KR20040084496A - 무독성 및 고성능의 옥내용 광케이블 - Google Patents

무독성 및 고성능의 옥내용 광케이블 Download PDF

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Abstract

본 발명은 아크릴레이트 수지로 이루어진 클래드부 표면에 버퍼층이 형성된 다수의 광섬유와 상기 다수의 광섬유를 실장하는 시스를 구비하는 무독성 및 고성능의 옥내용 광케이블에 관한 것으로서, 버퍼층과 시스는 난할로겐 극성 단량체의 함량이 20 내지 70 중량%인 에틸렌 공중합체 70 내지 95 중량% 및 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 폴리올레핀 수지 5 내지 30 중량%로 이루어진 고분자 혼합물로 형성된다. 본 발명의 옥내용 광케이블은 연소시 독성가스를 방출하지 않을 뿐만 아니라 클래드부로부터의 적절한 탈피강도를 유지함으로서 케이블 설치시 작업성이 향상된다.

Description

무독성 및 고성능의 옥내용 광케이블{A nontoxic and high efficient indoor optical fiber cable}
본 발명은 아크릴레이트 수지로 이루어진 클래드부 표면에 버퍼층이 형성된 다수의 광섬유와 상기 다수의 광섬유를 실장하는 시스를 구비하는 옥내용 광케이블에 있어서 버퍼층과 시그가 난할로겐(Non-halogen) 고분자 혼합물로 형성된 무독성 및 고성능의 옥내용 광케이블에 관한 것이다.
국내외에서 양방향 통신 구현, 화상통화 구현 등 다양한 통신 서비스가 이루어지고 랜(LAN)의 보급이 확산됨에 따라 광케이블의 수요가 계속 증가하고 있다. 광케이블은 용도에 따라 옥외의 선로에 설치되는 옥외용 케이블, 건축물의 천장, 바닥, 또는 벽 등에 설치되는 옥내용 케이블 및 옥외와 옥내 사이에 설치되는 인입용 케이블로 크게 구분될 수 있는데, 옥내용 케이블 중 통상적인 12심 옥내용 광케이블의 개략적인 단면도를 도 1에 나타냈다.
도 1을 참조하면, 옥내용 광케이블(10)은 빛을 전송하기 위한 코어부(미도시)를 피복하고 있는 아크릴레이트 수지로 이루어진 클래드부(11) 표면에 버퍼층(13)이 형성된 다수의 광섬유를 시스(17)가 실장하고 있다. 통상적으로 광섬유들은 시스(17)에 실장되기 전에 외부의 인장력에 대응할 수 있도록 아라미드 얀, 폴리아릴레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리아세탈, 보론 파이버와 같은 보조인장재(15, strength member)로 감싸져 있다. 버퍼층(13)과 시스(17)는 광섬유를 보호하고 광케이블의 항장력을 강화시키는 역할을 하는데, 같은 재료로 제조되는 경우가 많다. 서로 다른 재료로 제조할 경우 버퍼층과 시스 사이의 수축율 차이에 의하여 광섬유가 구부러지는 벤딩(bending) 현상이 발생하는데, 이는 광섬유의 전송능력 및 속도를 저해하는 광손실(attenuation)로 연결되기 때문이다.
옥내용 광케이블의 시스와 광섬유 버퍼층을 형성하는 재료로서 폴리에스테르 엘라스토머(Polyester Elastomer), 폴리우레탄 또는 나일론을 사용하는 경우, 가격이 비쌀 뿐만 아니라, 케이블이 보빈에 권취된 후에 코일링 현상이 발생할 우려가 있다. 코일링 현상이란, 재료로 사용되는 고분자가 유동에 저항하는 성질이 있어 케이블에 권취되어 구부러진 후에 권취되기 이전의 펴진 상태로 회복되지 않는 현상이다. 코일링 현상에 의하여 광섬유 내에 빛이 전달될 수 있는 허용 곡률반경 이상으로 버퍼층이 구부러지는 벤딩현상이 발생하게 되고, 이로 인하여 수신단의 전송용량을 크게 제어하는 광손실을 일으킨다. 또한 코일링 효과는 케이블 인입 및 설치시 사용자의 불만을 야기한다. 특히, 나일론을 재료로서 사용하는 경우에는 아크릴레이트 수지로 이루어진 클래드와의 접착성이 너무 강하여 탈피(strip)가 되지 않아 작업성이 저하되는 문제점이 있다.
반면, 폴리비닐클로라이드(PVC) 수지는 저렴할 뿐만 아니라 코일링 현상이 발생하지 않으며 제반 물성도 우수하므로 광케이블의 버퍼층 및 시스 재료로 선호되고 있다. 그러나, 옥내용 광케이블을 구성하는 버퍼층과 시스의 재료로서 PVC를 사용하는 경우, 화재시 많은 양의 연기를 방출하여 화재 진압을 어렵게 하며 다량 발생된 다이옥신과 염화수소는 부식성 및 독성이 매우 크다는 문제가 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 연소시 발연량이 매우 작을 뿐만 아니라 발생하는 가스도 무독성인 난할로겐 고분자 재료가 제안되었다. 대표적인 난할로겐 고분자 재료인 폴리에틸렌과 폴리프로필렌은 물성이 우수하고 연소시 독성가스를 방출하지 않으나, 비극성이므로 버퍼층의 재료로 사용시 극성인 아크릴레이트 수지로 이루어진 클래드부와의 접착력이 약하여 쉽게 분리되는 문제점이 있다. 또한, 이러한 폴리올레핀 고분자는 결정성이 높아 온도 변화에 따라 크게 수축될 수 있으므로 광손실이 발생할 우려가 있다. 이에 대한 대안으로서, 난할로겐 극성 단량체를 공중합한 에틸렌 공중합체 재료가 제안되었다. 그러나, 이러한 고분자는 클래드부와의 접착성이 너무 강하여 분기 등의 작업성이 떨어질 뿐만 아니라, 내열성도 저하되는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기 문제점을 해결하여 내열성, 내벤딩성 등의 기본적인 물성이 우수하고 연소시 독성가스를 방출하지 않을 뿐만 아니라, 클래드부로부터의 적절한 탈피강도가 유지되어 케이블 설치시 작업성이 향상될 수 있는 옥내용 광케이블을 제공하는데 있다.
도 1은 통상적인 12심 옥내용 광케이블을 개략적으로 도시한 단면도이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 아크릴레이트 수지로 이루어진 클래드부 표면에 버퍼층이 형성된 다수의 광섬유와 상기 다수의 광섬유를 실장하는 시스를 구비하는 옥내용 광케이블로서, 버퍼층과 시스가 난할로겐 극성 단량체의 함량이 20 내지 70 중량%인 에틸렌 공중합체 70 내지 95 중량% 및 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 폴리올레핀 수지 5 내지 30 중량%로 이루어진 고분자 혼합물로 형성된 것을 특징으로 하는 무독성 및 고성능의 옥내용 광케이블을 제공한다.
본 발명에 따른 옥내용 광케이블에 있어서, 에틸렌 공중합체로는 EVA(ethylene vinyl acetate), EAA(ethylene acrylic acid), EMA(ethylene methyl acrylate), EEA(ethylene ethyl acrylate), EBA(ethylene butyl acrylate) 등을 단독으로 또는 이들을 혼합하여 사용할 수 있고, 폴리에틸렌은 특히 항장력 등의 물성이 우수한 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 옥내용 광케이블에는 난연성을 부여하기 위하여 수산화알루미늄, 칼슘하이드록사이드, 칼슘카보네이트, 마그네슘카보네이트 등의 무기난연제를 더 첨가하는 것이 바람직하다.
이하에서는 본 발명에 따른 무독성 및 고성능의 옥내용 광케이블에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 비극성인 폴리에틸렌, 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀 수지와 난할로겐 극성 단량체를 함유하는 에틸렌 공중합체를 적절량 혼합한 고분자 혼합물을버퍼층 및 시스의 재료로 형성하므로서, 연소시 독성가스를 방출하지 않고 내열성, 내벤딩성 등의 기본적인 물성이 우수하게 유지되면서도 아크릴레이트 수지로 이루어진 클래드부와의 적절한 접착성과 탈피성을 갖는 버퍼층을 구비한 광섬유를 실장한 옥내용 광케이블을 제조하였다.
본 발명의 옥내용 광케이블에 있어서, 버퍼층과 시스를 형성하는 고분자 혼합물은 난할로겐 극성 단량체의 함량이 20 내지 70 중량%인 에틸렌 공중합체 70 내지 95 중량%를 함유한다. 에틸렌 공중합체에서 극성 단량체의 함량이 20 중량% 미만이면, 결정성이 높아져 온도 변화에 따른 수축율이 상승하므로서 광손실을 유발할 우려가 있고, 그 함량이 70 중량%를 초과하면 클래드부와의 접착력이 지나치게 강해져 버퍼층의 탈피가 어렵게 되는 문제가 있다. 에틸렌 공중합체로는 EVA(ethylene vinyl acetate), EAA(ethylene acrylic acid), EMA(ethylene methyl acrylate), EEA(ethylene ethyl acrylate), EBA(ethylene butyl acrylate) 등의 공중합체를 단독으로 또는 이들을 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명의 옥내용 광케이블에 있어서, 버퍼층과 시스를 형성하는 고분자 혼합물은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 폴리올레핀 수지 5 내지 30 중량%를 포함한다. 폴리올레핀 수지의 함량이 5 중량% 미만이면 기계적 물성과 내열성이 저하되고 버퍼층의 탈피가 어려워지며, 그 함량이 30 중량%를 초과하면 고분자 혼합물의 수축율이 높아지고 클래드부에 대한 접착성도 저하되는 문제점이 있다. 폴리에틸렌으로는 극저밀도 폴리에틸렌(VLDPE), 선형저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 중밀도 폴리에틸렌(MDPE),고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 등을 단독으로 또는 이들을 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 옥내용 광케이블에 있어서, 버퍼층과 시스를 형성하는 고분자 혼합물에 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 칼슘하이드록사이드, 칼슘카보네이트, 마그네슘 칼슘카보네이트 등의 무기난연제를 혼합하여 광케이블에 난연성을 부여할 수 있으며, zinc borate, zinc stannate, silicone rubber와 같은 난연조제를 를 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 무기난연제 및 난연조제의 적절한 함량은 고분자 혼합물 총중량을 기준으로 각각 50 내지 200 중량% 및 5 내지 20 중량%이다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되어 지는 것이다.
실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 4
하기 표 1에 기재된 바에 따라 HDPE 및 에틸렌 공중합체, 수산화알루미늄 등의 무기난연제를 함유한 혼합물로 버퍼층과 시스를 형성한 옥외용 광케이블을 제조하였다.
비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 실시예 1 실시예 2 실시예 3
케이블 종류 12 Core Distribution Cable
케이블 외경(mm) 8.0
코어부 외경(mm) 0.25
버퍼층 두께(mm) 0.5
시스 두께(mm) 1.5
버퍼층 및 시스 재료(중량부) HDPE 100 - 40 40 20 10 10
EVA(VA 18중량%) - 100 - - - - -
EVA(VA 18중량%) - - 60 60 80 90 -
EVA(VA 18중량%) - - - - - - 90
나일론 12 - - - - - - -
수산화나트륨(ATH) 60 60 60 250 100 150 100
페놀계 산화방지제 60 1 1 1 1 1 1
파라핀 왁스 1 1 1 1 1 1 1
상기 실시예 및 비교예에 따라 제조한 광케이블에 대하여 하기와 같이 탈피성, 난연성, Temperature Cycling, 인장특성 등을 측정하여 표 2에 나타냈다.
탈피성
IEC 60794-1-2 E5/IEC 60793-1-3 B6 탈피인장시험에 준하여 평가하였다.
클래드부에 대한 접착성과 탈피성을 고려할 때, 적절한 탈피인장강도는 1300 ~ 1500g이다.
난연성
IEC 332-3C 난연시험에 준하여 평가하였다. 적절한 연소길이는 240cm 이하이다.
Temperature Cycling
BellCore GR 409의 Temperature Cycling 시험의 온도범위에서 1번째, 2번째사이클 후 손실변화(dB/Km)를 측정하였다. Temperature Cycling의 시험조건은 20℃→0℃→50℃→0℃→50℃였고, 시편규격은 길이 15cm, 폭 0.6cm였다. 적절한 손실변화는 0.60dB/Km이하이다.
인장특성
ASTM D638에 준하여 인장강도 및 신율을 측정하였다.
적절한 인장강도 및 신장율은 각각 0.90Kg/㎟ 이상, 120%이상이고, 100℃에서 168시간후 aging 후의 인장강도잔율 및 신장율잔율은 각각 80%이상이다.
HDPE 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 실시예 1 실시예 2 실시예 3
코일링 현상 없음 없음 없음 없음 없음 없음 없음
탈피인장강도 300 2200 1000 950 1350 1400 1450
난연성(cm) 320 200 220 50 95 80 65
Temperature Cycling(2nd Cycle, dB/Km)) 1.45 0.40 1.10 0.95 0.50 0.20 1.10
인장강도(Kg/㎟) 1.82 0.60 1.62 1.01 1.36 1.20 1.05
신장율(%) 132 220 175 75 162 170 200
인장강도잔율(%) 90 60 95 85 90 95 97
신장율잔율(%) 85 54 93 82 85 88 86
상기 표 2를 참조하면, 옥내용 광케이블의 시스 및 광섬유 코팅용 버퍼층의 재료로서 본 발명에 따른 적절한 함량의 고분자 혼합물을 사용한 실시예 1 내지 3은 코일링 현상이 없고 광손실 변화량이 매우 적을 뿐만 아니라, 적절한 탈피강도를 유지하므로서 인장강도 등의 기본 물성을 우수하면서도 작업성 또한 뛰어남을 알 수 있다. 또한, 무기난연제를 적량 첨가하므로서 충분한 난연성도 부여할 수 있었다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 옥내용 광케이블은 연소시 독성가스를 방출하지 않으며, 코일링 현상이 없고 광손실 변화량이 매우 적을 뿐만 아니라, 인장강도 등의 기본 물성이 우수하다. 또한, 클래드부에 대한 버퍼층의 탈피강도를 적절한 범위로 유지하므로서 분기시의 작업성 또한 뛰어나며, 무기난연제를 적량 첨가시 충분한 난연성도 부여할 수 있다.

Claims (4)

  1. 아크릴레이트 수지로 이루어진 클래드부 표면에 버퍼층이 형성된 다수의 광섬유와 상기 다수의 광섬유를 실장하는 시스를 구비하는 옥내용 광케이블에 있어서,
    상기 버퍼층과 시스는 난할로겐 극성 단량체의 함량이 20 내지 70 중량%인 에틸렌 공중합체 70 내지 95 중량% 및 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 폴리올레핀 수지 5 내지 30 중량%로 이루어진 고분자 혼합물로 형성된 것을 특징으로 하는 무독성 및 고성능의 옥내용 광케이블.
  2. 제1항에 있어서, 상기 에틸렌 공중합체는 EVA(ethylene vinyl acetate), EAA(ethylene acrylic acid), EMA(ethylene methyl acrylate), EEA(ethylene ethyl acrylate), EBA(ethylene butyl acrylate) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 무독성 및 고성능의 옥내용 광케이블.
  3. 제1항에 있어서, 상기 폴리에틸렌은 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)인 것을 특징으로 하는 무독성 및 고성능의 옥내용 광케이블.
  4. 제1항에 있어서, 무기난연제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무독성 및 고성능의 옥내용 광케이블.
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