KR100971595B1 - 선박용 고강도 발포체 케이블 - Google Patents

선박용 고강도 발포체 케이블 Download PDF

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Abstract

본 발명은 선박용 케이블에 관한 것으로서, 중심도체와 상기 중심도체를 피복하는 절연체로 이루어진 도체선이 집합된 도체선 집합부; 상기 도체선 집합부를 감싸는 바인딩 테이프; 상기 바인딩 테이프를 둘러싸도록 구비된 내부시스; 및 케이블의 최외곽에 마련되어 케이블을 보호하는 외부시스;를 포함하고, 상기 절연체, 내부시스 및 외부시스 중 선택된 어느 하나 또는 둘 이상이 발포체로 이루어진 것을 특징으로 하는 선박용 고강도 발포체 케이블이 개시된다.
선박용 케이블, 발포체, 금속 편조, PVC, 시스, 매트릭스, 발포압출

Description

선박용 고강도 발포체 케이블{HIGH STRENGTH FOAM CABLE FOR SHIP}
본 발명은 선박용 케이블에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 케이블의 시스재나 충진물 구조를 개선하여 내충격성을 향상시킨 선박용 고강도 발포체 케이블에 관한 것이다.
선박에서 전력이나 제어신호 등을 공급하기 위해 사용되는 선박용 케이블은 항해 중 발생할 수 있는 화재 등 선상 재난에 의한 피해를 최소화하기 위해 난연성과 내충격성을 갖추는 것이 중요하다.
종래의 선박용 케이블은 도 1에 도시된 바와 같이 중심도체(10a) 및 절연체(10b)로 이루어진 도체선(10)과, 도체선(10) 외부에 채워지는 충진물(11)과, 연합 구조로 집합된 도체선(10)의 외부를 감싸는 바인딩 테이프(binding tape)(12)와, 케이블 보호를 위해 바인딩 테이프(12) 바깥에 마련된 내부시스(또는 베딩)(13)와, 금속편조층(14) 및 외부시스(15)를 포함하는 구조로 제작되었다. 이러한 구조의 선박용 케이블과 관련된 특허로는 본 출원인이 기 출원하여 특허받은 대한민국 특허등록 제384130호(고난연 저발연 선박용 케이블 및 그 시스체 조성물)을 들 수가 있다.
종래의 선박용 케이블에서 금속편조층(14)은 동, 알루미늄, 철 등의 금속에 의해 편조된 구조로 제공되고, 내부시스(13)를 감싸도록 내부시스(13)와 외부시스(15) 사이에 개재되어 외부 충격으로부터 케이블을 보호한다.
그런데 종래에는 선박용 케이블의 제조시 인장강도를 향상시키기 위해 단순히 시스의 두께를 두껍게 설계하는 방법을 사용했는데, 이로 인해 소형 케이블의 제조가 용이하지 않을 뿐만 아니라 시스 재료가 많이 소모되고 케이블에 인장강도가 과도하게 부여되어 케이블의 취급이 곤란한 문제가 있었다.
또한 종래의 선박용 케이블은 내부에 고밀도의 충진물이 채워진 형태로 제작되는데, 이러한 구성에 따르면 도체선과 시스의 유닛(unit) 구성이 어렵고 케이블 접속을 위한 케이블 탈피 공정시 고강도의 충진물로 인해 해체 작업이 용이하지 않은 취약점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 발포체를 이용하여 케이블의 시스를 구성함으로써 케이블 외경이나 시스 두께를 감소시키고 케이블에 내충격성을 부여한 선박용 고강도 발포체 케이블을 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 케이블 접속작업의 편의를 제공할 수 있도록 발포체를 이용하여 내부 충진물을 형성한 구조를 가진 선박용 고강도 발포체 케이블을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 중심도체를 피복하는 절연체나, 충진물, 내부시스, 외부시스 등이 발포체로 구성된 선박용 고강도 발포체 케이블을 개시한다.
즉, 본 발명에 따른 선박용 고강도 발포체 케이블은 중심도체와 상기 중심도체를 피복하는 절연체로 이루어진 도체선이 집합된 도체선 집합부; 상기 도체선 집합부를 감싸는 바인딩 테이프; 상기 바인딩 테이프를 둘러싸도록 구비된 내부시스; 및 케이블의 최외곽에 마련되어 케이블을 보호하는 외부시스;를 포함하고, 상기 절연체, 내부시스 및 외부시스 중 선택된 어느 하나 또는 둘 이상이 발포체로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 발포체는 고분자 기재 매트릭스에 첨가제가 투입되어 마이크로미터(㎛) 또는 나노미터(㎚) 수준의 크기로 입자들이 고르게 분산된 구조를 갖는 것이 바람직하다.
상기 내부시스와 외부시스 사이에는 케이블의 강도를 보강하는 보강부재가 개재되는 것이 바람직하다. 바람직하게, 상기 보강부재는 상기 내부시스를 감싸는 금속편조물 또는 보강 테이프 형태로 구성될 수 있다.
상기 절연체는 불소고무, 실리콘고무, 천연고무 및 EPR(에틸렌프로필렌고무) 중 선택된 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 내부시스 또는 외부시스는 폴리우레탄(PU), 폴리스틸렌(PS), 폴리올레핀(PO), 폴리비닐클로라이드(PVC) 및 폴리카보네이트(PC) 중 선택된 어느 하나 또 는 둘 이상으로 이루어지는 것이 바람직하다.
바람직하게, 상기 도체선 집합부와 상기 바인딩 테이프 사이에는 발포체 충진물이 채워진다. 이때 상기 발포체 충진물은 EPDM(에틸렌-프로필렌-디엔계 합성고무)으로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면 마이크로미터(㎛) 또는 나노미터(㎚) 수준의 크기를 갖는 기공을 갖는 발포체로 시스나 충진물이 구성됨에 따라 케이블의 외경과 시스 두께를 감소시킬 수 있으며, 기공에 의해 외부 충격이 흡수될 수 있으므로 내충격성을 개선할 수 있는 장점이 있다.
특히, 본 발명에 따르면 기존 선박용 케이블과 비교할 때 동일 치수 대비 신장율을 개선할 수 있으므로 소형 케이블로 제작하더라도 외부 충격을 충분히 흡수할 수 있으며 선박용에 요구되는 적정 강도를 유지할 수 있다.
또한, 내부 충진물이 마이크로/나노 발포체로 구성되므로 케이블의 해체가 용이하여 케이블 접속작업의 편의를 제공할 수 있다.
위와 같은 장점을 구비한 본 발명은 발포 공정시 기공율을 조절함으로써 케이블의 설계가 자유롭고 선박용에 걸맞게 충격 흡수 에너지를 높일 수 있으므로 선박에서 전력이나 통신, 제어신호등을 공급하기 위한 케이블로 유용하게 사용될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하 기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선박용 고강도 발포체 케이블의 구성이 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선박용 고강도 발포체 케이블은 내부로부터 외부로 가면서 도체선 집합부(101), 발포체 충진물(102), 바인딩 테이프(binding tape)(103), 발포체 내부시스(104), 보강부재(105), 발포체 외부시스(106)가 순차적으로 형성된 구조를 갖는다.
도체선 집합부(101)는 케이블의 길이방향을 따라 연장된 중심도체(100a)와 이를 피복하는 절연체(100b)로 이루어진 소정 개수의 도체선(100)들이 연합 구조로 집합된 형태를 갖는다.
절연체(100b)를 비롯하여 내부시스(104)와 외부시스(106)는 발포 공정에 의해 발포체 구조로 형성된다. 발포 공정에서는 혼합용매를 사용하여 고분자 기재 매트릭스(based matrix)에 첨가제를 투입하여 마이크로미터(㎛)나 나노미터(㎚) 수준 의 크기로 입자들이 분산된 상을 형성한 후 발포압출함으로써 발포체를 구성한다. 이러한 발포 공정에 따르면 입자의 고른 분산이 가능하여 용이하게 케이블 복합체를 형성할 수 있고 내충격성을 향상시킬 수 있다.
도 3의 (a)에는 마이크로미터(㎛) 수준 발포체의 개략적인 형상이 도시되어 있으며, 도 3의 (b)에는 나노미터(㎚) 수준 발포체의 개략적인 형상이 도시되어 있다. 도 4에는 발포 공정에 의해 제공되어 절연체(100b)나 내부시스(104), 외부시스(106)로 사용되는 실제 발포체 시스(200)의 단면이 도시되어 있다.
절연체(100b)의 재료로는 불소고무, 실리콘고무, 천연고무 또는 EPR(에틸렌프로필렌고무)이 채용된다.
충진물(102)은 도체선 집합부(101)의 외부에 채워지도록 마련되어 도체선(100)들의 연합 구조를 유지하고 완충 기능을 제공한다. 충진물(102)은 상술한 바와 같은 발포 공정에 의해 발포체 구조로 형성된다. 여기서, 충진물(102)의 재료로는 EPDM(에틸렌-프로필렌-디엔계 합성고무)이 채용되는 것이 바람직하다.
바인딩 테이프(103)는 도체선 집합부(101)를 횡권하여 감쌈으로써 도체선(100)들을 상호 견고히 묶어준다.
내부시스(104)는 바인딩 테이프(103)를 둘러싸도록 구비되며, 발포체 구조를 통해 외부 충격을 흡수함으로써 그 내부의 도체선 집합부(101)를 보호한다. 내부시스(104)는 고분자 재료 중에서 상대적으로 내충격성이 큰 폴리비닐클로라이드(PVC)나 폴리비닐클로라이드(PVC)를 주성분으로 하는 혼합물을 발포함으로써 형성된다. 대안으로, 내부시스(104)는 폴리우레탄(PU), 폴리스틸렌(PS), 폴리올레핀(PO), 폴 리카보네이트(PC) 등을 발포함으로써 형성될 수도 있다.
외부시스(106)는 케이블의 최외곽에 구비되어 외부 충격이나 부식 작용으로부터 케이블을 보호한다. 외부시스(106)는 내부시스(104)와 마찬가지로 내충격성이 큰 폴리비닐클로라이드(PVC)나 폴리비닐클로라이드(PVC)를 주성분으로 하는 혼합물을 발포함으로써 형성되고, 그밖에 폴리우레탄(PU), 폴리스틸렌(PS), 폴리올레핀(PO), 폴리카보네이트(PC) 등을 발포함으로써 형성될 수도 있다.
보강부재(105)는 내부시스(104)를 감싸도록 내부시스(104)와 외부시스(106) 사이에 개재되어 시스의 강도를 보강하는 금속편조층이나 보강 테이프 형태로 제공된다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선박용 고강도 발포체 케이블의 기계적 성능을 종래기술과 비교한 테이블이다. 도 5의 (a)는 금속편조층을 구비한 종래의 선박용 케이블에 대한 기계적 성능을 나타내고, 도 5의 (b)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선박용 고강도 발포체 케이블의 기계적 성능을 나타낸다. 도 5에서 신율과 인장강도는 ASTM(American Society for Testing and Materials; 미국재료시험협회) 규격 D638에 준하여 측정하였다.
도 5를 참조하면, 본 발명은 절연체(100b), 충진물(102), 내부시스(104), 외부시스(106) 등의 직경(D)이나 두께(T) 치수를 종래와 동일하게 설계하는 경우 신장율(신율)을 개선할 수 있음을 확인할 수 있다.
도 5의 (a)에서 절연체의 재료로는 EPR(에틸렌프로필렌고무)이 사용되었으며, 내부시스(104)와 외부시스(106)의 재료로는 폴리비닐클로라이드(PVC)이 사용되 었다. 도 5의 (b)에서는 절연체는 EPR(에틸렌프로필렌고무)의 발포체로 구성되었으며, 충진물은 EPDM(에틸렌-프로필렌-디엔계 합성고무)의 발포체로 구성되고, 내부시스와 외부시스는 폴리비닐클로라이드(PVC)의 발포체로 구성되었다. 특히, 마이크로미터(㎛)나 나노미터(㎚) 수준의 크기로 분산된 상으로 구성되는 폴리비닐클로라이드(PVC)의 발포체의 경우 3%정도의 클레이(clay)를 첨가함으로써 신장율을 250%까지 증가시킬 수 있다.
도 6은 도 5에 도시된 설계치에 따라 제조된 선박용 케이블 시편에 대하여 충격시험을 실시하여 충격 흡수에너지(또는 충격강도)를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다. 도 6에서 점선 그래프는 금속편조층을 구비한 종래의 선박용 케이블에 대한 충격 에너지 곡선이며, 실선 그래프는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선박용 고강도 발포체 케이블에 대한 충격 에너지 곡선이다. 여기서, 충격 흡수에너지는 ASTM 규격 E436 및 D1852에 준하여 측정하였다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선박용 고강도 발포체 케이블은 상술한 바와 같이 신장율이 개선되어 외부 충격에 대한 케이블의 흡수 에너지 및 강도가 향상됨으로 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 상술한 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 종래기술에 따라 금속편조층이 구비된 선박용 케이블의 구성을 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선박용 고강도 발포체 케이블의 구성을 도시한 단면도이다.
도 3은 마이크로미터 수준과 나노미터 수준의 크기를 갖는 발포체의 개략적인 모델을 도시한 구성도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선박용 고강도 발포체 케이블에 구비되는 발포체 시스의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선박용 고강도 발포체 케이블의 기계적 성능을 종래기술과 비교한 테이블이다.
도 6은 도 5의 설계치에 따라 제조된 선박용 케이블 시편에 대한 충격시험 결과를 도시한 그래프이다.
<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>
100: 도체선 101: 도체선 집합부
102: 충진물 103: 바인딩 테이프
104: 내부시스 105: 보강부재
106: 외부시스

Claims (8)

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  8. 중심도체와 상기 중심도체를 피복하는 절연체로 이루어진 도체선이 집합된 도체선 집합부;
    상기 도체선 집합부를 감싸는 바인딩 테이프;
    EPDM(에틸렌-프로필렌-디엔계 합성고무)으로 구성되어 상기 도체선 집합부와 상기 바인딩 테이프 사이에 채워지되 발포체로 이루어진 발포체 충진물;
    상기 바인딩 테이프를 둘러싸는 내부시스; 및
    케이블의 최외곽에 마련되어 케이블을 보호하는 외부시스;를 포함하고,
    상기 절연체, 내부시스 및 외부시스 중 선택된 어느 하나 또는 둘 이상이 발포체로 이루어지고,
    상기 발포체는 고분자 기재 매트릭스에 첨가제가 투입되어 입자들이 분산된 구조에 의해 50% 이상의 기공율을 갖는 선박용 고강도 발포체 케이블.
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