KR20240105591A - 자동차 케이블용 절연 조성물 및 이를 이용하여 제조된 자동차 케이블 - Google Patents

자동차 케이블용 절연 조성물 및 이를 이용하여 제조된 자동차 케이블 Download PDF

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KR20240105591A
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박찬웅
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엘에스전선 주식회사
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Abstract

본 발명은 자동차 케이블용 절연 조성물 및 이를 이용하여 제조된 자동차 케이블에 관한 것이다. 본 발명에 따른 자동차 케이블용 절연 조성물은, 상기 자동차 케이블용 절연 조성물로부터 제조된 절연층이 자동차 케이블에 포함될 경우, 자동차 케이블 용도에 필요한 국제 표준화 규격(ISO 6722)을 만족시킬 수 있는 물성을 확보할 수 있음은 물론, 상기 자동차 케이블이 자동차 내부 환경이라는 제한된 범위에서 사용될 경우 설치가 용이하도록 유연성이 우수한 동시에 내유성의 물성까지 우수한 수준에서 충족시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 자동차 케이블용 절연 조성물은, 종전 자동차 케이블용 절연 조성물에 대한 처방을 그대로 자동차 케이블용 절연 조성물에 적용할 경우 발생될 수 있는 물성 변화 및 물성 저하를 효율적으로 방지할 수 있으며, 상기 필요한 물성을 확보할 수 있도록 성분 간의 상용성 및 혼합 비율 등을 중점적으로 개발한 것으로서, 제조 공정에 대한 큰 변화없이 제조가 가능하므로, 생산 비용 및 생산 효율까지 높일 수 있다.

Description

자동차 케이블용 절연 조성물 및 이를 이용하여 제조된 자동차 케이블{INSULATING COMPOSITION FOR VEHICLE CABLE AND VEHICLE CABLE MANUFACTURED USING THE SAME}
본 발명은, 자동차 케이블용 절연 조성물 및 이를 이용하여 제조된 자동차 케이블에 관한 것이다.
일반적으로, 철도차량, 선박, 자동차 등의 운송 수단에 사용되는 케이블은 이의 사용 환경에 따라 다양한 물성이 요구된다.
특히, 자동차용 케이블에 요구되는 물성으로는 대표적으로 고내열성 및 고유연성 등이 있으며, 상기 요구되는 물성은 자동차의 부품 또는 부분마다의 특성에 따라, 그리고 도체 규격을 기준으로 달라질 수 있다.
종래에는 상기 자동차용 케이블에 요구되는 대표 물성 등을 충족시키기 위해, 절연층 절연 재료로서, 가교된 폴리올레핀류 수지를 사용하였다.
다만, 기본적으로 자동차용 케이블에 요구되는 규격으로는 자동차 전선 국제규격(ISO 6722 및 ISO 19642)이 있으며, 이를 만족하는 0.35SQ 내지 1.5SQ에 해당하는 T3급(125℃급)의 연구는 활발하게 진행되어 많은 제품들이 출시되어 있으나, T4급(150℃급)의 연구는 현재까지 활발하게 진행되지 못하여, 이에 대한 필요성이 요구되고 있다. 또한, 상기 자동차용 케이블에 요구되는 대표 물성인 고내열성 및 고내유성 이외에도 상호간에 trade-off 특성인 내유성 및 유연성을 동시에 확보하기 위한 절연 재료의 개발이 활발하게 진행되고 있다.
한편, 자동차용 케이블의 경우, 고분자 조성물은 유연성을 확보하기 위하여 공단량체(comonomer) 함량이 많은 에틸렌계 극성 폴리머나 낮은 POE 등을 적용하여 왔다.
그러나, POE의 함량이 많아지거나 에틸렌계 극성 폴리머의 공단량체(comonomer) 함량이 높아질수록 내유성 특성이 떨어지는 경향이 있으며 내유성을 개선하기 위해서 결정성 수지를 늘리면 유연성이 떨어지는 현상이 있기 때문에 유연성과 내유성을 조화롭게 동시에 만족시키기가 어려운 문제점이 있다.
이와 관련하여 하기에 명시된 특허문헌 1은, 고유연성 및 고내유성 등의 물성을 갖는 피복 조성물을 갖는 자동차용 케이블에 대한 기술을 제안하고 있다.
상기 특허문헌 1에 제안된 기술은, 보다 구체적으로, 자동차용 배터리 케이블 제조에 있어서, 케이블 내부에 직경 0.18㎜ 내지 0.30㎜의 연동선 19 × 61가닥의 도체선을 형성하고, 상기 도체선의 외부에 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 85 중량%, 고밀도폴리에틸렌(HDPE) 10 중량%, 폴리올레핀(PO) 5 중량%로 구성된 피복조성물로 케이블을 피복을 형성하고, 상기에서 피복 형성된 케이블을 그루브 타입의 2개의 캡스탄 롤을 통과시키는 방사선 조사 가교 반응하는 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차용 배터리 케이블에 관한 것이다.
그러나, 특허문헌 1에 제안된 기술의 경우, 무엇보다 자동차 중에서도 배터리에만 적용될 수 있는 적용상의 제약으로 인하여 유연성 및 내열성을 제외한 나머지 물성, 즉, 내유성, 내마모성, 장/단기 내열성 및 저온/고온 내충격성 등의 물성을 만족시킬 수 없다는 문제점은 여전히 존재하였다.
따라서, 자동차용 케이블로 사용될 경우, 요구되는 기본 물성인 내마모성, 난연성 또는 장기 내열성을 관련 규격이 요구하는 수준 이상으로 만족함과 동시에, 실제 제품에 적용할 경우 조화시켜 만족시키기 어려운 내유성 및 유연성까지 만족시킬 수 있는 자동차용 케이블 제조에 대한 기술 개발이 절실하게 요구되고 있는 실정이다.
특허문헌 1: 한국 등록특허공보 제10-2009-0104209호(2009.10.06. 공개)
본 발명자들은 상기 종래 기술의 문제점 해결하기 위하여, 자동차용 케이블로 적용됨에 있어, 필요한 국제 표준화 기구(International Organization for Standardization, ISO)의 규격인 ISO 6722에 따라 요구되는 물성을 만족하는 동시에, 유연성과 내유성을 동시에 만족시킬 수 있는 자동차 케이블에 대한 연구를 진행하여 개발을 완료함으로써, 상기 종래 기술의 문제점을 해결할 수 있는 자동차 케이블용 절연 조성물 및 이를 이용하여 제조된 자동차 케이블을 제공하고자 한다.
상기 언급한 과제 해결을 위하여, 본 발명은,
폴리에틸렌계 수지 포함하는 베이스 수지;
무기계 난연제; 및
상기 베이스 수지 및 무기계 난연제의 상용성을 높일 수 있는 상용화제를 포함하고,
하기 수식 3 및 4를 만족하는, 자동차 케이블용 절연 조성물을 제공한다.
[수식 3]
X3 ≤ 10 (단위: N)
[수식 4]
X4 ≤ 15 (단위: %)
상기 수식 3에서, X3은 상기 자동차 케이블용 절연 조성물로부터 제조된 절연체를 포함하는 케이블을 횡단으로 절단하여 길이 400㎜로 케이블 시편을 준비하여 100㎜/min의 속도로 상기 시편의 벤딩 R값이 40㎜가 될 때까지 필요한 최대 하중을 측정한 유연성 값을 의미하고,
상기 수식 4에서, X4는 상기 자동차 케이블용 절연 조성물로부터 제조된 절연체를 포함하는 케이블을 횡단으로 절단하여 길이를 600㎜로 케이블 시편을 준비한 후, 상기 시편을 Gasoline이 담긴 비이커에 침유시킨 상태로 상온에 20시간 체류시킨 뒤 꺼내어 30분 후 외경을 측정하여, 침유 후 외경이 침유 전 외경과 비교하여 늘어난 외경의 비율을 측정한 내유성 값을 의미한다.
또한, 본 발명은, 상기 폴리에틸렌계 수지는 1종 이상의 수지를 포함하고, 상기 1종 이상의 수지는 각각 독립적으로 공단량체(comonomer)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 자동차 케이블용 절연 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 폴리에틸렌계 수지는, 전체 100 중량부 기준으로 공단량체(comonomer) 함량이 15 중량부 내지 25 중량부인 것을 특징으로 하는, 자동차 케이블용 절연 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 베이스 수지는, 폴리에틸렌계 수지인 제 1 수지 및 제 2 수지를 포함하고, 상기 베이스 수지 및 상용화제의 혼합 함량 100 중량부 기준으로, 상기 제 1 수지 및 제 2 수지의 혼합 수지는 85 중량부 내지 95 중량부이고, 상기 상용화제는 5 중량부 내지 15 중량부인 것을 특징으로, 자동차 케이블용 절연 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 폴리에틸렌계 수지에 포함된 제 1 수지 및 제 2 수지는, 에틸렌 공중합체인 것을 특징으로 하는, 자동차 케이블용 절연 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 에틸렌 공중합체는, 에틸렌 에틸아크릴레이트(Ethylene ethylacrylate, EEA) 수지, 에틸렌 부틸아크릴레이트(Ethylene butylacrylate, EBA) 수지 및 에틸렌 메틸아크릴레이트(Ethylene methylacrylate, EMA) 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 수지 또는 이의 공중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는, 자동차 케이블용 절연 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 자동차 케이블용 절연 조성물 내에 포함된 가교된 가교 절연체가 50% 내지 80%인 것을 특징으로 하는, 자동차 케이블용 절연 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 상용화제는, 말레익 언하이드라이드-그래프트된 폴리에틸렌(Maleic Anhydride grafted Polyethylene)인 것을 특징으로 하는, 자동차 케이블용 절연 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 무기계 난연제는, 상기 베이스 수지와 상용성이 있는 무기계 금속 수산화물 난연제인 것을 특징으로 하는, 자동차 케이블용 절연 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 무기계 난연제는, 상기 베이스 수지 및 상용화제의 혼합 함량 100 중량부 기준으로, 70 중량부 내지 90 중량부로 포함되는, 자동차 케이블용 절연 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은, 첨가제를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는, 자동차 케이블용 절연 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 첨가제는, 산화방지제, 활제 및 가교조제로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는, 자동차 케이블용 절연 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은, 도체; 및 전술한 자동차 케이블용 절연 조성물로 제조된 절연층을 포함하는, 자동차 케이블을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 도체는 구리 도체인 것을 특징으로 하는, 자동차 케이블을 제공한다.
본 발명에 따른 자동차 케이블용 절연 조성물은, 상기 자동차 케이블용 절연 조성물로부터 제조된 절연층이 자동차 케이블로 사용될 경우, 자동차용 케이블 용도에 필요한 국제 표준화 규격(ISO 6722)을 만족시킬 수 있는 물성을 확보할 수 있음은 물론, 상기 자동차 케이블이 자동차 내부 환경이라는 제한된 범위에서 사용될 경우 설치가 용이하도록 유연성이 우수한 동시에 내유성의 물성까지 우수한 수준에서 충족시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 자동차 케이블용 절연 조성물은, 종전 자동차 케이블용 절연 조성물에 대한 처방을 그대로 자동차 케이블용 절연 조성물에 적용할 경우 발생될 수 있는 물성 변화 및 물성 저하를 효율적으로 방지할 수 있으며, 상기 필요한 물성을 확보할 수 있도록 성분 간의 상용성 및 혼합 비율 등을 중점적으로 개발한 것으로서, 제조 공정에 대한 큰 변화없이 제조가 가능하므로, 생산 비용 및 생산 효율까지 높일 수 있다.
첨부된 도면은 해당 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 내용을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1은, 본 발명에 일 실시예에 따른 자동차 케이블을 나타낸 것이다.
도 2는, 본 발명에 따른 자동차 케이블의 장기 내열 특성 및 상온에서의 기계적 물성(인장강도 및 신장율)을 평가하기 위하여 제작한 시편을 나타낸 것이다.
이하, 본 발명에 따른 자동차 케이블용 절연 조성물 및 이를 이용하여 제조된 자동차 케이블에 관하여 순차적으로 상세히 설명하나, 상기 자동차 케이블용 절연 조성물 및 이를 이용하여 제조된 자동차 케이블의 범위가 하기 설명에 의해 제한되는 것은 아니다.
본 명세서상의 용어 "자동차(automobile or vehicle)"라고 함은, 내연기관을 동력원으로 구동력을 발생시키는 운송 수단을 의미하고, 내연기관 이외에도 전기가 동력원으로서 작용하는 전동기를 포함하여 이를 활용하여 구동력을 발생시키는 운송 수단(특히, 전기 자동차)을 의미할 수 있으며, 추가적으로 전기를 동력으로 하는 구동계 이외에 내연기관 구동계를 동시에 갖는 하이브리드(hybrid) 자동차까지 모두 포함하는 의미일 수 있다.
본 발명은 케이블용 조성물에 관한 것이다.
보다 구체적으로, 본 발명은 케이블용 조성물 중에서도 자동차 등의 운송 수단에 적용될 수 있는 자동차 케이블용 절연 조성물에 관한 것이다. 특히, 본 발명에 따른 케이블용 조성물의 경우, 고내열성의 특성을 갖고 및 고전압에서의 내구성이 우수한 케이블을 제공할 수 있으므로, 이에 대한 물성까지 요구하는 전기 자동차도 이를 직접 적용될 수 있는 우수한 케이블용 절연 조성물에 관한 것이다(이하, "자동차 케이블용 절연 조성물"이라 함).
상기 자동차 케이블용 절연 조성물은, 베이스 수지를 포함하며, 상기 베이스 수지는 폴리에틸렌계 수지를 포함할 수 있다.
상기 베이스 수지는, 본 발명에 따른 자동차 케이블용 절연 조성물로부터 제조된 절연층을 포함하는 자동차 케이블의 기본적 요구 물성인 내마모성 및/또는 난연성을 높이기 위하여 전술한 폴리에틸렌계 수지를 포함할 수 있다.
상기 폴리에틸렌계 수지는 1종 이상의 수지를 포함할 수 있다.
하나의 예시에서 상기 1종 이상의 수지는, 각각 독립적으로 공단량체(comonomer)를 포함할 수 있다.
상기 1종 이상의 수지는 각각 독립적으로, 상기 각각의 1종 이상의 수지의 함량 100 중량부를 기준으로, 15 중량부 내지 25 중량부(이 경우, 단위는 중량%일 수 있음)의 공단량체(comonomer)를 포함할 수 있으며, 상기 공단량체(comonomer)의 포함 함량은 상기 1종 이상의 수지의 종류나 보유 물성에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어 상기 1종 이상의 수지가 제 1 수지 및 제 2 수지를 포함한다고 하면, 상기 제 1 수지 및 제 2 수지가 각각 독립적으로 공단량체(comonomer)를 함유하는 것이 바람직하며, 그 함량은 상기 제 1 수지는 15 중량부 내지 25 중량부(이 경우, 단위는 중량%일 수 있음)의 공단량체(comonomer)를 포함하고, 상기 제 2 수지는 20 중량부 내지 25 중량부(이 경우, 단위는 중량%일 수 있음)의 공단량체(comonomer)를 포함할 수 있다는 의미이다.
전술한 바와 같이, 상기 폴리에틸렌계 수지는 1종의 수지, 즉 단독 수지 형태로 포함될 수 있고, 또한 2종 이상의 수지가 혼합된 혼합 수지 형태로 포함될 수 있고, 2종 이상의 수지가 혼합된 혼합 수지 형태로 사용될 경우, 전술한 바와 같이 제 1 수지 및 제 2 수지를 포함할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 폴리에틸렌계 수지에 포함된 제 1 수지 및 제 2 수지는, 각각 독립적으로 에틸렌 공중합체일 수 있다.
상기 에틸렌 공중합체의 경우, 전술한 폴리에틸렌계 수지의 부족한 유연성을 포함하여 필러 로딩성, 인쇄성 및 난연성까지 동시에 확보하기 위해 혼합수지 형태로 사용될 때 사용 가능한 형태일 수 있고, 상기 에틸렌 공중합체 형태로 투입할 경우 본 발명에 따른 자동차 케이블용 절연 조성물에 필요한 유연성 및 가공성을 보다 효율적으로 확보할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 에틸렌 공중합체는, 에틸렌 에틸아크릴레이트(Ethylene ethylacrylate, EEA) 수지, 에틸렌 부틸아크릴레이트(Ethylene butylacrylate, EBA) 수지 및 에틸렌 메틸아크릴레이트(Ethylene methylacrylate, EMA) 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 수지 또는 이의 공중합체를 포함할 수 있으나, 바람직하게는 에틸렌 에틸아크릴레이트 또는 이의 공중합체를 포함할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 폴리에틸렌계 수지는, 전체 100 중량부 기준으로 공단량체(comonomer) 15 중량부 내지 25 중량부를 포함할 수 있다.
상기 폴리에틸렌계 수지가 혼합 수지 형태로 사용될 경우, 상기 베이스 수지는 전술한 혼합 비율로 제 1 수지 및 제 2 수지를 포함하는 것이 바람직하며, 상기 혼합 비율을 벗어나는 경우, 즉 상기 폴리에틸렌계 수지가 75 중량부 미만 또는 95 중량부 초과로 포함되거나, 상기 공단량체(comonomer)가 15 중량부 미만 또는 25 중량부 초과로 포함될 경우에는 유연성 및/또는 내유성 등의 물성 확보가 어려울 수 있다.
본 발명에 따른 자동차 케이블용 절연 조성물은, 난연성 확보를 위해 전술한 베이스 수지 외에도, 난연제를 포함할 수 있으며, 이 경우 상기 베이스 수지와 상용성이 있는 난연제를 포함할 수 있다.
상기 난연제는 수산화마그네슘, 수산화알루미늄, 훈타이트와 하이드로마그네사이트의 혼합물, 하이드로마그네사이트 또는 수산화탄산마그네슘 등의 금속 수산화물인 무기 난연제, 유기 인계, 할로겐계, 멜라민계 화합물, 나노클레이 등의 유기 난연제 등을 포함할 수 있고, 바람직하게는 무기계 난연제를 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는, 케이블 제품의 단가 및 컴파운딩의 용이성 확보를 위하여 상기 베이스 수지와 상용성이 있는 무기계 금속 수산화물 난연제를 포함할 수 있다.
또한, 본 명세서상의 용어, "상용성"이라 함은, 특정 성분들간의 서로 섞일 수 있는 성질을 의미할 수 있으며, 보다 구체적으로 상용화제 형태로 다른 성분을 투입하거나 또는 별도의 상용화제가 없어도 특정 성분들간 서로 섞일 수 있는 성질을 모두 포함하는 의미할 수 있다.
하나의 예시에서, 본 발명에 따른 자동차 케이블용 절연 조성물은, 상기 베이스 수지와 무기계 난연제의 상용성을 높일 수 있는 상용화제를 포함할 수 있다.
상기 상용화제의 종류는, 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어, 말레익 언하이드라이드-그래프트된 폴리에틸렌(Maleic Anhydride grafted Polyethylene) 또는 말레익 언하이드라이드-그래프트된 에틸렌 비닐 아세테이트(Maleic Anhydride grafted Ethylene Vinyl Acetate)를 사용할 수 있으나, 내마모성의 물성을 요구되는 수준으로 확보하는 측면에서 말레익 언하이드라이드-그래프트된 폴리에틸렌인 것이 바람직하다.
하나의 예시에서, 본 발명에 따른 자동차 케이블용 절연 조성물이 상기 베이스 수지와 무기계 난연제의 상용성을 높일 수 있는 상용화제를 포함할 경우, 상기 베이스 수지 및 상용화제의 혼합 함량 100 중량부 기준으로, 상기 베이스 수지는 85 중량부 내지 95 중량부 및 상기 상용화제 5 중량부 내지 15 중량부로 포함될 수 있고, 전술한 바와 같이, 상기 베이스 수지는 제 1 수지 및 제 2 수지의 혼합 수지 형태로 포함될 수 있다.
상기 상용화제는 전술한 범위 내에서 포함되는 것이 바람직하며, 전술한 범위를 벗어나는 경우, 예를 들어 상기 베이스 수지 및 상용화제의 혼합 함량 100 중량부 기준으로, 5 중량부 미만으로 포함되면 상기 베이스 수지와 난연제 간 상용성이 저하되어 케이블 제품 제작 시 내마모성 및 난연성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있고, 15 중량부 초과로 포함되면 케이블 제품 제작 시 유연성, 압출 가공성 및 내한성 확보에 문제점이 발생할 수 있다.
상기 무기계 난연제는 상기 베이스 수지 및 상용화제의 혼합 함량 100 중량부 기준으로, 70 중량부 내지 90 중량부, 77.5 중량부 내지 85 중량부 또는 77.5 중량부 내지 82.5 중량부로 포함될 수 있다.
상기 함량 범위 내에서 무기계 난연제를 포함할 경우, 상기 무기계 난연제를 포함하는 본 발명에 따른 자동차 케이블용 절연 조성물은, 충분한 난연성 및 장기 내열 특성 확보를 포함하여, 상기 자동차 케이블용 절연 조성물을 포함하여 제조된 케이블의 요구되는 내마모성 등의 물성을 추가적으로 충족시킬 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 자동차 케이블용 절연 조성물은, 가교된 가교 절연체가 50% 내지 80%를 포함할 수 있다.
상기 가교된 가교 절연체의 비율은 전자선의 조사량으로 조절하되, Xylene 용매에서 체류 전 샘플의 무게를 체류 후 샘플의 무게로 나누어서 가교도 값을 검증할 수 있다.
본 발명에 따른 자동차 케이블용 절연 조성물은, 상기 절연 조성물 내부의 가교도를 전술한 범위 내에서 조절함으로써, 내연성, 내한성 및 난연성을 동시에 만족할 수 있다.
본 발명에 따른 자동차 케이블용 절연 조성물은, 전술한 성분 이외에도 첨가제를 추가적으로 포함할 수 있다.
상기 첨가제는, 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 산화방지제, 활제 및 가교조제로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 기타 첨가제 또는 이들의 조합이 포함될 경우의 함량은, 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 상기 베이스 수지와 상용화제를 혼합한 100 중량부를 기준으로 약 1 중량부 내지 40 중량부, 5 중량부 내지 30 중량부 또는 15 중량부 내지 25 중량부의 범위로 포함될 수 있으며, 요구되는 물성간 조화와 제품 적용 측면에서 상기 첨가제는 적절한 범위 내에서 조절되어 포함될 있다.
하나의 예시에서, 상기 첨가제가 산화방지제일 경우, 상기 베이스 수지 및 상용화제의 혼합 함량 100 중량부 기준으로, 상기 산화방지제는 5 중량부 내지 10 중량부로 포함될 수 있으나, 특별히 이에 제한되는 것은 아니다.
또 다른 예시에서, 상기 첨가제가 활제일 경우, 상기 활제는 폴리에틸렌계 활제 또는 스테아린산 아연일 수 있으며, 상기 활제로서 스테아린산의 경우, 후술하는 실시예상에서 확인할 수 있는 바와 같이, 광택 특성 등이 저하될 수 있으므로, 바람직하지 않다.
상기 활제는, 상기 베이스 수지 및 상용화제의 혼합 함량 100 중량부 기준으로, 1 중량부 내지 10 중량부로 포함될 수 있으나, 특별히 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 필요한 경우, 본 발명에 따른 자동차 케이블용 절연 조성물은 전술한 성분 이외에도, 기타 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
상기 기타 첨가제로는 고분자량 왁스, 저분자량 왁스, 폴리올레핀 왁스, 파라핀 왁스, 파라핀 오일, 금속 비누, 유기 실리콘, 지방산 에스테르, 지방산 아마이드, 지방 알콜, 강화제, 이형제, UV 흡수제, 안정화제, 색소, 염료, 착색제, 대전방지제, 발포제 및 금속 불활성화제로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
본 발명은 또한, 케이블에 관한 것이다.
보다 구체적으로, 본 발명은 상기 자동차 케이블용 절연 조성물로 제조된 절연층 포함하는 자동차 케이블에 관한 것이다.
본 명세서상의 용어, "케이블"은, 일반적으로 통용되는 "전선"의 의미와 동일하여, 상기 용어 "케이블" 및 "전선"은 동일한 의미를 나타낼 수 있고, 따라서 이를 혼용하여 사용할 수 있다.
도 1은, 본 발명에 일 실시예에 따른 자동차 케이블을 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 자동차 케이블(10)은, 도체(100); 및 전술한 자동차 케이블용 절연 조성물로 제조된 절연층(200)을 포함할 수 있으며, 보다 구체적으로, 도 1과 같이 도체의 규격이 15SQ의 구리 도체를 가지는 케이블일 수 있다.
상기 도체(100)는 상기 도체는 복수의 금속 소선들을 일정한 피치로 꼬아 만든 복합 연선 구조일 수 있고, 이 금속 소선은 단일 금속으로 이루어지거나 적어도 2 이상의 금속 합금으로 이루어질 수 있다. 즉, 상기 금속 소선은 전술한 바와 같이 구리 금속으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 절연층(200)은, 전술한 자동차 케이블용 절연 조성물로 제조된 절연층으로서, 전술한 것과 동일한 설명에 대해서는 하기에서는 생략하기로 한다.
상기 도체(100)의 직경은 이를 포함하는 케이블의 용량에 의해, 상기 절연층(200)의 두께는 이를 포함하는 케이블의 전압에 의해 각각 적절히 선택될 수 있다.
본 발명에 따른 자동차 케이블의 경우, 자동차 케이블로서 요구되는 물성을 만족하는 동시에 자동차 내부에 설치상에 필요한 유연성을 우수한 범위 내에서 만족시킬 수 있는 동시에, 내유성까지 균형있게 우수한 수준에서 확보할 수 있는 장점이 있다.
이를 위해, 상기 자동차 케이블은 하기 수식 1을 만족시킬 수 있다.
[수식 1]
X1 ≤ 150 (단위: ℃)
상기 수식 1에서, X1는, 상기 자동차 케이블의 절연층으로부터 JIS K 6251의 6.1에 규정하는 덤벨형 3호형(도 2 참조)으로 시편을 복수 개 제작한 다음, 상기 복수 개의 시편을 175℃, 185℃, 195℃의 서로 다른 3가지 온도의 오븐 내에서 매달아 일정시간 동안 체류시킨 후, 시간대 별로 꺼내어 실온에서 24시간 내지 48시간 식힌 다음, 신장율을 측정하여 각 온도에 대해 신장율이 100%가 되는 시간을 내삽법(interpolation)으로 환산하되, 이 경우 각 온도에서의 신장율이 100%가 되는 시간을 추산하여 아레니우스(Arrhenius) 식에 적용하고 10,000 시간에서의 신장율이 100%가 되는 온도를 산출한 값을 의미한다.
상기 언급한 도 2의 경우, 본 발명에 따른 자동차 케이블의 장기내열특성을 평가하기 위하여 제작한 시편을 나타낸 것이다.
하나의 예시에서, 본 발명에 따른 자동차 케이블은 하기 수식 2를 만족시킬 수 있다.
[수식 2]
X2 ≥ 1,500 (단위: ㎜)
상기 수식 2에서, X2는 도체의 규격이 15SQ일 경우, 상기 자동차 케이블을 횡단으로 절단하여 길이 1,000㎜인 케이블 시편을 준비한 후, Garnet P150 또는 이와 유사한 유형의 sandpaper에 장착하고, 1.9㎏의 중량으로 상기 시편에 하중을 가하면서 케이블 도체에 닿을 때까지 1,500±75㎜/min의 속도로 테이프를 작동시킨 다음, 하중으로 눌린 전선이 sandpaper와 마찰하면서 통전되지 않는 정도까지 지난 거리를 측정한 것으로, 상기 자동차 케이블의 sandpaper 내마모성 평가값을 의미한다.
또 다른 예시에서, 상기 자동차 케이블은 하기 수식 3을 만족시킬 수 있다.
[수식 3]
X3 ≤ 10 (단위: N)
상기 수식 3에서, X3은 상기 자동차 케이블을 횡단으로 절단하여 길이 400㎜인 케이블 시편을 준비한 후, 100㎜/min의 속도로 상기 시편의 벤딩 R값이 40㎜가 될 때까지 필요한 최대 하중을 측정한 유연성 값을 의미한다.
또 다른 예시에서, 상기 자동차 케이블은 하기 수식 4를 만족시킬 수 있다.
[수식 4]
X4 ≤ 15 (단위: %)
상기 수식 4에서, X4는 상기 자동차 케이블을 횡단으로 절단하여 길이 600㎜인 케이블 시편을 준비한 후, 상기 시편을 Gasoline이 담긴 비이커에 침유시킨 상태로 상온에 20시간 체류시킨 뒤 꺼내어 30분 후 외경을 측정한다. 침유 후 외경이 침유 전 외경과 비교하여 늘어난 외경의 비율을 측정한 내유성 값을 의미한다.
또 다른 예시에서, 상기 자동차 케이블은 하기 수식 5를 만족시킬 수 있다.
[수식 5]
X5 ≤ 10 (단위: 초)
상기 수식 5에서, X5는 종전 ISO 6722 기준 보다 강화된 조건에 따라 측정한 난연성 평가값이다. 보다 구체적으로, 상기 자동차 케이블을 횡단으로 절단하여 길이 600㎜인 케이블 시편을 준비한 후, 상기 시편과 버너는 지면에서 45도 각도로 고정시키되 상기 시편과 버너 간은 서로 수직이 되도록 하여 30초 동안 불꽃을 인가한 후 10초 내에 소화되고 연소 길이는 550㎜ 이하인 값을 기준으로 측정된 상기 자동차 케이블의 난연성 평가값을 의미한다.
또한, 본 발명에 따른 자동차 케이블은 하기 수식 6을 만족시킬 수 있다.
[수식 6]
X6 ≥ 1.53 (단위: kgf/mm2)
X7 ≥ 400 (단위: %)
상기 수식 6에서, X6은 상기 자동차 케이블의 절연층으로부터 JIS K 6251의 6.1에 규정하는 덤벨형 3호형(도 2 참조)으로 절연 시편을 별도로 제작하여, 하기의 JIS C 3005 규격의 실험 방법에 따라 상온 기계적 물성 평가를 진행하였을 때의 인장강도 값을 의미하고, X7은, JIS K 6251의 6.1에 규정하는 덤벨형 3호형(도 2 참조)으로 하기의 JIS C 3005 규격의 실험 방법에 따라 상온 기계적 물성 평가를 진행하였을 때의 신장율 값을 의미한다.
상기 언급한 도 2의 경우, 본 발명에 따른 자동차 케이블의 상온 기계적 물성(인장강도와 신장율)을 평가하기 위하여 제작한 시편을 나타낸 것이다.
상기 수식 1 내지 6은, 각각 자동차 케이블로서 요구되는 물성으로서, 장기 내열 특성, sandpaper 내마모성, 유연성, 내유성, 난연성 및 상온에서의 기계적 물성을 충족시키는지 여부를 각각 확인할 수 있는 것으로, 상기 수식 1 내지 6을 동시에 만족할 경우, 상기 자동차 케이블은, 자동차 케이블에 규격상 요구되는 대표적인 물성과 함께 수요자 및 소비자들에게 요구되는 물성까지 동시에 확보할 수 있으므로, 제품 적용성을 높일 수 있다.
이하, 본 발명을 구체적인 실험예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실험예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실험예에 한정되는 것은 아니다.
[제조예]
하기 [표 1]에 나타난 바와 같이, 각 실시예 및 비교예에 대한 자동차 케이블용 절연 조성물을 사용하여 이로부터 제조한 절연층을 포함하는 자동차 케이블 샘플을 제조하였다.
구분 실시예 비교예
1 2 3 4 1 2 3 4 5
가교도 75 65 55 55 85 85 65 55 45
수지 1 90 80 90 - 90 - 90 - 90
2 - 10 - 90 - - 10 - -
3 - - - - - 90 - 90 -
상용화제 10 10 10 10 10 10 - 10 10
난연제 80 80 80 80 80 80 80 80 80
기타 첨가제 20 20 20 20 20 20 20 20 20
수지 1: 공단량체 함량이 15 중량% 내지 20 중량%인 폴리에틸렌계 수지
수지 2: 공단량체 함량이 20 중량% 내지 25 중량%인 폴리에틸렌계 수지
수지 3: 공단량체 함량이 30 중량% 내지 50 중량%인 폴리에틸렌계 수지
상용화제: 무수말레인산이 그래프트된 폴리에틸렌 수지
난연제: 수산화마그네슘
기타첨가제: 산화방지제, 활제 및/또는 가교조제
보다 구체적으로, 상기 [표 1]과 같은 성분 및 함량 비율로 kneader 설비(용량 3L)를 이용하여 150℃에서 30분간 배합하여 컴파운드를 제조하고, 제조된 컴파운드를 이용하여 싱글 스크류 압출기(Φ: 45㎜)를 이용하여 wire를 제조하였다. 파일럿 샘플 제조 시 구리 도체(15SQ)를 적용하였으며, 제조된 샘플은 전자선 가교 공정을 거친 후, 후술하는 물성 평가를 진행하였다.
[물성 평가]
1. 장기 내열 특성
상기 제조예로부터 압출하여 제조된 실시예 및 비교예 각각의 케이블 샘플을 준비한 후, 장기 내열 특성을 평가하였다.
구체적으로, 상기 제조예로부터 제조된 실시예 및 비교예 케이블 샘플(절연층에서 분리한 시편)을 JIS K 6251의 6.1에 규정하는 덤벨형 3호형(도 2 참조)으로 각각 3개씩 준비하였다. 이 후 상기 각 샘플별로 상이한 온도(175℃, 185℃ 및 195℃의 오븐내에서 매달아 일정 시간 동안 체류시킨 후, 시간대별로 꺼내어 실온에서 24시간 내지 48시간 식힌 다음, 신장율을 측정하여 각 온도에 대해 신장율이 100%가 되는 시간을 내삽법(interpolation)으로 환산하되, 이 경우 각 온도에서의 신장율이 100%가 되는 시간을 추산하여 아래의 아레니우스(Arrhenius) 식에 적용하고 10,000 시간에서의 신장율이 100%가 되는 온도를 산출하였다.
[아레니우스 식]
L: 속도상수, A: 빈도 계수, E: 활성화 에너지, R: 기체 상수, T: 온도
이 경우, 150℃ 이상이 되어야 수요자 및 소비자들의 요구 내열 특성을 만족하는 동시에 장기적으로도 내열 특성을 유지시키는 것으로 볼 수 있다.
2. Sandpaper 내마모성
상기 제조예로부터 압출하여 제조된 실시예 및 비교예 각각의 케이블 샘플을 준비한 후, 아래와 같은 방법으로 sandpaper 내마모성을 평가하였다.
구체적으로, 상기 제조예로부터 제조된 케이블을 횡단으로 절단하여 길이 1,000㎜인 케이블 샘플을 각각 준비한 후, Garnet P150 또는 이와 유사한 유형의 sandpaper에 장착하고, 1.9㎏의 중량으로 상기 시편에 하중을 가하면서 케이블 도체에 닿을 때까지 1,500±75㎜/min의 속도로 테이프를 작동시켰다.
ISO 6722 기준에 따르면, 하중으로 눌린 전선이 sandpaper와 마찰하면서 최소 1,500㎜ 이상 지나는 동안 통전되지 않아야 한다.
3. 유연성
상기 제조예로부터 압출하여 제조된 실시예 및 비교예 각각의 케이블 샘플을 준비한 후, 하기 방법에 따라 유연성을 평가하였다.
구체적으로, 상기 제조예로부터 제조된 케이블을 횡단으로 절단하여 길이 400㎜인 케이블 샘플을 각각 준비한 후, 100㎜/min의 속도로 상기 각 샘플들을 벤딩하여 R값이 40㎜가 될 때까지 필요한 최대 하중을 측정하였으며, 측정값은 10N 이하이어야 한다.
4. 내유성
상기 제조예로부터 압출하여 제조된 실시예 및 비교예 각각의 케이블 샘플을 준비한 후, ISO 6722-1 규격 기준에 의거 내유성을 평가하였다.
구체적으로, 상기 제조예로부터 제조된 케이블을 횡단으로 절단하여 길이 600㎜인 케이블 샘플을 각각 준비한 후, 상기 케이블 샘플을 가솔린(Gasoline)이 담긴 비이커에 침유시킨 상태로 상온에서 20시간 체류시킨 후, 상기 샘플들을 각각 꺼내어 10분 후에 외경을 측정하였다.
ISO 6722-1 기준에 따르면, 침유 후 외경이 침유 전 외경과 비교하여 늘어난 외경이 15%를 초과하지 않아야 한다.
5. 난연성
상기 제조예로부터 압출하여 제조된 실시예 및 비교예 각각의 케이블 샘플을 준비한 후, ISO 6722 규격 기준 보다 강화된 조건으로 난연성을 평가하였다.
구체적으로, 상기 제조예로부터 제조된 케이블을 횡단으로 절단하여 길이 600㎜인 케이블 샘플을 각각 준비한 후, 상기 케이블 샘플과 버너를 지면에서 45도 각도로 고정시키되, 샘플과 버너 간은 서로 수직이 되도록 한 후, 버너 불꽃을 샘플에 30초 동안 인가하여 10초 내에 550㎜ 이하의 연소 길이로 소화되는지 여부를 확인하는 것이다.
여기서, 상기 케이블 샘플과 버너를 지면에서 45도 각도로 고정시키되, 샘플과 버너 간은 서로 수직이 되도록 한 후, 버너 불꽃을 샘플에 30초 동안 인가하여 10초 내(난연성 평가값)에 550㎜ 이하의 연소 길이로 소화되는 경우, 자동차용 전선 용도에 적합하다. 이 경우, 상기 "난연성 평가값"이라 함은, 전술한 난연성 평가에서 연소된 샘플이 스스로 소화된 시간을 의미하며, 난연성 측정값은 10초 이내이어야 한다.
6. 상온에서의 기계적 물성
상기 제조예로부터 압출하여 제조된 실시예 및 비교예 각각의 케이블 샘플을 준비한 후, JIS C 3005 규격 기준에 의거 상온에서의 기계적 물성을 평가하였다.
구체적으로, JIS C 3005 규격에 의한 실험 방법으로 인장강도 및 신장율을 측정하였다.
<JIS C 3005 규격의 실험 방법>
시험편은 완성품으로부터 3개 이상을 채취한다. 완제품에서 시편 채취가 불가능하거나 부적절한 제품은, 품질이 동일한 컴파운드를 사용해 1 ~2 mm의 두께의 시트로 평가한다,
가교가 없는 것은 상온에 5시간, 가교가 있는 것은 가교 후 24시간 이상 방치한 것으로부터 채취한다.
상기 시험편은 JIS K 6251의 6.1에 규정하는 덤벨형 3호형(도 2 참조)으로 한다.
폴리에틸렌계 수지의 경우, 인장속도는 약 200㎜/min로 한다.
인장 강도는 단위 면적당 최대 인장력으로 나타내며, 다음 식에 따른다.
σ = F/A
σ: 인장강도(MPa), F: 최대 인장하중(㎏), A :시험편 단면적(㎟)
신장율은 절단시 표선 사이의 길이를 측정하고 다음 방정식에 의해 계산된다.
ε = (L1- L0)/L0 *100
ε: 신장율(%), L1: 절단시 눈금길이(㎜), L0:기존 눈금 거리(㎜)
이 경우, 인장강도는 1.53kgf/㎜2 이상, 신장율은 400% 이상이어야 한다.
[물성 평가 결과]
실시예 및 비교예에 대한 상기 물성 평가에 따른 결과를 하기 [표 2]에 나타내었다.
구분 기준 실시예 비교예
1 2 3 4 1 2 3 4 5
장기내열특성
(단위: ℃)
≥150 155.7 153.3 152.0 151.1 156.8 156.3 148.3 150.3 148.0
내마모성
(단위: ㎜)
≥1500 3074 2909 2898 2838 3287.5 3213 2745 2381 2306
유연성(단위: N) ≤10 7.5 6.9 6.7 6.2 10.4 10.1 6.3 5.8 5.8
내유성(단위: %) ≤15 9.59 10.45 12.61 13.61 8.38 8.59 16.3 17.3 18.7
난연성(단위: 초) ≤10 1 1 3 5 1 1 1 5 12
상온
에서의
기계적
물성
인장강도
(단위: kgf/mm2)
≥1.53 1.62 1.59 1.57 1.55 1.67 1.64 1.49 1.46 1.41
신장율
(단위: %)
≥400 484 496 501 523 389 397 558 544 537
최종 pass 여부 pass pass pass pass fail fail fail fail fail
상기 [표 2]에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차 케이블용 절연 조성물은, 상기 자동차 케이블용 절연 조성물로부터 제조된 절연층이 자동차 케이블에 포함될 경우, 자동차용 케이블 용도에 필요한 국제 표준화 규격(ISO 6722)을 만족시킬 수 있는 물성을 확보할 수 있음은 물론, 상기 자동차 케이블이 실제 자동차의 내부 환경에서 적용될 경우에 필요한 물성인 유연성과 함께 내유성을 동시에 우수한 수준에서 충족시킬 수 있다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 자동차 케이블
100: 도체
200: 절연층

Claims (14)

  1. 폴리에틸렌계 수지 포함하는 베이스 수지;
    무기계 난연제; 및
    상기 베이스 수지 및 무기계 난연제의 상용성을 높일 수 있는 상용화제를 포함하고,
    하기 수식 3 및 4를 만족하는, 자동차 케이블용 절연 조성물:
    [수식 3]
    X3 ≤ 10 (단위: N)
    [수식 4]
    X4 ≤ 15 (단위: %)
    상기 수식 3에서, X3은 상기 자동차 케이블용 절연 조성물로부터 제조된 절연체를 포함하는 케이블을 횡단으로 절단하여 길이 400㎜로 케이블 시편을 준비한 후, 100㎜/min의 속도로 상기 시편의 벤딩 R값이 40㎜가 될 때까지 필요한 최대 하중을 측정한 유연성 값을 의미하고,
    상기 수식 4에서, X4는 상기 자동차 케이블용 절연 조성물로부터 제조된 절연체를 포함하는 케이블을 횡단으로 절단하여 길이를 600㎜로 케이블 시편을 준비한 후, 상기 시편을 Gasoline이 담긴 비이커에 침유시킨 상태로 상온에 20시간 체류시킨 뒤 꺼내어 30분 후 외경을 측정하여, 침유 후 외경이 침유 전 외경과 비교하여 늘어난 외경의 비율을 측정한 내유성 값을 의미한다.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 폴리에틸렌계 수지는 1종 이상의 수지를 포함하고, 상기 1종 이상의 수지는 각각 독립적으로 공단량체(comonomer)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 자동차 케이블용 절연 조성물.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 폴리에틸렌계 수지는, 전체 100 중량부 기준으로 공단량체(comonomer) 함량이 15 중량부 내지 25 중량부인 것을 특징으로 하는, 자동차 케이블용 절연 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 베이스 수지는, 폴리에틸렌계 수지인 제 1 수지 및 제 2 수지를 포함하고, 상기 베이스 수지 및 상용화제의 혼합 함량 100 중량부 기준으로, 상기 제 1 수지 및 제 2 수지의 혼합 수지는 85 중량부 내지 95 중량부이고, 상기 상용화제는 5 중량부 내지 15 중량부인 것을 특징으로, 자동차 케이블용 절연 조성물.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 폴리에틸렌계 수지에 포함된 제 1 수지 및 제 2 수지는, 에틸렌 공중합체인 것을 특징으로 하는, 자동차 케이블용 절연 조성물.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 에틸렌 공중합체는, 에틸렌 에틸아크릴레이트(Ethylene ethylacrylate, EEA) 수지, 에틸렌 부틸아크릴레이트(Ethylene butylacrylate, EBA) 수지 및 에틸렌 메틸아크릴레이트(Ethylene methylacrylate, EMA) 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 수지 또는 이의 공중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는, 자동차 케이블용 절연 조성물.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 자동차 케이블용 절연 조성물 내에 포함된 가교된 가교 절연체가 50% 내지 80%% 것을 특징으로 하는, 자동차 케이블용 절연 조성물.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 상용화제는, 말레익 언하이드라이드-그래프트된 폴리에틸렌(Maleic Anhydride grafted Polyethylene)인 것을 특징으로 하는, 자동차 케이블용 절연 조성물.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 무기계 난연제는, 상기 베이스 수지와 상용성이 있는 무기계 금속 수산화물 난연제인 것을 특징으로 하는, 자동차 케이블용 절연 조성물.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 무기계 난연제는, 상기 베이스 수지 및 상용화제의 혼합 함량 100 중량부 기준으로, 70 중량부 내지 90 중량부로 포함되는, 자동차 케이블용 절연 조성물.
  11. 제 1 항에 있어서, 첨가제를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는, 자동차 케이블용 절연 조성물.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 첨가제는, 산화방지제, 활제 및 가교조제로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는, 자동차 케이블용 절연 조성물.
  13. 도체; 및
    제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 자동차 케이블용 절연 조성물로 제조된 절연층을 포함하는, 자동차 케이블.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 도체는 구리 도체인 것을 특징으로 하는, 자동차 케이블.
KR1020220186987A 2022-12-28 자동차 케이블용 절연 조성물 및 이를 이용하여 제조된 자동차 케이블 KR20240105591A (ko)

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