KR20180138195A - 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 조성물 및 이로부터 형성된 절연층을 포함하는 전선 - Google Patents

비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 조성물 및 이로부터 형성된 절연층을 포함하는 전선 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 조성물 및 이로부터 형성된 절연층을 포함하는 전선에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 환경 친화적이고 제조비용이 절감되며, 포설성과 난연성이 특히 우수한 동시에 내열성, 내수성, 절연성, 내한성 등의 특성이 만족되고, 나아가 포설시 과도한 굴곡에도 절연층의 신율이 우수하여 크랙이 발생하거나 파손되지 않는 전선을 제공할 수 있는 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 조성물 및 이로부터 형성된 절연층을 포함하는 전선에 관한 것이다.

Description

비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 조성물 및 이로부터 형성된 절연층을 포함하는 전선{Halogen free flame-retardant polyolefin insulation composition and cable having an insulating layer formed from the same}
본 발명은 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 조성물 및 이로부터 형성된 절연층을 포함하는 전선에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 환경 친화적이고 제조비용이 절감되며, 포설성과 난연성이 특히 우수한 동시에 내열성, 내수성, 절연성, 내한성 등의 특성이 만족되고, 나아가 포설시 과도한 굴곡에도 절연층의 신율이 우수하여 크랙이 발생하거나 파손되지 않는 전선을 제공할 수 있는 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 조성물 및 이로부터 형성된 절연층을 포함하는 전선에 관한 것이다.
일반 전기 공작물 또는 전기기기의 배선, 옥내배선 등의 용도로 사용되고 있는 전선은 이를 구성하는 절연체에 대하여 화재, 침수 등을 대비하여 우수한 내열성, 난연성, 내수성, 내약품성, 절연성, 내한성, 내유성 등의 특성이 요구된다.
또한, 전등용, 전열용 등의 옥내배선용 전선은 비노출 포설시 천장, 벽, 바닥 등의 특정 지점에서 천장 등의 내부로 인입된 후 상기 특정 지점과 일정 간격 이격된 지점에서 인출되는 방식으로 포설되는데, 여기서 천장, 벽, 바닥 등의 내부로 인입된 전선은 이를 보호하고 이의 인출시까지 가이드하는 전선관, 예를 들어 PVC 등의 소재로 이루어진 전선관을 통해 이송된다.
상기 전선관을 통해 이송되는 전선은 과도한 유연성(flexibility) 또는 강성(stiffness)을 나타내는 경우 이송이 어려울 수 있고, 상기 전선관의 내벽 또는 함께 인입된 다른 전선과의 마찰에 의해 이송이 어려울 수 있다. 특히, 상기 전선이 건축물, 시설물의 천장, 벽, 바닥 등의 구조에 따른 굴곡된 영역에서 상기 전선관을 통해 이송되는 경우에는 더욱더 이송이 어려울 수 있다.
따라서, 상기 전선은 이송에 적절한 유연성과 강성을 갖는 동시에, 상기 전선과 상기 전선관의 내벽 또는 함께 이송되는 다른 전선과의 마찰을 최소화함으로써 전선의 포설성을 향상시키기 위해 전선을 구성하는 절연층의 표면 마찰계수가 충분히 낮을 필요가 있다. 또한, 상기 전선의 포설성 향상을 위해 상기 전선의 표면에 윤활유 등을 도포한 후 포설작업을 진행하는 경우가 있는데, 이러한 경우 상기 전선을 구성하는 절연층은 상기 윤활유 등에 대한 내유성이 향상되어야 한다.
종래 옥내배선용 등으로 사용되고 있는 내열성 비닐 절연 전선(Heat-resistant PVC insulation wire)은 내열성 가소제를 첨가한 PVC 수지로 절연한 전선으로서, 상기 PVC 수지는 내열성, 난연성, 내약품성, 내수성, 포설성 등이 우수한 반면, 상대적으로 전선의 최고허용온도가 낮고, 인체에 유해할 뿐만 아니라 전선의 폐기를 위한 연소시 유독가스를 발생하는 등 환경 문제를 유발하기 때문에 최근에는 이의 사용을 규제하고 있는 추세이다.
한편, 상기와 같은 문제점을 갖는 내열성 비닐 절연 전선을 대체하기 위해 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 전선이 개발되어 사용되고 있다. 상기 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 전선은 난연제를 첨가한 비할로겐계 절연 수지로 절연한 전선으로서, 비할로겐계 절연 수지를 사용하기 때문에 환경 친화적이다.
다만, 상기 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 전선은 종래 PVC 수지에 상응하는 난연성을 확보하기 위해 난연제를 첨가하는 경우에도 난연성이 불충분하고, 첨가되는 난연제에 의해 절연층의 표면 마찰계수가 증가함으로써 포설성이 크게 저하되는 문제가 있다. 나아가, 옥내배선용 전선은 인접한 다른 전선과의 식별을 위해 특정한 색깔을 나타낼 필요가 있고, 이를 위해 절연층에 일정량의 안료를 첨가하게 되는데, 이러한 안료의 첨가에 의해 전선의 난연성을 비롯한 물성들이 저하되는 문제가 있다.
또한, 상기 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 전선은 종래 PVC 수지에 상응하는 난연성을 확보하기 위해 비할로겐계 폴리올레핀 수지에 다량의 난연제를 첨가하는 경우 신율이 크게 저하되어 상기 전선의 포설시 과도한 굴곡에 의해 절연층 표면에 크랙이 발생하거나 파손되는 문제가 있다.
나아가, 상기 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 전선은 종래 내열성 비닐 절연 전선에 비해 고가이고, 제조비용을 절감시키기 위해 절연층에 무기 필러(filler) 등의 충전재를 첨가하는 것을 고려할 수 있으나, 이러한 무기 충전재를 첨가하는 경우 절연 조성물의 점도가 상승하여 이로부터 형성되는 절연층의 압출성 및 이에 따른 수율 확보를 위해 같은 무기계 첨가제인 난연제의 함량을 저감시킬 수 밖에 없고, 이로써 난연성이 크게 저하될 수 있다.
또한, 무기 충전재, 난연제 등의 무기계 첨가제가 다량 첨가되는 경우 절연층 압출시 압출 부하에 의해 절연층 내부에 첨가된 첨가제의 분해에 의한 기포 발생 등의 문제가 유발되어 절연층의 물성이 크게 저하될 수 있다.
따라서, 환경 친화적이고 제조비용이 절감되며, 포설성과 난연성이 특히 우수한 동시에 내열성, 내수성, 절연성, 내한성 등의 특성이 만족되고, 나아가 포설시 과도한 굴곡에도 절연층의 신율이 우수하여 크랙이 발생하거나 파손되지 않는 전선을 제공할 수 있는 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 조성물 및 이로부터 형성된 절연층을 포함하는 전선이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 환경 친화적이고 제조비용이 절감될 수 있는 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 전선을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 포설성과 난연성이 우수한 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 전선을 제공하는 것을 목적으로 한다.
그리고, 본 발명은 내열성, 내수성, 절연성, 내한성, 내유성 등의 특성이 동시에 만족될 수 있는 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 전선을 제공하는 것을 목적으로 한다.
나아가, 본 발명은 절연층의 신율이 우수하여 포설시 과도한 굴곡에도 상기 절연층에 크랙이 발생하거나 파손되지 않는 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 전선을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은,
비할로겐계 난연성 절연 조성물로서, 베이스 수지로서 비할로겐계 수지 및 난연제를 포함하고, 난연보조제 및 무기 충전재를 추가로 포함하며, 상기 비할로겐계 수지는 융점(Tm)이 90 내지 170 ℃인 제1 폴리올레핀 수지 및 융점(Tm)이 50 내지 80 ℃인 제2 폴리올레핀 수지를 포함하고, 상기 난연제의 함량은 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 100 내지 200 중량부이며, 상기 절연 조성물로부터 형성된 절연 시편의 신율은 125% 이상인, 비할로겐계 난연성 절연 조성물을 제공한다.
여기서, 상기 제2 폴리올레핀 수지의 융점(Tm)이 50 내지 65 ℃인 것을 특징으로 하는, 비할로겐계 난연성 절연 조성물을 제공한다.
또한, 상기 제1 폴리올레핀 수지와 상기 제2 폴리올레핀 수지의 융점(Tm) 차이가 20℃ 이상인 것을 특징으로 하는, 비할로겐계 난연성 절연 조성물을 제공한다.
그리고, 상기 절연 조성물로부터 형성된 절연 시편의 신율은 125% 내지 250%인 것을 특징으로 하는, 비할로겐계 난연성 절연 조성물을 제공한다.
나아가, 규격 KS C 60811-2-1에 따라 상기 절연 조성물로부터 형성되고 길이가 70 mm인 관상 절연 시편에 대해 200℃ 오븐에서 일정한 무게의 추를 달고 15분 후 늘어난 길이의 비율인 가열변형이 50% 이하인 것을 특징으로 하는, 비할로겐계 난연성 절연 조성물을 제공한다.
한편, 상기 제1 폴리올레핀 수지는 저밀도 폴리에틸렌 수지를 포함하고, 상기 제2 폴리올레핀 수지는 폴리올레핀 엘라스토머를 포함하는 것을 특징으로 하는, 비할로겐계 난연성 절연 조성물을 제공한다.
또한, 상기 제1 폴리올레핀 수지와 상기 제2 폴리올레핀 수지의 배합비가 2:8 내지 6:4인 것을 특징으로 하는, 비할로겐계 난연성 절연 조성물을 제공한다.
그리고, 상기 비할로겐계 수지는, 변성 폴리올레핀 수지를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 비할로겐계 난연성 절연 조성물을 제공한다.
여기서, 상기 변성 폴리올레핀 수지는, 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 변성 선형 저밀도 폴리에틸렌 수지(LLDPE) 5 내지 20 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 비할로겐계 난연성 절연 조성물을 제공한다.
또한, 상기 변성 선형 저밀도 폴리에틸렌 수지(LLDPE)는 말레산 무수물이 그라프트된(grafted) 선형 저밀도 폴리에틸렌 수지(MA-g-LLDPE)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 비할로겐계 난연성 절연 조성물을 제공한다.
그리고, 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 난연제 및 상기 무기 충전재를 포함하는 무기 첨가제의 총 함량이 110 내지 230 중량부인 것을 특징으로 하는, 비할로겐계 난연성 절연 조성물을 제공한다.
여기서, 상기 난연제는 상기 무기 충전재 대비 3 내지 6배 더 포함되는 것을 특징으로 하는, 비할로겐계 난연성 절연 조성물을 제공한다.
또한, 상기 난연보조제는 멜라민 시아누레이트를 포함하고, 상기 무기 충전재는 탄산칼슘(CaCO3)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 비할로겐계 난연성 절연 조성물을 제공한다.
그리고, 상기 난연보조제의 함량은 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 10 내지 50 중량부이며, 상기 무기 충전재의 함량은 상기 베이스 수지 100중량부를 기준으로 10 내지 50 중량부인 것을 특징으로 하는, 비할로겐계 난연성 절연 조성물을 제공한다.
여기서, 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 내부활제 1 내지 10 중량부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 비할로겐계 난연성 절연 조성물을 제공한다.
또한, 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 내부활제는 폴리에틸렌계 왁스 1 내지 4 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 비할로겐계 난연성 절연 조성물을 제공한다.
그리고, 상기 난연제는 비닐실란, 메타크릴릭 실란, 스테아린산, 올레인산, 아미노폴리실록산 및 티타네이트계 커플링제로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 표면개질제로 표면 처리된 수산화마그네슘(Mg(OH)2) 또는 수산화알루미늄(Al(OH)3)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 비할로겐계 난연성 절연 조성물을 제공한다.
또한, 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 비닐트리메톡시실란, 3-(트리메톡시실릴)-프로필메타크릴레이트, 비닐트리에톡시실란 및 비닐트리메톡시에톡시실란으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 실란계 가교제 2.0 내지 5.0 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 비할로겐계 난연성 절연 조성물을 제공한다.
한편, 도체 및 상기 도체를 감싸고 상기 비할로겐계 난연성 절연 조성물로부터 형성된 절연층을 포함하는, 비할로겐계 난연성 절연 전선을 제공한다.
여기서, 상기 절연층은 이의 표면으로부터의 두께가 30 내지 500 ㎛인 영역에 외부활제를 포함하는, 비할로겐계 난연성 절연 전선을 제공한다.
또한, 상기 절연층을 감싸는 절연 외층을 더 포함하고, 상기 절연 외층은 베이스 수지로서 비할로겐계 수지 및 난연제를 포함하는 절연 조성물로부터 형성되는, 비할로겐계 난연성 절연 전선을 제공한다.
여기서, 상기 절연 외층의 두께는 30 내지 500 ㎛이고 상기 절연 외층에 외부활제가 포함되는 것을 특징으로 하는, 비할로겐계 난연성 절연 전선을 제공한다.
그리고, 상기 비할로겐계 수지의 가교 후 겔분율이 50 내지 95%인 것을 특징으로 하는, 비할로겐계 난연성 절연 전선을 제공한다.
나아가, 상기 외부활제는 지방산, 지방산 염, 지방산 아마이드, 실리콘계 활제 및 왁스로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 활제를 포함하고, 상기 활제의 함량은 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 1 내지 10 중량부인 것을 특징으로 하는, 비할로겐계 난연성 절연 전선을 제공한다.
또한, 상기 절연층의 표면으로부터의 두께가 30 내지 500 ㎛인 영역 또는 상기 절연 외층에는 상기 절연층 또는 상기 절연 외층을 형성하는 절연 조성물의 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 안료 1 내지 10 중량부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 비할로겐계 난연성 절연 전선을 제공한다.
그리고, 상기 도체의 탄성계수는 15,000 내지 21,000 MPa인 것을 특징으로 하는, 비할로겐계 난연성 절연 전선을 제공한다.
나아가, 상기 절연층 또는 상기 절연 외층은 하나 이상의 돌출부를 갖는 것을 특징으로 하는, 비할로겐계 난연성 절연 전선을 제공한다.
본 발명에 따른 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 전선은 비할로겐계 수지로 이루어진 절연 피복을 포함하므로 할로겐계 수지가 유발하는 환경 문제를 회피할 수 있어 환경 친화적이고, 또한 가교제의 종류 및 함량의 정밀한 조절에 의해 제조공정을 간소화하는 동시에 무기 난연제, 무기 충전재 등의 무기 첨가제의 함량을 정밀하게 제어하고 베이스 수지의 특정 설계를 통해 상기 수지와 상기 무기 첨가제의 상용성을 향상시키는 등 절연층의 압출성 및 이에 의한 수율을 확보함으로써 제조비용을 절감할 수 있는 우수한 효과를 나타낸다.
또한, 본 발명에 따른 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 전선은 도체와 절연층의 유연성(flexibility)과 강성(stiffness)의 균형, 및 절연층의 표면 마찰계수의 정밀한 제어 등에 의해 서로 상충관계(trade-off)에 있는 포설성과 난연성을 동시에 향상되는 우수한 효과를 나타낸다.
그리고, 본 발명에 따른 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 전선은 안료, 외부활제 등의 첨가량을 최소화함으로써 전선의 내열성, 내수성, 절연성, 내한성, 내유성 등의 특성이 동시에 만족될 수 있는 우수한 효과를 나타낸다.
나아가, 본 발명에 따른 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 전선은 절연층에 포함되는 베이스 수지의 융점 및 함량의 정밀한 조절을 통해 다량의 난연제가 첨가되는 경우에도 신율을 극대화화하여 포설시 과도한 굴곡에도 상기 절연층에 크랙이 발생하거나 파손되지 않는 우수한 효과를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 전선의 일 실시예의 단면 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 전선의 또 다른 실시예의 단면 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 전선의 또 다른 실시예의 단면 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 전선의 포설성을 평가하기 위한 가상의 포설 작업 환경을 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 1은 본 발명에 따른 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 전선의 일 실시예의 단면 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 전선은 도체(10)와 이를 감싸는 절연층(20)으로 이루어질 수 있다. 또한, 도 1b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 전선은 절연층(20)의 외곽에 별도의 절연층(30)을 추가로 포함할 수 있고, 따라서, 절연층(20)은 절연 내층이고 절연층(30)은 절연 외층일 수 있다.
상기 도체(10)는 구리, 알루미늄 등의 전도성 금속으로 이루어질 수 있고, 바람직하게는 구리로 이루어질 수 있다. 상기 도체(10)는 도 1a 및 1b에 도시된 바와 같이 단선이거나, 도 1c에 도시된 바와 같이 복수, 예를 들어, 7개 또는 19개의 단선을 꼬아 합한 연선일 수 있고, 옥내배선 등의 용도로 사용되는 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 전선의 경우, 단선에 비해 유연성(flexibility) 측면에서 우수한 연선인 것이 바람직하다.
상기 도체(10)는 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 전선의 정격전압에 따라 직경이 결정되고, 예를 들어, 정격전압 450/750 V의 옥내배선용 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 전선에 사용되는 도체(10)는 단선인 경우 공칭단면적이 약 1.5 내지 10 ㎟이고, 소선수 7의 연선의 경우 각 소선의 지름이 약 0.53 내지 1.35 ㎜일 수 있다. 또한, 상기 도체(10)의 공칭 단면적은 1.5 내지 300 SQ, 특히 1.5 내지 4 SQ일 수 있다.
본 발명에 따른 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 전선은 전등용, 전열용 등의 옥내배선용으로 사용되는 경우 비노출 포설시 천장, 벽, 바닥 등의 특정 지점에서 천장 등의 내부로 인입된 후 상기 특정 지점과 일정 간격 이격된 지점에서 바깥으로 인출되는 방식으로 포설되는데, 여기서 천장, 벽, 바닥 등의 내부로 인입된 전선은 이를 보호하고 이의 인출시까지 가이드하는 전선관, 예를 들어 PVC 등의 소재로 이루어진 전선관을 통해 이송된다.
상기 전선관을 통해 이송되는 전선은 이의 유연성(flexibility)이 너무 과도하거나, 혹은 이의 강성(stiffness)이 너무 과도한 경우 이송이 어려울 수 있고, 또한 상기 전선관의 내벽 또는 함께 인입된 다른 전선과의 마찰에 의해 이송이 어려울 수 있다. 특히, 상기 전선이 건축물, 시설물의 천장, 벽, 바닥 등의 구조에 따른 굴곡된 영역에서 상기 전선관을 통해 이송되는 경우에는 더욱더 이송이 어려울 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 전선은 옥내배선용으로 사용되는 경우 우수한 포설성을 확보하기 위해 정밀하게 제어된 유연성(flexibility)과 강성(stiffness)의 균형이 요구되고, 상기 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 전선의 유연성과 강성은 상기 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 전선의 탄성력에 의해 결정된다.
여기서, 상기 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 전선의 탄성력은 상기 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 전선을 구성하는 도체(10)와 절연층(20,30)의 탄성계수에 의해 결정되고, 여기서 상기 전선이 우수한 포설성을 보유하기 위해 상기 도체(10)의 탄성계수는 약 15,000 내지 21,000 MPa, 바람직하게는 17,000 내지 18,000 MPa일 수 있다.
상기 절연층(20)은 절연 조성물의 압출에 의해 형성될 수 있고, 본 발명은 상기 절연층(20)을 형성하는 절연 조성물, 즉 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 조성물에 관한 것이며, 상기 절연 조성물은 베이스 수지로서 전기 절연성 고분자 수지 및 전선의 난연성 구현을 위한 난연제를 포함할 수 있다.
상기 전기 절연성 고분자 수지는 이를 포함하는 절연층(20)을 갖는 절연 전선의 목적한 포설성 및 이와 상충관계에 있는 난연성을 동시에 향상시키고, 내열성, 내수성, 절연성, 내한성, 내유성 등의 특성을 동시에 만족시키기 위해 상이한 융점(Tm)을 갖는 2종 이상의 수지를 포함할 수 있다.
특히, 상기 베이스 수지로서 상이한 융점(Tm)을 갖는 2종 이상의 수지를 혼합하여 적용하는 경우 상기 수지와 이에 첨가되는 필러(filler), 특히 난연제와의 상용성, 즉 상기 수지에 대한 상기 필러의 분산성이 크게 향상되어 우수한 난연성 구현을 위해 다량의 난연제가 첨가되는 경우에도 상기 절연층(20)의 신율이 극대화되므로, 상기 전선의 포설시 과도한 굴곡에도 상기 절연층(20)의 표면에 크랙이 발생하거나 파손되지 않는 우수한 효과를 나타낸다.
또한, 상기 베이스 수지로서 상대적으로 융점(Tm)이 낮은 저융점 수지는 상기 절연층(20)의 압출시 압출 부하를 낮추는 기능을 추가로 수행하고, 상기 난연제 등의 무기 필러 첨가에 의한 상기 절연 조성물의 점도 상승 및 이로 인한 상기 절연층(20)의 압출시 압출 부하 상승을 보상할 수 있다.
상기 절연층(20)의 신율은 규격 KS C 60811-1-1에 따라 측정할 수 있다. 구체적으로, 상기 전선으로부터 도체(10)를 제거하고 길이가 약 100 mm인 관상 시험편을 23±5℃ 조건에서 인장 속도 250 mm/min로 인장시키는 경우 파단시 늘어난 길이에 대한 증가율을 계산함으로써 상기 신율을 측정할 수 있다.
여기서, 상기 절연층(20)의 신율은 125% 이상, 예를 들어, 125 내지 250%일 수 있고, 상기 절연층(20)의 신율이 125% 미만인 경우 상기 전선의 포설시 과도한 굴곡에 의해 상기 절연층(20)의 표면에 크랙이 발생하거나 파손될 수 있는 반면, 상기 신율이 250% 초과인 경우 상기 절연층(20)의 내열성이 크게 저하될 수 있다.
구체적으로, 상기 전기 절연성 고분자 수지는 융점(Tm)이 90 내지 170℃인 제1 폴리올레핀 수지 및 융점(Tm)이 50 내지 80℃, 바람직하게는 50 내지 70℃, 더욱 바람직하게는 50 내지 65℃인 제2 폴리올레핀 수지를 포함할 수 있고, 바람직하게는 상기 제1 폴리올레핀 수지와 상기 제2 폴리올레핀 수지의 융점의 차이는 20℃ 이상일 수 있으며, 상기 제1 폴리올레핀 수지와 상기 제2 폴리올레핀 수지의 중량비는 2:8 내지 6:4일 수 있다.
상기 제1 폴리올레핀 수지의 융점(Tm)이 170℃ 초과이거나 상기 제2 폴리올레핀 수지의 융점(Tm)이 80℃ 초과이거나 제1 폴리올레핀 수지와 제2 폴리올레핀 수지의 중량비가 6:4 초과인 경우, 상기 베이스 수지와 상기 난연제 등의 필러와의 상용성, 즉 상기 수지에 대한 상기 난연제 등의 필러의 분산성이 크게 저하되어 상기 절연층(20)의 신율이 크게 저하되고, 결과적으로 상기 전선의 포설시 과도한 굴곡에 의해 상기 절연층(20)의 표면에 크랙이 발생하거나 파손될 수 있으며, 추가로 상기 난연제 등의 무기 필러의 첨가에 의한 상기 절연 조성물의 점도 상승 및 이에 의한 상기 절연층(20)의 압출시 압출 부하 상승에 의해 절연층(20) 내부의 기포 발생에 의한 물성 저하가 유발될 수 있고, 압출 부하를 낮추기 위해 압출 선속을 낮추는 경우 수율이 저하되어 케이블 제조비용이 증가할 수 있다.
반면, 상기 제1 폴리올레핀 수지의 융점이 90℃ 미만이거나 상기 제2 폴리올레핀 수지의 융점(Tm)이 50℃ 미만이거나 제1 폴리올레핀 수지와 제2 폴리올레핀 수지의 중량비가 2:8 미만인 경우 상기 절연층(20)의 탄성계수 감소에 의해 상기 절연 전선의 유연성이 과도하고, 결과적으로 포설성이 크게 저하될 수 있으며, 상기 절연층(20)을 스팀챔버 등에서 가교시 전선간 눌러붙음이 발생할 수 있다.
상기 제1 폴리올레핀 수지는 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀 수지일 수 있고, 바람직하게는 폴리에틸렌, 더욱 바람직하게는 저밀도 폴리에틸렌일 수 있다. 또한, 상기 폴리에틸렌은 단독중합체, 에틸렌과 프로필렌, 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 1-옥텐 등의 α-올레핀과의 랜덤 또는 블록 공중합체, 또는 이들의 조합일 수 있다.
상기 제2 폴리올레핀 수지는 폴리에틸렌 이외에 프로필렌-에틸렌 고무(EPR), 프로필렌-에틸렌 디엔 고무(EPDM) 등의 폴리올레핀 엘라스토머(POE), 스티렌-에틸렌부텐-스티렌 공중합체, 스티렌-에틸렌프로필렌-스티렌 공중합체, 스티렌-에틸렌-에틸렌프로필렌-스티렌 공중합체, 스티렌-부틸렌-스티렌 공중합체 등의 스티렌부타디엔고무(SBR), 에틸렌비닐아세테이트(EVA)(비닐아세테이트 함량이 약 15 내지 40 중량%), 에틸렌메틸아크릴레이트(EMA), 에틸렌에틸아크릴레이트(EEA), 에틸렌부틸아크릴레이트(EBA) 등, 바람직하게는 폴리올레핀 엘라스토머(POE)를 추가로 포함할 수 있다.
상기 폴리올레핀 엘라스토머, 스티렌부타디엔고무(SBR), 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 등(이하, '폴리올레핀 엘라스토머 등'이라 칭함)은 상기 절연 조성물에 의해 형성되는 절연층(20)의 유연성, 굴곡성, 내충격성, 내한성, 내열성 등을 추가로 향상시킬 수 있다.
상기 전기 절연성 고분자 수지는 상기 2종의 수지 이외에 변성 폴리올레핀 수지, 예를 들어 변성 선형 저밀도 폴리에틸렌 수지(LLDPE), 바람직하게는 말레산 무수물이 그라프트된(grafted) 선형 저밀도 폴리에틸렌 수지(LLDPE)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 변성 폴리올레핀 수지는 상기 수지와 상기 난연제 등의 무기 필러의 상용성을 추가로 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 융점이 100 내지 120℃로서 결정화도가 높아 상기 절연층(20)의 인장강도 등 기계적 특성을 추가로 향상시킬 수 있고, 상기 절연층(20)의 외관, 신장율, 내열성 등을 추가로 향상시킬 수 있다.
다만, 상기 변성 폴리올레핀 수지는 상기 절연 조성물의 압출시 압출 부하를 증가시킬 수 있고 이는 앞서 기술한 제2 폴리올레핀 수지의 저융점 및 이러한 수지의 배합비에 의해 조절이 가능하다.
여기서, 상기 전기 절연성 고분자 수지에 상기 변성 선형 저밀도 폴리에틸렌 수지(LLDPE)가 포함되는 경우 상기 전기 절연성 고분자 수지 100 중량부를 기준으로 상기 변성 선형 저밀도 폴리에틸렌 수지(LLDPE)의 함량은 5 내지 20 중량부일 수 있다.
본 발명에 따른 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 조성물은 예를 들어 수산화마그네슘(Mg(OH)2), 수산화알루미늄(Al(OH)3) 등의 금속수산화물 난연제를 포함할 수 있고, 제조비용 절감을 위해 후술하는 무기 충전재가 첨가됨으로써 상기 조성물의 점도가 상승하고 절연층(20)의 압출시 압출 부하가 상승하는 문제를 해결하기 위해 상기 난연제의 함량을 저감시켜야 하는 경우 이로써 저하되는 난연성을 보상하기 위해 상기 난연제 이외에 멜라민 시아누레이트 등의 멜라민계 난연보조제를 모두 포함할 수 있고, 추가로 나노클레이, 적인(red phosphorus) 등의 인계 난연제 등의 난연보조제를 포함할 수 있다.
다만, 상기 난연보조제로서 멜라민 시아누레이트는 상기 절연 조성물의 압출시 상기 난연제, 후술하는 무기 충전재 등의 첨가에 의해 압출 부하가 증가하는 경우 분해되어 형성되는 절연층(20)에 기포를 발생시킴으로써 상기 절연층(20)의 물성을 저하시킬 수 있다. 따라서, 상기 난연보조제로서 멜라민 시아누레이트의 분해에 의한 기포 발생을 최소화하기 위해 앞서 기술한 베이스 수지의 조합을 통해 상기 절연 조성물의 점도를 낮추고 상기 절연 조성물의 베이스 수지와 난연제, 무기 충전재 등의 첨가제와의 상용성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 절연 조성물은 상기 난연제 이외에 상기 난연제와 같이 무기계 첨가제인 탄산칼슘(CaCO3) 등의 무기 충전재를 추가로 포함할 수 있고, 상기 무기 충전재의 첨가에 의해 상기 절연 조성물에 포함되는 수지의 함량을 낮출 수 있어 상기 절연 조성물의 제조단가를 낮출 수 있고, 상기 무기 충전재는 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 10 내지 50 중량부로 첨가될 수 있다. 상기 무기 충전재의 함량이 10 중량부 미만인 경우 효과가 미미한 반면, 50 중량부 초과시 상기 절연 조성물로부터 형성되는 상기 절연층(20)의 신장율이 크게 저하되고 상기 절연층(20)의 압출시 압출 부하의 증가로 상기 난연보조제의 분해에 의한 기포가 상기 절연층(20)에 발생하는 등의 문제가 유발될 수 있으며 이를 해소하기 위해 난연제의 함량을 저감시키는 경우 난연성이 크게 저하될 수 있는 문제가 있다.
일반적으로, 상기 난연제로서 수산화마그네슘 등의 무기 첨가제는 고표면 에너지를 갖는 친수성인 반면, 폴리올레핀 등의 베이스 수지는 저표면 에너지를 갖는 소수성이기 때문에, 상기 무기 첨가제는 상기 베이스 수지에 대한 분산성이 좋지 않고, 전기적 특성에도 악영향을 미칠 수 있다. 따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 난연제 등의 무기 첨가제는 비닐실란, 메타크릴릭 실란, 스테아린산, 올레인산, 아미노폴리실록산, 티타네이트계 커플링제 등으로 표면 처리되는 것이 바람직하다.
상기 무기 첨가제가 비닐실란 등에 의해 표면 처리되는 경우, 비닐실란 등의 가수분해기가 축합반응에 의해 수산화마그네슘 등의 무기입자 표면에 화학 결합을 함으로써 부착되고, 실란기가 상기 베이스 수지와 반응하여 우수한 분산성을 확보할 수 있게 된다.
상기 난연제의 함량은 상기 절연 조성물의 충분한 난연성, 예를 들어, 규격 KS C 60332-1을 만족하는 난연성을 확보할 수 있는 함량일 수 있고, 예를 들어, 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 약 100 내지 200 중량부, 바람직하게는 140 내지 180 중량부일 수 있다. 상기 난연제의 함량이 약 100 중량부 미만인 경우 상기 절연 조성물의 난연성이 불충분할 수 있는 반면, 약 200 중량부 초과인 경우 상기 절연 조성물의 유연성, 신장성, 압출성 등의 성형 가공성이 저하될 수 있다.
또한, 상기 멜라민 시아누레이트 등의 난연보조제의 함량은 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 약 10 내지 50 중량부일 수 있다. 상기 난연보조제의 함량이 약 10 중량부 미만인 경우 난연성이 불충분할 수 있는 반면, 약 50 중량부 초과인 경우 상기 멜라민 시아누레이트 등이 갖는 독성에 의해 인체에 유해할 수 있고 상기 절연 조성물의 유연성, 신장성, 압출성 등의 성형 가공성이 저하될 수 있을 뿐만 아니라 절연 조성물의 압출시 압출 부하가 증가함에 따라 분해되어 기포를 발생시켜 형성되는 절연층의 물성을 크게 저하시킬 수 있다.
나아가, 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 난연보조제로서 나노클레이의 함량은 1 내지 10 중량부일 수 있고, 상기 적인의 함량은 0.5 내지 5 중량부일 수 있다.
특히, 무기 첨가제로서 상기 난연제 및 상기 무기 충전재의 총 함량은 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 110 내지 230 중량부일 수 있다. 상기 무기 첨가제의 총 함량이 110 중량부 미만인 경우 절연층(20)의 난연성이 불충분하거나 케이블 제조비용이 증가하는 반면, 230 중량부를 초과하는 경우 절연 조성물의 압출시 과도한 압출 부하에 의해 상기 멜라민 시아누레이트 등의 난연보조제의 분해에 의한 기포 발생에 의해 상기 절연층(20)의 물성을 저하시키거나 이를 억제하기 위해 압출선속을 저감시키는 경우 수율 저하 및 이에 의한 케이블 제조비용 증가의 문제가 유발될 수 있다.
또한, 무기 첨가제로서 상기 난연제는 상기 무기 충전재보다 3 내지 6배 더 포함될 수 있다. 상기 난연제가 무기 충전재보다 3배 미만으로 포함되는 경우 절연 조성물의 난연성이 불충분한 반면, 상기 난연제가 무기 충전재보다 6배를 초과하여 포함되는 경우 과도한 난연제의 사용으로 케이블 제조비용이 증가할 뿐만 아니라, 상기 절연 조성물의 유연성, 신장성, 압출성 등의 성형 가공성이 저하될 수 있다.
본 발명에 따른 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 조성물은 가교제를 포함함으로써, 상기 절연층(20)은 가교 폴리올레핀(XLPO)으로 이루어질 수 있다. 상기 절연층(20)을 형성하는 가교 폴리올레핀(XLPO)의 가교 방식은 특별히 제한되지 않고, 예를 들어, 상기 절연층(20)의 압출성형과 동시에 고온고압 스팀관 내에서 연속적으로 단시간에 폴리올레핀을 가교하는 화학가교방식, 절연층의 압출성형 후 저온상압에서 장시간에 걸쳐서 폴리올레핀을 가교하는 수가교방식, 압출성형 후 별도의 전자조사에 의해 폴리올레핀을 가교하는 조사가교방식 등이 있다.
여기서, 상기 가교제는 상기 폴리올레핀의 가교방식에 따라 비닐트리메톡시실란, 3-(트리메톡시실릴)-프로필메타크릴레이트, 비닐트리에톡시실란, 비닐트리메톡시에톡시실란 등의 실란계 가교제, 또는 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 있고, 상기 폴리올레핀이 수가교에 의해 가교되는 경우 상기 가교제로서 실란계 가교제를 포함하고, 가교개시제로서 디큐밀퍼옥사이드 등의 유기과산화물 등을 추가로 포함할 수 있다.
특히, 상기 가교제가 비닐트리메톡시실란 등의 실란계 가교제인 경우 상기 베이스 수지는 상기 가교제와의 반응을 통해 비닐실란이 그라프트(graft)되고 응축 촉매의 존재하에 수분과 접촉 또는 수분에 노출됨으로써 가교될 수 있다. 따라서, 상기 절연 조성물은 상기 베이스 수지의 수가교를 위한 적절한 응축 촉매를 추가로 포함할 수 있다.
상기 응축 촉매는 디부틸틴 디라우레이트, 주석 옥토에이트, 주석 아세테이트, 납 나프테네이트, 아연 옥토에이트 등의 금속 카르복실레이트, 티타늄 에스테르 및 킬레이트, 테트라부틸 티타네이트 등의 유기 금속 화합물, 에틸아민, 헥실아민, 피페리딘 등의 유기염기, 또는 무기산, 지방산 등의 산을 포함할 수 있고, 상기 응축 촉매의 함량은 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 0.5 내지 5 중량부일 수 있다.
또한, 상기 가교제의 함량은 상기 베이스 수지의 가교 후 겔분율이 50 내지 95%가 되도록 선택될 수 있다. 상기 베이스 수지의 가교 후 겔분율이 50% 미만인 경우 가교도가 불충분하여 상기 절연 조성물의 내열성 등이 불충분할 수 있고, 인장강도, 신장율 등도 불충분할 수 있는 반면, 95% 초과인 경우 가교도가 과도하여 상기 절연 조성물의 압출시 조기 가교에 의한 스코치(scorch)가 발생할 수 있다. 상기 가교제의 함량은 예를 들어 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 2.0 내지 5.0 중량부로 포함될 수 있고, 상기 가교제가 비닐트리메톡시실란 등의 실란계 가교제인 경우 가교개시제로서 디큐밀퍼옥사이드 등의 함량은 0.4 내지 5 중량부일 수 있다.
종래 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 전선의 절연층에 적용되는 절연 조성물은 베이스 수지의 수가교를 위해 상기 베이스 수지에 비닐트리메톡시실란 등의 실란계 가교제에 의한 실란 작용기의 그라프트(graft)를 먼저 진행한 후, 난연제 등의 다른 첨가제를 컴파운딩하여 제조하는 2 step 공정으로 인해 수율이 저하되고 제조설비가 복잡한 문제가 있었으나, 본 발명에 따른 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 전선은 비닐트리메톡시실란 등의 가교제의 함량이 정밀하게 조절되어 첨가되는 동시에 컴파운딩 조건이 정밀하게 조절됨으로써 베이스 수지에 실란 작용기의 그라프트를 진행하는 공정과 난연제 등의 다른 첨가제를 컴파운딩하는 공정이 1 step 공정으로 진행되는 경우에도 목적한 충분한 가교도를 달성할 수 있고, 1 step 공정으로 수율이 향상되고 제조설비가 단순화됨에 따라 제조단가가 절감되는 우수한 효과를 나타낸다.
본 발명에 따른 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 조성물은 산화방지제, 내부활제, 가공안정제, 중금속 불활성화제, 발포제, 다작용성 모노머 등의 기타 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 여기서, 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 산화방지제의 함량은 0.1 내지 2 중량부, 액상 실리콘, 폴리에틸렌계 왁스 등의 상기 내부활제의 함량은 1 내지 10 중량부일 수 있고, 바람직하게는 상기 폴리에틸렌계 왁스의 함량은 1 내지 4 중량부일 수 있다.
특히, 상기 내부활제는 앞서 기술한 무기 첨가제로서 난연제, 무기 충전재 등의 첨가에 의한 절연 조성물의 압출시 압출 부하의 증가 및 이로 인한 절연층의 압출성, 기타 물성의 저하 문제나 압출선속 감소에 의한 수율 저하 등의 문제를 추가로 해결할 수 있다.
본 발명에 따른 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 전선에 있어서, 상기 절연층(20) 또는 절연 외층(30)을 형성하는 절연 조성물은 외부 활제 및 안료를 추가로 포함할 수 있다. 또한, 상기 절연 외층(30)을 형성하는 절연 조성물은 상기 절연층(20)을 형성하는 절연 조성물과 달리 앞서 기술한 멜라민 시아누레이트 등의 난연보조제, 탄산칼슘 등의 무기 충전재 등을 포함하지 않을 수 있고, 이는 상기 난연보조제는 상기 절연 외층(30)의 외관 불량을 유발할 수 있고, 상기 무기 충전재는 상기 난연보조제에 의한 외관 불량을 더욱 가중시킬 수 있기 때문이다.
구체적으로, 도 1a에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 전선이 절연층(20)만을 포함하고 별도의 절연 외층(30)을 포함하지 않는 경우, 상기 절연층(20)은 이의 표면으로부터 특정 두께, 예를 들어, 30 내지 500 ㎛에 상기 활제 및/또는 안료가 포함될 수 있다.
한편, 도 1b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 전선이 절연층(20) 및 이의 외곽에 배치된 별도의 절연 외층(30)을 포함하는 경우, 상기 절연 외층(30)에 상기 활제 및/또는 안료가 포함될 수 있다.
상기 절연 조성물로부터 형성되는 상기 절연층(20) 또는 상기 절연 외층(30)의 마찰계수를 저하시켜 이들을 포함하는 전선의 포설성을 향상시키는 외부활제, 이들에 원하는 색상을 부여하는 안료, 기타 첨가제 등은 통상 분말 또는 액체 상태이므로 직접 절연 조성물을 구성하는 베이스 수지와 혼합하여 사용하기 어려울 뿐만 아니라, 베이스 수지 내에서의 분산 불량으로 원하는 기능, 색상 등의 발현이 어렵다.
따라서, 이러한 문제를 해결하기 위해, 혼합되는 베이스 수지와 동일하거나 상이한 수지를 비히클의 주원료로 하여 이에 외부활제, 안료, 첨가제 등을 고농도로 농축하여 분산시켜 놓은 펠렛(pellet) 등의 모양의 원료인 마스터배치를 사용할 수 있다.
상기 외부활제는 지방산, 지방산 염, 지방산 아마이드, 실리콘계 활제, 왁스 등을 포함할 수 있고, 상기 절연층(20) 또는 상기 절연 외층(30)의 표면 마찰계수를 저하시키는 기능 이외에, 신율을 추가로 향상시켜 전선의 굴곡시 굴곡영역에서의 절연층(20) 또는 절연 외층(30)의 파손을 회피하거나 최소화하고, 나아가 상기 외부활제는 일반적으로 소수성이기 때문에 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 전선의 침수시 투수에 의한 절연파괴를 억제하는 기능을 추가로 수행한다.
상기 외부활제는 상기 절연층(20) 또는 상기 절연 외층(30)을 형성하는 절연 조성물에 마스터배치 형태로 첨가되거나 직접 첨가될 수 있다. 상기 활제가 마스터배치 형태로 첨가되는 경우 상기 마스터배치의 총 중량을 기준으로 40 내지 60 중량%로 상기 마스터배치에 포함될 수 있다. 상기 외부활제는 상기 절연층(20) 또는 상기 절연 외층(30)을 형성하는 절연 조성물의 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 1 내지 10 중량부, 바람직하게는 1 내지 5 중량부일 수 있다.
상기 외부활제의 함량이 1 중량부 미만인 경우 상기 절연층(20) 또는 상기 절연 외층(30)의 표면 마찰계수를 충분히 낮출 수 없고, 10 중량부 초과인 경우 전선의 단가가 향상될 뿐만 아니라 마찰력이 과도하게 감소하여 압출과정에서 외경 불균일을 초래할 수 있다.
또한, 상기 안료가 마스터배치 형태로 포함되는 경우 안료 마스터배치(CMB)는 펠렛(pellet), 플레이트(plate), 플레이크(flake) 등의 형상일 수 있고, 상기 안료 마스터배치의 총 중량을 기준으로 비히클을 제외한 안료의 농도는 20 내지 70 중량%일 수 있다.
상기 안료는 상기 절연층(20) 또는 상기 절연 외층(30)을 형성하는 절연 조성물의 베이스 수지 100 중량부 기준으로 1 내지 10 중량부, 바람직하게는 1 내지 5 중량부일 수 있다. 상기 안료의 함량이 1 중량부 미만인 경우 상기 절연층(20) 또는 상기 절연 외층(30)의 원하는 색상 구현이 어려울 수 있는 반면, 10 중량부 초과인 경우 전선의 난연성이 저하될 수 있다.
본 발명에 따른 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 전선은 단일의 절연층(20)만을 갖는 경우 상기 절연층(20)의 표면으로부터 특정 두께의 영역에, 그리고 절연층(20)과 절연 외층(30)을 모두 갖는 경우 상기 절연 외층(30)에 상기 외부활제 및 상기 안료가 포함되기 때문에, 상기 절연층(20) 또는 상기 절연 외층(30)의 표면 마찰계수를 현저히 저하시키는 이질적이고 예측불가한 효과를 나타냄으로써, 결과적으로 상기 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 전선의 포설성을 크게 향상시키는 기능을 수행하며, 전선의 원하는 색상 구현을 위한 안료의 함량을 최소화함으로써, 안료의 첨가에 의한 난연성 등 물성의 저하를 최소화할 수 있다.
본 발명에 따른 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 전선이 상기 절연층(20) 및 상기 절연 외층(30)의 2중 구조로 이루어지는 경우, 상기 절연층(20)과 상기 절연 외층(30)의 총 두께는 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 전선의 도체 규격에 따라 상이할 수 있고, 예를 들어, 약 0.7 내지 1.0 mm일 수 있고, 여기서, 상기 절연 외층(30)의 두께는 약 30 내지 500 ㎛일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 절연층(20)에서 상기 외부활제 및 상기 안료가 실질적으로 포함되는 두께 또는 상기 절연 외층(30)의 두께가 약 50 ㎛ 미만인 경우 상기 절연층(20)이 비쳐 목적한 상기 절연층의 색상을 구현하기 위해서 상기 안료를 과량 첨가해야 하고, 이로써 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 전선의 난연성이 저하될 수 있다. 반면, 상기 절연층(20)에서 상기 외부활제 및 상기 안료가 실질적으로 포함되는 두께 또는 상기 절연 외층(30)의 두께가 약 500 ㎛ 초과인 경우 역시 목적한 상기 절연층의 색상 및 물성을 구현하기 위해서 다량의 외부활제 및 안료를 첨가해야 하고 이로써 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 전선의 물성이 저하될 수 있다.
본 발명에 따른 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 전선에 있어서, 상기 절연층(20)의 외곽에 배치되는 절연 외층(30)을 형성하는 절연 조성물은, 상기 절연층(20)과 상기 절연 외층(30)의 긴밀한 접착력 확보 및 제조공정의 단순화 측면에서, 상기 절연층(20)을 형성하는 상기 절연 조성물과 동일한 베이스 수지, 난연제, 가교제, 기타 첨가제 등을 포함하고, 동일한 방식에 의해 가교되는 것이 바람직하다.
도 2는 본 발명에 따른 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 전선의 또 다른 실시예의 단면 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 전선의 절연층(20) 또는 절연 외층(30)은 하나 이상의 돌출부(31)를 가질 수 있다. 상기 돌출부(31)는 상기 절연층(20) 또는 절연 외층(30)과 포설 시공시 PVC 전선관 내벽과의 면접촉을 선접촉으로 변경시켜 상기 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 전선의 포설성을 추가로 개선할 수 있다.
상기 돌출부(31)의 갯수는 도 2a에 도시된 바와 같이 4개, 도 2b에 도시된 바와 같이 5개, 도 2c에 도시된 바와 같이 9개일 수 있고, 상기 돌출부(31)의 갯수 및 이들의 배치는 본 발명에 따른 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 전선의 규격과 포설시 작업조건 등에 따라 통상의 기술자에게 의해 적절히 선택될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 전선의 또 다른 실시예의 단면 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 전선은 복수, 예를 들어, 2개 또는 3개의 도체가 동시에 압출되어 이들의 절연층이 일체로 형성될 수 있다. 이러한 경우, 복수의 전선이 함께 포설되는 경우 인접한 전선 간의 마찰에 의해 포설성이 저하되는 문제를 해결할 수 있을 뿐만 아니라, 일체로 형성된 절연층(20) 또는 절연 외층(30)에도 하나 이상의 돌출부(31)가 배치되어 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 전선과 PVC 전선관 내벽과의 면접촉을 선접촉으로 변경시켜 상기 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 전선의 포설성을 추가로 개선할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 전선의 포설성을 평가하기 위한 가상의 포설 작업 환경을 개략적으로 도시한 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 가상의 포설 작업 환경은 모서리가 둥글게 처리되고 직각으로 굴곡된 굴곡부 6개를 갖고 상기 굴곡부를 갖는 형상에 의해 세로 길이가 1 m이고 가로 길이가 9 m이며 내경이 16 mm인 PVC 주름관으로 이루어져 있고, 상기 PVC 주름관 내에 삽입된 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 전선 시편 3가닥을 상기 PVC 주름관 일 말단의 수직 상방 45°방향에서 push-pull gauge를 이용하여 함께 당겨 인출시 요구되는 인장력을 5회 반복 측정하고 그 평균값을 산출함으로써 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 전선의 포설성을 평가할 수 있다. 상기 인장력은 바람직하게는 10 kgf 이하, 더욱 바람직하게는 5 kgf 이하일 수 있다.
[실시예]
1. 제조예
아래 표 1에 나타난 바와 같은 성분 및 배합비로 실시예에 따른 절연 조성물을 제조했다. 구체적으로, Internal mixer를 이용하여 절연 조성물을 제조하고, 실시예의 절연 내층 및 절연 외층을 각각 압출하고 50 내지 100℃의 수조에서 가교함으로써, 실시예에 따른 절연층 시편 및 2.5SQ의 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 전선 샘플을 제작했다. 아래 표 1에 기재된 함량의 단위는 중량부이다.
비교예1 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6 비교예2
수지1 30 30 40 40 40 40 40 40
수지2 40 20
수지3 60
수지4 60
수지5 60
수지6 30 50 60
수지7 60
수지8 60
난연제 160 160 160 160 160 160 160 160
가교제 2.9 2.9 2.9 2.9 2.9 2.9 2.9 2.9
- 수지 1 : 저밀도 폴리에틸렌(융점 : 110℃)
- 수지 2 : 저밀도 폴리에틸렌(융점 : 100℃)
- 수지 3 : 폴리올레핀 엘라스토머(융점 : 77℃)
- 수지 4 : 폴리올레핀 엘라스토머(융점 : 74℃)
- 수지 5 : 폴리올레핀 엘라스토머(융점 : 68℃)
- 수지 6 : 폴리올레핀 엘라스토머(융점 : 66℃)
- 수지 7 : 폴리올레핀 엘라스토머(융점 : 60℃)
- 수지 8 : 폴리올레핀 엘라스토머(융점 : 38℃)
- 난연제 : 실란 코팅된 수산화마그네슘
- 가교제 : 비닐트리메톡시실란
2. 물성 평가
실시예에 따른 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 전선 샘플에서 도체를 제거한 관형 절연 시편에 대하여 아래 물성 평가를 진행했다.
1) 가열변형 평가
규격 KS C 60811-2-1에 따라 길이가 약 70 mm이고 실시예에 따른 관상 절연 시편에 대해 약 200℃ 오븐에서 일정한 무게의 추를 달고 15분 후 늘어난 길이의 증가율을 측정함으로써 가열변형 특성을 평가했다. 여기서, 가열변형은 50% 이하여야 한다.
2) 상온 신율 평가
규격 KS C 60811-1-1에 따라 길이가 약 100 mm이고 실시예에 따른 관상 절연 시편을 23±5℃에서 인장 속도 250 mm/min로 인장시키는 경우 파단시 늘어난 길이에 대한 증가율을 측정함으로써 상온 신율을 평가했다. 여기서, 상온 신율은 125% 이상이어야 한다.
평가 결과는 아래 표 2에 나타난 바와 같다.
비교예1 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6 비교예2
신율(%) 115 130 130 193 175 152 177 260
가열변형(%) 17 19 23 28 14 26 33 53
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 절연 전선은 신율 및 이와 상충관계에 있는 내열성이 동시에 향상되어 목표값을 만족하는 것으로 확인되었다.
다만, 비교예 1은 절연층에서 융점이 90℃ 이상인 수지의 함량이 과도하여 신율이 크게 저하된 한편, 비교예 2는 절연층에서 융점이 50℃ 미만인 수지가 포함되어 가열변형 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 : 절연 외층

Claims (27)

  1. 비할로겐계 난연성 절연 조성물로서,
    베이스 수지로서 비할로겐계 수지 및 난연제를 포함하고,
    난연보조제 및 무기 충전재를 추가로 포함하며,
    상기 비할로겐계 수지는 융점(Tm)이 90 내지 170 ℃인 제1 폴리올레핀 수지 및 융점(Tm)이 50 내지 80 ℃인 제2 폴리올레핀 수지를 포함하고,
    상기 난연제의 함량은 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 100 내지 200 중량부이며,
    상기 절연 조성물로부터 형성된 절연 시편의 신율은 125% 이상인, 비할로겐계 난연성 절연 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 폴리올레핀 수지의 융점(Tm)이 50 내지 65 ℃인 것을 특징으로 하는, 비할로겐계 난연성 절연 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 폴리올레핀 수지와 상기 제2 폴리올레핀 수지의 융점(Tm) 차이가 20℃ 이상인 것을 특징으로 하는, 비할로겐계 난연성 절연 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 절연 조성물로부터 형성된 절연 시편의 신율은 125% 내지 250%인 것을 특징으로 하는, 비할로겐계 난연성 절연 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    규격 KS C 60811-2-1에 따라 상기 절연 조성물로부터 형성되고 길이가 70 mm인 관상 절연 시편에 대해 200℃ 오븐에서 일정한 무게의 추를 달고 15분 후 늘어난 길이의 비율인 가열변형이 50% 이하인 것을 특징으로 하는, 비할로겐계 난연성 절연 조성물.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 폴리올레핀 수지는 저밀도 폴리에틸렌 수지를 포함하고, 상기 제2 폴리올레핀 수지는 폴리올레핀 엘라스토머를 포함하는 것을 특징으로 하는, 비할로겐계 난연성 절연 조성물.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 폴리올레핀 수지와 상기 제2 폴리올레핀 수지의 배합비가 2:8 내지 6:4인 것을 특징으로 하는, 비할로겐계 난연성 절연 조성물.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비할로겐계 수지는, 변성 폴리올레핀 수지를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 비할로겐계 난연성 절연 조성물.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 변성 폴리올레핀 수지는, 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 변성 선형 저밀도 폴리에틸렌 수지(LLDPE) 5 내지 20 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 비할로겐계 난연성 절연 조성물.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 변성 선형 저밀도 폴리에틸렌 수지(LLDPE)는 말레산 무수물이 그라프트된(grafted) 선형 저밀도 폴리에틸렌 수지(MA-g-LLDPE)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 비할로겐계 난연성 절연 조성물.
  11. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 난연제 및 상기 무기 충전재를 포함하는 무기 첨가제의 총 함량이 110 내지 230 중량부인 것을 특징으로 하는, 비할로겐계 난연성 절연 조성물.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 난연제는 상기 무기 충전재 대비 3 내지 6배 더 포함되는 것을 특징으로 하는, 비할로겐계 난연성 절연 조성물.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 난연보조제는 멜라민 시아누레이트를 포함하고, 상기 무기 충전재는 탄산칼슘(CaCO3)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 비할로겐계 난연성 절연 조성물.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 난연보조제의 함량은 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 10 내지 50 중량부이며, 상기 무기 충전재의 함량은 상기 베이스 수지 100중량부를 기준으로 10 내지 50 중량부인 것을 특징으로 하는, 비할로겐계 난연성 절연 조성물.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 내부활제 1 내지 10 중량부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 비할로겐계 난연성 절연 조성물.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 내부활제는 폴리에틸렌계 왁스 1 내지 4 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 비할로겐계 난연성 절연 조성물.
  17. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 난연제는 비닐실란, 메타크릴릭 실란, 스테아린산, 올레인산, 아미노폴리실록산 및 티타네이트계 커플링제로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 표면개질제로 표면 처리된 수산화마그네슘(Mg(OH)2) 또는 수산화알루미늄(Al(OH)3)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 비할로겐계 난연성 절연 조성물.
  18. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 비닐트리메톡시실란, 3-(트리메톡시실릴)-프로필메타크릴레이트, 비닐트리에톡시실란 및 비닐트리메톡시에톡시실란으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 실란계 가교제 2.0 내지 5.0 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 비할로겐계 난연성 절연 조성물.
  19. 도체 및 상기 도체를 감싸고 제1항의 비할로겐계 난연성 절연 조성물로부터 형성된 절연층을 포함하는, 비할로겐계 난연성 절연 전선.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 절연층은 이의 표면으로부터의 두께가 30 내지 500 ㎛인 영역에 외부활제를 포함하는, 비할로겐계 난연성 절연 전선.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 절연층을 감싸는 절연 외층을 더 포함하고,
    상기 절연 외층은 베이스 수지로서 비할로겐계 수지 및 난연제를 포함하는 절연 조성물로부터 형성되는, 비할로겐계 난연성 절연 전선.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 절연 외층의 두께는 30 내지 500 ㎛이고 상기 절연 외층에 외부활제가 포함되는 것을 특징으로 하는, 비할로겐계 난연성 절연 전선.
  23. 제19항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비할로겐계 수지의 가교 후 겔분율이 50 내지 95%인 것을 특징으로 하는, 비할로겐계 난연성 절연 전선.
  24. 제20항 또는 제22항에 있어서,
    상기 외부활제는 지방산, 지방산 염, 지방산 아마이드, 실리콘계 활제 및 왁스로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 활제를 포함하고, 상기 활제의 함량은 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 1 내지 10 중량부인 것을 특징으로 하는, 비할로겐계 난연성 절연 전선.
  25. 제20항 또는 제21항에 있어서,
    상기 절연층의 표면으로부터의 두께가 30 내지 500 ㎛인 영역 또는 상기 절연 외층에는 상기 절연층 또는 상기 절연 외층을 형성하는 절연 조성물의 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 안료 1 내지 10 중량부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 비할로겐계 난연성 절연 전선.
  26. 제19항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도체의 탄성계수는 15,000 내지 21,000 MPa인 것을 특징으로 하는, 비할로겐계 난연성 절연 전선.
  27. 제19항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절연층 또는 상기 절연 외층은 하나 이상의 돌출부를 갖는 것을 특징으로 하는, 비할로겐계 난연성 절연 전선.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2021210945A1 (ko) * 2020-04-17 2021-10-21 엘에스전선 주식회사 절연 조성물 및 이로부터 형성된 절연층을 갖는 전력 케이블

Cited By (1)

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WO2021210945A1 (ko) * 2020-04-17 2021-10-21 엘에스전선 주식회사 절연 조성물 및 이로부터 형성된 절연층을 갖는 전력 케이블

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