KR102562633B1 - 난연 성능이 향상된 알루미늄 복합소재 친환경 케이블 구조체 - Google Patents
난연 성능이 향상된 알루미늄 복합소재 친환경 케이블 구조체 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 알루미늄으로 이루어진 도체; 및 전자선 조사가교 처리된 고분자 수지로 구성된 절연층;을 포함하는 전선을 제공한다.
Description
본 발명은 난연 성능이 향상된 알루미늄 복합소재 친환경 케이블 구조체에 관한 것이다.
전기차는 환경오염 문제로부터 자유로울 뿐만 아니라, 전기 모터로 구동하기 때문에 내연기관차에 비해 상대적으로 운행비용이 저렴하고 차량 수명이 긴 장점을 가지고 있지만 1회 충전 시 가능한 주행 거리가 짧고, 배터리 무게 때문에 일반 자동차에 비해 무겁다는 단점을 가지고 있다. 따라서 전기차의 핵심은 ‘경량화’라고 할 수 있으며, 차량 무게를 10% 경량화 할 경우 연비가 5%~7% 향상되는 효과를 볼 수 있어, 경량화를 통해 가볍고 연비 좋은 전기차를 생산하는 것에 주목하고 있는 상황이다. 이에, 알루미늄은 구리에 비해 40% 가량 가볍고 가격은 1/3 수준으로 저렴하여 미래형 전기자동차의 핵심 소재로 부각되고 있으며, 미래형 전기자동차의 전선은 알루미늄으로 대체될 것으로 전망하고 있다.
현재 대부분의 전기자동차 전선으로는 PVC 및 ETFE(불소계 수지)폴리머를 주체로 하는 할로겐 재료가 대량 사용하고 있으나, 화재 시 발생하는 염화수소 가스 및 소각 처리 시 다이옥신의 발생하는 등 환경성 이슈가 발생하고 있어 미래형 전기자동차에 사용되는 전선케이블에서도 염소(Cl)나 불소(F)를 포함하지 않는 논 할로겐화(Halogen-Free)로의 요구가 높아지고 있는 상황이다. 또한, 기존의 내연기관 자동차(12~14V)에 비해 전기자동차는 600V 이상 고전압에서 구동되는 만큼 고전압 및 대전류에 견딜 수 있는 케이블의 사용은 필수 항목으로 되어 있다.
한편, 전자선 조사기술은 도체(conducting wire)를 압출기에서 고분자 물질로 코팅하고 전자빔을 코팅 고분자에 조사하여 가교시키는 기술로서, 전선 피복의 기능성을 향상시키는 기술이다. 전자선 조사에 의해 고분자 간에 화학결합이 형성되어 3차원 망상구조가 형성되며, 고분자에 전자선이 조사되면 고분자로부터 수소가 탈리되어 고분자 쇄에 활성점이 형성되고, 인접한 활성점과 결합되는데, 이러한 반응은 가교제를 사용하지 않고도 일어난다.
전기자동차에서 사용되는 배터리의 저전압 전력은 인버터에 의해 500V 이상으로 증폭되며 구동 모터로 출력되는데, 사용되는 케이블은 충분한 전류 용량과 높은 전압이 요구된다. 전기자동차의 성능 향상을 위해서는 고전압 및 고전류 구동 시스템이 필요하기 때문에 사용되는 전원 케이블의 크기가 커질 수밖에 없으나 자동차의 외부 공간을 늘리지 않고 엔진 룸을 축소하여 차량의 내부 공간 확장의 필요성 때문에 케이블의 크기 증가에도 불구하고 유연성을 가진 고전압 케이블의 개발 요구가 증가하고 있다.
본 발명의 목적은 미래자동차의 전장화 확대로 발생되는 경량화와 친환경 이슈를 해결하기 위해 기존의 구리 전선을 알루미늄 전선으로 대체하고 난연성 XL-PE(PO) 고분자 소재와 전자선 조사기술을 활용하여 미래자동차용 기능성(내열성, 난연성, 친환경성 등) 전선케이블을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은
알루미늄으로 이루어진 도체; 및
전자선 조사가교 처리된 고분자 수지로 구성된 절연층;을 포함하는 전선을 제공한다.
또한, 상기 절연층은,
상기 도체를 폴리에틸렌 수지 46-50 중량부, 폴리프로필렌 수지 10-14 중량부, 에틸렌프로필렌디엔메틸렌(EPDM) 고무 15-19 중량부, 폴리메틸비닐실록산(PMVS) 3-7 중량부, 테트라글리시딜 메틸렌디아닐린(tetraglycidyl methylenedianiline, TGDDM) 3-7 중량부, 수산화탄산마그네슘 1-5 중량부, 실란 표면처리된 삼산화 안티모니(Sb2O3) 1-5 중량부, 멜라민폴리포스페이트 1-5 중량부, 카본블랙 0.5-4 중량부 및 산화아연 0.5-4 중량부를 포함하는 절연층 형성용 조성물로 피복하여 절연층을 형성하는 단계; 및
상기 절연층에 230-270 kGy의 조사량으로 전자선을 조사하는 단계;를 수행하여 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은
알루미늄으로 이루어진 도체를 준비하는 단계;
상기 도체를 폴리에틸렌 수지 46-50 중량부, 폴리프로필렌 수지 10-14 중량부, 에틸렌프로필렌디엔메틸렌(EPDM) 고무 15-19 중량부, 폴리메틸비닐실록산(PMVS) 3-7 중량부, 테트라글리시딜 메틸렌디아닐린(tetraglycidyl methylenedianiline, TGDDM) 3-7 중량부, 수산화탄산마그네슘 1-5 중량부, 실란 표면처리된 삼산화 안티모니(Sb2O3) 1-5 중량부, 멜라민폴리포스페이트 1-5 중량부, 카본블랙 0.5-4 중량부 및 산화아연 0.5-4 중량부를 포함하는 제1 절연층 형성용 조성물로 피복하여 제1 절연층을 형성하는 단계;
상기 제1 절연층에 230-270 kGy의 조사량으로 전자선을 조사하는 단계;
전자선 조사된 절연층의 외주면에 둘 이상의 PET 복합섬유를 편조하여 편조사층을 형성하는 단계;
상기 편조사층의 외주면을 폴리에틸렌 수지 28-32 중량부, 폴리프로필렌 수지 28-32 중량부, 에틸렌프로필렌디엔메틸렌(EPDM) 고무 15-19 중량부, 폴리메틸비닐실록산(PMVS) 3-7 중량부, 테트라글리시딜 메틸렌디아닐린(tetraglycidyl methylenedianiline, TGDDM) 3-7 중량부, 수산화탄산마그네슘 1-5 중량부, 실란 표면처리된 삼산화 안티모니(Sb2O3) 1-5 중량부, 멜라민폴리포스페이트 1-5 중량부, 카본블랙 0.5-4 중량부 및 산화아연 0.5-4 중량부를 포함하는 제2 절연층 형성용 조성물로 피복하여 제2 절연층을 형성하는 단계; 및
상기 제2 절연층에 160-200 kGy의 조사량으로 전자선을 조사하는 단계;를 포함하고,
상기 PET 복합섬유는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 수지 68-72 중량부, 우레탄계 첨가제 12-16 중량부, 클로로술폰화 폴리에틸렌 고무(CSM) 6-10 중량부, 소듐디헥실술포숙시네이트 3-7 중량부 및 실란 표면처리된 삼산화 안티모니(Sb2O3) 1-5 중량부를 포함하는 PET 복합섬유 형성용 조성물로 제조된 것을 특징으로 하는 복합 전선의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 전선은 난연성이 우수하며, 내열성, 내한성, 내마모성도 뛰어나 자동차용 전선 또는 케이블로 유용하게 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 측면에서 제공되는 복합 전선의 제조방법을 순서도로 나타낸 것이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시예를 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에 기재된 실시예는 다양하게 변형될 수 있다. 특정한 실시예가 도면에서 묘사되고 상세한 설명에서 자세하게 설명될 수 있다. 그러나 첨부된 도면에 개시된 특정한 실시 예는 다양한 실시예를 쉽게 이해하도록 하기 위한 것일 뿐이다. 따라서 첨부된 도면에 개시된 특정 실시예에 의해 기술적 사상이 제한되는 것은 아니며, 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 균등물 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
1차, 2차, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 구성요소들은 상술한 용어에 의해 한정되지는 않는다. 상술한 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서에서, '포함한다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결되어' 있다거나 '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
그 밖에도, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그에 대한 상세한 설명은 축약하거나 생략한다.
본 발명은
알루미늄으로 이루어진 도체; 및
전자선 조가교 처리된 고분자 수지로 구성된 절연층;을 포함하는 전선을 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 전선에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 전선은 도체를 포함하고, 상기 도체는 알루미늄으로 이루어진 것을 특징으로 한다. 자동차 분야에서는, 전기 전도성이 우수한 구리계 재료로 이루어진 도체를 갖는 구리 전선이 신호선 및 전력선으로서 널리 사용되고 있다. 차량의 고성능화 및 고성능화가 빠르게 진행되어, 차량에 사용되는 전자 기기 및 제어 기기의 수가 늘어나고 있으며, 이에 따라 차량에 사용되는 전선의 수도 늘어나고 있다. 그 결과, 무게를 줄이기 위해 알루미늄 재료로 이루어진 도체를 갖는 알루미늄 전선을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 도체는 알루미늄 합금으로 이루어지는 것이 바람직하고, 상기 알루미늄 합금은 마그네슘, 철, 티타늄 등을 일부 포함하는 합금일 수 있다. 구체적으로 마그네슘 0.2 중량%, 철 0.5 중량%, 티타늄 0.02 중량% 및 알루미늄 잔부로 포함한다.
본 발명에 따른 전선은 절연층을 포함하고, 상기 절연층은 전자선 조가교 처리된 고분자 수지로 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 절연층은 상기 도체를 피복하는 절연재료로 이루어진 것이다.
상기 절연층은 상기 도체를 폴리에틸렌 수지 46-50 중량부, 폴리프로필렌 수지 10-14 중량부, 에틸렌프로필렌디엔메틸렌(EPDM) 고무 15-19 중량부, 폴리메틸비닐실록산(PMVS) 3-7 중량부, 테트라글리시딜 메틸렌디아닐린(tetraglycidyl methylenedianiline, TGDDM) 3-7 중량부, 수산화탄산마그네슘 1-5 중량부, 실란 표면처리된 삼산화 안티모니(Sb2O3) 1-5 중량부, 멜라민폴리포스페이트 1-5 중량부, 카본블랙 0.5-4 중량부 및 산화아연 0.5-4 중량부를 포함하는 절연층 형성용 조성물로 피복하여 절연층을 형성하는 단계; 및 상기 절연층에 230-270 kGy의 조사량으로 전자선을 조사하는 단계;를 수행하여 형성된 것이 바람직하다.
상기 절연층은 폴리에틸렌 수지 46-50 중량부, 폴리프로필렌 수지 10-14 중량부, 에틸렌프로필렌디엔메틸렌(EPDM) 고무 15-19 중량부, 폴리메틸비닐실록산(PMVS) 3-7 중량부, 테트라글리시딜 메틸렌디아닐린(tetraglycidyl methylenedianiline, TGDDM) 3-7 중량부, 수산화탄산마그네슘 1-5 중량부, 실란 표면처리된 삼산화 안티모니(Sb2O3) 1-5 중량부, 멜라민폴리포스페이트 1-5 중량부, 카본블랙 0.5-4 중량부 및 산화아연 0.5-4 중량부를 포함하는 절연층 형성용 조성물로 형성되되, 전자선 조사를 통해 형성된다.
상기 폴리에틸렌 수지는 베이스 수지로 적용하며, 폴리에틸렌 수지를 이용해 절연층을 형성하고 이를 전자선 조사가교하는 것만으로도 난연성이 형성된다. 상기 폴리에틸렌 수지는 47-49 중량부 포함하는 것이 더욱 바람직하다.
상기 폴리프로필렌 수지는 보조 수지로 적용하며, 폴리에틸렌 수지와 함께 적용하여 절연층의 내구성을 높여준다. 상기 폴리프로필렌 수지는 11-13 중량부 포함하는 것이 더욱 바람직하다.
상기 에틸렌프로필렌디엔메틸렌(EPDM) 고무는 보강제로 적용하며, EPDM 고무를 포함한 절연층을 전자선 조사가교함으로써 인장강도, 신장율 등을 향상시킬 수 있다. 상기 EPDM 고무는 16-18 중량부 포함하는 것이 더욱 바람직하다.
상기 폴리메틸비닐실록산(PMVS)은 보강제로 적용하며, PMVS를 포함한 절연층을 전자선 조사가교함으로써 인장강도, 신장율 및 경도 등을 향상시킬 수 있다. 상기 PMVS는 4-6 중량부 포함하는 것이 더욱 바람직하다.
상기 테트라글리시딜 메틸렌디아닐린(tetraglycidyl methylenedianiline, TGDDM)은 4관능성 에폭시계 단량체로 절연층 형성용 조성물로 적용되어 기계적 물성 및 내열특성을 향상시킨다. 상기 TGDDM은 4-6 중량부 포함하는 것이 더욱 바람직하다.
상기 수산화탄산마그네슘은 난연제로 적용되어 난연성을 향상시킨다. 상기 수산화탄산마그네슘은 2-4 중량부 포함하는 것이 더욱 바람직하다.
상기 실란 표면처리된 삼산화 안티모니(Sb2O3)는 난연제로 적용되어 난연성을 향상시킨다. 상기 실란 표면처리된 삼산화 안티모니는 2-4 중량부 포함하는 것이 더욱 바람직하다.
상기 멜라민폴리포스페이트는 난연제로 적용되어 난연성을 향상시킨다. 상기 멜라민폴리포스페이트는 2-4 중량부 포함하는 것이 더욱 바람직하다.
상기 카본블랙은 충전재로 적용되며, 카본블랙은 전자선 조사가교로 인해 가교도를 향상시켜 절연층의 물성을 향상시킨다. 상기 카본블랙은 1-3 중량부 포함하는 것이 더욱 바람직하다.
상기 산화아연은 충전재로 적용되며, 산화아연은 전자선 조사가교로 인해 산화아연이 여기되고 여기된 에너지가 폴리에틸렌 수지 및 폴리프로필렌 수지에 전달되어 가교율을 향상시켜 절연층의 물성을 향상시킨다. 상기 산화아연은 1-3 중량부 포함하는 것이 더욱 바람직하다.
상기 절연층 형성용 조성물을 도체에 피복한 후, 230-270 kGy의 조사량으로 전자선을 조사하여 최종 절연층이 형성되며, 더욱 바람직하게는 240-260 kGy의 조사량으로 전자선을 조사한다. 상기 전자선 조사를 통해 절연층은 전자선 조사가교 처리되어 내열성, 강인성, 내마모성, 인장강도, 신장율, 경도 등이 향상된다. 상기 절연층 형성용 조성물로 인해 인장강도가 더욱 높이 향상된다.
또한, 상기 절연층은 폴리에틸렌 수지 28-32 중량부, 폴리프로필렌 수지 28-32 중량부, 에틸렌프로필렌디엔메틸렌(EPDM) 고무 15-19 중량부, 폴리메틸비닐실록산(PMVS) 3-7 중량부, 테트라글리시딜 메틸렌디아닐린(tetraglycidyl methylenedianiline, TGDDM) 3-7 중량부, 수산화탄산마그네슘 1-5 중량부, 실란 표면처리된 삼산화 안티모니(Sb2O3) 1-5 중량부, 멜라민폴리포스페이트 1-5 중량부, 카본블랙 0.5-4 중량부 및 산화아연 0.5-4 중량부를 포함하는 절연층 형성용 조성물로 형성되되, 전자선 조사를 통해 형성될 수 있다.
상기 절연층은 폴리에틸렌 수지와 폴리프로필렌 수지의 함량이 60 중량%이고, 1:1의 중량비율로 혼합된 것으로, 경도를 더욱 높일 수 있다.
상기 절연층 형성용 조성물을 도체에 피복한 후, 160-200 kGy의 조사량으로 전자선을 조사하여 최종 절연층이 형성되며, 더욱 바람직하게는 170-190 kGy의 조사량으로 전자선을 조사한다. 상기 전자선 조사를 통해 절연층은 전자선 조사가교 처리되어 내열성, 강인성, 내마모성, 인장강도, 신장율, 경도 등이 향상된다. 상기 절연층 형성용 조성물로 인해 경도가 더욱 높이 향상된다.
또한, 본 발명은
알루미늄으로 이루어진 도체를 준비하는 단계;
상기 도체를 폴리에틸렌 수지 46-50 중량부, 폴리프로필렌 수지 10-14 중량부, 에틸렌프로필렌디엔메틸렌(EPDM) 고무 15-19 중량부, 폴리메틸비닐실록산(PMVS) 3-7 중량부, 테트라글리시딜 메틸렌디아닐린(tetraglycidyl methylenedianiline, TGDDM) 3-7 중량부, 수산화탄산마그네슘 1-5 중량부, 실란 표면처리된 삼산화 안티모니(Sb2O3) 1-5 중량부, 멜라민폴리포스페이트 1-5 중량부, 카본블랙 0.5-4 중량부 및 산화아연 0.5-4 중량부를 포함하는 제1 절연층 형성용 조성물로 피복하여 제1 절연층을 형성하는 단계;
상기 제1 절연층에 230-270 kGy의 조사량으로 전자선을 조사하는 단계;
전자선 조사된 절연층의 외주면에 둘 이상의 PET 복합섬유를 편조하여 편조사층을 형성하는 단계;
상기 편조사층의 외주면을 폴리에틸렌 수지 28-32 중량부, 폴리프로필렌 수지 28-32 중량부, 에틸렌프로필렌디엔메틸렌(EPDM) 고무 15-19 중량부, 폴리메틸비닐실록산(PMVS) 3-7 중량부, 테트라글리시딜 메틸렌디아닐린(tetraglycidyl methylenedianiline, TGDDM) 3-7 중량부, 수산화탄산마그네슘 1-5 중량부, 실란 표면처리된 삼산화 안티모니(Sb2O3) 1-5 중량부, 멜라민폴리포스페이트 1-5 중량부, 카본블랙 0.5-4 중량부 및 산화아연 0.5-4 중량부를 포함하는 제2 절연층 형성용 조성물로 피복하여 제2 절연층을 형성하는 단계; 및
상기 제2 절연층에 160-200 kGy의 조사량으로 전자선을 조사하는 단계;를 포함하고,
상기 PET 복합섬유는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 수지 68-72 중량부, 우레탄계 첨가제 12-16 중량부, 클로로술폰화 폴리에틸렌 고무(CSM) 6-10 중량부, 소듐디헥실술포숙시네이트 3-7 중량부 및 실란 표면처리된 삼산화 안티모니(Sb2O3) 1-5 중량부를 포함하는 PET 복합섬유 형성용 조성물로 제조된 것을 특징으로 하는 복합 전선의 제조방법을 제공한다.
이때, 도 1에 본 발명의 일 측면에서 제공되는 복합 전선의 제조방법을 순서도로 나타내었으며, 이하, 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 복합 전선의 제조방법을 각 단계별로 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 복합 전선의 제조방법은 알루미늄으로 이루어진 도체를 준비하는 단계를 포함한다.
상기 도체는 알루미늄 합금으로 이루어지는 것이 바람직하고, 상기 알루미늄 합금은 마그네슘, 철, 티타늄 등을 일부 포함하는 합금일 수 있다. 구체적으로 마그네슘 0.2 중량%, 철 0.5 중량%, 티타늄 0.02 중량% 및 알루미늄 잔부로 포함한다.
구체적인 일례로, 0.2 중량%의 마그네슘(Mg), 0.5 중량%의 철(Fe) 및 0.02 중량%의 티타늄(Ti)을 함유하고 잔부는 알루미늄(Al)인 알루미늄 합금의 용탕을 급속 응고시켜 마련한 알루미늄 합금을 주조하는 단계; 상기 알루미늄 합금을 소성 가공하여 상기 알루미늄 합금으로 알루미늄 합금 도체를 형성하는 단계; 및 상기 알루미늄 합금 도체를 연화처리하여 상기 알루미늄 합금 도체를 연질 도체로 제조하는 단계;를 수행하여 상기 도체를 준비할 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 복합 전선의 제조방법은 상기 도체를 폴리에틸렌 수지 46-50 중량부, 폴리프로필렌 수지 10-14 중량부, 에틸렌프로필렌디엔메틸렌(EPDM) 고무 15-19 중량부, 폴리메틸비닐실록산(PMVS) 3-7 중량부, 테트라글리시딜 메틸렌디아닐린(tetraglycidyl methylenedianiline, TGDDM) 3-7 중량부, 수산화탄산마그네슘 1-5 중량부, 실란 표면처리된 삼산화 안티모니(Sb2O3) 1-5 중량부, 멜라민폴리포스페이트 1-5 중량부, 카본블랙 0.5-4 중량부 및 산화아연 0.5-4 중량부를 포함하는 제1 절연층 형성용 조성물로 피복하여 제1 절연층을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 제1 절연층 형성용 조성물은 폴리에틸렌 수지 47-49 중량부, 폴리프로필렌 수지 11-13 중량부, 에틸렌프로필렌디엔메틸렌(EPDM) 고무 16-18 중량부, 폴리메틸비닐실록산(PMVS) 4-6 중량부, 테트라글리시딜 메틸렌디아닐린(tetraglycidyl methylenedianiline, TGDDM) 4-6 중량부, 수산화탄산마그네슘 2-4 중량부, 실란 표면처리된 삼산화 안티모니(Sb2O3) 2-4 중량부, 멜라민폴리포스페이트 2-4 중량부, 카본블랙 1-3 중량부 및 산화아연 1-3 중량부를 포함하는 것이 더욱 바람직하다.
다음으로, 본 발명에 따른 복합 전선의 제조방법은 상기 제1 절연층에 230-270 kGy의 조사량으로 전자선을 조사하는 단계를 포함한다.
상기 제1 절연층 형성용 조성물을 도체에 피복한 후, 230-270 kGy의 조사량으로 전자선을 조사하여 제1 절연층이 형성되며, 더욱 바람직하게는 240-260 kGy의 조사량으로 전자선을 조사한다. 상기 전자선 조사를 통해 제1 절연층은 전자선 조사가교 처리되어 내열성, 강인성, 내마모성, 인장강도, 신장율, 경도 등이 향상된다. 상기 제1 절연층 형성용 조성물로 인해 인장강도가 더욱 높이 향상된다.
다음으로, 본 발명에 따른 복합 전선의 제조방법은 전자선 조사된 절연층의 외주면에 둘 이상의 PET 복합섬유를 편조하여 편조사층을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 PET 복합섬유는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 수지 68-72 중량부, 우레탄계 첨가제 12-16 중량부, 클로로술폰화 폴리에틸렌 고무(CSM) 6-10 중량부, 소듐디헥실술포숙시네이트 3-7 중량부 및 실란 표면처리된 삼산화 안티모니(Sb2O3) 1-5 중량부를 포함하는 PET 복합섬유 형성용 조성물로 제조된 것이 바람직하고, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 수지 69-71 중량부, 우레탄계 첨가제 13-15 중량부, 클로로술폰화 폴리에틸렌 고무(CSM) 7-9 중량부, 소듐디헥실술포숙시네이트 4-6 중량부 및 실란 표면처리된 삼산화 안티모니(Sb2O3) 2-4 중량부를 포함하는 PET 복합섬유 형성용 조성물로 제조된 것이 더욱 바람직하다. 상기 조성을 포함하는 PET 복합섬유 형성용 조성물을 이용하여 PET 복합섬유를 형성하고, 이를 이용하여 편조함으로써 편조사층을 형성하는 것이 가장 바람직하다. 이를 통해 우수한 내팽창성을 나타낸다.
상기 우레탄계 첨가제는 폴리테트라메틸렌글리콜(PTMG), 디메틸올프로피온산(dimethylol propionic acid), N-메틸피놀리돈(NMP) 용액 및 이소포론디이소시아네이트(isophoronediisocyanate)를 혼합하여 프리폴리머를 제조하고, N-메틸피놀리돈(NMP) 용액에 희석시킨 트리에틸아민(triethylamine)으로 상기 프리폴리머를 중화시키고, 상기 중화된 프리폴리머에 증류수를 투입하여 수분산시킨 후, 사슬 연장제로 에틸렌디아민(ethylene diamine)을 첨가하여 폴리우레탄을 제조하고, 상기 폴리우레탄에 에틸메타크릴레이트(ethylmetaacrylate) 및 아조비스이소부티로니트릴(AIBN)을 첨가한 후 교반하는 공정을 수행하여 제조되는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 우레탄계 첨가제를 적용하여 편조사층의 신율 등 물성을 향상시키고, 절연층과의 호환성을 높여준다.
상기 클로로술폰화 폴리에틸렌 고무를 포함하여 내열성 등의 특성을 향상시키고, 절연층과의 호환성을 높여준다.
상기 소듐디헥실술포숙시네이트는 우레탄계 첨가제와 함께 도입되어 PET 복합섬유를 제조함에 있어 PET 복합섬유의 인장신도, 열안정성을 개선하여 주는 성분으로 적용된다.
상기 실란 표면처리된 삼산화 안티모니(Sb2O3)는 난연제로 적용되어 편조사층에 난연성을 부여한다.
상기 PET 복합섬유는 상기 PET 복합섬유 형성용 조성물을 블렌딩하여 제조한 펠릿을 섬유 방사기를 이용하여 방사함으로써 제조할 수 있다. 이후, PET 복합섬유를 이용해 편조장치를 통해 편조하여 편조사층을 형성한다.
또한, 상기 복합 전선의 제조방법은 상기 편조사층의 외주면에 접착 조성물을 분사하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 단계에서는 편조사층의 외주면에 접착 조성물을 분사하여 접착층을 형성한다. 상기 접착층은 편조사층을 이루는 복합섬유 사이사이에 침투하여 복합섬유를 서로 연결함과 동시에 이후 단계에서 제2 절연층 형성시 제2 절연층과의 접착력을 높여준다.
상기 접착 조성물은 아크릴계 고분자 수지 30-34 중량부, 아크릴계 화합물을 포함하는 아크릴계 혼합물 17-21 중량부, 하기 화학식 1의 실리콘계 화합물 8-12 중량부, 펜타에리스톨-트리스-(베타-(N-아지리디닐)프로피오네이트 1-5 중량부, 실록산으로 표면개질된 나노 실리카졸 18-22 중량부, 아조비스이소부티로니트릴 개시제 0.05-0.5 중량부, 2-(퍼플루오로부틸)에틸 트리에톡시실란(2-(perfluorobutyl)ethyl triethoxysilane) 3-7 중량부, 로진 에스테르계 점착부여제 4-8 중량부, 폴리프로필렌글리콜 2-6 중량부 및 항산화제 0.7-1.1 중량부를 포함하는 것이 바람직하고, 아크릴계 고분자 수지 31-33 중량부, 아크릴계 화합물을 포함하는 아크릴계 혼합물 18-20 중량부, 하기 화학식 1의 실리콘계 화합물 9-11 중량부, 펜타에리스톨-트리스-(베타-(N-아지리디닐)프로피오네이트 2-4 중량부, 실록산으로 표면개질된 나노 실리카졸 19-21 중량부, 아조비스이소부티로니트릴 개시제 0.08-0.12 중량부, 2-(퍼플루오로부틸)에틸 트리에톡시실란(2-(perfluorobutyl)ethyl triethoxysilane) 4-6 중량부, 로진 에스테르계 점착부여제 5-7 중량부, 폴리프로필렌글리콜 3-5 중량부 및 항산화제 0.8-1.0 중량부를 포함하는 것이 더욱 바람직하다.
상기 접착 조성물은 에틸메타크릴레이트 단량체 단위 23-27 중량%, n-부틸메타크릴레이트 단량체 단위 23-27 중량%, 글리시딜메타크릴레이트 단량체 단위 23-27 중량% 및 하이드록시에틸 메타크릴레이트 단량체 단위 23-27 중량%인 제1 아크릴레이트계 공중합체 및 메틸메타크릴레이트 단량체 단위 23-27 중량%, 에틸메타크릴레이트 단량체 단위 23-27 중량%, 아크릴산 단량체 단위 23-27 중량% 및 메톡시에틸메타크릴레이트 단량체 단위 23-27 중량%인 제2 아크릴레이트계 공중합체의 68-72:28-32의 중량비율로 혼합된 혼합물인 아크릴계 고분자 수지를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 아크릴계 고분자 수지를 적용하여 접착력, 유지력 및 내구력을 확보할 수 있다.
상기 접착 조성물은 화학식 1로 표시되는 실리콘계 화합물을 포함하여 접착 유지력 및 내구성을 확보할 수 있다.
<화학식 1>
(상기 화학식 1에서 n은 1-9의 정수이고, m은 1-9의 정수이다.)
상기 접착 조성물은 2-에틸헥실(메타)아크릴레이트, 라우릴메타크릴레이트 및 디메타크릴레이트 디에틸렌글리콜이 4:3:3의 중량비율로 혼합된 혼합물인 아크릴계 혼합물을 포함한다. 상기 아크릴계 혼합물을 포함하여 우수한 접착성과 더불어 경화특성을 확보할 수 있다.
상기 접착 조성물은 펜타에리스톨-트리스-(베타-(N-아지리디닐)프로피오네이트를 포함한다. 상기 펜타에리스톨-트리스-(베타-(N-아지리디닐)프로피오네이트를 포함하여 접착력 및 응집력을 확보할 수 없다.
상기 접착 조성물은 실록산으로 표면개질된 나노 실리카졸을 포함한다. 상기 접착 조성물로 실록산으로 표면개질된 나노 실리카졸을 포함하여 접착력 및 내구성을 개선할 수 있다.
상기 나노 실리카졸은 물과 혼합이 가능한 알콜계 용매에 3가 알콕시 실란 또는 4가 알콕시 실란을 첨가하여 실란혼합물을 형성한 후, 알콜계 용매에 상기 3가 알콕시 실란 도는 상기 4가 알콕시 실란이 일정하게 분산되도록 교반을 수행하여 얻어지는 것을 의미한다.
상기 나노 실리카졸은 입자크기가 5-100 nm일 수 있고, 5-20 nm인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 3가 알콕시 실란은 하이드록시기(-OH)가 3개 포함된 실란을 말하며, 트리메톡시실란(Trimethoxysilane), 트리에톡시실란(Triethoxysilane), 트리-n-프로폭시실란(Tri-n-propoxysilane), 트리이소프로폭시실란(Triisopropoxysilane), 메틸트리메톡시실란(Methyltrimethoxysilane), 메틸트리에톡시실란(Methyltriethoxysilane), 페닐트리메톡시실란(Phenyltrimethoxysilane), 페닐트리에톡시실란(Phenyltriethoxysilane), 3-글리시독시프로필트리메톡시실란(3-Glycidoxypropyltrimethoxysilane) 등이 있다.
상기 4가 알콕시 실란은 하이드록시기(-OH)가 4개 포함된 실란이며, 테트라메톡시실란(Tetramethoxysilane), 테트라에톡시실란(Tetraethoxysilane), 테트라프로폭시실란(Tetrapropoxysilane), 테트라이소프로폭시실란(Tetraisopropoxysilane), 테트라부톡시실란(Tetrabutoxysilane), 테트라페녹시실란(Tetraphenoxysilane), 테트라아세톡시실란(Tetraacethoxysilane)으로 등이 있다.
상기 알콜계 용매는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 부탄올 등이 있다.
상기 나노 실리카졸과 실록산은 1:2-5의 중량비로 혼합되는 것이 바람직하고, 1:3-5의 중량비로 혼합되는 것이 더욱 바람직하고, 1:4.5의 중량비로 혼합되는 것이 가장 바람직하다.
상기 나노 실리카졸은 pH를 산성으로 맞춘 다음, 10-30 중량%에 해당하는 실록산류 물질을 사용하여 표면개질할 수 있다.
상기 실록산류는 알킬 실록산류이고, 상기 알킬 실록산류는 헥사알킬실록산, 테트라알킬실록산일 수 있고, 헥사알킬실록산을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 접착 조성물은 아조비스이소부티로니트릴 개시제를 포함한다. 상기 개시제는 아크릴계 화합물을 중합반응시키는 매개체로써 그 함량이 0.05 중량부 미만일 경우 반응속도가 느려 생산성이 저하되고, 미반응 단량체가 조성물 내에 잔류할 우려가 있다. 반면, 0.5 중량부를 초과할 경우 급격한 온도상승으로 인해 반응속도를 제어하기 어렵고, 중합도 및 분자량이 낮아져 접착제의 응집력을 저하시킬 우려가 있다.
상기 접착 조성물은 2-(퍼플루오로부틸)에틸 트리에톡시실란(2-(perfluorobutyl)ethyl triethoxysilane), 로진 에스테르계 점착부여제, 폴리프로필렌글리콜 및 항산화제를 포함한다.
다음으로, 본 발명에 따른 복합 전선의 제조방법은 상기 편조사층의 외주면을 폴리에틸렌 수지 28-32 중량부, 폴리프로필렌 수지 28-32 중량부, 에틸렌프로필렌디엔메틸렌(EPDM) 고무 15-19 중량부, 폴리메틸비닐실록산(PMVS) 3-7 중량부, 테트라글리시딜 메틸렌디아닐린(tetraglycidyl methylenedianiline, TGDDM) 3-7 중량부, 수산화탄산마그네슘 1-5 중량부, 실란 표면처리된 삼산화 안티모니(Sb2O3) 1-5 중량부, 멜라민폴리포스페이트 1-5 중량부, 카본블랙 0.5-4 중량부 및 산화아연 0.5-4 중량부를 포함하는 제2 절연층 형성용 조성물로 피복하여 제2 절연층을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 제2 절연층은 폴리에틸렌 수지와 폴리프로필렌 수지의 함량이 60 중량%이고, 1:1의 중량비율로 혼합된 것으로, 경도를 더욱 높일 수 있다.
상기 제2 절연층 형성용 조성물은 폴리에틸렌 수지 29-31 중량부, 폴리프로필렌 수지 29-31 중량부, 에틸렌프로필렌디엔메틸렌(EPDM) 고무 16-18 중량부, 폴리메틸비닐실록산(PMVS) 4-6 중량부, 테트라글리시딜 메틸렌디아닐린(tetraglycidyl methylenedianiline, TGDDM) 4-6 중량부, 수산화탄산마그네슘 2-4 중량부, 실란 표면처리된 삼산화 안티모니(Sb2O3) 2-4 중량부, 멜라민폴리포스페이트 2-4 중량부, 카본블랙 1-3 중량부 및 산화아연 1-3 중량부를 포함하는 것이 더욱 바람직하다.
다음으로, 본 발명에 따른 복합 전선의 제조방법은 상기 제2 절연층에 160-200 kGy의 조사량으로 전자선을 조사하는 단계를 포함한다.
상기 제2 절연층 형성용 조성물을 도체에 피복한 후, 160-200 kGy의 조사량으로 전자선을 조사하여 제2 절연층이 형성되며, 더욱 바람직하게는 170-190 kGy의 조사량으로 전자선을 조사한다. 상기 전자선 조사를 통해 제2 절연층은 전자선 조사가교 처리되어 내열성, 강인성, 내마모성, 인장강도, 신장율, 경도 등이 향상된다. 상기 제2 절연층 형성용 조성물로 인해 경도가 더욱 높이 향상된다.
이하, 본 발명을 하기의 실시예에 의해 보다 상세하게 설명한다.
단, 하기 실시예는 본 발명의 내용을 예시하는 것일 뿐 발명의 범위가 실시예 및 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1-6> 절연층의 제조
폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 에틸렌프로필렌디엔메틸렌(EPDM) 고무, 폴리메틸비닐실록산(PMVS), 테트라글리시딜 메틸렌디아닐린(tetraglycidyl methylenedianiline, TGDDM), 수산화탄산마그네슘, 실란 표면처리된 삼산화 안티모니(Sb2O3), 멜라민폴리포스페이트, 카본블랙 및 산화아연을 혼합하여 절연층 형성용 조성물을 제조하였다.
상기 절연층 형성용 조성물을 이축 압출기에서 혼련하여 절연재를 제조하고, 절연재에 150-280 kGy의 조사량으로 전자선을 조사하여 절연층을 제조하였다.
절연층 형성용 조성물의 함량, 전자선 조사량은 아래 표 1에 나타내었다.
| 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 실시예 4 | 실시예 5 | 실시예 6 | |
| 폴리에틸렌 | 48 | 48 | 48 | 30 | 30 | 30 |
| 폴리프로필렌 | 12 | 12 | 12 | 30 | 30 | 30 |
| EPDM | 17 | 17 | 17 | 17 | 17 | 17 |
| PMVS | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 |
| TGDDM | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 |
| 수산화탄산마그네슘 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 |
| 삼산화안티모니 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 |
| 멜라민폴리포스페이트 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 |
| 카본블랙 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| 산화아연 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| 전자선조사량 (kGy) |
230 | 250 | 270 | 180 | 200 | 220 |
<실험예 1> 절연층의 물성 측정 및 평가
1. 인장강도
상기 절연층 시편을 10 cm의 길이로 절단하여 시편에 대하여 만능인장시험기(ITM)를 이용하여 200 mm/min의 인장속도로 실험을 실시하였다. 5개의 시편에 대해 실험을 실시한 후 그 평균값을 구하였다.
2. 내열성
ISO 6722에 따라 시편의 내열성을 평가하기 위하여 시편을 125℃에서 3000시간 방치한 후 절연 파괴 특성 및 신장율을 측정하였다. 굴곡 후 내전압이 1 kV 이상이어야 하며, 신장율은 100% 이상이어야 한다.
3. 내한성
ISO 6722에 따라 시편의 내한성을 평가하기 위하여, 3.2 mm x 12.7 mm x 125 mm의 시편을 -40℃에서 4시간 동안 유지한 후 정해진 환봉에 권부하였다. 내한성이 기준치를 만족하려면 절연 파괴가 발생하지 않아야 한다.
4. 내마모성
ISO 6722에 따라 시편의 내마모성을 평가하기 위하여, 시편에 7N 하중을 가하며 지름이 0.45 mm 니들(needle)로 마모시켰다. 300회 이상 마모시에 절연 파괴가 발생하지 않아야 한다.
5. 경도
EN 50620에 따라 시편의 경도를 평가하기 위하여 경도(shore D)를 측정하였다.
6. 난연성
ISO 6722에 따라 시편의 난연성을 평가하기 위하여 시편에 45도 각도로 불꽃을 15초 동안 인가하거나, 시편에 수직으로 불꽃을 인가할 경우 70초 내에 불꽃이 소멸하여야 한다.
실험결과를 하기 표 2에 나타내었다.
| 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 실시예 4 | 실시예 5 | 실시예 6 | ||
| 인장강도 (kgf/mm2) | 2.4 | 2.8 | 2.5 | 2.4 | 2.5 | 2.4 | |
| 내열성 | 굴곡후 내전압(KV) | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 |
| 신장율(%) | 180 | 220 | 200 | 180 | 200 | 190 | |
| 내한성 | 굴곡후 내전압(KV) | Pass | Pass | Pass | Pass | Pass | Pass |
| 내마모성 (회) | 620 | 695 | 642 | 645 | 721 | 691 | |
| 경도 | 85 | 84 | 84 | 86 | 92 | 85 | |
| 난연성 | Pass | Pass | Pass | Pass | Pass | Pass | |
상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에서 제시하는 복합 전선의 절연층은 전자선 조사가교를 통해 더욱 우수한 물성을 나타냄과 동시에 난연성을 확보하였음을 확인할 수 있다.
특히, 실시예 2 및 실시예 5에서 제조된 절연층은 각각 인장강도 및 경도가 우수하며, 이를 제1 절연층과 제2 절연층으로 적용하는 경우 더욱 우수한 복합 전선을 제조할 수 있음을 알 수 있다.
Claims (3)
- 알루미늄으로 이루어진 도체를 준비하는 단계;
상기 도체를 폴리에틸렌 수지 46-50 중량부, 폴리프로필렌 수지 10-14 중량부, 에틸렌프로필렌디엔메틸렌(EPDM) 고무 15-19 중량부, 폴리메틸비닐실록산(PMVS) 3-7 중량부, 테트라글리시딜 메틸렌디아닐린(tetraglycidyl methylenedianiline, TGDDM) 3-7 중량부, 수산화탄산마그네슘 1-5 중량부, 실란 표면처리된 삼산화 안티모니(Sb2O3) 1-5 중량부, 멜라민폴리포스페이트 1-5 중량부, 카본블랙 0.5-4 중량부 및 산화아연 0.5-4 중량부를 포함하는 제1 절연층 형성용 조성물로 피복하여 제1 절연층을 형성하는 단계;
상기 제1 절연층에 230-270 kGy의 조사량으로 전자선을 조사하는 단계;
전자선 조사된 절연층의 외주면에 둘 이상의 PET 복합섬유를 편조하여 편조사층을 형성하는 단계;
상기 편조사층의 외주면을 폴리에틸렌 수지 28-32 중량부, 폴리프로필렌 수지 28-32 중량부, 에틸렌프로필렌디엔메틸렌(EPDM) 고무 15-19 중량부, 폴리메틸비닐실록산(PMVS) 3-7 중량부, 테트라글리시딜 메틸렌디아닐린(tetraglycidyl methylenedianiline, TGDDM) 3-7 중량부, 수산화탄산마그네슘 1-5 중량부, 실란 표면처리된 삼산화 안티모니(Sb2O3) 1-5 중량부, 멜라민폴리포스페이트 1-5 중량부, 카본블랙 0.5-4 중량부 및 산화아연 0.5-4 중량부를 포함하는 제2 절연층 형성용 조성물로 피복하여 제2 절연층을 형성하는 단계; 및
상기 제2 절연층에 160-200 kGy의 조사량으로 전자선을 조사하는 단계;를 포함하고,
상기 PET 복합섬유는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 수지 68-72 중량부, 우레탄계 첨가제 12-16 중량부, 클로로술폰화 폴리에틸렌 고무(CSM) 6-10 중량부, 소듐디헥실술포숙시네이트 3-7 중량부 및 실란 표면처리된 삼산화 안티모니(Sb2O3) 1-5 중량부를 포함하는 PET 복합섬유 형성용 조성물로 제조된 것을 특징으로 하는 복합 전선의 제조방법. - 삭제
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR20070088474A (ko) * | 2004-11-26 | 2007-08-29 | 스미토모덴키고교가부시키가이샤 | 논할로겐 전선, 전선다발 및 자동차용 와이어하네스 |
| KR20100058676A (ko) | 2007-10-23 | 2010-06-03 | 가부시키가이샤 오토네트웍스 테크놀로지스 | 자동차용 알루미늄 전선 및 그 제조 방법 |
| KR101625034B1 (ko) * | 2015-10-23 | 2016-05-30 | (주)경신전선 | 전기자동차용 충전 케이블 및 이의 제조방법 |
-
2023
- 2023-01-13 KR KR1020230005263A patent/KR102562633B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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