WO2022149681A1 - 태양광 케이블의 절연층 또는 시스층용 조성물 및 이로부터 형성된 절연층 또는 시스층을 포함하는 태양광 케이블 - Google Patents

태양광 케이블의 절연층 또는 시스층용 조성물 및 이로부터 형성된 절연층 또는 시스층을 포함하는 태양광 케이블 Download PDF

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양훈철
서주미
최홍석
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    • H01B7/02—Disposition of insulation

Definitions

  • the present invention relates to an insulating or sheath composition for an insulating layer or sheath layer of a solar cable and a solar cable comprising the insulating layer or sheath layer formed therefrom.
  • the present invention is excellent in UV resistance, weather resistance, flame retardancy, heat resistance, particularly long-term heat resistance, heat deformation characteristics, water resistance, mechanical properties, etc.
  • a solar cable comprising an insulating or sheath composition and an insulating or sheathing layer formed therefrom.
  • a photovoltaic power generation system is generally equipped with a junction box performing an electrical connector function on each of a plurality of photovoltaic modules for collecting sunlight. Specifically, the + terminal of the junction box of the first photovoltaic module is connected to the adjacent second The - terminal of the junction box of the solar module must be connected with a solar cable, and the - terminal of the junction box of the second solar module is again connected to the + terminal of the junction box of the third solar module and the sun with a cable should be
  • This solar cable is a solar-only cable developed to solve problems caused by using a general cable, for example, cable aging, fire, voltage drop, etc., and has excellent UV resistance, weather resistance, Flame retardancy, heat resistance, in particular, long-term heat resistance, heat deformation properties, water resistance, mechanical properties, etc. are required.
  • Conventional solar cables include a conductor, an insulating layer surrounding the conductor, a sheath layer surrounding the insulating layer, and the like, and a halogen material excellent in weather resistance, flame retardancy, and heat resistance is used as the insulating layer and sheath layer material, but these halogen materials Incineration of cables may cause environmental problems such as emitting harmful gases to the human body.
  • the present invention relates to an insulation or sheath composition for an insulation layer or sheath layer of a solar cable for outdoor or direct sale, which is excellent in UV resistance, weather resistance, flame retardancy, heat resistance, particularly long-term heat resistance, heat deformation characteristics, water resistance, mechanical properties, and the like, and a composition formed therefrom
  • An object of the present invention is to provide a solar cable including an insulating layer or a sheath layer.
  • an object of the present invention is to provide an environmentally friendly, outdoor or direct sale solar cable insulation or sheath composition for an insulation or sheath layer, and a solar cable comprising an insulation layer or sheath layer formed therefrom.
  • An insulation or sheath composition for forming the insulation layer or sheath layer of a solar cable comprising a base resin and an additive, wherein the base resin includes a non-halogen polyolefin resin having a melting point (Tm) of 60 to 150° C., the additive contains an antioxidant and a crosslinking agent or crosslinking aid, and an insulation or sheath specimen formed from the insulation or sheath composition provides an insulation or sheath composition having an elongation of 50% or more after 20,000 hours at 135°C.
  • Tm melting point
  • the insulation or sheath composition is characterized in that the elongation is 50% or more after 20,000 hours at 135°C when evaluated by the Arrhenius plot application method according to standards IEC 60216-1 and IEC 60216-2 provides
  • the antioxidant is at least one primary antioxidant selected from the group consisting of monophenol-based, bisphenol-based and high-molecular-type phenol-based antioxidants, and at least one secondary oxidation agent selected from the group consisting of sulfur-based and phosphorus-based antioxidants
  • An insulating or sheath composition is provided, characterized in that it contains an inhibitor.
  • the content of the primary antioxidant is 0.5 to 4 parts by weight, and the content of the secondary antioxidant is 1 to 5 parts by weight, characterized in that it provides an insulation or sheath composition do.
  • the crosslinking aid provides an insulation or sheath composition, characterized in that it contains trimethylolpropane trimethacrylate (TMPTMA).
  • TMPTMA trimethylolpropane trimethacrylate
  • the content of the crosslinking aid is 2 to 4 parts by weight, it provides an insulation or sheath composition.
  • the base resin includes a polyolefin elastomer (POE) and an ethylene vinyl acetate (EVA) resin
  • POE polyolefin elastomer
  • EVA ethylene vinyl acetate
  • the content of the polyolefin elastomer (POE) is 20 to 40 parts by weight, based on 100 parts by weight of the base resin, and the ethylene It provides an insulation or sheath composition, characterized in that the content of vinyl acetate (EVA) is 60 to 80 parts by weight.
  • the base resin includes polyolefin elastomer (POE), ethylene vinyl acetate (EVA) resin, and linear low-density polyethylene (LLDPE), and based on 100 parts by weight of the base resin, the content of the polyolefin elastomer (POE) is 10 to 30 parts by weight, the content of the ethylene vinyl acetate (EVA) is 40 to 60 parts by weight, and the content of the linear low density polyethylene (LLDPE) is 20 to 40 parts by weight, it provides an insulation or sheath composition.
  • POE polyolefin elastomer
  • EVA ethylene vinyl acetate
  • LLDPE linear low-density polyethylene
  • the additive includes an inorganic additive including a flame retardant or a filler, and the content of the inorganic additive is 25 to 45% by weight based on the total weight of the insulation or sheath composition.
  • the weight ratio of the filler and the flame retardant is 1:2 to 1:20, it provides an insulation or sheath composition.
  • the flame retardant includes at least one flame retardant selected from the group consisting of magnesium hydroxide, aluminum hydroxide, molybdenum-based flame retardants, antimony-based flame retardants and boric acid-based flame retardants, and the filler includes calcium carbonate (CaCO 3 ) and talc (talc). It provides an insulation or sheath composition comprising at least one selected from the group consisting of.
  • conductor On the other hand, conductor; an insulating layer surrounding the conductor and formed from the insulating or sheath composition; And enclosing the insulating layer, it provides a solar cable comprising a sheath layer formed from the insulating or sheath composition.
  • the insulation or sheath composition for the insulation layer or sheath layer of the solar cable according to the present invention has UV resistance, weather resistance, flame retardancy, heat resistance, especially long-term heat resistance, heat deformation characteristics, water resistance, mechanical properties, etc. through a combination of a specific base resin and additives. All of these exhibit excellent effects.
  • a non-halogen material is applied to the insulation or sheath composition for the insulation layer or sheath layer of the solar cable according to the present invention, thereby exhibiting an excellent environmental-friendly effect.
  • FIG. 1 schematically shows a cross-sectional structure of a solar cable according to the present invention.
  • FIG. 1 schematically shows a cross-sectional structure of a solar cable according to the present invention.
  • the non-crosslinked insulated cable according to the present invention comprises a conductor 10, an insulating layer 20 surrounding the conductor 10, a sheath layer 30 surrounding the insulating layer 20, and the like.
  • the conductor 10 may be made of a conductive material through which a current can flow, for example, a metal such as copper or aluminum, and may be a single wire or a stranded wire in which a plurality of wires are combined, and the diameter thereof is It may be appropriately selected depending on the capacity of the included cable.
  • the insulating layer 20 may be formed by extrusion of an insulating or sheath composition including a base resin and additives, and the base resin may include a non-halogen polyolefin resin having a melting point (Tm) of 60 to 150°C.
  • Tm melting point
  • the melting point (Tm) of the base resin is less than 60° C.
  • the cross-linking efficiency is lowered during cross-linking of the insulating layer 20, so that mechanical properties may be greatly reduced
  • the melting point (Tm) of the base resin is 150° C.
  • compatibility with additives may be reduced, and physical properties such as mechanical properties, flame retardancy, and heat resistance of the insulating layer 20 may be significantly reduced.
  • the base resin may include, for example, polyolefin elastomer (POE) or two or more non-halogen polyolefin resins having different melting points, for example, in addition to polyolefin elastomer (POE), ethylene vinyl acetate (EVA) resin or linear low density polyethylene (LLDPE) or both.
  • POE polyolefin elastomer
  • EVA ethylene vinyl acetate
  • LLDPE linear low density polyethylene
  • the base resin includes polyolefin elastomer (POE) and ethylene vinyl acetate (EVA), based on 100 parts by weight of the base resin, the content of the polyolefin elastomer (POE) is 20 to 40 parts by weight, the ethylene vinyl acetate ( EVA) may be contained in an amount of 60 to 80 parts by weight.
  • POE polyolefin elastomer
  • EVA ethylene vinyl acetate
  • the base resin includes polyolefin elastomer (POE), ethylene vinyl acetate (EVA) resin, and linear low density polyethylene (LLDPE), based on 100 parts by weight of the base resin, the content of the polyolefin elastomer (POE) is 10 to 30 parts by weight, the content of the ethylene vinyl acetate (EVA) may be 40 to 60 parts by weight, and the content of the linear low density polyethylene (LLDPE) may be 20 to 40 parts by weight.
  • POE polyolefin elastomer
  • EVA ethylene vinyl acetate
  • LLDPE linear low density polyethylene
  • each of the polyolefin elastomer (POE), the ethylene vinyl acetate (EVA) resin, and the linear low density polyethylene (LLDPE) is less than the standard, mechanical properties, UV resistance, weather resistance, flame retardancy, heat resistance, heat deformation characteristics, Physical properties such as water resistance may be reduced.
  • the additive may include an antioxidant, a crosslinking agent or a crosslinking aid, a filler, a flame retardant, and the like.
  • the antioxidant is a primary antioxidant that prevents oxidation of the base resin by trapping radicals and inhibiting radical chain reaction with oxygen, for example, phenol-based antioxidants such as monophenol-based, bisphenol-based, and polymer-type phenol-based antioxidants;
  • a secondary antioxidant that stabilizes the base resin by removing oxygen from the already oxidized resin for example, may include a sulfur-based, phosphorus-based antioxidant.
  • the content of the primary antioxidant may be 0.5 to 4 parts by weight, and the content of the secondary antioxidant may be 1 to 5 parts by weight.
  • the heat resistance of the insulating layer 20 particularly the long-term heat resistance of 20,000 hours or more at 135° C.
  • a blooming phenomenon may occur in which the antioxidant is eluted in the form of white powder on the surface of the insulating layer 20 when the insulating layer 20 is extruded.
  • the crosslinking agent or crosslinking aid may be different depending on the crosslinking method of the insulating layer 20.
  • a peroxide crosslinking agent such as dicumyl peroxide (DCP)
  • DCP dicumyl peroxide
  • a silane crosslinking agent such as trialkoxysilane may be included in the case of crosslinking
  • TMPTMA trimethylolpropane trimethacrylate
  • the content of the crosslinking agent may be 1 to 10 parts by weight, and the content of the crosslinking aid may be 2 to 4 parts by weight.
  • the content of the crosslinking agent or the crosslinking aid is less than the standard, the crosslinking efficiency of the insulating layer 20 may be lowered, and mechanical properties and, in particular, the room temperature elongation rate may be greatly reduced, whereas the content of the crosslinking agent or the crosslinking aid exceeds the standard In the case of , it leads to a decrease in the room temperature elongation rate due to excessive crosslinking efficiency.
  • the appropriate amount of the crosslinking aid is applied only to the irradiation crosslinking compound.
  • the filler performs a function to lower the manufacturing cost of the insulation or sheath composition without reducing the functions of the base resin and the additive, for example, calcium carbonate (CaCO 3 ), talc, etc. may include
  • the flame retardant may implement flame retardancy in the solar cable.
  • the flame retardant may include, for example, a metal hydroxide such as magnesium hydroxide or aluminum hydroxide, or a molybdenum-based flame retardant such as a molybdenum compound, an antimony-based flame retardant such as antimony oxide, or a boric acid-based flame retardant such as zinc borate.
  • the total content of the inorganic additive including the filler and/or the flame retardant is 45% by weight or less, in particular, the sheath layer 30 is formed In the case of the sheath composition, it may be preferably 25 to 45% by weight.
  • the flame retardancy of the sheath layer 30 may be greatly reduced, whereas when the total content of the filler and the flame retardant is more than 45% by weight, the water resistance of the insulating layer 20 and the sheath layer 30 , in particular, the long-term immersion insulation resistance property may be deteriorated.
  • the insulation or sheath composition according to the present invention has physical properties such as UV resistance, weather resistance, flame retardancy, heat resistance, especially long-term heat resistance, heat deformation characteristics, water resistance, and mechanical properties through a combination of a specific base resin and additives as described above. It is excellent, and the base resin is environmentally friendly as a non-halogen resin.
  • Insulation and sheath compositions and insulation and sheath specimens (4 mm dumbbell shape) were prepared with the components and contents shown in Table 1 below.
  • the unit of the content shown in Table 1 below is a part by weight.
  • Antioxidant 2 Sulfur-based antioxidant (Thanox 412s)
  • the insulation and sheath specimens of each of Examples and Comparative Examples were pulled at a tensile rate of 250 mm/min to measure tensile strength and elongation at break.
  • Tensile strength should be 8 N or more, and elongation should be 125% or more.
  • each cable specimen (length 600 mm) of each of Examples and Comparative Examples is placed vertically, and a flame is applied to the lower end with the upper end fixed to the upper clamp, and after combustion, the upper clamp and The length between unburned points shall be at least 50 mm. If it fails after measuring 1 time, test it 2 more times and pass both times to determine the pass.
  • three temperatures of 145°C, 165°C, and 190°C are selected, and the elongation at 50% at 145°C, which is a low temperature, is checked for more than 5,000 hours, and the elongation at 190°C, which is a high temperature, is checked for more than 5,000 hours.
  • Check whether the time to 50% is 100 hours or more, and evaluate whether the elongation can be maintained at 50% or more after 20,000 hours at 135°C through the Arrhenius plot application method.
  • each of the insulation and sheath specimens of Examples and Comparative Examples were left at a temperature of 60° C. and a humidity of 50% for 720 hours, and then the tensile strength and elongation were measured to measure the tensile strength and elongation at room temperature.
  • the residual ratio should be at least 70%, respectively.
  • Example comparative example One 2 3 One 2 3 4 5 6 7 8 room temperature
  • the tensile strength (N) 11.5 10.2 10 6 5 12 9 9.2 7.2 4.5 13.2 room temperature elongation (%) 220 180 210 310 100 300 100 190 108 80 80 hotset 80/5 75/10 35/5 120/50 90/10 60/10 60/10 80/5 broken broken 15/-5 long time heat resistance pass pass pass pass pass pass fail fail fail pass weather resistance pass pass pass pass pass pass pass fail fail fail fail fail fail pass pass
  • the insulation and sheath compositions of Examples 1 to 3 according to the present invention have excellent physical properties such as room temperature mechanical properties, heat deformation properties, long-term heat resistance, and weather resistance, and cable specimens 1 to 3, 8 and 11 had excellent flame retardancy, and cable specimens 3 and 4 were confirmed to have excellent water resistance.
  • the insulation and sheath composition of Comparative Example 1 in which the melting point of the base resin was less than the standard, had significantly lowered heat deformation characteristics, and the insulation and sheath composition of Comparative Example 2 including the resin having a melting point exceeding the standard had room temperature mechanical properties, long-term
  • the insulation and sheath composition of Comparative Example 5 in which heat resistance and weather resistance were significantly lowered, and the content of the secondary antioxidant was below the standard, had lowered long-term heat resistance and weather resistance, and the content of the secondary antioxidant was higher than the standard.
  • the insulation and sheath composition of 6 had significantly lowered heat deformation characteristics, long-term heat resistance, weather resistance, etc.
  • the insulation and sheath composition of Comparative Example 7 in which the content of the crosslinking aid was below the standard, had elongation, heat deformation characteristics, long-term heat resistance, Weather resistance and the like were greatly reduced
  • the insulation and sheath composition of Comparative Example 8 in which the content of the crosslinking aid exceeded the standard, the elongation rate among the mechanical properties at room temperature was greatly reduced.
  • Cable specimens 6 and 7 formed from the composition of the cable specimens 9 and 10 has poor flame retardancy

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Abstract

본 발명은 태양광 케이블의 절연층 또는 시스층용 절연 또는 시스 조성물 및 이로부터 형성된 절연층 또는 시스층을 포함하는 태양광 케이블에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 내UV 특성, 내후성, 난연성, 내열성, 특히 장기내열성, 가열변형특성, 내수성, 기계적 특성 등이 우수하고, 환경 친화적인, 옥외 또는 직매용 태양광 케이블의 절연층 또는 시스층용 절연 또는 시스 조성물 및 이로부터 형성된 절연층 또는 시스층을 포함하는 태양광 케이블에 관한 것이다.

Description

태양광 케이블의 절연층 또는 시스층용 조성물 및 이로부터 형성된 절연층 또는 시스층을 포함하는 태양광 케이블
본 발명은 태양광 케이블의 절연층 또는 시스층용 절연 또는 시스 조성물 및 이로부터 형성된 절연층 또는 시스층을 포함하는 태양광 케이블에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 내UV 특성, 내후성, 난연성, 내열성, 특히 장기내열성, 가열변형특성, 내수성, 기계적 특성 등이 우수하고, 환경 친화적인, 옥외 또는 직매용 태양광 케이블의 절연층 또는 시스층용 절연 또는 시스 조성물 및 이로부터 형성된 절연층 또는 시스층을 포함하는 태양광 케이블에 관한 것이다.
태양으로부터 제공되는 빛 에너지를 전기로 변환하는 태양광 발전은 화력 발전 또는 원자력 발전에 비해 환경 오염, 천재지변에 의한 사고 위험 또는 폐기물 문제가 발생되지 않으므로, 풍력 발전 등과 함께 최근 각광받고 있다. 또한, 풍력 발전의 경우 일정한 풍향과 풍량이 요구되어 설치 환경의 제약이 크지만 태양광 발전의 경우 이러한 제한이 상대적으로 낮다.
태양광 발전 시스템은 일반적으로 태양광을 집광하기 위한 다수의 태양광 모듈 각각에 전기 커넥터 기능을 수행하는 정션박스가 장착되는데, 구체적으로 제1 태양광 모듈의 정션박스의 + 단자는 이웃된 제2 태양광 모듈의 정션박스의 - 단자와 태양광 케이블로 연결되어야 하고, 제2 태양광 모듈의 정션박스의 - 단자는 다시 이웃된 제3 태양광 모듈의 정션박스의 + 단자와 태양과 케이블로 연결되어야 한다.
이러한 태양광 케이블은 일반 케이블을 사용함으로써 발생하는 문제점, 예를 들어, 케이블 노후화, 화재발생, 전압강하 등을 해결하기 위해 개발된 태양광 전용 케이블로서, 포설환경에 따라 우수한 내UV 특성, 내후성, 난연성, 내열성, 특히 장기내열성, 가열변형특성, 내수성, 기계적 특성 등이 요구된다.
종래 태양광 케이블은 도체, 상기 도체를 감싸는 절연층, 상기 절연층을 감싸는 시스층 등을 포함하고, 절연층과 시스층 소재로 내후성, 난연성, 내열성 등이 우수한 할로겐 소재를 사용했으나, 이러한 할로겐 소재는 케이블 소각시 인체에 유해한 가스를 방출하는 등의 환경문제를 유발할 수 있다.
따라서, 내UV 특성, 내후성, 난연성, 내열성, 특히 장기내열성, 가열변형특성, 내수성, 기계적 특성 등이 우수하고, 환경 친화적인, 옥외 또는 직매용 태양광 케이블의 절연층 또는 시스층용 절연 또는 시스 조성물 및 이로부터 형성된 절연층 또는 시스층을 포함하는 태양광 케이블이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 내UV 특성, 내후성, 난연성, 내열성, 특히 장기내열성, 가열변형특성, 내수성, 기계적 특성 등이 우수한, 옥외 또는 직매용 태양광 케이블의 절연층 또는 시스층용 절연 또는 시스 조성물 및 이로부터 형성된 절연층 또는 시스층을 포함하는 태양광 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 환경 친화적인, 옥외 또는 직매용 태양광 케이블의 절연층 또는 시스층용 절연 또는 시스 조성물 및 이로부터 형성된 절연층 또는 시스층을 포함하는 태양광 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은,
태양광 케이블의 상기 절연층 또는 시스층 형성용 절연 또는 시스 조성물로서, 베이스 수지 및 첨가제를 포함하고, 상기 베이스 수지는 융점(Tm)이 60 내지 150℃인 비할로겐 폴리올레핀 수지를 포함하고, 상기 첨가제는 산화방지제 및 가교제 또는 가교조제를 포함하며, 상기 절연 또는 시스 조성물로부터 형성된 절연 또는 시스 시편은 135℃에서 20,000 시간 이후에 신장율이 50% 이상인, 절연 또는 시스 조성물을 제공한다.
여기서, 상기 절연 또는 시스 시편은 규격 IEC 60216-1 및 IEC 60216-2에 따른 아레뉘우스 플롯 응용 방법에 의한 평가시 135℃에서 20,000 시간 이후에 신장율이 50% 이상인 것을 특징으로 하는, 절연 또는 시스 조성물을 제공한다.
또한, 상기 산화방지제는 모노페놀계, 비스페놀계 및 고분자형 페놀계 산화방지제로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 1차 산화방지제, 및 유황계 및 인계 산화방지제로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 2차 산화방지제를 포함하는 것을 특징으로 하는, 절연 또는 시스 조성물을 제공한다.
그리고, 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 1차 산화방지제의 함량은 0.5 내지 4 중량부이고, 상기 2차 산화방지제의 함량은 1 내지 5 중량부인 것을 특징으로 하는, 절연 또는 시스 조성물을 제공한다.
한편, 상기 가교조제는 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트(TMPTMA)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 절연 또는 시스 조성물을 제공한다.
여기서, 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 가교조제의 함량은 2 내지 4 중량부인 것을 특징으로 하는, 절연 또는 시스 조성물을 제공한다.
그리고, 상기 베이스 수지는 폴리올레핀 엘라스토머(POE) 및 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 수지를 포함하고, 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 폴리올레핀 엘라스토머(POE)의 함량은 20 내지 40 중량부이고, 상기 에틸렌비닐아세테이트(EVA)의 함량은 60 내지 80 중량부인 것을 특징으로 하는, 절연 또는 시스 조성물을 제공한다.
여기서, 상기 베이스 수지는 폴리올레핀 엘라스토머(POE), 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 수지 및 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE)을 포함하고, 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 폴리올레핀 엘라스토머(POE)의 함량은 10 내지 30 중량부, 상기 에틸렌비닐아세테이트(EVA)의 함량은 40 내지 60 중량부, 상기 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE)의 함량은 20 내지 40 중량부인 것을 특징으로 하는, 절연 또는 시스 조성물을 제공한다.
한편, 상기 첨가제는 난연제 또는 충진제를 포함하는 무기 첨가제를 포함하고, 상기 절연 또는 시스 조성물의 총 중량을 기준으로, 상기 무기 첨가제의 함량은 25 내지 45 중량%인 것을 특징으로 하는, 절연 또는 시스 조성물을 제공한다.
여기서, 상기 충진제와 상기 난연제의 중량비는 1:2 내지 1:20인 것을 특징으로 하는, 절연 또는 시스 조성물을 제공한다.
또한, 상기 난연제는 수산화마그네슘, 수산화알루미늄, 몰리브덴계 난연제, 안티몬계 난연제 및 붕산계 난연제로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 난연제를 포함하고, 상기 충진제는 탄산칼슘(CaCO3) 및 탈크(talc)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 절연 또는 시스 조성물을 제공한다.
한편, 도체; 상기 도체를 감싸고 상기 절연 또는 시스 조성물로부터 형성된 절연층; 및 상기 절연층을 감싸고 상기 절연 또는 시스 조성물로부터 형성된 시스층을 포함하는, 태양광 케이블을 제공한다.
본 발명에 따른 태양광 케이블의 절연층 또는 시스층용 절연 또는 시스 조성물은 특정 베이스 수지와 첨가제의 조합을 통해 내UV 특성, 내후성, 난연성, 내열성, 특히 장기내열성, 가열변형특성, 내수성, 기계적 특성 등이 모두 우수한 효과를 나타낸다.
또한, 본 발명에 따른 태양광 케이블의 절연층 또는 시스층용 절연 또는 시스 조성물은 비할로겐 소재가 적용되어 환경 친화적인 우수한 효과를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 태양광 케이블의 횡단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명 되어지는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공 되어지는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 태양광 케이블의 횡단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 비가교 절연 케이블은 도체(10), 상기 도체(10)를 감싸는 절연층(20), 상기 절연층(20)을 감싸는 시스층(30) 등을 포함할 수 있고, 상기 도체(10)는 전류가 흐를 수 있는 전도성 소재, 예를 들어, 구리, 알루미늄 등의 금속으로 이루어질 수 있고, 단선 또는 복수의 소선이 연합된 연선일 수 있으며, 직경은 이를 포함하는 케이블의 용량에 의해 적절히 선택될 수 있다.
상기 절연층(20)은 베이스 수지 및 첨가제를 포함하는 절연 또는 시스 조성물의 압출 등에 의해 형성될 수 있고, 상기 베이스 수지는 융점(Tm)이 60 내지 150℃인 비할로겐 폴리올레핀 수지를 포함할 수 있다 여기서, 상기 베이스 수지의 융점(Tm)이 60℃ 미만인 경우 상기 절연층(20)의 가교시 가교 효율이 저하되어 기계적 특성이 크게 저하될 수 있는 반면, 상기 베이스 수지의 융점(Tm)이 150℃ 초과인 경우 첨가제와의 상용성이 저하되어 상기 절연층(20)의 기계적 특성, 난연성, 내열성 등의 물성이 크게 저하될 수 있다.
상기 베이스 수지는 예를 들어 폴리올레핀 엘라스토머(POE)를 포함하거나, 융점이 상이한 2종 이상의 비할로겐 폴리올레핀 수지를 포함할 수 있고, 예를 들어, 폴리올레핀 엘라스토머(POE) 이외에 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 수지나 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE) 또는 이들 모두를 포함할 수 있다.
상기 베이스 수지가 폴리올레핀 엘라스토머(POE) 및 에틸렌비닐아세테이트(EVA)를 포함하는 경우, 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 폴리올레핀 엘라스토머(POE)의 함량은 20 내지 40 중량부, 상기 에틸렌비닐아세테이트(EVA)의 함량은 60 내지 80 중량부일 수 있다.
또한, 상기 베이스 수지가 폴리올레핀 엘라스토머(POE), 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 수지 및 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE)을 포함하는 경우, 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 폴리올레핀 엘라스토머(POE)의 함량은 10 내지 30 중량부, 상기 에틸렌비닐아세테이트(EVA)의 함량은 40 내지 60 중량부, 상기 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE)의 함량은 20 내지 40 중량부일 수 있다.
여기서, 상기 폴리올레핀 엘라스토머(POE), 상기 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 수지 및 상기 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE) 각각의 함량이 기준 미달인 경우 기계적 특성, 내UV 특성, 내후성, 난연성, 내열성, 가열변형특성, 내수성 등의 물성이 저하될 수 있다.
상기 첨가제는 산화방지제, 가교제 또는 가교조제, 충진제, 난연제 등을 포함할 수 있다.
상기 산화방지제는 라디칼을 포착하여 산소와 라디칼 연쇄반응을 억제함으로써 베이스 수지의 산화를 방지하는 1차 산화방지제, 예를 들어, 모노페놀계, 비스페놀계, 고분자형 페놀계 등의 페놀계 산화방지제 및 이미 산화된 수지의 산소를 제거하여 베이스 수지를 안정화시키는 2차 산화방지제, 예를 들어, 유황계, 인계 등의 산화방지제를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 1차 산화방지제의 함량은 0.5 내지 4 중량부, 상기 2차 산화방지제의 함량은 1 내지 5 중량부일 수 있다. 상기 1차 산화방지제 및 상기 2차 산화방지제 각각의 함량이 기준 미달인 경우 상기 절연층(20)의 내열성, 특히 135℃에서 20,000 시간 이상의 장기내열성을 만족할 수 없는 반면, 상기 1차 산화방지제 및 상기 2차 산화방지제 각각의 함량이 기준 초과인 경우 상기 절연층(20)의 압출시 상기 절연층(20) 표면에 산화방지제가 백색가루 형태로 용출되는 블루밍(blooming) 현상이 발생할 수 있다.
상기 가교제 또는 가교조제는 상기 절연층(20)의 가교방식에 따라 상이할 수 있고, 예를 들어, 상기 절연층(20)이 화학가교되는 경우 디큐밀퍼옥사이드(DCP) 등의 과산화물 가교제, 수가교되는 경우 트리알콕시실란 등의 실란 가교제, 조사가교되는 경우 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트(TMPTMA) 등의 가교조제를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 가교제의 함량은 1 내지 10 중량부이고, 상기 가교조제의 함량은 2 내지 4 중량부일 수 있다. 상기 가교제 또는 상기 가교조제의 함량이 기준 미달인 경우 상기 절연층(20)의 가교효율이 저하되어 기계적 특성, 특시 상온 신장율이 크게 저하될 수 있는 반면, 상기 가교제 또는 상기 가교조제의 함량이 기준 초과인 경우 지나친 가교효율에 의하여 상온 신장율 저하를 가져온다. 다만, 상기 가교조제는 조사가교 컴파운드에만 적정 함량을 적용한다.
상기 충진제는 상기 베이스 수지 및 상기 첨가제의 기능을 저하시키지 않으면서 상기 절연 또는 시스 조성물의 제조비용을 낮추기 위한 기능을 수행하는 것으로, 예를 들어, 탄산칼슘(CaCO3), 탈크(talc) 등을 포함할 수 있다.
상기 난연제는 상기 태양광 케이블에서의 난연성을 구현할 수 있다. 상기 난연제는 예를 들어 수산화마그네슘, 수산화알루미늄 등의 금속수산화물이나 몰리브덴 화합물 같은 몰리브덴계 난연제, 산화안티몬 같은 안티몬계 난연제, 붕산아연 같은 붕산계 난연제 등을 포함할 수 있다.
상기 절연 또는 시스 조성물에서, 상기 절연 또는 시스 조성물의 총 중량을 기준으로, 상기 충진제 및/또는 상기 난연제를 포함하는 무기 첨가제의 총 함량은 45 중량% 이하이고, 특히 상기 시스층(30)을 형성하는 시스 조성물의 경우, 바람직하게는 25 내지 45 중량%일 수 있다. 여기서, 상기 충진제와 상기 난연제의 중량비가 1:2 내지 1:20임을 전제로 상기 충진제와 상기 난연제의 총 함량이 25 중량% 미만인 경우 상기 시스층(30)의 난연성이 크게 저하될 수 있는 반면, 상기 충진제와 상기 난연제의 총 함량이 45 중량% 초과인 경우 상기 절연층(20) 및 상기 시스층(30)의 내수성, 특히 장기침수절연저항 특성이 저하될 수 있다.
본 발명에 따른 절연 또는 시스 조성물은 앞서 기술한 바와 같은 특정한 베이스 수지와 첨가제의 조합을 통해, 내UV 특성, 내후성, 난연성, 내열성, 특히 장기내열성, 가열변형특성, 내수성, 기계적 특성 등의 물성이 우수하고, 상기 베이스 수지가 비할로겐 수지로서 환경 친화적이다.
[실시예]
1. 제조예
아래 표 1에 기재된 구성성분 및 함량으로 절연 및 시스 조성물 그리고 절연 및 시스 시편(4mm 덤벨 형상)을 제조했다. 아래 표 1에 기재된 함량의 단위는 중량부이다.
실시예 비교예
1 2 3 1 2 3 4 5 6 7 8
수지1 100
수지2 30 70 30 30
수지3 20 20 20 20 20
수지4 100
수지5 30
수지6 70 70 70
수지7 50 50 50 50 50
수지8 30 30 30 30 30
난연제1 0 120
난연제2 0 140
충진제 0 20 20
산화방지제1 1 1 3 1 1 1 1 3 3 3 3
산화방지제2 2 3 2 3 3 3
산화방지제3 4 1 5 4 4
가교조제 3 3 3 0.5 5
가교방식 수
가교		 수
가교		 조사
가교		 수
가교		 수
가교		 수
가교		 수
가교		 조사
가교		 조사
가교		 조사
가교		 조사
가교
- 수지1 : 폴리올레핀 엘라스토머(융점 : 102℃)
- 수지2 : 폴리올레핀 엘라스토머(융점 : 75℃)
- 수지3 : 폴리올레핀 엘라스토머(융점 : 116℃)
- 수지4 : 폴리올레핀 엘라스토머(융점 : 50℃)
- 수지5 : 폴리올레핀 엘라스토머(융점 : 167℃)
- 수지6 : 에틸렌비닐아세테이트(융점 : 94℃)
- 수지7 : 에틸렌비닐아세테이트(융점 : 95℃)
- 수지8 : 선형 저밀도 폴리에틸렌(융점 : 121℃)
- 난연제1 : 수산화마그네슘
- 난연제2 : 수산화알루미늄
- 충진제 : 탄산칼슘
- 산화방지제1 : 페놀계 산화방지제(IR 1010)
- 산화방지제2 : 유황계 산화방지제(Thanox 412s)
- 산화방지제3 : 인계 산화방지제(N 445)
- 가교조제 : 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트(Sr-350)
- 수가교 : 90℃에서 6시간 동안 스팀가교
- 조사가교 : 흡수량 10M rad
또한, 아래 표 2의 구성으로 케이블 시편을 제조했다.
케이블 시편
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
절연 실시예1 실시예2 실시예3 실시예1 실시예2 실시예2 실시예2 실시예3 실시예3 실시예3 실시예3 비교예4 비교예7
시스 실시예2 실시예2 실시예3 실시예1 비교예2 비교예3 비교예4 비교예5 비교예6 비교예7 비교예8 실시예1 실시예3
2. 물성 평가
1) 상온 기계적 물성 평가
규격 IEC 60811-1-1에 준하여 실시예 및 비교예 각각의 절연 및 시스 시편을 250 mm/min의 인장속도로 인장하여 파단시 인장강도 및 신장율을 측정했다. 인장강도는 8 N 이상, 신장율은 125% 이상이어야 한다.
2) 핫셋 평가
규격 IEC 60332-1에 준하여 실시예 및 비교예 각각의 절연 및 시스 시편에 표점거리를 표시하고 무게추를 달아 20 N/㎠의 장력을 인가한 상태로 200℃에서 15분 동안 방치 후 표점거리를 측정했고(Hot), 무게 제거후 5분 방치 후 표점거리를 측정했다(Set). Hot/Set에서 Hot은 100 이하, Set은 25 이하여야 한다.
3) 난연성 평가
규격 IEC 60332-3-24에 준하여 실시예 및 비교예 각각의 케이블 시편(길이 600 mm)을 수직으로 배치하고 상부 말단을 상부 클램프에 고정한 상태로 하부 말단에 대해 화염을 인가하여 연소 후 상부 클램프와 연소되지 않은 지점 사이의 길이가 50 mm 이상이어야 한다. 1회 측정 후 불합격이면 2회를 추가 실험하여 2회 모두 합격이어야 합격 판정한다.
4) 장기내열성 평가
규격 IEC 60216-1 및 IEC 60216-2에 준하여 145℃, 165℃, 190℃의 3가지 온도를 선정하여 저온인 145℃에서 신장율 50%가 되는 시간 5,000 시간 이상 확인하고, 고온인 190℃에서 신장율 50%가 되는 시간 100시간 이상 확인하고, 아레뉘우스 플롯 응용 방법을 통해 135℃에서 20,000 시간 이후에 신장율 50% 이상을 유지할 수 있는지 여부를 평가한다.
5) 내후성 평가
규격 ISO 4892에 준하여 실시예 및 비교예 각각의 절연 및 시스 시편을 온도 60℃, 습도 50% 환경에 720 시간 동안 방치한 후 인장강도 및 신장율을 측정하여 상온 인장강도 및 상온 신장율 대비 인장잔율 및 신장잔율은 각각 70% 이상이어야 한다.
6) 내수성 평가
규격 UL 1581에 준하여 실시예 및 비교예 각각의 케이블 시편(길이 15m)을 침수 상태에서 500 V의 전압을 인가하고 6주 후 케이블 시편 절연층의 절연저항이 3 GΩ·m 초과이면 12주 시험 후 절연파괴 여부를 평가하고, 3 GΩ·m 이하이면 24~36주 시험 후 절연파괴 여부를 평가함으로써, 장기침수절연저항 특성을 평가했다.
물성 평가 결과는 아래 표 3 및 4에 나타난 바와 같다.
실시예 비교예
1 2 3 1 2 3 4 5 6 7 8
상온
인장강도
(N)		 11.5 10.2 10 6 5 12 9 9.2 7.2 4.5 13.2
상온
신장율
(%)		 220 180 210 310 100 300 100 190 108 80 80
핫셋 80/5 75/10 35/5 120/50 90/10 60/10 60/10 80/5 끊어짐 끊어짐 15/-5
장기
내열성		 pass pass pass pass fail pass pass fail fail fail pass
내후성 pass pass pass pass fail pass pass fail fail fail pass
케이블 시편
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
난연성 pass pass pass fail fail fail fail pass fail fail pass - -
내수성 - - pass pass - - - - - - - fail fail
상기 표 3에 기재된 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 3의 절연 및 시스 조성물은 상온 기계적 특성, 가열변형특성, 장기내열성, 내후성 등의 물성이 우수하고, 케이블 시편 1 내지 3, 8 및 11은 난연성이 우수하며, 케이블 시편 3 및 4는 내수성이 우수한 것으로 확인되었다.
반면, 베이스 수지의 융점이 기준 미달인 비교예 1의 절연 및 시스 조성물은 가열변형특성이 크게 저하되었고, 융점이 기준 초과인 수지를 포함하는 비교예 2의 절연 및 시스 조성물은 상온 기계적 특성, 장기내열성, 내후성 등이 크게 저하되었으며, 2차 산화방지제의 함량이 기준 미달인 비교예 5의 절연 및 시스 조성물은 장기내열성, 내후성의 물성이 저하되었고, 2차 산화방지제의 함량이 기준 초과인 비교예 6의 절연 및 시스 조성물은 가열변형특성, 장기내열성, 내후성 등이 크게 저하되었으며, 가교조제 함량이 기준 미달인 비교예 7의 절연 및 시스 조성물은 상온 기계적 특성 중 신장율, 가열변형특성, 장기내열성, 내후성 등이 크게 저하되었고, 가교조제 함량이 기준 초과인 비교예 8의 절연 및 시스 조성물은 상온 기계적 특성 중 신장율이 크게 저하되었다.
한편, 시스층이 난연제가 포함되지 않은 실시예 1 및 비교예 2의 조성물로 형성되는 케이블 시편 4 및 5, 시스층이 난연제 함량이 기준 미달인 비교예 3 및 난연제 함량이 기준 초과인 비교예 4의 조성물로 형성되는 케이블 시편 6 및 7, 시스층이 2차 산화방지제 함량이 기준 초과인 비교예 6의 조성물 및 가교조제의 함량이 기준 미달인 비교예 7의 조성물로 각각 형성되는 케이블 시편 9 및 10은 난연성이 불량이고, 절연층이 난연제 및 충진제를 포함하는 무기 첨가제의 함량이 기준 초과인 비교예 4의 조성물로 형성되는 케이블 시편 12 및 절연층이 가교조제의 함량이 기준 미달인 비교예 7의 조성물로 형성되는 케이블 시편 13은 내수성이 불량인 것으로 확인되었다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.

Claims (12)

  1. 태양광 케이블의 절연층 또는 시스층 형성용 절연 또는 시스 조성물로서,
    베이스 수지 및 첨가제를 포함하고,
    상기 베이스 수지는 융점(Tm)이 60 내지 150℃인 비할로겐 폴리올레핀 수지를 포함하고,
    상기 첨가제는 산화방지제 및 가교제 또는 가교조제를 포함하며,
    상기 절연 또는 시스 조성물로부터 형성된 절연 또는 시스 시편은 135℃에서 20,000 시간 이후에 신장율이 50% 이상인, 절연 또는 시스 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절연 또는 시스 시편은 규격 IEC 60216-1 및 IEC 60216-2에 따른 아레뉘우스 플롯 응용 방법에 의한 평가시 135℃에서 20,000 시간 이후에 신장율이 50% 이상인 것을 특징으로 하는, 절연 또는 시스 조성물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 산화방지제는 모노페놀계, 비스페놀계 및 고분자형 페놀계 산화방지제로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 1차 산화방지제, 및 유황계 및 인계 산화방지제로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 2차 산화방지제를 포함하는 것을 특징으로 하는, 절연 또는 시스 조성물.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 1차 산화방지제의 함량은 0.5 내지 4 중량부이고, 상기 2차 산화방지제의 함량은 1 내지 5 중량부인 것을 특징으로 하는, 절연 또는 시스 조성물.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 가교조제는 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트(TMPTMA)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 절연 또는 시스 조성물.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 가교조제의 함량은 2 내지 4 중량부인 것을 특징으로 하는, 절연 또는 시스 조성물.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 베이스 수지는 폴리올레핀 엘라스토머(POE) 및 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 수지를 포함하고,
    상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 폴리올레핀 엘라스토머(POE)의 함량은 20 내지 40 중량부이고, 상기 에틸렌비닐아세테이트(EVA)의 함량은 60 내지 80 중량부인 것을 특징으로 하는, 절연 또는 시스 조성물.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 베이스 수지는 폴리올레핀 엘라스토머(POE), 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 수지 및 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE)을 포함하고,
    상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 폴리올레핀 엘라스토머(POE)의 함량은 10 내지 30 중량부, 상기 에틸렌비닐아세테이트(EVA)의 함량은 40 내지 60 중량부, 상기 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE)의 함량은 20 내지 40 중량부인 것을 특징으로 하는, 절연 또는 시스 조성물.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 첨가제는 난연제 또는 충진제를 포함하는 무기 첨가제를 포함하고,
    상기 절연 또는 시스 조성물의 총 중량을 기준으로, 상기 무기 첨가제의 함량은 25 내지 45 중량%인 것을 특징으로 하는, 절연 또는 시스 조성물.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 충진제와 상기 난연제의 중량비는 1:2 내지 1:20인 것을 특징으로 하는, 절연 또는 시스 조성물.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 난연제는 수산화마그네슘, 수산화알루미늄, 몰리브덴계 난연제, 안티몬계 난연제 및 붕산계 난연제로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 난연제를 포함하고,
    상기 충진제는 탄산칼슘(CaCO3) 및 탈크(talc)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 절연 또는 시스 조성물.
  12. 도체;
    상기 도체를 감싸고 제1항 또는 제2항의 절연 또는 시스 조성물로부터 형성된 절연층; 및
    상기 절연층을 감싸고 제9항의 절연 또는 시스 조성물로부터 형성된 시스층을 포함하는, 태양광 케이블.
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