KR20160127287A - 전선용 열가소성 수지 조성물 및 이로부터 제조된 절연 전선 - Google Patents

전선용 열가소성 수지 조성물 및 이로부터 제조된 절연 전선 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전선용 열가소성 수지 조성물 및 이로부터 제조된 절연 전선에 관한 것으로, 상기 전선용 열가소성 수지 조성물은 (A) 폴리페닐렌 에테르; (B) 에틸렌 중합체, 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 또는 에틸렌-올레핀 공중합체 중 적어도 하나; (C) 스티렌계 엘라스토머; (D) 파라핀 오일; (E) 수산화마그네슘; 및 (F) 말레산 무수물 변성 올레핀계 공중합체를 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 전선용 열가소성 수지 조성물은 유연성, 경도, 신율, 난연성 및 내열성이 우수하여 고전압용 절연 전선의 피복재로 용이하게 적용할 수 있다.

Description

전선용 열가소성 수지 조성물 및 이로부터 제조된 절연 전선{THERMOPLASTIC RESIN COMPOSITION FOR WIRE AND INSULATED WIRE USING THEREOF}
본 발명은 전선용 열가소성 수지 조성물 및 이로부터 제조된 절연 전선에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유연성, 경도, 신율, 난연성 및 내열성이 우수한 전선용 열가소성 수지 조성물 및 이로부터 제조된 절연 전선에 관한 것이다.
폴리페닐렌 에테르는 전기적 성질 및 기계적 성질이 뛰어나고 높은 열변형 온도를 가져 엔지니어링 플라스틱 재료로 폭넓은 분야에서 응용될 수 있으며, 특히 전선이나 케이블 등의 피복재로 사용되고 있다.
그러나, 폴리페닐렌 에테르는 열에 취약하여 연소원(ignition source)이 있을 경우, 열에 의해 고분자 사슬이 분해되어 가연성 가스가 다량 발생하게 되고, 이 때 생성된 분해물이 산소와 반응하여 연소되며 발생한 열이 다시 고분자를 분해하는 연쇄반응으로 지속적인 연소가 일어나고 다량의 연기와 함께 높은 연소열이 발생하는 문제가 있다.
이에, 폴리페닐렌 에테르에 난연성을 부여하기 위하여 일반적으로 난연제를 첨가하고 있으며, 종래에 주로 사용되는 난연제로는 브롬 또는 염소를 함유하고 있는 할로겐계 화합물, 인산 에스테르를 중심으로 하는 인계 화합물과 멜라민시아노레이트와 같은 질소계 화합물 등이 있다.
할로겐계 난연제는 적용되는 수지의 종류에 관계없이 우수한 난연성을 부여할 수 있는 장점이 있으나, 연소시 화합물이 분해되어 할로겐 라디칼이 발생하고 이들 라디칼이 연소 과정을 방해함에 의하여 기상에서 난연 효과를 얻기 때문에 연소시 발생되는 가스량이 상대적으로 많고, 라디칼 포획 과정에서 생성되는 화합물로 부식성이 강한 많은 양의 할로겐화 수소가 배출되는 단점이 있다.
또한, 인계 난연제는 환경문제에 대응하는 비할로겐계 난연제로 주목받고 있으며, 적용되고 있는 인 함유 화합물로는 적인과 포스파젠, 인산에스테르 계열의 화합물 등이 있으며, 화학구조가 안정하고 가소성을 부여하는 효과가 있어 수지의 가공을 용이하게 하고 상용성과 내후성이 양호한 편이나 내열성이 저하되는 단점이 있다.
이에, 전선이나 케이블의 피복재, 특히 최근 개발이 활발한 전기 자동차나 하이브리드 자동차 등의 고전류·고전압에 노출되는 환경에서 사용되는 전선이나 케이블의 피복재로 사용할 수 있을 정도의 유연성, 경도, 신율 및 내열성 등의 물성을 구현하면서도 난연성이 향상된 전선용 열가소성 수지 조성물에 대한 개발이 요구된다.
대한민국 공개특허공보 제10-2004-0061758호 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0004848호
유연성, 경도, 신율, 내열성 및 난연성이 우수한 전선용 열가소성 수지 조성물 및 이로부터 제조된 절연 전선을 제공함을 목적으로 한다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전선용 열가소성 수지 조성물은 (A) 폴리페닐렌 에테르; (B) 에틸렌 중합체, 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 또는 에틸렌-올레핀 공중합체 중 적어도 하나; (C) 스티렌계 엘라스토머; (D) 파라핀 오일; (E) 수산화마그네슘; 및 (F) 말레산 무수물 변성 올레핀계 공중합체를 포함할 수 있다.
상기 전선용 열가소성 수지 조성물은 상기 폴리페닐렌 에테르(A) 5 내지 60중량%; 상기 에틸렌 중합체, 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 또는 에틸렌-올레핀 공중합체 중 적어도 하나(B) 10 내지 70중량%; 상기 스티렌계 엘라스토머(C) 1 내지 40중량%; 상기 파라핀 오일(D) 1 내지 40중량%; 상기 수산화마그네슘(E) 1 내지 30중량%; 및 상기 말레산 무수물 변성 올레핀계 공중합체(F) 0.1 내지 10중량%를 포함할 수 있다.
상기 수산화마그네슘(E) 및 상기 말레산 무수물 변성 올레핀계 공중합체(F)는 1:0.1내지 1:0.8의 중량비로 포함될 수 있다.
상기 에틸렌 중합체는 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 초저밀도 폴리에틸렌, 중밀도 폴리에틸렌 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 스티렌계 엘라스토머(C)는 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 공중합체, 스티렌-부타디엔-스티렌 공중합체, 스티렌-에틸렌-프로필렌-스티렌 공중합체, 스티렌-이소프렌-스티렌 공중합체, 스티렌-에틸렌 공중합체, 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌 공중합체 및 이들의 조합에서 선택될 수 있다.
상기 전선용 열가소성 수지 조성물은 EP91110-05의 평가방법에 따라 U-벤딩 평가시 가해지는 힘이 20 내지 60N일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 절연 전선은 도체; 및 상기 도체 외부에 형성되고, 상술한 전선용 열가소성 수지 조성물에 의해 제조되는 전선 피복층을 포함할 수 있다.
상기 절연 전선은 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차에 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 전선용 열가소성 수지 조성물은 경도, 신율 및 내열성이 우수하다. 또한, 우수한 유연성으로 단면적이 10Sq 이상의 두꺼운 절연 전선의 피복재로도 활용이 가능하다.
또한, 난연성이 우수하여 절연 전선의 피복재로 사용하는 경우, 도체 상에 1겹만 피복하더라도 효과적으로 연소를 방지할 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 전선용 열가소성 수지 조성물의 유연성, 경도, 신율, 내열성 및 난연성의 우수한 물성 밸런스로 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차의 엔진룸 주변의 절연 전선에 유용하게 적용할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 절연 전선의 사시도 및 횡단면을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 절연 전선의 사시도 및 횡단면을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 절연 전선의 사시도 및 횡단면을 확대하여 나타낸 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 의한 전선용 열가소성 수지 조성물에 대하여 설명하도록 한다.
본 발명에 의한 전선용 열가소성 수지 조성물은 (A) 폴리페닐렌 에테르, (B) 에틸렌 중합체, 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 또는 에틸렌-올레핀 공중합체 중 적어도 하나, (C) 스티렌계 엘라스토머, (D) 파라핀 오일, (E) 수산화마그네슘 및 (F) 말레산 무수물 변성 올레핀계 공중합체를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전선용 열가소성 수지 조성물을 이루는 각 성분에 대하여 구체적으로 설명한다.
(A) 폴리페닐렌 에테르
폴리페닐렌 에테르(A)는 폴리페닐렌 에테르 중합체 또는 폴리페닐렌 에테르 중합체와 비닐 방향족 중합체의 혼합물 또는 폴리페닐렌 에테르 중합체에 반응성 단량체가 반응한 변성 폴리페닐렌 에테르 중합체일 수 있으며, 이들 중 2종 이상을 혼합하여 사용할 수도 있다.
상기 폴리페닐렌 에테르 중합체로는 폴리(2,6-디메틸-1,4-페닐렌) 에테르, 폴리(2,6-디에틸-1,4-페닐렌) 에테르, 폴리(2,6-디프로필-1,4-페닐렌) 에테르, 폴리(2-메틸-6-에틸-1,4-페닐렌) 에테르, 폴리(2-메틸-6-프로필-1,4-페닐렌) 에테르, 폴리(2-에틸-6-프로필-1,4-페닐렌) 에테르, 폴리(2,6-디페닐-1,4-페닐렌) 에테르, 폴리(2,6-디메틸-1,4-페닐렌) 에테르와 폴리(2,3,6-트리메틸-1,4-페닐렌) 에테르의 공중합체, 폴리(2,6-디메틸-1,4-페닐렌) 에테르와 폴리(2,3,6-트리에틸-1,4-페닐렌) 에테르의 공중합체에서 선택된 단독 또는 2종 이상의 폴리페닐렌 에테르 중합체가 사용될 수 있다. 　
이 중에서 폴리(2,6-디메틸-1,4-페닐렌) 에테르 또는 폴리(2,6-디메틸-1,4-페닐렌) 에테르와 폴리(2,3,6-트리메틸-1,4-페닐렌) 에테르의 공중합체를 사용하는 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 폴리(2,6-디메틸-1,4-페닐렌) 에테르를 사용할 수 있다.
상기 비닐 방향족 중합체로는 스티렌, p-메틸 스티렌, α-메틸 스티렌, 브로모 스티렌, 클로로 스티렌 등의 비닐 방향족 단량체를 중합한 것을 사용하며, 그 중 바람직하게는 스티렌을 중합한 것이 효과적이다.
상기 반응성 단량체는 불포화 카르복실산 또는 그 무수물기 등을 포함하는 화합물 또는 반응하여 불포화 카르복실산 또는 그 무수물기로 변성되는 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리페닐렌 에테르 중합체와 반응하여 변성된 폴리페닐렌 에테르 중합체를 형성시키는 역할을 한다.
상기 반응성 단량체는 시트르산, 시트르산 무수물, 말레산 무수물, 말레산, 이타콘산 무수물, 푸마린산, (메타)아크릴산, (메타)아크릴산 에스테르 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다.
상기 반응성 단량체와 반응한 변성 폴리페닐렌 에테르 중합체의 제조 방법에 대해서는 특별히 제한되지 않으나, 작업 온도가 비교적 높은 것을 감안하면 포스파이트계 열안정제를 이용하여 용융 혼련 상태에서 그라프트 반응시키는 것이 효과적이다. 　
본 발명의 일 실시예에 따른 폴리페닐렌 에테르의 중합도는 특별히 제한되지는 않으나, 25℃의 클로로포름 용매에서 측정하였을 때의 고유점도가 0.2 내지 0.8 dl/g일 수 있다. 상기 범위의 고유점도를 가지는 경우에 내열성 및 기계적 강도가 우수하며 가공이 용이하다.
상기 폴리페닐렌 에테르의 함량은 전선용 열가소성 수지 조성물 100중량%에 대하여 5 내지 60중량%인 것이 바람직하며, 10 내지 50중량%인 것이 더욱 효과적이다. 상기 범위 내의 함량을 초과하는 경우에는 유연성 및 내화학성이 떨어지거나 가공이 어려운 문제가 있다.
(B) 에틸렌 중합체, 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 또는 에틸렌-올레핀 공중합체 중 적어도 하나
에틸렌 중합체, 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 또는 에틸렌-올레핀 공중합체 중 적어도 하나(B)는 열가소성 수지 조성물로부터 제조된 절연 전선의 표면 경도를 향상시킴과 동시에 내열성이 저하되는 문제를 해결할 수 있다.
상기 에틸렌 중합체는 에틸렌 단량체의 중합체를 포함할 수 있다.
상기 에틸렌 중합체는, 0.1 내지 30g/10min, 바람직하게는 0.5 내지 10g/10min의 용융지수(melt index, MI)를 가질 수 있다. 상기 에틸렌 중합체의 용융지수가 상기 범위 내인 경우, 다른 수지와 용이하게 혼합할 수 있고 이를 포함하는 열가소성 수지 조성물의 경도를 효과적으로 개선할 수 있다.
상기 에틸렌 중합체는 80 내지 170℃의 녹는점, 바람직하게는 95 내지 135℃, 더욱 바람직하게는 105 내지 125℃의 녹는점을 가질 수 있다. 상기 에틸렌 중합체의 녹는점이 상기 범위 내인 경우, 이를 포함하는 열가소성 수지 조성물의 내열성 및 경도를 효과적으로 개선할 수 있다.
상기 에틸렌 중합체는 10,000 내지 300,000g/mol, 바람직하게는 40,000 내지 250,000g/mol, 더 바람직하게는 60,000 내지 200,000g/mol의 중량평균 분자량(Mw)을 가질 수 있다. 상기 에틸렌 중합체의 중량평균 분자량(Mw)이 상기 범위 내인 경우, 가공이 용이하고, 이를 포함하는 열가소성 수지 조성물의 경도를 효과적으로 개선할 수 있다. 　
구체적으로, 상기 에틸렌 중합체는 고밀도 폴리에틸렌(high density polyethylene, HDPE), 선형 저밀도 폴리에틸렌(linear low density polyethylene, LLDPE), 저밀도 폴리에틸렌(low density polyethylene, LDPE), 초저밀도 폴리에틸렌(ultra-low density polyethylene) 또는 중밀도 폴리에틸렌(medium density polyethylene)일 수 있으며, 경우에 따라 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 에틸렌-올레핀 공중합체는 에틸렌-프로필렌 공중합체, 에틸렌-부텐 공중합체, 에틸렌-헥센 공중합체 또는 에틸렌-옥텐 공중합체 등일 수 있다.
상기 에틸렌 중합체, 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 또는 에틸렌-올레핀 공중합체 중 적어도 하나(B)의 함량은 전선용 열가소성 수지 조성물 100중량%에 대하여 10 내지 70중량%일 수 있으며, 바람직하게는 15 내지 55중량%일 수 있다. 상기 에틸렌 중합체, 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 또는 에틸렌-올레핀 공중합체 중 적어도 하나(B)의 함량이 상기 범위를 벗어나는 경우, 높은 수준의 경도를 달성할 수 없거나 내열성이 현저히 떨어지는 문제가 있을 수 있다.
(C) 스티렌계 엘라스토머
스티렌계 엘라스토머(C)는 열가소성 수지 조성물의 각 성분 간의 상용성을 향상시키는 동시에 유연성을 부여할 수 있다.
상기 스티렌계 엘라스토머는 방향족 비닐 화합물 및 공액 디엔 화합물로 이루어진 블록 공중합체; 방향족 비닐 화합물 및 공액 디엔 화합물로 이루어진 블록 공중합체에 수소 첨가하여 이루어진 수소 첨가 블록 공중합체; 상기 블록 공중합체를 α,β-불포화 디카르복실산과 α,β-불포화 디카르복실산 유도체의 그룹에서 선택된 화합물로 변성한 변성 블록 공중합체 및 상기 수소 첨가 블록 공중합체를 α,β-불포화 디카르복실산과 α,β-불포화 디카르복실산 유도체의 그룹에서 선택된 화합물로 변성한 변성 수소 첨가 블록 공중합체일 수 있다. 경우에 따라 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
상기 방향족 비닐 화합물은 스티렌, p-메틸 스티렌, α-메틸 스티렌, 브로모스티렌 또는 클로로스티렌일 수 있고, 하나 이상이 조합될 수 있다. 여기서 가장 바람직하게는 스티렌일 수 있다.
상기 스티렌계 엘라스토머는 방향족 비닐 화합물에서 유도되며, 그 형태는 디블록(A-B 블록), 트라이블록(A-B-A 블록), 테트라블록(A-B-A-B 블록) 및 펜타블록(A-B-A-B-A 블록) 구조를 포함하는 선형 구조뿐만 아니라 총 6개 이상의 A 및 B 블록을 함유하는 비선형 구조를 포함할 수 있다.
상기 스티렌계 엘라스토머의 바람직한 구체적인 예는, 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 공중합체, 스티렌-부타디엔-스티렌 공중합체, 스티렌-에틸렌-프로필렌-스티렌 공중합체, 스티렌-이소프렌-스티렌 공중합체, 스티렌-에틸렌 공중합체 또는 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌 공중합체가 있을 수 있으며, 경우에 따라 2종 이상을 혼합하여 사용하는 것도 가능하다. 가장 바람직한 실시예는 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 공중합체이다.
상기 스티렌계 엘라스토머는 전선용 열가소성 수지 조성물 100중량%에 대하여 1 내지 40중량%일 수 있으며, 바람직하게는 5 내지 35중량%일 수 있다. 스티렌계 엘라스토머가 상기 범위를 벗어나는 경우, 열가소성 수지 조성물의 유연성이 현저히 떨어지거나 상용성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
(D) 파라핀 오일
파라핀 오일(D)은 전선용 열가소성 수지 조성물의 연화제로 작용하며, 유연성 향상을 위해 사용될 수 있다.
상기 파라핀 오일은 중량평균분자량(Mw)이 400 내지 1,200g/mol일 수 있으며, 바람직하게는 600 내지 900g/mol일 수 있으며, 동점도는 95 내지 215cSt(40℃ 기준)일 수 있으며, 바람직하게는 100 내지 212cSt(40℃ 기준)일 수 있다.
또한, 상기 파라핀 오일의 비중[15/4℃]은 0.75 내지 0.95일 수 있고, 인화점은 250 내지 330℃일 수 있으며, 유동점은 -25 내지 -5℃인 것이 사용될 수 있다. 바람직하게는 비중[15/4 ℃]이 0.85 내지 0.90일 수 있고, 인화점이 270 내지 310℃일 수 있으며, 유동점이 -18 내지 -9℃일 수 있다.
상기 파라핀 오일은 전선용 열가소성 수지 조성물 100중량%에 대하여 1 내지 40중량%일 수 있으며, 바람직하게는 5 내지 30중량%일 수 있다. 파라핀 오일을 상기 범위로 사용하는 경우, 유연성뿐만 아니라 우수한 물성 발란스를 얻을 수 있다.
(E) 수산화마그네슘
수산화마그네슘(Mg(OH)2)(E)은 본 발명에서 전선용 열가소성 수지 조성물의 난연 효과를 향상시키기 위하여 사용된다.
상기 수산화마그네슘은 전선용 열가소성 수지 조성물 100중량%에 대하여 1 내지 30중량%일 수 있으며, 바람직하게는 5 내지 25중량%일 수 있다. 수산화마그네슘이 1중량% 미만인 경우에는 난연성이 저하될 수 있고, 30중량%를 초과하는 경우에는 기계적 특성이 저하될 수 있다.
(F) 말레산 무수물 변성 올레핀계 공중합체
말레산 무수물 변성 올레핀계 공중합체(F)는 본 발명에서 수산화마그네슘(E)과 함께 첨가되어 난연성을 더욱 향상시키는 난연 보조제로서 사용된다.
상기 말레산 무수물 변성 올레핀계 공중합체는 올레핀계 공중합체를 반응성기인 말레산 무수물로 변성(그라프트)시킨 공중합체일 수 있다.
상기 올레핀계 공중합체는 서로 다른 올레핀계 단량체로 중합된 공중합체 또는 올레핀계 단량체 및 아크릴계 단량체의 공중합체일 수 있다.
상기 올레핀계 단량체는 C1 내지 C19의 알킬렌을 사용할 수 있으며, 구체적인 예로 에틸렌, 프로필렌, 이소프로필렌, 부틸렌, 이소부틸렌 또는 옥텐을 사용할 수 있고, 이들을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 아크릴계 단량체로는 (메타)아크릴산 알킬 에스테르 또는 (메타)아크릴산 에스테르를 사용할 수 있다. 이때 상기 알킬은 C1 내지 C10의 알킬을 의미하는 것으로서, 상기 (메타)아크릴산 알킬 에스테르의 구체적인 예로는 메틸(메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트, 프로필(메타)아크릴레이트, 부틸(메타)아크릴레이트가 있으며, 바람직하게는 메틸(메타)아크릴레이트가 효과적이다.
상기 말레산 무수물 변성 올레핀계 공중합체로 구체적인 실시예로는 말레산 무수물 변성 폴리에틸렌, 말레산 무수물 변성 폴리프로필렌 또는 말레산 무수물 변성 에틸렌-프로필렌 공중합체 등일 수 있다.
상기 말레산 무수물 변성 올레핀계 공중합체는 전선용 열가소성 수지 조성물 100중량%에 대하여 0.1 내지 10중량%일 수 있으며, 바람직하게는 1 내지 8중량%일 수 있다. 말레산 무수물 변성 올레핀계 공중합체가 상기 범위를 벗어나는 경우 난연성이 저하될 수 있다.
상기 말레산 무수물 변성 올레핀계 공중합체는 수산화마그네슘(E)과 동시에 사용됨으로써 난연의 효과를 현저히 향상시킬 수 있어, 상기 수산화마그네슘과 상기 말레산 무수물 변성 올레핀계 공중합체의 함량비를 조절함으로써 열가소성 수지 조성물의 난연성을 극대화시킬 수 있다.
상기 수산화마그네슘(E) 및 상기 말레산 무수물 변성 올레핀계 공중합체(F)는 1:0.1 내지 1:0.8의 중량비로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 1:0.2 내지 1:0.7의 중량비로 포함될 수 있다. 수산화마그네슘과 말레산 무수물 변성 올레핀계 공중합체가 상기 범위를 벗어나는 경우, 난연성이 저하될 수 있다.
상기 전선용 열가소성 수지 조성물은 선택적으로 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 첨가제로는 활제, 가소제, 열안정제, 산화방지제, 광안정제 또는 착색제를 더 포함할 수 있으며, 2종 이상을 혼합하여 사용할 수도 있다.
상기 활제는 가공·성형·압출 중에 전선용 열가소성 수지 조성물과 접촉하는 금속 표면을 윤활시켜 수지 조성물의 흐름 또는 이동을 도와주는 물질로, 통상적으로 사용되는 물질을 사용할 수 있다.
상기 가소제는 전선용 열가소성 수지 조성물의 유연성, 가공 작업성 또는 팽창성을 증가시키는 물질로, 통상적으로 사용되는 물질을 사용할 수 있다.
상기 열안정제는 고온에서 혼련 또는 성형할 경우 전선용 열가소성 수지 조성물의 열적 분해를 억제하는 물질로, 통상적으로 사용되는 물질을 사용할 수 있다.
상기 산화방지제는 전선용 열가소성 수지 조성물과 산소와의 화학적 반응을 억제 또는 차단시킴으로써 수지 조성물이 분해되어 고유 물성이 상실되는 것을 방지하는 물질로, 페놀형, 포스파이트형, 티오에테르형 또는 아민형 산화방지제 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 광안정제는 자외선으로부터 전선용 열가소성 수지 조성물이 분해되어 색이 변하거나 기계적 성질이 상실되는 것을 억제 또는 차단시키는 물질로, 힌더드아민형, 벤조페논형, 벤조트리아졸형 광안정제를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 착색제는 통상적인 안료 또는 염료를 사용할 수 있다.
상기 첨가제는 전선용 열가소성 수지 조성물 100중량부에 대하여, 1 내지 15중량부로 포함될 수 있다.
상기 전선용 열가소성 수지 조성물은 유연성, 경도, 신율, 난연성 및 내열성이 우수하다.
상기 전선용 열가소성 수지 조성물은 유연성이 우수하여, EP91110-05의 평가방법에 따라 U-벤딩 평가시 유연성이 60N 이하일 수 있으며, 바람직하게는 20 내지 60N일 수 있다.
수차례의 실험을 통해, 해당 범위 내에 속하는 본 발명의 전선용 열가소성 수지 조성물이, 높은 유연성, 경도, 신율 및 내열성을 구현하면서도 난연성이 우수한 임계적 의의를 확인하였다.
본 발명의 실시예에 따른 절연 전선은 도 1에 나타난 바와 같이, 도체(10) 및 상기 도체(10) 외부에 형성된 전선 피복층(20)를 포함하며, 상기 전선 피복층(20)은 상술한 전선용 열가소성 수지 조성물에 의해 제조될 수 있다.
전선 피복층(20)이 상기 도체(10) 외부에 형성된다는 것은, 상기 전선 피복층은(20)은 반드시 상기 도체(10)에 맞닿아 형성되는 경우와 도체(10)와 전선 피복층(20) 사이에 다른 층이 포함되는 경우를 모두 포함한다.
상기 도체(10)는 한 가닥일 수도 있고, 2 이상의 여러 가닥을 포함할 수도 있다.
도체(10)가 2 이상의 여러 가닥을 포함하는 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 도체는 2 이상의 가닥이 한꺼번에 전선 피복층(20)에 의해 둘러싸여 형성될 수 있으며, 도 3에 도시된 바와 같이, 2 이상의 가닥으로 형성된 도체를 둘러싼 전선 피복층(20) 2 이상의 가닥이 함께 절연 전선을 형성할 수도 있다.
상기 절연 전선은 전선 피복층 상에 절연체, 차폐체 또는 시스(sheath)가 전선 피복층(20) 외부에 더 형성될 수 있으며, 경우에 따라 2 이상이 조합되어 형성될 수 있다.
도체(10), 절연체, 차폐체 또는 시스는 당업계에서 통상 사용되는 것을 사용할 수 있다.
본 발명에 의한 전선용 열가소성 수지 조성물은 수산화마그네슘 및 말레산 무수물 변성 올레핀계 공중합체를 포함함으로써 난연성이 향상되어 고전압에 노출되는 환경에서의 절연 전선용 소재로 유용하다.
뿐만 아니라, 본 발명에 의한 전선용 열가소성 수지 조성물은 인계 난연제 등 종래의 난연제를 사용한 열가소성 수지 조성물에 비하여 유연성이 우수하여, 두께가 두꺼운 절연 전선의 피복재로도 사용할 수 있다.
따라서, 본 발명에 의한 전선용 열가소성 수지 조성물은 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차의 엔진룸 또는 그 주변의 절연 전선용 피복재에 적합할 수 있다.
[실시예]
이하에서는, 본 발명의 전선용 열가소성 수지 조성물의 우수한 효과를 입증하기 위한 실험을 실시한 결과를 나타낸다.
하기 실시예 및 비교예의 전선용 열가소성 수지 조성물에 사용된 구성 성분은 아래와 같다.
(a) 폴리페닐렌 에테르: 블루스타(Blue Star)社의 폴리페닐렌 에테르인 LXR-035C 제품을 사용하였다.
(b) 에틸렌 중합체, 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 또는 에틸렌-올레핀 공중합체 중 적어도 하나: 삼성토탈社의 폴리에틸렌인 512W 제품을 사용하였다.
(c) 스티렌계 엘라스토머: 크레이튼 폴리머(Kraton Polymer)社의 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 공중합체인 Kraton G1651 제품을 사용하였다.
(d) 파라핀 오일: 서진화학社의 파라핀 오일인 KL-900B 제품을 사용하였다.
(e) 수산화마그네슘: 신원화학社의 수산화마그네슘인 FLAMDANT 제품을 사용하였다.
(f) 말레산 무수물 변성 올레핀계 공중합체: 폴리램(Polyram)社의 말레산 무수물 변성 폴리에틸렌인 Bondyram 4108 제품을 사용하였다.
(g) JSR社의 에틸렌-프로필렌 고무(EPR)인 EP11 제품을 사용하였다.
실시예 및 비교예의 전선용 열가소성 수지 조성물은 하기 표 1에 기재된 성분 함량비에 따라 제조되었다. 전선용 열가소성 수지 조성물 전체를 100중량%로 하여 각 성분의 함량을 중량%로 나타내었다.
표 1에 기재된 성분을 건식 혼합하고 이축 압출기(L/D: 44, 직경: 45mm, 바렐 온도: 260℃)의 공급부에 정량적으로 연속 투입 후 용융 및 혼련하여 펠렛 형태의 열가소성 수지 조성물을 제조하였다.
실시예 비교예
1 2 3 4 5 6 1 2 3
(a) 10 20 30 20 20 20 20 20 20
(b) 45 35 25 55 15 25 40 40 40
(c) 15 15 15 5 25 15 15 30 -
(d) 15 15 15 5 25 15 15 - 15
(e) 10 10 10 10 10 20 10 10 10
(f) 5 5 5 5 5 5 - - -
(g) - - - - - - - - 15
실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 3의 전선용 열가소성 수지 조성물에 대해 유연성, 경도, 신율, 난연성 및 내열성을 다음과 같은 방법으로 평가하였다. 평가 결과는 하기 표 2에 기재하였다.
<유연성 평가>
실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 3의 전선용 열가소성 수지 조성물로 제조된 시편에 대하여 EP91110-05에 따라 U-벤딩(U-bending) 평가하여 벤딩시 가해지는 힘을 측정하여 유연성을 평가하였다.
< 경도 평가 >
실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 3의 전선용 열가소성 수지 조성물로 제조된 시편에 대하여 ASTM D2240에 따라 shore D 표면경도를 측정하여 경도를 평가하였다.
<신율 평가>
실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 3의 전선용 열가소성 수지 조성물로 전선 형태의 시편을 제조하여, 각각의 시편에 대하여 JASO D 618에 의하여 신율을 평가하였다.
<난연성 평가>
실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 3의 전선용 열가소성 수지 조성물로 제조된 시편에 대하여 현대자동차 MS 300-08 평가방법에 의하여 연소시간을 측정하여 난연성을 평가하였다.
<내열성 평가>
실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 3의 전선용 열가소성 수지 조성물로 제조된 시편에 대하여 KSM3156에 따라 열변형률을 평가하였다.
실시예 비교예
1 2 3 4 5 6 1 2 3
유연성 (N) 30 40 50 48 32 45 41 65 50
표면경도 20 25 30 28 21 27 25 33 29
신율 (%) 350 300 250 280 330 270 180 270 130
연소시간 (초) 50 20 10 15 40 10 100 10 90
열변형률 (%) 35 30 20 22 34 28 38 25 37
상기 표 1 및 표 2로부터 실시예 1 내지 6에 의한 열가소성 수지 조성물의 경우 유연성, 경도, 신율, 난연성 및 내열성의 물성이 모두 우수함을 확인할 수 있었다.
수산화마그네슘을 난연제로 사용하더라도 말레산 무수물 변성 올레핀계 공중합체를 첨가하지 않은 비교예 1의 경우, 신율, 내열성 및 난연성이 떨어졌다.
또한, 파라핀 오일을 첨가하지 않은 비교예 2의 경우, 유연성이 현저히 떨어져 두께가 두꺼운 전선의 피복재로 적용하기 어려움을 예상할 수 있다.
또한, 비교예 3과 같이 스티렌계 엘라스토머 대신 에틸렌-프로필렌 고무를 첨가한 경우, 신율, 내열성 및 난연성이 떨어졌다.
따라서, 실시예에 의한 조성을 가지는 전선용 열가소성 수지 조성물이 유연성, 경도, 신율, 난연성 및 내열성의 모든 면에서 우수함을 알 수 있었다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.

Claims (8)

  1. (A) 폴리페닐렌 에테르;
    (B) 에틸렌 중합체, 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 또는 에틸렌-올레핀 공중합체 중 적어도 하나;
    (C) 스티렌계 엘라스토머;
    (D) 파라핀 오일;
    (E) 수산화마그네슘; 및
    (F) 말레산 무수물 변성 올레핀계 공중합체를 포함하는 전선용 열가소성 수지 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전선용 열가소성 수지 조성물은
    상기 폴리페닐렌 에테르(A) 5 내지 60중량%;
    상기 에틸렌 중합체, 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 또는 에틸렌-올레핀 공중합체 중 적어도 하나(B) 10 내지 70중량%;
    상기 스티렌계 엘라스토머(C) 1 내지 40중량%;
    상기 파라핀 오일(D) 1 내지 40중량%;
    상기 수산화마그네슘(E) 1 내지 30중량%; 및
    상기 말레산 무수물 변성 올레핀계 공중합체(F) 0.1 내지 10중량%를 포함하는 전선용 열가소성 수지 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수산화마그네슘(E) 및 상기 말레산 무수물 변성 올레핀계 공중합체(F)는 1:0.1내지 1:0.8의 중량비로 포함되는 전선용 열가소성 수지 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 에틸렌 중합체는 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 초저밀도 폴리에틸렌, 중밀도 폴리에틸렌 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 전선용 열가소성 수지 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 스티렌계 엘라스토머(C)는 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 공중합체, 스티렌-부타디엔-스티렌 공중합체, 스티렌-에틸렌-프로필렌-스티렌 공중합체, 스티렌-이소프렌-스티렌 공중합체, 스티렌-에틸렌 공중합체, 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌 공중합체 및 이들의 조합에서 선택되는 전선용 열가소성 수지 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전선용 열가소성 수지 조성물은 EP91110-05의 평가방법에 따라 U-벤딩 평가시 가해지는 힘이 20 내지 60N인 측정되는 전선용 열가소성 수지 조성물.
  7. 도체; 및
    상기 도체 외부에 형성되고, 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 의한 전선용 열가소성 수지에 의해 제조되는 전선 피복층을 포함하는 절연 전선.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 절연 전선은 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차에 사용되는 절연 전선.
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