KR102559026B1 - 고내화 및 고난연 케이블 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고내화 및 고난연 케이블에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 830℃ 이상의 고온에서의 고내화 특성과 고난연 특성을 동시에 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 유연성이 우수하고, 제조비용이 절감될 수 있는, 고내화 및 고난연 케이블에 관한 것이다.

Description

고내화 및 고난연 케이블{High fire-resistant and flame-retardant cable}
본 발명은 고내화 및 고난연 케이블에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 830℃ 이상의 고온에서의 고내화 특성과 고난연 특성을 동시에 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 유연성이 우수하고, 제조비용이 절감될 수 있는, 고내화 및 고난연 케이블에 관한 것이다.
최근, 케이블 제조 산업의 주요한 이슈는 극도의 온도상태, 특히 화재시에 직면하게 되는 상황에서 케이블의 거동 및 성능을 유지시키는 것이다. 안전을 위해서 불길이 번지는 것을 지연시키고 또한 화염을 견딜 수 있는 케이블의 내화특성(fire-resistance)을 극대화하는 것이 필수적이다.
또한, 화재시 연소 번짐, 연기 발생 등으로 인한 대피시 시야가림, 독성 가스 발생으로 인한 질식사 등의 2차 피해를 최소화하기 위한 안전상의 이유로 케이블의 난연특성(flame-resistance)에 대한 규제가 강화되는 추세이다.
도 1은 종래의 내화 및 난연 케이블의 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 내화 및 난연 케이블은 구리(Cu), 알루미늄(Al) 등의 전도성 소재로 이루어져 있어 전류의 흐름 경로를 제공하는 도체(11), 화재시 후술하는 절연층(13)이 소실되는 경우에도 상기 절연층(13)을 대신하여 상기 도체(11)의 절연 기능을 수행함으로써 케이블의 거동 및 성능이 유지될 수 있도록 상기 도체(11)를 감싸는 내화층(12) 및 상기 내화층(12)을 감싸는 절연층(13)을 포함하는 하나 이상의 코어(10), 상기 하나 이상의 코어(10)를 전체적으로 감싸는 시스층(20) 등을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 내화층(12)은 마이카(mica) 테이프 등의 내화 테이프의 횡권에 의해 형성될 수 있다. 케이블의 내화 특성에 대한 요구 수준은 점차 강화되는 추세이며, 종래 마이카 테이프는 단위 면적당 140 내지 170 g/㎡의 마이카를 포함함으로써 규격 IEC 60331-1, IEC 60331-2, BS6387, BS EN 50200, BS 8481 등의 가혹한 고내화 특성을 만족시킨다.
그러나, 마이카 테이프에 포함된 마이카 함량이 증가함에 따라, 상기 내화층(12)의 두께가 증가하게 되고, 이로써 케이블의 절연층 두께 및 케이블의 외경이 증가하여 유연성이 크게 저하되는 문제가 유발될 수 있고, 케이블의 제조비용이 크게 증가할 수 있다.
또한, 830℃ 이상의 고온에서의 내화 특성을 구현하기 위해 종래 내화 및 난연 케이블은 도체(11) 위에 마이카 테이프를 2매 이상 권취하여 적용했으나, 이로써 케이블의 유연성이 크게 저하될 뿐만 아니라, 마이카 테이프를 2매 이상 권취하는 경우에도 830℃ 이상의 고온에서의 내화 특성을 구현하는 것은 곤란했다.
나아가, 상기 시스층(20)은 케이블의 난연 특성을 구현하기 위해 고난연 시스 컴파운드 재료로 형성될 수 있으나, 이러한 고난연 시스 재료로 형성된 시스층(20)만으로는 충분한 난연 특성을 구현하는 것은 곤란했다.
따라서, 830℃ 이상의 고온에서의 고내화 특성 및 고난연 특성을 동시에 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 유연성이 우수하고, 제조비용이 절감될 수 있는, 고내화 및 고난연 케이블이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 830℃ 이상의 극고온에서의 고내화 특성 및 고난연 특성을 동시에 구현할 수 있는 고내화 및 고난연 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 고내화 특성 및 고난연 특성을 구현하는 동시에 유연성이 우수한 고내화 및 고난연 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.
나아가, 본 발명은 고내화 특성 및 고난연 특성을 구현하는 동시에 제조비용이 절감될 수 있는 고내화 및 고난연 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은,
도체, 상기 도체를 감싸는 내화층 및 상기 내화층을 감싸는 절연층을 포함하는 하나 이상의 코어; 상기 하나 이상의 코어를 전체적으로 감싸고 세라믹 컴파운드를 포함하는 난연층; 및 상기 난연층을 감싸는 시스층을 포함하는, 고내화 및 고난연 케이블을 제공한다.
여기서, 상기 세라믹 컴파운드는 실리콘수지, 에틸렌-아세트산 비닐 공중합수지 및 말레산 무수물이 그라프트된(grafted) 에틸렌-아세트산 비닐 공중합수지로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 고분자 수지, 상기 고분자 수지 100 중량부를 기준으로, 세라믹(Al2O3), 지르코니아(ZrO2), 질화규소(Si3N4), 탄화규소(SiC) 및 질화 알루미늄(AlN)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 세라믹 50 내지 80 중량부 및 난연제 100 내지 220 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 고내화 및 고난연 케이블을 제공한다.
또한, 상기 고분자 수지는 에틸렌-아세트산 비닐 공중합수지 50 내지 90 중량부 및 말레산 무수물이 그라프트된 에틸렌-아세트산 비닐 공중합수지 10 내지 50 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 고내화 및 고난연 케이블을 제공한다.
그리고, 상기 에틸렌-아세트산 비닐 공중합수지는 이의 총 중량을 기준으로 아세트산 비닐의 함량이 20 내지 70 중량%인 것을 특징으로 하는, 고내화 및 고난연 케이블을 제공한다.
나아가, 상기 난연제는 소수성으로 표면 처리된 금속수산화물인 것을 특징으로 하는, 고내화 및 고난연 케이블을 제공한다.
또한, 상기 금속수산화물은 상기 고분자 수지 100 중량부를 기준으로 수산화알루미늄 120 내지 220 중량부 또는 수산화마그네슘 100 내지 180 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 고내화 및 고난연 케이블을 제공한다.
그리고, 상기 난연층은 상기 고분자 수지 100 중량부를 기준으로, 산화방지제 2 내지 4 중량부 및 가공조제 0.5 내지 1 중량부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 고내화 및 고난연 케이블을 제공한다.
한편, 상기 절연층은 실리콘 러버(Silicone rubber), 가교 폴리올레핀(Cross-inked Polyollefin; XLPO), 에틸렌프로필렌고무(ethylene-propylene rubber; EPR), 고강도 에틸렌 프로필렌 고무(high-intensity ethylene-propylene rubber; HEPR), 폴리염화비닐(polyvinylchloride; PVC) 또는 이들의 조합을 포함하고, 상기 하나 이상의 코어와 상기 난연층 사이의 빈 공간을 충진하고 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 같은 폴리올레핀 수지, 에틸렌-프로필렌-디엔 고무 또는 유리얀(glass yarn)을 포함하는 개재를 포함하는 것을 특징으로 하는, 고내화 및 고난연 케이블을 제공한다.
또한, 상기 시스층은 산소지수 35% 이상이고 열방출량(Peak Heat Release Rate; PHHR)이 110 KW/㎡ 이하인 것을 특징으로 하는, 고내화 및 고난연 케이블을 제공한다.
그리고, 상기 내화층은 마이카 테이프 1매에 의해 형성되고, 상기 마이카 테이프는 마이카 분말의 단위면적당 중량인 마이카 밀도가 80 내지 120 g/㎡인 마이카 층, 접착제에 의해 상기 마이카 층 하부에 적층되고 유리사의 직조로 형성된 유리사 직물층 및 상기 유리사 직물층 하부에 적층되고 마이카 분말 또는 금속수산화물 코팅에 의해 형성된 보강층을 포함하는 것을 특징으로 하는, 고내화 및 고난연 케이블을 제공한다.
여기서, 상기 유리사 직물층은 두께(D)가 80~120 ㎛인 유리사가 가로 간격(A) 200~500 ㎛, 세로 간격(B) 100~300 ㎛로 직조됨으로써 형성되고, 아래 수학식 1에 의한 유리사 직조 밀도가 35 내지 70%인 것을 특징으로 하는, 고내화 및 고난연 케이블을 제공한다.
[수학식 1]
유리사 직조 밀도(%)=100×{(A×B)-(A-D)×(B-D)}/A×B
또한, 상기 유리사 직조 밀도(%)가 45 내지 65%인 것을 특징으로 하는, 고내화 및 고난연 케이블을 제공한다.
그리고, 상기 마이카 테이프의 총 중량을 기준으로, 상기 접착제의 함량은 14 내지 16 중량%인 것을 특징으로 하는, 고내화 및 고난연 케이블을 제공한다.
나아가, 상기 마이카 층에 포함된 마이카 분말은 연질 마이카 분말, 경질 마이카 분말, 또는 이들 모두를 포함하는 것을 특징으로 하는, 고내화 및 고난연 케이블을 제공한다.
또한, 상기 마이카 층에 포함된 마이카 분말은 내열온도가 900~1,000℃인 연질 마이카 분말을 포함하는 것을 특징으로 하는, 고내화 및 고난연 케이블을 제공한다.
그리고, 상기 접착제는 실리콘계 수지를 포함하고 벤질알코올, 에탄, 헥사 클로로, 7,9-디-3급-부틸-1-옥사스피로(4,5)데카-6,9-디엔-28-돈(7,9-Di-tert-butyl-1-oxaspiro(4,5)deca-6,9-diene-28-done) 또는 이들의 조합을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 고내화 및 고난연 케이블을 제공한다.
나아가, 상기 금속수산화물 코팅은 수산화알루미늄(Al(OH)3), 수산화마그네슘(Mg(OH)2), 또는 이들 모두를 포함하는 것을 특징으로 하는, 고내화 및 고난연 케이블을 제공한다.
본 발명에 따른 고내화 및 고난연 케이블은 내화층을 형성하는 마이카 테이프의 특정한 적층 구조와 마이카 함량의 조절을 통해 830℃ 이상의 고내화 특성을 구현하는 동시에 시스층 하부에 별도의 고난연층을 포함함으로써 고난연 특성을 구현하고, 또한 유연성이 우수하며 케이블의 제조비용이 절감될 수 있는 우수한 효과를 나타낸다.
도 1은 종래의 내화 및 난연 케이블의 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 고내화 및 고난연 케이블의 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 도 2에 도시된 고내화 및 고난연 케이블에서 내화층을 형성하는 마이카 테이프의 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 도 3에 도시된 마이카 테이프에서 보강층을 형성하는 유리사 직물의 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 고내화 및 고난연 케이블의 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고내화 및 고난연 케이블은 구리(Cu), 알루미늄(Al) 등의 전도성 소재로 이루어져 있어 전류의 흐름 경로를 제공하고 IEC 60228 규격을 만족하는 Class 2 또는 5의 도체(110), 마이카 테이프의 권취에 의해 형성된 내화층(120) 및 상기 내화층(120)을 감싸고 실리콘 러버(Silicone rubber), 가교 폴리에틸렌(Cross-linked polyethylene; XLPE) 등의 가교 폴리올레핀(Cross-inked Polyollefin; XLPO), 에틸렌프로필렌고무(ethylene-propylene rubber; EPR), 고강도 에틸렌 프로필렌 고무(high-intensity ethylene-propylene rubber; HEPR), 폴리염화비닐(polyvinylchloride; PVC) 등의 고분자 및 이들의 혼합물로 이루어진 절연층(130)을 포함하는 하나 이상의 코어(100), 상기 하나 이상의 코어(100)를 전체적으로 감싸는 난연층(200), 상기 코어(100)와 상기 난연층(200) 사이의 빈 공간을 충진하는 개재(300), 상기 난연층(200)을 감싸는 시스층 등을 포함할 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 고내화 및 고난연 케이블에서 내화층을 형성하는 마이카 테이프의 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고내화 및 고난연 케이블에 있어서, 내화층은 마이카 테이프의 권취에 의해 형성될 수 있다. 특히, 상기 내화층은 마이카 테이프 1매의 권취에 의해 형성될 수 있다. 이로써, 마이카 테이프 2매 이상의 권취에 의해 형성된 내화층을 갖는 종래의 내화 및 난연 케이블에 비해 유연성이 크게 향상될 수 있다.
여기서, 상기 마이카 테이프는 마이카 분말의 응집에 의해 형성된 마이카 층(121), 상기 마이카 층(121)의 강도를 보강하기 위해 접착제에 의해 상기 마이카 층(121) 하부에 적층된 유리사 직물층(122), 및 추가로 마이카 테이프(123)의 절연 특성 및 강도를 더욱 향상시키기 위해 상기 유리사 직물층(122) 하부에 적층된 보강층(123)을 포함할 수 있다.
상기 마이카 층(121)을 구성하는 마이카 분말은 특별히 제한되지 않지만 연질 마이카 분말, 경질 마이카 분말, 또는 이들의 혼합물일 수 있고, 바람직하게는 내열온도가 900~1,000℃인 연질 마이카 분말의 응집에 의해 형성될 수 있다. 바람직하게는, 상기 마이카 층(121)은 상기 마이카 테이프의 단위면적당 마이카 분말의 중량을 나타내는 마이카 밀도가 80 내지 120 g/㎡일 수 있다.
상기 마이카 분말의 중량은 종래 마이카 테이프에 포함된 마이카 밀도를 27% 이상 감축시킨 것으로, 이로써 상기 마이카 테이프의 전체 두께를 축소시켜 케이블의 절연층 및 외경을 감소시킴으로써 케이블의 유연성을 증가시키고 케이블의 제조비용을 감축시킬 수 있다.
상기 마이카 밀도가 80 g/㎡ 미만인 경우 내화특성이 불충분하여 IEC 60331-21 (750℃, 90분)의 내화시험은 통과할 수 있지만 화염 온도 830~950℃의 IEC 60331-1,2, BS 6387, BS 8491 등의 내화시험은 통과할 수 없다.
한편, 상기 마이카 밀도가 120 g/㎡ 초과인 경우 상기 마이카 테이프의 두께가 증가하고 이로써 고내화 및 고난연 케이블의 절연층 및 외경이 증가하여 케이블의 유연성이 저하되고 케이블의 제조비용이 증가될 뿐만 아니라, 상기 마이카 층(121)을 구성하는 마이카 분말간 접착력이 상대적으로 저하되고 고내화 및 고난연 케이블의 도체 위에 상기 마이카 테이프의 테이핑 작업시 크랙 및 부서짐이 발생할 수 있다.
상기 마이카 층(121)과 상기 유리사 직물층(122)은 접착제에 의해 접착될 수 있다. 상기 접착제는 특별히 제한되지 않고, 예를 들어, 실리콘계 수지를 포함하는 접착제일 수 있으며, 이러한 접착제는 접착제에 통상적으로 첨가되는 벤질알코올, 에탄, 헥사 클로로, 7,9-디-3급-부틸-1-옥사스피로(4,5)데카-6,9-디엔-28-돈(7,9-Di-tert-butyl-1-oxaspiro(4,5)deca-6,9-diene-28-done) 등의 첨가제가 첨가될 수 있다.
상기 접착제의 함량은 상기 마이카 테이프의 총 중량을 기준으로 14 내지 16 중량%일 수 있다. 상기 접착제의 함량이 14 중량% 미만인 경우 상기 마이카 층(121)과 상기 유리사 직물층(122)의 접착이 불충분하여 고내화 및 고난연 케이블의 도체 위에 상기 마이카 테이프의 테이핑 작업시 크랙이 발생하거나 상기 유리사 직물층(122)으로부터 상기 마이카 층(121)이 박리될 수 있다.
한편, 상기 접착제의 함량이 16 중량% 초과인 경우, 상기 마이카 테이프의 두께가 불필요하게 증가하여, 이로써 고내화 및 고난연 케이블의 절연층 및 외경이 증가하여 케이블의 유연성이 저하되고 케이블의 제조비용이 증가할 수 있다.
상기 유리사 직물층(122)은 상기 마이카 층(121)의 강도를 보강하는 기능을 수행하고, 도 4에 도시된 바와 같이, 두께(D)가 80~120 ㎛인 유리사가 가로 간격(A) 200~500 ㎛, 세로 간격(B) 100~300 ㎛로 직조됨으로써 형성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 유리사 직물층(122)은 단위면적당 유리사의 중량을 의미하는 유리사 중량 밀도가 20~26 g/㎡이고, 상기 마이카 층(121)의 전체 면적에서 유리사 직물층(122)이 차지하는 면적의 백분율로서 아래 수학식 1에 의해 정의된 유리사 직조 밀도가 35~70%, 바람직하게는 45~65% 일 수 있다.
[수학식 1]
유리사 직조 밀도(%)=100×{(A×B)-(A-D)×(B-D)}/A×B
상기 수학식 1에서, A는 도 4에 도시된 가로 간격이고, B는 도 4에 도시된 세로 간격이며, D는 도 4에 도시된 유리사 두께이다.
상기 유리사 직조 밀도가 35% 미만인 경우 상기 마이카 층(121)과 상기 유리사 직물층(122)의 전체 접촉 면적이 불충분하여 16SQ 미만의 작은 외경을 갖는 도체에 상기 마이카 테이프를 권취할 때 상기 마이카 층(121)이 상기 유리사 직물층(122)으로부터 부분적으로 분리되거나 상기 유리사 직물층(122)을 형성하는 유리사 올이 풀리는 문제가 발생할 수 있다.
상기 마이카 테이프는 상기 유리사 직물층(122) 아래에 보강층(123)이 형성될 수 있다. 상기 보강층(123)은 상기 마이카 테이프의 절연 특성 및 강도를 더욱 향상시키는 기능을 수행한다. 상기 보강층(123)은 연질이나 경질 마이카 분말 또는 금속수산화물 코팅에 의해 형성될 수 있고, 바람직하게는 금속수산화물 코팅에 의해 형성될 수 있다. 여기서, 상기 보강층(123)을 형성하는 금속수산화물 코팅은 특별히 제한되지 않고 예를 들어 수산화알루미늄(Al(OH)3), 수산화마그네슘(Mg(OH)2) 등을 포함할 수 있다.
상기 금속수산화물 코팅층은 1,100℃ 이상의 고온을 견디는 우수한 내열성으로 상기 마이카 테이프의 내화특성을 보강하는 동시에, 고온에서, 구체적으로 산화알루미늄(Al(OH)3)은 200℃ 이상에서, 수산화마그네슘(Mg(OH)2)은 340℃ 이상에서, 각각 물을 차단할 수 있는 무기재료인 산화금속(Metal Oxide), 즉 세라믹과 물(H2O)로 분해되는 아래의 흡열반응을 일으키고 이에 의해 주변 온도를 낮출 뿐만 아니라, 강도가 향상되고 내수성이 우수한 상기 세라믹에 의해 상기 마이카 테이프는 분무, 타격 등의 가혹한 조건하에서도 내화특성을 유지할 수 있게 된다.
2Al(OH)3 → Al2O3 + 3H2O - 298kJ/mol at ≥200℃
Mg(OH)2 → MgO + H2O - 330kJ/mol at ≥340℃
바람직하게는, 상기 마이카 층(121)의 표면을 기준으로, 상기 보강층(123)의 두께는 상기 유리사 직물층(122)의 두께보다 두꺼울 수 있다. 상기 보강층(123)의 두께가 상기 유리사 직물층(122)의 두께보다 얇은 경우 상기 유리사 직물층(122)을 구성하는 유리사의 측면이 상기 보강층(123)을 형성하는 금속수산화물 등에 의해 부분적으로 코팅되므로 상기 마이카 테이프의 내화특성, 구조적 안정성, 내수성 등이 불충분할 수 있다.
상기 마이카 테이프는 제조방법이 특별히 제한되지 않지만 아래와 같은 단계 a) 내지 f)를 포함하는 공정에 의해 제조할 수 있다.
a) 마이카 광물의 이물질, 유기물 등을 태워 제거함으로써 기계적·전기적 특성을 향상시키기 위해 900℃에서 소성;
b) 고압의 수압으로 마이카 광물을 얇고 작은 조각으로 분쇄;
c) 수득한 마이카 분말과 물을 혼합하여 펄프 형태로 성형 후 목적한 두께의 마이카 박막을 제조;
d) 마이카 박막을 얇게 펼쳐 수분을 제거하고 건조시키는 초조 공정;
e) 실리콘, 에폭시, 유기용제 등을 포함하는 도포용 접착제를 이용하여 마이카 박막을 유리사 직물층과 접합 및 건조; 및
f) 유리사 직물층 위에 보강층을 형성할 연질 또는 경질 마이카 분말이나 금속수산화물 분말을 코팅
본 발명에 따른 고내화 및 고난연 케이블은 이의 내화층을 형성하는 상기 마이카 테이프가 앞서 기술한 특정한 적층 구조, 조절된 마이카 분말과 접착제의 함량, 및 조절된 유리사 직물층의 직조 밀도를 보유함으로써, 830℃ 이상의 고내화 특성을 구현하는 동시에, 케이블의 절연층 및 외경의 증가를 억제하여 유연성이 향상되며, 제조비용을 절감시킬 수 있는 우수한 효과를 달성할 수 있다.
한편, 상기 난연층(200)은 세라믹 컴파운드의 압출에 의해 형성될 수 있고, 상기 난연층(200)의 두께는 0.5 내지 1 mm일 수 있다. 상기 세라믹 컴파운드의 압출에 의해 형성된 난연층(200)은 화재시 연소 후 경질의 차르(char)를 형성하여 상기 시스층(400) 내부로의 불꽃 및 열전달 차단 등의 역할을 수행함으로써, 케이블의 난연특성 뿐만 아니라 내화특성도 향상시킬 수 있다.
상기 난연층(200)을 형성하는 세라믹 컴파운드는 고분자 수지에 세라믹, 난연제, 산화방지제, 가공조제, 가교제 등이 첨가될 수 있다. 상기 고분자 수지는 특별히 제한되지 않지만 예를 들어 실리콘 수지, 에틸렌-아세트산 비닐 공중합수지, 말레산 무수물이 그라프트된(grafted) 에틸렌-아세트산 비닐 공중합수지 등일 수 있으며, 바람직하게는 상기 고분자 수지 100 중량부를 기준으로 에틸렌-아세트산 비닐 공중합수지 50 내지 90 중량부 및 말레산 무수물이 그라프트된 에틸렌-아세트산 비닐 공중합수지 10 내지 50 중량부의 블랜드를 포함할 수 있다.
상기 에틸렌-아세트산 비닐 공중합수지는 이의 총 중량을 기준으로 아세트산 비닐의 함량이 20 내지 70 중량%일 수 있고, 상기 에틸렌-아세트산 비닐 공중합수지의 함량이 50 중량부 미만인 경우 화재 등에 의한 상기 시스층(400)의 연소시 차르 형성에 긍정적 영향을 끼치는 아세트산 비닐의 극성기가 불충분할 수 있어 난연특성이 저하되는 반면, 90 중량부 초과인 경우 상온 인장강도가 저하되어 기준미달일 수 있다.
또한, 말레산 무수물이 그라프트된 에틸렌-아세트산 비닐 공중합수지의 함량이 10 중량부 미만인 경우 상온 인장강도가 저하되어 기준미달일 수 있는 반면, 50 중량부 초과인 경우 상온 신장율 및 가열특성이 저하되어 기준미달일 수 있다.
상기 세라믹은 예를 들어 알루미나 세라믹(Al2O3), 지르코니아(ZrO2), 질화규소(Si3N4), 탄화규소(SiC), 질화 알루미늄(AlN) 등일 포함할 수 있고, 함량은 상기 고분자 수지 100 중량부를 기준으로 50 내지 80 중량부일 수 있다. 상기 세라믹의 함량이 50 중량부 미만인 경우 내화특성이 불충분한 반면, 80 중량부 초과인 경우 상온 인장강도 및 신장율이 저하되고 유연성이 저하될 수 있다.
상기 난연제는 비닐실란, 지방산 등으로 표면 처리된 금속수산화물, 예를 들어, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 또는 이들 모두를 포함할 수 있다. 상기 금속수산화물은 비닐실란 등에 의해 소수성으로 표면 처리됨으로써 상기 고분자 수지에 대한 분산성이 향상될 수 있다.
상기 난연제로서 수산화알루미늄은 상기 고분자 수지 100 중량부를 기준으로 120 내지 220 중량부일 수 있다. 또한, 상기 난연제로서 수산화마그네슘은 상기 고분자 수지 100 중량부를 기준으로 100 내지 180 중량부일 수 있다. 상기 수산화알루미늄의 함량이 120 중량부 미만이거나 상기 수산화마그네슘의 함량이 100 중량부 미만인 경우 상기 난연층(200)의 산소지수 및 열방충량이 불충분하여 난연 특성이 기준 미달일 수 있는 반면, 상기 수산화알루미늄의 함량이 220 중량부 초과이거나 상기 수산화마그네슘의 함량이 180 중량부 초과인 경우 상온 기계적 특성, 예를 들어, 인장강도 및 신장율이 기준 미달이고 유연성이 저하될 수 있다.
또한, 상기 세라믹 컴파운드는 상기 고분자 수지 100 중량부를 기준으로, 페놀계, 아민계 등의 산화방지제 2 내지 4 중량부, 가공조제 0.5 내지 1 중량부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 고내화 및 고난연 케이블에 있어서, 상기 하나 이상의 코어(100)와 상기 난연층(200) 사이의 빈 공간을 충진하는 개재(300)는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 같은 폴리올레핀 수지, 에틸렌-프로필렌-디엔 고무 등의 고분자 수지를 포함하는 절연 재료로 이루어지거나, 경우에 따라 유리얀(glass yarn) 등이 적용될 수 있다.
또한, 상기 시스층(400)은 에틸렌 비닐 아세테이트, 에틸렌 메틸아크릴레이트, 폴리에틸렌 같은 에틸렌 단독중합체 또는 공중합체 등의 비할로겐 폴리올레핀 수지, 난연제, 충진제, 산화방지제, 가공조제 등을 포함하는 고난연 시스 컴파운드로부터 형성될 수 있다. 상기 고난연 시스 컴파운드는 산소지수 35% 이상이고 열방출량(Peak Heat Release Rate; PHHR)이 110 KW/㎡ 이하의 난연 특성과 규격 IEC 60502에 따른 기계적 물성, 가열 후 물성 등을 보유할 수 있다.
[실시예]
1. 제조예
아래 표 1에 나타난 사양으로 실시예 및 비교예에 따른 고내화 및 고난연 케이블 시편을 제조했다. 구체적으로, 케이블 시편은 절연층은 CV(Continuous Vulcanization) 설비를 이용하여 압출로 성형했고, 압출기 헤드 온도 130℃ 이하로 설정하여 작업하고 220~240℃에서 가교 했으며, 난연층으로서 세라믹컴파운드층은 일반 압출로 성형했고 압출기 헤드 온도 150℃에서 작업했다. 또한, 시스층은 일반 압출기 및 플랫 전선용 압출기를 이용하여 압출로 성형했고, 압출기 헤드 온도 140~160℃에서 작업했다. 아래 표 1에 기재된 함량의 단위는 중량부이다.
도체 내화층 절연층 난연층 시스층
세라믹 난연제
비교예1












1×150SQ		 마이카
테이프 1매












XLPE		 40 120











난연
HFPO
실시예1 마이카
테이프 1매		 50 120
실시예2 마이카
테이프 1매		 60 120
실시예3 마이카
테이프 1매		 70 120
실시예4 마이카
테이프 1매		 80 120
비교예2 마이카
테이프 1매		 90 120
비교예3 마이카
테이프 1매		 60 90
실시예5 마이카
테이프 1매		 60 100
실시예6 마이카
테이프 1매		 60 110
실시예7 마이카
테이프 1매		 60 130
실시예8 마이카
테이프 1매		 60 140
실시예9 마이카
테이프 1매		 60 150
비교예4 마이카
테이프 1매		 60 190
비교예5 마이카
테이프 2매		 마이카 테이프 3매
비교예6 마이카
테이프 2매		 -
- 난연 HFPO : 산소지수 40%, PHRR 110 kW/㎟
- 세라믹 : 알루미나 세라믹
- 난연제 : 수산화마그네슘
2. 물성 평가
1) 상온 인장강도 및 신장율 평가
규격 IEC 60811-1-1에 준하여 속도 250 mm/min으로 측정했고, AS/NZS 3808의 규격에 의거하여 실시예 및 비교예 각각에 따른 케이블 시편으로부터 절개한 난연층이 인장강도 0.6 kgf/㎟ 이상, 신장율 125% 이상을 만족하여야 한다.
2) 난연특성 평가
규격 IEC 60332-3 cat.A에 준하여 케이블 시편 길이 3.5 m 기준으로 화염을 40분 동안 인가 후 연소길이가 2.5 m 이하여야 한다.
3) 유연성 평가
3-point bending test를 이용하여 케이블 시편의 양 말단부를 하부에서 지지하고 시편의 중앙부를 상부에서 눌러 일정 거리를 움직일 때 필요한 힘을 측정했다. 동일거리를 움직이는데 필요한 힘이 클수록 유연성이 떨어지게 된다.
4) 내화특성 평가
규격 IEC 60331-31에 따르면 830℃에서 120분동안 화염을 인가하면서 5분마다 타격을 가하여 전류 전송 기능을 유지하는지 여부를 평가한다.
상기 물성의 평가 결과는 아래 표 2에 나타난 바와 같다.

 상온 기계적 특성 난연특성 내화특성 유연성(N)
인장강도(kgf/㎟) 신장율(%)
비교예1 0.8 200 Pass Fail 50
실시예1 1 160 Pass Pass 53
실시예2 1.2 150 Pass Pass 55
실시예3 1.25 148 Pass Pass 58
실시예4 1.32 140 Pass Pass 60
비교예2 1.4 120 Pass Pass 62
비교예3 0.67 220 Fail Pass 57
실시예5 0.9 196 Pass Pass 60
실시예6 0.97 180 Pass Pass 65
실시예7 1.2 150 Pass Pass 68
실시예8 1.4 135 Pass Pass 70
실시예9 1.45 128 Pass Pass 75
비교예4 1.5 110 Pass Pass 78
비교예5 - - Fail Pass 83
비교예6 - - Fail Fail 92
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따르는 실시예 1 내지 9의 케이블 시편은 상온의 기계적 특성과 난연특성 및 내화특성이 모두 우수한 동시에, 케이블의 유연성이 우수한 것으로 확인되었다.
반면, 비교예 1의 케이블 시편은 난연층에 포함된 세라믹 함량이 불충분하여 내화특성이 불량이었고, 비교예 2의 케이블 시편은 난연층에 포함된 세라믹 함량이 과도하여 난연층의 상온 신장율이 불량이었으며, 비교예 3의 케이블 시편은 난연층에 포함된 난연제 함량이 불충분하여 난연특성이 불량이었고, 비교예 4의 케이블 시편은 난연층을 마이카 테이프의 횡권에 의해 형성함으로써 난연특성이 불량인 동시에 케이블의 유연성이 크게 저하되었으며, 비교예 5의 케이블 시편은 난연층이 없어 난연특성 및 내화특성 모두가 불량이고 내화층을 마이카 테이프 2매로 형성함으로써 케이블의 유연성 역시 크게 저하된 것으로 확인되었다.
본 명세서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.
100 : 코어 200 : 난연층
300 : 개재 400 : 시스층

Claims (23)

  1. 도체, 상기 도체를 감싸는 내화층 및 상기 내화층을 감싸는 절연층을 포함하는 하나 이상의 코어;
    상기 하나 이상의 코어를 전체적으로 감싸고 세라믹 컴파운드를 포함하는 난연층; 및
    상기 난연층을 감싸는 시스층을 포함하고,
    상기 세라믹 컴파운드는 에틸렌-아세트산 비닐 공중합수지 50 내지 90 중량부 및 말레산 무수물이 그라프트된(grafted) 에틸렌-아세트산 비닐 공중합수지 10 내지 50 중량부를 포함하는 고분자 수지, 상기 고분자 수지 100 중량부를 기준으로, 세라믹(Al2O3), 지르코니아(ZrO2), 질화규소(Si3N4), 탄화규소(SiC) 및 질화 알루미늄(AlN)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 세라믹 50 내지 80 중량부 및 금속수산화물 난연제 100 내지 220 중량부를 포함하고,
    상기 내화층은 마이카 테이프 1매에 의해 형성되고, 상기 마이카 테이프는 마이카 분말의 단위면적당 중량인 마이카 밀도가 80 내지 120 g/㎡인 마이카 층, 접착제에 의해 상기 마이카 층 하부에 적층되고 유리사의 직조로 형성된 유리사 직물층 및 상기 유리사 직물층 하부에 적층되고 마이카 분말 또는 금속수산화물 코팅에 의해 형성된 보강층을 포함하며, 상기 접착제의 함량은 상기 마이카 테이프의 총 중량을 기준으로 14 내지 16 중량%이고,
    상기 난연층의 두께는 0.5 내지 1 mm인 것을 특징으로 하는, 고내화 및 고난연 케이블.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 에틸렌-아세트산 비닐 공중합수지는 이의 총 중량을 기준으로 아세트산 비닐의 함량이 20 내지 70 중량%인 것을 특징으로 하는, 고내화 및 고난연 케이블.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 금속수산화물 난연제는 소수성으로 표면 처리된 금속수산화물인 것을 특징으로 하는, 고내화 및 고난연 케이블.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 금속수산화물은 상기 고분자 수지 100 중량부를 기준으로 수산화알루미늄 120 내지 220 중량부 또는 수산화마그네슘 100 내지 180 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 고내화 및 고난연 케이블.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 난연층은 상기 고분자 수지 100 중량부를 기준으로, 산화방지제 2 내지 4 중량부 및 가공조제 0.5 내지 1 중량부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 고내화 및 고난연 케이블.
  8. 제1항 및 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절연층은 실리콘 러버(Silicone rubber), 가교 폴리올레핀(Cross-inked Polyollefin; XLPO), 에틸렌프로필렌고무(ethylene-propylene rubber; EPR), 고강도 에틸렌 프로필렌 고무(high-intensity ethylene-propylene rubber; HEPR), 폴리염화비닐(polyvinylchloride; PVC) 또는 이들의 조합을 포함하고,
    상기 하나 이상의 코어와 상기 난연층 사이의 빈 공간을 충진하고 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 같은 폴리올레핀 수지, 에틸렌-프로필렌-디엔 고무 또는 유리얀(glass yarn)을 포함하는 개재를 포함하는 것을 특징으로 하는, 고내화 및 고난연 케이블.
  9. 제1항 및 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시스층은 산소지수 35% 이상이고 열방출량(Peak Heat Release Rate; PHHR)이 110 KW/㎡ 이하인 것을 특징으로 하는, 고내화 및 고난연 케이블.
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서,
    상기 유리사 직물층은 두께(D)가 80~120 ㎛인 유리사가 가로 간격(A) 200~500 ㎛, 세로 간격(B) 100~300 ㎛로 직조됨으로써 형성되고, 아래 수학식 1에 의한 유리사 직조 밀도가 35 내지 70%인 것을 특징으로 하는, 고내화 및 고난연 케이블.
    [수학식 1]
    유리사 직조 밀도(%)=100×{(A×B)-(A-D)×(B-D)}/A×B
  12. 제11항에 있어서,
    상기 유리사 직조 밀도(%)가 45 내지 65%인 것을 특징으로 하는, 고내화 및 고난연 케이블.
  13. 삭제
  14. 제11항에 있어서,
    상기 마이카 층에 포함된 마이카 분말은 연질 마이카 분말, 경질 마이카 분말, 또는 이들 모두를 포함하는 것을 특징으로 하는, 고내화 및 고난연 케이블.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 마이카 층에 포함된 마이카 분말은 내열온도가 900~1,000℃인 연질 마이카 분말을 포함하는 것을 특징으로 하는, 고내화 및 고난연 케이블.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 접착제는 실리콘계 수지를 포함하고 벤질알코올, 에탄, 헥사 클로로, 7,9-디-3급-부틸-1-옥사스피로(4,5)데카-6,9-디엔-28-돈(7,9-Di-tert-butyl-1-oxaspiro(4,5)deca-6,9-diene-28-done) 또는 이들의 조합을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 고내화 및 고난연 케이블.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 금속수산화물 코팅은 수산화알루미늄(Al(OH)3), 수산화마그네슘(Mg(OH)2), 또는 이들 모두를 포함하는 것을 특징으로 하는, 고내화 및 고난연 케이블.
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JP2008159406A (ja) * 2006-12-25 2008-07-10 Yazaki Corp 耐火ケーブル

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