KR20200073249A - 광학 섬유 케이블 요소 및 이를 포함하는 광학 섬유 케이블 구조체 - Google Patents

광학 섬유 케이블 요소 및 이를 포함하는 광학 섬유 케이블 구조체 Download PDF

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KR20200073249A
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핌 제라르드 안톤 얀센
아르만드 알폰스 마리 아그네스 두이젠스
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디에스엠 아이피 어셋츠 비.브이.
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Abstract

본 발명은, 버퍼 튜브 및 상기 버퍼 튜브로 둘러싸인 다수의 광섬유를 포함하는 광섬유 케이블 요소에 관한 것이며, 이때 상기 버퍼 튜브는 반-결정질 반-방향족 폴리아마이드를 포함하고, 상기 반-결정질 반-방향족 폴리아마이드는, 본질적으로 다이카복실산 및 다이아민으로 이루어진 단량체로부터 유도된 반복 단위를 포함하고, 다이카복실산의 총 몰량에 대해 55 몰% 이상의 방향족 다이카복실산을 포함하고, 100℃ 이상의 유리 전이 온도(Tg)를 가진다. 본 발명은 또한, 광섬유 케이블 요소의 제조 방법, 및 재킷 및 하나 이상의 광섬유 케이블 요소를 포함하는 광섬유 케이블 구조체에 관한 것이다.

Description

광학 섬유 케이블 요소 및 이를 포함하는 광학 섬유 케이블 구조체
본 발명은, 광섬유 케이블 요소 및 상기 광섬유 케이블 요소를 포함하는 광섬유 케이블 구조체에 관한 것이다.
광섬유 케이블 요소는 일반적으로 튜브 및 상기 튜브로 둘러싸인 하나 이상의 광섬유(즉, 상기 하나 이상의 광섬유가 상기 튜브의 중공 공간 내에 존재함)를 포함한다. 상기 튜브는 일반적으로 버퍼 튜브로 공지되어 있다. 광섬유 케이블 구조체는 일반적으로 재킷 및 상기 재킷으로 둘러싸인 몇몇 광섬유 케이블 요소를 포함한다. 광섬유 케이블 구조체의 목적하는 기능성 및 용량에 따라, 광섬유 케이블 구조체는 하나 이상, 전형적으로 1 내지 12개 이하의 광섬유 케이블 요소를 포함할 수 있고, 각각의 광섬유 케이블 요소 내의 광섬유의 개수는 또한 전형적으로 1 내지 12개 이하로 변한다. 버퍼 튜브는 루즈(loose) 튜브, 타이트(tight) 튜브 또는 세미-타이트(또는 세미-루즈 또는 루즈) 튜브일 수 있다. 루즈 튜브에서, 광섬유는 튜브에 의해 한정된 공간 내에서 이동할 수 있다. 타이트 버퍼 튜브에서, 광섬유는 전혀 움직일 수 없다. 세미-타이트 튜브에서, 광섬유는 제한된 이동 가능성을 가진다.
광섬유 케이블 구조체의 구성 요소에 흔히 사용되는 물질은, 광섬유를 위한 유리 섬유 또는 투명 플라스틱 섬유, 및 버퍼 튜브를 위한 열가소성 중합체, 예컨대 폴리카보네이트(PC) 또는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT)이다. 재킷은, 예를 들어 열가소성 물질(예컨대, HDPE, TPU, PVC 또는 폴리아마이드-12)로 제조될 수 있다. 이는 외부 환경 영향으로부터 보호하는 기능을 가지며, 일반적으로 보강 부품을 포함하지 않는다. 광섬유 케이블 요소는 추가로, 광섬유상의 코팅 및 임의적으로 버퍼 튜브 내부의 요변성 겔을 포함할 수 있다.
광섬유 케이블 구조체에 임의적으로 포함되는 추가의 부품은 하나 이상의 강도 부재(strength member), 충전 튜브, 버퍼 튜브들 사이의 플러딩(flooding) 겔, 립 코드(rip cord), 물 차단 시스템, 내부 시트, 및 상기 하나 이상의 광섬유 케이블 요소 주위에 묶인 하나 이상의 테이프 구조체, 및 임의적으로, 재킷 내부의 강도 부재 및 충전 튜브를 포함한다. 버퍼 튜브와 충전 튜브 사이의 플러딩 겔은 케이블 코어를 물 침투로부터 보호할 것이다. 강도 부재는, 예를 들어 아라미드 섬유, 고분자량 폴리에틸렌 섬유 및 다른 고강도 섬유 또는 섬유-강화된 플라스틱, 금속 웹, 금속 와이어 및 테이프로 제조될 수 있고, 충전 튜브의 경우, 예를 들어 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌으로 제조된 중공 튜브가 사용될 수 있다.
광섬유 케이블 구조체의 일반적인 목적은, 제시된 이용가능 공간 내에서 전송 용량을 늘리거나, 공간 요건을 줄이면서 높은 용량을 유지하고, 동시에, 다양한 조건 하에 성능 무결성(performance integrity)을 유지하는 것이다. 다시 말해서, 기능성을 유지하면서 크기는 감소되어야 하지만, 기계적 응력 및 환경적 응력으로 인한 신호 손실 또는 신호 감쇠(damping)는 제한될 것이다. 더 작은 크기는 더 작은 공간을 필요로 할 뿐만 아니라, 특히, 고도로 인구가 많은(populated) 국내 환경에서 설치 비용 및 덕트 임대 비용을 더 낮춘다.
현재의 광섬유 케이블 구조체와 관련된 문제점은, PBT 또는 PC로 제조된 버퍼 튜브의 크기 감소가 중요하며, 다양한 조건(예컨대, 온도 변화가 발생하거나, 광섬유 케이블 구조체가, 설치시 사용되는 세척 용매에 노출되어 절단 후 광섬유 요소로부터 요변성 겔을 제거하는 조건) 하에 신호 손실을 야기한다는 점이다. 광섬유 케이블에 흔히 사용되는 세척 용매는 고농도의 이소프로판올, 아세톤 또는 에탄올을 포함한다.
본 발명의 목적은, 상기 문제점을 나타내지 않거나 또는 더 적은 정도로 나타내는 광섬유 케이블 구조체 및 이에 사용될 수 있는 광섬유 케이블 요소를 제공하는 것이다. 동시에, 우수한 설치능(installability)이 유지될 것이다(달리 말하면, 우수한 스트리핑(stripping), 세척 및 스플라이싱(splicing)의 허용이 유지됨).
상기 목적은, 본 발명에 따른 광섬유 케이블 요소 및 이를 포함하는 광섬유 케이블 구조체를 사용하여 달성되었다. 본 발명에 따른 광섬유 케이블 요소는 튜브 및 상기 튜브의 중공 공간 내부에 하나 이상의 광섬유를 포함하며, 이때 상기 튜브는 반-결정질 반-방향족 폴리아마이드 또는 상기 반-결정질 반-방향족 폴리아마이드 및 하나 이상의 다른 성분을 포함하는 조성물로 제조되고, 상기 반-결정질 반-방향족 폴리아마이드는,
- 100℃ 이상의 유리 전이 온도(Tg)를 갖고,
- 다이아민; 다이카복실산; 및 다이아민, 다이카복실산 및 다른 폴리아마이드-형성 단량체의 총 몰량에 대해 0 내지 5 몰%의 다른 폴리아마이드-형성 단량체로부터 유도된 반복 단위로 이루어지고, 상기 다이카복실산의 55 몰% 이상은 방향족 다이카복실산이다.
본원에서 유리 전이 온도(Tg)는, ISO-11357-1/2(2011)에 따른 방법으로, 20℃/분의 가열 및 냉각 속도를 사용하여 측정된다.
본 발명에 따른 광섬유 케이블 요소의 효과는, 상기 튜브(이는 또한 본원에서 추가로 버퍼 튜브로도 지칭됨)가 PBT 및 PC에 비해 신호 투과율의 유지(retention), 기계적 응력 내성, 환경적 응력 내성 및 용매 내성의 더 우수한 조합을 가지며, 다르게는, 우수한 기계적 응력 내성, 우수한 환경적 응력 내성 및 우수한 용매 내성을 유지하면서 더 작은 크기(즉, 더 작은 벽 두께, 및 결과적으로, 더 작은 외경 및 더 작은 내경)로 설계될 수 있는 점이다. 이러한 효과는 하기에서 추가로 제시되는 실시예를 사용하여 예시된다.
본원에서 "반-결정질 폴리아마이드"는, 폴리아마이드가, 유리 전이 온도(Tg)를 특징으로 하는 비결정질 도메인 및 용융 온도(Tm)를 특징으로 하는 결정질 도메인을 갖는 열가소성 중합체인 것으로 이해된다.
더욱 구체적으로, 본 발명에 따른 광섬유 케이블 요소의 튜브에 사용되는 반-결정질 반-방향족 폴리아마이드는 100℃ 이상, 바람직하게는 110℃ 이상, 더욱 바람직하게는 120℃ 이상의 유리 전이 온도(Tg)를 가진다. 본원에서 유리 전이 온도(Tg)는, ISO-11357-1/2(2011)에 따른 시차 주사 열량계법(DSC)에 의해, 20℃/분의 가열 및 냉각 속도를 사용하여, N2 대기 내에서, 사전-건조된 샘플에 대해 측정된다. 본원에서 Tg는, 제 2 가열 사이클에서 모(parent) 열 곡선의 변곡점에 대응하는 모 열 곡선의 제 1 도함수(온도에 대해)의 피크 값으로부터 계산되었다.
또한 바람직하게는, 상기 반-결정질 반-방향족 폴리아마이드는 240℃ 이상, 더욱 바람직하게는 270℃ 이상의 용융 온도(Tm)를 가진다. 본원에서 용융 온도는, ISO-11357-1/3(2011)에 따른 DSC 방법에 의해, 20℃/분의 가열 및 냉각 속도를 사용하여, N2 대기 내에서, 사전-건조된 샘플에 대해 측정된다. 본원에서 Tm은, 제 2 가열 사이클에서 최고 용융 피크의 피크 값으로부터 계산되었다.
상기 반-결정질 반-방향족 폴리아마이드는 적합하게는 20 J/g 이상, 바람직하게는 30 J/g 이상, 더욱 바람직하게는 40 J/g 이상의 용융 엔탈피(ΔHm)를 가진다. 본원에서 용융 엔탈피(ΔHm)는, ISO-11357-1/3(2011)에 따른 DSC 방법에 의해, 20℃/분의 가열 및 냉각 속도를 사용하여, N2 대기 내에서, 사전-건조된 샘플에 대해 측정된다. 본원에서 ΔHm은, 제 2 가열 사이클에서 용융 피크 하의 표면으로부터 계산되었다.
본원에서 "반-방향족 폴리아마이드"는, 방향족 단량체(즉, 방향족 기 또는 골격을 포함하는 단량체) 및 지방족 단량체(즉, 지방족 골격을 포함하는 단량체)로부터 유도된 반복 단위를 포함하는 폴리아마이드로 이해된다. 본원에서 "방향족 골격을 포함하는 단량체"는, 예를 들어 방향족 다이카복실산, 또는 방향족 다이아민, 또는 아릴알킬 다이아민, 또는 이들의 임의의 조합물일 수 있다.
본 발명에 따른 광섬유 케이블 요소에 사용되는 반-결정질 반-방향족 폴리아마이드는, 다이카복실산 및 다이아민으로 본질적으로 이루어진 단량체로부터 유도된 반복 단위를 포함한다. 본원에서 다이카복실산은, 다이카복실산의 총 몰량에 대해 55 몰% 이상의 방향족 다이카복실산으로 이루어진다.
상기 반-결정질 반-방향족 폴리아마이드는, 다이카복실산 및 다이아민 이외에, 폴리아마이드-형성 단량체로부터 유도된 다른 반복 단위, 예를 들어 일작용성 카복실산, 삼작용성 카복실산, 일작용성 및 삼작용성 아민, 환형 락탐 및 α,ω- 아미노산, 및 이들의 조합물을 포함할 수 있다. 그러나, 다른 단량체의 몰량은, 상기 반-결정질 반-방향족 폴리아마이드의 반복 단위가 유도되는 단량체의 총 몰량에 대해(즉, 다이아민, 다이카복실산 및 다른 폴리아마이드-형성 단량체의 총 몰량에 대해) 0 내지 5 몰%, 바람직하게는 0 내지 2.5 몰% 범위, 더욱 바람직하게는 0 내지 1 몰% 범위로 제한될 것이다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 상기 반-결정질 반-방향족 폴리아마이드는, 다이카복실산 및 다이아민으로부터 유도된 반복 단위를 포함하고, 이때 상기 다이카복실산은 65 몰% 이상, 바람직하게는 75 몰% 이상, 더욱 바람직하게는 90 내지 100 몰%의 방향족 다이카복실산으로 이루어진다. 상기 몰 퍼센트(몰%)는 다이카복실산의 총 몰량에 대한 것이다. 본원에서 상기 다이카복실산은 35 몰% 이하, 바람직하게는 25 몰% 이하, 더더욱 바람직하게는 10 몰% 이하의 소량의 지방족 다이카복실산을 포함할 수 있다. 가장 바람직하게는, 상기 지방족 다이카복실산은, 존재한다 하더라도, 다이카복실산의 총 몰량에 대해 0 내지 2.5 몰%의 양으로 존재한다.
상기 방향족 다이카복실산은 적합하게는, 테레프탈산, 4,4'-바이페닐다이카복실산 및 나프탈렌 다이카복실산 또는 이들의 임의의 혼합물, 또는 이들 중 하나 이상과 이소프탈산의 조합물로부터 선택된다. 본원에서 이소프탈산의 양은, 상기 반-결정질 반-방향족 폴리아마이드의 반-결정질 특성을 유지하도록 충분히 낮게 유지된다. 적합하게는, 상기 반-결정질 반-방향족 폴리아마이드는, 다이카복실산의 총 몰량에 대해 40 몰% 이하, 바람직하게는 30 몰% 이하, 더욱 바람직하게는 20 몰% 이하의 이소프탈산을 포함한다. 또한, 바람직하게는, 상기 다이카복실산은 테레프탈산 및/또는 나프탈렌 다이카복실산을, 다이카복실산의 총 몰량에 대해 50 몰% 이상, 더욱 바람직하게는 60 몰% 이상, 더더욱 바람직하게는 70 몰% 이상, 가장 바람직하게는 80 몰% 이상의 양으로 포함한다. 이의 이점은, 광섬유 케이블 구조체 및 이의 내부의 버퍼 튜브의 환경적 응력에 대한 내성이 더 우수하다는 것이다.
상기 다이아민은 적합하게는 지방족 다이아민, 및 임의적으로, 지방족 다이아민 옆의 방향족 다이아민을 포함하는 것이 적합하다. 상기 지방족 다이아민은 적합하게는 선형 지방족 다이아민을 포함하고, 임의적으로, 분지형 지방족 다이아민 및/또는 환형 지방족 다이아민을 추가로 포함할 수 있다. 상기 방향족 다이아민, 선형 지방족 다이아민 및 분지형 및/또는 환형 지방족 다이아민의 양은, 상기 반-결정질 반-방향족 폴리아마이드의 반-결정질 특성이 유지되도록 선택된다. 바람직하게는, 상기 다이아민은, 다이아민의 총 몰량에 대해 50 몰% 이상, 더욱 바람직하게는 60 몰% 이상, 더더욱 바람직하게는 75 몰% 이상의 선형 지방족 다이아민을 포함한다. 이의 이점은, 광섬유 케이블 구조체 및 이의 내부의 버퍼 튜브의 기계적 무결성이 더 잘 유지된다는 것이다.
선형 다이아민의 예는 1,2-에틸렌 다이아민, 1,3-프로필렌 다이아민, 1,4-부탄 다이아민, 1,5-펜타메틸렌 다이아민, 1,6-헥사메틸렌 다이아민, 1,7-헵타메틸렌 다이아민, 1,8-옥타메틸렌 다이아민, 1,9-노난 다이아민, 1,10-데칸 다이아민, 1,11-운데칸 다이아민, 1,12-도데칸 다이아민 및 1,18-옥타데칸 다이아민이다. 이들 다이아민은 선형 지방족 C2-C18 다이아민이다.
분지형 지방족 다이아민의 예는 2-메틸펜타메틸렌 다이아민, 2,2,4-트라이메틸헥사메틸렌 다이아민, 2,4,4-트라이메틸헥사메틸렌 다이아민 및 2-메틸-1,8-옥탄 다이아민이다. 환형 지방족 다이아민의 예는 1,4-다이아미노사이클로헥산, 4,4'-메틸렌-비스(사이클로헥실아민)(PAC), 3,3'-다이메틸-4,4'-다이아미노사이클로헥실 메탄(MAC); 3,3',5,5'-테트라메틸-4,4'-다이아미노사이클로헥실메탄; 2,2',3,3'-테트라메틸-4,4'-다이아미노사이클로헥실메탄; 노보난 다이아민; 및 이소포론 다이아민(IPD)이다.
상기 다이카복실산이 95 몰% 이상의 방향족 다이카복실산을 포함하는 특정 실시양태에서, 상기 다이카복실산은, 다이카복실산의 총 몰량에 대해 60 몰% 이상의 테레프탈산을 포함하고, 상기 다이아민은, 다이아민의 총 몰량에 대해 50 몰% 이상의 선형 지방족 다이아민; 및 다이아민, 다이카복실산 및 기타의 총량에 대해 10 몰% 이하의 다른 단량체 성분(다이아민 및 다이카복실산 이외의 것)을 포함한다.
이의 바람직한 실시양태에서, 상기 반-결정질 반-방향족 폴리아마이드는, 다이카복실산의 총 몰량에 대해 60 내지 100 몰%의 테레프탈산, 0 내지 40 몰%의 이소프탈산 및 0 내지 2.5 몰%의 다른 다이카복실산; 및 다이아민의 총 몰량에 대해 60 내지 100 몰%의 선형 지방족 C4-C6 다이아민, 0 내지 40 몰%의 선형 지방족 C7-C12 다이아민 및 0 내지 10 몰%의 다른 다이아민을 포함한다.
이의 또다른 바람직한 실시양태에서, 상기 반-방향족 폴리아마이드는, 다이카복실산의 총 몰량에 대해 10 내지 35 몰%의 이소프탈산 및 65 내지 90 몰%의 테레프탈산; 다이아민의 총 몰량에 대해 75 몰%의 선형 지방족 다이아민; 및 다이아민, 다이카복실산 및 기타의 총합에 대해 2.5 몰% 이하의 다른 단량체 성분(다이아민 및 다이카복실산 이외의 것)을 포함한다. 테레프탈산의 존재와 조합된, 상기 양으로 존재하는 이소프탈산과 관련하여 상기 실시양태의 이점은, 상기 광섬유 케이블 구조체 및 이의 내부의 버퍼 튜브의 연성(ductility) 및 환경적 응력에 대한 내성이 더 우수하며, 압출 조건의 조정을 허용하고 더 낮은 압출 온도를 적용하여 더 안정한 압출 공정을 제공한다는 점이다.
적합한 폴리아마이드의 예는 테레프탈산(T)을 기재로 하는 호모폴리아마이드, 예를 들어 PA-5T, PA-7T, PA-8T, PA-9T, PA-10T, PA-11T, PA-12T; 나프탈렌 다이카복실산을 기재로 하는 호모폴리아마이드, 예를 들어 PA-8N, PA-9N, PA10 및 PA-12N; 및 이들의 공중합체이다. 다른 예는, PA-XT/YT 표현으로 제시되는 코폴리아마이드이며, 이때 T는 테레프탈산이고, X 및 Y는, 선형 지방족 C4-C6 다이아민으로부터 선택되는 2개 이상의 다이아민, 또는 선형 지방족 C4-C6으로부터 선택되는 하나 이상의 다이아민, 및 선형 C7-C18 다이아민으로부터 선택되는 하나 이상의 다이아민이다. 다른 적합한 폴리아마이드는 PA-XT/XI 표현으로 제시되는 코폴리아마이드이며, 이때 T는 테레프탈산이고, I는 이소프탈산이고, X는, 선형 C4-C12 다이아민으로부터 선택되는 하나 이상의 다이아민을 포함하는 하나 이상의 다이아민을 나타낸다.
본 발명에 따른 광섬유 케이블 요소에서 버퍼 튜브 내의 반-결정질 반-방향족 폴리아마이드는 적합하게는 80 이상, 바람직하게는 85 이상, 더욱 바람직하게는 90 이상의 점도 수(VN)를 가진다. 본원에서 VN은, ISO 307(제 4 판)에 따른 방법에 의해, 25℃에서 0.005 g/ml의 중합체 농도를 사용하여 96% 황산 중에서 측정된다. 더 높은 VN의 이점은, 상기 광섬유 케이블 요소를 포함하는 광섬유 케이블 구조체가 환경적 응력 인자에 대해 훨씬 더 우수한 내성을 가진다는 것이다. 상기 점도 수는 200 정도로 높거나 또는 훨씬 더 높을 수 있지만, 바람직하게는 160 이하이다. VN이 200을 초과하면, 압출 압력이 매우 높아지고 결정화 속도가 매우 느려진다.
상기 광섬유 케이블 요소의 튜브는 상기 반-결정질 반-방향족 폴리아마이드로 이루어질 수 있거나, 상기 반-결정질 반-방향족 폴리아마이드 및 하나 이상의 다른 성분을 포함하는 중합체 조성물로 제조될 수 있다. 적합하게는, 상기 조성물은, 윤활제, 착색제, 핵형성제, 난연제, 안정화제; 및 상기 광섬유 버퍼 튜브용 중합체 조성물에 사용될 수 있는 임의의 다른 보조 첨가제로부터 선택되는 하나 이상의 성분을 포함한다. 제한적인 양이지만 존재할 수 있는 다른 성분은 다른 중합체, 예를 들어 충격 개질제, 섬유 보강제 및 무기 충전제를 포함한다.
또한, 적합하게는, 상기 조성물은 60 중량% 이상의 상기 반-결정질 반-방향족 폴리아마이드, 0 내지 35 중량%의 하나 이상의 다른 중합체, 0 내지 40 중량%의 섬유 보강제(예컨대, 아라미드 섬유, 탄소 섬유, 유리 섬유, 현무암 섬유 및 기타 섬유 보강제) 또는 무기 충전제(예컨대, 활석, 운모, 카올린, 월라스토나이트, 몬모릴로나이트, 수산화 알루미늄, 수산화 마그네슘, 산화 규소, 산화 아연, 산화 알루미늄, 황산 바륨, 탄산 칼슘, 황산 칼슘, 유리 플레이크, 유리 구체, 중공 유리 구체) 또는 이들의 조합물, 및 0 내지 20 중량%의 하나 이상의 다른 성분으로 이루어진다.
바람직하게는, 상기 조성물은 75 중량% 이상의 상기 반-결정질 반-방향족 폴리아마이드, 0 내지 20 중량%의 하나 이상의 다른 중합체, 0 내지 20 중량%의 섬유 보강제, 무기 충전제, 또는 이들의 조합물, 및 0 내지 10 중량%의 하나 이상의 다른 성분으로 이루어진다.
더욱 바람직하게는, 상기 조성물은 85 중량% 이상의 상기 반-결정질 반-방향족 폴리아마이드, 0 내지 10 중량%의 하나 이상의 다른 중합체, 0 내지 10 중량%의 섬유 보강제, 무기 충전제, 또는 이들의 조합물, 및 0 내지 10 중량%의 하나 이상의 다른 성분으로 이루어진다.
바람직하게는, 상기 조성물 중 하나 이상의 다른 성분은 바람직하게는, 윤활제, 착색제, 핵형성제, 난연제 및 안정화제로부터 선택되는 하나 이상의 성분을 포함한다.
상기 광섬유 케이블 요소의 튜브는 루즈 튜브, 타이트 튜브 또는 세미-루즈(또는 세미-타이트 또는 루즈 타이트) 튜브일 수 있다. 바람직하게는, 상기 튜브는 루즈 튜브이고, 상기 튜브 내부의 중공 공간은 요변성 겔로 적어도 부분적으로 충전된다. 요변성 겔로 적어도 부분적으로 충전된 루즈 튜브인 상기 튜브의 이점은, 상기 광섬유에 가해지는 힘이 더 적고 이에 따라 신호 무결성이 탁월하다는 것이다. 상기 요변성 겔은 상기 튜브 내의 섬유 이동을 허용하고 물이 광섬유와 접촉하는 것을 차단한다.
본 발명에 따른 광섬유 케이블 요소 및 광섬유 케이블 구조체의 광섬유는 적합하게는 유리 섬유로 이루어진다. 광학 데이터 전송에 적합한 다른 물질로 제조된 섬유가 또한 사용될 수 있다. 상기 광섬유 케이블 요소 내의 광섬유의 개수는 적합하게는 1 내지 12의 정수이다. 상기 광섬유는 코팅층을 포함할 수 있다. 적합하게는, 상기 광섬유 케이블 요소 내의 각각의 광섬유는 상이한 색상의 코팅을 가진다.
상기 반-결정질 반-방향족 폴리아마이드로 이루어지거나 본 발명에 따른 조성물로 제조된 버퍼 튜브는 더 작은 크기의 적용을 허용한다. 적합하게는, 상기 버퍼 튜브는 0.40 mm 이하, 바람직하게는 0.30 mm 이하, 더욱 바람직하게는 0.20 mm 이하의 벽 두께를 가진다. 상기 벽 두께는 0.1 내지 0.175 mm 범위 내일 수 있다. 상기 버퍼 튜브는 바람직하게는 1.75 mm 이하, 바람직하게는 1.6 mm 이하, 더욱 바람직하게는 1.5 mm 이하, 가장 바람직하게는 1.4 mm 이하의 내경을 가진다. 상기 버퍼 튜브는 약 2.2 mm 이상의 외경을 가질 수 있지만, 바람직하게는 상기 외경은 2.15 mm 이하, 더욱 바람직하게는 2.0 mm 이하, 더더욱 바람직하게는 1.75 mm 이하, 가장 바람직하게는 1.6 mm 이하이다.
본 발명에 따른 광섬유 케이블 요소는, 하나 이상의 광섬유 주위로, 상기 반-결정질 반-방향족 폴리아마이드를 용융-압출함으로써 또는 상기 반-결정질 반-방향족 폴리아마이드 및 하나 이상의 다른 성분을 포함하는 조성물을 용융-압출함으로써 상기 버퍼 튜브를 제조하는 방법에 의해 제조될 수 있다. 상기 광섬유는 임의적으로 요변성 겔로 함침된 것일 수 있다. 상기 함침은 용융-압출 단계 전에 수행되었다.
본 발명은 또한 광섬유 케이블 요소의 제조 방법에 관한 것이다. 본원에서는 상기 정의된 바와 같은 반-결정질 반-방향족 폴리아마이드 또는 중합체 조성물이 하나 이상의 광섬유 주위로 압출된다. 상기 광섬유는 임의적으로, 요변성 겔로 함침된 것일 수 있다. 상기 방법에서, 상기 버퍼 튜브는 상기 반-결정질 반-방향족 폴리아마이드 또는 상기 반-결정질 반-방향족 폴리아마이드를 포함하는 조성물로부터 형성된다. 상기 광섬유 케이블 요소는 압출에 의해 제조된 후, 적합하게는 스풀 상에 권취된다. 상기 광섬유 케이블 요소는 또한, 바람직하게는 스풀 상에 권취된 후, 포장 및 밀봉될 수 있으며, 이는, 광섬유 케이블 구조체로의 추가 조립 또는 이의 최종 적용 환경 내 이의 설치에 문제 없이 유리하다.
본 발명은 또한, 재킷 및 상기 재킷으로 둘러싸인 하나 이상의 광섬유 케이블 요소를 포함하는 광섬유 케이블 구조체에 관한 것이다. 본 발명에 따른 광섬유 케이블 구조체에서, 상기 광학 요소 중 적어도 하나는 전술된 본 발명에 따른 광학 요소이다. 상기 광섬유 케이블 구조체는 추가의 부품을 포함할 수 있다. 임의적으로 존재하는 상기 추가의 부품은, 예를 들어, 하나 이상의 강도 부재, 충전 튜브, 플러딩 겔 및/또는 테이프로부터 선택될 수 있다. 강도 부재는, 예를 들어, 아라미드 섬유 또는 섬유-강화된 플라스틱으로 이루어지거나 이를 포함할 수 있다. 상기 충전 튜브는 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌으로 제조된 빈 튜브일 수 있다.
본 발명은 도 1로 추가로 설명된다.
도 1은, 다수의 광섬유 케이블 요소(2)를 포함하는 광섬유 케이블 구조체(1)의 개략적인 단면도를 도시한다. 여기서, 총 6개의 광섬유 케이블 요소(2)는 각각 하나의 버퍼 튜브(3) 및 다수의 광섬유(4), 광섬유 케이블 요소(2) 당 12개의 광섬유, 및 광섬유 케이블 구조체(1) 중 총 72개의 광섬유(4)를 포함한다. 도 1의 광섬유 케이블 구조체(1)는 추가로 재킷(5) 및 강도 부재(6)를 포함한다. 도시된 구조체에서, 강도 부재는 또한 충전 튜브(6')로 대체될 수 있다. 도시된 구조체는, 버퍼 튜브(3) 중 적어도 하나가 상기 반-결정질 반-방향족 폴리아마이드로 이루어지거나 본 발명에 따른 조성물로 제조된 경우의 본 발명을 나타낸다.
본 발명은 하기 실시예 및 비교 실험으로 추가로 예시된다.
다양한 실시예(EX) 및 비교 실험(CE)에 사용된 열가소성 중합체 물질
CE-A: PC: 마크롤론(Markrolon) ET3113, 폴리카보네이트; 코베스트로(Covestro)로부터.
CE-B: PBT: 셀라넥스(Celanex) 2001, 폴리부틸렌 테레프탈레이트; 셀라니즈(Celanese)로부터.
CE-C: PA-46: 폴리아마이드-46/6(95/5), VN = 220; 디에스엠(DSM)으로부터.
CE-D: aPPA: 트로가미드(Trogamid) T5000, 폴리아마이드-6-3T(6-3 = 2,2,4-트라이메틸헥사메틸렌 다이아민, 2,4,4-트라이메틸헥사메틸렌 다이아민, 및 비결정질 반-방향족 폴리아마이드의 혼합물; 에보니크(Evonik)로부터.
EX-I: PPA-I: 폴리아마이드-9T/XT(85/15 비)(X = 2-Me-옥타메틸렌 다이아민, VN = 110; 반-결정질 반-방향족 폴리아마이드; 쿠라레이(Kuraray)로부터.
EX-II: PPA-II: PA-4T/6T/6I(22/54/24), VN = 100; 반-결정질 반-방향족 폴리아마이드; 디에스엠으로부터.
시험 샘플의 성형
열가소성 중합체 물질을, 25 mm 스크류가 장착된 엥겔(Engel)110 사출 성형기를 사용하여 527-1A에 따라 시험 바용 몰드로 사출 성형하였다. 온도 설정은, 모든 샘플이 Tm + 20℃의 용융 온도를 갖는 몰드 내로 사출되도록 선택되거나, 또는 폴리카보네이트 및 트로가미드 T5000의 경우에는 270℃로 선택되었다. 몰드 온도는, 반-결정질 PPA(이 경우, 몰드 온도는 130℃였음)를 제외하고는, 모든 중합체에 대해 80℃였다.
광섬유 요소 압출
열가소성 중합체 물질을 압출 전에 모두 건조시켰다. 샘플을, 모든 샘플이 Tm + 15℃의 용융 온도로 압출되도록 선택된 온도 설정에서, 또는 폴리카보네이트 및 트로가미드 T5000의 경우에는 270℃에서 압출하였다. 상기 열가소성 중합체 물질을, 수반되는 겔 주입 하에, 12개의 광섬유(각각, 200 μm(마이크로 미터)의 전체 직경: 유리 섬유를 둘러싸는 50 μm 두께의 코팅 층을 갖는 100 μm 직경의 광학 유리 섬유)의 집합체(aggregation) 주위 상으로 압출하였다. 튜브 및 겔의 공-압출 후, 상기 광섬유 요소를 모든 중합체에 대해 60℃의 수욕 내에서 급냉시키고, 추가의 수욕에서 추가로 냉각시킨 후, 부착수(adherent water)를 제거하고, 스풀 상에 권취하였다. 추가 분석 전에, 스풀 상의 상기 튜브를 알루미늄 밀봉 백에 포장하여, 수분 흡수를 방지하였다. 튜브의 외경은 1.35 mm였고, 내경은 1.0 mm였다.
시험 방법
기계적 특성
기계적 특성(인장 모듈러스[GPa], 인장 강도[MPa], 피크 신율[%])을, ISO 527-1/2(2012)에 따른 인장 시험으로, 23℃의 온도에서 50 mm/분의 연신 속도로 측정하였다. 시험을 위해, 527-유형-1A를 따르는 시험 바, 또는 광학 유리 섬유가 제거된 압출 튜브를 사용하였다.
80℃에서의 수축 시험
수축 시험을 위해, 약 1 m의 튜브 길이(L1)를 23℃에서 정확하게 측정하였다. 이어서, 상기 튜브를 80℃에서 2시간 동안 오븐에 저장하고, 23℃로 다시 냉각시켰을 때의 정확한 길이(L2)를 다시 측정하였다. 80℃에서의 수축률은 하기와 같이 정의된다:
상대적 길이 변화(%) = 100% × (L1 - L2)/L1.
용매 노출 시험
상기 튜브의 10 cm 길이의 부분을 15분 동안 이소프로판올에 침지시켰다. 침지 후, 샘플을 꺼내어, 용매 노출에 의해 영향을 받았는지 확인하였다. 이어서, 상기 샘플을, 이소프로판올에 침지시킨 면봉으로 10회 동안 러빙하였다. 상기 샘플을, 용매 러빙의 임의의 효과에 대해 다시 검사하였다.
온도 사이클링 시험
약 3 m의 길이를 갖는 광섬유 요소의 부분에 대해 온도 사이클링을 수행하였으며, 이의 1.5 m를 10 cm의 직경을 갖는 스풀에 권취하였다. 이렇게 릴(real) 상에에 권취된 광섬유 요소의 부분에 커넥터를 제공하였다. 상기 광섬유 요소를 커넥터에 설치할 때, 이소프로판올로 러빙함으로써 상기 광섬유 요소로부터 겔을 제거하였다. 상기 커넥터 구성을 열 챔버 내부에 전체로서 배치하고, 챔버 외부에 위치된 광학 측정 장비에 연결하였다. 상기 샘플을 반복적인 온도 사이클에 적용하였다. -20℃ 내지 80℃ 사이에서 온도를 사이클링하였으며, 각각의 최종 온도에서 15분의 유지 시간 및 2℃/분의 온도 변화율을 사용하였다. 이를 100 사이클 동안 반복하였으며, 이는 13000분(약 9일)의 총 시험 시간에 해당하였다. 시험이 완료되면, 온도를 23℃로 되돌리고, 커넥터 세트 샘플을 챔버로부터 제거하였다.
광학 감쇠를 시작시(초기 측정), 시험 동안 및 종료시(최종 측정)에서 측정하였다. 따라서, 광학 투과율의 변화를 시험 전체에 걸쳐 모니터링하였다. 육안 검사를 수행하여, 임의의 손상 또는 기타 이상을 확인하였다.
각각의 측정에 대해 하기 정보를 보고하였다:
- 시험 동안의 광학 투과율. 초기 값에 비해, 전체 시험 동안 1310 nm에서의 광학 손실이 1 dB 미만이면, 통과임. 초기 값에 비해, 전체 시험 동안 1310 nm에서의 광학 손실이 1 dB 초과이면, 실패임.
- 외부 육안 검사 결과. 가시적인 변화가 관찰되지 않으면, 통과임. 버퍼 튜브가 손상되면, 실패임.
[표 1]
Figure pct00001
반-결정질 반-방향족 폴리아마이드로 제조된 버퍼 튜브를 갖는 광섬유 소자(EX-I 및 EX-II)는 열적 사이클링 시험 이후 낮은 감쇠(즉, 낮은 전송 손실)를 나타냈고, 비교예(CE-A 내지 CE-D)(PBT, PC, 지방족 폴리아마이드-46 및 비결정질 폴리아마이드-6-3T 포함)는 열적 사이클링 시험 후 높은 감쇠를 나타냈다. 또한, 열적 사이클링 시험 이후의 육안 검사는, 반-결정질 반-방향족 폴리아마이드로 제조된 버퍼 튜브를 갖는 광섬유 요소(EX-I 및 EX-II)가 온전한 버퍼 튜브를 갖고, 비교예 CE-A, CE-B 및 CE-D는 커넥터 근처에 균열을 나타냄을 보여주었다.
반-결정질 반-방향족 폴리아마이드로 제조된 버퍼 튜브를 갖는 광섬유 요소(EX-I 및 EX-II), 및 비교예 CE-A, CE-B 및 CE-D는 낮은 수축률을 가졌고, 지방족 폴리아마이드-46은 바람직하지 않게 높은 수축 수준을 가졌다.
반-결정질 반-방향족 폴리아마이드로 제조된 버퍼 튜브를 갖는 광섬유 요소(EX-I 및 EX-II) 및 비교예 CE-C는 용매 내성 시험 이후 온전한 버퍼 튜브를 가졌고, 비교예 CE-A, CE-B 및 CE-D는 균열이 생겼다.
본 발명에 따라 제조된 광섬유 요소는 높은 강도 및 강성을 가지며, 이는 케이블 구조 설계에서 케이블 구조 설계자에게 융통성을 제공하고, 예를 들어, 벽 두께를 더 얇게 만들 수 있도록 하여, 전체 케이블 구조가 더 얇아질 수 있고, 덜 강한 강도 부재를 사용할 수 있다. 이에 더하여, 본 발명에 따른 광섬유 요소는 전형적인 설치 절차를 더 잘 견딜 수 있고, 열적 사이클링 시험에 의해 제시되는 바와 같이, 환경적 응력이 더 우수한 치수 안정성을 가진다.

Claims (15)

  1. 버퍼 튜브(buffer tube)로 지칭되는 튜브, 및 상기 버퍼 튜브의 중공 공간 내부의 하나 이상의 광섬유를 포함하는 광섬유 케이블 요소(optical fiber cable element)로서,
    상기 버퍼 튜브는 반(semi)-결정질 반-방향족 폴리아마이드로 제조되거나 또는 상기 반-결정질 반-방향족 폴리아마이드 및 하나 이상의 다른 성분을 포함하는 조성물로 제조되고,
    상기 반-결정질 반-방향족 폴리아마이드는 100℃ 이상의 유리 전이 온도(Tg)를 갖고, 다이아민; 다이카복실산; 및 다이아민, 다이카복실산 및 다른 폴리아마이드-형성 단량체의 총량에 대해 0 내지 5 몰%의 다른 폴리아마이드-형성 단량체로부터 유도된 반복 단위로 이루어지고,
    상기 다이카복실산의 55 몰% 이상은 방향족 다이카복실산인, 광섬유 케이블 요소.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반-결정질 반-방향족 폴리아마이드가 240 내지 340℃ 범위의 용융 온도(Tm)를 갖는, 광섬유 케이블 요소.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 반-결정질 반-방향족 폴리아마이드가 110℃ 이상의 유리 전이 온도(Tg)를 갖는, 광섬유 케이블 요소.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반-결정질 반-방향족 폴리아마이드가 80 이상의 점도 수(viscosity number, VN)를 갖는, 광섬유 케이블 요소.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다이카복실산의 95 몰% 이상이 방향족 다이카복실산인, 광섬유 케이블 요소.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다이카복실산의 60 몰% 이상이 테레프탈산이고,
    상기 다이아민의 50 몰% 이상이 선형 지방족 다이아민인, 광섬유 케이블 요소.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 버퍼 튜브가, 윤활제, 착색제, 핵형성제, 난연제 및 안정화제로부터 선택되는 하나 이상의 성분 및 상기 반-결정질 반-방향족 폴리아마이드를 포함하는 중합체 조성물로 제조된 것인, 광섬유 케이블 요소.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 중합체 조성물이 60 중량% 이상의 반-결정질 반-방향족 폴리아마이드; 0 내지 35 중량%의 하나 이상의 다른 중합체; 0 내지 40 중량%의 섬유상 보강제 또는 무기 충전제, 또는 이들의 조합물; 및 0 내지 20 중량%의 하나 이상의 다른 성분으로 이루어진, 광섬유 케이블 요소.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 버퍼 튜브가 느슨한(loose) 버퍼 튜브이고,
    상기 버퍼 튜브의 중공 공간이 요변성(thixotropic) 겔로 적어도 부분적으로 충전된, 광섬유 케이블 요소.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 버퍼 튜브가 0.40 mm 이하의 벽 두께, 1.75 mm 이하의 내경 및 2.15 mm 이하의 외경을 갖는, 광섬유 케이블 요소.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 버퍼 튜브가, 하나 이상의 광섬유 주위로, 상기 반-결정질 반-방향족 폴리아마이드를 용융-압출함으로써 또는 상기 반-결정질 반-방향족 폴리아마이드 및 하나 이상의 다른 성분을 포함하는 조성물을 용융-압출함으로써 제조된 것인, 광섬유 케이블 요소.
  12. 버퍼 튜브 및 상기 버퍼 튜브로 둘러싸인(enveloped) 하나 이상의 광섬유를 포함하는 광섬유 케이블 요소의 제조 방법으로서,
    제 1 항에 정의된 바와 같은 반-결정질 반-방향족 폴리아마이드 또는 제 1 항에 정의된 바와 같은 반-결정질 반-방향족 폴리아마이드를 포함하는 중합체 조성물을 하나 이상의 광섬유 주위로 압출하여, 상기 반-결정질 반-방향족 폴리아마이드 또는 상기 반-결정질 반-방향족 폴리아마이드를 포함하는 조성물로부터 버퍼 튜브를 형성하는, 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 광섬유 케이블 요소가 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 정의된 바와 같은 광섬유 케이블 요소인, 제조 방법.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 광섬유 케이블 요소가 스풀(spool) 상에 권취되고/되거나 포장(packing) 및 밀봉되는, 제조 방법.
  15. 재킷 및 상기 재킷으로 둘러싸인 하나 이상의 광섬유 케이블 요소를 포함하는 광섬유 케이블 구조체(construction)로서, 상기 하나 이상의 광섬유 케이블 요소는 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 정의된 바와 같은 광섬유 케이블 요소인, 광섬유 케이블 구조체.
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