KR100255483B1 - 내화용 열 경화성 고분자 수지 조성물과 이를 이용한 내화 전선 - Google Patents

내화용 열 경화성 고분자 수지 조성물과 이를 이용한 내화 전선 Download PDF

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Abstract

본 발명은 화재발생시 일정시간 충전이 가능한 능력(내화성)을 보유하면서도 전기 절연물로서 성능을 유지하는 내화용 열 경화성 고분자 수지 조성물과 이를 이용한 내화 전선 및 케이블에 관한 것이다.
본 발명에 따른 내화용 열 경화성 고분자 수지 조성물을 실리콘 고무(SR)와 에칠렌 프로필렌(EPR(DM))을 주 폴리머로 하고, 이 주 폴리머는 보강제 및 내화용 난연제가 첨가되어 뛰어난 내화특성을 가지게 된다.
이러한 조성을 가지는 내화용 열 경화성 고분자 수지 조성물은 열에 의해 가열되더라도 일정한 기간 이상 일정한 수준의 기계적 강도를 유지하여 절연체로써 내화특성을 만족시킴과 아울러 장기간 보관을 가능케 한다. 그리고 이러한 내화용 열 경화성 고분자 수지 조성물을 절연체로 이용하는 내화 전선 및 케이블은 종래의 마이카/글라스 테이프를 사용한 전선 및 케이블과는 달리 일정한 수준 이상의 내화특성을 유지하고, 제조비용을 최소화하고, 제조시간을 단축하고, 그리고 장기간 보관을 가능케 하는 이점을 제공한다.

Description

내화용 열 경화성 고분자 수지 조성물과 이를 이용한 내화 전선
본 발명은 내화성이 우수라고 일정한 수준이상의 기계적 강도를 유지하는 내화용 열 경화성 고분자 수지 조성물에 관한 것이다. 그리고 본 발명은 화재 발생시 일정시간 이상 전기공급이 가능하고 장기간 보관이 용이한 내화전선에 관한 것이다.
통상의 내화전선 및 내화케이블은 화재 발생 시 사람의 도피로를 안내하기 위한 건물내부의 비상등과 화재를 진압하기 위한 건물내부의 스프링쿨러등과 같은 비상용 장비에 전기를 지속적으로 공급하기 위해 사용되고 있다. 즉, 내화 전선은 건물내부의 가연물질이 연소되더라도 건물내부의 비상등과 스프링쿨러 등과 같은 비상용 장비가 필요로 하는 전기를 안정되고 지속적으로 공급함으로써, 도피로를 안내하는 비상등과 화재를 진압하기 위한 스프링 쿨러 등과 같은 비상용 장비가 구동될 수 있도록 전력을 안정되게 지속적으로 공급할 수 있어야 한다. 이를 따라, 내화전선은 화재가 발생되더라도 일정시간 이상 견딜 수 있음은 물론 절연특성 및 기계적 강도를 유지할 수 있는 재질로 피복되어야 한다.
이러한 내화성 케이블의 피복재료로는 마이카/에칠렌프로필렌(EPR(DM)), 마이카/가교된 폴리에칠렌(XLPE), 마이카/폴리에칠렌(PE) 등과 같은 마이카/글라스 테이프가 사용되고 있다. 이 마이카/글라스 테이프는 매우 양호한 내화특성을 가지긴 하나, 피복작업을 까다롭게함과 아울러 마이카를 지지하는 유리사의 조밀도, 마이카와 유리 사를 접착해주는 바인더의 접착력이 장기 보관 시 떨어지는 경향이 심하게 나타난다.
실제로, 다수의 선심 또는 한 쌍의 선심들을 포함하는 통신용 케이블은 한쌍 이상의 다수의 선심을 연합(꼬아)하고 이 연합된 선심들을 접지 선과 함께 다시 연합함에 의해 형성되므로 비틀리게 된다. 아울러, 케이블에 포함된 선심들(즉, 도체)에서는 좌굴(Kink)현상이 발생된다. 이러한 케이블의 비틀림과 선심들의 좌굴현상으로 인하여, 선심들에 피복되는 마이카/글라스 테이프의 내화특성은 현저하게 저하된다.
또한, 전력을 공급하기 위한 전력용 케이블에 사용된 경우에 마이카/글라스-테이프는 전력용 케이블을 통해 흐르는 전력에 의해 온도가 상승하더라도 내화특성을 유지할 수 있어야만 한다. 이 전력용 케이블의 내화특성을 보장하기위하여, 전력용 케이블의 선심들에는 0.13~0.15mm 의 두께를 가지는 마이카/글라스 테이프가 1매 이상인 2~3매 소요되거나 또는 두께가 두꺼운 마이카/글라스 테이프가 사용되어야 한다.이는 케이블의 외경을 크게 함과 아울러 그렌드와 같은 케이블의 연결부재들과 케이블의 가격을 상승시키고, 나아가 케이블의 포설 비용을 증가시킨다.
이와 더불어, 마이카/글라스 테이프의 두께가 두꺼워짐에 따라 이 마이카/글라스 테이프가 선심들에 피복될 때 케이블에 이상장력이 발생될 수 있다. 아울러 장기 보관 시 마이카와 유리 사간의 접착력 저하로 인한 마이카 층이 깨어지므로 케이블의 내화특성이 감소하게 된다.
이러한 케이블의 내화특성을 보강하기 위하여 저 저해성 화합물을 케이블에 사용한다 하더라도 마이카/글라스 테핑 사이에 끼이는 탄화물로 인하여 케이블의 내화특성이 저하되는 것을 막을 수 없을 뿐만 아니라 케이블의 절연특성을 파괴된다.
따라서,본 발명의 목적은 마이카/글라스 테이프가 가지는 단점을 해소하기 위한 방안으로 내화성이 우수라고 일정한 수준이상의 기계적 강도를 유지할수 있는 내화용 열 경화성 고분자 수지 조성물을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 화재발생시 일정시간 이상 전기가 흐를 수 있도록 함과 아울러 장기보관이 용이한 내화 전선 및 케이블을 제공함에 있다.
먼저, 본 발명에 따른 내화용 열 경화성 고분자 수지 조성물은 70내지 80 중량부의 에칠렌 프로필렌(Ethylene Propylene ; 이하 “EPR(DM)”이라함)에 20 내지 30 중량부의 특별한 실리콘(예를 들면, 실리콘 고무)을 그라프딩(grafting)한 혼합물을 주 폴리머로 구성된다. 이 주 폴리머의 산화를 방지하기 위하여 산화방지제가 첨가될 수 있으며, 이 경우에 1차 산화 방지제와 2차 산화 방지제를 혼용하면 산화방지효과를 극대화 할 수 있게 된다. 이 산화 방지제로는 벤조페놀 및 벤조트리아졸 계열의 것이 바람직하다.
그리고 내화용 열 경화성 고분자 수지 조성물에는 내화특성을 향상시키기 위한 방안으로 보강제 및 내화용 난연제 등이 사용된다. 이 보강제로는 실리카(SiO2) 가 그리고 내화용 난연제로는 마이카/글라스 테이프와 유사한 기능을 유지하기 위한 마이카 파우더와 내화 시험 시 열에 의한 절연체의 표면 보호를 위하여 미세한 유리질 물질이 사용된다. 이때 첨가되는 3가지 재료의 함량이 10중량부 미만 일 때는 내화용 난연제로써의 효과가 없고 30 중량부 이상일 때는 기계적물성의 저하가 나타난다. 그러므로, 보강제 및 내화용 난연제의 함량은 100중량부의 함량을 가지는 주 폴리머에 대하여 10내지 30중량부 정도가 가장 바람직하다.
또한, 내화용 열 경화성 고분자 수지 조성물에는 왁스와 미네랄 오일 등 과 같은 가공조제가 첨가될 수 있으며, 이 가공조제의 첨가량은 5중량부 미만이 바람직하다.
본 발명에서는 주 폴리머와 보강제와 내화용 난연제와의 결착을 높이기 위하여 가교조제 및 가교제가 첨가된다. 이 가교조제와 가교제는 내화용 열 경화성 고분자 수지 조성물의 내화특성을 강화함과 아울러 절연체로서의 관련 규격을 만족시킬 수 있도록 각각 2 중량부와 3 중량부 이하로 첨가되는 것이 바람직하다. 그리고 가교조제로는 트리알틸 아오시아네이트 또는 비닐 실란이 그리고 가교제로는 다쿠밀퍼옥사이드, 베조일퍼옥사이드 등이 각각 사용될 수 있다. 이들 재료들 외에도 본 발명에서는 내화용 열 경화성 고분자 수지 조성물의 각종 물성적 특성을 보완하기 위하여 분산제, 안료 등이 첨가될 수 있다. 이러한 내화용 열 경화성 고분자 수지의 조성비는 고분자 수지의 무게를 100 중량부로 할 때 표 1과 같이 된다.
[표 1]
Figure kpo00001
이 내화용 열 경화성 고분자 수지 조성물을 이용한 본 발명에 따른 내화 전선은 내화용 열 경화성 고분자 수지를 띠(Strip) 형태로 뽑아낸 후 고무압출기를 이용하여 그 내화용 열 경화성 고분자 수지 조성물을 도체(즉, 선심) 위에 피복함에 의해 제작된다.
그리고 본 발명에 따른 내화 케이블은 내화용 열 경화성 고분자 수지 조성물이 피복된 하나 이상의 선심들을 꼬아 연합하고 그 선심들의 연합체의 외부에 개재물이 개재되도록 자캣을 씌움에 의해 제작된다.
이하에 본 발명에 따라 제조된 내화용 열 경화성 고분자 수지 조성물과 그를 이용한 내화 케이블의 실시예를 들어 본 발명을 설명하나, 본 발명의 범위가 이들 실시예들에 국한되는 것은 아님을 밝혀 둔다.
먼저, 본 발명에 따른 내화용 열 경화성 고분자 수지 조성물에 대하여 살펴보기로 한다. 본 발명에서는 내화용 열 경화성 고분자 수지 조성물의 성분들로 사용되는 각각의 물질들을 니다(Kneader)에서 소련한 다음 2차 혼련작업을 수행하고, 2차 혼련된 물질들중 가교제를 제외한 나머지 모든 물질들을 혼합 및 분산시킨 다음 밀(MIL)에서 가교제를 투입 분산시킴에 의하여 내화용 열 경화성 고분자 수지를 제조하여 그 특성을 평가하였다.
이 내화용 열 경화성 고분자 수지의 특성에서 가열 노화는 125℃ grade 의 절연물로 그리고 조건은 160℃ 240hr, 유전율(ASTM D 1531), 유전접점(ASTM D 1531),체적고유 저항(ASTM D 257), 산소 지수(ASTM D 2863) 및 내화 특성(IEC 331)으로 평가하였다.
[제1 및 제2실시예와 제1 및 제2 비교예]
“표 2”는 상기 방법에 의해 산출되는 본 발명의 제1 및 제2 실시예의 내화용 열 경화성 고분자 수지 조성물들과 비교대상인 제1 및 제2비교예의 내화용 열 경화성 고분자 수지 조성물들의 조성비를 나타낸다. 이들 제1 및 제2비교예와 제1 및 제2실시예에 따른 내화용 열 경화성 고분자 수지 조성물들은 표 2에서와 같이 에칠렌 프로필렌의 함량이 증가하면 그 증가량만큼 실리콘고무의 함량이 감소되는 형태의 조성비를 가진다.
[표 2]
Figure kpo00002
[표 3]
Figure kpo00003
상기 표 2와 표 3에 나타난 바와 같이 에칠렌 프로필렌의 함량이 증가할수록 상온에서의 인장강도의 수치와 전기적 특성(유전율, 유전접점, 체적고유저항)은 양호하지만 신장율은 거의 일정한 범위내의 수치를 가진다는 것을 알 수 있다. 그러나 가열시에서의 인장강도의 잔율 및 신장율의 잔율은 실리콘 고무의 함량이 증가할수록 우수한 특성을 나타낸다. 이에 따라, 비교예들에 비하여 제1 및 제2 실시예들에 따른 내화용 열 경화성 고분자 수지 조성물의 조성비가 적절하다는 것을 알 수 있다.
[제3 및 제4 실시예와, 제3 내지 제6 비교예]
표 4는 에칠렌 프로필과 실리콘고무의 함량을 각각 80 및 20 중량부로 고정한 상태에서 보강제 및 내화용 난연제 함량을 조절산 것 외에는 상기의 제조방법과 동일한 방법으로 제조된 제3 및 제4실시예들과 제3내지 제6비교예들에 따른 내화용 열 경화성 고분자 수지 조성물의 조성비를 나타낸다. 그리고 표 5 표 4에서와 같은 조성비로 제조된 제3 및 제4실시예들과 제3내지 제6비교예들에 따른 내화용 열 경화성 고분자 수지들을 평가한 결과를 나타낸다.
[표 4]
Figure kpo00004
[표 5]
Figure kpo00005
표 4와 표 5에서 보듯이, 내화성 난연제인 마이카 파우더의 함량이 증가할수록 내화특성은 양호해지고, 전기적 측면(유전율, 유전접, 체적고유 저항)에서는 보강제인 실리카(SiO2)의 함량이 증가할수록 그 특성이 우수하다는 것을 알수 있다. 또한, 이들 보강제와 내화성 난연제를 단독으로 사용하는 것 보다 3중의 필라를 혼합하여 사용하는 것이 각항목에 나열되어 있는 특성을 모두 만족 시킨다는 것으로 나타났다. 그리고 제6비교예와 제3 및 제4실시예에 따른 내화용 열 경화성 고분자 수지들을 비교하면, 사용되는 필라의 입자 크기에 따라 상온의 특성이 좌우되며 내화의 특성은 제3 및 제4실시예들이 만족시키고 있다.
다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 내화용 열 경화성 고분자 수지 조성물을 이용한 내화전선을 살펴보기로 한다. 내화케이블은 내화용 열 경화성 고분자 수지 조성물이 피복된 적어도 1개 이상의 도체(즉, 선심)를 꼬아 연합시키고, 그 연합된 도체들의 외부에 개재물들이 개재되도록 재캣을 씌움으로써 제작된다. 그리고 내화용 열 경화성 수지 조성물이 피복된 도체는 내화용 열 경화성 고분자 수지 조성물을 띠(Strip) 형태로 뽑아낸 후 그 내화용 열 경화성 고분자 수지 조성물 띠를 고무 압축기에 의해 도체 위에 피복함에 의해 형성된다. 이 경우에, 내화용 열 경화성 고분자 수지 조성물이 피복된 도체로는 1.255Q(7/0.45TA) 도체를 사용한다. 이 내화 케이블은 동심 또는 2개이상의 도체(즉, 선심)를 포함할 수 있고 두종류의 전압, 즉 150/250V 및 600/1000V에 사용될 수 있는 것으로 그 구조는 표 6에 도시된 바와 같이 된다.
[표 6]
Figure kpo00006
표 6에 있어서, “FRC”는 내화용 열 경화성 고분자 수지 (Fire Resistance Compound), “HFC”는 비할로겐 고분자 재료(Halogen-Free Compound), “HFTP”는 비할로겐 열 가소성 재료(Halogen-Free Thermoplastic Compound), 그리고 “HFTS”는 비할로겐 열 경화성 재료(Halogen-Free Thermoseting Compound)를 지칭한다. 표 6에서 볼 수 있듯이 내화 케이블은 도체의 절연체로써 내화용 열 경화성 고분자 수지(FRC) 만을 사용한다. 그리고 내화용 열 경화성 고분자 수지(FRC)는 표 1에 도시된 바와 같은 조성비로 된 것이 사용된다.
[제1 및 제2 실시예에 따른 내화 케이블와 제1내지 제4비교예의 내화 케이블]
표 7은 표 1에서와 같은 조성비의 내화용 열 경화성 수지 조성물을 절연체로서 이용하여 표 6에 나타난 바와 같은 구조로 제작된 본 발명의 제1 및 제2실시예의 내화 케이블과, 마아카/글라스 테이프와 에칠렌 프로필렌 또는 실리콘 고무를 절연체로 이용한 제1내지 제4비교예의 내화 케이블의 구조를 대조적으로 나타낸다. 표 7에 있어서, 제1실시예의 내화 케이블과 제2실시예의 내화 케이블은 사용될 전압이 다를 뿐 동일한 구조를 가진다. 반면에, 제1 및 제3비교예의 내화 케이블은 마이카/글라스 테이프의 매수가 다를 뿐 마이카/글라스 테이프와 에칠렌 프로필렌을 절연체로 사용한다. 비슷하게, 제2 및 제4비교예들의 내화 케이블은 마이카/글라스 테이프의 매수가 다를 뿐 마이카/글라스 테이프와 실리콘 고무를 절연체로 사용한다.
[표 7]
Figure kpo00007
표 8은 표 7에 도시된 바와 같은 구조의 제1 및 제2실시예와 제1내지 제4실시예의 내화 케이블을 사용전압 등급별로 평가한 결과를 대비될 수 있도록 나타낸다. 표 8에 있어서, 사용전압 150/250V와 600/1000V는 1.25SQ×3C로 평가한 것이다.
[표 8]
Figure kpo00008
표 8에서 볼 수 있듯이 절연재로서 내화용 열 경화성 고분자 재료만을 사용하는 제1 및 제2실시예에 따른 내화 케이블은 종래의 마이카/글라스 테이프 2매와 실리콘 고무를 절연재로 사용한 제4비교예의 내화 케이블과 동일한 내화특성을 가진다는 것을 알 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 내화 케이블은 2매의 마이카/글라스 테이프를 사용한 종래의 내화 케이블과 동일한 내화특성을 가지는 것 외에 장기간 보관을 가능하게 할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 내화용 열 경화성 고분자 수지 조성물은 마이카/글라스 테이프에 비하여 우수한 내화특성과 동등한 고유저항을 가짐으로 125℃급의 절연 재료로 제공될 수 있다. 이와 더불어, 내화용 열 경화성 고분자 수지 조성물은 마이카/글라스 테이프와는 무독특성을 가짐으로 저해성 케이블의 요건을 만족하는 무독성 전선의 피복재료로서 제공될 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 내화전선과 내화 케이블은 자체적으로 내화특성을 가지는 내화용 열 경화성 고분자 수지 조성물이 절연재료로서 선심들에 피복됨으로써, 마이카/글라스 테이프에서와 같은 테이핑공정을 제거하여 케이블 생산시간을 단축시킬 수 있다. 아울러, 본 발명에 따른 내화전선 및 내화 케이블은 별도의 절연재로 여겨지는 마이카/글라스 테이프를 제거하여 생산 비용이 절감 할 수 있다. 다음으로, 본 발명에 따른 내화전선 및 내화 케이블은 내화특성을 보장하여 불량율을 최소화 할 수 있다. 마지막으로, 본 발명에 따른 내화전선 및 내화 케이블은 수분침투에 의해 내화특성이 상실되는 마이카/글라스 테이프와는 달리 장기 보관이 용이한 잇점을 제공한다.

Claims (6)

  1. 20 내지 30중량부의 실리콘고무와 70내지 80중량부의 에칠렌 프로필렌이 혼합되고, 여기에 내화특성을 향상시키기 위하여, 마이카계 및 유리질 물질중 어느 하나로 된 10 내지 30중량부의 내화용 난연제와, 1내지 5중량부의 실리카계 보강제가 첨가된 내화용 열 경화성 고분자 수지 조성물.
  2. 선심 형상의 도체와, 20 내지 30중량부의 실리콘고무와 70내지 80중량부의 에칠렌 프로필렌이 혼합되고, 여기에 내화특성을 향상시키기 위하여, 마이카계 및 유리질 물질중 어느 하나로 된 10 내지 30중량부의 내화용 난연제와, 1내지 5중량부의 실리카계 보강제가 첨가됨에 의해 형성되어 상기 선심형상의 도체의 표면에 피복된 내화용 열 경화성 고분자 수지 조성물을 구비하는 것을 특징으로 하는 내화 전선.
  3. 20 내지 30중량부의 실리콘고무와 70내지 80중량부의 에칠렌 프로필렌이 혼합되고, 여기에 내화특성을 향상시키기 위하여, 마이카계 및 유리질 물질중 어느 하나로 된 10 내지 30중량부의 내화용 난연제와 1내지 5중량부의 실리카계 보강제가 첨가된 내화용 열 경화성 수지 조성물과, 상기 내화용 열 경화성 수지 조성물에 의해 피복되어진 채로 연합되어진 적어도 하나 이상의 선심 형상의 도체와, 상기 적어도 하나 이상의 도체들의 연합체와의 사이에 비할로겐계 고분자 재료로 된 개재물이 개재되도록 상기 연합체를 감쌈과 아울러 비할로겐계 열 가소성 재료 및 비할로겐계 열 경화성 재료로 된 자켓부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 내화 케이블.
  4. 제1항에 있어서, 상기 실리콘 고무와 상기 에칠렌 프로필렌의 혼합물과 상기 내화용 난연제 및 상기 보강제와의 결착을 높이기 위하여 트리알틸 아오시아네이트 및 비닐 실란중 어느 하나로 된 0.5 내지 2중량부의 가교조제와 그리고 디쿠밀퍼옥사이드 및 베조일퍼 옥사이드중 어느 하나로 된 1내지 3중량부의 가교제가 추가로 첨가된 것을 특징으로 하는 내화용 열 경화성 고분자 수지 조성물.
  5. 제4항에 있어서, 왁스 및 미네랄 오일 중 어느 하나로 된 1내지 5중량부의 가공조제가 추가로 첨가된 것을 특징으로 하는 내화용 열 경화성 고분자 수지 조성물.
  6. 제4항에 있어서, 상기 실리콘 고무 및 상기 에칠렌 프로필렌의 혼합물의 산화를 방지하기 위하여 벤조페놀 계열 및 번조트이졸 계열중 어느 하나로 된 산화방지제가 추가로 첨가되는 것을 특징으로 하는 내화용 열 경화성 고분자 수지 조성물.
KR1019970010073A 1997-03-24 1997-03-24 내화용 열 경화성 고분자 수지 조성물과 이를 이용한 내화 전선 KR100255483B1 (ko)

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