KR20060094440A - 케이블 절연재료 조성물 및 이로부터 형성된 절연층을 구비하는 케이블 - Google Patents

Abstract

본 발명은 경량화된 케이블 절연재료 조성물 및 이로부터 형성된 절연층을 구비하는 케이블에 관한 것으로서, 본 발명의 조성물은 절연성 베이스 고분자 100중량부 및 할로우 글라스버블 1 ~ 50중량부를 포함한다. 본 발명에 따른 조성물로 형성한 절연층은 낮은 유전율을 나타내는 등 전기적 특성이 우수할 뿐만 아니라, 보다 경량화되고, 제조시 추가적인 공정이 필요없으므로, 각종 케이블의 데이타 전송용량과 전송속도를 향상시키는데 유용하게 사용될 수 있다.

케이블, 글라스버블, 유전율, 경량화

Description

케이블 절연재료 조성물 및 이로부터 형성된 절연층을 구비하는 케이블{Insulating material composition for cable and a cable having insulating layer made therefrom}

도 1은 일반적인 UTP 케이블(카테고리 5)의 단면을 도시한 것이다.

도 2는 일반적인 UTP 케이블(카테고리 6)의 단면을 도시한 것이다.

도 3은 일반적인 STP 케이블의 단면을 도시한 것이다.

본 발명은 케이블 절연재료 조성물 및 이로부터 형성된 절연층을 구비하는 케이블에 관한 것이다.

최근 전자산업과 통신기술이 급속도로 발전하면서 케이블의 수요가 증가하고 있으며, 특히 데이터 전송용량과 데이터 전송속도를 증대시킬 수 있으면서도 보다 경량화된 통신 케이블에 대한 연구 개발이 활발하게 이루어지고 있다.

통상적으로 많이 사용되고 있는 통신 케이블로서는 UTP(unshielded twisted pair) 케이블, STP(shielded twisted pair) 케이블 등이 있는데, UTP 케이블은 랜과 같은 통신 네트워크의 구축을 위해 널리 사용되는 비차폐 연선 케이블로서, 그 예는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같다.

도면을 참조하면, UTP 케이블의 내부에는 2개의 도선(11)이 서로 나선형으로 꼬인 형태의 페어(13)를 다수 구비하며, 외부는 시스체(15)로 싸여 있다. 이 때 각 도선(11)은 도체(17)와 도체를 싸고 있는 절연 피복층(19)으로 이루어진다. 여기서 도 1은 페어가 4개인 카테고리 5의 UTP 케이블(100)이고, 도 2는 크로스필러(21)가 더 구비된 카테고리 6의 UTP 케이블(200)을 나타낸다.

한편, STP 케이블(300)은 도 3에 도시된 바와 같이 다수의 페어(13)가 알루미늄 등 금속막(31)으로 차폐된 점을 제외하고는 전술한 UTP 케이블의 구조와 같다. 도 1 내지 3에서, 동일 참조부호는 동일한 부재를 나타내는 것이다.

이와 같이, 케이블은 일반적으로 전류가 통하게 하는 기능을 하는 도체층과, 이를 둘러싸고 있는 절연 피복층이나 시스체와 같은 절연층을 포함하고 있다. 통상적으로 도체층으로서는 구리, 알루미늄 등의 금속이 사용되고, 절연층으로서는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐 등의 절연재료가 사용되고 있다.

케이블에 사용되는 절연재료는 케이블의 종류에 따라 그에 적합한 전기적 특성, 기계적 특성, 화학적 특성이 요구되는데, 특히 통신케이블의 경우 우수한 데이터 전송용량 및 전송속도를 구현하여야 하므로, 이에 사용되는 절연재료는 낮은 유전율, 낮은 밀도(비중) 등의 물성을 갖출 것이 요구된다.

그런데, 종래에 사용되어온 일반적인 절연재료는 고분자 수지 자체가 가지는 유전율 값에 의해 전기적 특성이 결정되므로, 유전율을 감소시키는 데에는 한계가 있었다. 또한, 고분자 수지 자체의 고유 비중이 크기 때문에, 보다 경량화된 케이 블을 구현하기가 곤란하였다.

이러한 문제점을 개선하기 위하여, 화학 발포체나 기체를 이용하여 절연층을 발포시킴으로써 절연층 내부에 기포(셀)를 함입시키는 방법이 개발되었다. 그러나, 이 방법은 추가적인 공정을 필요로 하는 등 공정이 복잡할 뿐만 아니라, 기포의 함량과 크기가 매우 불균일하고 일정하게 조절하기가 힘들다는 단점이 있다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 낮은 유전율 등 전기적 특성이 우수할 뿐만 아니라, 보다 경량화됨으로써 데이타 전송용량과 전송속도를 증대시키는데 유용하게 사용될 수 있으면서도, 케이블 제조시 추가적인 공정이 필요없는 케이블 절연재료 조성물 및 이로부터 형성된 절연층을 구비하는 케이블을 제공하는데 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 절연성 베이스 고분자 100중량부 및 할로우 글라스버블 1 ~ 50중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 케이블 절연재료 조성물을 제공한다.

이 때, 절연성 베이스 고분자는 고밀도 폴리에틸렌, 중밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 호모폴리프로필렌, 랜덤폴리프로필렌, 블록 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 플루오르화 에틸렌-프로필렌 공중합체, 폴리플루오르화 비닐리덴, 에틸렌-테트라플루오르에틸렌 공중합체, 폴리테트라플루오르에틸렌 및 이들의 개질체로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상인 것이 바람 직하고, 할로우 글라스버블은 밀도가 0.1 ~ 0.7g/cc이고, 평균 입자크기는 15 ~ 75㎛인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 전술한 절연재료 조성물을 이용하여 형성된 절연층을 구비하는 케이블을 제공한다.

이하에서는 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 케이블 절연재료 조성물에는 베이스 수지로서 절연성 베이스 고분자 100중량부가 포함된다.

이러한 절연성 베이스 고분자로서는 통상적인 케이블 절연층에 사용되는 고분자이면 특별한 제한은 없으며, 폴리올레핀, 폴리염화비닐, 불소계 수지 등이 사용될 수 있다. 예를 들면, 고밀도 폴리에틸렌, 중밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 호모폴리프로필렌, 랜덤폴리프로필렌, 블록 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 플루오르화 에틸렌-프로필렌 공중합체, 폴리플루오르화 비닐리덴, 에틸렌-테트라플루오르에틸렌 공중합체, 폴리테트라플루오르에틸렌 등이 있는데 이에 한정되는 것은 아니다. 이들은 적절하게 개질된 것이어도 상관없으며, 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용될 수 있다.

본 발명의 조성물에는 절연성 베이스 고분자와 함께 할로우 글라스버블(hollow glass bubble)이 절연성 베이스 고분자 100중량부를 기준으로 1 ~ 50중량부 포함된다.

할로우 글라스버블(hollow glass bubble)은 구형의 유리입자를 발포시킨 미세한 유리분말로서, 외부는 유리 막으로 이루어지며, 그 내부는 반진공 상태인 빈 구조인데, 고분자 수지의 충진제로서 사용된다. 이와 같이, 유리 재질이면서 내부가 비어있는 구조이므로, 할로우 글라스버블은 가벼우면서도 유전율이 낮다는 특징이 있다. 따라서 이러한 할로우 글라스버블을 포함하는 본 발명의 조성물은 종래의 절연재료에 비하여 유전율이 감소될 뿐만 아니라, 보다 경량화된 절연재료를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서 할로우 글라스버블은 조성물의 일성분으로서 포함되어 통상적인 케이블 제조공정에 투입되는 것으로서, 종래기술에서 절연층의 발포공정과 같은 추가적인 공정이 필요하지는 않으므로, 비교적 그 제조공정이 단순하며 경제적이다.

또한, 본 발명의 조성물에는 소정 크기의 할로우 글라스버블이 분포되므로, 절연층을 발포시켜 불균일한 크기의 기포를 함입시키는 종래의 방법에 비하여 보다 균일한 크기의 기포형상의 절연층을 얻을 수 있다.

본 발명에 있어서 사용되는 할로우 글라스버블은 케이블의 종류와 용도에 따라서 적절하게 선택될 수 있는데, 형성되는 절연층의 전기적 물성과 비중을 고려할 때 할로우 글라스버블의 밀도는 0.1 ~ 0.7g/cc이고, 평균 입자크기는 15 ~ 75㎛인 것이 바람직하다.

이 외에도, 본 발명에 따른 조성물에는 본 발명의 목적 범위 내에서 케이블 절연재료에 통상적으로 사용되는 난연제, 난연조제, 개질제, 가교조제, 활제, 산화방지제, 안정제, 충진제, 착색제 등의 첨가제가 더 첨가될 수 있다.

전술한 본 발명의 조성물은 케이블의 도선의 피복층이나 시스체와 같은 각종 절연층을 제조하는데 사용될 수 있으며, 통상적으로 알려진 제조방법에 의할 수 있다. 본 발명에 따른 조성물로부터 형성된 절연층을 구비한 케이블은 낮은 유전율 등 전기적 특성이 우수하고 가볍다는 장점이 있으므로, 우수한 데이터 전송용량과 전송속도를 구현할 수 있다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되어 지는 것이다.

실시예

하기 표 1에 나타낸 조성과 함량에 따라 고분자 재료 시편을 제조하였다. 베이스 고분자가 고밀도 폴리에틸렌의 경우에는 오픈롤에서 혼련 후 170℃의 프레스에서 10분간 성형하여 시편을 제조하였다. 베이스 고분자가 FEP(tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer)의 경우에는 Internal Mixer (Haake Mixer 600)를 이용하여 300oC에서 혼련 후 280oC의 프레스에서 10분간 성형하여 시편을 제조하였다. 단위는 중량부이다.

상기 표 1에서, 글라스버블은 밀도가 0.42g/cc이고, 평균 입자크기는 23㎛인 것을 사용하였다.

비교예

비교예 1, 2에서는 순수한 고밀도 폴리에틸렌과 FEP를 사용하여 상기 실시예와 동등한 방법으로 시편을 제조하였다.

전술한 실시예 및 비교예에서 제조된 시편에 대하여 아래와 같이 유전율(유전상수)과 밀도(비중)를 측정하였다.

<유전율 측정>

유전율은 ASTM D 150에 의하여 측정하였다.

<비중 측정>

비중은 ASTM D792에 의하여 측정하였다.

실시예 및 비교예에서 제조된 시편에 대하여 측정한 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

표 3을 참조하면, 비교예 1에서 보는 바와 같이, 일반적으로 통신선 절연재료로 가장 많이 사용되는 폴리에틸렌을 할로우 글라스버블을 포함시키지 않고 단독으로 사용한 경우에는 유전상수값(at 100MHz)이 2.25 이고 밀도가 0.95g/㎤인데 비하여, 실시예 3에서와 같이 고밀도폴리에틸렌 100중량부에 대하여 30중량부의 글라스 버블(Glass Bubble)을 혼합한 고분자 재료는 유전상수값(at 100MHz)이 2.0 이고 밀도가 0.84로 크게 낮아졌다.

또한 비교예 2에서와 같이 FEP수지를 단독으로 사용한 경우에는 유전상수값이 2.1이고 밀도가 2.15g/㎤인데 비하여, 실시예 4에서와 같이 20중량부의 글라스 버블을 혼합한 경우에는 유전상수값이 1.93이고 밀도가 1.82g/㎤로 크게 낮아졌다.

따라서, 본 발명에 따라 제조된 실시예와 같이 할로우 글라스버블을 포함하는 경우에는 그렇지 않은 경우에 비하여 유전상수값이 감소되어 전기적 특성이 향상될 뿐만 아니라, 밀도도 낮아지지는 등 물성이 우수하고 보다 경량화된 절연재료를 얻을 수 있음을 알 수 있다. 특히 실시예 1 ~ 3에서와 같이 할로우 글라스버블의 함량이 커질수록 그 경향이 두드러짐을 알 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 절연재료 조성물로 형성한 절연층은 낮은 유전율을 나타내는 등 전기적 특성이 우수할 뿐만 아니라, 보다 경량화되고, 제조시 추가적인 공정이 필요없으므로, 각종 케이블의 데이타 전송용량과 전송속도를 향상시키는데 유용하게 사용될 수 있다.

Claims (5)

1. 절연성 베이스 고분자 100중량부 및 할로우 글라스버블 1 ~ 50중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 케이블 절연재료 조성물.
2. 제1항에 있어서, 상기 절연성 베이스 고분자는 고밀도 폴리에틸렌, 중밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 호모폴리프로필렌, 랜덤폴리프로필렌, 블록 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 플루오르화 에틸렌-프로필렌 공중합체, 폴리플루오르화 비닐리덴, 에틸렌-테트라플루오르에틸렌 공중합체, 폴리테트라플루오르에틸렌 및 이들의 개질체로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 케이블 절연재료 조성물.
3. 제1항에 있어서, 상기 할로우 글라스버블은 밀도가 0.1 ~ 0.7g/cc이고, 평균 입자크기는 15 ~ 75㎛인 것을 특징으로 하는 케이블 절연재료 조성물.
4. 절연성 베이스 고분자 100중량부 및 할로우 글라스버블 1 ~ 50중량부를 포함하는 조성물로부터 형성된 절연층을 구비하는 것을 특징으로 하는 케이블.
5. 제4항에 있어서, 상기 할로우 글라스버블은 밀도가 0.1 ~ 0.7g/cc이고, 평균 입자크기는 15 ~ 75㎛인 것을 특징으로 하는 케이블.

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