KR20080085766A - 전선 및/또는 텔레커뮤니케이션 케이블용 교차 결합층의가공 방법 - Google Patents

전선 및/또는 텔레커뮤니케이션 케이블용 교차 결합층의가공 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전선 및/또는 텔레커뮤니케이션 케이블용 교차-결합층의 가공방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 a) 교차 결합성 폴리머, 과산화물, 및 가스 스캐빈져를 포함하는 혼합물을 압출하는 단계; 및 b) 상기 압출된 혼합물을 솔트 베스, 액체 베스, 또는 유동층 내에 함침시켜 열 작용하에서 교차-결합하여 교차-결합 층을 형성하는 단계;를 포함한다.
전선, 텔레커뮤니케이션 케이블, 교차-결합층, 과산화물, 가스 스캐빈져

Description

전선 및/또는 텔레커뮤니케이션 케이블용 교차 결합층의 가공 방법{A METHOD OF FABRICATING A CROSS-LINKED LAYER FOR A POWER AND/OR TELECOMMUNICATIONS CABLE}
본 발명은 열 작용하에서 과산화물을 이용한 기술에 의해 전선 및/또는 텔레커뮤니케이션 케이블용 교차-결합층을 가공하는 방법에 관한 것이다.
개략적으로 케이블은 전기적이거나, 광학적이거나, 또는 전력을 전달하기 위한 것이거나, 또는 데이타를 송신하기 위한 것이거나를 불문하고, 하나 이상의 절연 또는 보호용 부재 내에 연장되어 있는 하나 이상의 전기적 또는 광학적 전도체 부재에 의해 구성되어 있다.
상기 하나 이상의 절연 부재는 또한 특히 전기적 케이블을 위한 외장(sheath)을 구성하여 특정한 보호 기능을 수행한다.
본 발명에서, 교차 결합된 층은 절연 부재 또는 보호 외장일 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 케이블은 절연 전기 전도체에 적용된다.
공지된 전기 케이블을 가공하는 방법은 교차-결합된 열가소성 또는 엘라스토머 물질, 예를 들면 교차-결합된 폴리에틸렌 등으로 제조된 절연체를 포함하며, 상기 물질은 솔트 베스, 액체 베스, 또는 유동층 내에서, 그리고 대기압 또는 대기압과 가까운 압력에서, 열 작용하에 과산화물을 사용한 기술에 의해 교차-결합된다.
문헌 FR-2169035에 기재된 바와 같은 이러한 간단하고 저렴한 방법은, 그러나 교차-결합된 열가소성 또는 엘라스토머 물질에 기공(pores)이 상당한 정도로 형성되고, 이러한 기공 형성을 제한할 수 없는 문제점이 있다.
이러한 형태의 방법에서 통상적으로 사용되는 과산화물은 기체성 또는 휘발성 산물(방출 산물로 지칭된다)을 산출하며, 이는 교차-결합 단계에서 기공을 형성시킨다.
유사하게 이러한 형태의 방법에서 사용되는 폴리머, 충전제, 및/또는 첨가제의 조기 분해에 의해 휘발성 및 가스성 산물이 생성될 수 있다.
따라서 절연층의 특성, 특히 그 기계적 성질은 상당한 정도로 열화 된다.
또한, 전술한 전도체 부재를 둘러싸는 제1 교차-결합 층, 및 상기 제1층을 직접 둘러싸는 제2 교차-결합 층 양자를 포함하는 두 층 물질의 교차-결합 동안, 상기 현상은 두 층 물질의 제1층 뿐 아니라 제2층도 열화시킨다.
교차-결합 단계 동안, 두 층 물질이 공압출된 후, 휘발성 및 가스성 산물은 제1층에 축적될 뿐 아니라 두 층 사이의 계면을 통해 제2층 내로 이동한다.
결과적으로 두 층의 기계적 성질이 열화되며, 서로 부착되지 않는 경우가 발생될 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 과산화물 사용에 수반되는 상기 종래 기술의 문제를 피할 수 있고, 특히 기계적 성질이 개선된 교차-결합된 층을 갖는 전선 및/또는 텔레커뮤니케이션 케이블을 제안하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 하기 단계를 포함하는 가공 방법에 의해 수득될 수 있는 교차-결합 층을 포함하는 전선 및/또는 텔레커뮤니케이션 케이블을 제안한다:
a) 교차 결합성 폴리머(cross-linkable polymer), 과산화물(peroxide), 및 가스 스캐빈져(gas scavenger)를 포함하는 혼합물을 압출하는 단계; 및
b) 상기 압출된 혼합물을 솔트 베스(salt bath), 액체 베스(liquid bath), 또는 유동층(fluidized bed) 내에 함침(immerse)시켜 열 작용하에서 교차-결합하여 교차-결합 층을 형성하는 단계.
바람직하게는 이러한 방식으로 수득한 층은 상당한 정도로 제한된 기공성을 나타내며, 또는 기공이 전혀 존재하지 않는다.
또한 상기 교차-결합 층은 매우 간단하고, 저렴하고 신속한 방법에 의해 가공된다.
"가스 스캐빈져"는 증기 및/또는 가스와 반응하여 고체를 형성할 수 있는 화합물을 지칭한다.
예를 들면 상기 증기 및/또는 가스는 예를 들면 카본디옥사이드와 같은 산성 가스일 수 있다.
바람직하게는 상기 가스 스캐빈져는 칼슘 옥사이드(CaO)이다.
칼슘 옥사이드는 바람직하게는 카본디옥사이드와 반응하여 칼슘 카보네이트를 형성한다.
CaO는 본 발명에 사용되는 폴리머, 충전제 및/또는 첨가제 내에 존재할 수 있는 어떠한 잔류 습기도 제거할 수 있다.
칼슘 옥사이드는 발열 반응에서 물과 반응하여 칼슘 하이드록사이드를 생성한다.
따라서 상기 혼합물의 교차-결합 중에 물의 존재에 의해 생성되는 어떠한 기공도 상당한 정도로 제한된다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 가스 스캐빈져는 혼합물내 폴리머 100 중량부에 대하여 50 중량부 이하를 포함한다.
이를 초과하는 경우 만족할 정도의 기계적 성질을 얻기 어렵다.
본 발명의 다른 일 실시형태에서, 상기 혼합물의 과산화물은 다이-터트-부틸 퍼옥사이드(di-tert-butyl peroxide), 다이벤조일 퍼옥사이드(dibenzoyl peroxide), 다이(터트-부틸퍼옥시이소프로필)벤젠 퍼옥사이드(di(tert-butylperoxyisopropyl) benzene peroxide), 다이쿠밀 퍼옥사이드(dicumyl peroxide), 및 2, 5-다이메틸-2, 5-다이(터트-부틸퍼옥시)헥산(2,5-dimethyl-2,5di(tert-butylperoxy) hexane; DBPH)에서 선택되는 알킬 또는 아랄킬 다이-터셔리 퍼옥사이드이며, 바람직하게는 다이쿠밀 퍼옥사이드이다.
과산화물의 조기 분해를 피하기 위하여 상기 압출 단계는 과산화물의 분해 온도보다 낮은 온도에서 시행된다.
상기 언급된 과산화물들은 비제한적이며, 본 발명의 맥락에서 사용되는 과산화물은 높은 분해 온도를 가질 수 있으며, 따라서 압출 속도를 증가시키면서도 조기 교차-결합의 위험을 상당한 정도로 제한할 수 있다.
과산화물 교차-결합제는 통상적으로 혼합물 내 폴리머 100 중량부에 대하여 15 중량부를 초과하지 않는 양으로 사용된다.
과산화물에 의한 교차-결합은 또한 공지된 방식 예를 들어 알릴 또는 다이- 또는 트라이-비닐 화합물과 같은 보조제를 혼합물내에 첨가하여 그 속도를 가속할 수 있다.
바람직한 실시형태에서, 압출된 혼합물은 대기압, 또는 다른 말로 주변압에서, 또는 이들과 가까운 압력에서 교차-결합된다.
이로써 교차-결합 단계를 보다 용이하고, 매우 경제적으로 시행할 수 있다.
상기 교차-결합 단계는 또한 1 bar 내지 25 bar 범위의 실제 기압하에서 수행될 수 있다.
본 발명의 혼합물 내의 교차-결합성 폴리머는 예를 들어 하기의 라디칼:알킬(메틸, 에틸, 프로필, 옥틸, 옥타데실); 알케닐(비닐, 알릴, 아릴, 아랄킬); 알 카릴(페닐, 페닐에틸, 벤질, 토틸); 또는 플루오르알킬과 같은 본 분야에 잘 알려진 교차-결합성 유기 기를 포함할 수 있다.
하이드록실 또는 아실옥시 형태의 기능 라디칼 또한 상기 폴리머 내에 적은비율로 존재할 수 있다.
일 실시형태에서, 교차-결합성 폴리머는 폴리올레핀(polyolefin) 또는 폴리올가노실록산(polyorganosiloxane)이다.
폴리올레핀은 특히 에틸렌의 폴리머 또는 코폴리머일 수 있으며, 바람직하게 하기에서 선택된다: 저밀도 폴리에틸렌(low density polyethylene; LDPE); 폴리에틸렌-옥텐 엘라스토머(polyethylene-octene elastomer; POE); 에틸렌프로필렌 코폴리머(ethylene and propylene copolymer; EPR); 에틸렌비닐아세테이트 코폴리머( ethylene and vinyl acetate copolymer; EVA); 에틸렌알킬아크릴레이트 코폴리머(예를 들면 에틸렌부틸아크릴레이트 코폴리머(EBA), 에틸렌메틸아크릴레이트 코폴리머(EMA), 및 에틸렌에틸렌에테르아크릴레이트 코폴리머(EEA)); 에틸렌아크릴산코폴리머; 및 에틸렌터폴리머(ethylene terpolymer); 또는 이들의 혼합물.
폴리올가노실록산은 각각 1,000,000 밀리파스칼세컨드(MPa.s)이하 내지 25℃에서 최소한 1,000,000 MPa.s의 점도를 갖는 점성 액체에서 고분자량 고무 정도의 점조도(consistency)를 가진다.
25℃에서 최소한 1,000,000 MPa.s의 점도를 갖는 폴리올가노실록산은 통상 실리콘 고무로 알려져 있다.
바람직하게는 본 발명의 혼합물은 첨가제와 함께 강화성 및/또는 비강화성 충전제를 포함할 수 있다.
강화성 충전제(reinforcing filler)는 대부분이 통상 125(m2/g) 이상의 비표면적을 갖는 피로제닉 실리카(pyrogenic silica)이다. 충전제 및 교차-결합된 폴리머 사이의 결합은 기계적 성질을 더욱 개선시킨다.
비 강화성 충전제는 교차-결합성 폴리머와 다소 약하게 반응하며, 예를 들면, 초크(chalk), 석영 분말(quartz powder), 미카(mica), 카올린, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘 또는 철산화물이다.
상기 충전제는 본 기술분야에 잘 공지되어 있으며, 점도 또는 쇼어 경도(Shore hardness) 등과 같은 특정 물리적 성질을 얻기 위하여, 및/또는 온도 안정성 또는 내화성을 개선하기 위하여 사용된다.
본 혼합물은 항-구조제(anti-structuring agent), 색소물질, 가소제 또는 안정제와 같은 첨가제를 포함할 수 있다.
다른 실시형태에서, 본 발명의 방법은 두-층 물질에 관련되며, 상기 물질은
- 본 발명의 교차-결합성 폴리머, 과산화물, 및 가스 스캐빈져를 포함하는 제1 혼합물에서 수득된 제1 교차-결합 층; 및
- 상기 제1 층에 함유된 것과 유사하거나 상이한 교차-결합성 폴리머를 포함하는 제2 혼합물에 의해 수득되며, 상기 제1층과 직접 접촉하는 제2 교차-결합 층;을 포함한다.
상기 제1 및 제2 혼합물은 동시에 압출되며 이후 솔트 베스, 액체 베스, 또 는 유동층 내에 함침됨으로써 열 작용하에서 교차-결합되어 상기 교차-결합된 두-층 물질을 형성한다.
바람직하게 상기 제1 혼합물 및 제2 혼합물은 서로 다르고 각각 폴리올가노실록산 및 에틸렌 폴리머 또는 코폴리머를 포함한다.
이들은 또한 본 기술분야에 잘 공지된 충전제 및 첨가제를 포함한다.
본 발명의 다른 특성 및 장점은 하기 실시예를 통해 설명되며, 하기 실시예는 본 발명을 설명하기 위해서 개시된 것이며 본 발명을 제한하지 않는다.
본 발명에 따른 방법에 의하면, 표면에 기공이 생기지 않고, 기계적 성질이 개선된 전선 및 텔레커뮤니케이션 케이블용 교차-결합층을 제조할 수 있다.
본 발명에 따라 교차-결합된 층을 사용함으로써 얻을 수 있는 장점을 보이기 위해 실리콘 고무를 기초로 한 다양한 혼합물을 표 1에 개시하였으며, 이들의 견인 강도(tranction strength), 파괴 신도(elongation at break) 및 기공도(porosity)와 같은 기계적 성질을 조사하였다.
혼합물 1은 비교 혼합물에 해당하며, 혼합물 2 및 3은 본 발명에 따른 혼합물에 해당한다.
표 1에 주어진 양은 폴리머 100 중량부, 즉 실리콘 고무 100 중량부에 대한 각 중량부로 표시되었다.
[표 1]
혼합물 1 2 3
실리콘 고무 100 100 100
충전제 및 첨가제 60 60 60
과산화물 1 1 1
CaO 0 6 15
혼합물 2 및 3의 칼슘 옥사이드(CaO)는 MSG Europe사에서 공급받은 고체를 사용하였다.
상기 다양한 혼합물은 하기 프로토콜에 의해 제조되었다.
과산화물 및 CaO(혼합물 내 존재하는 경우)는 실린더 믹서기를 사용하여 실리콘 화합물에 첨가하였다.
상기 기계적 작업 단계는 25℃ 내지 30℃에서 30분 이내 수행되었다.
이러한 조건의 온도는 상기 과산화물 분해의 개시를 피하면서도 실리콘 화합물내 과산화물과 CaO를 충분히 유연하게 그리고 균일화시켰다.
혼합물내 포함된 과산화물의 성질에 의존하여 자연스럽게, 압출기내 혼합물의 교차-결합이 개시되는 것을 피하면서 압출 온도를 30℃ 내지 130℃의 범위 내에서 변경할 수 있다.
상기 혼합물은 단일-스크류 압출기를 1.5 mm2의 단면을 갖는 구리 와이어 내로 압출되었다.
이후, 압출된 혼합물을 솔트 베스 큐어링 라인(salt bath curing line)상에 서 교차 결합시켜 교차-결합층을 형성하였으며, 이때 상기 솔트 베스의 온도는 220℃로 유지시켰다.
이러한 방식으로 수득한 교차-결합 층에 대해 측정한 기계적 성질을 요약하여 표 2에 나타내었다.
[표 2]
교차-결합층 1 2 3
견인 강도(MPa) ＜5 8.4 7.5
파괴 신도(%) ＜120 251 269
기공(육안관찰) 있음 없음 없음
교차-결합층 1과 달리, 교차-결합층 2 및 3에서는 기공이 시각적으로 존재하지 않은바, 기공도가 현저히 개선됨을 확인할 수 있었다.
층 2 및 3에 대한 견인 강도 및 파괴신도 값을 통해 알 수 있는 바와 같이, 폴리올가노실록산을 기초로 한 본 발명의 압출 및 교차결합된 혼합물의 기계적 성질은 기포의 형성에 의해 열화 되는 것을 알 수 있었다.
표 3은 다양한 엘라스토머-기초 혼합물을 요약한 것이며, 이들의 견인 강도, 파괴 신도 및 기공도와 같은 기계적 성질을 조사하였다.
혼합물 4는 비교 혼합물에 해당하며, 혼합물 5 내지 7은 본 발명의 혼합물에 해당한다.
표 3에 언급된 양은 폴리머 100 중량부, 즉 대부분 EVA를 갖는 에틸렌 코폴리머 혼합물 100 중량부에 대한 각 중량부로 표시되었다.
[표 3]
혼합물 4 5 6 7
에틸렌코폴리머 100 100 100 100
충전제 및 첨가제 120 120 120 120
과산화물 7 7 7 7
CaO 0 5 10 30
상기 전술한 프로토콜에 따라 혼합물 4 내지 7로부터 압출된 교차-결합층을 수득하였다.
생성되는 교차-결합층의 물리적 성질을 표 4에 나타내었다.
교차-결합층 4 5 6 7
견인 강도(MPa) 측정불가 14.8 14.4 13.6
파괴 신도(%) 측정불가 164 170 187
기공(육안관찰) 티어링(tearing) 없음 없음 없음
교차-결합층 4에 대한 결과로부터, 엘라스토머를 기초로 한 혼합물에 스캐빈져를 추가함으로써 교차-결합 동안 압출된 층이 스웰링(swelling)되는 것을 피할 수 있음이 명백히 확인되었다.
층 4의 기계적 성질은 측정할 수 없었는데, 상기 층이 스웰링되어 이후 교차-결합 단계에서 티어링되었기 때문이다.
반면, 본 발명의 에틸렌 코폴리머를 기초로 한 압출된 교차-결합 혼합물의 기계적 성질은 층 5 내지 7에 대한 견인 강도 및 파괴 신도 값에서 알 수 있는 바와 같이 기포의 형성에 의해 열화 되지 않았다.
본 발명은 상기 개시한 실시예 혼합물에 제한되지 않으며, 본 발명의 기재로부터 제공되는 일반적 적용에 기초로 하여 모든 교차-결합층에 일반적으로 확장되어 시행할 수 있다.

Claims (10)

  1. 전선 및/또는 텔레커뮤니케이션 케이블용 교차-결합층의 가공방법으로서,
    a) 교차 결합성 폴리머, 과산화물, 및 가스 스캐빈져를 포함하는 혼합물을 압출하는 단계; 및
    b) 상기 압출된 혼합물을 솔트 베스, 액체 베스, 또는 유동층 내에 함침시켜 열 작용하에서 교차-결합하여 교차-결합 층을 형성하는 단계;를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가스 스캐빈져가 칼슘 옥사이드(CaO)인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 가스 스캐빈져는 혼합물내 폴리머 100 중량부에 대하여 50 중량부 이하로 포함되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 과산화물이 다이쿠밀 퍼옥사이드인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압출 혼합물이 대기압에서 교차 결합되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 교차-결합성 폴리머가 폴리올가노실록산 또는 폴리올레핀인 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 폴리올레핀이 에틸렌 폴리머 또는 코폴리머인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 에틸렌 폴리머 또는 코폴리머가 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 폴리에틸렌-옥텐 엘라스토머(POE), 에틸렌프로필렌 코폴리머(EPR), 에틸렌비닐아세테이트 코폴리머(EVA), 에틸렌알킬아크릴레이트 코폴리머, 에틸렌아크릴산코폴리머, 에틸렌터폴리머, 또는 이들의 혼합물 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 폴리올가노실록산이 실리콘 고무인 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 방법으로 수득한 교차-결합층을 포함하는 전선 및/또는 텔레커뮤니케이션 케이블.
KR1020080025412A 2007-03-19 2008-03-19 전선 및/또는 텔레커뮤니케이션 케이블용 교차 결합층의가공 방법 KR101400304B1 (ko)

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