KR102233747B1 - 그래핀을 포함하는 절연용 피복재 조성물 및 이를 포함하는 절연용 피복재 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지 및 폴리염화비닐 수지로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상의 고분자 수지 100 중량부에 대하여, 가소제 38~65 중량부, 안정제 3.5~10.5 중량부, 그래핀 분말 3.0~7.2 중량부, 충전제 1.5~5.4 중량부 및 첨가제 3.6~11.1 중량부를 포함하고, 상기 첨가제는, 난연제, 고분자 안정제 및 밀착력 개선제를 포함하는 절연용 피복재 조성물 및 이를 포함하는 절연용 피복재에 관한 것으로, 본 발명에 따른 절연용 피복재는 도체에서 발생되는 열을 외부로 빠르게 방열시킬 수 있어 피복재의 내구성을 향상시킬 수 있고, 절연용 피복재와 도체 사이의 부착력이 우수하며, 절연용 피복재의 휨 강도가 뛰어나 절연용 피복재가 도체로부터 탈피되거나 절연용 피복재가 손상되는 문제를 방지할 수 있다.

Description

그래핀을 포함하는 절연용 피복재 조성물 및 이를 포함하는 절연용 피복재{Insulating composition including grapheme and insulating composition for coating}
본 발명은 그래핀을 포함하는 절연용 피복재 조성물 및 이를 포함하는 절연용 피복재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전선과 같은 도체의 절연용 피복재에 그래핀이 포함되어 방열특성 및 피복재의 내구성을 향상시킬 수 있는 절연용 피복재 조성물 및 이를 포함하는 절연용 피복재에 관한 것이다.
전선은 전기회로를 구성하는데 반드시 필요한 것이며, 특별고압 송전선이나 트롤리선 등에 사용되는 특수 전선을 제외하면 대부분 절연 전선으로 되어 있다. 절연 전선은 전기를 통하는 도체와 그 주위를 덮는 절연용 피복재로 구성되어 있으며, 통상적으로 도체로는 전기 저항이 낮은 구리, 알루미늄 등이 사용되고, 절연용 피복재로는 고무, 비닐, 폴리에틸렌, 가교 폴리에틸렌 등 다양한 절연성 물질이 사용되고 있다.
전선의 도체에 전류가 흐르면, 도체의 전기저항에 의해 열이 발생되고, 이러한 열은 도체를 감싸는 절연층의 수명에 영향을 주기 때문에 도체의 방열 특성은 중요하며, 이러한 도체의 방열 특성이 좋을수록 도체의 허용 전류를 상승시킬 수 있어 보다 많은 전력을 송신할 수 있어 도체에서 발생된 열을 방열시키는 것은 전선의 설계에 있어서 중요한 사항으로 다뤄지고 있다.
이와 같은 방열을 위해 도체의 방열 특성을 변화시키거나 절연용 피복재의 방열 특성을 변화시키는 두 가지 방법이 이용된다.
도체의 방열 특성 변화는 도체를 구성하는 물질을 변화시킴으로써 달성될 수 있으며, 일예로, 도체로 구리, 구리합금, 알루미늄, 알루미늄합금 등을 사용하는 경우 상기 방열 특성은 우수하나, 금, 은과 같은 귀금속에 비해 대기에서 산화에 의한 부식 및 변색이 쉽게 일어나기 때문에 전기저항이 증가하고 단자부에서의 접합 특성이 떨어지는 문제가 있다.
한편, 절연용 피복재의 방열 특성을 변화시키는 방법은, 절연용 피복재의 구성 성분을 변화시키는 방법으로, 고무, 비닐, 폴리에틸렌, 가교 폴리에틸렌 등 절연성 고분자를 주 성분으로 하여 다양한 첨가제를 첨가시킴으로써 방열 특성을 변화시킬 수 있으나, 첨가제를 첨가함에 따라 오히려 절연용 피복재의 내구성이 저하되거나, 휨 특성과 같은 물성이 저하되거나, 혹은 절연용 피복재가 도체와 분리되는 등의 문제가 발생할 수 있어, 이러한 문제를 최소화하면서 절연용 피복재의 방열 특성을 향상시킬 수 있는 새로운 절연용 피복재의 개발이 필요한 실정이다.
등록특허 제10-1241312호(2013.03.04 등록)
본 발명에서는 전선과 같은 도체의 절연용 피복재에 그래핀이 포함되어 방열특성 및 피복재의 내구성을 향상시킬 수 있는 절연용 피복재 조성물 및 이를 포함하는 절연용 피복재를 제공하고자 한다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지 및 폴리염화비닐 수지로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상의 고분자 수지 100 중량부에 대하여, 가소제 38~65 중량부, 고분자 안정제를 제외한 안정제 3.5~10.5 중량부, 그래핀 분말 3.0~7.2 중량부, 충전제 1.5~5.4 중량부 및 첨가제 3.6~11.1 중량부를 포함하고, 상기 첨가제는, 난연제, 고분자 안정제 및 밀착력 개선제를 포함하는 것을 특징으로 하는, 절연용 피복재 조성물에 관한 것이다.
상기 난연제는 할로겐계 난연제, 인계 난연제, 질소계 난연제 및 무기계 난연제로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상일 수 있다.
상기 고분자 안정제는 아크릴레이트 크로스 폴리머, 아크릴레이트 크로스 폴리머의 알킬 유도체, 소듐 폴리 아크릴레이트, 하이드록시 에틸 셀룰로오스, 마이크로 크리스탈린 셀룰로오스 및 암모늄 아크릴로일 디메틸 타우레이트/브이피 코폴리머로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상일 수 있다.
상기 밀착력 개선제는 말레인산 변성 폴리올레핀 및 트레할로스를 포함할 수 있다.
상기 절연용 피복재 조성물은 카본블랙 1.8~3.4 중량부를 추가로 더 포함할 수 있다.
상기 카본블랙 및 그래핀 분말은 입자 크기 20~150nm일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 상기 절연용 피복재 조성물을 포함하는 절연용 피복재에 관한 것이다.
본 발명의 절연용 피복재 조성물은 도체에서 발생되는 열을 외부로 빠르게 방열시킬 수 있어 피복재의 내구성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 절연용 피복재와 도체 사이의 부착력이 우수하고, 절연용 피복재의 휨 강도가 뛰어나 절연용 피복재가 도체로부터 탈피되거나 절연용 피복재가 손상되는 문제를 방지할 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 상세히 설명하기에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 밝혀둔다.
본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하에서는, 본 발명의 실시예를 살펴본다. 그러나 본 발명의 범주가 이하의 바람직한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 당업자라면 본 발명의 권리범위 내에서 본 명세서에 기재된 내용의 여러 가지 변형된 형태를 실시할 수 있다.
먼저, 본 발명은 절연용 피복재 조성물 및 이를 포함하는 절연용 피복재에 관한 것으로, 본 발명의 절연용 피복재 조성물은 도체와의 밀착력, 휨 강도 등이 우수한 장점이 있고, 전선과 같은 도체에서 발생되는 열을 외부로 빠르게 방열시켜 열에 의한 절연용 피복재의 손상을 방지할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 절연용 피복재 조성물은, 고분자 수지 100 중량부에 대하여, 가소제 38~65 중량부, 고분자 안정제를 제외한 안정제 3.5~10.5 중량부, 그래핀 분말 3.0~7.2 중량부, 충전제 1.5~5.4 중량부 및 첨가제 3.6~11.1 중량부를 포함한다.
상기 고분자 수지는 피복재 조성물에 절연성을 부여하는 베이스가 되는 수지로, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지 및 폴리염화비닐 수지로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
바람직하게는 폴리염화비닐 수지 100 중량부에 대하여 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지 20~40 중량부, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지 10~20 중량부를 포함할 수 있으며, 이 경우, 절연용 피복재 조성물의 절연성이 우수할 뿐만 아니라 폴리염화비닐 수지의 부족한 강도 및 내열성을 높일 수 있어 고분자 수지 자체의 기본 물성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
상기 가소제는 상기 고분자 수지에 가소성을 부여하여 서로 다른 종류의 고분자 수지간의 혼합 및 고분자 수지 외의 다른 성분들과 고분자 수지의 균일한 혼합을 가능하게 하며, 절연용 피복재 조성물에 성형성을 부여하여 원하는 형상으로 성형하기 위해 사용되는 것으로, 고분자 수지 100 중량부에 대하여 38~65 중량부로 포함될 수 있으며, 가소제의 함량이 38 중량부 미만인 경우에는 상술한 효과를 얻기 곤란하고, 65 중량부를 초과하는 경우에는 고분자 조성물의 흐름성이 과도하게 증가하여 오히려 성형이 곤란하거나, 입자성 물질이 침강하여 절연용 피복재 전체 영역에서 균일한 물성 형성이 곤란하므로, 상술한 중량 범위 내에서 포함되는 것이 바람직하다.
이러한 가소제로 트리에틸헥실 트리멜리테이트(Triethyl hexyl Trimellitate), 트리이소논닐 트리멜리테이트(Triisononyl Trimellitate) 및 트리이소데실 트리멜리테이트(Triisodecyl Trimellitate)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상의 트리멜리트산계 가소제가 사용될 수 있다.
상기 트리멜리트산계 가소제는 환경 규제 대상물질인 프탈산계나 아디핀산계 물질을 포함하지 않으므로, 친환경적이고, 저휘발성, 내유성, 내열성 등이 우수한 장점이 있으며, 가소제로 더욱 바람직하게는, 트리이소논닐 트리멜리테이트(Triisononyl Trimellitate)가 사용될 수 있다.
상기 안정제는 도체에 의한 열 발생시 열에 의한 절연용 피복재의 열화 현상을 방지 혹은 억제하기 위해 첨가되는 것으로, 고분자 수지 100 중량부에 대하여 3.5~10.5 중량부로 포함되는 것이 바람직하며, 3.5 중량부 미만으로 포함되는 경우에는 열에 대한 충분한 저항 성능을 얻기 곤란하고, 10.5 중량부를 초과하는 경우에는 안정제의 함량이 과도하여 절연성 피복재 조성물의 기계적 물성을 오히려 저하시킬 수 있으므로 상술한 중량 범위 내에서 포함되는 것이 바람직하다.
이러한 안정제로는 인계 열안정제, 금속 지방산염계, 납계, 유기주석계 및 아연계 열 안정제가 사용될 수 있다. 바람직하게는 인계 열안정제와 아연계 열 안정제가 1 : 3~5의 중량비로 혼합된 안정제가 사용될 수 있으며, 이 경우, 1 종의 열 안정제를 사용할 때보다 고분자 수지의 열에 대한 저항성이 향상되는 장점이 있다.
상기 인계 열안정제로는 트리페닐 포스파이트, 디페닐데실포스파이트, 페닐디데실포스파이트, 디페닐도데실포스파이트, 트리노릴페닐포스파이트, 디페닐이소옥틸포스파이트, 트리부틸포스파이트, 트리프로필포스파이트, 트리에틸포스파이트, 트리메틸포스파이트, 트리스(모노데실포스파이트), 트리스(모노페닐)포스파이트 로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상이 사용될 수 있고, 상기 아연계 열 안정제로는, 바륨-아연 복합체혹은 칼슘-아연 복합체 사용될 수 있다.
그래핀은 강철보다 200배 이상 강한 강도를 갖고, 열전도성이 가장 높은 물질로 알려진 다이아몬드보다 2배 이상의 높은 열전도성을 가지며, 빛을 대부분 통과시키기 때문에 투명하고, 신축성도 매우 뛰어난 특징이 있는 물질이다.
이러한 특성이 있는 그래핀 분말이 절연용 피복재 조성물에 포함되는 경우, 절연용 피복재의 열전도성이 높아져 절연용 피복재의 방열성이 향상되고, 신축성과 물리적 강도가 증가하는 장점이 있으며, 도체에서 발생되는 전자파를 저감시키는 효과를 얻을 수 있다.
이러한 그래핀 분말은 고분자 수지 100 중량부에 대하여 3.0~7.2 중량부로 포함될 수 있으며, 그래핀 분말의 함량이 3.0 중량부 미만인 경우에는 상술한 효과가 충분히 얻어지지 않는 문제가 있고, 7.2 중량부를 초과하는 경우에는 그래핀 분말에 의해 절연용 피복재에 전도성이 부여되거나, 그래핀 분말의 함량이 과도하여 절연용 피복재가 노후화 되면 그래핀 분말이 탈리되는 등의 문제가 발생하여 결과적으로 절연용 피복재의 물리적 성질을 저하시키므로, 상술한 중량 범위 내에서 포함되는 것이 바람직하다.
상기 그래핀 분말의 입자 크기는 20~150nm의 범위를 가질 수 있는데, 그래핀 분말의 입자 크기가 20nm 미만인 경우에는 절연용 피복재 조성물 내에서 그래핀 분말이 서로 응집되어 그래핀 분말의 분산성이 저하되는 문제가 있고, 150nm를 초과하는 경우에는 그래핀 분말의 입자 크기가 과도하게 크기 때문에 절연용 피복재 전체 영역에서 균일한 열전달 특성이 나타나지 않아 절연용 피복재의 국소적 손상이 야기될 수 있으므로, 그래핀 분말의 입자 크기는 상술한 범위 내로 형성되는 것이 바람직하다.
여기서 입자 크기는 구형인 경우에는 지름, 그 외의 형태인 경우에는 일단에서 타단까지의 길이 중 가장 긴 길이를 의미한다.
또한, 사용되는 그래핀 분말은 구형, 판상형, 침상형, 로드형 및 튜브형 중 적어도 어느 하나 이상의 입자 형태를 가질 수 있으나, 바람직하게는, 표면적이 넓어 열전달 특성을 향상시킬 수 있는 구형의 그래핀 분말이 사용되는 것이 바람직하다.
상기 충전제는 절연용 피복재의 물리적 강도를 향상시키기 위해 첨가되는 성분으로, 고분자 수지 100 중량부에 대하여 1.5~5.4 중량부로 포함될 수 있으며, 충전제의 함량이 1.5 중량부 미만인 경우에는 물리적 강도 향상 효과가 미미하고, 5.4 중량부를 초과하는 경우에는 물리적 강도는 우수하나, 휨 성질이 저하되어 휨 발생시 절연용 피복재의 손상이 발생할 수 있으므로, 상술한 중량 범위 내에서 포함되는 것이 바람직하다.
상기 충전제로는 탄산칼슘, 탄산바륨, 탄산마그네슘, 탄산아연, 황산칼슘 및 황산바륨으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상의 무기 충전제가 사용될 수 있다. 이때 충전제의 고분자 수지 내에서의 분산성 및 부착성을 향상시키기 위해 표면이 C8~C20의 알킬에스테르염 또는 알킬산으로 코팅된 무기 충전제를 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
상기 첨가제는 절연용 피복재의 물성 및 작업성을 향상시키기 위해 첨가되는 것으로, 고분자 수지 100 중량부에 대하여 3.6~11.1 중량부로 포함될 수 있으며, 첨가제의 함량이 3.6 중량부 미만인 경우에는 첨가제에 의한 효과를 얻기 곤란하고, 11.1 중량부 미만인 경우에는 오히려 첨가제에 의해 절연용 피복재의 기계적 물성이나 작업성이 저하될 우려가 있으므로, 상술한 중량 범위 내에서 포함되는 것이 바람직하다.
이러한 상기 첨가제로 난연제, 고분자 안정제 및 밀착력 개선제가 사용될 수 있다.
상기 난연제는 할로겐계 난연제, 인계 난연제, 질소계 난연제 및 무기계 난연제로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상일 수 있다.
상기 할로겐계 난연제는 트리브로모 페녹시에탄, 테트라브로모 비스페놀A (TBBA), 옥타브로모 디페닐에테르 (OBDPE), 브롬화 에폭시, 브롬화 폴리 카보네이트 올리고모, 염소화 파라핀, 염소화 폴리에틸렌 및 지환족 염소계 난연제로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상이 사용될 수 있다.
상기 인계 난연제로 예를 들어, 인산, 인산암모늄, 폴리인산암모늄, 인계폴리머, 인산요소 및 우레탄인산화합물로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상이 사용될 수 있다.
상기 질소계 난연제는 멜라민, 멜라민 포스페이트 및 멜라민 시아누레이트로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상일 수 있다.
본 발명에서 상기 무기계 난연제는 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 삼산화안티몬, 수산화주석, 산화주석, 산화몰리브덴, 지르코늄화합물, 붕산염 및 칼슘염으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상일 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 사용되는 난연제로 할로겐계 난연제 및 무기계 난연제가 함께 사용될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 할로겐계 난연제인 테트라브로모 비스페놀A와 무기계 난연제인 삼산화안티몬이 1 : 0.5~1.2의 비율로 혼합된 난연제 혼합물이 사용될 수 있으며, 이 경우 테트라브로모 비스페놀A에 의한 라디칼 안정화와 삼산화안티몬에 의한 탈수, 흡열에 따른 연소 지연 효과가 더해져 난연 성능에 상승 작용이 발생하므로, 상기한 두 종류의 난연제를 함께 사용하는 것이 바람직하다.
이러한 난연제는 고분자 수지 100 중량부에 대하여 1.2~5.4 중량부로 포함될 수 있는데, 난연제의 함량이 1.2 중량부 미만인 경우에는 난연제에 의한 난연 성능을 확보하기 곤란하고, 5.4 중량부를 초과하는 경우에는 절연용 피복재의 물리적 성질이 저하되는 문제가 있으므로 상술한 중량 범위 내에서 포함되는 것이 바람직하다.
상기 고분자 안정제는 절연용 피복재 조성물의 분산성을 안정하게 유지시키고, 가소화 된 고분자 내에 입자성 물질이 침강하는 것을 방지하여 절연용 피복재 전체 영역에서 균일한 물성을 발현시키기 위해 첨가된다. 고분자 안정제는 고분자 수지 100 중량부에 대하여 1.6~3.2 중량부로 포함될 수 있으며, 고분자 안정제의 함량이 1.6 중량부 미만인 경우에는 상기한 효과를 얻기 곤란하고, 3.2 중량부를 초과하는 경우에는 오히려 고분자 수지의 물성을 저하시킬 수 있으므로, 상술한 중량 범위 내에서 첨가되는 것이 바람직하다.
이러한 고분자 안정제로는 아크릴레이트 크로스 폴리머, 아크릴레이트 크로스 폴리머의 알킬 유도체, 소듐 폴리 아크릴레이트, 하이드록시 에틸 셀룰로오스, 마이크로 크리스탈린 셀룰로오스 및 암모늄 아크릴로일 디메틸 타우레이트/브이피 코폴리머로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상의 고분자가 포함될 수 있다. 바람직하게는, 아크릴레이트 크로스 폴리머의 알킬 유도체가 포함될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 아크릴레이트 크로스 폴리머의 알킬 유도체인 아크릴레이트/C10-30 알킬 아크릴레이트 크로스 폴리머가 포함될 수 있다.
상기 밀착력 개선제는 절연용 피복재 조성물과 도체의 접착력을 높이기 위해 첨가되는 물질로, 밀착력 개선제가 첨가됨으로써 절연용 피복재의 도체와의 접착력이 향상되어, 온도, 습도, 노후화 등 각종 요인에 의해 절연용 피복재가 전선으로부터 박리되는 문제를 방지할 수 있는 장점이 있다.
이러한 밀착력 개선제로 말레인산 변성 폴리올레핀과 트레할로스가 1 : 0.3~0.7의 중량비로 혼합된 혼합물이 사용될 수 있으며, 이때 폴리올레핀으로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 중 어느 하나가 사용될 수 있다. 또한, 밀착력 개선제로 사용되는 상기 혼합물 내에서 트레할로스의 함량이 상기 범위를 벗어나는 경우 밀착력 개선 효과가 저하되거나, 휨 성질 저하 등의 문제가 발생할 수 있으므로 밀착력 개선제로 상술한 중량비로 혼합된 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다.
이러한 밀착력 개선제는 절연용 피복재 조성물 내에 고분자 수지 100 중량부에 대하여 0.8~2.5 중량부로 포함될 수 있으며, 밀착력 개선제의 함량이 0.8 중량부 미만인 경우에는 밀착력 향상 효과가 미미하고, 2.5 중량부를 초과하는 경우에는 절연용 피복재의 강도, 휨 성질 등의 물리적 성질이 저하되는 문제가 있으므로 상술한 중량 범위 내에서 포함되는 것이 바람직하다.
이때, 상기 말레인산 변성 폴리올레핀은 중량평균분자량이 2,000~100,000, 바람직하게는 5,000~100,000, 더욱 바람직하게는 10,000~50,000일 수 있는데, 특히 폴리올레핀의 중량평균분자량이 10,000 이상인 경우 절연용 피복재 조성물 내에서 말레인산 변성 폴리올레핀의 수지 분산력이 향상되어 보다 균일한 물성을 나타내 품질이 향상될 수 있고, 50,000 이하인 경우에는 가공성이 뛰어난 장점이 있어, 상술한 범위의 중량평균분자량을 갖는 말레인산 변성 폴리올레핀을 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 절연용 피복재 조성물에는 고분자 수지 100 중량부에 대하여 1.8~3.4 중량부의 카본블랙이 추가로 더 포함될 수 있는데, 카본블랙이 포함됨으로써 추가적인 방열 효과를 얻을 수 있는 장점이 있다. 카본블랙의 함량이 상기 범위를 벗어나는 경우에는 추가적인 방열 효과가 미미하거나, 절연용 피복재의 물리적 성질을 저하시킬 우려가 있으므로, 카본블랙이 추가로 더 포함되는 경우에는 상술한 중량 범위 내에서 포함되는 것이 바람직하다.
상기 카본블랙은 그래핀 분말과 마찬가지로 입자 크기가 20~150nm의 범위 내일 수 있으며, 입자 크기가 이러한 범위 내일 때 카본블랙의 분산력 및 절연용 피복재의 열전도 특성이 균일하게 형성될 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예를 통해 본 발명의 구체적인 작용과 효과를 설명하고자 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로서 제시된 것으로, 실시예에 따라 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.
[ 제조예 ]
폴리염화비닐 68 중량%, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 21 중량% 및 폴리부틸렌 테레프탈레이트 11 중량%가 혼합된 고분자 수지 100 중량부에 대하여 가소제인 트리에틸헥실 트리멜리테이트 48 중량부, 고분자 안정제를 제외한 안정제 6 중량부, 입자 크기가 20~80nm인 구형의 그래핀 분말 5 중량부, 충전제인 스테아린산으로 코팅된 탄산칼슘 3 중량부 및 첨가제 6.7 중량부를 270℃에서 30분간 혼합하여 절연용 피복재 조성물을 제조하고, 금형을 이용하여 절편 형태로 가공하여 절연용 피복재 시편을 제조하였다.
이때, 상기 안정제로는 트리메틸포스파이트와 칼슘-아연 복합체가 1 : 4의 중량비로 혼합된 안정제 혼합물을 사용하였고, 첨가제로는 난연제인 테트라브로모 비스페놀A와 삼산화안티몬이 1 : 0.8의 중량비로 혼합된 혼합물 3 중량부, 고분자 안정제인 아크릴레이트/C1-30 알킬 아크릴레이트 크로스 폴리머 2.2 중량부 및 밀착력 개선제인 말레인산 변성 폴리프로필렌과 트레할로스가 1 : 0.5의 중량비로 혼합된 혼합물 1.4 중량부가 혼합된 조성물을 사용하였다.
[ 실험예 1]
상기 제조예와 동일한 방법을 이용하여 절연용 피복재 시편을 제조하되, 첨가되는 그래핀 분말의 입자 크기 분포를 표 1과 같이 변화시켜가며 제조하고, 각 절연용 피복재 시편의 물성을 측정하여 그 결과를 표 1에 함께 나타내었다. 이때 동일한 조성을 갖는 시편 5개에 대한 물성을 측정하고, 평균값 및 표준편차를 표 1에 함께 기재하였다.
측정된 물성 항목 중 상온에서의 인장강도와 신장률은 IEC 60811-1-1에 의거하여 측정하고, 열안정성은 KS M 3165에 의거하여 측정하였다.
　 입자 크기(nm) 인장강도(MPa) 신장률(%) 열안정성(hr)
시편 1 1~20 12.86±2.61 216.4±19.89 3.14±0.68
시편 2 20~80 14.46±0.30 262.0±8.43 4.50±0.12
시편 3 80~150 14.96±0.24 255.2±6.02 4.36±0.18
시편 4 150~250 12.54±2.07 207.6±26.14 3.20±0.70
상기 표 1의 실험 결과를 살펴보면, 시편 2와 시편 3의 경우에는 인장강도, 신장률 및 열안정성 모두 높게 나타났고, 각 시편별 물성의 편차가 적어 신뢰성 및 품질이 우수한 것으로 확인되었다.
반면, 시편 1과 시편 4의 경우에는 시편 2 및 시편 3에 비해 전체 물성에 있어서 낮은 값을 나타내고, 시편별 물성 편차가 크게 나타났다. 시편 1의 경우에는 그래핀 분말의 입자 크기가 과도하게 작아 절연용 피복재 조성물 내에서 균일하게 분산되지 못했기 때문에 나타난 문제로 판단되고, 시편 4의 경우에는 그래핀 분말의 입자 크기가 과도하게 커서 나타난 문제로 판단된다.
따라서, 본 실험 결과로부터 그래핀 분말의 입자 크기는 20~150nm의 범위를 갖는 것이 바람직함을 확인할 수 있었다.
[ 실험예 2]
상기 제조예와 동일한 방법을 이용하여 절연용 피복재 시편을 제조하되, 첨가제로써 포함되는 밀착력 개선제의 함량을 표 2와 같이 변화시켜가며 제조하고, 각 절연용 피복재 시편의 상온에서의 인장강도와 신장률, 열안정성, 내유성, 내한성, 절연성 및 난연성을 측정하여 그 결과를 표 2에 함께 기재하였다. 이때, 표 2에서 밀착력 개선제의 함량은 고분자 수지 100 중량부에 대한 중량을 의미하며, 밀착력 개선제로 말레인산 변성 폴리프로필렌과 트레할로스가 1 : 0.5의 중량비로 혼합된 혼합물을 사용하였다.
시험 항목 중 인장강도 및 신장률은 IEC 60811-1-1, 열안정성은 KS M 3165, 절연성(체적저항)은 IEC 60811, 접착력은 KS M 3734에 의거하여 측정하였다.
　 밀착력 개선제
함량(중량부)		 인장강도
(MPa)		 신장률
(%)		 열안정성
(hr)		 절연성
(Ω㎝)		 접착력
(MPa)
비교예 1 0.6 14.7 267.4 4.1 2.07×1015 1.7
실시예 2 1.0 14.7 266.3 4.3 2.10×1015 3.1
실시예 1 1.4 14.5 262.0 4.5 2.07×1015 3.4
실시예 3 1.9 14.5 258.3 4.5 2.06×1015 3.5
실시예 4 2.3 14.2 255.5 4.4 2.01×1015 3.6
비교예 2 2.7 10.6 189.4 4.5 2.05×1015 3.6
상기 표 2의 결과를 살펴보면, 실시예 1 내지 실시예 4의 경우에는 전체 항목에 있어서 우수한 성질을 갖는 것으로 확인되었다.
반면, 비교예 1의 경우에는 실시예들에 비해서 접착력이 저하되는 것으로 나타났는데, 이는 밀착력 개선제가 접착력을 향상시킬 정도의 충분한 양으로 포함되지 않았기 때문에 나타난 결과로 판단된다.
또한, 비교예 2의 경우에는 다른 시편들에 비해 인장강도 및 신장률이 현저히 떨어지는 것으로 나타났는데, 이는 밀착력 개선제의 함량이 과도하여 절연용 피복재의 물성을 저하시키기 때문에 나타난 결과로 판단된다.
따라서, 실험예 2를 통해 밀착력 개선제는 고분자 수지 100 중량부에 대하여 0.8~2.5 중량부로 포함되는 것이 바람직함을 실험적으로 확인할 수 있었다.
본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.

Claims (7)

  1. 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 수지 및 폴리염화비닐 수지로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상의 고분자 수지 100 중량부에 대하여,
    가소제 38~65 중량부, 고분자 안정제를 제외한 안정제 3.5~10.5 중량부, 그래핀 분말 3.0~7.2 중량부, 충전제 1.5~5.4 중량부 및 첨가제 3.6~11.1 중량부를 포함하고,
    상기 첨가제는, 난연제, 고분자 안정제 및 밀착력 개선제를 포함하되,
    상기 밀착력 개선제는 말레인산 변성 폴리올레핀 및 트레할로스를 포함하는 것을 특징으로 하는, 절연용 피복재 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 난연제는 할로겐계 난연제, 인계 난연제, 질소계 난연제 및 무기계 난연제로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 절연용 피복재 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 안정제는 아크릴레이트 크로스 폴리머, 아크릴레이트 크로스 폴리머의 알킬 유도체, 소듐 폴리 아크릴레이트, 하이드록시 에틸 셀룰로오스, 마이크로 크리스탈린 셀룰로오스 및 암모늄 아크릴로일 디메틸 타우레이트/브이피 코폴리머로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 절연용 피복재 조성물.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    카본블랙을 추가로 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 절연용 피복재 조성물.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 카본블랙 및 그래핀 분말의 입자 크기는 20~150nm의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는, 절연용 피복재 조성물.
  7. 제1항 내지 제 3항, 제5항, 제6항 중 어느 한 항에 따른 절연용 피복재 조성물을 포함하는 절연용 피복재.
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