KR20110135173A - 비가교 열가소성 고분자로 제조되는 전선 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비가교 열가소성 고분자로 제조되는 전선에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명의 전선은 도체 코어부에 순차적으로 내부 반도전층, 절연층, 외부 반도전층, 금속쉴드층 및 시스층이 코팅되어 적층된 구조를 구비하는 전선으로서, 상기 내부 반도전층, 절연층 및 외부 반도전층은 비가교된 열가소성 고분자를 포함하여 형성된 것을 특징으로 한다. 본 발명의 전선은 절연층 및 반도전층에 가교된 고분자를 사용하지 않으므로 전선 제조시에 가교 공정이 필요치 않아 경제적이며 환경친화적이다.

Description

비가교 열가소성 고분자로 제조되는 전선{Cable prepared from non-crosslinked polymer}

본 발명은 비가교 열가소성 고분자로 제조되는 전선에 관한 것이다.

종래 전선의 제조방법에서는, 절연층을 피복시키기 위해 도체의 연속 사용 온도인 90℃ 이하에서 절연체가 열적 특성과 전기특성을 만족할 수 있도록 저밀도 폴리에틸렌을 화학가교 시키거나 선형저밀도 폴리에틸렌을 수가교 시켜 사용하였다. 또한, 중고압 전선에서는 균일한 전계를 형성하게 하는 반도전층을 위한 고분자도 가교를 시켜 사용하였다.

통상적으로 절연층에 사용되는 가교된 폴리에틸렌은 일반적으로 화학가교 방식을 적용하는데, 화학가교를 진행하기 위해서는 고온에서 과산화물을 분해하여 라디칼을 형성하여야 한다. 이러한 분해 과정은 온도에 매우 민감하여 압출된 고분자가 가교관 내부에서 정상적인 가교가 진행되기 전에 이미 압출기 내부에서 가교제인 과산화물이 분해되어 가교가 진행됨으로써 비정상적으로 압출되고 절연체 외관이 불량하여 일반적인 특성 및 전기적인 특성에 문제가 발생한다.

또한, 화학가교는 가교 과정에서 가교 부산물이 발생하게 된다. 화학 가교시 발생하는 가교 부산물은 극성 성분이 많아 절연체의 전기적 특성을 저하시키는데, 특히 절연파괴 강도가 낮아져 품질 확보에 어려움을 주기도 한다. 그러므로, 화학 가교 제품은 필연적으로 발생하는 가교 부산물을 건조 공정을 통하여 제거해야할 필요가 있다. 그런데, 이러한 건조 공정은 제품 제조 기간을 연장시킬 뿐만 아니라 부가적인 공정 설비가 필요하다.

그리고, 종래 사용되는 가교된 폴리에틸렌은 가교 공정을 반드시 거쳐야 하는데 가교는 고온 고압의 스팀 가교관에서 진행하는 방법과 고온의 불활성 가스 가교관에서 진행하는 방법이 있다. 상기 두 종류의 가교 공정을 구현하기 위해서는 고비용의 설비 투자가 이루어져야 할 뿐만 아니라, 설비를 유지 관리하는데도 많은 비용이 추가적으로 소요된다.

그리고, 압출된 절연층 및 반도전층을 가교시키기 위해서는 일정 속도 이하로 고온 및 고압의 가교관을 통과시켜야 하는데 이에 따라 생산속도가 매우 제한적일 수 밖에 없으며, 연속적으로 제조할 수도 없다. 더불어, 최근에는 환경 보호 측면에서 재료의 재활용에 대한 요구가 증가하고 있는데 가교된 폴리에틸렌은 재생을 할 수 없다는 단점이 있다.

또한, 화학가교 공정을 거치는 전선 제조 공정은 기본적으로 작업에 필요한 여분의 길이를 필요로 하게 되는데 이러한 여분의 전선은 사용할 수 없는 전선으로 분리되어 제품의 원가 상승을 가져온다. 더욱이, 화학가교 형태의 전선은 제조가 가능한 최소 길이가 정해져 있어 수십 미터 이내의 짧은 길이의 전선은 제조를 할 수 없다. 따라서, 요구되는 길이 보다 더 많은 양의 전선을 제조해야만 한다.

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 가교 공정이 필요없는 비가교 고분자를 전선의 절연층 및 반도전층에 도입하여 비약적으로 원가를 절감하여 경제적으로 제조될 수 있는 전선을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 전선은, 도체 코어부에 순차적으로 내부 반도전층, 절연층, 외부 반도전층, 금속쉴드층 및 시스층이 코팅되어 적층된 구조를 구비하는 전선으로서, 상기 내부 반도전층, 절연층 및 외부 반도전층은 비가교된 열가소성 고분자를 포함하여 형성된 것을 특징으로 한다.

통상적으로 가교된 고분자를 적용하는 전선은 가교공정에 있어서 시간적인 제약을 매우 많이 받는다. 전선의 외경 또는 절연체와 반도전체의 두께에 따라 가교관 내부에서 일정한 체류시간이 필요하므로 생산 속도에 제한이 있다. 그러나, 비가교 형태의 절연 및 반도전 재료를 사용하는 본 발명의 전선은 생산 속도가 매우 유동적이어서 전후 공정을 고려하여 생산 속도를 조절할 수 있으므로 가교성 재료를 구비하는 종래의 전선보다 3배 이상의 생산속도를 낼 수 있다.

또한, 화학가교를 적용하는 절연체의 경우에는 가교 후 필연적으로 가교 부산물이 발생하게 되는데, 가교 부산물은 절연 내력을 저하시킬 뿐만 아니라 부산물을 제거하지 않고 접속함으로 케이블을 접속시킬 경우 케이블 내부에 잔존하던 가교 부산물의 기체가 접속함에 축적되어 이로 인해 폭발하는 사고가 발생할 위험이 있다. 따라서, 화학가교 공정을 거치는 전선은 압출 후 가교 부산물을 건조를 통하여 제거해야만 한다. 그런데 이와 같은 추가적인 공정은 생산성을 저하시키고 관리의 어려움을 배가시킨다.

따라서, 가교 공정을 거치는 전선은 상기와 같은 이유들로 인하여 연속적으로 전선을 제조할 수 없지만, 본 발명의 전선은 비가교 열가소성 고분자 소재를 사용하여 연속적으로 전선을 생산할 수 있다.

본 발명의 전선에 있어서, 상기 절연층은 폴리프로필렌 호모 폴리머, 폴리프로필렌-에틸렌프로필렌 코폴리머, 폴리프로필렌-에틸렌프로필렌디엔 코폴리머 및 폴리프로필렌-폴리에틸렌 코폴리머로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 2종 이상의 혼합물인 비가교된 열가소성 고분자로 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 전선에 있어서, 상기 절연층 형성에 사용되는 폴리프로필렌은 굴곡 강도가 20 MPa 내지 1000 MPa인 것이 바람직하다.

본 발명의 전선에 있어서, 상기 내부 반도전층 및 외부 반도전층은 비가교된 폴리프로필렌-에틸렌비닐아세테이트 코폴리머 및 카본블랙을 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 카본블랙은 퍼니스 블랙, 아세틸렌 블랙 및 케첸 블랙으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 것이 바람직하며, 상기 카본블랙의 함량은 상기 코폴리머 100 중량부 대비 45 내지 90 중량부인 것이 바람직하다.

본 발명의 전선은 절연층 및 반도전층에 가교된 고분자를 사용하지 않으므로 전선 제조시에 가교 공정이 필요 없다. 따라서, 가교 공정을 위한 추가적인 설비가 필요 없을 뿐만 아니라, 제조 시간도 단축할 수 있어 매우 경제적이다. 또한, 가교 공정에 의한 공정 및 제조상의 제한이 없어 케이블의 연속제조 공정이 가능하다.

또한, 가교된 고분자는 재활용이 불가능하나, 본 발명의 비가교된 열가소성 고분자는 재활용이 가능하므로 환경친화적이다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명에 따른 전선의 개략적인 단면도이다.

이하, 본 발명을 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

도 1에는 본 발명에 따른 전선의 일 실시예가 개략적으로 도시되어 있다. 하지만, 이하 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명에 따른 전선은 그 중심부에 도체 코어부(11)를 구비한다. 도체 코어부(11)는 전기를 전송하는 부분으로서, 전선에 사용되는 금속 도전체라면 제한없이 사용될 수 있다. 예를 들면, 구리, 주석이 도금된 구리, 알루미늄 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 도체 코어부(11)의 외부에는 내부 반도전층(12)이 피복된다. 전선 내의 반도전층은 균일한 전계를 형성한다. 본 발명에 따른 내부 반도전층(12) 및 외부 반도전층(14)은 비가교된 폴리프로필렌-에틸렌비닐아세테이트 코폴리머와 카본블랙을 포함하여 형성된다. 상기와 같이 비가교된 열가소성 고분자를 포함하여 형성되는 본 발명에 따른 반도전층(12, 14)은 상온에서 체적저항이 10Ωcm 이하이므로 유용하게 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 외부 반도전층(14)은 절연층(13) 외부에 피복되는데, 절연층(13)으로부터의 탈피가 용이하다. 구체적으로는 본 발명의 외부 반도전층(14)은 절연층(13)으로부터의 박리력이 30 N/cm 이하인 것이 바람직하다.

상기 비가교된 폴리프로필렌-에틸렌비닐아세테이트 코폴리머는 폴리프로필렌 20 내지 40 중량% 및 에틸렌비닐아세테이트 60 내지 80 중량%를 포함하는 것이 바람직하다. 폴리프로필렌이 20 중량% 미만이면 내열수지인 폴리프로필렌이 함량이 충분하지 않아 135℃에서 내열성을 확보할 수 없을 수 있고, 외부 반도전층(14)을 절연층(13)으로부터 박리하는 경우에 외부 반도전층(14)이 연신되어 박리성이 좋지 않을 수 있다. 또한 폴리프로필렌이 40 중량% 초과이면 절연층(13)과 외부 반도전층(14) 사이의 접착력이 증가하여 박리가 용이하지 않으며 상기 언급한 30 N/cm을 초과하는 박리력이 필요할 수도 있다. 더욱이 전술한 바와 같이 본 발명에 따른 반도전층(12, 14)은 카본 블랙을 포함하는데, 폴리프로필렌은 카본 블랙의 함유 성능이 낮기 때문에 상기 함량 범위를 초과하면 카본 블랙과의 혼합성이 저하되어 반도전 성능이 저하되며 반도전층의 기계적 특성, 특히 신장율이 저하되는 문제가 발생할 수도 있다.

상기 비가교된 폴리프로필렌-에틸렌비닐아세테이트 코폴리머의 제조에 사용되는 폴리프로필렌은 용융온도가 130℃ 이상인 것이 바람직하다. 또한, 에틸렌비닐 아세테이트는 비닐 아세테이트의 함량이 28% 이상인 것이 바람직하다.

선택적으로, 본 발명에 따른 상기 폴리프로필렌-에틸렌비닐아세테이트 코폴리머에서 에틸렌비닐 아세테이트는 다른 성분으로 대체될 수 있다. 예를 들면, 폴리프로필렌-메틸 아크릴레이트, 폴리프로필렌-에틸 아크릴레이트, 폴리프로필렌-부틸 아크릴레이트 등이 반도전층 재료로 사용될 수 있다. 이외에도 에틸렌비닐 아세테이트는 에틸렌비닐 아세테이트를 포함하는 삼성분계 공중합체로 대체될 수 있는데, 예를 들면 폴리프로필렌-에틸렌 비닐 아세테이트 카본 모노옥사이드, 폴리프로필렌-에틸렌 부틸 아크릴레이트 카본 모노옥사이드 등이 반도전층 재료로 사용될 수 있다.

또한, 본 발명의 반도전층(12, 14)은 카본 블랙을 포함한다. 본 발명에서 사용가능한 카본 블랙은 퍼니스 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙 등을 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명에서 사용가능한 카본 블랙의 함량은 폴리프로필렌-에틸렌비닐아세테이트 코폴리머 100 중량부에 대하여 45 내지 90 중량부인 것이 바람직하다. 상기 함량이 40 중량부 미만이면 체적저항이 과다하게 증가하며 10Ωcm 이하가 되기 어렵고, 90 중량부 초과이면 과량의 카본블랙으로 인하여 반도전 재료의 기계적 특성 및 압출 가공성을 확보할 수 없다.

본 발명의 전선은 내부 반도전층(12)과 외부 반도전층(14) 사이에 비가교된 열가소성 고분자를 포함하여 형성되는 절연층(13)을 구비한다.

본 발명에 따른 절연층(13)에 사용되는 열가소성 고분자는 폴리프로필렌이 바람직하다. 상기 폴리프로필렌은 용융온도가 160℃ 이상이며, 굴곡 강도(flexural modulus)가 20 내지 1000 MPa인 것이 바람직하다.

사용가능한 폴리프로필렌으로는 호모 폴리머 또는 코폴리머가 사용가능하며, 상기 코폴리머는 랜덤 코폴리머, 블록 코폴리머 등을 사용할 수 있다. 폴리프로필렌 코폴리머를 사용하는 경우에는 에틸렌 프로필렌 고무, 에틸렌프로필렌디엔, 폴리에틸렌 등의 고분자와 코폴리머를 형성할 수 있다. 또한, 폴리에틸렌을 사용하는 경우에는 PE-RT(Polyethylene-Raised Temperature)를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 전선은 외부 반도전층(14)의 외부에 금속쉴드층(15)을 구비한다. 금속쉴드층(15)은 금속 테이프를 사용하여 외부 반도전층(14)을 감싸게 되며, 당분야에서 통상적으로 사용되는 것이라면 제한없이 적용가능하다. 예를 들면, 구리 테이프를 사용할 수 있다.

본 발명의 전선은 금속쉴드층(15) 외부에 시스층(16)을 구비하며, 시스층(16)은 전선의 최외부층으로서, 외부 환경에 노출되는 부분이다. 시스층(16)으로는 당분야에서 통상적으로 사용되는 소재가 제한없이 적용될 수 있으며, 예를 들면 폴리비닐클로라이드, 폴리에틸렌, 또는 비-할로겐 폴리올레핀 등의 수지가 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

이상, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하였다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 전술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.

Claims (8)

1. 도체 코어부에 순차적으로 내부 반도전층, 절연층, 외부 반도전층, 금속쉴드층 및 시스층이 코팅되어 적층된 구조를 구비하는 전선으로서,
   상기 내부 반도전층, 절연층 및 외부 반도전층은 비가교된 열가소성 고분자를 포함하여 형성된 것을 특징으로 하는 전선.
2. 제1항에 있어서,
   상기 절연층은 폴리프로필렌 호모 폴리머, 폴리프로필렌-에틸렌프로필렌 코폴리머, 폴리프로필렌-에틸렌프로필렌디엔 코폴리머 및 폴리프로필렌-폴리에틸렌 코폴리머로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 2종 이상의 혼합물인 비가교된 열가소성 고분자로 형성되는 것을 특징으로 하는 전선.
3. 제2항에 있어서,
   상기 절연층 형성에 사용되는 폴리프로필렌은 굴곡 강도가 20 MPa 내지 1000 MPa인 것을 특징으로 하는 전선.
4. 제1항에 있어서,
   상기 내부 반도전층 및 외부 반도전층은 비가교된 폴리프로필렌-에틸렌비닐아세테이트 코폴리머 및 카본블랙을 포함하는 것을 특징으로 하는 전선.
5. 제4항에 있어서,
   상기 폴리프로필렌-에틸렌비닐아세테이트 코폴리머는 폴리프로필렌 20 내지 40 중량% 및 에틸렌비닐아세테이트 60 내지 80 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 전선.
6. 제1항에 있어서,
   상기 내부 반도전층 및 외부 반도전층은,
   비가교된 폴리프로필렌-메틸 아크릴레이트, 비가교된 폴리프로필렌-에틸 아크릴레이트, 비가교된 폴리프로필렌-부틸 아크릴레이트, 비가교된 폴리프로필렌-에틸렌 비닐 아세테이트 카본 모노옥사이드 및 비가교된 폴리프로필렌-에틸렌 부틸 아크릴레이트 카본 모노옥사이드로 이루어진 군에서 선택되는 코폴리머; 및
   카본블랙을 포함하는 것을 특징으로 하는 전선.
7. 제4항 또는 제6항에 있어서,
   상기 카본블랙은 퍼니스 블랙, 아세틸렌 블랙 및 케첸 블랙으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 전선.
8. 제4항 또는 제6황에 있어서,
   상기 카본블랙의 함량은 상기 코폴리머 100 중량부 대비 45 내지 90 중량부인 것을 특징으로 하는 전선.

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