KR20110129745A

KR20110129745A - 고강도와 우수한 유연성을 갖는 절연 재료 조성물 및 이를 이용한 케이블

Info

Publication number: KR20110129745A
Application number: KR1020100049289A
Authority: KR
Inventors: 이성호; 정민수
Original assignee: 엘에스전선 주식회사
Priority date: 2010-05-26
Filing date: 2010-05-26
Publication date: 2011-12-02

Abstract

본 발명은 고강도와 우수한 유연성을 갖는 절연 재료 조성물에 관한 것으로서, 저밀도 폴리에틸렌, 에틸렌 프로필렌 공중합체, 에틸렌 부텐 공중합체 및 에틸렌 옥텐 공중합체로 구성된 그룹 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상이 혼합된 기본 수지 100 중량부에 대하여, 무기 충진제 50 내지 180 중량부 및 유기 과산화물 가교제 1 내지 10 중량부를 포함하여 이루어지고, 상기 기본 수지는 5 내지 20%의 결정성을 갖는다. 본 발명의 절연 재료 조성물을 이용하여 제조된 절연체를 구비하는 케이블은, 케이블에 요구되는 인장 강도와 유연성을 동시에 만족시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 절연 재료 조성물을 이용하여 제조된 케이블은 선박, 해양 설비, 풍력 발전 설비, 원자력 발전 설비와 같이 좁은 공간에서도 포설이 용이하다.

Description

고강도와 우수한 유연성을 갖는 절연 재료 조성물 및 이를 이용한 케이블{Insulation Material Composition With High Strength And Excellent Flexibility, And Cable Using The Same}

본 발명은 고강도를 만족하면서 유연성이 우수한 절연 재료 조성물 및 이를 이용한 케이블에 관한 것이다.

국내 또는 국외에서 사용되는 종래의 케이블 중 한 형태는 도 1에 도시된 바와 같이, 도체(1, conductor)를 중심으로 절연층(2, insulation layer), 베딩층(3, bedding layer), 편조층(4, braid layer) 및 시스층(5, sheath layer)으로 이루어져 있다. 케이블 규격에서 요구하는 높은 인장 강도의 기계적 특성을 만족하기 위하여, 종래 기술은 상기 절연층의 기본 수지로서 결정성이 30%를 초과하는 가교된 폴리에틸렌을 사용하였다. 그러나, 상기 가교 폴리에틸렌의 높은 결정성 때문에 상온에서 굴곡 강도가 높아 케이블의 절연체로 적용될 경우 케이블의 유연성을 확보할 수 없었다. 이로 인해 현장에서 포설 작업시 어려움이 따르고, 특히 좁은 공간에서 케이블을 포설하기 위하여 구부려야 할 경우 많은 힘이 요구되었다. 이에 따라, 케이블을 설치하는데 더 많은 노력과 기술이 필요하고 설치 비용이 높으므로 생산성이 저하되는 문제점이 발생하였다.

또한, 상기 기본 수지의 결정성이 증가할수록 밀도가 상승하게 되는데 이 경우 케이블 전체의 중량이 증가하게 되고, 이러한 케이블이 사용되는 선박이나 군함, 해양 시설, 풍력 발전 시설, 원자력 발전 시설 등의 무게를 증가시키는 요인으로 작용할 수 있다. 그 결과 선박이나 군함 등에 있어서, 속력 저하를 야기시켜 최종적으로 에너지 효율을 떨어뜨릴 수 있게 된다.

따라서 종래의 결정성이 30%를 초과하는 가교된 폴리에틸렌이 적용된 절연층을 포함하는 케이블의 기계적 물성은 유지하면서도 유연성이 뛰어난 절연 재료의 개발이 절실하다.

본 발명의 기술적 과제는 기계적 물성이 우수하면서도 유연한 절연 재료 조성물을 제공하는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 고강도와 우수한 유연성을 갖는 절연 재료 조성물은 저밀도 폴리에틸렌, 에틸렌 프로필렌 공중합체, 에틸렌 부텐 공중합체 및 에틸렌 옥텐 공중합체로 구성된 그룹 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상이 혼합된 기본 수지 100 중량부에 대하여, 무기 충진제 50 내지 180 중량부 및 유기 과산화물 가교제 1 내지 10 중량부를 포함하여 이루어지고, 상기 기본 수지는 5 내지 20%의 결정성을 갖는다.

본 발명의 고강도와 우수한 유연성을 갖는 절연 재료 조성물을 이용하여 제조된 절연체를 갖는 케이블은 기계적 물성이 뛰어날 뿐만 아니라 유연성도 뛰어나다. 따라서, 본 발명의 케이블은 선박, 해양 설비, 풍력 발전 설비, 원자력 발전 설비와 같이 좁은 공간에서도 포설이 용이하다.

본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술 사상의 이해를 돕기 위한 것이므로, 본 발명은 아래 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 국내 또는 국외에서 사용되는 종래의 케이블의 횡단면도이다.

본 발명에서는 고강도와 우수한 유연성을 갖는 절연 재료 조성물과 이를 이용한 케이블을 제공한다.

본 발명의 고강도와 우수한 유연성을 갖는 절연 재료 조성물은 저밀도 폴리에틸렌, 에틸렌 프로필렌 공중합체, 에틸렌 부텐 공중합체 및 에틸렌 옥텐 공중합체로 구성된 그룹 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상이 혼합된 기본 수지 100 중량부에 대하여, 무기 충진제 50 내지 180 중량부 및 유기 과산화물 가교제 1 내지 10 중량부를 포함하여 이루어지고, 상기 기본 수지는 5 내지 20%의 결정성을 갖는다.

상기 기본 수지의 결정성의 수치범위와 관련하여, 결정성이 5% 미만인 경우에는 제조되는 케이블의 유연성은 우수하지만 기계적 특성이 만족스럽지 못하며, 결정성이 20%를 초과하는 경우에는 인장 강도는 우수하지만 유연성이 떨어진다. 따라서, 본 발명의 기본 수지는 5 내지 20%의 결정성을 갖는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 기본 수지를 구성하는 각각의 저밀도 폴리에틸렌, 에틸렌 프로필렌 공중합체, 에틸렌 부텐 공중합체 또는 에틸렌 옥텐 공중합체는 0.5 내지 5 g/10분의 용융지수를 갖는 것이 바람직하다. 용융지수가 0.5 g/10분 미만인 경우에는 조성물의 흐름성이 저하되어 압출 작업시 높은 부하가 발생하여 압출기 내의 온도가 상승되며, 그로 인해 기기가 손상되는 문제점이 발생한다. 그러나, 이러한 문제점을 해소하기 위하여 압출 작업시 발생하는 부하를 낮추게 되면, 제품의 생산성이 저하되는 또다른 문제점이 발생한다. 반면, 용융지수가 5 g/10분을 초과하는 경우에는 조성물의 흐름성이 좋아서 가공성이 향상되지만, 제조되는 케이블의 기계적 특성이 저하되는 문제점이 발생한다. 따라서, 본 발명의 기본 수지를 구성하는 각각의 성분들은 0.5 내지 5 g/10분의 용융지수를 갖는 것이 바람직하다.

본 발명의 절연 재료 조성물을 사용하여 제조되는 케이블에 요구되는 기계적 물성 및 유연성을 만족시키기 위하여 무기 충진제 및 유기 과산화물 가교제가 사용될 수 있다.

본 발명의 무기 충진제로서 클레이 또는 탈크를 단독으로 사용하거나 이들을 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.

본 발명의 유기 과산화물(organic peroxide) 가교제는 조성물의 화학 가교를 위해 첨가되며 기본 수지 100 중량부에 대하여 1 내지 10 중량부인 것이 바람직하다. 유기 과산화물 가교제가 1 중량부 미만으로 포함되면 충분한 가교가 이루어지지 않아서 제조되는 케이블의 기계적 물성이 낮아지고, 10 중량부를 초과하여 포함되면 가교시에 발생하는 열적 부산물이 과도하게 발생하여 제조되는 케이블의 체적 저항과 신장율이 저하되는 문제점이 발생한다. 따라서, 본 발명의 유기 과산화물 가교제는 상기의 함량으로 포함되는 것이 바람직하다.

본 발명의 유기 과산화물 가교제로 사용될 수 있는 화합물에는, 특별히 제한되는 것은 아니지만, 디-(2,4-디클로로벤조일)-퍼옥사이드(di-(2,4-dichlorobenzoyl)-peroxide), 디벤조일퍼옥사이드(dibenzoyl peroxide), t-부틸퍼옥시벤조에이트(t-butyl peroxybenzoate), 1,1-디-(t-부틸퍼옥시)-3,3,5-트리메틸시클로헥산(1,1-di-(t-butylperoxy)-3,3,5-trimethylcyclohexane), 디큐밀퍼옥사이드(dicumyl peroxide), 디-(2-t-부틸퍼옥시이소프로필)벤젠(di-(2-t-butylperoxyisopropyl)benzene), t-부틸큐밀퍼옥사이드(t-butylcumylperoxide), 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)-헥산(2,5-dimethyl-2,5-di(t-butylperoxy)-hexane) 및 디-t-부틸퍼옥사이드(di-t-butylperoxide) 중에서 선택된 1종의 화합물 또는 2종 이상의 혼합물이 사용할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기의 고강도와 우수한 유연성을 갖는 절연 재료 조성물을 이용하여 제조된 절연층을 갖는 케이블을 제공한다.

[실시예]

이하 실시예를 들어 본 발명을 더 구체적으로 설명한다. 본 발명이 속하는 분야의 평균적 기술자는 아래 실시예에 기재된 실시 태양 외에 여러 가지 다른 형태로 본 발명을 변형할 수 있으며, 이하 실시예는 본 발명을 예시할 따름이지 본 발명의 기술적 사상의 범위를 아래 실시예 범위로 한정하기 위한 의도라고 해석해서는 아니된다.

본 발명의 고강도와 우수한 유연성을 갖는 절연 재료 조성물의 성분 및 조성비에 따른 성능 변화를 살펴보기 위하여 아래 표 1의 특성을 갖는 기본 수지 100 중량부에 대하여, 100 중량부의 무기 충진제(탈크, 렉셈社의 TS-3000)와 4 중량부의 유기 과산화물 가교제(디큐밀퍼옥사이드)를 사용하여 실시예와 비교예의 절연 재료 조성물을 제조하였다. 이때, 본 발명의 범위를 벗어나는 수치에 대해서는 이탤릭체로 표시하였다.

	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	비교예1	비교예2	비교예3
기본 수지	에틸렌 부텐 공중합체 a (80 중량%)	에틸렌 부텐 공중합체 b (80 중량%)	에틸렌 부텐 공중합체 a (40 중량%)	에틸렌 부텐 공중합체 b (80 중량%)	저밀도 폴리에틸렌	에틸렌 옥텐 공중합체	에틸렌 부텐 공중합체 a
기본 수지	저밀도 폴리에틸렌 (20 중량%)	저밀도 폴리에틸렌 (20 중량%)	에틸렌 부텐 공중합체 c (60 중량%)	에틸렌 부텐 공중합체 c (60 중량%)	저밀도 폴리에틸렌	에틸렌 옥텐 공중합체	에틸렌 부텐 공중합체 a
결정성	7.4%	9.8%	6.4%	7.6%	33.0%	13.0%	1.0%

[표에 사용한 성분의 설명]

* 에틸렌 부텐 공중합체 a : 용융지수가 1.2이며 결정성이 1%임.

* 에틸렌 부텐 공중합체 b : 용융지수가 1.2이며 결정성이 3%임.

* 에틸렌 부텐 공중합체 c : 용융지수가 1.2이며 결정성이 8%임.

* 에틸렌 옥텐 공중합체 : 용융지수가 13이며 결정성이 13%임.

* 저밀도 폴리에틸렌 : 용융지수가 1.0이며 결정성이 35%임.

물성 측정 및 평가

상기 실시예(1~4) 및 비교예(1~3)에 따르는 절연 재료 조성물을 이용하여 절연재를 제조하였고, 상기 절연재를 절연층으로 하는 케이블을 통상의 방법에 의해 제조하였다. 상기 선박용 케이블의 구조는 도 1에 나타낸 바와 같다.

이렇게 얻은 실시예와 비교예의 시편에 대하여 인장 강도, 신장율, 모듈러스, 인장 잔율, 신장 잔율을 측정한 결과를 아래 표 2에 정리하였고, 케이블에 요구되는 물성을 만족하지 못하는 경우에는 이탤릭체로 표시하였다. 간략한 실험 조건은 다음과 같다.

㉠ 상온 기계적 물성

케이블의 상온에서의 기계적 물성은 ASTM D 638에 준하여 신장속도 250 mm/분으로 측정하였다. 이때, 인장 강도는 1.27 kgf/mm² 이상, 신장율은 200% 이상이어야 한다.

㉡ 3% 모듈러스

모듈러스는 응력과 변형의 비를 나타내는 탄성계수를 의미하는 것으로, 본 실험에서는 3% 모듈러스를 측정하기 위하여 3% 변형되었을 때의 응력(kgf/mm²)을 측정하였다. 모듈러스의 수치가 낮을수록 유연성이 우수하다는 것을 의미한다.

㉢ 가열 후 기계적 물성

케이블을 가열한 후 136 ℃에서 168 시간 동안 방치한 후 기계적 물성을 측정하였다. 이때, 인장 잔율과 신장 잔율은 최소 75% 이상이어야 한다.

성분	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	비교예1	비교예2	비교예3
인장 강도 (kgf/mm²)	1.864	2.085	1.828	1.718	1.952	1.132	1.261
신장율(%)	568.14	555.78	493	410	455	587	502
3% 모듈러스 (kgf/mm²)	0.278	0.279	0.239	0.252	0.5	0.157	0.262
인장 잔율(%)	82.94	79.90	86.87	92.03	99	94.6	108.7
신장 잔율(%)	99.68	84.44	83.30	86.64	98	96.8	97.9

표 2에 정리한 바와 같이, 실시예 1 내지 4의 절연 재료 조성물을 이용하여 제조된 절연체를 포함하는 케이블은 상온의 인장 강도, 상온의 신장율, 3% 모듈러스, 인장 잔율 및 신장 잔율에서 모두 기준치를 만족하였다. 특히 본 발명의 케이블은 고강도와 유연성을 동시에 만족시키는 우수한 물성을 발휘하였으며, 이러한 결과는 최적의 용융지수와 최적의 결정성을 가진 기본 수지를 사용한 것에 기인된다.

반면, 비교예 1은 결정성이 20%가 넘는 기본 수지(결정성 35%)를 사용하여 상당히 큰 모듈러스 수치를 보였으며, 이는 제조된 케이블의 유연성이 좋지 않다는 것을 의미한다. 비교예 2는 본 발명에서 제시한 용융지수를 벗어난 에틸렌 옥텐 공중합체(용융지수 13)를 기본 수지로 사용하여 케이블에 요구되는 인장 강도의 기준치를 만족하지 못하였다. 또한, 비교예 3은 결정성이 5% 미만인 기본 수지(결정성 1%)를 사용하여 케이블에 요구되는 인장 강도의 기준치를 만족하지 못하였다.

위와 같이 본 발명의 최적 실시예들을 개시하였다. 본 실시예를 포함하는 명세서에서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 당업자에게 본 발명을 상세히 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미를 한정하거나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위해 사용된 것이 아님을 밝혀 둔다.

도 1에 사용된 부호를 설명하면 다음과 같다.
1 : 도체 2 : 절연층
3 : 베딩층 4 : 편조층
5 : 시스층

Claims

저밀도 폴리에틸렌, 에틸렌 프로필렌 공중합체, 에틸렌 부텐 공중합체 및 에틸렌 옥텐 공중합체로 구성된 그룹 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상이 혼합된 기본 수지 100 중량부에 대하여,
무기 충진제 50 내지 180 중량부, 및
유기 과산화물 가교제 1 내지 10 중량부를 포함하여 이루어지고,
상기 기본 수지는 5 내지 20%의 결정성을 갖는 것을 특징으로 하는 고강도와 우수한 유연성을 갖는 절연 재료 조성물.
제1항에 있어서,
각각의 저밀도 폴리에틸렌, 에틸렌 프로필렌 공중합체, 에틸렌 부텐 공중합체 또는 에틸렌 옥텐 공중합체는 0.5 내지 5 g/10분의 용융지수를 갖는 것을 특징으로 하는 고강도와 우수한 유연성을 갖는 절연 재료 조성물.
제1항에 있어서,
상기 무기 충진제는 클레이 및 탈크로 구성된 그룹에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 고강도와 우수한 유연성을 갖는 절연 재료 조성물.
제1항 내지 제3항 중 선택된 어느 한 항의 고강도와 우수한 유연성을 갖는 절연 재료 조성물을 이용하여 제조된 절연층을 갖는 것을 특징으로 하는 케이블.