KR20230018814A - 수소상용차에 적용 가능한 고전압 경량 케이블 소재 및 이의 제조방법 - Google Patents

수소상용차에 적용 가능한 고전압 경량 케이블 소재 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수소상용차에 적용가능한 고출력, 고용량의 경량 케이블을 제조하기 위한 경량 내열 수지, 이의 제조방법 및 이로부터 제조된 케이블에 관한 것이다.

Description

수소상용차에 적용 가능한 고전압 경량 케이블 소재 및 이의 제조방법{Material for high-voltage lightweight cable applicable to hydrogen-powered heavy-duty vehicle and preparation method thereof}
본 발명은 수소상용차에 적용가능한 고출력, 고용량의 경량 케이블을 제조하기 위한 내열 수지, 이의 제조방법 및 이로부터 제조된 케이블에 관한 것이다.
화석연료를 사용하면서 발생된 환경오염, 기후변화, 지구 온난화 등의 문제와 화석연료 고갈에 따른 에너지 위기는 인류에게 신에너지 사회로의 진입을 요구하고 있다. 이 변화의 중심에 서있는 자동차 산업은 미래 사회의 해법을 제시해아할 위기에 놓여있다. 이러한 자동차 산업과 관련하여 자율 주행 기능과 친환경 자동차 기술에 대해 대규모 국가적 투자가 이루어지고 있으며, 수소 연료 전지 자동차는 하이브리드 자동차(hybrid electric vehicle) 및 배터리 자동차(battery electric vehicle)와 함께 친환경 자동차의 주요 기술로 국가 경쟁력 확보에 중요한 성장동력으로 여겨지고 있다.
한편, 세계 주요 기관은 기존의 내연 기관 자동차가 매우 빠른 속도로 친환경 자동차에 의해 대체되는 예상 시나리오를 발표하고 있으며, 기존의 내연 기관 자동차는 하이브리드 자동차, 배터리 자동차 및 수소 연료 전지 자동차에 의해 차례로 대체되리라 전망되고 있다. 이러한 맥락에서 세계 각국은 2030년을 목표로 공격적인 수소 자동차 보급 계획을 발표하여 추진하고 있다. 대한민국 또한 공격적인 전략으로 2040년까지 620만대의 수소 자동차와 1200개의 수소 충전소 보급을 목표로 하고 있다. 유럽의 경우 수소 자동차 뿐만 아니라 수소 연료 전지 기차 및 선박 등의 도입을 통해 수소 사회로의 진입에 대한 원대한 계획을 제시하였으며, 중국 역시 이와 유사하게 승용차보다는 상용차의 도입을 우선적으로 추진하는 전략을 수립하였다. 이는 배터리 자동차와 수소 자동차의 기술적 또는 경제적 우위성을 고려한 것으로, 수소 연료 전지 트럭은 100 km 이상의 장거리 운행에서 배터리 전기 트럭에 비해 우수한 경제성을 지닌 것으로 알려져 있다.
상용차는 승용차에 비해 운행 시간과 거리가 길기 때문에 충전 시간 및 충전 공간이 매우 중요한 요소이다. 또한, 상용차는 승용차에 비해 단회에 장시간 운행을 요구하므로 대용량 충전이 필수적이다. 수소 상용 자동차는 배터리 자동차에 비해 15배 정도 충전이 빠르며, 이러한 충전 시간을 고려할 때, 충전소의 회전율이 빨라지므로 배터리 자동차 충전소보다 약 10배 가량 작은 공간만을 필요로 한다.
이러한 맥락에서 수소차의 보급은 상용차를 중심으로 충전소의 보급과 함께 이루어지며, 대규모의 승용차 보급이 뒤따르는 방향으로 계획이 수립되어 실행되고 있는 실정이다.
한편, 수소 자동차에 사용되는 수소 연료 전지 시스템은 엔진에 해당하는 수소 연료 전지 스택과 스택의 수소 공급, 공기 공급, 냉각, 전력 제어 등에 필요한 운전 장치(balance of plant)로 구분된다. 이중 운전 장치는 기존의 내연 기관 자동차와 유사하게, 압축기, 밸브, 제어기, 수소 압축 용기 등 다양한 기계 부품 소재를 활용하게 되며, 결론적으로 수소 자동차는 소재/재료, 부품, 시스템 및 제어 등에 이르는 매우 다양한 기술이 확보되어야 경제성을 보장할 수 있다.
수소 연료 전지 자동차의 전장 시스템은 전기차의 전장 시스템과 거의 유사하다. 다만, 수소 자동차는 수소 에너지원으로부터 연료 전지를 통해 전기를 발생시켜 모터를 구동하나, 전기차는 전력망으로부터 직접 리튬 이온 배터리를 충전한 후 다시 방전시키면서 모터를 구동한다.
구체적으로, 수소 연료 전지 차량은 수소와 산소의 전기화학적 반응에 의해 생성되는 전기를 이용하여 모터를 구동시키는 자동차를 의미한다. 단위 연료 전지(unit cell)가 일반적인 조건에서 0.6 내지 0.7 V의 출력전압을 갖는 것을 고려할 때, 자동차용 모터를 구동시키기 위해 요구되는 수백 볼트의 고전압을 얻기 위해서는 수백 개의 단위 전지를 직렬로 연결하여 사용하게 되며, 이를 스택(stack)이라고 한다. 이와 같은 연료 전지 스택의 효율적인 구동을 위해서는 운전 장치 시스템이 필수적이며, 이러한 운전 장치 시스템과 대전류/고전압의 사용으로 인해 수소 연료 전지 차량의 전자기적 특성은 일반적인 내연 기관 자동차들과는 매우 다르다.
현재의 수소 연료전지 차량의 전압은 항상 일정한 값을 갖지 않고 정확한 스펙이 결정되지 않았으므로, 모든 대전류/고전압 케이블 구조에 사용 가능한 허용전류를 입력 값으로 주게 된다. 또한 이는 전압의 변화나 인버터 출력단 모터 구동시의 전류나 전압 값의 변화까지 포함할 수 있다. 특히, 운전장치 시스템은 대전류/고전압 케이블로 서로 연결된 여러 하위 시스템을 포함한다. 따라서, 스택 구동에 필수적인 운전장치 시스템의 하나인 하위 시스템은 케이블을 통해 운전장치 시스템 내의 다른 하위 시스템 또는 구동 시스템에 치명적인 영향을 미칠 수 있다.
이러한 운전장치 시스템의 복잡한 전기 배선은 사고시 누전 등에 의한 화재를 유발할 수 있으며, 사고시 차체에 고전압의 전류가 흐를 수 있어 화재가 발생하면 내연기관 차량 보다 진압이 어렵다. 또한 버스나 대형트럭과 같은 상용차 구동에 사용되는 대전류/고전압 케이블의 경우 맥스웰 방정식의 암페어 법칙에 따라 자기장 방사가 매우 심하다. 따라서, 수소 연료전지 차량용 대전류/고전압 케이블은 이에 필수적인 시스템인 운전장치 시스템의 전자기적 안전성을 확보하는 것이 필수적이다.
이에 따라 대전류/고전압 케이블은 전기장 차폐를 위해 일반 케이블과는 달리 편조체를 사용하며, 편조율에 따라 그 효과가 달라진다. 수소상용차는 일반 자동차에 비해 높은 입력(대전류/고전압) 값을 가지므로, 대전류/고전압 케이블에서 편조체는 꼭 필요한 구조이다.
또한, 대전류/고전압 케이블은 고분자 조성물로 된 절연층을 포함할 수 있다. 이때, 상기 고분자 조성물로는 가교 가능한 고분자 조성물을 사용할 수 있는 데, 이는 열가소성 소재를 절연층에 사용하는 것보다 내열성, 내용매성, 내화학성은 물론 내구성까지 향상시킬 수 있고, 난연성을 향상시킬 수 있다.
따라서, 수소상용차용 대전류/고전압 케이블의 절연피복을 위한 컴파운드는 고난연성을 유지하면서 내열 안정성을 향상시킬 수 있도록 고분자 내 분자쇄끼리 가교시킬 수 있다. 나아가, 첨가제에 의해 폴리올레핀계 고분자 수지를 가교결합 시킴으로서 기계적 강도(mechanical strength) 및 화학적 열저항성(thermal resistance)을 개선할 수 있다.
폴리올레핀계 고분자 수지는 이러한 가교 과정을 통해 선형인 분자구조(linear molecular structure)를 보다 안정된 3차원적인 망상구조로 전환시키거나 원하는 물성을 갖도록 개질될 수 있다.
상기 절연피복 컴파운드는 난연제를 포함할 수 있다. 각국의 안정기준 강화에 따른 난연성의 지표도 단순히 타기 어려운 것뿐만 아니라 연소시의 화재, 가스, 연기 등의 세력을 줄여 연소를 멈추게 하기도 하고 피난, 소화활동을 쉽게 만드는 등의 새로운 지표가 제안되고 있으며, 고분자 수지에 배합 시 가공성, 물리적 특성을 저해시키는 요인으로 작용하지 않아야 한다. 절연 고분자 복합체 제조 시 난연제 및 보조충진제 등의 고른 분산을 유도하는 한편 압출표면을 원활하게 하여 이 부분에 전계가 집중되지 않도록 적절한 난연제를 선정해야 한다. 이와 같이, 일반적인 난연화는 난연제 첨가에 의한 것이 주류를 이루고 있으며 이에 따라 최근 난연제에 대한 관심은 단순히 난연효과 뿐만 아니라 저유해성, 저발연성, 저부식성, 내열성을 겸비한 고난연 고분자 조성물의 개발에 있다.
한국등록특허 제10-1845532호, 한국등록특허 제10-1625034호.
본 발명자들은 수소상용차용 대전류/고전압 케이블의 절연층에 적용 가능한 경량의 고내열 난연 열가소성 탄성체 조성물을 발굴하고자 예의 연구 노력한 결과, 펜텐 단량체, 공중합 단량체 및 비닐실란을 소정의 비율로 포함하는 폴리펜텐 기반의 열가소성 탄성체 조성물;과 에틸렌 공중합체, 실란으로 표면처리된 난연제, 안티더스팅 처리된 산화방지제, 및 가교제를 소중의 비율로 포함하는 가교형 난연 에틸렌 공중합체 펠렛;을 함께 혼합하여 피복층을 도입하고 이를 가교시켜 형성한 절연층 및 금속 또는 탄소 재료로 코팅된 섬유 단사로 된 전기전도성 합연사를 편조하여 형성한 차폐층과 조합함으로써 유연성, 난연성, 내열성 및 경량성이 향상된 수소상용차용 고용량 케이블을 제공할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하였다.
본 발명에서 개시되는 각각의 설명 및 실시형태는 각각의 다른 설명 및 실시 형태에도 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에서 개시된 다양한 요소들의 모든 조합이 본 발명의 범주에 속한다. 또한, 하기 기술되는 구체적인 서술에 의하여 본 발명의 범주가 제한된다고 할 수 없다.
또한, 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 통상의 실험만을 사용하여 본 발명에 기재된 본 발명의 특정 양태에 대한 다수의 등가물을 인지하거나 확인할 수 있다. 또한, 이러한 등가물은 본 발명에 포함되는 것으로 의도된다.
아울러, 본 발명의 명세서 전체에 있어서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명을 보다 자세히 설명한다.
본 발명의 제1양태는 펜텐 단량체, 공중합 단량체 및 비닐실란을 포함하는 폴리펜텐 기반 열가소성 탄성체 조성물을 제공한다.
이때, 상기 조성물은 펜텐 단량체, 공중합 단량체 및 비닐실란을 (200 내지 340):(12 내지 20):(1 내지 10)의 질량비로 포함할 수 있다.
예컨대, 상기 펜텐 단량체는 2-메틸-1-펜텐(2-methyl-1-pentene), 3-메틸-1-펜텐(3-methyl-1-pentene), 4-메틸-1-펜텐(4-methyl-1-pentene), 2-에틸-3-메틸-1-펜텐(2-ethyl-3-methyl-1-pentene), 2-에틸-4-메틸-1-펜텐(2-ethyl-4-methyl-1-pentene), 2-메톡시-4-메틸-1-펜텐(2-methoxy-4-methyl-1-pentene), 2-이소프로필-3-메틸-1-펜텐(2-isopropyl-3-methyl-1-pentene), 1-부텐-4-메틸-1-펜텐(1-butene-4-methyl-1-pentene), 및 2,4-디페닐-4-메틸-1-펜텐(2,4-diphenyl-4-methyl-1-pentene)으로 구성된 군으로부터 선택되는 화합물일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 이와 같이, 펜텐 단량체를 사용함으로써 내열성 및 내후성을 부여할 수 있다. 상기 펜텐 단량체의 사용량이 상기 비율 미만인 경우 수율이 떨어질 수 있고, 상기 비율을 초과하여 과량으로 공급되는 경우 용융 혼련성이 저하될 수 있다.
예컨대, 상기 공중합 단량체는 1-부텐(1-butene), 1-펜텐(1-pentene), 1-헥센(1-hexane), 1-옥텐(1-octene), 1-노넨(1-nonene), 1-데센(1-decene), 1-운데센(1-undecene), 1-도데센(1-dodecene), 1-트리데센(1-tridecene), 1-테트라데센(1-tetradecene), 1-펜타데센(1-petadecene), 1-헥사데센(1-hexadecene), 1-헵타데센(1-heptadecene), 1-옥타데센(1-octadecene), 및 1-노나데센(1-nonadecene)으로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
예컨대, 난연제와의 상용성을 부여하고, 실란 가교 역할을 하도록 비닐실란을 사용할 수 있다. 상기 비닐실란은 트리메톡시비닐실란(trimethoxyvinylsilane), 트리에톡시비닐실란(triethoxyvinylsilane), 트리아세톡시(비닐)실란(triacetoxy(vinyl)silane), 트리이소프로폭시(비닐)실란(triisopropoxy(vinyl)silane),트리스(트리메틸실록시)(비닐)실란(tris(trimethylsiloxy)(vinyl)silane), 및 트리스(터트-부틸퍼옥시)비닐실란(tris(tert-butylperoxy)vinylsilane)으로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 비닐실란의 사용량이 적으면 실란 가교 특성이 떨어져 원하는 효과를 달성하기 어려울 수 있고, 사용량이 과한 경우 공정의 경제성이 떨어진다.
본 발명의 제2양태는 펜텐 단량체, 공중합 단량체 및 비닐실란을 포함하는 폴리펜텐 기반 열가소성 탄성체 조성물; 에틸렌 공중합체; 실란으로 표면처리된 난연제; 안티더스팅 처리된 산화방지제; 및 가교제;를 포함하는 가교형 절연피복용 조성물을 제공한다.
상기 폴리펜텐 기반 열가소성 탄성체 조성물은 펜텐 단량체, 공중합 단량체 및 비닐실란을 각각 (20 내지 34):(1.2 내지 2):(0.1 내지 1)의 질량비로 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
예컨대, 상기 폴리펜텐 기반 열가소성 탄성체 조성물은 산화방지제(antioxicant), 지방산 또는 지방산 금속염 등의 활제(lubricant), 또는 둘 모두를 추가로 포함하여 압출성형한 펠렛의 형태로 제공될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 이때, 산화방지제 및 활제는 폴리펜텐 기반 열가소성 탄성체 조성물에 대해 1중량% 이내로, 구체적으로는, 각각 0.4 내지 0.8중량%, 및 0.2 내지 0.4중량%로 포함될 수 있고, 상기 펠렛은 수 mm의 크기, 예컨대, 2 내지 5 mm의 크기를 가질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 산화방지제는 가공시 열분해나 장기 라디칼(radical) 안정성을 nq여하기 위하여 사용되는 것으로, 예컨대, 펜타에리트리톨테트라키스(3-(3,5-디-터트-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트(pentaerythritoltetrakis(3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate)), 트리스(2,4-디터트-부틸페닐)포스파이트(tris(2,4-ditert-butylphenyl)phosphite), 3,9-비스(2,4-디터트-부틸페닐)-2,4,8,10-테트라옥사-3,9-디포스파스피로[5,5]운데칸(3,9-bis(2,4-di-tert-butylphenyl)-2,4,8,10-tetraoxa-3,9-diphosphaspiro[5,5]undecane), 비스(2,4-디-터트-부틸페닐)펜타에리트리톨리포스파이트(bis(2,4-di-tert-butylphenyl)pentaerythritoliphosphite), 디라우릴 티오디프로피오네이트(dilauryl thiodipropionate), 디스테알릴펜타에리트리틸 디포스파이트, 테트라키스(2,4-디-터트-부틸펜틸)[1,1-비페닐]-4,4'-디일비스포스포니트 등을 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 이때, 산화방지제의 함량이 전술한 범위 미만인 경우 장기 라디칼 안정성이 떨어질 수 있고, 초과인 경우에는 공정의 경제성이 떨어질 수 있다.
상기 활제는 가공조제로 조성물의 배합성 및 분산성을 향상시키기 위하여 사용되는 것으로, 구체적으로 아연 스테아레이트(zinc stearate), 마그네슘 스테아레이트(magnesium stearate), 칼슘 스테아레이트(calcium stearate) 등을 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 이때, 활제의 함량이 전술한 범위 미만인 경우 분산성이 떨어질 수 있고, 초과인 경우에는 절연 조성물 표면으로 이행(migration)될 수 있다.
예컨대, 본 발명의 가교형 절연피복용 조성물은 에틸렌 공중합체 100중량부를 기준으로 폴리펜텐 기반 열가소성 탄성체 및 비닐실란으로 표면처리된 난연제를 각각 18 내지 24중량부 및 100 내지 200중량부로 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 실란으로 표면처리된 난연제는 교반기가 장착된 반응기에 알코올, 및 증류수를 90:10 내지 98:2의 질량비로 투입하고, 이에 상기 용매의 총 중량을 기준으로 10 내지 50중량%의 반응성 실란을 첨가한 후, 5 내지 20중량%의 산촉매를 첨가하여 반응액의 pH를 3 내지 5로 유지하면서 50 내지 500RPM의 속도로 10 내지 120분 동안 교반한 용액에, 1,000 내지 2,000중량%의 난연제를 첨가한 후, 50 내지 500RPM의 속도로 10 내지 240분 더 교반하여 준비하였다. 상기 반응성 실란은 노르말-프로필트리에톡시실란, 노르말-프로필트리메톡시실란, 노르말-옥틸트리에톡시실란, 노르말-옥틸트리메톡시실란, 노르말-도데실트리메 톡시실란, 노르말-헥사데실트리메톡시실란, 테트라에톡시 실란, 노르말-옥틸트리에톡시실란, 메틸트리메톡시실란 등의 알킬실란(alkyl silane); 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-아미노프로필트리메 톡시실란, 노르말-2-(아미노에틸)-3-아미노프로필 트리메톡시실란, 노르말-2-(아미노에틸)-3-아미노 프로필트리에톡시실란, 노르말-2-(아미노에틸)-3-아미노프로필메틸디메톡시실란, 비스(3-(트리메톡시실릴)프로필)아민, 노르말-페닐-감마-아미노프로필트리메톡시실란 등의 아미노실란(amino silane); 3-머캅토프로필트리메톡시실란, 3-머캅토프로필트리에톡시실란, 비스(3-(트리메톡시실릴)프로필)테트라설파이드, 비스(3-(트리메톡시실릴)프로필)디설파이드 등의 설퍼실란(sulfur silane) 등을 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 난연제는 마그네슘 하이드로옥사이드 포스페이트(magnesium hydroxide phosphate)나, 칼슘 하이드로옥사이드(calcium hydroxide), 알루미늄 하이드로옥사이드(aluminium hydroxide)나 마그네슘 하이드로옥사이드(magnesium hydroxide) 등의 금속 수화물계의 난연제를 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한 상기 금속 수화물계 난연제는 0.01 내지 20 μm의 평균입경을 갖는 입자 형태일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 반응성 실란은 난연제 간의 계면 접착력을 향상시키기 위하여 사용할 수 있다. 이때 반응성 실란의 사용량이 전술한 범위 미만이면 고분자 수지와 난연제 간의 계면 접착력이 떨어질 수 있고, 과량으로 사용하는 것은 경제적이지 못하다. 한편 난연제의 사용량이 전술한 범위 미만이면 경제성이 떨어질 수 있고, 범위를 초과하여 사용할 때는 용융 혼련성이 저하될 수 있다.
예컨대, 본 발명의 가교형 절연피복용 조성물은 에틸렌 공중합체 100중량부를 기준으로 2 내지 5중량%의 안티더스팅 처리된 산화방지제를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 안티더스팅 처리된 산화방지제는 통기블렌더(through-flow blender)에 머캅토 화합물로부터 선택되는 열/산소 산화방지제와 상기 산화방지제 100중량부를 기준으로 2 내지 5중량부의 안티더스팅 오일(antidusting oil)을 연속적으로 공급하면서 혼합, 여과 및 선별하여 준비할 수 있다. 예컨대, 상기 산화방지제로는 징크 2-머캅토톨루이미다졸(zinc 2-mercaptotoluimidazole)이나, 징크 2-머캅토벤즈이미다졸(zinc 2-mercaptobenzimidazole), 징크 2-머캅토벤조티아졸(zinc 2-mercaptobenzothiazole), 징크 2-머캅토티오 벤조티아졸)(zinc 2-mercaptothiobenzothiazole) 등으로부터 선택되는 머캅토 화합물을, 안티더스팅 오일로는 미네랄 오일(mineral oil), 식물성 오일, 실리콘 오일(silicone oil) 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
예컨대, 본 발명의 가교형 절연피복용 조성물은 에틸렌 공중합체 100중량부를 기준으로 0.05 내지 1중량%의 가교제를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
예컨대, 상기 에틸렌 공중합체는 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체(ethylene-vinyl acetate copolymer), 에틸렌-에틸 아크릴레이트 공중합체(ethylene-ethyl acrylate copolymer), 에틸렌-아크릭 액시드 공중합체(ethylene-acrylic acid copolymer), 에틸렌-메타아크릭 액시드 공중합체(ethylene-methacrylic acid copolymer), 에틸렌-메틸 메타아크릴레이트 공중합체(ethylene-methyl methacrylate copolymer), 및 에틸렌-부틸 메타아크릴레이트 공중합체(ethylene-butyl methacrylate copolymer)로 구성된 군으로부터 선택될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 이외에도, 에틸렌프로필렌 공중합체(ethylene propylene copolymer), 천연고무(natural rubber), 니드릴부타디엔 고무(nitrile butadiene rubber), 클로로프렌 고무(chloroprene rubber) 등의 고분자 탄성체를 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
예컨대, 상기 가교제는 디큐밀 퍼옥사이드(dicumyl peroxide), 벤조일퍼옥사이드(benzoyl peroxide), 2,5-비스(터트-아밀페록시)-2,5-디메틸헥산(2,5-bis(tert-amylperoxy)-2,5-dimethylhexane), 2,5-비스(터트-부틸페록시) 2,5-디메틸헥산(2,5-bis(tert-butylperoxy) 2,5-dimethylhexane), 3,6-비스(터트-부틸페록시)-3,6-디메틸옥탄(3,6-bis(tert-butylperoxy)-3,6-dimethyloctane), 2,7-비스(터트-부틸페록시)-2,7-디메틸옥탄(2,7-bis(tert-butylperoxy)-2,7-dimethyloctane), 2,5-비스(터트-부틸페록시)-2,5-디시클로헥실헥산(2,5 bis(tert-butylperoxy)-2,5-dicyclohexylhexane), 및 퍼부틸 퍼옥사이드(perbutyl peroxide)로 구성된 군으로부터 선택되는 유기과산화물; 트리알릴 시아누레이트(triallyl cyanurate), 트리알릴 이소시아누레이트(triallyl isocyanurate), 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트(trimethylolpropane trimethacrylate), 및 트리메틸올 프로판 트리아크릴레이트(trimethylolpropane triacrylate)로 구성된 군으로부터 선택되는 조사가교제; 또는 디부틸틴 디라우레이트(dibutyltin dilaurate), 디에틸디티오카바메이트(diethyldithiocarbamate), 디부틸틴 디아세테이트(dibutyltin diacetate), 트리페닐틴 아세테이트(triphenyltin acetate),트리에틸틴 시아니드 (triethyltin cyanide),디페닐틴 클로라이드(diphenyltin chloride), 및 트리토릴틴 프로피오네이트(tritolyltin propionate)로 구성된 군으로부터 선택되는 실란가교촉매;일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
예컨대, 본 발명의 가교형 난연 열가소성 탄성체 조성물은 머캅토계 열/산소 산화방지제, 내열산화방지제, 변색방지 산화방지제, 및 형광 증백제로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상의 성분을 추가로 포함할 수 있다. 구체적으로, 머캅토계 열/산소 산화방지제로는 3 내지 4중량부의 징크 2-머캅토톨루이미다졸(zinc 2-mercaptotoluimidazole), 징크 2-머캅토벤즈이미다졸(zinc 2-mercaptobenzimidazole), 징크 2-머캅토벤조티아졸(zinc 2-mercaptobenzothiazole), 징크 2-머캅토티오 벤조티아졸(zinc 2-mercaptothiobenzothiazole) 등을, 내열산화방지제로는 0.7 내지 0.9중량부의 트리스(2,4-디-터트-부틸페닐)포스파이트(tris(2,4-di-tert-butylphenyl)phosphite), 비스(2,4-디쿠밀페닐)펜타에리트리톨 디포스파이트(bis(2,4-dicumylphenyl)pentaerythritol diphosphite), 비스(2,4-디-터트-부틸페닐)펜타에리트리톨디포스파이트(bis(2,4-di-tert-butylphenyl)pentaerythritol diphosphite), 비스(2-터트-부틸-4-메틸-6-클로로페닐)-페닐 포스파이트(bis(2-tert-butyl-4-methyl-6-chlorophenyl)phenyl phosphite), 비스(2,4-디-터트-부틸페닐)펜타에리트리톨 디포스파이트(bis(2,4-di-tert-butylphenyl)pentaerythritol diphosphite), 2-부틸-2-에틸-1,3-프로판디올 2,4,6-트리-터트-부틸페놀 포스파이트(2-butyl-2-ethyl-1,3-propanediol 2,4,6-tri-tert-butylphenol phosphite), 트리스(노닐페닐)포스파이트(tris(nonylphenyl)phosphite), 이소데실 디페닐 포스파이트(isodecyl diphenyl phosphite), 비스(2,6-디-터트-부틸-4-메틸페닐)펜타에리트리톨-디포스파이트(bis(2,6-di-tert-butyl-4-methylphenyl) pentaerythritol-diphosphite), 트리페닐 포스파이트(triphenyl phosphite) 등을, 변색방지 산화방지제로는 0.7 내지 0.9중량부의 테트라키스(메틸렌(3,5-디-터트-부틸-4-히드록시 페닐)프로피오네이트(tetrakis(methylene(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate), 펜타에리트리톨 테트라키스(3-(3,5-디-터트-부틸-4-히드록시페닐) 프로피오네이트)(pentaerythritol tetrakis(3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate)), 옥타데실-3-(3,5-디-터트-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트(octadecyl-3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate), 이소옥틸-3-(3,5-디-터트-부틸-4-히드록시페닐) 프로피오네이트(isooctyl-3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate), 옥살릴비스(아잔디일)비스(에탄-2,1-디일)비스(3-(3,5-디-터트-부틸-4-히드록시페닐)프로파노에이트)(oxalylbis(azanediyl)bis(ethane-2,1-diyl) bis(3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propanoate))), 1,3,5-트리스(3,5-디-터트-부틸-4-히드록시벤질)-1,3,5-트리아진-2,4,6(1H, 3H, 5H)-트리온(1,3,5-tris(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxybenzyl)-1,3,5-triazine-2,4,6(1H,3H,5H)-trione), 메틸 3-(3,5-디-터트-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트(methyl 3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate), 2,2'-옥사미도비스(에틸 3-(3,5-디-터트-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트)(2,2'-oxamidobis(ethyl 3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate)) 등의 페놀계 화합물을, 형광 증백제로는 0.02 내지 0.035중량부의 2,5-티오펜디일비스(5-터트-부틸-1,3-벤족사졸)(2,5-thiophenediylbis(5-tert-butyl-1,3-benzoxazole)), 2,5-비스(5-터트-부틸-2-벤족사졸릴)티오펜(2,5-bis(5-tert-butyl-2-benzoxazolyl)thiophene),1,2-비스(5-메틸-2-벤족사졸)에틸렌(1,2-bis(5-methy-2-benzoxazole)ethylene),1,4-비스(벤족사졸릴-2-일)나프탈렌(1,4-bis(benzoxazolyl-2-yl)naphthalene),1,4-비스(2-시아노스티 릴)벤젠(1,4-bis(2-cyanostyryl)benzene), 2,5-비스-(벤족사조-2-일)티오펜(2,5-bis-(benzoxazo-2-yl)thiophene), 5-메틸-2,2'-(비닐렌디-파라-페닐렌)비스-벤족사졸(5-methyl-2,2'-(vinylenedi-para-phenylene)bisbenzoxazole) 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다, 상기 첨가제의 함량은 에틸렌 공중합체 100중량부를 기준으로 표시된다.
본 발명의 제3양태는 중심으로부터 차례로 도체; 펜텐 단량체, 공중합 단량체 및 비닐실란을 각각 (20 내지 34):(1.2 내지 2):(0.1 내지 1)의 질량비로 포함하는 폴리펜텐 기반 열가소성 탄성체 조성물; 및 에틸렌 공중합체, 실란으로 표면처리된 난연제, 안티더스팅 처리된 산화방지제, 및 가교제를 각각 100:(100 내지 200):(2 내지 5):(0.05:1)의 중량비로 포함하는 가교형 난연 에틸렌 공중합체 펠렛;을 포함하는 가교형 절연피복용 제1조성물로 된 절연체층; 차폐층; 및 에틸렌 공중합체, 실란으로 표면처리된 난연제, 안티더스팅 처리된 산화방지제, 및 가교제를 각각 100:(100 내지 200):(2 내지 5):(0.05:1)의 중량비로 포함하는 가교형 난연 에틸렌 공중합체 펠렛; 및 선택적으로 펜텐 단량체, 공중합 단량체 및 비닐실란을 각각 (20 내지 34):(1.2 내지 2):(0.1 내지 1)의 질량비로 포함하는 폴리펜텐 기반 열가소성 탄성체 조성물;을 포함하는 가교형 절연피복용 제2조성물로 된 피복층;을 포함하는, 수소연료전지를 동력원으로 구비한 운송수단용 경량 케이블로서, 상기 차폐층은 외주연에 금속 또는 탄소 재료로 코팅된 탄소, 유리, 세라믹 또는 아라미드(aramid)로 형성된 섬유 단사(single yarn)의 단독 또는 2종 이상의 합사를 1 내지 4,000 가닥 집합한 전기전도성 합연사로 편조된 것인, 경량 케이블을 제공한다.
본 발명의 케이블을 적용 가능한 수소연료 기반 운송수단으로는 승용차는 물론 한번 충전으로 장거리 운전이 가능하므로 상용차, 기차, 또는 선박과 같은 대형 운송수단을 제한없이 포함한다. 본 발명의 케이블은 내연성이 우수할 뿐만 아니라 경량성이 향상된 케이블을 제공할 수 있으므로, 대규모의 운전 장치 시스템을 필요로 하는 상용차, 기차, 또는 선박과 같은 대형 운송수단에 유용하게 사용될 수 있다.
본 발명의 제4양태는 반응기에 불활성 가스를 퍼징시키면서 중합용매, 펜텐 단량체, 공중합 단량체 및 비닐실란을 공급하여 1 내지 500 RPM의 속도로 10 내지 30분 동안 교반한 후, 중합 촉매 및 보조 촉매를 투입하여, 1 내지 500 RPM의 속도로 교반하면서 20 내지 80℃ 조건에서 20 내지 120분 동안 중합시키는 단계를 포함하는, 열가소성 탄성체 조성물의 제조방법으로서, 상기 중합용매, 펜텐 단량체, 공중합 단량체 및 비닐실란은 100:(20 내지 34):(1.2 내지 2):(0.1 내지 1)의 질량비로 공급하는 것인, 폴리펜텐 기반 열가소성 탄성체 조성물의 제조방법을 제공한다.
상기 제4양태의 방법으로 제조되는 폴리펜텐 기반 열가소성 탄성체 조성물은 전술한 제1양태의 조성물일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 제5양태는 펜텐 단량체, 공중합 단량체 및 비닐실란을 각각 (20 내지 34):(1.2 내지 2):(0.1 내지 1)의 질량비로 포함하는 폴리펜텐 기반 열가소성 탄성체 조성물; 및 에틸렌 공중합체, 실란으로 표면처리된 난연제, 안티더스팅 처리된 산화방지제, 및 가교제를 각각 100:(100 내지 200):(2 내지 5):(0.05:1)의 중량비로 포함하는 가교형 난연 에틸렌 공중합체 펠렛;을 포함하는 가교형 절연피복용 제1조성물을 호퍼에 투입하는 제1단계; 압출 다이(extrusion die)가 부착된 압출기 헤드에 도체(conductor)를 통과시키면서 압출하는 제2단계; 및 압출되는 피복된 전선을 가교시키는 제3단계;를 포함하는, 가교된 절연 케이블의 제조방법으로서, 상기 제2단계에서 실린더 1은 150 내지 170℃, 실린더 2는 170 내지 190℃, 실린더 3은 190 내지 210℃, 압출헤드는 210 내지 230℃, 압출 다이는 215 내지 235℃로 조절된 압출기에서 5 내지 50 kg/시간의 속도로 압출하는 것인, 제조방법을 제공한다.
상기 펜텐 단량체, 공중합 단량체, 비닐실란, 에틸렌 공중합체, 실란으로 표면처리된 난연제, 안티더스팅 처리된 산화방지제, 및 가교제는 상기 예시한 바와 같다.
예컨대, 상기 불활성 가스는 질소, 아르곤, 네온 또는 수소일 수 있다. 상기 불활성 가스는 350 L 용량의 반응기를 기준으로 1 내지 20 L/시간의 속도로 주입할 수 있으나, 이에 제한되지 않으며, 사용하고자 하는 반응기의 용량을 고려하여 적절히 변경할 수 있다.
예컨대, 상기 중합용매(polymerization solvent)는 반응의 매개체(reaction medium)로서 벤젠(benzene), 톨루엔(toluene), 자일렌(xylene), 에틸벤젠(ethylbenzene) 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 이의 공급량은 반응성 및/또는 경제성을 고려하여 선택할 수 있다. 예컨대, 350 L 반응기를 기준으로 20,000 내지 25,000 g/시간의 속도로 공급될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
예컨대, 상기 중합 촉매로는 라세미-에틸렌비스(인데닐)지르코늄 디클로라이드(rac-ethylenebis(indenyl)zirconium dichloride), 라세미-디메틸실릴-비스(2-메틸인데닐)지르코늄 디클로라이드(rac-dimethylsilyl-bis(2-methylindenyl)zirconium dichloride), 라세미-디메틸실릴-비스(2-메틸-4-나프 틸인데닐)지르코늄 디클로라이드(rac-dimethylsilyl-bis(2-methyl-4-naphthylindenyl)zirconium dichloride), 라세미-디메틸실릴-비스(2-메틸-4-페닐인데닐)지르코늄 디클로라이드(rac-dimethylsilyl-bis(2-methyl-4-phenylindenyl)zirconium dichloride), 라세미-디메틸실릴-비스(2-메틸-4-(4-터트-부틸페닐)-1-인데닐)지르코늄 디클로라이드(rac-dimethylsilyl-bis(2-methyl-4-(4-tert-butylphenyl)-1-indenyl)zirconium dichloride), 라세미-디메틸실릴-비스(2,4,6-트리메틸인데닐)지르코늄 디클로라이드(rac-dimethylsilyl-bis(2,4,6-trimethylindenyl)zirconium dichloride), 라세미-디메틸실릴-비스(1-(2-에틸-4-(9-페난트릴)인데닐))지르코늄 디클로라이드(rac-dimethylsilyl-bis(1-(2-ethyl-4-(9-phenanthryl)indenyl))zirconium dichloride), 라세미-디메틸실릴-비스(1-(2-노르말-프로필-4-(9-페난트릴)인데닐))지르코늄 디클로라이드(rac-dimethylsilyl-bis(l-(2-n-propyl-4-(9-phenanthryl)indenyl))zirconium dichloride), 라세미-디메틸실릴-비스(1-(2-메틸-4,5-벤조인데닐))지르코늄 디클로라이드(rac-dimethylsilyl-bis(1-(2-methyl-4,5-benzoindenyl))zirconium dichloride), 라세미-디메틸실릴-비스(2-에틸-4-페닐인데닐)지르코늄 디클로라이드(rac-dimethylsilyl-bis(2-ethyl-4-phenylindenyl)zirconium dichloride), 라세미-디메틸실릴-비스(1-(2-노르말-프로필-4-(1-나프틸)인데닐))지르코늄 디클로라이드(rac-dimethylsilyl-bis(l-(2-n-propyl-4-(1-naphthyl)indenyl))zirconium dichloride) 등의 메탈로센 촉매(metallocene catalyst)를 사용할 수 있으며, 예컨대, 상기 중합 촉매는 100 내지 500 mmol로 주입할 수 있으나, 사용 가능한 중합 촉매의 종류 및 사용량은 이에 제한되지 않는다. 중합 촉매의 주입량이 상기 범위 미만으로 낮은 경우 수율이 낮아질 수 있고, 상기 범위를 초과하는 경우 공정의 경제성이 떨어지며 촉매 잔사량이 증가할 수 있다.
예컨대, 보조 촉매로는 메틸알루미녹산(methylaluminoxane), 변성 메틸알루미녹산(modified methylaluminoxane), 에틸알루미녹산(ethylalumoxane), 메틸이소부틸알루미녹산(methylisobutylalumoxane), 폴리메틸알루미녹산(polymethylaluminoxane) 등의 유기알루미녹산; 또는 트리메틸알루미늄(trimethylaluminum), 트리에틸알루미늄(triethylaluminum), 트리프로필알루미늄(tripropylaluminum), 트리이소부틸알루미늄(triisobutylaluminum) 등의 트리알킬알루미늄(trialkylaluminum)을 사용할 수 있으며, 예컨대, 상기 보조 촉매는 50 내지 250 mmol로 주입할 수 있으나, 사용 가능한 보조 촉매의 종류 및 사용량은 이에 제한되지 않는다. 보조 촉매의 주입량이 상기 범위 미만으로 낮은 경우 수율이 낮아질 수 있고, 상기 범위를 초과하는 경우 공정의 경제성이 떨어지며 촉매 잔사량이 증가할 수 있다.
상기 반응 완료 후에는 생성물을 회수, 분리 및/또는 정제하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 연속식 반응기의 하부로부터 회수한 중합 반응액에 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 부탄올 등의 저급 알코올을 1 내지 10,000 중량부로 첨가하여 반응을 종료시키고, 스팀 스트리핑(steam stripping) 처리하여 합성된 공중합체를 용매로부터 분리한 후 가온하여 감압 하에 건조시키는 공정을 추가로 수행할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 제6양태는 외주연에 금속 또는 탄소 재료로 코팅된 탄소, 유리, 세라믹 또는 아라미드(aramid)로 형성된 섬유 단사(single yarn)의 단독 또는 2종 이상의 합사를 1 내지 4,000 가닥 집합한 전기전도성 합연사를 편조하여 제15항에 따라 준비된 절연 케이블의 외주연에 차폐층을 형성하는 제1단계; 상기 차폐층이 형성된 절연 케이블의 외주연에 성형용 다이가 부착된 압출기에 에틸렌 공중합체, 실란으로 표면처리된 난연제, 안티더스팅 처리된 산화방지제, 및 가교제를 각각 100:(100 내지 200):(2 내지 5):(0.05:1)의 중량비로 포함하는 가교형 난연 에틸렌 공중합체 펠렛; 및 선택적으로 펜텐 단량체, 공중합 단량체 및 비닐실란을 각각 (20 내지 34):(1.2 내지 2):(0.1 내지 1)의 질량비로 포함하는 폴리펜텐 기반 열가소성 탄성체 조성물;을 포함하는 가교형 절연피복용 제2조성물을 호퍼에 투입하여 5 내지 50 kg/시간의 속도로 압출하는 제2단계; 및 압출되는 피복된 전선을 가교시키는 제3단계;를 포함하는, 수소연료전지를 동력원으로 구비한 운송수단용 경량 케이블의 제조방법으로서, 상기 제2단계에서 실린더 1은 100 내지 170℃, 실린더 2는 100 내지 190℃, 실린더 3은 105 내지 210℃, 압출헤드는 110 내지 230℃, 압출 다이는 110 내지 235℃로 조절되는 것인, 제조방법을 제공한다.
상기 펜텐 단량체, 공중합 단량체, 비닐실란, 에틸렌 공중합체, 실란으로 표면처리된 난연제, 안티더스팅 처리된 산화방지제, 및 가교제는 상기 예시한 바와 같다.
상기 제3단계는 1 내지 2.5 MeV에서 1 내지 20 Mrad의 조건으로 전자선을 조사하거나, 80 내지 120℃ 및 10 내지 20기압 조건으로 유지되는 가류관(continuous vulcanization pipe)을 이용하거나, 60 내지 100℃의 가열수조(heating water bath)를 통과시킴으로써 수행할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 제8양태는 제7양태의 절연 케이블의 외주연에 차폐층을 형성하는 제1단계; 상기 차폐층이 형성된 절연 케이블의 외주연에 성형용 다이가 부착된 압출기에 제2양태의 가교형 난연 열가소성 탄성체 조성물, 및 비닐아세테이트 함량이 40 내지 60몰중량%인 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체와 비닐계 실란을 반응시켜 준비한 실란가교마스터배치를 (220,000 내지 350,000);(1 내지 11,000)의 질량비로 혼합한 절연피복 조성물을 호퍼에 투입하여 5 내지 50 kg/시간의 속도로 압출하는 제2단계; 및 압출되는 피복된 전선을 가교시키는 제3단계;를 포함하는, 수소연료전지를 동력원으로 구비한 운송수단용 케이블의 제조방법을 제공한다.
이때, 상기 제2단계에서 실린더 1은 100 내지 120℃, 실린더 2는 100 내지 120℃, 실린더 3은 105 내지 125℃, 압출헤드는 110 내지 130℃, 압출 다이는 110 내지 130℃로 조절될 수 있다.
상기 제3단계의 가교는 상기 예시한 방법으로 수행할 수 있으나, 그에 제한되지 않는다.
본 발명은 종래의 연료전지 자동차 절연피복 조성물과 대체할 수 있는 유연성, 난연성, 내열성 및 경량성이 향상된 절연피복용 조성물 및 이로부터 제조된 고전압용 절연 케이블을 제공할 수 있으므로 고용량의 수소상용차 등에 적용 가능한 전기적, 기계적 특성 외에도 안정성, 하네스성 및 생산성을 겸비한 초고전압용 케이블을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소상용차용 경량 케이블의 제조방법을 플로우 챠트로 나타낸 도이다.
이하 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
제조예 1: 안티더스팅 오일 처리된 산화방지제의 제조
통기블렌더에 징크 2-머캅토톨루이미다졸(zinc 2-mercaptotoluimidazole) 및 미네랄 오일을 각각 10,000 g/시간 및 300 g/시간의 속도로 연속적으로 공급하면서, 혼합, 여과 및 선별하여 안티더스팅 오일 처리된 산화방지제를 준비하였다.
제조예 2: 비닐실란으로 표면 처리된 난연제의 제조
교반기가 장착된 반응기에 에탄올 9,500 g과 증류수 500 g, 노르말-프로필트리메톡시실란 1,000 g을 첨가하고 아세트산 800 g을 가하여 pH 3 내지 5를 유지하면서 100 RPM 속도로 30분 동안 교반시키고 10 μm 크기의 마그네슘 하이드로옥사이드 150,000 g을 가하여 100 RPM 속도로 60분 더 교반시킨 후 여과하여 80℃에서 24시간 동안 건조시켜 실란으로 표면처리된 난연제를 준비하였다.
제조예 3: 난연 에틸렌 공중합체 조성물 펠렛의 제조
100 L 니더믹서에 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 100,000 g, 상기 제조예 2에 따라 준비한 안티더스팅 오일 처리된 산화방지제 3,500 g, 상기 제조예 2에 따라 준비한 실란으로 표면처리된 난연제 150,000 g, 트리스(2,4-디-터트-부틸페닐)포스파이트 830 g, 펜타에리트리톨 테트라키스(3-(3,5-디-터트-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트) 830 g, 및 2,5-티오펜디일비스(5-터트-부틸-1,3-벤족사졸) 28 g을 순차적으로 투입하여 150℃에서 20분 동안 용융혼합한 덩어리 반죽을 이축 압출기로 이송시켜 압출성형을 통해 2 내지 5 mm 크기의 펠렛으로 제조한 후, 80℃의 오븐에서 건조하고 입자 크기별로 선별하여 난연 에틸렌 공중합체 조성물 펠렛을 준비하였다.
실시예 1: 고전압 경량 케이블의 제조 1
단계 1-1: 가교형 난연 에틸렌 공중합체 조성물 펠렛의 제조 1
헨셀믹서에 상기 제조예 3에 따라 준비한 난연 에틸렌 공중합체 조성물 펠렛 255,188 g과 디큐밀 퍼옥사이드 120 g을 투입한 후 80℃에서 30분 동안 소킹하여 가교형 난연 에틸렌 공중합체 조성물 펠렛을 준비하였다.
단계 1-2: 폴리펜텐 열가소성탄성체의 제조 1
온도조절기, 교반기 및 가스퍼징기를 장착한 100 L 반응기에 10 L/시간의 속도로 질소를 퍼징시키면서 톨루엔 100,000 g, 4-메틸-1-펜텐 30,000 g, 1-헥사데센 1,800 g, 트리메톡시비닐실란 200 g을 순차적으로 투입하여 50RPM의 속도로 15분 동안 교반한 후, 라세미-디메틸실릴-비스(2-메틸-4-(4-터트-부틸페닐)-1-인데닐)지르코늄 디클로라이드 240 mmol 및 메틸알루미녹산 120 mmol, 및 트리이소부틸알루미늄 90 mmol을 투입하여 50RPM의 속도로 교반하면서 50℃에서 60분 동안 중합반응을 진행하였다. 반응이 완료된 후, 상기 반응기에서 추출한 중합 반응액에 메탄올을 첨가하여 반응을 종료시킨 후, 스팀 스트리핑 처리하여 생성된 중합체를 용매로부터 분리한 다음 80℃에서 24시간 동안 감압 하에 건조시켜 폴리펜텐 열가소성 탄성체를 수득하였다.
단계 1-3: 가교된 절연케이블의 제조 1
상기 단계 1-1에 따라 준비한 가교형 난연 에틸렌 공중합체 조성물 펠렛 250,000 g과 단계 1-2에 따라 준비한 폴리펜텐 열가소성 탄성체 20,000 g을 혼합하여 호퍼로 투입하고, 5 Φmm 압출 다이가 부착된 압출기의 헤드에 직경 0.8 Φmm인 니켈도금동선을 7연선시킨 외경이 2.4 Φmm인 도체를 통과시키면서 실린더 1은 160℃, 실린더 2는 180℃, 실린더 3은 200℃, 압출헤드는 220℃, 압출다이는 225℃의 온도조건으로 20 kg/시간의 속도로 압출하면서, 110℃와 15기압으로 유지되는 가류관을 30 m/분의 속도로 통과시켜 가교된 절연케이블을 형성하였다.
단계 1-4: 전기전도성 합연사의 제조 1
증류수 1,000 g 당 질산은(silver nitrate) 90 g을 함유한 용액에 평균 직경 12 μm의 케블라(Kevlar®) 사를 30분 동안 함침시킨 후 증류수로 세척하고, 0.5중량% 소디움 보로하이드라디으 수용액에 다시 30분 동안 함침시켜 유리된 은을 제거하고, 다시 증류수로 세척하여 80℃로 유지되는 감압 오븐에서 12시간 동안 건조시켰다. 상기와 같이 전처리된 케블라 사를 증류수 1,000 g 당 구연산나트륨2수화물(trisodium citrate dihydrate) 20 g, 차아인산나트륨2수화물(sodium hypophosphite dihydrate) 30 g, 및 디메틸아민보란(dimethylamine borane) 2 g을 함유하는, pH 8.5(28% 암모니아수로 조절), 40℃로 유지되는 도금조에 60분 동안 함침시켜 코팅을 진행하였다. 니켈 코팅이 완료된 케블라 사를 증류수로 세척하여 80℃로 유지되는 감압 오븐에서 12시간 동안 건조시킨 후, 2,000가닥씩 집합하여 0.11 mm 직경의 전기전도성 합연사를 제조하였다.
단계 1-5: 차폐층의 형성 1
상기 단계 1-3에 따라 준비한 가교된 절연케이블을 통상적인 32추 편조기의 편조부로 통과시키면서 상기 단계 1-4에 따라 준비한 직경 0.11 mm 전기전도성 합연사를 연속적으로 공급하여 가교된 절연케이블의 외주연에 80% 편조율로 차폐층을 형성하였다.
단계 1-6: 가교된 피복층의 형성 1
별도의 압출기에 상기 단계 1-1에 따라 준비한 가교형 난연 에틸렌 공중합체 조성물 펠렛 250,000 g을 호퍼로 투입하고, 8 Φmm 압출 다이가 부착된 압출기의 헤드에 상기 단계 1-5에 따라 준비한 차폐층이 형성된 절연케이블을 통과시키면서 실린더 1은 110℃, 실린더 2는 110℃, 실린더 3은 115℃, 압출헤드는 120℃, 압출다이는 120℃의 온도조건으로 20 kg/시간의 속도로 압출하면서, 110℃와 15기압으로 유지되는 가류관을 30 m/분의 속도로 통과시켜 가교된 피복층을 형성하였다.
실시예 2: 고전압 경량 케이블의 제조 2
단계 2-1: 가교형 난연 에틸렌 공중합체 조성물 펠렛의 제조 2
디큐밀 퍼옥사이드 대신에 동량의 트리알릴이소시아누레이트를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1의 단계 1-1과 동일한 방법으로 가교형 난연 에틸렌 공중합체 조성물 펠렛을 준비하였다.
단계 2-2: 폴리펜텐 열가소성탄성체의 제조 2
상기 실시예 1의 단계 1-2와 동일한 방법으로 폴리펜텐 열가소성 탄성체를 준비하였다.
단계 2-3: 가교된 절연케이블의 제조 2
상기 단계 2-1에 따라 준비한 가교형 난연 에틸렌 공중합체 조성물 펠렛 250,000 g과 단계 2-2에 따라 준비한 폴리펜텐 열가소성 탄성체 20,000 g을 혼합하여 호퍼로 투입하고, 5 Φmm 압출 다이가 부착된 압출기의 헤드에 직경 0.8 Φmm인 니켈도금동선을 7연선시킨 외경이 2.4 Φmm인 도체를 통과시키면서 실린더 1은 160℃, 실린더 2는 180℃, 실린더 3은 200℃, 압출헤드는 220℃, 압출다이는 225℃의 온도조건으로 20 kg/시간의 속도로 압출한 후, 2.5 MeV급 전자선가속기에 30 m/분 속도로 공급하면서 10 Mrad의 전자선을 조사하여 가교된 절연케이블을 형성하였다.
단계 2-4: 전기전도성 합연사의 제조 2
상기 실시예 1의 단계 1-4와 동일한 방법으로 전기전도성 합연사를 준비하였다.
단계 2-5: 차폐층의 형성 2
상기 단계 2-3에 따라 준비한 가교된 절연케이블을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1의 단계 1-5와 동일한 방법으로 가교된 절연케이블의 외주연에 차폐층을 형성하였다.
단계 2-6: 가교된 피복층의 형성 2
별도의 압출기에 상기 단계 1-1에 따라 준비한 가교형 난연 에틸렌 공중합체 조성물 펠렛 250,000 g을 호퍼로 투입하고, 8 Φmm 압출 다이가 부착된 압출기의 헤드에 상기 단계 2-5에 따라 준비한 차폐층이 형성된 절연케이블을 통과시키면서 실린더 1은 110℃, 실린더 2는 110℃, 실린더 3은 115℃, 압출헤드는 120℃, 압출다이는 120℃의 온도조건으로 20 kg/시간의 속도로 압출한 후, 2.5 MeV급 전자선가속기에 30 m/분 속도로 공급하면서 10 Mrad의 전자선을 조사하여 가교된 피복층을 형성하였다.
실시예 3: 고전압 경량 케이블의 제조 3
단계 3-1: 가교형 난연 에틸렌 공중합체 조성물 펠렛의 제조 3
디큐밀 퍼옥사이드 대신에 830 g의 디부틸틴 디라우레이트를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1의 단계 1-1과 동일한 방법으로 가교형 난연 에틸렌 공중합체 조성물 펠렛을 준비하였다.
단계 3-2: 폴리펜텐 열가소성탄성체의 제조 3
상기 실시예 1의 단계 1-2와 동일한 방법으로 폴리펜텐 열가소성 탄성체를 준비하였다.
단계 3-3: 가교된 절연케이블의 제조 3
상기 단계 3-1에 따라 준비한 가교형 난연 에틸렌 공중합체 조성물 펠렛 250,000 g과 단계 3-2에 따라 준비한 폴리펜텐 열가소성 탄성체 20,000 g을 혼합하여 호퍼로 투입하고, 5 Φmm 압출 다이가 부착된 압출기의 헤드에 직경 0.8 Φmm인 니켈도금동선을 7연선시킨 외경이 2.4 Φmm인 도체를 통과시키면서 실린더 1은 160℃, 실린더 2는 180℃, 실린더 3은 200℃, 압출헤드는 220℃, 압출다이는 225℃의 온도조건으로 20 kg/시간의 속도로 압출한 후, 95℃로 유지되는 가열수조를 통과시켜 가교된 절연케이블을 형성하였다.
단계 3-4: 전기전도성 합연사의 제조 3
상기 실시예 1의 단계 1-4와 동일한 방법으로 전기전도성 합연사를 준비하였다.
단계 3-5: 차폐층의 형성 3
상기 단계 3-3에 따라 준비한 가교된 절연케이블을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1의 단계 1-5와 동일한 방법으로 가교된 절연케이블의 외주연에 차폐층을 형성하였다.
단계 3-6: 가교된 피복층의 형성 3
별도의 압출기에 상기 단계 3-1에 따라 준비한 가교형 난연 에틸렌 공중합체 조성물 펠렛 250,000 g과 단계 3-2에 따라 준비한 폴리펜텐 열가소성 탄성체 20,000 g을 혼합하여 호퍼로 투입하고, 8 Φmm 압출 다이가 부착된 압출기의 헤드에 상기 단계 3-5에 따라 준비한 차폐층이 형성된 절연케이블을 통과시키면서 실린더 1은 160℃, 실린더 2는 180℃, 실린더 3은 200℃, 압출헤드는 220℃, 압출다이는 225℃의 온도조건으로 20 kg/시간의 속도로 압출한 후, 95℃로 유지되는 가열수조를 통과시켜 가교된 피복층을 형성하였다.
실시예 4: 고전압 경량 케이블의 제조 4
단계 4-1: 가교형 난연 에틸렌 공중합체 조성물 펠렛의 제조 4
상기 실시예 1의 단계 1-1과 동일한 방법으로 가교형 난연 에틸렌 공중합체 조성물 펠렛을 준비하였다.
단계 4-2: 폴리펜텐 열가소성탄성체의 제조 4
상기 실시예 1의 단계 1-2와 동일한 방법으로 폴리펜텐 열가소성 탄성체를 준비하였다.
단계 4-3: 가교된 절연케이블의 제조 4
상기 실시예 1의 단계 1-3과 동일한 방법으로 가교된 절연케이블을 형성하였다.
단계 4-4: 전기전도성 합연사의 제조 4
증류수 1,000 g 당 염화제1주석2수화물(tin(II) chloride dihydrate) 20 g 및 10% 염산(hydrochloric acid) 42 g을 함유한 전처리 용액이 담긴 전처리조(pretreatment bath); 증류수 1,000 g 당 염화팔라듐(palladium(II) chloride) 0.25 g 및 10% 염산 2.65 g을 함유한 활성화 용액이 담긴 활성화조(activation bath); 및 증류수 1,000 g 당 니켈 아세테이트 무수물(nickel(II) acetate hydrate) 40 g, 차아인산나트륨1수화물(sodium hypophosphite monohydrate) 20 g, 구연산나트륨 100 g, 및 염화암모늄(ammonium chloride) 50 g을 함유한 무전해 니켈 코팅 용액이 담긴 코팅조(coating bath);를 준비하고, 온도 70℃, pH 8 내지 9로 유지하면서 평균 직경 7 μm의 카본사를 0.25 m/분의 속도로 순차적으로 통과시켜 니켈 코팅을 진행하였다. 니켈 코팅이 완료된 카본사를 증류수로 세척하여 120℃로 유지되는 건조로에서 건조시킨 후, 3,000가닥씩 집합하여 0.11 mm 직경의 전기전도성 합연사를 제조하였다.
단계 4-5: 차폐층의 형성 4
상기 단계 4-4에 따라 준비한 가교된 전기전도성 합연사를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1의 단계 1-5와 동일한 방법으로 가교된 절연케이블의 외주연에 차폐층을 형성하였다.
단계 4-6: 가교된 피복층의 형성 4
상기 단계 4-5에 따라 준비한 차폐층이 형성된 절연케이블을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1의 단계 1-6과 동일한 방법으로 가교된 피복층을 형성하였다.
실시예 5: 고전압 경량 케이블의 제조 5
단계 5-1: 가교형 난연 에틸렌 공중합체 조성물 펠렛의 제조 5
상기 실시예 1의 단계 1-1과 동일한 방법으로 가교형 난연 에틸렌 공중합체 조성물 펠렛을 준비하였다.
단계 5-2: 폴리펜텐 열가소성탄성체의 제조 5
상기 실시예 1의 단계 1-2와 동일한 방법으로 폴리펜텐 열가소성 탄성체를 준비하였다.
단계 5-3: 가교된 절연케이블의 제조 5
상기 실시예 1의 단계 1-3과 동일한 방법으로 가교된 절연케이블을 형성하였다.
단계 5-4: 전기전도성 합연사의 제조 5
증류수 1,000 g에 소디움 도데실벤젠술포네이트(sodium dodecylbenzenesulfonate) 0.45 g과 420℃에서 100분 동안 열처리한 탄소나노튜브 22.5 g을 첨가하여 40 kHz, 150W의 초음파분산기로 1시간 동안 분산시켜 전기전도성 분산액을 준비하였다. 이와 별도로 증류수 1,000 g에 폴리아크릴산(polyacrylic acid) 40 g을 첨가하고 40℃로 가열하면서 교반하여 바인더 용액(binder solution)을 준비하였다. 각각 준비된 전기전도성 분산액과 바인더 용액을 혼합하고 교반하여 준비한 탄소나노튜브가 분산된 전기전도성 코팅액에 평균 직경 12 μm의 케블라 사를 10회 함침시켜 코팅하고 2,000가닥씩 집합하여 0.11 mm 직경의 전기전도성 합연사를 제조하였다.
단계 5-5: 차폐층의 형성 5
상기 단계 5-4에 따라 준비한 가교된 전기전도성 합연사를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1의 단계 1-5와 동일한 방법으로 가교된 절연케이블의 외주연에 차폐층을 형성하였다.
단계 5-6: 가교된 피복층의 형성 5
상기 단계 5-5에 따라 준비한 차폐층이 형성된 절연케이블을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1의 단계 1-6과 동일한 방법으로 가교된 피복층을 형성하였다.
비교예 1
100 L 니더믹서에 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 100,000 g, 및 저밀도폴리에틸렌 20,000 g을 혼합하고, 마그네슘 하이드로옥사이드,에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 100,000 g, 및 저밀도폴리에틸렌 20,000 g을 혼합하고, 마그네슘 하이드로옥사이드, 트리스(2,4-디-터트-부틸페닐)포스파이트 830 g, 펜타에리트리톨 테트라키스(3-(3,5-디-터트-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트) 830g을 순차적으로 투입하여 150℃에서 20분 동안 용융혼합한 덩어리 반죽을 이축 압출기로 이송시켜 압출성형을 통해 2 내지 5 mm 크기의 조성물 펠렛으로 제조한 후 80℃의 오븐에서 건조하고 입자 크기별로 선별하여 조성물 펠렛을 준비하였다.
상기 준비한 조성물 펠렛 250,000 g을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1이 단계 1-3과 동일한 방법으로 가교된 절연케이블을 제조하였다. 이어, 상기 가교된 절연케이블의 외주연에 전기전도성 합연사 대신에 0.1 mm 주석도금동선을 공급하여 차폐층을 형성하고, 가교된 피복층을 형성하였다.
실험예 1: 절연피복 조성물의 물성 테스트
상기 실시예에 따라 일련의 단계를 거쳐 제조된 절연피복 조성물 펠렛은 핫-프레스(hot-press)를 이용하여 160℃ 내지 250℃의 온도에서 0.5 mm 두께의 시트(sheet)로 제작하였다. 인장강도는 IEC 60811-1-1 규격의 덤벨(dumb-bell) 시편으로 제작하여 만능시험기를 이용하여 100 mm/분의 속도로 측정하였다. 이상과 같이 제조한 절연피복 조성물에 대해 측정한 물성을 하기 표 1에 나타내었다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 비교예 1
산소지수 (%) 35 35 35 35 35 28
인장강도 (%) 15.2 14.3 14.0 14.2 14.5 13.0
신장율 (%) 250 282 280 277 270 242
내열성
(150℃×7일)		 인장잔율 (%) 86 86 84 84 87 73
신장잔율 (%) 86 85 84 83 87 71
내전압 (1 kv/1분) 합격 합격 합격 합격 합격 합격
유연성 우수 우수 우수 우수 우수 나쁨
열노화 변색성 (황변) 우수 우수 우수 우수 우수 나쁨
경량율(비교예 100% 가정) 85 82 85 85 82 100
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 5의 조성물은 모두 비교예 1의 조성물에 비해 약 25% 증가된 산소지수, 7.5 내지 17% 증가된 인장강도, 3.3 내지 17% 증가된 신장율, 및 내열성에 있어서 각각 15 내지 19% 및 17 내지 23% 증가된 인장잔율 및 신장잔율을 나타내었다. 나아가, 상기 실시예의 조성물들은 모두 수소상용차에 적용 가능한 내전압 조건을 충족하며 우수한 유연성 및 열노화시 황변이 억제된 변색성을 가짐을 확인하였다. 뿐만 아니라, 비교예를 기준으로 15 내지 18% 감소된 경량율을 나타내었는 바, 전선의 경량화에 보다 유리함을 확인하였다.
이상의 설명으로부터, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이와 관련하여, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (16)

  1. 펜텐 단량체, 공중합 단량체 및 비닐실란을 포함하는 폴리펜텐 기반 열가소성 탄성체 조성물로서,
    상기 펜텐 단량체, 공중합 단량체 및 비닐실란을 (200 내지 340):(12 내지 20):(1 내지 10)의 질량비로 포함하는 것인, 폴리펜텐 기반 열가소성 탄성체 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 펜텐 단량체는 2-메틸-1-펜텐(2-methyl-1-pentene), 3-메틸-1-펜텐(3-methyl-1-pentene), 4-메틸-1-펜텐(4-methyl-1-pentene), 2-에틸-3-메틸-1-펜텐(2-ethyl-3-methyl-1-pentene), 2-에틸-4-메틸-1-펜텐(2-ethyl-4-methyl-1-pentene), 2-메톡시-4-메틸-1-펜텐(2-methoxy-4-methyl-1-pentene), 2-이소프로필-3-메틸-1-펜텐(2-isopropyl-3-methyl-1-pentene), 1-부텐-4-메틸-1-펜텐(1-butene-4-methyl-1-pentene), 및 2,4-디페닐-4-메틸-1-펜텐(2,4-diphenyl-4-methyl-1-pentene)으로 구성된 군으로부터 선택되는 노르보르넨 화합물인 것인, 폴리펜텐 기반 열가소성 탄성체 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 공중합 단량체는 1-부텐(1-butene), 1-펜텐(1-pentene), 1-헥센(1-hexane), 1-옥텐(1-octene), 1-노넨(1-nonene), 1-데센(1-decene), 1-운데센(1-undecene), 1-도데센(1-dodecene), 1-트리데센(1-tridecene), 1-테트라데센(1-tetradecene), 1-펜타데센(1-petadecene), 1-헥사데센(1-hexadecene), 1-헵타데센(1-heptadecene), 1-옥타데센(1-octadecene), 및 1-노나데센(1-nonadecene)으로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것인, 폴리펜텐 기반 열가소성 탄성체 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 비닐실란은 트리메톡시비닐실란(trimethoxyvinylsilane), 트리에톡시비닐실란(triethoxyvinylsilane), 트리아세톡시(비닐)실란(triacetoxy(vinyl)silane), 트리이소프로폭시(비닐)실란(triisopropoxy(vinyl)silane),트리스(트리메틸실록시)(비닐)실란(tris(trimethylsiloxy)(vinyl)silane), 및 트리스(터트-부틸퍼옥시)비닐실란(tris(tert-butylperoxy)vinylsilane)으로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것인, 폴리펜텐 기반 열가소성 탄성체 조성물.
  5. 펜텐 단량체, 공중합 단량체 및 비닐실란을 포함하는 폴리펜텐 기반 열가소성 탄성체 조성물;
    에틸렌 공중합체;
    실란으로 표면처리된 난연제;
    안티더스팅 처리된 산화방지제; 및
    가교제;
    를 포함하는 가교형 절연피복용 조성물.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 폴리펜텐 기반 열가소성 탄성체 조성물은 펜텐 단량체, 공중합 단량체 및 비닐실란을 각각 (20 내지 34):(1.2 내지 2):(0.1 내지 1)의 질량비로 포함하는 것인, 가교형 절연피복용 조성물.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 폴리펜텐 기반 열가소성 탄성체 조성물은 산화방지제, 활제, 또는 둘 모두를 추가로 포함하여 압출성형한 펠렛의 형태로 제공되는 것인, 가교형 절연피복용 조성물.
  8. 제5항에 있어서,
    에틸렌 공중합체 100중량부를 기준으로 폴리펜텐 기반 열가소성 탄성체 및 비닐실란으로 표면처리된 난연제를 각각 18 내지 24중량부 및 100 내지 200중량부로 포함하는 것인, 가교형 절연피복용 조성물.
  9. 제5항에 있어서,
    에틸렌 공중합체 100중량부를 기준으로 2 내지 5중량%의 안티더스팅 처리된 산화방지제를 포함하는 것인, 가교형 절연피복용 조성물.
  10. 제5항에 있어서,
    에틸렌 공중합체 100중량부를 기준으로 0.05 내지 1중량%의 가교제를 포함하는 것인, 가교형 절연피복용 조성물.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 에틸렌 공중합체는 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체(ethylene-vinyl acetate copolymer), 에틸렌-에틸 아크릴레이트 공중합체(ethylene-ethyl acrylate copolymer), 에틸렌-아크릭 액시드 공중합체(ethylene-acrylic acid copolymer), 에틸렌-메타아크릭 액시드 공중합체(ethylene-methacrylic acid copolymer), 에틸렌-메틸 메타아크릴레이트 공중합체(ethylene-methyl methacrylate copolymer), 에틸렌-옥텐 공중합체(ethylene-octene copolymer), 에틸렌프로필렌 공중합체(ethylene propylene copolymer), 에틸렌-부틸 메타아크릴레이트 공중합체(ethylene-butyl methacrylate copolymer), 천연 고무(natural rubber), 니트릴부타디엔 고무(nitrile butadiene rubber), 및 클로로프렌 고무(chloroprene rubber)로 구성된 군으로부터 선택되는 것인, 가교형 절연피복용 조성물.
  12. 제5항에 있어서,
    머캅토계(mercapto-type) 열/산소 산화방지제, 내열 산화방지제, 변색방지 산화방지제 및 형광 증백제(fluorescent whitening agent)로 구성되는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 첨가제를 추가로 포함하는 것인, 가교형 절연피복용 조성물.
  13. 중심으로부터 차례로
    도체;
    펜텐 단량체, 공중합 단량체 및 비닐실란을 각각 (20 내지 34):(1.2 내지 2):(0.1 내지 1)의 질량비로 포함하는 폴리펜텐 기반 열가소성 탄성체 조성물; 및 에틸렌 공중합체, 실란으로 표면처리된 난연제, 안티더스팅 처리된 산화방지제, 및 가교제를 각각 100:(100 내지 200):(2 내지 5):(0.05:1)의 중량비로 포함하는 가교형 난연 에틸렌 공중합체 펠렛;을 포함하는 가교형 절연피복용 제1조성물로 된 절연체층;
    차폐층; 및
    에틸렌 공중합체, 실란으로 표면처리된 난연제, 안티더스팅 처리된 산화방지제, 및 가교제를 각각 100:(100 내지 200):(2 내지 5):(0.05:1)의 중량비로 포함하는 가교형 난연 에틸렌 공중합체 펠렛; 및 선택적으로 펜텐 단량체, 공중합 단량체 및 비닐실란을 각각 (20 내지 34):(1.2 내지 2):(0.1 내지 1)의 질량비로 포함하는 폴리펜텐 기반 열가소성 탄성체 조성물;을 포함하는 가교형 절연피복용 제2조성물로 된 피복층;
    을 포함하는, 수소연료전지를 동력원으로 구비한 운송수단용 경량 케이블로서,
    상기 차폐층은 외주연에 금속 또는 탄소 재료로 코팅된 탄소, 유리, 세라믹 또는 아라미드(aramid)로 형성된 섬유 단사(single yarn)의 단독 또는 2종 이상의 합사를 1 내지 4,000 가닥 집합한 전기전도성 합연사로 편조된 것인, 경량 케이블.
  14. 반응기에 불활성 가스를 퍼징시키면서 중합용매, 펜텐 단량체, 공중합 단량체 및 비닐실란을 공급하여 1 내지 500 RPM의 속도로 10 내지 30분 동안 교반한 후, 중합 촉매 및 보조 촉매를 투입하여, 1 내지 500 RPM의 속도로 교반하면서 20 내지 80℃ 조건에서 20 내지 120분 동안 중합시키는 단계를 포함하는, 열가소성 탄성체 조성물의 제조방법으로서,
    상기 중합용매, 펜텐 단량체, 공중합 단량체 및 비닐실란은 100:(20 내지 34):(1.2 내지 2):(0.1 내지 1)의 질량비로 공급하는 것인, 폴리펜텐 기반 열가소성 탄성체 조성물의 제조방법.
  15. 펜텐 단량체, 공중합 단량체 및 비닐실란을 각각 (20 내지 34):(1.2 내지 2):(0.1 내지 1)의 질량비로 포함하는 폴리펜텐 기반 열가소성 탄성체 조성물; 및 에틸렌 공중합체, 실란으로 표면처리된 난연제, 안티더스팅 처리된 산화방지제, 및 가교제를 각각 100:(100 내지 200):(2 내지 5):(0.05:1)의 중량비로 포함하는 가교형 난연 에틸렌 공중합체 펠렛;을 포함하는 가교형 절연피복용 제1조성물을 호퍼에 투입하는 제1단계;
    압출 다이(extrusion die)가 부착된 압출기 헤드에 도체(conductor)를 통과시키면서 압출하는 제2단계; 및
    압출되는 피복된 전선을 가교시키는 제3단계;를 포함하는, 가교된 절연 케이블의 제조방법으로서,
    상기 제2단계에서 실린더 1은 150 내지 170℃, 실린더 2는 170 내지 190℃, 실린더 3은 190 내지 210℃, 압출헤드는 210 내지 230℃, 압출 다이는 215 내지 235℃로 조절된 압출기에서 5 내지 50 kg/시간의 속도로 압출하는 것인, 제조방법.
  16. 외주연에 금속 또는 탄소 재료로 코팅된 탄소, 유리, 세라믹 또는 아라미드(aramid)로 형성된 섬유 단사(single yarn)의 단독 또는 2종 이상의 합사를 1 내지 4,000 가닥 집합한 전기전도성 합연사를 편조하여 제15항에 따라 준비된 절연 케이블의 외주연에 차폐층을 형성하는 제1단계;
    상기 차폐층이 형성된 절연 케이블의 외주연에 성형용 다이가 부착된 압출기에 에틸렌 공중합체, 실란으로 표면처리된 난연제, 안티더스팅 처리된 산화방지제, 및 가교제를 각각 100:(100 내지 200):(2 내지 5):(0.05:1)의 중량비로 포함하는 가교형 난연 에틸렌 공중합체 펠렛; 및 선택적으로 펜텐 단량체, 공중합 단량체 및 비닐실란을 각각 (20 내지 34):(1.2 내지 2):(0.1 내지 1)의 질량비로 포함하는 폴리펜텐 기반 열가소성 탄성체 조성물;을 포함하는 가교형 절연피복용 제2조성물을 호퍼에 투입하여 5 내지 50 kg/시간의 속도로 압출하는 제2단계; 및
    압출되는 피복된 전선을 가교시키는 제3단계;를 포함하는, 수소연료전지를 동력원으로 구비한 운송수단용 경량 케이블의 제조방법으로서,
    상기 제2단계에서 실린더 1은 100 내지 170℃, 실린더 2는 100 내지 190℃, 실린더 3은 105 내지 210℃, 압출헤드는 110 내지 230℃, 압출 다이는 110 내지 235℃로 조절되는 것인, 제조방법.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101625034B1 (ko) 2015-10-23 2016-05-30 (주)경신전선 전기자동차용 충전 케이블 및 이의 제조방법
KR101845532B1 (ko) 2016-11-04 2018-04-04 주식회사 위스컴 옥내 절연전선의 압출피복용 친환경 무독성 난연 실란가교 조성물 및 절연전선의 제조방법
KR20190057228A (ko) * 2016-12-12 2019-05-28 엘에스전선 주식회사 탄소섬유를 이용한 차폐 케이블
KR20200050072A (ko) * 2018-10-31 2020-05-11 에이치디씨현대이피 주식회사 고난연성 고분자 복합 조성물 및 이를 포함하는 고분자 복합 수지
KR20210082317A (ko) * 2019-12-24 2021-07-05 (주)티에스씨 저독성 난연 폴리올레핀계 절연 수지 조성물, 절연전선 및 절연전선의 제조방법

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010063149A1 (en) * 2008-12-05 2010-06-10 Lanxess Deutschland Gmbh SILANE-GRAFTED α-OLEFIN-VINYL ACETATE COPOLYMER CONTAINING CROSSLINKABLE SILYL GROUPS, PROCESS FOR THE PREPARATION THEREOF AND USE FOR THE PREPARATION OF INSULATION OR SHEATH MATERIALS FOR CABLES OR LINES

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101625034B1 (ko) 2015-10-23 2016-05-30 (주)경신전선 전기자동차용 충전 케이블 및 이의 제조방법
KR101845532B1 (ko) 2016-11-04 2018-04-04 주식회사 위스컴 옥내 절연전선의 압출피복용 친환경 무독성 난연 실란가교 조성물 및 절연전선의 제조방법
KR20190057228A (ko) * 2016-12-12 2019-05-28 엘에스전선 주식회사 탄소섬유를 이용한 차폐 케이블
KR20200050072A (ko) * 2018-10-31 2020-05-11 에이치디씨현대이피 주식회사 고난연성 고분자 복합 조성물 및 이를 포함하는 고분자 복합 수지
KR20210082317A (ko) * 2019-12-24 2021-07-05 (주)티에스씨 저독성 난연 폴리올레핀계 절연 수지 조성물, 절연전선 및 절연전선의 제조방법

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