KR20110122206A - 가교 외부 층이 있는 다층 절연된 도체 - Google Patents

Abstract

절연 도체 (10) 및 이의 제조 방법을 개시한다. 절연 도체는 세장 도체 (12), 및 세장 도체에 인접하고 방향족 열가소성 물질을 포함하는 압출된 내부 절연층 (14), 내부 절연층에 인접한 압출된 중간 층 (18) 및 중간 층에 인접하고 가교 플루오로중합체를 포함하는 압출된 외부 절연층 (16)을 갖는 절연 시스템을 포함한다. 내부 절연층은 그의 길이에 따른 두께가 약 0.051 mm (0.002 인치) 미만이고, 부피는 절연 시스템의 총 부피의 약 28% 미만이다.

Description

가교 외부 층이 있는 다층 절연된 도체 {MULTI-LAYER INSULATED CONDUCTOR WITH CROSSLINKED OUTER LAYER}

<관련 출원>

본원은 모두 동일자에 출원된 미국 출원 12/380,533 (발명의 명칭: 가교 외부 층이 있는 다층 절연된 도체) 및 미국 출원 12/380,516 (발명의 명칭: 다층 코팅된 세장 부재의 압출 방법)과 관련이 있으며, 이들 문헌들은 본원에 참조로 도입된다.

<분야>

본원은 절연된 전기 도체, 보다 구체적으로는 내부 방향족 중합체 층의 상부에 위치하는 가교 외부 층을 갖고 하나 이상의 타이 (tie) 층이 가교 외부 층 및 내부 방향족 층의 중간에 위치하는 다층 절연된 도체에 관한 것이다.

전기적으로 절연된 와이어는 절연재의 물리적, 기계적, 전기적 및 열적 특성을 극단의 조건하에 시험하는 환경에서 종종 사용한다. 많은 경우에, 절연을 위해 사용하는 물질은 이들 특성 중 하나 이상에서 양호한 성능을 달성하는데 바람직한 속성을 가지나, 하나 이상의 다른 목적하는 특성을 손상시켜 바람직하고 상업적으로 매력적인 특성의 전반적인 균형을 달성하기 위한 노력에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 다층 절연 시스템은 이러한 특성의 균형을 달성하기 위한 시도에 유용할 수 있다.

항공 우주 적용이 점점 높은 성능 표준을 추구하기 때문에, 크기 및 중량은 이들 적용에서 사용하는 와이어 및 케이블의 전반적인 설계 요건의 중요한 부분을 형성한다. 와이어의 중량 및 크기를 감소시키기 위해서 특히 1차 와이어 (즉, 케이블 또는 다발을 형성하기 위해 사용하는 것들)에서의 총 절연재 두께를 감소시키는 것이 바람직할 것이다. 1차 와이어의 직경을 감소시킴으로써 이들 와이어의 해당 다발은, 이들을 위한 보호 덮개로서 사용하는 임의의 외부 금속성 편조선 및/또는 자켓과 함께, 전반적인 직경이 또한 보다 작을 수 있으며 그에 따라 보다 가벼울 수 있다. 별법으로, 또는 조합으로, 보다 작고 보다 가벼운 1차 와이어는 루팅 (routing), 밀봉 (sealing) 및/또는 케이블 억제 (restraining) 하드웨어 시스템에 상당한 변화를 주지 않으면서 증가된 수의 와이어가 보다 적고 보다 무거운 와이어와 동일한 공간으로 충전될 수 있게 한다.

고성능 플루오로중합체는 항공기 와이어 절연 시스템에서 사용되는, 광범위하게 사용되고 허용되는 종류의 물질이다. 그러나, 이들 물질의 벽 두께를 감소시켜 중량을 절감시키는 것은 통상적으로 기계적 성능을 악화시키고 아크 트래킹 내성 (arc tracking resistance)을 증가시키며, 이는 또한 허용되지 않는 전기적 성능을 초래할 것으로 예상된다.

고장 전류 아킹, 또는 "아크 트래킹"은 안정성의 이유로 항공기 배선에서 특히 바람직하지 않다. 절연 결함은 이미 존재하는 결함으로 인해 배선에서 전형적으로 발생하고, 아킹 화재를 일으키고, 케이블 또는 케이블이 연결되어 있는 장치의 전체 영역을 파괴할 수 있다. 종종, 부근에 전기적 작용성 액체가 존재함으로써 촉진된 높은 초기 임피던스의 누설 전류는 습윤 아크 트래킹을 초래하고, 이어 시간이 경과함에 따라 임피던스가 감소하고, 최종적으로 고에너지 단락 아킹을 초래한다. 별법으로, 건조 아크 트래킹이 또한 발생하고 갑작스러운 저 임피던스 션트 (shunt)를 초래할 수 있다. 이들은 중요한 고장을 초래할 수 있다.

이들 및 다른 장애가 전류 절연 도체에서 발견된다.

본 발명의 예시적인 실시양태에 따라, 절연 도체가 개시되어 있다. 절연 도체는 세장 도체 (elongate conductor), 및 세장 도체에 인접하며 방향족 열가소성 물질을 포함하는 내부 절연층, 내부 절연층에 인접한 중간 층 및 중간 층에 인접하며 가교 플루오로중합체를 포함하는 외부 절연층을 갖는 절연 시스템을 포함한다. 내부 절연층은 그의 길이에 따른 두께가 약 0.051 mm (0.002 인치) 미만이고, 절연재 시스템의 약 28 부피% 미만이다.

한 바람직한 실시양태에서, 도체는 20 AWG 내지 26 AWG (즉, 직경이 약 0.46 mm (0.0180 인치) 내지 약 1.04 mm (0.041 인치)임)의 스트랜드 도체이며, 내부 및 중간 층의 각각의 두께는 약 0.013 mm (0.0005 인치) 내지 0.051 mm (0.002 인치)이고, 절연 시스템의 총 두께는 약 0.15 mm (0.006 인치) 내지 약 0.18 mm (0.007 인치)이다.

본 발명의 또다른 예시적인 실시양태에 따라, 절연 도체의 제조 방법이 제공되어 있다. 이 방법은 세장 도체를 제공하고, 이어서 세장 도체의 외부 표면상에 방향족 열가소성 물질을 용융 압출하여 그의 길이에 따라 실질적으로 균일한 두께가 0.051 mm (0.002 인치) 미만인 내부 절연층을 생성하고, 이어서 테트라플루오로에틸렌, 헥사플루오로프로필렌, 비닐리덴 플루오라이드 및 퍼플루오로-비닐-알킬-에테르로 이루어진 군으로부터 형성된 공중합체를 포함하는 아크 트래킹 내성 물질을 용융 압출하여 내부 층에 인접하여 그의 길이에 따라 실질적으로 균일한 두께를 갖는 중간 층을 생성하고, 이어서 플루오로중합체 및 가교제를 포함하는 컴파운드를 중간 층 상부에 용융 압출하여 총 두께가 약 0.15 mm (0.006 인치) 내지 약 0.18 mm (0.007 인치)인 절연 시스템을 제공하고, 이어서 외부 절연층을 가교하는 순차적인 단계를 포함한다.

본 발명의 특정한 예시적인 실시양태의 이점에는 내구성이 있고 저중량인 절연 시스템을 갖는 절연 도체가 제공된다는 점이 포함된다.

본 발명의 특정한 예시적인 실시양태의 또다른 이점에는 절연 도체가 예상할 수 없게 절연재 중량 및 크기가 감소하면서 기계적 성능 및 아크 트래킹 내성 모두를 유지하거나 개선시켜 허용되는 전기 성능 표준을 충족시키는 것이 포함된다.

다른 이점에는 특히 연기 발생의 감소, 열적 사이클링에 저항하는 능력의 증가, 승온에서의 내컷스루성 (resistance to cut-through)의 개선, 및 외부 층이 손상되는 경우에도 전압을 견디는 내부 층의 능력이 포함될 수 있다.

본 발명의 다른 특징 및 이점은, 예로서 본 발명의 원리를 나타내는 수반하는 도면과 함께 하기 예시적인 실시양태의 보다 상세한 기술로부터 명백할 것이다.

도 1은 절연층을 부분적으로 제거한 본 발명의 예시적인 실시양태에 따른 절연 도체의 투시도를 나타낸다.
도 2는 선 2-2를 따른 도 1의 절연 도체의 횡단도를 나타낸다.
유사 부분이 하나 초과의 도면에서 나타나는 경우에, 명확함을 위해 이는 유사 참조 번호로 표시하려 하였다.

도 1을 참조하여, 본 발명의 예시적인 실시양태는 세장 도체 (12), 및 내부 절연층 (14), 외부 절연층 (16) 및 내부 및 외부 절연층의 중간에 위치하는 층 (18)을 갖는 절연 시스템을 포함하는 절연 도체 (10)에 관한 것이다.

세장 도체 (12)는 임의의 적합한 게이지의 와이어일 수 있고, 충실 (solid) 또는 스트랜드 (즉, 함께 꼬인 많은 작은 와이어로 구성됨)일 수 있다. 도 2는 세장 도체 (12)가 도체가 진동될 항공기 또는 다른 설비에 적용하기에 바람직한 스트랜드 도체인 도 1에 나타낸 절연 도체의 횡단도를 나타낸다. 도체 (12)는 일반적으로 구리 또는 또다른 금속, 예컨대 구리 합금 또는 알루미늄이다. 순수한 구리를 사용하는 경우, 구리를 주석, 은, 니켈 또는 다른 금속으로 코팅하여 산화를 감소시키고 납땜성을 개선할 수 있다. 스트랜드 도체는 유니레이 (unilay), 동심 또는 다른 유형일 수 있다. 바람직하게는, 도체의 직경은 충실 도체인 경우에 약 0.404 mm (0.0159 인치) 내지 약 0.81 mm (0.032 인치)이거나, 스트랜드 도체인 경우에 약 0.46 mm (0.0180 인치) 내지 약 1.04 mm (0.041 인치)이다. 이들 직경은 20 AWG 내지 26 AWG 와이어의 표준 치수에 상응한다.

내부 절연층 (14)는 세장 도체 (12)에 인접하여 그 상부에 위치한다. 내부 절연층 (14)는 압출된 방향족 열가소성 물질을 포함하여, 테이프-랩핑 기법으로는 적절하게 달성될 수 없는 그의 길이에 따라 실질적으로 균일한 두께를 갖는 내부 절연층 (14)를 제공한다. 내부 절연층 (14)는, 예를 들어 임의의 적합한 압출 기법, 예컨대 튜브 압출 또는 가압 압출에 의해 적용할 수 있다. 인지될 수 있는 바와 같이, 튜브 압출은 압출될 물질을 표면에 접촉시켜 압출기 다이의 외부에 적용시키는 기법을 지칭하며, 가압 압출은 압출될 물질을 표면에 접촉시켜 적용하나, 이 물질이 여전히 압출기 다이 내에 있는 기법을 지칭한다.

또한 코어 층으로도 지칭되는 내부 절연층 (14)용으로 선택되는 물질은 실온 및 승온 모두에서 높은 인장 계수 (ASTM D638에 따라 측정됨)를 갖도록 선택한다. 한 실시양태에서, 내부 절연 물질은 25℃에서 1241 MPa (180,000 psi) 이상의 인장 계수를 갖는다. 게다가, 결합은 후속 스트리핑의 어려움을 증가시키기 때문에, 이 물질은 일반적으로 하부 도체 (12)와의 결합에 저항하도록 선택한다. 이러한 특징을 갖는 예시적인 방향족 물질에는 폴리에테르에테르케톤 (PEEK), 폴리에테르케톤케톤 (PEKK), 폴리에테르케톤 (PEK), 폴리이미드 (PI), 폴리에테르이미드 (PEI), 폴리아미드-이미드 (PAI), 폴리술폰 (PS) 및 폴리에테르술폰 (PES)뿐만 아니라 이들 물질의 혼화성 블렌드가 포함된다. 바람직하게는, 내부 절연층은 PEEK를 포함한다. 절연 적용에서 전형적으로 사용되는 다른 첨가제, 예컨대 안료 및/또는 산화방지제가 임의로 제공될 수 있지만, 내부 절연층 (14)은 바람직하게는 가교되지 않으며, 바람직하게는 임의의 가교제를 함유하지 않아야 한다.

외부 절연층 (16)은 내부 절연층 (14)의 상부에 위치하며, 두 층 사이에 하나 이상의 중간 층 (18)이 존재한다. 내부 절연층 (14)과 같이, 외부 절연층 (16)은 또한 압출되어 매끈한 외부 표면을 초래하는 실질적으로 균일한 두께를 제공한다. 외부 절연층 (16)은 플루오로중합체를 포함한다. 그러나, 외부 절연층 (16)은 또한 폴리아미드, 폴리에스테르 또는 폴리올레핀, 또는 이들 물질의 혼화성 블렌드일 수 있다. 한 실시양태에서, 외부 절연층은 특히 강인하고 매끈한 외부 층을 제공할 수 있는 폴리(에틸렌 테트라플루오로에틸렌) (ETFE), 폴리(에틸렌 클로로트리플루오로에틸렌) (ECTFE), 폴리비닐리덴 플루오라이드 (PVDF), 폴리테트라플루오로에틸렌, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌-비닐리덴 플루오라이드 삼원공중합체 (THV), 및 이들 물질의 혼화성 블렌드로 이루어진 군으로부터 선택된 플루오로중합체를 포함한다. 다른 적합한 플루오로중합체에는 퍼플루오로알콕시 중합체 (PFA) 및 플루오르화 에틸렌 프로필렌 중합체 (FEP)가 포함된다. 바람직한 실시양태에서, 외부 절연층의 플루오로중합체는 ETFE이다.

바람직하게는 가교되지 않는 내부 절연층 (14)와 달리, 외부 절연층 (16)은 가교된다. 가교는, 예를 들어 화학적 가교를 또한 사용할 수 있지만, 바람직하게는 조사 (irradiation)로 수행한다. 외부 절연층 (16)에서의 가교 수준은 생성된 절연 도체 (10)이 하중 하에 고온에 노출된 후 소정의 유전 강도 수준 또는 소정의 아크 트래킹 내성 수준, 및 바람직하게는 이들 모두를 충족시킬 수 있도록 한다.

전형적으로, 예를 들어 각각의 내부, 중간 및 외부 층 (14), (18), (16)이 직렬 제조 설비에서 적용될 수 있도록 적합한 압출 기법을 사용하여 내부 층 (14)에 인접하여 그 상부에 위치하도록 중간 층 (18)을 적용한다. 바람직한 실시양태에서, 내부 층 (14)을 압출에 의해 적용하고, 중간 층을 가압 압출에 의해 적용하고, 외부 층을 가압 또는 튜브 압출에 의해 적용한다.

중간 층을 사용하는 것은 절연 스트리핑성, 기계적 마모에 저항하는 능력 및 웨트 아크 트래킹 내성에서의 그의 성능과 같은 절연 시스템에서의 유용한 특성의 전반적인 균형을 또한 개선할 수 있는 물질의 추가의 층을 추가한다. 중간 층 (18)은 내부 및 외부 층 (14), (16) 중 하나 또는 이들 모두에 결합할 수 있다. 별법으로, 중간 층은 내부 또는 외부 층에 결합하지 않으나 접촉할 수 있다. 한 실시양태에서, 중간 층 (18)용으로 선택하는 중합체 물질은 25℃에서 1379 MPa (200,000 psi) 이상의 인장 계수를 갖는다.

중간 층 (18)은 특히 절연 시스템의 전반적인 아크 트래킹 내성을 촉진하는 강력한 비-아크 트래킹 물질이도록 선택할 수 있다. 중간 층에 포함될 수 있는 예시적인 물질에는 테트라플루오로에틸렌 (TFE), 헥사플루오로프로필렌 (HFP), 비닐리덴 플루오라이드 (VDF) 및 퍼플루오로-비닐-알킬-에테르의 불소 함량이 높은 공중합체 및 삼원공중합체 및 이들의 블렌드가 포함된다.

중간 층용으로 적합한 다른 물질에는 무수물, 아크릴산 또는 에폭시 관능성 플루오로중합체, 예컨대 PVDF, ETFE, THV 또는 플루오로엘라스토머 (예컨대, 듀폰 (DuPont)으로부터 입수가능한 VITON) 및 공중합체 및 이들의 블렌드가 포함된다. 중간 층이 내부 및 외부 층 모두와 결합을 생성하는 것을 목적하는 경우, 글리시독시 관능성 에틸렌 메타크릴레이트 공중합체 (EMA-GMA)와 블렌딩한 THV 및/또는 VITON 중합체를 선택할 수 있다. 중간 층 (18)은 핫 멜트 접착제, 예컨대 에틸렌 메타크릴레이트 (EMA), 에틸렌 비닐아세테이트 (EVA), 에틸렌 비닐아세테이트 아크릴산 공중합체 (EVA-AA), 에틸렌 아크릴산 공중합체 (EAA), EMA-GMA, EMA-AA 및 이들의 블렌드뿐만 아니라 폴리아미드 및 폴리우레탄 핫 멜트를 또한 포함할 수 있다. 중간 층용으로 사용하는 중합체 물질은 외부 층용으로 사용하는 물질과 부분적으로 일치하나, 중간 층 및 외부 층은 바람직하게는 서로 상이하다. 임의의 측면에서, 중간 층 물질은 외부 층 물질과 상이할 수 있는데, 예를 들어 특정 첨가제, 가교제 또는 안료가 존재하거나 부재하거나 상이하게 사용될 수 있으나, 외부 층 (16)과 상이한 조성의 중합체를 포함하는 중간 층 (18)이 일반적으로 포함된다.

중간 층 (18)은 가교되거나 가교되지 않을 수 있다. 가교되는 경우, 외부 층 (16)의 가교와 동시에, 또는 외부 층의 가교 전에, 예컨대 외부 층을 적용하기 전에 중간 층 (18)을 가교함으로써 가교를 실시할 수 있다.

내부 절연층 (14)은 약 0.051 mm (0.002 인치) 미만, 전형적으로 약 0.013 mm (0.0005 인치) 내지 약 0.051 mm (0.002 인치), 보다 전형적으로 약 0.025 mm (0.001 인치) 내지 약 0.051 mm (0.002 인치)의 실질적으로 균일한 두께를 갖는다. 중간 층 (18)은 약 0.013 mm (0.0005 인치) 내지 약 0.051 mm (0.002 인치), 전형적으로 약 0.025 mm (0.001 인치) 내지 약 0.051 mm (0.002 인치)의 실질적으로 균일한 두께를 갖는다. 외부 절연층 (16)은 내부, 중간 및 외부 층의 합한 두께가 약 0.15 mm (0.006 인치) 내지 약 0.18 mm (0.007 인치)가 되도록 실질적으로 균일한 두께를 갖는다. 내부 절연층의 부피는 절연 시스템의 총 부피의 약 28% 이하이다.

다양한 층의 중합체 구성물 외에, 각각의 층은 와이어 절연을 위한 임의의 통상의 구성물, 예컨대 산화방지제, UV 안정화제, 안료 또는 다른 착색제 또는 불투명화제 및/또는 난연제를 함유할 수 있다. 바람직하게는, 내부 층은 가교제를 함유하지 않는다. 가교제를 비롯한 임의의 첨가제는 층의 약 10 중량% 미만을 함께 구성할 수 있고, 바람직하게는 약 7 중량% 이하이다.

실시예

본 발명은 제한이 아닌 예시를 위해 나타낸 하기 실시예에서 추가로 기재하였다.

외부 직경이 0.942 mm (0.0371 인치)인 연질 어닐링된 구리를 갖는 20 AWG 동심 스트랜드 도체를 주석 도금하였다. 빅트렉스 코포레이션 (Victrex Corporation)으로부터 PEEK 450G로서 수득된 PEEK를 압출 직전 24 시간 동안 공기 순환 오븐에서 160℃에서 건조시켰다. 배럴 길이 대 내부 직경 (L/D) 비가 24:1인 압출기를 사용하여, PEEK를 평균 벽 두께 0.048 mm (0.0019 인치)로 도체 상에 튜브 압출하였다.

다이넌 (Dyneon)으로부터 THV 200로 수득한 용융 가공가능한 TFE-HFD-VDF 삼원공중합체의 층을 사용하여 중간 층을 위한 컴파운드를 제형화하였다. 공중합체는 회전 혼합기를 사용하여 40 분 동안 회전 블렌딩한 중간 층 물질 73.3 중량%와 25.7 중량%로 존재하는 핫 멜트 접착제 (아르케마 인코포레이티드 (Arkema Inc.)로부터 로타데르 (Lotader) 8950로 수득함), 사이텍 (Cytec) 및 시바 가이지 (Ciba Geigy)로부터 시아녹스 (Cyanox) 1212, 이르가녹스 (Irganox) 1076 및 이르가녹스 1010로서 수득한 총 1 중량%의 티오에스테르 및 페놀 산화방지제로 구성되었다. 이어서, 3개 정공의 다이를 사용하여 스트랜드 펠렛화하는 27 mm, 40:1 L/D이며 동일방향 회전하고 치합형인 레이스트리츠 (Leistritz) 2축 압출기의 중량측정식 공급기 (gravimetric feeder)에 컴파운드를 공급하였다.

압출 전에 공기 순환 오븐에서 50℃에서 8 시간 동안 중간 층 물질을 건조하였다. 이어서, 단일 통과 설비에서 튜브 압출에 의해 PEEK 층으로 이미 이전에 코팅된 도체 상에 이 물질을 가압 압출하였다. L/D 비가 24:1인 압출기를 사용하여 평균 벽 두께가 0.030 mm (0.0012 인치)가 되게 중간 THV 층을 압출하였다.

이어서 ETFE 층을 중간 THV 층 상에 외부 층으로서 압출하였다. 한 실시예에서, ETFE는 용융 유속이 낮으며 분자량이 큰 제1 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체 (ASTM D1238에 따라 측정된 용융 유속이 4.0 내지 6.7 g/10분인 것으로 되어 있는 상표명 플루온 (Fluon) C-55A 하에 아사히 글래스 코포레이션 (Asahi Glass Corp.)으로부터 수득함) 및 용융 유속이 높고 분자량이 작은 제2 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체 (ASTM D1238에 따라 측정된 용융 유속이 15 내지 25 g/10분인 것으로 되어 있는 상표명 네오플론 (Neoflon) EP 7000 하에 다이킨 인더스트리즈 (Daikin Industries)로부터 수득함)을 2:1의 중량비로 배합함으로써 ETFE를 제공하였다. 이러한 블렌드는 외부 절연층의 93 중량%를 함께 구성하였다. 그 나머지는 페놀 산화방지제 이르가녹스 (Irganox) 1010 (시바 가이지 코포레이션 (Ciba Geigy Corp)으로부터 수득함) 0.75 중량%, 무기 충전재 및 안료 (듀폰 (DuPont)으로부터 수득함) 1.25 중량% 및 가교제 트리알릴 이소시아누레이트 ("TAIC") (니폰 카세이 케미칼 코포레이션 (Nippon Kasei Chemical Corporation)으로부터 수득함) 5.0 중량%를 비롯한 첨가제였다.

회전 혼합기를 사용하여 40 분 동안 (가교제를 제외한) 외부 절연층 구성성분을 회전 블렌딩한 후, 27 mm, 40:1 L/D이며 동일방향 회전하고 치합형인 레이스트리츠 (Leistritz) 2축 압출기의 중량측정식 공급기 (gravimetric feeder)에 컴파운드를 공급하였다. TAIC를 압출기 배럴 하류의 약 2/3 지점에 도입하고, 이어서 완비된 외부 절연층 컴파운드를 스트랜드 펠렛화하였다.

펠렛화된 외부 절연층 물질을 8 시간 동안 공기 순환 오븐에서 60℃에서 건조시킨 후, 공지된 압출 기법에 따라 단일 통과 설비에서 중간 THV 층 상에 이 물질을 튜브 압출하였다. 내부 및 중간 층 압출기와 직렬로 있는 튜브 압출기를 사용하여 외부 층을 평균 외부 층 벽 두께가 0.084 mm (0.0033 인치)가 되게 압출하였다. ETFE 압출기에 대한 L/D 비는 24:1이었다.

후속적으로, 3층 절연된 와이어를 상업적인 1 MeV 전자 빔으로 전자 빔 방사선에 노출시켜 와이어를 14 Mrad로 조사하였다. 조사 직후, 절연 와이어를 140℃에서 30 분 동안 어닐링하였다.

추가 연구를 위한 샘플 도체 시편의 많은 상이한 배치의 생성에서 내부 (PEEK) 층의 두께 및 조사 수준을 독립적으로 변화시켰다.

이어서, 형성된 시편을 연구하여, 내부 층 두께 및 조사 수준의 상관관계로서 산업 표준 아크 트래킹 제조 요건 (0.20 mm (0.008 인치) 가교 ETFE 절연재를 갖는 20 AWG 주석 도금 와이어를 위한 적용가능한 절차를 사용하여 보잉 매뉴팩츄어링 스탠다드 (Boeing Manufacturing Standard) BMS 13-48K를 충족시키기 위해, 본원에 참조로 도입되는 보잉 스페시피케이션 서포트 스탠다드 (Boeing Specification Support Standard) BSS-7324에 따라 수행함)을 통과하는 이들의 능력을 측정하였다. 주어진 일련의 변수에 대해 절연 도체의 90% 이상이 아크 트래킹 시험에 의해 손상되지 않은 샘플 군만이 아크 트래킹 내성 시험을 통과한 것으로 간주되었다 (시험 표준에서 기재된 요건은 89%가 손상되지 않아야 함).

코팅된 와이어에 대해 프루프 오브 크로스링킹 테스트 (Proof of Crosslinking Test) (CPT) (완전한 상세한 기술은 본원에 참조로 도입되는 Mil Std 2223, method 4003 entitled "Crosslink Proof (Accelerated Aging)"에 기재됨)를 수행함으로써 모든 형성된 스트랜드에 대해 기계적 성능을 연구하였다.

간단히, 이 시험은 와이어를 기계적 하중 하에 몇몇 시간 동안 고온에 노출시킨 후 소정의 수준의 유전 강도가 유지되는지를 인증하기 위한 것이다. 고성능 와이어는 승온, 심지어 절연재의 융점을 넘는 온도에서 수 분 내지 수 시간의 단기간의 노출에 대한 하중하에서의 변형에 저항할 것으로 기대되었다.

도체와 맨드릴 사이의 절연 시스템의 단편은 압축하에 있는 한편 도체는 장력하에 있도록, 맨드릴 상에 드래핑된 절연 도체의 각각의 말단에 변형력을 인장력과 같이 적용시켰다.

예시적인 실시양태에 따라 코팅된 도체의 20 AWG 샘플의 각각의 말단에 0.68 kg (1.5 파운드)의 하중을 적용시키고 외부 직경이 12.7 mm (0.5 인치)인 맨드릴 상에 매달았다. 이어서, 맨드릴 상에 매단 시편을 1 시간 동안 300 ± 3℃에서 공기 순환 오븐에서 컨디셔닝하였고 다른 것들은 7 시간 동안 매달았다. 각각의 시편을 지나가는 속도 (실온에서 측정됨)는 30 미터/분 (100 피트/분) 이상이었다. 컨디셔닝 후, 오븐을 정지시키고, 문을 열고, 시편을 오븐에서 1 시간 이상 동안 냉각시켰다. 냉각시, 시편에 장력을 가하지 않고, 맨드릴로부터 제거하였으며, 곧게 하고, 12.7 mm (0.5 인치) 맨드릴 상에 다시 그의 중심 지점에서 180 도 랩핑하였으나, 가열 동안 맨드릴에 대면하였던 절연재 부분을 밴드의 바깥쪽으로 있게 하였다. 이어서, 말단을 염 용액의 외부에 있게 위치시켜, 시편을 실온에서 5% 염 용액에 4 시간 동안 침지시켰다. 컨디셔닝 끝에, 250 내지 500 볼트/초의 균일한 속도로 염 용액에서 도체와 전극 사이에 2500 볼트 rms 50 헤르츠 AC 전압을 적용하였다. 이러한 전위를 5 분 이상 동안 유지하였다. 시험 기기의 누설 전류 한계를 20 밀리암페어로 설정하였다. 20 밀리암페어를 초과하는 누설 전류의 임의의 증거를 실패로 기록하였다.

이러한 실험으로부터, 예상치 않게 적합한 기계적 및 전기적 특성, 예컨대 아크 트래킹 내성을 모두 유지하면서 저중량 표준을 충족시키는, 내부 절연층이 PEEK이고 중간 THV 층 및 가교 ETFE 외부 층을 갖는 3층 절연 시스템을 달성할 수 있었음이 판결되었다. 이와 같이 할 때, (1) 두께가 약 0.051 mm (0.002 인치) 이하인 방향족 PEEK 층, (2) 절연 시스템 중 약 28 부피% 미만의 방향족 PEEK, 및 (3) 가교 플루오로중합체 ETFE 외부 절연층 (실험에서 가교제는 약 5 중량%의 양으로 존재하였음)을 생성하기 위한 21 Mrad 이하의 조사의 조합을 사용하여, 20 AWG 도체에 대해 총 절연재 중량이 0.30 kg/305 미터 (0.65 lb/1000 피트) 이하이고, 아크 트래킹 내성 및 CPT 기계적 성능 (즉, 유전 강도) 모두에 대한 산업 표준 시험을 여전히 통과할 수 있는 절연 도체를 형성할 수 있었음이 판결되었다.

한 실시양태에서, 내부 절연층의 두께는 0.025 mm (0.001 인치) 내지 0.051 mm (0.002 인치)이었고, 외부 절연층의 가교 수준은 14 내지 21 Mrad의 조사에 대한 노출에 상응하였다.

상기 명세서는 예시적인 실시양태를 나타내고 기재하였으나, 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 다양하게 변경할 수 있고 동등물이 이들의 요소를 대체할 수 있음을 당업자는 이해할 것이다. 또한, 많은 변형을 가하여 본 발명의 본질적인 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명의 교시에 특정 상황이나 물질을 개작할 수 있다. 따라서, 본 발명은 본 발명을 실행하기 위해 의도되는 최상의 방식으로서 개시된 특정 실시양태에 제한되지 않고, 본 발명은 첨부된 특허청구범위의 범위내인 모든 실시양태를 포함할 것임을 의도한다.

Claims (10)

1. 세장 도체 (elongate conductor); 및
   세장 도체에 인접하고 방향족 열가소성 물질을 포함하며 그의 길이에 따른 두께가 약 0.051 mm (0.002 인치) 미만인 압출된 내부 절연층,
   내부 절연층에 인접한 압출된 중간 층, 및
   중간 층에 인접하고 가교 플루오로중합체를 포함하는 압출된 외부 절연층
   을 갖는 절연 시스템
   을 포함하며, 내부 절연층의 부피가 절연 시스템의 총 부피의 약 28% 미만인 절연 도체.
2. 제1항에 있어서, 외부 절연층이 (a) 절연 도체가 아크 트래킹 내성의 소정의 수준을 충족시키기에 충분한 가교 수준, 및 (b) 절연 도체가 소정의 기간 동안 소정의 하중 하에 소정의 온도에 노출된 후 소정의 유전 강도 수준을 충족시키기에 충분한 가교 수준 중 하나 이상을 갖는 절연 도체.
3. 제1항에 있어서, 내부 절연층의 두께가 0.013 mm (0.0005 인치) 내지 0.051 mm (0.002 인치)인 절연 도체.
4. 제1항에 있어서, 중간 층의 두께가 0.013 mm (0.0005 인치) 내지 0.051 mm (0.002 인치)인 절연 도체.
5. 제1항에 있어서, 절연 시스템의 총 두께가 약 0.15 mm (0.006 인치) 내지 약 0.18 mm (0.007 인치)인 절연 도체.
6. 제1항에 있어서, 내부 절연층이 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르케톤케톤, 폴리에테르케톤, 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 폴리아미드-이미드, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 및 이들의 혼화성 블렌드로 이루어진 군으로부터 선택되는 방향족 열가소성 물질을 포함하며, 바람직하게는 절연층이 실질적으로 균일한 두께를 갖는 것인 절연 도체.
7. 제1항에 있어서, 중간 층이 (a) 테트라플루오로에틸렌, 헥사플루오로프로필렌, 비닐리덴 플루오라이드, 퍼플루오로-비닐-알킬-에테르, 및 이들의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 물질; (b) 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리(에틸렌 테트라플루오로에틸렌), 헥사플루오로프로필렌 및 비닐리덴 플루오라이드 공중합체, 플루오로엘라스토머, 및 이들의 혼화성 블렌드로 이루어진 군으로부터 선택된 무수물, 아크릴산 또는 에폭시 관능성 플루오로중합체; 또는 (c) 글리시독시 관능성 에틸렌 메타크릴레이트 공중합체, 에틸렌 메타크릴레이트, 에틸렌 비닐아세테이트, 에틸렌 비닐아세테이트 아크릴산 공중합체, 에틸렌 아크릴산, 폴리아미드, 폴리우레탄, 이들의 공중합체 및 이들의 혼화성 블렌드로 이루어진 군으로부터 선택된 물질을 포함하는 것인 절연 도체.
8. 제1항에 있어서, 외부 절연층이 폴리(에틸렌 테트라플루오로에틸렌), 폴리(에틸렌 클로로트리플루오로에틸렌), 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌-비닐리덴 플루오라이드 삼원공중합체, 퍼플루오로알콕시 중합체, 플루오르화 에틸렌 프로필렌 중합체 및 이들의 혼화성 블렌드로 이루어진 군으로부터 선택된 가교 플루오로중합체를 포함하며, 바람직하게는 외부 절연층이 가교 폴리(에틸렌 테트라플루오로에틸렌)을 포함하는 것인 절연 도체.
9. 제1항에 있어서, 내부 절연층이 폴리에테르에테르케톤을 포함하고, 중간 절연층이 헥사플루오로프로필렌 및 비닐리덴 플루오라이드 공중합체를 포함하며, 외부 절연층이 가교 폴리(에틸렌 테트라플루오로에틸렌)을 포함하는 것인 절연 도체.
10. 세장 도체를 제공하고; 이어서
    세장 도체의 외부 표면 상에 방향족 열가소성 물질을 용융 압출시켜, 그의 길이에 따라 실질적으로 균일한 0.051 mm (0.002 인치) 미만의 두께를 갖는 내부 절연층을 생성하고; 이어서
    테트라플루오로에틸렌, 헥사플루오로프로필렌, 비닐리덴 플루오라이드 및 퍼플루오로-비닐-알킬-에테르로 이루어진 군으로부터 형성된 공중합체를 포함하는 아크 트래킹 내성 물질을 용융 압출시켜, 내부 층에 인접하고 그의 길이에 따라 실질적으로 균일한 두께를 갖는 중간 층을 생성하고; 이어서
    중간 층의 상부에 플루오로중합체 및 가교제를 포함하는 컴파운드를 용융 압출하여 외부 절연층을 생성하여 총 두께가 약 0.15 mm (0.006 인치) 내지 0.18 mm (0.007 인치)인 절연 시스템을 제공하고; 이어서
    외부 절연층을 가교하는 것
    을 포함하는 절연 도체의 제조 방법.

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