KR102023001B1 - 절연 재료 - Google Patents

Abstract

본 발명은 절연 재료에 관한 것으로서, TPO, TPV, EPDM, Stylene계 Elastomer 중, 하나 또는 둘 이상의 조합으로 조성된 베이스 수지 100중량%; 상기 베이스 수지에 대하여 각각 일정 phr로 첨가되는 첨가제;를 포함하며, 상기 첨가제는, 난연제, 난연보조제, 충전제, 산화방지제, 금속안정제 및 활제 중, 하나 또는 둘 이상의 조합으로 조성된 것을 특징으로 한다.

Description

절연 재료{Insulation material}

본 발명은 절연 재료에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 휨 등에 의한 손상이 방지되도록 높은 인장강도를 갖고, 고온에서 내열 특성이 향상되도록 한 절연 재료에 관한 것이다.

일반적으로, 차량에는 다양한 전기장치들이 모듈화된 형태로 내장되고 있으며, 이에 따라 전기장치의 각 모듈 내 협소한 공간 내부에 충분한 통전 능력을 갖는 플렉서블(Flexible) 형태의 전원 케이블이 요구되고 있다.

특히, 전기차의 출현으로 인하여, 주어진 좁은 공간 내에서 안정적으로 전원을 공급할 수 있는 케이블이 요구되고 있으며, 이러한 요구는 각종 건축물 내의 계장박스나 전원 공급박스 등에도 마찬가지라 할 수 있다.

플렉서블 형태의 전원 케이블로는 버스 바(Bus bar) 등이 주로 적용되고 있는데, 이러한 버스 바 등의 전원 케이블은, 전기를 전송하는데 필요한 전기도체와 다른 것들이 전기적으로 절연되도록 하기 위하여 도체의 표면에 절연물을 사용하여 피복하는 절연 재료에 의해 감싸지게 된다.

이러한 절연 재료가 손상되거나 노화되면 누전이나 감전 등의 원인이 되기 때문에 높은 인장강도와 높은 내열 특성이 요구된다.

특히, 플렉서블 형태의 전원 케이블에 씌워지는 튜브 형태의 절연 재료의 경우, 전원 케이블이 플렉서블 특성에 의해 자유자재로 굴곡됨으로써, 굴곡에 의해 손상될 우려가 크므로 더욱 높은 인장강도가 요구되고, 또한 고열에 의해 녹는 것이 방지되도록 더욱 높은 내열 특성이 요구되고 있다.

종래의 절연 재료는 주로 TPV(Thermoplastic Vulcanizate)에 의해 제조되었다.

그러나, TPV는 낮은 인장강도와 낮은 내열 특성에 의해 도체에 피복되는 과정 내지 절곡되는 과정, 또는 설치 후 사용단계에서, 파손 및 변형이 발생되는 문제가 제기되었다.

이에, 높은 인장강도와 높은 내열 특성을 갖는 절연 재료에 대한 요구가 증가하고 있는 실정이다.

한국공개특허 제10-2015-0087011(2015.07.29)

본 발명은 상기와 같은 제반 요구에 착안하여 안출된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 높은 인장강도와 높은 내열 특성을 갖춘 절연 재료를 제공하는데 있다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 절연 재료는, TPO, TPV, 부분가교 EPDM, Stylene계 Elastomer 중, 하나 또는 둘 이상의 조합으로 조성된 베이스 수지 100중량%; 상기 베이스 수지에 대하여 각각 일정 phr로 첨가되는 첨가제;를 포함하며, 상기 첨가제는, 난연제, 난연보조제, 충전제, 산화방지제, 금속안정제 및 활제 중, 하나 또는 둘 이상의 조합으로 조성된 것을 특징으로 한다.

여기서 상기 베이스 수지는, 전체 100중량%에서, TPO는 10 내지 30 phr, TPV는 20 내지 60 phr, EPDM은 10 내지 30phr, Stylene계 Elastomer는 5 내지 30phr로 포함되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 난연제는, 브롬계 난연제인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 난연보조제는, 상기 난연제와 시너지를 낼 수 있는 삼산화안티몬인 것을 특징으로 한다.

삭제

삭제

또한, 상기 활제는, 아마이드 계열의 활제인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 베이스 수지에 대하여, 상기 난연제는 20 내지 70phr, 난연보조제는 1 내지 10phr, 충전제는 5 내지 30phr, 산화방지제는 1 내지 7phr, 금속안정제는 1 내지 7phr, 활제는 0.5 내지 3phr로 각각 첨가되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 절연 재료에 의하면, 높은 인장강도와 높은 내열 특성을 갖추게 됨으로써, 플렉서블 형태의 전선 케이블에 씌워진 상태에서 잦은 굴곡이 이루어지더라도 쉽게 손상되지 않고, 고온에도 녹거나 손상되지 않게 되어 누전이나 감전 등의 우려가 불식되는 효과가 제공될 수 있다.

본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 조성비로 제조된 절연 재료가 버스 바에 씌워진 상태를 도시한 사시도.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다

이하, 본 발명에 따른 절연 재료의 제조를 위한 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

본 발명의 실시 예에 따른 절연 재료는, 높은 인장강도에 의해 절곡 공정(Banding) 등에서의 파손이 방지되도록 하고, 고온에서의 내열 특성이 향상되도록 하는 재질 특성을 발휘하도록 제조된다.

본 발명의 실시 예에 따른 절연 재료는, 메인 수지(Main Resin)와 서브 수지(Sub Resin)가 포함된 베이스 수지로 이루어질 수 있다.

여기서, 메인 수지로는 부분적으로 가교된 EPDM(Etylene Propylene Diene Monomer) 및/또는 TPV(Thermoplastic Vulcanizate)가 포함될 수 있고, 보조 수지로는, TPO(ThermoPlastic Olefine) 및/또는 Stylene계 Elastomer를 포함될 수 있다.

부분적으로 가교된 EPDM은 절연특성과 저온특성 및 유연특성이 매우 뛰어날 뿐만 아니라, 가교된 EDPM 사용으로 인해 내열특성 역시 우수한 효과를 나타내며, TPV는 절연특성과 저온특성, 유연특성 및 가공특성이 매우 뛰어난 효과를 나타낸다.

또한, TPO는 인장강도와 가공특성을 향상시키는 효과를 나타내며, Stylene계 Elastomer는 저경도와 고인장강도를 부여하는 효과를 나타낸다.

한편, 베이스 수지에는 난연제 등의 첨가제가 포함될 수 있다.

이 경우, 난연제로는, RoHS(Restriction of Hazardous Substances)를 만족하는 브롬(Br)계 난연제를 사용하는 것이 바람직하다.

이하는, 상술한 절연 재료의 재질로서, 본 발명을 이루는 절연 재료의 조성물 및 그 조성비 특징에 관해 구체적으로 설명하도록 한다.

본 발명의 실시 예에 따른 절연 재료는, 앞서 언급한 바와 같이 베이스 수지와 이 베이스 수지에 첨가되는 기타 첨가제의 조성으로 제조될 수 있다.

베이스 수지는 TPO(Thermoplastic Olefine), TPV(ThermoPlastic Vulcanizate), EPDM(Ethylene Propylene diene M-class), Stylene계 Elastomer 중 하나 또는 둘 이상의 조합으로 조성될 수 있다.

이 때, TPO는 인장강도와 가공특성을 향상시키고, TPV는 절연성, 저온성, 유연성, 가공 특성을 향상시키며, EPDM은 절연성, 저온성, 유연성 및 내열성을 향상시키는 기능을 부여할 수 있다.

또한, Stylene계 Elastomer는 저경도성과 고인장 강도를 부여하는 기능을 부여할 수 있다.

여기서, 저온성이란, 영하 30도 내지 영하 40도 이하의 저온에서도, 상온에서의 유연성이 유지되면서, 저온에 의한 크랙 등의 균열 발생이 없고, 핀홀(pin-hole) 등의 발생이 없는 등의 특성을 의미한다.

한편, 첨가제로는 난연제로서 브롬(Br)계 난연제, 난연보조제로서 삼산화안티몬(Sb₂0₃), 충전제(Filler), 산화 방지제로서 페놀계 안정제, 금속안정제 및 활제 중 하나 또는 둘 이상의 조합으로 첨가될 수 있다.

이 때, 상기 브롬계 난연제는 RoHS(Restriction of the use of Hazardous Substances in EEE, 전기전자제품 유해물질 사용제한 지침)를 만족하는 브롬(Br)계 난연제로서, DBDPE가 사용되는 것이 바람직하다.

또한, 삼산화안티몬은 브롬(Br)계 난연제와 시너지(Synergy)를 낼 수 있는 난연 보조제로서 첨가되고, 충전제(Filler)는 절연 재료의 제조를 위한 압출 시 형태 변형 등의 문제를 개선 하기 위한 무기 Filler로서 Mg(OH)₂가 사용되는 것이 바람직하다.

삭제

또한, 상기 활제는 컴파운딩 및 압출 시 내외부 활제로서 사용되는 것이 바람직하다.

여기서, 활제란 수지와 혼련되어 용융점도를 저하시켜 성형가공성을 향상시키며, 활제의 사용으로 가공 온도가 낮아지고 가공 시간이 단축됨에 따라 가공 도중의 열화가 감소되어 제품의 질을 향상시키는 첨가제로서, 금형 표면이나 압출기 표면과 수지와의 점착성을 방지하는 등의 기능을 수행할 수도 있다.

여기서, 상기 활제로는 zn(zinc, 아연) 아마이드 계열의 활제가 사용되는 것이 바람직하다.

참고로, 본 발명의 실시 예에 따른 절연 재료는, 인장강도, 가공특성, 절연, 저온, 유연성, 저경도 및 고인장 강도를 함께 고르게 부여하기 위해서, 상기 베이스 수지에 TPO(Thermoplastic Olefine), TPV(ThermoPlastic Vulcanizate), EPDM(Ethylene Propylene diene M-class), Stylene계 Elastomer가 모두 포함되도록 조성하는 것이 가장 바람직하다.

이때, TPO, TPV, EPDM, Stylene계 Elastomer는 각각, 상기 베이스 수지 100중량에 대하여, TPO는 10 내지 30 phr(parts per hundred rubber), TPV는 20 내지 60 phr, EPDM은 10 내지 30phr, Stylene계 Elastomer는 5 내지 30phr 포함되는 것이 바람직하다.

또한, 기타 첨가제로서, 브롬(Br)계 난연제는 베이스 수지 100중량에 대하여 20 내지 70phr, 삼산화안티몬(Sb₂0₃)은 베이스 수지 100중량에 대하여 1 내지 10phr, 상기 Filler는 상기 베이스 수지 100중량에 대하여 5 내지 30phr, 페놀계 안정제는 베이스 수지 100중량에 대하여 1 내지 7phr, 금속안정제는 베이스 수지 100중량에 대하여 1 내지 7phr, 활제는 베이스 수지 100중량에 대하여 0.5 내지 3phr로 첨가되는 것이 바람직하다.

아래의 표 1은 TPO(Thermoplastic Olefine), TPV(ThermoPlastic Vulcanizate), EPDM(Ethylene Propylene diene M-class), Stylene계 Elastomer가 상기한 바의 조성비를 만족하도록 모두 포함된 베이스 수지(이하, '최적의 실시 예' 이라 함)와, 베이스 수지로서, TPO와 EPDM만이 포함된 비교 예 1, EPDM과 Stylene계 Elastomer만이 포함된 비교 예 2, TPO와 TPV만이 포함된 비교 예 3 및 EPDM과 Stylene계 Elastomer만이 포함된 비교 예 4의 각 평가항목에 대한 평가를 비교하기 위한 것으로서, 상기 최적의 실시 예와 각 비교 예는 상기한 바의 조성비를 만족하는 동일한 첨가제를 포함하도록 하였다.

참고로, 표 1에서의 단위는 phr 또는 중량%이다.

GRADE	비교 예 1	비교 예 2	비교 예 3	비교 예 4	최적의 실시 예
TPO	50	-	50	-	20
TPV	-	-	50	50	40
EPDM	50	50	-	-	20
Stylene계 Elastomer	-	50	-	50	20
Br계 난연제	50	50	50	50	50
Sb203	5	5	5	5	5
Filler	20	20	20	20	20
페놀계 안정제	2	2	2	2	2
금속안정제	3	3	3	3	3
활제	1	1	1	1	1

그리고, 아래의 표 2는 표 1에 나타낸 최적의 실시 예와 각 비교 예에 따른 조성비로서 절연 재료를 성형, 제작한 후, 각 평가항목별 평가를 나타낸 비교 실험 데이터이다.

평가항목	비교 예 1	비교 예 2	비교 예 3	비교 예 4	최적의 실시 예
신장률 125% ↑	570	564	560	594	600
인강강도 1.05kg/mm2↑	1.26	1.42	1.28	1.26	1.40
신장잔률 (158℃×7day) : 60% 이상	80	82	40	50	90
인장잔률 (158℃×7day) : 60% 이상	78	74	30	45	90
내열굴곡 (150℃×10day)	Pass	Pass	Pass	Pass	Pass
경도 Shore A : 93 이하	99	80	92	78	91
난연성 (산소지수/VW-1) : 25 이상	27.1	22.5	27.5	22.5	27
압출 특성	Good	Bad	Good	Bad	Good

표 1 및 표 2에 나타난 바와 같이, 비교 예 1의 경우는 TPO의 함량이 상대적으로 높아 목표 경도 대비 6 이상 높게 형성됨을 확인할 수 있었다.

또한, 비교 예 2는 Stylene계 Elastomer의 함량이 높아 압출성 및 난연성의 대용 특성인 산소지수가 좋지 못한 것을 확인할 수 있었고, 비교 예 3은 TPO와 TPV만의 조합으로 이루어짐에 따라, 내열 신장, 인장 특성이 좋지 못함을 확인할 수 있었으며, 비교 예 4는 TPV와 Stylene계 Elastomer만의 조합으로 이루어짐에 따라, 내열 신장, 인장 특성이 좋지 못하고, Stylene계 Elastomer의 함량이 상대적으로 높아 압출성 및 난연성의 대용 특성인 산소지수가 좋지 못한 것을 확인할 수 있었다.

이에 반해, 본 발명의 실시 예에 따른 최적의 실시 예의 경우는 모든 평가 항목에 대하여 고르게 우수한 평가를 받고 있음을 확인할 수 있었다.

특히, 종래의 베이스 수지에 대하여 본 발명의 실시 예에 따른 조성비의 첨가제를 첨가하는 것 만으로도, 신장률, 인장강도, 신장잔률, 인장잔률, 내열굴곡, 경도, 난연성 및 압출 특성에 대한 평가 면에서 기존의 절연 재료에 비해 크게 향상됨을 확인할 수 있었다. 다만, 이 경우 평가 항목별로 장단점이 발생되는 경향이 발생됨을 확인할 수 있다.

그러나, 본 발명의 실시 예에 따른 조성비의 베이스 수지에 대하여, 본 발명의 실시 예에 따른 조성비의 첨가제를 첨가하는 경우, 위의 표 2에서와 같이 평가 항목별 장단점이 모두 극복되고, 모든 평가 항목에 대해 고르게 양질의 평가가 이루어지는 효과가 발휘됨을 확인할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 조성비에 의해 제조된 절연 재료는, 종래 대비 높은 인장강도와 높은 내열 특성을 갖게 되며, 이러한 절연 재료(400)를 도 1에 도시된 바와 같이, 플렉서블 형태의 전선 케이블인 버스 바에 씌워서 다수 굴곡시킨 경우, 종래의 절연 재료에 비하여 우수한 인장강도에 의해 손상의 우려가 경감되는 효과를 거둘 수 있게 된다.

또한, 높은 내열 특성으로 인해 고온의 환경에서도 쉽게 녹거나 손상되지 않음에 따라 내구성이 크게 향상되는 효과도 거둘 수 있게 된다.

참고로, 도 1에서 미설명 부호 (110,120)은 버스 바의 양쪽 단자부를 나타낸 것이고, (111,121)은 버스 바의 양쪽 단자부에 형성된 체결홀들을 나타낸 것으로서, 본 발명의 실시 예에 따른 절연 재료가 버스 바에 씌워진 것을 일 예로 들어 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 종래에 공지된 전선 케이블을 비롯한 각종 케이블에 모두 적용될 수 있음은 물론이다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

110,120 : 버스 바의 단자부 400 : 절연 재료

Claims (8)

1. TPO 10 내지 30 phr, TPV 20 내지 60 phr, 부분가교 EPDM 10 내지 30phr, Stylene계 Elastomer 5 내지 30phr로 포함되어 조성된 베이스 수지 100중량%;
   상기 베이스 수지에 대하여 각각 일정 phr로 첨가되는 첨가제를 포함하되,
   상기 첨가제는,
   상기 베이스 수지에 대하여 20 내지 70 phr로 첨가되는 난연제, 1 내지 10 phr로 첨가되는 난연보조제, 5 내지 30 phr로 첨가되는 충전제, 1 내지 7 phr로 첨가되는 산화방지제, 1 내지 7 phr로 첨가되는 금속안정제, 0.5 내지 3 phr로 첨가되는 활제를 포함하는 것을 특징으로 하는 절연 재료.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 난연제는, 브롬계 난연제인 것을 특징으로 하는 절연 재료.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 난연보조제는,
   상기 난연제와 시너지를 낼 수 있는 삼산화안티몬인 것을 특징으로 하는 절연 재료.
5. 삭제
6. 삭제
7. 제 1항에 있어서,
   상기 활제는, 아마이드 계열의 활제인 것을 특징으로 하는 절연 재료.
8. 삭제

Images