본 발명 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 베이스수지, 난연제, 가교조제를 포함하고 특정 모듈러스값과 탄델타값을 가지는 고압기기 전선용 절연재료를 통하여 고온에서 변형에 대한 저항성과 내컷팅이 우수한 고압기기용 전선의 절연재료 및 이를 이용한 전선을 얻는 것이다.
상기 본 발명의 목적은 고압기기 전선용 절연재료에 있어서, 베이스수지, 난연제 그리고 가교조제를 포함하며 105℃에서 0.1 kgf/mm2 이상의 100% 모듈러스값을 갖고 105℃에서 0.18 내지 0.4의 탄델타값을 갖는 것을 특징으로 하는 고압기기 전선용 절연재료를 제공함으로써 달성될 수 있다.
또한 베이스수지는 에틸렌 공중합체인 것을 특징으로 하는 고압기기 전선용 절연재료를 제공함으로써 본 발명의 목적은 달성될 수 있다.
또한 에틸렌 공중합체는 무수 말레인산을 함유하는 에틸렌 비닐 아세테이트, 에틸렌 부틸 아크릴레이트, 에틸렌 부텐 공중합체 또는 에틸렌 옥텐 공중합체중에서 적어도 1이며 함량이 2 중량부 내지 20 중량부인 것을 특징으로 하는 고압기기 전선용 절연재료를 제공함으로써 본 발명의 목적은 달성될 수 있다.
또한 에틸렌 공중합체는 에틸렌 비닐 아세테이트, 에틸렌 에틸 아크릴레이 트, 에틸렌 메틸 아크릴레이트, 에틸렌 부틸 아크릴레이트, 에틸렌 부텐 공중합체 또는 에틸렌 옥텐 공중합체중에서 적어도 1인 것을 특징으로 하는 고압기기 전선용 절연재료를 제공함으로써 본 발명의 목적은 달성될 수 있다.
또한 에틸렌 비닐 아세테이트는 함량이 12 중량부 내지 50 중량부인 것을 특징으로 하는 고압기기 전선용 절연재료를 제공함으로써 본 발명의 목적은 달성될 수 있다.
또한 에틸렌 에틸 아크릴레이트는 함량이 12 중량부 내지 20 중량부인 것을 특징으로 하는 고압기기 전선용 절연재료를 제공함으로써 본 발명의 목적은 달성될 수 있다.
또한 에틸렌 메틸 아크릴레이트는 함량이 14 중량부 내지 25 중량부인 것을 특징으로 하는 고압기기 전선용 절연재료를 제공함으로써 달성될 수 있다.
또한 에틸렌 부틸 아크릴레이트는 함량이 15 중량부 내지 27 중량부인 것을 특징으로 하는 고압기기 전선용 절연재료를 제공함으로써 본 발명의 목적은 달성될 수 있다.
또한 에틸렌 부텐 공중합체 또는 에틸렌 옥텐 공중합체는 용융온도가 40℃ 내지 95℃이고, 용융지수가 0.2g/min 내지 4g/min인 것을 특징으로 하는 고압기기 전선용 절연재료를 제공함으로써 본 발명의 목적은 달성될 수 있다.
또한 난연제는 할로겐을 함유하는 유기 난연제인 것을 특징으로 하는 고압기기 전선용 절연재료를 제공함으로써 본 발명의 목적은 달성될 수 있다.
또한 난연제는 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 수산화마그네슘 카보네이트 또는 징크보레이트중에서 적어도 1의 무기 난연제인 것을 특징으로 하는 고압기기 전선용 절연재료를 제공함으로써 본 발명의 목적은 달성될 수 있다.
또한 가교조제는 함량이 0.5 중량부 내지 10 중량부인 것을 특징으로 하는 고압기기 전선용 절연재료를 제공함으로써 본 발명의 목적은 달성될 수 있다.
또한 가교조제는 트리메틸로프로판 트리메타크라이레이트, 트리아릴아이소시아누레이트 또는 폴리부타디엔중에서 적어도 1인 것을 특징으로 하는 고압기기 전선용 절연재료를 제공함으로써 본 발명의 목적은 달성될 수 있다.
또한 본 발명에 의한 고압기기 전선용 절연재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전선을 제공함으로써 본달명의 목적은 달성될 수 있다.
본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.
이하에서는 본 발명에 의한 고압기기 전선용 절연재료 및 이를 이용한 전선의 구성에 대하여 실시예를 중심으로 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 고압기기 전선용 절연재료 및 이를 이용한 전선에 관한 것이다. 본 발명에 의한 고압기기 전선용 절연재료를 구성하는 물질은 베이스수지, 난연제, 가교조제로 이루어진다. 이하 구성물질에 대해서 살펴본다.
본 발명의 구성요소중 베이스수지는 에틸렌 공중합체를 사용한다. 에틸렌 공중합체로는 에틸렌 비닐 아세테이트, 에틸렌 에틸 아크릴레이트, 에틸렌 메틸 아크 릴레이트, 에틸렌 부틸 아크릴레이트, 에틸렌 부텐 공중합체, 에틸렌 옥텐 공중합체 등 을 사용한다. 본 발명의 구성요소인 베이스수지는 절연재료의 기계적 및 열적 특성의 향상을 위하여 무수 말레인상을 함유하는 에틸렌 비닐 아세테이트, 에틸렌 메틸 아크릴레이트, 에틸렌 부틸 아크릴레이트, 에틸렌 부텐 공중합체, 에틸렌 옥텐 공중합체 등을 일정 함량 포함하여 이루어질 수 있다. 에틸렌 부텐 공중합체와 에틸렌 옥텐 공중합체의 경우는 용융온도와 용융지수를 고려하여 사용한다.
베이스수지에 대하여 보다 상세히 설명하면, 본 발명에 의한 구성성분의 하나인 베이스수지로 에틸렌 비닐 아세테이트, 에틸렌 에틸 아크릴레이트, 에틸렌 메틸 아크릴레이트, 에틸렌 부틸 아크릴레이트, 에틸렌 부텐 공중합체, 에틸렌 옥텐 공중합체 등의 에틸렌 공중합체를 100 중량부 사용한다.
에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체의 경우 비닐 아세테이트의 함량이 12 중량부 내지 50 중량부인 것을 사용한다.
에틸렌 에틸 아크릴레이드의 경우 에틸 아크릴레이트의 함량이 12 중량부 내지 20 중량부의 수지를 사용한다.
에틸렌 메틸 아크릴레이트의 경우 메틸 아크릴레이트의 함량이 14 중량부 내지 25 중량부의 수지를 사용한다.
에틸렌 부틸 아크릴레이트의 경우는 부틸 아크릴레이트의 함량이 15 중량부 내지 27 중량부의 수지를 사용한다.
비닐 아세테이트의 함량이 12 중량부 미만에서는 상온 및 고온에서 항복점(항복응력)을 나타내며 고온에서의 탄델타가 0.4 이상을 나타내며, 비닐 아세테이트 의 함량이 50 중량부를 초과할 경우 상온 및 고온에서의 모듈러스값이 낮아 가열변형 특성과 컷스루우 특성을 만족할 수 없다.
에틸렌 에틸 아크릴레이트와 에틸렌 메틸 아크릴레이트, 에틸렌 부틸 아크릴레이트의 경우도 해당 함량 범위에서 함량 최소치보다 작을 때는 항복점을 나타내고, 상기 함량 최대치보다 클 때는 상온 및 고온에서의 모듈러스값이 낮아 가열변형 특성과 컷스루우 특성을 만족할 수 없다.
에틸렌 부텐 공중합체와 에틸렌 옥텐 공중합체의 경우 용융온도가 40℃ 내지 95℃의 수지를 사용하며, 특히 용융지수가 0.2g/10min 내지 4g/10min의 수지를 시용한다.
본 발명의 구성성분인 베이스수지의 경우 절연재료의 기계적 및 열적 특성의 향상을 위하여 무수 말레인산을 함유하는 에틸렌 비닐 아세테이트, 에틸렌 부틸 아크릴레이트, 에틸렌 부텐 공중합체, 에틸렌 옥텐 공중합체 등의 변형된 에틸렌 수지를 상기 에틸렌 공중합체와 함께 복합 수지로 사용하는 경우 2 중량부 내지 20 중량부까지 사용한다. 2 중량부 이하에서는 기계적 특성에 대한 상승 효과를 기대할 수 없었으며, 20 중량부 이상에서는 신장율이 저하되고 점도가 높아 압출 가공성이 저하되는 결과를 나타낸다.
본 발명의 다른 구성성분인 난연제에 대하여 설명한다. 본 발명에 의한 절연재료의 난연성을 위하여 브롬 또는 염소 등 할로겐을 함유한 유기 난연제와 수산화 알루미늄, 수산화 마그네슘, 수산화 마그네슘 카보네이트 및 붕산아연 등과 같은 무기 난연제를 사용한다. 이상의 무기 난연제들은 지방산 또는 실란 등으로 표면 처리되어 있다.
본 발명에 의한 난연제를 보다 상세히 설명하면 절연재료의 난연성과 기계적 특성을 고려하여 유기 및 무기 난연제를 20 중량부 내지 150 중량부 사용한다. 20 중량부 이하에서는 난연성에 대한 효과를 기대할 수 없으며, 150 중량부 이상에서는 상온 및 고온에서의 인장강도와 모듈러스값이 저하되어 가열변형 및 컷스루우 특성이 불만족스럽다.
본 발명에 의한 절연재료는 가교조제를 구성성분으로 한다. 절연재료는 열적 특성 및 전선 재료에서 요구되는 기계적 특성을 만족시키는 조사가교를 하였으며 가교 밀도를 높이기 위하여 가교조제로 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트, 트리알릴이소시아누레이트, 폴리 부타디엔 등 중에서 적어도 1을 사용하였다.
가교조제를 보다 구체적으로 설명하면 절연재료는 열적 특성 및 전선 재료에서 요구되는 기계적 특성을 만족시키기 위하여 조사가교를 하며 가교 밀도를 높이기 위하여 가교조제로 트리메틸로프로판 트리메타크라이레이트, 트리아릴아이소시아누레이트, 폴리 부타디엔 등 중에서 적어도 1을 0.5 중량부 내지 10 중량부 사용한다. 사용량이 0.5 중량부 미만에서는 상온 및 고온에서의 인장장도와 모듈러스의 향상을 기대할 수 없으며, 10 중량부 이상에서는 인장강도 및 모듈러스의 상승 효과가 크지 않다.
본 발명은 본 발명에 의한 고압기기 전선용 절연재료는 물론 이러한 절연재료를 이용하는 전선에서도 전술한 본 발명의 구성은 동일하게 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 본 발명에 의한 고압기기 전선용 절연재료는 물론 이 러한 절연재료를 이용한 전선에도 미친다고 할 것이다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예와 비교예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
본 발명에서는 상기와 같은 특성들을 확보하기 위하여 에틸렌공중합체를 절연재료의 베이스수지로 사용하였으며, 특히 공중합체의 함량을 조절한 에틸렌 비닐 아세테이트, 에틸렌 에틸 아크릴레이트, 에틸렌 메틸 아크릴레이트, 에틸렌 부틸 아크릴레이트를 사용하였다. 베이스수지에는 무수 말레인산을 함유하는 에틸렌 비닐 아세테이트, 에틸렌 메틸 아크릴레이트 등의 변성 수지를 포함하여 사용한 실시예를 추가하였다. 본 발명의 실시예에서 변성수지는 에틸렌 비닐 아세테이트 변성수지와 에틸렌 메틸 아크릴레이트 변성 수지를 사용하였다.
본 발명에 의한 고압기기 전선용 절연재료의 실시예를 정리하면 [표 1]과 같다. 위와 같은 실시예는 고온에서 열변형에 의한 저항성과 내 컷팅성이 우수한 고압기기용 전선의 절연재료에 관한 것으로 105℃에서 0.1 kgf/mm2 이상의 100% 모듈러스값을 갖으며 인장강도와 신장율 곡선에서 항복점을 갖지 않는 선형 곡선을 나타내고 105℃에서 0.18 내지 0.4의 탄델타값을 가지며 난연특성이 있는 절연재료를 발명하기 위한 실시예이다.
본 발명의 바람직한 실시예를 위하여 절연재료의 난연성을 위하여 브롬 또는 염소 등 할로겐을 함유한 유기 난연제와 금속 수산화물의 무기 난연제를 사용하였다. 조사가교 효율을 높이기 위해 가교조제로 트리메틸올프로판 트리메타크릴레 이트 등을 사용하였다.
성분 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
에틸렌 비닐 아세테이트(28 중량부) |
100 |
80 |
|
|
|
|
|
|
에틸렌 에틸 아크릴레이트(20 중량부) |
|
|
100 |
70 |
|
|
|
|
에틸렌 메틸 아크릴레이트(25 중량부) |
|
|
|
|
80 |
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|
|
에틸렌 부틸 아크릴레이트(27 중량부) |
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|
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|
|
80 |
|
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에틸렌 부텐 공중합체(70℃) |
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|
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30 |
|
20 |
80 |
|
에틸렌 옥텐 공중합체(85℃) |
|
|
|
|
|
|
|
100 |
에틸렌 비닐 아세테이트 변성 수지 |
|
20 |
|
|
|
|
20 |
|
에틸렌 메틸 아크릴레이트 변성 수지 |
|
|
|
|
20 |
|
|
|
산화방지제 |
1.5 |
1.5 |
1.5 |
1.5 |
1.5 |
1.5 |
1.5 |
1.5 |
활제 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
브롬계 난연제 |
40 |
40 |
40 |
30 |
30 |
30 |
40 |
40 |
수산화알루미늄 |
30 |
30 |
|
|
60 |
60 |
|
|
수산화마그네슘 |
|
|
30 |
50 |
|
|
30 |
30 |
트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트 |
3 |
3 |
3 |
3 |
3 |
3 |
3 |
3 |
괄호안은 비닐 아세테이트, 에틸 아크릴레이트, 메틸 아크릴레이트, 부틸 아크릴레이트 함량 또는 에틸렌 부텐, 에틸렌 옥텐의 공중합체의 용융온도이다.
종래 기술에서는 기기용 전선의 절연재료로 용융온도가 높고 결정성이며 경질인 고밀도 폴리에틸렌 또는 선형저밀도 등의 폴리에틸렌 등이 사용되었고, 에틸렌 공중합체의 경우 공중합체의 함량이 낮은 수지가 사용되었는데 에틸렌 비닐 아세테이트의 경우 비닐 아세테이트의 함량이 12 중량부 이하인 수지가 사용되었다. 또한, 용융온도가 높은 폴리프로필렌이 사용되었다. 이중 절연 구조를 갖는 기기용 전선의 1차 절연체로 용융온도가 높아 열적 변형에 대한 저항성이 매우 우수한 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 에스터 계열의 폴리에스터 등이 사용되었다. [표 2]에서는 종래기술에 적용되었던 기술들에 대한 재료의 구성을 정리하였다.
성분 |
1 |
2 |
3 |
4 |
고밀도 폴리에틸렌 |
100 |
|
|
|
선형저밀도폴리에틸렌 |
|
100 |
|
|
에틸렌 비닐 아세테이트 |
|
|
100 |
|
폴리 프로필렌 |
|
|
|
100 |
산화방지제 |
1 |
1 |
1 |
1 |
활제 |
1.5 |
1.5 |
1.5 |
1.5 |
브롬계 난연제 |
30 |
30 |
30 |
30 |
수산화마그네슘 |
30 |
30 |
30 |
30 |
트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트 |
3 |
3 |
3 |
3 |
본 발명이 갖는 우수한 특성을 만족하는 재료들에 대한 실시예와 비교예에 대한 특성 비교 결과는 [표 3]과 같다. 도 2와 도 3의 그래프에서 A는 비교예에 대한 실험데이터를 표시한 것이고 B는 실시예에 대한 실험데이터를 표시한 것이다. 본 발명의 실시예에서 에틸렌 공중합체를 베이스수지로 하는 절연재료의 경우 도 2의 B와 같이 상온에서 항복점을 나타내지 않고, 도 3의 B와 같이 고온에서도 변곡점을 갖지 않는 선형의 인장 강도와 신장율 곡선을 나타내고, 0.1kg/mm2 이상의 100% 모듈러스를 나타낸다. 또한, 고온에서 탄델타 값이 0.4이하의 값을 나타내며 컷스루우 특성을 만족하였다. 그러나, 종래의 기술에 사용된 절연재료의 경우 도 2의 A와 같이 상온에서 항복점을 갖고, 고온에서는 변곡점을 갖는 도 3의 A와 같은 인강강도와 신장율 곡선을 나타내었으며 컷스루우 특성이 만족스럽지 못하였다.
|
실시예 |
비교예 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
1 |
2 |
3 |
4 |
탄델타 |
0.2 |
0.23 |
0.22 |
0.18 |
0.19 |
0.18 |
0.21 |
0.25 |
0.56 |
0.57 |
0.46 |
0.52 |
100% 모듈러스 |
0.15 |
0.18 |
0.22 |
0.21 |
0.23 |
0.17 |
0.24 |
0.21 |
0.098 |
0.091 |
0.087 |
0.12 |
상온 항복점 |
무 |
무 |
무 |
무 |
무 |
무 |
무 |
무 |
유 |
유 |
유 |
유 |
고온 변곡점 |
무 |
무 |
무 |
무 |
무 |
무 |
무 |
무 |
유 |
유 |
유 |
유 |
컷 스루우 |
만족 |
만족 |
만족 |
만족 |
만족 |
만족 |
만족 |
만족 |
불만족 |
불만족 |
불만족 |
불만족 |
특성치의 모듈러스 값은 ASTM D 638에 준하여 105℃에서 측정하였다. 탄델타 (tan δ)는 로스(Loss) 모듈러스와 스토리지(Storage) 모듈러스의 비로 알디에(RDA)을 이용하여 105℃에서 측정을 하였다. 컷스루우 시험은 도 4와 같이 절연 두께가 0.4mm인 전선 완제품에 대하여 105℃에서 평가한 결과이다. 컷스루우 시험은 도 4에서 보는 바와 같이 금속지지 채널(4)을 통해 돌출된 금속 만드릴(3)에 본 발명에 의한 전선 완제품을 걸고 고전압연결부(5)를 통해 고전압를 걸고 컷스루우 성능을 측정한다.