KR100384128B1 - 2중 박육 절연 전선 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지하철이나 철도 차량에서 신호 전달 및 기기 제어를 위하여 사용되는 전선에 관한 것으로, 1차 절연체(1)로서 가교 폴리올레핀, 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 열가소성 폴리에스터계 공중합체로 구성되며, 2차 절연체(3)로서 열가소성 폴리에스터계 공중합체로 구성되는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 박육 상태에서도 높은 기계적 물성을 유지하면서 우수한 난연성과 절연성능을 가지는 전선 피복의 구조에 관한 것이다.

Description

2중 박육 절연 전선{A duplex thin wall insulation wire}

본 발명은 피복 전선에 관한 것으로, 보다 상세하게는 지하철이나 철도 차량에서 신호 전달 및 기기 제어를 위하여 사용되는 2중 박육 절연 전선(7)에 관한 것이다.

시스템이 정밀화되고 복잡해지면서 각종 전기/전자 기기의 소형, 경량화가 이루어지고 있는 추세이며, 이에 따른 기기 내부 온도의 증가와 공간 축소로 인하여 여기에 적용되는 전선도 점점 박육화되고 있다. 또한, 박육 상태에서도 점점 더높은 물성과 고내열성이 요구되고 있으며 일반용 전선에 비하여 우수한 난연성과 함께 연소시 매우 낮은 연기 밀도를 나타내도록 요구된다.

이러한 고성능/박육 전선의 수요는 지하철 및 철도 차량 부문에서 급증하고 있으며 종래의 염화 폴리올레핀 (chlorinated polyolefin)(13) 절연 재료를 적용하기에는 많은 문제점이 있다. 염화 폴리올레핀(13)의 경우에는 절연 두께를 0.8 ㎜ 이하로 줄이기가 불가능하며 난연성이 우수한 반면에 연소시 연기의 발생량이 매우 많을 뿐더러 유독 가스의 발생이 심해서 화재에 대한 안전성이 떨어진다.

도 2는 종래의 와이어(9)의 단면도를 나타내었다. 도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 와이어(9)의 구조는 도체(11)와 상기 도체(11)를 감싸고 있는 염화 폴리올레핀(13)으로 구성된 단일 절연체 구조이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 지하철이나 철도 차량에서 신호 전달 및 기기 제어를 위하여 사용되는 전선에 대하여 박육 상태에서도 높은 기계적 물성을 유지하면서 우수한 난연성과 절연성능을 가지는 2중 박육 절연 전선(7)을 제공하는 것이다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 1차 절연체(1)는 가교 폴리올레핀, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 (polybuthylene terephthalate), 열가소성 폴리에스터계 공중합체로 구성되며, 2차 절연체(3)는 열가소성 폴리에스터계 공중합체로 구성되는 것을 특징으로 하는 2중 박육 절연 전선(7)에 의하여 달성된다.

도체와 절연체로서 이루어진 것을 와이어(wire)라 정의하고, 여러 가닥의 와이어를 집합하여 시스체(sheath)로서 보호한 것을 케이블(cable)이라 정의한다. 본 발명에서는 케이블에 사용되는 시스체를 와이어에 적용하여 2중 박육 절연 전선을 설계하였다. 즉, 와이어의 절연체는 각각 절연체와 시스체(sheath)의 기능을 가지도록 이중 절연으로 설계하였다.

본 발명에서는 고성능/고난연 전선 피복용 조성물을 위하여 열가소성 폴리에스터계 공중합체(polyester copolymer)를 단독 사용하거나, 경도가 다른 수지들을 블렌드한 수지를 매트릭스로 하여 표면 처리된 수산화마그네슘 난연 충전재를 단독 사용하거나 멜라민 시아누레이트 등의 난연재와 혼용하는 기술을 적용하였다. 상기 열가소성 폴리에스터계 공중합체에 관해서는 난 할로겐(non-halogen)으로 난연화시킨 조성물을 전선 피복재에 적용하였다. 또한, 와이어의 절연체를 도 1에 도시된 것처럼 2중 절연으로 설계하여 각각에 절연체와 시스체(sheath)로서의 기능을 부여함에 따라 고성능/박육 전선을 특징으로 하는 2중 박육 절연 전선(7)을 개발할 수 있었다.

본 발명에서 얻어진 2중 박육 절연 전선(7)은 종래의 와이어(9)에 비하여 절연 두께를 0.3㎜ 이하로 줄이는 것이 가능하여 크기 및 무게의 감소와 더불어 설치 공간도 크게 축소시킬 수 있었다. 연소시 유독가스 발생량의 감소 뿐 아니라 연기의 발생량도 염화 폴리올레핀(13)을 사용했을 때보다 10 % 수준으로 감소하여 화재에 대한 안정성도 크게 향상되었다. 또한, 열가소성 폴리에스터계 공중합체를 이용한 2중 절연 설계를 적용함에 따라 종래의 할로겐프리 (halogen free) 전선에 비해서 내유성, 내환경성의 개선 뿐 아니라 내마모성, 노치에 대한 저항성 (resistanceto notch propagation), 내절단특성, 가열변형 등의 특성도 크게 개선되었다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 분명해질 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 2중 박육 전선의 단면도이다.

도 2는 종래에 사용된 와이어의 단면도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명

1 : 1차 절연체 3 : 2차 절연체

5 : 도체 7 : 2중 박육 절연 전선

9 : 종래의 와이어 11 : 도체

13 : 염화 폴리올레핀

이하 본 발명에 따른 2중 박육 절연 전선의 구성에 대해 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 2중 박육 절연 전선의 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 2중 절연은 다음과 같은 두 가지로 기능을 구분하여 설계하였다.

첫째, 1차 절연체(1)는 절연성능, 내열성과 기계적 물성을 갖도록 2차 절연체(3)는 난연성과 저발연성, 내유성을 극대화할 수 있도록 재료를 선정하였다. 이를 위하여 1차 절연체(1)에는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(polybuthylene terephthalate), 절연 성능을 높인 폴리에스터계 공중합체(polyester copolymer)를 적용하였고, 2차 절연체(3)에는 난연성을 높인 폴리에스터계 공중합체(polyester copolymer)를 적용하였다.

둘째, 1차 절연체(1)는 절연 성능, 내열성, 자기 소화성 수준의 난연성을 부여하고 2차 절연체(3)는 난연성, 저발연성, 내유성, 높은 기계적 물성을 갖도록 설계하였다. 이를 위하여 1차 절연체(1)에는 절연 성능을 높인 폴리에스터계 공중합체와 난연 가교 폴리올레핀(crosslinked polyolefin)을 적용하였고, 2차 절연체(3)에는 고강도 난연 폴리에스터계 공중합체를 적용하였다. 두 경우 모두 사용된 고분자 조성물은 난 할로겐(non halogen)으로 난연된 재료로서 연소시 유독성 가스의발생이 전혀 없다.

본 발명에서 적용된 난연 재료의 특징은 열가소성 폴리에스터계 공중합체를 단독 사용하거나 경도가 다른 수지들을 블렌드한 매트릭스 수지를 사용하였다. 또한, 스테아릭산, 올레익산, 아미노 실란, 비닐 실란, 스테아릭산/실란, 고분자 물질 등으로 표면 처리한 수산화마그네슘 난연 충전재를 단독 사용하거나, 수산화마그네슘 난연 충전재를 멜라민 시아누레이트와 혼용한 조성물을 사용하였다. 그리고, 절연성능 향상을 위하여 폴리부틸렌 테레프탈레이트(polybuthylene terephthalate)를 블렌드하거나, 올레핀 공중합 수지(olefinic cololymer resin)와 변성 올레핀 공중합 수지(modified olefinic copolymer resin)를 첨가함에 따라 무기 난연재의 충전량을 증가시켜 난연 특성을 향상시켰다.

본 발명에서 얻어진 2중 박육 절연 전선(7)은 종래의 와이어(9)에 비하여 60%의 절연 두께 감소와 45%의 중량이 감소된 제품이다. 또한, 3.0 kgf/㎟ 이상의 높은 인장강도와 200% 이상의 신율을 갖는다. 본 발명에서 얻어진 2중 박육 절연 전선(7)은 국제전기표준회의 (International Electrotechnical Commission ; IEC) 332-1을 만족하는 수준의 난연성을 가지며 IEC-1034의 저발연 특성을 만족하는 고난연성과 저발연 특성이 우수한 제품이다.

이하 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 2중 박육 절연 전선(7)에 대한 작용 및 실시예에 대해 설명하기로 한다.

본 발명에서 변성 올레핀 공중합체 수지(modified olefinic copolymer resin)는 올레핀(olefin)의 함량을 증가시킴에 따라 분자의 극성을 증가시켜 무기난연재와의 친화성을 향상시키는 작용을 한다. 또한, 비닐 실란이나 아미노 실란으로 표면 처리한 수산화마그네슘은 수지 매트릭스(matrix) 내에 잘 분산되는 동시에 수지 매트릭스 내의 적절한 결합력을 유지하는 작용을 한다. 이는 무기 난연재의 고충전 및 연소 후 단단한 챠르(char)의 형성에 기여한다. 또한, 수산화마그네슘에 대하여 스테아릭산, 올레익산, 아미노실란, 바이닐 실란, 스테아릭산/실란, 기타 고분자물질 등으로 표면 처리하여 절연성능을 비교/검토함으로써 효과적으로 절연성능을 조절할 수 있다.

그리고, 절연성능을 향상시키기 위하여 코폴리에테르-에스터 (co-poly(ether-ester)) 수지와 코폴리에스터-에스터 (co-poly(ester-ester))수지의 단독 또는 혼용물에 상용성이 있는 폴리부틸렌 테레프탈레이트를 블렌드하여 매트릭스로 사용하였다. 열가소성 폴리에스터계 수지는 강직구조와 유연구조의 구성비에 따라 경도, 인장강도, 신율 등의 물성과 체적고유저항과 같은 전기적 특성을 다양하게 조절할 수 있다.

<실시예>

절연체의 구성 성분

	비교예1	비교예2	비교예3	비교예4	실시예1	실시예2	실시예3
1차절연체	염화폴리에틸렌	가교폴리에틸렌	폴리에스터공중합체	폴리부틸렌테레프탈레이트	폴리부틸렌테레프탈레이트	폴리에스터계공중합체	가교폴리올레핀
1차절연체두께(㎜)	0.3	0.3	0.3	0.15	0.15	0.15	0.15
2차절연체	-	-	-	가교폴리에틸렌	폴리에스터계공중합체	폴리에스터계공중합체	폴리에스터계공중합체
2차절연체두께(㎜)	-	-	-	0.15	0.15	0.15	0.15

각 실시예의 물성

	비교예1	비교예2	비교예3	비교예4	실시예1	실시예2	실시예3
강도(kgf/㎟)	1.02	1.05	2.92	4.01	3.97	3.71	3.45
신율(%)	243	295	324	35	264	298	375
절연저항(MΩkm)(a)	통과	통과	미달	통과	통과	통과	통과
난연성(b)	통과	미달	통과	미달	통과	통과	통과
연기밀도(c)	미달	통과	통과	통과	통과	통과	통과

a : 전선 1km에 걸리는 저항. 요구 수준은 500 이상.

b : IEC 332-1 난연 시험 규격에 준하여 시험하였다. 요구수준은 연소길이 200 ㎜ 이하.

c : IEC 1034 에 준하여 시험하였다. 요구 수준은 투과율 90% 이상.

상기 언급한 바와 같은 본 발명에 따른 2중 박육 절연 전선(7)에 의하면, 종래의 와이어(9)에 비하여 절연두께를 0.3 mm 이하로 줄였으며 크기 및 무게의 감소와 더불어 설치 공간도 크게 축소시킬 수 있다. 또한, 연소시 유독 가스 발생량의 감소와 연기발생량도 염화 폴리올레핀(13)을 사용했을 때보다 10 % 수준으로 감소하여 화재에 대한 안정성도 크게 향상되었다. 그리고, 내유성, 내환경개선, 내마모성, 노치에 대한 저항성, 내절단특성, 가열변형 등의 특성도 크게 개선되었다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 번형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구범위는 본 발명의 요지에 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함한다.

Claims (6)

1. 도체(5);

   상기 도체(5)를 감싸는, 가교 폴리올레핀 (crosslinked polyolefin), 폴리부틸렌테레프탈레이트(polybuthylene terephthalate)와 열가소성 폴리에스터계 공중합체(polyester copolymer)를 블랜드한 메트릭스 수지로 구성되는 1차 절연체(1); 및

   상기 1차 절연체(1)를 감싸는 열가소성 폴리에스터계 공중합체(polyester copolymer)로 구성되는 2차 절연체(3);로 이루어지는 것을 특징으로 하는 2중 박육 절연 전선(7).
2. 제 1 항에 있어서, 상기 열가소성 폴리에스터계 공중합체(polyester copolymer)는 코폴리에테르-에스터 수지 (co-poly(ether-ester) resin), 코폴리에스터-에스터 수지(co-poly(ester-ester) resin)를 단독 혹은 2종 이상 혼합하여 구성되는 것을 특징으로 하는 2중 박육 절연 전선(7).
3. 제 1 항에 있어서, 상기 열가소성 폴리에스터계 공중합체(polyester copolymer)에 대하여 올레핀 공중합체(olefinic copolymer)와 변성올레핀 공중합체(modified olefinic copolymer)를 혼합하여 구성되는 것을 특징으로 하는 2중 박육 절연 전선(7).
4. 제 1 항에 있어서, 상기 열가소성 폴리에스터계 공중합체(polyester copolymer)에 대하여 수산화마그네슘, 멜라민 시아누레이트를 단독 혹은 혼합하여 구성되는 것을 특징으로 하는 2중 박육 절연 전선(7).
5. 제 1 항에 있어서, 상기 가교 폴리올레핀(crosslinked polyolefin)은 난 할로겐 (non halogen)으로 난연시킨 조성물로 구성되는 것을 특징으로 하는 2중 박육 절연 전선(7).
6. 제 4 항에 있어서, 스테아릭산, 올레익산, 아미노 실란, 스테아릭산/실란, 비닐실란, 고분자 물질 중 택일된 것으로 상기 수산화마그네슘의 표면을 처리한 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 2중 박육 절연 전선(7).