KR102223965B1 - 고인장 강도 및 고인열 강도 특성을 갖는 실리콘 고무 조성물 및 이를 이용한 고전압 실리콘 케이블 - Google Patents

고인장 강도 및 고인열 강도 특성을 갖는 실리콘 고무 조성물 및 이를 이용한 고전압 실리콘 케이블 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고인장 강도 및 고인열 강도 특성을 갖는 실리콘 고무 조성물 및 이를 이용한 고전압 케이블에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실리콘 고무(Silicone Rubber) 71.50 내지 96.00 중량%, 가교제 0.99 내지 7.20 중량%, 활제 0.10 내지 3.50 중량%, 내열 향상제 1.92 내지 3.50 중량% 및 충진제 0.99 내지 14.30 중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

고인장 강도 및 고인열 강도 특성을 갖는 실리콘 고무 조성물 및 이를 이용한 고전압 실리콘 케이블{SILICONE RUBBER COMPOSITION HAVING THE HIGH TENSILE STRENGTH AND HIGH TEAR STRENGTH, AND HIGH VOLTAGE SILICONE CABLE USING THE SAME}
본 발명은 고전압 실리콘 케이블에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고인장 강도 및 고인열 강도 특성을 갖는 실리콘 고무 조성물로 제조된 고전압 실리콘 케이블에 관한 것이다.
일반적으로 세계적인 환경규제 강화와 에너지 절감 추세에 따라 세계각국에서는 친환경 자동차인 전기 자동차의 개발과 보급이 점차적으로 확산되고 있는 추세이며, 전기 자동차의 성능 개선을 위한 고전압케이블의 수요가 증가 되고 있다.
전기 자동차에 사용되는 고전압 케이블은 높은 전압을 견딜 수 있는 내전압및 절연저항 특성뿐만 아니라 대용량 배터리 탑재로 인해 차량 내 제한된 공간에서의 유연성 확보가 필요하다. 내전압 및 절연저항 특성, 유연성 외에도 내열특성, 난연성, 저온 유연성, 내유성 및 내 화학성 등의 특성을 만족시켜야 한다. 더불어 상기 요구되는 물성뿐만 아니라, 전선 압출 성형 시 외관의 헌팅 등에 대한 치수 안정성 및 돌기가 없는 매끄러운 표면을 동시에 가져야 한다.
또한, 할로겐 및 중금속 등 환경 영향 물질 배제가 세계적인 추세로, 케이블용으로 사용되는 폴리머(polymer)에 비교적 우수한 난연성을 발휘하는 특정 브롬계 난연제로 사용되는 DBDPO(decabromodiphenyl oxide)의 경우 다이옥신 발생물질로 의심받고 있어, 일부 유럽 국가에 서는 그 사용이 금지되고 있으므로 친환경 난연 시스템이 적용된 재료 특성이 필요하다.
기존에 고전압 케이블로 사용되는 XLPE 케이블의 경우, 실리콘 절연체 대비낮은 내열특성으로 인하여 전류 용량 증대를 위해 도체 단면적을 증가시켜야 하므로, 실리콘 고무 케이블 대비 제품의 외경이 증대된다. 외경 증대에 따른 케이블 무게 증가 및 높은 경도로 인한 낮은 유연성 때문에 자동차 배선 설계 시 많은 제약적 요소를 지니고 있다.
그러나 실리콘 고무 케이블은 XLPE 케이블 대비 인장 강도 및 인열 강도 특성이 좋지 못하여, 케이블 와이어링 하네스(Wiring Harness) 공정 시 절연체 찢김 등의 문제가 발생할 가능성이 높아 자동차 부품의 품질관리를 위하여 XLPE 케이블 대비 두꺼운 절연 두께를 가진 실리콘 고무 케이블을 자동차에 적용해야 한다.
친환경 전기 자동차의 연비(電費) 감소 및 대용량화를 위해서는 기존 실리콘 고무의 단점인 인장 강도 및 인열 강도가 XLPE 케이블 대비 동등 또는 그 이상의 특성을 가진 실리콘 고무 조성물이 적용된 실리콘 고무 케이블 개발이 요구가 점증되고 있다.
한국등록특허 제10-0508107호
이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제는 대용량 배터리 탑재로 인해 공간이 협소한 친환경 차량 내에 장착 특성을 높이기 위해 저경도의 실리콘 고무를 기본 수지(base resin)로 사용하여 쇼어 경도 A(Shore Hardness, shore A)가 60 이하로 낮은 수준으로 유연성이 높은 실리콘 고무 조성물에 대해 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 고인장 강도 및 고인열 강도 특성을 갖는 실리콘 고무 조성물을 사용함으로써, 기존 XLPE 케이블 수준으로 고전압 케이블에서 절연체를 박육화할 수 있는 고인장 강도 및 고인열 강도 특성을 갖는 실리콘 고무 조성물 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 고인장 강도 및 고인열 강도 특성을 갖는 실리콘 고무 조성물은 실리콘 고무(Silicone Rubber) 71.50 내지 96.00 중량%, 가교제 0.99 내지 7.20 중량%, 활제 0.10 내지 3.50 중량%, 내열 향상제 1.92 내지 3.50 중량% 및 충진제 0.99 내지 14.30 중량%;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 실리콘 고무는, 쇼어 경도 A(Shore Hardness, shore A) 60 이하인 실리콘 고무를 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 인장 강도가 1.08 kgf/mm2 이고, 쇼어 경도 A(Shore Hardness, shore A)가 57 이하인 제1 실리콘 고무, 및 인장 강도가 1.22 kgf/mm2 이상이고, 쇼어 경도 A(Shore Hardness, shore A)가 53 이하인 제2 실리콘 고무를 혼합한 것을 사용할 수 있다.
상기 가교제는 고온에서 분해되어 활성 라디칼을 생성하여 가교 특성을 향상시키기 위해서 사용되는 것으로, 과산화물가교제인 2,4-디클로로벤조일 퍼옥사이드(2,4-dichlorobenzoyl peroxide), 벤조일 퍼옥사이드(benzoyl peroxide), 2,5-디메틸-2,5-비스-(tert-부틸퍼옥시)-헥산(2,5-dimethyl-2,5-bis-(tert-butylperoxy)-hexane), 비스(4-메틸벤조일)퍼옥사이드(bis(4-methylbenzoyl)peroxide) 중에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 사용할 수 있으며, 이 중에서 2,4-디클로로벤조일 퍼옥사이드(2,4-dichlorobenzoyl peroxide)를 사용하는 것이 바람직하나, 반드시 이에 국한된 것은 아니며 통상적으로 실리콘 고무에 사용 가능한 모든 가교제가 사용 가능하다.
실리콘 고무 조성물에서 상기 가교제는 0.99 내지 7.20 중량%의 함량으로 포함된 것이 바람직하며, 만약 가교제의 함량이 상기 범위보다 적을 경우 미량 첨가됨에 따라 실리콘 고무의 열·기계적 물성이 저하되고, 반대로 상기 제시된 범위 보다 많을 경우에는 미반응 가교제의 잔류에 따른 품질 저하가 발생되므로, 가교제의 함량 범위는 상기 제시된 범위를 만족하는 것이 바람직하다.
상기 활제는 실리콘 고무 조성물에 포함되는 각종 첨가제의 분산을 도와주며, 이후 제조된 실리콘 고무 조성물을 고전압 실리콘 케이블로 압출 성형 시 외관 형성을 매끄럽게 해주는 첨가제로, 상기 활제는 전체 활제 100 중량%를 기준으로 스테아르산(stearic acid)이 10 내지 20 중량% 포함된 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane)계 실리콘 고무인 것을 사용할 수 있다.
만약 실리콘 고무 조성물에서 상기 활제의 함량이 0.1 중량% 미만에서는 각종 첨가제의 분산성에 미치는 효과가 미미하여, 조성물 제조 및 고전압 실리콘 케이블로 압출 성형 시에 외관의 형상이 좋지 못하는 현상이 발생되고, 반대로 활제가 3.5 중량%를 초과하면 고전압 실리콘 케이블 압출 성형 시 스크류 내에서 슬립이 발생, 불균일한 압출량으로 외경이 일정하지 못한 현상이 발생된다.
상기 내열 향상제는 수산화세륨(cerium hydroxide)이 포함된 실리콘 검(silicone gum)을 사용할 수 있다.
만약 실리콘 고무 조성물에서 상기 내열 향상제의 함량이 0.92 중량% 미만에서는 극소량으로 분산성이 떨어져, 요구되는 180℃급 정도의 내열특성을 얻을 수 없으며, 상기 내열 향상제가 3.5 중량%를 초과하는 경우 가교의 저하를 초래하여 열·기계적 물성이 감소된다.
상기 충진제(filler)는 인장 강도, 신장률 및 인열 강도 등과 같은 기계적 물성을 높여주는 역할을 하는 첨가제로, 실리카(SiO2), 탄산칼슘(CaCO3), 수산화마그네슘(Mg(OH)2) 및 하이드로탈사이트(hydrotalcite) 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 사용할 수 있다.
상기 충진제로 사용되는 하이드로탈사이트(hydrotalcite)형 복합금속수화물은 음이온성 점토, 층상 이중 수화물 또는 층상혼합금속수산화물로 일컬어지는 층상복합수산화물을 말한다. 즉, 층상혼합금속수산화물은 하이드로탈사이트 형태의 화합물로서, 혼합금속성분과 수산화기(OH-)로 이루어진 층과 층 사이에 음이온이 고정된 구조를 갖는 물질을 의미한다.
만약 실리콘 고무 조성물에서 상기 충진제의 함량이 0.99중량% 미만에서는 충진제 첨가에 의한 기계적 물성 향상이 없으며, 충진제의 함량이 14.3중량% 이상에서는 오히려 인장 강도 및 인열 강도 등의 물성이 감소되는 문제가 발생한다.
본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 고전압 실리콘 케이블은 상기 살펴본 실리콘 고무(Silicone Rubber) 71.50 내지 96.00 중량%, 가교제 0.99 내지 7.20 중량%, 활제 0.10 내지 3.50 중량%, 내열 향상제 1.92 내지 3.50 중량% 및 충진제 0.99 내지 14.30 중량%를 포함하는 실리콘 고무 조성물이 적어도 하나 이상의 도체를 둘러싸는 절연체를 구성하는 것을 특징으로 한다.
상기 고전압 실리콘 케이블은 KE91110-05 평가 방법에 준하여 신장률이 675% 이상, 인장 강도가 1.11kgf/mm2 이상이고, ASTM D624 Type C 평가 방법에 준하여 인열 강도가 57 N/mm 이상이며, 쇼어 경도 A(Shore Hardness, shore A)는 60 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 고전압 실리콘 케이블에 사용되는 실리콘 고무 조성물에 실리콘 고무, 가교제, 활제, 내열 향상제 및 충진제와 같은 구성 성분에 대한 설명은 앞서 설명한 실리콘 고무 조성물에서와 동일하므로, 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
이와 같은 본 발명의 고전압 실리콘 케이블의 열·기계적, 전기적 물성 및 효과는 이하에서 살펴볼 실시예를 통해 보다 상세하게 설명한다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실리콘 고무 조성물은 친환경 자동차 부품 트랜드를 반영하여, 할로겐원소를 포함하지 않는 친환경 난연 시스템을 적용하였으며 자동차용 전선 국제 규격인 ISO6722 기준 180℃급 케이블에 대응하는 내열성 및 내전압 특성을 확보하면서도, 기존 실리콘 고무 케이블 대비 높은 기계적 특성을 갖는 고인장·고인열 특성 및 유연한 특성을 가지므로 전기자동차용 컴팩트화, 대용량화 고전압케이블 소재로 적합하다.
이러한 본 발명의 고인장 강도 및 고인열 강도 특성을 갖는 실리콘 고무 조성물을 이용한 전기자동차용 고전압 실리콘 케이블은 기존 125℃급 600V XLPE 고전압케이블 대비, ISO6722 기준 180℃급 케이블에 대한 1kV의 고전압 특성을 만족하는 우수한 내열성 및 내전압 특성을 지니며, 내열등급 상승으로 인해 차량 내 적용 시 완성 케이블의 크기 감소가 가능하여, 컴팩트화, 경량화 및 대용량화를 통한 친환경 전기 자동차의 연비(電費) 절감에 우수한 효과가 기대된다.
도 1은 기존 XLPE 고전압 케이블(AHEX 40SQ)과 본원발명의 실리콘 고무 조성물을 적용한 고전압 실리콘 케이블(FHL2G 25SQ)의 유연성(bending force) 효과를 비교한 결과이다.
도 2는 기존 XLPE 고전압 케이블(AHEX 40SQ)과 본원발명의 실리콘 고무 조성물을 적용한 고전압 실리콘 케이블(FHL2G 25SQ)의 완성 외경을 비교한 결과이다.
이하, 실시 예 및 비교 예를 이용하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 이들 실시 예 및 비교 예는 발명을 위한 조성물의 한 예시일 뿐이며 본 발명의 범위가 이들 실시 예 및 비교 예에 한정되지 않고 다양하게 수정 및 변경될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 “구성된다”, “포함한다” 또는 “첨가된다” 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들은 포함되지 않을 수도 있고, 또한 추가적인 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
다음 표 1에 기재된 조성물의 원재료에 이물질 제거를 위한 필터링을 실시한 후, 조성과 함량으로 최종 고무 배합제가 되면 고무 원료와 각종 첨가물이 충분히 분산되도록 투롤밀(Two Roll mill) 등을 통한 혼합작업으로 배합제가 균일하게 혼합되도록 섞었다.
하기 표 1에서 가교제 A는 실리콘 검(silicone gum)에 2,4-디클로로벤조일 퍼옥사이드(2,4-dichlorobenzoyl peroxide) 50중량%가 포함된 것이고, 가교제 B는 실리콘 검(silicone gum)에 디큐밀 퍼옥사이드(dicumyl peroxide) 50중량%가 포함된 것을 나타낸다.
또한, 표 1에서 충진제로 사용한 실리카(SiO2)는 평균 입도가 1㎛ 이하이고 순도(purity)가 99.2%인 것을 사용하고, 활제는 전체 활제 100 중량%를 기준으로 스테아르산(stearic acid)이 10 내지 20 중량% 포함된 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane)계 실리콘 고무인 것을 사용하며, 내열 향상제는 수산화세륨(cerium hydroxide)이 포함된 실리콘 검(silicone gum)을 사용하였다.
구분 실시예 1 비교예 1 비교예 2 비교예3 비교예4
wt.% wt.% wt.% wt.% wt.%
수지 제1실리콘고무 43.7 43.7 39.4 87.4 -
제2실리콘고무 43.7 43.7 39.4 - 87.4
충진제 실리카(SiO2) 6.5 6.5 15.6 6.5 6.5
가교제 가교제 A 2.6 - 2.4 2.6 2.6
가교제 B - 2.6 - - -
활제 0.9 0.9 0.8 0.9 0.9
내열향상제 2.6 2.6 2.4 2.6 2.6
Total 100 100 100 100 100
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 실리콘 고무 조성물에 대한 물성 평가를 위해 상기 실시예 및 비교예의 실리콘 고무 조성물을 프레스(Press) 가교 공정을 통해 실리콘 고무 시트(Sheet)를 제조하여 다음과 같은 항목의 물성을 평가하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
인장 강도(Tensile strength) 및 신장률(Elongation)은 KE91110-05 평가 방법에 따라 측정하며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
인열 강도의 측정은 ASTM D624 Type C 평가 방법에 준하여 상기 실시예 및 비교예 실리콘 고무 시트의 인열 강도를 측정하며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
체적저항 기준치는 LV 216에 기재된 수치로서, 상기 실시예 및 비교예 실리콘 고무 시트 100×100×2mm3 시편에 대해 체적저항을 측정하여 절연성을 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
단기 내열 측정은 ISO6722 및 EN50363-1 평가 방법에 준하여 205℃ 온도에서 240시간 가열 후, -35℃ 온도에서 30분 유지시킨 시편에 대한 신장율을 측정하며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
가열 수축 측정은 ISO6722 평가 방법에 따라 시편을 230℃ 온도에서 15분 동안 가열한 후, 25±5℃의 상온에 두었을 때 변화하는 길이를 측정하며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
저온 충격 측정은 ISO812 평가 방법에 따라 시편을 -45℃ 온도에서 5분 동안 방치 후, 시편을 2m/s 타격 후 파괴 여부를 측정하며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
경도는 JIS K6253 평가 방법에 따라 쇼어 경도 A(Shore Hardness, shore A)를 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
냄새는 후각을 이용하여 측정하며, 냄새가 심하면 '강'으로 나타내고, 냄새가 약하면 '약'으로 표시하였다.
시험 항목 요구치 시험조건 실시예 1 비교예 1 비교예 2 비교예3 비교예4
신장률 (%) 150 이상 KE91110-05 675 665 510 670 660
인장 강도 (kgf/mm2) 0.9 이상 KE91110-05 1.11 1.10 0.60 0.85 1.15
인열 강도 (N/mm) 40 이상 ASTM D624C 57 55 39 70 35
체적저항 (Ω·mm) 1013 이상 LV 216 1×1015 1×1015 1×109 1×1015 1×1015
단기내열
(%)		 205℃, 240시간 가열후
-35℃, 30분 방치후
신장율 100% 이상		 ISO 6722
EN 50363-1		 430 420 300 408 405
가열수축
(mm) 		230℃, 15분 후
수축 길이 2mm 이내		 ISO 6722 0.3 0.5 0.3 0.4 0.4
저온충격 -45℃, 5분 방치후
시편을 2m/s 타격후
파괴가 없을 것		 ISO812 No Crack No Crack No Crack No Crack No Crack
경도 Shore A 60 이하 JIS K6253 56 54 65 59 55
냄새 - 후각 약 강 약 약 약
상기 실시예 1 및 비교예 1 내지 비교예 4의 기계적 물성평가를 살펴보면 다음과 같다.
비교예 1은 가교제로 디큐밀 퍼옥사이드(dicumyl peroxide)을 사용한 것으로, 가교 후 부산물인 아세토페논(acetophenone), 알파-메틸스티렌(alpha-methylstyrene), 알파-큐밀알콜(alpha-cumyl alcohol) 발생으로 심각한 냄새가 발생한다.
비교예 2는 충진제로 사용되는 실리카(SiO2)를 15.6 중량%로 과량 사용하였으며, 이는 실리콘 고무 수지가 로딩(loading)할 수 있는 양을 넘어서 기계적인 물성인 인장 강도 및 인열 강도가 요구치에 못 미친다.
비교예 3은 수지로 인장 강도가 1.08kgf/mm2인 제1 실리콘 고무만을 사용하여 평가한 결과, 인장 강도가 요구치에 미치지 못한 것을 확인할 수 있는데 이는 실리콘 고무 자체가 인장 강도가 비교적 낮기 때문에 발생하는 현상으로 보여진다.
비교예 4는 수지로 인장 강도가 1.22kgf/mm2인 제2 실리콘 고무만을 사용하여 평가한 것으로, 이는 상기 비교예 3보다 높은 인장 강도를 갖지만 인열 강도가 35N/mm으로 요구치에 미치지 못한 것을 확인할 수 있는데 이는 실리콘 고무 자체의 인열 강도가 비교적 낮기 때문에 발생하는 현상으로 보여진다.
그러나 실시예 1과 같은 실리콘 고무 조성물은 상기 비교예 1 내지 비교예 4와 달리 제시된 신장율, 인장 강도, 인열 강도, 체적저항, 단기내열, 가열수축, 저온충격, 경도 및 냄새에 따라 요구되는 수치 모두를 만족하는 것을 확인하였다.
또한, 기존 실리콘 고무 케이블 제품(FL2G 25SQ)의 절연 시트의 물성과 실시예 1의 물성을 비교하여 하기 표 3에 나타내었다.
시험 항목 기존 제품(FL2G 25SQ)의
실리콘 고무 절연 시트		 실시예 1의 실리콘 고무 절연 시트 효과
내열등급(℃) 180 180 만족
인장 강도 (kgf/mm2) 0.60 1.11 기존제품 대비
85% 향상
인열 강도 (N/mm) 30 57 기존제품 대비
90% 향상
상기 표 3에서처럼, 실시예 1의 실리콘 고무 절연 시트는 기존 실리콘 고무 케이블 제품(FL2G 25SQ)의 실리콘 고무 절연 시트와 비교하였을 때 인장 강도는 85% 향상되고, 인열 강도는 90% 정도 향상됨을 확인하였다.
기존 실리콘 고무 케이블 제품(FL2G 25SQ)의 경우 절연체의 내열특성은 우수하나 인장 강도 및 인열 강도가 낮아 전기 자동차에 적용하기 어려운 반면, 본 발명 실시예1의 실리콘 고무 조성물은 차량에 적용할 수 있는 물성을 가지고 있다.
더불어, 본 발명의 실리콘 고무 조성물을 사용하여 실제로 제작한 케이블의 물성을 알아보고자, 상기 실시예 1의 실리콘 고무 조성물을 실리콘 고무 압출기를 이용하여 압출한 후, 상압 가열 공기 가류법(hot air vulcanization, HAV)을 이용하여 고전압 실리콘 케이블(FHL2G 25SQ)을 제조하고 물성을 평가하였으며, XLPE 고전압 케이블 제품(AHEX 40SQ)과 허용전류와 유연성을 비교하였다.
실시예 1의 실리콘 고무 조성물을 사용한 고전압 실리콘 케이블(FHL2G 25SQ)의 물성 및 기존 XLPE 고전압 케이블(AHEX 40SQ)과의 비교 결과는 하기 표 4 내지 표 6에 나타내었다.
표 4는 실시예 1의 실리콘 고무 조성물을 사용한 고전압 실리콘 케이블(FHL2G 25SQ)의 물성을 평가한 결과이다.
시험 항목 시험규격/절차 평가 결과
내전압 5kV > 0.5mm2/시료수 1개,
3% NaCl×4시간, 1kV×30분(500V/s)		 통과
인장 강도 (kgf/mm2) 인장강도 상온값 측정, 인장속도 (250mm/min) 0.969
신장률 (%) 신장률 상온값 측정, (250mm/min) 504
저온굴곡 (Winding) -40℃ X 4시간 굴곡 후,
외경 5배 환봉에 감아 1kV×1분 견딜 것		 통과
저온충격 (Impact) 시료 3개, -15℃×4시간 동안 300g 중량의 Hammer를 낙하시켜 크랙이 없으며, 1kV×1분 견딜 것 통과
유연성 (N) 25SQ 기준 400mm 샘플,
환봉을 100mm/분 속도로 하강시켜 굴곡 반경이 80mm에서 40mm가 되기까지의 최대 하중(N) 측정		 8
가열변성 시료 3개(600mm) 200℃×4h 가열 후(무게 가함),
얼음물에 10초 담금 후 1kV×1분 견딜 것		 통과
장기내열
(3,000시간)		 180℃×3,000시간 후 외경 1.5배 환봉에 굴곡시 크랙이 없으며, 1kV×1분 견딜 것
신장, 인장 잔율 측정 할 것		 통과
신장잔율: 27.7%
인장잔율: 71.6%
단기내열
(240 시간)		 205℃×240시간 후 외경 5배 환봉에 굴곡시 크랙이 없으며, 1kV×1분 견딜 것
신장, 인장 잔율 측정 할 것		 통과
신장잔율: 66.7%
인장잔율: 121.5%
열 수축 2mm 초과 되지 않을 것
상온에서 길이측정, 230℃×15분 후 재측정		 0
열 과부하
(Thermal overload)		 230℃×6시간 굴곡 후, 1kV×1분 견딜 것 통과
내화학성 장기
(1,000시간)		 규정된 Oil에 10초 침유 후 180℃×1,000시간 후
1kV×1분 견딜 것		 통과
내화학성 단기
(240시간)		 규정된 Oil에 10초 침유 후 180℃×240시간 후
1kV×1분 견딜 것		 통과
내오존성 규격 환봉에 감고 192시간 동안 오존 챔버에 방치 후크랙 확인 통과
난연성
(70초 이내)		 30초간 불꽃 인가, 후 70초 안에 소화, 시료 위부터 최소 50mm 남아야 함 1s/480mm
표 5는 기존 XLPE 고전압 케이블 제품(AHEX 40SQ)과 실시예 1의 실리콘 고무 조성물을 사용한 고전압 실리콘 케이블(FHL2G 25SQ)에 대한 허용전류 및 유연성에 대한 물성을 비교 나타낸 것으로, 여기서 허용전류(allowable current)는 주변 온도 80℃에서 측정된 허용전류를 나타낸 것이고, 유연성(bending force)은 케이블의 굴곡에 필요한 힘의 측정 및 고유연성 케이블의 유연성 유지 등을 알아보고자, 도체 단면적 25SQ 기준 400mm 시편을 준비하여 굴곡 반경이 80mm가 되도록 유연성 측정 장치의 지그(Zig)에 고정 후 환봉(load cell)을 100㎜/분의 속도로 하강시켜 굴곡반경이 40mm가 되기까지의 최대 하중(N)을 측정한 결과를 나타내었다.
시험 항목 기존 제품
(AHEX 40SQ)		 본 발명
(FHL2G 25SQ)		 효과
허용전류(A) 210 209 기존제품 대비
동등한 전기적 성능
유연성(N) 28 8 기존제품 대비
71.4% 향상
상기 표 5에 나타낸 것처럼, 실시예 1의 실리콘 고무 조성물을 사용한 고전압 실리콘 케이블(FHL2G 25SQ)은 기존 XLPE 고전압 케이블(AHEX 40SQ)과 비교하였을 때 허용전류는 동등 수준으로 40SQ에서 25SQ로 도체 단면적이 감소해도 동등한 허용 전류치를 가지는 것을 확인할 수 있다.
도 1은 기존 XLPE 고전압 케이블(AHEX 40SQ)과 본 발명의 실리콘 고무 조성물을 적용한 고전압 실리콘 케이블(FHL2G 25SQ)의 유연성(bending force) 효과를 비교한 결과로, 도 1에 도시된 바와 같이 기존 XLPE 고전압 케이블(AHEX 40SQ)의 유연성(bending force)은 28N인 것이지만 본 발명에 따른 실리콘 고무를 적용한 고전압 실리콘 케이블(FHL2G 25SQ)의 유연성(bending force)은 8N으로 감소하는 바 유연성이 71.4% 정도 향상됨을 확인할 수 있다.
시험 항목 기존 제품
(AHEX 40SQ)		 본 발명
(FHL2G 25SQ)		 효과
완성 외경(mm) 12 9 기존제품 대비
25% 완성 외경
크기 감소 효과
중량(g/m) 433 274 기존제품 대비
36% 감소
또한, 상기 표 6과 도 2에서와 같이 기존 XLPE 고전압 케이블(AHEX 40SQ)과 본 발명의 실리콘 고무 조성물을 적용한 고전압 실리콘 케이블(FHL2G 25SQ)의 완성 외경과 중량을 비교한 결과, 본 발명의 실시예 1에 따른 실리콘 고무 조성물이 적용된 고전압 실리콘 케이블(FHL2G 25SQ)은 기존 제품(AHEX 40SQ) 대비 실리콘 고무(180℃급)가 XLPE 케이블(125℃급) 보다 내열특성이 우수하여 도체 크기 감소(down sizing) 효과로 완성 외경이 감소하고, 이에 따른 중량에 있어서도 36% 정도 감소되어 경량화 효과가 있는 것을 확인할 수 있다.
여기서, “완성 외경”이라는 용어는 케이블의 완성품 바깥 지름(overall diameter)를 의미한다.
앞서 살펴본 실시예 및 비교예를 비교하여 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 실리콘 고무 조성물을 이용한 고전압 실리콘 케이블은 저경도의 실리콘 고무를 기본 수지(base resin)로 사용하여 가교제, 활제, 내열 향상제 및 충진제의 배합 최적화를 통해 실리콘 고무의 고인장 강도 및 고인열 특성을 구현함으로써 전기 자동차의 컴팩트, 경량화 및 대용량화의 기술적 한계를 극복할 수 있는 강건한 고전압 와이어링 하네스용 실리콘 고무 케이블을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실리콘 고무 조성물은 쇼어 경도 A(Shore Hardness, shore A)가 60 이하로 특유의 저경도로 인하여 우수한 상온 유연성과 내한성 등의 특성으로, 차량 장착성 및 저온환경에서도 사용하기에 적합하며, 내유특성이 우수하여 차량용 오일이 침투하지 못하므로 차량 내 안전한 사용이 가능하다.

Claims (7)

  1. 인장 강도가 1.08 kgf/mm2 이고, 쇼어 경도 A(Shore Hardness, shore A)가 57 이하인 제1 실리콘 고무, 및 인장 강도가 1.22 kgf/mm2 이상이고, 쇼어 경도 A(Shore Hardness, shore A)가 53 이하인 제2 실리콘 고무를 혼합한 것인 실리콘 고무(Silicone Rubber) 71.50 내지 96.00 중량%;
    2,4-디클로로벤조일 퍼옥사이드(2,4-dichlorobenzoyl peroxide)인 가교제 0.99 내지 7.20 중량%;
    활제 0.10 내지 3.50 중량%;
    수산화세륨(cerium hydroxide)이 포함된 실리콘 검(silicone gum)인 내열 향상제 1.92 내지 3.50 중량%; 및
    SiO2, CaCO3, Mg(OH)2 및 하이드로탈사이트(hydrotalcite) 중에서 선택되는 어느 하나인 충진제 0.99 내지 14.30 중량%;를 포함하며,
    상기 활제는,
    전체 활제 100 중량%를 기준으로 스테아르산(stearic acid)이 10 내지 20 중량% 포함된 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane)계 실리콘 고무인 것을 특징으로 하는 실리콘 고무 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항의 실리콘 고무 조성물이 적어도 하나 이상의 도체를 둘러싸는 절연체를 구성하는 것을 특징으로 하는 고전압 실리콘 케이블.
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