KR102473515B1

KR102473515B1 - 내한성 및 내유성이 우수한 비할로겐계 절연 조성물 및 이로부터 형성된 절연층을 포함하는 전선

Info

Publication number: KR102473515B1
Application number: KR1020170078922A
Authority: KR
Inventors: 고창모; 증효뢰
Original assignee: 엘에스전선 주식회사
Priority date: 2017-06-22
Filing date: 2017-06-22
Publication date: 2022-12-01
Anticipated expiration: 2037-06-22
Also published as: KR20190000063A

Abstract

본 발명은 내한성 및 내유성이 우수한 비할로겐계 절연 조성물 및 이로부터 형성된 절연층을 포함하는 전선에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 동시에 확보하는 것이 곤란한 내유성, 내화학성, 내한성, 절연성 등이 동시에 우수할 뿐만 아니라, 비할로겐계 난연제를 사용함에도 불구하고 난연성이 우수하고 환경 친화적이며, 나아가 가공성이 우수한 절연 조성물 및 이로부터 형성된 절연층을 포함하는 전선에 관한 것이다.

Description

내한성 및 내유성이 우수한 비할로겐계 절연 조성물 및 이로부터 형성된 절연층을 포함하는 전선{Halogen-free insulating composition with excellent low-teperature resistance and oil resistance and cable having a dielectric layer formed from the same}

철도차량, 선박, 자동차 등에 사용되는 전선은 이의 사용환경에 따라 내유성, 내화학성, 내약품성, 내한성 등이 동시에 요구된다.

종래 철도차량용 전선은 이의 절연층을 형성하기 위해 에틸렌 비닐 아세테이트(ethylene vinylacetate; EVA) 수지 등을 사용했다. 상기 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 수지는 분자가 오일 성분, 친유성 화합물 등을 밀어내는 작용을 하는 극성기를 포함하므로 내유성 및 내화학성이 우수한 반면, 상기 극성기에 의해 절연성이 저하되고 내한성이 불충분한 문제를 갖고 있다.

따라서, 상기 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 수지에 니트릴-부타디엔계 고무 등을 적용한 예가 있으나, 이러한 경우 내한성과 절연성이 다소 개선된 반면, 내유성이 크게 저하되는 문제가 있었다.

또한, 내유성, 내화학성, 내한성, 절연성 등을 동시에 만족시키는 고가의 폴리에스테르와 같은 엔지니어링 플라스틱 수지 또는 고밀도 폴리에틸렌 수지를 적용하는 것을 고려해 볼 수 있으나, 이러한 수지들은 가공온도가 높아 상기 가공온도 보다 분해 개시온도가 낮은 가교제를 이용한 화학가교를 수행하는 경우 수지의 성형이 이루어지기 전에 조기가교가 일어날 수 있을 뿐만 아니라, 이러한 수지들은 경도가 매우 높고 뻣뻣하여 유연성, 내한성 등이 크게 저하되어 전선 등에 적용시 포설성, 시공성 등의 작업성이 크게 저하되고 저온의 환경, 예컨데 -50℃에서 사용되는 전선 등에 적용하는 것이 곤란한 문제가 있다.

한편, 종래 철도차량용 전선의 난연성을 확보하기 위해 상기 전선의 절연층을 형성하는 절연 조성물에 난연제를 첨가하게 되는데 종래 할로겐계 난연제를 사용하는 경우 우수한 난연성을 확보할 수 있는 반면, 상기 할로겐계 난연제를 포함하는 전선의 폐기를 위한 소각시 유독가스가 발생하는 등 환경오염이 유발되는 문제가 있다.

따라서, 종래 동시에 확보하는 것이 곤란했던 내유성, 내화학성, 내한성, 절연성 등이 동시에 우수하고, 난연성이 충분하면서 친환경적이고, 가공성이 우수한 새로운 철도차량용 전선의 절연층 형성용 조성물 및 이로부터 형성된 절연층을 포함하는 전선이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 내유성, 내화학성, 내한성, 절연성 등이 동시에 우수한 절연 조성물 및 이로부터 형성된 절연층을 포함하는 전선을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 난연성이 충분하면서 환경 친화적인 절연 조성물 및 이로부터 형성된 절연층을 포함하는 전선을 제공하는 것을 목적으로 한다.

나아가, 본 발명은 제조비용이 절감되는 동시에 가공성, 작업성 등이 우수한 절연 조성물 및 이로부터 형성된 절연층을 포함하는 전선을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은,

절연 조성물로서, 베이스 수지로서 에틸렌 비닐 아세테이트 수지 및 에틸렌 프로필렌 디엔 고무 수지를 포함하고, 상기 절연 조성물로부터 형성된 절연층은 -50℃에서 4시간 동안 냉각 후 인장시 신장률이 30% 이상이고, 70℃의 IRM 903 오일에 168 시간 동안 침지된 후 측정한 인장강도 잔율 및 신장률 잔율이 각각 60 내지 140%인 것을 특징으로 하는, 절연 조성물을 제공한다.

여기서, 상기 에틸렌 비닐 아세테이트 수지는 비닐 아세테이트 단량체의 함량이 50 중량% 이상인 에틸렌 비닐 아세테이트 수지 및 말레산 무수물이 그라프트된(grafted) 에틸렌 비닐 아세테이트 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는, 절연 조성물을 제공한다.

또한, 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 비닐 아세테이트 단량체의 함량이 50 중량% 이상인 에틸렌 비닐 아세테이트 수지의 함량이 40 내지 60 중량부이고, 상기 말레산 무수물이 그라프트된 에틸렌 비닐 아세테이트 수지의 함량이 10 내지 20 중량부이며, 상기 에틸렌 프로필렌 디엔 고무 수지의 함량이 30 내지 50 중량부인 것을 특징으로 하는, 절연 조성물을 제공한다.

나아가, 상기 에틸렌 프로필렌 디엔 고무 수지는 무니 점도가 20 내지 30인 것을 특징으로 하는, 절연 조성물을 제공한다.

여기서, 상기 에틸렌 프로필렌 디엔 고무 수지는 이의 총 중량을 기준으로 에틸렌 단량체의 함량이 60 중량% 이하인 것을 특징으로 하는, 절연 조성물을 제공한다.

한편, 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 비할로겐계 난연제 100 내지 150 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 절연 조성물을 제공한다.

여기서, 상기 비할로겐계 난연제는 수산화마그네슘(Mg(OH)₂), 수산화알루미늄(Al(OH)₃), 또는 이들 모두를 포함하는 것을 특징으로 하는, 절연 조성물을 제공한다.

또한, 상기 수산화마그네슘(Mg(OH)₂), 수산화알루미늄(Al(OH)₃), 또는 이들 모두는 알킬실란, 비닐실란, 스테아린산, 올레인산 또는 아미노폴리실록산에 의해 표면 개질되고, 평균 입자 크기가 0.9 내지 2.2 ㎛인 것을 특징으로 하는, 절연 조성물을 제공한다.

한편, 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 디옥틸아디페이트(di-2-ethylhexyl adipate; DOA), 디옥틸세바케이트(di-2-ethylhexyl sebacate; DOS), 디옥틸아질레이트(di-2-ethylhexyl azelate; DOZ) 및 트리옥틸트리멜티테이트(tri-octyl trimellitate; TOTM)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 가소제 5 내지 20 중량부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 절연 조성물을 제공한다.

그리고, 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 유기과산화물계 가교제 2 내지 6 중량부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 절연 조성물을 제공한다.

또한, 난연보조제, 가교보조제, 산화방지제, 가공조제 또는 이들의 배합물을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 절연 조성물을 제공한다.

한편, 도체; 및 상기 도체를 감싸고 상기 절연 조성물로부터 형성된 절연층을 포함하는, 전선을 제공한다.

본 발명에 따른 내한성 및 내유성이 우수한 비할로겐계 절연 조성물은 베이스 수지로서 특정 수지의 블렌딩 수지를 통해 내유성, 내화학성, 내한성, 절연성 등을 동시에 향상시킬 수 있는 우수한 효과를 나타낸다.

또한, 본 발명에 따른 내한성 및 내유성이 우수한 비할로겐계 절연 조성물은 비할로겐계 난연제를 사용함에도 불구하고 난연성이 충분한 동시에 환경 친화적인 우수한 효과를 나타낸다.

나아가, 본 발명에 따른 내한성 및 내유성이 우수한 비할로겐계 절연 조성물은 특정한 베이스 수지의 배합을 통해 제조비용이 절감되는 동시에 가공성, 작업성 등이 향상되는 우수한 효과를 나타낸다.

도 1은 본 발명에 따른 내한성 및 내유성이 우수한 비할로겐계 절연 조성물로부터 형성된 전선의 일 실시예를 개략적으로 도시한 것이다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명 되어지는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공 되어지는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

본 발명에 따른 내한성 및 내유성이 우수한 비할로겐계 절연 조성물은 베이스 수지로서 에틸렌 비닐 아세테이트(ethylene vinyl acetate; EVA) 수지와 고무 수지를 포함할 수 있다.

상기 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 수지는 이의 총 중량을 기준으로 비닐 아세테이트 단량체의 함량이 50 중량% 이상, 예를 들어 50 내지 80 중량%인 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 수지와 말레산 무수물이 그라프트된(grafted) 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA)를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 수지에 포함된 비닐 아세테이트 단량체는 극성 단량체로서 상기 절연 조성물의 내유성을 향상시키고, 상기 비닐 아세테이트 단량체의 함량이 50 중량% 미만인 경우 상기 절연 조성물의 내유성이 급격히 저하될 수 있다.

또한, 상기 말레산 무수물이 그라프트된(grafted) 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA)는 상기 베이스 수지와 후술하는 무기계 난연제와의 상용성을 증대시켜 상대적으로 소량의 난연제에 의해 우수한 난연성을 구현할 수 있도록 하는 기능을 수행한다.

한편, 상기 고무 수지는 천연고무, 스티렌부타디엔고무(SBP), 부타디엔고무(BR), 클로로피렌고무(CR), 니트릴부타디엔고무(NBR), 부틸고무, 에틸렌프로필렌디엔 고무(EPDM), 클로로설폰화 폴리에틸렌고무(CSM), 아크릴고무, 불소고무, 실리콘고무 등으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 고무 수지를 포함할 수 있고, 바람직하게는 에틸렌프로필렌디엔 고무(EPDM)를 포함할 수 있다.

상기 고무 수지의 무니 점도는 20 내지 30일 수 있고, 특히 상기 에틸렌프로필렌디엔 고무(EPDM)는 20 내지 30의 무니 점도를 보유하기 위해 이의 총 중량을 기준으로 에틸렌 단량체의 함량이 60 중량% 이하, 예를 들어 10 내지 60 중량%일 수 있고, 에틸렌 단량체의 함량이 60 중량% 이하로 제한됨으로써 상기 고무 수지의 결정성이 조절되어 상기 절연 조성물의 내한성이 향상될 수 있다. 상기 고무 수지의 무니 점도가 20 미만인 경우 상기 절연 조성물의 내한성 및 기계적 특성이 저하될 수 있는 반면, 30 초과인 경우 상기 절연 조성물의 유연성, 내한성, 필러 로딩성(filler loading property), 기계적 특성 등이 저하될 수 있다.

상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 수지 중 말레산 무수물이 그라프트되지 않은 수지로서 비닐 아세테이트 함량이 50 중량% 이상인 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 수지의 함량이 40 내지 60 중량부이고, 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 수지 중 말레산 무수물이 그라프트된 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 수지의 함량이 10 내지 20 중량부이며, 상기 고무 수지의 함량이 30 내지 50 중량부일 수 있다.

상기 말레산 무수물이 그라프트되지 않은 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 수지의 함량이 40 중량부 미만인 경우 상기 절연 조성물의 내유성이 저하될 수 있는 반면, 60 중량부 초과인 경우 상기 절연 조성물의 내한성이 저하되고 또한 유연성이 저하되어 이로부터 형성된 절연층을 포함하는 전선의 포설성, 시공성 등의 작업성이 저하될 수 있다.

본 발명에 따른 절연 조성물은 베이스 수지를 구성하는 특정 수지와 이의 배합비, 또한 상기 수지의 무니 점도와 극성 단량체 함량의 조절에 의해 종래 동시에 달성할 수 없었던 내유성, 내화학성, 내한성, 절연성 등을 동시에 향상시키는 우수한 효과를 나타낼 수 있다.

본 발명에 따른 절연 조성물은 난연제를 추가로 포함할 수 있다. 상기 난연제는 수산화마그네슘(Mg(OH)₂), 수산화알루미늄(Al(OH)₃) 등의 비할로겐계 무기 난연제를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 수산화마그네슘 등의 무기 난연제는 고표면 에너지를 갖는 친수성인 반면, 상기 베이스 수지는 저표면 에너지를 갖는 소수성이기 때문에, 상기 난연제는 상기 베이스 수지에 대한 분산성이 좋지 않고, 내수성, 전기적 특성 등에도 악영향을 미칠 수 있다.

따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 상기 산화마그네슘 등의 무기 난연제는 알킬실란, 비닐실란, 스테아린산, 올레인산, 아미노폴리실록산 등으로 표면 개질되는 것이 바람직하다. 상기 난연제가 비닐실란 등에 의해 표면 개질되는 경우, 비닐실란 등의 가수분해기가 축합반응에 의해 수산화마그네슘 등의 난연제 표면에 화학 결합을 함으로써 부착되고, 실란기가 상기 베이스 수지와 반응하여 우수한 분산성을 확보하고, 상기 절연 조성물의 우수한 난연성을 구현할 수 있게 된다.

상기 무기 난연제는 상기 절연 조성물에 의한 절연층 압출 공정에서 그 형상과 기능을 유지하면서 상기 절연 조성물 내에서의 분산성을 향상시키기 위해 모스 경도가 2 내지 3이고, 평균 입자 크기(D₅₀)가 0.9 내지 2.2 ㎛인 것이 바람직하다.

여기서, 상기 무기 난연제의 평균 입자 크기(D₅₀)가 0.9 ㎛ 미만인 경우, 상기 베이스 수지에 대한 상기 무기 난연제의 분산성이 저하되고 상기 절연 조성물의 점도가 높아져 상기 베이스 수지와 상기 무기 난연제의 배합이 어렵고 상기 절연 조성물의 신장율이 저하되는 반면, 2.2 ㎛ 초과인 경우, 상기 베이스 수지와 첨가제의 결합이 약화되어 상기 절연 조성물의 물성이 크게 저하될 수 있다.

상기 무기 난연제는 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 100 내지 150 중량부로 첨가될 수 있다. 상기 무기 난연제의 함량이 100 중량부 미만인 경우 상기 절연 조성물의 난연등급이 만족되지 못하는 반면, 150 중량부 초과인 경우 상기 절연 조성물의 상온 물성 및 내한성 모두 저하될 수 있다. 또한, 상기 절연 조성물은 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 징크 보레이트계 보조난연제 5 내지 20 중량부를 추가로 포함할 수 있다.

상기 절연 조성물은 난연제로서 비할로겐계 난연제를 포함함으로써 할로겐계 난연제를 포함하는 종래 절연 조성물과 달리 환경 친화적이고, 상기 베이스 수지에 대한 상기 난연제의 분산성을 극대화하여 난연성 역시 할로겐계 난연제를 포함하는 종래 절연 조성물과 동등하거나 우수한 동시에 다른 물성이 저하되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.

상기 절연 조성물은 가소제를 추가로 포함할 수 있다. 상기 가소제는 예를 들어 디옥틸아디페이트(di-2-ethylhexyl adipate; DOA), 디옥틸세바케이트(di-2-ethylhexyl sebacate; DOS), 디옥틸아질레이트(di-2-ethylhexyl azelate; DOZ), 트리옥틸트리멜티테이트(tri-octyl trimellitate; TOTM) 등일 수 있고, 상기 절연 조성물의 내한성, 압출성 등을 향상시킬 수 있다.

상기 가소제는 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 5 내지 20 중량부로 포함될 수 있고, 상기 가소제의 함량이 5 중량부 미만인 경우 상기 절연 조성물의 내한성이 저하될 수 있는 반면, 20 중량부 초과인 경우 상기 절연 조성물의 상온 인장강도가 저하되고 용융점도가 과도하게 낮아져 압출성형성이 저하될 수 있다.

본 발명에 따른 절연 조성물은 상기 베이스 수지의 가교를 위해 가교제를 포함할 수 있고, 가교보조제를 추가로 포함할 수 있다. 상기 가교제는 상기 베이스 수지의 가교방식에 따라 실란계 가교제, 또는 디큐밀퍼옥사이드, 벤조일퍼옥사이드, 라우릴퍼옥사이드, t-부틸 큐밀퍼옥사이드, 디(t-부틸 퍼옥시 아이소프로필) 벤젠, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸 퍼옥시)헥산, 디-t-부틸 퍼옥사이드 등의 유기과산화물계 가교제일 수 있다.

특히, 본 발명에 따른 절연 조성물을 구성하는 베이스 수지가 상기 디큐밀퍼옥사이드 등의 유기과산화물계 가교제에 의한 화학가교 방식으로 가교되는 경우 상기 유기과산화물계 가교제의 열분해 개시온도는 110 내지 180℃인 것이 바람직하다. 상기 유기과산화물계 가교제가 상기와 같은 열분해 개시온도를 갖는 경우 상기 절연 조성물의 압출 성형시 분해되지 않아 안정적인 공정 조건을 확보할 수 있다.

상기 가교제의 함량은 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 2 내지 5 중량부일 수 있다. 상기 가교제의 함량은 상기 난연제의 함량에 따라 변화시키는 것이 바람직하고 상기 가교제의 함량이 2 중량부 미만인 경우 상기 베이스 수지의 가교도가 떨어져 상기 절연 조성물의 내유성 및 상온 강도가 저하될 수 있는 반면, 5 중량부 초과인 경우 상기 절연 조성물은 과도한 가교를 통한 부반응으로 상기 절연 조성물의 신장율, 내한성 등이 저하될 수 있고, 가공시 조기가교가 일어날 수 있다.

또한, 상기 가교보조제는 트리알리이소시아뉴레이트(triallyisocyanurate), 트리알리시아뉴레이트(triallycyanurate), 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트(trimethylolpropane trimethacrylate), 트리메틸올프로판 트리아크리레이트(trimethylolporpane triacrylate) 등으로부터 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 가교보조제를 포함할 수 있다.

상기 가교보조제는 상기 가교제의 활성을 증가시켜 가교도를 높이는 작용을 수행함으로써 상기 가교제의 함량을 낮출 수 있다. 상기 가교보조제의 함량은 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 2 내지 6 중량부일 수 있다.

본 발명에 따른 절연 조성물은 산화방지제, 가공조제 등의 기타 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 특히, 상기 산화방지제는 페놀계, 아민계 등의 산화방지제를 포함할 수 있고, 상기 산화방지제의 함량은 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 0.5 내지 2 중량부일 수 있다. 또한, 상기 가공조제의 함량은 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 0.5 내지 2 중량부일 수 있다.

앞서 기술한 절연 조성물은 상기 특정 베이스 수지 및 상기 특정 첨가제의 혼합에 의해 서로 상충관계에 있는 내한성과 내유성을 동시에 만족하고, 구체적으로 상기 절연 조성물로부터 형성된 절연층은 -50℃에서 4시간 동안 냉각 후 인장시 신장률이 30% 이상으로 내한성이 우수한 동시에, 70℃의 IRM 903 오일에 168 시간 동안 침지한 후 측정한 인장강도 잔율 및 신장률 잔율이 각각 60 내지 140%로 내유성이 우수하다.

본 발명은 앞서 기술한 절연 조성물에 의해 형성된 절연층을 포함하는 전선에 관한 것이다. 도 1은 본 발명에 따른 내한성 및 내유성이 우수한 비할로겐계 절연 조성물로부터 형성된 전선의 일 실시예를 개략적으로 도시한 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전선은 도체(10) 및 이를 감싸는 절연층(20)을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 도체(10)는 구리, 알루미늄 등의 전도성 금속으로 이루어질 수 있고, 바람직하게는 구리로 이루어질 수 있다. 상기 도체(10)는 단선이거나 복수의 단선을 꼬아 합한 연선일 수 있다. 또한, 상기 절연층(20)은 앞서 기술한 본 발명에 따른 내한성 및 내유성이 우수한 비할로겐계 절연 조성물로부터 형성될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 전선은 절연층(20)의 압출 공정에서 절연 조성물이 상기 도체(10) 내로 침투하는 것을 억제하기 위해 상기 도체(10)와 상기 절연층(20) 사이에 테이프층을 추가로 포함할 수 있다. 상기 테이프층은 나일론, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등의 소재로 이루어질 수 있다.

[실시예]

1. 제조예

아래 표 1에 나타난 바와 같은 구성성분 및 배합비로 오픈롤에서 혼련하여 실시예 및 비교예 각각에 따른 절연 조성물을 제조하고, 이를 다시 170℃에서 20분 동안 가압가열하여 가교함으로써 IEC 60811-1-1에 준하여 절연 시편을 제조하였다. 아래 표 1에 기재된 함량의 단위는 중량부이다.

	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	비교예1	비교예2	비교예3	비교예4	비교예5
수지a	50	50	50	50	50	50	50	50	50
수지b	35	35	40	35		40	40	35	35
수지c					35
수지d	15	15	10	15	15	10	10	15	15
난연제a		60		130	130				60
난연제b	120	70	130				90	170	70
난연제c						130
가소제	10	10	10	10	10	10	10	10
산화방지제	1	1	1	1	1	1	1	1	1
가교보조제	4	4	4	4	4	4	4	4	4
가교제	3	3	3	3	3	3	3	3	3

수지a : 에틸렌 비닐 아세테이트 수지(비닐 아세테이트 함량 : 70±1.5 중량%, 밀도 1.08)

수지b : 에틸렌 프로필렌 디엔 고무(ML1+4@125℃=27, 에틸렌 함량 : 51 중량%, 밀도 : 0.860)

수지c : 에틸렌 프로필렌 디엔 고무(ML1+4@125℃=59, 에틸렌 함량 : 70 중량%, 밀도 : 0.860)

난연제a : 비닐 실란으로 표면처리한 수산화알루미늄(평균입자경(D₅₀) : 1.3~2.2 ㎛)

난연제b : 비닐 실란으로 표면처리한 수산화알루미늄(평균입자경(D₅₀) : 0.9~1.5 ㎛)

난연제c : 일반 수산화알루미늄(평균입자경(D₅₀) : 0.9 ㎛)

산화방지제 : 페놀계 산화방지제

가교조제 : 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트(TMPTMA)

가교제 : 디큐밀퍼옥사이드

2. 물성 평가

상기 제조예에서 제조한 실시예 및 비교예 각각에 따른 절연 시편에 대하여 아래 물성 평가를 진행했고, 그 결과는 아래 표 2에 나타난 바와 같다.

1) 상온 인장강도 및 신장율 평가

규격 IEC 60811-1-1에 준하여 250㎜/min의 속도로 실시예 및 비교예 각각의 절연 시편에 대하여 상온 인장강도 및 신장율을 평가했다.

2) 내유성 평가

규격 IEC 60811-2-1에 명시된 IRM 903 오일에 대하여 실시예 및 비교예 각각에 따른 절연 시편을 70℃에서 168시간 동안 침지 후 인장강도 및 신장율을 측정했고 초기값과의 비교를 통해 초기값과 동일할 때를 100%로 기재하여 인장강도 및 신장율의 변화 정도를 통해 내유성을 평가했다.

3) 내한성 평가

KS C 3004에 준하여 두께 2.0±0.2 mm, 너비 6.0±0.4 mm, 길이 38.0±2 mm의 크기로 실시예 및 비교예 각각에 따른 절연 시편을 5개 준비하여 -45℃ 및 -50℃에서 각각 2분 30초 동안 에틸알코올 용액에 담근 후 타격하는 내한타격시험을 통해 내한성을 평가했다. 1개 이상 쪼개지는 것을 파괴라 하며 금 또는 균열은 파괴라 하지 않았다. 평가 결과는 0/0/0 형식으로 표시하며 5개의 시편 중 각각 표면균열/내부균열/절단분리된 시편 갯수를 나타냈다. -50℃에서의 측정결과가 0/2/3 이상이면 합격이다.

4) 절연성 평가

규격 IEC 60811에 준하여 실시예 및 비교예 각각의 절연 시편에 대하여 체적저항을 측정함으로써 절연성을 평가했다.

5) 난연성 평가

규격 IEC 60332-1-2 및 EN 50305에 준하여 실시예 및 비교예 각각의 절연 시편에 대하여 산소지수를 측정함으로서 난연성을 평가했다.

		실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	비교예1	비교예2	비교예3	비교예4	비교예5
상 온	인장강도 (MPa)	13.00	12.62	12.58	10.33	10.48	9.63	11.65	9.09	14.63
상 온	신장율 (%)	151.46	181.2	172.79	216.24	222.01	159.38	196.13	146.66	116.5
내 유 성	인장잔율(%)	70.46	80.73	74.81	80.91	89.23	67.54	73.57	73.87	78.04
내 유 성	신장잔율(%)	66.37	71.05	67.86	63.81	69.8	50.8	62.4	64.96	70.36
내한성	-45℃	0/2/0	0/1/0	0/2/0	1/0/0	0/0/5	0/1/4	1/0/0	0/1/4	0/0/5
내한성	-50℃	0/5/0	1/3/0	0/5/0	4/0/0	-	0/0/5	0/5/0	0/0/5	-
체적 저항	Ω㎝	6.5e13	3.2e13	1.0e14	2.3e14	1.1e14	1.0e13	1.1e14	1.7e14	5.1e13
산소 지수	%	27	27.5	27.5	27.5	27.5	28	25.5	28.5	28

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 비교예 1에 따른 절연 시편은 베이스 수지 중 에틸렌 프로필렌 디엔 고무의 에틸렌 함량이 과도하여 베이스 수지의 결정성이 증가함으로써 절연 시편의 내한성이 크게 저하되었다.

또한, 비교예 2에 따른 절연 시편은 소수성으로 표면처리되지 않은 난연제를 사용하여 베이스 수지와의 상용성 약화로 절연 시편의 인장강도, 내유성, 내한성 등이 저하되었고, 난연제의 수분함유로 인해 체적저항이 저하되었다.

그리고, 비교예 3에 따른 절연 시편은 난연제의 함량이 불충분하여 산소지수가 낮아 난연성이 기준 미달이다.

나아가, 비교예 4에 따른 절연 시편은 난연제의 함량이 과도하여 산소지수는 높지만 절연 조성물의 기계적 특성, 특히 상온 인장강도가 크게 저하되었다.

또한, 비교예 5에 따른 절연 시편은 가소제가 사용되지 않아 신장율이 저하되고 내한성이 크게 저하되었다.

반면, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 4의 절연 시편은 내한성 및 이와 상충관계에 있는 내유성이 동시에 만족되는 동시에 난연성, 기계적 특성, 절연 특성 등이 모두 우수한 것으로 확인되었다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.

10 : 도체 20 : 절연층

Claims

절연 조성물로서,
베이스 수지로서 에틸렌 비닐 아세테이트 수지 및 에틸렌 프로필렌 디엔 고무 수지를 포함하고,
상기 에틸렌 비닐 아세테이트 수지는 비닐 아세테이트 단량체의 함량이 50 중량% 이상인 에틸렌 비닐 아세테이트 수지 및 말레산 무수물이 그라프트된(grafted) 에틸렌 비닐 아세테이트 수지를 포함하고,
상기 에틸렌 프로필렌 디엔 고무 수지는 무니 점도가 20 내지 30이며,
상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 비닐 아세테이트 단량체의 함량이 50 중량% 이상인 에틸렌 비닐 아세테이트 수지의 함량이 40 내지 60 중량부, 상기 말레산 무수물이 그라프트된 에틸렌 비닐 아세테이트 수지의 함량이 10 내지 20 중량부, 상기 에틸렌 프로필렌 디엔 고무 수지의 함량이 30 내지 50 중량부, 및 비할로겐계 난연제 100 내지 150 중량부를 포함하고,
상기 비할로겐계 난연제는 수산화마그네슘(Mg(OH)₂)이나 수산화알루미늄(Al(OH)₃), 또는 이들 모두를 포함하고, 평균 입자 크기가 0.9 내지 2.2 ㎛이고,
상기 절연 조성물로부터 형성된 절연층은 -50℃에서 4시간 동안 냉각 후 인장시 신장률이 30% 이상이고, 70℃의 IRM 903 오일에 168 시간 동안 침지된 후 측정한 인장강도 잔율 및 신장률 잔율이 각각 60 내지 140%인 것을 특징으로 하는, 절연 조성물.
삭제
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 에틸렌 프로필렌 디엔 고무 수지는 이의 총 중량을 기준으로 에틸렌 단량체의 함량이 60 중량% 이하인 것을 특징으로 하는, 절연 조성물.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 수산화마그네슘(Mg(OH)₂), 수산화알루미늄(Al(OH)₃), 또는 이들 모두는 알킬실란, 비닐실란, 스테아린산, 올레인산 또는 아미노폴리실록산에 의해 표면 개질되는 것을 특징으로 하는, 절연 조성물.
제1항에 있어서,
상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 디옥틸아디페이트(di-2-ethylhexyl adipate; DOA), 디옥틸세바케이트(di-2-ethylhexyl sebacate; DOS), 디옥틸아질레이트(di-2-ethylhexyl azelate; DOZ) 및 트리옥틸트리멜티테이트(tri-octyl trimellitate; TOTM)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 가소제 5 내지 20 중량부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 절연 조성물.
제1항에 있어서,
상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 유기과산화물계 가교제 2 내지 6 중량부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 절연 조성물.
제1항에 있어서,
난연보조제, 가교보조제, 산화방지제, 가공조제 또는 이들의 배합물을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 절연 조성물.
도체; 및
상기 도체를 감싸고 제1항의 절연 조성물로부터 형성된 절연층을 포함하는, 전선.