KR20190003435A - 내화성 케이블 - Google Patents

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KR20190003435A
KR20190003435A KR1020180168503A KR20180168503A KR20190003435A KR 20190003435 A KR20190003435 A KR 20190003435A KR 1020180168503 A KR1020180168503 A KR 1020180168503A KR 20180168503 A KR20180168503 A KR 20180168503A KR 20190003435 A KR20190003435 A KR 20190003435A
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refractory
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KR1020180168503A
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그레이엄 알렉산더
이반 이바노브
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넥쌍
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Abstract

고온에 노출되었을 때 점착성 외피를 형성하는 폴리머성 층(1.004)을 갖는 내화성 케이블(1.002) 및 도전체(1.006)는 주로 금속, 금속의 합금 또는 금속의 조합 및 회로보존성 또는 내화성 케이블에 적절하게 이용될 수 있는 용융점을 갖는 합금으로 이루어진다. 케이블은 다른 재료의 전선을 포함하거나 포함하지 않는 알루미늄 전선을 포함할 수 있다.

Description

내화성 케이블{A FIRE RESISTANT CABLE}
본 발명은 내화성 케이블에 관한 것이다.
내화성 케이블은 화염에 놓이게 된 후에도 전기 전도성을 유지할 수 있어야 한다. 전기전도성을 유지하려면 도전체가 기계적 지속성 및 전기전도성을 보유해야 하고, 도전체 간 쇼팅(shorting)을 막기 위해 절연재료는 충분한 절연특성을 보유해야 하며, 충분한 기계적 점착성을 가져 도전체 상에 층이 유지되어야 한다.
알루미늄의 용융점이 약 660℃이기 때문에 도전체의 기계적 지속성을 유지하기 위해서는 내화성 케이블에 알루미늄을 이용하는 것이 권장되지 않는다. 따라서, 내화성 케이블로서, 용융점이 1083℃인 구리를 사용하는 것이 더 일반적이다. 구리는 약 1083℃의 용융점을 갖는다. 알루미늄은 훨씬 낮은 온도인, 대략 660℃에서 용융된다. 내화성 케이블은 약 1000℃까지 회로보존성(circuit integrity)을 유지할 것으로 기대될 수 있다. 표면상으로는, 상기 내화성 케이블의 도전체로 이용하기에는 알루미늄은 부적당할 것이다.
미국특허공보 US20080124544는 화염에 노출되었을 때 세라믹층을 형성하는 외층을 갖는 내화성 구리 케이블을 개시한다. 낮은 용융점 글레이즈(glaze)는 소성 후에 구리 도전체와 세라믹 사이의 냉각 열응력을 감소시키기 위하여 세라믹화 외피와 구리 도전체 사이에 삽입된다.
일본특허공보 JP63192895는 먼저 황산 용액 내에서 금속 부재상에 양극 산화층을 형성함으로써 금속성 부재상에 세라믹 막을 형성하고 이어서 기상 증착(vapour deposition)에 의해 세라믹 코팅을 적용하는 과정을 개시한다.
본 발명은 고온에 노출되었을 때 회로보존성을 유지할 수 있도록 점착성 외피를 형성하는 내화층을 갖는 내화성 케이블 및 비-구리 재료로 제조된 하나 이상의 도전체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
"고온(상승된 온도, elevated temperature)"은 보통 내화성 케이블에 대해 특정된 범위, 통상적으로 약 650℃ 내지 약 1000℃의 온도를 의미한다. 그러나, 상술한 범위를 벗어나는 온도에서 본 명세서에서 설명하는 점착성 외피를 형성하는 것은 본 발명의 범위에 속한다.
본 발명의 실시예에 따라, 본 발명에는 고온에 노출되었을 때 점착성 외피를 형성하는 내화층(1.004)을 갖는 내화성 케이블(1.002) 및 비-구리 재료로 제조된 하나 이상의 도전체(1.006)가 제공된다.
도전체는 알루미늄 도전체 또는 알루미늄 합금 도전체일 수 있다.
도전체가 알루미늄 도전체 또는 알루미늄 합금 도전체인 특별한 실시예에서, 상기 내화층에 의해 절연되기 전에 알루미나층을 형성하기 위하여, 도전체는 양극산화단계와 같은 임의의 산화 단계에 종속되지 않는다.
상기 케이블은 재료들을 구별하는 전선(wire)을 포함할 수 있다.
상기 전선은 인장선(strength wire)을 포함할 수 있다.
상기 케이블은 하나 이상의 강선(steel wire)을 포함할 수 있다.
상기 내화층은 외부 내화층일 수 있다.
상기 내화층은 내부층일 수 있다.
상기 케이블은 1000℃ 이상의 온도에서 회로보존성을 유지하도록 할 수 있고, 여기서 도전체는 상기 케이블에 요구되거나 특정되는 온도보다 더 낮은 용융점을 가질 수 있다.
내화층은 고온에 노출되었을 때 세라믹을 형성하는 재료를 포함할 수 있다.
내화층은 고온에 노출된 후에 적어도 부분적으로는 전기 절연성을 보유할 수 있다.
케이블은 화염에 노출된 후에 전기 절연성을 제공하는 부가적인 층(2.008)을 포함할 수 있다.
소성 조건(fire condition) 하에서 세라믹을 형성하는 상기 내화층은: 10 중량% 이상의 미네랄 실리케이트; 800℃ 미만의 온도에서 액상을 형성하며, 암모늄 포스페이트, 암모늄 폴리포스페이트 및 암모늄 피로포스페이트로부터 선택되는 8 중량% 내지 40 중량%의 하나 이상의 무기 포스페이트; 및 조성물의 총 중량을 기준으로 50 중량% 이상의 유기 중합체를 포함하는 15 중량% 이상의 폴리머 기재 조성물;을 포함하는 조성물로 제조될 수 있다. 상기 조성물은 상기 무기 포스페이트와 함께 포비성(intumescence)을 제공하는 탄화제(charring agent)가 필수적으로 결여된다; 여기서 상기 조성물은 1000℃의 온도에 30분 동안 노출되었을 때 자가-지지 세라믹 잔여물을 형성하고, 자가-지지 세라믹 잔여물은 열분해 전의 40 중량% 이상의 조성물을 포함한다.
미네랄 실리케이트의 양은 조성물 총량의 15 중량% 이상으로 존재한다.
조성물은 마그네슘 히드록시드, 알루미나 트리히드레이트, 마그네슘 카보네이트 및 칼슘 카보네이트로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 화합물을 포함하는 무기 충전재를 더 포함할 수 있고 조성물의 양은 세라믹화 조성물 총량의 5 내지 20 중량%로 존재한다.
상기 조성물은 칼슘 카보네이트를 세라믹화 조성물 총량의 5 내지 20 중량%의 양으로 포함할 수 있다.
조성물에는 하나 이상의 도전체 및 하나 이상의 절연층이 존재할 수 있다.
케이블은 도전체 부근에 단일의 절연층을 가질 수 있다.
세라믹화 단일의 절연층은 도전체 및 자유 외부 표면에 인접한 내부 표면을 가질 수 있다.
단일의 절연층은 코팅이 없는 외부 표면을 가질 수 있다.
단일의 절연층은 소성 조건 하에서 겪게 되는 온도에 노출될 때 자가-지지 세라믹을 형성할 수 있다.
무기 포스페이트로서 암모늄 폴리포스페이트는 세라믹화 조성물 총량의 8 내지 20 중량% 범위의 양으로 존재할 수 있다.
케이블은 하나 이상의 비-알루미늄 전선 또는 도전체를 포함할 수 있다.
내화층은 하기를 포함하는 재료로 제조될 수 있다: 조성물의 총 중량을 기준으로 50 중량% 이상의 유기 중합체를 포함하는 15 중량% 이상의 폴리머 기재 조성물; 조성물의 총 중량을 기준으로 15 중량% 이상의 실리케이트 미네랄 충전재; 및 선택적으로 상기 실리케이트 미네랄 충전재에 존재하는 하나 이상의 용융 산화물 원료, 여기서 소성 조건 하에서 겪게 되는 고온에 노출된 후에 용융 산화물은 잔여물의 1 내지 15 중량%의 양으로 존재한다.
실리케이트 미네랄 충전제는 조성물의 총 중량을 기준으로 25 중량% 이상의 양으로 존재할 수 있다.
용융 산화물은 상기 고온에 노출된 후에 잔여물 내에 1 내지 10 중량%의 양으로 존재할 수 있다.
용융 산화물은 상기 고온에 노출된 후에 잔여물 내에 잔여물의2 내지 8 중량%의 양으로 존재할 수 있다.
소성 후에 잔여물의 중량은 내화성 조성물의 40 중량% 이상일 수 있다.
조성물은 소성 조건하에서 겪게 되는 고온까지 가열되었을 때 자가-지지 구조를 형성할 수 있다.
용융 산화물은 하기로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 용융 산화물을 포함할 수 있다:
- 고온까지 가열되는 실리케이트 미네랄 충전재에 의해 생성되는 용융 산화물,
- 통상적인 용융 산화물, 및
- 상기 전구체의 열적 분해에 의해 용융 산화물을 형성하는 전구체.
통상적인 용융 산화물은 하나 이상의 산화붕소 또는 리튬, 포타슘, 소듐, 인 및 바나듐으로부터 선택되는 하나의 금속 산화물을 포함할 수 있다.
용융 산화물은 특정 실리케이트 미네랄 충전재(예를 들어 미카)를 가열함으로써 생성될 수 있고, 독립적으로 첨가될 수 있거나 본 발명의 조성물에 포함되게 할 수 있으며, 용융 산화물의 전구체(예를 들어 금속 수산화물 또는 금속 산화물에 대한 금속 탄산염 전구체), 즉 화합물은 화염에 놓여졌을 때와 유사한 고온 조건에 노출된 후에 용융 산화물을 생성한다.
용융 산화물 전구체는 붕산염, 금속 수산화물, 금속 탄산염 및 유리로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 재료를 포함할 수 있다.
첨가되거나 전구체에서 유래된 용융 산화물은 납, 안티몬, 보론, 리튬, 포타슘, 소듐, 인 및 바나듐으로 이루어진 군에서 선택되는 원소의 하나 이상의 산화물을 포함할 수 있다.
유기 폴리머는 열가소성 폴리머, 열경화성 폴리머 및 탄성중합체로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
유기 폴리머는 폴리올레핀의 하나 이상의 단일중합체, 공중합체, 탄성중합체 또는 수지, 폴리올레핀, 에틸렌-프로필렌 고무, 에틸렌-프로필렌 삼원공중합체 고무 (EPDM), 클로로설포네이티드 폴리에틸렌 및 클로리네이트 폴리에틸렌, 비닐 폴리머, 아크릴릭 및 메타크릴릭 폴리머, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리옥시메틸렌 아세탈, 폴리카보네이트, 폴리우레탄, 생고무, 부틸 고무, 니트릴-부타디엔 고무, 에피클로로히드린 고무, 폴리클로로프렌, 스티렌 폴리머, 스티렌-부타디엔, 스티렌-이소프렌-스티렌, 스티렌-부타디엔-스티렌, 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌, 에폭시 수지, 폴리에스테르 수지, 비닐 에스테르 수지, 페놀성 수지 및 멜라민 포름알데히드 수지를 포함할 수 있다.
폴리머 기재 조성물은 15 내지 75 중량%의 제조된 내화성 조성물을 포함할 수 있다.
실리케이트 미네랄 충전재는 알루미노-실리케이트, 알칼리 알루미노-실리케이트, 마그네슘 실리케이트 및 칼슘 실리케이트로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
내화성 조성물은 이산화 실리콘 및 알루미늄, 칼슘, 마그네슘, 지르콘, 아연, 철, 주석 및 바륨의 금속 산화물 및 무기 충전재들이 열적으로 분해될 때 이들 무기 충전재들의 하나 이상의 산화물을 생성하는 무기 충전재로 이루어진 군에서 선택되는 무기 충전재를 더 포함할 수 있다.
폴리머 기재 조성물은 실리콘 폴리머를 포함할 수 있다.
유기 폴리머 대 실리콘 폴리머의 중량비는 5 : 1 내지 2 : 1의 범위 내일 수 있다.
내화성 조성물은 실리콘 폴리머의 양을 제조된 내화성 조성물 총량의 2 내지 15 중량% 포함할 수 있다.
30분 동안 소성 조건을 겪은 고온은 1000℃일 수 있다.
조성물은 실리콘 폴리머인 상기 폴리머 기재 조성물의 20 내지 75 중량%; 미카 및 유리 첨가제를 포함하는 상기 무기 충전재의 15 중량% 이상을 포함할 수 있고; 잔여물 내 용융 산화물은 유리 및 미카로부터 유래되며, 이 때 미카 : 유리의 비는 20 : 1 내지 2 : 1 범위 내이다.
폴리머 기재 조성물은 유기 폴리머 및 실리콘 폴리머를 5 : 1 내지 2 : 1의 중량비로 포함하고; 상기 무기 충전재는 조성물 총 중량의 10 내지 30 중량%의 미카 및 조성물 총 중량의 20 내지 40 중량%의 무기 충전재를 더 포함할 수 있다.
용융 산화물은 잔여물의 5 중량%를 초과하는 양으로 잔여물 내에 존재할 수 있고, 상기 용융 산화물은 화염에 노출될 때 형성되는 세라믹 상에 유리질 피막을 형성하며, 상기 유리질 피막은 물 및 기체를 통과할 때 저항성이 강화되는 장벽층을 형성한다.
상기 케이블은 적절한 구조로 이루어질 수 있다.
상기 케이블은 연선 케이블(twisted pair cable)일 수 있다(3.010).
상기 케이블은 평행 전선 케이블일 수 있다.
상기 케이블은 멀티-컨덕터 케이블일 수 있다.
상기 케이블은 멀티-페어 구조로 이루어질 수 있다.
이제 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예 또는 실시예들을 설명할 것이며, 이러한 설명은 단지 예시적으로 제시하는 것일 뿐이다:
도 1은 본 발명의 첫번째 실시예에 따른 내화성 케이블의 단면도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 두번째 실시예에 따른 내화성 케이블의 단면도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연선 케이블의 일부분을 도시한다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 케이블의 단면도를 도시한다.
도면에 사용된 숫자들 중, 마침표 앞에 쓰인 숫자는 도면 번호를 나타내고, 마침표 뒤에 쓰인 숫자들은 구성요소 참조용 숫자이다. 상이한 도면에서 동일한 구성요소 참조용 숫자는 대응하는 구성요소를 표시할 수 있다.
도면의 배향은 본 발명의 실시예의 특징을 설명하기 위한 것이고, 사용에 있어서는 본 발명의 배향에 제한되는 것으로 간주해서는 안된다.
도면은 설명하는 실시예의 특징을 나타내기 위한 것으로서, 반드시 축척에 맞추어 도시한 것이 아니다.
본 발명은 첨부된 도면을 설명하기 위한 실시예의 참고용으로서만 설명될 것이다.
도 1은 도전체(1.006)를 둘러싸는 절연성의 내화층 또는 자켓(1.004)을 갖는 케이블(1.002)의 단면도를 나타낸다. 내화층은 화염에서 겪을 수 있는 고온에 노출되었을 때 점착성의 잔여물을 형성하는 재료로 제조될 수 있다.
내화층은 고온에 노출되었을 때 세라믹을 형성하는 세라믹화 재료로 제조될 수 있다.
본 명세서에 참조로 포함하는 문서 WO2005/095545는 내화층으로 이용하기에 적절한 조성물을 설명한다.
실시예 1
표 1에 A, B, C 및 D로 표시되는 조성물을 제조하는 데 이중-롤 밀(two-roll mill)이 이용되었다. 각각의 경우에, 에틸렌-프로필렌(EP) 폴리머는 밀(10-20℃)에서 밴드화 되었고 재료의 밴드가 두 롤의 닙(nip)을 통과하기 직전에 다른 구성요소들이 첨가되었고 재료의 밴드를 분리 및 재조합함으로써 구성요소들을 분산되게 한다. 상기 구성요소들이 균일하게 분산되었을 때, 과산화물이 첨가되었고 유사한 방식으로 분산되었다.
약 7 MPa의 압력 하 170℃에서 30분 동안 경화 및 성형에 의해, 가공된 조성물로부터 약 1.7 mm 두께의 평면 직사각형 시트가 제조되었다.
약 30 mm x 13 mm x 1.7 mm의 크기를 갖는 직사각형 시트 견본을 성형된 시트에서 절단하고, 느린 소성 조건(12℃/분의 온도 증가율로 상온에서 1000℃까지 가열한 후 30분 동안 1000℃를 유지하는 조건)또는 급속 소성 조건(시트를 1000℃로 미리 예열된 용광로에 넣고 30분 동안 유지하는 조건) 하에서 소성(firing)시켰다. 소성 이후에, 각 샘플은 세라믹의 형태로 변했다. 소성에 의해 유발된 길이의 변화는 소성 전후의 견본의 길이를 측정함으로써 결정되었다. 소성에 의해 유발된 견본의 확장은 길이의 양의 변화로, 수축(위축)은 길이의 음의 변화로 기록된다.
조성물 A, B, C 및 D
조성물(중량 %)
　 A B C D
EP 폴리머 18 18 18 18
EVA 폴리머 4.5 4.5 4.5 4.5
암모늄 폴리포스페이트 27 27 27 27
탈크 25 40 25 　
미카 　 　 　 25
알루미나 트리히드레이트 15 　 　 15
마그네슘 히드록시드 　 　 15 　
다른 첨가제 (안정화제, 보조제, 파라핀성 오일) 8 8 8 8
과산화물 2.5 2.5 2.5 2.5
총량: 100 100 100 100
소성 조건 느림 빠름 느림 느림 느림
세라믹화될 때 길이의 변화(%) -2.9 2.0 0.2 6.7 -2.1
1000℃의 화염에서, 조성물 A, B, C 및 D는 최소의 크기 변화로 초기의 모양을 보유한 단단하고 강한 세라믹으로 변형된다.
실시예 2
본 실시예는 표 2에서 "E"로 표시되는 조성물의 특성을 테스트한다. 본 실시예에서 EP 폴리머는 밀 (40-50℃)에서 밴드화 되었고 재료의 밴드가 두 롤의 닙(nip)을 통과하기 직전에 다른 구성요소들이 첨가되었고 재료의 밴드를 분리 및 재조합함으로써 구성요소들을 분산되게 한다. 상기 구성요소들이 균일하게 분산되었을 때, 과산화물이 첨가되었고 유사한 방식으로 분산되었다.
약 7 MPa의 압력 하 170℃에서 30분 동안 경화 및 성형에 의해, 가공된 조성물로부터 약 1.7 mm 두께의 평면 직사각형 시트가 제조되었다.
약 30 mm x 13 mm x 1.7 mm 의 크기를 갖는 직사각형 시트 견본을 성형된 시트에서 절단하고, 급속 소성 조건(1000℃로 유지되는 용광로에 첨가하고 30분 동안 1000℃로 유지하는 조건) 하에서 소성시켰다. 소성 후에, 샘플은 세라믹의 형태로 변했다. 조성물 "E"가 원래의 크기를 유지하는 세라믹 잔여물을 형성하는 것을 육안으로 확인할 수 있었다. 느린 소성 조건 하에서 이루어진 테스트는 조성물 "E"가 자가 지지하는 것을 보여주었다. 조성물 "E"는 그물 형상 리텐션(net shape retention)을 보여주었다(우수한 크기 안정성(dimensional stability)).
조성물 E
중량 %
EP 폴리머 18.50
EVA 폴리머 4.70
암모늄 폴리포스페이트 13.50
탈크 20.00
점토 7.50
알루미나 트리히드레이트 15.00
칼슘 카보네이트 7.50
공정유 5.80
커플링제 1.00
가공 보조제 2.50
안정화제 1.40
과산화물 2.60
총량: 100.00
실시예 3:
본 실시예는 본 발명에 따른 열가소성 조성물의 제조에 관한 것이다. 표 3의 조성물들이 제조되었다:
열가소성플라스틱 조성물 G 조성물 H
TPV EPDM
중량 % 중량 %
TPV 29.8
EPDM 30
암모늄 플리포스페이트 28.0 28.2
알루미나 트리히드레이트 15.60 15.70
탈크 25.9 26.1
가공 보조제 0.7 0
총량: 100.00 100.00
표 3의 조성물 G 및 H는 Haake Record Batch Mixer를 이용하여 폴리머를 각각의 충전재 및 첨가제 조합과 혼합함으로써 제조되었다.
조성물 G는 TPV 펠렛 및 충전재와 각각 미리 혼합되어 가공 보조제로 이용되는 칼슘 스테아레이트 및 파리핀을 갖는 열가소성 가황(TPV, Santoprene 591-73)을 기본으로 하였고, 이어서 폴리스티렌 조성물에 대해서도 같은 방식으로 혼합되었다.
조성물 H는 에틸렌 프로필렌 디엔 폴리머(Nordel 3745)를 기본으로 하였다. 조성물 H는 가교결합되지 않았다. 조성물 G와는 달리 조성물 H는 1700℃에서 혼합되었다.
3 mm 두께의 플라크는 약 10 MPa의 압력하에서 약 10분 동안 155 내지 180℃에서 상기 조성물들로부터 압축성형되었다. 이어서 견본들은 플라크로부터 절단되었다. 견본들 중 한 세트는 느린 소성 조건에서 소성되었고 상기에 설명된대로 테스트되었다. 열가소성 플라스틱에 기초한 상기 두 조성물들은 느린 소성 후에 10% 미만의 길이 변화 및 0.3 MPa 초과의 휨 강도를 갖는 자가-지지 세라믹을 생성했다.
점착층을 위한 적절한 조성물은 조성물의 총 중량을 기준으로 유기 폴리머를 50 중량% 이상을 포함하는 15 중량% 이상의 폴리머 기재 조성물; 조성물의 총 중량을 기준으로 15 중량% 이상의 실리케이트 미네랄 충전재; 및 선택적으로 상기 실리케이트 미네랄 충전재에 존재하는 하나 이상의 용융 산화물 원료를 포함할 수 있고, 소성 조건을 거쳐 상승된 온도에 노출된 후, 용융 산화물은 잔여물의 1 내지 15 중량%의 양으로 존재한다.
실리케이트 미네랄 충전재는 조성물의 총 중량을 기준으로 25 중량% 이상의 양으로 존재할 수 있다.
용융 산화물은 상기 고온에 노출된 후에 1 내지 10 중량%의 양으로 잔여물 내에 존재할 수 있다.
용융 산화물은 상기 고온에 노출된 후에 2 내지 8 중량%의 양으로 잔여물 내에 존재할 수 있다.
소성 후 잔여물의 중량은 내화성 조성물의 40 중량% 이상일 수 있다.
추가적인 실시예:
본 발명에 참조로 포함된 WO2004/035711의 명세서에는 내화층으로 이용되기에 적절할 수 있는 조성물이 설명되어 있다. 본 실시예에서 조성물은 소성 조건을 겪으면서 고온까지 가열될 때 자가-지지 구조를 형성할 수 있다.
용융 산화물은 상승하는 온도까지 가열될 때 실리케이트 미네랄 충전재로부터 생성될 수 있다.
용융 산화물 전구체는 보론, 금속 수산화물, 금속 탄산염 및 유리로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 재료를 포함할 수 있다.
첨가되거나 전구체로부터 생성된 용융 산화물은 납, 주석, 보론, 리튬, 포타슘, 소듐, 인 및 바나듐으로 이루어진 군에서 선택되는 원소의 하나 이상의 산화물을 포함할 수 있다.
유기 폴리머는 열가소성플라스틱 폴리머, 열경화성 폴리머 및 탄성체의 그룹으로부터 선택될 수 있다.
유기 폴리머는 하나 이상의 폴리올레핀의 단일중합체, 공중합체, 탄성체 또는 수지, 에틸렌-프로필렌 고무, 에틸렌-프로필렌 삼원공중합체 고무(EPDM), 클로로설포네이티드 폴리에틸렌 및 클로리네이트 폴리에틸렌, 비닐 폴리머, 아크릴릭 및 메타크릴릭 폴리머, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리옥시메틸렌 아세탈, 폴리카보네이트, 폴리우레탄, 생고무, 부틸 고무, 니트릴-부타디엔 고무, 에피클로로히드린 고무, 폴리클로로프렌, 스티렌 폴리머, 스티렌-부타디엔, 스티렌-이소프렌-스티렌, 스티렌-부타디엔-스티렌, 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌, 에폭시 수지, 폴리에스테르 수지, 비닐 에스테르 수지, 페놀성 수지 및 멜라민 포름알데히드 수지를 포함할 수 있다.
폴리머 기재 조성물은 15 내지 75 중량%의 제조된 내화성 조성물을 포함할 수 있다.
실리케이트 미네랄 충전재는 알루미노-실리케이트, 알칼리 알루미노-실리케이트, 마그네슘 실리케이트 및 칼슘 실리케이트로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
내화성 조성물은 이산화 실리콘 및 알루미늄, 칼슘, 마그네슘, 지르콘, 아연, 철, 주석 및 바륨의 금속 산화물로 이루어진 군에서 선택되는 무기 충전재 및 무기 충전재가 열적으로 분해될 때 하나 이상의 상기 산화물들을 생성하는 무기 충전재를 더 포함할 수 있다.
폴리머 기재 조성물은 실리콘 폴리머를 포함할 수 있다.
유기 폴리머 대 실리콘 폴리머의 중량비는 5 : 1 내지 2 : 1의 범위 내일 수 있다.
내화성 조성물은 제조된 내화성 조성물의 총량을 기준으로 2 내지 15 중량%의 양으로 실리콘 폴리머를 포함할 수 있다.
소성 조건 하의 고온은 30분 동안 1000℃일 수 있다.
조성물은 실리콘 폴리머인 상기 폴리머 기재 조성물의 20 내지 75 중량%; 상기 무기 충전재가 미카 및 유리 첨가제를 포함하는 무기 충전재의 적어도 15 중량% 이상; 및 유리로부터 생성된 잔여물 내 용융산화물을 포함할 수 있고, 미카는 미카 : 유리의 비가 20 : 1 내지 2 : 1이다.
폴리머 기재 조성물은 유기 폴리머 및 실리콘 폴리머를 5 :1 내지 2 : 1의 중량비로 포함하고; 상기 무기 충전재는 총 중량의 10 내지 30 중량%의 미카 및 총 중량의 20 내지 40 중량%의 무기 충전재를 더 포함할 수 있다.
용융 산화물은 잔여물 내에 잔여물의 5 중량%를 초과하는 양으로 존재할 수 있고, 상기 용융 산화물은 화염에 노출되었을 때 형성되는 세라믹 상에 유리질 피막을 형성하며, 상기 유리질 피막은 물 및 기체가 통과할 때 저항성이 증가하는 장벽층을 형성한다.
상기 조성물 양이 최대일 때 조성물의 가공성에 의해 영향을 받게 된다. 충전재가 매우 많으면 혼합된 조성물을 형성하는 것이 어려울 수 있다. 통상적으로, 실리케이트 미네랄 충전재의 최대값은 약 80 중량%이다. 이용된 실리케이트 미네랄의 양 및 유형도, 잔여물 내 소성 조건의 고온에서 조성물을 가열함으로써 형성된 특정 범위의 용융 산화물을 갖기 위해 요구되는 조건에 의해 영향을 받게 될 것이다.
용융 산화물은 특정 유형의 실리케이트 미네랄 충전제(예 미카)를 가열함으로써 상승하는 온도에서 인 시츄(in situ)로 생성될 수 있고, 용융 산화물을 제조하기 위해서 충전재 입자의 표면에서 이용될 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로서 용융 산화물은 실리케이트 미네랄 충전재 이외의 원료로부터 유래될 수 있다. 하기에 설명하는 것처럼, 용융 산화물은 고온에서 접착된 생성물의 형성을 보조하는 "점착제"로 행동하는 것으로 보인다. 용융 산화물은 충전재 입자의 가장자리에 있는 플럭스(flux)를 결합하는 데 기여하는 것으로 보인다. 실리케이트 미네랄 충전재의 존재 비율이 높으면 상승된 온도에서 세라믹이 형성될 때와 세라믹이 냉각될 때 조성물의 수축 및 크래킹(cracking)이 거의 일어나지 않을 수 있다.
용융 산화물은 이산화 붕소 또는 리튬, 포타슘, 소듐, 인 및 바나듐의 산화물로부터 선택되는 금속 산화물일 수 있다.
용융 산화물은 특정 실리케이트 미네랄(예 미카)을 가열함으로써 생성될 수 있고, 특정 실리케이트 미네랄은 독립적으로 첨가될 수 있거나 본 발명의 조성물에 포함될 수 있고, 용융 산화물의 전구체(예 금속 수산화물 또는 금속 산화물에 대한 금속 탄산염 전구체)는, 소성을 겪는 것과 유사한 고온에 노출된 후에 용융 산화물을 생성하는 화합물이다.
중심부는 구리보다 낮은 용융점을 갖는 도전체일 수 있다.
중심부는 케이블의 회로보존성(circuit integrity)에 요구되거나 케이블의 회로보전성을 위해 특정된 온도보다 낮은 용융점을 갖는 도전체일 수 있다.
중심부 도전체는 알루미늄 또는 알루미늄 합금일 수 있다.
도 2에 나타나는 추가적인 실시예는, 중간층(2.008)이 도전체(2.006) 및 자켓(2.004) 사이에 적용됨을 보여준다. 자켓(2.004)은 상승하는 온도에 노출되었을 때 점착층을 형성한다.
중간층(2.008)은 도전체 및 내화층의 상호작용을 줄이기 위한 완충층일 수 있다.
중간층은 상승하는 온도에 노출된 후에 절연적인 특성을 보유하는 절연층일 수 있다.
도 3은 두번째 절연 케이블(3.012)과 엮여 있는 첫번째 절연 케이블(3.010)을 갖는 연선 케이블을 도시한다. 케이블(3.010)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금 도전체(3.003) 및 절연성 내화층(3.004)을 갖는다. 내화층(3.004)은 세라믹화 재료로 제조될 수 있다. 도전체(3.012)는 케이블(3.010)과 동일한 구조일 수 있다.
도 4는 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 케이블의 단면도를 보여주고, 여기서 첫번째 세라믹화 내화층(4.004)은 도전체(4.006)를 덮고 있고, 두번째 세라믹화층은 첫번째 세라믹화 내화층을 덮고 있다. 두번째 층은 케이블의 고온 절연 특성을 향상하기 위해 제공될 수 있다.
연선 케이블 내 알루미늄 도전체를 1000℃ 이상의 온도에 노출시킴으로써 시험하였고, 그 결과 상기 케이블들은 상기 상승하는 온도에서 효과적인 절연성을 계속하여 보유하고 있음을 알 수 있었다. 절연성 내화층은 고온에 노출된 후에 점착성 자켓을 형성하는 재료로 제조되었다. 점착성 자켓은 고온에 노출된 후에 효과적인 절연성을 제공하기 위한 충분한 절연적 특성을 보유했다.
케이블의 샘플은 800℃ 및 1000℃에서 30분 동안 시험되었다. 알루미늄 케이블에 대해서 1000℃에서 45분 동안 시험한 경우, 용광로에서 꺼냈을 때 용융된 도전체가 케이블의 말단으로부터 흘렀으나, 세라믹 내화층 내에서 도전체의 보존성(integrity)은 유지되었다.
본 실험의 이러한 놀라운 결과는 고온보다 낮은 용융점을 갖는 도전체가 절연성 내화층과 함께 내화성 케이블에 이용될 수 있고 절연성 내화층은 화염에 노출되었을 때 점착성의 절연 자켓을 형성한다.
특히, 알루미늄 및 이들의 합금은 상기 내화성 케이블에 이용되기에 적절하다. 알루미늄은 공기중에 노출되었을 때 Al2O3의 표면층을 형성한다. Al2O3은 2072℃의 매우 높은 용융점을 가지므로 Al2O3 표면은 케이블의 회로보존성을 위해 특정되거나 회로보존성에 요구되는 온도에서 용융되지 않는다. 따라서, 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 용융점 이상에서, 도전체의 내부는 용융된 금속일 것이고, 용융된 금속은 Al2O3의 고체 표면에 포함될 것이다. 또한, Al2O3은 낮은 열전도율을 갖고 알루미늄 또는 알루미늄 합금 전선의 내부에 대한 열전달율을 낮춘다. 따라서, 도전체는 Al2O3층이 없는 경우일 때보다 더 느린 속도로 가열된다.
알루미늄 합금은 이러한 목적으로 이용될 수 있다. 손쉽게 이용할 수 있는 알루미늄 합금은 순수한 알루미늄보다 더 우수한 강도 및 내크리프성(creep resistance)을 갖는 1120 합금이다.
알루미늄은 공기중에서 Al2O3층 또는 표면을 형성한다. 세라믹화 조성물은 미처리된 알루미늄 또는 알루미늄 합금 도전체로부터 압출될 수 있다. 본 발명은 JP63192895에 설명된 것과 같은 양극산화 공정(anodizing process) 또는 증착 공정(vapour deposition process)을 요구하지 않는다.
본 명세서에서 문서의 참조, 개시 또는 다른 공보 또는 이용이라는 표현을 사용하고 있지만, 별도로 언급되지 않는 한, 문서, 개시, 공보 또는 이용이라는 표현 때문에 본 명세서의 우선일을 기준으로 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 갖고 있는 일반적인 지식이 되는 것이라는 의미는 아니다.
본 명세서에서, 배향 또는 방향을 나타내는 용어, 즉 "위", "아래", "세로", "가로", "왼쪽", "오른쪽", "수직으로 세워 둔", "가로놓인" 등은 문맥상 요구되거나 달리 지시하지 않는다면 절대적인 용어로 의도되지 않는다.
용어가 어디에 사용되든지, 용어 "포함하는(including)"은 "열린"의미로 이해되어야 하고, 즉 "구성되는(consisting only of)"의 닫힌 의미로 한정해서는 안된다. "포함한다" 및 "포함되는"에 대응하는 표현도 마찬가지다.
여기에 개시되고 한정된 발명은 문맥에 언급되거나 나타난 개개의 특징 중 둘 이상의 선택 가능한 조합에까지 확장되는 것으로 이해될 수 있다.
본 발명과 관련하여 특정 실시예를 설명하였지만, 본 발명의 필수적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 다른 형태로 본 발명을 구현할 수 있음은 기술분야의 통상의 기술자에게 자명한 일이다. 따라서, 본 발명의 구현예 및 실시예들은 모든 관점에서 구체적인 예를 설명하기 위한 것이고 여기에 제한되는 것은 아니므로, 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 명백한 모든 조작이 여기에 포함된 것이다.

Claims (18)

  1. - 하나 이상의 도전체(1.006); 및
    - 고온에 노출되었을 때 점착성 외피를 형성하는 내화층(1.004),을 포함하는 내화성 케이블(1.002)에 있어서,
    상기 하나 이상의 도전체(1.006)는 구리의 용융온도보다 더 낮은 용융온도를 갖는 재료로 제조되고, 및
    상기 내화층은 고온에서 노출되었을 때 세라믹을 형성하는 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는, 내화성 케이블.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 도전체는 알루미늄 도전체 또는 알루미늄 합금 도전체인 것을 특징으로 하는 케이블.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 내화층은 고온에 노출된 후 적어도 부분적으로는 전기 절연성을 함유(retain)하는 것을 특징으로 하는 케이블.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 케이블은 화염에 노출된 후 전기 절연성을 제공하는 추가적인 층(2.008)을 포함하는 것을 특징으로 하는 케이블.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 추가적인 층은 내화층 및 도전체 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 케이블.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내화층이 코팅이 없는 외부 표면을 가지는 것을 특징으로 하는 케이블.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내화층이 도전체 및 자유 외부 표면에 인접한 내부 표면을 가지는 것을 특징으로 하는 케이블.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내화층이 내부층인 것을 특징으로 하는 케이블.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 케이블이 도전체를 둘러싸는 절연층을 하나만 갖는 것을 특징으로 하는 케이블.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    도전체가 알루미늄 도전체이거나 알루미늄 합금 도전체이고, 상기 도전체는 상기 내화층에 의해 절연되기 전에 알루미나층을 형성하기 위하여 임의의 산화단계로 보내지지 않는 것을 특징으로 하는 케이블.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내화층이 상기 도전체를 둘러싸는(encompass) 것을 특징으로 하는 케이블.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 비-알루미늄 전선 또는 도전체를 포함하는 것을 특징으로 하는 케이블.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내화층이 하기를 포함하는 내화성 조성물로부터 제조되는 것을 특징으로 하는 케이블:
    조성물의 총 중량을 기준으로 15 중량% 이상의 폴리머 기재 조성물로, 50 중량% 이상의 유기 중합체를 포함하는 폴리머 기재 조성물; 조성물의 총 중량을 기준으로 15 중량% 이상의 실리케이트 미네랄 충전재; 및 선택적으로 상기 실리케이트 미네랄 충전재에 존재하는 하나 이상의 용융 산화물 원료, 여기서 소성 조건 하에서 겪게 되는 고온에 노출된 후에 용융 산화물은 잔여물의 1 내지 15 중량%의 양으로 존재함.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 실리케이트 미네랄 충전재가 조성물의 총 중량을 기준으로 25 중량% 이상의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는, 케이블.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 용융 산화물이 상기 고온에 노출된 후에 잔여물의 1 내지 10 중량%의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는, 케이블.
  16. 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    소성 후의 잔여물의 중량이 내화성 조성물의 40% 이상인 것을 특징으로 하는, 케이블.
  17. 제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용융 산화물이 하기로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 용융 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 케이블:
    - 고온까지 가열되는 실리케이트 미네랄 충전재에 의해 생성되는 용융 산화물,
    - 통상적인 용융 산화물, 및
    - 상기 전구체의 열적 분해에 의해 용융 산화물을 형성하는 전구체.
  18. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내화층은,
    10 중량% 이상의 미네랄 실리케이트; 800℃ 미만의 온도에서 액상을 형성하며, 암모늄 포스페이트, 암모늄 폴리포스페이트 및 암모늄 피로포스페이트로부터 선택되는 8 중량% 내지 40 중량%의 하나 이상의 무기 포스페이트; 및 조성물의 총 중량을 기준으로 50 중량% 이상의 유기 중합체를 포함하는 15 중량% 이상의 폴리머 기재 조성물;을 포함하는 조성물로부터 제조되고,
    상기 조성물은 상기 무기 포스페이트와 함께 포비성을 제공하는 탄화제가 필수적으로 결여되고; 상기 조성물은 1000℃의 온도에 30분 동안 노출되었을 때 자가-지지 세라믹 잔여물을 형성하고, 자가-지지 세라믹 잔여물은 열분해 전의 40 중량% 이상의 조성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 케이블.
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