KR20180124287A - 내유성 및 난연성이 우수한 비할로겐계 절연 조성물 및 이로부터 형성된 박막 절연층을 포함하는 케이블 - Google Patents

내유성 및 난연성이 우수한 비할로겐계 절연 조성물 및 이로부터 형성된 박막 절연층을 포함하는 케이블 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내유성 및 난연성이 우수한 비할로겐계 절연 조성물 및 이로부터 형성된 박막 절연층을 포함하는 케이블에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 동시에 확보하는 것이 곤란한 내유성, 내화학성, 내한성, 절연성 등이 모두 우수할 뿐만 아니라, 비할로겐계 난연제를 사용함에도 불구하고 난연성이 우수하고 환경 친화적인 비할로겐계 절연 조성물 및 이로부터 형성된 박막 절연층을 포함하는 케이블에 관한 것이다.

Description

내유성 및 난연성이 우수한 비할로겐계 절연 조성물 및 이로부터 형성된 박막 절연층을 포함하는 케이블{Halogen-free insulating composition with excellent oil resistance and flame resistance, and cable having a thin dielectric layer formed from the same}
본 발명은 내유성 및 난연성이 우수한 비할로겐계 절연 조성물 및 이로부터 형성된 박막 절연층을 포함하는 케이블에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 동시에 확보하는 것이 곤란한 내유성, 내화학성, 내한성, 절연성 등이 모두 우수할 뿐만 아니라, 비할로겐계 난연제를 사용함에도 불구하고 난연성이 우수하고 환경 친화적인 비할로겐계 절연 조성물 및 이로부터 형성된 박막 절연층을 포함하는 케이블에 관한 것이다.
선박, 철도차량, 자동차 등에 사용되는 케이블은 이의 사용환경에 따라 내유성, 내화학성, 내약품성, 내한성 등이 동시에 요구된다.
종래 선박용 케이블은 이의 절연층을 형성하기 위해 에틸렌 비닐 아세테이트(ethylene vinylacetate; EVA) 수지 등을 사용했다. 상기 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 수지는 분자가 오일 성분, 친유성 화합물 등을 밀어내는 작용을 하는 극성기를 포함하므로 내유성 및 내화학성이 우수한 반면, 상기 극성기에 의해 절연성이 저하되고 내한성이 불충분한 문제를 갖고 있다.
따라서, 상기 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 수지에 니트릴-부타디엔계 고무 등을 적용한 예가 있으나, 이러한 경우 내한성과 절연성이 다소 개선된 반면, 내유성이 크게 저하되는 문제가 있었다.
한편, 종래 선박용 케이블의 난연성을 확보하기 위해 상기 케이블의 절연층을 형성하는 절연 조성물에 난연제를 첨가하게 되는데 종래 할로겐계 난연제를 사용하는 경우 우수한 난연성을 확보할 수 있는 반면, 상기 할로겐계 난연제를 포함하는 케이블의 폐기를 위한 소각시 유독가스가 발생하는 등 환경오염이 유발되는 문제가 있다.
특히, 절연층의 두께가 0.2 내지 0.6 mm인 박막 절연층이 적용되는 케이블의 경우 내유성과 난연성을 만족시키기 더욱 어렵고 상기 박막 절연층이 오일에 의해 팽창하고 크랙이 발생하는 등의 문제가 빈번히 발생한다.
따라서, 동시에 확보하는 것이 곤란한 내유성, 내화학성, 내한성, 절연성 등이 모두 우수할 뿐만 아니라, 비할로겐계 난연제를 사용함에도 불구하고 난연성이 우수하고 환경 친화적인 비할로겐계 절연 조성물 및 이로부터 형성된 박막 절연층을 포함하는 케이블이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 동시에 확보하는 것이 곤란했던 내유성, 내화학성, 내한성, 절연성 등이 동시에 우수한 절연 조성물 및 이로부터 형성된 박막 절연층을 포함하는 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 난연성이 충분하면서 친환경적인 비할로겐계 절연 조성물 및 이로부터 형성된 박막 절연층을 포함하는 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은,
절연 조성물로서, 베이스 수지로서 융점(Tm)이 70℃ 이상인 올레핀계 수지 및 비할로겐계 난연제를 포함하고, 상기 절연 조성물에 대해서 질소 분위기 하에서 -80 내지 200℃의 구간에 대해 승온 속도 10℃/min로 시차주사 열량계(DSC) 분석시 0 내지 150℃의 전체 누적 용융열(Heat of Fusion)을 기준으로, 70℃ 이상 구간의 용융열 합이 80% 이상이고, 상기 절연 조성물에 대해서 열중량분석(TGA)시 애쉬(Ash) 함량이 37% 이상인 것을 특징으로 하는, 절연 조성물을 제공한다.
여기서, 상기 절연 조성물에 대해서 질소 분위기 하에서 -80 내지 200℃의 구간에 대해 승온 속도 10℃/min로 시차주사 열량계(DSC) 분석시 0 내지 150℃의 전체 누적 용융열(Heat of Fusion)을 기준으로, 90℃ 이상 구간의 용융열 합이 65% 이상인 것을 특징으로 하는, 절연 조성물을 제공한다.
또한, 상기 베이스 수지는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 및 폴리올레핀 엘라스토머를 포함하는 것을 특징으로 하는, 절연 조성물을 제공한다.
여기서, 상기 베이스 수지는 극성 단량체를 포함하는 올레핀계 수지를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 절연 조성물을 제공한다.
또한, 상기 극성 단량체를 포함하는 올레핀계 수지는 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA), 에틸렌 부틸 아세테이트(EBA), 에틸렌 에틸 아크릴레이트(EEA) 및 에틸렌 메타크릴레이트(EMA)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 절연 조성물을 제공한다.
그리고, 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 고밀도 폴리올레핀(HDPE)의 함량은 40 내지 70 중량부, 폴리올레핀 엘라스토머의 함량은 20 내지 50 중량부, 극성 단량체를 갖는 올레핀계 수지의 함량은 10 내지 30 중량부인 것을 특징으로 하는, 절연 조성물을 제공한다.
나아가, 상기 극성 단량체를 포함하는 올레핀계 수지의 총 중량을 기준으로, 상기 극성 단량체의 함량은 50 중량% 이상인 것을 특징으로 하는, 절연 조성물을 제공한다.
한편, 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 비할로겐계 난연제의 함량은 120 중량부 이상인 것을 특징으로 하는, 절연 조성물을 제공한다.
또한, 상기 비할로겐계 난연제는 수산화마그네슘(Mg(OH)2)이나 수산화알루미늄(Al(OH)3), 또는 이들 모두를 포함하는 것을 특징으로 하는, 절연 조성물을 제공한다.
여기서, 상기 비할로겐계 난연제는 알킬실란, 비닐실란, 스테아린산, 올레인산 및 아미노폴리실록산으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상에 의해 표면 개질되고, 평균 입자 크기가 0.9 내지 2.2 ㎛인 것을 특징으로 하는, 절연 조성물을 제공한다.
한편, 도체; 및 상기 도체를 감싸고 제1항 또는 제2항의 절연 조성물로부터 형성된 절연층을 포함하는, 케이블을 제공한다.
여기서, 상기 도체의 단면적은 0.5 내지 2.5 ㎟이고, 상기 절연층의 두께는 0.2 내지 0.3 mm인 것을 특징으로 하는, 케이블을 제공한다.
또한, 상기 도체와 상기 절연층 사이에 내화층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 케이블을 제공한다.
여기서, 상기 도체의 단면적은 0.5 내지 10 ㎟이고, 상기 절연층의 두께는 0.2 내지 0.6 mm인 것을 특징으로 하는, 케이블을 제공한다.
본 발명에 따른 절연 조성물은 새로운 조합의 베이스 수지에 의해 종래 박막 절연층에서 동시에 확보하는 것이 곤란했던 내유성, 내화학성, 내한성, 절연성 등이 동시에 우수한 효과를 나타낸다.
또한, 본 발명에 따른 절연 조성물은 새로운 조합의 베이스 수지에 의해 난연제와의 상용성이 향상됨으로써 난연성이 향상되는 동시에 비할로겐계 난연제의 적용에 의해 환경 친화적인 우수한 효과를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 절연 조성물의 하나의 실시예에 대한 시차주사 열량계(Differential Scanning Calorimetry; DSC) 분석결과를 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따른 절연 조성물의 하나의 실시예에 대한 열중량분석(Thermal Gravimetric Analyser; TGA) 결과를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 선박용 케이블의 하나의 실시예에 관한 횡단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 선박용 케이블의 또 하나의 실시예에 관한 횡단면 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 발명에 따른 내유성 및 난연성이 우수한 비할로겐계 절연 조성물은 베이스 수지로서 융점(Tm)이 70℃ 이상인 올레핀계 수지를 포함할 수 있고, 추가로 극성 단량체를 포함하는 올레핀계 수지를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 융점(Tm)이 70℃ 이상인 올레핀계 수지는 융점(Tm)이 70℃ 이상인 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 및 폴리올레핀 엘라스토머를 포함할 수 있고, 이러한 융점(Tm)이 70℃ 이상인 올레핀계 수지는 동시에 확보하는 것이 곤란했던 내유성, 내화학성, 내한성, 절연성 등을 동시에 향상시키는 작용을 한다.
또한, 상기 극성 단량체를 포함하는 올레핀계 수지는 예를 들어 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA), 에틸렌 부틸 아세테이트(EBA), 에틸렌 에틸 아크릴레이트(EEA), 에틸렌 메타크릴레이트(EMA) 등을 포함할 수 있고, 이러한 극성 단량체를 포함하는 올레핀계 수지는 상기 극성 단량체에 의해 오일 성분이나 친유성 화합물 등을 밀어내는 작용을 하므로 상기 절연 조성물의 내유성 및 내화학성을 추가로 향상시키는 동시에, 후술하는 무기계 난연제와의 상용성을 추가로 향상시켜 난연성을 극대화하고 내한성을 추가로 향상시키는 작용을 한다.
여기서, 상기 극성 단량체의 함량은 상기 극성 단량체를 포함하는 올레핀계 수지의 총 중량을 기준으로 50 중량% 이상, 예를 들어 50 내지 80 중량%일 수 있고, 상기 극성 단량체의 함량이 50 중량% 미만인 경우 상기 절연 조성물의 내유성, 난연성 등이 급격히 저하될 수 있는 반면, 80 중량% 초과인 경우 상기 절연 조성물의 절연성, 유연성, 내한성 등이 급격히 저하될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 절연 조성물의 하나의 실시예에 대한 시차주사 열량계(Differential Scanning Calorimetry; DSC) 분석결과를 나타내는 그래프이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 절연 조성물은 시차주사 열량계(DSC) 분석결과를 살펴보면, 0 내지 150℃의 전체 누적 용융열(Heat of Fusion)을 기준으로, 70℃ 이상 구간의 용융열 합이 80% 이상, 바람직하게는 80 내지 85%이고, 더욱 바람직하게는 90℃ 이상 구간의 용융열 합이 전체 누적 용융열의 65 내지 70%일 수 있다.
여기서, 상기 시차주사 열량계(DSC) 분석은 질소 분위기 하에서 -80 내지 200℃의 구간에 대해 승온 속도 10℃/min로 수행했고, 두번째 히팅(2nd Heating) 곡선을 기준으로 0 내지 150℃ 구간에 대해 용융열을 계산했다. 또한, 상기 70℃ 이상 구간의 용융열 합이 80% 미만인 경우 상기 절연 조성물의 내유성 및 내화학성이 불충분할 수 있는 반면, 85% 초과인 경우 상기 절연 조성물의 난연성이 크게 저하될 수 있다.
본 발명에 따른 절연 조성물은 상기 시차주사 열량계(DSC) 분석결과를 구현하기 위해 예를 들어 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 고밀도 폴리올레핀(HDPE) 40 내지 70 중량부, 폴리올레핀 엘라스토머 20 내지 50 중량부, 극성 단량체를 갖는 올레핀계 수지 10 내지 30 중량부의 함량으로 포함될 수 있다.
본 발명에 따른 절연 조성물은 난연제를 추가로 포함할 수 있다. 상기 난연제는 수산화마그네슘(Mg(OH)2), 수산화알루미늄(Al(OH)3) 등의 비할로겐계 무기 난연제를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 수산화마그네슘 등의 무기 난연제는 고표면 에너지를 갖는 친수성인 반면, 상기 베이스 수지는 저표면 에너지를 갖는 소수성이기 때문에, 상기 난연제는 상기 베이스 수지에 대한 분산성이 좋지 않고, 내수성, 전기적 특성 등에도 악영향을 미칠 수 있다.
따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 상기 산화마그네슘 등의 무기 난연제는 알킬실란, 비닐실란, 스테아린산, 올레인산, 아미노폴리실록산 등으로 표면 개질되는 것이 바람직하다. 상기 난연제가 비닐실란 등에 의해 표면 개질되는 경우, 비닐실란 등의 가수분해기가 축합반응에 의해 수산화마그네슘 등의 난연제 표면에 화학 결합을 함으로써 부착되고, 실란기가 상기 베이스 수지와 반응하여 우수한 분산성을 확보하고, 상기 절연 조성물의 우수한 난연성을 구현할 수 있게 된다.
상기 무기 난연제는 상기 절연 조성물에 의한 절연층 압출 공정에서 그 형상과 기능을 유지하면서 상기 절연 조성물 내에서의 분산성을 향상시키기 위해 모스 경도가 2 내지 3이고, 평균 입자 크기(D50)가 0.9 내지 2.2 ㎛인 것이 바람직하다.
여기서, 상기 무기 난연제의 평균 입자 크기(D50)가 0.9 ㎛ 미만인 경우, 상기 베이스 수지에 대한 상기 무기 난연제의 분산성이 저하되고 상기 절연 조성물의 점도가 높아져 상기 베이스 수지와 상기 무기 난연제의 배합이 어렵고 상기 절연 조성물의 신장율이 저하되는 반면, 2.2 ㎛ 초과인 경우, 상기 베이스 수지와 첨가제의 결합이 약화되어 상기 절연 조성물의 물성이 크게 저하될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 절연 조성물의 하나의 실시예에 대한 열중량분석(Thermal Gravimetric Analyser; TGA) 결과를 나타내는 그래프이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 절연 조성물의 열중량분석(TGA) 결과를 살펴보면, 애쉬(Ash) 함량이 37% 이상일 수 있다. 여기서, 상기 애쉬 함량이 37% 미만인 경우 상기 절연 조성물의 난연성이 크게 저하될 수 있다. 여기서, 상기 열중량분석(TGA)은 질소 분위기 및 30 내지 800℃의 온도에서 수행한 후 산소 분위기 및 800 내지 900℃ 온도에서 수행했고, 승온 속도는 10℃/min으로 수행한 것이다.
상기 열중량분석(TGA) 결과를 구현하기 위해, 예를 들어, 상기 무기 난연제는 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 120 내지 150 중량부로 첨가될 수 있다. 상기 무기 난연제의 함량이 120 중량부 미만인 경우 상기 절연 조성물의 난연등급이 만족되지 못하는 반면, 150 중량부 초과인 경우 상기 절연 조성물의 상온 물성, 내유성, 내한성 등이 모두 저하될 수 있다. 또한, 상기 절연 조성물은 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 징크 보레이트계 보조난연제 5 내지 20 중량부를 추가로 포함할 수 있다.
상기 절연 조성물은 난연제로서 비할로겐계 난연제를 포함함으로써 할로겐계 난연제를 포함하는 종래 절연 조성물과 달리 환경 친화적이고, 상기 베이스 수지에 대한 상기 난연제의 분산성을 극대화하여 난연성 역시 할로겐계 난연제를 포함하는 종래 절연 조성물과 동등하거나 우수한 동시에 다른 물성이 저하되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.
상기 절연 조성물은 가소제를 추가로 포함할 수 있다. 상기 가소제는 예를 들어 디옥틸아디페이트(di-2-ethylhexyl adipate; DOA), 디옥틸세바케이트(di-2-ethylhexyl sebacate; DOS), 디옥틸아질레이트(di-2-ethylhexyl azelate; DOZ), 트리옥틸트리멜티테이트(tri-octyl trimellitate; TOTM) 등일 수 있고, 상기 절연 조성물의 내한성, 압출성 등을 추가로 향상시킬 수 있다.
상기 가소제는 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 5 내지 20 중량부로 포함될 수 있고, 상기 가소제의 함량이 5 중량부 미만인 경우 상기 절연 조성물의 내한성이 저하될 수 있는 반면, 20 중량부 초과인 경우 상기 절연 조성물의 상온 인장강도가 저하되고 용융점도가 과도하게 낮아져 압출성형성이 저하될 수 있다.
본 발명에 따른 절연 조성물은 상기 베이스 수지의 가교를 위해 가교제를 포함할 수 있고, 가교보조제를 추가로 포함할 수 있다. 상기 가교제는 상기 베이스 수지의 가교방식에 따라 수가교(실란가교)인 경우 실란계 가교제, 또는 화학가교나 조사가교인 경우 디큐밀퍼옥사이드, 벤조일퍼옥사이드, 라우릴퍼옥사이드, t-부틸 큐밀퍼옥사이드, 디(t-부틸 퍼옥시 아이소프로필) 벤젠, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸 퍼옥시)헥산, 디-t-부틸 퍼옥사이드 등의 유기과산화물계 가교제일 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 절연 조성물을 구성하는 베이스 수지가 상기 디큐밀퍼옥사이드 등의 유기과산화물계 가교제에 의한 화학가교 방식으로 가교되는 경우 상기 유기과산화물계 가교제의 열분해 개시온도는 110 내지 180℃인 것이 바람직하다. 상기 유기과산화물계 가교제가 상기와 같은 열분해 개시온도를 갖는 경우 상기 절연 조성물의 압출 성형시 분해되지 않아 안정적인 공정 조건을 확보할 수 있다.
상기 가교제의 함량은 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 2 내지 5 중량부일 수 있다. 상기 가교제의 함량은 상기 난연제의 함량에 따라 변화시키는 것이 바람직하고 상기 가교제의 함량이 2 중량부 미만인 경우 상기 베이스 수지의 가교도가 떨어져 상기 절연 조성물의 내유성 및 상온 강도가 저하될 수 있는 반면, 5 중량부 초과인 경우 상기 절연 조성물은 과도한 가교를 통한 부반응으로 상기 절연 조성물의 신장율, 내한성 등이 저하될 수 있고, 가공시 조기가교가 일어날 수 있다.
또한, 상기 가교보조제는 트리알리이소시아뉴레이트(triallyisocyanurate), 트리알리시아뉴레이트(triallycyanurate), 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트(trimethylolpropane trimethacrylate), 트리메틸올프로판 트리아크리레이트(trimethylolporpane triacrylate) 등으로부터 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 가교보조제를 포함할 수 있다.
상기 가교보조제는 상기 가교제의 활성을 증가시켜 가교도를 높이는 작용을 수행함으로써 상기 가교제의 함량을 낮출 수 있다. 상기 가교보조제의 함량은 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 2 내지 6 중량부일 수 있다.
본 발명에 따른 절연 조성물은 산화방지제, 가공조제 등의 기타 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 특히, 상기 산화방지제는 페놀계, 아민계 등의 산화방지제를 포함할 수 있고, 상기 산화방지제의 함량은 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 0.5 내지 2 중량부일 수 있다. 또한, 상기 가공조제의 함량은 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 0.5 내지 2 중량부일 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 선박용 케이블의 하나의 실시예에 관한 횡단면 구조를 개략적으로 도시한 것이고, 도 4는 본 발명에 따른 선박용 케이블의 또 하나의 실시예에 관한 횡단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 선박용 케이블은 도체(10) 및 이를 감싸는 절연층(20)을 포함할 수 있고, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 선박용 케이블은 용도 및 사용환경에 따라 추가적인 내화 특성이 요구되는 경우 상기 도체(10)와 상기 절연층(20) 사이에 마이카(mica) 테이프 등에 의한 내화층(30)을 추가로 포함할 수 있다. 상기 내화층(30)은 추가적인 내화 특성을 구현할 수 있는 동시에 상기 절연층(20)의 압출 공정에서 절연 조성물이 상기 도체(10) 내로 침투하는 것을 억제하는 추가의 기능을 수행할 수 있다.
여기서, 상기 도체(10)는 구리, 알루미늄 등의 전도성 금속으로 이루어질 수 있고, 바람직하게는 구리로 이루어질 수 있다. 상기 도체(10)는 단선이거나 복수의 단선을 꼬아 합한 연선일 수 있다. 또한, 상기 절연층(20)은 앞서 기술한 본 발명에 따른 내유성 및 난연성이 우수한 비할로겐계 절연 조성물로부터 형성될 수 있다.
예를 들어, 도 3에 도시된 선박용 케이블은 도체(10) 단면적이 0.5 내지 2.5 ㎟이고 절연층(20) 두께가 0.2 내지 0.3 mm이고, 케이블 전체 외경이 1.1 내지 2.5 mm일 수 있으며, 도 4에 도시된 선박용 케이블은 도체(10) 단면적이 0.5 내지 10 ㎟이고 절연층(20) 두께가 0.2 내지 0.6 mm이며, 케이블 전체 외경이 1.8 내지 5.8 mm일 수 있다.
[실시예]
1. 제조예
아래 표 1에 나타난 바와 같은 구성성분 및 배합비로 오픈롤에서 혼련하여 실시예 및 비교예 각각에 따른 절연 조성물을 제조하고, 이를 다시 조사 가교함으로써 절연 시편을 제조하였고, 길이가 75 mm인 케이블 시편을 제조하였다. 아래 표 1에 기재된 함량의 단위는 중량부이다.
실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4
수지1 60 50 20 20 30 50
수지2 40 30 60 60 50
수지3 30
수지4 20 20 20 20 20
난연제 120 120 100 80 100 100
가교제 3 3 3 3 3 3
가소제 1 1 1 1 1 1
산화방지제 5 5 5 5 5 5
외부활제 3 3 3 3 3 3
기타 첨가제 13 13 13 13 13 13
DSC 분석 70℃ 이상 용융열 84.1 83.2 79.2 78.0
90℃ 이상 용융열 70.0 68.4 59.8 64.6
TGA 분석(Ash 함량(%)) 37.6 37.6 35.2 35.4
- 수지1 : 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)
- 수지2 : 폴리올레핀 엘라스토머(MI=1~3, Tm=100±10℃, 밀도=0.9 이하)
- 수지3 : 폴리올레핀 엘라스토머(MI=2.5 이하, Tm=58~71℃, 밀도=0.9 이하)
- 수지4 : 에틸렌 비닐 아세테이트(비닐 아세테이트=70±1.5 중량%)
- 난연제 : 비닐 실란으로 표면처리한 수산화알루미늄
- 가교제 : 디큐밀퍼옥사이드
2. 물성 평가
상기 제조예에서 제조한 실시예 및 비교예 각각에 따른 절연 시편 및 케이블 시편에 대하여 아래 물성 평가를 진행했고, 그 결과는 아래 표 2에 나타난 바와 같다.
1) 상온 인장강도 및 신장율 평가
규격 IEC 60811-1-1에 준하여 250㎜/min의 속도로 실시예 및 비교예 각각의 절연 시편에 대하여 상온 인장강도 및 신장율을 평가했다.
2) 내유성 평가
규격 IEC 60811-2-1에 명시된 IRM 903 오일에 대하여 실시예 및 비교예 각각에 따른 절연 시편 및 케이블 시편을 70℃에서 72시간 동안 침지 후 절연 시편의 부피변화율, 케이블 시편의 외경변화율, 케이블 시편의 절연층 크랙 여부를 통해 내유성을 평가했다.
3) 난연성 평가
규격 ISO 5659-2에 준하여 50 kW/㎡의 조건으로 실시예 및 비교예 각각의 케이블 시편 15개에 대해 연기지수를 측정하여 난연성을 평가했다.
4) 내마모성 평가
규격 EN 50305 cl. 5.2에 준하여 실시예 및 비교예 각각의 케이블 시편을 직경이 0.45 mm인 로드를 5N 하중으로 20℃에서 55 사이클/min로 마모시키면서 도체와 로드의 통전시 로드의 사이클 횟수를 측정함으로써 내마모성을 평가했다.
5) Dynamic Cut Through 평가
규격 EN 50305 cl. 5.6에 준하여 실시예 및 비교예 각각의 절연 시편을 반경이 0.45 mm이고 90°의 블레이드로 20℃에서 100 g/s의 하중으로 절단시 요구되는 힘을 측정함으로써 Dynamic Cut Through 특성을 평가했다.
기준값 실시예1 실시예2 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4
인장강도(kgf/㎟) 2.04↑ 2.85 2.15 2.05 2.10 2.10 1.95
신장율(%) 150.0↑ 155 165 230 280 190 135


내유성		 절연시편
부피변화율(%)		 15.0↓ 11 14 23 25 19 26
케이블시편
외경변화율(%)		 7.5↓ 2.7~
4.0		 4.4~
6.5		 8.1~
8.8
케이블시편
절연크랙		 양호 양호 양호 양호
연기지수(Dmax) 150↓ 110~140 110~140 165~170
내마모성 500회↑ >1000 575 <500
Dynamic Cut Through 100N↑ 125
~140		 110 ~55
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 및 2의 절연 조성물은 베이스 수지의 특정한 조합과 특정한 DSC 및 TGA 분석결과를 구현함으로써 내유성 및 난연성이 우수하고, 인장강도, 신장율, Dynamic Cut Through 특성 등의 기계적 특성이 우수하고, 특히 실시예 1의 절연 조성물은 극대로 향상된 내마모성을 보유하는 것으로 확인되었다.
반면, 비교예 1 및 2의 절연 조성물은 내유성이 크게 저하되고, 비교예 3의 절연 조성물은 내유성, 난연성, 내마모성, Dynamic Cut Through 특성 등이 크게 저하되며, 비교예 4의 절연 조성물은 내유성 및 인장강도와 신장율 등의 기계적 특성이 크게 저하된 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 : 내화층

Claims (14)

  1. 절연 조성물로서,
    베이스 수지로서 융점(Tm)이 70℃ 이상인 올레핀계 수지 및 비할로겐계 난연제를 포함하고,
    상기 절연 조성물에 대해서 질소 분위기 하에서 -80 내지 200℃의 구간에 대해 승온 속도 10℃/min로 시차주사 열량계(DSC) 분석시 0 내지 150℃의 전체 누적 용융열(Heat of Fusion)을 기준으로, 70℃ 이상 구간의 용융열 합이 80% 이상이고,
    상기 절연 조성물에 대해서 열중량분석(TGA)시 애쉬(Ash) 함량이 37% 이상인 것을 특징으로 하는, 절연 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절연 조성물에 대해서 질소 분위기 하에서 -80 내지 200℃의 구간에 대해 승온 속도 10℃/min로 시차주사 열량계(DSC) 분석시 0 내지 150℃의 전체 누적 용융열(Heat of Fusion)을 기준으로, 90℃ 이상 구간의 용융열 합이 65% 이상인 것을 특징으로 하는, 절연 조성물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 베이스 수지는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 및 폴리올레핀 엘라스토머를 포함하는 것을 특징으로 하는, 절연 조성물.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 베이스 수지는 극성 단량체를 포함하는 올레핀계 수지를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 절연 조성물.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 극성 단량체를 포함하는 올레핀계 수지는 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA), 에틸렌 부틸 아세테이트(EBA), 에틸렌 에틸 아크릴레이트(EEA) 및 에틸렌 메타크릴레이트(EMA)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 절연 조성물.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 고밀도 폴리올레핀(HDPE)의 함량은 40 내지 70 중량부, 폴리올레핀 엘라스토머의 함량은 20 내지 50 중량부, 극성 단량체를 갖는 올레핀계 수지의 함량은 10 내지 30 중량부인 것을 특징으로 하는, 절연 조성물.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 극성 단량체를 포함하는 올레핀계 수지의 총 중량을 기준으로, 상기 극성 단량체의 함량은 50 중량% 이상인 것을 특징으로 하는, 절연 조성물.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 비할로겐계 난연제의 함량은 120 중량부 이상인 것을 특징으로 하는, 절연 조성물.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 비할로겐계 난연제는 수산화마그네슘(Mg(OH)2)이나 수산화알루미늄(Al(OH)3), 또는 이들 모두를 포함하는 것을 특징으로 하는, 절연 조성물.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 비할로겐계 난연제는 알킬실란, 비닐실란, 스테아린산, 올레인산 및 아미노폴리실록산으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상에 의해 표면 개질되고, 평균 입자 크기가 0.9 내지 2.2 ㎛인 것을 특징으로 하는, 절연 조성물.
  11. 도체; 및
    상기 도체를 감싸고 제1항 또는 제2항의 절연 조성물로부터 형성된 절연층을 포함하는, 케이블.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 도체의 단면적은 0.5 내지 2.5 ㎟이고, 상기 절연층의 두께는 0.2 내지 0.3 mm인 것을 특징으로 하는, 케이블.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 도체와 상기 절연층 사이에 내화층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 케이블.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 도체의 단면적은 0.5 내지 10 ㎟이고, 상기 절연층의 두께는 0.2 내지 0.6 mm인 것을 특징으로 하는, 케이블.
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KR20170012859A (ko) * 2015-07-24 2017-02-03 엘에스전선 주식회사 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 가교 절연 전선

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