KR101446168B1 - 절연된 전기 전도체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 80 중량%의 에틸렌 코폴리머 및 20 중량%의 프로필렌 호모폴리머 또는 코폴리머로 구성되는 폴리머를 포함하는 조성물에서 수득되는 압출 절연층에 의해 둘러싸인 전기전도체를 포함하는 절연된 전기전도체로서, 상기 에틸렌코폴리머가 에틸렌-옥텐 코폴리머인 것을 특징으로 하는 절연된 전기전도체에 관한 것이다.

Description

절연된 전기 전도체{Insulated Electrical Conductor}
본 발명은 절연된 전기 전도체(또는 전기 케이블)에 관한 것으로, 이는 통상적으로 자동차 분야의 전지에 사용되는 절연 전기 전도체에 응용된다.
에틸렌 폴리머 및 프로필렌 폴리머에 기초한 전기 전도체에 대한 다양한 절연체들은 벤딩이나 압축 스트레스가 가해지는 경우 구부러지거나 압축된 영역에 표면백색현상(surface whitening)이 나타난다.
절연체의 기계적 변형에 기인한 이러한 백색현상은 상기 절연체의 기계적 및 전기적 약화를 초래하고, 이는 나아가 크래킹을 일으킬 수 있다.
결과적으로 상기 절연체는 더이상 전기 전도체를 기계적으로, 전기적으로 그리고 화학적으로 적절한 방식으로 보호하지 못하게 된다.
본 발명은 압출 절연층으로 둘러싸인 전기 전도체를 포함하는 절연 전기 전도체를 제공하는 것으로, 상기 압출 절연층은 특히 벤딩이나 압축 타입의 기계적 변형 동작하에서 상기 층의 백색현상이 방지되도록 개선된 기계적 성질을 가지므로, 전술한 선행기술의 문제점을 피할 수 있다.
본 발명에 따른 전술한 기술적 문제에 대한 해결은, 압출 절연층을 에틸렌-옥텐 코폴리머인 에틸렌 코폴리머 80 중량% 및 프로필렌 호모폴리머 또는 코폴리머 20 중량%로 구성되는 폴리머를 포함하는 조성물에서 수득하는 사실에 있다.
본 출원인은 놀랍게도, 특히 상기 폴리머를 선택함으로써, 본 발명에 따른 압출 절연층은 벤딩되거나 압축되는 영역에서의 백색화 현상이 매우 제한되거나, 또는 방지될 수 있음을 발견하였다.
상기층은 절연 전기전도체의 구조에 관계없이, 심지어 전도체에 벤딩이나 압축 형태의 기계적 변형이 가해지는 경우에도, 그 기계적, 전기적 및 화학적 저항성을 유지한다.
유용하게, 에틸렌-옥텐 코폴리머는 저밀도를 가지고 있어, 가공되는 중에도 다량의 충전제를 흡수할 수 있어, 저온 특히 -40℃로 저하되는 온도에서도 양호한 행동특성을 가질 수 있게 한다.
바람직한 예에서, 상기 프로필렌 코폴리머는 프로필렌-에틸렌 코폴리머이다.
바람직한 실시형태에서, 상기 폴리머는 실란-이식(silane-grafted) 폴리머로서, 본 기술분야의 당업자에게 "실란 경화"로 잘 알려진 방법에 의해 경화될 수 있다.
바람직한 실시형태에서, 상기 조성물은 화염-지연 충전제를 더 포함한다.
화염-지연 충전제는 금속 하이드록사이드일 수 있고, 바람직하게 마그네슘 디하이드록사이드(MDH) 또는 알루미늄 트리하이드록사이드(ATH)이다.
다른 일 실시형태에서, 상기 조성물은 항산화제 및 금속 불활성화제 또는 이들의 혼합물 중에서 선택되는 보호제를 더 포함한다.
통상, 항산화제는 페놀 및/또는 티오에스테르일 수 있고, 금속 불활성화제는 전기 전도체의 금속에 의한 절연층의 촉매 열화를 제한하기 위해 사용되는 것으로, 예컨대 본 기술분야의 당업자에게 잘 알려진 페놀성 화합물일 수 있다.
다른 바람직한 일 실시형태에서, 상기 조성물은 지방산 아미드 타입의 왁스를 더 포함한다.
지방산 아미드는 조성물의 압출을 더욱 쉽게 하며, 예컨대 하기 패밀리 중에서 선택될 수 있다: 아세타미드(acetamide); 프로피온아미드(propionamide); n-부틸아미드(n-butyramide); n-발레아미드(n-valeramide); n-카프로아미드(n-caproamide); 스테아르아미드(stearamide); 에루크아미드(erucamide): 라우로일아미드(lauroylamide); 미리스틱 아미드(myristic amide); 아라키드아미드(arachidamide); 베헨아미드(behenamide); 올레아미드(oleamide); 에틸렌-비스-스테아르아미드(ethylene-bis-stearamide); 에틸렌-비스-올레아미드(ethylene-bis-oleamide); 올레일 팔미트아미드(oleyl palmitamide); 및 이들의 혼합물.
다른 일 실시형태에서, 상기 조성물은 착색제를 더 포함한다.
착색제(coloring agent)는 통상 본 기술분야의 당업자에게 잘 알려진 무기 또는 유기 착색제로서, 바람직하게는 고온, 특히 150℃ 내지 200℃의 온도에서 양호한 행동특성을 가진다.
예로서, 착색제는 카본블랙(색소)일 수 있다.
바람직한 일 실시형태에서, 전기 전도체는 6 mm2이상, 가능하게는 90　mm2 또는 150　mm2의 단면적을 가진다.
이러한 단면적은 자동차 분야의 전지에 사용되는 전기 전도체에 통상적이다.
본 발명의 조성물은 이러한 형태의 전도체에 사용되는 "초유연성(super flexible)" 절연층을 수득할 수 있다.
본 발명의 다른 특징 및 이점은 이하 실시예를 통해 더욱 명백할 것이며, 하기 실시예는 본 발명을 제한하지 않는다.
본 발명의 절연 전기전도체는 벤딩이나 압축 타입의 기계적 변형 동작하에서 상기 층의 백색현상이 방지되도록 개선된 기계적 성질을 가진 압출 절연층으로 둘러싸여 있어 산업적으로 유용하다.
본 발명의 조성물의 이점을 보여주기 위해, 본 발명의 조성 및 선행 기술에 따른 조성으로부터 압출 절연층을 제조하여, 그 백색화 및 "충격저항성"을 ISO 표준 6722　파트　1 §8.2에 따라 시험하였다.
절연층이 제조되는 방식, 특히 경화되는 방식은 하기 기술된 바에 따르나, 이는 순수하게 예시로 보인 것이며, 제한적이지 않다.
제1 단계에서, 표 1의 다양한 성분(조성물 A 내지 C)들을 부스 단일 스크류 또는 이중 스크류 압출기를 사용하여, 가열하면서 연속적으로 혼합하였다.
표 1에 특정된 양은 통상 조성물내 폴리머 100 중량부당 중량부로 표시된다.
A B C
PEO 60 70 80
PP 40 30 20
실란 경화제(알콕시실란 또는 카복시실란) 및 유기 퍼옥사이드 2.5 2.5 2.5
제1 단계의 혼합물의 온도는 전형적으로 유기 퍼옥사이드가 분해되면서 폴리머가 가공되도록 조정되었다.
PEO는 다우 엘라스토머사에 의해 참조번호 Engage　8450으로 시판되는 에틸렌-옥텐 코폴리머이다.
PP는 바셀사에 의해 참조번호 Moplen RP315M으로 시판되는 프로필렌 및 에틸렌의 코폴리머이다.
상기 제1 단계로부터 실란-이식된 폴리머가 수득되며, 이는 통상적으로 과립의 형태로 수득된다(각각 과립 A 내지 C).
제2 단계에서, 표 2에 나타낸 바와 같이 100 중량부의 실란-이식 폴리머(과립 A 내지 C)을 다양한 양의 왁스, 보호제, 및 화염 지연 충전제와 가열하면서 연속적으로 혼합하였다(조성물 A' 내지 C').
당업자는 용이하게 표 2에 주어진 양이 조성물내 실란-이식 폴리머 100 중량부 당 중량부로 표시된 것임을 이해할 것이다.
A' B' C'
실란-이식 폴리머 100
왁스 1
보호제 4
화염-지연 충전제 150 156 150
상기 혼합물은 다른 부스 단일스크류 또는 이중 스크류 압출기를 사용하여 수행되었다.
왁스, 보호제, 화염 지연 충전제는 통상적인 계량 홉퍼를 사용하여 실란-이식 폴리머에 첨가되었다.
본 제2 단계의 혼합물의 온도는, 화염 지연 충전제의 분해를 피하면서 실란-이식 폴리머 과립을 가공할 수 있도록 조정한다.
왁스는 크로다 프랑스사에 의해 참조 Crodamide　203하에서 시판되고 있는 지방산 아미드이다.
보호제는 항산화제(이가녹스 1010 및/또는 이가녹스 PS 802) 및 금속 불활성화제 (이가녹스 1024 및/또는 노가드 XL1)의 조합으로, 상기 특정 항산화제와 금속 불활성화제는 순수하게 예시 목적으로 선택된 것이다.
화염 지연 충전제는 알베말레사에 의해 시판되는 ATH이다.
제2 단계는 충전된 실란 이식 폴리머를 수득하기 위한 것으로, 충전된 실란 이식 폴리머는 통상 과립 형태로 수득된다(각각 과립 A' 내지 C').
제3 단계에서 충전된 실란 이식 폴리머 과립(과립 A' 내지 C')을 실라놀기의 응축 반응을 위한 촉매 및 착색제, 즉 카본 블랙 존재하에 단일 스크류 압출기내에서 가공하였다.
촉매 및 착색제는 전형적으로 상기 이식 폴리머와 적합성이 있는 폴리올레핀에 기초한 각각의 마스터 배치 형태의 충전 실란 이식 폴리머에 추가하였다.
예로서 상기 촉매를 함유하는 마스터 배치는 충전 실란 이식 폴리머에 약 2 중량%의 함량으로 가하고, 착색제를 함유하는 마스터 배치는 충전 실란 이식 폴리머에 1.5 중량%의 함량으로 가하였다.
착색제는 백색화를 일으키는 영역을 더욱 쉽게 볼 수 있도록 역할하는 것으로, 특히 백색이 아닌 다른 색깔의 착색제가 바람직하다.
충전 실란-이식 폴리머, 실라놀 응축 촉매, 및 카본 블랙 혼합물은 예를 들면 단면적 150　mm2, 두께 0.9　mm의 (단선) 알루미늄 바상에 압출하여 흑색의 절연층을 수득한다.
제4 단계에서, 절연층은 물 존재하에 경화하여 절연 전기 전도체를 수득한다(조성물 A' 내지 C'에서 각각 수득한 절연 전기 전도체 A 내지 C).
전술한 방법은 본 기술분야의 당업자에게 잘 알려진 실란 경화를 구성하며, 특히 이는 "수분(moisture)" 경화 또는 "사우나(sauna)" 경화로 알려져 있다.
또한 본 기술분야의 당업자에 알려진 기타 다른 방법도 본 발명의 조성물의 폴리머 경화에 사용될 수 있다.
특히 상기 조성물은 베타선과 같은 방사선 또는 광개시제 존재하 자외선 형태의 방사선을 사용하여 광화학적으로 경화될 수 있다.
시행가능한 다른 두 방법은 유기 퍼옥사이드 존재하에 염 베쓰 경화(salt bath curing) 또는 스팀 튜브내 경화이다.
절연 전기 전도체 A 내지 C의 절연층의 백색화를 평가하기 위해, 250　mm 길이의 상기 각 전도체들을 7.1　mm 바에 적합한 벤딩 기구를 사용하여 실온에서 구부려 벤딩 영역을 형성하였다.
절연 전기 전도체 A 및 B의 경우, 흑색 절연층의 백색화가 상기 벤딩 영역에 명확하게 나타났다.
반면, 절연 전기 전도체 C의 경우, 흑색 절연층에는 어떠한 명백한 백색 영역도 나타나지 않았고, 흑색이 완전히 균일하게 남아 있었다.
이후, 벤딩 영역의 충격 저항성을 평가하기 위하여, 250　mm길이의 상기 구부린 절연 전기 전도체 A 내지 C에 대해 ISO 표준 6722 파트　1 §8.2에 따른 시험을 수행하였다.
상기 전도체 A 내지 C를 -30℃에서 6시간 동안 둔 후, 전도체들의 벤딩 영역에, 300 g 중량의 충격을 가했다.
충격후, 전도체 A 내지 C를 실온에 위치시키고 관찰한 결과, 절연 전기전도체 C의 절연층에는 백색영역이 관찰되지 않은 반면, 전도체 A 와 B의 경우에는 백색 영역이 관찰되었다.
충격 저항 테스트이후, 전도체 A 내지 C 각각에 대해 ISO 표준 6722 파트　1 §6.2에 따른 절연내력(dielectric strength) 및 보전 전압(holding voltage)을 측정하였다.
하기의 프로토콜을 전도체 A 내지 C 각각에 적용하였다.
절연 전기 전도체를 식염수(물내 3 중량% NaCl)에 10분간 침지하였다.
1 kV의 교류전압(AC)을 50　Hz의 주파수로 1분간 전기전도체와 용액사이에 적용하였다.
테스트동안, 절연 전기 전도체 A 및 B와 달리, 절연 전기전도체 C에서는 어떠한 파손(breakdown)도 일어나지 않았다.
결과적으로 오직 절연 전기전도체 C만이 전도체의 구조에 관계없이 균일한 기계적 및 전기적 특성을 나타내었다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 개시에 의한 일반적인 교시에 기초하여 확대될 수 있는 모든 조성물에 까지 일반적으로 미친다.

Claims (8)

  1. 압출 절연층에 의해 둘러싸인 전기전도체를 포함하는 절연된 전기전도체로서,
    상기 압출 절연층은 80 중량%의 에틸렌 코폴리머 및 20 중량%의 프로필렌 호모폴리머 또는 코폴리머로 구성되는 폴리머를 포함하는 조성물에서 수득되는 경화층이고,
    상기 에틸렌 코폴리머는 에틸렌-옥텐 코폴리머인 것을 특징으로 하는, 절연된 전기전도체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프로필렌 코폴리머는 프로필렌-에틸렌 코폴리머인 것을 특징으로 하는 절연된 전기전도체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 폴리머는 실란-이식된 폴리머인 것을 특징으로 하는 절연된 전기전도체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 조성물은 화염-지연 충전제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절연된 전기전도체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 조성물은 항산화제 및 금속 불활성화제 또는 이들의 혼합물 중에서 선택되는 보호제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절연된 전기전도체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 조성물은 지방산 아미드 타입의 왁스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절연된 전기전도체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 조성물은 착색제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절연된 전기전도체.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전기전도체는 6 mm2이상의 단면적을 갖는 것을 특징으로 하는 절연된 전기전도체.
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