KR20010012611A

KR20010012611A - 내충격 코팅된 케이블

Info

Publication number: KR20010012611A
Application number: KR1019997010570A
Authority: KR
Inventors: 벨리세르지오; 카이미루이기; 바레기알베르토; 발코니루카
Original assignee: 지아네시 피에르 지오반니; 피렐리 카비 에 시스테미 소시에떼 퍼 아찌오니
Priority date: 1997-05-15
Filing date: 1998-05-08
Publication date: 2001-02-15
Also published as: YU58199A; HUP0002747A2; JP2002510424A; HU223994B1; IL132408A0; OA11303A; SI0981821T1; NO995535L; ES2178223T3; ATE220240T1; SK152099A3; AU743873B2; PL187115B1; CA2289748A1; EP0981821A1; CN1308964C; AP1121A; DE69806377T2; PL336696A1; DK0981821T3

Abstract

본 발명은 케이블용 코팅에 관한 것으로서, 예기치 않은 충격으로부터 케이블을 보호할 수 있도록 한 것이다. 전력 전송케이블의 구조 내측으로 알맞은 두께의 확장 중합체 물질의 코팅층을 적절하게 삽입함에 의해, 바람직하게는 외부 중합체 코팅의 피복과 접촉되게 하여, 높은 충격 강도를 갖는 케이블을 얻을 수 있게 된다. 본 출원인은 또한 케이블용 코팅으로 사용되는 확장 중합체 물질은 확장되지 않은 유사한 중합체를 바탕으로한 유사한 코팅을 사용하는 것 보다 더 높은 충격 강도를 얻을 수 있음을 알아냈다. 이러한 타입의 코팅을 갖는 케이블은 금속외장을 갖는 일반적인 케이블에 대해서 예컨대, 더 간단한 공정, 완제품 케이블의 무게 및 부피 감소, 사용수명이 다한 케이블의 재활용으로 인한 환경오염의 감소 등과 같은 여러 가지 장점을 갖는다.

Description

내충격 코팅된 케이블{CABLE WITH IMPACT-RESISTANT COATING}

케이블의 운송이나 적재 등의 과정에서 케이블에 발생될 수 있는 예기치 않은 충격은 반도체층으로부터 절연층이 이탈되거나 절연층의 변형 등을 포함한 일련의 구조적 손상을 케이블에 야기할 수 있으며, 이러한 손상은 절연코팅의 전기적 경사도(electrical gradient) 변형의 원인이 될 수 있으며 결과적으로 이 코팅의 절연성능 저하를 초래한다.

예컨대 저전압이나 중전압 전력 전송용 또는 분배용 케이블과 같이 상업적으로 널리 이용가능한 케이블에 있어서, 예기치않은 충격으로 인한 손상으로부터 케이블을 보호하기 위하여 이러한 충격에 견딜 수 있는 금속외장이 일반적으로 사용된다. 이러한 외장은 테이프 또는 와이어(통상 강철로 된)의 형태로 되거나, 혹은 금속피복(sheath)(통상 납이나 알루미늄으로 된)의 형태로 된다. 이러한 외장은 일반적으로 외부중합체 피복으로 씌워져 있다. 이러한 케이블 구조가 미국 특허 제5,153,381호에 설명되어 있다.

본 출원인은, 상기 언급된 금속외장이 여러 가지 단점이 있음을 알아냈다. 예를 들면, 상기 외장의 사용은 케이블 공정중에 하나 또는 그 이상의 추가적인 단계를 포함한다. 또한 상기 금속외장은 케이블의 무게를 상당히 증가시킨다. 게다가 이러한 방식으로 구성된 케이블은 교체할 경우 제거가 용이하지 않아 환경문제를 유발한다.

일본 특허 공개번호 제7-320550호에 따르면 절연체와 외부 피복 사이에 위치되며, 내충격 코팅의 두께가 0.2-1.4mm인 가정용 케이블이 개시되어 있다. 이러한 내충격 코팅은 폴리우레탄 수지를 주요 성분으로 하는 비확장 중합체물질로 된다.

한편, 확장 중합체 물질로 된 케이블은 다양한 목적으로 사용되며 이는 주지된 사실이다.

예를 들어, 독일 특허 출원번호 P 15 15 709 호에는 저온에 대한 외부 플라스틱 피복의 내성을 증가시키기 위하여 케이블의 외부 플라스틱 피복과 내부 금속 피복 사이에 중간층의 사용이 개시되어 있다. 이러한 문헌에는 상기 중간층을 구비한 케이블의 내부구조 보호에 대한 언급은 기재되어 있지 않다. 사실상, 이러한 중간층은 온도의 하강으로 인해 외부 플라스틱 피복 내에 발생된 탄성장력을 보상할 수 있으며, 느슨하게 배치된 유리섬유 또는 중공의 유리구와 결합되거나 팽창될 수 있는 물질로 이루어질 수 있다.

또 다른 문헌, 독일 실용신안등록 번호 G 81 03 947.6에는 기구 및 기계장치의 내부에 사용되며, 특수한 기계적 저항력 및 탄력성을 갖는 전기 케이블이 공개되어 있다. 특히 상기 케이블은 풀리(pulley)를 통과할 수 있도록 설계되며 상기 풀리를 통과한 후 본래의 직선 구조를 회복할 수 있도록 충분한 탄력성을 갖는다. 따라서, 이러한 종류의 케이블은 특히 고정 타입의 기계적 하중(풀리 통과 중 발생되는 기계적 하중과 같은)을 견딜 수 있으며 케이블의 탄력성을 주된 특성으로 함을 목적으로 한다. 이러한 종류의 케이블은 케이블에 가해지는 어느 정도의 힘의 충격으로 인한 동적 하중을 견딜 수 있는 금속 외장을 구비한 저전압이나 중전압 전력 전송 또는 분배 케이블과 실질적으로 상이하다는 것은 케이블에 관한 기술분야의 숙련된 자에게는 이미 주지의 사실이다.

게다가, 동축 또는 나선쌍 유형(twisted pair type)의 신호전송케이블에 있어서, 전도성 금속을 절연시키기 위해 확장물질을 사용하는 것은 주지의 사실이다. 동축케이블 예컨대, TV(케이블TV)(10-100MHz)용 동축케이블, 위성 케이블(2 GHz 이상), 컴퓨터용 동축케이블(1 MHz 이상)은 보통 고주파 신호를 전송하며, 일반 전화 케이블은 약 800Hz 대의 주파수로 신호를 전송한다.

이러한 케이블 내에 확장 절연체를 사용하는 목적은 대기 전도성 금속(빛의 속도에 근접한) 내에서 신호전송의 이상적인 속도에 근접하기 위해 전기적 신호의 전송속도를 증가시키는 것이다. 그 이유는 비확장 중합체 물질들과 비교할 때, 일반적으로 확장물질은 중합체의 팽창도가 높을수록 공기의 유전율(K=1)에 비례하게 근접하는 낮은 유전율(K)을 갖기 때문이다.

일예로, 미국 특허 4,711,811 에는 에틸렌/테트라플루오르에틸렌 또는 에틸렌/클로로트리플루오르에틸렌 공중합체(두께 0.013-0.254mm)의 막으로 덮인 절연체(두께 0.05-0.76mm)로서 확장 플루오르 중합체를 갖는 신호전송 케이블이 개시되어 있다. 상기 특허에 개시된 바와 같이, 확장 중합체의 사용목적은 전도체를 절연하기 위한 것임에 반해 확장 중합체를 덮는 비확장 중합체 필름막의 사용목적은 특히 두 개의 절연된 전도체가 꼬여져 소위 "나선쌍(twisted pair)"을 형성할 경우 필요 압축 강도를 부가하는 것으로써 절연체의 기계적 특성을 개선하기 위한 것이다.

유럽 특허 442,346 에는 전도체 주위에 직접적으로 배치되며 확장 중합체를 바탕으로 한 하나의 절연층이 구비된 신호전송 케이블이 개시되어 있다. 이 확장 중합체는 75% 이상의 공극체적(300% 이상의 팽창도에 해당하는)을 가진 극소세포 구조를 갖는다. 이러한 중합체의 극소세포구조는 6.89×10⁴Pa 하중에서 적어도 10% 압축되며 하중이 제거된 후에는 적어도 본래 체적의 50% 이상으로 회복된다. 이러한 값은 케이블이 비틀리는 동안의 압축에 견디기 위하여 금속에 요구되는 전형적인 압축강도치와 대략 일치한다.

확장 절연코팅이 구비된 신호전송 케이블에 관한 국제특허출원 WO 93/15512에는, 비확장 절연 열가소성플라스틱 중합체층(일예로, 전술한 미국 특허 4,711,811에서 설명한 바와 같이)으로 확장 절연체를 코팅함으로써 필요압축강도를 확보할 수 있으나, 이는 신호전파 속도를 감소시킨다는 것이 개시되어 있다. 상기 특허출원 WO 93/15512에는 이중절연코팅층을 갖는 동축케이블이 개시되며 이러한 두 개의 층은 모두 확장 중합체 물질, 미세다공성의 폴리테트라플루오에틸렌(PTFE)으로 구성되는 내부층 및 독립기포(closed-cell) 확장 중합체 특히 PFA 중합체로 구성되는 외부층을 포함하여 이루어진다. 확장 중합체를 바탕으로 한 절연코팅은 팽창작용제인 프레온113 가스를 주입하면서 PTFE 절연체의 내부층을 통해 PFA 중합체를 압출함으로써 얻어진다. 상세한 설명에 따르면, 이 독립기포 확장 절연체는 고속 신호전송의 유지를 가능하게 한다. 비록 상기 압축강도에 관한 수량적인 데이타는 주어지지 않았지만 상기 독립기포 확장절연체는 압축에 강하다는 것이 이 특허 출원에서 정의된다. 이러한 이중 절연체층으로 덮인 전도체는 비틀어질 수 있다는 사실이 강조되어 설명된다. 더욱이, 이 출원에 따르면 외부 확장층 내에서의 공극체적 증가는 전송속도의 증가를 가능하게 하며, 따라서 이 코팅의 용적면에서 미세한 변화량을 증가시켜 내부 확장층의 압축에 대항하도록 한다.

전술한 문헌에서 보인 바와 같이, 신호전송 케이블용 절연코팅물로서 "연속기포(open cell)"의 주된 사용목적은 전기적신호의 전송속도를 증가시키도록 하는 것이다. 그러나 이 확장 코팅물들이 불충분한 압축강도를 가졌다는 단점을 가진다. 일부 확장 물질들은 고속 신호전송 뿐만 아니라 전술한 확장 절연체로 코팅된 두 개의 도전체들이 서로 꼬였을 때 전형적으로 발생되는 압축력에 대한 충분한 저항력도 확보되어야 하기 때문에 일반적으로 "내압축성(resistant to compression)"으로 정의된다. 따라서 이 경우 적용된 하중은 실질적으로 정적형태(static-type)이다.

따라서, 한편으로는, 신호전송 케이블용 확장 중합체 물질로된 이러한 절연코팅들은 상대적으로 적정한 압력하중(두 개의 케이블이 서로 꼬인 경우에 발생하는 것과 같은)을 지탱할 수 있는 특성을 가질 필요가 있다. 또 다른 한편으로는, 확장 중합체 코팅에 의해 제공될 수 있는 어떠한 충격강도의 형태도 본 출원이 알고있는 문헌에는 언급되지 않았다. 게다가, 전술한 특허 출원 WO93/15512에 개시된 바에 따르면, 비록 이러한 확장 절연 코팅이 고속 신호전송을 촉진시킨다 하더라도, 이는 압축강도에 대해서는 유사한 비확장 물질로 된 코팅 보다 덜 이롭다는 것을 고려해야 한다.

본 발명은 예기치 않은 충격으로부터 케이블을 보호할 수 있는 케이블 코팅에 관한 것이다.

도 1은 종래의 금속외장을 구비한 3극 형태를 나타낸 전력 전송케이블을 도시한 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 3극 형태의 케이블의 제1실시예를 도시한 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 단극 형태의 케이블의 제2실시예를 도시한 것이다.

본 출원인은 알맞은 두께 및 굽힘탄성계수(flexural modulus)를 갖는 확장 중합체 물질로 된 적정한 코팅을, 바람직하게는 외부 중합체 코팅의 피복과 접촉하여 전력 전송케이블 구조 내로 삽입시킴으로써, 고충격 강도를 가지는 케이블을 얻을 수 있으며, 그럼으로써 케이블 구조 내에 전술한 보호 금속 외장을 사용하지 않아도 된다는 것을 발견했다. 특히 본 출원인은 상기 중합체 물질이 충분히 높은 굽힘탄성계수를 갖기 위해서는 중합체 물질이 확장하기 전에 선별 및 측정되어, 요구되는 내충격 특성을 확보하고 케이블의 외표면에 가해지는 바람직하지 못한 충격으로 인해 케이블 내부구조에 발생될 수 있는 손상을 방지해야하는 것을 알아냈다. 본 설명에서, "충격" 이라는 용어는 일반적인 외장케이블의 구조에 미치는 영향은 미약하고 일반적인 비외장케이블 구조에 상당한 손상을 입힐 수 있을 정도의 일정 에너지를 갖는 모든 동적하중을 포함하는 의미로 사용된다. 지적한 바와 같이, 이러한 충격은 케이블의 외부 피복에 대한 20-30 주울(joule) 가량의 충격으로, 이 충격은 1mm 정도의 곡률반경을 갖는 V자형 라운디드엣지 펀치에 의해 발생된다.

또한 본 출원인은, 본 발명에 따른 케이블의 코팅에 사용되는 확장 중합체 물질은 비확장된 동일 중합체를 바탕으로 한 유사한 코팅을 사용한 것 보다 의외로 나은 충격강도를 확보할 수 있음을 알아냈다.

이러한 형태의 코팅을 구비한 케이블은 금속외장을 구비한 일반 케이블에 비해 다양한 장점을 가지고 있다. 예를 들면, 공정이 보다 용이하고, 완성된 케이블의 부피와 무게가 감소되며, 사용수명이 다한 케이블의 재활용으로 환경오염이 줄어들게 되는 것이다.

따라서 본 발명의 하나의 실시 양태에 따르면 본 발명은 전력 전송 케이블에 관한 것으로

(a) 전도체;

(b) 적어도 하나 이상의 치밀한 절연 코팅층,

(c) 확장 중합체 물질로 된 코팅을 포함하여 이루어지며, 상기 중합체 물질은 상기 케이블에 내충격 특성을 부여하도록 소정의 기계적 강도 특성 및 팽창도를 가지는 것을 특징으로 하는 전력전송 케이블에 관한 것이다.

본 발명의 바람직한 실시 양태에 따라, 확장 중합체 물질은 중합체 물질로부터 얻어지는데, 이 중합체 물질은 팽창 전에 ASTM 표준 D790에 따라 측정된 실온에서 200 MPa 이상, 바람직하게는 400 MPa 내지 1500 MPa 사이, 특히 바람직하게는 600 MPa 내지 1300 MPa 사이의 굽힘탄성계수를 갖는다.

바람직한 실시 양태에 따라, 상기 중합체 물질은 약 20%에서 약 3000%, 바람직하게는 약 30%에서 약 500%, 더욱 바람직하게는 약 50%에서 약 200% 정도의 팽창도(degree of expansion)를 갖는다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 확장 중합체 물질의 코팅은 적어도 0.5mm 이상의 두께를 가지며, 바람직하게는 1 내지 6mm 사이의 두께, 특히 2 내지 4mm 사이의 두께가 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시 양태에 따르면, 이 확장 중합체 물질은 폴리에틸렌(PE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 중밀도 폴리에틸렌(MDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 그리고 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE); 폴리프로필렌(PP); 에틸렌-프로필렌고무(EPR), 에틸렌-프로필렌 공중합체(EPM), 에틸렌-프로필렌-디엔 3중합체(terpolymer)(EPDM); 천연고무; 부틸고무; 에틸렌/비닐 아세테이트(EVA) 공중합체; 폴리스티렌; 에틸렌/아크릴레이트 공중합체, 에틸렌/메틸 아크릴레이트(EMA) 공중합체, 에틸렌/에틸 아크릴레이트(EEA) 공중합체, 에틸렌/부틸 아크릴레이트(EBA) 공중합체; 에틸렌/알파-올레핀 공중합체; 아크릴로니트릴-부타디엔-스틸렌(ABS) 수지; 할로겐화 중합체, 폴리비닐 클로라이드(PVC); 폴리우레탄(PUR); 폴리아미드; 방향성(aromatic) 폴리에스테르, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT); 그리고 상기 물질들의 공중합체 또는 기계적 혼합물로부터 선택되어 진다.

또 다른 바람직한 실시 양태에 따르면, 이 중합체 물질은 폴리에틸렌 및/또는 폴리프로필렌을 바탕으로 한 폴리올레핀 중합체 또는 공중합체로서, 바람직하게는 에틸렌-프로필렌고무로 변형된 것이며, 여기서 폴리프로필렌/에틸렌-프로필렌 고무의 중량비는 90/10과 50/50 사이이고, 바람직하게는 85/15과 60/40 사이, 특히 바람직하게는 약 70/30이다.

또 다른 바람직한 실시 양태에 따르면, 폴리에틸렌 및/또는 폴리프로필렌을 바탕으로 한 폴리올레핀 중합체 또는 공중합체는 바람직하게는 중합체 중량의 10 내지 60% 사이의 소정 분말형 가황고무를 포함한다.

또 다른 선호된 실시 양태에 따르면, 이 케이블은 바람직하게는 확장 중합체 코팅과 접촉하는 외부 중합체 피복을 추가로 포함하며, 이 피복은 바람직하게는 적어도 0.5mm 이상, 보다 바람직하게는 1 내지 5mm 의 두께를 갖는다.

또 다른 측면에서, 본 발명은 케이블에 충격강도를 부가하는 방법에 관한 것으로, 이 케이블에 확장 중합체 물질로 코팅하는 단계를 포함하여 이루어진다.

바람직한 실시 양태에 따르면, 케이블에 충격강도를 부가하는 이러한 방법은 이 확장 코팅에 외부 보호시트를 코팅하는 단계를 추가로 포함한다.

또 다른 측면에 따르면, 본 발명은 전력 전송케이블에 충격강도를 부가하기 위한 확장 중합체 물질의 사용에 관한 것이다.

본 발명의 또 다른 실시 양태에 따르면, 적어도 하나의 절연코팅을 포함한 케이블의 충격강도를 평가하는 방법에 관한 것이며, 상기 방법은:

(a) 상기 절연층의 평균 인장강도(peel strength)를 측정하는 단계;

(b) 케이블에 소정의 충격력을 가하는 단계;

(c) 충격을 가하는 순간에 상기 절연층의 평균 인장강도를 측정하는 단계;

(d) 평균인장강도와 충격시의 평균인장강도와의 편차가 평균인장강도와 관련하여 상기 케이블의 기설정된 값 보다 적은지를 검사하는 단계로 구성된다.

바람직한 실시 양태에 따르면, 이러한 인장강도는 절연코팅층과 반도체코팅층의 외부층과의 사이에서 측정된다.

본 설명에 있어서, "중합체의 팽창도"는 다음과 같은 방식으로 결정되는 중합체의 팽창으로 이해된다.

G (팽창도) = (d₀/d_e- 1)·100

여기서 d₀는 비확장 중합체(즉, 본질적으로 공극체적이 없는 구조의 중합체임)의 밀도를 나타내며 d_e는 확장 중합체를 측정한 겉보기밀도를 나타낸 것이다.

본 설명에 있어서, "확장" 중합체는 통상 공극체적(즉, 중합체가 아닌 가스나 공기가 차지하는 공간) 비율이 이러한 중합체 총 체적의 10% 이상인 구조 내의 중합체로 이해된다.

본 발명에 있어서, "인장(peel)"강도는 전도체 또는 다른 코팅층으로부터 코팅층을 분리하는데 요구되는 힘을 언급하며, 두 개의 코팅층을 서로 분리하는 경우에는 상기 코팅층은 통상 절연층 및 외부 반도체층이다.

통상, 전력 전송케이블의 절연층은 2 이상의 유전율을 가진다. 또한, "전기적 경사도(electrical gradient)" 매개변수가 어떠한 중요성도 나타내지 않는 신호 전송케이블과는 달리 전력전송 케이블에는 저전압에 대해서는 0.5KV/mm의 전기적 경사도가, 고전압에 대해서는 10KV/mm의 전기적 경사도가 사용된다. 따라서, 이들 케이블의 경우, 유전강도의 국부적 변화를 증가시켜 결과적으로 절연능력의 감소를 초래하는 절연코팅 내의 불균일성(예를 들면 공극체적 등과 같은)의 존재는 회피되기 쉽다. 그러므로 이러한 절연물질은 통상 치밀한 중합체 물질이 되며, 본 설명에서 "치밀한(compact)" 절연체는 중-고전압 전력전송 케이블에 대하여 적어도 5 KV/mm, 바람직하게는 10 KV/mm 이상, 특히 바람직하게는 40 KV/mm 이상의 유전강도를 갖는 절연물질을 언급한다. 확장 중합체 물질과는 달리, 이 치밀한 물질은 그 구조 내에 대체로 공극이 없으며, 특히 이 물질은 0.85g/cm³또는 그 이상의 밀도를 갖는다.

본 발명의 설명에서, 저전압은 1000V 까지의 전압(대체로 100V 이상), 중전압은 약 1 에서 약 30KV, 그리고 고전압은 30KV 이상을 언급한다. 이러한 전력 전송케이블은 대체로 50 또는 60 Hz의 공칭주파수에서 작동한다.

비록 본 발명의 설명 중에 확장 중합체 코팅의 사용이 전력 전송케이블과 관련하여 상세하게 설명되고, 이와 같은 전력 전송케이블에 있어서, 상기 코팅이 이러한 케이블에 널리 사용되는 금속외장을 유용하게 대체할 수 있다하더라도, 이러한 확장된 코팅이 상기 케이블에 적절한 충격보호기능을 부가하는 것이 바람직한 어떤 케이블 형태에도 유용하게 사용될 수 있다는 것은 기술분야에서 숙련된 자에게는 자명하다.

특히, 전력 전송케이블은 중저전압용으로 쓰이는 형태 뿐만 아니라 고전압 전력 전송용 케이블도 포함하는 것으로 정의된다.

본 발명은 이하 첨부된 도면을 통해 설명하도록 한다.

도 1은 종래의 금속 외장을 구비한 삼극 형태의 중전압 전력 전송케이블의 단면을 도시한 것이다. 이 케이블은 세 개의 전도체(1)와, 전도체(1)에 각각 씌워진 내부 반도체 코팅(2)과, 절연층(3)과, 외부 반도체 코팅(4)과, 금속막(5)을 포함하며, 이러한 반제품은 이하 나머지 설명에서 "코어(core)"로 정의한다. 상기 세 개의 코어는 함께 묶여져 있으며 또한 상기 코어들간에 형성된 별모양의 영역은 충진물질(9)(일반적으로 탄성혼합물, 폴리프로필렌 섬유 등과 같은)로 채워져 원형의 단면구조를 이루며, 전체가 내부 중합체 피복(8)과, 금속 와이어(7)의 외장과, 외부 중합체 피복(6)으로 차례로 코팅된다.

도 2는 중전압-전력을 전송하기 위한 본 발명에 따른 삼극 형태의 케이블의 단면을 도시한 것이다. 상기 케이블은 세 개의 전도체(1)와, 전도체(1)에 각각 씌워진 내부 반도체 코팅(2)과, 절연층(3)과, 외부 반도체 코팅(4)과, 금속막(5)을 포함한다. 코어들 사이의 별모양 영역은 내충격 확장 중합체 물질(10)로 채워지며, 상기 내충격 확장 중합체 물질(10)은 차례로 외부 중합체 피복(6)으로 코팅된다. 확장 중합체 코팅(10) 내에는, 코어의 외표면에 근접하여 확장 중합체 코팅의 최소 두께와 상응하는 원형테두리(10a)가 표시된다(점선으로 표시됨).

도 3은 중-전압 전력 전송을 하기 위한 본 발명에 따른 단극 형태의 케이블의 단면을 도시한 것이다. 상기 케이블은 중앙전도체(1)와, 그 외측으로 씌워지는 내부 반도체 코팅(2), 절연층(3), 외부 반도체층(4), 금속막(5), 확장 중합체 물질층(10) 그리고 외부 중합체 피복(6)을 포함한다. 도 3에 도시된 단극 케이블의 경우에는, 코어는 원형 단면을 가지기 때문에 상기 삼극 케이블의 경우에 나타낸 원형테두리(10a)는 확장 중합체 물질층(10)과 서로 일치된다.

이들 도면은 단지 본 발명에 따라 바람직하게 사용될 수 있는 몇 개의 케이블의 가능한 실시예만을 보인 것이다. 본 발명의 실시예로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 기술분야에 공지된 다양한 변형이 가능함은 자명하다. 일예로, 도 2를 참조하면, 코어들간의 별모양 영역에 종래의 충진물질이 미리 충진될 수 있으며, 따라서 원형테두리(10a) 내에 포함된 원형단면에 거의 상응하는 단면의 케이블 반제품을 얻게 된다. 이러한 단면면적의 반제품 케이블을 통해 두께면에서 상기 원형테두리(10a), 그리고 다음으로 외부피복(6)과 거의 상응한 확장 중합체 물질층(10)을 편리하게 압출성형할 수 있다. 다른 한편으로, 코어는 이들 코어가 서로 결합된 경우 별모양의 영역을 형성하기 위한 충진물질의 사용을 필요로 하지 않고 거의 원형단면의 케이블이 형성되는 방식으로 단면섹터를 구비할 수 있으며, 그리고 나서 내충격 확장 중합체 물질층(10)이 이렇게 결합된 이들 코어를 통해 압출성형되고 그 뒤에 외부 피복(6)이 압출성형된다.

저전압 전력 전송용 케이블의 경우, 이들 케이블의 구조는 통상 전도체에 직접적으로 배치된 절연코팅만으로 이루어지는데, 상기 전도체는 확장 중합체 물질의 코팅과 외부 피복에 의해 차례로 코팅되어 있다.

추가적인 해답은 예를 들어, 비용 및 케이블의 설치형태(공기중, 파이프 내측에 삽입, 땅 속에 매설, 건물 내부, 바다 속 등)나, 케이블의 작동 온도(최고온도 및 최저온도, 환경에 따른 온도범위) 등을 바탕으로 하여 가장 적합한 해답을 구할 수 있는 기술분야의 숙련된 자에게는 잘 알려져 있다.

내충격 확장 중합체 코팅은 예를 들어, 폴리올레핀, 폴리올레핀 공중합체, 올레핀/에스테르 공중합체, 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리설폰, 페놀수지, 우레익 수지(ureic resin) 그리고 그 혼합물과 같은 확장가능한 중합체의 어떠한 형태로도 이루어질 수 있다.

적절한 중합체의 예로는 폴리에틸렌(PE), 특히 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 중밀도 폴리에틸렌(MDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 및 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE); 폴리프로필렌(PP); 에틸렌-프로필렌고무(EPR), 특히 에틸렌-프로필렌 공중합체(EPM), 또는 에틸렌-프로필렌-디엔 3중합체(terpolymer)(EPDM); 천연고무; 부틸고무; 에틸렌/비닐 아세테이트(EVA) 공중합체; 폴리스티렌; 에틸렌/아크릴레이트 공중합체, 특히 에틸렌/메틸 아크릴레이트(EMA) 공중합체, 에틸렌/에틸 아크릴레이트(EEA) 공중합체, 에틸렌/부틸 아크릴레이트(EBA) 공중합체; 에틸렌/알파-올레핀 공중합체; 아크릴로니트릴-부타디엔-스틸렌(ABS) 수지; 할로겐화 중합체, 특히 폴리비닐 클로라이드(PVC); 폴리우레탄(PUR); 폴리아미드; 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 또는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT) 등과 같은 방향성 폴리에스테르; 및 상기 물질들의 공중합체 또는 기계적 혼합물 등이 있다. 바람직하게는, 폴리올레핀 중합체 또는 공중합체가 사용되며, 특히 에틸렌-프로필렌 고무와 혼합된 폴리에스테르 및/또는 폴리프로필렌을 바탕으로 한 공중합체가 사용된다. 유리하게는 에틸렌-프로필렌 고무(EPR)로 변형된 폴리프로필렌이 사용될 수 있으며, 여기서 폴리프로필렌/ 에틸렌-프로필렌고무의 중량비율은 90/10 과 50/50 사이이며, 바람직하게는 85/15에서 60/40, 특히 바람직하게는 70/30 이다.

본 발명의 다른 실시 양태에 따르면, 또한 본 출원인은 확장되기 쉬운 중합체 물질 특히 올레핀 중합체의 경우, 구체적으로는 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌을 예를 들어 가황처리된 천연고무와 같은 소정 분량의 가루형태 고무와 기계적으로 혼합할 수 있다는 것을 발견했다.

일반적으로, 이들 분말은 10 과 1000㎛ 사이, 바람직하게는 300 과 600㎛ 사이의 크기를 갖는 입자로 형성된다. 바람직하게는 타이어의 공정중에 파생된 가황고무의 불량품이 사용될 수 있다. 확장될 중합체에 대한 분말고무의 중량비율은 10% 에서 60% 사이이며, 바람직하게는 30%에서 50% 이다.

추가적 공정 없이 사용되거나 분말고무와 혼합되어 확장가능 베이스로써 사용되는 확장될 중합체 물질은, 한 번 확장되면 바람직한 소정의 내충격성을 보장하여, 발생가능한 예기치 않은 충격에 따른 손상으로부터 케이블의 내측 부분(즉, 존재할 수 있는 절연체층 및 반도체층)을 보호할 수 있는 강도를 가져야만 한다. 특히 이 물질은 하부코팅층의 절연성능을 소정값 이상으로 변형시키지 않는 정도의 힘을 하부절연층에 전달하도록 하기 위하여 충격에너지를 흡수할 수 있는 충분히 높은 특성을 가져야만 한다. 그 이유는 이후 더 자세히 설명되는 바와 같이, 본 출원인은 충격을 받는 케이블에서는 하부절연코팅들의 인장강도에 있어서 충격시에 측정된 값과 평균값 간에 오차가 발견되었으며, 이러한 인장강도는 절연층과 외부 반도체층 사이에서 측정될 수 있음을 알아냈다. 이러한 강도의 오차는 하부층들에 전달된 충격력에 비례하며, 절연층과 외부 반도체층 사이에서 인장강도가 측정된 경우에 충격시에 인장강도의 오차가 평균값과 비교하여 25% 이하일 때, 보호코팅은 내부층에 대해서 충분한 보호기능을 제공하는 것으로 평가된다.

본 출원인은 상술한 물질들로부터 선택된 중합체물질은 특히 이러한 목적에 적합하다는 것을 알아냈으며 여기서 상기 물질은 팽창되기 전에, ASTM 표준 D790의 측정기준에 따른 실온에서 200 MPa 이상, 바람직하게는 적어도 400 MPa 이상의 굽힘탄성계수를 갖는다. 다른 한편으로, 확장물질의 지나친 강도는 완제품을 다루기 어렵게 만들기 때문에, 실온에서 2000 MPa 이하의 굽힘탄성계수를 갖는 중합체 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 목적에 특히 적합한 중합체 물질은, 팽창하기 전에 실온에서 400 에서 1800 MPa 사이의 굽힘탄성계수를 갖는 물질들이며, 특히 실온에서 600 에서 1500 MPa 사이의 굽힘탄성계수를 갖는 중합체 물질이 특히 바람직하다.

이러한 굽힘탄성계수값은 특정 물질의 특성일 수도 있으며, 또는 상이한 굽힘탄성계수를 가짐과 아울러 상기 물질에 대한 적절한 강도치를 갖기 위한 비율로 혼합된 둘 또는 그 이상의 물질의 혼합에 따른 결과일 수도 있다. 예를 들면, 1500 MPa 이상의 굽힘탄성계수를 갖는 폴리프로필렌은 적절한 방식으로 그 강도를 낮추기 위해 약 100 MPa의 굽힘탄성계수를 갖는 적합한 양의 에틸렌-프로필렌 고무(EPR)와 적절히 변형될 수 있다.

상업적으로 이용가능한 중합체 혼합물의 예로는;

저밀도 폴리에틸렌: Riblene FL30(Enichem);

고밀도 폴리에틸렌: DGDK 3364(Union Carbide);

폴리프로필렌: PF 814 (Montell); 및

에틸렌프로필렌고무로 변형된 폴리프로필렌: Moplen EP-S 30R, 33R 및 81R (Montell); Fina-Pro 5660G, 4660G, 2660S 및 3660S (Fina-Pro) 등이 있다.

중합체의 팽창도와 코팅층의 두께는 외부 중합체 피복과의 조합에 의해 케이블의 취급이나 보관 중에 발생되는 일반적인 충격에 대해 견딜 수 있는 저항력을 보장할 수 있어야 한다.

앞서 설명한 바와 같이, "중합체의 팽창도"는 다음의 식에 의해 정의된다.

G (팽창도) = (d₀/d_e- 1)·100

여기서 d₀는 비확장 중합체밀도이고 d_e는 확장된 중합체를 측정한 겉보기밀도를 나타낸 것이다.

본 출원인은 내충격특성이 유지되는 한 확장층의 동일한 두께에 대해서는 높은 팽창도를 갖는 중합체가 선호되며, 그 이유는 이러한 방식에 의하면 사용되는 중합체 물질의 양을 제한하는 것이 가능하여 완성된 제품의 중량감소와 경제적인 양측면에서 이점이 있다는 것을 알아냈다.

사용되는 특정 중합체 물질의 측면과 사용하고자 하는 코팅의 두께 측면에서 팽창도는 매우 가변적이며, 일반적으로 이러한 팽창도는 20%에서 3000%, 바람직하게는 30%에서 500%, 특히 바람직하게는 50% 내지 200%의 범위내에 분포될 수 있다. 확장 중합체는 일반적으로 독립기포(closed-cell)구조를 갖는다.

본 출원인은 일정 범위 이상의 팽창도에서는 요구되는 충격강도를 제공하기 위한 중합체 코팅의 수용력이 감소된다는 것을 알아냈다. 특히 충격에 대해 높은 보호효과를 유지함으로써 중합체의 높은 팽창도를 달성할 수 있는 가능성은, 확장될 중합체의 굽힘탄성계수값과 상관관계가 있다는 것을 알아냈다. 본 출원인은 그 이유가 대략 다음과 같은 식에 따라, 상기 중합체 물질의 굽힘탄성계수는 이러한 물질의 팽창도가 증가함에 따라 감소되기 때문이라는 것을 알아냈다.

E₂/ E₁= (ρ₂/ ρ₁)²

여기서:

E₂는 높은 팽창도에서의 중합체의 굽힘탄성계수를 나타냄;

E₁는 낮은 팽창도에서의 중합체의 굽힘탄성계수를 나타냄;

ρ₂는 높은 팽창도에서의 중합체의 겉보기밀도를 나타냄;

ρ₁는 낮은 팽창도에서의 중합체의 겉보기밀도를 나타냄;

일예로, 약 1000 MPa 정도의 굽힘탄성계수를 갖는 중합체에 있어서, 25%에서 100%의 팽창도 변화량은 물질에 대해서 곡률값이 거의 반감되게 한다. 높은 굽힘탄성계수를 갖는 중합체 물질들은 코팅의 내충격 성능을 해치지 않으면서 낮은 굽힘탄성계수값을 갖는 중합체 물질 보다 높은 비율로 확장되어질 수 있다.

케이블의 충격강도에 영향을 미칠 수 있는 또 다른 변수는 확장된 코팅의 두께이며, 상기 코팅에 의해 바람직하게 얻어지는 충격강도를 보장할 수 있는 최소한의 두께는 주로 이 중합체의 팽창도 및 굽힘탄성계수에 의지하게 된다. 일반적으로, 본 출원인은 동일한 중합체 및 동일한 팽창도를 위해, 확장된 코팅의 두께를 증가시킴으로써 높은 충격강도치에 도달하는 것이 가능하다는 것을 알아냈다. 그러나, 제한된 양의 코팅물질을 사용하고, 그에 따라, 완제품의 부피와 생산비용 모두를 줄이기 위하여, 확장된 물질층의 두께는 바람직하게는 소정의 충격강도를 보장하는데 요구되는 최소한의 두께가 된다. 특히, 중전압 형태의 케이블에 있어서, 약 2mm의 확장된 코팅두께가 일반적으로 상기와 같은 유형의 케이블이 받기 쉬운 보통의 충격에 대해 충분한 내성을 보장할 수 있다. 바람직하게는, 코팅두께는 0.5mm 이상이며, 특히 약 1mm 내지 6mm 사이 정도, 더 바람직하게는 2mm 내지 4mm 사이이다.

본 출원인은 다양한 굽힘탄성계수값을 가지는 물질들에 대하여, 중합체 물질의 코팅두께 및 확장정도 사이의 관계를 적절한 근사값으로 정의할 수 있고, 확장된 코팅의 두께가 중합체 물질의 확장정도 및 계수의 함수로서 적절히 형성될 수 있음을 알아냈다. 이러한 관계는 다음과 같이 표시될 수 있으며:

V ·d_e≥N

여기서,

V 는 케이블 길이당 확장된 중합체 물질의 부피를 나타내며(m³/m), 이 부피는 다극(multipolar) 케이블에 대한 도 2의 원형테두리(10a), 또는 단극 케이블에 대한 도 3의 코팅(10)에 해당하는 확장된 코팅의 최소 두께에 의해 형성된 원형테두리에 비례하고;

d_e는 확장 중합체 물질에 대하여 측정된 겉보기밀도를 나타내며(Kg/m³);

N 은 전술한 두 값을 곱한 결과이며, 이는 하기 값들 보다 크거나 같아야한다. 즉,

1000 MPa 보다 큰 계수를 갖는 물질에 대해서는 0.03,

800 내지 1000 MPa의 계수를 갖는 물질에 대해서는 0.04,

400 내지 800 MPa의 계수를 갖는 물질에 대해서는 0.05,

400 MPa 미만의 계수를 갖는 물질에 대해서는 0.06 보다 크거나 같아야 한다.

상기 변수 V는 다음의 관계에 의해 확장된 코팅의 두께(S)와 관련되며:

V = π(2R₁·S + S²)

여기서 R₁은 원형테두리(10a)의 내부 반지름을 나타낸다.

상기 변수 D_e는 이전의 관계에 의해 중합체 물질의 팽창도와 관련된다:

G = (d₀/ d_e- 1)·100

전술한 관계를 바탕으로 하여, 22mm 정도의 지름을 가진 케이블의 원형단면상에 배치된, 약 2mm 두께의 확장 코팅에 대해서, 실온(Mf)에서 상이한 굽힘탄성계수를 갖는 다수개의 물질들에 대해서, 이 코팅은:

저밀도 폴리에틸렌(약 200의 Mf)에 대해서 0.40 g/cm³;

70/30 폴리프로필렌/에틸렌 프로필렌고무 혼합물(약 800의 Mf)에 대해서 0.33 g/cm³;

고밀도 폴리에틸렌(약 1000의 Mf)에 대해서 0.26 g/cm³;

폴리프로필렌(약 1500의 Mf)에 대해서 0.20 g/cm³;

의 최소 겉보기밀도를 가져야함이 발견된다.

이들 확장된 중합체의 겉보기밀도 값은 하기와 같은 최대 팽창도에 해당한다.

저밀도 폴리에틸렌(d₀= 0.923)에 대해서 130%;

폴리프로필렌/에틸렌 프로필렌고무 혼합물(d₀= 0.890)에 대해서 180%;

고밀도 폴리에틸렌(d₀= 0.945)에 대해서 260%; 및

폴리프로필렌(d₀= 0.900)에 대해서 350%

유사하게, 동일한 부피의 케이블상에 배치된 약 3mm 두께의 확장 코팅에 대해서 다음과 같은 최소 겉보기밀도 값이 구해지고:

저밀도 폴리에틸렌에 대해서 0.25 g/cm³;

폴리프로필렌/에틸렌 프로필렌고무 혼합물에 대해서 0.21 g/cm³;

고밀도 폴리에틸렌에 대해서 0.17 g/cm³; 및

폴리프로필렌에 대해서 0.13 g/cm³;

이는:

저밀도 폴리에틸렌에 대해서 270%;

폴리프로필렌/에틸렌 프로필렌고무 혼합물에 대해서 320%;

고밀도 폴리에틸렌에 대해서 460%; 및

폴리프로필렌에 대해서 600%;

의 최대 팽창도에 해당한다.

상기와 같이 보여진 결과는 소정 두께의 확장된 코팅의 충격강도 특성들을 최적화하려면 물질의 기계적 강도 특성(특히 물질의 굽힘탄성계수) 및 상기 물질의 팽창도 둘 다를 고려해야 함을 나타낸다. 그러나, 상기 관계를 적용함으로써 정해진 값들은 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다. 특히, 수량 N의 변화(즉 400, 800, 및 1000 MPa)에 대하여 지정된 구간의 상한선에 근접한 굽힘탄성계수값을 갖는 중합체의 최대 팽창도는 사실상 위의 공식에 따라 계산된 값 보다 크다; 그러므로, 예를 들어, 약 2mm 두께의 폴리프로필렌/에틸렌 프로필렌고무층(Mf가 약 800MP 인)은 약 200% 정도의 팽창도만으로도 요구되는 충격 보호기능이 제공될 수 있다.

중합체는 통상 압출성형하는 도중에 확장된다; 이러한 확장은 적절한 "확장"화합물의 첨가에 의해 화학적으로 발생될 수 있으며, 또는 압출성형 실린더 내측으로 직접 고압가스를 주입하여 물리적으로 발생시킬 수 있다. 상기 확장화합물은 특정한 온도 및 압력의 조건하에서 가스를 발생시킬 수 있는 것을 말하는 것이다.

적절한 화학적 "중량제(expanders)"의 예로는 탄산염 및/또는 중탄산염(예를 들면 탄산수소 나트륨)과 유기산의 혼합물(예를 들면 구연산)인 아조디카보아미드가 있다.

압출성형 실린더 내측으로 고압으로 주입되는 가스로 질소, 이산화탄소, 공기 및, 프로판이나 부탄 등과 같은 휘발성 탄화수소를 예를 들 수 있다.

확장 중합체층을 덮는 외부 피복 보호물은 편리하게 보통 사용되는 타입이 될 수 있다. 사용될 수 있는 외부코팅용 물질은 폴리에틸렌(PE), 특히 중밀도 폴리에틸렌(MDPE) 및 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 폴리비닐 클로라이드(PVC), 탄성중합체 혼합물 등이 있다. 중밀도 폴리에틸렌(MDPE)이나 폴리비닐 클로라이드(PVC)가 바람직하게 사용된다. 일반적으로, 이러한 외부 피복을 형성하는 중합체 물질은 약 400 내지 약1200 MPa 사이의 굽힘탄성계수, 바람직하게는 약 600 MPa 내지 1000MPa 사이의 굽힘탄성계수를 갖는다.

출원인은, 외부 피복의 존재는 확장 코팅과 결합하여 요구되는 충격강도 특성을 구비한 코팅을 제공하는데 기여한다는 것을 알아냈다. 특히 출원인은, 충격강도에 대한 외부피복의 이러한 기여는 확장 코팅의 동일한 두께를 위해, 상기 확장 코팅을 형성하는 중합체의 팽창도가 증가함에 따라 증가하는 것을 알아냈다. 이 외부 피복의 두께는 바람직하게는 0.5 mm 이상, 특히 1 내지 5mm 사이, 바람직하게는 2 내지 4mm 사이가 적당하다.

본 발명에 따른 충격강도를 가진 케이블의 제작은 케이블 구조를 나타낸 도 2를 참조하여 설명된다. 그러나 상기 도면에서 코어들 사이에 코팅되는 별 모양의 공간들은 확장 중합체(10)로 직접 채워지는 것이 아니라 오히려 일반적인 충진물로 채워진다. 확장코팅은 그리고 나서, 이 반제품 케이블의 주위에 원형테두리(10a)를 형성하기 위해 이 반제품 케이블에 압출성형되고, 그런 다음 외부 중합체 피복(2)으로 덮여진다. 케이블 코어의 제작, 즉 전도체(4), 내부 반도체층(9), 절연체(5), 외부 반도체층(8), 그리고 금속막(4)의 조립은 예를 들어 압출성형과 같은 방법에 의해 공지된 기술에 따라 이루어진다. 그리고 나서 이들 코어는 서로 묶여 지고 별 모양의 공간들은 통상, 엮어진 코어들에 대한 충진물의 압출성형에 의해 종래의 충진물(예를 들어 탄성중합체 혼합물, 폴리프로필렌 섬유 및 그 유사물)로 채워져 원형단면을 가진 반제품 케이블을 얻게 된다. 그리고 나서 확장 중합체 코팅(10)은 상기 충진물질을 통해 압출성형된다. 바람직하게는, 압출기 헤드의 다이는, 중합체를 상기 압출기의 외부로 확장시킬 수 있도록 하기 위해서 확장된 코팅을 가지는 케이블의 최종 직경 보다 약간 작은 직경을 갖는다.

동일한 압출성형 조건(스크류의 회전속도, 압출성형 라인의 속도, 압출기 헤드의 직경 등과 같은)하에서, 압출성형 온도는 팽창도에 중요한 영향을 미치는 공정변화 요인중의 하나임을 알아냈다. 일반적으로, 160℃ 이하의 압출성형 온도에서는 충분한 팽창도를 얻기가 어려우며, 압출성형 온도는 바람직하게는 적어도 180℃ 이상, 특히 약 200℃가 적당하다. 통상, 압출성형 온도의 증가는 높은 팽창도와 상응한다.

또한, 압출기 출구에서 확장 코팅을 형성하는 중합체의 냉각속도를 적절히 느리게 또는 빠르게 조정함으로써 상기 중합체의 팽창도 증감조절이 가능하기 때문에, 냉각속도의 조절에 의해 중합체의 팽창도 범위를 어느 정도 조절하는 것이 가능하다.

언급한 바와 같이, 본 출원인은 이러한 인장강도의 평균값과 충격시에 측정된 값들 사이의 편차로 케이블 코팅층의 인장강도를 측정하는 방법에 의해 케이블 코팅에 대한 충격의 효과를 양적으로 한정하는 것이 가능함을 알아냈다. 특히, 내부 반도체층, 절연층 및 외부 반도체층을 포함하는 구조로 된 중전압 타입의 케이블의 경우, 인장강도(및 상대적 편차)는 외부 반도체 물질층과 절연층의 사이에서 편리하게 측정될 수 있다.

본 출원인은 특히 외장 중전압 케이블의 경우, 케이블이 받게 되는 특히 심한 충격의 영향은 약 72 주울(J)의 케이블에 대한 충격력을 허용하는 고전압 전력 전송용 외장케이블과 관련하여 프랑스 표준 HN 33-S-52을 기초로한 충격실험 방법으로 재현할 수 있음을 알아냈다.

코팅층의 인장강도는 프랑스 표준 HN33-S-52에 따라 측정될 수 있는데 절연층으로부터 외부 반도체층을 분리하기 위하여 가해져야 할 힘 또한 이에 따라 측정된다. 본 출원인은, 충격이 발생하는 순간 이러한 힘을 계속적으로 측정함으로써, 두 개의 층들 사이에서 응집력의 변화를 나타내는 힘의 정점이 측정됨을 알아냈다. 이들 변화는 일반적으로 코팅의 절연능력의 감소와 관련됨이 발견되었다. 상기 변화는 외부 커버(본 발명의 경우, 확장 코팅 및 외부 피복으로 구성되는)에 의해 제공된 충격강도가 적을수록 그에 비례하게 증가된다. 충격의 순간에 측정된 이러한 힘의 변화의 크기는, 케이블을 따라 측정된 평균값에 비례하여, 보호 코팅에 의한 보호 도수 표시를 제공한다. 일반적으로, 상기 평균값과 비교하여 20-25% 까지의 인장강도의 변화량은 받아들여지는 것으로 간주된다.

적절한 외부 보호물 보호 중합체 피복과 함께 편리하게 사용될 수 있는 확장 코팅의 특성(물질, 팽창도, 두께)은 기본적인 케이블 구조를 제공하는 충격보호에 따라 적절히 선택될 수 있고, 물질의 경도나 밀도 등과 같은 절연체 및/또는 반도체로 사용되는 특정 물질의 특성에 달려있다.

본 설명을 통해 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 케이블은 금속 외장과 비교하여 볼 때, 확장 중합체 코팅의 유리한 장점으로 인해 특히 일반적인 외장케이블을 대체하기에 적합하다. 그러나, 그의 사용은 특수한 용도 등에 제한되지 않는다. 사실상, 상기 발명에 따른 케이블은 향상된 내충격특성을 갖는 케이블이 바람직하게 요구되는 모든 용도에 편리하게 사용될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 내충격 케이블은 지금까지는 외장케이블의 사용이 편리하였으나 금속외장의 결점으로 인하여 그 사용이 제지된 모든 용도에서 종래의 비외장 케이블을 대체할 수 있다.

이하 실예가 되는 몇 개의 실시예들을 제시하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.

실시예 1

확장 코팅을 구비한 케이블의 제조

본 발명에 따른 확장 중합체 코팅의 충격 강도를 평가하기 위해서 코어에 대해 다양한 팽창도를 가지며 다양한 두께를 갖는 몇 개의 중합체가 압출성형에 의해 여러개의 시험편들이 제조된다. 상기 코어는 0.5mm 두께의 반도체 물질층으로 코팅된 약 14mm 두께의 다중-와이어 전도체와, 에틸렌-프로필렌고무(EPR)를 바탕으로 한 3mm의 절연체 혼합물층과 카본 블랙(carbon black)이 첨가된 에틸렌/비닐 아세테이트(EVA)를 바탕으로 한 0.5mm의 "쉽게 벗겨지는(easy stripping)"반도체 물질층으로 이루어지며, 전체 코어 두께가 약 22mm이다.

저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 70/30 중량의 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)의 기계적 혼합물과 미세한 분말의 천연 가황고무(300-600㎛의 입자 크기, 폴리에틸렌-분말)로된 폴리프로필렌(PP), 에틸렌-프로필렌고무로 변형된 폴리프로필렌(70/30 의 중량혼합물로 된) 폴리프로필렌-에틸렌프로필렌고무는 확장될 수 있는 중합체 물질로 사용된다. 이들 물질은 다음부터 A부터 E 로 나타내지며 다음의 표 1a에서 상세하게 설명된다.

	물질	상표명 및 제조사	계수(MPa)
ABCDE	저밀도 폴리에틸렌(LDPE) 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)폴리프로필렌(PP)폴리프로필렌-에틸렌프로필렌고무(PP-EPR)폴리에틸렌(PE)/분말	Riblene FL 30-EnichemDGDK 3364-Union CarbidePF 814-MontellFINA-PRO 3660SRiblene FL 30	260 1000 1600 1250

중합체는 두가지의 상이한 확장화합물(CE)을 병용하여 화학적으로 확장되었고, 이들은 다음의 표 1b와 같이 나타난다.

	화합물	상표명 및 제조사
CE1	아조디카르보아미드(azodicarboamide)	Sarmapor PO - Sarma
CE2	카르복실 에시드바이카보네이트(carboxylic acidbicarbonate)	Hydrocerol CF 70 - Boehringer Ingelheim

확장될 중합체와 확장 화합물은 80mm-25D 단일-스크류 압출기(Bandera) 내측으로 적재된다(표 2에 나타낸 비율로). 이 압출기는 최종 부위의 깊이가 9.6mm인 나사변환스크류(threaded transfer screw)를 갖추고 있다. 압출성형 시스템은 코팅되는 코어의 원활한 작업처리를 제공하는 수다이(male die)(일반적으로 코팅되는 코어의 직경 보다 약 0.5mm 정도 큰 직경을 갖는)와, 확장 코팅을 구비한 케이블의 직경 보다 약 2mm 정도 작은 크기를 갖도록 된 암다이(female die)로 구성되어, 이러한 방식으로, 압출성형된 물질은 압출성형 헤드 출구가 이 헤드의 내측 또는 압출기의 내측 보다 오히려 확장시키게 된다. 코팅되는 코어의 작업처리 속도(압출성형 라인의 속도)는 확장된 물질의 바람직한 두께의 함수로써 정해진다.

압출성형 헤드로부터 약 500mm 거리에는 확장을 중단시키고 압출성형된 물질을 냉각시키기 위한 쿨링파이프(냉각수를 수용한)가 있다. 그런후에 케이블은 보빈에 감겨진다.

중합체 물질/확장제 혼합물의 구성과 압출성형 조건(속도, 온도)은 아래의 표 2에 나타낸 바와 같이 적절히 변동된다.

표 2 : 확장 혼합물과 압출성형 조건

케이블 번호	물질+% 및 확장제 형태	압출기⁽¹⁾압출기온도 라인속도 속도 (℃) (m/min) (rev/min)
1234567891011	A + 2%CE1A + 2%CE1A + 2%CE1A + 2%CE1A + 2%CE1A + 0.8%CE2C + 0.8%CE2C + 0.8%CE2E + 0.8%CE2B + 1.2%CE2D + 2%CE2	6.4 165 3 11.8 190-180 2 5.5 190-180 3 6.8 190-180 2 6.4 165 1.5 5.7 225-200 2 3.7 200 2 6.3 200 2 4.9 225-200 1.8 8.2 225-200 2 8 225-200 2

⁽¹⁾: 압출성형 온도는 실린더 및 압출성형 헤드와 관련된다. 하나의 값만 주어질 경우, 이들 온도는 동일하다. 압출기의 최초 영역에서 온도는 약 150℃이다.

압출기의 온도가 너무 낮기 때문에(165℃) 샘플 1은 확장되지 않았으며, 유사하게, 동일한 이유로 인해서 샘플 5는 제한적으로 확장된다(단지 5%).

확장 코팅을 가지는 케이블은 그리고 나서 종래의 압출성형 방법들에 의해, 다양한 두께(표 3에 표시)를 가진 중밀도 폴리에틸렌(MDPE)(CE 90 - Materie Plastiche Bresciane)의 종래 피복으로 코팅되고, 그럼으로써 표 3에 나타낸 특성들을 가진 케이블 샘플들을 얻게 된다. 중합체가 확장되지 않은 1번 케이블은 비확장 중합체 코팅과 비교되어 얻어진다. 표 3은 또한 상대적인 목적으로, 확장된 충진물이 결여된 케이블 및 외부 피복으로만 코팅된 케이블의 특성을 제공한다(0번 케이블).

표 3 : 코팅의 특성

케이블 번호	충진물의 충진물의 피복 팽창도 두께 두께 (%) (mm) (mm)
01234567891011	- 0 3 0 1 3 31 4.3 3 61 1 3 48 2.5 3 5 3 3 35 2 2 52 2 2 29 3 2.2 23 2.5 2 78 4 2 82 4 2

상기 기술된 방식과 유사하게, 약 30%의 에틸렌-프로필렌고무로 변형된 폴리프로필렌으로 구성된 약 600 MPa 굽힘탄성계수의 중합체 물질 코팅을 사용하여, 표 4에 나타낸 바와 같이(샘플 12-17) 또 다른 6 개의 케이블 샘플들이 제조되었다. 표 4는 또한, 확장 코팅을 구비하지만 외부 피복이 결여된 비교예들을 제공한다(예 16a 와 17a).

표 4 : 코팅의 특성

케이블 번호	충진물의 충진물의 피복 팽창도 두께 두께 (%) (mm) (mm)
121314151616a1717a	71 3 1.9 22 2 2 167 3 1.8 124 2 2 56 2 2 56 2 - 84 2 2 84 2 -

실시예 2

충격 강도 실험

실시예 1에 따라 제조된 케이블의 충격 강도를 평가하기 위해서, 충격실험이 케이블 상에서 후속 손상평가와 함께 수행된다. 충격의 영향은 케이블의 시각적인 분석에 의한 방법과 충격시에 반도체 물질층의 인장강도 변화량을 측정하는 방법에 의해서 평가된다. 충격 실험은 프랑스 표준 HN 33-S-52에 기초하여, 27cm의 높이에서 27Kg 중량이 낙하되면서 얻어진 약 72주울(J)의 충격에너지를 케이블에 대해 제공한다. 본 실험을 위하여 이러한 충격력은 97cm 높이에서 낙하된 8Kg의 중량으로부터 얻어진다. 중량의 충격단은 V자형 라운드엣지(V-shaped rounded edge)(1mm의 곡률반지름) 펀칭헤드를 구비한다.

본 발명의 목적에 대하여, 충격 강도는 단일 충격에 의해 평가되어진다. 샘플 6-12에 있어서, 실험은 약 100mm 거리에서 처음부터 두 번 반복된다.

충격 강도는 프랑스 표준 HN 33-S-52에 따라 측정되는데, 상기 표준에 따라 절연층으로부터 외부 반도체층을 분리하기 위하여 가해져야 할 힘 또한 이에 따라 측정된다. 충격이 발생하는 순간 이러한 힘을 계속적으로 측정함으로써, 힘의 정점이 측정된다. 각 시험편에 있어서, 충격 순간에 두 개의 층을 분리하는데 요구되는 힘의 증가(평균값과 비례하여)에 해당하는 "양의" 힘의 정점 및 "음의" 힘의 정점(평균값과 반비례하여)이 측정되었다. 측정된 힘의 정점의 최대(Fmax)와 최소(Fmin) 간의 편차로부터 충격순간에서의 최대 인장강도 변화량이 얻어진다.

인장강도 변화량은 위에서 언급된 편차(Fmax-Fmin) 및 아래의 관계에 따라 케이블에 대하여 측정된 평균 인장 강도치(F＜＞) 간의 비율결정에 의해 계산된다.

% 변화량 = 100 (Fmax-Fmin) / F＜＞

케이블을 따라 측정된 평균값에 비례하여, 충격시에 측정된 이 힘의 변화량의 크기는 확장된 코팅에 의해 제공된 보호정도를 나타낸다. 일반적으로, 20-25% 까지의 변화량은 받아들여지는 것으로 간주된다. 표 5는 샘플 0-17a 에 대한 인장 강도의 변화치를 보여준다.

표 5 : 인장 강도의 % 변화량

케이블	1차실험 2차실험
01234567891011121314151616a1717a	62 78 40 - 18 - 27 - 13 - 21 - 17 23 9 12 4 5 19 15 9.8 12.5 4.3 2.5 7 14 16 17 14 12 10 10 16 18 30 55 15.5 13 116 103

표 5에 보인 바와 같이, 샘플 1에 (확장되지 못한것)에 의하면, 인장강도의 비율변화량은 매우 높았다; 이것은 확장되지 않은 중합체는 동일한 두께를 갖는 확장된(샘플 3에 표시, 61% 확장된 코팅) 중합체 물질층 보다 확실히 낮은 충격흡수용량을 갖는다는 것을 나타낸다. 샘플 3은 25% 한계값 보다 다소 높은 인장강도를 보여준다. 샘플에 의해 제공된 제한적 충격 강도는 주로 확장 코팅의 단 1mm의 두께에 의해서 영향을 받게 되는데, 이는 다른 샘플의 2-3mm 두께에 비례한다.

3mm 두께의 확장 코팅을 가지는 샘플 5는, 중합체의 낮은 팽창도(5%)로 인해 높은 인장강도치를 갖는다. 따라서 낮은 팽창도를 갖는 코팅에 의해 제공되는 제한적 충격 강도를 나타낸다. 샘플 4는 샘플 5(3mm와 비교하여 2.5mm)의 두께 보다 적은 팽창 물질의 두께를 가지지만 그럼에도 불구하고 더 높은 충격 강도를 갖고, 샘플 5의 21%와 비교하여 13%의 인장강도 변화량을 가짐으로써, 높은 팽창도는 높은 충격강도를 제공함을 설명하는 것이다.

샘플 13과 샘플 15를 비교하여 보면, 이것은 중합체의 팽창도(22%에서 124%까지)의 증가가 확장된 물질층 및 외부 피복의 동일한 두께에 대해서 코팅의 충격강도 증가를 얼마나 수반하는지를 알 수 있다(인장강도 변화량의 16-17%에서 10% ). 이러한 경향은 샘플 16과 샘플 17의 비교에 의해서 확인된다. 그러나, 샘플 16, 17과 샘플 16a, 17a(외부 피복이 없는)를 각각 비교하면, 충격보호의 증가에 대해 외부 피복에 의해 제공되는 기여도가 팽창도 증가에 따라 어느 정도 증가하는지를 알 수 있다.

실시예 3

외장 케이블의 충격강도 비교 실험

10번 케이블은 확장된 코팅층의 충격 강도 효과를 확인하기 위하여 일반적인 외장케이블과 대비하여 실험되었다.

상기 외장 케이블은 10번 케이블과 동일한 코어(즉, 0.5mm의 반도체 물질층, 에틸렌-프로필렌고무(EPR)를 바탕으로 한 3mm의 절연혼합물층 및 추가로 카본 블랙이 첨가된 에틸렌/비닐 아세테이트(EVA)를 바탕으로 한 0.5mm의 "쉽게 벗겨지는(easy stripping)" 반도체물질층으로 코팅된 약 14mm 두께의 다중-와이어 전도체, 전체 코어 두께가 약 22mm인)를 가지고 있다. 상기 코어는 케이블의 내측으로부터 외측으로:

a) 약 0.6mm 두께의 고무-베이스 충진물질층;

b) 약 0.6mm 두께의 폴리비닐 클로라이드(PVC) 피복;

c) 각각 약 0.5mm 두께의 2개의 외장 강철 테잎; 및

d) 약 2mm 두께의 중밀도 폴리에틸렌(MDPE) 외부 피복에 의해 둘러싸여 진다.

비교실험에서, "낙하하중(falling weight)"타입의 동력기계(CEAST, mod. 6758)가 사용되었다. 각각 50cm(약 54주울(J)의 충격력) 높이와 20cm(약 21주울(J)의 충격력) 높이에서 11kg 중량을 낙하시키는 두 종류의 실험이 실시되었는데, 중량은 충격단에 약 10mm의 반지름의 반구형 헤드를 구비한다.

케이블의 변형 결과는 도 4 및 5(각각 50cm와 20 cm 높이)에 도시되며, 여기서 본 발명에 따른 케이블은 a)로, 종래의 외장 케이블은 b)로 표시된다.

케이블의 구조손상을 평가하기 위해 코어의 변형량이 측정된다. 사실상, 반도체-절연체-반도체 피복의 높은 변형량은 케이블의 절연 전기적 결함을 유발하기 쉽다. 상기 결과들은 표 6에 나타난다.

표 6 : 충격 후에 반도체층의 두께의 감소 %

	일반적인 외장 케이블	10번 케이블
50cm 높이에서의 충격	41 %	26.5%
20cm 높이에서의 충격	4.4 %	2.9 %

표 6에 나타낸 결과들로부터 명확하게 나타나듯이, 본 발명의 케이블은 일반적인 외장케이블 보다 더 나은 충격강도 성능을 보여준다.

상기 내용에 포함되어 있음.

Claims

a) 전도체와;

b) 상기 전도체 주위에 위치되는 적어도 하나의 치밀한 절연 코팅층; 그리고

c) 상기 치밀한 절연 코팅층의 주위에 위치되는 확장 중합체 물질로 된 코팅층을 포함하는 전력 전송케이블에 있어서,

상기 전력전송 케이블에 내충격 특성을 부가할 수 있도록 상기 중합체 물질은 소정의 기계적 강도 특성 및 팽창도를 갖는 것을 특징으로 하는 전력전송 케이블.
제 1항에 있어서, 상기 확장 중합체 물질의 코팅층은 확장전에, ASTM 표준 D790에 따라 측정시 실온에서 최소한 200 MPa 이상의 굽힘탄성계수를 갖는 중합체 물질로부터 얻는 것을 특징으로 하는 전력전송 케이블.
제 1항에 있어서, 상기 굽힘탄성계수는 400 MPa 내지 1800 MPa 사이인 것을 특징으로 하는 전력전송 케이블.
제 1항에 있어서, 상기 굽힘탄성계수는 600 MPa 내지 1500 MPa 사이인 것을 특징으로 하는 전력전송 케이블.
제 1항에 있어서, 상기 중합체 물질의 팽창도는 약 20%에서 약 3000%인 것을 특징으로 하는 전력전송 케이블.
제 1항에 있어서, 상기 중합체 물질의 팽창도는 약 30%에서 약 500%인 것을 특징으로 하는 전력전송 케이블.
제 1항에 있어서, 상기 중합체 물질의 팽창도는 약 50%에서 약 200%인 것을 특징으로 하는 전력전송 케이블.
제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 확장 중합체 물질의 코팅층은 0.5mm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 전력전송 케이블.
제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 확장 중합체 물질의 코팅층은 1 내지 6mm 사이의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 전력전송 케이블.
제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 확장 중합체 물질의 코팅층은 2 내지 4mm 사이의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 전력전송 케이블.
제 1항에 있어서, 상기 확장 중합체 물질은 폴리에틸렌(PE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 중밀도 폴리에틸렌(MDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 그리고 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE); 폴리프로필렌(PP); 에틸렌-프로필렌 고무(EPR), 에틸렌-프로필렌 공중합체(EPM), 에틸렌-프로필렌-디엔 3중합체(terpolymer)(EPDM); 천연고무; 부틸고무; 에틸렌/비닐 아세테이트(EVA) 공중합체; 폴리스티렌; 에틸렌/아크릴레이트 공중합체, 에틸렌/메틸 아크릴레이트(EMA) 공중합체, 에틸렌/에틸 아크릴레이트(EEA) 공중합체, 에틸렌/부틸 아크릴레이트(EBA) 공중합체; 에틸렌/알파-올레핀 공중합체; 아크릴로니트릴-부타디엔-스틸렌(ABS) 수지; 할로겐화 중합체, 폴리비닐 클로라이드(PVC); 폴리우레탄(PUR); 폴리아미드; 방향성 폴리에스테르, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT); 그리고 상기 물질들의 공중합체 또는 그 기계적 혼합물로부터 선택됨을 특징으로 하는 전력전송 케이블.
제 1항에 있어서, 상기 확장 중합체 물질은 폴리에틸렌(PE) 및/또는 폴리프로필렌(PP)을 바탕으로 한 폴리올레핀 중합체 또는 공중합체임을 특징으로 하는 전력전송 케이블.
제 1항에 있어서, 상기 확장 중합체 물질은

폴리에틸렌(PE) 및/또는 에틸렌 프로필렌고무로 변형된 폴리프로필렌(PP)을 바탕으로한 폴리올레핀 중합체 또는 공중합체임을 특징으로 하는 전력전송 케이블.
제 13항에 있어서, 상기 확장 중합체 물질은 에틸렌-프로필렌고무(EPR)로 변형된 폴리프로필렌이고 폴리프로필렌/에틸렌-프로필렌고무의 중량비는 90/10 에서 50/50 사이인 것을 특징으로 하는 전력전송 케이블.
제 14항에 있어서, 상기 폴리프로필렌/에틸렌-프로필렌고무의 중량비는 85/15 에서 60/40 사이인 것을 특징으로 하는 전력전송 케이블.
제 14항에 있어서, 상기 폴리프로필렌/에틸렌-프로필렌고무의 중량비가 약 70/30 인 것을 특징으로 하는 전력전송 케이블.
제 12항에 있어서, 폴리에틸렌(PE) 및/또는 폴리프로필렌(PP)을 바탕으로 한 폴리올레핀 중합체 또는 공중합체는 분말형태의 가황고무를 소정량 포함하는 것을 특징으로 하는 전력전송 케이블.
제 17항에 있어서, 상기 분말형태의 가황고무의 양은 중합체의 중량의 10% 내지 60%의 사이인 것을 특징으로 하는 전력전송 케이블.
제 1항 내지 18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 케이블은 외부 중합체 피복을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력전송 케이블.
제 19항에 있어서, 상기 피복은 상기 확장된 중합체 코팅층과 접촉됨을 특징으로 하는 전력전송 케이블.
제 19항 또는 제 20항에 있어서, 상기 피복은 0.5mm 이상의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 전력전송 케이블.
제 19항 또는 제 20항에 있어서, 상기 피복은 1 에서 5mm 사이의 두께를 갖는것을 특징으로 하는 전력전송 케이블.
확장 중합체 물질의 코팅층을 상기 전력 전송 케이블에 코팅하는 단계를 포함하는 전력 전송 케이블에 충격 강도를 부가하는 방법.
제 23항에 있어서, 외부 중합체 피복을 상기 확장 코팅층에 코팅하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 전송 케이블에 충격 강도를 부가하는 방법.
전력 전송 케이블에 충격 강도를 부가하기 위한 확장 중합체 물질의 용도.
적어도 하나의 절연코팅층을 포함하는 케이블의 충격강도를 평가하는 방법에 있어서,

a) 상기 절연층의 평균 인장 강도를 측정하는 단계;

b) 상기 케이블에 소정 에너지를 가진 충격을 가하는 단계;

c) 충격시에 상기 절연층의 인장 강도를 측정하는 단계; 및

d) 평균 인장 강도와 충격시에 측정된 인장 강도 간의 편차가 소정치 보다 작은가를 검사하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 케이블의 충격강도를 평가하는 방법.
제 26항에 있어서, 상기 인장 강도는 절연 코팅층과 외부 반도체 코팅층 사이에서 측정되는 것을 특징으로 하는 케이블의 충격강도를 평가하는 방법.
제 27항에 있어서, 상기 평균 인장 강도와 충격시에 측정된 인장 강도 간의 편차는 25% 이하인 것을 특징으로 하는 케이블의 충격강도를 평가하는 방법.