KR20210016279A - 개선된 열전도율을 갖는 전기 케이블 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 산화알루미늄, 수화된 산화알루미늄, 산화마그네슘, 산화아연, 및 이들의 혼합물로부터 선택된 적어도 하나의 무기 충전제, 및 적어도 하나의 폴리프로필렌계 열가소성 폴리머 재료를 포함하는 폴리머 조성물로부터 수득된 적어도 하나의 전기 절연층을 포함하는 케이블; 및 상기 케이블을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.

Description

개선된 열전도율을 갖는 전기 케이블{ELECTRIC CABLE WITH IMPROVED THERMAL CONDUCTIVITY}
본 발명은, 바람직하게는 산화알루미늄, 수화된 산화알루미늄, 산화마그네슘, 산화아연, 및 이들의 혼합물로부터 선택된 적어도 하나의 무기 충전제, 및 적어도 하나의 폴리프로필렌계 열가소성 폴리머 재료를 포함하는 폴리머 조성물로부터 수득된 적어도 하나의 전기 절연층을 포함하는 케이블; 및 상기 케이블을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
본 발명은 전적으로 그런 것은 아니지만 전형적으로, 육상, 수중, 또는 지상 송전 분야에서, 또는 그 밖의 항공술에서, 직류이든 교류이든 상관없이, 송전을 위해 의도된 전기 케이블에 적용되며, 특히 중압 전력 케이블(특히 6 내지 45~60 kV) 또는 고압 전력 케이블(특히 60 kV 초과, 그리고 최대 400 kV일 수 있음)에 적용된다.
본 발명은 특히 개선된 열전도율을 갖는 전기 케이블에 적용된다.
중압 또는 고압 송전 케이블은 바람직하게는 내부로부터 외부로,
- 특히 구리 또는 알루미늄으로 제조된 신장형 전기 전도성 요소;
- 상기 신장형 전기 전도성 요소를 둘러싸는 내부 반도체 층;
- 상기 내부 반도체 층을 둘러싸는 전기 절연층;
- 상기 절연층을 둘러싸는 외부 반도체 층;
- 선택적으로, 상기 외부 반도체 층을 둘러싸는 전기 차폐물; 및
- 선택적으로, 상기 전기 차폐물을 둘러싸는 전기 절연성 보호용 외장을 포함한다.
일반적으로, 전기 절연층은, 가교(crosslinked) 또는 비가교(non-crosslinked) 에틸렌 폴리머(즉, 에틸렌의 호모폴리머 또는 코폴리머)와 같은 적어도 하나의 폴리올레핀을 포함한다. 비가교 에틸렌 폴리머(예를 들어, 비가교 저밀도 폴리에틸렌 또는 비가교 LDPE)는 일반적으로, 70℃ 초과의 온도에서 사용될 수 없으므로, 70℃ 초과의 온도에서 전기 절연층의 임의의 과열을 방지하도록 하는 방식으로 전기 에너지를 수송하기 위해 케이블의 전기 용량을 감소시킨다. 대조적으로, 가교 에틸렌 폴리머(예를 들어, XLPE)는 최대 90℃의 온도까지 사용될 수 있다. 그러나, 이러한 폴리머는 용이하게 재생 가능하지 않으며, 균일한 층을 제조하기 위한 가교(가황) 공정은 제조 비용, 및/또는 제조 용량의 측면에서 제한적이다. 마지막으로, 때때로 가교는 압출기(스크류, 히터 밴드) 및/또는 압출기 헤드에서 조기에 시작될 수 있으므로, 분해된 XLPE 입자가 압출기에 형성되어("스코치(scorch)"로도 지칭됨), 이후에 케이블의 반도체 층 내로 또는 전기 절연층 내로 이동할 수 있고, 그곳에서 결함을 유발할 수 있다. 이 경우, 이러한 입자의 존재는 케이블의 최종 특성에 영향을 준다. 이러한 현상은 "스코치 현상"이라는 영문 명칭으로 알려져 있다.
일반적으로, 프로필렌 폴리머는 에틸렌 폴리머의 열전도율보다 약간 더 낮은 열전도율의 특성을 갖는다. 결과적으로, 이들의 사용은 주울(Joule) 효과에 의해 발생된 열의 제거를 감소시킬 수 있으므로, 신장형 전기 전도성 요소의 최대 허용 가능 온도에 따른 수송되는 에너지의 양을 감소시킬 수 있다.
이러한 문제를 극복하기 위해, 국제출원 WO 2018167442 A1은, 적어도 하나의 신장형 전기 전도성 요소; 및 카올린(kaolin) 또는 백악(chalk)과 같은 적어도 하나의 무기 충전제 및 적어도 하나의 폴리프로필렌계 열가소성 폴리머 재료를 포함하는 폴리머 조성물로부터 수득된 적어도 하나의 전기 절연층을 포함하는 전기 케이블을 기술한다. 그러나, 이와 같이 수득된 케이블의 기계적 특성은 최적화되지 않는다.
결과적으로, 본 발명의 목적은, 70℃ 초과의 온도에서 작동할 수 있고, 우수한 열전도율을 보장하면서, 특히 파단 연신율(elongation at break) 및 인장 강도 측면에서 개선된 기계적 특성을 갖는, 프로필렌 폴리머(들)를 기재로 하는 특히 중압 또는 고압 전기 케이블을 제안함으로써, 종래기술의 단점을 극복하는 것이다.
이러한 목적은 아래에 설명될 본 발명에 의해 달성된다.
본 발명의 제1 대상은, 적어도 하나의 신장형 전기 전도성 요소; 및 적어도 하나의 폴리프로필렌계 열가소성 폴리머 재료 및 적어도 하나의 무기 충전제를 포함하는 폴리머 조성물로부터 수득된 적어도 하나의 전기 절연층을 포함하는 전기 케이블로서, 무기 충전제는 특히 수화된 여부와 관계없이 금속 산화물이고, 상기 무기 충전제는 바람직하게는, 산화알루미늄, 수화된 산화알루미늄, 산화마그네슘, 산화아연, 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 것을 특징으로 한다.
폴리프로필렌계 열가소성 폴리머 재료를 본 발명에 정의된 바와 같은 무기 충전제와 조합함으로써, 우수한 열전도율 또는 심지어 더 우수한 열전도율을 보장하면서, 특히 파단 연신율 및 인장 강도 측면에서 개선된 기계적 특성을 갖는 전기 절연층을 수득할 수 있다.
무기 충전제의 혼합물은 바람직하게는 2개 또는 3개의 상기 무기 충전제의 혼합물이다.
본 발명에서, 일반적으로 "알루미나"로도 알려진 산화알루미늄은 화학식 Al2O3의 화합물이다.
수화된 산화알루미늄 또는 수화된 알루미나는 산화알루미늄 일수화물 또는 다수화물일 수 있으며, 바람직하게는 일수화물 또는 삼수화물일 수 있다.
산화알루미늄 일수화물의 실시예로서, AlO(OH) 또는 Al2O3.H2O의 감마 다형체(gamma polymorph)인 베마이트(boehmite); 또는 AlO(OH) 또는 Al2O3.H2O의 알파 다형체인 다이어스포어(diaspore)를 언급할 수 있다.
산화알루미늄 다수화물, 및 바람직하게는 삼수화물의 실시예로서, Al(OH)3의 감마 다형체인 깁사이트(gibbsite) 또는 히드라질라이트(hydrargillite); Al(OH)3의 알파 다형체인 바이어라이트(bayerite); 또는 Al(OH)3의 베타 다형체인 노르스트랜다이트(nordstrandite)를 언급할 수 있다.
수화된 산화알루미늄은 "산화알루미늄 수산화물" 또는 "알루미나 수산화물"이라는 명칭으로도 잘 알려져 있다.
산화알루미늄이 무기 충전제로서 바람직하다.
산화알루미늄(또는 산화마그네슘)은 특히, 소성 산화알루미늄(또는 각각, 소성 산화마그네슘)이다.
본 발명에서, 무기 충전제는 폴리머 조성물의 총 중량을 기준으로, 적어도 약 1 중량%, 바람직하게는 적어도 약 2 중량%, 특히 바람직하게는 적어도 약 5 중량%, 그리고 특히 보다 바람직하게는 적어도 약 10 중량%를 나타낼 수 있다.
무기 충전제는 폴리머 조성물의 총 중량을 기준으로, 바람직하게는 약 40 중량% 이하, 특히 바람직하게는 약 30 중량% 이하, 그리고 특히 보다 바람직하게는 약 25 중량% 이하를 나타낸다.
무기 충전제는 약 0.01 내지 6 ㎛, 바람직하게는 약 0.05 내지 2 ㎛, 특히 바람직하게는 약 0.075 내지 1.5 ㎛, 그리고 특히 보다 바람직하게는 약 0.1 내지 1.1 ㎛의 크기 범위의 입자의 형태일 수 있다.
본 발명에 따른 무기 충전제의 다수의 입자를 고려할 때, "크기"라는 용어는 주어진 집단의 입자 세트의 수평균(number-average) 크기를 의미하며, 이러한 크기는 당업자에게 잘 알려진 방법에 의해 통상적으로 결정된다.
본 발명에 따른 입자 또는 입자들의 크기는 예를 들어, 현미경 검사에 의해 결정될 수 있으며, 특히 주사 전자 현미경(SEM) 또는 투과 전자 현미경(TEM)에 의해 결정될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따라, 무기 충전제는, 약 0.01 내지 0.50 ㎛, 그리고 바람직하게는 약 0.05 내지 0.25 ㎛의 크기 범위의 입자; 및 약 0.60 내지 2 ㎛, 그리고 바람직하게는 약 0.75 내지 1.5 ㎛의 크기 범위의 입자의 혼합물을 포함할 수 있다.
무기 충전제는 "처리(treated)" 또는 "미처리(untreated)"일 수 있으며, 바람직하게는 "처리"이다.
"처리 무기 충전제"는, 표면 처리를 수행한 무기 충전제, 또는 달리 말하면, 표면 처리 무기 충전제를 의미한다. 상기 표면 처리는 특히, 무기 충전제의 표면 특성이 변경될 수 있게 함으로써, 예를 들어, 열가소성 폴리머 재료와 무기 충전제의 상용성(compatibility)을 개선할 수 있다.
바람직한 실시형태에서, 본 발명의 무기 충전제는 실란화(silanized)일 수 있거나, 달리 말하면, 실란화 무기 충전제를 수득하도록 처리될 수 있다.
실란화 무기 충전제를 수득하기 위해 사용되는 표면 처리는 특히, (커플링제와 함께 또는 커플링제 없이) 적어도 하나의 실란 화합물로부터 출발하는 표면 처리로서, 이러한 유형의 표면 처리는 당업자에게 잘 알려져 있다.
따라서, 본 발명의 실란화 무기 충전제는 이의 표면 상에 실록산기 및/또는 실란기를 포함할 수 있다. 상기 기는 비닐실란, 알킬실란, 에폭시실란, 메타크릴옥시실란, 아크릴옥시실란, 아미노실란 또는 메르캅토실란 유형일 수 있다.
실란화 무기 충전제를 수득하기 위해 사용되는 실란 화합물은,
- 예를 들어, 옥타데실트리메톡시실란 (OdTMS - C18), 옥틸(트리에톡시)실란 (OTES - C8), 메틸 트리메톡시실란, 헥사데실 트리메톡시실란과 같은, 알킬트리메톡시실란 또는 알킬트리에톡시실란;
- 비닐트리메톡시실란 또는 비닐트리에톡시실란;
- 예를 들어, 3-메타크릴옥시프로필 메틸디메톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필 트리메톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필 트리메톡시실란, 3-아크릴옥시프로필 트리메톡시실란과 같은, 메타크릴옥시실란 또는 아크릴옥시실란; 및
- 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있다.
무기 충전제는 BET 방법에 의해, 약 1 내지 20 g/cm2, 그리고 바람직하게는 약 7.5 내지 17 g/cm2의 비표면적을 가질 수 있다.
본 발명에서, 무기 충전제의 비표면적은 DIN 9277 표준(2010년)에 따라 용이하게 결정될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따라, 무기 충전제는, 약 2 내지 9 g/cm2의 비표면적의 입자와 약 10 내지 17 g/cm2의 비표면적의 입자의 혼합물을 포함할 수 있다.
폴리프로필렌계 열가소성 폴리머 재료는 프로필렌 호모폴리머 또는 코폴리머(P1)를 포함할 수 있고, 바람직하게는 프로필렌 코폴리머(P1)를 포함할 수 있다.
프로필렌 호모폴리머(P1)는 바람직하게는 약 1250 내지 1600 MPa의 탄성률을 갖는다.
프로필렌 호모폴리머(P1)는 폴리프로필렌계 열가소성 폴리머 재료의 총 중량을 기준으로, 적어도 10 중량%를 나타낼 수 있고, 바람직하게는 15 내지 30 중량%를 나타낼 수 있다.
프로필렌 코폴리머(P1)의 실시예로서, 프로필렌과 올레핀의 코폴리머를 언급할 수 있으며, 올레핀은 특히, 프로필렌과 상이한 α1 올레핀 및 에틸렌으로부터 선택된다.
프로필렌과 올레핀의 코폴리머의 프로필렌과 상이한 α1 올레핀 또는 에틸렌은 프로필렌과 올레핀의 코폴리머의 총 몰 수를 기준으로, 바람직하게는 약 15 몰% 이하를 나타내고, 특히 바람직하게는 약 10 몰% 이하를 나타낸다.
프로필렌과 상이한 α1 올레핀은 화학식 CH2=CH-R1에 해당할 수 있으며(여기서, R1은 2개 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 선형 또는 분지형 알킬기임), 특히 이하의 올레핀으로부터 선택된다: 1-부텐, 1-펜텐, 4-메틸-1-펜텐, 1-헥센, 1-옥텐, 1-데센, 1-도데센, 및 이들의 혼합물.
프로필렌 코폴리머(P1)로서, 프로필렌과 에틸렌의 코폴리머가 바람직하다.
프로필렌 코폴리머(P1)는 랜덤 프로필렌 코폴리머 또는 이종상(heterophase) 프로필렌 코폴리머일 수 있으며, 바람직하게는 이종상 프로필렌 코폴리머이다.
본 발명에서, 랜덤 프로필렌 코폴리머(P1)는 바람직하게는 약 600 내지 1200 MPa의 탄성률을 갖는다.
랜덤 프로필렌 코폴리머(P1)의 일 실시예로서, 참조물 Bormed® RB 845 MO로 Borealis 사에 의해 시판되는 것을 언급할 수 있다.
이종상 프로필렌 코폴리머(P1)는 프로필렌 유형의 열가소성 상, 및 에틸렌/α2 올레핀 코폴리머 유형의 열가소성 엘라스토머 상을 포함할 수 있다.
이종상 프로필렌 코폴리머(P1)의 열가소성 엘라스토머 상의 α2 올레핀은 프로필렌일 수 있다.
이종상 프로필렌 코폴리머(P1)의 열가소성 엘라스토머 상은 이종상 프로필렌 코폴리머(P1)의 총 중량을 기준으로, 적어도 약 20 중량%를 나타낼 수 있고, 바람직하게는 적어도 약 45 중량%를 나타낼 수 있다.
이종상 프로필렌 코폴리머(P1)는 바람직하게는 약 50 내지 1200 MPa의 탄성률을 가지며, 특히 바람직하게는, 약 50 내지 550 MPa, 그리고 특히 보다 바람직하게는 약 50 내지 300 MPa의 탄성률; 또는 약 600 내지 1200 MPa의 탄성률을 갖는다.
이종상 프로필렌 코폴리머의 실시예로서, 참조물 Adflex® Q 200 F로 LyondellBasell 사에 의해 시판되는 이종상 프로필렌 코폴리머, 또는 참조물 EP®2967로 LyondellBasell 사에 의해 시판되는 이종상 코폴리머를 언급할 수 있다.
프로필렌 호모폴리머 또는 코폴리머(P1)는 약 110℃ 초과, 바람직하게는 약 130℃ 초과, 특히 바람직하게는 약 140℃ 초과, 그리고 특히 보다 바람직하게는 약 140 내지 170℃의 용융점을 가질 수 있다.
프로필렌 호모폴리머 또는 코폴리머(P1)는 약 20 내지 100 J/g의 융해 엔탈피를 가질 수 있다.
프로필렌 호모폴리머(P1)는 약 80 내지 90 J/g의 융해 엔탈피를 가질 수 있다.
랜덤 프로필렌 코폴리머(P1)는 약 40 내지 80 J/g의 융해 엔탈피를 가질 수 있다.
이종상 프로필렌 코폴리머(P1)는 약 20 내지 50 J/g의 융해 엔탈피를 가질 수 있다.
프로필렌 호모폴리머 또는 코폴리머(P1)는 ASTM D1238-00 표준에 따라 약 2.16 kg의 하중으로 약 230℃에서 측정된, 0.5 내지 3 g/10분의 용융 흐름 지수를 가질 수 있다.
랜덤 프로필렌 코폴리머(P1)는 ASTM D1238-00 표준에 따라 약 2.16 kg의 하중으로 약 230℃에서 측정된, 1.2 내지 2.5 g/10분, 그리고 바람직하게는 1.5 내지 2.5 g/10분의 용융 흐름 지수를 가질 수 있다.
이종상 프로필렌 코폴리머(P1)는 ASTM D1238-00 표준에 따라 약 2.16 kg의 하중으로 약 230℃에서 측정된, 0.5 내지 1.5 g/10분, 그리고 바람직하게는 약 0.5 내지 1.4 g/10분의 용융 흐름 지수를 가질 수 있다.
폴리프로필렌계 열가소성 폴리머 재료는 다수의 상이한 프로필렌 코폴리머(P1)를 포함할 수 있으며, 특히 2개의 상이한 프로필렌 코폴리머(P1)를 포함할 수 있고, 상기 프로필렌 코폴리머(P1)는 위에서 정의된 바와 같다.
특히, 폴리프로필렌계 열가소성 폴리머 재료는, (제1 프로필렌 코폴리머(P1)로서) 랜덤 프로필렌 코폴리머 및 (제2 프로필렌 코폴리머(P1)로서) 이종상 프로필렌 코폴리머를 포함할 수 있거나, 2개의 상이한 이종상 프로필렌 코폴리머를 포함할 수 있다.
폴리프로필렌계 열가소성 폴리머 재료가 랜덤 프로필렌 코폴리머 및 이종상 프로필렌 코폴리머를 포함하는 경우, 상기 이종상 프로필렌 코폴리머는 바람직하게는 약 50 내지 300 MPa의 탄성률을 갖는다.
본 발명의 일 실시형태에 따라, 2개의 이종상 프로필렌 코폴리머는 상이한 탄성률을 갖는다. 바람직하게는, 폴리프로필렌계 열가소성 폴리머 재료는, 약 50 내지 550 MPa, 그리고 특히 바람직하게는 약 50 내지 300 MPa의 탄성률을 갖는 제1 이종상 프로필렌 코폴리머; 및 약 600 내지 1200 MPa의 탄성률을 갖는 제2 이종상 프로필렌 코폴리머를 포함한다.
유리하게는, 제1 및 제2 이종상 프로필렌 코폴리머는 본 발명에 정의된 바와 같은 용융 흐름 지수를 갖는다.
프로필렌 코폴리머(P1)의 이러한 조합물은 유리하게는 폴리머 층의 기계적 특성을 개선할 수 있게 할 수 있다. 특히, 조합물은 특히 파단 연신율 및 가요성 측면에서, 폴리머 층의 최적화된 기계적 특성을 달성할 수 있게 하거나/달성할 수 있게 하고; 더 균일한 폴리머 층을 형성할 수 있게 하며, 특히 상기 폴리머 층의 폴리프로필렌계 열가소성 폴리머 재료에서 유전성 액체의 분산을 촉진한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따라, 프로필렌 코폴리머(P1) 또는 프로필렌 코폴리머들(P1)은 이들이 여러 개가 존재하는 경우, 폴리프로필렌계 열가소성 폴리머 재료의 총 중량을 기준으로, 적어도 약 50 중량%, 바람직하게는 약 55 내지 90 중량%, 그리고 특히 바람직하게는 약 60 내지 90 중량%를 나타낸다.
랜덤 프로필렌 코폴리머(P1)는 폴리프로필렌계 열가소성 폴리머 재료의 총 중량을 기준으로, 적어도 20 중량%를 나타낼 수 있고, 바람직하게는 30 내지 70 중량%를 나타낼 수 있다.
이종상 프로필렌 코폴리머(P1) 또는 이종상 프로필렌 코폴리머들(P1)은 이들이 여러 개가 존재하는 경우, 폴리프로필렌계 열가소성 폴리머 재료의 총 중량을 기준으로, 약 5 내지 95 중량%, 바람직하게는 약 50 내지 90 중량%, 그리고 특히 바람직하게는 약 60 내지 80 중량%를 나타낼 수 있다.
폴리프로필렌계 열가소성 폴리머 재료는 올레핀 호모폴리머 또는 코폴리머(P2)를 더 포함할 수 있다.
상기 올레핀 호모폴리머 또는 코폴리머(P2)는 바람직하게는 상기 프로필렌 호모폴리머 또는 코폴리머(P1)와 상이하다.
올레핀 코폴리머(P2)의 올레핀은, 화학식 CH2=CH-R2에 해당하는 α3 올레핀 및 에틸렌으로부터 선택될 수 있으며, 여기서 R2는 1개 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 선형 또는 분지형 알킬기이다.
바람직하게는, α3 올레핀은 다음의 올레핀으로부터 선택된다: 프로필렌, 1-부텐, 이소부틸렌, 1-펜텐, 4-메틸-1-펜텐, 1-헥센, 1-옥텐, 1-데센, 1-도데센, 및 이들의 혼합물.
프로필렌, 1-헥센 또는 1-옥텐 유형의 α3 올레핀이 특히 바람직하다.
폴리머들(P1 및 P2)의 조합물은 특히 탄성률 측면에서 우수한 기계적 특성, 및 전기적 특성을 갖는 열가소성 폴리머 재료를 수득할 수 있게 한다.
올레핀 호모폴리머 또는 코폴리머(P2)는 바람직하게는 에틸렌 폴리머이다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따라, 에틸렌 폴리머는 저밀도 폴리에틸렌, 저밀도 선형 폴리에틸렌, 중밀도 폴리에틸렌, 또는 고밀도 폴리에틸렌이며, 바람직하게는 고밀도 폴리에틸렌이고; 특히 (23℃의 온도에서) ISO 1183A 표준에 따른다.
에틸렌 폴리머는 바람직하게는 적어도 400 MPa, 그리고 특히 바람직하게는 적어도 500 MPa의 탄성률을 갖는다.
본 발명에서, 폴리머의 탄성률 또는 영률("인장 탄성률"이란 영문 명칭으로 알려짐)은 당업자에게 잘 알려져 있으며, ISO 527-1, 527-2 표준(2012년)에 따라 용이하게 결정될 수 있다. ISO 527 표준은 "ISO 527-1"로 지정된 제1 부분, 그리고 ISO 527 표준의 제1 부분의 통칙에 관한 테스트 조건을 명시하는 "ISO 527-2"로 지정된 제2 부분을 갖는다.
본 발명에서, "저밀도"란 표현은 약 0.91 내지 0.925 g/cm3의 밀도를 가짐을 의미하며, 상기 밀도는 (23℃의 온도에서) ISO 1183A 표준에 따라 측정된다.
본 발명에서, "중밀도"란 표현은 약 0.926 내지 0.940 g/cm3의 밀도를 가짐을 의미하며, 상기 밀도는 (23℃의 온도에서) ISO 1183A 표준에 따라 측정된다.
본 발명에서, "고밀도"란 표현은 0.941 내지 0.965 g/cm3의 밀도를 가짐을 의미하며, 상기 밀도는 (23℃의 온도에서) ISO 1183A 표준에 따라 측정된다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따라, 올레핀 호모폴리머 또는 코폴리머(P2)는 폴리프로필렌계 열가소성 폴리머 재료의 총 중량을 기준으로, 약 5 내지 50 중량%, 그리고 특히 바람직하게는 약 10 내지 40 중량%를 나타낸다.
본 발명의 특히 바람직한 실시형태에 따라, 폴리프로필렌계 열가소성 폴리머 재료는, 랜덤 프로필렌 코폴리머 및 이종상 프로필렌 코폴리머, 또는 2개의 상이한 이종상 프로필렌 코폴리머와 같은, 2개의 프로필렌 코폴리머(P1); 및 에틸렌 폴리머와 같은 올레핀 호모폴리머 또는 코폴리머(P2)를 포함한다. 프로필렌 코폴리머(P1)와 올레핀 호모폴리머 또는 코폴리머(P2)의 이러한 조합물은 우수한 열전도율을 보장하면서, 폴리머 층의 기계적 특성을 추가로 개선할 수 있는 가능성을 제공한다.
본 발명의 케이블의 전기 절연층의 폴리머 조성물의 열가소성 폴리머 재료는 바람직하게는 이종상이다(즉, 다수의 상을 포함함). 다수의 상의 존재는 일반적으로, 상이한 프로필렌 폴리머들의 혼합물, 또는 프로필렌 폴리머와 에틸렌 폴리머의 혼합물과 같은, 2개의 상이한 폴리올레핀을 혼합하는 것으로부터 기인한다.
본 발명의 폴리머 조성물은, 특히 열가소성 폴리머 재료와 밀접하게 결합된 혼합물을 형성하는 유전성 액체를 더 포함할 수 있다.
유전성 액체는 무기 충전제/폴리프로필렌계 열가소성 폴리머 재료의 계면을 개선한다. 유전성 액체의 존재는 폴리머 조성물로부터 수득된 층의 더 우수한 유전체 특성(즉, 더 우수한 전기 절연), 및 특히 더 우수한 유전체 강도를 달성할 수 있게 한다. 이는 또한 상기 층의 기계적 특성 및/또는 내노화성을 개선할 수 있게 할 수 있다.
유전성 액체의 실시예로서, 미네랄 오일(예를 들어, 나프텐계 오일, 파라핀계 오일 또는 방향족 오일), 식물성 오일(예를 들어, 대두유, 아마인유, 평지유, 옥수수유 또는 피마자유), 또는 방향족 탄화수소(알킬벤젠, 알킬나프탈렌, 알킬비페닐, 알키디아릴에틸렌(alkydiarylethylenes) 등), 실리콘 오일, 에테르 산화물, 유기 에스테르 또는 지방족 탄화수소와 같은 합성 오일, 또는 이들의 혼합물을 언급할 수 있다.
유전성 액체는 바람직하게는 적어도 하나의 미네랄 오일을 포함한다.
특정 실시형태에 따라, 유전성 액체는 폴리프로필렌계 열가소성 폴리머 재료의 총 중량을 기준으로, 약 1 내지 20 중량%, 바람직하게는 약 2 내지 15 중량%, 그리고 특히 바람직하게는 약 3 내지 12 중량%를 나타낸다.
유전성 액체는 유전성 액체의 총 중량을 기준으로, 적어도 약 70 중량%의 미네랄 오일을 포함할 수 있고, 바람직하게는 적어도 약 80 중량%의 미네랄 오일을 포함할 수 있다.
미네랄 오일은 대체로 약 20 내지 25℃의 액체이다.
미네랄 오일은 바람직하게는 나프텐계 오일 및 파라핀계 오일로부터 선택된다.
미네랄 오일은 석유 원유의 정제로부터 수득된다.
본 발명의 특히 바람직한 실시형태에 따라, 미네랄 오일은 약 45 내지 65 원자%의 파라핀계 탄소(cP)의 함량, 약 35 내지 55 원자%의 나프텐계 탄소(nC)의 함량, 및 약 0.5 내지 10 원자%의 방향족 탄소(aC)의 함량을 포함한다.
유리하게는, 유전성 액체는 특히 본 발명에 정의된 바와 같은 미네랄 오일, 및 벤조페논, 아세토페논 또는 이들의 유도체 유형의 적어도 하나의 극성 화합물을 포함한다.
특정 실시형태에서, 벤조페논, 아세토페논 또는 이들의 유도체 유형의 극성 화합물은 유전성 액체의 총 중량을 기준으로, 적어도 약 2.5 중량%, 바람직하게는 적어도 약 3.5 중량%, 및 특히 바람직하게는 적어도 약 4 중량%를 나타낸다.
유전성 액체는 유전성 액체의 총 중량을 기준으로, 약 30 중량% 이하, 바람직하게는 약 20 중량% 이하, 그리고 더욱 더 바람직하게는 약 15 중량% 이하의, 벤조페논, 아세토페논 또는 이들의 유도체 유형의 극성 화합물을 포함할 수 있다. 이러한 최대량은 전기 절연층 외부로의 유전성 액체의 이동을 방지할 수 있게 할 뿐만 아니라, 적당한 또는 심지어 낮은(예를 들어, 약 10-3 미만) 유전체 손실을 보장할 수 있게 한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따라, 벤조페논, 아세토페논 또는 이들의 유도체 유형의 극성 화합물은 벤조페논, 디벤조수베론, 플루오렌온 및 안트론으로부터 선택된다. 벤조페논이 특히 바람직하다.
폴리프로필렌계 열가소성 폴리머 재료는 하나 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
첨가제는 당업자에게 잘 알려져 있으며, 윤활제, 상용화제, 또는 커플링제, 산화방지제, UV-방지제, 구리-방지제, 수트리 방지제, 안료, 및 이들의 혼합물과 같은, 도포에 적합한 작용제로부터 선택될 수 있다.
전형적으로, 폴리프로필렌계 열가소성 폴리머 재료는 폴리프로필렌계 열가소성 폴리머 재료의 총 중량을 기준으로, 약 0.01 내지 5 중량%, 그리고 바람직하게는 약 0.1 내지 2 중량%의 첨가제를 포함할 수 있다.
보다 구체적으로는, 산화방지제는 케이블의 작동 또는 케이블의 제조 단계 동안 발생된 열 응력으로부터 폴리머 조성물을 보호할 수 있게 한다.
산화방지제는 바람직하게는 간섭 페놀, 티오에스테르, 황계 산화방지제, 인계 산화방지제, 아민형의 산화방지제, 및 이들의 혼합물로부터 선택된다.
간섭 페놀의 실시예로서, 1,2-비스(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시히드로신나모일)히드라진(Irganox® MD 1024), 펜타에리트리톨 테트라키스(3-(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트) (Irganox® 1010), 옥타데실 3-(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트 (Irganox® 1076), 1,3,5-트리메틸-2,4,6-트리스(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시벤질)벤젠 (Irganox® 1330), 4,6-비스(옥틸티오메틸)-o-크레졸 (Irgastab® KV10 또는 Irganox® 1520), 2,2'-티오비스(6-tert-부틸-4-메틸페놀) (Irganox® 1081), 2,2'-티오디에틸렌 비스[3-(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트] (Irganox® 1035), 트리스(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시벤질)이소시아누레이트 (Irganox® 3114), 2,2'-옥사미도-비스(에틸-3(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트) (Naugard XL-1), 또는 2,2'-메틸렌비스(6-tert-부틸-4-메틸페놀)을 언급할 수 있다.
황계 산화방지제의 실시예로서, 디도데실-3,3'-티오디프로피오네이트 (Irganox® PS800), 디스테아릴 티오디프로피오네이트 또는 디옥타데실-3,3'-티오디프로피오네이트 (Irganox® PS802), 비스[2-메틸-4-{3-n-알킬 (C12 또는 C14) 티오프로피오닐옥시}-5-tert-부틸페닐]설파이드, 티오비스-[2-tert-부틸-5-메틸-4,1-페닐렌] 비스 [3-(도데실티오)프로피오네이트], 또는 4,6-비스(옥틸티오메틸)-o-크레졸 (Irganox® 1520 또는 Irgastab® KV10)과 같은, 티오에테르를 언급할 수 있다.
인계 산화방지제의 실시예로서, 트리스(2,4-디-tert-부틸페닐)포스파이트 (Irgafos® 168) 또는 비스(2,4-디-tert-부틸페닐)펜타에리트리톨 디포스파이트 (Ultranox® 626)를 언급할 수 있다.
아민형의 산화방지제의 실시예로서, 페닐렌 디아민(예를 들어, 1PPD 또는 6PPD와 같은 파라페닐렌 디아민), 디페닐아민 스티렌, 디페닐아민, 4-(1-메틸-1-페닐에틸)-N-[4-(1-메틸-1-페닐에틸)페닐]아닐린 (Naugard 445), 메르캅토 벤즈이미다졸, 또는 중합된 2,2,4-트리메틸-1,2-디히드로퀴놀린(TMQ)을 언급할 수 있다.
본 발명에 따라 사용 가능한 산화방지제의 혼합물의 실시예로서, 전술한 바와 같은 Irgafos 168과 Irganox 1010의 등몰 혼합물을 포함하는 Irganox B 225를 언급할 수 있다.
본 발명의 전기 절연층의 폴리머 조성물은 열가소성 폴리머 조성물이다. 따라서, 이는 가교 가능하지 않다.
특히, 폴리머 조성물은 가교제, 실란형의 커플링제, 가교를 가능하게 하는 첨가제 및/또는 과산화물을 포함하지 않는다. 실제로, 그러한 작용제는 폴리프로필렌계 열가소성 폴리머 재료를 열화시킨다.
폴리머 조성물은 바람직하게는 재생 가능하다.
폴리머 조성물은, 산화알루미늄, 수화된 산화알루미늄, 산화마그네슘, 산화아연, 및 이들의 혼합물로부터 선택된 무기 충전제와 상이한 적어도 하나의 무기 충전제(예를 들어, 활석, 알루미늄 삼수화물 Al(OH)3, 또는 마그네슘 이수화물 Mg(OH)2); 및/또는 폴리머 조성물의 점화 작용을 개선하도록 의도된 적어도 하나의 무할로겐 미네랄 충전제를 더 포함할 수 있다.
산화알루미늄, 수화된 산화알루미늄, 산화마그네슘, 산화아연, 및 이들의 혼합물로부터 선택된 무기 충전제와 상이한 무기 충전제, 및/또는 무할로겐 미네랄 충전제는 폴리머 조성물의 총 중량을 기준으로, 약 30 중량% 이하, 바람직하게는 약 20 중량% 이하, 특히 바람직하게는 약 10 중량% 이하, 그리고 특히 보다 바람직하게는 약 5 중량% 이하를 나타낼 수 있다.
소위 "HFFR"("무할로겐 난연제") 전기 케이블을 보장하기 위해, 본 발명의 케이블은 바람직하게는 할로겐화 화합물을 포함하지 않는다. 이러한 할로겐화 화합물은 예를 들어, 폴리비닐 클로라이드(PVC), 할로겐화 가소제, 할로겐화 미네랄 충전제 등과 같은 플루오르화 폴리머 또는 염소화 폴리머와 같은 모든 종류일 수 있다.
폴리머 조성물은, 산화알루미늄, 수화된 산화알루미늄, 산화마그네슘, 산화아연, 및 이들의 혼합물로부터 선택된 적어도 하나의 무기 충전제, 선택적으로 본 발명에 정의된 바와 같은 하나 이상의 첨가제 및 선택적으로 유전성 액체와 폴리프로필렌계 열가소성 폴리머 재료를 혼합함으로써 제조될 수 있다.
본 발명의 케이블의 전기 절연층은 비가교 층이거나, 달리 말하면 열가소성 층이다.
본 발명에서, "비가교 층" 또는 "열가소성 층"이라는 표현은 ASTM D2765-01 표준(크실렌 추출)에 따라 이의 겔 함량이 약 30% 이하, 바람직하게는 약 20% 이하, 특히 바람직하게는 약 10% 이하, 특히 보다 바람직하게는 5% 이하, 그리고 특히 더욱 더 바람직하게는 0%인 층을 의미한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 바람직하게는 비가교 전기 절연층은, 40℃에서 적어도 0.30 W/m·K, 바람직하게는 40℃에서 적어도 0.31 W/m·K, 특히 바람직하게는 40℃에서 적어도 0.32 W/m·K, 특히 보다 바람직하게는 40℃에서 적어도 0.33 W/m·K, 특히 더욱 더 바람직하게는 40℃에서 적어도 0.34 W/m·K, 그리고 특히 더욱 더 바람직하게는 40℃에서 적어도 0.35 W/m·K의 열전도율을 갖는다.
열전도율은 바람직하게는 "전이 평면 소스 또는 TPS"란 영문 명칭으로 잘 알려진 방법에 의해 측정된다. 유리하게는, 열전도율은 참조물 HOT DISK TPS 2500S로 THERMOCONCEPT 사에 의해 시판되는 기구를 사용하여 측정된다.
특정 실시형태에서, 바람직하게는 비가교 전기 절연층은, (CEI 20-86 표준에 따라) 노화 전에, 적어도 8.5 MPa, 바람직하게는 적어도 약 10 MPa, 그리고 특히 바람직하게는 적어도 약 15 MPa의 인장 강도(TS)를 갖는다.
특정 실시형태에서, 바람직하게는 비가교 전기 절연층은, (CEI 20-86 표준에 따라) 노화 전에, 적어도 약 250%, 바람직하게는 적어도 약 300%, 그리고 특히 바람직하게는 적어도 약 350%의 파단 연신율(EB)을 갖는다.
특정 실시형태에서, 바람직하게는 비가교 전기 절연층은, (CEI 20-86 표준에 따라) 노화 후에, 적어도 8.5 MPa, 바람직하게는 적어도 약 10 MPa, 그리고 특히 바람직하게는 적어도 약 15 MPa의 인장 강도(TS)를 갖는다.
특정 실시형태에서, 바람직하게는 비가교 전기 절연층은, (CEI 20-86 표준에 따라) 노화 후에, 적어도 약 250%, 바람직하게는 적어도 약 300%, 그리고 특히 바람직하게는 적어도 약 350%의 파단 연신율(EB)을 갖는다.
(노화 전 또는 후의) 인장 강도(TS) 및 파단 연신율(EB)은 특히 참조물 3345로 Instron 사에 의해 시판되는 기구를 사용하여, NF EN 60811-1-1 표준에 따라 결정될 수 있다.
노화는 대체로 135℃에서 240시간(또는 10일) 동안 수행된다.
본 발명의 케이블의 전기 절연층은 바람직하게는 재생 가능한 층이다.
본 발명의 전기 절연층은 특히 당업자에게 잘 알려진 방법에 의해 압출된 층일 수 있다.
전기 절연층은 구상된 케이블의 유형에 따라 가변 두께를 갖는다. 특히, 본 발명에 따른 케이블이 중압 케이블인 경우, 전기 절연층의 두께는 전형적으로 약 4 내지 5.5 mm이며, 보다 구체적으로는 약 4.5 mm이다. 본 발명에 따른 케이블이 고압 케이블인 경우, 전기 절연층의 두께는 전형적으로 (약 150 kV 정도의 전압인 경우) 17 내지 18 mm의 범위이고, 150 kV 초과의 전압인 경우(고압 케이블) 최대 약 20 내지 25 mm의 두께 범위이다. 전술한 두께는 신장형 전기 전도성 요소의 크기에 따라 좌우된다.
본 발명에서, "전기 절연층"은 직류로 약 25℃에서 측정되는, 이의 전기 전도율이 1·10-8 S/m(미터당 지멘스) 이하, 바람직하게는 1·10-9 S/m 이하, 그리고 특히 바람직하게는 1·10-10 S/m 이하일 수 있는 층을 의미한다.
이 경우, 폴리머 조성물은 폴리머 조성물의 총 중량을 기준으로, 약 6 중량% 미만의 전기 전도성 충전제, 바람직하게는 약 1 중량% 미만의 전기 전도성 충전제, 그리고 특히 바람직하게는 약 0 중량%의 전기 전도성 충전제를 포함할 수 있다.
전기 전도성 충전제는 카본 블랙, 흑연, 및 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있다.
본 발명의 전기 절연층은, 적어도 하나의 폴리프로필렌계 열가소성 폴리머 재료; 산화알루미늄, 수화된 산화알루미늄, 산화마그네슘, 산화아연, 및 이들의 혼합물로부터 선택된 적어도 하나의 무기 충전제; 하나 이상의 첨가제; 선택적으로, 산화알루미늄, 수화된 산화알루미늄, 산화마그네슘, 산화아연, 및 이들의 혼합물로부터 선택된 무기 충전제와 상이한 적어도 하나의 무기 충전제; 및 선택적으로, 폴리머 조성물의 점화 작용을 개선하도록 의도된 적어도 하나의 무할로겐 미네랄 충전제를 포함할 수 있으며, 전술한 성분들은 본 발명에 정의된 바와 같다.
전기 절연층의 다양한 성분의 비율은 폴리머 조성물의 이러한 동일한 성분에 대해 본 발명에서 설명된 것과 동일할 수 있다.
본 발명의 케이블은 보다 구체적으로는 직류(DC) 또는 교류(AC)로 작동하는 전기 케이블의 분야에 관한 것이다.
본 발명의 전기 절연층은 신장형 전기 전도성 요소를 둘러쌀 수 있다.
신장형 전기 전도성 요소는 바람직하게는 케이블의 중심에 위치된다.
신장형 전기 전도성 요소는 예를 들어, 금속 와이어와 같은 단심 전도체일 수 있거나, 연선이거나 연선이 아닌 복수의 금속 와이어와 같은 다심 전도체일 수 있다.
신장형 전기 전도성 요소는 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 구리 합금, 또는 이들의 조합물일 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따라, 전기 케이블은,
- 신장형 전기 전도성 요소를 둘러싸는 적어도 하나의 반도체 층; 및
- 본 발명에 정의된 바와 같은 전기 절연층을 포함한다.
전기 절연층은 보다 구체적으로는, 반도체 층의 전기 전도율 미만의 전기 전도율을 갖는다. 보다 구체적으로, 반도체 층의 전기 전도율은 전기 절연층의 전기 전도율보다 적어도 10배 더 클 수 있으며, 바람직하게는 전기 절연층의 전기 전도율보다 적어도 100배 더 클 수 있고, 특히 바람직하게는 전기 절연층의 전기 전도율보다 적어도 1000배 더 클 수 있다.
반도체 층은 전기 절연층을 둘러쌀 수 있다. 이 경우, 반도체 층은 외부 반도체 층일 수 있다.
전기 절연층은 반도체 층을 둘러쌀 수 있다. 이 경우, 반도체 층은 내부 반도체 층일 수 있다.
반도체 층은 바람직하게는 내부 반도체 층이다.
본 발명의 전기 케이블은 다른 반도체 층을 더 포함할 수 있다.
따라서, 이러한 실시형태에서, 본 발명의 케이블은,
- 바람직하게는 케이블의 중심에 위치된 적어도 하나의 신장형 전기 전도성 요소;
- 신장형 전기 전도성 요소를 둘러싸는 제1 반도체 층;
- 제1 반도체 층을 둘러싸는 전기 절연층; 및
- 전기 절연층을 둘러싸는 제2 반도체 층을 포함할 수 있으며,
전기 절연층은 본 발명에 정의된 바와 같다.
본 발명에서, "반도체 층"은 직류로 25℃에서 측정된, 이의 전기 전도율이 정확히 1·10-8 S/m(미터당 지멘스) 초과일 수 있고, 바람직하게는 적어도 1·10-3 S/m일 수 있으며, 바람직하게는 1·103 S/m 미만일 수 있는 층을 의미한다.
특정 실시형태에서, 제1 반도체 층, 전기 절연층 및 제2 반도체 층은 삼층 절연부를 형성한다. 즉, 전기 절연층은 제1 반도체 층과 직접 물리적으로 접촉되고, 제2 반도체 층은 전기 절연층과 직접 물리적으로 접촉된다.
바람직하게는, 제1 반도체 층(또는 각각, 제2 반도체 층)은 본 발명에 정의된 바와 같은 적어도 하나의 폴리프로필렌계 열가소성 폴리머 재료, 및 선택적으로, 본 발명에 정의된 바와 같은 적어도 하나의 전기 전도성 충전제를 포함하는 폴리머 조성물로부터 수득된다.
전기 전도성 충전제는 바람직하게는 층이 반도체가 되기에 충분한 양을 나타낸다.
바람직하게는, 폴리머 조성물은 폴리머 조성물의 총 중량을 기준으로, 적어도 약 6 중량%의 전기 전도성 충전제, 바람직하게는 적어도 약 10 중량%의 전기 전도성 충전제, 바람직하게는 적어도 약 15 중량%의 전기 전도성 충전제, 그리고 더욱 더 바람직하게는 적어도 약 25 중량%의 전기 전도성 충전제를 포함할 수 있다.
폴리머 조성물은 폴리머 조성물의 총 중량을 기준으로, 약 45 중량% 이하의 전기 전도성 충전제를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 약 40 중량% 이하의 전기 전도성 충전제를 포함할 수 있다.
제1 반도체 층(또는 각각, 제2 반도체 층)은 바람직하게는 열가소성 층 또는 비가교 층이다.
케이블은 전기 절연층(또는 있는 경우 제2 반도체 층)을 둘러싸는 외부 보호용 외장을 더 포함할 수 있다.
외부 보호용 외장은 전기 절연층(또는 있는 경우 제2 반도체 층)과 직접 물리적으로 접촉될 수 있다.
외부 보호용 외장은 전기 절연성 외장일 수 있다.
전기 케이블은 제2 반도체 층을 둘러싸는 전기 차폐물(예를 들어, 금속성)을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 전기 절연성 외장은 상기 전기 차폐물을 둘러싸고, 전기 차폐물은 전기 절연성 외장과 제2 반도체 층 사이에 있다.
이러한 금속 차폐물은, 제2 반도체 층의 둘레에 그리고 제2 반도체 층을 따라 배치된 구리 또는 알루미늄 전도체의 조립체로 형성된 소위 "와이어" 차폐물; 선택적으로 제2 반도체 층의 둘레에 나선형으로 배치된 하나 이상의 구리 또는 알루미늄 전도성 금속 테이프, 또는 제2 반도체 층의 둘레에 종방향으로 배치되어 상기 테이프의 일부가 중첩되는 구역에서 접착제를 사용하여 불침투성으로 제조되는 알루미늄 전도성 금속 테이프로 형성된 소위 "테이프형" 차폐물; 또는 선택적으로 납 또는 납 합금으로 이루어지고 제2 반도체 층을 둘러싸는 금속 튜브형의 소위 "불침투성" 차폐물일 수 있다. 이러한 마지막 언급된 유형의 차폐물은 특히, 반경 방향으로 전기 케이블을 관통하는 경향이 있는 수분에 대한 장벽을 제공한다.
본 발명의 전기 케이블의 금속 차폐물은 소위 "와이어" 차폐물 및 소위 "불침투성" 차폐물을 포함할 수 있거나, 소위 "와이어" 차폐물 및 소위 "테이프형" 차폐물을 포함할 수 있다.
모든 유형의 금속 차폐물은 전기 케이블을 접지하는 역할을 수행할 수 있으므로, 예를 들어 해당 망에서의 단락의 경우에, 고장 전류를 제거할 수 있다.
수분의 존재 시에 팽창하는 층과 같은 다른 층이 제2 반도체 층과 금속 차폐물 사이에 추가될 수 있으며, 이러한 층은 물에 대한 전기 케이블의 종방향 불침투성을 보장한다.
본 발명의 제2 대상은 본 발명의 제1 대상에 따른 전기 케이블을 제조하는 방법으로서, 본 발명의 제1 대상에 정의된 바와 같은 폴리머 조성물을 신장형 전기 전도성 요소의 둘레에 압출하여, 상기 신장형 전기 전도성 요소를 둘러싸는 (압출된) 전기 절연층을 수득하는 적어도 하나의 단계 1)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
단계 1)은 예를 들어 압출기를 사용하여, 당업자에게 잘 알려진 기술에 의해 수행될 수 있다.
단계 1)에서, 압출기에서 배출되는 조성물은 "비가교"로 지칭되며, 압출기 내의 체류 시간 및 온도는 결과적으로 최적화된다.
따라서, 압출기의 배출구에서, 압출된 층이 상기 전기 전도성 요소의 둘레에 수득되며, 상기 신장형 전기 전도성 요소와 직접 물리적으로 접촉될 수 있거나 직접 물리적으로 접촉되지 않을 수 있다.
방법은 바람직하게는 단계 1)에서 수득된 층을 가교시키는 단계를 포함하지 않는다.
본 발명의 전기 케이블의 전기 절연층 및/또는 반도체 층 또는 층들은 연속적인 압출에 의해 또는 공유-압출에 의해 수득될 수 있다.
적어도 하나의 신장형 전기 전도성 요소의 둘레에 각각의 이러한 층을 압출하기 전에, 각각의 이러한 층을 형성하기 위해 필요한 모든 성분은 계량될 수 있고, BUSS 공유-연사기(co-kneader) 유형의 연속 혼합기, 이축 압출기, 또는 특히 충전제와의 폴리머 혼합물을 위해 적합한 일부 다른 유형의 혼합기에서 혼합될 수 있다. 그 다음, 혼합물이 막대 형태로 압출된 다음, 냉각 및 건조되어 과립화될 수 있거나, 또는 당업자에게 잘 알려진 기술에 의해, 혼합물이 직접 과립화될 수 있다. 그 다음, 과립제가 단축 압출기로 공급되어, 신장형 전기 전도성 요소의 둘레에 조성물을 압출 및 증착시킴으로써 해당 층을 형성할 수 있다.
신장형 전기 전도성 요소를 연속적으로 둘러싸도록 다양한 조성물이 차례로 압출될 수 있으므로, 본 발명의 전기 케이블의 다양한 층을 형성할 수 있다.
대안적으로, 이들은 단일 압출기 헤드를 사용하는 공유-압출에 의해 동시에 압출될 수 있으며, 공유-압출은 당업자에게 잘 알려진 방법이다.
과립제의 형성 단계이든 또는 케이블의 압출 단계이든 상관없이, 작동 조건은 당업자에게 잘 알려져 있다. 특히, 혼합 또는 압출 장치 내부의 온도는 사용될 조성물에 사용되는 폴리머 중에서, 최고 용융점을 갖는 폴리머 또는 주 폴리머의 용융점보다 더 높을 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 전기 케이블의 개략도를 도시한다.
명확성을 이유로, 본 발명을 이해하기 위해 필수적인 요소만이 개략적으로 도시되었으며, 이들은 일정한 비율로 도시되지 않는다.
도 1에 도시된 본 발명의 제1 대상에 따른 중압 또는 고압 전기 케이블(1)은, 특히 구리 또는 알루미늄으로 제조된 중앙의 신장형 전기 전도성 요소(2)를 포함한다. 전기 케이블(1)은, 이러한 중앙의 신장형 전기 전도성 요소(2)의 둘레에 연속적으로 그리고 동축으로 배치된 다수의 층을 더 포함하며, 즉 "내부 반도체 층"으로 지칭되는 제1 반도체 층(3), 전기 절연층(4), "외부 반도체 층"으로 지칭되는 제2 반도체 층(5), 접지 및/또는 보호를 위한 금속 차폐물(6), 및 외부 보호용 외장(7)을 더 포함한다.
전기 절연층(4)은 본 발명에 정의된 바와 같은 폴리머 조성물로부터 수득된 비가교 압출된 층이다.
반도체 층(3 및 5)은 열가소성(즉, 비가교) 압출된 층이다.
금속 차폐물(6) 및 외부 보호용 외장(7)의 존재는 바람직하지만, 필수적인 것은 아니며, 이러한 케이블 구조는 그 자체가 당업자에게 잘 알려져 있다.
폴리머 조성물
적어도 하나의 폴리프로필렌계 열가소성 폴리머 재료, 및 무기 충전제로서 적어도 산화알루미늄을 포함하는 본 발명에 따른 조성물(I1)이 비교 조성물(C1)과 비교되었고, 조성물(C1)은 본 발명의 조성물(I1)에 사용된 것과 동일한 폴리프로필렌계 열가소성 폴리머 재료를 포함하지만, 무기 충전제로서 산화알루미늄 대신에 카올린을 포함하는 조성물에 해당한다.
아래의 표 1은 폴리머 조성물의 총 중량을 기준으로, 중량 퍼센티지로 표현되는 화합물의 양으로 폴리머 조성물을 제시한다.
Figure pat00001
(*) 본 발명의 일부를 형성하지 않는 비교 조성물
표 1의 화합물의 출처는 다음과 같다:
- 참조물 Eltex A4009MFN1325로 Ineos 사에 의해 시판되고, 23℃의 온도에서 ISO 1183A 표준에 따라 이의 밀도가 0.960 g/cm3(MFI=0.9)이며, 탄성률이 1700 MPa인 고밀도 폴리에틸렌;
- 참조물 Adflex® Q 200F로 Basell Polyolefins 사에 의해 시판되는 이종상 프로필렌 코폴리머;
- 참조물 Bormed® RB 845 MO로 Borealis 사에 의해 시판되는 랜덤 프로필렌 코폴리머;
- 유전성 액체의 총 중량을 기준으로, 참조물 Nytex 810으로 Nynas 사에 의해 시판되는 95 중량%의 미네랄 오일, 및 참조물 B9300으로 Sigma-Aldrich 사에 의해 시판되는 5 중량%의 벤조페논을 포함하는 유전성 액체;
- Irgafos 168 및 Irganox 1010의 등몰 혼합물을 포함하는 참조물 Irganox B 225로 Ciba 사에 의해 시판되는 산화방지제;
- 참조물 Omya EXH1로 시판되는 무기 충전제로서 백악; 및
- 참조물 P122SB 또는 Timal-12로 시판되는 무기 충전제로서 산화알루미늄.
2. 비가교 층의 제조
표 1에 나타낸 조성물은 다음과 같이 사용된다.
고려될 각각의 층에 대해, 이하의 성분들, 즉 표 1에 언급된 조성물(C1 및 I1)의 미네랄 오일, 산화방지제 및 벤조페논이 계량되고, 약 75℃에서 교반하면서 혼합되어, 유전성 액체를 포함하는 액체 혼합물을 형성한다.
그 다음, 고려될 각각의 폴리머 층에 대해, 액체 혼합물은 이하의 성분들, 즉 표 1에 언급된 이종상 프로필렌 코폴리머, 랜덤 프로필렌 코폴리머, 고밀도 폴리에틸렌 조성물(C1 및 I1)과 용기에서 혼합된다. 그 다음, 고려될 각각의 폴리머 층에 대해, 결과적인 혼합물 및 무기 충전제가 약 145 내지 180℃의 온도에서 이축 압출기("Berstorff 이축 압출기")를 사용하여 균일화된 다음, 약 200℃에서 용융된다(스크류 속도: 80 rev/min).
그 다음, 균일화 및 용융된 혼합물이 과립화된다.
그 다음, 과립제가 고온 압착되어 플레이트 형태의 층을 형성한다.
이러한 방식으로, 각각의 폴리머 조성물(C1 및 I1)은 이들의 기계적 특성을 평가하기 위한 1 mm의 두께를 갖는 층, 및 열전도율의 측정을 수행하기 위한 8 mm의 두께를 갖는 층의 형태로 제조되었다.
그 다음, 이러한 조성물(C1 및 I1)은 이들의 기계적 특성(135℃에서 240 시간 동안의 노화 전과 후의 인장 강도/파단 연신율) 및 이들의 열전도율의 관점에서 비교되었다.
인장 강도(TS) 및 파단 연신율(EB)의 테스트는 참조물 3345로 Instron 사에 의해 시판되는 기구를 사용하여, NF EN 60811-1-1 표준에 따라 재료에 대해 수행되었다.
각각의 이러한 테스트에 해당하는 결과는 아래의 표 2(기계적 특성)에 제시된다:
Figure pat00002
(*) 본 발명의 일부를 형성하지 않는 비교 조성물
이러한 모든 결과는, 본 발명에 정의된 바와 같은 무기 충전제를 폴리프로필렌 기질에 혼입함으로써, 노화 후를 포함하여, 특히 인장 강도 및 파단 연신율의 측면에서 전기 절연층의 기계적 특성이 개선된다는 것을 보여준다.
열전도율의 테스트는 "전이 평면 소스 또는 TPS"라는 영문 명칭으로 알려진 익숙한 방법에 따라, 참조물 HOT DISK TPS 2500S로 THERMOCONCEPT 사에 의해 시판되는 기구를 사용하여, 재료에 대해 수행되었다.
이러한 테스트에 해당하는 결과는 아래의 표 3(열전도율)에 제시된다:
Figure pat00003
(*) 본 발명의 일부를 형성하지 않는 비교 조성물
열전도율의 결과는, 본 발명에 정의된 바와 같은 무기 충전제가 폴리프로필렌 기질에 존재함으로써, 무기 충전제가 백악인 전기 절연층의 열전도율보다 더 큰 열전도율을 갖는 전기 절연층이 유발된다는 것을 보여준다.

Claims (14)

  1. 전기 케이블로서,
    적어도 하나의 신장형 전기 전도성 요소; 및
    적어도 하나의 폴리프로필렌계 열가소성 폴리머 재료 및 적어도 하나의 무기 충전제를 포함하는 폴리머 조성물로부터 수득된 적어도 하나의 전기 절연층을 포함하며,
    상기 무기 충전제는 산화알루미늄, 수화된 산화알루미늄, 산화마그네슘, 산화아연, 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는,
    전기 케이블.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 무기 충전제는 산화알루미늄인 것을 특징으로 하는, 전기 케이블(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 폴리머 조성물은 상기 폴리머 조성물의 총 중량을 기준으로, 적어도 1 중량%의 무기 충전제를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기 케이블(1).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무기 충전제는 0.01 내지 6 ㎛의 크기 범위의 입자의 형태인 것을 특징으로 하는, 전기 케이블(1).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폴리프로필렌계 열가소성 폴리머 재료는 프로필렌 코폴리머(P1)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기 케이블(1).
  6. 제5항에 있어서,
    상기 프로필렌 코폴리머(P1)는 랜덤 프로필렌 코폴리머 또는 이종상 프로필렌 코폴리머인 것을 특징으로 하는, 전기 케이블(1).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폴리프로필렌계 열가소성 폴리머 재료는, 랜덤 프로필렌 코폴리머 및 이종상 프로필렌 코폴리머, 또는 2개의 상이한 이종상 프로필렌 코폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기 케이블(1).
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폴리프로필렌계 열가소성 폴리머 재료는 올레핀 호모폴리머 또는 코폴리머(P2)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기 케이블(1).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폴리머 조성물은 유전성 액체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기 케이블(1).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 절연층은 비가교 층인 것을 특징으로 하는, 전기 케이블(1).
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 절연층은 노화 전 또는 노화 후에 적어도 8.5 MPa의 인장 강도를 갖는 것을 특징으로 하는, 전기 케이블(1).
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 절연층은 노화 전 또는 노화 후에 적어도 250%의 파단 연신율을 갖는 것을 특징으로 하는, 전기 케이블(1).
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 신장형 전기 전도성 요소(2)를 둘러싸는 적어도 하나의 반도체 층(3, 5); 및
    - 상기 신장형 전기 전도성 요소(2)를 둘러싸는 적어도 하나의 전기 절연층(4)을 포함하며,
    상기 전기 절연층은 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따라 정의된 바와 같은 것을 특징으로 하는, 전기 케이블(1).
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따라 정의된 바와 같은 전기 케이블을 제조하는 방법으로서,
    상기 신장형 전기 전도성 요소의 둘레에 상기 폴리머 조성물을 압출하여, 상기 신장형 전기 전도성 요소를 둘러싸는 전기 절연층을 수득하는 적어도 하나의 단계 1)을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따라 정의된 바와 같은 전기 케이블을 제조하는 방법.
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