KR20010060344A

KR20010060344A - 전기 케이블

Info

Publication number: KR20010060344A
Application number: KR1020000068422A
Authority: KR
Inventors: 첼라이알모스
Original assignee: 추후제출; 스투더 드라트-운트 카벨베르크 아게
Priority date: 1999-11-19
Filing date: 2000-11-17
Publication date: 2001-07-06
Also published as: CA2323254A1; JP2001155554A; BR0005788A; EP1102282A1; MXPA00010997A

Abstract

본 발명은 내부층이 탈할로겐 난연성 중합체 네트워크로 이루어지며, 외부층의 적어도 일부가 내유성 플라스틱을 포함하는 2층 전도 절연체를 갖는 전기 케이블에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 내부층은 수산화알루미늄 및/또는 수산화마그네슘을 포함하는 폴리올레핀으로 이루어지며, 외부층은 내부층의 폴리올레핀과 상용가능한, 폴리에스테르 탄성중합체 및/또는 기계적으로 강성인 중합체로 이루어진다. 본 발명에 따르면, 2 층의 중합체는 나중에 압출된 상태로 서로 접착되도록 선택된다. 두층간의 접착력을 증진시키기 위해, 층들 사이의 작용성 그룹의 결합이 가능하도록 하는 상용화제(예를 들면, 블록 공중합체) 또는 반응성 삼원공중합체를 하나 이상의 내부층 중합체 및/또는 하나 이상의 외부층 중합체와 추가로 혼합시킬 수 있다.

Description

전기 케이블{Electrical cable}

본 발명은 한편으로는 액체 매질에 내성이고, 다른 한편으로는 기계적 응력에 높은 안정성을 갖는 절연체를 포함하는 전기 케이블에 관한 것이다. 본 발명에 따른 전기 케이블은 특히 자동차 산업, 철도 및 또한 항공기 및 우주선을 위한 것이다.

이러한 유형의 전기 케이블은 다음과 같은 특정한 요구에 부응하는 전도 절연체를 포함해야 한다. 즉, 이들은

-내유성 및 내화학약품성

-난연성 및 환경 친화성 및

-내열성 및 내마모성이어야 한다.

예를 들면, 폴리에틸렌 및 에틸렌 공중합체와 같은 탈할로겐 절연체 재료가 인화되는 경우 극히 소량의 연기를 발생시키고 부식되지 않으며/않거나 단지 소량의 유독가스만을 배출하는 절연된 전기 케이블의 제조에 오늘날 이미 사용되고 있다. 또한, 플라스틱 절연체를 형성하는 중합체를 가교결합시킴으로써 내용매성 및내열성을 개선시킬 수 있다는 사실이 공지되어 있다.

탈할로겐 절연체 재료의 난연성은-공지된 바와 같이-알루미늄 삼수화물(ATH) 및/또는 수산화마그네슘을 첨가함으로써 성취된다. 그러나, 이와 같은 수화물을 함유하는 탈할로겐 절연체를 포함하는 전기 케이블은 일반적으로 예를 들면, 가솔린, 광유 및 유기 용매와 같은 액체 매질에 대한 내성이 저하된다는 단점을 가지고 있다. 이러한 단점을 극복하기 위하여, 2-층 전도 절연체를 포함하는 전기 케이블이 이미 개발된 바 있다. 이와 같이, 스위스 특허 제664230호에는 난연성이며, 탈할로겐, 가교결합된 폴리올레핀 공중합체를 포함하는 탈할로겐 내부 절연층 및 폴리아미드, 열가소성 탈할로겐 폴리에스테르 탄성중합체 또는 탈할로겐 방향족 폴리에테르를 포함하는 외부 보호층을 갖는 절연된 전도체가 기재되어 있다. 따라서, 이와 같은 전기 케이블의 제조에서, 내화학약품성인 외부층으로는 내유성을 갖는 극성 중합체가 선택된다. 한편, 방염제에 대한 우수한 흡수성을 갖는 플라스틱을 내부층에 이용할 수 있다. 2개의 절연층의 중합체들은 서로 상용성이 크지 않으며, 따라서 2층의 전도 절연체는 서로 접착하지 않거나 또는 서로 단지 불충분하게만 접착하므로, 이로 인한 기계적 강도, 특히 내마모성에 있어서 바람직하지 않은 한계를 나타낸다. 게다가, 스위스 특허 제664230호에 기재된 전기 케이블의 전도 절연체는 단일 압출 단계로 제조되지 않는다. 대신에, 이들은 서로 독립된 2 단계 절차로 금속 전도체에 적용되며, 경제적인 제조에 있어서는 실제적으로 불리하다.

본 발명의 목적은 스위스 특허 제664230호에 기재된 절연성 전도체로부터 출발하여, 2-층 전도 절연체가 상술한 단점을 갖지 않는 본 명세서의 서두에 언급한 유형의 전기 케이블을 제조하는 것이다.

상기한 목적은 특허청구범위 제1항의 특징을 갖는 전기 케이블에 의해 본 발명에 따라 성취된다.

본 발명에 따른 전기 케이블의 유리한 양태는 특허청구범위의 종속항들로부터 증명된다.

본 발명에 따른 전기 케이블의 전도 절연체는 난연성이며, 탈할로겐, 가교결합된 중합체인 내부층 및 추가로 방염제를 포함할 수 있으며, 특히 내부층에 접착되거나 결합되며, 당해 내부층에 적합한 내유성 중합체인 외부층으로 이루어진 공압출체이다. 본 발명에 따르면, 내부층은 하나 이상의 폴리올레핀 또는 폴리올레핀 혼합물을 포함하며, 외부층은 폴리에스테르 탄성중합체 및/또는 예를 들면, 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBTB) 및/또는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)과 같은 기계적으로 강성인 중합체를 포함한다.

본 발명에 따른 유형의 전기 케이블은 하기와 같이 제조될 수 있다. 2층의 전도 절연체층을 내부층과 외부층을 형성하기 위해 상술한 부류의 화합물에 속하는 중합체를 포함하는 2 부류의 출발 물질이 제공되도록, 0.13 ㎜²내지 70 ㎜²의 총 단면적을 갖는, 다수의 개개의 와이어로 이루어진, 꼬인 구리선에 공압출에 의하여적용한다. 압출 중에 또는 후에, 전도 절연체의 내부층은 고-에너지 전자빔의 작용에 의해 일정 부분 이상 가교결합된다.

내부층은 유리하게 0.1 내지 2 ㎜, 바람직하게는 0.2 내지 1.5 ㎜의 두께로 제조되며, 외부층의 두께는 보통 0.05 내지 0.5 ㎜로 비교적 얇다. 외부층이 어떠한 방염제도 포함하지 않는 경우에는, 전체 전도 절연체의 난연성이 내부층에 의해 제공된다. 따라서, 2개의 층의 서로의 부피비 또는 두께비를 맞추는 것이 중요하다.

2 층 모두 강한 기계적 특성을 갖는다. 따라서, 특히 내부층은 높은 인장 강도와 높은 신장율을 가지며, 외부층은 높은 내마모성을 갖는다.

외부층이 하나 이상의 폴리에스테르 탄성중합체 및/또는 기계적으로 강성인 중합체를 포함하는 반면, 내부층은 방염제에 대한 우수한 흡수성을 갖도록 하는 방식으로 형성된다.

본 발명에 따르면, 내부층 및 외부층의 중합체는 전도체에 적용된 공압출 상태로, 서로 접착하거나 또는 서로 결합하여, 전도 절연체의 기계적 내마모성을 증가시키도록 선택된다. 2층간의 접착력을 추가로 증가시키기 위해, 층 사이의 작용성 그룹의 결합이 가능하도록 하는, 상용화제(예를 들면, 블록 공중합체) 또는 반응성 삼원공중합체를 하나 이상의 내부층 중합체 및/또는 하나 이상의 외부층 중합체와 추가로 혼합시킬 수 있다.

본 발명에 따른 전도 절연체의 전체 특성 프로파일은 두층 사이의 경계면의 작용에 의해 실현된다. 외부층은 화학물질(오일, 디젤오일, 부동액, 배터리 산등) 및 기계적(마모, 노치 충격 강도) 영향으로부터 전기 전도체를 보호하는 역할을 한다. 내부층은 특히 난연성 및 전도 절연체의 전기적 특성을 보장하는 역할을 한다. 2층은 절연체의 우수한 장기 내열성(에이징 특성)에 동등하게 영향을 미친다.

본 발명에서 내부층을 형성하기에 적합한 폴리올레핀은 하기 중합체 그룹이다:

-예를 들면, 에틸렌-비닐 아세테이트(EVA), 에틸렌-메틸 아크릴레이트(EMA), 에틸렌-부틸 아크릴레이트(EBA), 에틸렌-에틸 아크릴레이트(EEA), 에틸렌-프로필렌 고무(EPR), 에틸렌-프로필렌-디엔(EPDM)과 같은 폴리에틸렌 공중합체;

-예를 들면, 0.920 g/㎝³미만의 극저밀도 폴리에틸렌(VLDPE)과 같은 폴리에틸렌 단독중합체;

-EVA, EMA, EBA, EEA, EPR, EPDM 또는 PE에 기초한 무수 말레산(MAH) 삼원공중합체; 및

-EVA, EMA, EBA, EEA, EPR, EPDM 또는 PE에 기초한 글리시딜 메타크릴레이트(GMA) 삼원공중합체.

특히 적합한 폴리에틸렌 공중합체로는

-EVA 중합체 Elvax(Du Pont사), Levapren(Bayer사) 및 Greenflex(Enichem사);

-EMA 중합체 Borflex(Borealis사), Lotryl(Atochem사) 및 Vamac(Du Pont사);

-EBA 중합체 Borflex(Borealis사) 및 Lotryl(Atochem사);

-EEA 중합체 Borflex(Borealis사);

-EPR 중합체 Dutral(Enichem사) 및 Keltan(DSM사) 및

-EPDM 중합체 Nordel(Du Pont사/Dow사) 및 Keltan(DSM사)이 있다..

적합한 폴리에틸렌 단독중합체는 Engage(Du Pont사/Dow사) 및 Exact(EXXON사)이며, 적합한 무수 말레산(MAH) 삼원공중합체는 Polybond(Uniroyal사), Fusabond(Du Pont사), Admer(Mitsui사) 및 Exxelor(EXXON사) 및 적합한 글리시딜 메타크릴레이트(GMA) 삼원공중합체는 Lotader GMA(Atochem사) 및 Evaloy AM 이다.

내부층 제조용 출발 물질로는 필수 성분으로서 상술한 중합체 중 어느 하나 또는 이런 유형의 중합체의 둘 이상으로 이루어진 혼합물이 포함된다. 본 발명의 경우 또한 중합체 블렌드로서 지칭되기도 하는 중합체 혼합물(mixture)은 특히 외부층과 내부층의 접착력을 증진시키는 역할을 한다.

내부층의 출발 물질은 하나 이상의 중합체 이외에, 예를 들면, 수산화알루미늄 또는 수산화마그네슘과 같은 탈할로겐 방염제를 다량 포함하며, 산화방지제, 가수분해 안정화제, 가공보조제, 가교결합제 및 커플링제와 같은 첨가제를 소량 포함한다.

전기 전도체가 구리선으로 이루어진 경우, 내부층은 열 산화(에이징)에 의해 분해되어 구리 탈활성화에 의해 추가로 안정화될 수 있다.

내부층용 출발 물질의 표준 제형은 하기와 같이 정의될 수 있다:

30 내지 40 중량％의 중합체 혼합물;

40 내지 70 중량％의 수산화알루미늄(ATH); 및

0 내지 10 중량％의 첨가제.

하기 물질이 본 발명의 범주내의 외부층 형성에 특히 적합한 물질로 판명되었다:

-폴리에테르 폴리에스테르와 같은 폴리에스테르 탄성중합체, 예를 들면 Hytrel(Du Pont사);

-폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBTP), 이들의 공중합체 및 이들로부터 형성된 혼합물과 같은 극성의 기계적으로 강성인 중합체, 예를 들면 Vestodur, Celanex 및 Vandar; 및

-고밀도 폴리에틸렌(HDPE).

외부층의 형성에 알맞는 출발 물질은 필수 성분으로서 상술한 3개의 그룹으로부터 선택된 중합체를 포함한다. 그러나, 또한 외부층용 출발 물질은 상술한 3개의 그룹으로부터 선택된 2개 이상의 중합체의 혼합물일 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 전도 절연성 외부층은 산화방지제, 가수분해 안정화제, 가공보조제 및 가교결합제와 같은 첨가제를 비교적 소량 포함할 수 있으며, 전기 케이블의 치수에 따라 방염제를 추가로 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 하나 이상의 내부층 중합체는 방사선-가교결합된다. 본 발명에서, 하나 이상의 외부층 중합체를 가교결합시키고자 하는 경우, 추가로 저분자량 가교결합제를 반드시 외부층용 출발 물질과 혼합시켜야 한다. 내부층 중합체와 비교하면, 사실상, 외부층의 모든 중합체들은 가교결합되기 어렵다. 외부층 중합체의 가교결합은 적당한 선량, 예를 들면, 10 내지 25 Mrad을 사용한 가교결합제의 혼입에 의해서만 가능하다.

외부층 출발 물질용 표준 제형은 하기에 의해 정의될 수 있다:

35 내지 80 중량％의 외부층 중합체;

0 내지 30 중량％의 가교결합제;

0 내지 20 중량％의 가수분해 안정화제;

0 내지 5 중량％의 산화방지제;

0 내지 10 중량％의 가공보조제; 및

0 내지 40 중량％의 방염제.

외부층 물질로서 폴리에틸렌(PE)을 사용함에 있어서는, 하기와 같은 점들을 유의하여야 한다. PE 외부층은 어느 한도내에서는 오일 장벽층이 아니다. 따라서, 시간이 지남에 따라 오일이 층을 통과하게 된다. PE 결정상은 이러한 확산 과정을 서서히 감소시킬 수는 있지만, 방지하지는 못한다. 그러나, PE의 밀도가 보다 높아지면, 물질은 보다 단단해지며(좀더 견고해지며), 이의 내마모성 및 내화학약품성은 보다 향상된다. 이는 또한 내유성에도 적용된다. 실제로, 오일은 느슨한 무정형 상만을 공격하여, 팽창시킨다. 이러한 이유로, 고밀도이며, 박막 압출에 대한 양호한 유동 거동 및 우수한 가교결합성, 낮은 MFI를 갖는 본 발명에 따른 외부층용 출발 물질로는 오직 가교결합된 HDPE만이 적합하다.

HDPE의 예

HDPE	밀도-MFI(190/2.16)	융점	결정도
Lupolen 6021D	HDPE 0.960 - 0.2	141 ℃	70 ％
Lupolen 6031M	HDPE 0.964 - 8.0	146 ℃	72 ％
NCPE 1101	HDPE 0.965 - 7.5
Vestolen A6013	HDPE 0.959 - 2.0
Vestolen A6012	HDPE 0.958 - 0.9

본 발명에 따른 전기 케이블은 하기 물리적 특성을 갖는다:

-이들은 특히, 외부층 중합체의 강인하고 탄성적 특성에 기인하는 높은 기계적 강도를 갖는다. 이들은 자동차 산업에 별 문제 없이 사용될 수 있으며, 탁월한 내마모성 및 높은 노치 충격 강도 및 인장 강도를 갖는다.

-이중-층 전도 절연체에 의한 난연성 시험은 매우 잘 통과된다.

-본 발명의 전기 케이블의 장기 내열성은 125 ℃ 내지 150 ℃에서 3000 작동 시간이다. 최저 사용 온도는 -40 ℃이다.

-본 발명에 따른 전기 케이블은 내유성일 뿐만 아니라, 예를 들면, 부동액, 배터리 액, 스크린 세척액, 브레이크 유체, 세척제, 모터, 기아 및 수경 유체 및 가솔린과 같은 기타 화학물질에 대해 내성을 갖는다.

하기 나타낸 표 2 및 표 3은 본 발명에서 제한 없이 서로 결합될 수 있는 내부층 및 외부층 조성물의 예를 나타낸다.

내부층 제형

제형	기본 제형(중량％)
제형 1	나머지 MAH 삼원공중합체, 예: Lotader 4700
	40-70 ％의 ATH, 예: Martinal OL 107 LE
	0.1-5 ％의 산화방지제, 예: Irganox 1010

제형 2	나머지 GMA 중합체, 예: Lotader GMA
	40-70 ％의 ATH, 예: Martinal OL 104 LE
	0.1-5 ％의 산화방지제, 예: Anox 20

제형 3	19-40 중량％의 아크릴레이트 고무, 예: Vamac DLS
	10-30 ％의 폴리에스테르 탄성중합체, 예: Hytral 4056
	40-70 ％의 수산화알루미늄, 예: Martinal OL 107 LE
	0.1-2 ％의 커플링제 A, 예: Silquest PC-1A
	0.1-2 ％의 커플링제 B, 예: Silquest PC-1B
	0.1-5 ％의 산화방지제, 예: Ralox 630
	0.1-7 ％의 중합체 왁스, 예: Luvax EVA2

제형 4	나머지 EVA, 예: Elvax 470
	30-70 ％의 수산화마그네슘, 예: Magnifin H7
	0.1-2 ％의 실란 A, 예: Silquest PC-1A
	0.1-2 ％의 실란 B, 예: Silquest PC-1B
	0.1-5 ％의 산화방지제, 예: Irganox 1330

제형 5	나머지 EVA, 예: Greenflex ML50, Evatane 2403
	40-75 ％의 ATH, 예: Martinal OL 104 LE, Apyral 40E
	0.1-2 ％의 실란, 예: Dynasilan VTMO, VTEO
	0-0.2 ％의 과산화물, 예: Interox TMCH-50, Trigonox C
	0.1-5 ％의 산화방지제, 예: Dovernox 10, Irganox 1010, Vanox ZMTI, DLTDP
	0-7 ％의 가교결합제, 예: Sartomer 350

제형 6	20-40 ％의 EVA, 예: Evatane 2403
	2-20 ％의 TPE, 예: Hytrel 4056
	40-70 ％의 ATH, 예: Martinal OL 107 LE
	0.1-2 ％의 실란, 예: Dynasilan VTEO
	0-2 ％의 과산화물, 예: Trigonox 29
	0-5 ％의 알킬실란, 예: Dynasilan
	OCTEO
	0.1-5 ％의 산화방지제, 예: ADK STAB AO-60

제형 7	나머지 ％ VLDPE, 예: Clerflex MQFO, CLDO, Engage 8452, 8411
	40-70 ％의 ATH, 예: Apyral 40E, Martinal OL 104 LE(탈할로겐)
	0.01-3 ％의 실란, 예: Dynasilan 6598, VTEO, VTMO
	0.0-2 ％의 과산화물, 예: Interox TBPB, Trigonox 29
	0.0-3 ％의 산화방지제, 예: Anox 20, Vanox GT, CDA-6, Vanox ZMTI
	0.0-2 ％의 가공보조제, 예: Listab ZN, Loxiol G20
	0.0-3 ％의 가교결합제, 예: HVA-2, TAIC, Sartomer 350

제형	기본 제형(중량％)
제형 A	나머지 폴리에스테르 탄성중합체, 예: Hytrel 6356, Hytrel HTR 8303
	0.1-5 ％ 산화방지제, 예: Naugard 445, Hytrel 30HS
	0-7 ％의 가교결합제, 예: Sartomer 350
	0-6 ％의 가수분해 안정화제, 예: Stabaxol P

제형 B	나머지 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 예: Vestodur 3020
	0-7 ％의 가교결합제, 예: Sartomer 350
	0.1-5 ％의 산화방지제, 예: Irganox 1330

제형 C	나머지 HDPE ％(밀도: 0.950-0.970 g/㎝³), 예: Vestolen A60 13, Lupolen 6021D
	0-40 ％의 방염제, 예: Exolit AP750, Magnifin H7(탈할로겐)
	0-5 ％의 산화방지제, 예: STAB AO60, DSTSP, PEP-36, Seenox 412 S
	0-3 ％의 가교결합제, 예: Photomer 4158, SR 355, SR494, SR350
	0-5 ％의 가공보조제, 예: Lupolen 6031M, NCPE1101

본 발명에 따른 전도 절연체를 위한 상술한 제형들은 단지 가능한 몇몇 양태의 선택만을 나타낸 것이며, 본 발명의 범주내의 다양한 세목내에서 변형될 수 있다는 점을 주목해야 한다.

본 발명에 따라 한편으로는 액체 매질에 내성이고, 다른 한편으로는 기계적 응력에 높은 안정성을 갖는 절연체를 포함하며, 내유성, 내화학약품성, 난연성, 환경 친화성, 내열성 및 내마모성을 갖는 내부층 및 외부층으로 이루어진 전기 케이블이 제조된다.

Claims

전기 전도체 및, 당해 전도체를 둘러싸고 있으며 탈할로겐 난연성 중합체 네트워크로 이루어져 있는 내부층과 적어도 일부가 내유성 플라스틱으로 이루어져 있는 외부층으로 이루어진 전도 절연체를 포함하는 것으로서, 전도 절연체가, 내부층이 방염제로서 수산화알루미늄 및/또는 수산화마그네슘, 중합체 성분으로서 하나 이상의 폴리올레핀 또는 폴리올레핀 혼합물을 포함하며, 외부층이 필수적으로 폴리에스테르 탄성중합체 및/또는 기계적으로 강성인 중합체로 형성되며, 두층의 중합체가 나중에 압출 상태로 서로 접착되도록 선택된 공압출체임을 특징으로 하는 전기 케이블.
제1항에 있어서, 내부층이 접착력을 증진시키기 위한 상용화제 또는 반응성 삼원공중합체를 추가로 포함함을 특징으로 하는 전기 케이블.
제1항 또는 제2항에 있어서, 외부층이 접착력을 증진시키기 위한 상용화제 또는 반응성 삼원공중합체를 추가로 포함함을 특징으로 하는 전기 케이블.
제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 내부층이 산화방지제, 가수분해 안정화제, 가공보조제 및 커플링제를 추가로 포함함을 특징으로 하는 전기 케이블.
제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 외부층이 산화방지제, 가수분해 안정화제 및 가공보조제를 추가로 포함함을 특징으로 하는 전기 케이블.
제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 내부층 중합체가 에틸렌-비닐 아세테이트(EVA), 에틸렌-메틸 아크릴레이트(EMA), 에틸렌-부틸 아크릴레이트(EBA), 에틸렌-에틸 아크릴레이트(EEA), 에틸렌-프로필렌 고무(EPR), 에틸렌-프로필렌-디엔(EPDM)과 같은 폴리에틸렌 공중합체; 밀도가 0.920 g/㎝³미만인 극저밀도 폴리에틸렌(VLDPE)과 같은 폴리에틸렌 단독중합체; EVA, EMA, EBA, EEA, EPR, EPDM 또는 PE를 기본으로 하는 무수 말레산(MAH) 삼원공중합체; 및 EVA, EMA, EBA, EEA, EPR, EPDM 또는 PE를 기본으로 하는 글리시딜 메타크릴레이트(GMA) 삼원공중합체로 이루어진 그룹중의 어느 하나에 속함을 특징으로 하는 전기 케이블.
제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 외부층 중합체가 폴리에테르-폴리에스테르 및 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBTP), 이들의 공중합체 및 이들로부터 형성된 혼합물로 이루어진 그룹중의 어느 하나에 속함을 특징으로 하는 전기 케이블.
제7항에 있어서, 외부층이 또한 가교결합됨을 특징으로 하는 전기 케이블.
제1항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서, 적어도 외부층이 가교결합되고 하나 이상의 외부층 중합체가 고밀도 폴리에틸렌임을 특징으로 하는 전기 케이블.
제9항에 있어서, 고밀도 폴리에틸렌의 밀도가 0.940 g/㎝³를 초과함을 특징으로 하는 전기 케이블.