KR20220051049A - 전자선 조사가교를 통한 전기 자동차용 고내열, 고유연성 고무복합소재 케이블 및 그 제조 방법 - Google Patents

전자선 조사가교를 통한 전기 자동차용 고내열, 고유연성 고무복합소재 케이블 및 그 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20220051049A
KR20220051049A KR1020200133916A KR20200133916A KR20220051049A KR 20220051049 A KR20220051049 A KR 20220051049A KR 1020200133916 A KR1020200133916 A KR 1020200133916A KR 20200133916 A KR20200133916 A KR 20200133916A KR 20220051049 A KR20220051049 A KR 20220051049A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
crosslinking
electron beam
epdm
beam irradiation
curtain wall
Prior art date
Application number
KR1020200133916A
Other languages
English (en)
Inventor
문철수
Original Assignee
대륙테크놀로지 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 대륙테크놀로지 주식회사 filed Critical 대륙테크놀로지 주식회사
Priority to KR1020200133916A priority Critical patent/KR20220051049A/ko
Publication of KR20220051049A publication Critical patent/KR20220051049A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
    • H01B7/02—Disposition of insulation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R16/00—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
    • B60R16/02—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
    • B60R16/0207—Wire harnesses
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/28—Treatment by wave energy or particle radiation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00—Use of organic ingredients
    • C08K5/0008—Organic ingredients according to more than one of the "one dot" groups of C08K5/01 - C08K5/59
    • C08K5/0016—Plasticisers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00—Use of organic ingredients
    • C08K5/0008—Organic ingredients according to more than one of the "one dot" groups of C08K5/01 - C08K5/59
    • C08K5/0025—Crosslinking or vulcanising agents; including accelerators
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00—Use of organic ingredients
    • C08K5/0008—Organic ingredients according to more than one of the "one dot" groups of C08K5/01 - C08K5/59
    • C08K5/005—Stabilisers against oxidation, heat, light, ozone
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00—Use of organic ingredients
    • C08K5/36—Sulfur-, selenium-, or tellurium-containing compounds
    • C08K5/39—Thiocarbamic acids; Derivatives thereof, e.g. dithiocarbamates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00—Use of organic ingredients
    • C08K5/36—Sulfur-, selenium-, or tellurium-containing compounds
    • C08K5/45—Heterocyclic compounds having sulfur in the ring
    • C08K5/46—Heterocyclic compounds having sulfur in the ring with oxygen or nitrogen in the ring
    • C08K5/47—Thiazoles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00—Use of organic ingredients
    • C08K5/49—Phosphorus-containing compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L23/00—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L23/02—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C08L23/16—Elastomeric ethene-propene or ethene-propene-diene copolymers, e.g. EPR and EPDM rubbers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B3/00—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
    • H01B3/18—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances
    • H01B3/30—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes
    • H01B3/44—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes vinyl resins; acrylic resins
    • H01B3/441—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes vinyl resins; acrylic resins from alkenes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
    • H01B7/17—Protection against damage caused by external factors, e.g. sheaths or armouring
    • H01B7/28—Protection against damage caused by moisture, corrosion, chemical attack or weather
    • H01B7/2806—Protection against damage caused by corrosion
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
    • H01B7/17—Protection against damage caused by external factors, e.g. sheaths or armouring
    • H01B7/29—Protection against damage caused by extremes of temperature or by flame
    • H01B7/295—Protection against damage caused by extremes of temperature or by flame using material resistant to flame

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Insulated Conductors (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Organic Insulating Materials (AREA)

Abstract

본 발명은 도체; 및 전자선 조사가교 처리된 EPDM(Ethylene Propylene Diene Methylene) 고무로 구성된 피복층을 포함하는, 전자선 조사가교를 통한 전기 자동차용 고내열, 고유연성 고무복합소재 케이블에 관한 것이다.

Description

전자선 조사가교를 통한 전기 자동차용 고내열, 고유연성 고무복합소재 케이블 및 그 제조 방법 {Method for producing antibacterial curtain wall and window sash paint composition, antibacterial coating method for curtain wall and window sash using the paint composition}
본 발명은 전자선 조사가교를 통한 전기 자동차용 고내열, 고유연성 고무복합소재 케이블 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기자동차 배선에 사용되며, 전자선 조사가교를 통해 전기 자동차용 고내열, 고유연성의 고무복합소재 케이블을 제조할 수 있는 전자선 조사가교를 통한 전기 자동차용 고내열, 고유연성 고무복합소재 케이블 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
전기자동차용 고전압 와이어링 하네스 시스템은 주 동력원인 전기 모터에 배터리의 전원을 공급하는 고전압 대전류 하네스 시스템으로 고전압 전자 쉴드 전선, 고전압 전자쉴드 커넥터로 구성되어 있다.
전기자동차는 화석연료 자동차에 비해 Battery의 짧은 수명과 고 중량화에 따른 짧은 주행거리가 주요 이슈가 되고 있으며, 이러한 단점을 보완하기 위해 EV/HEV자동차 전 부품에 대해서 중량을 낮추려는 부품 경량화 기술이 요구되고 있다.
그러나, 종래의 자동차용 내열성 하네스 케이블은 XLPE(Cross-linked Poly Ethylene) 재질의 1차 절연재질과 PVC(Poly Vinyl Choloride) 재질의 2차 절연재질 등의 소재를 주로 사용함에 따라 제품이 딱딱하고 경량화가 어려우며, 일반 고무제품에 비해서 유연성이 떨어진다는 문제점이 있다.
또한, 종래의 전기자동차용 하네스용 케이블에는 합성고무 절연 형식의 제품이 적용되지 않고 있으며, 그 이유로는 합성고무를 과산화물을 사용하여 가교처리 시 도체 사이로 절연체가 파고들어 후속 작업을 위해 세퍼레이터(separator)를 사용함에 따라 유연성 저하 및 작업공정의 생산성을 저하시키는 단점이 있기 때문이다.
이와 같이, 자동차용 내열성 하네스 케이블은 XLPE(Cross-linked Poly Ethylene)나 PVC(Poly Vinyl Choloride)등의 소재를 주로 사용함에 따라 제품이 딱딱하고 상대적으로 중량이 무겁게 느껴지며 특히 유연성이 일반 고무제품에 비해서 떨어지므로, 이에 더욱 더 높은 내열성을 가지는 EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer) 고무 원료 베이스 소재를 기반으로 고효율, 경량 컴파운드 소재의 기술 개발이 매우 절실히 필요한 상황이다.
한편, 전술한 배경 기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.
한국등록특허 제10-1173837호
본 발명의 일측면은 전기자동차의 배터리 배선에 이용되는 케이블의 기존 성능을 유지하거나 그 이상의 성능을 구현하면서, 유연성, 내열성, 크기, 무게 및 내압성을 갖출 수 있고, 생산단가를 낮출 수 있는 전자선 조사가교를 통한 전기 자동차용 고내열, 고유연성 고무복합소재 케이블 및 그 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자선 조사가교를 통한 전기 자동차용 고내열, 고유연성 고무복합소재 케이블은, 도체; 및 전자선 조사가교 처리된 EPDM(Ethylene Propylene Diene Methylene) 고무로 구성된 피복층을 포함한다.
상기 피복층은, EPDM(Ethylene Propylene Diene Methylene) 고무, 가교촉진제, 난연제, 산화방지제, 충진제, 가소제 및 가공조제를 포함하고,
상기 가교촉진제는,
2-메르캅토벤조티아졸(2-mercaptobenzothiazole), 2,2'-dibenzothazyl 및 디티오카바메이트(dithiocarbamamate) 중 선택된 2종이 조합된 것을 특징으로 하고,
상기 난연제는, 인계 난연제(Phosphorous Flame retardant)인 것을 특징으로 하고,
상기 산화방지제는, 페놀계, 유황계 및 인계 중 선택된 2종 이상이 혼합된 것을 특징으로 하고,
상기 충진제는, 카본 블랙, 실리카, 탈크 및 수산화 알루미늄 중 어느 하나인 것을 특징으로 하고,
상기 가소제는, 나프테닉 오일(naphthenic oil), 파라핀 오일(paraffinic oil) 및 퍼옥사이드 중 어느 하나인 것을 특징으로 하며,
상기 가공조제는, 내부 활제 및 외부 활제를 포함한다.
상술한 본 발명의 일측면에 따르면, EPDM 기반의 수지와, 적절한 가공조제, 고내열성/고강성 첨가제(Additives)를 원료로 사용하여 기존 EPDM 소재 이상의 내열성 및 기계적 특성(인장강도, 연신율, 고유연성 등)을 나타내는 전기자동차 배선용 고내열 전선을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자선 조사가교를 통한 전기 자동차용 고내열, 고유연성 고무복합소재 케이블의 개략적인 구성이 도시된 도면이다.
도 2는 EPDM의 조사가교 매커니즘이 도시된 도면이다.
도 3은 전자선 조사량에 EKfms EPDM의 가교 및 물성변화를 나타내는 그래프이다.
도 4는 도체 상승온도 상승에 따른 허용전류 상수의 관계가 나타난 그래프이다.
도 5는 흡수선량과 겔화율의 관계를 나타낸 그래프이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예와 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자선 조사가교를 통한 전기 자동차용 고내열, 고유연성 고무복합소재 케이블의 개략적인 구성이 도시된 도면이다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자선 조사가교를 통한 전기 자동차용 고내열, 고유연성 고무복합소재 케이블은, 구리전선 등과 같은 도체(10)와, 도체(10)의 외부를 감싸고 있는 피복층(20)을 포함할 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 전자선 조사가교를 통한 전기 자동차용 고내열, 고유연성 고무복합소재 케이블은 이러한 피복층(20)을 종래에 사용되던 일반적인 합성고무가 아닌, 전자선 조사가교 처리된 EPDM(Ethylene Propylene Diene Methylene) 기반의 수지 조성물로 형성시키는 것을 특징으로 한다.
현재, EPDM고무 케이블은 고분자의 3차원 망목상 그물 구조를 형성시키기 위해 일반적으로 유황 가황 또는 과산화물 가교가 이루어지고 있으나, 전자선 조사에 의한 3차원 망목 구조의 형성은 EPDM 케이블의 제조에 있어 일반적인 방법은 아니다. 그 이유의 하나로 고무 절연재료는 많은 첨가제를 배합하므로 조사가교로는 충분한 가교도를 얻을 수 없기 때문이다. 본 제품 개발에서는 이 문제를 EPDM의 특성 개량, 첨가물(가교조제)의 최소한 제어 등을 통해 해결하고, 전자선 조사가교 기술 개발을 통해 생산성을 대폭 향상시키면 기존의 제품 제조방법(유황가황 또는 과산화물가교)에 비해 가격 경쟁력 및 제품의 특성이 향상되어 고성능 및 고기능성의 EPDM 제품의 생산이 가능해진다.
EPDM 고무 케이블 제조에 전자선 조사 기술이 도입되면 기존의 Compound 배합과는 달리 배합을 단순화시킬 수 있으므로 혼합, 재료의 가격을 절감시킬 수 있다. 즉, 전자선 조사 가교 공정으로 재료공급을 단순화시킬 수 있다. 제품 생산 가격을 보면 화학가교에 비해 전선 가공단가를 10%/m 절감시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에서는 현재 적용중인 전기자동차 케이블의 내열성능 향상을 위한 전략을 다음의 두 가지로 선정하였다. 첫번째는 기존의 XLPE(Cross-link Poly-Ethylene) 기반의 내열 소제를 탄성형 EPDM으로 대체하는 것이고 두번째는 내열성 EPDM 소재의 적용에 따른 내열성능의 개선이다. 아울러 전자선 가교가 가능한 컴파운드 배합 기술과 합성고무의 전자선 가교기술 개발이 병행되어야한다.
케이블의 선정은 허용전류에 따라 사이즈를 결정하게 되는데 허용전류를 결정하는 가장 큰 결정 요인은 도체 최고 허용온도로서 이는 절연체의 내열성에 의해 결정이 된다. 절연체 내열성의 증가에 따라 도체 허용 전류가 증가하게 되어 케이블의 사이즈를 현재 사용 중인 사이즈에 대비해 보다 작은 사이즈의 케이블 선정이 가능하며, 감소폭은 외경이 평균 30%, 무게는 50% 수준까지 가능할 것으로 예상된다.
(1) 전자선 조사가교 TYPE 절연용 EPDM수지 처방 개발
고무의 전자선 가교는 고기능 고성능 제품 실용화에 많은 연구가 되어 있지 않은 분야이다. 전자선 가교에서도 황가교와 동등한 성능이 얻어진다. 배합에 따라서는 황가교 보다도 우수한 내열성을 나타내는 제품도 얻을 수 있다. 황가교에서는 수 종류의 가교 촉진제가 사용되고 복잡하게 배합하는 경우가 많으나, 전사선 가교를 실시하므로 배합의 단순화가 가능하다. 즉, 단순한 배합(EPDM Resin+첨가제-가교촉진제 등)은 제품 제조 가격 절감에 크게 기여한다.
전기 자동차용 케이블의 중요 요구조건을 충족시키기 위해서는 EPDM Base Resin + 적절한 가교촉진제, 산화 방지제, 난연제의 선정 + 경화촉진제, 강화제(충진제), 가소제 등의 선정이 필요하다.
EPDM의 경우 범용 Rubber중 가장 성형성과 유동성 우수하나 내열성이 부족한 단점이 있어 내열성을 결정질 수 있는 가교촉진제 및 산화 방지제의 선정이 중요하다. 여기서 가교촉진제란 1분자 내에 2개 이상의 중합성 C=C결합을 가진 다관능성 모노머(Poly-Functional Monomer, PFM)이다. PFM에 의한 전자선 가교 촉진 기구 1단계는 고분자 라디컬로 PFM의 그래프트 중합이고, 2단계는 그래프트 중합한 PFM고분자 간의 중합이다. 주쇄 절단으로 연결되는 고분자 라디컬을 안정화함과 동시에 가교수를 증가시키는 효과이다. 또한 소재 자체의 점착성 부족하여 단독 가공 작업이 어려우므로 압출 작업 시 작업성을 개선할 수 있는 최적의 가소제, 가공조제의 선정 및 적절한 함유량 처방이 필수적이다.
EPM은 에틸렌과 프로필렌의 무정형의 규칙적인 교대 공중합체이며 이러한 구조는 천연 고무(cis-1,4 polyisoprene)를 수소화 반응시켜서 얻은 생성물과 같은 구조이다. 이 화합물의 구조는 포화되어 있으므로 일반적인 형태의 황화합물 경화제를 가황화반응에 적용할 수 없으므로 대신에 퍼옥사이드 화합물을 경화에 사용하는데 이러한 경화제는 가격이 비싸고 범용의 고무 제조설비로는 성형하기 어려운 점이 있다. 이러한 이유로 EPDM 고분자가 많이 사용되고 있다.
여기서 EPDM은 불포화된 부분을 포함하는 EPM을 의미한다. 불포화된 부분은 에틸렌, 프로필렌과 함께 제3의 단량체인 비공액 디엔(nonconjugated diene)과의 공중합을 통하여 도입된다. 이러한 EPDM은 125
Figure pat00001
의 온도조건에서 무니점도(Mooney viscosity, ML) 20 ~ 100 사이의 특성을 보여 흐름성이 좋아 압출 작업이 용이한 것이 장점이라고 할 수 있지만 원료 자체의 내열성 및 강도를 개선할 수 있는 처방을 확보하는 것이 하나의 목표이다. 표 1은 EPDM의 물리적 성질을 나타내는 도표이다.
[표 1]
Figure pat00002
Polyethylene은 TG가 낮음에도 불구하고 결정화하기 하기 쉽고 융점이 높기 때문에 상온에서는 플라스틱 성질을 나타낸다. EPDM은 폴리에틸렌의 성질을 개량하는 것을 목적으로 하여 에틸렌(ethylene)에 프로필렌(propylene)을 공중합 시킴으로서 폴리에틸렌의 분자 배열을 무질서하게 만들어 결정화를 저해시킴으로서 생성한 합성고무이다. 따라서 프로필렌 함량이 그의 성질에 영향을 미친다. 시판제품의 프로필렌 함량은 15~50mol% 정도로 20mol%을 넘으면 에틸렌의 결정화가 급격하게 방해되고 30mol%이상에서는 그의 영향은 거의 무시할 정도로 된다. 즉, 프로필렌 함량이 적으면 결정화되기 쉽고, creep강도, 압출 가공성이 향상되나, 저온 및 고온 특성은 악화된다. EPDM의 폴리머 구조로는 ethylene/propylene의 조성비, 분자량, diene성분의 종류, diene함량 등이 있으나, ethylene/propylene의 조성비가 내열성에 큰 영향을 미친다.
또한, EPDM 고무의 경화거동은 분자량, 분자량 분포, 조성 차이 등 여러 가지 변수에 의해서도 달라지게 된다. EPDM은 측쇄에 가황화 반응을 가능하게 하는 불포화된 이중 결합 부분을 가지고 있으며 다른 합성고무와 같이 이들을 가교화 시키기 위해서는 경화 촉진제(가교 촉진제)가 필요하게 된다. 또한 EPDM은 에틸렌 함량이 내포되어 있음을 의미하고 통상적으로 고무압출에 적용되는 타입은 에틸렌 함량이 매우 낮은 것을 사용한다. 하지만 본 발명에서는 에틸렌 함량이 높은 것을 선택하여 경도를 높이고 반응호환이 자주 좋은 EVA(Ethylen Vinyl Acetate)계열의 소재와 함께 처방하여 일반 범용 압출(L/D와 압축비가 낮음)이 가능하도록 Pellet Type으로 제조할 계획이다. 이러한 처방들과 함께 난연제, 내열성 향상을 위한 산화방지제, 기계적 물성 향상을 위한 강화제, 가소제, 가공조제 등을 첨가제로 적용하여 최적의 물리적, 전기적 성능을 도출할 수 있다.
경화촉진제(가교촉진제)의 선정
경화촉진제에는 여러 가지 인자, 즉 성형 방법, 요구 물성, 가격, 상용성 등을 고려하여 선택하게 되지만 보통 thiozole계 촉진제인 2-mercaptobezothizole(MBT), 2,2'-dibenzothazyl 혹은 dithiocarbamamate로 조합된 경화 시스템을 이용한다. 성형 설비를 조절하게 되면 황주계(Sulfur donor)형 경화촉진제를 원소형태의 황을 대신하여 사용할 수 있다. 범용적으로 많이 사용되는 경화촉진제와 그 사용량은 아래와 같다.
[표 2
Figure pat00003
소량의 황을 사용하거나 황주게 경화 system을 이용하면 우수한 내열 특성과 개선된 압축성을 보이게 된다. 따라서 본 과제에서는 Thuram 혹은 dithiocarbamamate와 3-4phr의 MBT, MBTS 혹은 CBS(N-cyclohexyl-2-benzothiozole sulfenamide)로 조합된 경화 시스템을 사용함으로써 황함량을 1 Phr 이하로 적용하여 우수한 내열성능 기대할 수 있다.
난연제(flame retardants)의 선정
난연제는 인계 난연제(Phosphorous Flame retardant)를 적용한다. 또한 소재 자체에도 어느 정도의 난연 효과를 기대하고 있기 때문에, 입자를 미세분산하여 난연제의 효과를 극대화한다면 인계 난연제의 함유량은 30~40% 수준으로 제한할 수 있을 것으로 판단된다.
산화방지제(antioxidants)의 선정
150
Figure pat00004
이상의 온도에 노출되는 경우 내열성을 더욱 향상시키기 위하여 산화방지제를 반드시 처방하여야 한다. 전선의 산화방지제로는 주로 페놀계, 유황계, 인계가 사용되고 있다. 본 개발에서는 페놀계 및 황계를 주로 사용하고, 필요에 따라서는 3종류의 산화방지제를 혼합하여 첨가할 예정이며, 이 3종류의 산화방지제 조합 첨가는 전선의 내열성에 큰 영향을 줄 것으로 판단된다.
강화제(충진제)의 선정
많은 비결정성 고분자와 마찬가지로 EPDM 역시 미충진 고무로 기계적 물성이 매우 떨어지므로 강화제를 사용하여야 한다. 카본 블랙(HAF)은 이런 목적으로 가장 많이 사용되는 강화제이며, 실리카, clay, talc, 수산화 알루미늄(ATH)표면에 실레인(silane) 처리한 것 등 많은 관물류의 충진제를 사용한다. 다른 고무류에서와 마찬가지로 EPDM 고무에서 충진제가 강화제로서 충분한 역할을 하기 위해서는 카본 블랙과 다른 충진제들이 효과적으로 분산되어야 한다.
가소제(Plasticizer)의 선정
process 오일 중에서 나프테닉 오일(naphthenic oils)은 가격이 적당하며 자체가 우수한 상용성을 보이므로 EPDM 컴파운드용 가소제로 가장 많 이 사용되어 왔다. 고온용 이거나 색상이 요구되는 컴파운드인 경우 휘발성이 적고 자외선에서 보다 안정한 파라핀 오일(paraffinic oils)을 보통 사용하는데 일부 파라핀 오일은 높은 에틸렌 함량을 갖는 경화된 컴파운드로부터 빠져나오기도 한다(절연체의 백화(Blooming)현상). 따라서 파라핀 오일을 사용해야 할 경우는 높은 에틸렌 부분을 갖는 고무를 조금 더 낮은 에틸렌 함량을 가진 재료로 바꾸어 주는 것이 합리적이다. 방향성 오일류를 사용할 경우 컴파운드 특성에 영향을 미칠 수 있으나 퍼옥사이드 (peroxide)를 사용하는 경화 system에는 같이 적용 할 수 없는 단점이 있다. 따라서 본 발명에서는 제품의 고내열화를 위해 파라핀 계열의 가소제를 사용하고자 한다.
가공조제(Processing Aid)의 선정
가공조제는 고분자의 가공중 마찰력을 조절하는 기능을 하며 내부 활제와 외부 활제로 구분할 수 있다. 내부 활제의 경우 폴리머에 의해 쉽게 용해, 내용물의 점도를 줄여주는 역할을 하며 이는 압출 시 분자와 분자간의 슬 립을 유도한다. 외부 활제의 경우 압출기내의 폴리머 용융물과 금속 표면사이에 Release fume을 형성하여 압출 시 분자와 외부간의 슬립을 유도한다. 표 3은 내부활제와 외부활제의 영향을 나타낸 도표이다.
[표 3]
Figure pat00005
일반적으로 스테아릭 산, zinc stearate(산화아연) 혹은 윤활제 등을 컴파운딩의 가공조제로 사용한다. EPDM 컴파운드는 근복적으로 tack성(점착성)이 부족하므로 실제 제품 성형시에 요구되는 tack성을 부여하기 위하여 tackfier를 부가하여야 한다. 이때 상용성의 문제나 과량의 불포화물로 이루어진 tackfier가 경화반응에 미치는 영향 등을 고려하여 선정할 필요가 있다.
현 상용화되는 가공조제 종류로는 탄화수소계, 카르복실산계, 알코올계, 아미드계, 에스테르계, 금속염 계등 수종이 있으나, 본 발명에서는 아미드계(Stearamide)를 선정하여 첨가하였다.
표 4는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 피복층(20)을 형성하는 조성물의 조성비가 나타낸 도표이다.
[표 4]
Figure pat00006
2) 전기자동차용 EPDM 고내열 케이블의 전자선 조사가교 기술 개발
EPDM에서 전사선 가교 효율은 일반적으로 2중 결합량(iodine value)과 프로필렌 함량에 의존한다. 당연 2중 결합이 많을수록 전사선 가교하기 쉬워진다. 폴리프로필렌은 전자선 가교하기 어려운 고분자이기 때문에 프로필렌 함량이 많을수록 전사선 가교되기 어려워지는 특징이 있다. 순EPM(프로필렌 함량: 22.27%)의 가교선량은 100kGy정도이다.
이상의 절연재료에 대한 조성개발을 통해 어느 정도의 절연저항과 내열성을 확보한 후, 제조된 케이블의 절연에 대해 조사가교(Cross-linking) 처리를 실시하여 케이블의 절연에 대한 절연저항과 내열성을 한 단계 더 끌어 올려야 목표로 하는 성능의 케이블을 제조할 수 있다.
도 2는 EPDM의 조사가교 매커니즘이 도시된 도면으로, 전자선 조사가교란 전압이나 자장의 변화로 초진공 상태에서 전자를 가속시켜 고 에너지의 전자선(ELECTRON BEAM)을 발생시켜 제품의 절연체에 가교반응을 일으키는 공정을 말한다. 이와 같은 반응으로 절연체의 분자구조가 선상구조에서 3차원 망상구조로 바뀌며 내열성, 가열변형성, 난연성, 절연성, 물리적강도 및 작업성(납땜성-납땜조 침적시 350
Figure pat00007
에도 절연체 용융 및 수축이 없음)이 크게 향상되는 특징을 보인다.
전자선 조사는 고분자 소재의 성질을 변화시킬 수 있는 새로운 기술로써 과산화물과 같은 가교제, 촉매 또는 용매 등의 잔류물이 없는 비용매성 반응계이며 정밀한 반응 재현성을 가지는 장점이 있다. 조사된 전자선은 유기 고분자 사슬 내에 자유라디칼을 생성하고 전자선 조사 정도 및 고분자의 성질에 따라 고분자 사슬의 가교 또는 분해와 같은 반응을 유발하게 된다. 특히 전자선 조사는 소재에 균일한 가교반응을 일으키면서도 가교 정도를 정밀하게 조절할 수 있는 수단으로써 각광을 받고 있으며 전자선 조사를 통해 가교를 일으키는 고분자로는 에틸렌-프로필렌 고무, 에틸렌-프로필렌-디엔(ethylene propylene diene rubber, EPDM), 폴리에틸렌 등을 대표적으로 예시할 수 있다.
도 3은 Dose(kGy) 증가에 따른 C=C 가교 및 물성변화가 나타난 그래프로, 유연한 고무상으로 내화학성과 열안정성을 가진 EPDM은 도 3에 나타낸 바와 같이 전자선의 조사량이 증가함에 따라 가교 반응도가 증가하는 대표적인 소재이다. 따라서 200kGy 이하의 낮은 전자선 조사량을 적절히 조절함에 따라 용융 혼합물 내의 EPDM 고무상에만 선택적 가교를 일으킬 것으로 기대되며, 이를 통하여 고무 탄성체로서의 성질도 얻을 수 있을 것으로 기대된다.
EPDM의 가교 반응은 C=C 위치에서 우선적으로 일어나며 전자선 조사가 증가할수록 가교 반응이 더 많이 유발되어 C=C 신축 진동 피크의 면적비가 상대적으로 감소된다. 이로서 전자선 조사를 EPDM의 가교 반응이 일어남을 확인할 수 있다. 전자선을 조사하지 않은 경우(0 kGy) 용융 혼합물 중 유연한 EPDM의 함량이 증가할수록 보다 낮은 인장강도와 낮은 탄성율, 그리고 높은 파괴점 신장율을 보임을 예상할 수 있다.
도 3을 참조하면, 전자선 조사량이 0에서 100kGy로 증가할수록 인장강도와 탄성율은 증가하고 파괴점 신장율은 감소하는 경향을 관찰 할 수 있다. 이는 전자선으로 인하여 EPDM 사슬간의 가교 반응이 효과적으로 일어남을 의미하며 용융혼합물중 EPDM의 함량이 많은 경우 그 영향이 더욱 두드러짐에 의하여 용융 혼합물의 유연성이 감소하기 때문으로 판단된다.
본 발명에 적용되는 전자가속기(전자선 조사장치)의 전압범위는 직류 1Mev에서 2Mev까지이며, 특히 전자빔 전류범위는 전압레벨이 전혀 없는 10mA~50mA이다. 전기자동차용 케이블의 경우, 피복이 두꺼운 케이블의 종류가 많아 약 2백만eV(2,000KW, 2.0Mev)의 고전압을 발전시켜 생성된 전자를 빔(Beam)형태로 주사(Scaning)하여 최적의 가교효과를 도출할 수 있다.
3) 전기자동차용 EPDM 고내열 케이블의 경량화
케이블의 연속 허용전류(I)는 케이블의 설치 조건과 케이블의 가닥 수, 주위온도, 도체 및 절연체의 최고 허용온도 등 다양한 변수들과 관계되어 있다. 아래에는 대표적인 기관들의 케이블의 허용 전류 계산식을 나타내었다.
[수학식 1]
Figure pat00008
[수학식 2]
Figure pat00009
수학식 1은 NEC(National Electric Code)의 허용전류 계산식이고, 수학식 2는 JCS(Japanese Cable maker`s association Standard)의 허용전류 계산식이다.
위 계산식에 따르면 케이블의 허용전류는 케이블의 최고 허용 온도 상승과 자체저항 및 주변의 열전도도에 밀접한 관계를 가지고 있음을 알 수 있으며 이들은 전부 케이블에 발생하는 열과 이를 방출하는 주위 환경과의 관계를 나타내는 식이라고 볼 수 있다. 즉 케이블의 연속 허용 전류는 주변온도, 즉 절연체의 사용온도와 도체의 허용전류에 따라 결정된다고 볼 수 있다. 즉 절연체의 사용온도가 향상될수록 도체의 허용전류 역시 상승하게 된다는 것을 알 수 있다.
도 4는 도체 상승온도 상승에 따른 허용전류 상수의 관계가 나타난 그래프이고, 도 5는 흡수선량과 겔화율의 관계를 나타낸 그래프이다.
본 발명의 EPDM 재질의 전자선 조사가교를 통한 내열성을 향상은 도체 최대 허용 온도 향상을 의미하고 도체 허용 온도의 상승은 최대 허용 전류(A)의 상승을 의미한다. 이는 곧 도체 단면적 감소로 이어져 케이블의 도체의 세경화를 통한 중량 감소(경량화)를 이룰 수 있을 것으로 예상된다.
또한 전자선 조사가교를 통한 절연체 및 SHEATH체의 절연저항(M
Figure pat00010
상승 역시 경량화에 기대되는 조건이다. 도 4를 참조하면, 흡수선량(Dose - kGy)과 겔화율(%)의 관계는 정비례의 관계를 보이고 있어 흡수선량(Dose - kGy)이 증가할수록 겔화율(%)이 증가하는 양상을 보인다. 겔화율(%)의 증가하게 되면 분자간의 동결로 인해 전계에 의한 쌍극자의 이동이 어려워져 체적저항(M
Figure pat00011
이 증가하는 결과를 보인다. 체적저항(M
Figure pat00012
즉 케이블에서의 절연저항(M
Figure pat00013
의 증가는 곧 얇은 절연피복으로도 높은 수준의 절연성을 가질 수 있는 것을 의미하므로, 이를 통해 절연두께(Insulation thickness) 및 외경의 감소를 통한 케이블의 경량화를 이룰 수 있을 것으로 기대된다.
도 4는 현재 적용중인 케이블의 도체 단면적 규격별 외경 및 무게 감소율 계산치를 도시된 도면이다. 예를 들면 10SQmm 규격 케이블의 경우 도체 외경은 90
Figure pat00014
기준 4.05mm이나, 절연체의 내열성을 향상하여 120
Figure pat00015
기준으로 적용을 하게 되면 2.55mm까지 감소시켜도 동일한 허용전류(A)와 절연저항성을 가질 수 있다. 이를 무게로 환산하게 되면 68kg/km에서 28kg/km로 약 59%의 무게 감소가 이루어짐을 알 수 있다. 이 부분을 전 규격에 적용한다면 전체적으로 평균 외경 감소율은 약 30%, 평균 무게 감소율은 50% 정도의 감소효과가 기대된다.
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 도체
20: 피복층

Claims (2)

  1. 도체; 및
    전자선 조사가교 처리된 EPDM(Ethylene Propylene Diene Methylene) 고무로 구성된 피복층을 포함하는, 전자선 조사가교를 통한 전기 자동차용 고내열, 고유연성 고무복합소재 케이블.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 피복층은, EPDM(Ethylene Propylene Diene Methylene) 고무, 가교촉진제, 난연제, 산화방지제, 충진제, 가소제 및 가공조제를 포함하고,
    상기 가교촉진제는,
    2-메르캅토벤조티아졸(2-mercaptobenzothiazole), 2,2'-dibenzothazyl 및 디티오카바메이트(dithiocarbamamate) 중 선택된 2종이 조합된 것을 특징으로 하고,
    상기 난연제는, 인계 난연제(Phosphorous Flame retardant)인 것을 특징으로 하고,
    상기 산화방지제는, 페놀계, 유황계 및 인계 중 선택된 2종 이상이 혼합된 것을 특징으로 하고,
    상기 충진제는, 카본 블랙, 실리카, 탈크 및 수산화 알루미늄 중 어느 하나인 것을 특징으로 하고,
    상기 가소제는, 나프테닉 오일(naphthenic oil), 파라핀 오일(paraffinic oil) 및 퍼옥사이드 중 어느 하나인 것을 특징으로 하며,
    상기 가공조제는, 내부 활제 및 외부 활제를 포함하는, 전자선 조사가교를 통한 전기 자동차용 고내열, 고유연성 고무복합소재 케이블.
KR1020200133916A 2020-10-16 2020-10-16 전자선 조사가교를 통한 전기 자동차용 고내열, 고유연성 고무복합소재 케이블 및 그 제조 방법 KR20220051049A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200133916A KR20220051049A (ko) 2020-10-16 2020-10-16 전자선 조사가교를 통한 전기 자동차용 고내열, 고유연성 고무복합소재 케이블 및 그 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200133916A KR20220051049A (ko) 2020-10-16 2020-10-16 전자선 조사가교를 통한 전기 자동차용 고내열, 고유연성 고무복합소재 케이블 및 그 제조 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220051049A true KR20220051049A (ko) 2022-04-26

Family

ID=81391485

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200133916A KR20220051049A (ko) 2020-10-16 2020-10-16 전자선 조사가교를 통한 전기 자동차용 고내열, 고유연성 고무복합소재 케이블 및 그 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20220051049A (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102562644B1 (ko) * 2023-01-16 2023-08-02 대륙테크놀로지 주식회사 전자선 조사가교를 통한 전기 자동차용 고내열, 고유연성 고무복합소재 케이블 및 그 제조 방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101173837B1 (ko) 2009-06-03 2012-08-20 삼화페인트공업주식회사 액상 은나노를 함유한 무용제 에폭시 도료 조성물 및 그의 제조 방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101173837B1 (ko) 2009-06-03 2012-08-20 삼화페인트공업주식회사 액상 은나노를 함유한 무용제 에폭시 도료 조성물 및 그의 제조 방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102562644B1 (ko) * 2023-01-16 2023-08-02 대륙테크놀로지 주식회사 전자선 조사가교를 통한 전기 자동차용 고내열, 고유연성 고무복합소재 케이블 및 그 제조 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6287919B2 (ja) 電線被覆材組成物、絶縁電線及びワイヤーハーネス
JP6295886B2 (ja) 電線被覆材用組成物、絶縁電線およびワイヤーハーネス
JP6329907B2 (ja) 耐熱性シラン架橋性樹脂組成物を用いた成形体の製造方法
JP6350129B2 (ja) 電線被覆材用組成物、絶縁電線およびワイヤーハーネス
CN104854185A (zh) 具有无定形二氧化硅填充剂的基于弹性体的聚合性组合物
JPWO2016056635A1 (ja) 架橋樹脂成形体及び架橋性樹脂組成物とそれらの製造方法、シランマスターバッチ、並びに、成形品
US20180268956A1 (en) Composition for electric wire coating material, insulated electric wire, and wire harness
US20110308836A1 (en) Insulation containing styrene copolymers
JP2015052108A (ja) 耐熱性シラン架橋樹脂成形体及びその製造方法、耐熱性シラン架橋性樹脂組成物及びその製造方法、耐熱性シラン架橋樹脂成形体を用いた耐熱性製品、並びに、シランカップリング剤混合無機フィラー
JP2014005373A (ja) 熱可塑性エラストマー組成物及びそれを用いた鉄道車両用特別高圧ケーブル
JP2016050288A (ja) 電線被覆材用組成物、絶縁電線およびワイヤーハーネス
JPWO2016056634A1 (ja) 難燃性架橋樹脂成形体及び難燃性架橋性樹脂組成物とそれらの製造方法、難燃性シランマスターバッチ、並びに、成形品
JP2017531899A (ja) 架橋層を含む電気装置
KR20220051049A (ko) 전자선 조사가교를 통한 전기 자동차용 고내열, 고유연성 고무복합소재 케이블 및 그 제조 방법
JP6733695B2 (ja) 電線被覆材用組成物、絶縁電線およびワイヤーハーネス
JPWO2014188925A1 (ja) 耐熱性シラン架橋樹脂成形体、耐熱性シラン架橋性樹脂組成物及びそれらの製造方法、耐熱性シラン架橋樹脂成形体を用いた耐熱性製品、並びにシランカップリング剤予備混合フィラー及びそれを含むフィラー
JP2016050287A (ja) 電線被覆材用組成物、絶縁電線およびワイヤーハーネス
JP2022072651A (ja) 被覆電線、及びワイヤーハーネス
JPWO2014084048A1 (ja) 耐熱性シラン架橋性樹脂組成物を用いた成形体の製造方法
CA3020363C (en) Crosslinked polymer composition for cable accessories
KR102562644B1 (ko) 전자선 조사가교를 통한 전기 자동차용 고내열, 고유연성 고무복합소재 케이블 및 그 제조 방법
Bánhegyi Compatibility Issues in High Voltage DC Cable Insulation Development
WO2013023118A1 (en) Lead-free cable containing bismuth compound
JP2020181827A (ja) 電線被覆材用組成物、絶縁電線およびワイヤーハーネス
JP2023038166A (ja) 耐トラッキング性に優れたポリオレフィン樹脂組成物およびそれにより製造された成形品

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal