KR101625034B1 - 전기자동차용 충전 케이블 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기자동차용 충전 케이블 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 상기 전기자동차용 충전 케이블은 제1 도체, 및 상기 제1 도체를 감싸는 제1 절연층을 포함하는 제1 전선; 제2 도체, 및 상기 제2 도체를 감싸는 제2 절연층을 포함하는 제2 전선; 및 상기 제1 전선 및 제2 전선을 감싸는 시스(Sheath)층;을 포함하며, 상기 제1 절연층은 제1 베이스 수지 100 중량부, 제1 필러 10~80 중량부, 및 가교조제 1~10 중량부를 포함하는 제1 조성물로 형성되고, 상기 제2 절연층은 제2 베이스 수지 100 중량부 및 제2 필러 10~80 중량부를 포함하는 제2 조성물로 형성되고, 그리고 상기 시스층은 제3 베이스 수지 100 중량부, 및 인계 난연제 10~70 중량부를 포함하는 제3 조성물로 형성된다.

Description

전기자동차용 충전 케이블 및 이의 제조방법 {CHARGING CABLE FOR ELECTRONIC VEHICLE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 전기자동차용 충전 케이블 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 세계적인 환경 규제 강화와 에너지 절감 추세에 따라 세계각국에서는 친환경적인 자동차의 개발과 보급이 점차적으로 확산되고 있는 추세이다. 한편 전기자동차는 순수하게 외부에서 전기에너지를 충전한 배터리만으로 운행하는 순수 전기자동차(EV, Electric Vehicle), 엔진 및 모터를 사용하는 하이브리드 자동차(HEV, Hybrid Electric Vehicle), 및 외부 전원으로부터 충전 가능한 플러그인 하이브리드 자동차(PHEV, Plug-in Hybrid Electric Vehicle) 등을 포함할 수 있다.
최근 우리나라에서도 정부의 환경 규제 강화로 인하여, 차량 제조업체는 고연비 및 CO2 배출량이 적은 EV(Electric Vehicle) 및 PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle) 등의 친환경 전기자동차량 개발에 박차를 가하고 있는 상황이며, 이러한 전기자동차의 보급에 따라 충전을 위한 충전소의 확충 및 충전케이블의 보급이 필요한 상황이다.
한편, 전기자동차를 충전하기 위한 충전소의 경우 차량에 탑재된 충전케이블을 차량과 충전스탠드에 연결하는 것으로 충전이 시작된다. 이러한 전기자동차 충전 시스템은, 충전 케이블을 사용자가 차량에 비치하여 가지고 다녀야 하고, 차량에 장착하여 사용되는 만큼 고 유연성이 요구되며, 각종 자동차 오일(oil)류부터 안전성을 확보해야 한다. 더욱이 전기자동차의 충전에는 장시간이 소요되는데, 영하권의 지역에서 장시간 충전 시 내한성 및 유연성에 문제가 발생할 수 있다.
자동차용 전선은 우수한 기계적 물성, 난연성 및 저온 유연성 등이 기본적으로 요구된다. 또한 전선제조업체에서는, 전선의 압출속도를 최대한 고속으로 하여 생산성을 향상시켜 오고 있기 때문에, 차량 전선용 피복재료는 전술한 요구물성은 물론 압출가공성을 동시에 만족해야 한다.
한편, 전선 제조시 할로겐 및 중금속 등의 환경 영향 물질 배제가 세계적인 추세가 되고 있다. 전선용으로 사용되는 폴리머(polymer)에 비교적 우수한 난연성을 발휘하는 특정 브롬계 난연제(DBDPO)의 경우, 다이옥신 발생물질로 의심받고 있으며, 일부 유럽 국가에서는 그 사용이 금지되어, 할로겐 프리 재료로 대체될 수 있다. 이러한 화재시 전선의 안정성 향상 및 친환경 설계 등 제조 비용이 증가함에도 불구하고 친환경 전선 연구가 활발하게 이루어지고 있는 이유는, 전선의 난연특성과 함께, 전선 연소 시 독성, 부식성 가스 및 연기 발생량의 규제가 강화되고 있기 때문이다.
따라서, 사용자 편의성이 우수하고, 뛰어난 기계적 물성, 내한성, 유연성 및 내유성을 가지는 충전케이블이 필요하며, 친환경 추세에 따라 친환경성 난연 시스템이 적용된 재료 특성이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 저온 유연성, 내한성 등의 저온특성이 우수한 전기자동차용 충전 케이블을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 외관, 난연성, 내유성 및 기계적 강도가 우수한 전기자동차용 충전 케이블을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 리사이클(recycle)이 가능하며, 내열성 및 자외선 안정성이 우수한 전기자동차용 충전 케이블을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 친환경성이 우수한 전기자동차용 충전 케이블을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 전기자동차용 충전 케이블의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 관점은 전기자동차용 충전 케이블에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 전기자동차용 충전 케이블은 제1 도체, 및 상기 제1 도체를 감싸는 제1 절연층을 포함하는 제1 전선; 제2 도체, 및 상기 제2 도체를 감싸는 제2 절연층을 포함하는 제2 전선; 및 상기 제1 전선 및 제2 전선을 감싸는 시스(Sheath)층;을 포함하며, 상기 제1 절연층은 제1 베이스 수지 100 중량부, 제1 필러 10~80 중량부, 및 가교조제 1~10 중량부를 포함하는 제1 조성물로 형성되고, 상기 제2 절연층은 제2 베이스 수지 100 중량부 및 제2 필러 10~80 중량부를 포함하는 제2 조성물로 형성되고, 그리고 상기 시스층은 제3 베이스 수지 100 중량부, 및 인계 난연제 10~70 중량부를 포함하는 제3 조성물로 형성되며, 상기 제1 베이스 수지는 에틸렌-프로필렌계 고무(Ethylene-propylene rubber, EPR) 35~65 중량% 및 폴리올레핀 수지(Polyolefin resin) 35~65 중량%를 포함하고, 상기 제2 베이스 수지는 폴리프로필렌계 수지 55~80 중량% 및 제1 스티렌계 엘라스토머 20~45 중량%를 포함하고, 그리고, 상기 제3 베이스 수지는 열가소성 폴리우레탄 수지(Thermoplastic polyurethane resin) 55~90 중량% 및 제2 스티렌계 엘라스토머 10~45 중량%를 포함한다.
한 구체예에서 상기 에틸렌-프로필렌계 고무는 에틸렌-프로필렌 고무 및 에틸렌-프로필렌-디엔(EPDM) 고무 중에서 하나 이상 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 폴리올레핀 수지는 폴리에틸렌(polyethylene) 수지 및 폴리프로필렌(polypropylene) 수지 중에서 하나 이상 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 폴리프로필렌계 수지는, 폴리프로필렌 호모 공중합체 수지, 에틸렌-프로필렌-알파(α)올레핀으로 이루어진 폴리프로필렌 3원 공중합체 수지, 에틸렌-프로필렌으로 이루어진 폴리프로필렌 블록 공중합체 수지, 및 에틸렌-프로필렌으로 이루어진 폴리프로필렌 랜덤 공중합체 수지 중에서 하나 이상을 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 제1 스티렌계 엘라스토머 및 제2 스티렌계 엘라스토머는 각각 스티렌-부타디엔-스티렌 엘라스토머(SBS), 스티렌-이소프렌-스티렌 엘라스토머(SIS), 및 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌 엘라스토머(SEBS) 중에서 하나 이상 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 제1 필러 및 제2 필러는 각각 실리카(silica, SiO2), 탄산칼슘(CaCO3), 수산화 마그네슘(Mg(OH)2), 및 하이드로탈사이트(hydrotalcite) 중에서 하나 이상 포함하며, 상기 제1 필러 및 제2 필러는 각각 실란계 커플링제, 티타네이트계 커플링제, 지방산, 금속 수산화물, 아민 및 아민의 금속염 중 하나 이상으로 표면 처리될 수 있다.
한 구체예에서 상기 가교조제는 트리알릴 이소시아누레이트(Triallyl Isocyanurate, TAIC), 트리알릴 시아누레이트(Triallyl cyanurate, TAC), 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트 (Trimethylolpropane Trimethacrylate, TMPTMA) 및 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트(Trimethylolpropane Triacrylate, TMPTA) 중에서 하나 이상 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 제1 조성물, 제2 조성물 및 제3 조성물은 각각 산화방지제 및 활제를 더 포함하며, 상기 산화방지제는 페놀계, 인계, 황계, 아민계 및 금속계 산화방지제 중에서 하나 이상 포함하고, 상기 활제는 불소계, 실리콘계, 아마이드계, 금속계 및 지방산계 활제 중에서 하나 이상 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 제3 조성물은 상기 제3 베이스 수지 100 중량부에 대하여 난연보조제 1~10 중량부 및 첨가제 0.1~10 중량부를 더 포함하며, 상기 난연보조제는 질소계 난연보조제 및 금속계 난연보조제 중 하나 이상 포함하며, 상기 첨가제는 광안정제, 광흡수제 및 가수분해 방지제 중에서 하나 이상 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 제1 절연층 및 제2 절연층은 각각 복수 개의 제1 도체 및 제2 도체를 감쌀 수 있다.
한 구체예에서 상기 시스층은 복수 개의 제1 전선 및 제2 전선을 감쌀 수 있다.
본 발명의 다른 관점은 상기 전기자동차용 충전 케이블의 제조방법에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 전기자동차용 충전 케이블 제조방법은 제1 도체 둘레에 제1 베이스 수지 100 중량부, 제1 필러 10~80 중량부, 및 가교조제 1~10 중량부를 포함하는 제1 조성물을 피복하여 제1 절연층을 형성하는 단계; 제2 도체 둘레에 제2 베이스 수지 100 중량부 및 제2 필러 10~80 중량부를 포함하는 제2 조성물을 피복하여 제2 절연층을 형성하는 단계; 및 상기 제1 절연층 및 제2 절연층 둘레에 제3 베이스 수지 100 중량부, 및 인계 난연제 10~70 중량부를 포함하는 제3 조성물을 피복하여 시스층을 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 제1 베이스 수지는 에틸렌-프로필렌계 고무(Ethylene-propylene rubber, EPR) 35~65 중량% 및 폴리올레핀 수지(Polyolefin resin) 35~65 중량%를 포함하고, 상기 제2 베이스 수지는 폴리프로필렌계 수지 55~80 중량% 및 제1 스티렌계 엘라스토머 20~45 중량%를 포함하고, 그리고, 상기 제3 베이스 수지는 열가소성 폴리우레탄 수지(Thermoplastic polyurethane resin) 55~90 중량% 및 제2 스티렌계 엘라스토머 10~45 중량%를 포함한다.
본 발명에 따른 전기자동차용 충전 케이블은 저온 유연성, 내한성 등의 저온특성이 우수하여, 외관성 및 내유 특성이 우수하여 차량용 오일이 침투하지 못하여 차량 내에 안전하게 장착 또는 비치하여 사용 가능하며, 친환경 자동차 일부분 리사이클이 가능하여 경제성이 우수하고, 할로겐 원소를 포함하지 않는 친환경 난연제를 적용하여 친환경성이 우수하고, 난연성, 굴곡성 및 기계적 강도가 우수하며, 자동차용 105℃급 전선에 대응하는 내열성을 확보하되, 기계적 강도, 내열성, 및 자외선 안정성이 우수하여 전기 자동차 충전케이블용도 등으로 사용하기 적합하다.
도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 전기자동차용 충전 케이블을 나타낸 것이다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
전기자동차용 충전 케이블
본 발명의 하나의 관점은 전기자동차용 충전 케이블에 관한 것이다. 도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 전기자동차용 충전 케이블을 나타낸 것이다.
상기 도 1을 참조하면, 전기자동차용 충전 케이블(100)은, 제1 도체(10a, 10b, 10c) 및 제1 도체(10a, 10b, 10c)를 감싸는 제1 절연층(20a, 20b, 20c)을 포함하는 제1 전선(30a, 30b, 30c); 제2 도체(11), 및 제2 도체(11)를 감싸는 제2 절연층(21)을 포함하는 제2 전선(31); 및 제1 전선(30a, 30b, 30c) 및 제2 전선(31)을 감싸는 시스(Sheath)층(40);을 포함한다.
상기 제1 절연층은 제1 베이스 수지, 제1 필러 및 가교조제를 포함하는 제1 조성물로 형성되고, 상기 제2 절연층은 제2 베이스 수지, 및 제2 필러를 포함하는 제2 조성물로 형성되고, 그리고 상기 시스층은 제3 베이스 수지 및 인계 난연제를 포함하는 제3 조성물로 형성된다.
제1 전선
상기 제1 전선은 제1 도체, 및 상기 제1 도체를 감싸는 제1 절연층을 포함한다. 상기 제1 절연층은 제1 베이스 수지, 제1 필러 및 가교조제를 포함하는 제1 조성물로 형성된다.
한 구체예에서, 상기 제1 전선은 전기자용차용 충전 케이블에서 전원을 인가하는 전원부일 수 있다. 상기 제1 도체는 주석, 구리, 알루미늄 및 이들의 합금 중에서 하나 이상을 포함할 수 있다. 한 구체예에서, 상기 제1 도체의 직경은 0.1~10mm일 수 있으며, 복수 개의 제1 도체가 나선형을 형성하도록 소정의 턴(turn) 수로 꼬여서 형성될 수 있다.
한 구체예에서 상기 제1 절연층은, 각각 복수 개의 제1 도체를 감쌀 수 있다. 한 구체예에서 상기 제1 절연층의 두께는 0.001mm 내지 5mm로 형성될 수 있다. 상기 제1 절연층의 경도(shore A)는 80이상일 수 있다. 예를 들면, 80~90일 수 있다. 상기 경도 범위에서 기계적 강도 및 절연특성이 우수할 수 있다.
제1 조성물
한 구체예에서 상기 제1 절연층은 제1 베이스 수지 100 중량부, 제1 필러 10~80 중량부, 및 가교조제 1~10 중량부를 포함하는 제1 조성물로 형성된다.
제1 베이스 수지
상기 제1 베이스 수지는 에틸렌-프로필렌계 고무(Ethylene-propylene rubber, EPR) 및 폴리올레핀 수지(Polyolefin resin)를 포함한다.
한 구체예에서 상기 에틸렌-프로필렌계 고무는 에틸렌-프로필렌 공중합체 고무, 및 에틸렌-프로필렌-디엔(Ethylene Propylene Diene Monomer, EPDM) 고무(또는 EPDM 삼원 공중합체 고무) 중에서 하나 이상 포함할 수 있다. 예를 들면 에틸렌-프로필렌-디엔 고무를 사용할 수 있다.
상기 에틸렌-프로필렌-디엔 고무는 에틸렌, 프로필렌 및 비공액(non-conjugated) 디엔 과의 삼원 공중합체일 수 있다. 한 구체예에서 상기 디엔은 1,4-헥사디엔(1,4-hexadiene), 디사이클로펜타디엔(dicyclopentadiene), 및 에틸렌노보넨(5-ethylene-2-norbornene, ENB) 중에서 하나 이상 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 에틸렌노보넨을 0.5% 이상 포함할 수 있다.
상기 에틸렌-프로필렌계 고무를 포함시 상기 제1 절연층의 유연성 및 장기적인 절연능력이 우수할 수 있다. 또한, 상기 에틸렌-프로필렌계 고무는, 검(Gum) 타입 또는 펠렛(Pellet) 타입 등의 형태로 사용할 수 있다.
한 구체예에서 상기 에틸렌-프로필렌계 고무의 무니점도는 20~60 ML(1+4) 125℃ 일 수 있다. 상기 조건에서 압출성, 내열성 및 인장강도가 우수할 수 있다.
상기 폴리올레핀 수지는 전선압출성 및 인장강도를 개선하는 목적으로 포함된다. 또한 상기 에틸렌-프로필렌계 고무를 단독으로 적용시, 서로 들러 붙는 현상을 방지하여, 펠렛 형태로 성형한 이후에도 들러 붙지 않게 한다. 한 구체예에서 상기 폴리올레핀 수지로는 폴리에틸렌(polyethylene) 수지 및 폴리프로필렌(polypropylene) 수지 중에서 하나 이상 포함할 수 있다.
상기 폴리에틸렌은 극저밀도 폴리에틸렌(very low density polyethylene, VLDPE), 저밀도 폴리에틸렌(low density polyethylene, LDPE), 선형 저밀도 폴리에틸렌(linear low density polyethylene, LLDPE) 및 중밀도 폴리에틸렌(medium density polyethylene, MDPE) 중에서 하나 이상 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 극저밀도 폴리에틸렌은 0.890g/cm3 내지 0.915g/cm3의 밀도를 가질 수 있다. 상기 선형 저밀도 폴리에틸렌 및 저밀도 폴리에틸렌은 0.916g/cm3 내지 0.928 g/cm3의 밀도를 가질 수 있다. 또한, 상기 중밀도 폴리에틸렌은 0.928g/cm3 내지 0.940g/cm3 의 밀도를 가질 수 있다.
한 구체예에서 상기 제1 베이스 수지 전체 중량에 대하여 상기 에틸렌-프로필렌계 고무 35~65 중량% 및 폴리올레핀 수지 35~65 중량%를 포함한다. 상기 범위로 포함시 상기 제1 절연층 혼련시 뭉침현상을 방지하며, 상용성이 우수하고, 저온특성, 절연저항특성 및 내열성이 우수하여, 전기자동차 충전케이블의 전원(power) 전선용도로 적합할 수 있다.
상기 에틸렌-프로필렌계 고무를 35 중량% 미만으로 포함시 상기 제1 절연층의 유연성 및 절연특성이 저하되고, 65 중량%를 초과하여 포함시 상기 제1 절연층의 기계적 강도, 전선 압출성 및 성형성이 저하된다. 상기 폴리올레핀 수지를 35 중량% 미만으로 포함시 상기 제1 절연층의 기계적강도, 압출성 및 성형성이 저하되며, 65 중량%를 초과하여 포함시 상기 제1 절연층의 절연특성, 유연성 및 절연특성이 저하된다. 예를 들면, 상기 에틸렌-프로필렌계 고무 45~55 중량% 및 폴리올레핀 수지 45~55 중량%를 포함할 수 있다.
제1 필러
상기 제1 필러는 보강성 충전제로서 가공성, 열안정성, 내열성 및 기계적 강도를 동시에 향상시키기 위한 목적으로 포함된다. 한 구체예에서 상기 제1 필러는 실리카(silica, SiO2), 탄산칼슘(CaCO3), 수산화 마그네슘(Mg(OH)2), 및 하이드로탈사이트(hydrotalcite) 중에서 하나 이상 포함한다.
또한, 상기 제1 필러는 전술한 성분을 표면 처리한 것을 사용한다. 상기 표면 처리는, 본 발명의 내수성 및 상기 제1 필러와 수지 성분과의 상용성을 확보하기 위해 포함된다. 구체예에서 상기 표면처리는 실란계 커플링제, 티타네이트계 커플링제, 지방산, 금속수화물(금속 수산화물), 아민 및 아민의 금속염 중에서 하나 이상으로 상기 제1 필러의 표면을 코팅하는 것일 수 있다. 한 구체예에서 상기 지방산은 스테아린산, 올레인산, 팔미트산 및 베헨산 중에서 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기와 같이 제1 필러를 표면처리시, 상용성 및 물리적 강도를 동시에 확보하며, 제1 절연층 압출시 외관 및 외경을 일정하게 형성시키는 효과가 있다.
이때, 상기 표면 처리된 제1 필러의 평균크기는 0.01㎛~2㎛이고, 비표면적(BET 법)은 5㎟/g~100㎟/g일 수 있다. 예를 들면 평균크기가 0.1㎛~1㎛이고, 비표면적은 5㎟/g~50㎟/g일 수 있다. 상기 범위에서 본 발명의 분산성, 성형성 및 기계적 강도가 우수할 수 있다. 한편, 본 명세서에서 상기 “크기”는 “최대 길이”를 의미한다.
상기 제1 필러는 상기 제1 베이스 수지 100 중량부에 대하여 10 중량부 내지 80 중량부 포함된다. 상기 범위로 포함시 가공성, 내열성 및 기계적 강도가 우수할 수 있다. 상기 제1 필러를 10 중량부 미만으로 포함시 상기 제1 절연층의 내열성 및 기계적 강도의 확보가 어려우며, 상기 제1 필러를 80 중량부를 초과하여 포함시 상기 제1 절연층의 가공성 및 저온 유연성 등의 물리적 성질이 저하될 수 있다. 예를 들면 30 중량부 내지 70 중량부 포함될 수 있다. 다른 예를 들면 45 중량부 내지 65 중량부 포함될 수 있다.
가교조제
상기 가교조제는 본 발명에 따른 제1 조성물의 전자선 가교시 가교효율 증가 및 균일한 가교를 목적으로 포함된다. 상기 에틸렌-프로필렌계 고무는 일반적으로 퍼옥사이드(Peroxide) 가교제를 첨가하여 고온 및 고압 조건에서 가교를 진행하는데, 상기 퍼옥사이드 가교제를 적용한 가교시, 상기 절연층 표면에 돌기 또는 기포 등의 표면 결함이 발생할 수 있으므로, 전자선 가교하여 절연층을 제조할 수 있다.
한 구체예에서 상기 가교조제로는 트리알릴 이소시아누레이트(Triallyl Isocyanurate, TAIC), 트리알릴 시아누레이트(Triallyl cyanurate, TAC), 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트 (Trimethylolpropane Trimethacrylate, TMPTMA) 및 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트(Trimethylolpropane Triacrylate, TMPTA) 등을 사용할 수 있다. 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 가교조제를 사용시 가교 효율이 우수하며, 균일하게 가교될 수 있다. 상기 가교조제를 포함시 가교 사이트를 활성화하여, 적은 에너지로 가교효율을 향상시킬 수 있다.
한 구체예에서 상기 가교조제는 상기 제1 베이스 수지 100 중량부에 대하여 1~10 중량부 포함된다. 상기 범위로 포함시 본 발명의 물성을 저해하지 않으면서 균일한 가교를 실시할 수 있다. 상기 가교조제를 1 중량부 미만으로 포함시, 본 발명의 절연층 제조시 외관성 및 기계적 물성이 저하될 수 있으며, 10 중량부를 초과하여 포함시 본 발명의 내열성, 및 내한성 등의 물성이 저하될 수 있다. 예를 들면 1~8 중량부 포함될 수 있다. 다른 예를 들면 2~5 중량부 포함될 수 있다.
본 발명의 한 구체예에서, 상기 제1 조성물은 제1 산화방지제 및 제1 활제를 더 포함할 수 있다.
제1 산화방지제
상기 제1 산화방지제는 상기 제1 조성물의 가공시 분해를 방지하고, 내열성을 향상시켜 고온환경에서 상기 제1 전선의 노화를 지연시킬 수 있다.
한 구체예에서 상기 제1 산화방지제는 페놀계, 인계, 황계, 아민계 및 금속계 산화방지제 중에서 하나 이상 포함할 수 있다. 예를 들면, 페놀계 산화방지제를 사용할 수 있다.
상기 페놀계 산화방지제로는 입체적으로 방해받는 페놀계 안정화제(sterically hindered phenolic stabi1izer)로서, 예를 들면 알킬화 모노페놀 화합물, 알킬티오메틸페놀 화합물, 히드로퀴논 화합물, 알킬화 히드로퀴논 화합물, 토코페롤 화합물, 히드록시화 티오디페닐 에티르 화합물 및 알킬리덴 비스페놀 화합물 중에서 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 페놀계 산화방지제를 포함시 원료 가공 및 사용시 절연층의 노화를 방지할 수 있다.
한 구체예에서 상기 페놀계 산화방지제로 포함될 수 있는 제품으로는 Basf사 이가녹스(irganox) 1010, 1024, 1035, 1076, 및 1790 중에서 하나 이상 포함할 수 있다.
상기 인계 산화방지제로는 인계 에스테르 화합물 및 방향족 포스핀 화합물 중에서 하나 이상을 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 인계 산화방지제로 포함될 수 있는 제품으로는 Basf사 이가녹스(irganox) 168, 및 6180 중에서 하나 이상 포함할 수 있다.
상기 황계 산화방지제로는 다이라우릴 3,3-싸이오다이프로피오네이트, 다이미리스틸3,3'-싸이오다이프로피오네이트, 다이스테아릴3,3-싸이오다이프로피오네이트, 라우릴스테아릴3,3-싸이오다이프로피오네이트, 펜타에리트리톨-테트라키스-(β-라우릴-싸이오-프로피오네이트) 및 3,9-비스(2-도데실싸이오에틸)-2,4,8,10-테트라옥사스파이로[5,5]운데케인 중에서 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 아민계 산화방지제로는 N'-디이소프로필-p-페닐렌디아민, N,N'-디-이차부틸-p-페닐렌디아민, N,N'-비스(1,4-디메틸펜틸)-p-페닐렌디아민, N,N'-비스(1-에틸-3-메틸펜틸)-p-페닐렌디아민, N,N'-비스(1-메틸헵틸)-p-페닐렌디아민, N,N'-디시클로헥실-p-페닐렌디아민, N,N'-디페닐-p-페닐렌디아민, N,N'-비스(2-나프틸)-p-페닐렌디아민, N-이소프로필-N'-페닐-p-페닐렌디아민, N-(1,3-디메틸부틸)-N'-페닐-p-페닐렌디아민, N-(1-메틸헵틸)-N'-페닐-p-페닐렌디아민, N-시클로헥실-N'-페닐-p-페닐렌디아민, 4-(p-톨루엔술폰아미도)디페닐아민 및 N,N'-디메틸-N,N'-디-이차부틸-p-페닐렌디아민 중에서 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 금속계 산화방지제로는 구리계 산화방지제, 몰리브덴계 산화방지제, 염화납, 염화마그네슘 및 염화아연 중에서 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 금속계 산화방지제 포함시 도체의 자유전자가 절연층을 공격하는 현상을 방지할 수 있다.
상기 제1 산화방지제는 페놀계 산화방지제를 포함할 수 있다. 상기 산화방지제를 포함시 상기 제1 절연층의 에이징(aging)시, 도체 자유전자의 절연층 공격을 방지하면서, 원료 가공 및 전선 사용시 절연층의 노화를 방지하는 효과가 우수할 수 있다.
상기 제1 산화방지제는 상기 제1 베이스 수지 100 중량부에 대하여 0.1~10 중량부 포함될 수 있다. 상기 범위에서 본 발명의 물성을 저해하지 않으면서 노화 및 열화 현상 방지 효과가 우수할 수 있다. 예를 들면 0.1 중량부 내지 5 중량부 포함될 수 있다. 다른 예를 들면 0.5 중량부 내지 3 중량부 포함될 수 있다.
상기 제1 산화방지제는 상기 제1 베이스 수지 100 중량부에 대하여 0.1~10 중량부 포함될 수 있다. 상기 범위에서 본 발명의 물성을 저해하지 않으면서 노화 및 열화 현상 방지 효과가 우수할 수 있다. 예를 들면 0.1 중량부 내지 5 중량부 포함될 수 있다. 다른 예를 들면 0.5 중량부 내지 3 중량부 포함될 수 있다.
제1 활제
상기 제1 활제는 상기 제1 조성물의 유동성 및 가공성을 향상시키는 목적으로 포함될 수 있다. 본 발명에서 상기 제1 활제는 통상적인 것을 사용할 수 있다. 예를 들면, 불소계, 실리콘계, 아마이드계, 아연계 및 지방산계 활제를 사용할 수 있다. 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 불소계 활제로는, 불소화 올레핀계 활제를 포함할 수 있다. 한 구체예에서 상기 불소화 올레핀계 활제로는, 테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴플루오라이드, 테트라플루오로에틸렌/비닐리덴플루오라이드 공중합체, 테트라플루오로에틸렌/헥사플루오로프로필렌 공중합체, 및 에틸렌/테트라플루오로에틸렌 공중합체 중에서 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 실리콘계 활제로는 실리콘 오일 및 실리콘 왁스 중에서 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 실리콘 왁스는 탄소수 30 내지 45개의 알킬 디메치콘 화합물을 의미할 수 있다.
상기 금속계 활제로는 스테아린산 아연(zinc stearate), 스테아린산 칼슘(Calcium Stearate), 스테아린산 마그네슘(Magnesium Stearate) 및 스테아린산 알루미늄(aluminium stearate) 중에서 하나 이상 포함할 수 있다.
상기 아마이드계 활제로는 아연-아마이드(Zn-amide) 활제, 에틸렌-비스-스테아르아마이드(Ethylene-bis-stearamide), 에틸렌-비스-올레아마이드(Ethylenebis(oleamide)) 및 에루카아마이드(erucamide) 중에서 하나 이상 포함할 수 있다.
상기 지방산계 활제로는 몬탄산, 스테아린산, 올레인산, 동물성고급지방산 및 식물성고급지방산 중에서 하나 이상 포함할 수 있다. 예를 들면, 몬탄 왁스(montan wax), 부틸 스테아레이트(ButylStearate), 글리세롤 모노 스테아레이트(Glycerol Mono Stearate), 글리세린 모노 올레이트(Glycerine Mono Oleate) 및 스테아릴 스테아레이트(Stearyl Stearate) 중에서 하나 이상 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 제1 활제로는 금속계 활제 및 실리콘계 활제를 1:0.5~1:3 중량비로 포함할 수 있다. 상기 중량비로 포함시 내부 및 외부 활제 역할(제1 조성물 컴파운딩시 분산 및 전선 압출시 외관성 개선)이 우수할 수 있다. 예를 들면, 아연-아마이드 활제 및 실리콘 오일을 1:0.5~1:3 중량비로 포함할 수 있다.
상기 제1 활제는 상기 제1 베이스 수지 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 내지 10 중량부 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시 외관성, 윤활성이 우수하고, 상기 제1 필러 성분 등의 분산성이 우수하여 가공성이 향상될 수 있다. 예를 들면 0.1 중량부 내지 5 중량부 포함될 수 있다. 다른 예를 들면 0.5 중량부 내지 3 중량부 포함될 수 있다.
상기 제1 조성물로 제1 절연층을 제조시, 고무처럼 유연하고, 저온특성이 뛰어나면서, 과산화물(Peroxide) 가교가 아닌 전자선 가교를 통한 생산성 증대 및 장기간 사용에도 절연저항의 변화가 거의 없어, 자동차 충전케이블 Power선에 적합한 원료임. 또한 종래에 사용된 PVC 대비 저온특성, 절연저항특성, 내열특성이 개선되었다.
제2 전선
상기 제2 전선은 제2 도체, 및 상기 제2 도체를 감싸는 제2 절연층을 포함한다. 상기 제2 절연층은 제2 베이스 수지 및 제2 필러를 포함하는 제2 조성물로 형성된다.
한 구체예에서, 상기 제2 전선은 전기자용차용 충전 케이블에서 신호를 인가하는 신호부일 수 있다. 상기 제2 도체는 주석, 구리, 알루미늄 및 이들의 합금 중에서 하나 이상을 포함할 수 있다. 한 구체예에서, 상기 제2 도체의 직경은 0.1~10mm일 수 있으며, 복수 개의 제2 도체가 나선형을 형성하도록 소정의 턴(turn) 수로 꼬여서 형성될 수 있다.
한 구체예에서 상기 제2 절연층은, 각각 복수 개의 제2 도체를 감쌀 수 있다. 한 구체예에서 상기 제2 절연층의 두께는 0.001mm 내지 5mm로 형성될 수 있다.
제2 조성물
한 구체예에서 상기 제2 절연층은 상기 제2 베이스 수지 및 제2 필러를 포함한다.
제2 베이스 수지
상기 제2 베이스 수지는 폴리프로필렌계 수지 및 제1 스티렌계 엘라스토머를 포함한다.
상기 폴리프로필렌(polypropylene)계 수지는 폴리프로필렌 호모(homo) 공중합체 수지, 에틸렌-프로필렌-알파올레핀으로 이루어진 폴리프로필렌 3원 공중합체 수지, 에틸렌-프로필렌으로 이루어진 폴리프로필렌 블록(block) 공중합체 수지 및 에틸렌-프로필렌으로 이루어진 폴리프로필렌 랜덤(random) 공중합체 수지 중에서 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 종류의 폴리프로필렌계 수지를 적용시, 저온특성 개선효과 및 내마모 특성이 우수할 수 있다. 예를 들면, 에틸렌-프로필렌으로 이루어진 폴리프로필렌 블록 공중합체 수지를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 한 구체예에서 에틸렌-프로필렌-알파(α)올레핀은, 에틸렌-프로필렌-부텐을 사용할 수 있다.
한 구체예에서 상기 폴리프로필렌계 수지는 용융지수가 0.1g/10min~10g/10min(ASTM D1238, 190℃, 2.16kg 측정기준)인 것을 사용할 수 있다. 상기 범위의 용융지수에서 필러(filler) 로딩 특성이 우수하여, 혼합성, 성형성 및 기계적 물성이 우수할 수 있다.
상기 제1 스티렌계 엘라스토머는 상기 폴리프로필렌계 수지의 저온특성 및 유연성을 개선하는 목적으로 포함된다. 상기 제1 스티렌계 엘라스토머는 상기 폴리프로필렌계 수지의 하드(Hard)한 특성과, 높은 용융점(163℃)에 의해, 상기 제2 조성물을 이용한 전선의 연합과 후술할 시스층 형성시, 상기 시스층이 눌리는 현상을 방지한다. 또한, 상기 시스층 압출시, 용해되는 현상을 방지하기 위하여 상대적으로 분자량이 높은 제1 스티렌계 엘라스토머를 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 제1 스티렌계 엘라스토머는 스티렌-부타디엔-스티렌 (styrene-butadiene-styrene, SBS) 엘라스토머, 스티렌-이소프렌-스티렌 엘라스토머(styrene-isoprene-styrene, SIS), 및 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌 엘라스토머(styrene-ethylene-butadiene-styrene, SEBS) 중에서 하나 이상 포함할 수 있다. 상기 제1 스티렌계 엘라스토머를 포함시, 시스층 형성시 상기 제2 절연층이 녹는 현상을 방지하고, 상기 제2 절연층은 가교를 실시하지 않아 리사이클이 가능하다.
상기 제1 스티렌계 엘라스토머의 용융지수는 0.1~1g/10min(ASTM D1238, 230℃, 2.16kg 측정기준)일 수 있다. 상기 범위의 용융지수에서 혼합성, 성형성 및 기계적 물성이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 제2 베이스 수지 전체중량에 대하여 폴리프로필렌계 수지 55~80 중량% 및 제1 스티렌계 엘라스토머 20~45 중량%를 포함한다. 상기 범위로 포함시 상기 제2 절연층 혼련시 뭉침현상을 방지하며, 상용성이 우수하고, 저온특성, 절연저항특성 및 내열성이 우수하여, 전기자동차 충전케이블의 신호용 전선용도로 적합할 수 있다.
상기 폴리프로필렌계 수지를 55 중량% 미만으로 포함시 상기 제2 절연층의 유연성 및 저온특성이 저하되고, 80 중량%를 초과하여 포함시 상기 제2 절연층의 압출성 및 성형성이 저하된다. 상기 제1 스티렌계 엘라스토머를 20 중량% 미만으로 포함시 상기 제2 절연층의 유연성, 성형성 및 저온특성이 저하되며, 45 중량%를 초과하여 포함시 상기 제2 절연층의 기계적 강도가 저하된다. 예를 들면, 상기 제2 베이스 수지 전체중량에 대하여 상기 폴리프로필렌계 수지 55~65 중량% 및 제1 스티렌계 엘라스토머 35~45 중량%를 포함할 수 있다.
제2 필러
상기 제2 필러는 보강성 충전제로서 가공성, 열안정성, 내열성 및 기계적 강도를 동시에 향상시키기 위한 목적으로 포함된다. 한 구체예에서 상기 제2 필러는 실리카(silica, SiO2), 탄산칼슘(CaCO3), 수산화 마그네슘(Mg(OH)2), 및 하이드로탈사이트(hydrotalcite) 중에서 하나 이상 포함한다.
또한, 상기 제2 필러는 전술한 성분을 표면 처리한 것을 사용한다. 상기 표면 처리는, 본 발명의 내수성 및 상기 제2 필러와 수지 성분과의 상용성을 확보하기 위해 포함된다. 구체예에서 상기 표면처리는 실란계 커플링제, 티타네이트계 커플링제, 지방산, 금속수화물(금속 수산화물), 아민 및 아민의 금속염 중에서 하나 이상으로 상기 제2 필러의 표면을 코팅하는 것일 수 있다. 한 구체예에서 상기 지방산은 스테아린산, 올레인산, 팔미트산 및 베헨산 중에서 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기와 같이 제2 필러를 표면처리시, 상용성 및 물리적 강도를 동시에 확보하며, 제2 절연층 압출시 외관 및 외경을 일정하게 형성시키는 효과가 있다.
이때, 상기 표면 처리된 제2 필러의 평균크기는 0.01㎛~2㎛이고, 비표면적(BET 법)은 5㎟/g~100㎟/g일 수 있다. 예를 들면 평균크기가 0.1㎛~1㎛이고, 비표면적은 5㎟/g~50㎟/g일 수 있다. 상기 범위에서 본 발명의 분산성, 성형성 및 기계적 강도가 우수할 수 있다. 한편, 본 명세서에서 상기 “크기”는 “최대 길이”를 의미한다.
상기 제2 필러는 상기 제2 베이스 수지 100 중량부에 대하여 10 중량부 내지 80 중량부 포함된다. 상기 범위로 포함시 가공성, 내열성 및 기계적 강도가 우수할 수 있다. 상기 제2 필러를 10 중량부 미만으로 포함시 상기 제2 절연층의 내열성 및 기계적 강도의 확보가 어려우며, 상기 제2 필러를 80 중량부를 초과하여 포함시 상기 제2 절연층의 가공성 및 저온 유연성 등의 물리적 성질이 저하될 수 있다. 예를 들면 30 중량부 내지 70 중량부 포함될 수 있다. 다른 예를 들면 45 중량부 내지 65 중량부 포함될 수 있다.
본 발명의 한 구체예에서, 상기 제2 조성물은 제2 산화방지제 및 제2 활제를 더 포함할 수 있다.
제2 산화방지제
상기 제2 산화방지제는 상기 제2 조성물의 가공시 분해를 방지하고, 내열성을 향상시켜 고온환경에서 상기 제2 전선의 노화를 지연시킬 수 있다.
한 구체예에서 상기 제2 산화방지제는 페놀계, 인계, 황계, 아민계 및 금속계 산화방지제 중에서 하나 이상 포함할 수 있다. 예를 들면, 페놀계 및 금속계 산화방지제를 사용할 수 있다. 상기 제2 산화방지제는, 전술한 제1 산화방지제와 동일한 것을 사용할 수 있으므로, 상세한 설명은 생략하도록 한다.
상기 제2 산화방지제는 페놀계 및 금속계 산화방지제를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 페놀계 및 금속계 산화방지제를 1:0.5~1:5의 중량비로 포함할 수 있다. 상기 중량비로 포함시 상기 제2 조성물과 혼합성이 우수하면서 시너지 효과가 우수하여 상기 제2 절연층의 에이징(aging)시, 도체 자유전자의 절연층 공격을 방지하면서, 원료 가공 및 전선 사용시 절연층의 노화를 방지하는 효과가 우수할 수 있다. 예를 들면 1:0.8~1:2의 중량비로 포함할 수 있다.
상기 제2 산화방지제는 상기 제2 베이스 수지 100 중량부에 대하여 0.1~10 중량부 포함될 수 있다. 상기 범위에서 본 발명의 물성을 저해하지 않으면서 노화 및 열화 현상 방지 효과가 우수할 수 있다. 예를 들면 0.1 중량부 내지 5 중량부 포함될 수 있다. 다른 예를 들면 0.5 중량부 내지 3 중량부 포함될 수 있다.
제2 활제
상기 제2 활제는 상기 제2 조성물의 유동성 및 가공성을 향상시키는 목적으로 포함될 수 있다. 본 발명에서 상기 제2 활제는 통상적인 것을 사용할 수 있다. 예를 들면, 불소계, 실리콘계, 아마이드계, 아연계 및 지방산계 활제를 사용할 수 있다. 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 제2 활제는, 전술한 제1 활제와 동일한 것을 사용할 수 있으므로, 상세한 설명은 생략하도록 한다.
한 구체예에서 상기 제2 활제로는 금속계 활제 및 실리콘계 활제를 1:0.5~1:3 중량비로 포함할 수 있다. 상기 중량비로 포함시 내부 및 외부 활제 역할(제2 조성물 컴파운딩시 분산 및 전선 압출시 외관성 개선)이 우수할 수 있다. 예를 들면, 아연-아마이드 활제 및 실리콘 오일을 1:0.5~1:3 중량비로 포함할 수 있다.
상기 제2 활제는 상기 제2 베이스 수지 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 내지 10 중량부 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시 외관성, 윤활성이 우수하고, 상기 제2 필러 성분 등의 분산성이 우수하여 가공성이 향상될 수 있다. 예를 들면 0.1 중량부 내지 5 중량부 포함될 수 있다. 다른 예를 들면 0.5 중량부 내지 3 중량부 포함될 수 있다.
상기 제2 조성물을 적용하여 제2 절연층 제조시 눌림이 없고, 비가교 타입이지만, 시스층 압출 형성시 제2 절연층이 녹는 현상을 방지할 수 있고, PVC 대비 저온특성, 절연저항특성, 및 내열성 등의 특성이 개선될 수 있다.
시스층
상기 시스층은 상기 제1 전선 및 제2 전선을 감싸 형성된다. 한 구체예에서 시스층은 제3 베이스 수지 및 인계 난연제를 포함하는 제3 조성물로 형성된다. 한 구체예에서 상기 시스층은 복수 개의 제1 전선 및 제2 전선을 감싸며 형성될 수 있다. 상기 도 1을 참조하면, 한 구체예에서 시스층(40)은 3개의 제1 전선(30a, 30b, 30c) 및 1개의 제2 전선(31)을 감싸 형성될 수 있다. 시스층의 두께는 상기 제1 전선 및 제2 전선의 굵기에 따라 달라질 수 있다. 예를 들면 0.01mm 내지 5mm 일 수 있다.
제3 조성물
제3 베이스 수지
상기 제3 베이스 수지는 열가소성 폴리우레탄 수지(Thermoplastic polyurethane resin) 및 제2 스티렌계 엘라스토머를 포함한다.
한 구체예에서 상기 열가소성 폴리우레탄 수지는 본 발명에서 우수한 내한성, 내유성, 내마모성, 및 내후성이 부여하는 목적으로 포함된다.
한 구체예에서, 상기 열가소성 폴리우레탄 수지는 폴리에테르(polyether) 베이스로 이루어질 수 있다.
한 구체예에서 상기 열가소성 폴리우레탄 수지의 용융지수는 30~50g/10min(ASTM D1238, 190℃, 2.16kg 측정기준)인 것을 사용할 수 있다. 상기 범위의 용융지수에서 상기 제2 스티렌계 엘라스토머 및 난연제와의 혼합성, 성형성 및 기계적 물성이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 열가소성 폴리우레탄 수지의 쇼어 경도(A)는 70 내지 95인 것을 사용할 수 있다. 예를 들면 75 내지 90인 것을 사용할 수 있다. 상기 경도 범위에서 본 발명의 쉬스의 접착력, 인장강도, 경도, 밀도, 저온특성 및 유연성 등의 밸런스가 우수할 수 있다.
상기 제2 스티렌계 엘라스토머는 상기 시스층에 무광 효과를 부여하며, 저온 유연성을 개선하는 목적으로 포함된다. 상기 제2 스티렌계 엘라스토머는 스티렌-부타디엔-스티렌 (styrene-butadiene-styrene, SBS) 엘라스토머, 스티렌-이소프렌-스티렌 엘라스토머(styrene-isoprene-styrene, SIS), 및 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌 엘라스토머(styrene-ethylene-butadiene-styrene, SEBS) 중에서 하나 이상 포함할 수 있다. 상기 제2 스티렌계 엘라스토머를 포함시, 상기 시스층에 무광 효과를 부여하며, 저온 유연성을 개선한다. 자동차용 충전케이블을 저온에서 사용시 딱딱하게 굳는 현상이 발생하여, 사용상 불편함이 있는데, 상기 열가소성 폴리우레탄 및 제2 스티렌계 엘라스토머를 포함시, 저온유연성이 우수하여 사용상 발생하는 불편함을 개선한다.
한 구체예에서 상기 제2 스티렌계 엘라스토머의 용융지수는 0.5~5g/10min(ASTM D1238, 190℃, 2.16kg 측정기준)인 것을 사용할 수 있다. 상기 범위의 용융지수에서 상기 열가소성 폴리우레탄 수지 및 난연제와의 혼합성, 성형성 및 기계적 물성이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 제2 스티렌계 엘라스토머로 용융지수 1~2g/10min 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌 엘라스토머(SEBS)를 포함할 수 있다. 상기 조건의 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌 엘라스토머(SEBS)를 포함시, 극성이 높아 상기 열가소성 폴리우레탄 수지와 혼합성이 우수하며, 성형성 및 기계적 물성이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 제3 베이스 수지는 열가소성 폴리우레탄 수지(Thermoplastic polyurethane resin) 55~90 중량% 및 제2 스티렌계 엘라스토머 10~45 중량%를 포함한다. 상기 범위로 포함시 상기 시스층의 저온 유연성, 내한성, 내유성, 내마모성, 및 내후성이 우수할 수 있다. 상기 열가소성 폴리우레탄 수지를 55 중량% 미만으로 포함시 상기 시스층의 내한성, 내후성 및 내마모성이 저하되고, 90 중량%를 초과하여 포함시 상기 시스층의 유연성이 저하된다. 제2 스티렌계 엘라스토머를 10 중량% 미만으로 포함시 상기 시스층의 유연성이 저하되고, 45 중량%를 초과하여 포함시 상기 시스층의 내한성, 내후성 및 내마모성이 저하된다. 예를 들면, 상기 제3 베이스 수지 전체중량에 대하여 상기 열가소성 폴리우레탄 수지 55~70 중량% 및 제2 스티렌계 엘라스토머 30~45 중량% 포함할 수 있다.
인계 난연제
상기 인계 난연제는 상기 시스층의 난연성, 및 내열성을 확보하는 목적으로 포함된다. 상기 제3 조성물은 친환경 인계 난연제를 사용함으로써, 환경친화적이며, 가교를 실시하지 않아 리사이클이 가능하여 친환경성 및 경제성이 우수할 수 있다.
상기 인계 난연제의 주된 메커니즘(mechanism)은, 에스테르 교환반응(trans esterification), 탈수소반응(dehydration), 탈수반응(dehydroxylation) 및 탄화반응(carbonization)에 의하여 차르 형성이 촉진되고, 연소시 표면에 불연층을 형성함에 의하여 표면에 고분자 수지 성분 내부로의 열전달과 연소영역으로의 연료(fuel) 공급을 물리적으로 차단하는 역할을 한다.
한 구체예에서 상기 인계 난연제로는 알루미늄 폴리포스피네이트(aluminium polyphosphinate), 알루미늄 포스피네이트(aluminum phosphate), 칼슘 포스피네이트(calcium phosphinate), 아연 포스피네이트(zinc phosphinate), 트리페닐포스페이트(triphenyl phosphate), 트리알킬페닐포스페이트(trialkylphenyl phosphate), 트리크레실포스페이트(tricrecylphosphate), 프로필레이티드트리페닐포스페이트(propylated triphenylphosphate), 부틸레이티드트리페닐포스페이트(butylated triphenyl phosphate), 트리에틸포스페이트(triethylphosphate), 트리부틸포스페이트(tributyl phosphate), 레소시놀디포스페이트(resorcinoldiphosphate), 비스페놀디포스페이트(bisphenoldiphosphate), 디메틸메틸포스포네이트(dimethyl methyl phosphonate), 폴리포스페이트에스터(polyphosphate ester), 올리고머릭오가노포스페이트(oligomeric organophosphate), 에틸피로카데콜포스페이트, 디피로카데콜바이포스페이트, 폴에틸에틸렌옥시포스페이트(polyethylene ethyleneoxy phosphate), 메틸네오펜틸포스페이트(methylneopentylphosphate), 펜타에리스리톨디에틸포스페이트(pentaeritritoldiethylphosphate), 펜타에리스리톨 디페닐포스페이트(pentaeritritoldiphenylphosphate), 메틸네오펜틸포스포네이트(methylneopentylphosphonate), 디사이크로펜틸디포스페이트 (dicyclopentyldiphosphate) 및 디네오펜틸바이포스페이트(dineopentylbiphosphate) 중에서 하나 이상 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 인계 난연제는 상기 제3 베이스 수지 100 중량부에 대하여 10~70 중량부 포함될 수 있다. 상기 함량으로 포함시 본 발명의 난연효과가 충분히 구현될 수 있고, 과량 첨가에 따른 기계적 물성 저하를 초래하지 않을 수 있다. 상기 인계 난연제를 10 중량부 미만 포함시 난연성이 저하되며, 70 중량부를 초과하여 포함시 상기 시스층의 충격강도 및 전기적 특성이 저하되고, 인장강도 및 신장률 등의 기계적 물성이 저하될 수 있다. 예를 들면 30 중량부 내지 65 중량부 포함될 수 있다. 다른 예를 들면 45 중량부 내지 55 중량부 포함될 수 있다.
난연보조제
본 발명의 다른 구체예에서 상기 제3 조성물은 난연보조제를 더 포함할 수 있다. 한 구체예에서 상기 난연보조제는 질소계 난연보조제 및 금속계 난연보조제 중 하나 이상 포함할 수 있다.
상기 질소게 난연제로는 멜라민 포스페이트(melamine phosphate), 멜라민 시아누레이트(melamine cyanurate), 암모늄 폴리포스페이트(ammonium polyphosphate) 및 알킬 아민 포스페이트(alkylamine phosphate) 중에서 하나 이상 포함할 수 있다.
상기 금속계 난연제로는 수산화 마그네슘(Mg(OH)2), 수산화 알루미늄(Al(OH)3) 및 수산화 칼슘(Ca(OH)2) 중에서 하나 이상 포함할 수 있다.
상기 종류의 난연 보조제를 포함시, 상기 시스층의 난연성을 더욱 향상시킬 수 있다.
한 구체예에서 상기 난연보조제는 상기 제3 베이스 수지 100 중량부에 대하여 1~10 중량부 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시 상기 시스층의 경제성 및 난연성이 우수할 수 있다.
본 발명의 한 구체예에서 상기 제3 조성물은 제3 산화방지제 및 제3 활제를 더 포함할 수 있다.
제3 산화방지제
상기 제3 산화방지제는 상기 제3 조성물의 가공시 가수분해를 방지하고, 내열성을 향상시켜 고온환경에서 상기 시스층의 노화를 지연시킬 수 있다.
한 구체예에서 상기 제3 산화방지제는 페놀계, 인계, 황계, 아민계 및 금속계 산화방지제 중에서 하나 이상 포함할 수 있다. 예를 들면, 페놀계 및 금속계 산화방지제를 사용할 수 있다. 상기 제3 산화방지제는, 전술한 제1 산화방지제와 동일한 것을 사용할 수 있으므로, 상세한 설명은 생략하도록 한다.
상기 제3 산화방지제는 페놀계 및 금속계 산화방지제를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 페놀계 및 금속계 산화방지제를 1:0.5~1:5의 중량비로 포함할 수 있다. 상기 중량비로 포함시 상기 제3 조성물과 혼합성이 우수하면서 시너지 효과가 우수하여 상기)시, 시스층의 노화를 방지하는 효과가 우수할 수 있다. 예를 들면 1:0.8~1:2의 중량비로 포함할 수 있다.
상기 제3 산화방지제는 상기 제3 베이스 수지 100 중량부에 대하여 0.1~10 중량부 포함될 수 있다. 상기 범위에서 본 발명의 물성을 저해하지 않으면서 노화 및 열화 현상 방지 효과가 우수할 수 있다. 예를 들면 0.1 중량부 내지 5 중량부 포함될 수 있다. 다른 예를 들면 0.5 중량부 내지 3 중량부 포함될 수 있다.
제3 활제
상기 제3 활제는 상기 제3 조성물의 유동성 및 가공성을 향상시키는 목적으로 포함될 수 있다. 본 발명에서 상기 제3 활제는 통상적인 것을 사용할 수 있다. 예를 들면, 불소계, 실리콘계, 아마이드계, 아연계 및 지방산계 활제를 사용할 수 있다. 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 제3 활제는, 전술한 제1 활제와 동일한 것을 사용할 수 있으므로, 상세한 설명은 생략하도록 한다.
한 구체예에서 상기 제3 활제로는 지방산계 활제 및 실리콘계 활제를 1:0.5~1:3 중량비로 포함할 수 있다. 상기 중량비로 포함시 상기 제3 조성물 컴파운딩시 분산효율 증대와, 시스층 압출시 외관성 개선 효과가 우수할 수 있다. 예를 들면, 몬탄 왁스 및 실리콘 오일을 1:0.5~1:3 중량비로 포함할 수 있다.
상기 제3 활제는 상기 제3 베이스 수지 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 내지 10 중량부 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시 외관성, 윤활성이 우수하고, 난연제 등의 분산성이 우수하여 가공성이 향상될 수 있다. 예를 들면 0.1 중량부 내지 5 중량부 포함될 수 있다. 다른 예를 들면 0.5 중량부 내지 3 중량부 포함될 수 있다.
본 발명의 다른 구체예에서, 상기 제3 조성물은 첨가제를 더 포함할 수 있다.
첨가제
한 구체예에서 상기 첨가제는, 광안정제, 광흡수제 및 가수분해 방지제 중에서 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 광안정제는 상기 광흡수제에 흡수된 자외선의 활성을 제어하여, 상기 시스층을 안정화시키며, 폴리머의 분해를 방지한다. 한 구체예에서 상기 광안정제는 힌더드 아민계 광안정제(hindered amine light stabilizer, HALS) 등을 사용할 수 있다. 한 구체예에서 상기 힌더드 아민계 자외선 안정제로는 2,2,6,6-테트라메틸-4-비페리딜스테아레이트, 1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리딜벤조에이트, N-(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)도데실숙신산이미드, 1-〔(3,5-디 제3부틸-4-히드록시페닐)프로피오닐옥시에틸〕-2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜-(3,5-디 제3부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트, 비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)세바케이트, 비스(1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리딜)세바케이트, 비스(1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리딜)-2-부틸-2-(3,5-디제3부틸-4-히드록시벤질)말로네이트, N,N'-비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)헥사메틸렌디아민, 테트라(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)부탄테트라카르복실레이트, 테트라(1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리딜)부탄테트라카르복실레이트 및 비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)ㆍ디(트리데실)부탄테트라카르복실레이트 등을 사용할 수 있다. 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 광흡수제는 상기 시스층에 침투하는 자외선을 흡수하여, 폴리머 성분의 분해를 지연시킨다. 한 구체예에서 상기 광흡수제는 트리아진계 자외선 흡수제를 사용할 수 있다. 한 구체예에서 상기 광흡수제로는 6-[비스(2,4-다이메틸페닐)-1,3,5-트리아진, 6-[비스(2,4-다이메틸페닐)-1,3,5 트리아진 및 트리스[2,4,6-[2-{4-(옥틸-2-메틸에타노에이트)옥시-2하이드록시페닐}]-1,3,5 트리아진 등을 사용할 수 있다. 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 가수분해 방지제는 상기 시스층 형성시, 제3 베이스 수지에 포함되는 열가소성 우레탄 성분이 가수분해되는 현상을 방지하기 위한 목적으로 포함될 수 있다. 한 구체예에서 상기 가수분해 방지제로는, 카보다이이미드(carbodiimide)계 가수분해 방지제를 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 첨가제로 광흡수제 및 광안정제를 1:0.1~1:3 중량비로 포함할 수 있다. 상기 중량비로 포함시 본 발명의 자외선 안정성, 및 내후성이 우수할 수 있다.
다른 구체예에서 상기 첨가제로 광흡수제, 광안정제 및 가수분해 방지제를 1:0.1:0.1~1:2:3 중량비로 포함할 수 있다. 상기 중량비로 포함시 본 발명의 자외선 안정성, 및 내후성이 우수할 수 있다.
상기 첨가제는 상기 제3 베이스 수지 100 중량부에 대하여 0.1~10 중량부 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시, 상기 시스층의 기계적 물성을 저해하지 않으면서 내후성 및 자외선 안정성이 우수할 수 있다.
PVC의 경우 연소 시 독성 물질 및 부식성 가스가 발생되어, 친환경적이지 못하고, 또한 저온특성 및 기계적 물성을 발현하는데, 한계가 있어 왔다. 하지만, 상기 제3 조성물의 경우 기계적 물성 및 저온특성, 내유성 등이 뛰어난 열가소성 폴리우레탄 및 인계 및 질소계 난연제를 사용하여 친환경적이며, 사용상 편의성이 개선되었다. 또한 스티렌계 열가소성 엘라스토머를 블렌딩하여, 기존 열가소성 폴리우레탄 대비 압출성이 개선될 수 있다.
최근 정부의 환경 규제강화로 완성차 업체는 고연비 및 CO2 배출이 적은 EV, PHEV 등의 친환경 차량 개발에 박차를 가하고 있는 상황이며, 본 발명은 EV, PHEV 시스템 등에 적합한 친환경 전선소재를 적용한 충전케이블을 개발하는데 목적이 있으며, 종래 PVC를 사용한 제품 대비 저온유연성 및 내유성 그리고 기계적 물성이 뛰어날 수 있다.
본 발명의 전기자동차 충전케이블은, IEC62893에 따른 내열등급 CLASS 2(105℃급)를 충족시킬 수 있는 복합재료를 제조하는 기술 확보하고, 할로겐 원소를 포함하지 않는 친환경 난연재료를 제조하며, 고난연성을 가지면서 압출 성형성이 우수하고, 전 세계적으로 강화되는 환경규제(2006년 07월 01일부터 6종(Pb, Cd, Cr6 +, Hg, PBB, PBDE) 유해물질 전기 및 전자제품 유럽시장 판매금지, 미국: 난연물질 PBDEs 2008년부터 사용규제, 유럽: 유해물질사용 제한지침 (RoHS), 일본: 2006년부터 J-MOSS 실시 환경규제 강화, 한국: 환경마크(표지)제도, 친환경 상품법 등)에 자동차 전선 산업의 적극적인 대처가 가능할 수 있다.
전기자동차용 충전 케이블 제조방법
본 발명의 다른 관점은 상기 전기자동차용 충전 케이블의 제조방법에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 전기자동차용 충전 케이블 제조방법은 (a) 제1 전선 형성단계; (b) 제2 전선 형성단계; 및 (c) 시스층 형성단계;를 포함한다.
좀 더 구체적으로 상기 전기자동차용 충전 케이블 제조방법은 (a) 제1 도체 둘레에 제1 베이스 수지 100 중량부, 제1 필러 10~80 중량부, 및 가교조제 1~10 중량부를 포함하는 제1 조성물을 피복하여 제1 절연층을 형성하는 단계; (b) 제2 도체 둘레에 제2 베이스 수지 100 중량부 및 제2 필러 10~80 중량부를 포함하는 제2 조성물을 피복하여 제2 절연층을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 제1 절연층 및 제2 절연층 둘레에 제3 베이스 수지 100 중량부, 및 인계 난연제 10~70 중량부를 포함하는 제3 조성물을 피복하여 시스층을 형성하는 단계;를 포함한다.
상기 제1 베이스 수지는 에틸렌-프로필렌계 고무(Ethylene-propylene rubber, EPR) 35~65 중량% 및 폴리올레핀 수지(Polyolefin resin) 35~65 중량%를 포함하고, 상기 제2 베이스 수지는 폴리프로필렌계 수지 55~80 중량% 및 제1 스티렌계 엘라스토머 20~45 중량%를 포함하고, 그리고, 상기 제3 베이스 수지는 열가소성 폴리우레탄 수지(Thermoplastic polyurethane resin) 55~90 중량% 및 제2 스티렌계 엘라스토머 10~45 중량%를 포함한다.
(a) 제1 전선 형성단계
상기 단계는 제1 베이스 수지 100 중량부, 제1 필러 10~80 중량부, 및 가교조제 1~10 중량부를 포함하는 제1 조성물을 피복하여 제1 절연층을 형성하는 단계이다. 한 구체예에서 상기 제1 조성물 을 이축 압출기(Twin Screw Extruder) 또는 니더(Kneader)를 이용하여, 혼련하고, 펠렛(Pellet) 형태로 컴파운딩 한 다음, 전선용 압출기를 이용하여 제1 절연층을 형성할 수 있다.
(b) 제2 전선 형성단계
상기 단계는 제2 도체 둘레에 제2 베이스 수지 100 중량부 및 제2 필러 10~80 중량부를 포함하는 제2 조성물을 피복하여 제2 절연층을 형성하는 단계이다.
(c) 시스층 형성단계
상기 단계는 상기 제1 절연층 및 제2 절연층 둘레에 제3 베이스 수지 100 중량부, 및 인계 난연제 10~70 중량부를 포함하는 제3 조성물을 피복하여 시스층을 형성하는 단계이다.
한 구체예에서 상기 제1 내지 제3 조성물은 각각 전술한 성분 및 함량으로 이축압출기 또는 니더를 사용하여 150℃~250℃에서 용융 및 혼련하여 냉각 후, 1차 압출물을 제조하고 상기 1차 압출물을 스트렌드 컷팅하여 펠렛 형태로 제조할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되지는 않는다. 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
실시예 및 비교예
하기 실시예 및 비교예에서 사용된 성분의 구체적인 사양은 하기와 같다.
(1) 제1 조성물
(A) 제1 베이스 수지: (A1) 에틸렌-프로필렌계 고무: 무니점도가 20~60 ML(1+4) 125℃인 에틸렌노보넨(5-ethylene-2-norbornene, ENB을 0.5% 이상 포함하는 에틸렌-프로필렌-디엔 고무를 사용하였다.
(A2) 폴리올레핀 수지: 폴리에틸렌(PE) 수지를 사용하였다.
(B) 제1 필러: 실란으로 표면처리(코팅)된 평균크기 1㎛의 Mg(OH)2를 사용하였다.
(C) 가교조제: 트리알릴 이소시아누레이트(Triallyl Isocyanurate, TAIC)를 사용하였다.
(D) 제1 산화방지제: (D1) 페놀계 산화방지제로 Basf사 irganox 1010을 사용하였다. (D2) 페놀계 산화방지제로 Ciba사 irganox 1024를 사용하였다.
(E) 제1 활제: (E1) 아마이드계 활제로, 아연-아마이드(Zn-amide) 활제를 사용하였다. (E2) 실리콘계 활제로 실리콘 왁스를 사용하였다.
(2) 제2 조성물
(A) 제2 베이스 수지: (A1) 폴리프로필렌계 수지로 용융지수가 5.0g/10min(ASTM D1238, 230℃, 2.16kg 측정기준)인 에틸렌-프로필렌으로 이루어진 폴리프로필렌 블록 공중합체 수지를 사용하였다. (A2) 제1 스티렌계 엘라스토머로 용융지수가 1.0g/10min(ASTM D1238, 230℃, 2.16kg 측정기준) 이하인 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌(SEBS)을 사용하였다.
(B) 제2 필러: 실란으로 표면처리(코팅)된 평균크기 1㎛의 Mg(OH)2를 사용하였다.
(C) 제2 산화방지제: (C1) 페놀계 산화방지제로 Basf사 irganox 1010을 사용하였다. (C2) 페놀계 산화방지제로 Ciba사 irganox 1024를 사용하였다.
(D) 제2 활제: (D1) 아마이드계 활제로, 아연-아마이드(Zn-amide) 활제를 사용하였다. (D2) 실리콘계 활제로 실리콘 왁스를 사용하였다.
(3) 제3 조성물
(A) 제3 베이스 수지: (A11) 경도(shore A)가 70~95이며, 용융지수가 30~50g/10min(ASTM D1238, 230℃, 2.16kg 측정기준)인 폴리에테르 베이스의 열가소성 폴리우레탄 수지를 사용하였다. (A12) 제2 스티렌계 엘라스토머로 용융지수가 1g/10min(ASTM D1238, 230℃, 2.16kg 측정기준)인 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌(SEBS)을 사용하였다.
(B) 난연제: 인계 난연제로 알루미늄 폴리포스피네이트를 사용하였다.
(C) 난연 보조제: 멜라민 시아누레이트를 사용하였다.
(D) 제3 산화방지제: (D1) 페놀계 산화방지제로 Basf사 irganox 1010을 사용하였다. (D2) 인계 산화방지제로 Ciba사 Irganox 168을 사용하였다.
(E) 첨가제: (E1) 트리아진계 광흡수제(자외선 흡수제)를 사용하였다. (E2) 힌더드 아민계 광안정제(자외선 안정제)를 사용하였다. (E3) 가수분해 방지제로 TPU의 특성인 가수분해를 방지시킬 수 있는 카보다이이미드계 가수분해 방지제(stabaxol P)를 사용하였다.
(F) 제3 활제: (F1) 지방산계 활제로 몬탄(montane)계 왁스를 사용하였다. (F2) 실리콘계 활제로 실리콘 왁스를 사용하였다.
제1 절연층 및 제2 절연층 제조
하기 실시예 1 및 비교예 1~3에 대하여, 상기 표 1 및 표 2와 같은 성분 및 함량으로 이축 압출기(twin screw extruder)를 사용하여 제1 조성물 및 제2 조성물을, 각각 120℃~235℃에서 혼련하고 수냉 커팅하여 펠렛을 제조하였다. 상기 제조된 펠렛을 투 롤밀(two roll mill) 및 프레스(press)를 이용하여 제1 절연층 및 제2 절연층 시편을 제조하였다.
Figure 112015103277785-pat00001
Figure 112015103277785-pat00002
제1 절연층 및 제2 절연층의 물성평가
상기 제조된 실시예 1 및 비교예 1~3의 제1 절연층 시편에 대하여, EN 50620 기준에 의거하여 인장강도(kgf/㎟), 인장잔률(%), 신장률(%), 신장잔률(%) 및 경도(shore A)를 측정하여 각각 하기 표 3에 나타내었다.
또한, 실시예 1 및 비교예 1~3의 제1 절연층 시편에 대하여, EN 50620 기준에 의거하여 인장강도(kgf/㎟), 인장잔률(%), 신장률(%), 신장잔률(%) 및 경도(shore D)를 측정하여 각각 하기 표 4에 나타내었다.
Figure 112015103277785-pat00003
Figure 112015103277785-pat00004
상기 표 3의 결과를 참조하면, 본 발명의 실시예 1의 제1 절연층은, 비교예 1~3 비해 인강강도, 신장률, 유연성 및 경도가 비교예 1~3에 비해 높은 것으로 나타났으며, 저온특성, 절연저항성 및 유연성이 우수하여 자동차 충전케이블 전원용 전선으로 사용하기 적합한 것을 알 수 있었다. 반면, 본 발명의 제1 베이스 수지 범위를 벗어나 적용한 비교예 1의 경우, 상기 실시예에 비해 경도가 저하되었으며, 비교예 2~4의 경우 상기 실시예 1에 비해 경도 및 인장강도가 저하되어 자동차 충전케이블 전원용 전선으로 사용하기 적합하지 않음을 알 수 있었다.
상기 표 4의 결과를 참조하면, 본 발명의 실시예 1의 제2 절연층은, 비교예 1~3 비해 인강강도, 신장률, 유연성 및 경도가 비교예 1~3에 비해 높은 것으로 나타났으며, 저온특성, 절연저항성 및 유연성이 우수하여 자동차 충전케이블 신호용 전선으로 사용하기 적합한 것을 알 수 있었다. 반면, 본 발명의 제2 베이스 수지 범위를 벗어나 적용한 비교예 1~3의 경우, 상기 실시예에 비해 경도 및 인장강도가 저하되고, 숙성(aging) 후 인장잔률이 증가하였으며, 특히 비교예 3의 경우 상기 실시예 1에 비해 경도 및 인장강도가 저하되어 자동차 충전케이블 신호용 전선으로 사용하기 적합하지 않음을 알 수 있었다.
시스층 시편 제조
하기 실시예 1 및 비교예 1~3에 대하여, 하기 표 5의 성분 및 함량으로 이축 압출기(twin screw extruder)를 사용하여 제3 조성물을 120℃~180℃에서 혼련하여 펠렛을 제조하였다. 상기 제조된 펠렛을 투롤밀(two roll mill) 및 프레스(press)를 이용하여 시스층 시편을 제조하였다.
Figure 112015103277785-pat00005
시스층의 물성평가
상기 제조된 실시예 1 및 비교예 1~3의 시스층 시편에 대하여, EN 50620 기준에 의거하여 인장강도(kgf/㎟), 인장잔률(%), 신장률(%), 신장잔률(%) 및 경도(shore A)를 측정하여 표 6에 나타내었다.
Figure 112015103277785-pat00006
상기 표 6의 결과를 참조하면, 본 발명의 실시예 1의 시스층은, 비교예 1~3 비해 인강강도, 신장률, 저온 굽힘성, 내유성, 내수성 및 광저항성이 전반적으로 우수하였으며, 저온특성, 절연저항성 및 유연성이 우수하여 자동차 충전케이블 시스층 용도로 사용하기 적합한 것을 알 수 있었다. 반면, 본 발명의 제3 베이스 수지 범위를 벗어나 적용한 비교예 1~3의 경우, 상기 실시예 1에 비해 인장강도 및 인장잔률 특성이 저하되어, 시스층 용도로 사용하기 적합하지 않음을 알 수 있었다.
충전케이블 시편 제조
상기 실시예 1의 제1 조성물 및 제2 조성물을 이용하여 도 1과 같은 구조의 충전케이블을 제조하였다. 구체적으로, 구리 재질의 제1 도체선의 둘레를 실시예 1의 제1 조성물로 피복하여 제1 절연층을 형성하여, 2.5SQ 규격의 제1 전선을 3개 제조하고, 구리 재질의 제2 도체선의 둘레를 상기 실시예 1의 제2 조성물로 피복하여 제2 절연층을 형성하여 0.5SQ 규격의 제2 전선을 1개 제조하였다. 그 다음에, 제3 조성물을 이용하여 상기 3개의 제1 전선(제1 절연층) 및 1개의 제2 전선(제2 절연층)의 둘레를 피복하여 쉬스층을 형성하였다. 그 다음에, 상기 제조된 실시예 1의 케이블에 대하여 IEC 62893 기준에 의거하여 하기와 같이 물성을 평가하여 하기 표 7 내지 표 9에 그 결과를 나타내었다.
Figure 112015103277785-pat00007
Figure 112015103277785-pat00008
Figure 112015103277785-pat00009
한편 상기 표 9의 내 saponification 시험법은, 실시예 1 시스층 샘플0.5g 및 50ml의 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran)을 혼합하고, 시료가 완전 용해될때까지 60℃의 온장고(heating cabinet)에 보관하였다. 그 다음에, 뷰렛으로 25ml의 수산화칼륨(caustic potash solution)을 가하고, 비등석(boiling stone)을 투입하고, 상기 혼합된 시스층 샘플을 끓는 온도의 수조에 3시간 동안 두었다가, 꺼내는 즉시 50ml 증류수 및 페놀프탈레인(phenolphthalein) 3 방울을 떨어트렸다. 그 다음, 염산(consumption a)을 사용하여 역적정(back titration)을 수행하고, 동일한 방식으로 염산(consumption b)을 이용하여 추가 실험을 실시한 후, 상기 a, b값을 하기 식 1에 대입하여 비누화 값(mg of KOH/kg)을 도출한 것이다:
[식 1]
비누화 값(Saponification value) = {(b-a) x 28.05}/(시스층 샘플 무게(E))
상기 표 7 내지 표 9의 결과를 참조하면, 본 발명에 따른 실시예 1의 충전 케이블의 제1 절연층, 제2 절연층 및 시스층은 IEC 62893 기준을 만족하는 것을 알 수 있었다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.
10a, 10b, 10c: 제1 도체 11: 제2 도체
20a, 20b, 20c: 제1 절연층 21: 제2 절연층
30a, 30b, 30c: 제1 전선 31: 제2 전선
40: 시스층 100: 전기자동차용 충전 케이블

Claims (12)

  1. 제1 도체, 및 상기 제1 도체를 감싸는 제1 절연층을 포함하는 제1 전선;
    제2 도체, 및 상기 제2 도체를 감싸는 제2 절연층을 포함하는 제2 전선; 및
    상기 제1 전선 및 제2 전선을 감싸는 시스(Sheath)층;을 포함하며,
    상기 제1 절연층은 제1 베이스 수지 100 중량부, 제1 필러 45~65 중량부, 및 가교조제 2~5 중량부를 포함하는 제1 조성물로 형성되고,
    상기 제2 절연층은 제2 베이스 수지 100 중량부 및 제2 필러 45~65 중량부를 포함하는 제2 조성물로 형성되고, 그리고
    상기 시스층은 제3 베이스 수지 100 중량부, 인계 난연제 45~55 중량부 및 질소계 난연보조제 1~10 중량부를 포함하는 제3 조성물로 형성되며,
    상기 제1 베이스 수지는 에틸렌-프로필렌계 고무 45~55 중량% 및 폴리올레핀 수지 45~55 중량%를 포함하고,
    상기 제2 베이스 수지는 폴리프로필렌계 수지 55~65 중량% 및 제1 스티렌계 엘라스토머 35~45 중량%를 포함하고, 그리고
    상기 제3 베이스 수지는 열가소성 폴리우레탄 수지(Thermoplastic polyurethane resin) 55~70 중량% 및 제2 스티렌계 엘라스토머 30~45 중량%를 포함하며,
    상기 제1 스티렌계 엘라스토머 및 제2 스티렌계 엘라스토머는 각각 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌 엘라스토머(SEBS)를 포함하고,
    상기 인계 난연제는 알루미늄 폴리포스피네이트, 알루미늄 포스피네이트, 칼슘 포스피네이트, 아연 포스피네이트, 트리페닐포스페이트, 트리알킬페닐포스페이트, 트리크레실포스페이트, 프로필레이티드트리페닐포스페이트, 부틸레이티드트리페닐포스페이트 및 트리에틸포스페이트 중에서 하나 이상 포함하며,
    상기 가교조제는 트리알릴 이소시아누레이트, 트리알릴 시아누레이트, 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트 및 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트 중에서 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 충전 케이블.
  2. 제1항에 있어서, 상기 에틸렌-프로필렌계 고무는 에틸렌-프로필렌 고무 및 에틸렌-프로필렌-디엔(EPDM) 고무 중에서 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 충전 케이블.
  3. 제1항에 있어서, 상기 폴리올레핀 수지는 폴리에틸렌(polyethylene) 수지 및 폴리프로필렌(polypropylene) 수지 중에서 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 충전 케이블.
  4. 제1항에 있어서, 상기 폴리프로필렌계 수지는, 폴리프로필렌 호모 공중합체 수지, 에틸렌-프로필렌-알파(α)올레핀으로 이루어진 폴리프로필렌 3원 공중합체 수지, 에틸렌-프로필렌으로 이루어진 폴리프로필렌 블록 공중합체 수지 및 에틸렌-프로필렌으로 이루어진 폴리프로필렌 랜덤 공중합체 수지 중에서 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 충전 케이블.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 필러 및 제2 필러는 각각 실리카(silica, SiO2), 탄산칼슘(CaCO3), 수산화 마그네슘(Mg(OH)2), 및 하이드로탈사이트(hydrotalcite) 중에서 하나 이상 포함하며,
    상기 제1 필러 및 제2 필러는 각각 실란계 커플링제, 티타네이트계 커플링제, 지방산, 금속 수산화물, 아민 및 아민의 금속염 중 하나 이상으로 표면 처리된 것을 특징으로 하는 전기자동차용 충전 케이블.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 조성물, 제2 조성물 및 제3 조성물은 각각 산화방지제 및 활제를 더 포함하며,
    상기 산화방지제는 페놀계, 인계, 황계, 아민계 및 금속계 산화방지제 중에서 하나 이상 포함하고,
    상기 활제는 불소계, 실리콘계, 아마이드계, 금속계 및 지방산계 활제 중에서 하나 이상 포함하는 전기자동차용 충전 케이블.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제3 조성물은 상기 제3 베이스 수지 100 중량부에 대하여 첨가제 0.1~10 중량부를 더 포함하며,
    상기 첨가제는 광안정제, 광흡수제 및 가수분해 방지제 중에서 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 충전 케이블.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제1 절연층 및 제2 절연층은 각각 복수 개의 제1 도체 및 제2 도체를 감싸는 전기자동차용 충전 케이블.
  11. 제1항에 있어서, 상기 시스층은 복수 개의 제1 전선 및 제2 전선을 감싸는 전기자동차용 충전 케이블.
  12. 제1 도체 둘레에 제1 베이스 수지 100 중량부, 제1 필러 45~65 중량부, 및 가교조제 2~5 중량부를 포함하는 제1 조성물을 피복하여 제1 절연층을 형성하는 단계;
    제2 도체 둘레에 제2 베이스 수지 100 중량부 및 제2 필러 45~65 중량부를 포함하는 제2 조성물을 피복하여 제2 절연층을 형성하는 단계; 및
    상기 제1 절연층 및 제2 절연층 둘레에 제3 베이스 수지 100 중량부, 인계 난연제 45~55 중량부 및 질소계 난연보조제 1~10 중량부를 포함하는 제3 조성물을 피복하여 시스층을 형성하는 단계;를 포함하며,
    상기 제1 베이스 수지는 에틸렌-프로필렌계 고무 45~55 중량% 및 폴리올레핀 수지 45~55 중량%를 포함하고,
    상기 제2 베이스 수지는 폴리프로필렌계 수지 55~65 중량% 및 제1 스티렌계 엘라스토머 35~45 중량%를 포함하고, 그리고
    상기 제3 베이스 수지는 열가소성 폴리우레탄 수지(Thermoplastic polyurethane resin) 55~70 중량% 및 제2 스티렌계 엘라스토머 30~45 중량%를 포함하며,
    상기 제1 스티렌계 엘라스토머 및 제2 스티렌계 엘라스토머는 각각 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌 엘라스토머(SEBS)를 포함하고,
    상기 인계 난연제는 알루미늄 폴리포스피네이트, 알루미늄 포스피네이트, 칼슘 포스피네이트, 아연 포스피네이트, 트리페닐포스페이트, 트리알킬페닐포스페이트, 트리크레실포스페이트, 프로필레이티드트리페닐포스페이트, 부틸레이티드트리페닐포스페이트 및 트리에틸포스페이트 중에서 하나 이상 포함하며,
    상기 가교조제는 트리알릴 이소시아누레이트, 트리알릴 시아누레이트, 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트 및 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트 중에서 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 충전 케이블 제조방법.
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