KR20150118236A - 고난연 플랫 케이블 - Google Patents

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KR20150118236A
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황현주
양훈철
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엘에스전선 주식회사
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Abstract

본 발명은 고난연 플랫 케이블에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 케이블을 구성하는 복수의 소선을 고정하기 위한 테이프 및 개제가 불필요한 구조로 이루어져 있어 케이블의 경량화, 직경감소, 유연성 향상 등의 효과를 달성할 수 있는 동시에, 별도의 난연성 테이프를 도입하지 않아도 난연성 및 내화성이 우수하며, 나아가 기계적 물성, 내유성, 내한성 등도 우수한 고난연 플랫 케이블에 관한 것이다.

Description

고난연 플랫 케이블{Flat cable with high flame-retardancy}
본 발명은 고난연 플랫 케이블에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 케이블을 구성하는 복수의 소선을 고정하기 위한 테이프 및 개제가 불필요한 구조로 이루어져 있어 케이블의 경량화, 직경감소, 유연성 향상 등의 효과를 달성할 수 있는 동시에, 별도의 난연성 테이프를 도입하지 않아도 난연성 및 내화성이 우수하며, 나아가 기계적 물성, 내유성, 내한성 등도 우수한 고난연 플랫 케이블에 관한 것이다.
최근, 배전케이블 제조 산업의 중요한 이슈는 극도의 온도상태, 특히 화재시에 직면하게 되는 상황에서 배전케이블의 거동 및 성능을 유지시키는 것이다. 안전을 위해서 불길이 번지는 것을 지연시키고 또한 화염을 견딜 수 있는 배전케이블의 난연특성(flame-retardancy) 및 내화특성(fire-resistance)을 극대화하는 것이 필수적이다.
난연 및 내화 특성에 대한 요구 수준은 점차 강화되는 추세이며, 특히 육/해상 플랜트, 빌딩 인프라에 사용되는 배전케이블 제품일수록 고난연 및 고내화 특성이 요구된다. 배전케이블의 난연 및 내화 특성을 향상시킬수록 화재시 배전케이블의 통전력을 더 지속시킬 수 있으며, 이로써 화재 경보기, 비상등, 엘리베이터 등 인력 탈출 및 대피를 위한 핵심설비 또는 스프링클러 등의 소방/방재 시스템의 가동을 최소한의 시간 동안 유지할 수 있다.
도 1은 종래 난연성 배전케이블의 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래 난연성 배전케이블은 일반적으로 도체(1), 도체(1)를 감싸는 난연 테이프(2) 및 난연 테이프(2)를 감싸는 절연층(3)으로 이루어진 복수의 소선, 소선들 사이의 빈 공간에 충전되는 개제(4), 복수의 소선을 고정하는 바인더 테이프(binder tape)(5) 및 외부시스(6)를 포함한다.
그리고, 배전케이블의 난연성 및 내화성을 확보하기 위해, 외부시스(6)를 형성하는 재료에 난연제를 첨가하는데 상기 난연제의 함량이 과도한 경우 기계적 물성, 내유성, 내한성 등의 특성이 저하되는 문제가 있다.
또한, 상기 난연 테이프(2)로는 난연 PET 테이프, 유리 테이프, 마이크(mica) 테이프 등이 사용될 수 있는데, 이러한 난연 테이프(2)는 충분한 난연성을 나타내지 못하면서 케이블의 제조원가를 상승시킬 뿐만 아니라, 상기 바인더 테이프(5)와 함께 케이블의 외경을 증가시키고 유연성을 저하시키는 원인이 된다.
한편, 상기 개제(4) 역시 케이블의 제조원가를 상승시키는 동시에, 케이블의 온도 안정성 시험, 열화 시험 등에서 절연층(3) 및 바인더 테이프(5)와 접착하는 등의 문제를 유발할 수 있다.
따라서, 케이블의 제조원가를 상승시키고, 유연성, 내한성 등을 저하시키며, 외경 및 중량을 증가시키고, 고온에 의한 접착 문제 등을 유발할 수 있는 난연 테이프, 바인더 테이프, 개제 등을 배제함에도 불구하고 우수한 난연성 및 내화성과 충분한 다른 기계적 물성, 내유성, 내한성 등을 나타낼 수 있는 고난연 배전케이블이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 케이블의 제조원가를 상승시키고, 유연성, 내한성 등을 저하시키며, 외경 및 중량을 증가시키고, 고온에 의한 접착 문제 등을 유발할 수 있는 난연 테이프, 바인더 테이프, 개제 등을 배제할 수 있는 구조의 플랫 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 난연 테이프, 개제 등이 배제됨에도 불구하고 우수한 난연성 및 내화성을 확보할 수 있는 고난연 플랫 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.
나아가, 본 발명은 배전케이블에 요구되는 다른 기계적 물성, 내유성, 내한성 등이 충분한 고난연 플랫 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은,
도체 및 상기 도체를 감싸는 절연층을 포함하는 소선 복수 개가 서로 이격되어 일렬로 배치되어 형성된 하나 이상의 소선층, 및 상기 하나 이상의 소선층을 감싸고, 하나 이상의 모서리가 각지거나 둥근 사각형의 단면을 갖는 시스층을 포함하는 고난연 플랫(flat) 케이블에 있어서, 상기 절연층은 실리콘 고무, 세라믹 및 제1 난연제를 포함하는 세라믹 실리콘 고무 조성물로부터 형성되고, 상기 시스층은 베이스 수지 및 제2 난연제를 포함하는 시스 컴파운드로부터 형성되며, 상기 시스층은 산소지수가 35% 이상 및 열방출량(Peak Heat Release Rate)이 150 kW/㎡ 이하의 난연성을 갖는, 고난연 플랫 케이블을 제공한다.
여기서, 상기 세라믹 실리콘 고무 조성물은, 상기 실리콘 고무 100 중량부를 기준으로, 세라믹 50 내지 80 중량부 및 난연제 100 내지 150 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 고난연 플랫 케이블을 제공한다.
또한, 상기 세라믹은 알루미나 세라믹(Al2O3), 지르코니아(ZrO2), 질화규소(Si3N4), 탄화규소(SiC), 질화 알루미늄(AlN), 또는 이들의 배합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 고난연 플랫 케이블을 제공한다.
그리고, 상기 제1 난연제는 수산화 알루미늄(Al(OH)3), 수산화 마그네슘(Mg(OH)2), 수산화 칼슘(Ca(OH)2), 수산화 마그네사이트, 염기성 탄산 마그네슘, 하이드로 탈사이트, 혼타이트, 또는 이들의 배합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 고난연 플랫 케이블을 제공한다.
나아가, 상기 세라믹 실리콘 고무 조성물은, 상기 실리콘 고무 100 중량부를 기준으로, 페놀계 산화방지제, 아민계 산화방지제, 인계 산화방지제, 황계 산화방지제, 또는 이들의 배합물을 포함하는 산화방지제 0.1 내지 5 중량부; 스테아린산, 파라핀 왁스, 크리스탈린 왁스, 저분자량 폴리에틸렌 왁스, 또는 이들의 배합물을 포함하는 가공조제 0.5 내지 6 중량부; 셀레늄, 텔루륨, 유기황화합물, 금속산화물, 유기과산화물, 또는 이들의 배합물을 포함하는 가교제 1 내지 7 중량부; 또는 이들의 배합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 고난연 플랫 케이블을 제공한다.
한편, 상기 절연층은 인장강도 0.4 kgf/㎟ 이상 및 신장율 125% 이상인 것을 특징으로 하는, 고난연 플랫 케이블을 제공한다.
그리고, 상기 시스 컴파운드에 포함된 베이스 수지는 비닐 아세테이트 함량이 20 내지 70 중량%인 에틸렌 비닐 아세테이트 50 내지 90 중량부와 말레산 무수물이 그라프트된(grafted) 에틸렌 비닐 아세테이트 10 내지 50 중량부의 블랜딩 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는, 고난연 플랫 케이블을 제공한다.
여기서, 상기 제2 난연제는 상기 제1 난연제와 동일한 것을 특징으로 하는, 고난연 플랫 케이블을 제공한다.
또한, 상기 시스 컴파운드는, 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 제2 난연제로서 수산화 알루미늄 120 내지 220 중량부 또는 수산화 마그네슘 100 내지 180 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 고난연 플랫 케이블을 제공한다.
그리고, 상기 시스 컴파운드는, 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 페놀계 산화방지제, 아민계 산화방지제, 인계 산화방지제, 이미다졸계 산화방지제, 황계 산화방지제, 또는 이들의 배합물을 포함하는 산화방지제 2 내지 4 중량부; 고분자량 왁스, 저분자량 왁스, 폴리올레핀 왁스, 파라핀 왁스, 파라핀 오일, 스테아린산 칼륨, 스테아린산 바륨, 스테아린산 납, 금속 비누, 유기 실리콘, 지방산 에스테르, 지방산 아마이드, 지방 알콜, 지방산 등, 또는 이들의 배합물을 포함하는 활제 0.5 내지 8 중량부; 스테아린산, 파라핀 왁스, 크리스탈린 왁스, 저분자량 폴리에틸렌 왁스, 또는 이들의 배합물을 포함하는 가공조제 0.5 내지 1 중량부; 또는 이들의 배합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 고난연 플랫 케이블을 제공한다.
나아가, 상기 시스층은 인장강도 0.6 kgf/㎟ 이상, 신장율 125% 이상, 용융흐름지수 2 g/10min 이상인 것을 특징으로 하는, 고난연 플랫 케이블을 제공한다.
본 발명에 따른 고난연 플랫 케이블은 난연 테이프, 바인더 테이프, 개제 등이 불필요하고 단순한 플랫(flat) 구조를 가지므로, 부자재 비용 절감, 공정 축소 등에 의해 제조원가가 절감되고, 케이블의 외경 및 중량이 감소되며, 유연성, 내한성 등이 향상되는 우수한 효과를 나타낸다.
또한, 본 발명에 따른 고난연 플랫 케이블은 특정한 난연 소재로 이루어진 절연층과 시스층에 의해 난연 테이프, 개제 등을 배제함에도 불구하고 우수한 난연성 및 내화성을 달성할 수 있는 우수한 효과를 나타낸다.
나아가, 본 발명에 따른 고난연 플랫 케이블은 일반 배전케이블에서 요구되는 다른 기계적 물성, 내유성, 내한성 등도 충족시키는 우수한 효과를 나타낸다.
도 1은 종래 난연성 배전케이블의 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 고난연 플랫 케이블의 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고난연 플랫 케이블의 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명 되어지는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공 되어지는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 고난연 플랫 케이블의 단면구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고난연 플랫 케이블은 도체(10) 및 도체(10)를 감싸는 절연층(20)으로 이루어진 소선을 복수 개 포함하고, 상기 복수 개의 소선을 시스층(30)이 감싸는 구조를 갖는다. 또한, 상기 복수 개의 소선은 서로 이격되어 나란히 일렬로 배치되고, 상기 시스층(30)은 하나 이상의 모서리가 각지거나 둥근 사각형의 단면을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 고난연 플랫 케이블은 상기 플랫 구조에 의해 종래 배전케이블에서 사용되는 난연 테이프, 바인더 테이프, 개제 등을 배제함으로써, 부자재 비용 절감, 제조공정 축소 등에 의해 케이블의 제조원가가 절감되고, 케이블의 유연성, 내한성 등이 최대 50% 까지 향상될 수 있다.
여기서, 상기 도체(10)는 알루미늄, 구리 등의 전도성 금속으로 이루어질 수 있고, 단면이 원형인 환선, 단면이 사각형인 각선 등일 수 있다. 또한, 상기 도체(10)의 직경은 본 발명에 따른 고난연 플랫 케이블의 규격에 따라 적절히 선택될 수 있다.
상기 절연층(20)은 실리콘 고무 조성물, 세라믹 절연 조성물, 세라믹 실리콘 고무 조성물 등의 소재로 이루어질 수 있고, 바람직하게는 세라믹 실리콘 고무 조성물로 이루어질 수 있다. 상기 세라믹 실리콘 고무 조성물은 실리콘 고무, 세라믹, 난연제, 산화방지제, 가공조제, 가교제 등이 포함될 수 있다.
상기 실리콘 고무는 상온에서도 약간의 유동성을 띠는 무색 또는 희미한 황색의 탄성고체로 규소고무라고도 하며, 실리콘 오일보다 분자량이 큰 것으로, 분자량은 수십만, 바람직하게는 40만 내지 70만이고, 점도가 1,000만 cps를 넘는 고중합체(실록산 단위체가 5,000 내지 10,000)일 수 있다.
상기 실리콘 고무의 주원료인 실리콘 검(gum)은 특별히 제한되지 않고, 예를 들어, 메틸 실리콘, 메틸기의 일부가 페닐기 및/또는 비닐기로 치환된 메틸페닐 실리콘, 메틸비닐 실리콘, 메틸페닐비닐 실리콘, 불소 실리콘 등일 수 있다.
상기 세라믹 실리콘 고무 조성물에 포함되는 세라믹은 특별히 제한되지 않고, 예를 들어, 알루미나 세라믹(Al2O3), 지르코니아(ZrO2), 질화규소(Si3N4), 탄화규소(SiC), 질화 알루미늄(AlN) 등, 또는 이들의 배합물일 사용할 수 있다.
상기 세라믹의 함량은 상기 실리콘 고무 100 중량부를 기준으로 50 내지 80 중량부일 수 있다. 상기 세라믹의 함량이 50 중량부 미만인 경우 상기 절연층(20)의 내화성능을 만족시킬 수 없는 반면, 80 중량부 초과인 경우 상기 절연층(20)의 상온 인장강도, 신장율, 유연성 등이 저하될 수 있다.
상기 난연제는 특별히 제한되지 않고, 예를 들어, 금속 수산화물인 수산화 알루미늄(Al(OH)3), 수산화 마그네슘(Mg(OH)2), 수산화 칼슘(Ca(OH)2), 수산화 마그네사이트, 염기성 탄산 마그네슘, 하이드로 탈사이트, 혼타이트 등을 사용할 수 있고, 상기 금속 수산화물은 상기 실리콘 고무 내에서의 분산성 향상을 위해 비닐신란, 스테아린산, 올레인산, 아미노 폴리실록산, 또는 이들의 배합물로 표면 처리될 수 있다.
상기 금속 수산화물은 200℃ 이상의 고온에서 물을 차단할 수 있는 무기재료인 산화금속과 물로 분해되는 아래의 흡열반응 등을 일으키고 이에 의해 주변 온도를 낮출 뿐만 아니라, 강도 및 내수성이 우수한 상기 산화금속에 의해 상기 절연층(20)은 내화특성이 추가로 향상될 수 있게 된다.
2Al(OH)3 → Al2O3 + 3H2O - 298kJ/mol at ≥200℃
Mg(OH)2 → MgO + H2O - 330kJ/mol at ≥340℃
상기 난연제의 함량은 상기 실리콘 고무 100 중량부를 기준으로 100 내지 150 중량부일 수 있다. 상기 난연제의 함량이 100 중량부 미만인 경우 상기 절연층(20)의 난연성능을 만족시킬 수 없는 반면, 150 중량부 초과인 경우 상기 절연층(20)의 상온 신장율, 유연성 등을 저하시킬 수 있다.
상기 세라믹 실리콘 고무 조성물에 포함되는 산화방지제는 특별히 제한되지 않고 케이블의 절연층을 형성하는 절연 조성물에 일반적으로 사용되는 산화방지제를 사용할 수 있고, 예를 들어, 페놀계, 아민계, 인계, 이미다졸계, 황계 산화방지제 등, 또는 이들의 배합물을 사용할 수 있으며, 상기 산화방지제의 함량은 상기 실리콘 고무 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 5 중량부일 수 있다.
상기 세라믹 실리콘 고무 조성물에 포함되는 가공조제는 특별히 제한되지 않고 케이블의 절연층을 형성하는 절연 조성물에 일반적으로 사용되는 가공조제를 사용할 수 있고, 예를 들어, 스테아린산, 파라핀 왁스, 크리스탈린 왁스, 저분자량 폴리에틸렌 왁스 등, 또는 이들의 배합물을 사용할 수 있으며, 상기 가공조제의 함량은 상기 실리콘 고무 100 중량부를 기준으로 0.5 내지 6 중량부일 수 있다.
상기 세라믹 실리콘 고무 조성물에 포함되는 가교제는 가교 방식에 따라 상이할 수 있고, 가황(vulcanization)에 의한 가교의 경우 셀레늄, 텔루륨, 유기황화합물, 금속산화물, 유기과산화물 등의 가교제를 사용할 수 있고, 바람직하게는, 과산화벤조일, 알킬계 과산화물, 디큐밀퍼옥사이드 등의 유기과산화물, 구체적으로 2,4-디클로로벤조일퍼옥사이드, 벤조일퍼옥사이드, p-클로로벤조일퍼옥사이드, 2,5-디메틸-2,5-디(3급-부틸퍼옥시)헥산, 디(3금-부틸)퍼옥사이드, 디큐밀퍼옥사이드, 3급-부틸큐밀퍼옥사이드, 또는 이들의 배합을 사용할 수 있다.
상기 가교제의 함량은 상기 실리콘 고무 100 중량부를 기준으로 1 내지 7 중량부일 수 있다. 상기 가교제의 함량이 1 중량부 미만인 경우 상기 실리콘 고무의 가교도가 저하되어 상기 절연층(20)의 상온 기계적 물성, 내유성, 가열변형 특성 등이 저하될 수 있는 반면, 7 중량부 초과인 경우 잔여 가교제가 다른 부가 반응을 일으켜 상기 세라믹 실리콘 고무 조성물의 물성을 저하시킬 수 있다.
상기 절연층(20)은 규격 AS/NZS 3808에 따른 물성, 즉 인장강도 0.4 kgf/㎟ 이상, 신장율 125% 이상을 만족할 수 있다.
본 발명에 따른 고난연 플랫 케이블에 있어서, 상기 시스층(30)을 형성하는 시스 컴파운드는 베이스 수지, 난연제, 산화방지제, 활제, 가공조제 등을 포함할 수 있다.
상기 베이스 수지는 특별히 제한되지 않고, 예를 들어, 비할로겐 폴리올레핀(Halogen free polyolefin; HFPO) 수지, 바람직하게는 에틸렌 비닐 아세테이트, 에틸렌 메틸아크릴레이트, 폴리에틸렌 등, 또는 이들의 배합물이 사용될 수 있고, 더욱 바람직하게는 비닐 아세테이트 함량이 20 내지 70 중량%인 에틸렌 비닐 아세테이트 50 내지 90 중량부와 말레산 무수물이 그라프트된(grafted) 에틸렌 비닐 아세테이트 10 내지 50 중량부의 블랜딩 수지를 사용할 수 있다.
상기 블랜딩 수지에서, 상기 에틸렌 비닐 아세테이트의 함량이 50 중량부 미만인 경우 난연 시험시 챠르(char) 형성에 긍정적 영향을 끼치는 비닐 아세테이트 함량이 낮아 난연특성이 불충분할 수 있는 반면, 90 중량부 초과인 경우 상기 시스층(30)의 상온 인장강도가 저하될 수 있다.
한편, 상기 말레산 무수물이 그라프트된 에틸렌 비닐 아세테이트 함량이 10 중량부 미만인 경우 상기 시스층(30)의 상온 인장강도가 저하될 수 있는 반면, 50 중량부 초과인 경우 상기 시스층(30)의 상온 신장율, 가열특성 등이 저하될 수 있다.
상기 시스 컴파운드에 포함되는 난연제는 특별히 제한되지 않고, 상기 절연층(20)을 형성하는 세라믹 실리콘 고무 조성물에 포함되는 난연제와 동일하거나 상이한 것을 사용할 수 있다.
상기 시스 컴파운드에 포함되는 난연제의 함량은 난연제의 종류에 따라 상이할 수 있고, 예를 들어, 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 수산화 알루미늄은 120 내지 220 중량부, 수산화 마그네슘은 100 내지 180 중량부일 수 있다.
상기 수산화 알루미늄이 120 중량부 미만이거나 상기 수산화 마그네슘이 100 중량부 미만인 경우 상기 시스층(30)의 난연 및 내화 특성과 관련된 산소지수, 열방출량을 만족시킬 수 없는 반면, 상기 수산화 알루미늄이 220 중량부 초과이거나 상기 수산화 마그네슘이 100 중량부 초과인 경우 상기 시츠층(30)의 인장강도, 신장율 등의 기계적 특성과 유연성이 저하될 수 있다.
상기 시스 컴파운드에 포함되는 산화방지제, 활제, 가공조제 등은 케이블의 시스층을 형성하는 컴파운드에 일반적으로 사용될 수 있는 것을 적절히 선택하여 사용할 수 있고, 예를 들어, 산화방지제와 가공조제는 상기 절연층(20)을 형성하는 세라믹 실리콘 고무 조성물에 포함되는 산화방지제 및 가공조제와 동일할 수 있고, 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 산화방지제의 함량은 2 내지 4 중량부, 상기 가공조제는 0.5 내지 1 중량부일 수 있다.
한편, 상기 활제는 예를 들어 고분자량 왁스, 저분자량 왁스, 폴리올레핀 왁스, 파라핀 왁스, 파라핀 오일, 스테아린산 칼륨, 스테아린산 바륨, 스테아린산 납, 금속 비누, 유기 실리콘, 지방산 에스테르, 지방산 아마이드, 지방 알콜, 지방산 등, 또는 이들의 배합물을 사용할 수 있고, 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 0.5 내지 8 중량부의 함량으로 포함될 수 있다.
상기 시스 컴파운드에 의해 형성되는 상기 시스층(30)은 AS/NZS 3808, IEC 60092-359에 따라 인장강도 0.6 kgf/㎟ 이상, 신장율 125% 이상, 산소지수 35% 이상, 열방출량(Peak Heat Release Rate; PHHR) 150 kW/㎡ 이하의 물성을 만족해야 하고, 복수의 소선 사이의 충실압출을 위하여 용융 흐름성은 용융흐름지수(MI) 기준으로 2 g/10min 이상인 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 고난연 플랫 케이블의 단면구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고난연 플랫 케이블은 서로 이격되어 일렬로 배치된 복수 개의 소선이 형성하는 소선층이 복수 개 포함될 수 있다.
본 발명에 따른 고난연 플랫 케이블은 앞서 기술한 특정한 절연 및 시스 소재의 조합에 의해 케이블의 구조적으로 난연 테이프, 바인더 테이프, 개제 등이 배제됨에도 불구하고 매우 우수한 난연 및 내화 특성뿐만 아니라 우수한 기계적 물성을 달성할 수 있다.
<실시예>
1. 제조예
아래 표 1 내지 5에 나타난 바와 같은 성분, 함량, 구조로 실시예 및 비교예 각각에 따른 케이블 시편을 제조했다. 구체적으로, 케이블을 구성하는 소선은 1.5 SQ로 3개로 포함시켰고, 절연층은 Continuous Vulcanization 설비(가교 조건 : 220 내지240℃)를 이용하여 가교하고, 실린더(C1~C4) 및 헤드온도 30℃ 이하로 설정한 압출기로 작업했다. 또한, 시스층은 일반 압출기 또는 플랫 전선용 압출기를 이용하여 실린더(C1~C4) 및 헤드온도 140~160℃로 설정하여 작업했다.
2. 물성 평가
1) 상온 기계적 특성 평가
절연/시스 모두 IEC 60811-1-1에 준하여 속도 250mm/min로 측정하였으며 AS/NZS 3808의 규격에 의거하여 절연 인장강도 0.4 kgf/㎟, 절연 신장율 125% 이상, 시스 인장강도 0.6 kgf/㎟, 시스 신장율 125% 이상을 만족하여야 한다.
2) 난연 특성 평가
IEC 60332-3.cat.A에 준하여 전선길이 3.5m 기준 적용 불꽃세기 40분 인가 후 연소길이 2.5m 이하를 만족하여야 한다.
3) 내화 특성 평가
AX/NZS 3013에 따라 1,050℃에서 120분 후 임팩트 테스트 분 분무 테스트를 통과해야 한다.
4) compatibility 특성 평가
As/NZS 1660.2.2에 준하여 100℃에서 240시간 방치하여 인장잔율 75% 이상, 신장잔율 65% 이상을 만족하여야 한다.
5) 유연성 평가
3-point bending test를 이용하여 케이블의 일정 거리를 움직일 때 필요한 부하값을 측정한다. 동일거리를 움직이는데 필요한 힘이 클수록 유연성이 떨어지게 된다.
상기 각각의 물성을 평가한 결과는 아래 표 1 내지 5에 나타난 바와 같다.
실시예 1 비교예 1 비교예 2
케이블 유형 플랫 라운드 라운드

절연층
실리콘 고무 100 100 100
세라믹 60 60 60
난연제1 120 120 120
개제 없음 개제1 개제2
테이프 없음 부직포
테이프
유리
테이프


시스층
베이스수지1 60 60 60
베이스수지2 40 40 40
난연제2 200 200 200
산화방지제 2 2 2
가공조제 1 1 1
특성평가
상온 인장강도 Pass Pass Pass
신장율 Pass Pass Pass
난연시험 Pass Fail Pass
내화시험 Pass Pass Pass
Compatibility 이상무 개제
바스라짐
개제
바스라짐
유연성(N) 50 83 92
실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 비교예 3 비교예 4
케이블 유형 플랫

절연층
실리콘 고무 100 100 100 100 100 100
세라믹 50 60 70 80 40 90
난연제1 120 120 120 120 120 120
개제 없음
테이프 없음


시스층
베이스수지1 60 60 60 60 60 60
베이스수지2 40 40 40 40 40 40
난연제2 200 200 200 200 200 200
산화방지제 2 2 2 2 2 2
가공조제 1 1 1 1 1 1
특성평가

상온
(절연)
인장강도
(kgf/㎟)
1 1.2 1.25 1.32 0.8 1.4
신장율
(%)
160 150 148 140 200 120
(Fail)
난연시험 Pass Pass Pass Pass Pass Pass
내화시험 Pass Pass Pass Pass Fail Pass
유연성(N) 53 55 58 60 50 62
실시예 비교예
6 7 8 9 10 11 5 6
케이블 유형 플랫

절연층
실리콘 고무 100 100 100 100 100 100 100 100
세라믹 60 60 60 60 60 60 60 60
난연제1 100 110 120 130 140 150 90 160
개제 없음
테이프 없음


시스층
베이스수지1 60 60 60 60 60 60 60 60
베이스수지2 40 40 40 40 40 40 40 40
난연제2 200 200 200 200 200 200 200 200
산화방지제 2 2 2 2 2 2 2 2
가공조제 1 1 1 1 1 1 1 1
특성평가
상온
(절연)
인장강도
(kgf/㎟)
0.9 0.97 1.08 1.2 1.4 1.45 0.67 1.5
신장율
(%)
196 180 163 150 135 128 220 110
(Fail)
난연시험 Pass Pass Pass Pass Pass Pass Fail Pass
내화시험 Pass Pass Pass Pass Pass Pass Pass Pass
유연성(N) 60 65 65 68 70 75 57 78
실시예12 실시예13 실시예14 실시예15 비교예7 비교예8
케이블 유형 플랫

절연층
실리콘 고무 100 100 100 100 100 100
세라믹 60 60 60 60 60 60
난연제1 120 120 120 120 120 120
개제 없음
테이프 없음


시스층
베이스수지1 50 60 70 80 40 100
베이스수지2 50 40 30 20 60 0
난연제2 200 200 200 200 200 200
산화방지제 2 2 2 2 2 2
가공조제 1 1 1 1 1 1
특성평가

상온
(시스)
인장강도
(kgf/㎟)
0.78 0.65 0.56 0.5 0.9 0.38
(Fail)
신장율(%) 140 155 170 188 110 200
난연시험 Pass Pass Pass Pass Fail Pass
내화시험 Pass Pass Pass Pass Pass Pass
실시예 비교예
16 17 18 19 20 21 9 10
케이블 유형 플랫

절연층
실리콘 고무 100 100 100 100 100 100 100 100
세라믹 60 60 60 60 60 60 60 60
난연제1 100 110 120 130 140 150 90 160
개제 없음
테이프 없음


시스층
베이스수지1 60 60 60 60 60 60 60 60
베이스수지2 40 40 40 40 40 40 40 40
난연제2 120 140 160 180 200 220 110 240
산화방지제 2 2 2 2 2 2 2 2
가공조제 1 1 1 1 1 1 1 1
특성평가


상온
(시스)
인장강도
(kgf/㎟)
0.48 0.54 0.55 0.58 0.65 0.8 0.32
(Fail)
0.7
신장율
(%)
220 195 180 171 155 135 250 118
(Fail)
산소지수(%) 35 35.6 38 38.5 39 40.6 33
(Fail)
42
열방출량
(kW/㎟)
130 130 122 115 109 109 133 100
난연시험 Pass Pass Pass Pass Pass Pass Fail Pass
내화시험 Pass Pass Pass Pass Pass Pass Pass Pass
유연성(N) 55 58 60 69 75 78 52 85
- 개제1 : 난연 폴리프로필렌
- 개제2 : NDPP
- 세라믹 : 알루미나 세라믹(순도 96%, 입자크기 평균 1㎛)
- 난연제1 : 수산화 알루미늄
- 베이스수지1 : 아틸렌 비닐 아세테이트
- 베이스수지2 : 말레산 무수물이 그라프트된 에틸렌 비닐 아세테이트
- 난연제2 : 수산화 알루미늄
- 산화방지제 : 페놀계 1차 산화방지제
- 가공조제 : 폴리에틸렌 왁스
상기 표 1 내지 5에 나타난 바와 같이, 비교예 1 및 2의 케이블은 일반적인 원형 구조로서 난연 테이프 및 개제를 포함하기 때문에, 케이블의 유연성, 난연성 및/또는 가열특성이 크게 저하되고, 개제가 바스라지는 문제 등이 있는 것으로 확인되었다.
또한, 비교예 3의 케이블은 절연층에 포함된 세라믹 함량이 불충분하여 내화시험을 통과하지 못했고, 비교예 4의 케이블은 절연층에 포함된 세라믹 함량이 과도하여 신장율이 크게 저하된 것으로 확인되었다.
그리고, 비교예 5의 케이블은 절연층에 포함된 난연제 함량이 불충분하여 난연시험을 통과하지 못했고, 비교예 6의 케이블은 절연층에 포함된 난연제 함량이 과도하여 신장율 및 유연성이 크게 저하된 것으로 확인되었다.
나아가, 비교예 7의 케이블은 시스층에 포함된 베이스 수지 중 에틸렌 비닐 아세테이트의 함량이 불충분하여 난연시험을 통과하지 못했고, 비교예 8의 케이블은 시스층에 포함된 베이스 수지 중 말레산 무수물이 그라프트된 에틸렌 비닐 아세테이트의 함량이 불충분하여 인장강도가 크게 저하된 것으로 확인되었다.
또한, 비교예 9의 케이블은 시스층에 포함된 난연제 함량이 불충분하여 인장강도, 산소지수 등이 저하되고 난연시험을 통과하지 못했고, 비교예 10의 케이블은 시스층에 포함된 난연제 함량이 과도하여 신장율 및 유연성이 크게 저하된 것으로 확인되었다.
반면, 본원발명인 실시예 1 내지 21의 케이블은 플랫 구조, 특정 소재의 절연층 및 시스층에 의해 인장강도, 신장율 등의 기계적 물성, 유연성, 가열 특성, 난연 특성, 내화 특성 등이 모두 규격을 만족하고 있는 것으로 확인되었다.
상기에서는 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.
10 : 도체 20 : 절연층
30 : 시스층

Claims (11)

  1. 도체 및 상기 도체를 감싸는 절연층을 포함하는 소선 복수 개가 서로 이격되어 일렬로 배치되어 형성된 하나 이상의 소선층, 및 상기 하나 이상의 소선층을 감싸고, 하나 이상의 모서리가 각지거나 둥근 사각형의 단면을 갖는 시스층을 포함하는 고난연 플랫(flat) 케이블에 있어서,
    상기 절연층은 실리콘 고무, 세라믹 및 제1 난연제를 포함하는 세라믹 실리콘 고무 조성물로부터 형성되고, 상기 시스층은 베이스 수지 및 제2 난연제를 포함하는 시스 컴파운드로부터 형성되며,
    상기 시스층은 산소지수가 35% 이상 및 열방출량(Peak Heat Release Rate)이 150 kW/㎡ 이하의 난연성을 갖는, 고난연 플랫 케이블.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 세라믹 실리콘 고무 조성물은, 상기 실리콘 고무 100 중량부를 기준으로, 세라믹 50 내지 80 중량부 및 난연제 100 내지 150 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 고난연 플랫 케이블.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 세라믹은 알루미나 세라믹(Al2O3), 지르코니아(ZrO2), 질화규소(Si3N4), 탄화규소(SiC), 질화 알루미늄(AlN), 또는 이들의 배합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 고난연 플랫 케이블.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 난연제는 수산화 알루미늄(Al(OH)3), 수산화 마그네슘(Mg(OH)2), 수산화 칼슘(Ca(OH)2), 수산화 마그네사이트, 염기성 탄산 마그네슘, 하이드로 탈사이트, 혼타이트, 또는 이들의 배합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 고난연 플랫 케이블.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세라믹 실리콘 고무 조성물은, 상기 실리콘 고무 100 중량부를 기준으로, 페놀계 산화방지제, 아민계 산화방지제, 인계 산화방지제, 황계 산화방지제, 또는 이들의 배합물을 포함하는 산화방지제 0.1 내지 5 중량부; 스테아린산, 파라핀 왁스, 크리스탈린 왁스, 저분자량 폴리에틸렌 왁스, 또는 이들의 배합물을 포함하는 가공조제 0.5 내지 6 중량부; 셀레늄, 텔루륨, 유기황화합물, 금속산화물, 유기과산화물, 또는 이들의 배합물을 포함하는 가교제 1 내지 7 중량부; 또는 이들의 배합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 고난연 플랫 케이블.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절연층은 인장강도 0.4 kgf/㎟ 이상 및 신장율 125% 이상인 것을 특징으로 하는, 고난연 플랫 케이블.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시스 컴파운드에 포함된 베이스 수지는 비닐 아세테이트 함량이 20 내지 70 중량%인 에틸렌 비닐 아세테이트 50 내지 90 중량부와 말레산 무수물이 그라프트된(grafted) 에틸렌 비닐 아세테이트 10 내지 50 중량부의 블랜딩 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는, 고난연 플랫 케이블.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 난연제는 상기 제1 난연제와 동일한 것을 특징으로 하는, 고난연 플랫 케이블.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 시스 컴파운드는, 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 제2 난연제로서 수산화 알루미늄 120 내지 220 중량부 또는 수산화 마그네슘 100 내지 180 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 고난연 플랫 케이블.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 시스 컴파운드는, 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 페놀계 산화방지제, 아민계 산화방지제, 인계 산화방지제, 이미다졸계 산화방지제, 황계 산화방지제, 또는 이들의 배합물을 포함하는 산화방지제 2 내지 4 중량부; 고분자량 왁스, 저분자량 왁스, 폴리올레핀 왁스, 파라핀 왁스, 파라핀 오일, 스테아린산 칼륨, 스테아린산 바륨, 스테아린산 납, 금속 비누, 유기 실리콘, 지방산 에스테르, 지방산 아마이드, 지방 알콜, 지방산 등, 또는 이들의 배합물을 포함하는 활제 0.5 내지 8 중량부; 스테아린산, 파라핀 왁스, 크리스탈린 왁스, 저분자량 폴리에틸렌 왁스, 또는 이들의 배합물을 포함하는 가공조제 0.5 내지 1 중량부; 또는 이들의 배합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 고난연 플랫 케이블.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 시스층은 인장강도 0.6 kgf/㎟ 이상, 신장율 125% 이상, 용융흐름지수 2 g/10min 이상인 것을 특징으로 하는, 고난연 플랫 케이블.
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