KR20110127240A

KR20110127240A - 다층 코팅된 세장 부재의 압출 방법

Info

Publication number: KR20110127240A
Application number: KR1020117022516A
Authority: KR
Inventors: 애쉬오크 케이. 메한
Original assignee: 타이코 일렉트로닉스 코포레이션
Priority date: 2009-02-27
Filing date: 2010-02-24
Publication date: 2011-11-24
Also published as: EP2401129A1; US20100219555A1; CN102333634A; WO2010098845A1; BRPI1008913A2

Abstract

다층 절연된 세장 부재의 제조 방법을 개시한다. 이 방법은 세장 부재 (100)를 제공하고, 제1 압출기 장치 (10)를 사용하여 제1 열가소성 물질을 세장 부재의 외부 표면 상에 튜브 압출하여 두께가 0.064 mm (0.0025 인치) 이하인 제1 층 (112)를 생성하는 것을 포함한다. 이 방법은 제2 압출기 장치 (20)를 사용하여 제1 열가소성 물질과 상이한 제2 열가소성 물질을 포함하는 컴파운드를 제1 층의 외부 표면 상에 가압 압출하여 제2 층 (212)을 생성하는 것을 추가로 포함한다. 제2 층은 제1 층을 완전히 습윤시키고 제1 열가소성 물질의 유동점은 제2 열가소성 물질의 압출 용융 온도보다 30℃ 이상 더 높다.

Description

다층 코팅된 세장 부재의 압출 방법 {METHOD FOR EXTRUSION OF MULTI-LAYER COATED ELONGATE MEMBER}

<관련 출원>

본원은 모두 동일자에 출원된 미국 출원 12/380,533 (발명의 명칭: 가교 외부 층이 있는 다층 절연된 도체) 및 미국 출원 12/380,532 (발명의 명칭: 가교 외부 층이 있는 다층 절연된 도체)과 관련이 있으며, 이들 문헌들은 본원에 참조로 도입된다.

<분야>

본원은 다층 절연된 전기 도체의 제조 방법, 보다 구체적으로는 튜브 및 가압 압출 기법의 조합을 포함하는 압출 공정을 사용하여 다층 절연된 도체를 제조하는 방법에 관한 것이다.

절연된 와이어 제조에서, 절연 물질을 세장 부재 (elongate member) 상에 가압 압출하는 기법은 도체 상에 직접 물질을 압출하는 것으로 널리 공지되어 있다. 튜브 압출 기법은 작은 정공을 초래하거나 또는 얇은 용융물의 결여된 강도로 인해 층이 완전히 파괴되게 하는 경향이 있기 때문에 세장 부재 상에 얇은 코팅을 적용하는 것에 있어서 가압 압출이 바람직한 기법이다. 물질이 흘러 통과하는 다이의 금속 표면의 매끈함을 복제하는 가압 압출은 또한 매끈한 표면 텍스쳐를 부여한다. 그러나, 가압 압출 공정의 특징 때문에, 특히 이들 층이 매우 얇은 경우에 (두께가 0.064 mm (0.0025 인치) 미만인 경우), 제2 절연 물질의 층을 하부의 튜브 압출된 제1 층의 상부에 가압 압출하는 것은 불가능한 것으로 널리 여겨져 왔다.

가압 압출 기법은 용융물이 틈 간극을 통해 역 누출되는 것을 막고 또한 절연 동심성이 개선되도록 가이더 팁의 꽉 맞는 구멍을 통과할 수 있도록 코팅될 부재는 매우 정확하고 일관된 직경이 요구되고 있다. 이미 코팅된 도체 상에 가압 압출함으로써 층을 적용하려고 하며 하부 층이 튜브 압출 기법에 의해 적용되는 경우, 특히 튜브 압출된 층이 얇은 경우에, 초기 "스트링-업 (string-up)" 상의 제조는 달성하기에 매우 어려울 수 있다. 전단 응력은 튜브 압출된 층을 찢어지게 하는 경향이 있어, 다이 뒤에서 물질이 축적되어, 결국 코팅된 부재가 다이에 몰려 전형적으로 파괴가 유발된다. 그러나, 많은 와이어 코팅 적용에서, 제1 절연층을 적용하는데 튜브 압출이 바람직하며, 이는 특히 가압 압출이 압출된 물질을 스트랜드 사이로 밀어넣을 수 있는 다중 스트랜드 도체의 경우, 튜브 압출된 제1 층이 통상적으로 도체와의 친밀한 접촉을 초래하지 않기 때문이다 (이는 와이어의 후속 스트리핑의 용이함으로 유용함).

이러한 친밀하지 않은 접촉의 결과로서, 튜브 압출된 층 상에 가압 압출하는 것은 가압 압출기의 가이더 팁을 통해 제2 층 물질을 거꾸로 짜내어 (즉, 도체의 유동 방향에 거슬러 미끄러짐), 결국 정체 (back-up)를 초래하여 라인 (line) 파손 또는 다른 고장을 유발한다.

한편, 스트리핑의 용이함을 위해 도체와 절연재의 제1 층 사이의 친밀한 접촉을 피하는 것이 통상적으로 바람직하지만, 다층 절연 시스템을 이용하는 경우, 후속 절연층 사이에 친밀한 접촉 또는 결합을 달성하는 것이 또한 일반적으로 바람직하다.

즉, 튜브 압출은 제1 절연층을 도체에 적용하는데 바람직할 것이고, 가압 압출은 제1 절연층 상에 하나 이상의 중간 또는 외부 층을 적용하는데 바람직할 것이다. 그러나, 이전에는, 층이 매우 얇은 경우, 이들 두 기법 간의 명백한 비융화가 이러한 공정을 달성할 수 없게 하였다.

본 발명의 예시적인 실시양태에 따라, 본 발명자들은 심지어 튜브 압출된 절연 물질이 0.064 mm (0.0025 인치) 미만의 두께로 적용되는 경우에도, 절연 물질을 하부의 튜브 압출된 절연 물질 상에 적용하는데 가압 압출을 사용할 수 있음을 확정하였다.

본 발명의 예시적인 실시양태에 따라, 다층 코팅된 세장 부재의 제조 방법은 세장 부재를 제공하고, 이어서 제1 압출기 장치를 사용하여 제1 열가소성 물질을 포함하는 컴파운드를 세장 부재의 외부 표면 상에 튜브 압출하여 두께가 약 0.064 mm (0.0025 인치) 미만인 제1 층을 생성하고, 이어서 제2 압출기 장치를 사용하여 제1 열가소성 물질과 상이한 제2 열가소성 물질을 포함하는 컴파운드를 제1 층의 외부 표면 상에 가압 압출하여 제1 층에 인접하는 제2 층을 생성하는 것을 포함한다. 제2 층은 제1 층을 완전히 습윤시키고, 제1 열가소성 물질의 유동점은 제2 열가소성 물질의 압출 용융 온도보다 30℃ 이상 더 높다.

한 실시양태에서, 제2 층에 접촉하고 그 상부에 위치하는 그의 길이에 따라 실질적으로 균일한 두께를 갖는 제3 층을 생성하기 위해, 방법은 제2 열가소성 물질과 상이한 제3 열가소성 물질을 제2 층의 외부 표면 상에 압출하는 것을 추가로 포함한다.

본 발명의 또다른 예시적인 실시양태에 따라, 다층 절연된 세장 부재의 압출 방법은 튜브 압출기 다이 및 튜브 압출기 다이 내에 위치하는 튜브 압출기 가이더 팁을 갖는 튜브 압출기 장치를 제공하고, 가압 압출기 다이 및 가압 압출기 다이 내에 위치하며 가압 압출기 가이더 팁 구멍을 한정하는 가압 압출기 가이더 팁을 갖는 가압 압출기 장치를 제공하며, 튜브 압출기 가이더 팁을 통해 세장 부재를 인출하여 약 0.051 mm (0.002 인치)의 제1 절연층 두께로 제1 열가소성 물질의 제1 절연층을 도체의 외부 표면 상에 튜브 압출하고, 가압 압출기 다이의 가압 압출기 가이더 팁을 통해 도체를 인출하여 약 0.038 mm (0.0015 인치)의 제2 절연층의 두께로 제1 열가소성 물질과 상이한 제2 열가소성 물질의 제2 절연층을 제1 절연층의 외부 표면 상에 가압 압출하고, 이어서 제3 열가소성 물질의 제3 절연층을 제2 절연층의 외부 표면 상에 압출하는 것을 포함한다. 제2 절연층은 제1 절연층을 완전히 습윤시키고, 제1 열가소성 물질의 유동점은 제2 열가소성 물질의 압출 용융 온도보다 30℃ 이상 더 높다. 25℃에서 제1 열가소성 물질의 인장 계수는 1241 MPa (180,000 psi) 초과이고, 25℃에서 제2 열가소성 물질의 인장 계수는 1379 MPa (200,000 psi) 초과이다.

본 발명의 예시적인 실시양태의 이점에는 이전에 튜브 압출에 의해 적용된 또다른 물질의 박층 상에 물질의 박층을 가압 압출하는 능력이 포함된다.

본 발명의 특정한 예시적인 실시양태의 이점에는 튜브 압출 및 가압 압출 단계를 직렬 공정으로 조합하여 두개의 별도의 설비 및 두개의 별도의 코팅 작업을 필요로 하지 않는다는 것이 포함된다.

본 발명의 특정한 예시적인 실시양태의 또다른 이점에는 충분한 냉각이 발생하기 전에 층을 직렬 공정에 적용함으로써 절연층 사이에 양호한 결합이 달성될 수 있으며, 전체 코팅된 생성물에서 만족스러운 특성의 균형을 유지할 수 있다는 것이 포함된다.

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

도 1은 본 발명의 예시적인 실시양태에 따라 방법을 수행하는 직렬 압출 설비를 개략적으로 나타낸다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시양태에 따라 형성된 2층 절연 도체의 횡단면을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 또다른 예시적인 실시양태에 따라 방법을 수행하는 직렬 압출 설비를 개략적으로 나타낸다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시양태에 따라 형성된 3층 절연 도체의 횡단면을 나타낸다.
유사 부분이 하나 초과의 도면에서 나타나는 경우에, 명확함을 위해 이는 유사 참조 번호로 표시하려 하였다.

본 발명의 예시적인 실시양태는 코팅 물질의 하부 층을 튜브 압출에 의해 적용하고 제2 층을 가압 압출에 의해 하부 층 상에 직접 적용하는 압출에 의한 세장 부재의 코팅 방법, 예컨대 절연 도체의 형성 방법에 관한 것이다. 직렬 설비에 관해 주로 나타내었으나, 본 발명의 원리는 중간 권선 및 스트링잉 (stringing) 작업을 포함하는 공정에 동일하게 적용됨을 인식할 것이다. 즉, 본 발명의 예시적인 실시양태는 직렬 압출 공정 및 코팅 물질을 별도의 개별적인 압출 단계로 적용하는 공정 모두를 의도한다.

도 1을 참조하면, 세장 부재 (100)가 인출되고 코팅 물질의 다중 층이 세장 부재 (100) 상에 압출되는 튜브 압출기 장치 (10) 및 가압 압출기 장치 (20)를 포함하는 직렬 압출 설비 (5)를 개략적으로 나타내었다.

세장 부재 (100)는 임의의 적합한 게이지의 와이어일 수 있고, 충실 (solid) 또는 스트랜드 (즉, 함께 꼬인 많은 작은 와이어로 구성됨)일 수 있다. 도 2는 세장 부재 (100)가 스트랜드 도체인 예시적인 실시양태에 따라 도 1에 나타낸 설비를 사용한 절연 도체 (300)의 횡단도를 나타낸다. 스트랜드 도체는 도체가 진동될 항공기 또는 다른 설비에 적용하기에 바람직하다. 도체는 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 0.40 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.

제1 층 (112)은 도체 (100)의 외부 표면의 상부에 적용된다. 제1 절연층 (112)는 압출가능한 열가소성 물질 (110)을 포함하여, 테이프-랩핑 기법으로는 적절하게 달성될 수 없는 그의 길이에 따라 실질적으로 균일한 두께를 갖는 제1 층 (112)를 제공한다. 와이어 코팅 적용을 위해, 또한 내부 또는 코어 층으로도 지칭되는 제1 층 (112)용으로 선택되는 물질 (110)은 일반적으로 절연 물질이며 전형적으로 실온 및 승온 모두에서 높은 인장 계수 (ASTM D638에 따라 측정됨)를 갖도록 선택한다. 제1 층 물질의 인장 계수는 최대 0.064 mm (0.0025 인치) 두께의 코팅에 대해 25℃에서 1241 MPa (180,000 psi) 이상이어야 한다. 약 0.038 mm (0.0015 인치) 이하의 코팅에 대해, 인장 계수는 25℃에서 1379 MPa (200,000 psi) 이상이어야 하고, 약 0.025 mm (0.001 인치)의 코팅에 대해 인장 계수는 25℃에서 1724 MPa (250,000 psi) 이상이어야 한다.

게다가, 제1 층 물질은 일반적으로 하부 도체 (100)와의 결합에 저항하도록 선택한다. 도체에 대한 결합은 후속 스트리핑의 어려움을 증가시킬 수 있다. 제1 층 물질로서 사용하기에 적합한 예시적인 물질에는 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리올레핀, 예컨대 폴리메틸펜텐, 예를 들어 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.

본 발명의 예시적인 실시양태에 따라, 벌크 용융 제1 층 물질 (110)을 함유하는 튜브 압출기 장치 (10)의 튜브 압출 다이 (160) 내에 위치하는 가이더 팁 (150)을 통해 도체 (100)이 인출되는 튜브 압출에 의해 제1 층 (112)이 형성된다.

통상의 당업자가 인식할 듯이, 튜브 압출은 절연 물질의 용융물을 용융된 튜브로서 압출하고 이 용융물은 적용될 표면 (예를 들어, 도체 (100)의 외부 표면)과 물리적으로 접촉한 후, 다이 (160)의 외부로 보내지는 것을 포함한다. 도 1에 관해, 도체 (100)은 튜브 압출기 장치 (10) 내의 가이더 팁 (150)을 통과하고, 도체 (100)가 다이 (160)을 빠져나오면서 제1 층 물질 (110)과 접촉한다. 결과 용융 튜브를 수렴 콘 (125)의 형상으로 다이 (160)의 외부에서 도체 (100) 상에 인출함으로써 도체 (100) 상에 제1 절연층 (112)이 형성된다.

제1 층 물질 (110)은 도체로부터 파괴되어 나오거나 제1 층 (112)의 매끈함에 유의한 변화를 유발하지 않으며, 목적하는 벽 두께보다 더 얇게 인출될 수 있어야 한다. 이로 인해, 개시 동안 및 정상 상태 작업으로의 후속 이동 (ramp-up) 동안 제1 층 (112)으로 코팅된 도체 (100)이 제2 (가압) 압출기 (20)의 가이더 팁 (250)의 꼭맞는 구멍 (252)을 통과할 수 있다. 즉, 튜브 압출 단계는 도체가 튜브 압출기 (10)로부터 가압 압출기 (20)로 당겨질 때 콘 (125)이 너무 짧아 파괴를 초래하거나 또는 너무 길어 덩어리 또는 너무 큰 부분을 초래하지 않도록 수행되어야 하며, 이는 튜브 압출되는 층 (112)용으로 사용되는 특정 물질에 좌우될 수 있다. 결과로서, 직렬 작업에 대해, 먼저 일상적인 실험을 수행하여 영역 인출 비를 연구하여, 비정상 상태 작업, 예컨대 제조의 개시 동안 안정한 콘 길이 범위 내에서 작동 콘 길이가 보다 양호하게 유지될 수 있도록 안정적인 콘 길이의 범위를 결정하는 것이 바람직할 수 있다.

한 실시양태에서, 제2 열가소성 물질 (210)을 가압 압출하여 제1 층 (112) 상에 제2 층 (212)을 형성할 수 있도록 도체 (100) 및 상부 제1 층 (112)을 튜브 압출기 장치 (10)로부터 바로 가압 압출기 장치 (20)로 인출한다. 이러한 예시적인 실시양태에 따른 직렬 공정의 사용은 제1 층 (112)이 냉각될 실질적인 기회를 갖기 전에 가압 압출된 제2 층 (212)이 튜브 압출된 제1 층 (112) 상에 적용될 수 있게 한다. 이로 인해, 제1 및 제2 층 (112), (212) 사이의 결합이 증진될 수 있다. 제1 절연층 (112)과 같이, 제2 층 (212)은 두께가 실질적으로 균일하여 매끈한 표면을 갖도록 또한 제조된다.

인지될 수 있는 바와 같이, 가압 압출에서 양호하게 제조된 (즉, 실질적으로 균일한) 용융물은 가압 압출기 다이 (260) 내에서 적용된 물질의 표면 (여기서, 제1 층 (112)의 외부 표면)과 물리적으로 접촉하고 압력 하에 다이 (260)를 통해 함께 당겨진다.

예시적인 실시양태에 따라, 가압 압출기 (260)의 가이더 팁 구멍 (252)은 전형적으로 이를 통해 당겨지는 도체 (100) 및 상부 제1 층 (112)에 꼭 부합하는 형상 및 크기이기 때문에 가압 압출기 (20)에서 용융물은 일반적으로 도체 (100)이 검 공간 (gum space) (266)에 (즉, 가이더 팁 구멍 (252)에서) 들어가는 구멍을 통해 거꾸로 새나갈 수 없다. 보다 구체적으로는, 간극을 통해 거꾸로 흐르는 임의의 잠재적인 문제를 피하기 위해, 가압 압출기 가이더 팁 (250)의 구멍 (252)의 직경은 이를 통해 이동하는 제1 층 (112)의 외부 직경보다 단지 약 0.0051 mm 내지 0.025 mm (0.0002 인치 내지 0.001 인치) 더 커야 한다. 즉, 가압 압출기 가이더 팁 (250)의 구멍 (252)의 직경은 튜브 압출기에서 나오는 코팅된 와이어의 직경보다 단지 약 0.0051 mm 내지 0.025 mm (0.0002 인치 내지 0.001 인치) 더 커야 한다. 도체의 앞쪽으로의 이동은 임의의 용융물을 끌어내며, 이러지 않을 경우 가이더 팁 구멍 (252)에서의 간극을 통해 새나가는 경향이 있을 것이다. 일부 응용에서, 가이더 팁 구멍 절반 각의 각 (도 1에서 각 a로 나타냄)은 약 15 내지 22도 이하이나, 다이 구멍의 절반 각 (도 1에서 각 b로 나타냄)은 약 25 내지 30 도일 수 있다. 다이 랜드 (land) (264)의 길이는 일반적으로 다이 구멍 (262)의 치수의 2배 이하로 선택하며, 바람직하게는 다이 구멍의 치수와 동일하다.

가압 압출된 제2 층 (212)은 튜브 압출된 제1 층 (112)의 열가소성 물질 (110)과 상이한 임의의 물질 (210)일 수 있으며, 단 제2 층 물질 (210)은 제1 층 (112)을 습윤시켜 두 층 (112), (212) 사이에 친밀한 접촉을 달성하고, 제1 층 (112)의 열가소성 물질 (110)은 제2 층 (212)의 열가소성 물질 (210)의 압출 용융 온도보다 30℃ 이상 더 높은 유동 온도를 갖는다. 전체 절연 코팅에서 목적하는 블렌드의 특성을 달성하도록 (예를 들어, 상이한 첨가제, 가교제, 안료 등을 도입하여) 제1 층 외에 제2 층의 사용을 보장할 수 있는 임의의 측면에서 제2 층 물질 (210)은 상이할 수 있으나, 일반적으로 제1 층의 중합체 물질과 상이한 조성을 갖는 중합체 물질을 사용하는 것을 포함한다. 예시적인 제2 층 물질은 플루오로중합체, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리올레핀, 또는 이들 물질의 혼화성 블렌드를 포함한다. 한 실시양태에서, 제2 절연층은 폴리(에틸렌 테트라플루오로에틸렌) (ETFE), 폴리(에틸렌 클로로트리플루오로에틸렌) (ECTFE), 폴리비닐리덴 플루오라이드 (PVDF), 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.

제2 층의 압출 용융 온도로 가열되는 경우 제2 층 물질이 제1 층 물질을 완전히 습윤시킬 수 있도록 제2 층용으로 선택되는 물질은 제2 층의 용융 가공 온도에서 제1 층의 물질과 화학적으로 상용성이어야 함을 인식할 것이다. 이는 가압 압출기 다이 (260)의 검 공간을 통과할 때 튜브 압출된 제1 층 (112)이 가압 압출기 가이더 팁 (250)에서 정체하는 경향이 극복되도록 제2 층 물질 (210)이 제1 층 (112)에 충분히 작은 뒤로의 견인력을 발휘하여 두 층 (112), (212) 사이에 충분히 친밀한 접촉이 달성됨을 의미한다. 또한, 두 층 사이의 친밀한 접촉은, 총 절연 시스템의 기계적 특성의 전반적인 균형에 일반적으로 유리한, 이들 사이에 보다 만족스러운 기계적 결합을 초래할 수 있다.

제2 층에 대한 특정 물질은 제3 층이 제2 층 상에 적용되는지에 좌우될 수 있음을 또한 인식할 것이다. 즉, 사용되는 조성은 제2 층이 절연 도체에 대한 외부 층이든지 또는 코어 층 및 외부 층 사이에 중간/타이 (tie) 층이 제공되든지에 또한 좌우될 수 있다.

가압 압출 단계 동안, (제1 층 (112)으로 코팅되고 튜브 압출 단계에서 배출된) 부분적 절연 도체는 가압 압출기 다이 (260)의 검 공간 (266) 및 다이 랜드 (264)에서 유도된 높은 변형 인장력 및 전단력을 충분히 견딜 정도로 물리적으로 강해야 한다. 게다가, 도체가 임의의 이유로, 예를 들어 용접된 연질부에서 또는 그의 제조 동안의 결함으로 인해, 파괴되는 경우, 도체는 꼭 맞는 가이더 팁 구멍 (252)뿐만 아니라 모두 점성 용융물이 충만되는 검 공간 (266) 및 다이 랜드 (264)를 통해 다시 스트링되어야 한다.

결과로서, 제2 층 (212)의 의도된 압출 용융 온도에서 제1 층 (112)의 높은 수준의 기계적 완전도를 유지하는 것이 중요하다. 이와 관련하여, 제1 층 물질 (110)의 유동점은 가압 압출기 (20)에서의 압출 용융 온도보다 약 30℃ 이상 더 높아야 한다. 인지될 수 있는 바와 같이, "유동점"은 결정성 중합체에 대한 제1 층 물질의 결정질 융점 또는 무정형 중합체의 유리 전이 온도를 의미한다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시양태에 따라, 예를 들어 제2 층 (212)이 3층 절연된 도체 (400)를 생성하도록 제3 층 (312)이 적용되는 중간 층인 경우에 사용하기 위한 3층 코팅된 부재 (도 4)의 제조를 위한 직렬 시스템 (6)을 개략적으로 나타내었다. 제3 층은 튜브 또는 가압 압출에 의해 적용할 수 있다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 제3 층은 튜브 압출에 의해 적용되며, 여기서 제2 튜브 압출기 장치 (10)는 제3 직렬 압출기로서 제공될 수 있다. 제3 층이 가압 압출에 의해 적용되는 경우, 제2 가압 압출기 장치는 제3 직렬 압출기로서 제공될 수 있다. 별법으로, 통상의 당업자가 이해할 듯이, 가압 압출기 장치 (20)는 공압출 원리에 따라 2층을 동시에 적용하기 위한 공압출 장치일 수 있다.

제3 층은 사용되는 압출의 특정 유형을 위한 임의의 적합한 물질을 포함할 수 있고, 제3 층은 제2 절연 물질 (210)과 상이하다. 제3 층 절연 물질은 제1 절연 물질 (110)과 동일하거나 상이할 수 있다. 제3 층이 적용되는 경우, 제2 절연 물질의 인장 계수는 25℃에서 1379 MPa (200,000 psi) 이상이어야 한다.

한 실시양태에서, 제3 층 (312) 상에 2개의 추가의 층을 적용함으로써 최대 5층 절연된 도체를 제조할 수 있다. 예를 들어, 2종, 3종, 4종 또는 심지어 5종의 상이한 물질을 사용하여, 0.025 mm (0.001 인치) 두께의 튜브 압출된 제1 층을 형성한 후, 0.19 mm (0.0075 인치) 두께의 가압 압출된 제2 층, 0.025 mm (0.001 인치) 두께의 튜브 압출된 제3 층, 0.19 mm (0.0075 인치) 두께의 가압 압출된 제4 층을 형성한 후, 0.076 mm (0.003 인치) 두께의 튜브 압출된 외부 층을 형성하여 특성의 특정 균형을 위한 전체적인 절연 시스템을 제조하는 것이 바람직할 수 있다.

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. 일부 층, 특히 외부층이 가교제를 또한 함유할 수 있다. 코팅된 도체를 방사선 공급원에 노출시키는 것과 같은 가교 단계를 수행하여 도체의 외부 층의 인성을 증진할 수 있다. 가교제를 비롯한 임의의 첨가제는 층의 약 20 중량% 미만을 함께 구성할 수 있고, 바람직하게는 약 10 중량% 이하이다.

따라서, 본 발명자들은 당업계에서의 예상과는 대조적으로 튜브 압출에 의해 적용된 물질의 층 상에 절연 물질의 층을 가압 압출함으로써 다층 절연 코팅을, 심지어 상기 2층의 두께가 매우 얇은, 즉 각각 0.064 mm (0.0025 인치) 미만인 경우에도, 세장 도체에 제공할 수 있음을 발견하였다.

본원에 기재된 예시적인 방법을 수행하는데 있어서, 제조 설비의 일부로서 보조 다운 라인 (down-line) 모니터링 및 권취 (take-off) 기기를 도입하는 것이 바람직할 수 있다. 이로 인해, 예를 들어 도체 릴 (reel) 교체를 수행하는 경우, 또는 큰 절연 결함 (예를 들어, 드룰링 (drooling), 파괴 (breakaway), 또는 블리스터링 (blistering))을 다루는 경우와 같이 라인을 멈출 시에, 라인 개시 동안 및/또는 재스트링잉 (re-stringing) 작업 동안 발생할 수 있는 문제들을 경감시킬 수 있다.

충실 또는 스트랜드 도체인 세장 부재의 코팅에 관해 주로 기재하였으나, 상기 방법은 임의의 코팅 적용에 사용할 수 있고, 본원에서의 교시는 튜브 압출에 의해 적용된 물질의 층 상에 가압 압출에 의해 물질의 층을 적용하기에 바람직할 수 있는 임의의 세장 부재에 확장될 수 있음을 인식할 것이다. 예를 들어, 세장 부재는 이미 적용된 절연재의 하나 이상의 층이 있는 도체이거나 또는 꼬이거나 병렬로 놓이고, 편조되거나 또는 랩핑된 차폐물이 있거나 없고, 외부 자켓이 있거나 없는 1종 초과의 절연되거나 절연되지 않은 도체가 있는 다중 도체 케이블일 수 있다.

실시예

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

외부 직경이 0.94 mm (0.0372 인치)인 연질 어닐링된 구리를 갖는 20 AWG 유니레이 스트랜드 도체를 주석 도금하였다. 미쯔이 케미컬즈 (Mitsui Chemicals)로부터 오럼 (AURUM)으로서 수득된 폴리이미드를 내부 직경이 5.3 mm (0.210 인치)인 말리퍼 (Malifer) 유형 가이더 팁을 사용하여 도체 상에 튜브 압출하였다. 튜브 압출기 다이 헤드는 7.5 mm (0.295 인치)의 구멍을 가졌다. 배럴 길이 대 내부 직경 (L/D) 비가 24:1인 압출기를 사용하여, 폴리이미드를 목적 두께 0.051 mm (0.002 인치)로 도체 상에 튜브 압출하여 직경이 약 1.04 mm (0.041 인치)인 코팅된 와이어를 제조하였다.

폴리이미드 코팅된 도체를 권취시키고 이어서 가압 압출기를 통해 제2 통과로 스트링하였으며, 여기서, 다이넌 (Dyneon)으로부터 510 ESD로 수득된 THV 층을 미리 튜브 압출된 폴리이미드 코팅 도체 상에 적용하였다. 가압 압출기는 내부 직경이 1.1 mm (0.042 인치)이고, 즉 이를 통해 당겨진 코팅된 도체보다 0.025 mm (0.001 인치) 더 크고, 다이 구멍이 1.12 mm (0.044 인치)인 말리퍼 유형 가이더 팁을 사용하였다. 압출기 배럴 길이 대 내부 직경 (L/D) 비를 24:1로 하여, 튜브 압출된 폴리이미드 코팅 도체 상에 THV를 두께 0.051 mm (0.002 인치)로 성공적으로 가압 압출하여 직경이 약 1.15 mm (0.0454 인치)인 코팅된 와이어를 제조하였다. 두 통과로 수행하였지만, 본 실험은 얇은 튜브 압출된 층 상에 얇은 가압 압출된 층을 적용하는 능력, 및 이에 따른 제조 효율로 직렬 배열에서 이를 수행하는 능력을 증명한다.

이어서, 가압 압출된 THV 층 상에 제3 층을 튜브 압출시켰다. 오시몬트 (Ausimont)로부터의 PFA 450으로 수득된 퍼플루오로알콕시 중합체 (PFA)를 제3 층을 위해 사용하였다. 이 층을 위해, 다이 구멍을 8.1 mm (0.320 인치)로 하고 내부 직경이 6.1 mm (0.240 인치)인 표준 가이더 팁을 사용하여 PFA를 약 0.10 mm (0.004 인치) 두께로 적용하였다. 이로 인해, 총 도체 직경 1.36 mm (0.0535 인치)에 대해 총 절연 두께가 0.20 mm (0.008 인치)인 3층 절연된 도체인 최종 시편이 제조되었다.

특정 THV (510 ESD)를 다이넌으로부터 또한 수득한 상이한 등급 (THV 500)으로 대체한 것을 제외하고는, 동일한 방식으로 제2 실시예를 수행하였다. 이 물질을 0.025 mm (0.001 인치)의 층 두께로 가압 압출하여, 튜브 압출된 물질의 박층 상에 박층이 성공적으로 가압 압출되는 능력을 또한 증명하였다.

THV로 코팅하기 전에 0.10 mm (0.004 인치)의 폴리에틸렌 테트라플루오로에틸렌 (ETFE)로 튜브 압출된 20 AWG 스트랜드 도체를 사용하여 제3 실시예를 시도하였다. 총 직경이 1.16 mm (0.0455 인치)인 코팅된 와이어를 제조하기 위해, 1.24 mm (0.0490 인치)의 다이 구멍을 사용하여 내부 직경이 ETFE 코팅된 와이어의 직경보다 0.038 mm (0.0015 인치) 더 큰 1.19 mm (0.0470 인치)인 말리퍼 유형 가이더 팁이 있는 가압 압출기를 통해 ETFE 코팅된 도체를 스트링하였다. 그러나, 가압 압출기의 가이더 팁에서 ETFE 내부 층이 정체하여 와이어를 파괴하였기 때문에, 결국 이러한 특정 구조로 이루어진 샘플을 수득할 수 없었다.

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

세장 부재 (elongate member)를 제공하고; 이어서
제1 압출기 장치를 사용하여 제1 열가소성 물질을 포함하는 컴파운드를 세장 부재의 외부 표면 상에 튜브 압출하여 두께가 약 0.064 mm (0.0025 인치) 미만인 제1 층을 생성하고; 이어서
제2 압출기 장치를 사용하여 제1 열가소성 물질과 상이한 제2 열가소성 물질을 포함하는 컴파운드를 제1 층의 외부 표면 상에 가압 압출하여 제1 층에 인접하는 제2 층을 생성하는 것을 포함하며,
제2 층이 제1 층을 완전히 습윤시키고, 제1 열가소성 물질의 유동점이 제2 열가소성 물질의 압출 용융 온도보다 30℃ 이상 더 높은 것인, 다층 코팅된 세장 부재의 제조 방법.
제1항에 있어서, 제2 열가소성 물질과 상이한 제3 열가소성 물질을 포함하는 컴파운드를 제2 층의 외부 표면 상에 압출하여 제2 층에 인접하는 제3 층을 생성하는 것을 추가로 포함하는 방법.
제2항에 있어서, 제1 열가소성 물질이 제3 열가소성 물질과 상이한 것인 방법.
제2항에 있어서, 제3 열가소성 물질을 제2 층의 외부 표면 상에 튜브 압출 또는 가압 압출하는 것을 포함하고, 바람직하게는 제2 및 제3 층을 가압 압출에 의해 동시에 공동 압출하는 것을 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 가압 압출 단계가 튜브 압출 단계와 직렬로 배치되는 것인 방법.
제1항에 있어서, 제1 열가소성 물질을 튜브 압출하여 두께가 약 0.025 mm (0.001 인치) 이하인 제1 층을 형성하는 것을 포함하고, 바람직하게는 제1 열가소성 물질의 인장 계수가 25℃에서 1724 MPa (250,000 psi) 초과인 것인 방법.
제6항에 있어서, 제2 열가소성 물질을 가압 압출하여 두께가 약 0.038 mm (0.0015 인치) 이하인 제2 층을 형성하는 것을 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 튜브 압출 및 가압 압출 단계에서 제1 및 제2 층의 총 두께가 0.076 mm (0.003 인치) 미만인 절연된 세장 부재가 형성되는 방법.
제1항에 있어서, 제1 층이 제2 층에 결합되는 방법.
튜브 압출기 다이 및 튜브 압출기 다이 내에 위치하는 튜브 압출기 가이더 팁을 갖는 튜브 압출기 장치를 제공하고;
가압 압출기 다이 및 가압 압출기 다이 내에 위치하며 가압 압출기 가이더 팁 구멍을 한정하는 가압 압출기 가이더 팁을 갖는 가압 압출기 장치를 제공하며;
튜브 압출기 가이더 팁을 통해 세장 부재를 인출하여, 제1 열가소성 물질의 제1 절연층을 0.051 mm (0.002 인치) 이하의 제1 절연층 두께로 세장 부재의 외부 표면 상에 튜브 압출하고;
가압 압출기 다이의 가압 압출기 가이더 팁을 통해 세장 부재를 인출하여, 제1 열가소성 물질과 상이한 제2 열가소성 물질의 제2 절연층을 0.038 mm (0.0015 인치) 이하의 제2 절연층 두께로 제1 절연층의 외부 표면 상에 가압 압출하고;
제3 열가소성 물질의 제3 절연층을 제2 절연층의 외부 표면 상에 압출하는 것을 포함하며;
제2 절연층이 제1 절연층을 완전히 습윤시키고,
제1 열가소성 물질의 유동점이 제2 열가소성 물질의 압출 용융 온도보다 30℃ 이상 높으며,
제1 열가소성 물질의 인장 계수가 25℃에서 1241 MPa (180,000 psi) 초과이고, 제2 열가소성 물질의 인장 계수가 25℃에서 1379 MPa (200,000 psi) 초과인 것인,
다층 코팅된 세장 부재의 제조 방법.