KR20200104241A - 절연체 및 이를 포함하는 전력 케이블 - Google Patents

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KR20200104241A
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Abstract

본 발명은 절연체 및 이를 포함하는 전력 케이블에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 친환경적이고, 내열성 및 기계적 강도가 우수한 동시에, 이들 물성과 상충관계(trade-off)에 있는 유연성, 굴곡성, 내충격성, 내한성, 포설성, 작업성 등이 우수한 절연체 및 이를 포함하는 전력 케이블에 관한 것이다.

Description

절연체 및 이를 포함하는 전력 케이블{Insulator and power cable having the same}
본 발명은 절연체 및 이를 포함하는 전력 케이블에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 친환경적이고, 내열성 및 기계적 강도가 우수한 동시에, 이들 물성과 상충관계(trade-off)에 있는 유연성, 굴곡성, 내충격성, 내한성, 포설성, 작업성 등이 우수한 절연체 및 이를 포함하는 전력 케이블에 관한 것이다.
일반적인 전력 케이블은 도체와 이를 감싸고 절연체로 이루어진 절연층을 포함하고, 특히 고전압 또는 초고전압 전력 케이블의 경우 상기 도체와 절연층 사이에 내부 반도전층, 상기 절연층을 감싸는 외부 반도전층, 상기 외부 반도전층을 감싸는 쉬스층 등을 추가로 포함할 수 있다.
최근, 증가하는 전력 수요에 따라 고용량 케이블의 개발이 요구되고 있으며 이를 위해서는 기계적, 전기적 특성이 우수한 절연층을 제조하기 위한 절연체가 필요한 상황이 되었다.
종래 상기 절연체를 구성하는 기재 수지로서 폴리에틸렌, 에틸렌/프로필렌 탄성 공중합체(EPR), 에틸렌/프로필렌/디엔 공중합체(EPDM) 등의 폴리올레핀계 고분자를 가교시킨 것이 일반적으로 사용되어 왔다. 이러한 종래의 가교 수지는 심지어 고온하에서도 우수한 유연성 및 만족스런 전기적ㆍ기계적 강도 등을 유지하기 때문이다.
그러나, 절연체를 구성하는 기재 수지로 사용되어 온 상기 가교 폴리에틸렌(XLPE) 등은 가교 형태이기 때문에 상기 가교 폴리에틸렌 등의 수지로 제조된 절연층을 포함하는 케이블 등의 수명이 다하면 상기 절연층을 구성하는 수지의 재활용이 불가능하고 소각에 의해 폐기할 수밖에 없어 환경 친화적이지 않다.
또한, 쉬스층의 재료로서 폴리비닐클로라이드(PVC)를 사용하는 경우 이를 상기 절연 재료를 구성하는 가교 폴리에틸렌(XLPE) 등으로부터 분리하는 것이 곤란하여, 소각시 유독성 염소화 물질이 생성되는 등 환경 친화적이지 않은 단점이 있다.
한편, 비가교 형태의 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 또는 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)은 이로부터 제조된 절연층을 포함하는 케이블 등의 수명이 다하면 상기 절연층을 구성하는 수지의 재활용이 가능한 등 환경 친화적이나, 가교 형태의 폴리에틸렌(XLPE)에 비해 내열성이 열등하여 낮은 운전온도로 인해 그 용도가 매우 제한적인 단점이 있다.
한편, 고분자 자체의 용융점이 160℃ 이상으로 가교하지 않고도 내열성이 우수하여 환경 친화적인 폴리프로필렌 수지를 기재 수지로 사용하는 것을 고려해 볼 수 있다. 다만, 상기 폴리프로필렌 수지는 이의 높은 강성(rigidity)에 의한 불충분한 유연성, 굴곡성(flexibility) 등으로 인해, 이로부터 제조되는 절연층을 포함하는 케이블의 포설 작업시 작업성이 떨어지고 그 용도가 제한되는 문제가 있다.
따라서, 환경친화적이고 제조비용이 저렴할 뿐만 아니라, 내열성과 기계적 강도 및 이들과 상충관계(trade-off)에 있는 유연성, 굴곡성, 내충격성, 내한성, 포설성, 작업성 등을 동시에 만족시킬 수 있는 절연체 및 이를 포함하는 전력 케이블이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 환경친화적인 절연체 및 이를 포함하는 전력 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 내열성과 기계적 강도 및 이들과 상충관계(trade-off)에 있는 유연성, 굴곡성, 내충격성, 내한성, 포설성, 작업성 등을 동시에 만족시킬 수 있는 절연체 및 이를 포함하는 전력 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은,
절연체로서,
헤테로상 폴리프로필렌 수지를 포함하는 절연 조성물로부터 형성되고,
아래 수학식 1에서 정의된 피크분율의 가열 전/후 변화율인 아래 수학식 2의 피크분율 변화율이 -50 내지 50%인, 절연체를 제공한다.
[수학식 1]
피크분율 =
Figure pat00001
상기 수학식 1에서,
상기 결정성 부분의 파수에서의 흡수율 피크값은 상기 절연체에 대한 FT-IR 분석시 상기 절연체 내의 결정성 부분의 파수인 992~1002 cm-1에서의 흡수율의 피크값이고,
상기 무정형 부분의 파수에서의 흡수율 피크값은 상기 절연체에 대한 FT-IR 분석시 상기 절연체 내의 무정형 부분의 파수인 969~979 cm-1에서의 흡수율의 피크값이다.
[수학식 2]
피크분율 변화율(%) =
Figure pat00002
× 100
상기 상온 피크분율은 상기 절연체 시편에 대해 상온에서 측정한 피크분율이고,
상기 가열 후 피크분율은 상기 절연체 시편을 대류오븐 내에서 136℃로 10일동안 가열한 후 측정한 피크분율이다.
여기서, 상기 피크분율 변화율(%)은 -35 내지 35%인 것을 특징으로 하는, 절연체를 제공한다.
또한, 상기 피크분율 변화율(%)은 -20 내지 20%인 것을 특징으로 하는, 절연체를 제공한다.
그리고, 상기 절연체는 규격 ASTM D790에 따라 측정된 상온에서의 굴곡탄성율이 50 내지 1,200 MPa인 것을 특징으로 하는, 절연체를 제공한다.
한편, 상기 절연체는 KS C IEC 60811-501에 따라 측정된 인장강도의 가열 전/후 변화율인 아래 수학식 3의 인장강도 변화율이 -25 내지 25%인 것을 특징으로 하는, 절연체를 제공한다.
[수학식 3]
인장강도 변화율(%) =
Figure pat00003
× 100
상기 상온 인장강도는 상기 절연 시편에 대해 상온에서 측정한 인장강도이고,
상기 노화 인장강도는 상기 절연 시편을 대류오븐 등에서 136℃로 10일동안 가열한 후 측정한 인장강도이다.
여기서, 상기 인장강도 변화율이 -20 내지 20%인 것을 특징으로 하는, 절연체를 제공한다.
한편, 상기 절연체는 KS C IEC 60811-501에 따라 측정된 신율의 가열 전/후 변화율인 아래 수학식 4의 신율 변화율이 -25 내지 25%인 것을 특징으로 하는, 절연체를 제공한다.
[수학식 4]
신율 변화율(%) =
Figure pat00004
× 100
상기 상온 신율은 상기 절연 시편에 대해 상온에서 측정한 신율이고,
상기 노화 신율은 상기 절연 시편을 대류오븐 등에서 136℃로 10일동안 가열한 후 측정한 신율이다.
여기서, 상기 신율 변화율이 -20 내지 20%인 것을 특징으로 하는, 절연체를 제공한다.
한편, 상기 헤테로상 폴리프로필렌 수지는 결정상 폴리프로필렌 매트릭스 내에 고무상 프로필렌 공중합체가 분산된 것을 특징으로 하는, 절연체를 제공한다.
여기서, 상기 결정상 폴리프로필렌 매트릭스는 프로필렌 단독중합체나 프로필렌 공중합체 또는 이들 모두를 포함하는 것을 특징으로 하는, 절연체를 제공한다.
또한, 상기 고무상 프로필렌 공중합체는 에틸렌 및 1-부텐, 1-펜텐, 4-메틸-1-펜텐, 1-헥센, 1-헵텐, 1-옥텐 등의 C4-12 알파-올레핀으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 공단량체를 포함하는 것을 특징으로 하는, 절연체를 제공한다.
한편, 도체 및 상기 도체를 감싸는 절연층을 포함하는 전력 케이블로서, 상기 절연층은 상기 절연체를 포함하는, 전력 케이블을 제공한다.
본 발명에 따른 절연체는 비가교 프로필렌 중합체를 채택함으로써 환경 친화적이고, 상기 절연체로부터 형성된 절연층 시편에 대한 특정 피크분율의 변화율을 정밀하게 조절함으로써 내열성과 기계적 강도가 우수한 동시에 이와 상충관계에 유연성, 굴곡성, 내충격성, 내한성, 포설성, 작업성 등을 동시에 만족시킬 수 있는 우수한 효과를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 전력 케이블의 하나의 실시예에 관한 횡단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 도 1에 도시된 전력 케이블의 종단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 실시예 1의 절연체 시편에 대해 적외선 분광법으로 분석한 결과의 그래프를 도시한 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1 및 2는 본 발명에 따른 전력 케이블의 하나의 실시예에 관한 횡단면 및 종단면 구조를 각각 도시한 것이다.
도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전력 케이블은 구리, 알루미늄 등의 전도성 물질로 이루어진 도체(10)와 절연성 고분자 등으로 이루어진 절연층(30), 상기 도체(10)를 감싸고 상기 도체(10)와 상기 절연층(30) 사이의 공기층을 없애주며 국부적인 전계집중을 완화시켜 주는 등의 역할을 수행하는 내부 반도전층(20), 케이블의 차폐역할 및 절연층(30)에 균등한 전계가 걸리도록 하는 역할을 수행하는 외부 반도전층(40), 케이블 보호를 위한 시스층(50) 등을 포함할 수 있다.
상기 도체(10), 절연층(30), 반도전층(20,40), 쉬스층(50) 등의 규격은 케이블의 용도, 송전압 등에 따라 다양할 수 있으며, 상기 절연층(30), 반도전층(20,40), 쉬스층(50)을 구성하는 재료는 동일하거나 상이할 수 있다.
상기 도체(10)는 전력 케이블의 유연성, 굴곡성, 포설성, 작업성 등을 향상시키는 측면에서 복수개의 소선이 연합된 연선으로 이루어질 수 있고, 특히 복수개의 소선이 상기 도체(10)의 원주방향으로 배열됨으로써 형성된 복수개의 도체층을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 전력 케이블의 절연층(30)은 폴리프로필렌 공중합체, 예를 들어 2개 이상의 상, 구체적으로 결정상 및 고무상 수지를 포함하는 헤테로상 폴리프로필렌, 구체적으로 결정상 폴리프로필렌 매트릭스 내에 고무상 프로필렌 공중합체가 분산된 헤테로상 폴리프로필렌 수지를 포함하는 비가교 열가소성 수지를 포함하는 절연체로부터 형성될 수 있다.
여기서, 상기 결정상 폴리프로필렌 매트릭스는 프로필렌 단독중합체 및/또는 프로필렌 공중합체를 포함할 수 있고, 바람직하게는 프로필렌 단독중합체를 포함할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 프로필렌 단독중합체만을 포함할 수 있다. 상기 프로필렌 단독중합체는 단량체 총 중량을 기준으로 99 중량% 이상, 바람직하게는 99.5 중량% 이상의 프로필렌의 중합에 의해 형성되는 폴리프로필렌을 의미한다.
상기 결정상 폴리프로필렌 매트릭스는 통상적인 입체-특이 지글러-나타 촉매, 메탈로센 촉매, 구속 기하 촉매, 다른 유기금속 또는 배위 촉매하에서 중합될 수 있고, 바람직하게는 지글러-나타 촉매 또는 메탈로센 촉매하에서 중합될 수 있다. 여기서, 상기 메탈로센은 사이클로펜타디엔과 전이금속이 샌드위치 구조로 결합한 새로운 유기금속화합물인 비스(사이클로펜타이덴일)금속의 총칭으로, 가장 간단한 구조의 일반식은 M(C5H5)2(여기서, M은 Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, Ru, Zr, Hf 등)이다. 상기 메탈로센 촉매하에서 중합된 폴리프로필렌은 촉매 잔량이 약 200 내지 700 ppm으로 낮기 때문에, 상기 촉매 잔량에 의해 상기 폴리프로필렌을 포함하는 절연체의 전기적 특성이 저하되는 것을 억제하거나 최소화할 수 있다.
한편, 상기 결정상 폴리프로필렌 매트릭스 내에 분산된 고무상 프로필렌 공중합체는 실질적으로 무정형이다. 상기 고무상 프로필렌 공중합체는 에틸렌 및 1-부텐, 1-펜텐, 4-메틸-1-펜텐, 1-헥센, 1-헵텐, 1-옥텐 등의 C4-12 알파-올레핀으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 공단량체를 포함할 수 있다.
상기 고무상 프로필렌 공중합체는 단량체 프로필렌-에틸렌 고무(PER) 또는 프로필렌-에틸렌 디엔 고무(EPDM)일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 고무상 프로필렌 공중합체의 입자 크기는 마이크로 또는 나노 사이즈일 수 있다. 상기 고무상 프로필렌 공중합체의 이러한 입자 크기는 상기 결정상 폴리프로필렌 매트릭스 내에서의 상기 고무상 프로필렌 공중합체의 균일한 분산을 담보하고, 이를 포함하는 절연층의 충격 강도를 개선시킬 수 있다. 또한, 상기 입자 크기는 상기 입자에 의해 개시되는 균열의 위험 요인을 감소시키면서 이미 형성된 균열 또는 크랙을 중단시킬 가능성을 향상시킨다.
상기 헤테로상 폴리프로필렌 수지는 비가교 형태임에도 불구하고 자체적인 용융점이 높아 충분한 내열성을 발휘함으로써 연속 사용 온도가 향상된 전력 케이블을 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 비가교 형태이므로 재활용이 가능한 등 환경 친화적인 우수한 효과를 나타낸다. 반면, 종래의 가교 형태의 수지는 재활용이 어려워 친환경이지 않을 뿐만 아니라, 절연층(30) 형성시 가교 결합 또는 스코치(scorch)가 조기에 발생하면 균일한 생산 능력을 발휘할 수 없는 등 장기 압출성 저하를 야기할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 절연층(30)을 형성하는 절연체는 핵제(nucleating agent)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 핵제는 솔비톨(sorbitol)계 핵제일 수 있다. 즉, 상기 핵제는 솔비톨계 핵제로서 예를 들어 1,3:2,4-비스(3,4-디메틸디벤질리딘) 솔비톨(1,3:2,4-Bis(3,4-dimethyldibenzylidene) Sorbitol), 비스(p-메틸디벤질리딘) 솔비톨(Bis(p-methyldibenzulidene) Sorbitol), 치환된 디벤질리딘 솔비톨(Substituted Dibenzylidene Sorbitol), 이들의 혼합물일 수 있다.
상기 핵제는 케이블의 압출 공정에서 급냉하지 않아도 상기 비가교 열가소성 수지의 경화를 촉진함으로써 케이블의 생산성을 향상시킬 뿐만 아니라, 상기 비가교 열가소성 수지의 경화시 생성되는 결정의 크기를 작게, 바람직하게는 1 내지 10 ㎛로 제한함으로써, 제조되는 절연층의 전기적 특성을 향상시킬 수 있고, 나아가 상기 결정이 생성되는 결정화 사이트를 다수 개 형성시킴으로써 결정화도를 증가시켜 상기 절연층의 내열성, 기계적 강도 등도 동시에 향상시키는 우수한 효과를 발휘한다.
상기 핵제는 용융 온도가 높기 때문에 약 230℃의 높은 온도에서 사출 및 압출 가공을 해야 하며, 2 이상의 솔비톨계 핵제를 조합하여 사용하는 것이 바람직하다. 2 이상의 서로 다른 솔비톨계 핵제를 조합하여 사용하는 경우 낮은 온도에서도 핵제의 발현성이 높아질 수 있다.
상기 핵제는 상기 비가교 열가소성 수지 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 0.5 중량부로 포함될 수 있다. 상기 핵제의 함량이 0.1 중량부 미만인 경우 큰 결정 크기, 예를 들어, 10 ㎛를 초과하는 결정 크기 및 불균일한 결정 분포로 인해 상기 비가교 열가소성 수지 및 이를 포함하는 절연층의 내열성, 전기적ㆍ기계적 강도가 저하될 수 있는 반면, 상기 핵제의 함량이 0.5 중량부를 초과하는 경우 너무 작은 결정 크기, 예를 들어, 1 ㎛ 미만의 결정 크기로 인해 상기 결정과 상기 수지의 무정형 부분 사이의 표면 계면 면적의 증가로 상기 비가교 열가소성 수지 및 이를 포함하는 절연층의 교류절연파괴(AC dielectric breakdown; ACBD) 특성, 임펄스 (impulse) 특성 등이 저하될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 절연층(30)을 형성하는 절연체는 절연유를 추가로 포함할 수 있다.
상기 절연유는 광유, 합성유 등을 사용할 수 있다. 특히, 상기 절연유는 디벤질톨루엔, 알킬벤젠, 알킬디페닐에탄 같은 방향족 탄화수소 화합물로 이루어진 방향족계 오일, 파라핀계 탄화수소 화합물로 이루어진 파라핀계 오일, 나프텐계 탄화수소 화합물로 이루어진 나프텐계 오일, 실리콘유 등을 사용할 수 있다.
한편, 상기 절연유의 함량은 상기 비가교 열가소성 수지 100 중량부를 기준으로 1 내지 10 중량부, 바람직하게는 1 내지 7.5 중량부일 수 있고, 상기 절연유의 함량이 10 중량부 초과인 경우 도체(10) 상에 절연층(30)을 형성하는 압출 과정에서 상기 절연유가 용출되는 현상이 발생하여 케이블의 가공이 어려워지는 문제가 발생할 수 있다.
상기 절연유는 앞서 기술한 바와 같이 강성(rigidity)이 커서 유연성(flexibility)이 다소 낮은 폴리프로필렌 수지를 기재 수지로 하는 절연층(30)의 유연성, 굴곡성 등을 추가로 개선함으로써 케이블의 포설 작업을 용이하게 하는 동시에, 상기 폴리프로필렌 수지가 본질적으로 가지는 우수한 내열성, 기계적ㆍ전기적 특성을 유지 또는 개선시키는 탁월한 효과를 나타낸다. 특히, 상기 절연유는 상기 폴리프로필렌 수지가 메탈로센 촉매하에서 중합되는 경우 다소 좁은 분자량 분포에 의해 다소 저하된 가공성을 보충하는 우수한 효과를 나타낸다.
본 발명에 있어서, 상기 절연층(30)을 형성하는 절연체는 상온에서의 굴곡탄성율이 50 내지 1,200 MPa(규격 ASTM D790에 따라 측정됨), 바람직하게는 200 내지 1,000 MPa일 수 있다.
여기서, 규격 ASTM D790에 따라 측정한 굴곡탄성율은 직육면체 형상의 절연체 시편을 2개의 지지대 위에 놓고 상기 2개의 지지대 사이의 상기 절연체 시편의 중간 부분에 하중을 인가하면서 절연체 시편 표면에 파단이 발생하거나 5.0%의 변형이 일어나는 시점에 인가된 하중을 측정함으로써 측정할 수 있다. 또한, 상기 절연체 시편의 상온에서의 굴곡탄성율이 50 MPa 미만인 경우 상기 절연층(30)의 내열성, 기계적 특성 등이 불충분할 수 있는 반면, 1,200 MPa 초과인 경우 상기 절연층(30)의 유연성, 내한성, 포설성, 작업성 등이 크게 저하될 수 있다.
본 발명자들은 상기 절연체 시편을 가열 전/후 적외선 분광법(FT-IR)으로 분석한 결과 절연체 시편 내의 결정성 부분과 무정형 부분 각각을 나타내는 파수(wave number)에서의 흡수율의 피크값 비율인 피크분율(peak ratio)의 가열(aging) 전/후 변화율에 따라 상기 절연체 시편의 내열성, 기계적 특성, 유연성, 내한성, 포설성, 작업성 등이 변화하고, 특정 범위의 피크분율의 변화율을 만족하는 경우 우수한 내열성 및 기계적 특성, 그리고 이와 상충관계에 있는 우수한 유연성, 내한성, 포설성, 작업성 등의 물성이 동시에 달성됨을 실험적으로 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.
상기 절연체 시편 내의 결정성 부분과 무정형 부분 각각을 나타내는 파수(wave number)에서의 흡수율의 피크값 비율인 피크분율(peak ratio) 및 가열 전/후 피크분율 변화율은 절연체 시편을 채취할 절연층의 제조공정, 특히 수지의 단량체 종류 및 종류별 개수, 단량체 배열 및 구조, 수지의 중합촉매, 압출선속, 압출온도, 냉각온도, 냉각속도 등에 따라 조절이 가능하다.
상기 피크분율(peak ratio)은 아래 수학식 1로 정의될 수 있다.
[수학식 1]
피크분율 =
Figure pat00005
상기 수학식 1에서,
상기 결정성 부분의 파수에서의 흡수율 피크값은 상기 절연체에 대한 FT-IR 분석시 상기 절연체 내의 결정성 부분의 파수인 992~1002 cm-1에서의 흡수율의 피크값이고,
상기 무정형 부분의 파수에서의 흡수율 피크값은 상기 절연체에 대한 FT-IR 분석시 상기 절연체 내의 무정형 부분의 파수인 969~979 cm-1에서의 흡수율의 피크값이다.
여기서, 상기 파수(wave number)는 파동에 있어서 단위 길이당 변화하는 위상의 크기를 의미한다.
또한, 상기 절연체의 가열(aging) 전/후 상기 피크분율(peak raio)의 변화율은 아래 수학식 2로 정의될 수 있다.
[수학식 2]
피크분율 변화율(%) =
Figure pat00006
× 100
상기 상온 피크분율은 상기 절연체에 대해 상온에서 측정한 피크분율이고,
상기 가열 후 피크분율은 상기 절연체를 대류오븐 등에서 136℃로 10일동안 가열한 후 측정한 피크분율이다.
본 발명에 있어서, 상기 피크분율 변화율은 -50 내지 50%, 바람직하게는 -35 내지 35%, 더욱 바람직하게는 -20 내지 20%일 수 있다. 상기 피크분율 변화율이 -50% 미만 또는 50% 초과인 경우 상기 절연체에 대한 가열(aging)시 상기 절연체 내의 결정성 부분과 무정형 부분의 상호 이동이 과도하여 상태가 불안정하고, 결과적으로 우수한 내열성 및 기계적 특성, 그리고 이와 상충관계에 있는 우수한 유연성, 내한성, 포설성, 작업성 등의 물성이 동시에 달성하는 것이 불가능하다.
이로써, 본 발명에 따른 절연체는 이의 시편에 대해 규격 KS C IEC 60811-501에 따라 인장강도 및 신율을 각각 측정 시 상온에서의 인장강도는 1.275 kg/㎟ 이상, 신장율은 200% 이상이고, 상기 절연체 시편을 대류오븐 등에서 136℃로 10일동안 가열(aging)한 후 측정한 인장강도 및 신장율 변화율은 각각 -25 내지 25%, 바람직하게는 -20 내지 20%로 안정적인 내열성 및 기계적 특성을 보유할 수 있다.
[실시예]
상이한 단량체 비율 및 제조공정을 통해 제조되어 가열 전/후 피크분율 변화율이 상이한 절연체를 도체에 압출하여 케이블 시편 2개를 제조하고 각각의 케이블 시편의 절연층으로부터 두께 1mm의 절연체 시편을 채취하여 상온에서의 인장강도 및 신장율을 각각 측정한 후 상기 절연체 시편을 대류오븐 내에서 136℃로 10일동안 가열(aging)한 후 가열 후 인장강도 및 신장율을 각각 다시 측정했다. 여기서, 상기 절연체 시편은 고온에서 절연 조성물을 프레스 하여 두께 1mm로 시편을 제작하여 사용하는 것도 가능하다.
측정 결과는 아래 표 1 및 실시예 #1에 관한 도 3에 나타난 바와 같다.
실시예 #1 실시예 #2 실시예 #3 실시예 #4 비교예 #1 비교예
#2
피크분율 (상온) 0.78 0.73 0.63 0.56 0.42 0.48
피크분율 (가열후) 0.81 0.78 0.74 0.75 0.65 0.80
피크분율 변화율 [%] -3.85 -6.85 -17.46 -33.93 -54.76 -66.67
상온 인장강도 [Kgf/mm2] 2.76 2.49 1.88 1.97 2.43 2.12
신율 [%) 741.99 743.24 577.02 545.54 587.32 530.23
노화
(136 ℃ x 240h)		 인장강도 [Kgf/mm2] 2.73 2.25 1.92 2.37 3.07 2.78
신율 [%] 598.09 599.39 501.23 541.67 437.76 380.46
인장강도 변화율 [%] 1.09 9.64 -2.13 -20.30 -26.34 -31.13
신율 변화율 [%] 19.39 19.35 13.13 0.71 25.46 28.25
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 절연체 시편은 가열(aging) 전/후 피크분율 변화율이 낮아 안정된 상태를 보유하여 기계적 특성의 가열(aging) 전/후 변화율이 낮게 조절되어 내열성 및 기계적 특성 그리고 이와 상충관계에 있는 유연성, 내한성, 포설성, 작업성 등이 우수한 것으로 확인되었다.
반면, 가열 전/후 피크분율 변화율이 ±50%를 벗어나는 비교예 1 및 2의 절연체 시편은 불안정한 상태를 보유하여 내열성이 크게 저하되고, 기계적 특성이 불안정한 것으로 확인되었다.
본 명세서는 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 : 내부 반도전층
30 : 절연층 40 : 외부 반도전층
50 : 시스층

Claims (12)

  1. 절연체로서,
    헤테로상 폴리프로필렌 수지를 포함하는 절연 조성물로부터 형성되고,
    아래 수학식 1에서 정의된 피크분율의 가열 전/후 변화율인 아래 수학식 2의 피크분율 변화율이 -50 내지 50%인, 절연체.
    [수학식 1]
    피크분율 =
    Figure pat00007

    상기 수학식 1에서,
    상기 결정성 부분의 파수에서의 흡수율 피크값은 상기 절연체에 대한 FT-IR 분석시 상기 절연체 내의 결정성 부분의 파수인 992~1002 cm-1에서의 흡수율의 피크값이고,
    상기 무정형 부분의 파수에서의 흡수율 피크값은 상기 절연체에 대한 FT-IR 분석시 상기 절연체 내의 무정형 부분의 파수인 969~979 cm-1에서의 흡수율의 피크값이다.
    [수학식 2]
    피크분율 변화율(%) =
    Figure pat00008
    × 100
    상기 상온 피크분율은 상기 절연체 시편에 대해 상온에서 측정한 피크분율이고,
    상기 가열 후 피크분율은 상기 절연체 시편을 대류오븐 내에서 136℃로 10일동안 가열한 후 측정한 피크분율이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 피크분율 변화율(%)은 -35 내지 35%인 것을 특징으로 하는, 절연체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 피크분율 변화율(%)은 -20 내지 20%인 것을 특징으로 하는, 절연체.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절연체는 규격 ASTM D790에 따라 측정된 상온에서의 굴곡탄성율이 50 내지 1,200 MPa인 것을 특징으로 하는, 절연체.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절연체는 KS C IEC 60811-501에 따라 측정된 인장강도의 가열 전/후 변화율인 아래 수학식 3의 인장강도 변화율이 -25 내지 25%인 것을 특징으로 하는, 절연체.
    [수학식 3]
    인장강도 변화율(%) =
    Figure pat00009
    × 100
    상기 상온 인장강도는 상기 절연 시편에 대해 상온에서 측정한 인장강도이고,
    상기 노화 인장강도는 상기 절연 시편을 대류오븐 등에서 136℃로 10일동안 가열한 후 측정한 인장강도이다.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 인장강도 변화율이 -20 내지 20%인 것을 특징으로 하는, 절연체.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절연체는 KS C IEC 60811-501에 따라 측정된 신율의 가열 전/후 변화율인 아래 수학식 4의 신율 변화율이 -25 내지 25%인 것을 특징으로 하는, 절연체.
    [수학식 4]
    신율 변화율(%) =
    Figure pat00010
    × 100
    상기 상온 신율은 상기 절연 시편에 대해 상온에서 측정한 신율이고,
    상기 노화 신율은 상기 절연 시편을 대류오븐 등에서 136℃로 10일동안 가열한 후 측정한 신율이다.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 신율 변화율이 -20 내지 20%인 것을 특징으로 하는, 절연체.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 헤테로상 폴리프로필렌 수지는 결정상 폴리프로필렌 매트릭스 내에 고무상 프로필렌 공중합체가 분산된 것을 특징으로 하는, 절연체.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 결정상 폴리프로필렌 매트릭스는 프로필렌 단독중합체나 프로필렌 공중합체 또는 이들 모두를 포함하는 것을 특징으로 하는, 절연체.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 고무상 프로필렌 공중합체는 에틸렌 및 1-부텐, 1-펜텐, 4-메틸-1-펜텐, 1-헥센, 1-헵텐, 1-옥텐 등의 C4-12 알파-올레핀으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 공단량체를 포함하는 것을 특징으로 하는, 절연체.
  12. 도체 및 상기 도체를 감싸는 절연층을 포함하는 전력 케이블로서,
    상기 절연층은 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 절연체를 포함하는, 전력 케이블.
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