KR20150041797A

KR20150041797A - 표면 개질 가공 전도체

Info

Publication number: KR20150041797A
Application number: KR20157005533A
Authority: KR
Inventors: 코디 알. 다비스; 사티쉬 쿠마르 랑가나탄; 라이언 안데르센; 비자이 메타르; 윌리암 에스. 템플; 스리니바스 시리푸라푸; 고든 베이커; 제임스 프리스톤; 데니스 엘. 도스
Original assignee: 제너럴 케이블 테크놀로지즈 코오포레이션
Priority date: 2012-08-10
Filing date: 2013-04-19
Publication date: 2015-04-17
Also published as: US20150235739A1; CA2880495A1; PE20150546A1; CL2015000320A1; PH12015500273A1; MX2015001771A; CN104704580B; AU2013300127A1; EP2883231B1; US9859038B2; WO2014025420A1; KR101929416B1; CN104704580A; CA3048274A1; MX359098B; HK1206479A1; PH12015500273B1; BR112015002970A2; CA3048274C; TW201447931A

Abstract

본 발명은 전도체가 낮은 온도들에서 동작하도록 허용하는 코팅을 갖는 표면 개질 가공 전도체에 관한 것이다. 코팅은 내열 및 습식 노화 특징들을 가지는 무기의 비백색 코팅이다. 코팅은 바람직하게는 바람직한 특성들을 갖는 방열 에이전트, 및 적절한 결합제/서스펜션 작용제를 갖는 방열 에이전트를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 코팅은 80 미만의 L* 값, 0.5보다 크거나 같은 열 방사율, 및/또는 0.3보다 큰 태양열 흡수 계수를 가진다.

Description

표면 개질 가공 전도체{SURFACE MODIFIED OVERHEAD CONDUCTOR}

이 출원은 2012년 8월 10일자로 출원된 미국 가출원 번호 제 61/681,926 호, 2012년 9월 17일자로 출원된 제 61/702,120 호, 2013년 2월 26일자로 출원된 제 61/769,492 호, 및 2013년 3월 15일자로 출원된 제 61/800,608 호의 우선권을 주장하고, 이들은 참조로 본원에 포함된다.

본 발명은 전도체로 하여금 낮은 온도들에서 작동하게 하는 코팅을 갖는 표면 개질 가공 전도체에 관한 것이다.

전기의 수요가 계속 증가하고 있기 때문에, 더 높은 용량 전송 및 분배에 대한 요구가 또한 증가하고 있다. 전력 송신 라인의 양은 라인의 전류-운반 용량(current-carrying capacity: 전류 용량(ampacity))에 의존한다. 라인의 전류 용량은 전류를 운반하는 베어 전도체(bare conductor)의 최대 안전 작동 온도에 의해 제한된다. 이러한 온도를 초과하면 전도체 또는 라인의 액세서리들(accessories)에 손상을 초래할 수 있다. 더욱이, 전도체는 옴 손실들(Ohmic losses) 및 태양열(solar heat)에 의해 가열되고 그것은 전도, 대류 및 복사에 의해 냉각된다. 옴 손실들로 인해 발생된 열의 양은 관계 옴 손실들=I²R에 의해 그것을 통과하는 전류(I) 및 그것의 전기 저항(R)에 의존한다. 전기 저항(R) 자체는 온도에 의존한다. 더 많은 전류 및 온도는 더 높은 전기 저항으로 이어지는데, 이것은 또한 전도체에서 더 많은 전기 손실들을 초래한다.

수개의 해결방법들이 이 기술에서 제안되어 왔다. 시믹(Simic)에 의한 WO 2007/034248은 스펙트럼 선택적 표면 코팅으로 코팅된 가공 전도체들을 개시한다. 코팅은 0.7보다 높은 열 방출 계수(E) 및 0.3보다 낮은 태양열 흡수 계수(A)를 가진다. 시믹은 또한 표면이 낮은 태양열 흡수를 가지도록 컬러가 백색인 것을 필요로 한다.

DE 3824608은 0.6보다 큰, 바람직하게는 0.9보다 큰 방사율을 갖는 흑색 페인트 코팅(black paint coating)을 가지는 오버헤드 케이블(overhead cable)을 개시한다. 페인트는 플라스틱(예컨대 폴리우레탄) 및 흑색 안료(black color pigment)로 만들어진다.

FR 2971617은 방사 계수가 0.7 이상이고 태양열 흡수 계수가 0.3 이하인 폴리머층으로 코팅된 전기 전도체를 개시한다. 폴리머층은 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride: PVDF) 및 백색 안료 첨가제로 제조된다.

FR 2971617 및 WO 2007/034248 모두는 시간이 지남에 따라 글레어(glare) 및 변색(discoloration)으로 인해 바람직하지 않은 백색 코팅들을 필요로 한다. DE 3824608 및 FR 2971617 모두는 이들의 의심스러운 열 및 습기 노화 특성들로 인해 바람직하지 않은 폴리머 코팅들을 필요로 한다.

그러므로, 전도체들이 감소된 온도들에서 동작하게 허용하는 가공 전도체들에 대한 내구성이 있는, 무기의 비백색 코팅에 대한 요구가 여전히 있다.

전도체의 온도는 전도체의 전기적 특성들, 전도체의 물리적 특성들, 및 지역 날씨 조건들을 포함하는 다수의 요인들에 의존한다. 전도체가 온도를 증가시킬 하나의 방법은 태양 복사로 인해 태양으로부터 열을 흡수하는 것이다. 흡수된 열의 양은 전도체 표면, 즉 흡수율("absorptivity")의 표면 계수에 의존한다. 낮은 흡수율은 전도체가 태양 복사로 인한 소량의 열만을 흡수하는 것을 나타낸다.

전도체가 온도를 감소시키는 하나의 방법은 방사를 통해 열을 방출하는 것이다. 방사된 열의 양은 방사율("emissivity")의 전도체 표면 계수에 의존한다. 높은 방사율은 전도체가 낮은 방사율을 전도체보다 더 많은 열을 방사하는 것을 나타낸다.

따라서, 본 발명의 목적은 ANSI C119.4-2004에 따라 시험될 때, 방열 에이전트 없이 동일한 전도체의 온도에 비해 전도체의 작동 온도를 감소시키는 방열 에이전트를 포함하는 가공 전도체를 제공하는 것이다. 방열 에이전트는 전도체에 직접 포함될 수 있거나, 또는 전도체 상에 코팅될 수 있다. 바람직하게는, 작동 온도는 적어도 5℃만큼 감소된다.

본 발명의 다른 목적은 내열 및 습식 노화 특성들(wet aging characteristics)을 가지는 가공 전도체들에 대해 무기의 비-백색 코팅을 제공한다. 코팅은 바람직하게는 바람직한 특성들을 갖는 방열 에이전트, 및 적절한 결합제/서스펜션 작용제(suspension agent)를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 코팅은 0.5 이상의 열 방사율 및/또는 0.3보다 큰 태양열 흡수 계수를 가진다. 바람직한 실시예들에서, 코팅은 0-250℃의 온도 범위에 걸쳐 전도체의 열팽창과 유사한 열팽창, 즉 약 10x10^-6 내지 약 10OxlO^-6 /℃를 가진다.

본 발명의 또 다른 목적은 방열 에이전트 없이 동일한 전도체의 온도에 비해 전도체의 작동 온도를 감소시키는 무기의, 비-백색의, 유연한 코팅을 갖는 가공 전도체를 코팅하기 위한 방법들을 제공한다.

본 발명의 더 완전한 이해 및 많은 그것의 수반되는 이점들은, 동일한 것이 첨부 도면들과 관련되어 고려될 때 다음의 상세한 설명을 참조하여 더 잘 이해되기 때문에 더 용이하게 얻어질 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전도체의 횡단면도이고;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전도체의 횡단면도이고;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전도체의 횡단면도이고;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전도체의 횡단면도이고;
도 5는 주어진 인가 전류에 대해 금속 기판들의 온도를 측정하기 위한 테스트 배열을 나타내는 도면이고;
도 6은 코팅 및 코팅되지 않은 전도체들의 온도들을 나타내는 그라프이고;
도 7은 주어진 인가 전류에 대해 직렬 루프 시스템에서 금속 기판들의 온도차를 측정하기 위한 테스트 배열을 나타내는 도면이고;
도 8은 2/0 AWG 고체 알루미늄 전도체들의 온도들을 나타내는 그라프이고;
도 9는 795 kcmil 아르부투스(Arbutus) 전(All)-알루미늄 전도체들의 온도들을 나타내는 그라프이고;
도 10은 본 발명의 연속 프로세스를 나타내는 도면이고;
도 11은 플러디드 다이(flooded die)의 단면을 나타내는 도면이고;
도 12는 플러디드 다이의 평면 뷰를 나타내는 도면이고;
도 13은 플러디드 다이의 컷-어웨이 뷰(cut-away view)를 나타내는 도면이다.

본 발명은, ANSI C119.4-2004에 따라 시험될 때, 방열 에이전트 없이 동일한 전도체의 온도에 비해 전도체의 작동 온도를 감소시키는 외부 코팅을 포함하는 가공 전도체를 제공한다. 방열 에이전트는 전도체에 직접 통합될 수 있고 또는 전도체 상에 코팅될 수 있다. 바람직하게는, 작동 온도는 적어도 5℃만큼 감소된다.

일 실시예에 있어서, 본 발명은 예를 들어 코로나, 파열의 연장(elongation at rupture), 인장 강도(tensile strength), 탄성율과 같은 어떠한 전기적 또는 기계적 특성들에 대한 중요한 변경 없이 전도체의 작동 온도를 감소시키기 위해 표면 코팅을 갖는 베어 가공(bare overhead) 전도체를 제공한다. 본 발명의 코팅층은 바람직하게는 비백색이다. CIE 공개 15.2(1986), 섹션 4.2는 사용을 위해 CIE L*, a*, b* 컬러 스케일(color scale)을 권장한다. 색 공간은 큐브(cube)로서 체계화된다. L* 축선은 상부로부터 하부로 뻗는다. L*에 대한 최대치는 100이고, 이것은 완전한 반사 확산기(perfect reflecting diffuser) 또는 백색을 표현한다. L*에 대한 최소치는 0이고, 이것은 흑색을 나타낸다. 본 발명에서 사용되는 것과 같이, "백색(white)"은 80 이상의 L* 값들을 의미한다.

바람직한 실시예에 있어서, 코팅층의 열 방사 계수는 0.5 이상, 더욱 바람직하게는 0.7 이상, 가장 바람직하게는 0.8 이상이다. 또 다른 바람직한 실시예에 있어서, 코팅층의 흡수율 계수는 약 0.3보다 크고, 바람직하게는 약 0.4보다 크고, 가장 바람직하게는 약 0.5보다 크다. 전도체 코팅들은 가열 및 냉각 중 와이어의 열팽창으로 인해 크랙(crack)하는 경향이 있고, 표면 코팅의 팽창 계수는 바람직하게는 케이블 전도체의 것과 일치한다. 본 발명에 있어서, 코팅의 팽창 계수는 바람직하게는 0-250℃의 온도 범위에 걸쳐 lOxlO^-6 내지 약 10OxlO^-6 /℃의 범위에 있다. 코팅층은 바람직하게는 또한 열 노화 특징들을 통과한다. 가공 전도체들은 가공 전도체의 디자인에 의존하여 75℃ 내지 250℃의 최대 온도들에서 작동하도록 설계되므로, 가속 열 노화는 바람직하게는 1일 및 7일의 기간 동안 325℃로 유지되는 송풍 오븐(air circulating oven) 내에 샘플들을 배치하여 행해진다. 열적 노화가 완료된 후, 샘플들은 24 시간의 기간 동안 21℃의 실온에 배치된다. 이후 샘플들은 더 큰 직경으로부터 더 작은 직경의 크기를 갖는 상이한 원통형 맨드릴들 상에서 벤딩되고, 코팅들은 각각의 맨드릴 크기에서 임의의 시각적 크랙들(visible crack)이 관찰된다. 결과들은 열적 노화 이전에 코팅의 유연성과 비교된다.

다른 실시예에어, 본 발명의 코팅층(coating composition)은 결합제 및 방열 에이전트를 포함한다. 조성물은, 표면층으로서 베어 전도체 와이어 상에 코팅될 때, 동작 중 전도체에 의해 발생된 열을 전도체가 더 양호하게 소산시키도록 허용한다. 조성물은 또한 다른 선택 성분들, 예컨대 필러들(fillers), 안정화제들, 착색제들, 계면활성제들 및 적외선(IR) 반사 첨가제들을 포함할 수 있다. 조성물은 바람직하게는 무기 성분들만을 포함한다. 만약 어떠한 유기 성분들이라도 사용되면, 이들은 약 10% 미만(건조 코팅 조성물의 중량으로), 바람직하게는 5 wt% 미만이어야 한다. 일단 전도체 위에 코팅되어 건조되면, 코팅층은 바람직하게는 200 미크론 미만, 더욱 바람직하게는 100 미크론 이하 가장 바람직하게는 30 미크론 미만이다. 그러나, 어떠한 경우에도, 두께는 적어도 5 미크론이다. 본 발명에 따라 제조된 코팅들은 바람직하게는 비-백색이다. 더욱 바람직하게는, 코팅들은 비백색(L*<80)이고 및/또는 약 0.3, 바람직하게는 약 0.5, 가장 바람직하게는 약 0.7보다 큰 흡수율을 가진다. 코팅들은 전기적으로 비전도성, 반전도성, 또는 도전성일 수 있다.

하나 이상의 결합제들이 코팅 조성물에, 바람직하게는 약 20-60%(전체 건조 조성물의 중량으로)의 농도로 사용될 수 있다. 결합제는 기능기 예컨대 히드록실, 에폭시, 아민, 산, 시안산염, 규산염, 규산염 에스테르, 에테르, 탄산염, 말레산 등을 포함할 수 있다. 무기 결합제들은 금속 규산염들, 예컨대 칼륨 규산염, 규산 나트륨, 리튬 규산염 및 마그네슘 알루미늄 규산염; 해교된(peptized) 알루미늄 산화물 일수화물; 콜로이드 규산; 콜로이드 알루미늄; 알루미늄 인산염 및 이들의 조합들일 수 있지만 이에 한정되지 않는다.

하나 이상의 방열 에이전트들이 코팅 조성물에, 바람직하게는 약 1-20%(전체 건조 조성물의 중량으로)의 농도로 사용될 수 있다. 방열 에이전트들은 갈륨 산화물, 세륨 산화물, 지르코늄 산화물, 실리콘 헥사보라이드, 탄소 테트라보라이드, 실리콘 테트라보라이드, 실리콘 카바이드, 몰리브덴 디실러사이드, 텅스텐 디실러사이드, 지르코늄 디보라이드, 아연 산화물, 구리 크로마이트(cupric chromite), 마그네슘 산화물, 실리콘 이산화물, 망간 산화물, 크롬 산화물들, 철 산화물, 붕소 카바이드, 붕소 규소화물, 구리 크롬 산화물, 삼칼슘 인산염, 티탄 이산화물, 질화 알루미늄, 붕소 질화물, 알루미나, 마그네슘 산화물, 칼슘 산화물, 및 이들의 조합들을 포함하지만 이에 한정되지 않는다.

하나 이상의 IR 반사성 첨가제들이 코팅 조성물에 사용될 수 있다. 일반적으로, IR 반사성 첨가제들은 코발트, 알루미늄, 비스무스, 란탄, 리튬, 마그네슘, 네오디뮴, 니오븀, 바나듐, 철(ferrous), 크롬, 아연, 티탄, 망간, 및 니켈계 금속 산화물들 및 세라믹을 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 전형적으로 IR 반사성 첨가제들은 0.1 내지 5%(전체 건조 조성물의 중량으로)로 개별적으로 또는 착색제들과 혼합되어 사용된다.

하나 이상의 안정화제들은 코팅 조성물에, 바람직하게는 약 0.1 내지 2%(전체 건조 조성물의 중량으로)의 농도로 사용될 수 있다. 안정화제들의 예들은 분산 안정화제, 예컨대 벤토나이트들을 포함하지만 이에 한정되지 않는다.

하나 이상의 착색제들은 코팅 조성물에, 바람직하게는 약 0.02 내지 0.2%(전체 건조 조성물의 중량으로)의 농도로 사용될 수 있다. 착색제는 티탄 이산화물, 루틸(rutile), 티탄, 아나틴, 브루카이트, 카드륨 옐로, 카드륨 레드, 카드륨 그린, 오렌지 코발트, 코발트 블루, 세룰리언 블루, 오레올린, 코발트 옐로, 구리 안료들, 남동석(azurite), 한 퍼플(Han purple), 한 블루, 이집트(Egyptian) 블루, 공작석, 파리스 그린, 프탈로시아닌 블루 BN, 프탈로시아닌 그린 G, 녹청, 비리디언, 철 산화물 안료들, 상긴(sanguine), 카풋 모텀(caput mortuum), 산화물 레드, 레드 오커, 베니션 레드, 프러시안 블루, 클레이 어스(clay earth) 안료들, 옐로 오커, 로 시에나(raw sienna), 번트 시에나(burnt sienna), 로 엄버(raw umber), 번트 엄버, 머린(marine) 안료들(울트라마린(ultramarine), 울트라마린 그린 세이드), 아연 안료들(아연 화이트, 아연 페라이트), 및 이들의 조합들을 포함하지만 이에 한정되지 않는 유기 또는 무기 안료들일 수 있다.

하나 이상의 계면활성제들이 또한 코팅 조성물에, 바람직하게는 약 0.05-0.5%(전체 건조 조성물의 중량으로)의 농도로 사용될 수 있다. 적절한 계면활성제들은 양이온, 음이온, 또는 비이온성 계면활성제들, 및 지방산 염들을 포함하지만 이에 한정되지 않는다.

본 발명에 적합한 다른 코팅들은 홀콤 쥬니어(Holcombe Jr.) 등의 미국 특허 제 6,007,873 호, 시몬스(Simmons) 등의 제 7,105,047 호, 및 코디디스(Kourtides) 등의 제 5,296,288 호에서 발견되고 이들 특허는 참조로 본원에 포함된다.

바람직한 코팅 조성물은 51.6 중량 백분율의 세륨 산화물 파우더 및 48.4 중량 백분율의 알루미늄 인산염 결합제를 포함한다. 알루미늄 인산염 결합제 용액은 바람직하게는 57 중량 백분율의 모노 알루미늄 인산염 3수화물(A1(H₂PO₄)₃), 2 중량 백분율의 인산, 및 41 중량 백분율의 물을 포함한다.

다른 바람직한 코팅 조성물은 방사율 에이전트로서의 붕소 카바이드 또는 붕소 규소화물 및 결합제 용액을 포함한다. 결합제 용액은 수중에 규산 나트륨 및 실리콘 이산화물의 혼합물을 포함하고, 규산 나트륨 대 실리콘 이산화물의 코팅에서의 건조 중량비는 약 1:5이다. 붕소 카바이드의 로딩(loading)은 그것이 전체 코팅 건조 중량의 2.5wt% - 7.5 wt%를 구성하도록 되어 있다.

또 다른 바람직한 코팅 조성물은 결합제로서의 콜로이드성 실리콘 이산화물 및 방사율 에이전트로서의 실리콘 헥사보라이드 파우더를 포함한다. 실리콘 헥사보라이드의 로딩은 그것이 전체 코팅 건조 중량의 2.5wt% - 7.5 wt%를 구성하도록 되어 있다.

본 발명의 실시예에서, 코팅 조성물은 약 5% 미만의 유기 재료를 포함할 수 있다. 그 경우에, 코팅 조성물은 바람직하게는 규산 나트륨, 질화 알루미늄, 및 아미노 변성 실록산(아미노 작용기(들)를 포함하도록 개질된 실리콘)을 포함한다. 규산 나트륨은 바람직하게는 건조 코팅 조성물의 약 60-90 wt%로, 더욱 바람직하게는 약 67.5-82.5 wt%로 존재하고, 질화 알루미늄은 바람직하게는 건조 코팅 조성물의 약 10-35 wt%로, 더욱 바람직하게는 15-30 wt%로 존재하고, 아미노 변성 실록산은 바람직하게는 약 건조 코팅 조성물의 약 5 wt% 미만으로, 더욱 바람직하게는 약 2-3 wt%로 존재한다. 질화 알루미늄은 바람직하게는 2m²/g 미만의 비표면적, 및/또는 후속 입자 크기 분포: D 10% - 0.4-1.4 미크론, D 50% - 7-11 미크론, 및 D 90% 17-32 미크론을 가진다. 바람직한 아미노 변성 실록산은 아미노 디메틸폴리실록산이다. 더욱 바람직하게는 디메틸폴리실록산은 25℃에서 약 10-50 센티스토크의 점도 및/또는 베이스/그램의 0.48 밀리당량의 아민 당량을 가진다.

일단 경화되면, 코팅은 10 인치 미만 직경의 맨드릴 상에서 벤딩될 때 볼 수 없는 크랙들을 보이는 유연한 코팅을 제공한다. 경화된 코팅은 또한 내열성이 있고 1일 및 7일의 기간 동안 325℃에서 열 노화 후 동일한 맨드릴 벤트 시험(mandrel bent test)통과한다.

도 1, 2, 3, 및 4는 스펙트럼적으로 선택적인 표면(spectrally selective surface)을 포함하는 본 발명의 여러 실시예들에 따른 여러 베어 가공 전도체들을 도시한다.

도 1에서 알 수 있는 것과 같이, 본 발명의 베어 가공(bare overhead) 전도체(100)는 일반적으로 하나 이상의 와이어들의 코어(110), 코어 주위의 둥근 단면의 전도성 와이어들(120), 및 스펙트럼적으로 선택적인 표면층(130)을 포함한다. 코어(110)는 강, 인바 강(invar steel), 탄소 섬유 복합체, 또는 전도체에 강도를 제공하는 임의의 다른 재료일 수 있다. 전도성 와이어들(120)은 구리, 또는 구리 합금, 또는 알루미늄 타입들 1350, 6000 시리즈 합금 알루미늄, 또는 알루미늄 - 지르코늄 합금, 또는 임의의 다른 전도성 금속을 포함하는 알루미튬 합금 또는 알루미늄, 또는 임의의 다른 전도성 금속이다. 도 2에서 알 수 있는 것과 같이, 베어 가공 전도체(200)는 일반적으로 둥근 전도성 와이어들(210) 및 스펙트럼적으로 선택적인 표면층(220)을 포함한다. 전도성 와이어들(210)은 구리, 또는 구리 합금, 또는 알루미늄 타입들 1350, 6000 시리즈 합금 알루미늄, 또는 알루미늄-지르코늄 합금을 포함하는 알루미늄 합근 또는 알루미늄, 또는 임의의 다른 전도성 금속이다. 도 3에서 알 수 있는 것과 같이, 본 발명의 베어 가공 전도체(300)는 일반적으로 하나 이상의 와이어들의 코어(310), 코어 주위의 사다리꼴 형상 전도성 와이어들(320), 및 스펙트럼적으로 선택적인 표면층(330)을 포함한다. 코어(310)는 강, 인바 강, 탄소 섬유 복합체, 또는 전도체에 강도를 제공하는 임의의 다른 재료일 수 있다. 전도성 와이어들(320)은 구리, 또는 구리 합금, 또는 알루미늄 타입들 1350, 6000 시리즈 합금 알루미늄, 또는 알루미늄-지르코늄 합금을 포함하는 알루미늄 합금 또는 알루미늄, 또는 임의의 다른 전도성 금속이다.

도 4에서 알 수 있는 것과 같이, 베어 가공 전도체(400)는 일반적으로 사다리꼴 형상 전도성 와이어들(410) 및 스펙트럼적으로 선택적인 표면층(420)을 포함한다. 전도성 와이어들(410)은 구리, 또는 구리 합금, 또는 알루미늄 타입들 1350, 6000 시리즈 합금 알루미늄, 또는 알루미늄-지르코늄 합금을 포함하는 알루미늄 합금 또는 알루미늄, 또는 임의의 다른 전도성 금속이다.

코팅 조성물은 고속 도포기(High Speed Disperser: HSD), 볼 밀(Ball Mill), 비드 밀(Bead mill)에서 또는 이 기술분야에서 알려진 다른 기술들을 이용하여 만들어질 수 있다. 바람직한 실시예에 있어서, HSD는 코팅 조성물을 만들기 위해 사용된다. 코팅 조성물을 만들기 위해, 결합제들, 분산매(dispersion medium) 및 계면활성제(만약 사용된다면)가 고속 도포기에서 취해지고 용액이 준비된다. 상기 용액 중으로, 방열 에이전트, 필러들, 안정화제들, 착색제들 및 다른 첨가제들이 느리게 첨가된다. 초기에, 낮은 교반 속도가 갇힌 공기를 제거하기 위해 사용되고 이후 속도가 3000 rpm까지 점진적으로 증가된다. 고속 혼합이 필러들 및 다른 첨가제들의 원하는 분산이 코팅에서 달성될 때까지 수행된다. 임의의 다공성 필러들이 또한 혼합물로의 이들의 첨가 전에 결합제 용액으로 사전 코팅될 수 있다. 분산매는 물 또는 유기 용제일 수 있다. 유기 용제들의 예들은 알콜들, 케톤들, 에스테르들, 탄화수소들, 및 이들의 조합들을 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 바람직한 분산매는 물이다. 얻어진 코팅 혼합물은 약 40-80%의 전체 고체 함량을 갖는 서스펜션(suspension)이다. 이러한 혼합물의 저장 시, 고체 입자들은 정착(settle)할 수 있고, 그러므로 그 코팅 혼합물은 교반될 필요가 있고 코팅 어플리케이터(coating applicator)로 전달하기 전에 필요한 점도를 달성하기 위해 더 희석될 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 가공 전도체의 표면은 코팅 조성물을 도포하기 전에 준비된다. 준비 공정은 화학적 처리, 압축 공기 세정, 고온 수 또는 증기 세정, 브러쉬 세정(brush cleaning), 열 처리, 샌드 블라스팅, 초음파, 디글레어링(deglaring), 솔벤트 와이프(solvent wipe), 플라즈마 처리 등일 수 있다. 바람직한 공정에서, 가공 전도체의 표면은 샌드 블라스팅에 의해 디글레어된다.

코팅 혼합물 조성물은 스프레이 건에 의해, 바람직하게는 공기압을 통해 제어되는 10-45 psi 압력으로 도포될 수 있다. 스프레이 건 노즐은 바람직하게는 전도체 제품 상에 균일한 코팅을 얻기 위해 전도체의 방향으로 수직으로(대략 90°각도로) 배치된다. 특정 케이스들에서, 2개 이상의 건들이 더 효율적인 코팅들을 얻기 위해 사용될 수 있다. 코팅 두께 및 밀도는 혼합물 점도, 건 압력, 및 전도체 라인 속도에 의해 제어된다. 코팅 도포 동안, 가공 전도체 온도는 바람직하게는 전도체의 재료에 의존하여 10℃ 내지 90℃ 사이에서 유지된다.

대안으로, 코팅 혼합물은 디핑(dipping)에 의해 또는 브러쉬를 이용하여 또는 롤러를 이용하여 가공 전도체에 도포될 수 있다. 여기서, 세정 및 건조된 전도체는 혼합물이 전도체를 완전히 코팅하도록 허용하기 위해 코팅 혼합물에 디핑된다. 전도체는 이후 코팅 혼합물로부터 제거되고 건조가 허용된다.

도포 후, 가공 전도체 상의 코팅은 실온 또는 325℃까지 상승된 온도에서 증발에 의해 건조가 허용된다. 일 실시예에 있어서, 코팅은 강하지만 짧은 (약 0.1-2 초, 바람직하게는 약 0.5-1 초) 가열에 코팅을 노출시키는 직접 불꽃 노출에 의해 건조된다.

발전된 코팅이 이미 설치되어 현재 사용되고 있는 가공 전도체들에 대해 사용될 수 있다. 기존의 전도체들은 자동화 또는 반자동화 코팅을 위한 로봇 시스템으로 코팅될 수 있다. 자동화 시스템은 3단계들: 1. 전도체 표면을 세정하는 단계; 2. 전도체 표면 상에 코팅을 도포하는 단계; 및 3. 코팅을 건조하는 단계로 작동한다.

코팅은 수개의 방법들로 전도체들에 적용될 수 있다. 베어 가공 전도체에 이들의 조립 전에 개개의 와이어들을 코팅하여 적용될 수 있다. 여기서, 코팅된 전도체의 와이어들의 모두를 또는 더욱 경제적으로는, 코팅된 전도체의 최외측 와이어들만을 가지는 것이 가능하다. 대안으로, 코팅은 베어 가공 전도체의 외면에만 적용될 수 있다. 여기서, 완전한 외면 또는 그것의 일부가 코팅될 수 있다.

코팅은 일괄 처리, 반일괄 처리, 또는 연속 프로세스로 적용될 수 있다. 연속 프로세스가 바람직하다. 도 10은 본 발명에 대한 바람직한 연속 프로세스를 도시한다. 입력 와이딩 롤(intake winding roll; 102) 후, 전도체(112)는 코팅 유닛(106)에 적용될 코팅 전에 사전 처리 유닛(104)을 통해 표면 준비 공정을 거친다. 코팅이 적용된 후, 전도체는 건조/경화 유닛(108)을 통해 건조될 수 있다. 일단 건조되면, 케이블은 롤러(110) 상에 감긴다.

사전 처리 유닛(104)에서, 전도체(112)의 표면은 바람직하게는 미디어 블라스팅(media blasting)에 의해 준비된다. 바람직한 미디어는 모래이지만, 유리 구슬들, 티탄 철석(ilmenite), 강 샷(steel shot)이 또한 사용될 수 있다. 미디어 블라스팅은 전도체(112)의 분체들을 송풍하기 위해 에어-와이핑(air-wiping)이 추종된다. 에어-와이프는 어떤 각도로 및 전도체(112)의 이동 방향에 대향하는 방향으로 전도체(112) 위로 송풍된 공기의 제트들로 구성된다. 공기 제트들은 전도체(112)의 둘레에 부착하고 고속의 공기로 표면을 와이핑하는 공기의 360°링을 생성한다. 이 경우에, 전도체가 사전 처리 유닛(104)에 존재하기 때문에, 전도체(112) 상의 어떠한 입자들도 와이핑되고 사전 처리 유닛(104)으로 다시 송풍된다. 공기 제트는 전형적으로 약 60 내지 약 100 PSI, 바람직하게는 약 70-90 PSI, 더욱 바람직하게는 약 80 PSI로 작동한다. 공기 제트는 바람직하게는 약 125 mph 내지 약 500 mph, 더욱 바람직하게는 약 150 mph 내지 약 400 mph, 및 가장 바람직하게는 약 250 mph 내지 약 350 mph의 속도(노즐들에서 나오는). 에어-와이프 후, 전도체의 표면 상의, 크기가 10 미크론보다 큰 입자들의 수는 전도체 표면의 제곱 피트 당 1,000보다 낮고, 바람직하게는 표면의 제곱 피트 당 100 미만이다. 에어 와이프(air wipe) 후, 전도체는 바람직하게는 예컨대 가열 오븐, UV, IR, E-빔(E-beam), 오픈 플레임 등에 의해 가열된다. 가열은 단일 또는 다수의 유닛들에 의해 달성될 수 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 건조/경화는 직접 플레임 적용(direct flame application)에 의해 일어난다. 여기서, 케이블은 주위 온도 위의 온도로 케이블 표면을 가열하기 위해 플레임을 직접 거친다. 사전 처리에서의 높은 가열 온도는 건조/경화 유닛에서 나중에 낮은 가열 온도를 허용한다. 그러나, 가열은 그것이 코팅 품질(예컨대, 접착력, 균일도(evenness), 블리스터링(blistering) 등)에 영향을 주지 않도록 너무 심하지 않아야 한다. 여기서, 전도체가 약 140℃ 위로, 더욱 바람직하게는 최대 약 120℃로 가열되지 않는 것이 바람직하다.

일단 전도체(112)의 표면이 준비되면, 그것은 코팅할 준비가 된다. 코팅 공정은 코팅 유닛에서 일어나고, 여기서 케이블은 준비된 표면으로 코팅의 액체 서스펜션을 침착하는 플러디드 다이를 통과한다. 도 11-13은 환형 플러디드 다이(200)의 묘사를 나타낸다. 코팅 서스펜션은 튜브(206)를 통해 다이(200)에 공급된다. 전도체(112)가 플러디드 다이(200)의 중앙 개구(204)를 통과하기 때문에, 코팅 서스펜션은 다이(200)의 내표면(202)의 개방 포트들을 통해 전도체(112)를 코팅한다. 바람직하게는, 플러디드 다이(200)는 2개 이상, 바람직하게는 4개, 더욱 바람직하게는 6개를 포함하고, 개방 포트들은 내표면(202)의 둘레 주위에 균일하게 이격되어 있다. 일단 전도체(112)가 플러디드 다이를 빠져 나가면, 그것은 이후 과잉 코팅 서스펜션을 제거하고 전도체 주위에 코팅을 균일하게 분포시키기 위해 다른 에어 와이프를 통과한다. 꼰(stranded) 전도체의 경우에, 에어 와이프는 코팅이 전도체의 표면 상의 스트랜드들(strands) 사이의 홈들에 침투하도록 허용한다. 이러한 에어 와이프는 바람직하게는 사전 처리 유닛(104)에서 에어 와이프에 대한 것과 같은 조건에서 작동한다.

일단 전도체(112)가 코팅되면, 그것은 건조/경화 유닛(108)을 통과한다. 건조/경화는 공기에 의해 또는 1000℃까지의 온도의 고온 공기, 및/또는 전도체에 사용되는 금속 합금에 의존하여, 약 9 피트/분 내지 약 500 피트/분, 바람직하게는 약 10 피트/분 내지 약 400 피트/분 사이의 라인 속도를 이용하여 달성될 수 있다. 건조 공정은 점진적 건조, 고속 건조, 또는 직접 플레임 적용일 수 있다. 건조 또는 경화는 또한 가열 오븐, UV, IR, E-빔, 화학약품(chemical), 또는 액체 스프레이와 같은 다른 기술들에 의해 달성될 수 있다. 건조는 단일 또는 다수의 유닛들에 의해 달성될 수 있다. 그것은 또한 수직 또는 수평 또는 특정 각도일 수 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 건조/경화는 직접 플레임 적용에 의해 일어난다. 여기서, 케이블은 바람직하게는 약 150℃까지, 바람직하게는 약 120℃까지의 온도까지 케이블 표면을 가열하기 위해 플레임을 직접 통과한다. 일단 건조/경화되면, 코팅된 전도체는 저장을 위해 롤러(110) 상에 감긴다.

연속 프로세스는, 만약 개개의 스트랜드(전체 케이블 대신에)에 대해 동작되면, 바람직하게는 약 2500 피트/분까지, 바람직하게는 약 9 내지 약 2000 피트/분, 더욱 바람직하게는 약 10 내지 약 500 피트/분, 가장 바람직하게는 약 30 내지 약 300 피트/분의 라인 속도로 동작한다.

본 발명의 가공 전도체 코팅은 복합 코어 전도체 디자인들에 사용될 수 있다. 복합 코어 전도체들은 이들의 낮은 휨(sag)으로 인해 더 높은 작동 온도들 및 더 높은 강도 대 중량비로 사용된다. 코팅으로 인해 감소된 전도체 작동 온도들은 전도체들의 휨을 더 낮출 수 있고, 복합체 중의 폴리머 수지의 열화를 더 낮출 수 있다. 복합 코어들에 대한 예들은 예컨대 미국 특허 제 7,015,395 호, 제 7,438,971 호, 및 제 7,752,754 호에서 발견될 수 있고, 이들은 참조로 본원에 포함된다.

코팅된 전도체는 개선된 열 소산을 나타낸다. 방사율은 복사에 의해 열을 방출하기 위한 표면의 상대 전력, 및 표면에 의해 방출된 복사 에너지 대 동일한 온도에 흑체에 의해 방출된 복사 에너지의 비이다. 방사율은 단위 면적 당 본체(body)의 표면에 의해 복사된 에너지이다. 방사율은 예를 들어 로리(Lawry) 등의 미국 특허 출원 공개 제 2010/0076719 호에 개시된 방법에 의해 측정될 수 있고, 이 출원은 참조로 본원에 포함된다.

추가의 설명 없이, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람은 이전의 설명 및 다음 설명적 예들을 이용하여, 본 발명의 화합물들을 이용하고 청구된 방법들을 실시할 수 있는 것으로 믿어진다. 다음의 예는 본 발명을 설명하기 위해 주어진다. 본 발명은 이 예에 기술된 설명들 및 특정 조건들로 한정되지 않아야 한다는 것이 이해되어야 한다.

예 1

컴퓨터 시뮬레이션 연구들이 동일한 피크 전류에 대한 전도체의 작동 온도의 감소를 측정하기 위해, 상이한 E/A(방사율 대 흡수율 비) 값들을 이용하여 수행되었다. E/A 비들은 코팅에 의해 개질되는 전도체의 표면 특성으로서 고려되었다. 테이블 1은 가공 전도체의 다양한 디자인들에 대한 시뮬레이션 결과들을 표로 만들었다:

테이블 1: 시뮬레이션 결과들

예 2

코팅이 규산 나트륨(20 중량%), 실리콘 이산화물(37 중량%)을 방열 에이전트(3 중량%)로서의 붕소 카바이드 및 물(40 중량%)과 혼합하여 준비되었다. 코팅 조성물이 0.85보다 높은 방사율을 가지는 금속 기판에 도포되었다. 전류가 코팅의 성능 개선을 측정하기 위해 1 mil의 코팅 두께를 갖는 금속 기판 및 코팅되지 않은 금속 기판을 통해 인가된다. 시험 장치는 도 5에 도시되어 있고 주로 60Hz ac 전류 소스, 트루 RMS 클램프-온 전류계(true RMS clamp-on current meter), 온도 데이터로그 장치(temperature datalog device) 및 타이머로 구성된다. 시험은 샘플 주위에서 공기 이동을 제어하기 위해 68" 폭 x 33" 깊이의 창이 달린 안전 인클로서 내에서 실행되었다. 배기 후드는 환기를 위해 시험 장치 위 64"에 위치되었다.

시험될 샘플은 타이머에 의해 제어되는 릴레이 접점을 통해 ac 전류 소스와 직렬로 연결되었다. 타이머가 전류 소스를 작동시키기 위해 사용되었고 시험의 지속 시간 동안 제어되었다. 샘플을 통해 흐르는 60Hz ac 전류는 트루 RMS 클램프-온 전류계에 의해 모니터되었다. 서모커플(thermocouple)이 샘플의 표면 온도를 측정하기 위해 사용되었다. 스프링 클램프를 이용하여, 서모커플의 첨단(tip)이 샘플의 중심 표면과 접촉하여 견고하게 유지되었다. 코팅된 샘플의 측정의 경우에, 코팅은 서모커플이 기판의 온도의 정확한 측정을 얻기 위해 샘플과 접촉하는 영역에서 제거되었다. 서모커플 온도는 온도 변화의 연속 기록을 제공하기 위해 데이터로그 기록 장치(datalog recording device)에 의해 모니터링되었다.

코팅되지 않은 샘플 및 코팅된 샘플들 모두는 동일한 실험 조건들 하에서 이러한 시험 셋-업에 대해 온도 상승 동안 시험되었다. 전류는 원하는 레벨로 설정되었고 일정한 전류가 샘플들을 통해 흐르는 것을 보장하기 위해 시험 동안 모니터링되었다. 타이머는 원하는 값으로 설정되었고 온도 데이터로그 기록 장치는 초 당 하나의 판독의 기록 구간에서 온도를 기록하기 위해 설정되었다.

코팅되지 않은 샘플 및 코팅된 샘플에 대한 금속 성분은 동일한 원료 물질 및 알루미늄 1350의 로트(lot)로부터 였다. 코팅되지 않은 샘플의 완성 치수는 12.0"(L)x0.50"(W)x0.027"(T)였다. 코팅된 샘플들의 완성 치수는 12.0"(L)x0.50"(W)x0.029"(T)였다. 두께 및 폭의 증가는 도포된 코팅의 두께 때문이었다.

코팅되지 않은 샘플은 시험 셋-업 및 샘플의 중심부에 고정된 서모커플에 견고하게 배치되었다. 일단 그것이 완료되었으면, 전류 소스는 온으로 되었고 필요한 전류 용량 부하 레벨로 조정되었다. 일단 그것이 달성되었으면, 전력은 오프로 되었다. 시험 자체를 위해, 일단 타이머 및 데이터로그 장치가 모두 적절히 세팅되었으면, 타이머는 전류 소스를 활성화시키기 위해 턴온되어 시험을 시작하였다. 원하는 전류는 샘플을 통해 흘렀고 온도는 상승을 시작하였다. 샘플의 표면 온도 변화는 데이터로그 장치에 의해 자동으로 기록되었다. 일단 시험 기간이 종료되었으면, 타이머는 전류 소스를 자동으로 폐쇄하여, 시험을 종료하였다.

일단 코팅되지 않은 샘플이 시험되었다면, 그것은 셋업으로부터 제거되어 코팅된 샘플로 대체되었다. 시험이 재개되어 전력 공급 전류 장치에 대한 조정을 하지 않았다. 동일한 전류 레벨이 코팅된 샘플을 통과하였다.

이후 온도 시험 데이터가 데이터로그 장치로부터 액세스되었고 컴퓨터를 이용하여 분석되었다. 코팅되지 않은 샘플 시험들로부터의 결과들과 코팅된 시험들로부터의 것들을 비교하는 것이 코팅 재료의 비교 방사율 효율성을 결정하기 위해 사용되었다. 시험 결과들은 도 6에 도시된다.

예 3

2개의 #4 AWG 고체 알루미늄 코팅된 전도체들의 온도 상승에 대한 바람의 영향들이 180 amps의 전류에서 평가되었다. 3가지 속도들을 갖는 팬(fan)이 바람을 시뮬레이팅하기 위해 사용되었고 바람은 2피트 떨어져 시험되는 전도체에 직접 송풍되었다. 시험 방법 회로도는 도 7에 나타낸다. 코팅 및 코팅되지 않은 전도체들 모두는 180 amps, 태양광, 및 바람 하에서 시험되었고, 시험 결과들은 테이블 2에 나타낸다. 코팅된 전도체는 무풍(no wind), 저풍속, 및 고풍속을 각각 받을 때 코팅되지 않은 것보다 35.6%, 34.7% 및 26.1% 더 냉각되었다. 바람의 속도는 코팅된 전도체에 대해서는 거의 영향이 없었지만 코팅되지 않은 전도체에 대해서는 13%의 영향이 있었다.

테이블 2: 180 amps 에서 코팅 및 코팅되지 않은 전도체 온도에 대한 바람의 영향.

2개의 #4 AWG 고체 알루미늄 전도체들의 온도 상승에 대한 바람의 영향들이 130 amps 전류에서 평가되었다. 코팅되지 않은 전도체 및 코팅된 전도체가 130 amps 전류 및 태양광과 함께 바람 없음, 저풍속 및 고풍속의 각각 하에서 시험되었다. 시험 결과들은 테이블 3에 요약되어 있다. 코팅된 전도체는 바람 없음, 저풍속 및 고풍속 각각을 받을 때 코팅되지 않은 전도체보다 29.9%, 13.3% 및 17.5 % 더 냉각되었다.

테이블 3: 130 amps 에서 코팅 및 코팅되지 않은 전도체 온도에 대한 바람의 영향

예 4

시험들은 코팅 및 코팅되지 않은 2/0 AWG 고체 알루미늄 및 795 kcmil AAC 아루부투스 전도체 샘플들에 대해 수행되었다. 전류 사이클 시험 방법이 본원에 적응된 것과 같이 ANSI C 119.4-2004에 따라 수행되었다.

전도체 시험 샘플들:

1) 예 2에 개시된 코팅 조성물로 코팅된 2/0 AWG 고체 알루미늄 전도체. 코팅의 두께는 1 mil이다.

2) 코팅되지 않은 2/0 AWG 고체 알루미늄 전도체

3) 예에 개시된 코팅 조성물로 코팅된 795 kcmil 아루부투스 전- 알루미늄 전도체. 코팅의 두께는 1 mil이다.

4) 코팅되지 않은 795 kcmil 아루부투스 전- 알루미늄 전도체

5) 알루미늄 플레이트(전기 그레이드 버스)

시험 루프 어셈블리:

시리즈 루프(series loop)는 6개의 동일한 크기의 4피트 전도체 견본들(3개의 코팅되지 않은 그리고 3개의 코팅된) + 변류기를 통해 라우팅된 추가의 적합한 전도체로 형성되었다. 시리즈 루프는 코팅 및 코팅되지 않은 것 사이에서 번갈아 있는 3개의 동일한 크기의 전도체 견본들의 2개의 런들(runs)로 구성되었고 저항 측정들을 위한 등전위면들을 제공하기 위해 전도체 견본들 사이에 설치되는 이퀄라이저와 함께 용접되었다. 이퀄라이저들은 모든 전도체 스트랜드들 사이에서 영구 접촉들을 보장하였다. 이퀄라이저들(2/0 고체 알루미늄에 대해 2" x 3/8" x 1.75" 및 795 AAC 아루부투스에 대해 3" x 3/8" x 3.5")은 알루미늄 버스로 제조되었다. 연결 전도체의 크기의 구멍들이 이퀄라이저들에 천공되었다. 인접 전도체 단부들은 시리즈 루프를 완성하기 위해 이퀄라이저에 용접되었다. 대형 이퀄라이저(2/0 고체 알루미늄에 대해 10" x 3/8" x 1.75" 및 795 AAC 아루부투스에 대해 12" x 3/8" x 3.5")가 2개의 런들을 연결하기 위해 일단부에서 사용되었고, 다른 단부는 변류기를 통해 라우팅된 추가 전도체에 연결되었다. 루프 구성은 도 7에 도시되어 있다.

시험 루프 어셈블리는 임의의 벽으로부터 적어도 1피트에, 바닥 및 천장으로부터 적어도 2피트에 위치되었다. 인접 루프들은 서로로부터 적어도 1피트에 위치고 개별적으로 에너지가 공급되었다.

온도 측정: 각각의 전도체 견본의 온도가 시험 동안 특정 구간들에서 동시에 모니터링되었다. 온도는 타입 T 서모커플들 및 데이터 로거(Data Logger)를 이용하여 모니터링되었다. 하나의 서모커플이 12시 위치에서 견본 위의 중앙 지점에 각각의 전도체에 부착되었다. 각각의 샘플의 하나의 견본은 3시 및 6시 위치들에서 견본의 측면들에 연결된 추가의 서모커플들을 가졌다. 하나의 서모커플은 주위 온도 측정들을 위한 시리즈 루프에 인접하여 위치되었다.

전류 세팅: 전도체 전류는 코팅되지 않은 전도체 견본에 대한 가열 기간의 끝에서 주위 공기 온도보다 높은 100℃ 내지 105℃의 온도를 만들기 위해 적절한 전류 용량으로 설정되었다. 코팅되지 않은 전도체 및 코팅된 전도체는 테스트 조립체에 직렬로 배치되었으므로, 동일한 전류가 양 샘플들을 통과하였다. 제 1의 약간의 열 사이클들이 원하는 온도 상승을 만들기 위해 적절한 전류 용량을 설정하기 위해 사용되었다. 열 사이클은 2/0 AWG 고체 알루미늄 루프에 대해 1시간의 가열 후 1시간의 냉각, 및 795 가닥의 알루미늄 루프에 대해 1시간 반의 가열 후 1시간 반의 냉각으로 구성되었다.

시험 절차: 시험이 감소된 수의 열 사이클들 동안 수행된 것(적어도 50 사이클들이 수행됨)을 제외하고, 시험은 전류 사이클 시험 방법, ANSI C 119.4-2004에 따라 실행되었다. 주위 온도는 ±2℃로 유지되었다. 온도 측정들은 열 사이클들 동안 연속해서 기록되었다. 저항은 가열 사이클의 끝 및 다음 가열 사이클 전, 전도체가 실온으로 복귀한 후에 측정되었다.

시험 결과: 코팅된 2/0 AWG 고체 알루미늄 전도체 및 795 kcmil 아루부투스 전-알루미늄 전도체는 코팅되지 않은 전도체들보다 낮은 온도들(20℃ 이상)을 보였다. 온도차 데이터는 도 8 및 도 9에 각각 캡쳐되어 있다.

예 5

알루미늄 기판은 아래에 기재되고 테이블 4에 요약된 여러 코팅 조성물들로 코팅되었다. 코팅 조성물들은 백색에서 흑색에 걸친 컬러 스펙트럼을 가진다.

알루미늄 제어: 1350 알루미늄 합금으로 만들어진 코팅되지 않은 알루미늄 기판.

코팅 2: 등급 에어로글레이즈(grade Aeroglaze) A276로서 로드 코포레이션(Lord Corporation)으로부터 이용 가능한, 56 중량%의 고체 함량을 가지는 폴리우레탄계 코팅.

코팅 3: 키나(Kynar) ARC로서의 아케마(Arkema)로부터 이용 가능한 70:30의 불소 중합체/아크릴 수지 비율 및 10 중량%의 티탄 이산화물 파우더에 의한 PVDF계 코팅.

코팅 4: 물(40% 고체 함유)에 75 중량%의 규산 나트륨 용액 및 유에스 징크(US Zinc)로부터 이용 가능한 25 중량%의 아연 산화물을 함유하는 코팅.

코팅 5: 물(40% 고체 함유)에 72.5 중량%의 규산 나트륨 용액, 및 에이치.시. 스타크(H.C. Starck)로부터 이용 가능한 (D 10 % 0.4 내지 1.4 미크론, D 50 % 7 내지 11 미크론, D 90 % 17 내지 32 미크론의 입자 크기 분포를 가짐) 12.5 중량%의 질화 알루미늄 AT 파우더, 12.5 중량%의 실리콘 카바이드 및 모멘티브 퍼포먼스 머터리얼 홀딩 인크(Momentive Performance Material holding Inc)로부터 이용 가능한 2.5 중량%의 반응성 아미노 실리콘 수지(그레이드 SF1706)를 함유하는 코팅

코팅 6: 다우 코닝(Dow corning)으로부터 이용 가능한 87.5 중량%의 실리콘계 코팅(그레이드 236) 및 12.5 중량%의 실리콘 카바이드를 함유하는 코팅.

코팅 7: 규산염 결합제(20 중량%), 실리콘 이산화물(37 중량%) 및 붕소 카바이드(3 중량%) 및 물(40 중량%)을 포함하는 코팅

코팅 8: 칼륨 규산염(30 중량%), 트리 칼슘 인산염(20% 중량%), 혼합된 금속 산화물 안료(5%) 및 물(45%)을 함유하는 코팅

샘플들의 컬러는 비와이케이-가드너 유에스에이(BYK-Gardner USA)에 의해 만들어진 스펙트로-가이드(Spectro-guide) 45/0 글로스(gloss)를 이용하여 L*, a*, b* 스케일에 대해 측정되었다.

샘플들은 ASTM E903에 따라 일사 반사율(R) 및 흡수율(A)이 시험되었다. 샘플들의 방사율(E)은 300K의 온도에서 ASTM E408에 따라 측정되었다. 1 mil 두께 코팅으로 코팅된 50mm 길이 x 50mm 폭 x 2mm 두께의 알루미늄 기판이 일사 반사율, 흡수율, 방사율의 측정들을 위해 사용되었다.

코팅된 샘플들은 95 amps의 전기 전류 세팅을 이용하여 예 2에 기재된 베어(bare) 알루미늄 기판과 비교될 때 전도체의 작동 온도를 감소시키는 이들의 능력이 시험되었다. 전도체의 작동 온도에 대한 태양 에너지의 영향을 연구하기 위해, 태양 에너지 스펙트럼을 시뮬레이팅하는 백열 전구가 시험 샘플에 인가되는 전류에 더하여 시험 샘플 위에 배치되었고 시험 샘플 온도가 기록되었다. 표준 금속 할라이드 400 와트 전구(Model MH400/T15/HOR/4K)가 사용되었다. 램프와 전구 사이의 거리는 1피트로 유지되었다. 결과들은 "전기(Electrical) + 태양(Solar)"의 표로 만들어져 있다. 전류가 온으로 되어 있는 동안 오프로 된 백열 전구에 의한 결과들은 "전기(Electrical)"의 표로 만들어져 있다.

코팅의 열 노화 성능이 1일 및 7일의 기간 동안 325℃로 유지된 송풍 오븐에 샘플들을 배치함으로써 실행되었다. 열 노화가 완료된 후, 샘플들은 24시간의 기간 동안 21℃의 실온에 배치되었다. 이후 샘플들은 대 직경으로부터 소 직경의 크기로 되어 있는 상이한 원통형 맨드릴들 상에서 벤딩되었고 코팅들은 맨드릴 크기 각각에서 임의의 가시 크랙들이 관측되었다. 샘플들은 10인치 미만의 직경의 맨드릴 상에서 벤딩될 때 만약 그것이 가시 크랙들이 없는 것을 나타내면 "합격(Pass)"으로서 간주되었다.

테이블 4.

이상 특정 실시예들이 본 발명을 설명하기 위해 선택되었지만, 다양한 변경들 및 변형들이 첨부 청구항들에 정의된 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 만들어질 수 있다는 것이 이 기술분야에서 숙련된 사람에 의해 이해될 것이다.

Claims

비-백색 무기 코팅(non-white inorganic coating)으로 코팅된 베어 전도체(bare conductor)를 포함하는 표면 개질 가공 전도체(surface modified overhead conductor)로서, ANSI C119.4- 2004에 따라 시험될 때, 상기 표면 개질 가공 전도체의 작동 온도는 동일한 전류 하에서 비개질(방열 에이전트를 포함하지 않음) 가공 전도체의 온도에 비해 감소되는, 표면 개질 가공 전도체.
제 1 항에 있어서,
상기 작동 온도는 상기 비개질 가공 전도체의 상기 작동 온도와 비교할 때 적어도 5℃만큼 감소되는, 표면 개질 가공 전도체.
제 1 항에 있어서,
상기 코팅의 L* 값은 80 미만인, 표면 개질 가공 전도체.
제 1 항에 있어서,
상기 코팅은 적어도 약 0.75의 방사 계수를 가지는, 표면 개질 가공 전도체.
제 1 항에 있어서,
상기 코팅은 0.5보다 큰 방사 계수 및 0.3보다 큰 태양열 흡수 계수를 가지는, 표면 개질 가공 전도체.
제 1 항에 있어서,
상기 코팅은 전체 건조 코팅의 5 중량% 미만의 유기 재료를 포함하는, 표면 개질 가공 전도체.
제 1 항에 있어서,
코팅 두께는 약 200 미크론 미만인, 표면 개질 가공 전도체.
제 1 항에 있어서,
상기 전도체는 1일 및 7일 동안 325℃에서 열 노화(heat aging) 후 맨드릴 굽힘 시험(mandrel bend test)을 통과하는, 표면 개질 가공 전도체.
제 1 항에 있어서,
상기 코팅은 0℃ 내지 250℃의 온도들에 걸쳐 약 10xl0^-6 내지 약 100xl0^-6/℃의 범위에서의 열팽창 계수를 가지는, 표면 개질 가공 전도체.
제 1 항에 있어서,
상기 전도체는 구리, 또는 구리 합금, 또는 알루미늄 또는 알루미늄 타입들 1350 합금 알루미늄, 6000-시리즈 합금 알루미늄, 또는 알루미늄-지르코늄 합금을 포함하는 알루미늄 합금 또는 임의의 다른 전도성 금속의 하나 이상의 전도성 와이어들을 포함하는, 표면 개질 가공 전도체.
제 9 항에 있어서,
상기 와이어들은 사다리꼴 형상인, 표면 개질 가공 전도체.
제 1 항에 있어서,
상기 전도체는 강(steel), 인바 강(invar steel), 또는 탄소 섬유 복합체의 하나 이상의 와이어들의 코어(core)를 포함하고, 하나 이상의 전도체 와이어들은 상기 코어 주위에 있고, 상기 하나 이상의 전도성 와이어들은 구리, 또는 구리 합금, 또는 알루미늄 또는 알루미늄 타입들 1350, 6000 시리즈 합금 알루미늄, 또는 알루미늄 - 지르코늄 합금을 포함하는 알루미늄 합금, 또는 임의의 다른 전도성 금속으로 만들어지는, 표면 개질 가공 전도체.
제 1 항에 있어서,
상기 전도체는 강화 복합 코어(reinforced composite core)를 포함하는, 표면 개질 가공 전도체.
제 1 항에 있어서,
상기 전도체는 탄소 섬유 강화 복합 코어를 포함하는, 표면 개질 가공 전도체.
제 1 항에 있어서,
상기 방열 에이전트는 표면 코팅(surface coating)에 포함되는, 표면 개질 가공 전도체.
제 1 항에 있어서,
상기 전도체 와이어들의 외층은 코팅되는, 표면 개질 가공 전도체.
제 1 항에 있어서,
상기 전도체는 코팅된 와이어들로 만들어지는, 표면 개질 가공 전도체.
제 1 항에 있어서,
상기 전도체의 외면은 코팅되는, 표면 개질 가공 전도체.
제 1 항에 있어서,
상기 전도체의 부분은 코팅되는, 표면 개질 가공 전도체.
제 1 항에 있어서,
상기 코팅은 약 5%(전체 건조 코팅의 중량으로) 미만의 유기 재료를 포함하는, 표면 개질 가공 전도체.
제 1 항에 있어서,
상기 코팅은 약 1-20%(전체 코팅의 중량으로)의 방열 에이전트, 약 60-90%의 결합제, 및 약 10-35%의 질화 알루미늄, 및 약 5% 미만의 아미노 변성 실록산(amino functional siloxane)을 포함하는, 표면 개질 가공 전도체.
제 21 항에 있어서,
상기 결합제는 규산 나트륨인, 표면 개질 가공 전도체.
제 21 항에 있어서,
상기 아미노 변성 실록산은 디메틸폴리실록산인, 표면 개질 가공 전도체.
제 21 항에 있어서,
상기 디메틸폴리실록산은 25℃에서 약 10-50 센티스토크의 점도 및/또는 베이스/그램(base/gram)의 0.48 밀리당량의 아민 당량을 가지는, 표면 개질 가공 전도체.
제 21 항에 있어서,
상기 질화 알루미늄은 2m²/g 미만의 비표면적(specific surface area) 및/또는 후속 입자 크기 분포: D 10% - 0.4-1.4 미크론, D 50% - 7-11 미크론, 및 D 90% 17-32 미크론을 가지는, 표면 개질 가공 전도체.
표면 개질 가공 전도체를 제조하기 위한 방법으로서,
a. 베어 전도체를 준비하는 단계;
b. 코팅된 전도체를 형성하기 위해 전도체의 상기 표면 상에 액체 코팅 혼합물을 도포하는(applying) 단계; 및
c. 상기 코팅된 전도체를 건조시키는 단계
를 포함하는, 표면 개질 가공 전도체 제조 방법.
제 26 항에 있어서,
단계 a는 상기 전도체를 샌드 블라스팅(sand blasting)하는 단계, 및 에어 와이프(air wipe)를 통해 상기 샌드 블라스트된 전도체를 통과시키는(passing) 단계를 포함하는, 표면 개질 가공 전도체 제조 방법.
제 26 항에 있어서,
상기 에어 와이프 후, 상기 전도체의 상기 표면 상의 크기가 10 미크론보다 큰 입자들의 수는 상기 전도체 표면의 제곱 피트 당 1,000 미만인, 표면 개질 가공 전도체 제조 방법.
제 27 항에 있어서,
단계 a는 상기 에어 와이프 후 상기 전도체를 가열하는 단계를 더 포함하는, 표면 개질 가공 전도체 제조 방법.
제 29 항에 있어서,
상기 가열은 직접 불꽃 노출(direct flame exposure)에 의한 것인, 표면 개질 가공 전도체 제조 방법.
제 26 항에 있어서,
단계 b는 상기 전도체를 플러디드 다이(flooded die)를 통해 통과시킨 다음 에어 와이프를 통과시키는 단계를 포함하는, 표면 개질 가공 전도체 제조 방법.
제 31 항에 있어서,
상기 플러디드 다이는 상기 베어 전도체가 통과하는 중앙 개구를 갖는 환형 부분(annular shaped portion)을 포함하는, 표면 개질 가공 전도체 제조 방법.
제 32 항에 있어서,
상기 플러디드 다이는 상기 액체 코팅 혼합물을 상기 다이(die)로 운반하기 위한 튜브(tube)를 더 포함하는, 표면 개질 가공 전도체 제조 방법.
제 32 항에 있어서,
상기 플러디드 다이는 상기 액체 코팅 혼합물이 상기 전도체 위에 침착되는 개방 포트들(opening ports)을 포함하는, 표면 개질 가공 전도체 제조 방법.
제 26 항에 있어서,
단계 c는 상기 전도체를 가열하는 단계를 포함하는, 표면 개질 가공 전도체 제조 방법.
제 35 항에 있어서,
상기 가열은 직접 불꽃 노출에 의한 것인, 표면 개질 가공 전도체 제조 방법.
제 26 항에 있어서,
약 10 내지 약 400 피트/분(ft/min)의 라인 속도(line speed)를 가지는, 표면 개질 가공 전도체 제조 방법.
표면 개질 가공 전도체를 제조하기 위한 방법으로서,
비-백색 무기 코팅을 갖는 전도체를 코팅하는 단계를 포함하고, ANSI C119.4-2004에 따라 시험될 때, 상기 표면 개질 가공 전도체의 작동 온도는 동일한 전류 하에서 비개질(방열 에이전트를 포함하지 않음) 가공 전도체의 온도에 비해 감소되는, 표면 개질 가공 전도체 제조 방법.
제 38 항에 있어서,
상기 상기 코팅의 L* 값은 80 미만인, 표면 개질 가공 전도체 제조 방법.
제 38 항에 있어서,
상기 코팅은 적어도 약 0.75의 방사 계수를 가지는, 표면 개질 가공 전도체 제조 방법.
제 38 항에 있어서,
상기 코팅은 0.5보다 큰 방사 계수 및 0.3보다 큰 태양열 흡수 계수를 가지는, 표면 개질 가공 전도체 제조 방법.
제 38 항에 있어서,
상기 코팅은 전체 건조 코팅의 5 중량% 미만의 유기 재료를 포함하는, 표면 개질 가공 전도체 제조 방법.
제 38 항에 있어서,
상기 코팅 두께는 약 200 미크론 미만인, 표면 개질 가공 전도체 제조 방법.
제 38 항에 있어서,
상기 전도체는 1일 및 7일 동안 325℃에서 열 노화 후 맨드릴 굽힘 시험을 통과하는, 표면 개질 가공 전도체 제조 방법.
제 38 항에 있어서,
상기 코팅은 0℃ 내지 250℃의 온도들에 걸쳐 약 10xl0^-6 내지 약 100xl0^-6/℃의 범위의 열팽창의 계수를 가지는, 표면 개질 가공 전도체 제조 방법.