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KR101311227B1 - 전력케이블 절연층용 가교 폴리에틸렌 조성물 - Google Patents

전력케이블 절연층용 가교 폴리에틸렌 조성물 Download PDF

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KR101311227B1
KR101311227B1 KR1020090077859A KR20090077859A KR101311227B1 KR 101311227 B1 KR101311227 B1 KR 101311227B1 KR 1020090077859 A KR1020090077859 A KR 1020090077859A KR 20090077859 A KR20090077859 A KR 20090077859A KR 101311227 B1 KR101311227 B1 KR 101311227B1
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power cable
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Abstract

본 발명은 전력 케이블에 사용되는 가교 폴리에틸렌 수지 조성물에 관한 것으로, 절연층에 사용이 가능한 조성물에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 공단량체로서 탄소원자수가 4개 이상인 알파올레핀을 포함하는 선형중밀도 폴리에틸렌 수지 60 ~ 99 중량%와, 공단량체로서 탄소원자수가 4개 이상인 알파올레핀을 포함하는 선형 저밀도 폴리에틸렌수지 또는 고밀도 폴리에틸렌 수지 1 ~ 40 중량%를 포함하고, 멜트인덱스 0.3~3.0g/10분(190℃, 5Kg 하중조건), DSC상 엔탈피가 110~250joule/g이며, 분자량 분포가 2~30인 선형 폴리에틸렌 수지 혼합물 100 중량부에 대하여, 가교제 0.1 ~ 5 중량부, 가교촉진제 0 ~ 5 중량부 및 첨가제 0.1 ~ 15 중량부를 포함하는 전력 케이블 절연층용 가교 폴리에틸렌 조성물에 관한 것이다. 본 발명에 따른 가교 폴리에틸렌 수지 조성물은 증가된 송전 전류용량 및 최고 도체 허용 온도의 특성을 만족한다.
가교, 전력케이블, 절연층, 폴리에틸렌, 초대용량, 가공전선

Description

전력케이블 절연층용 가교 폴리에틸렌 조성물{Crosslinked polyethylene composition for insulation of power cable}
본 발명은 고압 가공 배전 케이블의 절연재료에 관한 것으로, 특히 증가된 송전 전류용량 및 최고 도체 허용 온도의 특성을 만족하는 전력케이블용 가교 폴리에틸렌 재료에 관한 것이다.
폴리에틸렌 가교 방식은 유기 과산화물 혹은 실란을(미국특허 제 6284178) 매개체로 하는 화학적 반응에 의한 가교 및 전자선 가교(미국특허 제 4426497) 등이 있으며, 최근 대형 전선업계에서는 유기 과산화물에 의한 가교 타입을 가장 널리 사용하고 있다.
폴리에틸렌 수지는 이와 같이 가교 과정을 통하여 선형인 분자구조가 3차원적인 망상구조를가지는 가교 폴리에틸렌 수지로 되고, 취약한 물성의 고분자를 보다 안정된 구조로 전환시키거나 원하는 물성으로 개질할 수 있다.
따라서 이런 가교 가능한 고분자 수지를 이용하여 전선의 절연 재질로 사용할 경우 열가소성재료로 절연하는 것보다 내열성, 내용매성, 내화학성은 물론 내구 성까지 향상시킬 수 있고 난연성이 향상되어 무독성 난연 전선 제작에 사용가능하다.
종래의 가공 배전 케이블은 도 1의 케이블 구조도에서 (1) 내열 가교 폴리에틸렌 절연층(XLPE, Crosslinked polyethylene, 이하 XLPE 절연 케이블이라 칭함) (2) 내열 반도전층 (3) 강심 알루미늄 도체 (ACSR)로 구성된다.
송전 시에는 도체에서 열이 발생하게 되며, 종래의 XLPE 절연 케이블은 LDPE를 사용하여 가교한 것으로 XLPE 재료의 최고 허용온도가 90℃인 관계로 인하여 송전 시 전류량의 제한이 있다.
이러한 XLPE 재료의 사용 온도 제한은 XLPE 재료의 구조에 기인하는 것인데, XLPE의 결정 용융온도인 약 110℃ 이상이 되면 전력 케이블의 절연층으로 동작하기 위해 필요한 XLPE의 물성이 급격하게 저하되게 되어 절연재료로서의 기능을 갖지 못한다.
본 발명은 전력 케이블 절연층의 제조 시 사용되는 조성물에 관한 것으로, 내열 가교 폴리에틸렌을 절연층으로 사용함으로서 최고 허용온도 120℃이상, 그리고 기존 XLPE 절연 케이블 대비 33%가 향상된 송전 전류 용량 (ACSR AW/OC 160mm2의 경우 399A에서 523A로 증가, ACSR AW/OC 240mm2의 경우 515A에서 685A로 증가)의 개량된 특성을 갖는 것을 특징으로 한다.
보다 구체적으로 전력 케이블 절연소재로서 가장 중요하고 기본적인 전기적 물성인 절연특성을 유지하면서, 물리적 특성 및 내열특성이 우수한 조성물을 제공하고자 한다.
보다 구체적으로 본 발명은 기존의 가교 폴리에틸렌 수지보다 장기 내열, 내구성 및 전기적인 물성을 개선할 수 있도록 공단량체로서 탄소원자수가 4개 이상인 알파 올레핀을 포함하는 선형 중밀도 폴리에틸렌에 선형저밀도 폴리에틸렌을 혼합하여 사용한 조성물을 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 특정 물성을 갖는 선형 폴리에틸렌 수지 혼합물과 첨가제를 혼합하여 사용하는데 특징이 있다. 본 발명에서 사용되는 선형 폴리에틸렌 수지 혼합물은 선형 중밀도 폴리에틸렌수지와 선형 저밀도 폴리에틸 렌수지를 혼합하여 사용하거나, 또는 선형 중밀도 폴리에틸렌수지와 고밀도 폴리에틸렌수지를 혼합하여 사용한다.
구체적으로 본 발명은 공단량체로서 탄소원자수가 4개 이상인 알파올레핀을 포함하는 선형중밀도 폴리에틸렌 수지 60 ~ 99 중량%와, 공단량체로서 탄소원자수가 4개 이상인 알파올레핀을 포함하는 선형 저밀도 폴리에틸렌수지 또는 고밀도 폴리에틸렌 수지 1 ~ 40 중량%를 포함하고, 멜트인덱스 0.3~3.0g/10분(190℃, 5Kg 하중조건), DSC상 엔탈피가 110~250joule/g이며, 분자량 분포가 2~30인 선형 폴리에틸렌 수지 혼합물 100 중량부에 대하여, 가교제 0.1 ~ 5 중량부 및 첨가제 0.1 ~ 15 중량부를 포함하는 전력 케이블 절연층용 가교 폴리에틸렌 조성물에 관한 것이다.
보다 구체적으로 본 발명의 제 1 양태로는 공단량체로서 탄소원자수가 4개 이상인 알파올레핀을 포함하는 선형중밀도 폴리에틸렌 수지 60 ~ 99 중량%와, 선형 저밀도 폴리에틸렌수지 1 ~ 40 중량%를 포함하고, 멜트인덱스 0.4~3.0g/10분(190℃, 5Kg 하중조건), DSC상 엔탈피가 110~190joule/g이며, 분자량 분포가 2~30인 선형 폴리에틸렌 수지 혼합물(A) 100 중량부에 대하여, 가교제 0.1 ~ 5 중량부, 산화안정제, 산화안정조제, UV안정제, 내열성향상제, 가공조제, 가교촉진제 및 카본블랙에서 선택되는 어느 하나 이상의 첨가제 0.1 ~ 15 중량부를 포함한다.
본 발명의 제 2 양태는 공단량체로서 탄소원자수가 4개 이상인 알파올레핀을 포함하는 선형중밀도 폴리에틸렌 수지 60 ~ 99 중량%와 고밀도 폴리에틸렌 수지 1 ~ 40 중량%를 포함하고, 멜트인덱스 0.3~1.3g/10분 (190℃, 5Kg 하중조건), DSC 상 엔탈피가 150~250 joule/g이며, 분자량 분포가 3~30인 선형 폴리에틸렌 수지 혼합물(B) 100 중량부에 대하여, 가교제 0.1 ~ 5 중량부, 산화안정제, 산화안정조제, UV안정제, 내열성향상제, 가공조제, 가교촉진제 및 카본블랙에서 선택되는 어느 하나 이상의 첨가제 0.1 ~ 15 중량부를 포함한다.
또한, 본 발명은 공단량체로서 탄소원자수가 4개 이상인 알파올레핀을 포함하는 선형중밀도 폴리에틸렌 수지와, 공단량체로서 탄소원자수가 4개 이상인 알파올레핀을 포함하는 선형 저밀도 폴리에틸렌수지 또는 고밀도 폴리에틸렌 수지를 포함하는 선형 폴리에틸렌 수지 혼합물과, 가교제로부터 제조된 가교폴리에틸렌수지로 이루어지며, 158℃에서, 312시간 에이징 시 인장강도 및 신장률이 처음의 90% 이상을 유지하는 절연층을 갖는 고내열성 전력 케이블도 포함한다. 보다 구체적으로 인장강도가 90 ~ 130%, 신장율이 90 ~ 120%를 유지한다.
상기 선형 폴리에틸렌 수지 혼합물은 멜트인덱스 0.3~3.0g/10분(190℃, 5Kg 하중조건), DSC상 엔탈피가 110~250joule/g이며, 분자량 분포가 2~30인 것이 바람직하다.
또한, 상기 가교제는 퍼옥시드화합물이고, 머캅토톨루이미다졸계 가교촉진제를 추가로 더 사용할 수 있다.
상기 고내열성 전력케이블은 도체, 반도전층 및 절연층이 적층된다.
구체적으로 본 발명은 공단량체로서 탄소원자수가 4개 이상인 알파올레핀을 포함하는 선형중밀도 폴리에틸렌 수지 60 ~ 99 중량%와, 공단량체로서 탄소원자수가 4개 이상인 알파올레핀을 포함하는 선형 저밀도 폴리에틸렌수지 또는 고밀도 폴 리에틸렌 수지 1 ~ 40 중량%를 포함하고, 멜트인덱스 0.3~3.0g/10분(190℃, 5Kg 하중조건), DSC상 엔탈피가 110~250joule/g이며, 분자량 분포가 2~30인 선형 폴리에틸렌 수지 혼합물 100 중량부에 대하여, 가교제 0.1 ~ 5 중량부 및 첨가제 0.1 ~ 15 중량부로 이루어며, 158℃에서, 312시간 동안 에이징 시 인장강도 및 신장률이 처음의 90% 이상을 유지하는 절연층을 갖는 전력 케이블도 포함한다.
본 발명에서 상기 절연층은 최외층에 형성되는 것이 바람직하며, 보다 구체적으로 본 발명에 따른 전력 케이블은 도체; 상기 도체의 외부에 피복되는 내열 반도전층; 상기 내열 반도전층에 피복되는 절연층으로 이루어진다.
이하, 본 발명을 구체적으로 기술하면 다음과 같다.
본 발명은 내열성을 향상시키는 첨가제를 최적화 하였다. 또한 가장 중요하고 기본적인 전기적 특성인 절연, 방전특성을 유지하기 위해서 높은 알파 올레핀 공단량체가 포함된 선형 중밀도 폴리에틸렌에 높은 알파 올레핀 공단량체가 포함된 선형 저밀도 폴리에틸렌 수지를 혼합하거나 상기 선형 중밀도 폴리에틸렌 수지에 높은 알파 올레핀 공단량체가 포함된 고밀도의 폴리에틸렌 수지를 혼합한다.
본 발명에서 필수적으로 사용되는 선형중밀도 폴리에틸렌 수지 및 선형저밀도 폴리에틸렌 수지는 공단량체로서 탄소원자수가 4개 이상인 알파 올레핀을 함유한다. 상기 탄소원자수가 4개 이상인 알파올레핀은 알파 올레핀은 부텐, 펜텐, 메틸펜텐, 헥센, 옥텐 또는 데센에서 선택된다.
본 발명의 선형 폴리에틸렌 수지 혼합물은 멜트인덱스(이하, MI로 칭함)가 0.3~3.0g/10분(190℃, 5Kg 하중조건)인 것이 바람직하다. 0.3g/10분 미만이면 중합공정에서의 생산성이 낮아져 경제성이 떨어지고, MI가 3.0g/10분 초과하면 전력케이블에 적용 시 내 트래킹성이 저하 된다.
또한, DSC상 엔탈피가 110~250joule/g인 것이 바람직하며, 엔탈피가 110joule/g 미만이면 장기 내열성이 저하되고, DSC상 엔탈피가 250joule/g 초과하면 크립특성이 저하된다.
또한, 분자량 분포가 2~30인 것이 바람직하며, 분자량분포가 2미만이면 전력케이블 가공 시 표면에 멜트프렉쳐(melt fracture)가 발생하게 되고, 30을 초과하면 폴리에틸렌 중합이 어려워진다.
보다 구체적으로 본 발명에서 상기 선형중밀도 폴리에틸렌 수지 및 선형저밀도 폴리에틸렌 수지가 혼합된 선형 폴리에틸렌 수지혼합물(A)은 멜트인덱스(이하, MI로 칭함)가 0.4~3.0g/10분,(190℃, 5Kg 하중조건)인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 1.4~2.5g/10분의 범위에서 보다 우수한 내트래킹성을 나타낸다. 또한 상기 혼합된 폴리에틸렌 수지는 DSC상 엔탈피가 110~190 joule/g인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 150~190 joule/g의 범위에서 크립특성이 보다 우수하다. 또한 상기 혼합된 폴리에틸렌 수지는 분자량분포가 2~30인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 3.5~23의 범위에서 수지 합성 공정이 용이하고, 수지의 전력 케이블 가공성이 보다 우수하다. 이때 함량은 선형중밀도 폴리에틸렌 수지 60~99 중량%와 선형 저밀도 폴리에틸렌 수지 1~40 중량%로 혼합하여 사용한다. 선형중밀도 폴리에틸렌 수지의 함량이 60중량% 미만이거나, 선형 저밀도 폴리에틸렌 수지의 함량이 40 중량%를 초과하는 경우는 크립 특성이 저하될 수 있다.
특히 상기 선형중밀도 폴리에틸렌 수지의 중합공정에서는 알파 올레핀이 탄소주쇄 선상에 되도록 많이 결합되도록 하여 수지 결정(crystal) 부분과 비 결정(Amorphous) 부분을 강하게 연결해 주는 타이 몰레큘 (tie molecule)의 효율성을 증대 시킴으로써 장기 내열성 및 전기적 특성을 향상 시키는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 폴리에틸렌 수지혼합물(A) 보다 우수한 내열성을 나타내기 위해서는 선형중밀도 폴리에틸렌 수지와 고밀도 폴리에틸렌 수지의 혼합물을 사용한다. 상기 선형중밀도 폴리에틸렌 수지와 고밀도 폴리에틸렌 수지가 혼합된 선형 폴리에틸렌 수지 혼합물(B)은 멜트인덱스 0.3~1.3g/10분 (190℃, 5Kg 하중조건), 보다 바람직하게는 0.5~1.0g/10분의 범위에서 보다 우수한 내트래킹성을 나타낸다. DSC상 엔탈피가 150~250 joule/g, 보다 바람직하게는 180~230 joule/g의 범위에서 크립특성이 보다 우수하다. 분자량 분포가 3~30, 보다 바람직하게는 4.0~24의 범위에서 수지 합성 공정이 용이하고, 수지의 전력 케이블 가공성이 보다 우수하다. 이때 함량은 선형중밀도 폴리에틸렌 수지 60~99 중량%와 고밀도 폴리에틸렌 수지 1~40 중량%로 혼합하여 사용한다. 선형중밀도 폴리에틸렌 수지의 함량이 60중량% 미만이거나, 고밀도 폴리에틸렌 수지의 함량이 40 중량%를 초과하는 경우는 크립 특성이 저하될 수 있다.
본 발명에서 상기 선형중밀도 폴리에틸렌 수지, 선형 저밀도 폴리에틸렌 수 지 및 고밀도 폴리에틸렌 수지의 분자량 분포 및 밀도는 일정(Unimodal) 혹은 이정(Bimodal)의 형태를 갖는 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 조성물은 선형 폴리에틸렌 수지 혼합물 100 중량부에 대하여, 가교제 0.1 ~ 5 중량부를 필수적으로 포함하며, 이밖에 필요에 따라 가교촉진제, 산화안정제, 산화안정조제, UV안정제, 내열성향상제, 가공조제 및 카본블랙에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 첨가제 0.1 ~ 15 중량부를 포함한다. 이들 첨가제의 함량은 수지 전체 함량 100 중량부에 대하여, 0.1~15중량부로 사용하는 것이 바람직하다. 0.1중량부 미만이면 20,000시간 이상 사용시 고분자의 열화를 가속화 시킬 수 있고, 15중량부를 초과하면 절연체의 기계적 물성을 약화시킬 수 있다. 보다 바람직하게는 5~13 중량부의 범위에서 내열성과 물리적 특성이 우수하다.
본 발명에서 상기 가교제는 퍼옥사이드계 가교제를 사용한다.
본 발명의 조성물에서 가교도 향상을 위해 가교 촉진제를 사용하는데, 구체적으로 예를 들면, 머캅토톨루이미다졸(Mercaptotolu imidazole) 계통의 가교 촉진제를 사용한다. 사용량은 폴리머 중량부에 대하여 0.1~5 중량부 범위로 사용하는 것이 바람직 하며, 5 중량부를 초과하여 사용하면 신장율 및 산화 안정제의 효과 저하를 초래한다.
상기 산화안정제, 내열성 향상제는 전력케이블의 운송, 보관 및 사용기간 동안의 장기 크립 특성 향상을 위해 사용되는 것으로, 구체적으로 예를 들면, 힌더드 페놀계(hindered phenol), 포스파이트(phosphate)계, 벤조페논계(benzophenon), 할스계(HALS) 및 티오에스터계로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 사용할 수 있 다.
상기 산화안정조제는 산화안정 성능을 향상 시키기 위하여 산화제에 추가로 첨가되는 것으로 사용량은 0.1~0.4 중량부 범위로 사용하는 것이 바람직 하며, 0.1 중량부 미만이면 산화 안정 성능에 있어서 산화제와의 상승효과가 없고, 0.4 중량부 이상 사용할 경우 신장률 및 가교도의 저하를 초래한다.
상기 UV안정제는 자외선으로부터 변색되는 것을 방지하기 위한 것으로, 해당분야에서 통상적으로 사용하는 것이라면 제한되지 않고 사용 가능하다. 그 함량은 수지 전체 100 중량부에 대하여, 0.01~0.1 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 0.01 중량부 미만일 경우에는 UV안정성이 저해되고, 0.1 중량부를 초과하면 기계적 물성이 약화될 수 있다.
상기 가공조제는 비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로펜 폴리머(Vinylidene Fluoride-Hexafluoropropene Polymer)계 등이 사용가능하며, 수지 전체 100 중량부에 대하여, 0.3~1.2 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 0.3 중량부 미만일 경우에는 가공성이 저해되며 1.2 중량부를 초과할 경우에는 전기적 및 기계적 물성이 약화될 수 있다.
본 발명의 조성물에서 장기 내후성 향상을 위해 카본블랙을 사용하는데, 특히 사용량은 폴리머 100 중량부에 대하여, 0.5~5 중량부 범위로 사용하는 것이 바람직하며, 0.5중량부 미만이면 20,000시간 이상 사용시 고분자의 분해를 가속화 시킬 수 있고, 5중량부를 초과하면 절연체의 기계적 물성을 약화시킬 수 있다. 상기 카본블랙의 사용 시 수지와 혼련하여 마스터배치 형태로 제조하여 사용하는 경우 혼화성이 더욱 우수하다.
본 발명은 내열 가교 폴리에틸렌을 전력 케이블의 절연층으로 사용함으로서 최고 허용온도 120℃이상, 그리고 기존 XLPE 절연 케이블 대비 30%가 향상된 송전 전류 용량 (ASCR AW/OC 160mm2의 경우 399A에서 523A로 증가, AW/OC 240mm2의 경우 515A에서 685A로 증가)의 개량된 특성을 갖는다.
이하는 본 발명의 구체적인 설명을 위하여 일 예를 들어 설명하는 바, 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 컴파운드 조성물의 전기적 특성은 절연특성, 유전특성, 방전특성을 측정하였다.
[표 1] 전기 성능 및 물성 평가에 필요한 시험항목 및 시험방법
Figure 112009051393420-pat00001
1) 절연특성
절연 내력 시험은 내 전압성을 평가하는 테스트로서, 절연 파괴 내압이 클수록 절연 성능이 우수하다 할 수 있으며, 이는 절연 재료의 평가의 큰 척도가 된다.
절연 파괴 시험 전에 158℃에서 168시간 이상 에이징(aging)을 진행하였다. 이는 전력 케이블의 실제운전 조건과 맞추기 위한 과정이다. 절연 파괴 시험 시 승압속도는 3kV/s으로 하였으며, 최대한 시료의 개수를 많이 취하여 오차범위를 최소화하였다. 측정 장비의 전극은 모서리의 전계 집중 현상을 막기 위해서 round 형태로 제작되었으며, 공기층의 방전을 막기 위해 절연유 내에서 파괴 실험을 실행하였다. 시편은 그 크기 및 두께를 50mm x 50mm x 0.5mm (가로 x 세로 x 두께) 이상으로 충분히 넓게 하여 전극간의 직접적인 통전이 일어나지 않도록 하였다.
2) 가열노화
전력케이블 절연체 소재의 장기 내열성 분석은 자체 실험 방법을 이용하여 평가 하였다. 158℃의 대류 오븐(convection oven)에서 각 168시간, 312시간 동안 놓아둔 후 꺼내서 다시 실온 24℃에서 4시간 방치 후 10시간 이내에 파단점 인장강도 및 파단점 신장율을 측정 하였다. 파단점 인장강도 및 파단점 신장율은 ASTM D638 규격에 따라 진행하였다.
3) 방전특성
내 트래킹 시험은 극한 환경에의 노출 시 절연재료의 수명을 예측하는 시험 방법으로서, 고전압 하에서 표면에 잔류하는 염분 등의 영향으로 생기는 파괴에 대 한 가속 시험 방법이다.
내트래킹 시험은 IEC60587 규격에 따라 진행하였다. 규격은 크게 Constant tracking voltage method 와 Stepwise tracking voltage method 로 나누어지는데 본 시험은 constant tracking voltage method 으로 진행하였다. 시편은 가로 50mm 세로 120mm 두께 6mm 의 크기로 hot press 를 이용하여 제작하였고, 시험에 쓰이는 오손액은 0.1wt% NH4Cl + 0.02wt% non-ionic agent 수용액을 사용하였다. (non-ionic agent 로는 Triton X-100을 사용) 5개의 시편을 지표면에 대해 45도 각도로 고정한 후 양 전극 사이로 오손액을 0.6ml/min 의 rate 로 흘려주면서 4.5kV 의 전압을 인가하여 6시간 (“IEC 60587 규격내 Class 1A 4.5 기준) 이내에 파괴가 발생하는지 여부를 판단하여, Pass or Fail 로 평가 하였다.
4) 가공성 실험
가공성은 독일 Brabender사의 실험용 2축 압출기 (스크류직경 19mm, L/D 40, Counter Rotating) 로 바렐온도를 150/170/150 ℃ 에서 스크류 RPM을 120으로 고정하여 압출하였으며, 압출되는 스트랜드의 표면 및 압출부하를 비교하며 측정하였다.　
[실시예 1]
선형중밀도 폴리에틸렌 70 중량%와 선형 저밀도 폴리에틸렌 30 중량%를 블렌 딩하여 선형 폴리올레핀 혼합물(A)을 제조하였다. 상기 선형 폴리올레핀 혼합물(A)의 물성은 멜트인덱스 2.0g/10분 (190℃, 5Kg 하중조건), DSC상 엔탈피가 155 joule/g 이며, 분자량 분포가 3.8이고, 공단량체로서 탄소원자수가 8개인 알파올레핀을 함유하고 있다.
상기 선형 폴리올레핀 혼합물(A) 100 중량부에 대하여, 가교제로 akzonobel사의 trigonox311(C1)을 2.0 중량부, 가교촉진제로 akzonobel사의 TAIC(C2)를 1.0 중량부, 첨가제로 산화안정제, 산화안정조제, UV안정제, 내열성향상제, 가공조제 및 카본블랙을 사용하였으며, 수지와 컴파운딩하여 전력케이블용 조성물을 제조하였다. 산화안정제로 시바가이기사 Irganox1010(B1)을 1.0 중량부, Irganox168(B2)을 0.1 중량부 사용 하였으며, 산화안정조제로 vanderbilt사 VANOX ZMTI(B3)를 0.3 중량부 사용하였다. UV안정제로는 Cyatec Korea의 Cyasorb UV3346를 0.05 중량부 사용하였다. 가공조제로는 DuPont Dow Elastomers의 Viton FreeFlow 10을 0.06 중량부 사용하였다. 카본블랙은 aczonobel사의 Ketjenblack EC(D1)을 2.0중량부 사용하였다.
상기 조성물로 이루어진 시편을 제조하여 상기 절연특성, 가열노화, 방전특성을 측정하였다. 측정된 물성은 하기 표 4에 나타내었다.
[실시예 2 ]
상기 실시예 1과 동일한 수지혼합물(A)를 사용하였으며, 가교촉진제로 TAIC(C2)를 2.0 중량부 사용하였고 나머지 첨가제 및 카본블랙의 함량은 실시예 1 과 동일하다. 또한 동일한 방법으로 물성을 측정하였다.
[실시예 3]
상기 실시예 2과 동일한 수지혼합물(A)를 사용하였으며, 산화안정조제 VANOX ZMTI(B3)를 사용하지 않는 대신 시바가이사 Irganox 168(B4)를 0.3 중량부 사용하였다. 나머지 첨가제 및 카본블랙의 함량은 실시예 1와 동일하다. 또한 동일한 방법으로 물성을 측정하였다.
[실시예 4]
상기 실시예 3과 동일한 수지혼합물(A)를 사용하였으며, 시바가이사 Irganox MD1024(B5)를 0.2 중량부 사용하였다. 나머지 첨가제 및 카본블랙의 함량은 실시예 1와 동일하다. 또한 동일한 방법으로 물성을 측정하였다.
[실시예 5]
상기 실시예 4와 동일한 수지혼합물(A)를 사용하였으며, 시바가이기사 Irganox1010(B1)을 1.5 중량부 사용하였다. 나머지 첨가제 및 카본블랙의 함량은 실시예 1와 동일하다. 또한 동일한 방법으로 물성을 측정하였다.
[실시예 6]
실시예 6에서 사용한 수지혼합물(B)는 선형중밀도 폴리에틸렌 70 중량부와 고밀도 폴리에틸렌 30 중량부의 혼합물로 멜트인덱스 0.7g/10분 (190℃, 5Kg 하중조건), DSC상 엔탈피가 190 joule/g 이며, 분자량 분포가 7.2인 공단량체로서 탄소원자수가 8개인 알파올레핀을 함유한 선형중밀도 폴리에틸렌 수지를 사용하였다.
첨가제 및 카본블랙의 함량은 실시예 1와 동일하다. 또한 동일한 방법으로 물성을 측정하였다.
[실시예 7]
상기 실시예 1와 동일한 수지(A)를 사용하였으며, 가교제 trigonox 311(C1) 1.0 중량부 사용하였다. 나머지 첨가제 및 카본블랙의 함량은 실시예 1와 동일하다. 또한 동일한 방법으로 물성을 측정하였다.
[실시예 8]
상기 실시예 1와 동일한 수지(A)를 사용하였으며, 멜트인덱스(190℃ 5Kg 하중조건)가 0.4g/10min, DSC상 엔탈피가 110j/g, 분자량 분포가 2.0으로 나머지 첨가제 및 가본블랙의 함량은 실시예 1과 동일하다. 또한 동일한 방법으로 물성을 측정하였다.
[실시예 9]
상기 실시예 1와 동일한 수지(A)를 사용하였으며, 멜트인덱스(190℃ 5Kg 하중조건)가 3.0g/10min, DSC상 엔탈피가 190j/g, 분자량 분포가 3.0으로 나머지 첨 가제 및 가본블랙의 함량은 실시예 1과 동일하다. 또한 동일한 방법으로 물성을 측정하였다.
[실시예 10]
상기 실시예 6와 동일한 수지(B)를 사용하였으며, 멜트인덱스(190℃ 5Kg 하중조건)가 0.3g/10min, DSC상 엔탈피가 250j/g, 분자량 분포가 30.0으로 나머지 첨가제 및 가본블랙의 함량은 실시예 6과 동일하다. 또한 동일한 방법으로 물성을 측정하였다.
[실시예 11]
상기 실시예 1과 동일한 수지(A)를 사용하였으며, 가교촉진제 TAIC(C2)를 사용하지 않았다. 가교제, 나머지 첨가제 및 카본블랙의 함량 실시예 1와 동일하다. 또한 동일한 방법으로 물성을 측정하였다.
[표 2]
Figure 112009051393420-pat00002
[비교예 1]
현재 22.9 KV 가공선(Overhead cable)에 사용되고 있으며, LDPE를 가교한 XLPE로서 절연층에 사용되는 가교도 88%인 가교 폴리에틸렌수지를(퍼록사이드 가교 타입) 사용하였다.
[비교예 2]
상기 실시예 1와 동일한 수지(A)를 사용하였으며, 멜트인덱스(190℃ 5Kg 하중조건)가 0.2g/10min, DSC상 엔탈피가 110j/g, 분자량 분포가 2.0으로 나머지 첨가제 및 가본블랙의 함량은 실시예 1과 동일하다. 또한 동일한 방법으로 물성을 측정하였다.
삭제
삭제
[비교예 4]
상기 실시예 1와 동일한 수지(A)를 사용하였으며, 멜트인덱스(190℃ 5Kg 하중조건)가 0.4g/10min, DSC상 엔탈피가 190j/g, 분자량 분포가 1.0으로 나머지 첨가제 및 가본블랙의 함량은 실시예 1과 동일하다. 또한 동일한 방법으로 물성을 측정하였다.
[비교예 5]
상기 실시예 6와 동일한 수지(A)를 사용하였으며, 멜트인덱스(190℃ 5Kg 하중조건)가 0.2g/10min, DSC상 엔탈피가 140j/g, 분자량 분포가 2.0으로 나머지 첨가제 및 가본블랙의 함량은 실시예 1과 동일하다. 또한 동일한 방법으로 물성을 측정하였다.
[표 3]
Figure 112013046745420-pat00007
[표 4]
Figure 112009051393420-pat00004
[표 5]
Figure 112013046745420-pat00008
상기 표 4~ 5에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 따른 조성물을 사용하는 경우는 종래 가교 폴리에틸렌을 사용하는 것 이상의 물성을 나타내는 것을 알 수 있었다. 특히, 158℃에서 312시간의 aging test 결과 본 발명에 따른 조성물이 월등한 특성을 보이며, 기존 XLPE는 신장률에서 80%이하의 값을 나타내어 한국 전력의 기준인 80%에 미달하였다.
도 1은 종래의 가공 배전 케이블의 구조를 나타낸 것이다.
-도면의 주요 부분에 대한 설명-
1 : 내열 가교 폴리에틸렌 절연층
2 : 내열 반도전층
3 : 강심 알루미늄 도체 (ACSR)

Claims (15)

  1. 공단량체로서 탄소원자수가 4개 이상인 알파올레핀을 포함하는 선형중밀도 폴리에틸렌 수지 60 ~ 99 중량%와, 공단량체로서 탄소원자수가 4개 이상인 알파올레핀을 포함하는 선형 저밀도 폴리에틸렌수지 또는 고밀도 폴리에틸렌 수지 1 ~ 40 중량%를 포함하고, 멜트인덱스 0.3~3.0g/10분(190℃, 5Kg 하중조건), DSC상 엔탈피가 110~250joule/g이며, 분자량 분포가 2~30인 선형 폴리에틸렌 수지 혼합물 100 중량부에 대하여, 퍼옥사이드계 가교제 0.1 ~ 5 중량부 및 머캅토톨루이미다졸계 가교촉진제 0.1 ~ 5 중량부, 산화안정제, 산화안정조제, UV안정제, 내열성향상제, 가공조제, 및 카본블랙에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 첨가제 0.1 ~ 15 중량부를 포함하며, 가교 후158℃에서, 168시간 에이징 시 인장강도 및 신장률이 처음의 90% 이상을 유지하는 전력 케이블 절연층용 가교 폴리에틸렌 조성물.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 탄소원자수가 4개 이상인 알파 올레핀은 부텐, 펜텐, 메틸펜텐, 헥센, 옥텐 또는 데센에서 선택되는 전력케이블 절연층용 가교 폴리에틸렌 조성물.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 선형 폴리에틸렌 수지 혼합물은 지글러 나타(Ziegler-Natta) 또는 메탈로센(metallocene) 촉매를 이용하여 중합된 에틸렌계 코폴리머 또는 터폴리머인 전력케이블 절연층용 가교 폴리에틸렌 조성물.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 선형 폴리에틸렌 수지 혼합물은 공단량체로서 탄소원자수가 4개 이상인 알파올레핀을 포함하는 선형중밀도 폴리에틸렌 수지 60 ~ 99 중량%와, 공단량체로서 탄소원자수가 4개 이상인 알파올레핀을 포함하는 선형 저밀도 폴리에틸렌수지 1 ~ 40 중량%를 포함하고, 멜트인덱스 0.4~3.0g/10분(190℃, 5Kg 하중조건), DSC상 엔탈피가 110~190joule/g이며, 분자량 분포가 2~30인 전력케이블 절연층용 가교 폴리에틸렌 조성물.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 선형 폴리에틸렌 수지 혼합물은 공단량체로서 탄소원자수가 4개 이상인 알파올레핀을 포함하는 선형중밀도 폴리에틸렌 수지 60 ~ 99 중량%와 공단량체로서 탄소원자수가 4개 이상인 알파올레핀을 포함하는 고밀도 폴리에틸렌 수지 1 ~ 40 중량%를 포함하고, 멜트인덱스 0.3~1.3g/10분 (190℃, 5Kg 하중조건), DSC상 엔탈피가 150~250 joule/g이며, 분자량 분포가 3~30인 전력케이블 절연층용 가교 폴리에틸렌 조성물.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 선형 폴리에틸렌 수지 혼합물은 멜트인덱스 1.4~2.5g/10분 (190oC, 5kg 하중조건), DSC상 엔탈피가 150~190joule/g, 분자량 분포가 3.5~23인 것을 사용하는 전력케이블 절연층용 가교 폴리에틸렌 조성물.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 선형 폴리에틸렌 수지 혼합물은 멜트인덱스 0.5~1.0g/10분 (190oC, 5kg 하중조건), DSC상 엔탈피가 180~230joule/g, 분자량 분포가 4.0~24인 것을 사용하 는 전력케이블 절연층용 가교 폴리에틸렌 조성물.
  10. 삭제
  11. 공단량체로서 탄소원자수가 4개 이상인 알파올레핀을 포함하는 선형중밀도 폴리에틸렌 수지와, 공단량체로서 탄소원자수가 4개 이상인 알파올레핀을 포함하는 선형 저밀도 폴리에틸렌수지 또는 고밀도 폴리에틸렌 수지를 포함하는 선형 폴리에틸렌 수지 혼합물과; 퍼옥사이드계 가교제; 머캅토톨루이미다졸계 가교촉진제; 산화안정제, 산화안정조제, UV안정제, 내열성향상제, 가공조제, 및 카본블랙에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 첨가제; 로부터 제조된 가교폴리에틸렌수지로 이루어지며, 158℃에서, 168시간 에이징 시 인장강도 및 신장률이 처음의 90% 이상을 유지하는 절연층을 갖는 고내열성 전력 케이블.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 선형 폴리에틸렌 수지 혼합물은 멜트인덱스 0.3~3.0g/10분(190℃, 5Kg 하중조건), DSC상 엔탈피가 110~250joule/g이며, 분자량 분포가 2~30인 고내열성 전력 케이블.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제 11항 또는 12항에 있어서,
    상기 고내열성 전력케이블은 도체, 반도전층 및 절연층이 적층된 고내열성 전력케이블.
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