KR20230013110A - 와이어 및 케이블 형성 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

폴리머 케이블 구성요소로 와이어 및 케이블 제품을 제조하기 위한 시스템 및 방법이 제공된다. 시스템 및 방법은 제조 중에 케이블 구성요소의 압축 및 변형을 감소시키기 위해 폴리머 케이블 구성요소의 경도를 증가시키는 것을 포함한다. 몇몇 경우에, 연선을 생성하는 프로세스 전 또는 중에 또는 케이블링 프로세스 중에 경도가 일시적으로 증가된다.

Description

와이어 및 케이블 형성 시스템 및 방법

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 본 명세서에 그대로 참조로서 합체되어 있는 2020년 6월 20일 출원된 미국 가출원 제63/041,878호의 이익을 주장한다.

발명의 분야

본 개시내용은 통신 케이블을 생성하는 것에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 감소된 압착비(crush ratios)를 갖는 고성능 통신 케이블을 생성하기 위해 폴리머 케이블 구성요소의 경도를 조절하는 것에 관한 것이다.

전력 또는 신호를 전송할 때, 다양한 수단이 이용될 수 있다. 본 명세서에 개시된 발명은 일반적으로 전류를 전송하기 위해 절연 코팅된 전도체를 이용하는 와이어 및 케이블 제품에 초점을 맞추고 있다.

와이어 및 케이블 제품을 설계할 때, 많은 인자가 고려되어야 한다. 이더넷, CATV 및 공장 현장 기반 시스템과 같은 용례는 크기, 전기적 특성 및 물리적 속성과 같은 특정 설계 특징을 지시할 수 있다. 크기의 경우, 케이블이 표준 연결, 배관, 배전관 및 전선관에 맞는 것이 중요할 수 있다. 전기적 특성의 경우, 정전용량, 인덕턴스, DC 저항, 전류 및 전압 전달 용량이 설계 고려 사항일 수 있다. 특정 특수 고대역폭 케이블의 경우, 감쇠, 전파 속도, 지연 스큐(skew), 임피던스, 삽입 손실 및 노이즈 완화와 같은 추가의 전기적 파라미터가 중요할 수도 있다. 물리적 속성의 경우, 화염 및 연기에 대한 내성, 내화학성, 내오존성, 내습성 및/또는 견인 강도가 고려해야 하는 통상의 속성이다. 다행히도, 와이어 및 케이블 제품을 구성하기 위한 최상의 옵션을 고려할 때 설계 엔지니어를 지원하기 위해 이용 가능한 많은 도구와 수학식이 있다.

와이어 및 케이블을 제조하기 위한 프로세스는 전형적으로 본질적으로 연속적이다. 연속 제조 라인은 전형적으로 라인 프로세스를 시작하기 위해 재료가 풀림되거나 분배되는 풀림부(pay-out)를 포함한다. 일관된 라인 속도를 촉진하기 위해 풀림되는 재료의 부분을 확보하는 것을 돕는 축적기(accumulator)가 있을 수도 있다. 전형적으로 제조된 제품이 일관된 라인 속도로 제조될 수 있고 완성된 제품이 롤 또는 다른 형태의 패키징 상에 권취될 수 있도록 하는 축적기를 또한 가질 수도 있는 권취부(take-up)가 라인 단부에 있다. 이들 유형의 작업은 무엇보다도, 절연, 트위닝(twinning), 케이블링(cabling), 편조(braiding), 자켓팅(jacketing), 및 와이어 및 케이블 제품을 설정된 길이로 배치하는 것을 포함할 수 있다. 대부분의 와이어 및 케이블 제품에서, 제1 단계는 절연 프로세스이다. 이는 전도체를 전기적으로 절연하기 위해 전도체가 폴리머 재료로 코팅하거나 커버되는 것이다.

절연 프로세스 중 및 후에, 의도된 사양을 충족시키는 최종 제품의 능력에 영향을 미칠 수 있는 힘이 마주치게 될 가능성이 있을 것이다. 예를 들어, 동축형 케이블의 경우, 내부 절연층과 내부에 포함된 전기 신호를 보호하기 위해 포일 및/또는 금속 편조부(metal braid)를 추가하는 것이 바람직하다. 금속 편조 장비는 그것이 에워싸고 있는 절연체의 표면을 따라 압입부를 생성할 수 있다는 것이 잘 알려져 있다. 달리 말하면, 절연체 표면은 그 위에 적용되는 금속 와이어보다 종종 더 연성이기 때문에 편조 차폐 와이어의 베어 스트랜드(bare strands)는 아래의 절연체의 표면을 변형시킬 것이다. 절연재의 이들 변형은 정전용량과 삽입 손실이 증가함에 따라 신호를 전송하는 최종 케이블의 능력에 영향을 미칠 수 있다. 이들 침하를 고려하기 위해, 설계 엔지니어는 인상 깊이를 고려하기 위해 여분의 절연 재료를 추가할 수도 있다.

다중 전도체 케이블의 경우, 종종 트위너(twinner), 번처(buncher) 또는 케이블러(cabler)라 칭하는 트위스팅 메커니즘을 통해 다양한 절연 전도체가 함께 모이게 된다. 각각의 이들 메커니즘에서 마주치게 되는 힘은 케이블의 폴리머 구성요소를 압축하고 변형할 수 있다. 다시, 케이블 설계자는 임의의 압축을 보상하기 위해 절연재를 추가할 가능성이 있고, 따라서 최종 제품의 크기와 비용을 증가시킨다. 유사한 압축력이 자켓팅 및 배치 작업 중에 경험될 수도 있다. 압축력에 의해 야기된 임의의 변형을 보상하기 위해, 더 두꺼운 및/또는 더 강성 자켓팅 층이 사용될 수도 있는데, 이는 최종 제품에 크기와 비용의 모두를 추가한다.

때때로 케이블 구성요소에 작용하는 대향력 또는 압축력은 본질적으로 주기적일 수 있다. 예를 들어, 휠이 적절하게 정렬되지 않으면, 이는 원형 회전으로 횡단함에 따라 전후로 요동할 수도 있다. 이는 재료의 사인파 변형을 생성할 수 있다. 이 사인파 패턴이 의도된 인가 주파수(또는 그 고조파)와 일치하면, 신호 무결성이 손상될 수 있다. 이러한 힘의 영향을 감소시키는 것을 돕기 위한 기존의 방법은, 본질적으로 일관적이든 사인파이든 제조 라인 속도를 감소시키는 것을 포함한다. 제품이 제조될 때 제조 장비에 의해 야기되는 압축력을 완화하고 감소시키기 위해 속도가 감소될 수 있다. 이러한 이유로, 장비가 잠재적인 속도의 일부로 운전되는 것이 통상적이다. 그러나, 이는 장비가 그 최대 잠재력으로 이용될 수 없기 때문에 바람직하지 않다.

압축력이 잠재적으로 문제를 생성할 수 있는 다른 방식은 용량성 타겟에 관한 것이다. 정전용량은 금속 표면 사이의 거리와 금속 표면 사이의 재료의 특성의 함수이다. 와이어 및 케이블의 경우, 전도성 표면은 무엇보다도 근접한 2개의 전도체 또는 근접한 차폐부와 전도체를 포함할 수 있다. 이들 전도성 표면 사이의 거리는 와이어 및 케이블 제품을 제조할 때 주요 설계 고려 사항이다. 따라서, 적절한 전도체간 거리가 달성되는 것을 보장하도록 주의가 기울어져야 한다.

몇몇 실시예에서, 2개의 절연 전도체가 함께 형성되어 연선(twisted pair)을 생성한다. 유사하게, 많은 절연 전도체가 함께 형성되어 다중 전도체 케이블링된 유닛을 생성할 수도 있다. 2개의 절연 전도체가 함께 트위스팅된 경우, 연선 유닛의 길이를 따라 나선형 패턴이 달성된다. 연선 유닛은 전형적으로 2개의 일반적으로 원형 절연 전도체의 간극에 포함된 금속 전도체, 절연 재료 및 공기로 구성된다. 공기는 매우 바람직한 유전 재료라는 것은 잘 알려져 있다. 예를 들어, 공기는 1.0의 유전율을 갖고, 폴리올레핀과 같은 재료는 2.3 내지 2.6의 전형적인 유전율 범위를 갖는다. 따라서, 더 많은 공기가 연선 유닛의 간극 내에 보존될수록, 전기적 결과가 더 바람직하다. 그러나, 케이블링 프로세스 동안 마주치게 되는 압축력이 이들 절연 전도체를 더 근접하여 함께 모이게 하기 때문에, 절연 재료가 이들 간극으로 변위될 수 있고, 따라서 총 공기 함량을 감소시킨다. 결과는 더 높은, 일반적으로 덜 바람직한 정전용량 및 몇몇 경우에 신호의 전파 능력을 감소시킬 수 있는 감소된 신호 속도일 수 있다.

연선 통신 케이블과 같은 절연 전도체는 전형적으로 건물의 플레넘 영역에서 고주파 신호 전송을 위해 사용된다. 연선 데이터 케이블 실시예에서, 개별 전도성 와이어는 폴리머를 사용하여 절연되고, 이어서 2개의 이러한 절연 전도체가 서로의 주위에서 트위스팅되어 단일 연선을 형성한다. 연선 케이블은 전형적으로 단일 외부 자켓 내에 포함된 다수의 연선으로 구성되어 케이블을 형성한다. 케이블 내의 각각의 연선은 인접한 연선 사이의 전기적 결합(즉, 누화)을 감소시키기 위해 상이한 꼬임(lay)(통상적으로 mm/turn 단위로 측정됨)으로 트위스팅될 수도 있다.

개별 절연 전도체를 함께 트위스팅하는 프로세스는 종종 폴리머 절연층을 압축한다. 절연층을 압축하는 힘의 크기는 트위스팅 장비와 트위스트의 기밀성(즉, 인치당 턴의 수)에 따라 다양하다. 절연 전도체를 트위스팅함으로써 야기되는 압축력은 절연층의 변형 및 2개의 전도체를 분리하는 절연층의 두께의 감소를 야기한다. 이는 2개의 전도성 와이어 사이에서 측정된 증가된 정전용량을 야기하고, 따라서 연선 유닛의 전체 임피던스를 저하시킨다.

비틀림력(절연 전도체가 함께 트위스팅될 때 마주치게 되는 유형 또는 힘)의 경우 변형이 균일하지 않을 수도 있다는 것이 또한 언급되어야 한다. 이는 절연재가 비틀림력의 방향에 따라 불균형하게 변위될 수도 있기 때문이다. 이는 균형화된 쌍 용례에서 특히 바람직하지 않다. 예를 들어, 2개의 절연 전도체를 갖는 연선 유닛을 수반하는 몇몇 용례에서, 2개의 절연 전도체의 각각 내의 신호가 다른 전도체의 거울상(mirror image)인 것이 바람직하다. 이러한 방식으로, 트위스팅된 유닛의 각각의 절연 전도체와 결합하는 전기적 노이즈는 동일한 방식으로 결합하여, 이에 의해 전자 필터링 메커니즘이 노이즈 요소를 제거할 수 있게 한다. 쌍 내의 하나의 절연 전도체의 형상이 불균형할 때, 원하는 신호로부터 임의의 노이즈 요소를 차감하기가 어려워진다. 종종 와이어 및 케이블 제품의 사양은, 전송 쌍 사이의 노이즈의 양이 신호 전송을 방해하지 않을 정도로 충분히 낮을 것인 것을 보장하기 위해 근단 및 원단 누화 사양의 모두를 갖는다. 절연 전도체가 양호하게 균형화되지 않으면, 이들 사양을 충족하는 능력이 더 어려워질 수 있다.

케이블 설계자가 제조 프로세스 중에 마주치게 되는 힘으로부터 발생하는 임의의 절연 변위 또는 변형을 상쇄하기 위해 얼마나 많은 추가 절연 재료가 필요한지를 고려할 때, 절연 재료의 연성이 이해되어야 한다. 이들은 일반적으로 본질적으로 영구적인 변위 및 변형이기 때문에, 화합물의 경도를 이해하는 것이 가장 적절하다. 종종 파스칼로 표현되는 경도는 재료의 표면 변형에 대한 내성을 측정한다. 달리 말하면, 경도는 국소 표면 변형에 대한 내성이다. 압입 경도는 브리넬, 마이어, 비커스, 로크웰 및/또는 쇼어 경도계를 포함하는 다양한 방법으로 측정될 수 있다. 예를 들어, 플루오르화 에틸렌 프로필렌(FEP), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK), 폴리에테르 케톤 케톤(PEKK), 폴리염화비닐(PVC) 등과 같은 폴리머 재료의 경우, 쇼어 D 경도 스케일이 통상적으로 사용된다. 고무와 같은 다른 재료의 경우, 쇼어 A와 같은 다른 쇼어 스케일이 사용될 수 있다. 쇼어 D의 경우, 시험 프로토콜은 ASTM D2240 및/또는 ISO 868에 정의되어 있고, 여기에서 기준선 경도 기준으로서 사용될 것이다.

주위 온도 조건의 변화는 재료의 연성에 영향을 미칠 수 있다는 것이 이해된다. 예를 들어, 따뜻한 날씨의 기후에서는, 주위 온도가 계절적으로 높은 달 동안에 제조 현장의 온도 제어가 필요할 수 있어, 이에 의해 제조 현장의 임의의 폴리머 재료의 경도가 감소한다. 부가적으로, 케이블 구성요소가 압축력, 비틀림력 또는 다른 변형력을 받게 될 때, 열이 케이블 구성요소 내에 발생된다. 몇몇 용례에서, 연관된 힘은 구성요소가 변형될 때 주위 온도 초과로 구성요소의 온도를 증가시켜, 이에 의해 구성요소의 경도를 감소시키고 해당 변형 이벤트 뿐만 아니라 임의의 후속 변형 이벤트에서 변형에 대한 그 민감성을 증가시킨다.

반대로, 화합물이 주위 온도 미만으로 냉각되면, 화합물의 경도가 증가될 수 있다. 이 경화는 재료를 변형시키거나 재료에 압입부를 야기할 수 있는 압축력에 대해 재료를 더 내성이 있게 할 수 있다.

온도 조정이 압축 이벤트 이후에 지속될 필요는 없다. 본 명세서에 설명된 변형은 본질적으로 영구적이기 때문에(즉, 탄성이 아님), 개시된 방법은 단지 압축 이벤트 전에 또는 중에만 적용될 필요가 있다. 일단 압축 이벤트가 끝나면, 재료는 주위 온도로 복귀되도록 허용될 수도 있다. 전술된 다른 방법은 본질적으로 더 영구적이다(기계 감속, 외피 층 추가, 또는 절연재에 더 경성 재료 추가와 같은). 재료 경도의 일시적 조정을 이용함으로써, 이들 해결책의 많은 악영향이 회피될 수 있다.

폴리머 케이블 구성요소를 변형시키는 효과에 대응하기 위해 절연재를 추가하는 것보다 비용이 적게 드는 화합물을 경화시키거나 인가되는 압축력을 감소시키는 방법을 갖는 것이 산업계에서 바람직하다. 절연재에 대한 압축력의 영향을 감소시키기 위해 통합된 임의의 방법이 장비 자체의 위치설정의 거의 또는 전혀 수정 없이 현재 기계류 푸트프린트 내에 맞출 수 있는 것이 또한 바람직하다. 하나의 이러한 방법은 화합물의 경도의 시프트를 생성하기 위해 화합물의 온도를 제어하는 것이다. 더 경성 화합물은 더 연성 화합물보다 압축력에 덜 영향을 받을 것으로 이해된다. 쇼어 D 스케일을 사용할 때, 더 높은 숫자는 화합물의 더 경성 상태를 표시한다. 이는 동일한 재료 유형을 취하고, 유일한 변화는 재료 자체의 온도이다.

전술된 바와 같이, 제조 프로세스 동안 마주치게 되는 힘에 의해 야기된 변형을 감소시키는 것은 성능을 개선하고 비용을 감소시킬 수 있다. 일시적인 온도 변화를 통해 재료 경도를 시프트함으로써, 양자 모두가 달성될 수 있다.

폴리머 케이블 구성요소의 경도를 증가시킴으로써, 폴리머 절연층, 크로스 웨브 필러, 폴리머 튜브 또는 다른 폴리머 케이블 구성요소의 변형이 감소될 수 있다. 이 변형은 전형적으로 도르래(휠) 및 권취부와 같은 기계 디바이스의 트위스팅, 편조와 같은 제조 작업 중 압축력 또는 비틀림력에 의해 야기된다.

재료의 하네스를 증가시키는 비용 효율적인 방법이 요구된다. 압축력이 인가되는 지점 또는 그 부근에서 절연 재료를 냉각시키는 방법이 요구된다. 이러한 방식으로, 재료의 경도가 주위 온도에 있을 때에 비해 증가될 수 있고 압축력에 의해 야기된 변형이 감소될 수 있다.

본 개시내용은 일반적으로 재료의 경도 및/또는 영 모듈러스(Young's modulus)를 일시적으로 변경하는 방법을 포함하는 와이어 및 케이블 제품의 생성에 관한 것이다.

몇몇 개시된 실시예는 연속 또는 반연속 제조 프로세스의 일부로서 인라인으로 사용될 수도 있는 폴리머 절연재의 경도 및/또는 영 모듈러스를 상승시키기 위한 방법 및 디바이스에 관한 것이다. 몇몇 개시된 실시예는 폴리머 케이블 구성요소에 대한 압축력의 영향을 감소시키는 방법에 관한 것으로서, 방법은 주위 조건 하에서의 폴리머 케이블 구성요소의 경도인 제1 경도를 갖는 폴리머 케이블 구성요소를 제공하는 단계; 제1 경도와는 상이한 제2 경도로 폴리머 케이블 구성요소의 경도를 일시적으로 변경하는 단계; 폴리머 케이블 구성요소에 압축력을 인가하는 단계; 폴리머 케이블 구성요소가 제1 경도로 복귀할 수 있게 하는 단계를 포함한다.

몇몇 개시된 실시예는 연선을 형성하기 방법에 관한 것으로서, 방법은 제1 폴리머 절연층에 의해 전기적으로 절연된 제1 전도체를 포함하는 제1 폴리머 절연 전도체 및 제2 폴리머 절연층에 의해 전기적으로 절연된 제2 전도체를 포함하는 제2 폴리머 절연 전도체를 제공하는 단계; 제1 절연 전도체를 극저온 유체에 노출하는 단계; 및 제1 및 제2 폴리머 절연 전도체를 서로의 주위에 트위스팅하여 연선을 형성하는 단계를 포함한다.

몇몇 실시예에서, 폴리머 절연 전도체와 같은 폴리머 케이블 구성요소는 폴리머 케이블 구성요소의 경도를 조정하기 위해 상이한 시간 기간 동안 냉각된 유체에 노출된다. 몇몇 실시예에서, 폴리머 절연 전도체와 같은 폴리머 케이블 구성요소는 감소된 지연 스큐를 갖는 케이블을 생성하기 위해 상이한 시간 기간 동안 냉각된 유체에 노출된다.

몇몇 개시된 실시예는 폴리머 케이블 구성요소의 변형을 감소시키고 절연 전도체 및 다른 케이블 구성요소의 원형도를 보존하기 위해 통신 케이블을 제조하는 방법에 관한 것이다.

몇몇 개시된 실시예는 개선된 전기적 특성을 갖는 와이어 및 케이블 제품을 제조하기 위한 시스템의 장비에 관한 것이다. 이들 실시예 중 몇몇은 예를 들어 냉각된 유체 또는 냉각된 고체 표면과 같은 냉각 매체를 보유하기 위한 냉각 용기 및/또는 2차 구조체에 관한 것이다.

몇몇 개시된 실시예는 감소된 연료 부하를 갖는 통신 케이블을 제조하는 방법에 관한 것이다. 이들 실시예 중 몇몇은 더 적은 총 폴리머 절연재를 갖는 케이블이 더 낮은 총 연료 부하 및 개선된 가연성 및/또는 흡연 특성을 갖도록 전통적인 케이블에 비해 더 낮은 총 폴리머 절연재를 갖는 와이어 및 케이블 제품을 형성하는 방법에 관한 것이다. 몇몇 개시된 실시예는 더 빠른 속도로 통신 케이블을 제조하는 방법에 관한 것이다. 이들 실시예 중 몇몇은 더 빠른 속도로 트위닝 장치를 동작하는 것과 관련되며, 이는 전형적으로 폴리머 절연층에 대한 압축력을 증가시킨다. 이들 실시예 중 몇몇은 트위너가 더 빠른 속도로 운전될 수 있고 허용 가능한 변형량과 원하는 전기적 특성을 갖는 케이블을 생성할 수 있도록 트위닝 전에 폴리머 절연재를 경화하는 것에 관련된다.

개시된 발명은 예를 들어 고체, 발포체, 프로파일 압출, 절연층, 중공 튜브, 크로스 웨브, 로드 필러, 필름, 테이프, 편조 프로세스를 수반하는 동축 구조 및/또는 다층 절연재를 포함하는 임의의 형태의 폴리머 케이블 구성요소 또는 케이블 구조에 적용될 수도 있다.

절연 와이어가 연선으로 트위스팅됨에 따라 절연층의 변형을 감소시키는 것에 추가하여, 개시된 발명은 예를 들어, 편조부 인상(impressions) 또는 권취부, 도르래 또는 휠과 같은 기계 시스템과 같은 압축력에 노출되는 임의의 폴리머 재료의 변형을 감소시키는 데 사용될 수도 있다.

상기 내용은 청구된 주제의 몇몇 양태의 기본적인 이해를 제공하기 위해 단순화된 요약을 제공한다. 이 요약은 광범위한 개요가 아니다. 이는 핵심 또는 중요 요소를 식별하거나 청구된 주제의 범주를 서술하도록 의도된 것이 아니다. 그 유일한 목적은 이하에 제시되는 더 상세한 설명의 도입부로서 간단화된 형태로 몇몇 개념을 제시하는 것이다.

본 명세서에 합체되어 그 부분을 형성하는 첨부 도면은 본 개시내용의 여러 양태를 예시하고, 상세한 설명과 함께 본 개시내용의 원리를 설명하는 역할을 한다:
도 1은 본 개시내용에 따른 절연 전도체의 실시예의 개략적인 단면도를 도시하고 있다.
도 2a 및 도 2b는 연선의 실시예의 개략적인 단면도를 도시하고 있다.
도 3은 본 개시내용에 따른 절연 전도체의 실시예의 개략적인 단면도를 도시하고 있다.
도 4a 내지 도 4c는 본 개시내용에 따른 냉각 용기의 실시예의 개략도를 도시하고 있다.
도 5a 및 도 5b는 본 개시내용에 따른 2차 구조체를 갖는 냉각 용기의 실시예의 개략도를 도시하고 있다.
도 6은 압착비 데이터의 그래프를 도시하고 있다.
도 7은 노출 시간에 대한 표면 온도 데이터 및 압착비 데이터의 그래프를 도시하고 있다.
도 8은 발포 절연 전도체의 단면 이미지를 도시하고 있다.
도 9는 노출 시간에 대한 발포체 및 고체 폴리머 절연재에 대한 표면 온도 데이터의 그래프를 도시하고 있다.
도 10은 시간 경과에 따른 발포체 및 고체 폴리머 절연 구리 전도체의 온도를 도시하고 있다.
도 11은 시간 경과에 따른 발포체 및 고체 폴리머 절연 구리 전도체의 온도를 도시하고 있다.
도 12는 본 개시내용에 따른 연선의 실시예의 개략도를 도시하고 있다.
도 13은 본 개시내용에 따른 케이블의 실시예의 도면을 도시하고 있다.
도 14는 본 개시내용에 따른 케이블의 실시예의 개략적인 단면도를 도시하고 있다.
도 15는 본 개시내용에 따른 케이블의 실시예의 개략적인 단면도를 도시하고 있다.
도 16은 본 개시내용에 따른 절연 전도체의 실시예의 개략적인 단면도를 도시하고 있다.
도 17은 본 개시내용에 따른 케이블의 실시예의 개략적인 단면도를 도시하고 있다.
도 18은 본 개시내용에 따른 케이블의 실시예의 개략도를 도시하고 있다.
도 19a 내지 도 19c는 본 개시내용에 따른 냉각 용기의 실시예의 개략도를 도시하고 있다.
도 20a 내지 도 20c는 본 개시내용에 따른 냉각 용기의 실시예의 개략도를 도시하고 있다.
도 21은 액체 질소로의 노출 시간에 대한 고체 FEP의 쇼어 D 경도의 그래프를 도시하고 있다.
도 22는 액체 질소로의 노출 후에 주위 분위기로의 노출 시간에 대한 고체 FEP의 쇼어 D 경도의 그래프를 도시하고 있다.
도 23a 내지 도 23c는 액체 질소로의 노출 후에 주위 분위기로의 노출 시간에 대한 고체 FEP의 쇼어 D 경도의 그래프를 도시하고 있다.
도 24는 액체 질소로의 노출 시간에 대한 발포체 FEP의 쇼어 D 경도의 그래프를 도시하고 있다.
도 25는 액체 질소로의 노출 후에 주위 분위기로의 노출 시간에 대한 발포체 FEP의 쇼어 D 경도의 그래프를 도시하고 있다.
도 26은 액체 질소로의 노출 후에 주위 분위기로의 노출 시간에 대한 발포체 FEP의 쇼어 D 경도의 그래프를 도시하고 있다.
도 27은 액체 질소로의 노출 시간에 대한 고체 및 발포체 FEP의 쇼어 D 경도의 비교를 도시하고 있다.
도 28은 액체 질소로의 노출 후에 주위 분위기로의 노출 시간에 대한 고체 및 발포체 FEP의 쇼어 D 경도의 비교를 도시하고 있다.
도 29는 액체 질소로의 노출 후에 주위 분위기로의 노출 시간에 대한 고체 및 발포체 FEP의 온도의 비교를 도시하고 있다.

이하에 설명된 실시예는 통상의 기술자가 본 개시내용을 실시하고 본 개시내용을 실시하는 최상의 모드를 예시하는 것을 가능하게 하는 데 필요한 정보를 나타낸다. 첨부 도면에 비추어 이하의 설명을 숙독할 때, 통상의 기술자는 본 개시내용의 개념을 이해할 수 있을 것이고 여기에서 특별히 다루지 않은 이들 개념의 용례를 인식할 수 있을 것이다. 이들 개념 및 용례는 본 개시내용 및 첨부된 청구범위의 범주 내에 속하는 것으로 이해되어야 한다.

달리 정의되지 않으면, 본 명세서에 사용된 모든 용어(기술적 및 과학적 용어를 포함함)는 본 개시내용의 통상의 기술자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 갖는다. 통상적으로 사용되는 사전에 정의된 것들과 같은 용어는 본 명세서의 맥락에서 그 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로서 해석되어야 하고, 본 명세서에서 명시적으로 그와 같이 정의되지 않으면, 이상적 또는 과도하게 형식적인 개념으로 해석되어서는 안된다는 것이 또한 이해될 수 있을 것이다. 공지의 기능 또는 구성은 간결성 또는 명확성을 위해 상세히 설명되지 않을 수도 있다.

용어 "약" 및 "대략"은 일반적으로 측정의 특성 또는 정밀도가 주어진 측정된 양에 대해 허용 가능한 오차 또는 변동 정도를 의미할 것이다. 전형적인 예시적인 오차 또는 변동 정도는 주어진 값 또는 값의 범위의 20 퍼센트(%) 이내, 바람직하게는 10% 이내, 더 바람직하게는 5% 이내이다. 이 상세한 설명에 제공된 수치량은 달리 언급되지 않으면 대략적인 것으로, 명시적으로 언급되지 않을 때 용어 "약" 또는 "대략"이 추론될 수 있는 것을 의미한다. 청구범위의 수치량은 달리 언급되지 않으면 정확하다.

특징부 또는 요소가 다른 특징부 또는 요소 "위에" 있는 것으로 언급될 때, 이는 다른 특징부 또는 요소 바로 위에 있을 수도 있거나 개재 특징부 및/또는 요소가 또한 존재할 수도 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 대조적으로, 특징부 또는 요소가 다른 특징부 또는 요소 "바로 위에" 있는 것으로서 언급될 때, 개재 특징부 또는 요소가 존재하지 않는다. 특징부 또는 요소가 다른 특징부 또는 요소에 "연결", "부착" 또는 "결합"되는 것으로 언급될 때, 특징부 또는 요소는 다른 특징부 또는 요소에 직접 연결되고, 부착되거나 결합될 수 있고, 또는 개재 특징부 또는 요소가 존재할 수도 있다는 것이 또한 이해될 수 있을 것이다. 대조적으로, 특징부 또는 요소가 다른 특징부 또는 요소에 "직접 연결되고", "직접 부착되고" 또는 "직접 결합되는" 것으로서 언급될 때, 개재 특징부 또는 요소가 존재하지 않는다. 일 실시예에 대해 설명되거나 도시되었지만, 그와 같이 설명되거나 도시되어 있는 특징부 및 요소는 다른 실시예에 적용될 수 있다.

본 명세서에서 사용된 용어는 단지 특정 실시예를 설명하기 위한 것이며, 한정하도록 의도된 것은 아니다. 본 명세서에 사용될 때, 단수 형태 표현은 문맥상 명백히 달리 지시되지 않으면, 마찬가지로 복수를 포함하도록 의도된다.

용어 "제1", "제2" 등은 다양한 특징부 또는 요소를 설명하기 위해 본 명세서에 사용되지만, 이들 특징부 또는 요소는 이들 용어에 의해 한정되지 않아야 한다. 이들 용어는 하나의 특징부 또는 요소를 다른 특징부 또는 요소와 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 본 개시내용의 교시로부터 벗어나지 않고, 이하에 설명되는 제1 특징부 또는 요소는 제2 특징부 또는 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 이하에 설명되는 제2 특징부 또는 요소는 제1 특징부 또는 요소로 명명될 수 있다.

"A와 B 중 적어도 하나"와 같은 용어는 "A만, B만, 또는 A와 B의 모두"를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 더 긴 리스트(예를 들어, "A, B 및 C 중 적어도 하나")에도 동일한 해석이 적용되어야 한다.

용어 "본질적으로 구성된"은 상술된 요소에 추가하여, 청구되는 것이 본 개시내용에 언급된 그 의도된 목적을 위해 청구된 것의 동작성에 악영향을 미치지 않는 다른 요소(단계, 구조, 성분, 구성요소 등)를 또한 포함할 수도 있다는 것을 의미한다. 이 용어는 이러한 다른 요소가 몇몇 다른 목적을 위해 청구된 것의 동작성을 향상시킬 수 있더라도, 본 개시내용에 언급된 그 의도된 목적을 위해 청구된 것의 동작성에 악영향을 미치는 이러한 다른 요소를 배제한다.

몇몇 장소에서, 이에 한정되는 것은 아니지만 측정 방법과 같은 표준 방법을 참조한다. 이러한 표준은 때때로 수정되고, 달리 명시적으로 언급되지 않으면, 본 개시내용에서 이러한 표준에 대한 참조는 출원 시점을 기준으로 가장 최근에 공개된 표준을 참조하는 것으로 해석되어야 한다는 것이 이해되어야 한다.

본 개시내용은 개선된 전기적 성능 및/또는 개선된 제조 특성을 갖는 와이어 및 케이블 제품을 생성하기 위한 방법 및 시스템의 실시예를 설명한다. 개시된 발명은 일반적으로 연선을 형성하기 위한 폴리머 절연 와이어의 트위닝의 맥락에서 설명되지만, 개시된 발명은 예를 들어 폴리머 절연층, 발포체 절연층, 발포체 외피, 크로스 웨브, 폴리머 테이프, 중공 튜브, 로드 필러, 자켓팅 및 다른 폴리머 케이블 구성요소를 포함하는 절연 전도체의 트위닝 이외의 많은 용례에 적용 가능하다는 것이 이해될 수 있을 것이다.

절연 전도체와 같은 폴리머 케이블 구성요소가 연선을 형성하기 위해 와이어를 트위닝할 때와 같이, 압축력을 받게 될 때, 폴리머 구성요소는 압축되거나 다른 방식으로 변형될 수 있다. 폴리머 절연층의 경우, 이러한 변형은 전도성 와이어의 전도체간 간격을 방해하고 와이어 또는 최종 케이블의 전기적 성능에 영향을 미칠 수 있다.

도 1은 전도체(120) 주위에 폴리머 절연층(110)을 갖는 절연 와이어의 단면을 개략적으로 도시하고 있다. 절연 와이어가 힘을 받게 될 때, 절연층(110)이 변형될 수도 있다. 절연층(110)이 변형되는 정도는 압착비에 의해 설명될 수도 있다. 압착비는 변형된 길이/원래 OD^*100으로 정의되고 퍼센트로서 표현된다.

도 2a는 전도체(220) 주위에 폴리머 절연층(210)을 각각 갖는 2개의 절연 와이어의 단면을 개략적으로 도시하고 있다. 도 2a는 2개의 절연 와이어가 서로 접촉하고 있고 원형 폴리머 절연층이 변형되지 않은 것을 도시하고 있다. 도 2a에서 폴리머 절연층(210)의 음영 영역은 2개의 와이어가 함께 트위닝될 때 압축력에 의해 변형되는 영역을 도시하고 있다.

도 2b는 전도체(220) 주위에 폴리머 절연층(210)을 각각 갖는 2개의 절연 와이어의 단면을 개략적으로 도시하고 있다. 도 2b는 압축력이 폴리머 절연층에 변형을 야기한 후 서로 접촉하고 있는 2개의 와이어를 도시하고 있다.

도 2a의 비압착 와이어에 도 2b의 압착된 와이어의 전도체간 거리를 비교하는 것은 2개의 전도체 사이의 거리가 2개의 절연층의 변형에 의해 감소되는 것을 나타낸다. 이러한 유형의 압축은 와이어가 함께 트위닝될 때 또는 다른 압축 이벤트 동안에 발생할 수 있다. 전도체간 거리의 이러한 감소는 트위닝된 와이어와 임의의 최종 케이블의 전기적 성능에 부정적인 영향을 미친다.

폴리머 케이블 구성요소에 인가된 힘은 임의의 특정 와이어 및 케이블 회사에 의해 이용되는 장비의 유형 및 제조자에 의존한다. 예를 들어, 많은 상이한 유형의 케이블링 기계가 있다. 이들 기계의 각각은 케이블링되는 다양한 요소에 대해 고유한 힘을 나타낼 것이다. 와이어 및 케이블 제조자가 얼마나 많은 추가 절연재가 변형을 상쇄하기 위해 설계에 통합되어야 할지를 결정할 때, 궁극적으로 얼마나 많은 추가 절연재가 필요할 것인지를 결정할 것은 거의 재료의 하네스에 대한 지식과 결합된 경험이다.

산업 내에서, 용어 "벽 두께"는 얼마나 많은 절연재 및/또는 자켓팅 재료가 원하는 제품을 생산하는 데 필요한지를 파악하는 데 사용된다. 대부분의 용례 설계는 절대 최소 벽 두께, 평균 최소 벽 두께, 공칭 벽 두께, 및 절대 최대 벽 두께를 가질 것이다. 절연층의 변형 및 침하를 보상할 때, 공칭 벽 두께가 전형적으로 고려된다.

절연 재료가 더 연성일수록, 전형적으로 주어진 조건의 세트 하에서 압축으로 손실된 벽 두께를 보상하는 데 필요한 추가 벽 두께의 양이 더 많아진다. 예로서, FEP는 HDPE 또는 PP보다 더 연성 절연재이고, 더 많은 양의 추가 절연재를 필요로 할 것이다. 절연 재료의 경도를 이해하는 것은 필요한 보상량을 결정하는 데 유용하다. 변형량이 더 양호하게 제어되면, 필요한 추가 절연재의 양이 감소될 수 있다. 이는 최종 제품의 크기 및 비용의 모두에 도움이 될 것이다. 몇몇 실시예에서, 원하는 케이블을 생산하기 위해 추가되는 추가 절연재의 양은, 본 명세서에 설명된 냉각 기술을 사용하지 않고 동일한 조건 하에서 생산된 케이블에 비해 적어도 약 0.0005 인치, 또는 적어도 약 0.001 인치, 적어도 약 0.003 인치, 적어도 약 0.005 인치, 적어도 약 0.01 인치만큼 감소된다.

플루오르화 에틸렌 프로필렌(FEP)과 같은 더 연성 절연 폴리머는 더 경성 폴리머로 제조된 절연층에 비해 힘이 절연층에 인가될 때 증가된 변형을 가질 가능성이 더 크다. 발포체 절연층은 또한 고체 폴리머보다 변형에 더 민감할 수도 있다.

절연층의 변형에 대한 저항은 일반적으로 절연 재료의 경도로 측정되거나 설명될 수 있다. 설명된 바와 같이, 경도는 기계적 압입 또는 마모에 의해 유도된 국부 소성 변형에 대한 저항의 척도이다. 일반적으로, 상이한 재료는 그 경도가 상이하다. 몇몇 실시예에서, 영 모듈러스는 압축력의 결과로서 발생하는 변형의 정도에 영향을 미칠 수도 있다. 영 모듈러스는 소성 영역이 아니라, 탄성 영역에서 고체 재료의 강성을 측정하는 기계적 특성이다. 이는 재료의 응력(단위 면적 당 힘)과 변형률(변형) 사이의 관계를 정의한다. 영 모듈러스가 높을수록, 동일한 힘 하에서 재료가 덜 탄성 변형될 것이다.

폴리머 절연층의 경도 및 영 모듈러스를 증가시키는 하나의 방법은 폴리머 재료를 냉각시키는 것이다. 이러한 냉각은 예를 들어, 재료를 냉각된 액체 또는 가스와 같은 냉각된 유체에 직접 또는 간접적으로 노출시키는 것과 같은 임의의 적당한 방법에 의해 달성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 폴리머 케이블 구성요소는 냉각된 물 또는 수용액에 노출될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 폴리머 케이블 구성요소는 액체 질소와 같은 극저온 유체에 노출될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 폴리머 케이블 구성요소는 냉각된 가스 또는 증기에 노출될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 폴리머 케이블 구성요소는 하나 또는 복수의 냉각된 휠, 롤러, 튜브, 또는 다른 고체 표면에 노출될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 폴리머 케이블 구성요소는 간접적으로 냉각될 수도 있다. 예를 들어, 폴리머 케이블 구성요소는 튜브의 외부가 냉각되는 동안 튜브의 내부를 통과할 수도 있다. 튜브 내의 분위기가 냉각될 것이고 이에 의해 폴리머 케이블 구성요소를 냉각시킨다. 본 명세서에 설명된 발명은 일반적으로 극저온 유체의 맥락에서 설명되지만, 이들 방법 중 임의의 것이 또한 또는 대안적으로 사용될 수도 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다.

몇몇 상황에서, 폴리머 절연층의 전체 두께를 냉각하는 데 요구되는 시간은 비실용적일 수도 있다. 일 실시예에서, 개시된 발명은 절연층의 내부 벌크를 동일한 정도로 냉각시키지 않고 절연층의 외부 표면을 냉각시킨다. 몇몇 실시예에서, 절연층의 외부 부분만을 냉각시키는 것은, 외부 표면이 전형적으로 제조 동안 압축력을 가장 많이 받게 되는 절연층의 부분이기 때문에, 절연층의 총 변형을 감소시키는 것을 돕는다.

도 3은 전도체(340) 주위에 폴리머 절연층을 갖는 절연 와이어의 단면을 개략적으로 도시하고 있다. 도 3에 도시되어 있는 실시예의 절연층은 단일 균질 폴리머 층이지만, 도 3은 명료화를 위해 별개의 동심원 부분으로 분할되는 것으로서 균질 절연층을 도시하고 있다. 폴리머 절연층의 외부 표면(310)은 일반적으로 외부 환경에 노출되고 임의의 외부 압축력을 먼저 받게 된다. 절연층의 외부 부분(320)은 외부 표면 바로 아래에 있다. 절연층(330)의 내부 벌크는 전도체(340)를 둘러싸고 절연층의 외부 표면(310) 및 외부 부분(320)이 내부 벌크(330)에 영향을 미치기 전에 모두 변형되어야 하기 때문에 외부 압축력을 가장 적게 받게 된다.

폴리머 절연 와이어가 냉각된 액체 또는 예를 들어, 액체 질소와 같은 극저온 유체에 노출될 때, 외부 표면(310)은 극저온 유체와 직접 접촉함에 따라 급속하게 냉각된다. 절연층의 외부 부분(320)은 열이 절연층 외부로 그리고 극저온 유체 내로 견인됨에 따라 다음에 냉각될 것이다. 절연층의 외부 부분이 냉각되는 속도는 절연층을 형성하는 폴리머 재료의 열 전도도에 기초하여 달라질 것이다. 절연층의 내부 벌크(330)는 외부 표면 및 외부 부분 이후에 냉각될 것이다. 내부 벌크(330)로부터 외부 부분(320)을 분리하는 날카로운 라인보다는 온도 구배가 형성될 것이라는 것이 이해될 수 있을 것이다.

절연층의 외부 표면 및 외부 부분이 냉각됨에 따라, 절연층의 이들 부분의 경도가 증가될 것이다. 몇몇 실시예에서, 이는 절연층의 비교적 더 높은 온도의 내부 벌크를 둘러싸는 절연층의 외부 부분 상에 경화된 "외피"를 생성한다.

절연층이 극저온 유체와 충분히 오랫동안 접촉 유지되면, 결국, 절연층의 전체 벌크가 냉각될 것이고, 전체 절연층의 경도가 증가할 것이다. 그러나, 와이어 및 케이블 제조 시설은 일반적으로 비교적 높은 속도로 케이블을 생산한다. 케이블이 비교적 높은 속도로 이동하는 동안 절연층의 전체 두께를 냉각하기 위해, 냉각 장비의 길이가 특정 용례에 바람직한 것보다 더 길어야 할 수도 있다. 개시된 발명의 실시예를 사용함으로써, 필요한 냉각 장비의 길이가 감소될 수도 있고, 절연층의 변형이 최소화될 수도 있다. 균질한 폴리머 절연층 내에 경화된 외피를 생성함으로써, 절연 와이어가 함께 트위닝될 때 또는 폴리머 절연 와이어가 다른 외부 압축력에 노출될 때 압착비가 감소될 수 있다.

폴리머 절연 전도체가 극저온 유체 또는 다른 냉각 매체로부터 제거되고 주위 분위기에 노출될 때, 폴리머 절연재를 주위 온도로 복귀하기 시작할 것이라는 것이 이해될 수 있을 것이다. 온도가 증가함에 따라, 폴리머 절연재의 경도가 감소하고, 폴리머 절연재는 압축력에 의해 변형되는 것에 더 민감해지게 될 것이다. 개시된 발명의 몇몇 실시예에서, 폴리머 절연층 또는 층은 예를 들어, 연선을 형성하기 위한 트위닝과 같은 압축 이벤트를 받게 되기 직전에 냉각된다. 몇몇 용례에서, 절연 전도체가 이동하는 속도와 냉각 용기와 트위너 권취부 사이의 거리는, 냉각 후 그러나 압축력을 받게 되기 전에 폴리머 절연 전도체가 주위 분위기에 노출되는 시간을 결정할 것이다. 몇몇 실시예에서, 냉각 용기의 단부는 폴리머 절연 전도체가 후속 압축력을 받게 되는 지점으로부터 10 피트 미만이다. 몇몇 실시예에서, 냉각 용기의 단부는 폴리머 절연 전도체가 후속 압축력을 받게 되는 지점으로부터 8 피트, 6 피트, 4 피트 또는 2 피트 미만 이격되어 있다.

주어진 재료의 하네스는 그 재료의 온도에 의존한다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 이에 따라, 주어진 재료의 온도가 증가하고 감소함에 따라, 경도는 각각 감소하고 증가한다. 몇몇 실시예에서, 재료는 냉각될 것이고, 이에 의해 압축력 직전에 경도를 상승시키고 이어서 주위 온도로 복귀되도록 허용될 것이다. 압축력시 경도를 증가시키는 것은, 경도가 단지 일시적으로 증가하더라도 재료가 압축력에 의한 변형에 저항하는 것을 도울 수 있다.

개시된 발명은 폴리머 절연 재료의 조성에 대한 변경을 필요로 하지 않는다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 폴리머 절연층의 조성은 폴리머 절연재가 냉각되는 동안 불변 유지되어, 이에 의해 그 경도를 증가시킨다. 폴리머 절연층의 조성은 절연재가 임의의 압축력 또는 변형력을 받게 됨에 따라 그리고 폴리머 절연재가 주위 온도로 복귀하도록 허용되어, 이에 의해 그 경도를 감소시킴에 따라 불변 유지된다.

몇몇 실시예에서, 전도체는 절연재의 하나 초과의 층에 의해 절연될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 전도체는 예를 들어, 폴리머 발포체 층 및 또한 고체 폴리머 층에 의해 절연될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 폴리머 절연재의 다수의 층은 상이한 폴리머로 제조될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 폴리머 절연재의 다수의 층은 동일한 폴리머로 제조될 수도 있다. 절연재의 각각의 층은 임의의 다른 절연층과는 상이한 두께일 수도 있거나 대략 동일한 두께일 수도 있다.

온도 구배가 더 두꺼운 폴리머 절연층의 벌크 내로 전파될 필요가 있기 때문에, 더 두꺼운 폴리머 절연층은 더 얇은 폴리머 절연층에 비해 더 높은 경도에 도달하는 데 더 많은 시간을 필요로 할 수도 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 몇몇 실시예에서, 절연 전도체가 극저온 유체에 노출되는 노출 시간은 폴리머 절연층의 두께에 기초하여 조정될 수도 있다.

몇몇 실시예에서, 단일 케이블 내에 포함된 다수의 연선의 각각의 전도체의 몇몇은 상이한 시간 동안 극저온 유체에 노출될 수도 있다. 전도체가 극저온 유체에 노출되는 시간을 제어함으로써, 압착의 정도 및 연선의 최종 전기적 특성이 조절될 수 있다.

몇몇 실시예에서, 폴리머 절연 전도체의 경도를 증가시킴으로써, 전도체는 압축력에 의해 변형되기보다는 일반적으로 원형 단면을 유지할 것이다. 이는 2개의 폴리머 절연 전도체 사이의 표면간 접촉량을 감소시키고 절연 전도체 사이의 마찰력 또는 비틀림력을 감소시킬 수 있다.

몇몇 실시예에서, 폴리머 절연 전도체 또는 다른 폴리머 케이블 구성요소는 압축력을 받게 되기 전에 경도를 증가시키기 위해 냉각된다. 몇몇 실시예에서, 폴리머 케이블 구성요소의 감소된 온도는 압축력에 의해 폴리머 케이블 구성요소 내에 발생된 임의의 열을 상쇄한다. 몇몇 실시예에서, 압축 이벤트 동안 또는 직후에 폴리머 케이블 구성요소의 온도는 주위 온도 이하이다.

몇몇 실시예에서, 개시된 발명은 연선을 형성하기 위해 폴리머 절연 와이어를 트위닝하기 위해 이용될 수 있다. 연선 배선은 전형적으로 트위너라 지칭되는 기계를 사용하여 2개의 폴리머 절연 와이어를 서로 주위에 트위스팅함으로써 제조된다. 연선을 형성하기 위해 와이어를 트위닝하는 프로세스는 서로 접촉하는 지점에서 2개의 와이어 사이에 압축력을 생성한다. 이 압축력은 연선의 피치 또는 트위스트 속도가 증가함에 따라 증가한다.

연선을 형성하기 위해 와이어를 트위닝하는 목적은 와이어의 전자기 호환성을 개선하는 것이다. 연선 배선은 쌍으로부터의 전자기 방사선을 감소시키고 비트위스트 와이어에 비해 인접한 연선 사이의 누화 및 전자기 간섭을 감소시킨다. 하나의 연선이 단일 쌍 이더넷 케이블을 형성하는 데 사용될 수 있거나, 또는 다수의 연선이 이더넷 케이블링을 포함하여, 다양한 다른 형태의 케이블링을 형성하기 위해 조합될 수 있다. 연선의 각각의 절연 전도체는 연선 내의 다른 절연 전도체의 거울인 것이 바람직하다. 연선 내의 2개의 절연 전도체가 서로의 거울일 때, 이는 절연 전도체 사이의 개선된 노이즈 제거를 달성하고 균형화된 쌍 시스템을 생성한다. 종종, 연선 내에 포함된 전도체 주위의 절연층은 압축력에 의해 상이하게 영향을 받는다. 이는 2개의 절연 전도체 사이에 차이를 야기할 수 있고 불균형을 유도하여 최종 제품에 바람직하지 않은 결과인 감소된 노이즈 제거를 야기할 수 있다.

일 실시예에서, 폴리머 절연 와이어를 트위닝 기계 내에 공급하기 전에, 절연 와이어는 냉각 용기를 통과한다. 몇몇 실시예에서, 냉각 용기는 절연 와이어를 극저온 유체에 노출시키고, 이에 의해 폴리머 절연층의 적어도 외부 표면의 경도를 증가시킨다. 몇몇 실시예에서, 냉각 용기는 예를 들어, 액체 질소와 같은 극저온 유체의 풀을 수용한다. 몇몇 실시예에서, 냉각 용기는 극저온 유체의 스프레이를 수용한다. 냉각 용기는 임의의 폴리머 케이블 구성요소를 임의의 형태의 냉각 매체에 노출시키는 데 사용될 수도 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 명료화를 위해, 개시된 발명은 극저온 유체의 맥락에서 설명될 것이지만 냉각된 공기 또는 임의의 다른 가스 또는 증기 뿐만 아니라 냉각된 물 또는 임의의 다른 냉각된 액체 또는 냉각된 고체 표면이 사용될 수 있다.

도 4a는 일 실시예에 따른 냉각 용기(410)의 개략도를 도시하고 있다. 도 4a에 도시되어 있는 바와 같이, 절연 와이어(420)는 극저온 유체(430)의 표면 아래에서 냉각 용기 내의 구멍(440)을 통해 냉각 용기(410)에 진입할 수도 있고, 이에 의해 절연 와이어를 극저온 유체(430)의 풀 내에 침지될 수도 있다. 냉각된 절연 와이어(420)는 냉각 용기 측면의 유사한 구멍(440)을 통해 냉각 용기(410)에서 진출할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 가요성 개스킷, 멤브레인 또는 밸브가 냉각 용기 외부로의 극저온 유체의 유동을 제한하는 데 사용될 수도 있다.

도 4b는 일 실시예에 따른 냉각 용기(411)의 다른 개략도를 도시하고 있다. 몇몇 실시예에서, 절연 와이어(421)는 휠, 롤러, 또는 와이어 가이드(441)를 사용하여 극저온 유체(431)의 풀 내로 하향으로 라우팅된다. 이는 냉각 용기가 누설 없이 액체의 풀을 유지할 수 있게 한다. 몇몇 실시예에서, 냉각 용기는 와이어가 냉각 용기에 진입할 수 있게 하고 증발 또는 소산으로 인한 극저온 유체의 총 손실을 감소시키는 구멍을 갖는 상부 또는 덮개(도시되어 있지 않음)를 포함한다.

도 4c는 일 실시예에 따른 냉각 용기(412)의 다른 개략도를 도시하고 있다. 몇몇 실시예에서, 냉각 용기(412)는 극저온 유체 또는 다른 냉각된 액체 또는 가스를 절연 와이어(422) 상에 스프레이하는 하나 이상의 노즐(432)이 장착된다. 몇몇 실시예에서, 절연 와이어(422)는 냉각 용기 또는 연관 장비와 물리적으로 접촉하지 않고, 이에 의해 냉각 전에 임의의 압축력을 회피한다. 몇몇 실시예에서, 절연 와이어는 극저온 유체로 스프레이되도록 작은 구멍(442)을 통해 냉각 챔버에 진입 및 진출한다. 몇몇 노즐 실시예에서 극저온 액체의 스탠딩 풀이 없기 때문에, 극저온 유체의 손실은 그다지 문제가 되지 않는다.

몇몇 실시예는 전술된 냉각 용기의 조합을 포함한다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 몇몇 실시예에서, 다수의 냉각 용기가 특정 원하는 효과를 달성하기 위해 직렬로 사용될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 단일 냉각 챔버는 냉각 챔버를 동시에 통과하는 하나, 2개, 또는 다수의 절연 전도체를 가질 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 단일 냉각 챔버는 단일 연선으로 형성될 2개의 와이어를 냉각하는 데 사용될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 단일 냉각 챔버는 복수의 연선을 형성하는 데 사용될 수도 있는 복수의 절연 와이어를 냉각하는 데 사용될 수도 있다.

몇몇 실시예에서, 냉각 용기는 적어도 약 2 피트 길이 또는 약 4 피트 길이, 또는 약 6 피트 길이, 또는 약 10 피트 길이, 또는 약 15 피트 길이일 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 냉각 용기는 최대 약 20 피트 길이, 또는 약 15 피트 길이, 또는 약 10 피트 길이, 또는 약 8 피트 길이, 또는 약 6 피트 길이이다. 몇몇 실시예에서, 하나 이상의 도르래, 휠, 캡스턴, 및/또는 롤러가 냉각 용기 내에서 폴리머 케이블 구성요소의 경로를 재지향하기 위해 냉각 용기 내에 사용될 수도 있다. 이 배열은 냉각 용기의 길이를 증가시키거나 구성요소의 라인 속도를 감속하지 않고 폴리머 케이블 구성요소가 더 긴 시간 기간 동안 냉각 용기 내에 남아 있을 수 있게 할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 폴리머 케이블 구성요소는 증발된 극저온 증기가 극저온 액체 위로 상승되어 있는 용기의 상부 증기 영역에서 냉각 용기에 진입하고, 이후에 액체 극저온 유체가 남아 있는 용기의 액체 영역을 통과하도록 재지향된다. 이 배열은 폴리머 케이블 구성요소가 극저온 액체와 접촉하기 전에 초기에 극저온 증기로 열을 전달할 수 있게 하여, 이에 의해 극저온 액체로 전달되는 총 열 부하를 감소시키고 냉각 용기 내에서 폴리머 케이블 구성요소의 총 체류 시간을 증가시킨다.

절연 와이어가 극저온 유체에 노출되는 시간의 길이는 냉각 용기의 길이와 절연 와이어가 이동하는 속도에 의존할 것이다. 몇몇 실시예에서, 와이어는 적어도 약 1초, 또는 적어도 약 2초, 또는 적어도 약 4초, 또는 적어도 약 6초, 또는 적어도 약 8초, 또는 적어도 약 10초 동안 극저온 유체에 노출된다. 몇몇 실시예에서, 와이어는 최대 약 30초, 또는 최대 약 20초, 또는 최대 약 10초, 또는 최대 약 8초, 또는 최대 약 6초, 또는 최대 약 4초 동안 극저온 유체에 노출된다.

몇몇 실시예에서, 냉각 용기에서 진출한 후, 절연 와이어는 트위너로 진입하고, 여기서 제2 냉각된 절연 와이어 주위에 트위스팅되어 2개의 절연층의 변형이 더 적은 연선을 형성한다. 몇몇 실시예에서, 절연 와이어는 냉각 용기에서 진출한 후 약 1초 이내에, 또는 냉각 용기에서 진출한 후 약 2초 이내, 또는 약 4초 이내에 트위너에 진입한다. 몇몇 실시예에서, 냉각 용기는, 폴리머 절연 와이어의 증가된 경도가 약 10% 초과만큼 감소되거나 약 20% 초과만큼 감소되거나, 또는 약 30% 초과만큼 감소되기 전에 폴리머 절연 와이어가 압축력을 경험하도록 절연 와이어 상에 압축력을 인가하는 트위너 또는 다른 디바이스에 대해 위치된다. 달리 말하면, 몇몇 실시예에서, 냉각 용기는, 폴리머 절연 와이어가 상당히 가온되어, 이에 의해 그 경도를 감소시키기 전에 냉각 용기에서 진출하는 폴리머 절연 와이어가 임의의 후속 압축력을 경험하도록 위치된다.

몇몇 실시예에서, 하나 또는 다수의 2차 구조체는, 냉각 챔버에서 진출한 후 폴리머 절연 전도체 주위에 주위 온도보다 더 차가운 분위기를 유지하도록 위치될 수도 있다. 도 5a는 냉각 용기를 떠날 때 폴리머 절연 전도체(520) 주위에 위치된 2차 구조체(550)를 갖는 냉각 용기(510)의 일 예를 도시하고 있다. 몇몇 실시예에서, 2차 구조체(550)는 와이어가 트위닝 프로세스의 일부로서 압축력을 받게 되기 전에 폴리머 절연 와이어 주위에 냉각된 분위기를 유지하도록 배열된 중공 튜브이다. 2차 구조체(550)는 예를 들어, 금속 및/또는 폴리머를 포함하는 임의의 열 전도성 재료로 제조될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 2차 구조체(550)는 와이어가 임의의 압축력 또는 변형력을 받게 되기 전에 증가된 경도를 유지하기 위해 냉각 챔버에서 진출함에 따라 다수의 와이어를 둘러싸도록 배열된 더 큰 튜브일 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 2차 구조체(550)는 튜브 내의 폴리머 케이블 구성요소의 체류 시간을 조정하기 위해 신장 및/또는 수축될 수 있는 조정 가능한 길이를 갖는 튜브일 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 2차 구조체는 상부 또는 덮개와 같은 제거 가능하거나 개방 가능한 부분을 포함한다. 이러한 실시예에서, 2차 구조체는 와이어 또는 케이블 라인의 초기 트레딩(treading) 또는 레이싱(lacing)을 허용하도록 개방될 수도 있고, 이어서 2차 구조체 내에서 주위 분위기를 배제하고 주위보다 더 차가운 분위기를 유지하기 위해 폐쇄될 수도 있다.

몇몇 실시예에서, 2차 구조체는 냉각 용기로부터 극저온 유체를 수용하도록 배열된다. 일 예에서, 2차 구조체는 냉각 용기 내에 수용된 액체 질소의 증발 풀로부터 차가운 질소 증기를 수용하도록 배열될 수도 있다. 냉각 용기를 떠나는 와이어 주위에 주위 온도보다 더 차가운 분위기를 유지함으로써, 2차 구조체는 와이어가 냉각 용기로부터 압축력을 수반하는 트위너 또는 다른 후속 단계로 이동함에 따라 증가된 경도를 유지하는 것을 도울 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 냉각 용기 외부로 누설되는 임의의 극저온 유체는 2차 구조체에 의해 수용된다. 극저온 액체의 경우, 2차 구조체에 수용되는 극저온 액체는 2차 구조체 내에서 증발하여, 이에 의해 2차 구조체 내에 냉각된 분위기를 생성하고 제조 현장 상의 임의의 극저온 액체의 누설을 방지할 수도 있다.

몇몇 실시예에서, 2차 용기는 냉각 용기, 트위너 또는 모두에 연결될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 2차 구조체는 냉각 용기로부터 2차 구조체를 통해 트위너 내로 팽창 또는 증발 극저온 증기를 유도할 수도 있다. 이러한 실시예에서, 트위너 내의 분위기는 트위너를 둘러싸는 주위 분위기보다 더 낮은 온도로 유지될 수도 있다.

본 발명은 일반적으로 폴리머 케이블 구성요소를 극저온 유체에 노출시키는 맥락에서 설명되지만, 폴리머 케이블 구성요소를 냉각하여, 이에 의해 그 경도를 상승시키는 다른 방법이 또한 사용될 수도 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다.

몇몇 실시예에서 폴리머 케이블 구성요소는 냉각된 튜브의 내부를 통과할 수도 있다. 튜브의 외부는 냉각된 또는 극저온 유체와 같은 냉각 매체에 노출되어, 이에 의해 튜브 자체의 온도를 감소시킬 수도 있다. 이러한 실시예에서, 냉각된 튜브 내의 분위기는 열이 튜브로부터 냉각된 또는 극저온 유체로 끌어당겨짐에 따라 냉각된 또는 극저온 유체에 의해 간접적으로 냉각될 것이다. 폴리머 케이블 구성요소는 튜브 내의 냉각된 분위기로의 그 노출에 의해 냉각될 수도 있어, 이에 의해 폴리머 케이블 구성요소의 경도를 상승시킬 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 튜브는 튜브를 통과하는 폴리머 케이블 구성요소보다 단지 약간 더 클 수도 있다. 튜브의 내부 표면과 폴리머 케이블 구성요소 사이의 거리를 감소시킴으로써 폴리머 케이블 구성요소의 냉각 정도가 제어될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 튜브는 튜브를 통한 폴리머 케이블 구성요소의 초기 레이싱을 용이하게 하기 위해 튜브가 개방되도록 허용하는 제거 가능한 덮개 또는 힌지식으로 부착된 덮개를 가질 수도 있다. 일단 튜브가 폐쇄되면, 튜브의 외부는 튜브 내에 냉각된 내부 분위기를 설정하기 위해 냉각된 또는 극저온 유체에 노출될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 튜브는 신축식이거나 또는 연속 작업 동안 튜브의 길이를 증가 또는 감소시키기 위해 모듈식 구성요소를 사용할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 이는 작업자가 튜브, 튜브 길이, 및/또는 튜브 구성요소를 변경하기 위해 생산을 중단하지 않고 튜브의 냉각된 분위기 내에서 폴리머 케이블 구성요소의 총 체류 시간을 조정하는 것을 허용한다.

도 5b는 전술된 바와 같은 냉각된 튜브 실시예를 개략적으로 도시하고 있다. 예시된 실시예에서, 튜브(610)는 냉각된 재료(620)를 통과하여, 이에 의해 튜브(610) 내에 냉각된 분위기를 생성한다. 폴리머 케이블 구성요소(605)는 냉각된 튜브(610)를 통과하고 튜브(610) 내의 냉각된 분위기에 노출된다. 예시된 실시예에서, 열 교환기(630)가 냉각된 재료(620)의 온도를 제어하는 데 사용될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 냉각된 재료(620)의 온도는 튜브(610) 내의 분위기의 온도에 응답하여 조정될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 냉각된 재료(620)는 튜브(610) 주위를 순환하는 냉각된 액체일 수도 있다. 튜브(610) 내부의 분위기가 바람직한 범위를 넘어 증가하면, 냉각된 액체가 더 빠르게 순환될 수도 있고, 또는 냉각된 액체의 온도는 튜브(610) 내의 분위기의 온도가 바람직한 범위로 내려갈 때까지 감소될 수도 있다.

몇몇 실시예에서, 냉각된 튜브는 특정 양의 냉각된 재료가 튜브의 내부 내로 이동할 수 있게 하도록 구성된 입구 구멍 또는 슬릿을 포함한다. 이들 구멍 또는 슬릿의 크기, 형상 및 수는 예상되는 조건에 따라 상이하게 배열될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 냉각된 재료는 구멍 또는 슬릿을 통해 튜브에 진입하도록 허용된 극저온 액체이다. 이는 튜브 내의 온도를 감소시키고 또한 폴리머 케이블 구성요소와 극저온 액체 사이의 일부 직접 접촉을 허용할 것이다. 몇몇 실시예에서, 튜브에 진입하도록 허용되는 극저온 액체의 양은, 동작 조건하에서, 튜브에 진입하는 모든 극저온 액체가 튜브 내에서 증발하도록 조정될 수 있다. 이는 극저온 액체가 냉각 디바이스 외부로 누설되는 것을 방지하고 폴리머 케이블 구성요소의 더 빠른 및/또는 더 많은 냉각을 허용할 것이다.

몇몇 실시예에서, 냉각된 휠, 롤러 또는 도르래는 폴리머 케이블 구성요소의 경도를 증가시키기 위해 사용될 수도 있다. 와이어 및 케이블 제조는 일반적으로 프로세스 지시하고, 장력을 제어하고 그리고/또는 케이블링 구성요소를 축적하는 것과 같은 다양한 상이한 목적을 위해 다수의 휠, 롤러 및/또는 도르래를 수반하는 연속 프로세스이다. 폴리머 케이블 구성요소가 이들 휠에 접촉할 때, 적어도 약간의 압축력이 케이블 구성요소에 인가된다. 몇몇 실시예에서, 냉각된 또는 극저온 유체는 휠의 내부를 통과하여, 이에 의해 휠을 냉각시킬 수도 있다. 휠의 고체 표면이 회전함에 따라, 이는 상당한 추가 변형력을 생성하지 않고 회전 표면과 접촉하는 폴리머 케이블 구성요소를 냉각할 수 있다. 폴리머 케이블 구성요소가 휠에 접촉할 때, 이는 적어도 약간 냉각되어 그 결과 더 경성이 될 것이다. 몇몇 실시예에서, 일련의 냉각된 휠, 롤러 또는 도르래는 케이블 구성요소와 냉각된 표면 사이의 노출 시간을 증가시키는 데 사용될 수 있어, 이에 의해 케이블 구성요소가 후속 압축력을 경험하기 전에 원하는 정도의 경도에 도달할 수 있게 한다.

몇몇 실시예에서, 액체 또는 고체 냉각 매체를 사용하는 것보다, 냉각된 공기 또는 다른 냉각된 가스 또는 증기가 폴리머 케이블 구성요소의 온도를 낮추고 경도를 증가시키는 데 사용될 수 있다. 와이어 및 케이블 제조의 계절적 변동은 알려진 현상이다. 더 따뜻한 달에는, 제조 시설은 더 높은 주위 온도를 가질 수도 있다. 이는 특정 시설에서 사용되는 폴리머 케이블 구성요소의 온도의 증가 및 대응하는 경도의 감소를 유도할 수 있다. 이러한 계절적 변동을 해결하기 위해, 몇몇 제조 시설은 시설 내에 비교적 일정한 온도를 유지하기 위해 표준 공조를 이용한다. 그러나, 제조된 케이블의 전기적 성능을 증가시키는 것은 전체 제조 시설 전반에 걸쳐 적당한 온도를 유지하는 것을 필요로 하지는 않는다.

몇몇 실시예에서, 공조 장비는 차가운 공기를 트위너 내로 또는 폴리머 케이블 구성요소를 둘러싸는 냉각 챔버 내로 직접 유도하는 데 사용될 수 있다. 폴리머 케이블 구성요소를 둘러싸는 분위기의 온도를 감소시킴으로써, 폴리머의 경도는 압축 이벤트 직전 또는 중에 증가될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 공조 장비는 제조 시설 전반에 걸쳐 양호하게 허용될 것보다 더 낮은 온도에 있는 공기를 발생하기 위해 사용될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 공조 시스템은 폴리머 케이블 구성요소 상에 약 60℉ 미만인 공기를 유도하도록 구성될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 공조 또는 냉동 시스템은 폴리머 케이블 구성요소 상에 약 50℉ 미만 또는 약 40℉ 미만, 또는 약 30℉ 미만, 또는 약 20℉ 미만, 또는 약 10℉ 미만 또는 약 0℉ 미만인 공기를 유도하도록 구성될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 공조 또는 냉동 시스템은 폴리머 케이블 구성요소 상에 약 10℃ 미만 또는 약 5℃ 미만, 또는 약 0℃ 미만, 또는 약 -5℃ 미만, 또는 약 -10℃ 미만 또는 약 -15℃ 미만인 공기를 유도하도록 구성될 수도 있다.

몇몇 실시예에서, 구조체는 압축 이벤트 전 또는 동안에 폴리머 케이블 구성요소 주위에 주위보다 더 차가운 분위기를 포함하는 데 사용될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 트위너 권취 디바이스 주위의 챔버는 주위보다 더 차가운 분위기를 포함하는 데 사용될 수도 있다. 몇몇 용례를 위해 많은 양의 매우 차가운 공기를 발생하기 위해 특수 냉동 장비가 필요할 수도 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 경도를 증가시키는 것이 압축력으로 인한 변형을 감소시키는 것을 도울 것인 제조 프로세스의 임의의 단계에서 차가운 공기가 폴리머 케이블 구성요소에 인가될 수도 있다는 것이 또한 이해될 수 있을 것이다.

일 예시적인 예에서, 플루오르화 에틸렌 프로필렌(FEP) 절연 와이어의 다수의 연선이 19 m/minute 또는 약 63 feet/minute의 라인 속도에서 생성되었다. 트위너 파라미터는 분당 3,000회 트위스트 및 6.2 mm의 꼬임 길이로 설정되었다. 트위너에 진입하기 전에, 와이어는 냉각 용기를 통과하고 다양한 시간 동안 액체 질소에 침지되었다. 최종 연선의 압착비는 컴퓨터 단층 촬영(CT) 스캔을 사용하여 검사되었다.

이하의 표 1은 3회의 시험에 걸쳐 수집된 데이터의 표를 나타내고 있다. 각각의 시험은 다양한 길이의 냉각 용기를 통과한 4개의 샘플을 포함한다. 냉각 용기의 길이는 0 피트(대조군)로부터 2 피트, 4 피트 및 6 피트까지 다양했다. 전술된 라인 속도를 포함하는 트위닝 파라미터는 모든 시험 전반에 걸쳐 일정하게 유지되었다.

표 1 - 분쇄비

표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 평균 압착비는 냉각 용기의 증가하는 길이에 따라 감소했다. 19 meters/minute의 라인 속도는 대략 초당 1 피트이고, 따라서 피트 단위의 냉각 용기의 길이는 초 단위로 측정된 절연 와이어가 액체 질소에 노출된 시간과 대략 동일하다.

도 6은 표 1에 제시된 데이터의 그래프를 도시하고 있다. 도 6의 그래프 및 표 1에 의해 알 수 있는 바와 같이, 평균 압착비는 FEP 절연 와이어가 액체 질소에 노출되지 않았을 때 6.74%로부터, FEP 절연 와이어가 약 6초 동안 액체 질소에 노출되었을 때 1.09%로 감소한다. 이는 약 6초 만에 약 83%의 압착비의 감소를 나타낸다.

표 2(이하)는 다양한 길이에 대한 액체 질소에 노출된 FEP 절연 와이어의 샘플의 표면 온도를 나타내고 있다. 표면 온도는 FEP 절연 와이어가 냉각 챔버를 통과한 후 트위닝됨에 따라 온도 프로브를 사용하여 측정되었다. 라인 속도를 포함하는 트위닝 파라미터는 전술된 파라미터와 일치한다.

[표 2] - FEP 절연 와이어의 표면 온도

도 7은 단일 그래프 상에 제시된 표 1 및 표 2의 모두에 제시된 데이터를 도시하고 있다. 도 7로부터 알 수 있는 바와 같이, FEP 코팅된 와이어의 표면 온도는 약 2초의 액체 질소로의 노출 후에 상당히 강하되었고 이어서 더 느린 속도로 계속 강하되었다. FEP 절연 와이어의 압착비는 약 2초의 액체 질소로의 노출 후에 강하되었고 냉각 용기의 길이와 와이어가 액체 질소에 노출되는 시간이 증가함에 따라 계속 강하되었다.

절연 와이어의 표면 온도의 감소 뿐만 아니라 대응하는 압착비의 감소는 압착비를 감소시키기 위해 연장된 시간 기간 동안 극저온 유체에 절연 와이어를 항상 노출시킬 필요가 있는 것은 아니라는 것을 나타내고 있다. 몇몇 실시예에서, 압착비를 극적으로 감소시키기 위해 절연층의 전체 두께의 온도를 감소시킬 필요는 없다. 절연층의 외피가 냉각될 수 있어, 이에 의해 절연층의 외부 부분의 경도가 증가하고 절연 와이어를 트위닝함으로써 생성되는 압착량을 감소시킬 수 있다.

이론에 의해 구속되지 않고, 감소하는 압착비는 FEP 절연 와이어의 외부 부분의 증가하는 경도로 인한 것으로 고려된다. 절연 와이어가 더 긴 시간 기간 동안 액체 질소에 노출됨에 따라, 증가된 경도를 갖는 절연층의 외부 부분의 두께가 증가한다. 와이어가 더 긴 시간 기간 동안 액체 질소에 노출됨에 따라, 폴리머 절연층의 외부 표면에서의 경도 증가의 정도가 또한 증가할 수도 있다.

폴리머 절연 와이어를 액체 질소 또는 다른 극저온 유체에 짧은 시간 기간 동안 노출시킴으로써, 경화된 폴리머의 외피가 균질 폴리머 층 내에 형성될 수도 있다. 이 경화된 폴리머 층은 와이어가 외력에 노출될 때 폴리머 절연층의 변형을 감소시킨다. 폴리머 절연재의 변형을 감소시킴으로써, 전도체간 거리가 더 일관적으로 유지될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 개시된 방법을 사용함으로써, 사용된 폴리머 절연재의 총량이 동일한 전도체간 거리를 유지하면서 감소될 수 있다. 몇몇 경우에, 폴리머 절연층의 변형을 감소시키는 것은 와이어 및 최종 케이블의 전기적 성능을 증가시킨다. 변형량을 감소시키는 것은 또한 각각의 절연 전도체의 형상을 유지하는 것을 보조하는데, 이는 연선의 2개의 절연 전도체 사이의 전기적 일관성을 개선시키고 연선의 균형을 유지한다.

몇몇 실시예에서, 폴리머 절연층의 외부 표면은 0℃ 미만으로 감소되는 반면 폴리머 절연층의 내부 부분은 약 5℃ 초과로 유지된다. 몇몇 실시예에서, 폴리머 절연층 두께의 절반 미만은 약 5℃ 미만의 온도를 가질 것이다.

몇몇 실시예에서, 폴리머 절연층 또는 폴리머 절연층의 일부는 발포 폴리머일 수도 있다. 이러한 실시예에서, 발포 폴리머 절연재는 제조 프로세스 중에 생성된 많은 작은 에어 포켓을 포함한다. 공기는 우수한 전기 절연체로 알려져 있고, 따라서 폴리머 절연층 전반에 걸쳐 에어 포켓을 포함하는 것은 절연층의 유전 상수를 감소시킨다. 이는 공기의 유전 상수가 1.0이고, 이는 FEP(2.0), 폴리에틸렌(2.3), 폴리염화비닐(3.5)과 같은 다른 재료의 유전 상수보다 바람직하기 때문이다.

공기는 우수한 유전값을 갖지만, 기계적 경도를 제공하지 않는다. 따라서, 공기를 포함하는 발포체 재료 또는 다른 폴리머 구성요소는 공기를 포함하지 않는 유사한 구성요소보다 더 낮은 경도를 가질 것이다. 공기는 임의의 수의 방법(소형 셀, 대형 셀, 공동 등)으로 폴리머 케이블 구성요소에 포함될 수 있기 때문에, 궁극적으로 강도는 고체 폴리머를 대체하는 공기의 퍼센트 및 이용된 공기 공동의 크기에 따라 감소될 것이다. 몇몇 실시예에서, 본 명세서에 설명된 경도를 증가시키기 위한 방법은 공기로 대체되지 않은 나머지 폴리머 재료의 경도를 증가시키는 데 유용하다. 발포 폴리머는 고체 폴리머보다 변형에 더 민감하기 때문에, 변형에 대응하도록 추가된 추가 재료의 양이 증가될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 발포 폴리머 재료의 쇼어 D 경도는 압축 이벤트 전 또는 동안 20℃에서 유사한 재료에 비해 적어도 약 10%만큼 증가된다.

도 8은 절연층 전반에 걸쳐 분포된 여러 에어 포켓을 갖는 발포 절연 전도체의 단면 이미지를 도시하고 있다. 이들 에어 포켓은 폐쇄되어 공기 또는 임의의 다른 유체가 절연층을 통해 이동하는 것을 허용하지 않는다는 것이 이해될 수 있을 것이다.

몇몇 예에서, 발포체 FEP(고체 FEP가 아닌)로 절연된 단일 와이어는 세틱(Setic) 트위너 상에서 트위닝되었고 압착비 및 전기 임피던스에 대해 분석되었다. 발포체 FEP 절연 와이어의 샘플은 다양한 시간의 길이 동안 극저온 유체에 노출되었다. 극저온 유체에 노출된 샘플은 극저온 유체에 노출되지 않은 동일한 발포 절연 와이어의 샘플과 비교되었다.

일 예에서, 한 쌍의 트위닝된 와이어가 대조군으로 사용되었고 어떠한 극저온 유체에도 노출되지 않았으며, 반면 유사한 쌍의 발포 폴리머 절연 와이어는 트위닝되기 전에 5.6초 동안 액체 질소 욕에 노출되었다. 양 세트의 와이어를 사용하여 제조된 트위닝된 쌍의 꼬임 길이는 8.5 mm였다. 이 분석을 위해, 2개의 트위닝된 쌍의 각각의 6 인치 샘플이 X선/CT를 사용하여 그 길이를 따라 3개의 개별 위치에서 이미징되었다.

이하의 표 3에서 알 수 있는 바와 같이, 발포 절연 트위닝된 와이어의 평균 압착비는 와이어가 액체 질소에 노출되지 않았을 때 평균 17.75%로부터, 트위닝된 와이어가 5.6초 동안 액체 질소에 노출되었을 때 평균 12.92%로 감소되었다. 이는 27.21%의 개선을 나타낸다. 압착비 분석은 X선/CT를 사용하여 수행되었다. 표 3은 대조군과 처리된 와이어의 모두에서 분석에 대한 3개의 지점의 각각에 대한 압착비 데이터를 나타내고 있다. 극저온 냉각된 연선의 전기 임피던스는 또한 136 옴으로부터 146 옴으로 증가되었는데, 이는 대조군 연선에 비해 10 옴 또는 7.4%의 증가이다.

[표 3] - 5.6초에서 발포 절연 트위닝된 와이어의 압착비

다른 예에서, 제2 쌍의 FEP 발포 절연 트위닝된 와이어가 대조군으로 사용되었고 어떠한 극저온 유체에도 노출되지 않았으며, 반면 유사한 쌍의 와이어는 트위닝되기 전에 9.1초 동안 액체 질소 욕에 노출되었다. 이들 와이어를 사용하여 제조된 트위닝된 쌍의 꼬임 길이는 8.5 mm였다. 마찬가지로 이 분석을 위해, 트위닝된 쌍의 각각의 6 인치 샘플이 X선/CT를 사용하여 그 길이를 따라 3개의 개별 위치에서 이미징되었다.

이하의 표 4에서 알 수 있는 바와 같이, 트위닝된 와이어의 평균 압착비는 와이어가 액체 질소에 노출되지 않았을 때 평균 18.84%로부터, 와이어가 9.1초 동안 액체 질소에 노출되었을 때 평균 9.74%로 감소되었다. 이는 48.3%의 개선을 나타낸다. 압착비 분석은 X선/CT를 사용하여 수행되었다. 표 4는 대조군과 처리된 와이어의 모두에서 분석에 대한 3개의 지점의 각각에 대한 압착비 데이터를 나타내고 있다. 극저온 냉각된 연선의 전기 임피던스는 또한 142 옴으로부터 154 옴으로 증가되었는데, 이는 대조군 연선에 비해 12 옴 또는 8.5%의 증가이다.

[표 4] - 9.1초에서 발포 절연 트위닝된 와이어의 압착비

개시된 발명의 이점 중 하나는 경도를 증가시키고 트위닝, 케이블링, 및/또는 제조 프로세스 동안 생성된 변형량을 감소시킴으로써 개선된 전기적 특성을 갖는 연선 및/또는 다른 케이블 설계를 생성하는 능력이다. 연선에서 절연층의 변형의 하나의 소스는 2개의 절연 전도체가 서로 주위에 트위스팅되어 있는 트위닝 프로세스이다. 트위닝 프로세스 동안 발생하는 변형의 정도는 예를 들어 꼬임 길이, 와이어 장력, 절연 재료, 절연재의 경도 및/또는 트위닝 프로세스 동안 폴리머 절연재 내에서 발생된 열의 양을 포함하는 여러 인자에 의해 영향을 받는다. 변형을 가능한 한 감소시키기 위해, 절연 전도체가 가장 큰 변형력을 받게 될 때 트위닝 프로세스 동안 절연 재료의 경도를 증가시키는 것이 바람직할 수도 있다. 설명한 바와 같이, 절연층의 경도를 일시적으로 증가시키는 일 방법은 온도를 감소시키는 것이다. 몇몇 실시예에서, 와이어가 트위닝되는 동안 절연층의 온도를 감소시키는 것이 바람직하다.

몇몇 예에서, 고체 폴리머 및 발포 폴리머 절연 전도체의 모두에 대한 극저온 유체에 대한 노출 시간, 표면 온도, 및 압착비 사이의 관계가 추가로 조사되었다. 이하의 예에서, FEP 절연 전도체의 쌍은 극저온 유체에 노출된 후 19 m/min의 속도로 함께 트위닝되었다. 절연층의 표면 온도는 2개의 절연 전도체의 제1 접촉 지점에 배치된 온도 프로브와의 직접 접촉에 의해 측정되었다.

발포 FEP 절연 및 고체 FEP 절연 전도체의 모두는 다양한 시간의 길이 동안 극저온 유체(액체 질소)에 노출되었고 표면 온도가 측정되었다. 표 5는 이 예의 결과를 나타내고 있다. 도 9는 이들 결과의 그래프를 도시하고 있다.

[표 5] - 표면 온도

표 5 및 도 9는 동일한 시간 동안 극저온 유체에 노출될 때에도 발포체 및 고체 폴리머 절연 전도체의 표면 온도의 상당한 차이를 나타내고 있다. 액체 질소에 6초 노출 후에, 발포 절연 전도체는 고체 폴리머 절연 전도체보다 훨씬 낮은 표면 온도로 유지되었다.

절연 전도체의 표면 온도는 전도체가 액체 질소로부터 제거된 후 약 1초 후에 측정되었다. 이론에 의해 구속되지 않고, 고체 폴리머 절연재의 표면은 발포체 절연층의 표면보다 더 빨리 가온되는 것으로 고려된다. 발포체 절연층은 다수의 밀폐된 에어 포켓을 포함한다. 발포 절연 와이어가 액체 질소 내에 침지되는 동안 이들 에어 포켓 내에 포집된 공기가 냉각되고 이어서 냉각된 공기가 주위 절연층의 가온을 늦추는 것이 가능하다. 달리 말하면, 발포체 절연층 내의 냉각된 에어 포켓은 고체 폴리머 절연층에 비교하여 발포체 절연층의 더 낮은 표면 온도를 유지하는 것을 도울 수도 있다. 시간 경과에 따라, 고체 폴리머 절연층과 발포체 절연층의 모두는 주위 온도로 가온될 것이지만, 발포체 절연층은 더 긴 시간 기간 동안 상당히 더 차가운 온도를 유지할 수도 있다.

몇몇 실시예에서, 케이블은 케이블 내에 통합된 폴리머 케이블 구성요소를 상당히 변형시키지 않고 제조된다. 많은 폴리머 케이블 구성요소는 많은 대략 동일한 직경을 갖는 일반적으로 원형 단면을 갖는다. 유사하게, 많은 폴리머 케이블 구성요소의 일반적으로 원형 단면은 케이블이 압축되거나 변형되기 전에 모두 서로 대략 동일한 많은 반경을 가질 것이다. 명확히 하자면, 폴리머 케이블 구성요소가 압축되거나 변형되기 전에, 최대 길이를 갖는 반경은 최소 길이를 갖는 반경과 대략 동일하다. 폴리머 케이블 구성요소의 벽 두께에는 몇몇 자연스러운 편차가 있지만, 최대 및 최소 반경은 일반적으로 서로의 3% 이내이다. 몇몇 폴리머 케이블 구성요소에서, 초기 최대 및 최소 반경은 압축 또는 변형되기 전에 서로 5% 이내일 수도 있다.

몇몇 실시예에서, 폴리머 케이블 구성요소가 압축기 또는 변형력을 받게 된 후에 폴리머 케이블 구성요소의 일반적으로 원형 단면이 보존된다. 본 명세서에 설명된 바와 같이 폴리머 케이블 구성요소의 경도를 증가시킴으로써, 폴리머 구성요소는 덜 변형될 수도 있고, 이에 의해 그 일반적으로 원형 단면을 유지한다. 몇몇 실시예에서, 폴리머 케이블 구성요소가 압축력을 받게 된 후, 최대 및 최소 길이 반경은 서로 약 10% 이내이다. 몇몇 실시예에서, 최대 및 최소 길이 반경은 서로 약 8% 또는 약 5% 이내이다. 몇몇 실시예에서, 최대 및 최소 길이 반경은 서로 약 15% 또는 약 12% 이내이다. 최대 및 최소 길이 반경이 서로 동일한 것에 가까울수록, 단면이 원형에 더 가까워지고 일반적으로 폴리머 케이블 구성요소가 덜 변형된다는 것이 이해될 수 있을 것이다.

몇몇 실시예에서, 약 10초 이하 동안 케이블 구성요소를 냉각함으로써 폴리머 케이블 구성요소의 경도를 증가시킴으로써, 폴리머 구성요소는 압축기 또는 변형력을 받게 된 후에 덜 변형될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 폴리머 케이블 구성요소가 압축력을 받게 된 후, 최대 및 최소 길이 직경은 서로 약 10% 이내이다. 몇몇 실시예에서, 최대 및 최소 길이 직경은 서로 약 8% 또는 약 5% 이내이다. 몇몇 실시예에서, 최대 및 최소 길이 직경은 서로 약 15% 또는 약 12% 이내이다. 최대 및 최소 길이 직경이 서로 동일한 것에 가까울수록, 단면이 원형에 더 가까워지고 일반적으로 폴리머 케이블 구성요소가 덜 변형된다는 것이 이해될 수 있을 것이다.

절연 전도체가 여전히 냉각된 상태에 있는 동안 트위닝하고, 따라서 더 높은 경도를 갖는 것은 트위닝 프로세스 동안 변형량을 감소시키는 일 방법이다. 몇몇 실시예에서, 이는 최종 연선의 더 낮은 압착비 및 개선된 전기적 특성으로 이어진다. 몇몇 실시예에서, 절연 전도체가 극저온 유체에 노출되는 시간 및/또는 냉각된 절연 전도체가 트위닝되기 전에 주위 온도에 노출되는 시간은 최종 연선의 전기적 특성을 조절하기 위해 조정될 수도 있다.

몇몇 실시예에서, 개별 전도체 또는 연선의 압착비 및/또는 연관 전기적 특성이 대략 동일한 전파 지연을 갖는 다수의 연선을 생성하기 위해 조정될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 더 긴 꼬임 길이를 갖는 연선에 비해 감소된 전파 지연을 갖는 연선을 생성하기 위해, 개별 절연 전도체가 더 낮은 온도에 있는 동안 더 짧은 꼬임 길이를 갖는 연선이 트위닝될 수도 있고, 따라서 더 높은 경도를 갖는다. 몇몇 실시예에서, 더 짧은 꼬임 길이를 갖는 연선에 비해 더 높은 전파 지연을 갖는 연선을 생성하기 위해, 더 짧은 꼬임 길이를 갖는 연선에 비해 개별 절연 전도체가 더 높은 온도에 있는 동안 더 긴 꼬임 길이를 갖는 연선이 트위닝될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 제1 연선을 구성하는 절연 전도체의 표면 온도는 대략 동일한 100 미터에 걸친 전파 지연, 또는 서로 10 나노초 이내인 100 미터에 걸친 전파 지연, 또는 서로 15 나노초 이내인 100 미터에 걸친 전파 지연, 또는 각각 서로 25 나노초 이내인 100 미터에 걸친 전파 지연, 또는 서로 50 나노초 이내인 100 미터에 걸친 전파 지연을 갖는 제1 및 제2 연선을 생성하기 위해, 제2 연선을 구성하는 절연 전도체의 표면 온도에 대해 조정될 수도 있다. 절연 전도체가 극저온 유체에 노출되는 시간 간격을 조정함으로써, 또는 절연 전도체가 극저온 유체로부터 제거된 후 그러나 전도체가 트위닝되거나 다른 압축력을 받게 되기 전의 시간 간격을 조정함으로써 절연 전도체의 표면 온도가 조절될 수도 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 극저온 유체로의 노출 이외의 다른 냉각 방법이 본 명세서에 설명된 바와 같이 사용될 수 있다는 것이 또한 이해될 수 있을 것이다. 모든 형태의 냉각에서, 총 냉각 정도는 냉각 재료의 온도 및/또는 폴리머 케이블 구성요소가 냉각 재료에 노출되는 시간을 제어함으로써 조절될 수 있다. 유사하게, 사용된 냉각 방법에 무관하게, 압축 또는 변형력을 받게 될 때 폴리머 케이블 구성요소의 온도는 폴리머 케이블 구성요소가 냉각된 후에 그리고 힘을 받게 되기 전에 주위 분위기에 노출되는 시간을 조정함으로써 제어될 수 있다.

몇몇 실시예에서, 각각의 쌍이 2개의 폴리머 절연 전도체를 포함하는 제1, 제2, 제3 및/또는 제4 쌍의 폴리머 절연 전도체는 각각의 쌍의 경도를 다소 증가시키기 위해 일시적으로 냉각된다. 몇몇 실시예에서, 경도 증가의 정도는 각각의 쌍에 대해 상이할 수도 있다. 일단 한 쌍의 폴리머 절연 전도체가 원하는 경도에 있으면, 쌍은 함께 트위스팅되어 제1, 제2, 제3 및/또는 제4 연선을 형성한다. 각각의 연선은 100 미터에 걸친 전파 지연을 갖는다. 몇몇 실시예에서, 100 미터에 걸친 제1, 제2, 제3 및 제4 전파 지연에 대한 100 미터에 걸친 전파 지연의 차이는 서로 50 나노초 이내이다. 몇몇 실시예에서, 전파 지연은 모두 서로 25 나노초 이내이다. 몇몇 실시예에서, 100 미터에 걸친 제1, 제2, 제3 및 제4 전파 지연은 약 25 나노초 미만의 지연 스큐를 갖는다.

몇몇 실시예에서, 제1, 제2, 제3 및/또는 제4 쌍의 폴리머 절연 전도체는 각각의 쌍에 대해 개별적으로 원하는 경도에 도달하기 위해 상이한 시간 기간 동안 냉각된다. 몇몇 실시예에서, 냉각 기간은 모두 약 20초 미만, 또는 모두 약 15초 미만, 또는 모두 약 10초 미만이다. 몇몇 실시예에서, 제1 시간 기간은 약 8 내지 10초이고, 제2 시간 기간은 약 6 내지 8초이고, 제3 시간 기간은 약 4 내지 6초이다. 몇몇 실시예에서, 제4 시간 기간은 약 4초 미만이고 0초일 수도 있는데, 이는 4개의 쌍 중 하나가 전혀 상당히 냉각되지 않을 수도 있다는 것을 나타낸다.

몇몇 실시예에서, 냉각 시간 기간 및/또는 폴리머 절연 전도체의 경도 증가의 정도는 해당 폴리머 절연 전도체로부터 제조된 연선의 예상 꼬임 길이와 관련된다. 일반적으로, 꼬임 길이가 짧을수록, 냉각 기간이 길어지고 그리고/또는 다른 쌍의 전도체에 비해 트위닝 전에 경도의 증가가 커진다.

몇몇 실시예에서, 제1, 제2, 제3 및/또는 제4 연선은 각각 제1, 제2, 제3 및/또는 제4 꼬임 길이를 갖는다. 제1 꼬임 길이는 제2 꼬임 길이보다 더 짧고, 제2 꼬임 길이는 제3 꼬임 길이보다 더 짧다. 몇몇 실시예에서, 제1 냉각 시간 기간은 제2 냉각 시간 기간보다 더 길고, 제2 냉각 시간 기간은 제3 냉각 시간 기간보다 더 길다.

몇몇 실시예에서, 제1, 제2, 제3 및/또는 제4 연선은 각각 제1, 제2, 제3 및/또는 제4 압착비를 갖는다. 몇몇 실시예에서, 제1 압착비는 제2 압착비보다 더 작고, 제2 압착비는 제3 압착비보다 더 작다.

몇몇 실시예에서, 제1, 제2, 제3 및 제4 연선은 각각 제1, 제2, 제3 및 제4 신호 속도를 갖는다. 몇몇 실시예에서, 제1 신호 속도는 제2 신호 속도보다 더 크고, 제2 신호 속도는 제3 신호 속도보다 더 크다.

몇몇 실시예에서, 제1, 제2, 제3 및/또는 제4 쌍의 폴리머 절연 전도체는 각각 상이한 증가된 경도를 갖는다. 몇몇 실시예에서, 제1 쌍의 폴리머 절연 전도체의 증가 경도는 제2 쌍의 폴리머 절연 전도체의 증가 경도보다 더 크고, 제2 쌍의 폴리머 절연 전도체의 증가 경도는 제3 쌍의 폴리머 절연 전도체의 증가 경도보다 더 크다.

2개의 절연 전도체가 함께 트위닝될 때, 각각의 절연 전도체의 일반적으로 원형 단면은 적어도 약간 변형된다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 각각의 절연 전도체의 단면이 원형에 가까울수록, 2개의 절연 전도체 사이의 간극 내에 유지되는 공기의 양이 더 많다. 더 많은 공기가 간극 내에 유지될 때, 전도체의 연선의 전체 유전 상수가 감소되고 전파 속도가 증가된다. 폴리머 절연 전도체를 냉각하고 전도체가 연선을 형성하기 위해 트위닝되는 동안 경도를 증가시킴으로써, 폴리머 절연재가 덜 변형되고 더 원형 단면이 유지된다. 절연 재료 자체의 유전 상수는 증가 또는 감소되지 않는다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 그러나, 절연층이 그 일반적으로 원형 단면을 유지하고 더 많은 양의 공기를 연선의 간극 내로 포함함에 따라 최종 연선의 유전 상수가 감소될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 폴리머 절연 전도체를 냉각하는 목적은 최종 연선의 간극 내에 더 많은 양의 공기를 유지하는 것이다.

몇몇 예에서, 연선 내의 전도체의 온도는 극저온 유체(액체 질소)로의 노출 동안 및 후의 모두에 분석되었다. 이 분석은 이하에 나타낸 수학식을 사용하여 전도체의 전기 저항에 기초하였다. 수학식 1:

여기서:

R = 온도(T)에서의 전도체 저항;

R_ref = 기준 온도(T_ref)에서의 전도체 저항;

α = T_ref에서의 전도체 재료의 저항 계수;

T_ref = 전도체 재료에 대해 α가 지정된 기준 온도(℃);

T = 전도체 온도(℃).

일 예에서, 20℃에서 구리의 α는 0.00393 K^-1인 것으로 알려져 있다. R_ref는 이하에 설명된 계산에 기초하여 1.25 옴인 것으로 결정되었다. 전도체의 온도를 분석하기 위해, 연선은 실시간으로 전도체의 저항을 기록하는 휴대용 케이블 분석기에 연결되었다. 절연 전도체는 액체 질소 욕에 침지되었고 저항이 시간 경과에 따라 기록되었다. 수학식 1(상기)은 이어서 T에 대해 풀었다.

이 예에서, 24'9" 길이의 FEP 절연 구리 와이어가 사용되었다. 24'9" 와이어의 저항은 1.51 옴인 것으로 알려져 있다. 6" 와이어의 저항은 0.26 옴인 것으로 알려져 있다. R_ref의 값을 계산하기 위해, 절연 전도체가 아닌 회로의 임의의 다른 구성요소의 대략적인 저항을 차감하기 위해 6" 구리 와이어의 저항값이 24'9" 구리 와이어의 저항값으로부터 차감된다. 일단 R_ref가 1.25 옴인 것으로 결정되면, 수학식 1은 R의 측정 값을 사용하여 T에 대해 풀릴 수 있다.

시간 경과에 따른 구리 전도체의 계산된 온도가 도 10 및 도 11에 도시되어 있다. 도 10은 액체 질소 내에 전도체를 침지한 후 처음 20초의 더 상세를 도시하고 있다. 도 11은 액체 질소 내에 침지될 때 그리고 마찬가지로 액체 질소로부터 제거된 후에 전도체의 온도를 도시하고 있다. 전도체는 시간 = 0에서 액체 질소 욕 내에 배치되었다. 전도체 온도는 약 -176℃에서 레벨링되기 전에 처음 5 내지 10초 동안 급속하게 감소되었다. 케이블은 120초 동안 액체 질소 욕 내에 남아 있도록 허용되었다. 전도체가 120초에 액체 질소 욕으로부터 제거되었을 때, 전도체 온도는 도 11에 도시되어 있는 바와 같이 다시 가온되기 시작했다. 고체 절연재와 발포체 절연재 전도체의 모두는 액체 질소로부터 제거된 후 약 40초 후에 약 0℃에 도달했다. 도 10 및 도 11로부터 알 수 있는 바와 같이, 고체 및 발포체 절연 전도체는 액체 질소 내에서 냉각될 때 및 액체 질소로부터 제거된 후 가온될 때 서로에 대해 일반적으로 유사한 온도로 유지되었다.

개시된 발명은 연선을 트위닝하는 견지에서 일반적으로 설명되었지만, 광범위한 다른 용례에 적용될 수 있다.

몇몇 실시예에서, 2개의 절연 전도체가 함께 모이게 되어 연선을 형성할 때, 추가의 테이프, 필러 또는 중공 튜브가 연선에 추가되거나 통합될 수 있다. 테이프의 경우, 이들은 절연 전도체 사이, 연선 유닛 외부 및/또는 연선 유닛 주위에 추가될 수 있다.

도 12는 일 실시예에 따른 테이프를 통합하는 연선의 개략도를 도시하고 있다. 도 12에 도시되어 있는 바와 같이, 테이프(930)가 연선(910)의 2개의 절연 전도체(920) 사이에 배치될 수도 있다. 테이프(930)는 연선의 트위스팅 동안 힘을 받는다. 이들 힘의 결과로서, 테이프(930)는 트위닝 프로세스 동안에 압축되거나 다른 방식으로 변형될 수도 있다. 테이프(930)의 변형은 증가된 정전용량, 증가된 삽입 손실, 낮아진 전기 임피던스, 및/또는 최종 연선의 전기적 특성에 대한 다른 바람직하지 않은 영향을 유도할 수 있다. 트위닝 프로세스의 힘에 테이프를 노출시키기 직전에 테이프(930)의 경도를 증가시킴으로써, 테이프의 변형이 감소될 수도 있고, 최종 연선의 전기적 특성이 보존되거나 향상될 수도 있다. 본 명세서의 다른 곳에서 설명된 바와 같이, 테이프의 경도는 테이프를 극저온 유체에 노출시킴으로써 증가될 수도 있다.

도 13은 테이프가 연선 주위에 감긴 실시예를 개략적으로 도시하고 있다. 몇몇 실시예에서, 하나 또는 하나 초과의 연선(1010)은 테이프(1020)에 의해 둘러싸일 수 있다. 각각의 연선(1010)은 절연층(1040)에 의해 둘러싸인 2개의 전도체(1030)를 포함할 수도 있다. 몇몇 케이블에서, 다수의 연선(1010)은 자켓(1050)에 의해 둘러싸여 있다. 테이프(1020)는 연선(1010) 주위에 단단히 형성될 수 있고, 이에 의해 변형을 생성하고 정전용량을 상승시키고, 임피던스를 감소시키고 그리고/또는 삽입 손실을 상승시킨다. 몇몇 실시예에서, 테이프(1020)는 금속 및 폴리머 절연 재료의 조합을 포함할 수도 있다. 설명된 바와 같이, 폴리머 재료는 압축 또는 다른 형태의 변형에 민감할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 테이프가 연선 주위에 감기기 전에, 테이프는 그것이 침지되거나, 스프레이되거나, 다른 방식으로 극저온 유체 또는 다른 냉각 매체에 노출되는 냉각 챔버를 통과한다. 테이프를 극저온 유체에 노출시키고 폴리머의 경도를 증가시킴으로써, 테이프는 더 강성이 되고 변형에 저항할 수도 있다. 연선과 연선을 둘러싸는 테이프의 층 사이의 공기의 양은 테이프의 더 높은 강성(즉, 증가된 강성)을 통해 증가될 수도 있는 것으로 고려된다. 이는 더 강성 테이프가 절연 전도체 주위에 밀접하게 자체로 성형되지 않을 것이고 더 낮은 경도를 갖는 폴리머 테이프에 비해 테이프 랩의 내부 내에 더 많은 양의 공기 공간을 유지할 것이기 때문이다. 테이프와 연선 사이에 포획된 공기의 양을 증가시키는 것은 와이어 또는 최종 케이블의 전기적 성능을 개선할 것이다. 공기는 강한 유전 재료이다. 케이블 내 또는 절연층 내의 공기의 양을 증가시키는 것은 일반적으로 최종 와이어 및/또는 케이블의 전기적 성능에 긍정적인 영향을 미친다.

도 14는 중공 튜브가 연선 케이블에 통합되어 있는 실시예의 단면을 개략적으로 도시하고 있다. 도 14는 절연층(1120)에 의해 각각 둘러싸인 2개의 전도체(1110)를 포함하는 케이블을 도시하고 있다. 절연 전도체는 자켓(1130) 내에 위치된다. 몇몇 실시예에서, 연선은 중공 튜브(1140) 및/또는 2개의 절연 전도체의 간극 내에 위치되는 필러와 조합되어 자켓(1130) 내에 추가 공기 공간(1150)을 생성할 수도 있다. 이들 중공 튜브(1140)는 전형적으로 폴리머 재료로 제조되고 트위닝 프로세스 동안 연선의 절연 와이어에 대해 압축됨에 따라 압축되거나 다른 방식으로 변형될 수도 있다. 중공 튜브 또는 필러가 변형될 때, 중공 튜브 내에 포함된 및/또는 자켓 내에 포함된 공기의 양이 감소될 수도 있다. 부가적으로, 중공 튜브 또는 필러가 변형되면, 쌍간 간격이 감소되거나 비일관적이게 될 수도 있어, 이에 의해 상이한 연선 사이의 누화의 양을 증가시킬 수도 있다. 몇몇 경우에, 감소된 쌍간 간격은 또한 정전용량을 증가시키고, 삽입 손실을 증가시키고, 임피던스를 감소시키고 그리고/또는 최종 케이블의 전기적 성능을 다른 방식으로 저하시킬 수도 있다.

극저온 유체에 노출시킴으로써 중공 튜브(1140) 또는 필러의 경도를 증가시킴으로써, 이들은 변형되고 연선의 간극 내로 붕괴되는 것을 더 저항할 수 있어, 이에 의해 공기 공간(1150)을 유지하고 전기적 성능을 개선한다. 중공 튜브(1140)와 쌍의 간극 사이에 형성된 에어 포켓은 전기적 성능에 도움이 된다. 이는 공기의 유전 상수가 1.0이고, 이는 FEP(2.0), 폴리에틸렌(2.3), 폴리염화비닐(3.5)과 같은 다른 재료의 유전 상수보다 바람직하기 때문이다. 몇몇 실시예에서, 공기 함량을 최대화하는 것은 와이어 및 케이블 전기적 성능에 도움이 된다.

도 15는 돌출부가 공기 공간을 증가시키고, 재료 비용을 감소시키고, 그리고/또는 중량을 감소시키기 위해 사용되는 실시예의 단면을 개략적으로 도시하고 있다. 몇몇 실시예에서, 자켓(1210), 연선(1220), 및/또는 중공 튜브(1230)는 추가 공기 공간(1250)을 생성하기 위해 내부 및/또는 외부 표면에 돌출부(1240) 또는 줄무늬(striations)를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 돌출부(1240) 및/또는 줄무늬는 변형에 민감하다. 이러한 실시예에서, 돌출부(1240)의 변형 또는 붕괴를 방지하기 위해 줄무늬 및/또는 돌출부(1240)를 포함하는 중공 튜브(1230)의 경도를 증가시키는 것은 케이블 내의 공기 공간(1250)을 유지 및/또는 최대화하는 것을 도울 수 있다.

몇몇 실시예에서, 중공 튜브, 절연층, 또는 자켓 층으로부터의 돌출부는 케이블 구성요소의 프로파일 압출 동안 형성된다. 몇몇 실시예에서, 돌출부는 쉽게 압축되거나 변형될 수 있다. 재료를 극저온 유체에 노출시킴으로써 표면을 경화시키는 것은 돌출부에 대한 힘의 영향을 감소시키는 것을 도울 수 있고, 이에 의해 돌출부가 압축되거나 변형되지 않는 경우 존재할 것인 공기량을 유지할 수 있다.

폴리머 절연 와이어가 극저온 유체에 노출될 수도 있을 뿐만 아니라, 중공 튜브, 필러 튜브, 테이프, 자켓 및/또는 다른 폴리머 케이블링 구성요소가 극저온 유체 또는 다른 냉각 매체에 노출되어 경도를 증가시킬 수도 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 케이블 구성요소의 변형을 감소시킴으로써, 케이블 내의 공기량이 유지되거나 증가될 수도 있고 케이블의 전기적 성능이 압축 또는 변형이 허용되는 유사한 케이블에 비해 개선된다.

도 16은 전도체가 다수의 절연층에 의해 절연되는 실시예의 단면을 개략적으로 도시하고 있다. 몇몇 실시예에서, 상이한 절연 재료의 다수의 층이 전도체를 둘러싸기 위해 사용될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 더 높은 고유 경도를 갖는 외부 재료의 층이 더 연성 내부 재료의 층의 압축을 감소시키는 것을 돕기 위해 사용될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 발포체 절연층(1320)은 전도체(1310)를 절연하기 위해 사용될 수도 있다. 발포체 절연재는 많은 별개의 에어 포켓을 포함하기 때문에 발포 절연층의 경도는 동일한 폴리머 재료의 고체 절연층보다 상당히 낮을 수 있다. 따라서, 발포체 절연층은 제조 중 압축에 더 민감할 수도 있다. 하위 발포체 절연재(1320)보다 더 높은 경도를 갖는 재료의 외피 층(1330)은 발포체 절연재(1320)의 압축을 감소시키기 위해 사용될 수도 있다. 절연 전도체(발포체 절연재 및 외피를 포함함)를 극저온 유체에 노출시킴으로써, 절연 재료의 외부 부분의 경도는 제조 또는 케이블링 프로세스 동안 절연층의 압축 또는 변형을 감소시키기 위해 일시적으로 증가될 수 있다. 내부 발포체 절연층의 전체 두께는 발포체 절연층의 외부 부분이 일시적으로 증가된 경도를 갖고 케이블링 프로세스 동안 압축에 저항하게 하기 위해 냉각될 필요가 없을 수도 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 외피(1330)는 발포체 자체일 수도 있고 아닐 수도 있다는 것이 또한 이해될 수 있을 것이다. 몇몇 실시예에서, 외피는 하위 발포체 절연재를 보호하도록 설계된 고체 폴리머일 것이다. 몇몇 실시예에서, 외피 층은 발포체 절연층과는 상이한 폴리머를 포함할 것이다.

몇몇 케이블 실시예에서, 분리기 테이프, 크로스 웨브 및/또는 스타 필러(star filler)가 연선 유닛을 서로로부터 분리하기 위해 연선 유닛 사이에 이용된다. 이들 분리기의 변형은 케이블링 프로세스 동안에 경험되는 힘으로 인해 발생할 수 있어, 이에 의해 케이블 내의 공기량을 감소시키고 케이블의 전기적 성능에 부정적인 영향을 미친다.

도 17은 다수의 연선이 크로스 웨브에 의해 분리되는 실시예의 단면을 개략적으로 도시하고 있다. 도 17에 도시되어 있는 실시예에서, 연선(1410)은 폴리머 크로스 웨브(1420)에 의해 서로로부터 분리된다. 이는 연선(1420) 사이의 전자기 간섭의 양을 감소시킨다. 크로스 웨브(1420) 및 연선은 자켓(1430) 내에 수용된다.

몇몇 실시예에서, 분리기 테이프, 크로스 웨브 및/또는 스타 필러는 금속 백킹 또는 강성 내부 요소의 이점 없이 압출된 폴리머 형상이다. 폴리머 분리기는 높은 유전 재료(3.0 이상)로 제조될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 분리기는 발포체 재료로 제조될 수도 있어, 이에 의해 그 유전 특성을 개선하고 변형에 대한 그 민감성을 또한 증가시킨다. 케이블링 프로세스 동안, 케이블 구성요소는 일반적으로 다중 압축력 또는 변형력을 받게 된다. 분리기 테이프, 크로스 웨브 또는 스타 필러를 극저온 유체에 노출하고 케이블링 프로세스 전 또는 동안에 경도를 일시적으로 증가시킴으로써, 분리기 또는 다른 구성요소의 압축 또는 변형이 감소될 수도 있어, 이에 의해 케이블 내의 공기량을 증가시키고 최종 케이블의 전기적 성능을 개선시킨다.

몇몇 실시예에서, 폴리머 케이블 구성요소는 폴리머 케이블 구성요소에 대한 변형의 정도를 감소시키기 위해 압축되기 전에 경화될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 폴리머 케이블 구성요소는, 케이블이 압축되기 전에 경화되지 않은 것과 대략 동일한 정도로 압축하면서 폴리머 케이블 구성요소가 더 큰 압축력을 견딜 수 있도록 압축되기 전에 경화될 수도 있다.

몇몇 실시예에서, 제1 연선은 트위닝 장치 또는 트위너를 제1 라인 속도로 동작시킴으로써 제조된다. 최종 제1 연선은 특정 제1 압착비를 갖는다. 다른 연선은 폴리머 절연층의 경도를 증가시키기 위해 폴리머 절연 전도체를 냉각하고 이어서 제2 압착비를 갖는 제2 연선을 생성하기 위해 케이블 트위닝 장치를 제2 더 빠른 속도로 동작하여 폴리머 절연 전도체를 트위닝함으로써 제조될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제2 연선은 더 빠른 제2 속도에서 제조되고 제1 연선과 대략 동일한 압착비를 갖는다. 몇몇 실시예에서, 제2 압착비는 제1 압착비의 약 10% 이내이다. 몇몇 실시예에서, 제2 압착비는 제1 압착비보다 더 작다. 몇몇 실시예에서, 제2 속도는 제1 속도보다 적어도 약 15% 더 빠르다. 몇몇 실시예에서, 제2 속도는 제1 속도보다 적어도 약 25% 더 빠르다.

몇몇 실시예에서, 사용된 트위너 또는 트위닝 장치는 특정 유형의 와이어 및 케이블 제품에 대한 정격 속도를 가질 것이다. 몇몇 실시예에서, 전술된 제1 속도는 주어진 트위너 및 케이블 제품에 대한 정격 속도이고 제2 속도는 동일한 제품에 대한 정격 속도보다 적어도 약 10% 더 빠르다. 몇몇 실시예에서, 제1 라인 속도는 분당 약 60 피트이고 제2 속도는 분당 약 70 피트이다. 몇몇 실시예에서, 제1 라인 속도는 분당 약 160 피트이고 제2 속도는 분당 약 180 피트이다. 몇몇 실시예에서, 제1 라인 속도는 분당 약 220 피트이고 제2 속도는 분당 약 275 피트이다.

도 18은 와이어가 금속 편조부를 포함하는 실시예의 단면을 개략적으로 도시하고 있다. 몇몇 실시예에서 전도체(1510)는 폴리머 절연층(1520)에 의해 절연되고 와이어 편조부(1530)는 절연층(1520) 위에 구성된다. 와이어 편조부(1530)는 구리와 같은 금속으로 제조되거나, 은 또는 주석으로 도금될 수도 있다. 와이어 편조부(1530)는 함께 직조된 다수의 금속 스트랜드를 포함할 수도 있다. 편조부가 폴리머 절연층(1520)에 적용될 때, 편조부를 구성하는 개별 금속 스트랜드는 표면에 인상을 생성하고 그리고/또는 폴리머 절연층(1520)을 압축할 수도 있어, 이에 의해 케이블의 전기적 특성에 부정적인 영향을 미칠 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 절연 전도체 및 중공 튜브와 같은 다수의 폴리머 케이블 구성요소는 금속 편조부를 사용하여 함께 케이블링된다. 이러한 실시예에서, 금속 스트랜드와 접촉하는 각각의 폴리머 케이블 구성요소는 금속 스트랜드의 압축력에 의해 변형될 수도 있어 이에 의해 최종 케이블의 전기적 특성에 부정적인 영향을 미칠 수도 있다.

몇몇 경우에, 폴리머 절연층 상의 편조 인상이 규칙적인 간격으로 반복된다. 이는 대략 동일한 규칙적인 간격 또는 주파수 또는 그 고조파에서 반복되는 주기적 전기 신호에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 편조부 또는 금속 스트랜드를 적용하기 전에 폴리머 절연층의 경도를 증가시킴으로써, 폴리머 절연층의 인상, 압축 및 다른 변형이 감소될 수도 있다.

몇몇 실시예에서, 편조 기계 직전에 위치된 냉각 챔버, 또는 냉각 매체를 수용하는 다른 구조체는 약 5 피트 미만 길이, 또는 약 3 피트 미만 길이, 또는 약 1 피트 미만 길이이다. 대부분의 편조 기계의 비교적 느린 라인 속도로 인해, 냉각 챔버의 푸트프린트는 냉각 챔버 내의 폴리머 케이블 구성요소의 체류 시간을 감소시키지 않고 감소될 수 있다.

일 비한정적인 실시예에서, 비절연 구리 와이어가 금속 편조 프로세스 동안 폴리머 케이블 구성요소에 형성된 인상을 시뮬레이션하는 데 사용되었다. 금속 편조부는 전형적으로 폴리머 구성요소 위에 여러 개별 금속 스트랜드를 함께 직조하거나 편조함으로써 폴리머 케이블 구성요소 위에 적용된다. 이들 개별 스트랜드가 함께 편조됨에 따라, 이들은 아래의 폴리머 구성요소를 압축하고 변형한다. 이 변형 프로세스를 시뮬레이션하기 위해, 트위닝 기계가 발포체 FEP로 절연된 하나의 전도체와 하나의 비절연된 구리 와이어를 트위닝하는 데 사용되었다. 비절연된 구리 와이어가 발포체 FEP 절연재 주위에 트위스팅되었기 때문에, 발포체 FEP 절연층에 남아 있는 압입부가 검사될 수 있다. 베어 구리 와이어는 24 AWG 와이어였고 FEP 발포 절연 전도체는 약 82.68 mils 또는 약 2.1 mm의 외경을 가졌다.

샘플은 6.2 mm 꼬임 길이와 분당 1400회 트위스트 및 분당 30 피트로 운전하는 트위너를 사용하여 생성되었다. 샘플은 FEP 발포체 절연재를 10초 동안 액체 질소에 노출시킨 후 대조군으로서 냉각 챔버의 사용 없이 수집되었다. 발포체 절연재 상에 구리 와이어에 의해 남겨진 인상의 깊이는 레이저 현미경을 사용하여 분석되었다.

초기 육안 검사시, 액체 질소에 노출되지 않았던 폴리머 절연층은 베어 구리 와이어와 트위닝될 때 일반적으로 나선형 형상으로 변형되었다. 10초 동안 액체 질소에 노출되어, 이에 의해 그 경도를 증가시킨 폴리머 절연재는 직선형 발포체 절연층 주위에 나선형으로 감긴 구리 와이어로 일반적으로 직선형으로 보였다. 발포체 FEP 절연층은 베어 구리 와이어와의 트위닝 프로세스에 의해 불변된 것으로 나타났다.

베어 구리 와이어에 의해 FEP 발포체 절연층 내로 형성된 인상의 깊이는 트위너 권취부 전, 트위너 보우(bow)의 내부 및 트위너 권취 릴에서의 3개의 위치의 각각에서 3회 측정되었다. 데이터는 이하의 표 6에 제시되어 있다.

[표 6] - 인상 깊이

트위닝된 쌍이 권취부 전으로부터, 보우의 내부로, 권취 릴로 이동함에 따라, 힘의 양과 총 압축 이벤트의 수가 증가하고 꼬임 길이가 감소한다. 폴리머 절연재가 냉각 챔버를 떠난 이후 경과된 거리 및 시간이 또한 증가하여, 이에 의해 폴리머가 주위 온도로 복귀함에 따라 폴리머 절연재의 경도가 감소할 수 있게 된다.

표 6에서 볼 수 있는 바와 같이, 모든 위치에서, 10초 동안 액체 질소에 노출된 샘플은 구리 와이어에 의해 형성된 인상에서 상당한 감소를 나타냈다. 이에 따라, 폴리머 절연층이 편조를 적용하기 전에 폴리머를 냉각함으로써 경화되면, 폴리머 절연층의 상부에 적용된 금속 편조 차폐 층이 폴리머 절연층을 덜 변형시킬 것이 예상될 수 있다. 덜 변형된 폴리머 절연층을 갖는 와이어 및 케이블 제품은 일반적으로 압축되거나 다른 방식으로 변형된 폴리머 절연층을 갖는 와이어 및 케이블 제품에 비해 개선된 전기적 특성을 가질 것이다.

몇몇 실시예에서, 케이블링 프로세스 동안, 개별 절연 전도체 및/또는 다른 케이블 구성요소가 함께 다발화될 때, 압축 및/또는 변형이 발생할 수도 있다. 이러한 변형은 절연층의 압축, 크로스 웨브 또는 다른 분리기 내로의 절연 전도체의 가압 및/또는 자켓팅 층의 붕괴를 야기할 수 있다. 케이블링 프로세스 동안, 기존의 연선의 트위스팅은 연선의 트위스트 속도가 증가하게 하여, 이에 의해 기존의 연선 내에 추가 압축력을 생성할 수 있다. 케이블링 프로세스 동안 경도를 일시적으로 증가시킴으로써 케이블 구성요소를 경화하는 것은 개별적으로 또는 서로에 대한 다양한 케이블 구성요소의 변형을 감소시키거나 회피하는 것을 도울 수 있다. 케이블링 프로세스 전 및/또는 동안 케이블링 구성요소를 극저온 유체에 노출시킴으로써, 케이블의 원하는 배열이 유지될 수 있다. 변형을 회피하는 것은 케이블 내의 공기 공간의 양을 최대화하고 전기적 성능을 개선한다. 케이블의 물리적 배열이 변형될 수 있게 하는 것은 케이블의 전기적 성능에 부정적인 영향을 미친다.

본 명세서에 설명된 바와 같이, 공기는 바람직한 유전 재료이지만, 공기는 전도체가 서로 접촉하는 것을 방지하기 위한 물리적 지지를 제공하지 않는다. 따라서, 절연체가 전도체 사이의 접촉을 방지하고 간섭을 감소시키기 위해 이용된다. 절연층의 전기적 성능을 개선시키기 위해, 공기가 공기 채널(프로파일 압출) 또는 발포(절연 재료 내에 기포 생성)를 통해 절연재 내로 도입될 수도 있다. 공기 자체는 물리적 강도를 갖지 않기 때문에, 절연층 내로 공기를 도입하는 것은 절연체의 전체 경도를 감소시킨다. 더 낮은 경도는 동일한 외력의 결과로서 더 큰 압축 또는 변형을 야기한다. 절연 요소를 극저온 유체에 노출시키고 절연층의 경도를 일시적으로 증가시킴으로써, 제조 프로세스 동안에 생성된 변형이 완화될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 절연층 내로 공기를 도입하는 것은 극저온 유체가 폐쇄된 에어 포켓을 냉각시키는 것을 허용한다. 이는 에어 포켓이 없는 고체 절연층에 비해 더 긴 시간 기간 동안 감소된 온도에서 절연층을 유지하는 것을 도울 수 있다.

몇몇 실시예에서, 제조 전 또는 동안에 폴리머 케이블 구성요소의 경도를 증가시킴으로써 더 가볍고, 더 작고, 및/또는 더 유용한 케이블이 생산될 수도 있다. 케이블 구성요소가 압축되거나 다른 방식으로 변형되지 않으면 동일한 전기적 성능을 달성하기 위해 더 적은 총 절연 재료가 요구될 수도 있다. 제조 동안 경도 증가로 인해 절연층이 덜 압축되면 절연층의 총 두께가 감소될 수도 있다.

몇몇 실시예에서, 비트위스팅된 와이어는 일시적으로 증가된 폴리머 절연층의 경도를 갖는 것으로부터 이점을 얻을 수도 있다. 예를 들어, 단일 폴리머 절연 전도체의 폴리머 절연층은 와이어가 제조 프로세스 동안에 롤러, 가이드 바아 또는 다른 장비와 접촉함에 따라 변형될 수도 있다. 폴리머 절연층은 또한 2개의 와이어가 연결되어 비연선을 형성할 때 변형될 수 있다.

많은 케이블은 하나 초과의 연선을 포함한다. 연선 사이의 전기적 간섭을 감소시키기 위해, 케이블 내의 각각의 연선은 상이한 꼬임 길이 또는 미터상 상이한 수의 트위스트를 가질 수도 있다. 꼬임 길이의 차이 뿐만 아니라 연선의 다른 차이는 더 빠르거나 더 느린 신호 속도를 갖는 특정 연선을 유도할 수 있다. 더 빠르거나 더 느린 신호 속도를 갖는 하나의 연선을 유도할 수 있는 하나의 인자는 연선의 2개의 절연 전도체 사이의 간극 내의 공기의 양이다. 연선 내의 전도체가 트위닝의 압축력에 의해 더 많이 변형될수록, 간극 내에 더 적은 공기가 유지된다. 연선 내의 전도체가 트위닝의 압축력에 의해 더 적게 변형될수록, 간극 내에 더 많은 공기가 유지되고, 연선의 유전 상수가 더 낮아지고, 연선의 신호 속도가 더 빨라진다. 공기가 연선의 간극 내에 포함되는 것에 추가하여, 공기는 케이블 내의 다양한 구성요소 사이에 포함될 수도 있다. 몇몇 케이블 실시예에서, 에어 포켓은 연선 사이, 연선과 크로스 부재 사이, 연선과 필러 튜브 사이, 및/또는 중공 튜브 내에 형성될 수도 있다. 일반적으로, 케이블 내에 포함된 공기가 많을수록, 케이블의 전기적 특성이 더 양호해진다.

특정 용례에서, 데이터는 단일 케이블 내에서 다수의 연선을 사용하여 전달될 수도 있다. 해당 데이터가 적절하게 처리되게 하기 위해, 데이터는 연선을 통해 송신되고 특정 시간에 각각의 연선으로부터 수신되어야 한다. 몇몇 실시예에서, 상이한 꼬임 길이가 상이한 연선 사이의 전기적 노이즈를 감소시키기 위해 사용된다. 4개의 쌍이 신호를 전송하기 위해 사용되는 것이 통상적이다. 이들 4개의 쌍의 각각에 대해 상이한 꼬임 길이를 사용하는 것은 전도체 경로가 하나의 연선에 대해 다른 연선보다 더 짧거나 더 길어지게 할 수 있다. 예를 들어, 더 긴 꼬임 길이, 및 더 적은 인치 당 트위스트를 갖는 연선은 더 짧은 꼬임 길이 및 더 많은 인치 당 트위스트를 갖는 연선보다 더 짧은 전도체 경로를 가질 것이다.

많은 용례에서, 각각의 연선 상의 신호가 대략 동시에 도착하는 것이 중요하다. 상이한 전도체 길이는 신호가 상이한 시간에 도착하게 할 수도 있다. 이는 지연 스큐라 지칭되는 효과를 야기할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 먼저 도착하는 신호(가장 짧은 전도체 쌍 경로)를 감속하거나 변조하지 않고 자연스럽게 마지막에 도착할 것인 신호(가장 긴 전도체 쌍 경로)를 가속하는 것이 유리하다.

가장 빠른 신호 속도 및 가장 느린 신호 속도를 갖는 연선으로부터 수신된 신호 사이의 차이를 지연 스큐라 칭한다. 25 ns 미만의 지연 스큐를 갖는 것이 바람직하다. 몇몇 용례에서, 50 ns 미만의 지연 스큐가 허용 가능하다.

설명된 바와 같이, 연선 내의 폴리머 절연층의 변형은 신호 속도를 포함하여, 연선의 전기적 성능에 영향을 미칠 수 있다. 트위스트가 더 기밀할수록, 또는 연선의 꼬임 길이가 더 짧을수록, 트위닝 동안 인가되는 압축력이 더 커지고, 전형적으로 폴리머 절연층의 변형 정도와 절연 전도체 사이의 공기 유전체의 후속 감소가 더 커진다.

몇몇 실시예에서, 신호 속도를 조정하고 최종 케이블의 지연 스큐를 감소시키기 위해 다수의 연선이 상이한 시간 동안 극저온 유체에 노출될 것이다. 폴리머 절연 전도체를 다양한 시간 동안 극저온 유체에 노출시킴으로써, 폴리머 층의 원하는 변형량이 도입될 수도 있다. 폴리머 변형의 정도를 제어함으로써, 연선 간극 내의 원하는 공기의 양이 제어될 수도 있다. 변형은 일반적으로 최종 연선의 전기적 특성에 부정적인 영향을 미치지만, 부정적인 영향의 정도를 제어하는 것이 가능한 것에 의해, 다수의 연선을 가로지르는 신호 속도가 표준화될 수 있고 다수의 연선을 가로지르는 감소된 지연 스큐를 갖는 케이블이 생성될 수 있다.

일 비한정적인 예에서, 4개의 연선이 단일 이더넷 케이블에 통합되도록 제조된다. 4개의 연선의 각각을 형성하는 폴리머 절연 전도체는 트위닝되기 전에 극저온 유체에 노출된다. 가장 긴 꼬임 길이를 갖는 연선을 형성하는 폴리머 절연 전도체는 폴리머 절연층의 변형 정도를 감소시키기 위해 예를 들어 약 2초 동안 극저온 유체에 노출될 수도 있다. 가장 짧은 꼬임 길이를 갖는 연선을 형성하는 폴리머 절연 전도체는 폴리머 절연층의 변형 정도를 감소시키고 절연 전도체 사이에 공기 유전체의 더 큰 부분을 보존하기 위해 예를 들어 약 10초 동안 극저온 유체에 노출될 수도 있다. 더 많은 중간 꼬임 길이를 갖는 연선을 형성하는 폴리머 절연 전도체는 2초 내지 10초의 시간 기간 동안 극저온 유체에 노출될 수도 있다. 상이한 연선을 구성하는 와이어를 상이한 시간 동안 극저온 유체에 노출시킴으로써, 최종 연선의 신호 속도가 조절될 수 있고 최종 케이블의 지연 스큐가 감소될 수 있다.

주어진 폴리머의 유전 상수는 알려져 있을 수도 있지만, 연선 내의 전도체를 둘러싸는 공기 공간 및 절연 재료의 총량은 원래의 폴리머 절연 전도체, 케이블 설계 및 제조 프로세스 동안 도입된 다양한 케이블 구성요소의 변형 정도의 함수이다. 발포 폴리머 절연층의 경우, 전도체를 둘러싸는 공기 공간의 양은 폴리머 절연층의 변형 정도와 밀접하게 관련될 수도 있다.

주어진 전도체에 대해, 유전 상수는 전파 속도와 반비례 관계에 있다. 이에 따라, 신호가 주어진 길이의 연선 아래로 이동하는 데 소요되는 시간이 또한 유전 상수와 관련된다. 전도체를 둘러싸는 총 유전 상수(공기 공간과 조합된 절연층)가 높을수록, 신호가 연선을 통해 이동하는 데 더 오래 소요될 것이다. 예를 들어, 절연층, 연선, 중공 튜브, 필러 튜브 및/또는 자켓팅을 포함하는 다양한 케이블 구성요소의 변형 정도를 제어함으로써, 연선 및/또는 케이블의 전기적 성능이 조절될 수 있다. 알려진 또는 제어된 신호 속도와 연선을 조합함으로써, 감소된 지연 스큐를 갖는 케이블이 제조될 수 있다.

연선에 대한 전파 속도는 상업적으로 입수 가능한 기기를 사용하여 직접 측정될 수도 있다. 전파 속도의 측정 값은 이하의 수학식을 사용하여 조합 유전 상수(ε)를 결정하는 데 사용될 수도 있다.

전파 속도를 직접 측정함으로써, 조합 유전 상수(ε)는 폴리머 절연재 및 전도체를 둘러싸는 공기 공간의 모두의 유전 효과를 고려하기 위해 계산될 수 있다.

일 비한정적인 예에서, 연선의 전파 속도가 68%인 것으로 측정되는 경우. 상기 수학식에 기초하여, 조합 유전 상수는 2.16으로 계산된다. 또한 상기에 제공된 시간 지연 계산을 사용하여, 이 연선을 통해 이동하는 신호의 시간 지연은 피트 당 약 1.5 나노초일 것이다. 제2 연선이 제조되고 폴리머 절연 와이어가 함께 트위닝되기 전에 극저온 유체에 노출되면, 전도체를 둘러싸는 공기 공간의 양이 증가되어 개선된 전파 속도를 야기할 수도 있다. 개선된 전파 속도가 70%이고 단지 2% 증가이면, 최종 조합 유전 상수는 2.04로 계산되고 계산된 시간 지연은 1.45 ns/foot이다. 330 피트의 연선 길이에 걸쳐, 2개의 연선 사이의 피트 당 0.05 나노초의 차이는 16.5 나노초의 신호 지연의 총 차이를 야기한다. 폴리머 절연 전도체를 특정 시간 동안 극저온 유체에 노출시킴으로써, 조합된 유전 상수와 전파 속도가 제어될 수도 있다. 이는 더 높은 속도의 연선의 개발을 허용하고 또한 감소된 지연 스큐를 갖는 케이블의 생성을 허용한다.

폴리머 절연 전도체를 다양한 시간 동안 극저온 유체에 노출시킴으로써, 폴리머 층의 원하는 변형량이 도입될 수도 있다. 변형은 일반적으로 최종 연선의 전기적 특성에 부정적인 영향을 미치지만, 부정적인 영향의 정도를 제어하는 것이 가능한 것에 의해, 다수의 연선을 가로지르는 신호 속도가 표준화될 수 있고 감소된 지연 스큐를 갖는 케이블이 생성될 수 있다.

몇몇 실시예에서, 트위너는 절연 전도체가 극저온 유체에 노출되는 시간을 제어하기 위해 더 빠르거나 더 느린 라인 속도로 운전하도록 조정될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 상이한 길이의 다수의 냉각 용기가 폴리머 절연 전도체를 상이한 시간 동안 극저온 유체에 노출시키기 위해 사용될 수도 있다. 몇몇 실시예에서 변위 블록 또는 조정 가능한 격벽은 실제로 극저온 유체를 수용하는 냉각 용기의 부분을 제어하기 위해 사용될 수도 있고, 이에 의해 단일 냉각 용기가 상이한 시간 동안 폴리머를 극저온 유체에 노출하는 데 사용될 수 있게 한다. 변위 블록 또는 조정 가능한 격벽을 사용함으로써, 냉각 용기의 일부가 극저온 유체 없이 남겨둘 수 있어, 기능적으로 가변 길이 냉각 용기를 생성할 수 있다.

몇몇 실시예에서, 하나 이상의 도르래, 휠, 캡스턴, 및/또는 롤러가 냉각 용기 내에서 폴리머 케이블 구성요소의 경로를 재지향하기 위해 냉각 용기 내에 사용될 수도 있다. 이 배열은 냉각 용기의 길이를 증가시키거나 구성요소의 라인 속도를 감속하지 않고 폴리머 케이블 구성요소가 더 긴 시간 기간 동안 냉각 용기 내에 남아 있을 수 있게 할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 폴리머 케이블 구성요소는 증발된 극저온 증기가 극저온 액체 위로 상승되어 있는 용기의 상부 증기 영역에서 냉각 용기에 진입하고, 이후에 액체 극저온 유체가 남아 있는 용기의 액체 영역을 통과하도록 재지향된다. 이 배열은 폴리머 케이블 구성요소가 극저온 액체와 접촉하기 전에 초기에 극저온 증기로 열을 전달할 수 있게 하여, 이에 의해 극저온 액체로 전달되는 총 열 부하를 감소시키고 냉각 용기 내에서 폴리머 케이블 구성요소의 총 체류 시간을 증가시킨다. 몇몇 실시예에서, 재지향 휠은 냉각 용기 내에서 폴리머 케이블 구성요소의 총 체류 시간을 제어하기 위해 조정 가능할 수도 있다.

케이블은 예를 들어 2개, 3개, 4개, 6개 또는 8개의 연선을 포함하여, 하나 또는 하나 초과의 연선으로 제조될 수 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 케이블 내의 각각의 연선은 신호 속도를 조절하기 위해 고유의 미리 결정된 시간 동안 극저온 유체에 노출될 수도 있다. 신호 속도를 조절함으로써, 최종 케이블의 지연 스큐가 감소될 수 있다.

몇몇 실시예에서 케이블 자켓은 프로파일 다이를 갖는 압출기를 사용하여 연선 또는 다른 케이블 구성요소 주위에 형성된다. 케이블 구성요소는 압출기 다이를 통과하고 폴리머가 케이블 구성요소 주위로 압출되어 자켓을 형성한다. 몇몇 실시예에서, 케이블 자켓은 케이블 자켓의 변형을 회피하기 위해 케이블 구성요소 주위로 압출된 후 극저온 유체에 노출된다.

몇몇 실시예에서 폴리머는, 이들에 한정되는 것은 아니지만, 중공 튜브, 중실 튜브, 직사각형 형상, 불규칙 형상, 돌출부, 압입부 또는 공동을 갖는 형상, 또는 임의의 다른 프로파일 디자인을 포함하는 폴리머 형상을 형성하도록 압출된 후 극저온 유체에 노출될 수도 있다. 형상이 압출된 후에 압출된 폴리머 형상을 극저온 유체에 노출시킴으로써, 압출된 형상의 경도가 비교적 짧은 거리에 걸쳐 증가될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 극저온 유체에 대한 노출은 압출된 형상의 결정질 구조를 조정하고 그리고/또는 최종 폴리머 형상의 물리적 특성을 제어하는 데 사용될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 압출된 폴리머는 극저온 유체에 노출되기 전에 수조에 노출될 수도 있다. 압출된 폴리머 형상을 극저온 유체에 노출시킴으로써, 최종 폴리머는 취급, 밀링, 기계가공 또는 절단하기가 더 쉬워질 수도 있다. 최종 폴리머는 변형에 저항할 수도 있고 그리고/또는 가공 중에 더 적은 부스러기, 먼지, 절삭 지스러기 또는 사용 불가능 재료를 생성할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 폴리머 케이블 구성요소의 결정질 구조를 조정함으로써, 개선된 인장 및 연신 특성이 달성될 수도 있다.

몇몇 실시예에서, 극저온 냉각 용기는 인라인 연속 또는 반연속 프로세스에 통합될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 트위닝 기계는 연선을 형성하기 위해 트위닝 기계가 폴리머 절연 전도체를 트위닝하기 전, 동안 및/또는 후에 극저온 냉각 챔버를 포함하도록 구성될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 케이블링 기계는 케이블링 기계가 케이블 코어를 형성하기 위해 케이블 구성요소를 수집하고 그리고/또는 트위스팅하기 전, 동안 및/또는 후에 극저온 냉각 챔버를 포함하도록 구성될 수도 있다.

몇몇 실시예에서, 극저온 냉각 용기는 극저온 액체를 수용하도록 배열된 용기, 예를 들어 플로트 스위치와 같은 액체 레벨 센서, 극저온 액체를 제공하도록 배열된 입구, 및/또는 기화된 극저온 유체를 제거하도록 배열된 배기구를 포함한다. 몇몇 극저온 냉각 용기에서 입구는 예를 들어, 폴리머 절연 전도체와 같은 폴리머 구성요소가 냉각 용기에 진입할 수 있게 하도록 배열되고 출구는 폴리머 구성요소가 냉각 용기에서 진출할 수 있게 하도록 배열된다. 몇몇 실시예에서, 입구 및 출구는 각각 폴리머 샘플의 직경보다 0.3 mm 미만 더 큰 직경을 갖는다. 몇몇 실시예에서, 입구 및/또는 출구는 예를 들어 크로스 웨브와 같은 다양한 프로파일 폴리머 샘플을 수용하기 위해 프로파일링된 형상으로 배열된다. 몇몇 실시예에서, 냉각 용기는 작업 및/또는 라인 중단 동안 일관된 와이어 또는 케이블 품질을 유지하기 위한 센서 및/또는 라벨링 디바이스를 통합한다.

몇몇 실시예에서, 냉각 용기는 폴리머 절연 전도체 사이의 제1 접촉 전에 폴리머 절연 전도체를 극저온 유체에 노출시키도록 배열된다. 제1 접촉 지점은 폴리머 절연 전도체가 실제로 트위닝 기계 권취부에 진입하기 전 몇 피트일 수도 있다. 제1 접촉 지점에서 폴리머 절연 전도체 사이의 압축력이 존재하지만 폴리머 절연 전도체가 함께 트위닝될 때 발생되는 피크 압축력에 비해 약할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 냉각 용기는 제1 접촉 지점 후에 그러나 폴리머 절연 전도체가 트위닝 기계에 진입하기 전에 극저온 유체에 폴리머 절연 전도체를 노출시키도록 배열된다.

몇몇 실시예에서, 자동화 극저온 노출 시스템은 인라인 연속 또는 반연속 프로세스의 일부로서 이용될 수도 있다. 자동화 극저온 노출 시스템은 트위닝 라인, 케이블링 라인, 자켓팅 라인, 및/또는 폴리머 부재가 압축되거나 변형될 수도 있는 임의의 다른 프로세스와 함께 사용될 수도 있다.

몇몇 실시예에서, 극저온 노출 시스템은 가변 길이를 갖는 냉각 용기, 가변 구성요소 경로, 다중 구성요소 경로, 와이어, 연선, 케이블 코어 또는 케이블의 직경을 결정하도록 배열된 하나 이상의 센서, 및/또는 기계 자동화 제어기를 포함한다.

일 비한정적 예에서, 연선 트위닝 프로세스의 시작시에 풀려지는 하나 또는 2개의 폴리머 절연 전도체의 직경을 측정하기 위해 광학 센서가 사용될 수도 있다. 본 명세서에 설명된 바와 같이, 폴리머 절연 전도체는 폴리머 절연층의 적어도 일부의 경도를 상승시키기 위해, 액체 질소와 같은 극저온 유체를 수용하는 냉각 용기를 통과할 수도 있다. 냉각 용기를 통과한 후, 2개의 폴리머 절연 전도체는 연선을 형성하기 위해 함께 트위스팅된다. 제2 광학 센서가 최종 연선의 폭을 측정하는 데 사용될 수도 있다.

이들이 서로 접촉하기 전에 양 폴리머 절연 전도체의 직경을 측정함으로써, 폴리머 절연층이 임의의 압착 또는 변형을 경험하지 않으면 2개의 직경은 조합되어 최종 연선의 잠재적인 폭을 결정할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 잠재적 제로-변형 폭은 또한 트위닝 프로세스의 시작시에 폴리머 절연 전도체 중 하나의 직경을 측정하고 이를 2배로 함으로써 결정될 수도 있다.

최종 연선의 폭을 측정할 때, 광학 센서는 광학 센서에 의해 방출된 광자 빔과 같은 빔을 통과할 때 연선의 폭을 측정할 수도 있다. 피크 폭 측정치는 개별 전도체가 광학 센서의 빔에 수직인 평면에 배향될 때 연선의 폭을 나타내는 데 사용된다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 연선의 2개의 전도체가 광학 센서의 빔과 일렬로 적층될 때, 측정된 폭은 하나의 절연 전도체의 폭과 거의 동등할 수도 있고 연선의 폭을 나타내지 않는다. 연선의 측정된 폭은 이론적인 제로 압착 폭과 비교되어 연선의 압착비를 실시간으로 결정할 수 있다.

연선 케이블 설계의 일부로서, 원하는 압착비가 원하는 전기적 특성을 달성하기 위해 설정될 수도 있다. 측정된 압착비가 원하는 압착비 설정점보다 더 높은 것으로 결정되면, 냉각 용기는 그 동안에 폴리머 절연 전도체가 극저온 유체에 노출되는 길이를 연장하도록 조정될 수도 있다. 극저온 유체를 수용하는 냉각 용기의 길이를 연장함으로써, 폴리머 절연 전도체의 노출 시간이 증가될 수 있고 폴리머 절연 전도체의 경도는 트위닝 프로세스의 압축력에 노출되기 전에 증가될 수도 있다. 트위닝 전에 폴리머 절연 전도체의 경도를 증가시킴으로써, 최종 연선의 압착비가 감소될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 트위너 속도는 극저온 유체에서 절연 전도체의 체류 시간 및/또는 트위닝 프로세스에 의해 생성된 압축력의 모두를 증가 또는 감소시키는 것을 돕도록 조정될 수도 있다.

몇몇 실시예에서, 광학 센서 및 가변 길이 냉각 용기는 자동화 품질 제어 프로세스를 생성하기 위해 하나 이상의 프로세서 또는 기계 자동화 제어기에 연결될 수도 있다. 측정된 압착비가 원하는 압착비 설정점으로부터 벗어날 때, 제어기는 극저온 유체를 수용하는 냉각 용기 부분의 길이를 신장 또는 수축함으로써 및/또는 재지향 휠의 위치를 조정함으로써 냉각 용기 내의 구성요소 경로의 길이를 신장 또는 수축함으로써 가변 길이 냉각 용기가 응답하게 할 수도 있다. 극저온 유체를 수용하는 냉각 용기 부분의 길이를 자동으로 조정함으로써, 극저온 유체에 대한 폴리머 절연 전도체의 노출 시간 및 따라서 폴리머 절연층의 경도가 조절될 수도 있다. 폴리머 절연층의 경도를 조절함으로써, 연선의 압착비가 제어될 수도 있다.

몇몇 실시예에서, 가변 길이 냉각 용기에 대한 미소한 수정이 연속적 기초로 발생할 수도 있다. 냉각 용기의 길이 및 따라서 극저온 유체에 대한 폴리머 절연 전도체의 노출 시간에 대한 세분화 및/또는 자동화 제어를 갖는 것은, 이들에 한정되는 것은 아니지만, 주위 온도, 주위 햇빛, 상대 습도, 라인 속도, 꼬임 길이, 트위너 파라미터, 트위너 설계, 사용된 폴리머 절연재의 유형, 폴리머 절연재가 발포체인지 또는 고체인지 여부, 및/또는 폴리머 절연재가 발포되는 정도, 릴간에 폴리머 절연 전도체의 차이 및 많은 다른 것들을 포함하는 매우 다양한 잠재적으로 복잡한 다양한 인자에도 불구하고 압착비가 제어되고 유지될 수 있게 한다.

몇몇 실시예에서 다수의 냉각 용기가 극저온 유체에 대한 폴리머 절연 전도체의 총 노출 시간을 제어하는 데 사용될 수도 있다. 다수의 개별 냉각 용기를 사용함으로써, 극저온 유체를 폴리머 절연재에 적용하는 상이한 방법이 동일한 폴리머 절연재 상에 사용될 수도 있다. 예를 들어, 제1 냉각 용기는 극저온 유체의 욕에 폴리머 전도체를 침지할 수도 있고 반면 제2 냉각 용기는 극저온 유체 스프레이를 사용할 수도 있다. 임의의 수의 냉각 용기가 수많은 구성 중 임의의 것에서 사용될 수도 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 다수의 냉각 용기의 일부 또는 모두의 구성을 변경함으로써, 트위닝 또는 다른 압축력 시에 폴리머 절연 전도체의 노출 시간 및 폴리머 절연 전도체의 온도가 조정 가능한 방식으로 제어될 수도 있다.

전통적으로, 원하는 압착 정도를 획득하는 것은 연선의 릴이 제조되고 최종 릴의 전기적 특성이 시험되는 시행 착오 프로세스를 요구했다. 전기적 특성이 미리 결정된 사양 내에 있지 않으면, 릴은 비합치로서 라벨링될 것이고 많은 변수 중 하나가 변경될 것이다. 이어서, 연선의 다른 릴이 제조될 것이고 해당 릴의 전기적 특성이 시험된다. 이 시행 착오 프로세스는 상당한 시간을 요구했고 재료의 손실을 야기했다. 폴리머 절연 전도체의 물리적 특성 및 최종 연선은 전기적 특성에 영향을 미치는 것으로 알려져 있으므로, 연선의 압착 정도를 제어함으로써, 연선의 전기적 특성이 또한 제어될 수도 있다. 개시된 연속 및/또는 자동화 프로세스는 원하는 물리적 특성 및 따라서 원하는 전기적 특성을 더 적은 시간에 더 적은 낭비 재료로 획득하기 위해 사용될 수도 있다.

도 19a 내지 도 19c는 일 실시예에 따른 가변 길이 냉각 용기의 개략도를 도시하고 있다. 도 19a에 도시되어 있는 바와 같이, 가변 길이 냉각 용기는 극저온 유체(1620)를 수용하는 냉각 용기의 길이를 변경하기 위해 전방 및 후방으로 이동하도록 배열된 격벽(1630)을 포함할 수도 있다. 격벽(1630)은 나사산 형성 로드 또는 스크류 드라이브(1660)에 연결된 모터(1650)에 의해 제어될 수도 있다. 도 19a에 도시되어 있는 바와 같이, 폴리머 절연 전도체(1610)는 구멍(1640)을 통해 냉각 용기에 진입할 수도 있다. 극저온 유체(1620)를 수용하지 않은 냉각 용기의 부분을 통과한 후, 폴리머 절연 전도체는 유사한 구멍(1640)을 통해 격벽(1630)을 통과할 수도 있다. 격벽(1630)을 통과한 후, 폴리머 절연 전도체(1610)는 극저온 유체(1620)에 노출된다. 도 19b 및 도 19c에 도시되어 있는 바와 같이, 격벽(1630)의 위치는 극저온 유체(1620)를 수용하는 냉각 용기의 부분을 확장 또는 축소하기 위해 모터(1650) 및/또는 스크류 드라이브(1660)를 사용하여 제어될 수 있다. 극저온 유체를 수용하는 냉각 용기 부분의 길이를 조절함으로써, 폴리머 절연 전도체가 극저온 유체에 노출되는 시간이 제어될 수도 있다. 폴리머 절연 전도체가 극저온 유체에 노출되는 시간을 제어함으로써, 연선 또는 케이블의 압착비 및 궁극적으로 전기적 성능이 제어될 수 있다.

몇몇 실시예에서, 가변 길이 냉각 용기에서 격벽의 위치를 제어하기 위한 모터, 스크류 드라이브, 또는 다른 메커니즘은 기계 제어기에 동작 가능하게 연결될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 기계 제어기는 냉각 용기 내의 구성요소 경로의 길이를 조정하기 위해 냉각 용기 내부의 재지향 휠의 위치를 제어하는 데 사용될 수도 있다. 이 동적 구성요소 경로는 냉각 용기 내의 폴리머 케이블 구성요소의 체류 시간을 조정하도록 제어될 수도 있다. 기계 제어기는 폴리머 절연 전도체의 직경을 결정하기 위한 제1 센서 및 연선의 폭을 결정하기 위한 제2 센서와 데이터 통신하는 하나 이상의 프로세서와 데이터 통신할 수도 있다. 프로세서 및 기계 제어기는 폴리머 절연 전도체의 직경과 최종 연선의 폭을 비교하여 압착비를 결정하고 결정된 압착비를 미리 결정된 원하는 압착비 설정점과 비교할 수도 있다. 기계 제어기는 이어서 결정된 압착비가 원하는 압착비 설정점과 대략 동일할 때까지 극저온 유체에 대한 폴리머 절연 전도체의 노출 시간을 조정하도록 모터 및/또는 스크류 드라이브에 지시할 수도 있다. 전술된 극저온 노출 시스템은 트위닝 시스템의 맥락에서 설명되지만, 시스템은 폴리머 구성요소가 압축되거나 변형될 수도 있는 임의의 다른 프로세스에 적용될 수도 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다.

몇몇 실시예에서, 냉각 용기는 극저온 유체를 폴리머 구성요소 상에 스프레이하도록 구성된 노즐을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 극저온 유체를 수용하는 냉각 챔버의 물리적 크기를 변경하기보다는, 복수의 노즐 중 일부는 폐쇄되거나, 바이패스되거나, 그렇지 않으면 극저온 유체를 스프레이하는 것이 방지될 수도 있다. 이는 폴리머 구성요소의 노출 시간이 제어될 수 있게 하고 폴리머 구성요소의 최종 압착비가 전술된 바와 같이 제어될 수 있게 한다.

도 20a 내지 도 20c는 일 실시예에 따른 가변 스프레이 냉각 용기의 개략도를 도시하고 있다. 도 20a에 도시되어 있는 바와 같이, 폴리머 절연 전도체(1710)는 구멍(1730)을 통해 냉각 용기에 진입할 수도 있다. 극저온 스프레이 노즐(1720)은 폴리머 절연 전도체(1710)를 극저온 유체에 노출시키도록 활성화될 수도 있다. 도 20a에 도시되어 있는 바와 같이, 폴리머 절연 전도체를 최대량의 극저온 유체에 노출시키기 위해 복수의 스프레이 노즐(1720)의 모두가 활성화될 수도 있다. 도 20b에 도시되어 있는 바와 같이, 극저온 유체에 대한 폴리머 절연 전도체의 노출 시간을 감소시키기 위해 복수의 극저온 스프레이 노즐(1720)의 일부가 비활성화될 수도 있다. 도 20c에 도시되어 있는 바와 같이, 극저온 유체에 대한 폴리머 절연 전도체의 노출 시간을 감소시키기 위해 더 많은 스프레이 노즐(1720)이 비활성화될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 하나 또는 하나 초과의 노즐을 통한 극저온 유체의 유량은 또한 냉각 용기를 통과하는 폴리머 구성요소의 경도를 조정하기 위해 조절될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 모든 스프레이 노즐이 비활성화될 수도 있고 폴리머 구성요소는 극저온 유체에 전혀 노출되지 않을 수도 있다. 복수의 극저온 노즐 중 적어도 하나의 유동을 조정함으로써, 극저온 유체에 대한 폴리머 절연 전도체의 노출 시간이 조정될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 냉각 용기의 노즐을 통한 극저온 유체의 유동은 연선의 압착비 또는 냉각 용기를 통과하는 임의의 다른 폴리머 구성요소의 변형을 면밀히 제어하기 위해 측정된 압착비에 응답하여 조정될 수도 있다.

몇몇 실시예에서, 폴리머 절연 전도체, 케이블, 케이블 자켓, 및 다른 케이블 구성요소의 압착 또는 변형을 감소시키는 것은 전기적 성능을 유지하거나 개선하면서 더 적은 폴리머 재료를 사용하여 이들 구성요소가 제조될 수 있게 한다. 더 적은 폴리머 재료를 사용함으로써, 최종 케이블은 더 적은 가연성 재료와 더 낮은 연료 부하를 갖는다. 더 낮은 연료 부하를 갖는 케이블은 UL 910 슈타이너 터널(Steiner Tunnel) 시험을 통과할 가능성이 높다.

몇몇 실시예에서, 예상되는 변형을 보상하기 위해 추가 절연재 및/또는 자켓팅 재료를 추가하는 단계는 새로운 세트의 문제를 생성한다. 예를 들어, 많은 케이블은 특정 화염 및 연기 표준을 통과해야 하는데, 이는 케이블이 건물이나 주택 내에서 사용을 위해 안전한 것을 보장한다. 화염을 전파하고 연기를 발생시키는 케이블의 경향의 일 요소는 통상적으로 "연료 부하"라고 칭하는 그 내에 함유된 재료의 양이다. 일반적으로, 연료(이 경우 폴리머 절연재 또는 자켓팅 재료)의 양이 증가될 때, 결과는 시험 중인 케이블로부터 연기가 더 많은 연기 발생 또는 화염 전파이다.

연료 부하 시험의 예는 ASTM E84, NFPA 255, UL 723 및 ULC S102와 관련되는 UL 910 슈타이너 터널 시험이다. 이 시험에서, 24 피트 x 1.8 피트 x 1 피트의 불연성 수평 상자 또는 터널 내의 케이블의 다발이 화염을 받게 된다. 화염 강도는 89 킬로와트로 설정되고, 공기는 터널을 통해 이동되어 플레넘 천장 상황을 시뮬레이션한다. 이들 표준에 따라 시험된 재료는 5 피트의 최대 화염 확산 거리, 0.5의 최대 피크 광학 밀도, 및 0.15의 최대 평균 광학 밀도를 나타내도록 요구된다.

설계 엔지니어는 일반적으로 비용과 요구되는 연료 부하 표준을 충족하기 위해 최적화된 재료를 선택한다. 이들 케이블을 제조하는 동안 발생하는 힘으로 인한 케이블 변형을 보상하기 위해 여분의 재료가 추가될 때 잠재적인 문제가 발생한다. 이 여분의 재료는 연료 부하를 증가시키고, 비용을 증가시키며, 채용될 수도 있는 재료의 유형을 제한한다. 예로서, 몇몇 Cat 6A 케이블은 제조 중에 더 높은 압축력을 생성하는 더 짧은 꼬임 길이를 제공한다. 이들 케이블은, 이들 제품을 제조하는 동안 마주치게 되는 정상보다 더 높은 변형으로 인해, 전형적으로 절연을 위해 FEP 및 PVC 수지를 사용한다. 몇몇 다른 단부 Cat 6 케이블은 더 긴 꼬임 길이를 이용하고 제조 중에 비교적 감소된 압축력을 경험한다. 따라서, 이들 케이블은 변형을 보상하기 위해 더 적은 추가 절연재를 필요로 한다. 이 더 낮은 연료 부하는 다른 저렴한 재료 및/또는 이용을 허용한다.

몇몇 실시예에서, 케이블은 압축 이벤트 전에 또는 동안에 폴리머 케이블 구성요소의 경도를 일시적으로 증가시킴으로써 제조된다. 증가된 경도는 압축 이벤트 중에 경험하는 변형 정도를 감소시키고, 따라서 원하는 전기적 성능을 달성하기 위해 더 적은 추가의 절연 재료가 요구된다. 몇몇 실시예에서, 폴리머 케이블 구성요소의 경도를 증가시키는 것은 최종 케이블에서 감소된 총 연료 부하를 허용하여, 이에 의해 케이블이 UL 910 슈타이너 터널 시험을 통과할 수 있게 하고, 반면 경도 및 경도 증가를 경험하지 않고 증가된 침하를 상쇄하기 위해 추가의 폴리머 재료를 포함하는 유사한 케이블은 UL 910 슈타이너 터널 시험을 통과하지 못할 것이다.

몇몇 실시예에서, 감소된 연료 부하 없이 UL 910 슈타이너 터널 시험을 통과하지 않았을 것인 더 비용 효율적인 재료의 더 낮은 연료 부하를 갖는 케이블이 개발될 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 개시된 기술을 사용하여 제조된 케이블은 감소된 연료 부하를 포함하고 화염 또는 연기를 전파할 가능성이 적다.

몇몇 실시예에서, 개시된 기술을 사용하여 생성된 케이블은 더 작은 외경을 가질 수도 있다. 이는 기존 건물을 이전에 사용된 더 낮은 성능 케이블과 같거나 더 작은 직경을 갖는 현대식 고성능 케이블로 개장될 수 있게 할 수도 있다.

몇몇 실시예에서, 와이어 및 케이블 제품은 그 연료 부하에 기여하는 특정 양의 폴리머 절연재 및/또는 다른 폴리머 케이블 구성요소를 갖는다. 몇몇 실시예에서, 연료 부하는 ASTM E84, UL910, NFPA 255, UL 723 또는 ULC S102에 언급된 바와 같은 ASTM E84의 슈타이너 터널 시험 방법에 따라 측정될 때 약 5 피트 이하의 화염 이동 거리, 약 0.5 이하의 연기의 피크 광학 밀도 및/또는 약 0.15 이하의 평균 광학 밀도를 생성하도록 설계된다.

몇몇 실시예에서, 폴리머 케이블 구성요소는 압축 이벤트를 거치기 전에 냉각 및/또는 경화된다. 경화로 인해, 폴리머 케이블 구성요소는 폴리머 케이블 구성요소가 압축되기 전에 냉각 및/또는 경화되지 않은 경우에 일어날 것만큼 변형되지 않았기 때문에 원하는 전기적 특성을 제공할 수 있다.

몇몇 실시예에서, 폴리머 케이블 구성요소는 경화된 후 덜 변형되기 때문에, 더 적은 총 폴리머가 와이어 및 케이블 제품 내에 포함될 수도 있고, 이에 의해 와이어 및 케이블 제품의 총 연료 부하를 감소시킬 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 감소된 연료 부하 와이어 및 케이블 제품은 약 20 pf/ft 미만의 정전용량 값을 갖는다. 몇몇 실시예에서, 감소된 연료 부하 와이어 및 케이블 제품은 약 50 옴 내지 150 옴, 또는 약 75 옴 내지 125 옴, 또는 약 100 옴과 동일한 임피던스 값을 갖는다. 몇몇 실시예에서, 감소된 연료 부하 와이어 및 케이블 제품은 약 62% 내지 80%, 또는 약 66% 내지 70%의 전파 속도를 갖는다.

몇몇 제조 시설에서, 매우 뜨거운 절연 전도체 또는 다른 폴리머 케이블 구성요소를 압출된 후 천천히 냉각할 수 있는 충분한 공간이 있다. 몇몇 시설에서, 이 초기 냉각 단계는 최근에 압출된 폴리머 구성요소를 주위 공기 또는 트로프 내에 수용된 물에 연장된 시간 기간 동안 노출시키는 것을 수반한다. 와이어 및 케이블 제조는 일반적으로 케이블 구성요소가 빠르게 이동하는 연속 프로세스이므로, 각각의 이들 냉각 방법은 예를 들어, 약 40 피트 초과의 상당한 양의 공간을 필요로 할 수 있다. 압출된 폴리머 구성요소가 냉각될 수 있게 하는 데 요구되는 장거리는 많은 제조 현장 공간을 필요로 한다. 부가적으로, 이들 냉각 방법은 일반적으로 폴리머 케이블 구성요소의 온도를 주위 온도 아래로 유도하지 않는다.

몇몇 실시예에서, 더 빠른 온도 감소는 시간을 절약하고 압출기 제조 작업의 푸트프린트를 감소시키는 모두에 유리하다. 몇몇 실시예에서, 냉각된 또는 극저온 유체를 갖는 냉각 챔버가 압출된 직후 폴리머 케이블 구성요소를 급속하게 냉각하는 데 사용될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 압출기 이후의 냉각 챔버는 약 10 피트 미만 길이, 또는 약 8 피트 미만 길이, 또는 약 5 피트 미만 길이, 또는 약 3 피트 미만 길이이다.

일 비한정적인 예에서, 고체 FEP 플라크의 쇼어 D 경도가 이하에 설명된 바와 같이 측정되었다. 고체 FEP 폴리머의 사출 성형된 플라크가 이 예 전반에 걸쳐 사용되었다. 플라크는 61 mm 길이, 61 mm 폭, 및 2 mm 높이였다. 고체 FEP 플라크의 쇼어 D 경도는 약 20℃의 주위 온도에서 측정되었다. 플라크는 이어서 액체 질소의 풀에 플라크를 침지함으로써 상이한 시간의 길이 동안 액체 질소에 노출되었다. 플라크의 쇼어 D 경도는 상이한 노출 시간 후에 측정되었다. 데이터는 도 21에 도시되어 있다.

도 21에서 알 수 있는 바와 같이, FEP 플라크의 쇼어 D 경도는 약 10초 동안 액체 질소에 노출된 후 약 60으로부터 약 83으로 증가한다. 액체 질소에 약 10초 노출 후, FEP 플라크는 약 83의 최대 경도에 도달했다. 10초를 넘어 액체 질소에 계속 노출은 FEP 플라크의 경도를 계속 증가시키지 않았다.

후속 예에서, 고체 FEP 플라크의 쇼어 D 경도는 플라크가 지정된 시간 기간 동안 액체 질소에 노출된 후 주위 온도로 복귀함에 따라 측정되었다. 플라크는 6초, 10초 또는 30초 동안 액체 질소에 침지되었고, 이어서 액체 질소로부터 제거되었다. 3회의 시험의 각각에 대해, 플라크의 쇼어 D 경도는 플라크가 주위 온도로 복귀될 때까지 지정된 시간 간격으로 측정되었다.

도 22는 6초, 10초, 또는 30초 동안 액체 질소에 침지된 후 주위 온도로 복귀할 때 플라크의 쇼어 D 경도를 도시하고 있다. 도 22에 도시되어 있는 바와 같이, 10초 동안 액체 질소에 노출된 샘플과 30초 동안 액체 질소에 노출된 샘플 사이의 시간 경과에 따른 경도 변화의 차이는 비교적 거의 없다. 이는 도 21에 도시되어 있는 데이터와 상관하여 FEP 플라크가 액체 질소에 노출의 약 10초 후에 그 최대 경도에 도달된 것을 시사한다. 6초 동안 액체 질소에 노출된 플라크는 플라크가 주위 조건에 노출됨에 따라 감소하는 약 76의 더 낮은 초기 쇼어 D 경도에 도달했을 가능성이 있다.

후속 예에서, 고체 FEP 플라크는 10초 동안 액체 질소에 침지되고 이어서 제거되었다. 쇼어 D 경도와 플라크의 온도(℃)는 플라크가 주위 온도로 복귀될 때 측정되었다. 도 23a 내지 도 23c는 상이한 시간 기간에 걸친 이 데이터를 도시하고 있다.

도 23a는 약 390초에 걸친 고체 FEP 플라크의 쇼어 D 경도의 강하 및 온도 상승을 도시하고 있다. 도 23b는 쇼어 D 경도의 강하 및 약 180초에 걸친 고체 FEP 플라크의 온도 상승을 도시하고 있다. 도 23c는 쇼어 D 경도의 강하 및 약 30초에 걸친 고체 FEP 플라크의 온도 상승을 도시하고 있다. 도 23a 내지 도 23c에서 -60℃ 미만의 온도 데이터는 직접 측정이기보다는 추정이라는 것이 주목되어야 한다.

다른 비한정적인 예에서, 발포체 FEP의 쇼어 D 경도가 측정되었다. 발포체 FEP 샘플을 제조하기 위해, FEP 발포체 절연 와이어는 고체 FEP 플라크 주위에 단단히 감겼다. 발포체 FEP 절연 와이어의 쇼어 D 경도는 약 20℃의 주위 온도에서 측정되었다. FEP 발포체 절연 와이어는 이어서 액체 질소의 풀 내에 FEP 발포체 절연 와이어를 침지함으로써 상이한 시간의 길이 동안 액체 질소에 노출되었다. 발포체 FEP의 쇼어 D 경도는 상이한 노출 시간 후에 측정되었다. 데이터는 도 24에 도시되어 있다.

도 24에 도시되어 있는 바와 같이, FEP 발포체의 쇼어 D 경도는 주위 온도에서 약 29이고 약 15초 동안 액체 질소에 노출된 후 약 63으로 상승한다. 일단 발포체 FEP가 약 63의 쇼어 D 경도에 도달하면, 쇼어 D 경도는 안정기에 접어들고 액체 질소에 대한 추가 노출 시간 후에 상당히 증가하지 않는다.

도 25는 10초 동안 액체 질소 내에 침지된 후 주위 온도로 복귀할 때 FEP 발포체 절연 와이어의 쇼어 D 경도를 도시하고 있다. 발포체 FEP가 더 오랜 시간 기간 동안 주위 온도에 노출됨에 따라, 쇼어 D 경도는 주위 온도에서 약 29의 쇼어 D 경도에 도달할 때까지 감소한다.

후속 예에서, 발포체 FEP 절연 와이어는 10초 동안 액체 질소에 침지되고 이어서 제거되었다. 발포체 FEP가 주위 온도로 복귀함에 따라 쇼어 D 경도 및 발포체 FEP 절연 와이어의 온도가 측정되었다. 도 26은 일정 시간 기간에 걸친 이 데이터를 도시하고 있다.

도 26은 약 390초에 걸친 고체 FEP 플라크의 쇼어 D 경도의 강하 및 온도 상승을 도시하고 있다. 약 -55℃ 미만의 초기 온도 데이터는 수집되지 않았다는 것이 주목되어야 한다.

도 27은 시간 경과에 따라 액체 질소에 노출될 때 고체 FEP와 발포체 FEP의 모두의 쇼어 D 경도를 도시하고 있다. 도 27에 의해 알 수 있는 바와 같이, 고체 FEP에 대한 쇼어 D 경도는 일반적으로 약 10초 후에 증가를 중지한다. 발포체 FEP에 대한 쇼어 D 경도는 일반적으로 약 15초 후에 증가를 중지한다.

도 28은 10초 동안 액체 질소에 노출된 후 주위 조건에 노출되었을 때 고체 FEP와 발포체 FEP의 모두의 쇼어 D 경도를 도시하고 있다. 특히, 발포체 FEP의 쇼어 D 경도는 더 느리게 감소되었고 주위 온도에서 그 쇼어 D 경도로 복귀하는 데 고체 FEP보다 3분 초과 더 오래 소요되었다.

도 29는 10초 동안 액체 질소에 노출된 후 주위 조건에 노출되었을 때 고체 FEP 및 발포체 FEP의 온도를 도시하고 있다. 발포체 FEP의 온도는 더 느리게 증가되었고 주위 온도로 복귀하는 데 고체 FEP보다 10분 초과 더 오래 소요되었다.

이론에 의해 구속되지 않고, 발포체 FEP 내의 에어 포켓은 고체 FEP보다 더 느리게 온도를 변화시키는 것으로 고려된다. 이에 따라, 발포체 FEP 절연재는 액체 질소에 노출될 때 그 최저 온도 및 연관된 증가된 경도에 도달하는 데 더 오래 소요된다. 발포체 FEP는 또한 액체 질소로부터 제거된 후 그 주위 온도 및 연관 경도로 복귀하는 데 더 오래 소요된다.

상기 예는 고체 및 발포체 FEP의 견지에서 설명되었지만, 유사한 데이터가 임의의 형태 및 유형의 폴리머에 대해 쉽게 수집될 수 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 일단 폴리머의 경도가 주위 경도로 복귀하는 속도가 이해되면, 압축 이벤트를 받게 될 때 폴리머 케이블 구성요소의 경도는 폴리머 구성요소가 냉각 용기를 떠난 후에 주위 온도에 노출되는 시간을 조절함으로써 제어될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 냉각 용기 사이의 거리 및/또는 제조 라인의 라인 속도는 압축기 또는 변형 지점에서 폴리머 케이블 구성요소의 원하는 경도에 도달하기 위해 조정될 수도 있다.

냉각 시간(예를 들어, 극저온 유체 또는 다른 냉각 매체에 대한 노출 시간)은 대안적으로 또는 부가적으로 압축력 또는 다른 변형력을 받게 되는 지점에서 폴리머 케이블 구성요소의 원하는 경도에 도달하기 위해 조정될 수 있다는 것이 유사하게 이해될 수 있을 것이다.

몇몇 실시예에서, 경도를 증가시키기 위한 본 명세서에 설명된 방법은 구성요소가 압축력을 경험하기 전에 또는 폴리머 케이블 구성요소가 주위 온도에서 유사한 구성요소에 대한 압축력을 경험할 때 폴리머 케이블 구성요소의 쇼어 D 경도의 적어도 약 10% 증가를 발생한다.

몇몇 실시예에서, 본 명세서에 설명된 경도를 증가시키기 위한 방법은 20℃에서 동일한 폴리머로 제조된 유사한 구성요소에 비해 폴리머 케이블 구성요소에서 쇼어 D 경도의 적어도 약 10% 이상 증가를 발생한다. 몇몇 실시예에서, 본 명세서에 설명된 경도를 증가시키기 위한 방법은 20℃에서 유사한 구성요소에 비해 폴리머 케이블 구성요소에서 쇼어 D 경도의 적어도 약 10% 이상 증가를 발생하고 압축 이벤트에 의해 야기된 변형을 적어도 약 0.0005 인치만큼 감소시킨다.

몇몇 실시예에서, 주위 온도에서 유사한 구성요소에 비해 쇼어 D 경도의 적어도 약 10% 증가는 약 10 피트 미만 길이인 냉각 챔버를 사용하여 발생된다.

모든 경우에 대해, 쇼어 D 경도의 10% 증가는 브리넬, 마이어, 비커스, 로크웰, 및 쇼어 A와 같은 다른 쇼어 경도계 스케일과 같은 다른 경도 시험으로 변환될 수 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다.

참조를 위해, 쇼어 D 경도계 시험은 ASTM D2240 및 ISO 868에 설명되어 있다. 경도 값은 샘플 내로의 경도계 인덴터 푸트(indenter foot)의 침투에 의해 결정된다. 쇼어 경도 측정치는 무차원이며 0 내지 100 범위이다. 쇼어 경도 수치가 높을수록, 재료가 더 경성이고 변형에 더 저항성이다. 몇몇 실시예에서, 경도를 증가시키기 위한 개시된 방법은 40 내지 80의 쇼어 경도를 나타내는 기재에 대해 가장 유리하다.

본 명세서에 설명된 방법, 시스템 및 실시예는 일반적으로 폴리머 구성요소의 경도를 조정하는 것에 관한 것이다. 본 명세서에서 고려되는 폴리머는 열가소성 물질, 열경화성 물질, 고무 및/또는 엘라스토머를 포함하지만 이들에 한정되는 것은 아니며, 이들 각각은 발포되거나 고체일 수도 있고 다양한 첨가제 및/또는 방염제를 함유할 수도 있다. 고려되는 특정 폴리머는 선형 저밀도 폴리에틸렌-LLDPE, 고밀도 폴리에틸렌-HDPE, 폴리에틸렌-PE, 퍼플루오로알콕시 알칸-PFA, 폴리테트라플루오로에틸렌-PTFE, 폴리비닐리덴플루오라이드-PVDF, 에틸렌 클로로트리플루오로에틸렌-ECTFE, 테트라플루오로에틸렌 퍼플루오로메틸비닐에테르-MFA, 폴리페닐렌설파이드-PPS, 폴리에테르 에테르 케톤-PEEK, 폴리에테르케톤-PEK, 폴리에틸렌이민-PEI, 플루오르화 에틸렌 프로필렌-FEP, 에틸렌 테트라플루오로에틸렌-ETFE, 에틸렌 플루오로에틸렌 프로필렌-EFEP, 폴리프로필렌-PP, 나일론-PA, 폴리염화비닐-PVC, 폴리카보네이트-PC, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌-ABS, 폴리스티렌-PS, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 같은 폴리에스테르, 폴리이미드-PI, 폴리아미드-이미드-PAI, 천연 고무, 합성 고무, 플루오르엘라스토머-FKM 및 이들의 블렌드 또는 합금을 포함하지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.

개시된 실시예는 폴리머 케이블 구성요소에 대한 압축력의 영향을 감소시키는 방법을 포함하고, 방법은 주위 조건 하에서의 폴리머 케이블 구성요소의 경도인 제1 경도를 갖는 폴리머 케이블 구성요소를 제공하는 단계; 제1 경도와는 상이한 제2 경도로 폴리머 케이블 구성요소의 경도를 일시적으로 변경하는 단계; 폴리머 케이블 구성요소에 압축력을 인가하는 단계; 폴리머 케이블 구성요소가 제1 경도로 복귀할 수 있게 하는 단계를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 폴리머 케이블 구성요소가 제2 경도에 있는 동안 폴리머 케이블 구성요소가 압축력을 받게 된다. 몇몇 실시예에서, 압축력은 제1 경도에서의 폴리머 케이블 구성요소에 비해 제2 경도에서의 폴리머 케이블 구성요소의 더 적은 변형을 생성한다. 몇몇 실시예에서, 제2 경도는 제1 경도보다 더 크다. 몇몇 실시예에서, 폴리머 케이블 구성요소의 경도를 일시적으로 변경하는 단계는 폴리머 케이블 구성요소를 냉각하는 단계를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 폴리머 케이블 구성요소를 냉각하는 단계는 폴리머 케이블 구성요소를 냉각된 유체에 노출하는 단계를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 폴리머 케이블 구성요소를 냉각하는 단계는 폴리머 케이블 구성요소를 냉각된 고체 표면에 노출하는 단계를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 냉각된 고체 표면은 회전한다. 몇몇 실시예에서, 폴리머 케이블 구성요소를 냉각하는 단계는 폴리머 케이블 구성요소를 극저온 액체에 노출하는 단계를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 폴리머 케이블 구성요소는 약 10초 이하 동안 극저온 액체에 노출된다. 몇몇 실시예에서, 폴리머 케이블 구성요소는 6초 내지 10초 동안 극저온 액체에 노출된다. 몇몇 실시예에서, 폴리머 케이블 구성요소를 냉각하는 단계는 폴리머 케이블 구성요소를 냉각된 가스에 노출하는 단계를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 냉각된 가스는 15℃ 내지 -10℃이다. 몇몇 실시예에서, 폴리머 케이블 구성요소는 외부 표면, 내부 벌크, 및 내부 표면을 포함하고, 폴리머 케이블 구성요소를 냉각하는 단계는 폴리머 케이블 구성요소의 외부 표면을 냉각하는 단계를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 폴리머 케이블 구성요소는 전도체의 원주를 둘러싸는 폴리머 절연재이다. 몇몇 실시예에서, 폴리머 케이블 구성요소는 전도체의 원주를 둘러싸는 플루오로폴리머 절연재이다. 몇몇 실시예에서, 폴리머 케이블 구성요소는 압축력을 받게 되기 전에 더 이상 10초 이하 동안 냉각되지 않는다. 몇몇 실시예는, 폴리머 케이블 구성요소가 압축력을 받게 되기 전에 5초 이하에 폴리머 케이블 구성요소의 냉각을 중지하는 단계를 더 포함한다.

추가적인 개시된 실시예는 통신 케이블의 제조 방법을 포함하고, 방법은 제1 단면 반경 및 제2 단면 반경을 갖는 폴리머 케이블 구성요소를 제공하는 단계로서, 제1 단면 반경은 단면을 따라 폴리머 케이블 구성요소의 중심으로부터 폴리머 케이블 구성요소의 에지까지의 최대 거리이고, 제2 단면 반경은 단면을 따라 폴리머 케이블 구성요소의 중심으로부터 폴리머 케이블 구성요소의 에지까지의 최소 거리이고, 제1 단면 반경은 대략 제2 단면 반경 +/-3%와 동일하고, 폴리머 케이블 구성요소는 제1 경도를 갖고, 제1 경도는 주위 조건 하에서의 폴리머 케이블 구성요소의 경도인, 폴리머 케이블 구성요소 제공 단계; 제1 경도보다 더 큰 제2 경도로 폴리머 케이블 구성요소의 경도를 일시적으로 변경하는 단계; 폴리머 케이블 구성요소에 압축력을 인가하는 단계로서, 압축력 후, 제1 단면 반경은 대략 제2 단면 반경 +/-10%와 동일한, 압축력 인가 단계를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 압축력은 제1 경도에서의 폴리머 케이블 구성요소에 비해 제2 경도에서의 폴리머 케이블 구성요소의 더 적은 변형을 생성한다. 몇몇 실시예에서, 폴리머 케이블 구성요소의 경도를 일시적으로 변경하는 단계는 폴리머 케이블 구성요소를 냉각하는 단계를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 폴리머 케이블 구성요소를 냉각하는 단계는 폴리머 케이블 구성요소를 냉각된 유체에 노출하는 단계를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 폴리머 케이블 구성요소를 냉각하는 단계는 폴리머 케이블 구성요소를 극저온 액체에 노출하는 단계를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 폴리머 케이블 구성요소를 냉각하는 단계는 폴리머 케이블 구성요소를 냉각된 가스에 노출하는 단계를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 폴리머 케이블 구성요소는 압축력을 받게 되기 전에 더 이상 10초 이하 동안 냉각되지 않는다. 몇몇 실시예는, 폴리머 케이블 구성요소가 압축력을 받게 되기 전에 5초 이하에 폴리머 케이블 구성요소의 냉각을 중지하는 단계를 더 포함한다. 몇몇 실시예에서, 폴리머 케이블 구성요소는 전도체의 원주를 둘러싸는 폴리머 절연재이다. 몇몇 실시예에서, 폴리머 케이블 구성요소는 전도체의 원주를 둘러싸는 플루오로폴리머 절연재이다. 추가적인 개시된 실시예는 통신 케이블의 제조 방법을 포함하고, 방법은 제1 직경 및 제2 직경을 갖는 폴리머 케이블 구성요소를 제공하는 단계로서, 제1 직경 및 제2 직경은 서로 수직이고, 제1 직경은 대략 제2 직경 +/-3%와 동일하고, 폴리머 케이블 구성요소는 제1 경도를 갖고, 제1 경도는 주위 조건 하에서 폴리머 케이블 구성요소의 경도인, 폴리머 케이블 구성요소 제공 단계; 제1 경도보다 더 큰 제2 경도로 폴리머 케이블 구성요소의 경도를 일시적으로 변경하는 단계; 폴리머 케이블 구성요소에 압축력을 인가하는 단계로서, 압축력 후, 제1 직경은 대략 제2 직경 +/-10%와 동일한, 압축력 인가 단계; 폴리머 케이블 구성요소가 제1 경도로 복귀할 수 있게 하는 단계를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 폴리머 케이블 구성요소가 제2 경도에 있는 동안 폴리머 케이블 구성요소가 압축력을 받게 된다. 몇몇 실시예에서, 압축력은 제1 경도에서의 폴리머 케이블 구성요소에 비해 제2 경도에서의 폴리머 케이블 구성요소의 더 적은 변형을 생성한다. 몇몇 실시예에서, 제2 경도는 제1 경도보다 더 크다. 몇몇 실시예에서, 폴리머 케이블 구성요소의 경도를 일시적으로 변경하는 단계는 폴리머 케이블 구성요소를 냉각하는 단계를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 폴리머 케이블 구성요소를 냉각하는 단계는 폴리머 케이블 구성요소를 냉각된 고체 표면에 노출하는 단계를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 냉각된 고체 표면은 회전한다. 몇몇 실시예에서, 폴리머 케이블 구성요소를 냉각하는 단계는 폴리머 케이블 구성요소를 극저온 액체에 노출하는 단계를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 폴리머 케이블 구성요소를 냉각하는 단계는 폴리머 케이블 구성요소를 냉각된 가스에 노출하는 단계를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 냉각된 가스는 15℃ 내지 -10℃이다.

추가적인 개시된 실시예는 통신 케이블의 제조 방법을 포함하고, 방법은 제1, 제2, 제3 및 제4 쌍의 폴리머 절연 전도체를 제공하는 단계로서, 각각의 폴리머 절연 전도체 쌍은 2개의 폴리머 절연 전도체를 포함하고, 각각의 폴리머 절연 전도체는 제1 경도를 갖고, 여기서 제1 경도는 주위 조건에서 폴리머 절연 전도체의 경도인, 제1, 제2, 제3 및 제4 쌍의 폴리머 절연 전도체 제공 단계; 제1 경도와는 상이한 제2 경도로 제1, 제2, 및 제3 쌍의 폴리머 절연 전도체의 폴리머 절연 전도체의 경도를 일시적으로 변경하는 단계; 100 미터에 걸친 제1 전파 지연을 갖는 제1 연선을 형성하기 위해 제1 쌍의 폴리머 절연 전도체를 함께 트위스팅하는 단계; 100 미터에 걸친 제2 전파 지연을 갖는 제2 연선을 형성하기 위해 제2 쌍의 폴리머 절연 전도체를 함께 트위스팅하는 단계; 100 미터에 걸친 제3 전파 지연을 갖는 제3 연선을 형성하기 위해 제3 쌍의 폴리머 절연 전도체를 함께 트위스팅하는 단계; 100 미터에 걸친 제4 전파 지연을 갖는 제4 연선을 형성하기 위해 제4 쌍의 폴리머 절연 전도체를 함께 트위스팅하는 단계를 포함하고, 100 미터에 걸친 제1, 제2, 제3 및 제4 전파 지연에 대한 100 미터에 걸친 전파 지연의 차이는 서로 50 나노초 이내이다. 몇몇 실시예에서, 100 미터에 걸친 제1, 제2, 제3 및 제4 전파 지연은 약 25 나노초 미만의 지연 스큐를 갖는다. 몇몇 실시예에서, 폴리머 절연 전도체의 경도를 일시적으로 변경하는 단계는 폴리머 절연 전도체를 냉각하는 단계를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 제1, 제2, 제3, 및 제4 쌍의 폴리머 절연 전도체의 폴리머 절연 전도체의 경도를 일시적으로 변경하는 단계는 각각 제1, 제2, 제3, 제4 시간 기간 동안 제1, 제2, 제3, 및 제4 쌍의 폴리머 절연 전도체를 냉각하는 단계를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 제1 시간 기간은 제2 시간 기간보다 더 길고, 제2 시간 기간은 제3 시간 기간보다 더 길다. 몇몇 실시예에서, 제1 시간 기간은 약 8 내지 10초이고, 제2 시간 기간은 약 6 내지 8초이고, 제3 시간 기간은 약 4 내지 6초이다. 몇몇 실시예에서, 제1, 제2, 제3, 및 제4 연선은 각각 제1, 제2, 제3 및 제4 꼬임 길이를 갖고, 제1 꼬임 길이는 제2 꼬임 길이보다 더 짧고, 제2 꼬임 길이는 제3 꼬임 길이보다 더 짧다. 몇몇 실시예에서, 제1, 제2, 제3, 및 제4 연선은 각각 제1, 제2, 제3 및 제4 꼬임 길이를 갖고, 제1 꼬임 길이는 제2 꼬임 길이보다 더 짧고 제2 꼬임 길이는 제3 꼬임 길이보다 더 짧고, 제1 시간 기간은 제2 시간 기간보다 더 길고, 제2 시간 기간은 제3 시간 기간보다 더 길다. 몇몇 실시예에서, 제1, 제2, 제3 및 제4 연선의 폴리머 절연 전도체는 각각 제1, 제2, 제3 및 제4 압착비를 갖는다. 몇몇 실시예에서, 제1 압착비는 제2 압착비보다 더 작고, 제2 압착비는 제3 압착비보다 더 작다. 몇몇 실시예에서, 제1, 제2, 제3 및 제4 연선은 각각 제1, 제2, 제3 및 제4 신호 속도를 갖는다. 몇몇 실시예에서, 제1 신호 속도는 제2 신호 속도보다 더 크고, 제2 신호 속도는 제3 신호 속도보다 더 크다. 몇몇 실시예에서, 제1, 제2, 제3, 및 제4 쌍의 폴리머 절연 전도체는 각각 상이한 제2 경도를 갖는, 방법. 몇몇 실시예에서, 제1 쌍의 폴리머 절연 전도체의 제2 경도는 제2 쌍의 폴리머 절연 전도체의 제2 경도보다 더 크고, 제2 쌍의 폴리머 절연 전도체의 제2 경도는 제3 쌍의 폴리머 절연 전도체의 제2 경도보다 더 크다. 추가적인 실시예는 통신 케이블의 제조 방법에 관한 것으로서, 방법은 제1 쌍의 폴리머 절연 전도체 및 제2 쌍의 폴리머 절연 전도체를 제공하는 단계로서, 각각의 폴리머 절연 전도체 쌍은 2개의 폴리머 절연 전도체를 포함하고, 각각의 폴리머 절연 전도체는 제1 경도를 갖고, 여기서 제1 경도는 주위 조건에서 폴리머 절연 전도체의 경도인, 제1 및 제2 쌍의 폴리머 절연 전도체 제공 단계; 제1 경도와는 상이한 제2 경도로 제1 쌍의 폴리머 절연 전도체의 폴리머 절연 전도체의 경도를 일시적으로 변경하는 단계; 100 미터에 걸친 제1 전파 지연을 갖는 제1 연선을 형성하기 위해 제1 쌍의 폴리머 절연 전도체를 함께 트위스팅하는 단계; 100 미터에 걸친 제2 전파 지연을 갖는 제2 연선을 형성하기 위해 제2 쌍의 폴리머 절연 전도체를 함께 트위스팅하는 단계를 포함하고, 100 미터에 걸친 제1 전파 지연 및 100 미터에 걸친 제2 전파 지연은 서로 25 나노초 이내이다. 몇몇 실시예에서, 제1 및 제2 쌍의 폴리머 절연 전도체의 폴리머 절연 전도체의 경도를 일시적으로 변경하는 단계는 제1 및 제2 쌍의 폴리머 절연 전도체를 냉각하는 단계를 포함한다.

몇몇 개시된 실시예는 와이어 및 케이블 제품을 제조하기 위한 시스템에 관한 것으로서, 시스템은 폴리머 케이블 구성요소를 풀도록 구성된 풀림부; 폴리머 케이블 구성요소를 수용하도록 구성된 냉각 용기로서, 냉각 용기는 냉각된 유체를 수용하는, 냉각 용기; 및 폴리머 케이블 구성요소를 권취하도록 구성된 권취부를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 냉각 용기는 액체 질소를 수용한다. 몇몇 실시예에서, 폴리머 케이블 구성요소를 수용하도록 구성된 2차 구조체를 더 포함하고, 2차 구조체의 내부는 냉각 챔버의 내부와 유체 연통한다. 몇몇 실시예에서, 냉각 용기는 액체 질소를 수용하고 질소 증기는 냉각 용기의 내부로부터 2차 구조체의 내부로 이동한다. 몇몇 실시예에서, 2차 구조체는 중공 튜브이다. 몇몇 실시예에서, 냉각 용기 내의 분위기는 주위 온도보다 더 낮다. 몇몇 실시예에서, 냉각 용기는 단열된다. 몇몇 실시예에서, 냉동 장비를 더 포함하고, 냉동 장비는 냉각 용기에 냉각된 공기를 제공하도록 구성된다. 몇몇 실시예에서, 폴리머 케이블 구성요소는 폴리머 절연 전도체이고, 제1 폴리머 절연 전도체 및 제2 폴리머 절연 전도체를 수용하고 연선을 형성하도록 구성된 트위너를 더 포함한다. 몇몇 실시예에서, 트위너 내의 분위기는 주위 온도보다 더 낮다. 몇몇 실시예는, 폴리머 케이블 구성요소를 수용하도록 구성된 2차 구조체를 더 포함하고, 2차 구조체의 내부는 냉각 챔버의 내부와 유체 연통하고, 2차 구조체는 트위너의 내부와 유체 연통한다. 추가적인 실시예는 와이어 및 케이블 제품을 제조하기 위한 시스템에 관한 것으로서, 시스템은 폴리머 케이블 구성요소를 풀도록 구성된 풀림부; 폴리머 케이블 구성요소에 접촉하도록 구성된 냉각 표면, 및 폴리머 케이블 구성요소를 권취하도록 구성된 권취부를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 냉각 표면은 냉각된 롤러이다. 몇몇 실시예는, 복수의 냉각된 롤러를 더 포함한다.

또 다른 개시된 실시예는 낮은 연료 부하 와이어 및 케이블 제품을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 방법은 와이어 및 케이블 제품의 원하는 전기적 특성을 설정하는 단계로서, 와이어 및 케이블 제품은 폴리머 케이블 구성요소를 포함하고, 폴리머 케이블 구성요소는 제1 연료 부하 및 제1 경도를 갖고, 폴리머 케이블 구성요소는 ASTM E84의 슈타이너 터널 시험 방법에 따라 측정될 때 약 5 피트 이하의 화염 이동 거리, 약 0.5 이하의 연기의 피크 광학 밀도 및 약 0.15 이하의 평균 광학 밀도를 갖고, 제1 경도는 주위 조건 하에서 폴리머 케이블 구성요소의 경도인, 전기적 특성 설정 단계; 제1 경도보다 더 큰 제2 경도로 폴리머 케이블 구성요소의 경도를 일시적으로 변경하는 단계; 폴리머 케이블 구성요소가 제2 경도에 있는 동안 폴리머 케이블 구성요소에 압축력을 인가함으로써 폴리머 케이블 구성요소에 제1 변형량을 야기하는 단계; 및 폴리머 케이블 구성요소를 사용하여 와이어 및 케이블 제품을 형성하는 단계로서, 와이어 및 케이블 제품은 폴리머 케이블 구성요소가 제1 변형량으로 변형될 때 설정된 원하는 전기적 특성을 충족하지만 폴리머 케이블 구성요소가 제2 변형량만큼 변형되면 원하는 전기적 특성을 충족하지 않을 것이며, 제2 변형량은 폴리머 케이블 구성요소가 제1 경도에 있는 경우 압축력을 받게 될 때 폴리머 케이블 구성요소가 변형될 양인, 와이어 및 케이블 제품을 형성하는 단계를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 폴리머 케이블 구성요소는 전도성 와이어 주위의 폴리머 절연층이다. 몇몇 실시예에서, 와이어 및 케이블 제품은 연선이다. 몇몇 실시예에서, 와이어 및 케이블 제품은 ASTM E84의 슈타이너 터널 시험 방법에 의해 측정될 때 4 피트 미만의 화염 이동 거리를 생성한다. 몇몇 실시예에서, 와이어 및 케이블 제품은 ASTM E84의 슈타이너 터널 시험 방법에 의해 측정될 때 0.4 미만의 연기의 피크 광학 밀도를 생성한다. 몇몇 실시예에서, 와이어 및 케이블 제품은 ASTM E84의 슈타이너 터널 시험 방법에 의해 측정될 때 0.15 미만의 평균 광학 밀도를 생성한다. 몇몇 실시예에서, 와이어 및 케이블 제품의 원하는 전기적 특성은 약 20 pf/ft 미만의 정전용량 값이다. 몇몇 실시예에서, 와이어 및 케이블 제품의 원하는 전기적 특성은 약 75 옴 내지 125 옴의 임피던스 값이다. 몇몇 실시예에서, 와이어 및 케이블 제품의 원하는 전기적 특성은 약 62% 내지 80%의 전파 속도이다.

추가적인 개시된 실시예는 연선의 형성 방법에 관한 것으로서, 방법은 제1 압착비를 갖는 제1 연선을 생성하기 위해 제1 속도로 케이블 트위닝 장치를 동작하는 단계; 제1 폴리머 절연층에 의해 전기적으로 절연된 제1 전도체를 포함하는 제1 폴리머 절연 전도체를 제공하는 단계; 제2 폴리머 절연층에 의해 전기적으로 절연된 제2 전도체를 포함하는 제2 폴리머 절연 전도체를 제공하는 단계; 적어도 제1 폴리머 절연 전도체를 극저온 유체에 노출하는 단계; 및 제2 압착비를 갖는 제2 연선을 생성하기 위해 제2 속도로 케이블 트위닝 장치를 동작하는 단계를 포함하고, 제2 연선은 제1 및 제2 폴리머 절연 전도체를 포함하고, 제2 속도는 제1 속도보다 더 빠르다. 몇몇 실시예에서, 제2 압착비는 제1 압착비의 10% 이내이다. 몇몇 실시예에서, 제2 압착비는 제1 압착비보다 더 작다. 몇몇 실시예에서, 제2 속도는 제1 속도보다 적어도 15% 더 빠르다. 몇몇 실시예에서, 제2 속도는 제1 속도보다 적어도 25% 더 빠르다. 몇몇 실시예에서, 제1 속도는 와이어 및 케이블 제품용 케이블 트위닝 장치의 정격 속도이고, 제2 속도는 제1 속도보다 적어도 10% 더 빠르다. 몇몇 실시예에서, 제2 속도는 제1 속도보다 적어도 10% 더 빠르고, 제2 압착비는 제1 압착비보다 더 작다. 몇몇 실시예에서, 제1 속도는 적어도 분당 60 피트이고, 제2 속도는 적어도 분당 70 피트이다. 몇몇 실시예에서, 제1 속도는 적어도 분당 160 피트이고, 제2 속도는 적어도 분당 180 피트이다. 몇몇 실시예에서, 제1 속도는 적어도 분당 220 피트이고, 제2 속도는 적어도 분당 275 피트이다. 몇몇 실시예에서, 극저온 유체는 액체 질소이다.

통상의 기술자는 본 개시내용의 바람직한 실시예에 대한 개선 및 수정을 인식할 것이다. 모든 이러한 개선 및 수정은 본 출원에 개시된 개념 및 이어지는 청구범위의 범주 내에서 고려된다. 본 발명의 개시된 실시예의 임의의 주어진 요소는 단일 구조, 단일 단계, 단일 물질 등으로 구현될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 유사하게, 개시된 실시예의 주어진 요소는 다수의 구조, 단계, 물질 등으로 구현될 수도 있다.

전술된 설명은 본 개시내용의 프로세스, 기계, 제조, 물질의 조성, 및 다른 교시를 예시하고 설명한다. 부가적으로, 본 개시내용은 개시된 프로세스, 기계, 제조, 물질의 조성, 및 다른 교시의 특정 실시예만을 나타내고 설명하지만, 전술된 바와 같이, 본 개시내용의 교시가 다양한 다른 조합, 수정 및 환경에서 사용이 가능하고 관련 기술 분야의 통상의 기술자의 기술 및/또는 지식에 상응하는 본 명세서에 표현된 바와 같은 교시의 범주 내에서 변경 또는 수정이 가능하다는 것이 이해되어야 한다. 상기에서 본 명세서에 설명된 실시예는 또한 본 개시내용의 프로세스, 기계, 제조, 물질의 조성, 및 다른 교시를 실시하는 것으로 알려진 특정 최상의 모드를 설명하고 통상의 기술자가 본 개시내용의 교시를 이러한 또는 다른 실시예에서 그리고 특정 용례 또는 용도에 의해 요구되는 다양한 수정과 함께 이용하는 것을 가능하게 하도록 의도된다. 이에 따라, 본 개시내용의 프로세스, 기계, 제조, 물질의 조성 및 다른 교시는 본 명세서에 개시된 정확한 실시예 및 예를 한정하도록 의도되지 않는다. 본 명세서의 임의의 섹션 표제는 37 C.F.R. § 1.77의 제안과의 일관성을 위해서만 또는 그렇지 않으면 편성 큐를 제공하기 위해서만 제공된다. 이들 표제는 본 명세서에 설명된 발명(들)을 한정하거나 특징화하지 않을 것이다.

Claims (88)

1. 폴리머 케이블 구성요소에 대한 압축력의 영향을 감소시키는 방법이며,
   주위 조건 하에서의 폴리머 케이블 구성요소의 경도인 제1 경도를 갖는 폴리머 케이블 구성요소를 제공하는 단계;
   제1 경도와는 상이한 제2 경도로 폴리머 케이블 구성요소의 경도를 일시적으로 변경하는 단계;
   폴리머 케이블 구성요소에 압축력을 인가하는 단계;
   폴리머 케이블 구성요소가 제1 경도로 복귀할 수 있게 하는 단계를 포함하는, 방법.
2. 제1항에 있어서, 폴리머 케이블 구성요소가 제2 경도에 있는 동안 폴리머 케이블 구성요소가 압축력을 받게 되는, 방법.
3. 제1항에 있어서, 압축력은 제1 경도에서의 폴리머 케이블 구성요소에 비해 제2 경도에서의 폴리머 케이블 구성요소의 더 적은 변형을 생성하는, 방법.
4. 제1항에 있어서, 제2 경도는 제1 경도보다 더 큰, 방법.
5. 제1항에 있어서, 폴리머 케이블 구성요소의 경도를 일시적으로 변경하는 단계는 폴리머 케이블 구성요소를 냉각하는 단계를 포함하는, 방법.
6. 제5항에 있어서, 폴리머 케이블 구성요소를 냉각하는 단계는 폴리머 케이블 구성요소를 냉각된 유체에 노출하는 단계를 포함하는, 방법.
7. 제5항에 있어서, 폴리머 케이블 구성요소를 냉각하는 단계는 폴리머 케이블 구성요소를 냉각된 고체 표면에 노출하는 단계를 포함하는, 방법.
8. 제7항에 있어서, 냉각된 고체 표면은 회전하는, 방법.
9. 제5항에 있어서, 폴리머 케이블 구성요소를 냉각하는 단계는 폴리머 케이블 구성요소를 극저온 액체에 노출하는 단계를 포함하는, 방법.
10. 제9항에 있어서, 폴리머 케이블 구성요소는 약 10초 이하 동안 극저온 액체에 노출되는, 방법.
11. 제9항에 있어서, 폴리머 케이블 구성요소는 6초 내지 10초 동안 극저온 액체에 노출되는, 방법.
12. 제5항에 있어서, 폴리머 케이블 구성요소를 냉각하는 단계는 폴리머 케이블 구성요소를 냉각된 가스에 노출하는 단계를 포함하는, 방법.
13. 제12항에 있어서, 냉각된 가스는 15℃ 내지 -10℃인, 방법.
14. 제5항에 있어서, 폴리머 케이블 구성요소는 외부 표면, 내부 벌크, 및 내부 표면을 포함하고, 폴리머 케이블 구성요소를 냉각하는 단계는 폴리머 케이블 구성요소의 외부 표면을 냉각하는 단계를 포함하는, 방법.
15. 제1항에 있어서, 폴리머 케이블 구성요소는 전도체의 원주를 둘러싸는 폴리머 절연체인, 방법.
16. 제1항에 있어서, 폴리머 케이블 구성요소는 전도체의 원주를 둘러싸는 플루오로폴리머 절연체인, 방법.
17. 제5항에 있어서, 폴리머 케이블 구성요소는 압축력을 받게 되기 전에 더 이상 10초 이하 동안 냉각되지 않는, 방법.
18. 제5항에 있어서, 폴리머 케이블 구성요소가 압축력을 받게 되기 전에 5초 이하에 폴리머 케이블 구성요소의 냉각을 중지하는 단계를 더 포함하는, 방법.
19. 통신 케이블의 제조 방법이며,
    제1 단면 반경 및 제2 단면 반경을 갖는 폴리머 케이블 구성요소를 제공하는 단계로서, 제1 단면 반경은 단면을 따라 폴리머 케이블 구성요소의 중심으로부터 폴리머 케이블 구성요소의 에지까지의 최대 거리이고, 제2 단면 반경은 단면을 따라 폴리머 케이블 구성요소의 중심으로부터 폴리머 케이블 구성요소의 에지까지의 최소 거리이고, 제1 단면 반경은 대략 제2 단면 반경 +/-3%와 동일하고, 폴리머 케이블 구성요소는 제1 경도를 갖고, 제1 경도는 주위 조건 하에서의 폴리머 케이블 구성요소의 경도인, 폴리머 케이블 구성요소 제공 단계;
    제1 경도보다 더 큰 제2 경도로 폴리머 케이블 구성요소의 경도를 일시적으로 변경하는 단계;
    폴리머 케이블 구성요소에 압축력을 인가하는 단계로서, 압축력 후, 제1 단면 반경은 대략 제2 단면 반경 +/-10%와 동일한, 압축력 인가 단계를 포함하는, 방법.
20. 제19항에 있어서, 압축력은 제1 경도에서의 폴리머 케이블 구성요소에 비해 제2 경도에서의 폴리머 케이블 구성요소의 더 적은 변형을 생성하는, 방법.
21. 제19항에 있어서, 폴리머 케이블 구성요소의 경도를 일시적으로 변경하는 단계는 폴리머 케이블 구성요소를 냉각하는 단계를 포함하는, 방법.
22. 제21항에 있어서, 폴리머 케이블 구성요소를 냉각하는 단계는 폴리머 케이블 구성요소를 냉각된 유체에 노출하는 단계를 포함하는, 방법.
23. 제21항에 있어서, 폴리머 케이블 구성요소를 냉각하는 단계는 폴리머 케이블 구성요소를 극저온 액체에 노출하는 단계를 포함하는, 방법.
24. 제21항에 있어서, 폴리머 케이블 구성요소를 냉각하는 단계는 폴리머 케이블 구성요소를 냉각된 가스에 노출하는 단계를 포함하는, 방법.
25. 제21항에 있어서, 폴리머 케이블 구성요소는 압축력을 받게 되기 전에 더 이상 10초 이하 동안 냉각되지 않는, 방법.
26. 제21항에 있어서, 폴리머 케이블 구성요소가 압축력을 받게 되기 전에 5초 이하에 폴리머 케이블 구성요소의 냉각을 중지하는 단계를 더 포함하는, 방법.
27. 제19항에 있어서, 폴리머 케이블 구성요소는 전도체의 원주를 둘러싸는 폴리머 절연체인, 방법.
28. 제19항에 있어서, 폴리머 케이블 구성요소는 전도체의 원주를 둘러싸는 플루오로폴리머 절연체인, 방법.
29. 통신 케이블의 제조 방법이며,
    제1 직경 및 제2 직경을 갖는 폴리머 케이블 구성요소를 제공하는 단계로서, 제1 직경 및 제2 직경은 서로 수직이고, 제1 직경은 대략 제2 직경 +/-3%와 동일하고, 폴리머 케이블 구성요소는 제1 경도를 갖고, 제1 경도는 주위 조건 하에서 폴리머 케이블 구성요소의 경도인, 폴리머 케이블 구성요소 제공 단계;
    제1 경도보다 더 큰 제2 경도로 폴리머 케이블 구성요소의 경도를 일시적으로 변경하는 단계;
    폴리머 케이블 구성요소에 압축력을 인가하는 단계로서, 압축력 후, 제1 직경은 대략 제2 직경 +/-10%와 동일한, 압축력 인가 단계;
    폴리머 케이블 구성요소가 제1 경도로 복귀할 수 있게 하는 단계를 포함하는, 방법.
30. 제29항에 있어서, 폴리머 케이블 구성요소가 제2 경도에 있는 동안 폴리머 케이블 구성요소가 압축력을 받게 되는, 방법.
31. 제29항에 있어서, 압축력은 제1 경도에서의 폴리머 케이블 구성요소에 비해 제2 경도에서의 폴리머 케이블 구성요소의 더 적은 변형을 생성하는, 방법.
32. 제29항에 있어서, 제2 경도는 제1 경도보다 더 큰, 방법.
33. 제29항에 있어서, 폴리머 케이블 구성요소의 경도를 일시적으로 변경하는 단계는 폴리머 케이블 구성요소를 냉각하는 단계를 포함하는, 방법.
34. 제33항에 있어서, 폴리머 케이블 구성요소를 냉각하는 단계는 폴리머 케이블 구성요소를 냉각된 고체 표면에 노출하는 단계를 포함하는, 방법.
35. 제34항에 있어서, 냉각된 고체 표면은 회전하는, 방법.
36. 제33항에 있어서, 폴리머 케이블 구성요소를 냉각하는 단계는 폴리머 케이블 구성요소를 극저온 액체에 노출하는 단계를 포함하는, 방법.
37. 제33항에 있어서, 폴리머 케이블 구성요소를 냉각하는 단계는 폴리머 케이블 구성요소를 냉각된 가스에 노출하는 단계를 포함하는, 방법.
38. 제37항에 있어서, 냉각된 가스는 15℃ 내지 -10℃인, 방법.
39. 통신 케이블의 제조 방법이며,
    제1, 제2, 제3 및 제4 쌍의 폴리머 절연 전도체를 제공하는 단계로서, 각각의 폴리머 절연 전도체 쌍은 2개의 폴리머 절연 전도체를 포함하고, 각각의 폴리머 절연 전도체는 제1 경도를 갖고, 여기서 제1 경도는 주위 조건에서 폴리머 절연 전도체의 경도인, 제1, 제2, 제3 및 제4 쌍의 폴리머 절연 전도체 제공 단계;
    제1 경도와는 상이한 제2 경도로 제1, 제2, 및 제3 쌍의 폴리머 절연 전도체의 폴리머 절연 전도체의 경도를 일시적으로 변경하는 단계;
    100 미터에 걸친 제1 전파 지연을 갖는 제1 연선(twisted pair)을 형성하기 위해 제1 쌍의 폴리머 절연 전도체를 함께 트위스팅(twisting)하는 단계;
    100 미터에 걸친 제2 전파 지연을 갖는 제2 연선을 형성하기 위해 제2 쌍의 폴리머 절연 전도체를 함께 트위스팅하는 단계;
    100 미터에 걸친 제3 전파 지연을 갖는 제3 연선을 형성하기 위해 제3 쌍의 폴리머 절연 전도체를 함께 트위스팅하는 단계;
    100 미터에 걸친 제4 전파 지연을 갖는 제4 연선을 형성하기 위해 제4 쌍의 폴리머 절연 전도체를 함께 트위스팅하는 단계를 포함하고, 100 미터에 걸친 제1, 제2, 제3 및 제4 전파 지연에 대한 100 미터에 걸친 전파 지연의 차이는 서로 50 나노초 이내인, 방법.
40. 제39항에 있어서, 100 미터에 걸친 제1, 제2, 제3 및 제4 전파 지연은 약 25 나노초 미만의 지연 스큐(skew)를 갖는, 방법.
41. 제39항에 있어서, 폴리머 절연 전도체의 경도를 일시적으로 변경하는 단계는 폴리머 절연 전도체를 냉각하는 단계를 포함하는, 방법.
42. 제39항에 있어서, 제1, 제2, 제3, 및 제4 쌍의 폴리머 절연 전도체의 폴리머 절연 전도체의 경도를 일시적으로 변경하는 단계는 각각 제1, 제2, 제3, 제4 시간 기간 동안 제1, 제2, 제3, 및 제4 쌍의 폴리머 절연 전도체를 냉각하는 단계를 포함하는, 방법.
43. 제42항에 있어서, 제1 시간 기간은 제2 시간 기간보다 더 길고, 제2 시간 기간은 제3 시간 기간보다 더 긴, 방법.
44. 제42항에 있어서, 제1 시간 기간은 약 8 내지 10초이고, 제2 시간 기간은 약 6 내지 8초이고, 제3 시간 기간은 약 4 내지 6초인, 방법.
45. 제42항에 있어서, 제1, 제2, 제3, 및 제4 연선은 각각 제1, 제2, 제3 및 제4 꼬임 길이(lay length)를 갖고, 제1 꼬임 길이는 제2 꼬임 길이보다 더 짧고, 제2 꼬임 길이는 제3 꼬임 길이보다 더 짧은, 방법.
46. 제42항에 있어서, 제1, 제2, 제3, 및 제4 연선은 각각 제1, 제2, 제3 및 제4 꼬임 길이를 갖고, 제1 꼬임 길이는 제2 꼬임 길이보다 더 짧고 제2 꼬임 길이는 제3 꼬임 길이보다 더 짧고, 제1 시간 기간은 제2 시간 기간보다 더 길고, 제2 시간 기간은 제3 시간 기간보다 더 긴, 방법.
47. 제39항에 있어서, 제1, 제2, 제3 및 제4 연선의 폴리머 절연 전도체는 각각 제1, 제2, 제3 및 제4 압착비(crush ratio)를 갖는, 방법.
48. 제47항에 있어서, 제1 압착비는 제2 압착비보다 더 작고, 제2 압착비는 제3 압착비보다 더 작은, 방법.
49. 제39항에 있어서, 제1, 제2, 제3, 및 제4 연선은 각각 제1, 제2, 제3 및 제4 신호 속도를 갖는, 방법.
50. 제50항에 있어서, 제1 신호 속도는 제2 신호 속도보다 더 크고, 제2 신호 속도는 제3 신호 속도보다 더 큰, 방법.
51. 제39항에 있어서, 제1, 제2, 제3, 및 제4 쌍의 폴리머 절연 전도체는 각각 상이한 제2 경도를 갖는, 방법.
52. 제51항에 있어서, 제1 쌍의 폴리머 절연 전도체의 제2 경도는 제2 쌍의 폴리머 절연 전도체의 제2 경도보다 더 크고, 제2 쌍의 폴리머 절연 전도체의 제2 경도는 제3 쌍의 폴리머 절연 전도체의 제2 경도보다 더 큰, 방법.
53. 통신 케이블의 제조 방법이며,
    제1 쌍의 폴리머 절연 전도체 및 제2 쌍의 폴리머 절연 전도체를 제공하는 단계로서, 각각의 폴리머 절연 전도체 쌍은 2개의 폴리머 절연 전도체를 포함하고, 각각의 폴리머 절연 전도체는 제1 경도를 갖고, 여기서 제1 경도는 주위 조건에서 폴리머 절연 전도체의 경도인, 제1 및 제2 쌍의 폴리머 절연 전도체 제공 단계;
    제1 경도와는 상이한 제2 경도로 제1 쌍의 폴리머 절연 전도체의 폴리머 절연 전도체의 경도를 일시적으로 변경하는 단계;
    100 미터에 걸친 제1 전파 지연을 갖는 제1 연선을 형성하기 위해 제1 쌍의 폴리머 절연 전도체를 함께 트위스팅하는 단계;
    100 미터에 걸친 제2 전파 지연을 갖는 제2 연선을 형성하기 위해 제2 쌍의 폴리머 절연 전도체를 함께 트위스팅하는 단계를 포함하고, 100 미터에 걸친 제1 전파 지연 및 100 미터에 걸친 제2 전파 지연은 서로 25 나노초 이내인, 방법.
54. 제53항에 있어서, 제1 및 제2 쌍의 폴리머 절연 전도체의 폴리머 절연 전도체의 경도를 일시적으로 변경하는 단계는 제1 및 제2 쌍의 폴리머 절연 전도체를 냉각하는 단계를 포함하는, 방법.
55. 와이어 및 케이블 제품을 제조하기 위한 시스템이며,
    폴리머 케이블 구성요소를 풀도록 구성된 풀림부(pay-out);
    폴리머 케이블 구성요소를 수용하도록 구성된 냉각 용기로서, 냉각 용기는 냉각된 유체를 수용하는, 냉각 용기; 및
    폴리머 케이블 구성요소를 권취하도록 구성된 권취부(take-up)를 포함하는, 시스템.
56. 제55항에 있어서, 냉각 용기는 액체 질소를 수용하는, 시스템.
57. 제55항에 있어서, 폴리머 케이블 구성요소를 수용하도록 구성된 2차 구조체를 더 포함하고, 2차 구조체의 내부는 냉각 챔버의 내부와 유체 연통하는, 시스템.
58. 제57항에 있어서, 냉각 용기는 액체 질소를 수용하고 질소 증기는 냉각 용기의 내부로부터 2차 구조체의 내부로 이동하는, 시스템.
59. 제57항에 있어서, 2차 구조체는 중공 튜브인, 시스템.
60. 제55항에 있어서, 냉각 용기 내의 분위기는 주위 온도보다 더 낮은, 시스템.
61. 제55항에 있어서, 냉각 용기는 단열되는, 시스템.
62. 제55항에 있어서, 냉동 장비를 더 포함하고, 냉동 장비는 냉각 용기에 냉각된 공기를 제공하도록 구성되는, 시스템.
63. 제55항에 있어서, 폴리머 케이블 구성요소는 폴리머 절연 전도체이고, 제1 폴리머 절연 전도체 및 제2 폴리머 절연 전도체를 수용하고 연선을 형성하도록 구성된 트위너(twinner)를 더 포함하는, 시스템.
64. 제63항에 있어서, 트위너 내의 분위기는 주위 온도보다 더 낮은, 시스템.
65. 제63항에 있어서, 폴리머 케이블 구성요소를 수용하도록 구성된 2차 구조체를 더 포함하고, 2차 구조체의 내부는 냉각 챔버의 내부와 유체 연통하고, 2차 구조체는 트위너의 내부와 유체 연통하는, 시스템.
66. 와이어 및 케이블 제품을 제조하기 위한 시스템이며,
    폴리머 케이블 구성요소를 풀도록 구성된 풀림부;
    폴리머 케이블 구성요소에 접촉하도록 구성된 냉각 표면, 및
    폴리머 케이블 구성요소를 권취하도록 구성된 권취부를 포함하는, 시스템.
67. 제66항에 있어서, 냉각 표면은 냉각된 롤러인, 시스템.
68. 제67항에 있어서, 복수의 냉각된 롤러를 더 포함하는, 시스템.
69. 낮은 연료 부하 와이어 및 케이블 제품을 제조하는 방법이며,
    와이어 및 케이블 제품의 원하는 전기적 특성을 설정하는 단계로서, 와이어 및 케이블 제품은 폴리머 케이블 구성요소를 포함하고, 폴리머 케이블 구성요소는 제1 연료 부하 및 제1 경도를 갖고, 폴리머 케이블 구성요소는 ASTM E84의 슈타이너 터널(Steiner Tunnel) 시험 방법에 따라 측정될 때 약 5 피트 이하의 화염 이동 거리, 약 0.5 이하의 연기의 피크 광학 밀도 및 약 0.15 이하의 평균 광학 밀도를 갖고, 제1 경도는 주위 조건 하에서 폴리머 케이블 구성요소의 경도인, 전기적 특성 설정 단계;
    제1 경도보다 더 큰 제2 경도로 폴리머 케이블 구성요소의 경도를 일시적으로 변경하는 단계;
    폴리머 케이블 구성요소가 제2 경도에 있는 동안 폴리머 케이블 구성요소에 압축력을 인가함으로써 폴리머 케이블 구성요소에 제1 변형량을 야기하는 단계; 및
    폴리머 케이블 구성요소를 사용하여 와이어 및 케이블 제품을 형성하는 단계로서, 와이어 및 케이블 제품은 폴리머 케이블 구성요소가 제1 변형량으로 변형될 때 설정된 원하는 전기적 특성을 충족하지만 폴리머 케이블 구성요소가 제2 변형량만큼 변형되면 원하는 전기적 특성을 충족하지 않을 것이며, 제2 변형량은 폴리머 케이블 구성요소가 제1 경도에 있는 경우 압축력을 받게 될 때 폴리머 케이블 구성요소가 변형될 양인, 단계를 포함하는, 방법.
70. 제69항에 있어서, 폴리머 케이블 구성요소는 전도성 와이어 주위의 폴리머 절연층인, 방법.
71. 제69항에 있어서, 와이어 및 케이블 제품은 연선인, 방법.
72. 제69항에 있어서, 와이어 및 케이블 제품은 ASTM E84의 슈타이너 터널 시험 방법에 의해 측정될 때 4 피트 미만의 화염 이동 거리를 생성하는, 방법.
73. 제69항에 있어서, 와이어 및 케이블 제품은 ASTM E84의 슈타이너 터널 시험 방법에 의해 측정될 때 0.4 미만의 연기의 피크 광학 밀도를 생성하는, 방법.
74. 제69항에 있어서, 와이어 및 케이블 제품은 ASTM E84의 슈타이너 터널 시험 방법에 의해 측정될 때 0.15 미만의 평균 광학 밀도를 생성하는, 방법.
75. 제69항에 있어서, 와이어 및 케이블 제품의 원하는 전기적 특성은 약 20 pf/ft 미만의 정전용량 값인, 방법.
76. 제69항에 있어서, 와이어 및 케이블 제품의 원하는 전기적 특성은 약 75 옴 내지 125 옴의 임피던스 값인, 방법.
77. 제69항에 있어서, 와이어 및 케이블 제품의 원하는 전기적 특성은 약 62% 내지 80%의 전파 속도인, 방법.
78. 연선의 형성 방법이며,
    제1 압착비를 갖는 제1 연선을 생성하기 위해 제1 속도로 케이블 트위닝(twinning) 장치를 동작하는 단계;
    제1 폴리머 절연층에 의해 전기적으로 절연된 제1 전도체를 포함하는 제1 폴리머 절연 전도체를 제공하는 단계;
    제2 폴리머 절연층에 의해 전기적으로 절연된 제2 전도체를 포함하는 제2 폴리머 절연 전도체를 제공하는 단계;
    적어도 제1 폴리머 절연 전도체를 극저온 유체에 노출하는 단계; 및
    제2 압착비를 갖는 제2 연선을 생성하기 위해 제2 속도로 케이블 트위닝 장치를 동작하는 단계를 포함하고, 제2 연선은 제1 및 제2 폴리머 절연 전도체를 포함하고, 제2 속도는 제1 속도보다 더 빠른, 방법.
79. 제78항에 있어서, 제2 압착비는 제1 압착비의 10% 이내인, 방법.
80. 제78항에 있어서, 제2 압착비는 제1 압착비보다 더 작은, 방법.
81. 제78항에 있어서, 제2 속도는 제1 속도보다 적어도 15% 더 빠른, 방법.
82. 제78항에 있어서, 제2 속도는 제1 속도보다 적어도 25% 더 빠른, 방법.
83. 제78항에 있어서, 제1 속도는 와이어 및 케이블 제품용 케이블 트위닝 장치의 정격 속도이고, 제2 속도는 제1 속도보다 적어도 10% 더 빠른, 방법.
84. 제78항에 있어서, 제2 속도는 제1 속도보다 적어도 10% 더 빠르고, 제2 압착비는 제1 압착비보다 더 작은, 방법.
85. 제78항에 있어서, 제1 속도는 적어도 분당 60 피트이고, 제2 속도는 적어도 분당 70 피트인, 방법.
86. 제78항에 있어서, 제1 속도는 적어도 분당 160 피트이고, 제2 속도는 적어도 분당 180 피트인, 방법.
87. 제78항에 있어서, 제1 속도는 적어도 분당 220 피트이고, 제2 속도는 적어도 분당 275 피트인, 방법.
88. 제78항에 있어서, 극저온 유체는 액체 질소인, 방법.

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