KR20170128024A - 전선용 시스 조성물 및 이를 포함하는 충전 케이블 - Google Patents

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박정우
박성근
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 특정 범위의 용융지수를 갖는 열가소성 폴리우레탄(TPU)를 베이스 수지로 사용하되 스티렌계 열가소성 엘라스토머, 할로겐 프리 난연제를 소정량 포함함으로써 압출 성형성은 물론, 난연성, 저온 유연성, 내유성, 기계적 물성이 우수한 친환경 전선용 시스 조성물 및 이를 포함하는 충전 케이블에 관한 것이다.

Description

전선용 시스 조성물 및 이를 포함하는 충전 케이블{Sheath composition for Electric wires and charging cable using the same}
본 발명은 특정 범위의 용융지수를 갖는 열가소성 폴리우레탄(TPU)를 베이스 수지로 사용하되 스티렌계 열가소성 엘라스토머, 할로겐 프리 난연제를 소정량 포함함으로써 압출 성형성은 물론, 난연성, 저온 유연성, 내유성, 기계적 물성이 우수한 친환경 전선용 시스(Sheath) 조성물 및 이를 포함하는 전기자동차 충전 케이블에 관한 것이다.
일반적으로 세계적인 환경규제 강화와 에너지 절감 추세에 따라 세계각국에서는 친환경적인 자동차의 개발과 보급이 점차적으로 확산되고 있는 추세이다. 이러한 전기자동차의 보급에 따라 충전을 위한 충전소의 확충 및 충전 케이블의 보급이 필요한 상황이다.
전기자동차를 충전하기 위한 충전소의 경우, 차량에 탑재된 충전 케이블을 차량과 충전스탠드에 연결하는 것으로 충전이 시작된다. 이러한 전기자동차 충전시스템은 충전 케이블을 사용자가 가지고 다녀야 하고, 차량에 장착하여 사용되는 만큼 고유연성 및 각종 자동차 오일류로 부터 안전해야 한다.
더욱이 전기자동차의 충전에는 장시간이 소요되는데, 영하권의 지역에서 장시간 충전 시 내한성 및 유연성에 문제가 발생할 수 있다.
따라서 사용자 편의성이 좋고, 뛰어난 유연성, 내유성 및 기계적 물성, 난연성을 가지는 충전 케이블이 필요하며, 친환경 추세에 따라 친환경 난연시스템이 적용된 재료 특성이 요구되고 있는 실정이다.
아울러 전선 제조업체에서는 전선의 압출속도를 최대한 고속으로 하여 생산성을 향상시켜 오고 있기 때문에 자동차 전선용 피복재료는 상기 물성은 물론 압출가공성을 동시에 만족해야 한다.
한편, 전선용으로 사용되는 폴리머(Polymer)에 비교적 우수한 난연성을 발휘하는 브롬계 난연제(DBDPO)의 경우 다이옥신 발생물질로 의심받고 있으며, 일부 유럽 국가에서는 사용이 금지되고 있다. 이에 수산화알루미늄(Al(OH)3), 수산화마그네슘(Mg(OH)2)과 같은 금속수산화물 또는 인계 난연제 등을 사용함으로써 할로겐 프리 재료로 대체될 수 있다.
할로겐 및 중금속 등 환경 영향 물질을 배제하는 세계적인 추세를 고려하여 볼 때, 할로겐 프리 난연제를 사용하는 것이 권장된다.
한국 공개특허 제2015-6866호는 압출용 고온내수성 난연 수지조성물에 관한 것으로, 난연제로서 인계 난연제, 금속 수산화물계 난연제, 질소계 난연제, 인-질소계 난연제를 사용하였으나, 기계적 물성 및 화학적 물성 측면에는 한계가 있어 자동차 충전 케이블용에 적용하는데 한계가 있다.
이에 저온 유연성, 내유성, 기계적 물성이 뛰어난 친환경 전선용 시스 조성물의 개발이 절실히 요구되는 실정이다.
1: 한국 공개특허 제2015-6866호
이에 본 발명자들은 특정 범위의 용융지수(MI)를 갖는 열가소성 폴리우레탄(TPU)를 베이스 수지로 사용하되 스티렌계 열가소성 엘라스토머, 할로겐 프리 난연제를 소정 포함하는 경우, 저온 유연성, 내유성, 기계적 물성이 우수하며, 시스(sheath, 전선의 피복되는 부분을 의미함) 두께의 박육화도 가능하여 제품의 소형화와 경량화도 구현할 수 있다는 것을 알게 되어 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
따라서, 본 발명의 목적은 저온 유연성, 내유성, 기계적 물성이 우수한 친환경 전선용 시스 조성물을 제공하는데 있다.
또한 본 발명은 상기 전선용 시스 조성물을 포함하는 충전 케이블을 제공하는데 있다.
위와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 (a) 용융지수(MI)가 30 ~ 50g/10min인 열가소성 폴리우레탄(TPU) 50 ~ 90 phr;(b) 용융지수(MI)가 1 ~ 5 g/10min인 스티렌계 열가소성 엘라스토머 10 ~ 50 phr; (c) 인계 난연제 10 ~ 70 phr; (d) 난연보조제 1 ~ 10 phr; (e) 산화방지제 0.1 ~ 5 phr; (f) 자외선 흡수제 및 안정제 0.1 ~ 5 phr; 및 (g) 활제 0.1 ~ 5 phr를 포함하는 것을 특징으로 하는 전선용 시스 조성물을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 전선용 시스 조성물을 포함하는 충전 케이블을 제공한다.
본 발명에 따른 전선 조성물은 압출 성형성이 우수하며, 이들로 제조된 전기자동차용 충전 케이블은 저온 유연성, 내한성, 굴곡성이 우수하여 저온 환경에서도 사용하기 적합하다.
그리고 외관성 및 내유특성이 우수하여 차량용 오일이 침투하지 못하여 차량 내에 안전하게 장착 또는 비치하여 사용 가능하며, 친환경 자동차 부품 트렌드를 반영하여, 일부분 리사이클도 가능하다. 더욱이 할로겐계 난연제를 포함하지 않으면서도 자동차용 90℃급 전선에 대응하는 내열성을 확보하되, 기계적 강도, 내열성, 자외선 안정성이 우수하여 폴리염화비닐(PVC)로 피복된 전선을 대체할 수 있다.
또한 우수한 전기적, 기계적 특성으로 인하여 기존의 폴리염화비닐(PVC)로 피복된 전선 제품 대비 절연 및 시스(sheath) 두께의 박육화가 가능하므로 제품의 소형화 및 경량화가 가능하다는 이점이 있다.
이하에서 본 발명을 하나의 구현예로서 보다 상세히 설명한다.
본 발명은 (a) 용융지수(MI)가 30 ~ 50g/10min인 열가소성 폴리우레탄(TPU) 50 ~ 90 phr; (b) 용융지수(MI)가 1 ~ 5 g/10min인 스티렌계 열가소성 엘라스토머 10 ~ 50 phr; (c) 인계 난연제 10 ~ 70 phr; (d) 난연보조제 1 ~ 10 phr; (e) 산화방지제 0.1 ~ 5 phr; (f) 자외선 흡수제 및 안정제 0.1 ~ 5 phr; 및 (g) 활제 0.1 ~ 5 phr를 포함하는 전선용 시스 조성물을 제공한다. 이하 각 성분에 대해 이하 구체적으로 설명한다.
먼저 상기 열가소성 폴리우레탄(TPU)(a)은 내한특성, 내유특성, 내마모특성, 내후특성이 뛰어난 수지이다. 충전 케이블의 경우 저온에서 사용 시 딱딱하게 굳는 경우가 있어 사용상 불편함이 발생되는데, 열가소성 폴리우레탄(TPU) 및 스티렌계 열가소성 엘라스토머를 블렌팅하는 경우 저온 유연성을 만족할 수 있어 소비자의 불편함을 개선할 수 있다.
따라서, 본 발명에서 열가소성 폴리우레탄(TPU)은 50 ~ 90 phr을 사용하는 것이 바람직하다. 50 phr 미만인 경우 내한성, 내유성, 내마모성, 내후성이 미흡하며, 90 phr 초과인 경우 케이블 표면의 무광 특성 및 높은 경도로 인한 유연 특성에 한계가 있기에 상기 범위 내에서 사용한다.
또한 상기 열가소성 폴리우레탄(TPU)은 경도 A70, A75, A80, A90, 및 A95로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으며, 이는 200℃/10kg 조건에서 측정한 용융지수(MI)가 30 ~ 50 g/10min인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 30 g/10min 미만인 경우 압출 특성에 한계가 있으며, 50 g/10min 초과인 경우 기계적 물성 및 컴파운딩 시 흐름 특성에 한계가 있기에 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.
다음으로, 상기 스티렌계 열가소성 엘라스토머(TPE)(b)는 상기 열가소성 폴리우레탄(TPU)와 혼합함으로써 저온 유연성을 부여하며, 극성이 뛰어난 스티렌에틸렌부틸렌스티렌(SEBS)을 사용하는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명에서 스티렌계 열가소성 엘라스토머(TPE)는 10 ~ 50 phr을 사용하는 것이 바람직하다. 10 phr 미만인 경우 저온 유연성 및 압출 성형성이 떨어지는 한계가 있으며, 50 phr 초과인 경우 기계적 물성 및 화학적 특성의 한계가 있기에 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.
또한 상기 스티렌계 열가소성 엘라스토머는 230℃/5kg의 조건에서 측정한 용융지수(MI)가 1 ~ 5 g/10min인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 1 g/10min 미만인 경우 압출 특성의 한계가 있으며, 5 g/10min 초과인 경우 인장 강도 저하로 기계적 물성에 한계가 있기에 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.
다음으로, 본 발명에서의 난연제(c)는 할로겐 프리 난연제로서 인계 난연제를 사용하는 것이 좋다. 인계 난연제는 상기 열가소성 폴리우레탄(TPU)와 호환성이 뛰어나기 때문이다. 난연제는 10 ~ 70 phr을 사용하는 것이 바람직한데, 10 phr 미만인 경우 난연 특성에 한계가 있으며, 70 phr 초과인 경우 기계적 물성 및 압출 특성에 한계가 있기에 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.
상기 난연보조제(d)는 인계 난연제의 난연 효과를 높여주는 것으로, 질소계 난연제를 사용하며, 1 ~ 10 phr을 사용하는 것이 바람직하다. 난연보조제가 1 phr 미만인 경우 분산 특성 및 난연 특성에 한계가 있으며, 10 phr 초과인 경우 압출 특성에 한계가 있기에 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.
또한 상기 산화방지제(e)는 페놀계 산화 방지제, 인계 산화방지제, 및 가수분해 방지제로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 산화장지제는 0.1 ~ 5 phr을 사용하는 것이 바람직한데, 0.1 phr 미만인 경우 분산 특성에 따른 내열 특성에 한계가 있으며, 5 phr 초과인 경우 압출 후 전선 표면의 블루밍(백화) 현상에 한계가 있기에 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.
상기 자외선 흡수제 및 안정제(f)는 자외선(UV)가 침투하면 폴리머 분해를 지연시키기 위하여 자외선을 흡수하고, 흡수된 자외선의 활성을 제어하여 안정화 시킨다. 자외선 흡수제 및 안정제는 0.1 ~ 5 phr을 사용하는 것이 바람직한데, 0.1 phr 미만인 경우 자외선에 대한 안정성에 한계가 있으며, 5 phr 초과인 경우 전선 표면의 블루밍(백화) 현상에 한계가 있기에 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.
상기 활제(g)는 컴파운딩 시 분산 효율 증대 및 압출 시 외관 개선 효과가 있으며 몬탄왁스 계열 또는 실리콘 계열, 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 활제는 0.1 ~ 5 phr을 사용하는 것이 바람직한데, 0.1 phr 미만인 경우 압출 특성(압출 부하)에 한계가 있으며, 5 phr 초과인 경우 압출 시 슬립 및 전선 표면의 블루밍(백화) 현상에 한계가 있기에 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.
이렇게 상기 성분들로 이루어진 본 발명에 따른 전선용 시스 조성물은 IEC 62893 따른 내열등급 90℃급을 충족시키면서, 저온 유연성, 내한성, 내유성, 기계적 물성이 우수한 충전 케이블의 시스부 피복용 수지로 널리 적용될 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.
비교예 1 ~ 3
하기 표 1의 성분 및 함량비에 따라 혼합하고 트윈 스크류 압출기(Twin Screw Extruder) 또는 니더(Kneader)를 이용하여 펠렛(Pellet) 형태로 컴파운딩 하였다. 이를 싱글 압출기(single extruder)를 이용하여 물성 측정용 전선 샘플을 제조하였다.
실시예 1 ~ 3
상기 비교예 1 ~ 3와 동일한 방법으로 제조하되, 하기 표 1의 조성 비율에 따라 전선 샘플을 제조하였다.
전성용 시스 조성물(단위: phr)
구분(단위:phr) 조성 실시예 1 실시예 2 실시예3 비교예 1 비교예 2 비교예 3
　수지 열가소성 폴리우레탄(TPU) 1) 60 50 90 40 30 95
스티렌계 열가소성 엘라스토머 2) 40 50 10 60 70 5
　난연제 인계 난연제 3) 50 50 50 50 50 50
　난연보조제 질소계 난연제 4) 10 10 10 10 10 10
　산화방지제 페놀계 산화방지제 5) 1 1 1 1 1 1
인계 산화방지제 6) 1 1 1 1 1 1
가수분해 방지제 7) 1 1 1 1 1 1
　자외선 흡수제 및 안정제 자외선 흡수제 8) 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
자외선 안정제　9) 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
　활제 몬탄 계열 활제 10) 1 1 1 1 1 1
실리콘 계열 활제 11) 1 1 1 1 1 1
1) 용융지수(MI)가 30 ~ 50 g/10min인 열가소성 폴리우레탄 수지(상품명:Elastollan, 제조사명:BASF)
2) 용융지수(MI)가 1 ~ 5 g/10min인 스티렌계 열가소성 엘라스토머(상품명:Kraton G, 제조사명:Kraton)
3) 인계 난연제(상품명:OP-930, 제조사명:Clariant)
4) 질소계 난연제(상품명: MC-110, 제조사명:유니버셜켐텍)
5) 페놀계 산화방지제(상품명:이가녹스1010, 제조사명:BASF)
6) 인계 산화방지제(상품명:이가녹스1024, 제조사명:BASF)
7) 가수분해 방지제(상품명:스타박솔 P, 제조사명:레인켐)
8) 자외선 흡수제(상품명:LL28, 제조사명: Addivant)
9) 자외선 안정제（상품명:LL62, 제조사명: Addivant)
10)　몬탄 계열 활제（상품명:CERIDUST 5551, 제조사명:Clariant)
11) 실리콘 계열 활제（상품명: Pellet S, 제조사명:Wacker)
실험예 : 물성 측정
상기 비교예 1 ~ 3, 및 실시예 1 ~ 3의 시편에 대해 인장강도, 인장잔율, 신장잔율, 내유성, 신장률(저온), 열충격테스트를 측정하여 그 물성 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 이에 대한 시험방법은 다음과 같다.
(1) 인장강도 측정: EN 60811-501 방법에 의해 측정하였다.
(2) 인장잔율 측정: EN 60811-401 방법에 의해 측정하였다.
(3) 산장률 측정: EN 60811-501 방법에 의해 측정하였다.
(4) 신장잔율 측정: EN 60811-401 방법에 의해 측정하였다.
(5) 내유성 측정: EN 60811-404 방법에 의해 측정하였다.
(6) 신장률(저온): EN 60811-505 방법에 의해 측정하였다.
(7) 열충격테스트: EN 60811-509 방법에 의해 측정하였다.
물성 측정 결과
시험 항목 요구치 시험조건 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 비교예 3
인장강도 20N/mm2 이상 - 23.7 20.1 30.7 14.9 13.4 33.5
인장잔율 (Aged) 변화율 30% 이하 110℃ X 7day 6 13 4 31 45 3
신장률 300% 이상 - 514 570 320 640 720 290
신장잔율 (Aged) 변화율 30% 이하 110℃ X 7day 6 14 5 17 15 6
내유성 인장변화 40% 이하 IRM902 100℃ X 7day 28 35 14 50 60 12
신장변화 30% 이하 3 12 2 4 5 3
신장률(저온) 신장률 30% 이상 -40℃ 380 400 250 395 398 250
열충격테스트 크랙이 없을 것 150℃ X1h Pass Pass Pass Pass Pass Pass
상기 표 2를 살펴보면, 본 발명에 따른 실시예 1 ~ 3의 경우 각 성분들 간의 적절한 사용으로 본 발명의 구성범위를 벗어난 비교예 1 ~ 3과 대비하여, 저온 유연성, 내한성을 갖기에 저온 환경에서도 사용하기 적합하며, 내유성이 우수하여 차량용 오일이 침투하지 못하며, 인장강도 등의 기계적 물성이 우수함을 확인할 수 있다.
따라서 우수한 전기적, 기계적, 화학적 특성으로 인한 시스 두께의 박육화가 가능하기에 충전 케이블의 소형화 및 경량화가 가능하기에, 기존의 폴리염화비닐(PVC)로 피복된 충전 케이블을 대체할 수 있다.

Claims (5)

  1. (a) 용융지수(MI)가 30 ~ 50 g/10min인 열가소성 폴리우레탄(TPU) 50 ~ 90 phr;
    (b) 용융지수(MI)가 1 ~ 5 g/10min인 스티렌계 열가소성 엘라스토머 10 ~ 50 phr;
    (c) 인계 난연제 10 ~ 70 phr;
    (d) 난연보조제 1 ~ 10 phr;
    (e) 산화방지제 0.1 ~ 5 phr;
    (f) 자외선 흡수제 및 안정제 0.1 ~ 5 phr; 및
    (g) 활제 0.1 ~ 5 phr;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전선용 시스 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 스티렌계 열가소성 엘라스토머(b)는 스티렌에틸렌부틸렌스티렌(SEBS)인 것을 특징으로 하는 전선용 시스 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 산화방지제(e)는 페놀계 산화 방지제, 인계 산화방지제, 및 가수분해 방지제로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상인 것을 특징으로 하는 전선용 시스 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 활제(g)는 몬탄왁스 계열 또는 실리콘 계열 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 전선용 시스 조성물.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중에서 선택된 어느 한 항의 전선용 시스 조성물로 제조된 시스부를 포함하는 충전 케이블.
KR1020160059122A 2016-05-13 2016-05-13 전선용 시스 조성물 및 이를 포함하는 충전 케이블 KR20170128024A (ko)

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KR20200085229A (ko) 2019-01-04 2020-07-14 엘에스전선 주식회사 케이블 시스용 조성물, 이로부터 제조된 케이블 시스를 포함하는 케이블 및 이의 제조방법
KR20210131257A (ko) 2020-04-23 2021-11-02 엘에스전선 주식회사 수상 태양광 케이블 시스용 조성물 및 이로부터 제조된 케이블 시스를 포함하는 수상 태양광 케이블
EP3945110A1 (de) * 2020-07-30 2022-02-02 Clariant International Ltd Flammschutzmittel-stabilisator-kombinationen für flammwidrige polymere mit verbesserter hydrolysebeständigkeit und deren verwendung

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