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KR20180096174A - 고전압 케이블용 고분자 조성물 및 이로부터 형성된 절연층 및 시스층을 포함하는 케이블 - Google Patents

고전압 케이블용 고분자 조성물 및 이로부터 형성된 절연층 및 시스층을 포함하는 케이블 Download PDF

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KR20180096174A
KR20180096174A KR1020170022515A KR20170022515A KR20180096174A KR 20180096174 A KR20180096174 A KR 20180096174A KR 1020170022515 A KR1020170022515 A KR 1020170022515A KR 20170022515 A KR20170022515 A KR 20170022515A KR 20180096174 A KR20180096174 A KR 20180096174A
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KR
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weight
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flame retardant
resin
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Withdrawn
Application number
KR1020170022515A
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English (en)
Inventor
주동욱
김인하
박찬웅
Original Assignee
엘에스전선 주식회사
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Publication date
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Abstract

본 발명은 고전압 케이블용 고분자 조성물 및 이로부터 형성된 절연층 및 시스층을 포함하는 케이블에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 고전압 케이블에서 요구되는 높은 절연저항 특성을 만족하는 동시에 이와 상충관계에 있는 고도의 유연성을 만족하고, 내유성, 내마모성, 내열성, 내한성, 난연성 등의 특성도 우수한 고분자 조성물 및 이로부터 형성된 절연층 및 시스층을 포함하는 케이블에 관한 것이다.

Description

고전압 케이블용 고분자 조성물 및 이로부터 형성된 절연층 및 시스층을 포함하는 케이블{Polymer composition for high voltage cable and cable having an insulating layer formed from the same and a sheath layer formed from the same}
본 발명은 고전압 케이블용 고분자 조성물 및 이로부터 형성된 절연층 및 시스층을 포함하는 케이블에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 고전압 케이블에서 요구되는 높은 절연저항 특성을 만족하는 동시에 이와 상충관계에 있는 고도의 유연성을 만족하고, 내유성, 내마모성, 내열성, 내한성, 난연성 등의 특성도 우수한 고분자 조성물 및 이로부터 형성된 절연층 및 시스층을 포함하는 케이블에 관한 것이다.
전기자동차용 고전압 케이블은 150℃급 600V에 해당하며 도체의 단면적에 따라 다양한 규격의 제품이 존재한다.
종래 전기자동차용 고전압 케이블의 절연체 및 시스는 유연성을 확보하기 위하여 비닐 아세테이트(VA) 함량이 높은 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 수지 또는 융점(Tm)이 낮은 폴리올레핀 엘라스토머(POE) 등을 적용하였다.
이러한 절연체 및 시스는 기존 국제 규격인 ISO 6722-1을 만족하지만 유럽의 유수 자동차 메이커 연합에서 기존 국제 규격인 ISO 6722-1을 기반으로 하여 새로 만든 국제 규격인 LV 216, 특히 금속차폐층을 갖는 케이블에 대한 규격인 LV 216-2에서 요구하는 절연저항 특성, 내유성 등을 만족하기 어렵다.
예를 들어, ISO 6722-1 규격에서 요구하는 절연체의 체적저항은 109 Ω·㎜이나 LV 216 규격에서 요구하는 절연체의 체적저항은 1013 Ω·㎜이고, 시스는 대개 외부 환경으로부터 케이블을 보호하기 위해 강도, 경도 등 기계적 특성의 확보를 우선시 하나, LV 216 규격에서는 시스 또한 절연체에 준하여 절연성능이 요구되며, 그 외에도 다양한 특성의 평가방법 및 판정기준이 변경되었다.
따라서, 종래 유연성을 확보하기 위해 비닐 아세테이트(VA) 함량이 높은 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 수지 또는 융점이 낮은 폴리올레핀 엘라스토머(POE) 등을 적용한 절연체 및 시스는 LV 216 규격에서 요구하는 절연체의 체적저항을 만족할 수 없었고, 체적저항은 만족시키기 위해 융점(Tm)이 높은 자재로 대체하면 절연저항 특성은 개선될 수 있으나 절연체 및 시스의 유연성이 악화되어 전기자동차 배터리 케이블 제품으로서 적용하기 어려운 문제가 있다.
또한, 자동차용 케이블은 다양한 오일에 대한 내유 특성을 만족하여야 하나, 절연체의 절연저항 특성과 유연성 확보를 위해 고분자 조성물의 수지를 변경하는 경우 내유성, 난연성 등이 큰 영향을 받게 되고, 수지에 따른 가교 방식과 가교도에 따라 내마모성 등의 기계적 특성, 내열성 등이 큰 영향을 받게 되어, 이들 모든 물성이 LV 216 규격을 만족시키는 것은 매우 어렵다.
따라서, LV 216 규격에서 요구하는 높은 절연저항 특성을 만족하는 동시에 이와 상충관계에 있는 고도의 유연성을 만족하고, 내유성, 내마모성, 내열성, 내한성, 난연성 등의 특성도 우수한 고분자 조성물 및 이로부터 형성된 절연층 및 시스층을 포함하는 케이블이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 LV 216 규격에서 요구하는 높은 절연저항 특성을 만족하는 동시에 이와 상충관계에 있는 고도의 유연성을 만족하는 고분자 조성물 및 이로부터 형성된 절연층 및 시스층을 포함하는 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 LV 216 규격에서 요구하는 우수한 내유성, 내마모성, 내열성, 내한성, 난연성 등의 특성을 만족하는 고분자 조성물 및 이로부터 형성된 절연층 및 시스층을 포함하는 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은,
고전압 케이블용 고분자 조성물로서, 베이스 수지 및 첨가제를 포함하고, 상기 베이스 수지는 폴리프로필렌 수지, 폴리올레핀 엘라스토머, 에틸렌 프로필렌 디엔 고무 및 말레산 무수물이 그라프트된(grafted) 에틸렌 비닐 아세테이트 수지를 포함하고, 상기 고분자 조성물로부터 형성된 절연층 및 시스층은 체적저항이 1013 Ω·㎜을 초과하는, 고분자 조성물을 제공한다.
여기서, 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 폴리프로필렌 수지의 함량은 15 내지 25 중량부이고, 상기 폴리올레핀 엘라스토머의 함량은 30 내지 50 중량부, 상기 에틸렌 프로필렌 디엔 고무의 함량은 20 내지 40 중량부 및 상기 말레산 무수물이 그라프트된(grafted) 에틸렌 비닐 아세테이트 수지의 함량은 8 내지 13 중량부인 것을 특징으로 하는, 고분자 조성물을 제공한다.
또한, 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 폴리프로필렌 수지의 함량은 17 내지 24 중량부이고, 상기 폴리올레핀 엘라스토머의 함량은 37 내지 45 중량부, 상기 에틸렌 프로필렌 디엔 고무의 함량은 27 내지 31 중량부 및 상기 말레산 무수물이 그라프트된(grafted) 에틸렌 비닐 아세테이트 수지의 함량은 9 내지 10 중량부인 것을 특징으로 하는, 고분자 조성물을 제공한다.
한편, 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 폴리프로필렌 수지의 함량은 22 내지 32 중량부이고, 상기 폴리올레핀 엘라스토머의 함량은 25 내지 35 중량부, 상기 에틸렌 프로필렌 디엔 고무의 함량은 27 내지 35 중량부 및 상기 말레산 무수물이 그라프트된(grafted) 에틸렌 비닐 아세테이트 수지의 함량은 8 내지 13 중량부인 것을 특징으로 하는, 고분자 조성물을 제공한다.
여기서, 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 폴리프로필렌 수지의 함량은 24 내지 29 중량부이고, 상기 폴리올레핀 엘라스토머의 함량은 29 내지 33 중량부, 상기 에틸렌 프로필렌 디엔 고무의 함량은 29 내지 33 중량부 및 상기 말레산 무수물이 그라프트된(grafted) 에틸렌 비닐 아세테이트 수지의 함량은 10 내지 11 중량부인 것을 특징으로 하는, 고분자 조성물을 제공한다.
그리고, 상기 폴리프로필렌 수지는 융점(Tm)이 140 내지 145℃이고 비중이 0.860 내지 0.880이며, 상기 폴리올레핀 엘라스토머는 융점(Tm)이 90 내지 100℃이고 비중이 0.890 내지 0.910인 것을 특징으로 하는, 고분자 조성물을 제공한다.
여기서, 상기 에틸렌 프로필렌 디엔 고무는 비중이 0.870 내지 0.890이고 무니점도(ML1+4(125℃))가 20 내지 40인 것을 특징으로 하는, 고분자 조성물을 제공한다.
나아가, 상기 첨가제는 난연제, 가교조제, 산화방지제 및 활제로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 첨가제를 포함하는 것을 특징으로 하는, 고분자 조성물을 제공한다.
여기서, 상기 난연제는 수산화마그네슘 또는 수산화알루미늄을 포함하고, 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 난연제의 함량은 80 내지 100 중량부인 것을 특징으로 하는, 고분자 조성물을 제공한다.
또한, 상기 난연제의 함량은 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 87 내지 95 중량부인 것을 특징으로 하는, 고분자 조성물을 제공한다.
그리고, 상기 가교조제는 상기 베이스 수지의 조사가교용 다관능 유기모노머를 포함하고, 상기 가교조제의 함량은 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 2 내지 5 중량부인 것을 특징으로 하는, 고분자 조성물을 제공한다.
한편, 상기 첨가제는 난연제, 난연보조제, 가교조제, 산화방지제 및 활제로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 첨가제를 포함하는 것을 특징으로 하는, 고분자 조성물을 제공한다.
여기서, 상기 난연제는 수산화마그네슘 또는 수산화알루미늄을 포함하고, 상기 난연보조제는 적인 난연제를 포함하며, 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 난연제의 함량은 95 내지 110 중량부이고, 상기 난연보조제의 함량은 0.6 내지 1.2 중량부인 것을 특징으로 하는, 고분자 조성물을 제공한다.
또한, 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 난연제의 함량은 100 내지 105 중량부이고, 상기 난연보조제의 함량은 0.8 내지 1.1 중량부인 것을 특징으로 하는, 고분자 조성물을 제공한다.
그리고, 상기 가교조제는 상기 베이스 수지의 조사가교용 다관능 유기모노머를 포함하고, 상기 가교조제의 함량은 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 2 내지 5 중량부인 것을 특징으로 하는, 고분자 조성물을 제공한다.
한편, 도체; 상기 도체를 감싸고 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 고분자 조성물로부터 형성된 절연층; 상기 절연층을 감싸는 금속차폐층; 및 상기 금속차폐층을 감싸고 제1항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항의 고분자 조성물로부터 형성된 시스층을 포함하는 케이블을 제공한다.
본 발명의 고전압 케이블용 고분자 조성물은 특정 수지를 특정 배합비로 포함하는 베이스 수지를 적용함으로써 LV 216 규격에서 요구하는 높은 절연저항 특성을 만족하는 동시에 이와 상충관계에 있는 고도의 유연성을 만족하는 우수한 효과를 나타낸다.
또한, 본 발명의 고전압 케이블용 고분자 조성물은 특정 수지를 특정 배합비로 포함하는 베이스 수지를 적용하고 특정 난연제, 가교방식, 가교제 등의 적용을 통해 LV 216 규격에서 요구하는 우수한 내유성, 내마모성, 내열성, 내한성, 난연성 등의 특성을 만족하는 우수한 효과를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 고분자 조성물로부터 형성된 절연층 및 시스층을 포함하는 고전압 케이블의 하나의 실시예에 관한 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 고분자 조성물로부터 형성된 절연층 및 시스층을 포함하는 고전압 케이블의 하나의 실시예에 관한 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고전압 케이블은 도체(10), 상기 도체(10)를 감싸고 본 발명의 고분자 조성물로부터 형성된 절연층(20), 상기 절연층(20)을 감싸는 금속차폐층(30) 및 상기 금속차폐층(40)을 감싸고 본 발명의 고분자 조성물로부터 형성된 시스층(40)을 포함할 수 있다.
상기 도체(10)는 케이블의 유연성 확보를 위해 구리 세선이 연합된 구리 연선을 적용할 수 있고, 상기 금속차폐층(40)은 케이블 도체로부터 발생한 전자파를 차폐하기 위해 구리, 알루미늄 등의 금속 소재로 이루어질 수 있다.
상기 절연층(20) 및 상기 시스층(40)을 형성하는 고분자 조성물은 베이스 수지와 상기 수지 내에 분산된 난연제, 가교조제 등을 포함하고, 추가로 산화방지제, 활제 등의 기타 첨가제를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 베이스 수지는 폴리프로필렌(PP) 수지, 폴리올레핀 엘라스토머(POE) 수지, 에틸렌 프로필렌 디엔 고무(EPDM) 및 말레산 무수물이 그라프트된(grafted) 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 수지의 블렌딩 수지를 포함할 수 있다.
상기 폴리프로필렌(PP) 수지는 자체적인 융점(Tm)이 높아 절연저항 특성, 내유성 등이 우수하고, 프로필렌 단독중합체 및/또는 프로필렌 공중합체를 포함할 수 있으며, 상기 프로필렌 단독중합체는 단량체 총 중량을 기준으로 99 중량% 이상, 바람직하게는 99.5 중량% 이상의 프로필렌의 중합에 의해 형성되는 폴리프로필렌을 의미한다.
상기 프로필렌 공중합체는 프로필렌과 에틸렌 또는 탄소수 4 내지 12의 α-올레핀, 예를 들어, 1-부텐, 1-펜텐, 4-메틸-1-펜텐, 1-헥센, 1-옥텐, 1-데센, 1-도데센 및 이들의 조합으로부터 선택되는 공단량체 등, 바람직하게는 에틸렌과의 공중합체를 포함할 수 있다. 프로필렌과 에틸렌을 공중합시키면 단단하면서 유연한 성질을 나타내기 때문이다.
상기 프로필렌 공중합체는 랜덤 프로필렌 공중합체 및/또는 블록 프로필렌 공중합체를 포함할 수 있고, 상기 랜덤 프로필렌 공중합체는 프로필렌 단량체와 다른 올레핀 단량체가 임의로 교호 배열되어 이루어진 프로필렌 공중합체를 의미한다.
상기 폴리프로필렌(PP) 수지는 융점(Tm)이 140~145℃이고, 비중이 0.860 내지 0.880일 수 있다. 상기 폴리프로필렌(PP) 수지의 융점이 140℃ 미만이거나 비중이 0.860 미만인 경우 절연 및 시스 조성물의 절연저항 특성, 내마모성 등의 기계적 특성, 내열성 등이 불충분할 수 있는 반면, 융점이 145℃ 초과이거나 비중이 0.880 초과인 경우 절연 및 시스 조성물의 유연성이 크게 저하될 수 있다.
상기 절연층(20)을 형성하는 고분자 조성물의 경우, 상기 폴리프로필렌(PP) 수지의 함량은 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 15 내지 25 중량부, 바람직하게는 17 내지 24 중량부일 수 있고, 상기 시스층(40)을 형성하는 고분자 조성물의 경우, 상기 폴리프로필렌(PP) 수지의 함량은 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 22 내지 32 중량부, 바람직하게는 24 내지 29 중량부일 수 있다.
상기 폴리프로필렌(PP) 수지의 함량이 상기 기준함량 미달인 경우 상기 절연층(20) 및 상기 시스층(40)의 절연저항 특성, 내마모성 등의 기계적 특성, 내열성 등이 불충분할 수 있는 반면, 상기 기준함량 초과인 경우 상기 절연층(20) 및 상기 시스층(40)의 유연성이 크게 저하될 수 있다.
상기 폴리올레핀 엘라스토머(POE)는 고분자 조성물의 절연저항 특성, 내유성 등을 등을 추가로 향상시킬 수 있으며, 융점(Tm)이 90 내지 100℃이고, 비중이 0.890 내지 0.910일 수 있다. 상기 폴리올레핀 엘라스토머(POE)의 융점이 90℃ 미만이거나 비중이 0.890 미만인 경우 고분자 조성물의 절연저항 특성, 내마모성 등의 기계적 특성, 내열성, 내유성 등이 불충분할 수 있는 반면, 융점이 100℃ 초과이거나 비중이 0.910 초과인 경우 고분자 조성물의 유연성, 내한성 등이 크게 저하될 수 있다.
상기 절연층(20)을 형성하는 고분자 조성물의 경우, 상기 폴리올레핀 엘라스토머(POE)의 함량은 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 30 내지 50 중량부, 바람직하게는 37 내지 45 중량부일 수 있고, 상기 시스층(40)을 형성하는 고분자 조성물의 경우, 상기 폴리올레핀 엘라스토머(POE)의 함량은 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 25 내지 35 중량부, 바람직하게는 29 내지 33 중량부일 수 있다.
상기 폴리올레핀 엘라스토머(POE)의 함량이 상기 기준함량 미달인 경우 고분자 조성물의 절연저항 특성, 내유성 등이 불충분할 수 있는 반면, 상기 기준함량 초과인 경우 고분자 조성물의 유연성, 내한성 등이 크게 저하될 수 있다.
상기 에틸렌 프로필렌 디엔 고무(EPDM)는 고분자 조성물의 유연성, 내한성 등을 추가로 향상시킬 수 있으며, 비중이 0.870 내지 0.890이고, 무니점도(ML1+4(125℃))가 20 내지 40일 수 있다. 상기 에틸렌 프로필렌 디엔 고무(EPDM)의 비중이 0.870 미만이거나 무니점도(ML1+4(125℃))가 20 미만인 경우 고분자 조성물의 절연저항 특성, 내마모성 등의 기계적 특성, 내열성 등이 불충분할 수 있는 반면, 비중이 0.890 초과이거나 무니점도(ML1+4(125℃))가 40 초과인 경우 고분자 조성물의 유연성, 굴곡성, 내한성 등이 불충분할 수 있다.
상기 절연층(20)을 형성하는 고분자 조성물의 경우, 상기 에틸렌 프로필렌 디엔 고무(EPDM)의 함량은 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 20 내지 40 중량부, 바람직하게는 27 내지 31 중량부일 수 있고, 상기 시스층(40)을 형성하는 고분자 조성물의 경우, 상기 에틸렌 프로필렌 디엔 고무(EPDM)의 함량은 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 27 내지 35 중량부, 바람직하게는 29 내지 33 중량부일 수 있다.
상기 에틸렌 프로필렌 디엔 고무(EPDM)의 함량이 상기 기준함량 미달인 경우 고분자 조성물의 유연성, 내한성 등이 저하될 수 있는 반면, 상기 기준함량 초과인 경우 고분자 조성물의 절연저항 특성, 내마모성 등의 기계적 특성, 내열성 등이 크게 저하될 수 있다.
상기 말레산 무수물이 그라프트된 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 수지는 상기 베이스 수지와 무기계 난연제의 상용성을 증대시켜 고분자 조성물의 난연성 및 기계적 특성을 향상시킬 수 있다.
상기 절연층(20)을 형성하는 고분자 조성물의 경우, 상기 말레산 무수물이 그라프트된 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 수지의 함량은 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 8 내지 13 중량부, 바람직하게는 9 내지 10 중량부일 수 있고, 상기 시스층(40)을 형성하는 고분자 조성물의 경우, 상기 말레산 무수물이 그라프트된 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 수지의 함량은 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 8 내지 13 중량부, 바람직하게는 10 내지 11 중량부일 수 있다.
상기 말레산 무수물이 그라프트된 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 수지의 함량이 상기 기준함량 미달인 경우 고분자 조성물의 난연성, 유연성, 내한성 등이 저하될 수 있는 반면, 상기 기준함량 초과인 고분자 조성물의 절연저항 특성, 내마모성 등의 기계적 특성, 내열성 등이 크게 저하될 수 있다.
상기 베이스 수지에 분산되는 난연제는 절연 조성물의 난연성을 향상시킬 수 있고, 예를 들어, 수산화마그네슘, 수산화알루미늄 등의 금속수산화물을 포함할 수 있고, 상기 베이스 수지 내에서의 분산성을 향상시키기 위해 비닐실란 등의 소수성 물질로 표면처리될 수 있으며, 상기 시스층(40)을 형성하는 고분자 조성물의 경우 난연보조제로서 적인 난연제를 추가로 포함할 수 있고, 상기 적인 난연제는 상기 베이스 수지와 상용 가능한 수지 내에 적인 난연제가 고농도로 분산된 마스터배치 형태로 첨가될 수 있다.
상기 절연층(20)을 형성하는 고분자 조성물의 경우, 상기 난연제의 함량은 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 80 내지 100 중량부, 바람직하게는 87 내지 95 중량부일 수 있고, 상기 시스층(40)을 형성하는 고분자 조성물의 경우, 상기 난연제의 함량은 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 95 내지 110 중량부, 바람직하게는 100 내지 105 중량부일 수 있고, 난연보조제의 함량은 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 0.6 내지 1.2, 바람직하게는 0.8 내지 1.1 중량부일 수 있다.
상기 난연제 및 상기 난연보조제의 함량이 상기 기준함량 미달인 경우 고분자 조성물의 난연성이 불충분할 수 있는 반면, 상기 기준함량 초과인 경우 고분자 조성물의 절연저항 특성, 내마모성 등의 기계적 특성 등이 크게 저하될 수 있다.
상기 가교조제는 상기 베이스 수지의 조사가교를 위해 첨가될 수 있고, 예를 들어 다관능 유기모노머를 포함할 수 있으며, 상기 절연층(20)을 형성하는 고분자 조성물의 경우 상기 가교조제의 함량은 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 2 내지 5 중량부, 바람직하게는 3 내지 5 중량부일 수 있고, 상기 시스층(40)을 형성하는 고분자 조성물의 경우 상기 가교조제의 함량은 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 2 내지 5, 바람직하게는 3 내지 4 중량부일 수 있다.
여기서, 상기 가교조제의 함량이 상기 기준함량 미달인 경우 상기 베이스 수지의 가교도가 불충분해 고분자 조성물의 절연저항 특성, 내나모성 등의 기계적 특성, 내열성 등이 크게 저하될 수 있는 반면, 상기 기준함량 초과인 경우 고분자 조성물의 유연성, 내한성 등이 저하될 수 있다.
상기 기타 첨가제로서 산화방지제는 고분자 조성물의 장기 내열성 확보를 위해 추가로 첨가될 수 있고, 활제는 베이스 수지와 다른 첨가제의 상용성 향상을 위해 추가로 첨가될 수 있다.
[실시예]
1. 제조예
아래 표 1에 나타난 조성으로 3L 니더(kneader) 설비를 이용하여 150℃에서 30분간 배합함으로써 고분자 조성물을 제조한 후 이로부터 45 mm 압출기를 이용하여 아래 표 2에 나타난 절연층 및 시스층을 형성함으로써 케이블 시편을 제조했다. 케이블 시편 제조시 도체는 연동선 6SQ를 적용했고, 고분자 조성물로부터 절연층 및 시스층 형성시 압출 후 조사가교를 수행했으며, 절연층과 시스층 사이에 금속차폐층이 배치된다. 아래 표 1에 기재된 함량의 단위는 중량부이고, 공통으로 첨가되는 첨가제의 일부는 기재를 생략했다.
처방1 처방2 처방3 처방4 처방5 처방6 처방7 처방8 처방9 처방10
수지1 23 18 19 23 40 28 27 25 26 20
수지2 38 44 26 38 20 30 32 32 30 25
수지3 30 28 35 35 31 31 32 33 45
수지4 9 10 20 9 5 11 10 11 11 10
수지5 30
난연제1 90 90 90 90 90 105 100 100 120 110
난연제2 0.8 1.0 1.1 0.9
가교조제 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3
- 수지1 : 폴리프로필렌(융점 : 141℃; 비중 : 0.870)
- 수지2 : 폴리올레핀 엘라스토머(융점 : 97℃; 비중 : 0.902)
- 수지3 : 에틸렌 프로필렌 디엔 고무(비중 : 0.880; 무니점도(ML1+4(125℃)) : 21~29)
- 수지4 : 말레산 무수물이 그라프트된 에틸렌 비닐 아세테이트
- 수지5 : 에틸렌 비닐 아세테이트(융점 : 62℃; 비닐아세테이트 함량 : 33 중량%)
- 난연제1 : 비닐 실란이 코팅된 수산화마그네슘(BET 비표면적 : 4.0~6.0 ㎡/g)
- 난연제2 : 적인 난연보조제
- 가교조제 : 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트(TMPTMA)
실시예1 실시예2 실시예3 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4 비교예5 비교예6
절연층 처방1 처방1 처방2 처방1 처방6 처방2 처방3 처방2 처방1
시스층 처방6 처방7 처방8 처방1 처방5 처방4 처방6 처방9 처방10
2. 물성 평가
1) 내유성 평가
LV 216 규격에 의거하여 실시예 및 비교예 각각의 케이블 시편을 가솔린이 담긴 비이커에 침유시킨 상태로 상온에서 20 시간 동안 체류시킨 뒤 꺼내어 30분 후 케이블 외경을 측정한다. 침유 후 외경이 침유 전 외경과 비교하여 늘어난 외경이 15%를 초과하면 기준 미달이다.
2) 절연저항 평가
LV 216 규격에 의거하여 실시예 및 비교예 각각의 케이블 시편에 대해 절연저항을 측정했다. 절연저항 측정방법은 ISO 6722-1을 따르되 70℃의 물 대신 70℃의 1 % 염수로 적용했고, 절연저항 평가시 시스층과 금속차폐층 사이의 절연저항을 측정한다. 측정한 절연저항이 1013 Ω·㎜을 초과해야 한다.
3) 유연성 평가
UTM 설비를 이용하여 실시예 및 비교예 각각의 절연 시편에 대해 2% 신율 시점의 인장강도를 측정했다. 기존 ISO 규격을 만족하는 처방의 2% 신율 시점의 인장강도 값과 비교하여 유연성 수준을 판단한다.
4) 내열성 평가
LV 216 규격에 의거하여 실시예 및 비교예 각각의 케이블 시편에 대해 장기/단기 내열성을 평가했고, 장기 내열성은 시편을 150℃에서 3,000 시간 동안 체류시킨 후 1분간 수중에서 1kV의 전압을 인가하는 동안 절연파괴가 일어나지 않아야 하며, 단기 내열성은 175℃에서 240 시간 동안 체류시킨 후 -25℃ 챔버에서 저온굴곡시험을 통과하여야 하고, 매우 우수(◎), 우수(○), 불량(△), 매우 불량(×)으로 평가한다.
5) 내한성 평가
LV 216 규격에 의거하여 실시예 및 비교예 각각의 케이블 시편에 도체 사이즈에 따라 규격에 명시된 추를 매달고 -40℃ 오븐 내에서 4시간 체류시킨 후 명시된 규격의 봉에 감아서 크랙이 발생하는지 여부를 확인한다. 크랙이 발생하지 않으면 이후 1분 간 수중에서 1 kV의 전압을 인가하는 동안 절연파괴가 일어나지 않아야 한다.
6) 내마모성 평가
ISO 6722-1 규격에 의거하여 실시예 및 비교예 각각의 케이블 시편에 7 N 하중을 인가한 채로 시편과 수직으로 0.45 mm 직경의 니들(needle)을 왕복시킨다. 시스층이 마모되어 니들이 차폐층과 접하게 되면 평가가 종료되며 왕복횟수가 1,500회 이상이어야 한다.
7) 난연성 평가
LV 216 규격에 의거하여 실시예 및 비교예 각각의 케이블 시편 및 버너를 지면에서 45°각도로 고정하고 시편과 버너 간은 서로 수직이 되도록 배치하며 버너로 30초간 시편에 불꽃을 인가한 후 70초 내에 소화되어야 한다.
상기 물성 평가 결과는 아래 표 3에 나타난 바와 같다.

 spec. 실시예 비교예
1 2 3 1 2 3 4 5 6
내유성 <15% 9.7 10.5 10.2 10.2 10.7 17.8 11.4 10.6 13.8
절연저항 >1013Ω·㎜ 3.70E+14 2.10E+14 2.37E+14 7.68E+13 1.17E+14 2.37E+12 9.72E+13 9.72E+13 9.72E+13
유연성 - 0.295 0.284 0.291 0.289 0.380 0.303 0.415 0.310 0.317
내열성 ◎ ◎ ◎ ◎ × ◎ ◎ ◎ ◎
내한성 No Crack No Crack No Crack No Crack No Crack No Crack No Crack No Crack Crack No Crack
내마모성 >1,500회 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ 952 ◎ ◎ 1,374
난연성 70초 내 소화 ◎ ◎ ◎ × ◎ × ◎ × ◎
상기 표 3에 기재된 바와 같이, 비교예 1의 케이블 시편은 시스층이 난연보조제가 포함되지 않은 처방1의 고분자 조성물로부터 형성되어 난연성을 만족하지 못하였고, 비교예 2의 케이블 시편은 절연층 및 시스층이 각각 폴리프로필렌 수지가 과량 포함된 처방 6 및 5의 고분자 조성물로부터 형성되어 폴리프로필렌의 특성상 가교 후 특성이 불안정하여 내열성이 불량한 것으로 확인되었고 유연성이 악화되었으며, 비교예 3의 케이블 시편은 시스층이 에틸렌 프로필렌 디엔 고무 대신 에틸렌 비닐 아세테이트 수지를 포함하는 처방 4의 고분자 조성물로부터 형성되어 난연성, 내유성, 내마모성 등을 만족하지 못하였고, 비교예 4의 케이블 시편은 절연층이 말레산 무수물이 그라프트된 에틸렌 비닐 아세테이트 수지가 과량 포함된 처방 3의 고분자 조성물로부터 형성되어 유연성이 크게 저하되었고, 비교예 5의 케이블 시편은 시스층이 난연제 1이 과량 첨가되고 난연제 2가 첨가되지 않은 처방 9의 고분자 조성물로부터 형성되어 난연성 및 내한성이 저하되었으며, 비교예 6의 케이블 시편은 시스층이 에틸렌 프로필렌 디엔 고무가 과량 포함된 처방 10의 고분자 조성물로부터 형성되어 내마모성이 규격을 만족하지 못했다.
반면, 본 발명의 실시예 1 내지 3의 케이블 시편은 LV 216 규격에서 요구되는 높은 절연저항 특성 및 이와 상충관계에 있는 유연성이 모두 기준을 만족했고, 그 이외에 내유성, 내열성, 내한성, 내마모성, 난연성 등의 물성도 우수한 것으로 확인되었다.
본 명세서는 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
30 : 금속차폐층 40 : 시스층

Claims (16)

  1. 고전압 케이블용 고분자 조성물로서,
    베이스 수지 및 첨가제를 포함하고,
    상기 베이스 수지는 폴리프로필렌 수지, 폴리올레핀 엘라스토머, 에틸렌 프로필렌 디엔 고무 및 말레산 무수물이 그라프트된(grafted) 에틸렌 비닐 아세테이트 수지를 포함하고,
    상기 고분자 조성물로부터 형성된 절연층 및 시스층은 체적저항이 1013 Ω·㎜을 초과하는, 고분자 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 폴리프로필렌 수지의 함량은 15 내지 25 중량부이고, 상기 폴리올레핀 엘라스토머의 함량은 30 내지 50 중량부, 상기 에틸렌 프로필렌 디엔 고무의 함량은 20 내지 40 중량부 및 상기 말레산 무수물이 그라프트된(grafted) 에틸렌 비닐 아세테이트 수지의 함량은 8 내지 13 중량부인 것을 특징으로 하는, 고분자 조성물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 폴리프로필렌 수지의 함량은 17 내지 24 중량부이고, 상기 폴리올레핀 엘라스토머의 함량은 37 내지 45 중량부, 상기 에틸렌 프로필렌 디엔 고무의 함량은 27 내지 31 중량부 및 상기 말레산 무수물이 그라프트된(grafted) 에틸렌 비닐 아세테이트 수지의 함량은 9 내지 10 중량부인 것을 특징으로 하는, 고분자 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 폴리프로필렌 수지의 함량은 22 내지 32 중량부이고, 상기 폴리올레핀 엘라스토머의 함량은 25 내지 35 중량부, 상기 에틸렌 프로필렌 디엔 고무의 함량은 27 내지 35 중량부 및 상기 말레산 무수물이 그라프트된(grafted) 에틸렌 비닐 아세테이트 수지의 함량은 8 내지 13 중량부인 것을 특징으로 하는, 고분자 조성물.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 폴리프로필렌 수지의 함량은 24 내지 29 중량부이고, 상기 폴리올레핀 엘라스토머의 함량은 29 내지 33 중량부, 상기 에틸렌 프로필렌 디엔 고무의 함량은 29 내지 33 중량부 및 상기 말레산 무수물이 그라프트된(grafted) 에틸렌 비닐 아세테이트 수지의 함량은 10 내지 11 중량부인 것을 특징으로 하는, 고분자 조성물.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폴리프로필렌 수지는 융점(Tm)이 140 내지 145℃이고 비중이 0.860 내지 0.880이며, 상기 폴리올레핀 엘라스토머는 융점(Tm)이 90 내지 100℃이고 비중이 0.890 내지 0.910인 것을 특징으로 하는, 고분자 조성물.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 에틸렌 프로필렌 디엔 고무는 비중이 0.870 내지 0.890이고 무니점도(ML1+4(125℃))가 20 내지 40인 것을 특징으로 하는, 고분자 조성물.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 첨가제는 난연제, 가교조제, 산화방지제 및 활제로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 첨가제를 포함하는 것을 특징으로 하는, 고분자 조성물.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 난연제는 수산화마그네슘 또는 수산화알루미늄을 포함하고, 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 난연제의 함량은 80 내지 100 중량부인 것을 특징으로 하는, 고분자 조성물.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 난연제의 함량은 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 87 내지 95 중량부인 것을 특징으로 하는, 고분자 조성물.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 가교조제는 상기 베이스 수지의 조사가교용 다관능 유기모노머를 포함하고, 상기 가교조제의 함량은 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 2 내지 5 중량부인 것을 특징으로 하는, 고분자 조성물.
  12. 제1항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 첨가제는 난연제, 난연보조제, 가교조제, 산화방지제 및 활제로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 첨가제를 포함하는 것을 특징으로 하는, 고분자 조성물.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 난연제는 수산화마그네슘 또는 수산화알루미늄을 포함하고, 상기 난연보조제는 적인 난연제를 포함하며, 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 난연제의 함량은 95 내지 110 중량부이고, 상기 난연보조제의 함량은 0.6 내지 1.2 중량부인 것을 특징으로 하는, 고분자 조성물.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 난연제의 함량은 100 내지 105 중량부이고, 상기 난연보조제의 함량은 0.8 내지 1.1 중량부인 것을 특징으로 하는, 고분자 조성물.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 가교조제는 상기 베이스 수지의 조사가교용 다관능 유기모노머를 포함하고, 상기 가교조제의 함량은 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 2 내지 5 중량부인 것을 특징으로 하는, 고분자 조성물.
  16. 도체;
    상기 도체를 감싸고 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 고분자 조성물로부터 형성된 절연층;
    상기 절연층을 감싸는 금속차폐층; 및
    상기 금속차폐층을 감싸고 제1항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항의 고분자 조성물로부터 형성된 시스층을 포함하는 케이블.
KR1020170022515A 2017-02-20 2017-02-20 고전압 케이블용 고분자 조성물 및 이로부터 형성된 절연층 및 시스층을 포함하는 케이블 Withdrawn KR20180096174A (ko)

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