KR20170053581A - 원형회복성 및 기계적 특성이 우수한 절연 조성물 및 이로부터 형성된 절연층을 갖는 케이블 - Google Patents
원형회복성 및 기계적 특성이 우수한 절연 조성물 및 이로부터 형성된 절연층을 갖는 케이블 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 원형회복성 및 기계적 특성이 우수한 절연 조성물 및 이로부터 형성된 절연층을 갖는 케이블에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 시스층의 화학가교시 고온 및 고압의 조건하에서 변형이 억제될 뿐만 아니라 변형 후 원형회복성이 우수한 동시에, 이와 상충관계에 있는 기계적 특성 역시 우수하며, 추가로 내수성이 우수한 절연 조성물 및 이로부터 형성된 절연층을 갖는 케이블에 관한 것이다.
Description
본 발명은 원형회복성 및 기계적 특성이 우수한 절연 조성물 및 이로부터 형성된 절연층을 갖는 케이블에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 시스층의 화학가교시 고온 및 고압의 조건하에서 변형이 억제될 뿐만 아니라 변형 후 원형회복성이 우수한 동시에, 이와 상충관계에 있는 기계적 특성 역시 우수하며, 추가로 내수성이 우수한 절연 조성물 및 이로부터 형성된 절연층을 갖는 케이블에 관한 것이다.
도 1은 일반적인 케이블의 하나의 실시예에 관한 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이고, 도 2는 일반적인 케이블의 또 다른 실시예에 관한 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 케이블은 전류가 흐르는 도체(10,10'), 상기 도체(10,10')를 각각 감싸는 절연층(20,20'), 외부의 압력이나 충격으로부터 케이블을 보호하는 시스층(30,30') 등을 포함할 수 있다.
또한, 상기 시스층(30,30')은 외부의 압력이나 충격으로부터 케이블을 보호하기 위해 일정 수준 이상의 기계적 특성을 보유해야 하고, 이러한 기계적 특성의 구현을 위해 상기 절연층(20,20') 위에 압출 후 통상 가교된다.
상기 시스층(30,30')의 가교방식은 자외선 조사에 의해 수지를 가교하는 조사가교, 실란 화합물을 이용해 수중에서 수지를 가교하는 실란가교(수가교), 고온 및 고압의 조건하에서 유기과산화물 등의 가교제를 이용해 수지를 가교하는 화학가교 등이 있다.
다만, 조사가교는 시스층(30,30')의 두께가 두꺼운 경우 조사빔의 낮은 투과율로 인해 시스층(30,30') 내부까지 균일하게 가교가 진행되지 않는 문제가 있다. 또한, 실란가교(수가교)는 장시간이 소요되고, 수중에서 가교반응이 진행될 때 시스층(30,30')의 수분흡습에 의한 부반응이 일어날 수 있으며, 수지에 대한 실란 그라프트(graft) 반응의 조절이 어려워 실란 그라프트 반응이 과도한 경우 스코치(scorch)가 발생하거나 실란 그라프트 반응이 기준 미달인 경우 가교도가 저하되는 문제가 종종 발생해 양산 적용시 어려움이 발생할 수 있다.
한편, 화학가교 방식은 광범위하게 적용 가능하고, 비교적 원료제조가 간편한 반면, 가교 반응을 위한 고온 및 고압, 즉 150~230℃ 및 6~20 bar의 조건 하에서 절연층(20,20')의 변형이 발생하여 내전압이 불량하게 될 수 있다. 특히, 도 2에 도시된 바와 같이 도체(10')가 복수개인 경우, 각각의 도체(10')를 감싸는 각각의 절연층(20')들의 상호 눌림 현상으로 변형이 더욱 심각할 수 있다.
따라서, 상기 절연층(20,20')을 형성하는 기본 수지로서 고온 및 고압에서의 변형율이 낮고 변형 후 원형회복성이 우수한 수지를 채택하는 것을 고려해 볼 수 있으나, 고온고압변형율이 낮고 원형회복성이 우수한 수지는 통상 인장강도가 10 MPa 수준으로 제품스팩 12.5 MPa 수준의 높은 인장강도가 요구되는 절연층에는 적용될 수 없다. 또한, 절연층(20,20')의 인장강도를 향상시키기 위해 첨가제를 첨가하는 경우 상기 절연층(20,20')의 내수성이 크게 저하될 수 있다.
그러므로, 고온고압변형율이 낮고 원형회복성이 우수한 동시에, 제품스팩 12.5 MPa 수준의 높은 인장강도가 요구되는 절연층에도 적용될 수 있는 우수한 기계적 특성을 가지며, 추가로 내수성이 향상된 절연 조성물 및 이로부터 형성된 절연층을 갖는 케이블이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 고온고압변형율이 낮고 원형회복성이 우수한 절연 조성물 및 이로부터 형성된 절연층을 갖는 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 낮은 고온고압변형율 및 우수한 원형회복성을 구현하기 위한 탄성을 갖는 동시에 이와 상충관계에 있는 기계적 특성이 우수한 절연 조성물 및 이로부터 형성된 절연층을 갖는 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.
나아가, 본 발명은 우수한 기계적 특성을 나타내는 동시에 내수성이 향상된 절연 조성물 및 이로부터 형성된 절연층을 갖는 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은,
하나 이상의 도체 및 상기 도체를 각각 감싸는 절연층을 포함하는 케이블의 상기 절연층을 형성하는 절연 조성물로서, 기본 수지로서 올레핀계 공중합체를 포함하고, 상기 절연 조성물로부터 형성된 절연층은 아래 수학식 1에 따른 고온고압변형율이 95% 미만인, 절연 조성물을 제공한다.
[수학식 1]
절연층의 고온고압변형율(%)=[(a-b)/(a-c)]*100
상기 수학식 1에서,
a는 초기의 (절연외경-도체외경)이고,
b는 상기 케이블을 160℃에서 1시간 동안 가압하여 상기 절연층 각각의 외경이 (도체외경+c)가 되도록 상기 절연층을 압축하고, 가압을 유지한 상태로 상기 케이블을 상온으로 냉각한 뒤, 가압을 제거한 상태에서 측정한 (절연외경-도체외경)의 최소값이며,
c는 상기 절연 조성물로부터 형성된 절연층을 상기 조건으로 가압시 (절연외경-도체외경)이다.
여기서, 상기 c는 0.5a 내지 0.8a인 것을 특징으로 하는, 절연 조성물을 제공한다.
또한, 상기 절연층은 인장강도가 12.5 MPa 이상인 것을 특징으로 하는, 절연 조성물을 제공한다.
나아가, 단면적이 0.75 ㎟인 도체 2개가 연합되어 도체 전체직경이 1.107 mm이고 상기 절연 조성물로부터 형성되고 두께가 0.5 mm인 절연층을 갖는 케이블 시편의 도체 양말단에 60Hz 정현파의 교류전압을 인가하여 규정치인 1.5 kV까지 서서히 상승시킨 후 규정시간인 5분 동안 절연파괴가 일어나지 않는 것을 특징으로 하는, 절연 조성물을 제공한다.
그리고, 상기 올레핀계 공중합체는 융점이 50 내지 100℃이고, 용융지수가 1 내지 8 g/min인 것을 특징으로 하는, 절연 조성물을 제공한다.
또한, 상기 올레핀계 공중합체는 에틸렌과 다른 α-올레핀과의 공중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는, 절연 조성물을 제공한다.
여기서, 상기 올레핀계 공중합체는 에틸렌-프로필렌 공중합체, 에틸렌-부텐 공중합체, 에틸렌-헥센 공중합체, 에틸렌-옥텐 공중합체, 또는 이들의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는, 절연 조성물을 제공한다.
한편, 상기 기본 수지 100 중량부를 기준으로, 클레이, 활석, 탄산칼슘, 수산화마그네슘, 수산화알루미늄, 실리카 및 징크보레이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 충진제 30 내지 250 중량부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 절연 조성물을 제공한다.
여기서, 상기 충진제는 알킬 실란, 비닐 실란 및 지방산으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상에 의해 소수성으로 표면이 개질된 것을 특징으로 하는, 절연 조성물을 제공한다.
그리고, 단면적이 0.75 ㎟인 도체 2개가 연합되어 도체 전체직경이 1.107 mm이고 상기 절연 조성물로부터 형성되고 두께가 0.5 mm인 절연층을 갖는 케이블 시편에서 상기 절연층의 초기 tanδ를 기준으로 상기 케이블 시편을 75℃ 수조에서 14일간 침수 후의 측정한 절연층의 tanδ의 증가율이 50% 이하이고, 상기 케이블 시편을 규정온도 90±1℃의 수중에 담그어 절연층 온도가 일정하게 되었을 때 도체 양말단에 100V 이상의 직류전압을 가하여 1분간 충전한 후 측정한 고온 절연저항이 1.3 MΩ-km 이상인 것을 특징으로 하는, 절연 조성물을 제공한다.
또한, 상기 충진제는 입경(D50)이 0.6 내지 6 ㎛인 것을 특징으로 하는, 절연 조성물을 제공한다.
나아가, 상기 기본 수지 100 중량부를 기준으로, 25℃에서 1 내지 20 cps의 점도를 갖는 실란커플링제 0.3 내지 3 중량부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 절연 조성물을 제공한다.
여기서, 상기 실란커플링제의 함량이 상기 충진제 함량의 1/10 이상인 것을 특징으로 하는, 절연 조성물을 제공한다.
한편, 상기 기본 수지 100 중량부를 기준으로, 알킬에스테르계 오일, 파라핀오일 및 파라핀왁스로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 가공유 60 중량부 이하를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 절연 조성물을 제공한다.
그리고, 상기 기본 수지 100 중량부를 기준으로, 디큐밀퍼옥사이드, 벤조일퍼옥사이드, 아루일퍼옥사이드, t-부틸큐밀퍼옥사이드, 디(t-부틸퍼옥시이소프로필)벤젠, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸 퍼옥시)헥산 및 디-t-부틸 퍼옥사이드로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 가교제 1 내지 10 중량부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 절연 조성물을 제공한다.
또한, 상기 기본 수지 100 중량부를 기준으로, 페놀계, 아연계, 퀴논계, 유황계 또는 인계 산화방지제 1 내지 10 중량부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 절연 조성물을 제공한다.
한편, 하나 이상의 도체; 상기 도체를 각각 감싸고 상기 절연 조성물로부터 형성된 절연층; 및 상기 절연층을 전체적으로 감싸는 시스층을 포함하는, 케이블을 제공한다.
본 발명에 따른 절연 조성물은 낮은 고온고압변형율 및 우수한 원형회복성을 갖는 수지로부터 형성되기 때문에 시스층의 화학가교시 고온 및 고압의 조건하에서도 절연층의 변형율이 최소화되고 변형 후 원형회복에 의해 절연내력이 유지되는 우수한 효과를 나타낸다.
또한, 본 발명에 따른 절연 조성물은 수지 이외에 특정 첨가제를 특정 배합비로 포함함으로써 절연층의 고온고압변형율 및 원형회복성을 유지하는 동시에 기계적 특성이 향상되는 우수한 효과를 나타낸다.
나아가, 본 발명에 따른 절연 조성물은 기계적 특성을 향상시키기 위한 첨가제에 의해 내수성이 저하되지 않는 우수한 효과를 나타낸다.
도 1은 일반적인 케이블의 하나의 실시예에 관한 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 일반적인 케이블의 또 다른 실시예에 관한 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 일반적인 케이블의 또 다른 실시예에 관한 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.
본 발명은 케이블의 절연층을 형성하는 절연 조성물에 관한 것이다.
상기 절연 조성물은 올레핀계 수지를 기본 수지로 포함할 수 있다. 상기 올레핀계 수지는 바람직하게는 에틸렌과 다른 α-올레핀과의 공중합체, 예를 들어, 에틸렌-프로필렌 공중합체, 에틸렌-부텐 공중합체, 에틸렌-헥센 공중합체, 에틸렌-옥텐 공중합체, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 여기서, 에틸렌과 α-올레핀의 공중합체는 융점이 50 내지 100℃이고, 용융지수가 1 내지 8 g/min일 수 있다.
하나 이상의 도체 및 상기 도체를 각각 감싸고 상기 절연 조성물로부터 형성된 절연층을 갖는 케이블은 아래 수학식 1로 정의된 절연층의 고온고압변형율이 95% 미만일 수 있다.
[수학식 1]
절연층의 고온고압변형율(%)=[(a-b)/(a-c)]*100
상기 수학식 1에서,
a는 초기의 (절연외경-도체외경)이고,
b는 상기 케이블을 160℃에서 1시간 동안 가압하여 상기 절연층 각각의 외경이 (도체외경+c)가 되도록 상기 절연층을 압축하고, 가압을 유지한 상태로 상기 케이블을 상온으로 냉각한 뒤, 가압을 제거한 상태에서 측정한 (절연외경-도체외경)의 최소값이며,
c는 상기 절연 조성물로부터 형성된 절연층을 상기 조건으로 가압시 (절연외경-도체외경)이고, c는 예를 들어, 0.5a 내지 0.8a이며, 통상적으로 0.75a이다.
상기 절연 조성물은 상기 수학식 1로 정의된 절연층의 고온고압변형율이 95% 미만인 경우 시스층을 150 내지 230℃의 고온 및 6 내지 20 bar의 고압에서 화학가교시 상기 절연 조성물로부터 형성된 절연층의 변형이 억제되고 변형 후 원형회복성이 우수하여 상기 절연층의 절연내력이 유지되는 우수한 효과를 나타낸다.
이로써, 단면적이 0.75 ㎟인 도체 2개가 연합되어 도체 전체직경이 1.107 mm이고 상기 절연 조성물로부터 형성되고 두께가 0.5 mm인 절연층을 갖는 케이블 시편의 도체 양말단에 60Hz의 정현파에 가까운 파형을 가진 규정의 교류전압을 인가하여 규정치인 1.5 kV까지 서서히 상승시킨 후 규정시간인 5분 동안 절연파괴가 일어나지 않는 내전압 특성이 구현될 수 있다.
상기 절연 조성물은 상기 기본 수지 이외에 충진제, 실란커플링제, 가공유, 가교제, 산화방지제 등을 추가로 포함할 수 있다.
여기서, 상기 충진제는 상기 절연 조성물의 기계적 특성 및 압출성을 추가로 향상시킬 수 있고, 예를 들어, 클레이, 활석, 탄산칼슘, 수산화마그네슘, 수산화알루미늄, 실리카, 징크보레이트 등으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 상기 기본 수지와의 상용성을 향상시키기 위해 알킬 실란, 비닐 실란, 지방산 등에 의해 소수성으로 표면이 개질될 수 있다.
이로써, 단면적이 0.75 ㎟인 도체 2개가 연합되어 도체 전체직경이 1.107 mm이고 상기 절연 조성물로부터 형성되고 두께가 0.5 mm인 절연층을 갖는 케이블 시편에서 상기 절연층의 초기 tanδ를 기준으로 상기 케이블 시편을 75℃ 수조에서 14일간 침수 후의 측정한 절연층의 tanδ의 증가율이 50% 이하이고, 상기 케이블 시편을 규정온도 90±1℃의 수중에 담그어 절연층 온도가 일정하게 되었을 때 도체 양말단에 100V 이상의 직류전압을 가하여 1분간 충전한 후 측정한 고온 절연저항이 1.3 MΩ-km 이상으로 우수한 내수성이 구현될 수 있다.
상기 충진제의 표면이 소수성으로 개질되지 않아 기본 수지와의 상용성이 저하되는 경우 절연층의 인장강도, 전기적 특성, 원형회복성 등이 저하될 수 있고, 나아가 절연층의 내수성이 저하될 수 있다.
또한, 상기 충진제는 입경(D50)이 0.6 내지 6 ㎛ 이하로 조절됨으로써 상기 수지 내에서의 응집이 억제될 수 있고, 이로써 케이블의 압출시 표면조도가 향상될 수 있다.
상기 충진제는 기본 수지 100 중량부를 기준으로, 30 내지 250 중량부의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 충진제의 함량이 30 중량부 미만인 경우 케이블 압출시 외관의 표면조도가 저하될 수 있는 반면, 250 중량부 초과인 경우 절연층의 신장율 등 기계적 특성이 저하되고 유연성도 저하될 수 있다.
상기 실란커플링제는 상기 충진제와 상기 기본 수지의 상용성을 추가적으로 향상시키는 기능을 수행하고, 예를 들어, 비닐, 알킬 등의 작용기와 실란의 작용기를 모두 가질 수 있다. 또한, 상기 실란커플링제는 상기 충진제와 상기 기본 수지의 상용성을 추가적으로 향상시키는 기능을 원활히 수행하기 위해 25℃에서 1 내지 20 cps의 점도를 가질 수 있다.
상기 실란커플링제의 함량은 기본 수지 100 중량부를 기준으로, 0.3 내지 3 중량부이고, 바람직하게는 상기 충진제 함량의 약 1/10 이상일 수 있다. 상기 실란커플링제의 함량이 0.3 중량부 미만인 경우 상기 충진제와 상기 기본 수지의 상용성이 불충분할 수 있는 반면, 3 중량부 초과인 경우 절연층의 신장율, 유연성 등이 저하될 수 있다.
상기 가공유는 케이블의 압출성을 추가로 향상시키고 상기 기본 수지와 첨가제와의 상용성을 향상시키는 기능을 수행한다. 상기 가공유는 예를 들어 알킬에스테르계 오일, 파라핀오일, 파라핀왁스, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있고, 상기 기본 수지 100 중량부를 기준으로 60 중량부 이하로 포함될 수 있다. 상기 가공유의 함량이 60 중량부를 초과하는 경우 상기 절연층의 기계적 강도가 저하될 수 있다.
상기 가교제는 상기 절연 조성물에 포함된 기본 수지의 가교를 위해 첨가되고 상기 기본 수지의 가교를 통해 절연층의 기계적 특성을 향상시킬 수 있다. 상기 가교제는 예를 들어 디큐밀퍼옥사이드, 벤조일퍼옥사이드, 아루일퍼옥사이드, t-부틸큐밀퍼옥사이드, 디(t-부틸퍼옥시이소프로필)벤젠, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸 퍼옥시)헥산, 디-t-부틸 퍼옥사이드, 또는 이들의 조합 등의 유기과산화물계 가교제를 포함할 수 있고, 상기 기본 수지 100 중량부를 기준으로 1 내지 10 중량부로 포함될 수 있다.
상기 가교제의 함량이 1 중량부 미만인 경우 상기 절연층의 기계적 강도가 불충분할 수 있는 반면, 10 중량부 초과인 경우 상기 절연층의 압출시 조기가교에 의한 스코치(scorch)가 발생하는 등 압출성이 저하되거나 가교 부산물에 의해 상기 절연층의 전기적 특성이 저하될 수 있다.
상기 산화방지제는 상기 절연층의 산화에 의한 열화를 방지하기 위해 첨가되고, 예를 들어, 페놀계, 아연계, 퀴논계, 유황계, 인계 등의 산화방지제를 사용할 수 있으며, 기본 수지 100 중량부를 기준으로 1 내지 10 중량부로 포함될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 절연 조성물은 상기 기본 수지 이외에 충진제, 실란커플링제, 가공유, 가교제, 산화방지제 등을 상기의 함량으로 포함함으로써 상기 기본 수지의 고온고압변형율 및 원형회복성을 유지하는 동시에 이로부터 형성된 절연층의 목적한 12.5 MPa 이상의 인장강도를 구현할 수 있는 우수한 효과를 나타낸다.
본 발명은 전류가 흐를 수 있는 전도성 소재, 예를 들어, 구리, 알루미늄 등의 금속으로 이루어져 있어 전류 흐름 경로를 제공하는 도체, 상기 도체를 감싸고 앞서 기술한 절연 조성물에 의해 형성된 절연층, 상기 절연층을 감싸고 외부의 충격이나 압력으로부터 케이블을 보호하는 시스층 등을 포함하는 케이블에 관한 것이다.
[실시예]
1. 제조예
아래 표 1에 나타난 바와 같은 구성성분 및 배합비로 80℃의 오픈롤에서 혼련 후 각각의 절연 조성물을 제조하고 도체 위에 압출 후 170℃에서 20분간 가압가열하여 가교함으로써 규격 IEC-60811-1-1에 준하여 케이블 시편(도체 : 0.75sq 2개 전체외경 1.107 mm; 절연층 : 두께 0.5 mm)을 제조하였다.
| 실시예 1 | 실시예 2 | 비교예 1 | 비교예 2 | 비교예 3 | 비교예 4 | 비교예 5 | |
| 수지 a | 70 | 30 | 70 | 70 | 90 | ||
| 수지 b | 30 | 70 | 30 | 70 | |||
| 수지 c | 30 | 30 | 10 | 100 | |||
| 충진제 a | 60 | 60 | 60 | 60 | 60 | 60 | |
| 충진제 b | 60 | ||||||
| 실란커플링제 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 가공유 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 |
| 산화방지제 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 |
| 가교제 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 |
- 수지 a : 에틸렌 공중합체(에틸렌 함량 : 40~71 wt%)
- 수지 b : 에틸렌-프로필렌 공중합체
- 수지 c : 에틸렌 단독중합체
- 충진제 a : 비닐실란으로 표면처리한 하소 클레이(알루미노실리케이트)(입자경(D50) < 2.2㎛)
- 충진제 b : 표면처리하지 않은 하소 클레이(알루미노실리케이트)(입자경(D50) < 2.2㎛)
- 가공유 : 파라핀오일
- 산화방지제 : 산화아연(ZnO) 및 트리멜리테이트퀴놀린(TMQ)
- 가교제 : 디큐밀퍼옥사이드
2. 물성 평가
(1) 인장강도 및 신장율 평가
규격 IEC 60811-1-1에 준하여 상온(약 25℃)에서 인장속도 250 mm/min으로 실시예 및 비교예 각각의 케이블 시편으로부터 분리한 절연 시편에 대한 인장강도 및 신장율을 측정하였다.
(2) 고온고압변형율 평가
KS M 6518 가황고무 물리시험방법의 11절에 명시된 압축영구줄음율 시험방법을 변형하여 절연케이블 상에서 가열가압에 의한 변형율을 측정하는 방법을 고안하여 개발한 시험방법으로 실시예 및 비교예 각각의 케이블 시편의 고온고압변형율을 평가하였다.
구체적으로, 실시예 및 비교예 각각의 케이블 시편의 초기(절연외경-도체외경)을 측정하고, 케이블 외경이 {초기(절연외경-도체외경)*0.75}이 되도록 프레스를 이용하여 160℃에서 1시간 동안 가압한 후, 프레스를 상온까지 냉각 후 가압을 유지한 상태에서 1시간 이상 방치하여 시편을 완전히 냉각시키고, 프레스로부터 시편을 분리하여 가압을 제거한 상태에서 (절연외경-도체외경)의 최소값을 측정함으로써, 상기 수학식 1에 따른 고온고압변형율을 계산했다.
(3) 내전압 평가
규격 IEC 60092-350에 따라 공기중에서 도체 양말단에 60Hz의 정현파에 가까운 파형을 가진 규정의 교류전압을 인가하여 규정치인 1.5 kV까지 서서히 상승시켜 규정시간인 5분 동안 이것에 견디는가를 조사한다.
(4) 유전손실(tanδ) 평가
완성품에서 적당한 길이의 케이블 시편을 취하여 도체 양말단에 주파수 60Hz의 정현파에 가까운 파형을 가진 규정의 교류전압을 가하여 도 3에 표시된 쉐링 브리지법에 의하여 또는 이에 준하는 방법으로 측정하고 아래 수학식 2에 의하여 산출한다.
[수학식 2]
tanδ(%)=2πf×C×R×100
상식 수학식 2에서,
f는 측정전원의 주파수이고,
C는 브리지가 평형일 때 가변 콘덴서의 눈금(F)이고,
R은 브리지가 평형일 때의 무유도 가변저항기의 눈금(Ω)이다.
단, 유전정접(tanδ)은 절대값으로 표시할 수 있다.
실시예 및 비교예 각각의 케이블 시편의 초기 tanδ 및 75℃ 수조에서 14일간 침수 후의 tanδ를 측정하고, tanδ 증가율(%)을 계산했다.
(5) 고온 절연저항 평가
적당한 길이의 케이블 시편을 채취하여 규정온도 90±1℃의 수중에 담그어 절연체 온도가 일정하게 되었을 때 도체 양말단에 100V 이상의 직류전압을 가하여 1분간 충전한 후 도 4의 고절연 저항계에 의하여 절연저항을 측정한다. 또한, 흡수현상에 의하면 1분간 값에 문제가 있는 경우는 1분 이상 5분까지 충전하여 측정할 수 있으며, 이 경우 충전시간을 기록하여야 한다.
참고로, 케이블 사이즈별 90℃의 고온 절연저항 및 내전압 요구 규격은 아래 표에 나타난 바와 같다.
상기 물성의 평가 결과는 아래 표 2에 나타난 바와 같다.
| 평가항목 | 실시예 1 | 실시예 2 | 비교예 1 | 비교예 2 | 비교예 3 | 비교예 4 | 비교예 5 | |
| 인장시험 |
인장강도 (MPa) |
14.3 | 16.2 | 12.0 | 15.3 | 18.5 | 13.2 | 20.5 |
| 신장율 (%) |
320 | 420 | 400 | 360 | 480 | 470 | 580 | |
| 고온고압변형율(%) | 52 | 78 | 68 | 100 | 100 | 95 | 100 | |
| 내전압(4.5kV/5분) | 양호 | 양호 | 양호 | 불량 | 불량 | 불량 | 불량 | |
| tanδ증가율(%) | 28 | 28 | 82 | 31 | 35 | 29 | 32 | |
| 고온절연저항 (MΩ-km) |
121.6 | 85.0 | 23.8 | 0.19 | 0.05 | 7.5 | 0.21 | |
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 및 2의 케이블은 절연층의 고온고압변형율이 모두 95% 미만이므로 시스층의 화학가교시 적용되는 고온 및 고압의 환경하에서도 변형이 억제되고 변형 후 원상회복성이 우수하여 시스층의 화학가교시 절연내력을 유지할 수 있다. 절연층의 형상이 유지되어 내전압 시험 결과 또한 양호했다. 뿐만 아니라, 절연층의 인장강도가 12.5 MPa 이상으로 제품스팩 12.5 MPa 수준의 높은 인장강도가 요구되는 케이블로 사용될 수 있으며, 침수후에도 tanδ 증가율이 낮고 고온절연저항 값이 높아 절연층의 내수성이 우수한 것으로 확인되었다.
반면, 비교예 1은 충진제의 표면을 소수성으로 개질하지 않아 기본 수지와의 상용성이 저하되면서 절연층의 인장강도가 저하되고, 침수 후 tanδ가 크게 증가하고 고온절연저항이 상당히 떨어져 절연층의 내수성이 크게 저하된 것으로 확인되었다.
또한, 비교예 2 내지 5는 기본 수지로서 에틸렌 단독중합체를 포함하여 높은 온도와 압력에서 거의 완전히 변형되어 고온고압변형율이 크게 저하된 것으로 확인되었다. 케이블상에서 절연층의 원형이 유지되지 않고 완전히 찌그러진 형태로 변형되어 내부 도체의 전기적 절연성이 유지되지 않았다. 비교예 2 내지 5의 특성 평가 결과로서 내전압 시험결과가 불량이고 고온절연저항 시험시 저항값이 거의 0에 가까운 값을 나타내는 것을 통해 전기적 절연체로서 기본적인 케이블에서의 역할을 더 이상 수행할 수 없는 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.
10,10' : 도체 20,20' : 절연층
30,30' : 시스층
30,30' : 시스층
Claims (17)
- 하나 이상의 도체 및 상기 도체를 각각 감싸는 절연층을 포함하는 케이블의 상기 절연층을 형성하는 절연 조성물로서,
기본 수지로서 올레핀계 공중합체를 포함하고,
상기 절연 조성물로부터 형성된 절연층은 아래 수학식 1에 따른 고온고압변형율이 95% 미만인, 절연 조성물.
[수학식 1]
절연층의 고온고압변형율(%)=[(a-b)/(a-c)]*100
상기 수학식 1에서,
a는 초기의 (절연외경-도체외경)이고,
b는 상기 케이블을 160℃에서 1시간 동안 가압하여 상기 절연층 각각의 외경이 (도체외경+c)가 되도록 상기 절연층을 압축하고, 가압을 유지한 상태로 상기 케이블을 상온으로 냉각한 뒤, 가압을 제거한 상태에서 측정한 (절연외경-도체외경)의 최소값이며,
c는 상기 절연 조성물로부터 형성된 절연층을 상기 조건으로 가압시 (절연외경-도체외경)이다. - 제1항에 있어서,
상기 c는 0.5a 내지 0.8a인 것을 특징으로 하는, 절연 조성물. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 절연층은 인장강도가 12.5 MPa 이상인 것을 특징으로 하는, 절연 조성물. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
단면적이 0.75 ㎟인 도체 2개가 연합되어 도체 전체직경이 1.107 mm이고 상기 절연 조성물로부터 형성되고 두께가 0.5 mm인 절연층을 갖는 케이블 시편의 도체 양말단에 60Hz 정현파의 교류전압을 인가하여 규정치인 1.5 kV까지 서서히 상승시킨 후 규정시간인 5분 동안 절연파괴가 일어나지 않는 것을 특징으로 하는, 절연 조성물. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 올레핀계 공중합체는 융점이 50 내지 100℃이고, 용융지수가 1 내지 8 g/min인 것을 특징으로 하는, 절연 조성물. - 제5항에 있어서,
상기 올레핀계 공중합체는 에틸렌과 다른 α-올레핀과의 공중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는, 절연 조성물. - 제6항에 있어서,
상기 올레핀계 공중합체는 에틸렌-프로필렌 공중합체, 에틸렌-부텐 공중합체, 에틸렌-헥센 공중합체, 에틸렌-옥텐 공중합체, 또는 이들의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는, 절연 조성물. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 기본 수지 100 중량부를 기준으로, 클레이, 활석, 탄산칼슘, 수산화마그네슘, 수산화알루미늄, 실리카 및 징크보레이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 충진제 30 내지 250 중량부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 절연 조성물. - 제8항에 있어서,
상기 충진제는 알킬 실란, 비닐 실란 및 지방산으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상에 의해 소수성으로 표면이 개질된 것을 특징으로 하는, 절연 조성물. - 제9항에 있어서,
단면적이 0.75 ㎟인 도체 2개가 연합되어 도체 전체직경이 1.107 mm이고 상기 절연 조성물로부터 형성되고 두께가 0.5 mm인 절연층을 갖는 케이블 시편에서 상기 절연층의 초기 tanδ를 기준으로 상기 케이블 시편을 75℃ 수조에서 14일간 침수 후의 측정한 절연층의 tanδ의 증가율이 50% 이하이고, 상기 케이블 시편을 규정온도 90±1℃의 수중에 담그어 절연층 온도가 일정하게 되었을 때 도체 양말단에 100V 이상의 직류전압을 가하여 1분간 충전한 후 측정한 고온 절연저항이 1.3 MΩ-km 이상인 것을 특징으로 하는, 절연 조성물. - 제9항에 있어서,
상기 충진제는 입경(D50)이 0.6 내지 6 ㎛인 것을 특징으로 하는, 절연 조성물. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 기본 수지 100 중량부를 기준으로, 25℃에서 1 내지 20 cps의 점도를 갖는 실란커플링제 0.3 내지 3 중량부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 절연 조성물. - 제12항에 있어서,
상기 실란커플링제의 함량이 상기 충진제 함량의 1/10 이상인 것을 특징으로 하는, 절연 조성물. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 기본 수지 100 중량부를 기준으로, 알킬에스테르계 오일, 파라핀오일 및 파라핀왁스로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 가공유 60 중량부 이하를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 절연 조성물. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 기본 수지 100 중량부를 기준으로, 디큐밀퍼옥사이드, 벤조일퍼옥사이드, 아루일퍼옥사이드, t-부틸큐밀퍼옥사이드, 디(t-부틸퍼옥시이소프로필)벤젠, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸 퍼옥시)헥산 및 디-t-부틸 퍼옥사이드로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 가교제 1 내지 10 중량부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 절연 조성물. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 기본 수지 100 중량부를 기준으로, 페놀계, 아연계, 퀴논계, 유황계 또는 인계 산화방지제 1 내지 10 중량부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 절연 조성물. - 하나 이상의 도체;
상기 도체를 각각 감싸고 제1항 또는 제2항의 절연 조성물로부터 형성된 절연층; 및
상기 절연층을 전체적으로 감싸는 시스층을 포함하는, 케이블.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/KR2016/012597 WO2017078430A1 (ko) | 2015-11-06 | 2016-11-03 | 원형회복성 및 기계적 특성이 우수한 절연 조성물 및 이로부터 형성된 절연층을 갖는 케이블 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150155579 | 2015-11-06 | ||
| KR20150155579 | 2015-11-06 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20170053581A true KR20170053581A (ko) | 2017-05-16 |
Family
ID=59035097
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020160145611A KR20170053581A (ko) | 2015-11-06 | 2016-11-03 | 원형회복성 및 기계적 특성이 우수한 절연 조성물 및 이로부터 형성된 절연층을 갖는 케이블 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20170053581A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20200381151A1 (en) * | 2018-05-22 | 2020-12-03 | Shenzhen Sunlord Electronics Co., Ltd. | Integrally-Molded Inductor and Method for Manufacturing Same |
-
2016
- 2016-11-03 KR KR1020160145611A patent/KR20170053581A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20200381151A1 (en) * | 2018-05-22 | 2020-12-03 | Shenzhen Sunlord Electronics Co., Ltd. | Integrally-Molded Inductor and Method for Manufacturing Same |
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