KR102530838B1 - 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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다우 글로벌 테크놀로지스 엘엘씨
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Abstract

컨덕터 및 상기 컨덕터를 적어도 부분적으로 둘러싸는 신장된 폴리머성 코팅을 포함하는 코팅된 컨덕터로서, 여기서 신장된 폴리머성 코팅은 폴리머성 매트릭스 물질 및 개별적인 별개의 중공 공간을 획정하는 복수개의 미세모세관을 포함한다. 이러한 코팅된 컨덕터는 미세모세관을 갖지 않는 폴리머성 코팅을 갖는 코팅된 컨덕터에 비해 중량에 있어서 더 경량이다. 이러한 코팅된 컨덕터를 제조하기 위한 다이 및 방법이 또한 개시되어 있다.

Description

설계된 미세구조를 갖는 케이블 재킷 및 설계된 미세구조를 갖는 케이블 재킷의 제조 방법{CABLE JACKETS HAVING DESIGNED MICROSTRUCTURES AND METHODS FOR MAKING CABLE JACKETS HAVING DESIGNED MICROSTRUCTURES}
관련 출원에 대한 참조
본 출원은 2014년 12월 19일에 출원된 미국 가출원 제62/094,432호의 이익을 주장한다.
기술분야
본 발명의 다양한 구현예는 미세모세관 구조를 갖는 케이블 코팅 및 재킷에 관한 것이다.
경량의 전력 및 통신 기술이 감소된 시설 비용뿐만 아니라 용이한 설치를 위해 바람직하다. 전력 및 통신 케이블 코팅(예를 들면, 재킷)에서의 중량을 감소시키는 방법은 일반적으로 재킷을 형성하는 폴리머(예를 들면, 폴리에틸렌)로의 낮은 수준의 발포를 도입하여 폴리머의 밀도를 낮추고 이에 따라 재킷의 중량을 감소키는 것에 중점을 두고 있다. 그러나, 통상적인 성형 과정은 폴리머 내의 중공-공간 셀의 무작위 분포를 일으킨다. 이는 변형 하에 급속한 불량을 야기하는 약한 지점으로 작용하는 중공-공간 셀과 함께 성형된 폴리머의 기계적 특성의 악화를 야기한다. 따라서, 전력 및 통신 케이블에 대한 저밀도 코팅에서 개선이 요구된다.
일 구현예는 하기를 포함하는 코팅된 컨덕터이다:
(a) 컨덕터; 및
(b) 상기 컨덕터의 적어도 일부를 감싸는 신장된 폴리머성 코팅,
여기서 상기 신장된 폴리머성 코팅은 폴리머성 매트릭스 물질 및 상기 신장된 폴리머성 코팅의 신장 방향으로 실질적으로 연장되는 복수개의 미세모세관을 포함하고,
여기서 상기 미세모세관은 상기 신장된 폴리머성 코팅의 신장 방향에 대해서 수직인 단면의 관점에서 볼 때 상기 폴리머성 매트릭스 물질에 의해 둘러싸인 개별적인 별개의 중공 공간을 획정한다.
하기의 수반된 도면을 참조한다:
도 1은 미세모세관 필름을 제조하기 위한 다이 어셈블리를 갖는 압출기의 단면에서의 부분적 사시도이고;
도 2a는 미세모세관 필름의 종방향 단면도(longitudinal-sectional view)이고;
도 2b 및 2c는 미세모세관 필름의 단면도이고;
도 2d는 미세모세관 필름의 사시도이고;
도 2e는 도 2b에 나타낸 바와 같은 미세모세관 필름의 종방향 단면도의 부분(2E)을 도시한 도면이고;
도 2f는 미세모세관 필름의 분해도이고;
도 2g는 단층 구현예를 구체적으로 도시하는 미세모세관 필름의 단면도이고;
도 3a 및 3b는 공압출된 다층 환상 미세모세관 제품 및 공기-충전된 다층 환상 미세모세관 제품을 각각 제조하기 위한 환상 다이 어셈블리를 포함하는 압출기 어셈블리의 다양한 구조의 개략적인 사시도이고;
도 4a는 그 내부에 유체를 갖는 미세모세관을 갖는 미세모세관 필름의 개략적인 도면이고;
도 4b는 공압출된 미세모세관 필름의 단면도이고;
도 4c는 본 발명의 공기-충전된 미세모세관 필름의 단면도이고;
도 5는 다이 어셈블리로부터 압출된 환상 미세모세관 튜브의 개략적인 도면이고;
도 6a 및 6b는 환상 미세모세관 튜브의 사시도이고;
도 7a-7d는 각각 비대칭 유동 구조의 환상 다이 어셈블리의 부분 단면도(partial cross-sectional view), 종방향 단면도, 단면도(end view), 및 상세 단면도이고;
도 8a-8d는 각각 대칭 유동 구조의 환상 다이 어셈블리의 부분 단면도, 종방향 단면도, 단면도, 및 상세 단면도이고;
도 9a-9d는 각각 대칭 유동 구조의 환상 다이 어셈블리의 부분 단면도, 종방향 단면도, 단면도, 및 상세 단면도이고;
도 10은 환상 다이 어셈블리용의 다이 인서트의 사시도이고;
도 11은 루즈 버퍼 튜브 광섬유 케이블(loose buffer tube optical fiber cable)의 단면도이고; 그리고
도 12는 코어 튜브 광섬유 케이블의 컷어웨이 부분도이다.
본 개시물은 환상 미세모세관 제품을 제조하기 위한 다이 어셈블리 및 압출기에 관한 것이다. 이러한 환상 미세모세관 제품은 예컨대 폴리머성 코팅(예를 들면, 재킷) 또는 전도성 코어를 둘러싼 폴리머성 보호 부품의 적어도 일부를 형성함으로써 와이어 및 케이블 물품을 제조하는데 사용될 수 있다.
다이 어셈블리는, 매니폴드들 사이에 위치되고 열가소성 물질의 층을 압출하기 위하여 상기 매니폴드들 사이에 물질 흐름 채널을 획정하는 환상 다이 인서트를 포함한다. 다이 인서트는 열가소성 물질의 압출된 층들 사이에 미세모세관에서의 미세모세관 물질의 삽입을 위하여 외부 표면 상에 미세모세관 흐름 채널을 갖는 팁을 가진다. 미세모세관은 다양한 물질, 예컨대 다른 열가소성 물질 또는 엘라스토머성 물질을 함유할 수 있거나, 또는 이는 단순히 중공-공간 미세모세관(즉, 가스, 예컨대 공기를 함유함)일 수 있다. 환상 미세모세관 제품을 제조하기 위한 다이 어셈블리는 다층 미세모세관 필름을 제조하기 위한 다이 어셈블리의 변형물이고, 이들 모두는 하기에 상세하게 기재되어 있다.
미세모세관 필름 압출기
도 1은 미세모세관(103)을 갖는 다층 폴리머성 필름(110)을 형성하기 위해 사용되는 예시적인 압출기(100)를 도시하고 있다. 압출기(100)는 물질 하우징(105), 물질 호퍼(107), 축(screw)(109), 환상 어셈블리(111) 및 전자장치(115)를 포함한다. 압출기(100)는 물질 하우징(105) 내의 축(109)을 나타내는 단면을 부분적으로 나타내고 있다. 축 유형 압출기를 도시하고 있는 한편, 다양한 압출기(예를 들면, 1축형, 2축형 등)가 압출기(100) 및 다이 어셈블리(111)를 통해 물질의 압출을 실시하기 위해 사용될 수 있다. 하나 이상의 압출기는 하나 이상의 다이 어셈블리와 함께 사용될 수 있다. 전자장치(115)는, 예를 들면, 컨트롤러, 프로세서, 모터, 및 압출기를 작동시키는데 사용되는 다른 장비를 포함할 수 있다.
원료(예를 들면, 열가소성 물질)(117)는 물질 호퍼(107) 내에 배치되고, 블렌딩을 위해 하우징(105)을 통과한다. 원료(117)는 가열되고, 압출기(100)의 하우징(105) 내에 회전식으로 위치한 축(109)의 회전에 의해 블렌딩된다. 모터(121)는 원료(117)를 이송하기 위한 축(109) 또는 다른 드라이버를 구동하기 위해 제공될 수 있다. 열 및 압력이 개략적으로 도시된 바와 같이 각각 열 공급원(T) 및 압력 공급원(P)(예를 들면, 축(109))으로부터 블렌딩된 물질로 인가되어 화살표로 나타낸 바와 같이 원료(117)가 다이 어셈블리(111)를 통과하게 한다. 원료(117)는 용융되어 압출기(100) 및 다이 어셈블리(111)를 통해 운반된다. 용융된 원료(117)는 다이 어셈블리(111)를 통과하고, 원하는 형상 및 단면(본원에서 '프로파일'로 지칭됨)으로 형성된다. 다이 어셈블리(111)는 용융된 원료(117)를 본원에 더욱 기재된 바와 같은 다층 폴리머성 필름(110)의 얇은 시트로 압출하도록 구성될 수 있다.
미세모세관 필름
도 2a-2f는 예를 들면 도 1의 압출기(100) 및 다이 어셈블리(111)에 의해 제조될 수 있는 다층 필름(210)의 다양한 도면을 도시하고 있다. 도 2a-2f에 나타낸 바와 같이, 다층 필름(210)은 미세모세관 필름이다. 다층 필름(210)은 열가소성 물질의 다층(250a,b)으로 구성된 것으로 도시되어 있다. 필름(210)은 또한 층들(250a,b) 사이에 위치한 채널(220)을 가진다.
다층 필름(210)은 또한 도 2c에 도시된 바와 같은 세장형 프로파일(elongate profile)을 가질 수 있다. 이러한 프로파일은 이의 두께(T)에 비해서 더 넓은 폭(W)을 갖는 것으로 도시되어 있다. 폭(W)은 3 인치(7.62 cm) 내지 60 인치(152.40 cm)의 범위일 수 있고, 이는 예를 들면 폭에 있어서 24 인치(60.96 cm), 또는 20 내지 40 인치(50.80 내지 101.60 cm)의 범위이거나, 또는 20 내지 50 인치(50.80 내지 127 cm)의 범위 등일 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)의 범위의 치수
Figure 112017063412154-pct00001
(예를 들면, 폭 또는 직경)를 가질 수 있고, 50 내지 500 μm(예를 들면, 100 내지 500 μm, 또는 250 내지 500 μm)의 범위의 채널(220) 사이의 공간(S)을 가진다. 하기에 추가로 기술되는 바와 같이, 선택된 치수는 비율로 정의될 수 있다. 예를 들면, 채널 치수
Figure 112017063412154-pct00002
는 두께(T)의 약 30%의 직경일 수 있다.
나타낸 바와 같이, 층(250a,b)은 매트릭스 열가소성 물질로 제조되고, 채널(220)은 그 내부에 채널 유체(212)를 가진다. 채널 유체는 예를 들면 본원에 추가로 기술되는 바와 같이 다양한 물질, 예컨대 공기, 가스, 폴리머 등을 포함할 수 있다. 다층 필름(210)의 각 층(250a,b)은 다양한 폴리머, 예컨대 본원에 추가로 기재된 것으로 제조될 수 있다. 각 층은 동일한 물질 또는 상이한 물질로 제조될 수 있다. 단지 2개의 층(250a,b)이 도시되어 있지만, 다층 필름(210)은 임의의 수의 물질의 층을 가질 수 있다.
동일한 열가소성 물질이 층(250a,b)에 대해 이용되는 경우, 이후 단층(250)이 다이에서 배출되기 바로 직전에 합쳐진 용융된 상태로의 동일한 폴리머를 포함하는 매트릭스 층의 2개의 스트림의 융합으로 인해 최종 제품이 생성될 것이다. 이러한 현상은 도 2g에 도시되어 있다.
채널(220)은 그 내부에 미세모세관(252)을 획정하는 하나 이상의 세트의 층(250a,b)들 사이에 위치될 수 있다. 채널 유체(212)는 채널(220)에 제공될 수 있다. 다수의 채널(220)은 원하는 바와 같이 제공될 수 있다. 다층은 또한 동일하거나 상이한 프로파일(또는 단면)을 가질 수 있다. 다층 필름(210)의 특징, 예컨대 층(250a,b) 및/또는 채널(220)의 형상은 본원에 보다 완전하게 기술되는 바와 같은 열가소성 물질을 압출하기 위해 사용되는 다이 어셈블리의 구조에 의해 한정될 수 있다.
미세모세관 필름(210)은 100 μm 내지 3,000 μm의 범위의 두께를 가지고; 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 μm의 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 부피를 기준으로 적어도 10 부피%("vol%")의 매트릭스(218)를 포함할 수 있고; 예를 들면, 미세모세관 필름(210)은 미세모세관 필름(210)의 총 부피를 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 부피를 기준으로 20 내지 90 vol%의 공극률을 포함할 수 있고; 예를 들면 미세모세관 필름(210)은 미세모세관 필름(210)의 총 부피 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 부피를 기준으로 50 내지 100 vol%의 채널 유체(212)를 포함할 수 있고; 예를 들면 미세모세관 필름(210)은 상기 기재된 총 공극률 부피를 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 가진다. 하나 이상의 채널(220)은 제1 말단(214)으로부터 제2 말단(216)까지 매트릭스(218) 내에 평행하게 배치된다. 하나 이상의 채널(220)은 예를 들면 적어도 약 250 μm로 서로 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 μm의 범위의 직경을 가질 수 있다. 하나 이상의 채널(220)은 원형, 직사각형, 계란형, 별형, 다이아몬드형, 삼각형, 정사각형 등 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 단면 형상을 가질 수 있다. 하나 이상의 채널(220)은 제1 말단(214)에서, 제2 말단(216)에서, 제1 말단(214)과 제2 말단(216) 사이에서 또는 이들의 조합에서 하나 이상의 밀봉부를 추가로 포함할 수 있다.
매트릭스(218)는 하나 이상의 매트릭스 열가소성 물질을 포함한다. 이러한 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 특정 예는 "기능성 충전 물질을 함유하는 미세모세관 필름 및 발포체"라는 명칭의 PCT 출원 공개번호 WO 2012/094315의 페이지 5 내지 11에 열거된 것을 포함하고, 이는 본원에 참조로 포함되어 있다.
매트릭스(218)는, 예를 들면, 유리 또는 탄소 섬유, 및/또는 임의의 다른 물질 충전제 예컨대 탈크 또는 탄산칼슘을 통해 강화될 수 있다. 예시적인 충전제는 비제한적으로 천연 탄산칼슘(예를 들면, 백악, 방해석 및 대리석), 합성 카보네이트, 마그네슘 및 칼슘의 염, 돌로마이트, 탄산마그네슘, 탄산아연, 라임, 마그네시아, 황산바륨, 중정석, 칼슘 설페이트, 실리카, 마그네슘 실리케이트, 탈크, 규회석, 점토 및 알루미늄 실리케이트, 카올린, 마이카, 금속 또는 알칼리토의 산화물 또는 수산화물, 수산화마그네슘, 산화철, 산화아연, 유리 또는 탄소 섬유 또는 분말, 목재 섬유 또는 분말 또는 이들 화합물의 혼합물을 포함한다.
하나 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 바와 같은 매트릭스(218) 물질로서, 채널 유체(212)로서의 사용을 위해 적합한 열가소성 물질의 특정 예는 PCT 출원 공개번호 WO 2012/094315의 페이지 5 내지 11에 열거된 것을 포함한다.
열가소성 물질이 채널 유체(212)로서 사용되는 경우, 이는 예를 들면 유리 또는 탄소 섬유 및/또는 임의의 다른 물질 충전제 예컨대 탈크 또는 탄산칼슘을 통해 강화될 수 있다. 예시적인 강화 충전제는 매트릭스(218) 열가소성 물질에서의 충전제로서 사용하기에 적합한 상기 열거된 것을 포함한다.
환상 미세모세관 제품 압출기 어셈블리
도 3a 및 3b는 미세모세관(303)을 갖는 다층 환상 미세모세관 제품(310a,b)을 형성하기 위해 사용되는 예시적인 압출기 어셈블리(300a,b)를 도시하고 있다. 압출기 어셈블리(300a,b)는 앞서 기재된 바와 같은 도 1의 압출기(100)와 유사하나, 단 압출기 어셈블리(300a,b)가 이에 작동가능하게 연결된 조합된 환상 미세모세관 공압출 다이 어셈블리(311a,b)를 갖는 복수개의 압출기(100a,b,c)를 포함하는 것에서 차이가 있다. 환상 다이 어셈블리(311a,b)는 다층 환상 미세모세관 제품, 예컨대 도 4a-4c에 나타낸 바와 같은 필름(310), 도 5, 6a, 및 6b에 나타낸 바와 같은 튜브(310a) 및/또는 도 3b에 나타낸 성형된 성형체(310b)를 압출하도록 구성된 다이 인서트(353)를 가진다.
도 3a는 조합된 환상 미세모세관 공압출 다이 어셈블리(311a)에 작동하도록 연결된 3개의 압출기(100a,b,c)를 갖는 압출기 어셈블리(300a)의 구조를 도시하고 있다. 일례에서, 3개의 압출기 중 2개는 다이 어셈블리(311a)로 열가소성 물질(예를 들면, 폴리머)(117)을 공급하여 환상 미세모세관 제품(310a)의 층들을 형성하기 위해 사용되는 매트릭스 압출기(100a,b)일 수 있다. 세번째 압출기는 미세모세관 물질 예컨대 열가소성 물질(예를 들면, 폴리머 용융물)(117)을 미세모세관(303)으로 공급하여 그 내부의 미세모세관 상(또는 코어층)을 형성하기 위한 미세모세관(또는 코어층) 압출기(100c)일 수 있다.
다이 인서트(353)는 다이 어셈블리(311a)로 공급되어 압출기(100a,b,c)로부터의 열가소성 물질(117)을 환상 미세모세관 제품(310a)으로 조합한다. 도 3a에 나타낸 바와 같이, 다층 환상 미세모세관 제품은 다이 인서트(353)를 통해 다이 어셈블리(311a)의 외부로 상방으로 압출된 블로운 튜브(310a)일 수 있다. 유체 공급원(319a)으로부터의 환상 유체(312a)는 환상 미세모세관 제품(310a)을 통과하고 도 3a에 나타낸 바와 같은 압출 과정에서 다층 환상 미세모세관 튜브(310a)를 형성할 수 있거나, 또는 환상 미세모세관 성형체(또는 성형된 제품), 예컨대 도 3b에 나타낸 바와 같은 보틀(310b)의 형태로의 다층 환상 미세모세관 제품을 제조하도록 구성된 성형기(354)에 제공될 수 있다.
도 3b는 압출기 어셈블리(300b)의 제2 구조를 나타낸다. 압출기 어셈블리(300b)는 압출기 어셈블리(300a)와 유사하나, 단 미세모세관 압출기(100c)가 미세모세관 유체 공급원(319b)으로 대체된 것에서 차이가 있다. 압출기(100a,b)는 열가소성 물질(도 3a의 예에서 것과 같음)을 압출하고, 미세모세관 유체 공급원(319b)은 다이 어셈블리(311b)의 다이 인서트(353)를 통해 미세모세관 유체(312b)의 형태로의 미세모세관 물질을 방출할 수 있다. 2개의 매트릭스 압출기(100a,b)는 열가소성 층들을 방출하고, 미세모세관 유체 공급원(319b)은 미세모세관 유체(312b)를 이들 사이의 미세모세관(303)으로 방출하여 다층 환상 미세모세관 제품(310b)을 형성한다. 이러한 방식에서, 환상 다이 어셈블리(311b)는 도 3a에서와 같은 필름 또는 블로운 제품을 형성하거나, 또는 환상 미세모세관 성형체(또는 성형된 제품), 예컨대 보틀(310b)의 형태로의 다층 환상 미세모세관 제품을 생성하도록 구성된 성형기(354)에 공급될 수 있다.
도 3a 및 3b가 별개의 물질 하우징(105), 물질 호퍼(107), 축(109), 전자장치(115), 모터(121)를 갖는 각각의 압출기(100a,b,c)를 나타내는 한편, 압출기(100)의 일부 또는 모두는 조합될 수 있다. 예를 들면, 압출기(100a,b,c)는 각각 그들 자신의 호퍼(107)를 가질 수 있고, 특정 성분, 예컨대 전자장치(115) 및 다이 어셈블리(311a,b)를 공유한다. 일부 경우에서, 유체 공급원(319a,b)은 동일한 유체(312a,b), 예컨대 공기를 제공하는 동일한 유체 공급원일 수 있다.
다이 어셈블리(311a,b)는 원하는 방향, 예컨대 도 3a에 나타낸 바와 같이 수직 상향 위치로, 도 3b에 나타낸 바와 같이 수직 하방 위치로, 또는 도 1에 나타낸 바와 같이 수평 위치로 압출기(100a,b,c)에 작동하도록 연결될 수 있다. 하나 이상의 압출기는 층 및 하나 이상의 물질 공급원, 예컨대 압출기(100c) 및/또는 미세모세관 유체 공급원(319b)을 형성하는 폴리머성 매트릭스 물질을 제공하는데 사용될 수 있고, 미세모세관 물질을 제공하는데 사용될 수 있다. 추가적으로, 하기에 보다 상세하게 기술되는 바와 같이, 다이 어셈블리는 컨덕터 또는 전도성 코어로의 공압출을 위해 크로스헤드 위치에 구성될 수 있다.
환상 미세모세관 제품
도 4a-4c는 예를 들면 도 3a 및/또는 3b의 압출기(300a,b) 및 다이 어셈블리(311a,b)에 의해 제조되는 필름(310, 310')의 형태일 수 있는 다층 환상 미세모세관 제품의 다양한 도면을 도시하고 있다. 도 4a 및 4b에 도시된 바와 같이, 다층 환상 미세모세관 제품(310)은 다층 필름(210)과 유사할 수 있고, 단, 다층 환상 미세모세관 제품(310)은 환상 다이 어셈블리(311a,b)로부터 그 내부에 미세모세관(303, 303')을 갖는 폴리머성 매트릭스층(450a,b)으로 형성되는 것에서 차이가 있다. 폴리머성 매트릭스층(450a,b)은 전체적으로 환상 미세모세관 제품(310)의 폴리머성 매트릭스(418)를 형성한다. 층(450a,b)은 그 내부의 미세모세관(303)을 획정하는 평행한 선형 채널(320)을 가진다.
도 4b 및 4c에 나타낸 바와 같이, 다층 환상 미세모세관 제품(310, 310')는 다양한 미세모세관 물질(117) 또는 그 내부의 미세모세관 유체(312b)로 압출될 수 있다. 미세모세관은 다양한 단면 형태를 갖는 채널(320, 320')에 형성될 수 있다. 도 4b의 예에서, 채널(320)은 그 내부의 미세모세관 물질(117)로 미세모세관(303)을 획정하는 아치형(arcuate) 단면을 가진다. 미세모세관 물질(117)은 폴리머성 매트릭스(418)를 형성하는 매트릭스층(450a,b) 사이의 채널(320)에 존재한다. 미세모세관 물질(117)은 폴리머성 매트릭스층(450a,b) 사이에 코어층을 형성한다.
도 4c의 예에서, 채널(320')은 다른 형상, 예컨대 그 내부에 미세모세관 물질(312b)을 갖는 미세모세관(303')을 획정하는 타원형 단면을 가진다. 미세모세관 물질(312b)은 폴리머성 매트릭스(418)를 형성하는 층(450a,b) 사이에서의 채널(320') 내의 유체(예를 들면, 공기)로서 도시되어 있다.
상기 기재된 필름과 마찬가지로, 환상 미세모세관 제품은 또한 동일한 매트릭스 물질이 층(450a,b)에 대해 이용되는 경우 단층 제품의 형태를 가질 수 있는 것을 주지하여야 한다. 이는 다이로부터 배출되기 직전의 합쳐진 용융된 상태로의 매트릭스층의 2개의 스트림의 융합에 기인한다.
본원에 기재된 바와 같은 환상 미세모세관 제품을 형성하는데 사용되는 물질은 특정 응용분야를 위해 선택될 수 있다. 예를 들면, 물질은 플라스틱, 예컨대 열가소성 또는 열경화성 물질일 수 있다. 열가소성 물질이 이용되는 경우, 폴리머성 매트릭스(418) 및/또는 미세모세관 물질(117)을 형성하는 열가소성 물질(117)은 상기 기재된 바와 같은 필름(210)을 형성하는데 유용한 물질의 것으로부터 선택될 수 있다. 따라서, 환상 미세모세관 제품은 다양한 물질, 예컨대 폴리올레핀(예를 들면, 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌)으로 제조될 수 있다. 예를 들면, 도 4a 및 4b에서, 폴리머성 매트릭스(418)는 저밀도 폴리에틸렌일 수 있고, 미세모세관 물질(117)은 폴리프로필렌일 수 있다. 다른 예로서, 도 4c에서, 폴리머성 매트릭스(418)는 미세모세관 물질(312b)로서 공기를 갖는 저밀도 폴리에틸렌으로 제조될 수 있다.
도 5를 참조하면, 유체 공급원(319a)은 환상 미세모세관 제품(310a)을 통해 환상 유체(예를 들면, 공기)(312a)를 통과시켜 압출 과정에서 관형을 지지할 수 있다. 다이 어셈블리(311a)는 다층 환상 미세모세관 제품(310a, 310a')을 도 6a-6b에 나타낸 바와 같이 관형으로 형성할 수 있다.
또한, 도 6a 및 6b에 나타낸 바와 같이, 다층 환상 미세모세관 제품(310a, 310a')의 일부를 형성하는 열가소성 물질은 변화될 수 있다. 도 4a, 4b, 및 6a에 나타낸 예에서, 폴리머성 매트릭스(418)를 형성하는 층(450a,b)은 검은색 채널(320) 및 백색 폴리머성 매트릭스(418)로 개략적으로 나타낸 바와 같은 미세모세관(303)에서의 미세모세관 물질(117)과는 상이한 물질을 가질 수 있다. 다른 예에서, 도 6b에 나타낸 바와 같이, 폴리머성 매트릭스(418)를 형성하는 층(450a,b) 및 미세모세관(303)에서의 물질은 폴리머성 매트릭스(418) 및 채널(320)이 모두 검은색으로 도시된 것과 같이 동일한 물질, 예컨대 저밀도 폴리에틸렌으로 제조될 수 있다.
환상 미세모세관 제품을 위한 다이 어셈블리
도 7a-9d는 다이 어셈블리(311)로서 유용한 다이 어셈블리(711, 811, 911)의 예시적인 구조를 도시하고 있다. 도 7a-9d가 가능한 다이 어셈블리 구조의 예를 나타내고 있지만, 다양한 예의 조합 및/또는 변형예가 원하는 다층 환상 미세모세관 제품, 예컨대 도 4a-6b의 예에 도시된 것을 제공하기 위해 사용될 수 있다.
도 7a-7d는 각각 다이 어셈블리(711)의 부분 단면도, 종방향 단면도, 단면도, 및 상세 단면도이다. 도 8a-8d는 각각 다이 어셈블리(811)의 부분 단면도, 종방향 단면도, 단면도, 및 상세 단면도이다. 도 9a-9d는 각각 다이 어셈블리(911)의 부분 단면도, 종방향 단면도, 단면도, 및 상세 단면도이다. 다이 어셈블리(711, 811)는 예를 들면 도 3a의 압출기 어셈블리(300a)와 함께 사용될 수 있고, 다이 어셈블리(911)는 예를 들면 도 3b의 압출기 어셈블리(300b)와 함께 사용되어 다층 환상 미세모세관 제품, 예컨대 본원에 기재된 것을 형성할 수 있다.
도 7a-7d에 나타낸 바와 같이, 다이 어셈블리(711)는 쉘(758), 내부 매니폴드(760), 외부 매니폴드(762), 콘(764), 및 다이 인서트(768)를 포함한다. 쉘(758)은 외부 매니폴드(762)를 수용하도록 성형된 관형 부재이다. 외부 매니폴드(762), 다이 인서트(768), 내부 매니폴드(760)는 각각 적층된 플렌지 성형 부재이고, 쉘(758) 내에 동심형으로 수용된다. 내부 매니폴드(760) 및 외부 매니폴드(762)가 도시되어 있는 한편, 하나 이상의 내부 및/또는 외부 매니폴드 또는 폴리머성 매트릭스의 층을 형성하기 위한 유동 채널을 제공할 수 있는 다른 장치가 제공될 수 있다.
다이 인서트(768)는 외부 매니폴드(762)와 내부 매니폴드(760) 사이에 배치된다. 내부 매니폴드(760)는 다이 인서트(768) 및 외부 매니폴드(762)를 통해 쉘(758)로 연장되는 콘(764)을 그의 단부에 가진다. 다이 어셈블리(711)는 다이 어셈블리(711)의 부분을 연결하기 위해 커넥터, 예컨대 볼트(미도시)와 함께 제공될 수 있다.
도 7b를 참조하면, 환상 매트릭스 채널(774a,b)은 각각 쉘(758)과 외부 매니폴드(762) 사이에, 그리고 다이 인서트(768)와 내부 매니폴드(760) 사이에 획정된다. 열가소성 물질(117)은 다층 환상 미세모세관 제품(710)의 층(450a,b)을 형성하기 위해 화살표로 표시된 바와 같이 매트릭스 채널(774a,b)을 통과하는 것으로 도시되어 있다. 다층 환상 미세모세관 제품(710)은 (310a,b)와 같이 본원에 기재된 임의의 다층 환상 미세모세관 제품일 수 있다.
미세모세관 채널(776)은 또한 다이 인서트(768)와 외부 매니폴드(762) 사이에 획정된다. 미세모세관 채널(776)은 다이 어셈블리(711)를 통해 그리고 그 내부의 미세모세관(303)을 형성하기 위한 층(450a,b) 사이로 미세모세관 물질(117,312b)을 통과시키기 위해 미세모세관 물질 공급원에 결합될 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 통해 제품(710a)로 유동한다.
다이 인서트(768)는 내부 매니폴드(760)와 외부 매니폴드(762) 사이에 동심형으로 위치되어 다이 어셈블리(711)를 통해 균일한 분포의 폴리머 용융물 유동을 제공할 수 있다. 다이 인서트(762)는 이외 외면에 따른 분포 채널(781)과 함께 제공되어 이를 통한 미세모세관 물질(117/312b)의 유동을 촉진할 수 있다.
매트릭스 채널(774a,b) 및 미세모세관 채널(776)은 컨버전스(convergence)(779)로 수렴하고, 매트릭스 채널(774a,b)을 통해 유동하는 열가소성 물질이 이들 사이의 미세모세관 채널(776)로부터 미세모세관 물질(117/312b)을 갖는 층(450a,b)을 형성하도록 압출 유출구(780)를 관통한다. 외부 매니폴드(762) 및 다이 인서트(768) 각각은 외부 노즈(outer nose)(777a) 및 인서트 노즈(777b)에서 각각 종단된다. 도 7d에 나타낸 바와 같이, 외부 노즈(777a)는 추가로 압출 유출구(780)를 향해 거리 A로 및/또는 노즈(777b)보다 압출 유출구(780)로부터 떨어진 거리 A로 연장된다.
도 8a-9d의 다이 어셈블리(811, 911)는 도 7a-7d의 다이 어셈블리(711)와 유사할 수 있으나, 단 외부 매니폴드(762)에 대한 다이 인서트(768, 968)의 노즈(777a,b, 977a,b)의 위치는 변화될 수 있다. 노즈의 위치는 예컨대 이를 통해 비대칭형 또는 대칭형과 같은 유동 패턴을 한정하도록 조정될 수 있다. 도 7a-7d에 나타낸 바와 같이, 다이 어셈블리(711)는 외부 매니폴드(762)의 노즈(777a)로부터 거리 A에 위치한 다이 인서트(768)의 노즈(777b)를 갖는 비대칭형 유동 구조의 것이다. 도 8a-8d에 나타낸 바와 같이, 다이 어셈블리(811)는 다이 인서트(768)의 노즈(777a,b) 및 플러싱되는 외부 매니폴드(762)를 갖는 대칭형 유동 구조의 것이다.
도 9a-9d 및 10은 채널(320), 미세모세관(303)의 생성, 및/또는 그 내부의 미세모세관 물질(117/312b)의 삽입을 용이하게 하는 특징을 갖도록 제공되는 환상 다이 인서트(968)를 도시하고 있다(예를 들면, 도 4a-4b를 참조한다). 다이 인서트(968)는 베이스(982), 관형 매니폴드(984), 및 팁(986)을 포함한다. 베이스(982)는 환상 미세모세관 매니폴드(984)의 지지체 말단으로부터 연장되는 플랜지를 형성하는 고리 형상 부재이다. 베이스(982)는 내부 매니폴드(760)와 외부 매니폴드(762) 사이에서 지지가능한 것이다. 외부 매니폴드(762)는 연장된 노즈(977a)를 가지고, 다이 인서트(968)는 다이 어셈블리(911)를 통한 대칭형 유동 구조를 한정하도록 서로에 대해 플러쉬(flush) 위치로 연장된 노즈(977b)를 가진다.
팁(986)은 관형 매니폴드(984)의 유동 말단에서의 환상 부재이다. 팁(986)의 내부 표면은 기울어져 콘(764)의 말단을 수용하도록 성형된다. 팁(986)은 이들 사이에서 획정된 기울어진 숄더(990)를 갖는 환상 미세모세관 매니폴드(984)보다 더 큰 외부 직경을 가진다. 팁(986)의 외부 표면은 이를 통과하는 미세모세관 물질(117/312b)의 관통을 위해 그 내의 복수개의 선형의 평행한 미세모세관 유동 채널(992)을 가진다. 외부 매니폴드(762)는 노즈(977a)와 함께 뾰족한 가장자리(983a)에서 종단되고, 팁(986)은 노즈(977b)에 따른 뾰족한 가장자리(983b)에서 종단된다.
환상 미세모세관 매니폴드(984)는 베이스(982)와 팁(986) 사이에서 연장되는 환상 부재이다. 환상 미세모세관 매니폴드(984)는 내부 매니폴드(760)의 관형 부분과 외부 매니폴드(762) 사이에서 지지가능한 것이다. 환상 미세모세관 매니폴드(984)는 내부 매니폴드(760)를 수용하도록 이를 통과하는 통로(988)를 가진다.
분포 채널(781)은 다양한 구조를 가질 수 있다. 도 9a-9d에 나타낸 바와 같이, 환상 미세모세관 매니폴드(984)의 외부 표면은 이를 통과하는 물질의 통로를 위해 이를 따르는 분포 채널(781)을 가진다. 분포 채널(781)은 도 9b에 개략적으로 도시된 바와 같이 미세모세관 채널(776)을 통해 미세모세관 물질(117/312b)과 유체 연통될 수 있다. 분포 채널(781)은 다이 인서트(968)의 주변으로 미세모세관 물질을 유도하기 위해 다이 인서트(968) 부근에 위치할 수 있다. 다이 인서트(968) 및/또는 분포 채널(781)는 다이 어셈블리를 통한 미세모세관 물질(117/312b)의 원하는 양의 유동을 용이하게 하도록 구성될 수 있다. 분포 채널(781)은 다이 인서트(968)와 외부 매니폴드(762) 사이의 미세모세관 물질의 통과를 위한 물질 유동 경로를 획정한다. 작은 갭(gap)은 미세모세관 물질(117/312b)이 분포 채널(781) 외부로 유출되게 하여 다이 어셈블리(911)에 걸쳐 미세모세관 물질(117/312b)을 균일하게 분포시키기 위한 외부 매니폴드(762)와 다이 인서트(968) 사이에 형성될 수 있다. 분포 채널(781)은 다이 인서트(968) 및/또는 외부 매니폴드(760) 내부로 원하는 깊이로 연장되는 중공 또는 채널의 형태의 것일 수 있다. 예를 들면, 도 7a-9d에 나타낸 바와 같이, 분포 채널(781)은 다이 인서트(968)의 외면과 외부 매니폴드(760) 사이에 획정되는 공간일 수 있다. 도 10에 나타낸 바와 같이, 분포 채널(781, 1081)은 관형 매니폴드(984)의 외면을 따른 거리로 연장된 나선형 그루브(helical groove)이다. 분포 채널(781, 1081)의 일부 또는 모두는 선형, 곡선형, 나선형, 크로스헤드형 및/또는 이들의 조합일 수 있다.
코팅된 컨덕터
상기-기재된 환상 미세모세관 제품은 코팅된 컨덕터, 예컨대 케이블을 제조하기 위해 사용될 수 있다. "케이블" 및 "전력 케이블"은 외피(sheath), 예컨대 절연 커버링 및/또는 보호 외부 재킷 내의 적어도 하나의 컨덕터를 의미한다. "컨덕터"는 열, 광, 및/또는 전기를 전도하기 위한 하나 이상의 와이어(들) 또는 섬유(들)를 의미한다. 컨덕터는 단일-와이어/섬유 또는 다중-와이어/섬유일 수 있고, 스트랜드 형태 또는 관형 형태의 것일 수 있다. 적합한 컨덕터의 비제한적인 예는 금속 예컨대 은, 금, 구리, 탄소, 및 알루미늄을 포함한다. 또한, 컨덕터는 유리 또는 플라스틱으로 제조된 광섬유일 수 있다. "와이어"는 전도성 금속, 예를 들면, 구리 또는 알루미늄의 단일 스트랜드, 또는 광섬유의 단일 스트랜드를 의미한다. 통상적으로, 케이블은 대개 일반 절연 커버링 및/또는 보호성 재킷 내의 함께 결합된 2개 이상의 와이어 또는 광섬유이다. 외피 내의 개별적인 와이어 또는 섬유는 피복되거나 절연될 수 있다. 복합 케이블은 전기 와이어 및 광섬유 모두를 포함할 수 있다. 케이블이 전력 케이블인 경우, 케이블은 저전압, 중전압, 및/또는 고전압 적용을 위해 설계될 수 있다. 통상적인 케이블 디자인은 USP 5,246,783, 6,496,629 및 6,714,707에 예시되어 있다. 케이블이 통신 케이블인 경우, 케이블은 전화기, 근거리 네트워크(LAN)/데이터, 동축 CATV, 동축 RF 케이블 또는 섬유 광케이블에 대해 설계될 수 있다.
상기-기재된 환상 미세모세관 제품은 케이블 내의 적어도 1종의 폴리머성 코팅층으로 구성될 수 있고, 이는 케이블의 컨덕터 또는 전도성 코어와 동일한 방향의 신장 방향으로 신장된다. 이와 같이, 폴리머성 코팅은 컨덕터의 적어도 일부를 감쌀 수 있다. 컨턱터를 감싸는 경우, 폴리머성 코팅은 컨덕터와 직접 접촉될 수 있거나 또는 이는 컨덕터 및 폴리머성 코팅 사이의 하나 이상의 개입층 상에 배치함으로써 컨덕터와 간접적으로 접촉될 수 있다. 폴리머성 코팅은 폴리머성 매트릭스 물질 및 복수의 미세모세관을 포함하고, 이는 폴리머성 코팅의 신장 방향으로 실질적으로 연장된다. 다양한 구현예에서, 미세모세관은 폴리머성 코팅 주변에 방사상으로 배치될 수 있다. 추가로, 미세모세관은 서로에 대해 등거리로 또는 실질적으로 등거리로 이격될 수 있다.
환상 미세모세관 제품을 제조하기 위한 상기-기재된 다이 어셈블리 중 하나 이상은 변형되어 컨덕터가 이를 통과하게 할 수 있고, 이에 의해 폴리머성 매트릭스 물질 및 복수의 미세모세관을 포함하는 폴리머성 코팅이 컨덕터 또는 개입층 상에 공압출될 수 있다. 이와 같은 구조는 통상적으로 크로스헤드 다이로서 본 기술분야에 공지되어 있다(예를 들면, US 2008/0193755 A1, US 2014/0072728 A1, 및 US 2013/0264092 A1을 참조한다). 상세하게는, 도 7a, 8a 및 9a에서의 내부 매니폴드(760) 및 콘(764)은 변형되어 와이어- 또는 컨덕터-관통 홀을 생성할 수 있다. 본 기술분야의 당업자는 다이 배출구에 근접한 모든 부품은 다층 압출 물질이 컨덕터 또는 개입층 상에 코팅되어 와이어- 또는 컨덕터-관통 홀을 통해 이동하도록 변형될 수 있다. 성형 통로를 갖는 추가의 부품이 제작될 수 있다. 이러한 변형은 본 기술분야의 당업자의 능력 내의 것이다.
예시적인 미세모세관 압출 코팅 공정에서 압출 코팅 장비를 통한 컨덕터 코어는 내부 매니폴드(760)의 와이어-관통 홀을 통해 연속적으로 이동하여 돌출부 말단을 지나 외부 다이의 성형 통로를 통과하도록 리트랙터에 의해 당겨질 수 있다. 컨덕터 코어가 움직이는 한편, 폴리머 용융물은 물질-공급 통로로 압력에 의해 주입되고, 와이어링 코팅 통로를 향해, 이후 유출구에서의 성형 통로로 유동하여, 성형 통로를 관통하는 컨덕터 코어의 외면 상에 코팅된다. 이후, 코팅된 컨덕터 코어는 외부 다이로 성형 통로를 통해 이동을 지속하고, 그 다음 이는 냉각되어 경화될 수 있다.
폴리머성 코팅을 제조함에 있어서, 임의의 상기-기재된 폴리머는 폴리머성 매트릭스 물질로서 사용될 수 있다. 다양한 구현예에서, 폴리머성 매트릭스 물질로서 이용되는 폴리머는 에틸렌계 폴리머를 포함할 수 있다. 본원에서 사용된 바와 같이, "에틸렌계" 폴리머는 주된(즉, 50 중량 퍼센트("wt%") 초과의) 모노머 구성요소로서 에틸렌으로부터 제조된 폴리머이지만, 다른 코모노머가 또한 이용될 수 있다. "폴리머"는 동일 또는 상이한 유형의 모노머를 반응시킴으로써(즉, 중합함으로써) 제조된 거대분자 화합물을 의미하고, 이는 호모폴리머 및 인터폴리머를 포함한다. "인터폴리머"는 적어도 2가지의 상이한 모노머 유형의 중합에 의해 제조된 폴리머를 의미한다. 이러한 일반 용어는 코폴리머(보통 2가지 상이한 모노머 유형으로부터 제조된 폴리머를 지칭하는 것으로 이용됨), 및 2가지 초과의 상이한 모노머 유형으로부터 제조된 폴리머(예를 들면, 삼원중합체(3가지 상이한 모노머 유형) 및 사원중합체(4가지의 상이한 모노머 유형))를 포함한다.
다양한 구현예에서, 에틸렌계 폴리머는 에틸렌 호모폴리머일 수 있다. 본원에서 사용된 바와 같은 "호모폴리머"는 단일 모노머 유형으로부터 유도된 반복 단위를 포함하는 폴리머를 의미하지만, 호모폴리머를 제조하는데 사용되는 나머지 양의 다른 구성요소, 예컨대 사슬 이동제를 배제하지 않는다.
일 구현예에서, 에틸렌계 폴리머는 전체 인터폴리머 중량을 기준으로 적어도 1 wt%, 적어도 5 wt%, 적어도 10 wt%, 적어도 15 wt%, 적어도 20 wt%, 또는 적어도 25 wt%의 α-올레핀 함량을 갖는 에틸렌/알파-올레핀("α 올레핀") 인터폴리머일 수 있다. 이들 인터폴리머는 전체 인터폴리머 중량을 기준으로 50 wt% 미만, 45 wt% 미만, 40 wt% 미만, 또는 35 wt% 미만의 α-올레핀 함량을 가질 수 있다. α-올레핀이 이용되는 경우, α-올레핀은 C3-20(즉, 3 내지 20개의 탄소 원자를 가짐) 선형, 분지형 또는 사이클릭 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. 또한, α-올레핀은 사이클릭 구조 예컨대 사이클로헥산 또는 사이클로펜탄을 가질 수 있고, 이는 α-올레핀 예컨대 3 사이클로헥실-1-프로펜(알릴 사이클로헥산) 및 비닐 사이클로헥산을 생성한다. 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.
또한, 에틸렌계 폴리머는 에틸렌과 1종 이상의 불포화된 산 또는 에스테르 모노머, 예컨대 불포화된 카복실산 또는 알킬 (알킬)아크릴레이트와의 인터폴리머를 포함한다. 이러한 모노머는, 비제한적으로, 비닐 아세테이트, 메틸 아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, 부틸 아크릴레이트, 아크릴산 등을 포함한다. 따라서, 에틸렌계 폴리머는 인터폴리머 예컨대 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")를 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 조합하여 사용될 수 있다. 에틸렌계 폴리머의 블렌드가 이용되는 경우, 폴리머는 임의의 반응기-내 또는 반응기-후 공정에 의해 블렌딩될 수 있다.
일 구현예에서, 에틸렌계 폴리머는 저밀도 폴리에틸렌("LDPE")일 수 있다. LDPE는 일반적으로 고도로 분지화된 에틸렌 호모폴리머이고, 고압 공정에 의해 제조될 수 있다(즉, HP-LDPE). 본원에 사용하기 위한 LDPE는 0.91 내지 0.94 g/cm3의 범위의 밀도를 가질 수 있다. 다양한 구현예에서, 에틸렌계 폴리머는 적어도 0.915 g/cm3, 그러나 0.94 g/cm3 미만, 또는 0.924 내지 0.938 g/cm3의 범위의 밀도를 갖는 고압 LDPE이다. 본원에 제공되는 폴리머 밀도는 ASTM 국제("ASTM") 방법 D792에 따라 결정된다. 본원에 사용하기에 적합한 LDPE는 20 g/10 분 미만, 또는 0.1 내지 10 g/10 분, 0.5 내지 5 g/10분, 1 내지 3 g/10 분의 범위의 용융 지수(I2), 또는 2 g/10 분의 I2를 가질 수 있다. 본원에 제공된 용융 지수는 ASTM 방법 D1238에 따라 결정된다. 달리 언급되지 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 생성하는 넓은 분자량 분포("MWD")를 가진다.
일 구현예에서, 에틸렌계 폴리머는 선형-저밀도 폴리에틸렌("LLDPE")일 수 있다. LLDPE는 일반적으로 코모노머(예를 들면, α-올레핀 모노머)의 불균일 분포를 갖는 에틸렌계 폴리머이고, 단쇄 분지화에 의해 특정된다. 예를 들면, LLDPE는 예컨대 상기 기재된 것과 같은 에틸렌 및 α-올레핀 모노머의 코폴리머일 수 있다. 본원에 사용하기에 적합한 LLDPE는 0.916 내지 0.925 g/cm3의 범위의 밀도를 가질 수 있다. 본원에 사용하기에 적합한 LLDPE는 1 내지 20 g/10분, 또는 3 내지 8 g/10 분의 범위의 용융 지수(I2)를 가질 수 있다.
일 구현예에서, 에틸렌계 폴리머는 극저밀도 폴리에틸렌("VLDPE")일 수 있다. 또한, VLDPE는 초저밀도 폴리에틸렌, 또는 ULDPE로서 본 기술분야에 공지된 것일 수 있다. VLDPE는 일반적으로 코모노머(예를 들면, α-올레핀 모노머)의 불균일 분포를 갖는 에틸렌계 폴리머이고, 단쇄 분지화에 의해 특정된다. 예를 들어, VLDPE는 에틸렌 및 α-올레핀 모노머의 코폴리머, 상기 기재된 α-올레핀 모노머의 것 중 하나 이상일 수 있다. 본원에 사용하기에 적합한 VLDPE는 0.87 내지 0.915 g/cm3의 범위의 밀도를 가질 수 있다. 본원에 사용하기에 적합한 VLDPE는 0.1 내지 20 g/10 분, 또는 0.3 내지 5 g/10 분의 범위의 용융 지수(I2)를 가질 수 있다.
일 구현예에서, 에틸렌계 폴리머는 중밀도 폴리에틸렌("MDPE")일 수 있다. MDPE는 일반적으로 0.926 내지 0.950 g/cm3의 범위의 밀도를 갖는 에틸렌계 폴리머이다. 다양한 구현예에서, MDPE는 0.930 내지 0.949 g/cm3, 0.940 내지 0.949 g/cm3, 또는 0.943 내지 0.946 g/cm3의 범위의 밀도를 가질 수 있다. MDPE는 일반적으로 ASTM D-1238(190℃/ 2.16 kg)에 따라 결정되는 0.1 g/10 분, 또는 0.2 g/10 분 이상, 또는 0.3 g/10 분 이상, 또는 0.4 g/10 분 이상, 최대 5.0 g/10 분, 또는 4.0 g/10 분, 또는, 3.0 g/10 분 또는 2.0 g/10 분, 또는 1.0 g/10 분의 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 결정되는 바와 같은 0.945 내지 0.97 g/cm3의 밀도를 가진다. HDPE는 적어도 130℃, 또는 132 내지 134℃의 피크 용융 온도를 가질 수 있다. HDPE는 ASTM D-1238(190 ℃/2.16 kg)에 따라 결정되는 0.1 g/10 분 이상 또는 0.2 g/10 분 이상, 또는 0.3 g/10 분 이상, 또는 0.4 g/10 분 이상, 최대 5.0 g/10 분, 또는 4.0 g/10 분, 또는 3.0 g/10 분 또는 2.0 g/10 분, 또는 1.0 g/10 분, 또는 0.5 g/10 분의 범위의 용융 지수(I2)를 가질 수 있다. 또한, HDPE는 겔 투과 크로마토그래피에 의해 결정되는 바와 같이 1.0 내지 30.0의 범위, 또는 2.0 내지 15.0의 범위의 PDI를 가질 수 있다.
일 구현예에서, 에틸렌계 폴리머는 상기-기재된 에틸렌계 폴리머 중 임의의 2종 이상의 조합을 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 폴리머성 매트릭스 물질은 LDPE를 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 폴리머성 매트릭스 물질는 LDPE이다.
일 구현예에서, 폴리머성 매트릭스 물질은 MDPE를 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 폴리머성 매트릭스 물질은 MDPE이다.
에틸렌계 폴리머를 제조하기 위해 사용되는 제조 방법은 광범위하게 변화되고, 본 기술분야에 공지되어 있다. 상기 기재된 특성을 갖는 에틸렌계 폴리머를 제조하기 위한 임의의 종래의 또는 이후 발견되는 제조 방법이 본원에 기재된 에틸렌계 폴리머를 제조하기 위해 이용될 수 있다. 일반적으로, 중합은 지글러-나타(Ziegler-Natta) 또는 카민스키-신(Kaminsky-Sinn) 유형 중합 반응에 대해 본 기술 분야에서 공지된 조건, 즉, 0 내지 250℃, 또는 30 또는 200℃의 온도 및 주위 내지 10,000 대기(1,013 메가파스칼("MPa"))의 압력에서 달성될 수 있다. 대부분의 중합 반응에서, 이용되는 촉매 대 중합성 화합물의 몰비는 10-12:1 내지 10 1:1, 또는 10-9:1 내지 10-5:1이다.
적합한 상업적으로 이용가능한 에틸렌계 폴리머의 예는 비제한적으로 AXELERONTM GP C-0588 BK(LDPE), AXELERONTM 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 포함하고, 이들 모두는 미국 미시간주의 미들랜드에 소재한 Dow Chemical Company로부터 상업적으로 이용가능하다.
폴리프로필렌계 폴리머, 예컨대 호모폴리머, 랜덤 코폴리머, 헤테로상 코폴리머, 및 고결정성 호모폴리머 폴리프로필렌이 Braskem Corp로부터 상업적으로 이용가능하다.
폴리머성 코팅을 제조하는데 있어서, 임의의 상기-기재된 물질은 미세모세관 물질로서 이용될 수 있다.
다양한 구현예에서, 미세모세관 물질은 가스이다. 하나 이상의 구현예에서, 미세모세관 물질은 공기이다. 이와 같은 구현예에서, 미세모세관은 미세모세관의 신장 방향에 대해서 수직으로 취해진 단면의 관점에서 볼 때 폴리머성 매트릭스 물질로 완전하게 둘러싸인 개별적인 별개의 중공 공간을 획정한다. 미세모세관 물질이 가스(예를 들면, 공기)인 경우, 미세모세관에 의해 경계가 이루어진 중공 공간의 응집물은 폴리머성 코팅의 총 부피의 적어도 10, 적어도 20, 또는 적어도 30 부피%("vol%")를 구성할 수 있다. 다양한 구현예에서, 미세모세관에 의해 경계가 이루어진 중공 공간의 응집물은 폴리머성 코팅의 총 부피의 10 내지 90 vol%, 20 내지 70 vol%, 또는 30 내지 60 vol%를 구성할 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 미세모세관 물질은 엘라스토머 미세모세관 물질일 수 있다. 본 기술분야에 공지된 바와 같이, 엘라스토머는 상대적으로 낮은 응력 하에 큰 가역적 변형을 겪는 물질로서 정의된다. 미세모세관이 폴리머성 미세모세관 물질로 충전되는 경우의 임의의 구현예에서, 미세모세관은 미세모세관의 신장 방향에 대해서 수직으로 취해진 단면의 관점에서 볼 때 폴리머성 매트릭스 물질로 완전하게 둘러싸인 개별적인 별개의 폴리머-충전된 세그먼트를 획정할 수 있다.
다양한 구현예에서, 엘라스토머는 올레핀 엘라스토머일 수 있다. 올레핀 엘라스토머는 폴리올레핀 호모폴리머 및 인터폴리머 모두를 포함한다. 폴리올레핀 인터폴리머의 예는 에틸렌/α-올레핀 인터폴리머 및 프로필렌/α-올레핀 인터폴리머이다. 그와 같은 구현예에서, α-올레핀은 C3-20 선형, 분지형 또는 사이클릭 α-올레핀(프로필렌/α-올레핀 인터폴리머에 대해, 에틸렌은 α-올레핀으로서 간주됨)일 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. 또한, α-올레핀은 사이클릭 구조 예컨대 사이클로헥산 또는 사이클로펜탄을 함유할 수 있고, 이는 α-올레핀 예컨대 3-사이클로헥실-1-프로펜(알릴 사이클로헥산) 및 비닐 사이클로헥산을 생성한다. 본 용어의 고전적 의미에서의 α-올레핀은 아니지만, 본 발명의 목적을 위해, 특정 사이클릭 올레핀, 예컨대 노르보르넨 및 관련된 올레핀은 α-올레핀이고, 이는 상기 기재된 α-올레핀의 일부 또는 모두를 대신하여 사용될 수 있다. 마찬가지로, 스티렌 및 그것의 관련된 올레핀(예를 들면, α-메틸스티렌 등)은 본 발명을 위한 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 랜덤형 또는 블록형일 수 있다.
또한, 올레핀 엘라스토머는 1종 이상의 작용기 예컨대 불포화된 에스테르 또는 산 또는 실란을 포함할 수 있고, 이들 엘라스토머(폴리올레핀)는 잘 알려져 있고, 이는 종래의 고압 기술에 의해 제조될 수 잇다. 불포화된 에스테르는 알킬 아크릴레이트, 알킬 메타크릴레이트, 또는 비닐 카복실레이트일 수 있다. 알킬기는 1 내지 8개의 탄소 원자를 가질 수 있고, 바람직하게는 1 내지 4개의 탄소 원자를 가질 수 있다. 카복실레이트기는 2 내지 8개의 탄소 원자를 가질 수 있고, 바람직하게는 2 내지 5개의 탄소 원자를 가질 수 있다. 에스테르 코모노머에 기여하는 일부의 코폴리머는 코폴리머의 중량 기준으로 1 내지 최대 50 중량%의 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 하나의 예는 비닐 트리알콕시실란이다.
또한, 작용기는 본 기술분야에 통상적으로 공지된 바와 같이 달성될 수 있는 그라프팅을 통해 올레핀 엘라스토머에 포함될 수 있다. 일 구현예에서, 그라프팅은 유리 라디칼 작용화의 방식으로 일어날 수 있고, 이는 통상적으로 올레핀 폴리머, 유리 라디칼 개시제(예컨대 과산화물 등), 및 작용기를 함유하는 화합물을 용융 블렌딩하는 것을 포함한다. 용융 블렌딩 과정에서, 유리 라디칼 개시제는 올레핀 폴리머과 반응하여(반응성 용융 블렌딩하여) 폴리머 라디칼을 형성한다. 작용기를 함유하는 화합물은 폴리머 라디칼의 골격에 결합하여 작용화된 폴리머를 형성한다. 예시적인 작용기를 함유하는 화합물은 비제한적으로 알콕시실란, 예를 들면, 비닐 트리메톡시실란, 비닐 트리에톡시실란, 및 비닐 카복실산 및 무수물, 예를 들면, 말레산 무수물을 포함한다.
본 발명에 유용한 올레핀 엘라스토머의 보다 구체적인 예는 극저밀도 폴리에틸렌("VLDPE")(예를 들면, Dow Chemical Company로 부터 제조된 FLEXOMERTM 에틸렌/1-헥센 폴리에틸렌), 균질한 분지형, 선형 에틸렌/α-올레핀 코폴리머(예를 들면, Mitsui Petrochemicals Company Limited에 의한 TAFMERTM 및 Exxon Chemical Company에 의한 EXACTTM) 및 균질한 분지형, 실질적으로 선형 에틸렌/α-올레핀 폴리머(예를 들면, Dow Chemical Company로부터 이용가능한 AFFINITYTM 및 ENGAGETM 폴리에틸렌)을 포함한다.
또한, 본원에 유용한 올레핀 엘라스토머는 프로필렌, 부텐, 및 다른 알켄계 코폴리머, 예를 들면, 프로필렌으로부터 유도된 다수의 유닛 및 또 다른 α-올레핀(에틸렌 포함)으로부터의 유도된 소수의 단위를 포함하는 코폴리머를 포함한다. 본원에 유용한 예시적인 프로필렌 폴리머는 Dow Chemical Company로부터 이용가능한 VERSIFYTM 폴리머 및 ExxonMobil Chemical Company로부터 이용가능한 VISTAMAXXTM 폴리머를 포함한다.
또한, 올레핀 엘라스토머는 에틸렌-프로필렌-디엔 모노머("EPDM") 엘라스토머 및 염소화된 폴리에틸렌("CPE")을 포함한다. 적합한 EPDM의 상업적인 예는 Dow Chemical Company로부터 이용가능한 NORDELTM EPDM을 포함한다. 적합한 CPE의 상업적인 예는 Dow Chemical Company로부터 이용가능한 TYRINTM CPE를 포함한다.
올레핀 엘라스토머, 특히 에틸렌 엘라스토머는 0.91 g/cm3 미만 또는 0.90 g/cm3 미만의 밀도를 가질 수 있다. 에틸렌 코폴리머는 통상적으로 0.85 g/cm3 초과 또는 0.86, g/cm3 초과의 밀도를 가진다.
에틸렌 엘라스토머는 0.10 g/10 분 초과, 또는 1 g/10　분 초과의 용융 지수 (I2)를 가질 수 있다. 에틸렌 엘라스토머는 500 g/10 분 미만 또는 100 g/10 분 미만의 용융 지수를 가질 수 있다.
다른 적합한 올레핀 엘라스토머는 올레핀 블록 코폴리머(예컨대, 미국 미시간주 미들랜드에 소재한 Dow Chemical Company로부터의 상표명 INFUSETM 하에 상업적으로 입수 가능한 것), 메조상-분리된 올레핀 다중-블록 인터폴리머(예컨대 미국 특허 번호 7,947,793에 기재된 것), 및 올레핀 블록 복합체(예컨대 2008년 10월 30일에 공개된 미국 특허 출원 공개 번호 2008/0269412에 기재된 것)을 포함한다.
다양한 구현예에서, 미세모세관 물질로서 유용한 엘라스토머는 비-올레핀 엘라스토머일 수 있다. 본원에 유용한 비-올레핀 엘라스토머는 실리콘 및 우레탄 엘라스토머, 스티렌-부타디엔 고무("SBR"), 니트릴 고무, 클로로프렌, 플루오로엘라스토머, 퍼플루오로엘라스토머, 폴리에테르 블록 아미드 및 클로로설폰화된 폴리에틸렌를 포함한다. 실리콘 엘라스토머는 통상적으로 평균 단위 식 RaSiO(4-a)/2를 갖는 폴리오르가노실록산이고, 이는 선형 또는 부분적으로-분지형 구조를 가질 수 있으나, 바람직하게는 선형이다. 각각의 R은 동일하거나 상이할 수 있다. R은 예를 들면, 알킬기, 예컨대 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 및 옥틸기; 아릴기 예컨대 페닐 및 톨릴기; 아르알킬기; 알케닐기, 예를 들면, 비닐, 알릴, 부테닐, 헥세닐, 및 헵테닐기; 및 할로겐화된 알킬기, 예를 들면 클로로프로필 및 3,3,3-트리플루오로프로필기일 수 있는 치환된 또는 비-치환된 1가 하이드로카르빌기이다. 폴리오르가노실록산은 상기 임의의 기에 의해 또는 하이드록실기로 말단화될 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-말단화된 폴리디메틸실록산, 트리메틸실록시-말단화된 폴리디메틸실록산, 메틸비닐실록산 및 디메틸실록산의 트리메틸실록시-말단화된 코폴리머, 메틸비닐실록산 및 디메틸실록산의 디메틸비닐실록시-말단화된 코폴리머, 디메틸하이드록시실록시-말단화된 폴리디메틸실록산, 메틸비닐실록산 및 디메틸실록산의 디메틸하이드록시실록시-말단화된 코폴리머, 메틸비닐실록산 및 디메틸실록산의 메틸비닐하이드록시실록시-말단화된 코폴리머, 디메틸헥세닐실록시-말단화된 폴리디메틸실록산, 메틸헥세닐실록산 및 디메틸실록산의 트리메틸실록시-말단화된 코폴리머, 메틸헥세닐실록산 및 디메틸실록산의 디메틸헥세닐실록시-말단화된 코폴리머, 메틸페닐실록산 및 디메틸실록산의 디메틸비닐실록시-말단화된 코폴리머, 메틸페닐실록산 및 디메틸실록산의 디메틸헥세닐실록시-말단화된 코폴리머, 메틸(3,3,3-트리플루오로프로필)실록산 및 디메틸실록산의 디메틸비닐실록시-말단화된 코폴리머, 및 메틸(3,3,3-트리플루오로프로필)실록산 및 디메틸실록산의 디메틸헥세닐실록시-말단화된 코폴리머를 포함한다.
우레탄 엘라스토머는 반응성 폴리머 예컨대 폴리에테르 및 폴리에스테르 및 이소시아네이트 작용성 유기 화합물로부터 제조된다. 하나의 전형적인 예는 모든 하이드록시가 반응되어 추가의 반응을 위한 이소시아네이트기가 남겨진 우레탄 연결기를 형성하는, 디하이드록시 작용성 폴리에테르 및/또는 트리하이드록시 작용성 폴리에테르와 톨루엔 디이소시아네이트의 반응 생성물이다. 이러한 유형의 반응 생성물은 수분에의 노출시 그 자체로 또는 폴리카비놀 또는 이소시아네이트와 반응할 수 있는 다른 다작용성 반응성 물질의 화학양론적 첨가에 의해 경화될 수 있는 예비중합체를 지칭한다. 이소시아네이트 화합물 및 폴리에테르 또는 폴리에스테르의 다양한 비를 갖는 우레탄 엘라스토머를 갖는 우레탄 엘라스토머가 상업적으로 제조된다.
가장 일반적인 우레탄 엘라스토머는 하이드록실 작용성 폴리에테르 또는 폴리에스테르 및 저분자량 다작용성, 폴리머성 이소시아네이트를 함유하는 것이다. 하이드록실 작용성 폴리에테르 및 폴리에스테르와 함께 사용하기 위한 또 다른 일반적인 물질은 톨루엔 디이소시아네이트이다.
적합한 우레탄 고무의 비제한적인 예는 Lubrizol Corporation로부터 이용가능한 PELLETHANETM 열가소성 폴리우레탄 엘라스토머; ESTANETM 열가소성 폴리우레탄, TECOFLEXTM 열가소성 폴리우레탄, CARBOTHANETM 열가소성 폴리우레탄, TECOPHILICTM 열가소성 폴리우레탄, TECOPLASTTM 열가소성 폴리우레탄, 및 TECOTHANETM 열가소성 폴리우레탄, 이 모두는 Noveon로부터 이용가능함; BASF로부터의 ELASTOLLANTM 열가소성 폴리우레탄 및 다른 열가소성 폴리우레탄; 및 Bayer, Huntsman, Lubrizol Corporation, Merquinsa 및 다른 공급자로부터 이용가능한 추가의 열가소성 폴리우레탄 물질을 포함한다. 바람직한 우레탄 고무는 소위 "고체형(millable)" 우레탄 예컨대 TSI Industries로부터의 MILLATHANETM 등급이다.
이러한 우레탄 물질에 대한 추가의 정보는 무엇보다도 문헌 [Golding, Polymers and Resins, Van Nostrande, 1959, pages 325 et seq. and Saunders and Frisch, Polyurethanes, Chemistry and Technology, Part II, Interscience Publishers, 1964]에서 찾을 수 있다.
미세모세관 물질로서 사용하기 위한 적합한 상업적으로 이용가능한 엘라스토머는 비제한적으로, 미국 미시건주의 미들랜드에 소재한 Dow Chemical Company로부터 이용가능한 ENGAGETM 폴리올레핀 엘라스토머를 포함한다. 이와 같은 엘라스토머의 구체적인 예는 ENGAGETM 8200이고, 이는 5.0의 용융 지수(I2) 및 0.870 g/cm3의 밀도를 갖는 에틸렌/옥텐 코폴리머이다.
엘라스토머 미세모세관 물질이 이용되는 경우의 구현예에서, 이는 매트릭스 물질이 엘라스토머에 비해 높은 인성, 내마모성, 밀도, 및/또는 휨 탄성계수를 갖는 것이 바람직할 것이다. 이러한 조합은 경질의 외층을 가지나 동일한 매트릭스 물질로 완전하게 형성된 코팅과 비교하여 증가된 가요성을 갖는 폴리머성 코팅을 제공한다. 예를 들어, 다양한 구현예에서, 폴리머성 코팅은 폴리머성 매트릭스 물질로서 에틸렌계 폴리머, 폴리아미드(예를 들면, 나일론 6), 폴리부틸렌 테레프탈레이트("PBT"), 폴리에틸렌 테레프탈레이트("PET"), 폴리카보네이트, 또는 이들의 2종 이상의 조합을 갖는 미세모세관 물질로서 상기-기재된 엘라스토머 중 하나 이상을 가질 수 있다. 다양한 구현예에서, 폴리머성 코팅은 미세모세관 물질로서 올레핀 엘라스토머를 포함할 수 있고, 폴리머성 매트릭스 물질은 HDPE, MDPE, LLDPE, LDPE, 폴리아미드, PBT, PET, 폴리카보네이트, 또는 이들의 2종 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 미세모세관 물질은 에틸렌/옥텐 코폴리머 올레핀 엘라스토머를 포함할 수 있고, 폴리머성 매트릭스 물질은 MDPE를 포함할 수 있다.
상기-기재된 폴리머성 매트릭스 물질, 미세모세관 물질, 또는 둘 모두는 1종 이상의 첨가제, 예컨대 케이블 코팅물을 제조하는데 통상적으로 사용되는 것을 함유할 수 있다. 예를 들어, 폴리머성 매트릭스 물질, 미세모세관 물질, 또는 둘 모두는 선택적으로 케이블 재킷에 통상적으로 사용되는 비-전도성 카본블랙을 함유한다. 다양한 구현예에서, 본 조성물에서의 카본블랙의 양은 조성물의 총 중량을 기준으로 제로(>0) 초과, 통상적으로 1 이상, 더욱 통상적으로 2 이상, 그리고 최대 3　wt%일 수 있다. 다양한 구현예에서, 조성물은 선택적으로 반도체 응용분야에 대해 높은 수준으로 전도성 충전제, 예컨대 전도성 카본블랙, 금속 섬유, 분말, 또는 탄소 나노튜브를 포함할 수 있다.
종래의 카본블랙의 비제한적인 예는 ASTM N550, N472, N351, N110 및 N660로 기재된 등급, 케첸 블랙, 퍼네스 블랙 및 아세틸렌 블랙을 포함한다. 적합한 카본블랙의 다른 비제한적인 예는 Cabot로부터의 상표명 BLACK PEARLS®, CSX®, ELFTEX®, MOGUL®, MONARCH®, REGAL® 및 VULCAN® 하에 시판되는 것을 포함한다.
폴리머성 매트릭스 물질, 미세모세관 물질, 또는 둘 모두는 임의로 그 자체 또는 마스터배치의 일부로서 일반적으로 종래의 양으로 첨가되는 하나 이상의 추가적인 첨가제를 함유할 수 있다. 이러한 첨가제는 비제한적으로 난연제, 가공 조제, 핵제, 발포제, 가교결합제, 충전제, 안료 또는 착색제, 커플링제, 항산화제, 자외선 안정제(UV 흡수제 포함), 점착부여제, 스코치 저해제, 정전기 방지제, 가소제, 윤활제, 점도 조절제, 안티-블로킹제, 계면활성제, 신전유, 산 포착제, 금속 탈활성제, 가황제 등을 포함한다.
하나 이상의 구현예에서, 폴리머성 매트릭스 물질, 미세모세관 물질, 또는 둘 모두는 가교결합성일 수 있다. 본 기술분야에 공지된 임의의 적합한 방법이 매트릭스 물질 및/또는 미세모세관 물질을 가교결합하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 방법은 비제한적으로 과산화물 가교결합, 수분 가교결합을 위한 실란 작용화, UV 가교결합, 또는 e-빔 경화를 포함한다. 이러한 가교결합 방법은 본 기술분야에 공지된 바와 같이 특정 첨가제(예를 들면, 과산화물)의 개입을 요구할 수 있다.
다양한 구현예에서, 폴리머성 매트릭스 물질, 미세모세관 물질, 또는 둘 모두는 1종 이상의 접착 조절제를 함유할 수 있다. 접착 조절제는 매트릭스 물질과 미세모세관 물질 사이의 계면 접착을 개선하는데 도움이 될 수 있다. 2종의 폴리머성 물질 사이의 접착을 개선하는 임의의 공지된 또는 이후에 발견된 첨가제가 본원에 사용될 수 있다. 적합한 접착 조절제의 특정 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 조합을 포함한다. MAH-그라프팅된 수지는 Dow Chemical Company(미국 미시간주 미들랜드)로부터의 AMPLIFYTM GR 상표명 하에 그리고 DuPont(미국 델라웨어주 윌밍턴)으로부터의 FUSABONDTM 상표명 하에 상업적으로 입수 가능하다.
난연제의 비-제한적인 예는 비제한적으로, 수산화알루미늄 및 수산화마그네슘을 포함한다.
가공 조제의 비제한적인 예는 비제한적으로, 지방 아미드 예컨대 스테아르아마이드, 올레아미드, 에루카마이드, 또는 N,N'-에틸렌 비스-스테아르아마이드; 폴리에틸렌 왁스; 산화된 폴리에틸렌 왁스; 산화에틸렌의 폴리머; 산화에틸렌 및 산화프로필렌의 코폴리머; 식물성 왁스; 석유 왁스; 비-이온성 계면활성제; 실리콘 유체; 폴리실록산; 및 플루오로엘라스토머 예컨대 Dupon Performance Elastomers LLC로부터 이용가능한 Viton®, 또는 Dyneon LLC로부터 이용가능한 Dynamar™를 포함한다.
핵제의 비제한적인 예는 사우스캐롤라이나주의 스파턴버그에 소재한 Milliken Chemicals로부터의 Hyperform® HPN-20E(스테아르산아연과의 1,2 사이클로헥산디카복실산 칼슘염)을 포함한다.
충전제의 비제한적인 예는 비제한적으로, 다양한 난연제, 점토, 침전된 실리카 및 실리케이트, 발연 실리카, 금속 설파이드 및 설페이트 예컨대 몰리브데늄 디설파이드 및 바륨 설페이트, 금속 보레이트 예컨대 바륨 보레이트 및 아연 보레이트, 금속 무수물 예컨대 알루미늄 무수물, 분쇄된 미네랄, 및 엘라스토머 폴리머 예컨대 EPDM 및 EPR을 포함한다. 존재하는 경우, 충전제는 일반적으로 종래의 양, 예를 들면, 조성물의 중량 기준으로 5 wt% 이하 내지 50 이상 wt%로 첨가된다.
다양한 구현예에서, 코팅된 컨덕터 상의 폴리머성 코팅은 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 μm의 범위의 두께를 가질 수 있다.
추가로, 폴리머성 코팅에서의 미세모세관의 평균 직경은 적어도 50 μm, 적어도 100 μm, 또는 적어도 250 μm일 수 있다. 추가로, 폴리머성 코팅에서의 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 μm의 범위의 평균 직경을 가질 수 있다. 용어 직경의 사용에도 불구하고, 미세모세관의 단면은 둥글 필요는 없는 것을 주지하여야 한다. 오히려, 이는 다양한 형상, 예컨대 도 4b 및 4c에 나타낸 바와 같이 긴타원형(oblong)을 가질 수 있다. 이와 같은 경우, "직경"은 미세모세관의 단면의 최장 치수로서 정의될 것이다. 이러한 치수는 도 4b에서 λ로서 예시된다. "평균" 직경은 폴리머성 코팅으로부터의 3개의 무작위 단면을 취하고, 그 내의 각 미세모세관의 직경을 측정하고, 이의 측정의 평균을 결정하여 결정될 것이다. 직경 측정은 압출된 물품의 단면을 절단하고, 미세모세관의 크기를 측정하기 위한 스케일이 구비된 광학 현미경으로 관찰하여 실시된다.
하나 이상의 구현예에서, 폴리머성 코팅의 두께 대 미세모세관의 평균 직경의 비는 2:1 내지 400:1의 범위일 수 있다
미세모세관의 간격은 달성하기 위한 원하는 특성에 따라 변화될 수 있다. 추가로, 미세모세관의 간격은 미세모세관의 직경에 상대적으로 정의될 수 있다. 예를 들면, 다양한 구현예에서, 미세모세관은 미세모세관의 평균 직경의 1배 미만의 거리로 이격될 수 있고, 미세모세관의 평균 직경의 10배 정도로 높을 수 있다. 다양한 구현예에서, 미세모세관은 평균 100 내지 5,000 μm, 평균 200 내지 1,000 μm, 또는 평균 100 내지 500 μm로 이격될 수 있다. "이격" 측정값은 도 2c에서의 "s"로 예시되는 것과 같은 가장자리-대-가장자리 기준으로 결정될 것이다.
다양한 구현예에서, 미세모세관 물질이 실온에서 가스(예를 들면, 공기)인 경우, 미세모세관 코팅은 동일한 폴리머성 매트릭스 물질로 제조되나 미세모세관을 가지지 않는 동일한 코팅보다 적어도 5%, 적어도 10%, 적어도 15%, 적어도 20%, 적어도 25%, 또는 적어도 30% 적을 수 있다. 추가로, 폴리머성 코팅은 동일한 폴리머성 매트릭스 물질로 제조되나 미세모세관을 가지지 않는 동일한 코팅보다 5 내지 40%, 10 내지 35%, 또는 15 내지 30% 범위로 적은 밀도를 가질 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 미세모세관 물질이 실온에서 가스(예를 들면, 공기)인 경우, 폴리머성 코팅은 동일한 폴리머성 매트릭스 물질로 제조되나 미세모세관을 가지지 않는 동일한 코팅보다 50% 미만, 45% 미만, 40% 미만, 35% 미만, 또는 30% 미만의 인장 강도의 감소를 가질 수 있다. 추가로, 미세모세관 코팅은 동일한 폴리머성 매트릭스 물질로 제조되나 미세모세관을 가지지 않는 동일한 코팅보다 10 내지 50%, 또는 20 내지 45%의 범위의 인장 강도의 감소를 가질 수 있다.
다양한 구현예에서, 미세모세관 물질이 실온에서 가스(예를 들면, 공기)인 경우, 폴리머성 코팅은 동일한 폴리머성 매트릭스 물질로 제조되나 미세모세관을 가지지 않는 동일한 코팅보다 30% 미만, 또는 25% 미만의 파단시 연신율에 있어서의 감소를 가질 수 있다. 추가로, 폴리머성 코팅은 동일한 폴리머성 매트릭스 물질로 제조되나 미세모세관을 가지지 않는 동일한 코팅보다 5 내지 30%, 또는 10 내지 25%의 범위의 파단시 연신율에 있어서의 감소를 가질 수 있다.
다양한 구현예에서, 미세모세관 물질이 엘라스토머인 경우, 폴리머성 코팅은 미세모세관에서의 저밀도 엘라스토머의 존재로 인해 특히 저온에서 더 높은 가요성 및 감소된 밀도를 가질 수 있다.
광섬유 케이블
다양한 구현예에서, 적어도 1종의 광섬유 송신 수단(예를 들면, 광섬유) 및 광섬유 송신 수단의 적어도 일부를 둘러싼 신장된 폴리머성 보호 부품(예를 들면, 버퍼 튜브)을 포함하는 광섬유 케이블이 제조될 수 있고, 여기서 폴리머성 보호 부품은 폴리머성 매트릭스 물질 및 폴리머성 물질의 신장 방향으로 실질적으로 연장되는 복수개의 미세모세관을 포함한다. 미세모세관의 적어도 일부는 폴리머성 미세모세관 물질을 함유한다. 하기 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 본 구현예에서, 폴리머성 매트릭스 물질은 폴리머성 미세모세관 물질보다 더 큰 휨 탄성계수를 가진다.
일반 루즈 버퍼 튜브 광섬유 케이블 디자인의 단면도는 도 11에 도시되어 있다. 광섬유 케이블(1001)의 이러한 디자인에서, 버퍼 튜브(1002)는 축 길이 방향으로 튜브에 대해 나선형으로 회전되며 중심 강도 부재(1004) 주변에 방사상으로 배치된다. 나선형 회전은 튜브 또는 광섬유(1006)의 상당한 연신 없이 케이블이 구부러지게 한다.
감소된 수의 버퍼 튜브가 요구되는 경우, 이후 발포된 충전제 로드가 저비용 스페이서로서 사용되어, 케이블 기하학구조를 유지하기 위해 하나 이상의 비어있는 버퍼 튜브 위치(1010)를 점유한다. 케이블 재킷(1014)은 일반적으로 폴리에틸렌계 물질로부터 제조된다.
버퍼 튜브(1002)는 통상적으로 광케이블 그리스 또는 겔(1008)로 충전된다. 다양한 겔 화합물은 상업적으로 이용가능하고, 다수의 이들은 예를 들면 탄화수소 오일로 혼입되는 탄화수소계 그리스이다. 이들 그리스 및 겔은 현탁액 및 공기 공간을 제거하는 것을 포함하여 섬유의 주변의 직접적인 환경에서의 보호를 제공한다. 이러한 충전 화합물(또는 "겔" 또는 "그리스"로서 지칭됨)은 광학 송신 성능에 유해한 수침투에 대한 장벽을 제공한다.
수많은 다른 버퍼 튜브 케이블 디자인이 가능하다. 중심 강도 및 인장 부재에 대한 구조물의 크기 및 재료, 버퍼 튜브의 치수 및 수, 및 금속 아머의 사용 및 재킷화 재료의 다층은 디자인 요소 중 하나이다.
"중심 튜브"로서 지칭되는 전형적인 코어-튜브 광섬유 케이블의 단면도는 도 12에 예시되어 있다. 광학적 섬유(1022)의 다발(1024)은 중심, 원통형 코어 튜브(1028) 내의 광학 케이블(1020)의 중심 부근에 배치된다. 다발은 충전 물질(1026) 내에 내포된다. 방수 테이프(1032)는 코어 튜브(1028)의 표면 상에 있는 립코드(1030)를 둘러싼다. 주름진, 코팅된 강철 실린더(1034)는 다발(1024)을 보호하기 위한 테이프로 둘러싸인다. 와이어 강도 부재(1036)는 강도 및 강성도를 갖는 케이블(1020)을 제공한다. 일반적으로 폴리에틸렌계 물질로 제조된 재킷(1038)은 모든 구성요소를 둘러싼다. 이러한 디자인에서, 기계적 기능은 코어 튜브, 폴리올레핀 재킷화 층, 인장 및 압축 강도 부재, 금속 아머, 코어 랩, 방수 부품, 및 다른 부품으로 구성된 외부 외피 시스템으로 통합된다.
코어 튜브는 섬유의 다발 또는 광섬유를 포함하는 리본 부품의 사용을 수용하기 위해 버퍼 튜브보다 직경에 있어서 더 크다. 색상-코드화 결합제(color-coded binder)는 통상적으로 섬유를 다발화하고 구분하기 위해 사용된다. 코어 튜브는 방수 그리스 또는 광섬유 성분을 둘러싼 초흡수제 폴리머 성분을 함유할 수 있다. 코어 튜브 부품에 대한 최적 물질 특징은 대개 버퍼 튜브 응용분야의 것과 유사하다.
예컨대 상기에서 기재된 것과 같은 광섬유 케이블은 통상적으로 일련의 순차적인 제조 단계에서 제조될 수 있다. 광 투과 섬유는 일반적으로 초기 단계에서 제조된다. 섬유는 기계적 보호를 위한 폴리머성 코팅을 가질 수 있다. 이들 섬유는 다발 또는 리본 케이블 구조로 어셈블링될 수 있거나 또는 케이블 제조에 직접적으로 통합될 수 있다.
광학적 보호 부품은 압출 제작 공정을 사용하여 제조될 수 있다. 통상적으로, 1축 가소화 압출기는 와이어 및 케이블 크로스-헤드로 압력 하에 플럭싱되고 혼합된 폴리머를 방출한다. 크로스-헤드는 상기 기재된 미세모세관 제품을 제조하기 위한 임의의 다이 어셈블리를 포함할 수 있다. 크로스-헤드는 용융 흐름을 압출기에 수직으로 전환시키고, 용융된 성분으로 흐름을 성형한다. 버퍼 및 코어 튜브에 대해, 하나 이상의 광섬유 또는 섬유 어셈블리 및 그리스를 크로스-헤드의 후면으로 공급하고, 수조 시스템에서 이후 냉각되고 고체화되는 용융 튜브 내로 크로스-헤드를 배출한다. 이러한 부품은 결국 권취 릴 상의 마감처리된 성분으로서 수집된다.
과잉의 섬유 길이를 조절하기 위해, 장력 시스템(tensioning system)을 사용하여 튜브 제작 공정으로 섬유 성분을 제공한다. 또한, 성분 물질 선별, 튜브 압출 및 크로스-헤드 장비, 및 처리 조건은 압출후 수축이 광섬유 성분에서의 과도한 느슨함을 생성하지 않는 마감처리된 성분을 제공하기 위해 최적화된다.
다른 구성요소 예컨대 중심 구성요소, 아머, 랩과 함께 압출된 광학적 보호 부품은 이후 1종 이상의 단계에서 가공되어 마감처리된 케이블 구조를 생성한다. 이는 통상적으로 케이블링 라인 상에서의 처리를 포함하고, 이에서 구성요소는 이후 폴리머성 재킷화를 적용하기 위해 사용되는 제작된 압출기/크로스헤드와 어셈블린된다.
본 경우에서, 상기 기재된 환상 미세모세관 제품은 도 11 및 12에 기재된 광섬유 케이블 부품 중 하나 이상에 대해 사용될 수 있다. 예를 들면, 환상 미세모세관 제품은 전형적인 섬유 광케이블 구조에서의 섬유-보호 부품, 예컨대 버퍼 튜브(1002) 및 실린더형 코어 튜브(1028)를 제조하기 위해 이용될 수 있다.
본 발명의 하나 이상의 구현예는 상대적으로 높은-모듈러스 폴리머성 매트릭스 물질 및 상대적으로 낮은-모듈러스 폴리머성 미세모세관 물질을 갖는 환상 미세모세관 제품으로부터 제조되는 폴리머성 보호 부품(예를 들면, 버퍼 튜브)인 것으로 고려되고, 여기서 폴리머성 매트릭스 물질의 휨 탄성계수는 폴리머성 미세모세관 물질에 비해 높고, 폴리머성 미세모세관 물질의 휨 탄성계수는 폴리머성 매트릭스 물질에 비해 낮다.
일반적으로, 높은-모듈러스 폴리머성 매트릭스 물질은 적어도 300,000 psi, 또는 300,000 내지 800,000 psi, 325,000 내지 700,000 psi의 범위, 또는 330,000 내지 600,000 psi의 범위의 휨 탄성계수를 가질 수 있다. 예로써, 폴리(p-페닐렌 설파이드)("PPS")에 대한 전형적인 휨 모듈러스는 약 600,000 psi이고, 폴리에테르-에테르-케톤에 대해 약 590,000 psi이고, 폴리카보네이트에 대해 약 345,000 psi이고, 폴리에틸렌 테레프탈레이트에 대해 약 400,000 psi이고, 폴리부틸렌 테레프탈레이트에 대해 약 330,000 psi이고, 나일론 6/6에 대해 약 400,000 psi이다(모두 미충전됨).
높은-모듈러스 폴리머는 일반적으로 높은 내열성(예를 들면, 열 변형 온도에 의해 측정됨), 탁월한 기계적 특성뿐만 아니라 내마모성 및 내약품성 특성을 나타내는 높은-성능 폴리머로서 공지되어 있다. 그러나, 통상적으로 이는 일반적으로 1.3 g/cm3 초과의 밀도를 가지는 고밀도 폴리머이다.
다양한 구현예에서, 광섬유 버퍼 튜브의 폴리머성 매트릭스 물질은 폴리부틸렌 테레프탈레이트("PBT"), 폴리에틸렌 테레프탈레이트("PET"), 폴리카보네이트, 폴리아미드(예를 들면, 나일론), 폴리에테르-에테르-케톤("PEEK), 또는 2 이상의 조합을 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 광섬유 버퍼 튜브의 폴리머성 매트릭스 물질은 PBT를 포함한다.
낮은-모듈러스 폴리머성 미세모세관 물질은 250,000 psi 미만, 또는 100 내지 250,000 psi, 또는 500 내지 200,000 psi의 범위의 휨 탄성계수를 가질 수 있다. 예로써, 전형적인 높은-밀도 폴리에틸렌은 약 200,000 psi의 휨 탄성계수를 가지고, 전형적인 저밀도 폴리에틸렌은 약 30,000 psi의 휨 탄성계수를 가지고, 전형적인 열가소성 폴리우레탄는 약 10,000 psi의 휨 탄성계수를 가지고, 그리고 전형적인 폴리올레핀 엘라스토머(예를 들면, ENGAGETM 8402)는 약 580 psi의 휨 탄성계수를 가진다.
낮은-모듈러스 물질은 일반적으로 심지어 저온에서도 높은 가요성 및 탁월한 충격 저항성을 특징으로 한다. 이들 수지, 예컨대, 예를 들면, Dow Chemical Company로부터 상업적으로 이용가능한 올레핀 엘라스토머의 AFFINITYTM GA 등급은 1.0 미만 내지 1,000 g/10 분 초과의 범위의 용융 지수를 가질 수 있다. 이러한 폴리올레핀 엘라스토머 수지 예컨대 Dow Chemical Company로부터의 ENGAGETM 8842는 0.857 g/cm3 정도로 낮은 밀도 및 38℃ 정도로 낮은 용융점을 가질 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 광섬유 버퍼 튜브의 폴리머성 미세모세관 물질은 임의의 상기 기재된 에틸렌계 폴리머(예를 들면, HDPE, LDPE, EEA, EVA); 올레핀 엘라스토머(예컨대 상기 기재된 것), 및 다른 에틸렌 코폴리머 예컨대 Dow Chemical Company로부터 상업적으로 이용가능한 AFFINITYTM, ENGAGETM, 및 VERSIFYTM 코폴리머; 올레핀 블록 코폴리머(예컨대, 미국 미시간주 미들랜드에 소재한 Dow Chemical Company로부터 상표명 INFUSETM 하에 상업적으로 입수 가능한 것), 메조상-분리된 올레핀 다중-블록 인터폴리머(예컨대 미국 특허 번호 7,947,793에 기재된 것), 올레핀 블록 복합체(예컨대, 2008년 10월 30일에 공개된 미국 특허 출원 공개 번호 2008/0269412에 기재된 것), 또는 이들의 2종 이상의 조합을 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 광섬유 버퍼 튜브의 폴리머성 미세모세관 물질은 HDPE를 포함한다.
광섬유 케이블 구조에서 사용되는 경우, 폴리머성 보호 부품은 케이블 크기 및 구조에 따라 선택된 두께를 가질 수 있다. 다양한 구현예에서, 폴리머성 보호 부품은 5 내지 20 mils(약 127 내지 508 μm)의 범위의 두께를 가질 수 있다. 추가로, 폴리머성 보호 부품에서의 미세모세관의 평균 직경은 폴리머성 보호 부품에 대해 선택된 두께에 따라 선택될 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 폴리머성 보호 부품의 두께 대 미세모세관의 평균 직경의 비는 2:1 내지 400:1의 범위일 수 있다. 추가로, 미세모세관의 간격은 미세모세관의 직경에 대해 정의될 수 있다. 예를 들면, 다양한 구현예에서, 미세모세관은 미세모세관의 평균 직경의 1배 미만의 거리로 이격될 수 있고, 미세모세관의 평균 직경의 10배 정도일 수 있다. 다양한 구현예에서, 미세모세관은 평균 100 내지 5,000 μm, 평균 200 내지 1,000 μm, 또는 평균 100 내지 500 μm로 이격될 수 있다.
다양한 구현예에서, 폴리머성 보호 부품은 0.1% 미만, 0.08% 미만, 0.05% 미만, 0.03% 미만, 또는 0.01% 미만의 슈링크백(shrinkback)을 가질 수 있다. 다양한 구현예에서, 폴리머성 보호 부품은 0%의 슈링크백을 가질 수 있다. 슈링크백은 PCT 출원 공개번호 2014/099350, 단락 [0068]에서 제공된 절차에 따라 결정된다. 슈링크백은 샘플이 27시간의 기간에 걸쳐 40-100-40℃의 5개의 온도 사이클에 대해 오븐에서 에이징한 이후 결정된다.
시험 방법
밀도
밀도를 ASTM D 792에 따라 결정된다.
용융 지수
용융 지수, 또는 I2는 ASTM D 1238, 조건 190 ℃/2.16 kg에 따라 측정되고, 이는 10분 당 용출된 그램으로 기록된다.
인장 강도 및 파단시 연신율
ASTM 방법 D 638에 따라 인장 강도 및 연신율을 측정한다.
재료
하기 물질이 하기 실시예에 이용된다.
AXELERONTM GP C-0588 BK("LDPE")는 0.932 g/cm3의 밀도, 0.2 내지 0.4 g / 10 분의 범위의 용융 지수(I2)를 갖고, 2.35 내지 2.85 wt%의 범위의 양으로 카본블랙을 함유하는 저밀도 폴리에틸렌이다(ASTM D1603). AXELERONTM GP C-0588 BK는 미국 미시간주 미들랜드에 소재한 Dow Chemical Company로부터 상업적으로 이용가능하다.
AXELERONTM FO 6548 BK("MDPE")는 0.944 g/cm3의 밀도, 0.6 내지 0.9 g / 10 분의 범위의 용융 지수(I2)를 갖고, 2.35 내지 2.85 wt%의 양으로 카본블랙을 함유하는 중밀도 폴리에틸렌이다(ASTM D1603). AXELERONTM FO 6548 BK는 미국 미시간주 미들랜드에 소재한 Dow Chemical Company로부터 상업적으로 입수 가능하다.
발포제는 선형-저밀도 폴리에틸렌("LLDPE") 베이스 수지에 혼합된 50 wt% 아조디카본아미드를 함유하는 마스터배치이다. 발포제 마스터배치에서 사용되는 LLDPE는 0.924 g/cm3의 밀도 및 20　g/10 분의 용융지수를 갖는다. 발포제 마스터배치는 미국 미시간주 미들랜드에 소재한 Dow Chemical Company에 의해 제조된다.
실시예
샘플 제조
미세모세관 샘플
도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이 폴리머 용융물 및 공기 스트림을 취급할 수 있는 미세모세관 다이가 고정된 1축 압출기(3.81-cm Killion 압출기)로 구성된 테이프-압출 시스템을 사용하여 4개의 샘플(S1 내지 S4)을 제조한다. 이들 실시예에서 사용되는 다이는 구체적으로 도 4a 및 4a1과 관련하여 PCT 특허출원 공개번호 WO 2014/003761, 및 기재된 설명의 대응되는 문헌에 상세하게 기재되어 있고, 이는 본원에 참조로 포함되어 있다. 다이는 42개의 미세모세관 노즐, 5 cm의 폭, 및 1.5 mm의 다이갭을 가진다. 각각의 미세모세관 노즐은 0.38　mm의 외부 직경, 및 0.19 mm의 내부 직경을 가진다. 플랜트 공기는 유량계를 가진 공기 라인을 통해 공급되고, 이는 폴리머 용융물의 역류에 의한 미세모세관 노즐의 폐색을 방지하기 위해 기계를 가열하기 이전에 완전하게 개방된다. 미세모세관 시트를 제조함에 있어서, 우선 압출기, 기어 펌프, 수송 라인, 및 다이가 약 30분의 "압력유지(soak)" 시간 동안 작동 온도로 가열된다. 작동 온도는 표 1에 나타나 있다. 폴리머 펠렛이 압출기 축을 통과함에 따라 폴리머가 용융된다. 압출기 축은 폴리머 용융물을 기어 펌프에 공급하고, 이는 미세모세관 다이로 폴리머 용융물의 실질적으로 일정한 유동을 유지한다. 다음으로, 폴리머 용융물은 미세모세관 노즐을 통과하고, 기류의 스트림라인에 봉착되게 되고, 이는 미세모세관 채널의 크기 및 형상을 유지한다. 압출 다이로부터의 배출시, 압출물은 칠 롤(chill roll)을 통과한다. 압출물이 켄칭되는 경우, 이는 닙 롤로 수거된다. 공기 유량은 미세모세관이 블로우 아웃(blow out)되지 않지만 합리적인 미세모세관 치수를 유지하는 방식으로 조심스럽게 조정된다. 라인 속도는 롤스택 중의 닙 롤에 의해 제어된다. 샘플 조성물, 이의 특성, 및 이의 공정 파라미터는 하기 표 2에 제공된다.
표 1 - 공기-충전된 미세모세관 시트에 대한 미세모세관 압출 라인의 온도 프로파일
Figure 112017063412154-pct00003
생성된 테이프는 약 1.6 인치 폭 및 대략 40-50 mils 두께이고, 표 2에 나타낸 하기 특성을 가진다.
표 2 - 샘플 S1 내지 S4의 조성 및 특성
Figure 112017063412154-pct00004
발포된 샘플
하기 방법에 따라 LDPE(C-0588) 및 MDPE(6548)를 발포시켜 2개의 비교 샘플(CS1 및 CS2)을 제조한다. Brabender 믹서를 최대 130℃까지 가열한다. Brabender 믹서 모델은 캠 로터가 구비된 Prep-Mixer®/Measuring 헤드 래버토리 회분식 전기 믹서이다. Prep-Mixer®는 믹서-블레이드 구조에 따라 350/420 mL의 용량을 갖는 2개의 가열 구간으로 구성된 3-피스 디자인(3-piece design)이다. 폴리에틸렌 수지를 장입하고, 환류시키고, 20-rpm 로터 속도에서 혼합하면서 용융시킨다. 마스터배치에 발포제를 첨가하고, 5분 동안 20 rpm에서 혼합한다. 발포성 화합물을 이후 테이프 다이 및 픽업 벨트(pickup belt)가 구비된 1축 압출기에서 45-밀리 두께의 발포된 테이프로 압출한다. 각각의 비교 샘플에서, 폴리에틸렌은 99.5 wt%의 양으로 존재하고, 발포제 마스터배치는 0.5 wt%의 양으로 존재한다.
대조군 샘플
대조군 샘플 1("대조군 1")은 미개질된 C-0588 LDPE이다. 대조군 샘플 2("대조군 2")는 미개질된 6548 MDPE이다. 대조군 1 및 2의 테이프 샘플은 매트릭스 물질에 대해 폴리머 용융물을 공급하기 위한 3.81-cm Killion 1축 압출기 및 S1 내지 S4와 관련하여 상기 기재된 것과 동일한 미세모세관 다이로의 수송 라인을 통해 미세모세관을 위한 폴리머 용융물을 공급하기 위한 1.9-cm Killion 1축 압출기로 구성된 미세모세관 라인에 의해 제조된다. 대조군 샘플은 하기와 같이 제조된다. 우선, 압출기, 기어 펌프, 수송 라인 및 다이는 약 30분의 "압력유지(soak)" 시간 동안 작동 온도로 가열된다. 3.81-cm Killion 1축 압출기에 대한 온도 프로파일은 상기 표 1에 주어져 있고, 1.9-cm Killion 1축 압출기에 대한 온도 프로파일은 하기 표 3에 주어져 있다. 폴리머 수지는 1.9-cm Killion 1축 압출기의 호퍼 내로 충전되고, 축 속도는 최대 목표값(30 rpm)으로 한다. 폴리머 용융물이 미세모세관 노즐을 통과함에 따라, 미세모세관에 대해 사용되는 동일한 폴리머 수지는 3.81-cm Killion 1축 압출기의 호퍼로 충전되고, 주요 압출기가 작동된다. 3.81-cm Killion 1축 압출기의 압출기 축은 용융물을 기어 펌프로 공급하고, 이는 미세모세관 다이를 향한 용융물의 실질적으로 일정한 흐름을 유지한다. 이후, 3.81-cm Killion 1축 압출기로부터의 폴리머 용융물은 2개의 스트림으로 나누어지고, 이는 미세모세관 노즐의 폴리머 스트랜드에 봉착된다. 압출 다이로부터 배출시, 압출물은 롤스택 상의 칠 롤에서 냉각된다. 압출물이 켄칭되는 경우, 이는 닙 롤로 수거된다. 라인 속도는 롤스택에서의 닙 롤에 의해 제어된다.
표 3 - 대조군 샘플을 제조하기 위한 1.9-cm Killion 1축 압출기의 온도 프로파일
Figure 112017063412154-pct00005
실시예 1 - LDPE 미세모세관 테이프 분석
상기 제공된 시험 방법에 따라 각각의 S1, S2, CS1, 및 대조군 1을 분석한다. 그 결과는 하기 표 4에 제공되어 있다.
표 4 - S1, S2, CS1, 및 대조군 1의 특성
Figure 112017063412154-pct00006
표 4에 제공된 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 인장 강도 및 파단시 연신율에서의 감소는 3개 모두가 밀도에서의 비슷한 감소를 가졌으나, 발포된 샘플 (CS1)에 비해 미세모세관 샘플 (S1 및 S2)에 대해 상당하게 낮았다.
실시예 2 - MDPE 미세모세관 테이프 분석
상기 제공된 시험 방법에 따라 각각의 S3, S4, CS2 및 대조군 2를 분석한다. 그 결과는 하기 표 5에 제공되어 있다.
표 5 - S3, S4, CS2, 및 대조군 2의 특성
Figure 112017063412154-pct00007
표 5에 제공된 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 인장 강도 및 파단시 연신율에서의 감소는 발포된 샘플 (CS2)과 비교하여 미세모세관 샘플 (S3 및 S4)에 대해 상당하게 낮았다. 특히 놀랍게도 샘플 S4는 기계적 특성을 크게 유지하면서도 CS2에 비해 밀도에서 상당하게 큰 감소를 나타내었다.

Claims (10)

  1. 코팅된 컨덕터로서,
    (a) 컨덕터; 및
    (b) 상기 컨덕터의 적어도 일부를 감싸는 신장된 폴리머성 코팅
    을 포함하되,
    상기 신장된 폴리머성 코팅은 폴리머성 매트릭스 물질 및 상기 신장된 폴리머성 코팅의 신장 방향으로 실질적으로 연장된 복수개의 미세모세관을 포함하고, 상기 폴리머성 매트릭스 물질, 상기 미세모세관 물질 또는 둘 모두는 하나 이상의 접착 조절제를 함유하고,
    상기 미세모세관은 상기 신장된 폴리머성 코팅의 신장 방향에 대해서 수직으로 취해진 단면에서 볼 때 상기 폴리머성 매트릭스 물질에 의해 둘러싸인 개별적인 별개의 중공 공간을 획정하고, 또한 상기 미세모세관은 엘라스토머성 미세모세관 물질인 폴리머성 미세모세관 물질로 50~100 부피%가 충전되는, 코팅된 컨덕터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 미세모세관에 의해 획정된 상기 중공 공간의 응집물은 상기 폴리머성 코팅의 총 부피의 적어도 10 부피%를 구성하는, 코팅된 컨덕터.
  3. ◈청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 미세모세관은 상기 중공 공간 내에 공기를 함유하는 것인, 코팅된 컨덕터.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 미세모세관은 0.5 μm 내지 2,000 μm의 범위의 평균 직경을 가지고, 여기서 상기 미세모세관은 원형, 직사각형, 계란형, 별형, 다이아몬드형, 삼각형, 정사각형, 곡선형, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 단면 형상을 가지고, 상기 신장된 폴리머성 코팅은 15 내지 120 mils(0.38 내지 3.05 mm)의 범위의 두께를 가지는, 코팅된 컨덕터.
  5. ◈청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 폴리머성 코팅의 두께 대 상기 미세모세관의 평균 직경의 비는 2:1 내지 400:1의 범위인, 코팅된 컨덕터.
  6. ◈청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 폴리머성 코팅은 미세모세관을 가지지 않는 것을 제외하고 동일한 매트릭스 물질로 제조된 동일한 코팅에 비해 인장 강도에 있어서 50% 미만의 감소를 가지는, 코팅된 컨덕터.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 폴리머성 코팅은 미세모세관을 가지지 않는 것을 제외하고 동일한 매트릭스 물질로 제조된 동일한 코팅에 비해 파단시 연신율에 있어서 30% 미만의 감소를 가지는, 코팅된 컨덕터.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 폴리머성 코팅은 어떠한 미세모세관도 함유하지 않지만 동일한 매트릭스 물질로 제조된 견줄만한 코팅보다 적어도 10% 적은 밀도를 가지는, 코팅된 컨덕터.
  9. ◈청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 매트릭스 물질은 에틸렌계 폴리머를 포함하는, 코팅된 컨덕터.
  10. ◈청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제9항에 있어서, 상기 폴리머성 매트릭스 물질은 다층 구조의 형태로 존재하는, 코팅된 컨덕터.
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