1. 서론
고주파 신호를 전송하는 통신 케이블에서 도체 사이에는 표피 효과가 발생하며, 전송 신호의 주파수가 높아질수록 표피 효과는 더욱 심해집니다. 표피 효과란 전송 신호의 주파수가 수 킬로헤르츠 또는 수만 헤르츠에 도달할 때 동축 케이블의 내부 도체의 외면과 외부 도체의 내면을 따라 신호가 전송되는 현상을 말합니다.
특히, 국제 구리 가격이 급등하고 천연 구리 자원이 점점 더 고갈됨에 따라 구리 도체를 구리 피복 강선이나 구리 피복 알루미늄선으로 대체하는 것이 전선 및 케이블 제조 산업에 중요한 과제가 되었으며, 또한 광범위한 시장을 활용하여 이를 촉진해야 할 필요성도 커지고 있습니다.
하지만 구리 도금 과정에서 전처리, 니켈 사전 도금 등의 공정과 도금 용액의 영향으로 인해 전선의 흑변, 사전 도금 불량, 주 도금층 박리 등의 문제와 결함이 발생하기 쉽습니다. 이는 불량 전선 발생, 재료 낭비로 이어져 제품 생산 비용을 증가시킵니다. 따라서 도금 품질을 확보하는 것이 매우 중요합니다. 본 논문에서는 주로 전기 도금을 이용한 구리 피복 강선 생산의 공정 원리와 절차, 그리고 일반적인 품질 문제 발생 원인 및 해결 방법에 대해 논의합니다. 1. 구리 피복 강선 도금 공정 및 그 원인
1.1 전선의 전처리
먼저, 전선을 알칼리성 산세 용액에 담그고 전선(양극)과 도금판(음극)에 일정 전압을 가하면 양극에서 다량의 산소가 침전됩니다. 이러한 기체의 주요 역할은 다음과 같습니다. 첫째, 강선 표면과 주변 전해액에서 발생하는 격렬한 기포는 기계적 교반 및 탈착 효과를 일으켜 강선 표면의 기름을 제거하고 기름과 그리스의 비누화 및 유화 과정을 가속화합니다. 둘째, 금속과 용액의 계면에 부착된 미세한 기포는 강선에 붙어 있는 기름을 용액 표면으로 끌어올립니다. 따라서 기포는 강선에 붙어 있는 많은 기름을 용액 표면으로 이동시켜 기름 제거를 촉진하고, 동시에 양극의 수소 취성을 방지하여 양질의 도금을 얻을 수 있도록 합니다.
1.2 전선 도금
먼저, 전선을 도금 용액에 담그고 전선(음극)과 구리판(양극)에 특정 전압을 가하여 니켈로 전처리 및 도금합니다. 양극에서 구리판은 전자를 잃고 전해액(도금조) 내에서 자유로운 2가 구리 이온을 형성합니다.
Cu – 2e→Cu2+
음극에서 강선은 전기분해를 통해 재전자화되고, 2가 구리 이온이 강선 표면에 석출되어 구리 피복 강선이 형성됩니다.
Cu2 + + 2e→ Cu
Cu2 + + e→ Cu +
Cu + + e→ Cu
2H + + 2e→ H2
도금 용액의 산량이 부족하면 황산구리(I)가 쉽게 가수분해되어 산화구리(I)가 생성됩니다. 생성된 산화구리는 도금층에 갇혀 도금층이 약해지는 원인이 됩니다. Cu2SO4 + H2O [Cu2O + H2SO4]
I. 주요 구성 요소
옥외용 광케이블은 일반적으로 나선, 루즈튜브, 방수재, 보강재 및 외피로 구성됩니다. 구조는 중앙 튜브형, 층상 연선형, 골격 구조형 등 다양합니다.
베어 파이버는 직경이 250마이크로미터인 원래의 광섬유를 말합니다. 일반적으로 코어층, 클래딩층, 코팅층으로 구성됩니다. 베어 파이버의 종류에 따라 코어층의 크기가 다릅니다. 예를 들어, 단일 모드 OS2 파이버는 일반적으로 9마이크로미터이고, 다중 모드 OM2/OM3/OM4/OM5 파이버는 50마이크로미터, 다중 모드 OM1 파이버는 62.5마이크로미터입니다. 베어 파이버는 다중 코어 파이버를 구분하기 위해 색상으로 구분되는 경우가 많습니다.
루즈튜브는 일반적으로 고강도 엔지니어링 플라스틱인 PBT로 만들어지며, 노출된 섬유를 수용하는 데 사용됩니다. 루즈튜브는 섬유를 보호하고 섬유 손상을 유발할 수 있는 수분 침투를 막기 위해 방수 젤로 채워져 있습니다. 또한 젤은 충격으로 인한 섬유 손상을 방지하는 완충재 역할을 합니다. 루즈튜브의 제조 공정은 섬유의 여유 길이를 확보하는 데 매우 중요합니다.
방수 재료에는 케이블 방수 그리스, 방수 얀 또는 방수 분말이 있습니다. 케이블의 전반적인 방수 기능을 더욱 향상시키기 위해 일반적으로 방수 그리스를 사용합니다.
보강재는 금속형과 비금속형으로 나뉩니다. 금속형 보강재는 주로 인산염 처리된 강선, 알루미늄 테이프 또는 강철 테이프로 만들어집니다. 비금속형 보강재는 주로 섬유강화플라스틱(FRP) 소재로 만들어집니다. 사용되는 재료와 관계없이 이러한 보강재는 인장, 굽힘, 충격 및 비틀림에 대한 저항을 포함하여 표준 요구 사항을 충족하는 데 필요한 기계적 강도를 제공해야 합니다.
외부 피복은 방수, 자외선 저항성 및 내후성을 포함한 사용 환경을 고려해야 합니다. 따라서 우수한 물리적 및 화학적 특성으로 옥외 설치에 적합한 검은색 PE 소재가 일반적으로 사용됩니다.
2. 구리 도금 공정에서 발생하는 품질 문제의 원인과 해결책
2.1 전선 전처리가 도금층에 미치는 영향 전선 전처리는 전기 도금을 이용한 동피강선 생산에서 매우 중요합니다. 전선 표면의 오일과 산화막이 완전히 제거되지 않으면, 사전 도금된 니켈 층의 도금이 불량해지고 접착력이 떨어져 결국 주 도금층인 동 도금층이 탈락하게 됩니다. 따라서 알칼리 및 산세액의 농도, 산세 및 알칼리 전류, 펌프의 정상 작동 여부를 주의 깊게 살피고, 문제가 있을 경우 즉시 수리해야 합니다. 강선 전처리 시 흔히 발생하는 품질 문제와 그 해결책은 표에 제시되어 있습니다.
2.2 사전 니켈 용액의 안정성은 사전 도금층의 품질을 직접적으로 결정하며, 다음 단계인 구리 도금에 중요한 역할을 합니다. 따라서 사전 니켈 용액의 조성비를 정기적으로 분석 및 조정하고, 사전 니켈 용액이 깨끗하고 오염되지 않았는지 확인하는 것이 중요합니다.
2.3 주 도금 용액이 도금층에 미치는 영향 도금 용액은 황산구리와 황산 두 가지 성분으로 구성되며, 이들의 조성비는 도금층의 품질을 직접적으로 결정합니다. 황산구리의 농도가 너무 높으면 황산구리 결정이 침전되고, 너무 낮으면 전선이 쉽게 타버리고 도금 효율이 저하됩니다. 황산은 도금 용액의 전기 전도도와 전류 효율을 향상시키고, 도금 용액 내 구리 이온 농도를 감소시켜(동일 이온 효과) 음극 분극 및 도금 용액의 분산성을 개선하여 전류 밀도 한계를 증가시킵니다. 또한 도금 용액 내 황산아산화구리가 가수분해되어 산화아산화구리로 변하거나 침전되는 것을 방지하여 도금 용액의 안정성을 높이고, 양극 분극을 감소시켜 양극의 정상적인 용해를 촉진합니다. 하지만 황산 함량이 높으면 황산구리의 용해도가 감소한다는 점에 유의해야 합니다. 도금 용액의 황산 함량이 부족하면 황산구리가 쉽게 가수분해되어 산화구리로 변하고 도금층에 포집되어 도금층의 색이 어둡고 벗겨지게 됩니다. 반대로 도금 용액에 황산이 과다하고 구리염 함량이 부족하면 음극에서 수소가 부분적으로 방전되어 도금층 표면에 얼룩이 생깁니다. 인산구리 도금의 인 함량 또한 도금 품질에 중요한 영향을 미치므로 0.04%~0.07% 범위로 조절해야 합니다. 0.02% 미만이면 피막 형성이 어려워지고 구리 이온 생성을 방지할 수 없어 도금 용액 내 구리 분말이 증가합니다. 인 함량이 0.1%를 초과하면 구리 양극의 용해에 영향을 미쳐 도금 용액 내 2가 구리 이온 함량이 감소하고 양극 슬러지가 다량 생성됩니다. 또한, 양극 슬러지가 도금 용액을 오염시키고 도금층에 거칠기나 버(burr)를 발생시키는 것을 방지하기 위해 구리판을 정기적으로 세척해야 합니다.
3. 결론
상기 사항들을 처리함으로써 제품의 접착력과 연속성이 우수하고, 품질이 안정적이며 성능이 탁월합니다. 그러나 실제 생산 과정에서는 도금 공정 중 도금층 품질에 영향을 미치는 여러 요인이 존재하므로, 문제가 발견되면 즉시 분석 및 연구하여 적절한 조치를 취해야 합니다.
게시 시간: 2022년 6월 14일