 폴리머, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 및 이들의 2종 이상의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는, 코팅된 컨덕터.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 폴리머 미세모세관 물질은 올레핀 엘라스토머, 실리콘 엘라스토머, 우레탄 엘라스토머, 또는 이들의 2종 이상의 조합물을 추가로 포함하는, 코팅된 컨덕터.
  7. 삭제
  8. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 미세모세관은 0.5 μm 내지 2,000 μm 범위의 평균 직경을 갖고, 상기 미세모세관은 원형, 직사각형, 타원형, 별형, 다이아몬드형, 삼각형, 정사각형, 곡선형, 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 단면 형상을 가지며, 상기 신장된 폴리머 코팅물은 100 μm 내지 3,000 μm 범위의 두께를 갖고, 상기 코팅된 컨덕터는 선택적으로 1종 이상의 추가의 코팅물을 포함하고, 상기 신장된 폴리머 코팅물은 상기 코팅된 컨덕터의 최외부 코팅물인, 코팅된 컨덕터.
  9. ◈청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 폴리머 매트릭스 물질은 단일-층 구조물의 형태로 존재하는, 코팅된 컨덕터.
  10. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 신장된 폴리머 코팅물의 두께 대 상기 미세모세관의 평균 직경의 비는 2:1 내지 400:1의 범위인, 코팅된 컨덕터.
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