외피 또는 외부 피복은 광케이블 구조에서 가장 바깥쪽 보호층으로, 주로 PE 피복재와 PVC 피복재로 만들어지며, 특수한 경우에는 할로겐 프리 난연 피복재와 전기 트래킹 방지 피복재가 사용됩니다.
1. PE 외피 재질
PE는 폴리에틸렌의 약자로, 에틸렌의 중합으로 형성된 고분자 화합물입니다. 검은색 폴리에틸렌 외피 소재는 폴리에틸렌 수지에 안정제, 카본 블랙, 산화방지제, 가소제를 특정 비율로 균일하게 혼합하고 과립화하여 만듭니다. 광케이블 외피용 폴리에틸렌 소재는 밀도에 따라 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 중밀도 폴리에틸렌(MDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)으로 나눌 수 있습니다. 밀도와 분자 구조가 다르기 때문에 특성도 다릅니다. 고압 폴리에틸렌이라고도 하는 저밀도 폴리에틸렌은 산소를 촉매로 사용하여 200~300°C의 온도에서 1500기압 이상의 고압 조건에서 에틸렌을 공중합하여 형성됩니다. 따라서 저밀도 폴리에틸렌의 분자 사슬은 길이가 다른 여러 개의 가지를 포함하고 있으며, 사슬 분지도가 높고, 구조가 불규칙하며, 결정성이 낮고, 유연성과 신축성이 우수합니다. 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 또는 저압 폴리에틸렌이라고도 하는 이 소재는 에틸렌을 저압(1~5기압) 및 60~80°C에서 알루미늄 및 티타늄 촉매를 사용하여 중합시켜 만들어집니다. HDPE는 분자량 분포가 좁고 분자 배열이 규칙적이어서 우수한 기계적 특성, 내화학성 및 넓은 사용 온도 범위를 갖습니다. 중밀도 폴리에틸렌(MDPE) 피복재는 HDPE와 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)을 적절한 비율로 혼합하거나 에틸렌 단량체와 프로필렌(또는 1-부텐)을 중합하여 만듭니다. 따라서 MDPE는 HDPE와 LDPE의 중간 성능을 가지며, LDPE의 유연성과 HDPE의 우수한 내마모성 및 인장 강도를 모두 갖추고 있습니다. 선형 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)은 에틸렌 단량체와 2-올레핀을 사용하여 저압 기상 또는 용액법으로 중합됩니다. 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE)은 분지도가 저밀도와 고밀도의 중간 정도이므로 환경 응력 균열 저항성이 매우 뛰어납니다. 환경 응력 균열 저항성은 PE 소재의 품질을 판단하는 데 매우 중요한 지표입니다. 이는 계면활성제 환경에서 굽힘 응력을 받은 소재 시험편에 균열이 발생하는 현상을 말합니다. 소재의 응력 균열에 영향을 미치는 요인으로는 분자량, 분자량 분포, 결정화도, 분자 사슬의 미세구조 등이 있습니다. 분자량이 클수록, 분자량 분포가 좁을수록, 분자 간 연결이 많을수록 소재의 환경 응력 균열 저항성이 우수하고 수명이 길어집니다. 또한, 소재의 결정화도 이 지표에 영향을 미칩니다. 결정화도가 낮을수록 소재의 환경 응력 균열 저항성이 우수합니다. PE 소재의 인장 강도와 파단 신율은 소재의 성능을 측정하는 또 다른 지표이며, 소재의 사용 수명을 예측하는 데에도 활용될 수 있습니다. PE 소재에 함유된 탄소는 자외선에 의한 소재의 부식을 효과적으로 방지할 수 있으며, 항산화제는 소재의 항산화성을 효과적으로 향상시킬 수 있습니다.
2. PVC 외피 재질
PVC 난연 소재는 염소 원자를 함유하고 있어 불꽃에 의해 연소됩니다. 연소 시 염소 원자는 분해되면서 다량의 부식성 및 독성 염산(HCl) 가스를 방출하여 2차 피해를 유발하지만, 불꽃에서 벗어나면 스스로 꺼지기 때문에 화염 확산을 방지하는 특성을 지닙니다. 또한, PVC 외피 소재는 유연성과 신축성이 뛰어나 실내 광케이블에 널리 사용됩니다.
3. 할로겐 프리 난연성 외피 소재
폴리염화비닐(PVC)은 연소 시 유독 가스를 발생시키기 때문에, 저연, 무할로겐, 무독성 친환경 난연 피복재가 개발되었습니다. 이는 일반 피복재에 무기 난연제인 Al(OH)₃와 Mg(OH)₂를 첨가한 것으로, 이러한 난연제는 화재 발생 시 결정수를 방출하고 많은 열을 흡수하여 피복재의 온도 상승을 막고 연소를 억제합니다. 무기 난연제를 할로겐 프리 난연 피복재에 첨가하면 고분자의 전도성이 증가합니다. 또한, 수지와 무기 난연제는 완전히 다른 2상 물질이므로 가공 과정에서 난연제가 부분적으로 불균일하게 혼합되지 않도록 주의해야 합니다. 무기 난연제는 적절한 양으로 첨가해야 하며, 그 비율이 너무 높으면 재료의 기계적 강도와 파단 신율이 크게 저하됩니다. 할로겐 프리 난연제의 난연성을 평가하는 지표는 산소 지수와 연기 농도입니다. 산소 지수는 산소와 질소 혼합 가스에서 물질이 평형 연소를 유지하는 데 필요한 최소 산소 농도입니다. 산소 지수가 클수록 물질의 난연성이 우수합니다. 연기 농도는 특정 공간과 광경로에서 물질의 연소로 생성된 연기를 통과하는 평행 광선의 투과율을 측정하여 계산합니다. 연기 농도가 낮을수록 연기 발생량이 적고 물질의 성능이 우수합니다.
4. 전기적 손상 방지 피복재
전력 통신 시스템에서 고전압 가공선과 동일한 철탑에 설치되는 전매체 자립형 광케이블(ADSS)이 점점 더 많아지고 있습니다. 고전압 유도 전기장이 케이블 외피에 미치는 영향을 극복하기 위해 새로운 전기적 손상 방지 외피 소재가 개발 및 생산되었습니다. 이 외피 소재는 카본 블랙 함량, 카본 블랙 입자의 크기 및 분포를 엄격하게 제어하고 특수 첨가제를 첨가하여 우수한 전기적 손상 방지 성능을 갖도록 제작되었습니다.
게시 시간: 2024년 8월 26일