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WO2018151420A1 - 고전압 케이블용 절연 조성물 및 이로부터 형성된 절연층을 포함하는 케이블 - Google Patents

고전압 케이블용 절연 조성물 및 이로부터 형성된 절연층을 포함하는 케이블 Download PDF

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WO2018151420A1
WO2018151420A1 PCT/KR2018/000586 KR2018000586W WO2018151420A1 WO 2018151420 A1 WO2018151420 A1 WO 2018151420A1 KR 2018000586 W KR2018000586 W KR 2018000586W WO 2018151420 A1 WO2018151420 A1 WO 2018151420A1
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WO
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parts
weight
content
resin
composition
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/KR2018/000586
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English (en)
French (fr)
Inventor
주동욱
김인하
박찬웅
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LS Cable and Systems Ltd
Original Assignee
LS Cable and Systems Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by LS Cable and Systems Ltd filed Critical LS Cable and Systems Ltd
Publication of WO2018151420A1 publication Critical patent/WO2018151420A1/ko
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
    • H01B7/02—Disposition of insulation

Definitions

  • the present invention relates to a cable comprising an insulating composition for a high voltage cable and an insulating layer formed therefrom. Specifically, the present invention satisfies the high insulation resistance characteristics required for high voltage cables and at the same time has a high degree of flexibility in conflict with the insulation composition having excellent properties such as oil resistance, abrasion resistance, heat resistance, flame resistance, and the like formed from A cable comprising a layer is provided.
  • High-voltage cable for electric vehicles corresponds to 150 °C class 600V, and there are products of various specifications depending on the cross-sectional area of the conductor.
  • EVA ethylene vinyl acetate
  • POE polyolefin elastomer
  • the volume resistance of an insulator required by the ISO 6722-1 standard is 10 9 ⁇ ⁇ mm
  • the volume resistance of the insulator required by the LV 216 standard is 10 13 ⁇ ⁇ mm
  • insulators using ethylene vinyl acetate (EVA) resin having a high vinyl acetate (VA) content or polyolefin elastomer (POE) having a low melting point can satisfy the volume resistance of the insulator required by the LV 216 standard in order to secure conventional flexibility. If the material has a high melting point (Tm) to satisfy the volume resistance, the insulation resistance may be improved, but the flexibility deteriorates, making it difficult to apply as an electric vehicle battery cable product.
  • EVA ethylene vinyl acetate
  • POE polyolefin elastomer
  • the automotive cable should satisfy the oil resistance characteristics for various oils, but when the resin of the insulation composition is changed to ensure insulation resistance and flexibility of the insulator, oil resistance, flame retardancy, etc. are greatly affected, and crosslinking according to resin Mechanical properties such as abrasion resistance, heat resistance, etc. are greatly influenced by the method and the degree of crosslinking, and it is very difficult for all these properties to meet the LV 216 standard.
  • an object of the present invention is to provide a cable comprising an insulating composition and an insulating layer formed therefrom satisfying the characteristics such as excellent oil resistance, wear resistance, heat resistance, flame retardancy required by the LV 216 standard.
  • An insulation composition for a high voltage cable comprising a base resin and an additive, wherein the base resin comprises polypropylene resin, polyolefin elastomer, ethylene propylene diene rubber, and ethylene vinyl acetate resin grafted with maleic anhydride,
  • the insulating layer formed from the insulating composition provides an insulating composition having a volume resistance of more than 10 13 ⁇ ⁇ mm.
  • the content of the polypropylene resin is 12 to 28 parts by weight
  • the content of the polyolefin elastomer is 25 to 50 parts by weight
  • the content of the ethylene propylene diene rubber is 20 to 50 parts by weight
  • the content of the ethylene vinyl acetate resin grafted with maleic anhydride is 5 to 18 parts by weight.
  • the content of the polypropylene resin is 16 to 24 parts by weight
  • the content of the polyolefin elastomer is 30 to 45 parts by weight
  • the content of the ethylene propylene diene rubber is 30 to 40 parts by weight.
  • the content of the ethylene vinyl acetate resin grafted with maleic anhydride is 8 to 15 parts by weight.
  • the polypropylene resin has a melting point (Tm) of 140 to 145 ° C and specific gravity of 0.860 to 0.880
  • the polyolefin elastomer has a melting point (Tm) of 90 to 100 ° C and specific gravity of 0.890 to 0.910, insulation To provide a composition.
  • the ethylene propylene diene rubber has a specific gravity of 0.870 to 0.890 and a Mooney viscosity (ML1 + 4 (125 ° C.)) of 20 to 40, providing an insulation composition.
  • the additive provides an insulation composition, characterized in that it comprises one or more additives selected from the group consisting of flame retardants, crosslinking aids, antioxidants and lubricants.
  • the flame retardant includes magnesium hydroxide or aluminum hydroxide, and based on 100 parts by weight of the base resin, the content of the flame retardant is 80 to 105 parts by weight, to provide an insulation composition.
  • the content of the flame retardant provides an insulation composition, characterized in that 85 to 95 parts by weight based on 100 parts by weight of the base resin.
  • the crosslinking aid comprises a cross-linking multifunctional organic monomer of the base resin, the content of the crosslinking aid provides an insulating composition, characterized in that 2 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the base resin. .
  • the insulation composition for a high voltage cable according to the present invention has a superior effect of satisfying the high insulation resistance required by the LV 216 standard and satisfying a high degree of flexibility by applying a base resin containing a specific resin at a specific compounding ratio. Indicates.
  • the insulation composition for a high voltage cable of the present invention is applied to the base resin containing a specific resin in a specific compounding ratio, and through the application of a specific flame retardant, crosslinking method, crosslinking agent, etc. excellent oil resistance, wear resistance, heat resistance, flame resistance It shows an excellent effect of satisfying such characteristics.
  • FIG. 1 schematically illustrates a cross-sectional structure of one embodiment of a high voltage cable comprising an insulating layer formed from an insulating composition according to the present invention.
  • the present invention relates to an insulation composition for high voltage cables.
  • the insulating composition according to the present invention includes a base resin and a flame retardant, a crosslinking aid, and the like dispersed in the resin, and may further include other additives such as antioxidants and lubricants.
  • the base resin includes a blending resin of polypropylene (PP) resin, polyolefin elastomer (POE) resin, ethylene propylene diene rubber (EPDM) and ethylene vinyl acetate (EVA) resin grafted with maleic anhydride. can do.
  • PP polypropylene
  • POE polyolefin elastomer
  • EPDM ethylene propylene diene rubber
  • EVA ethylene vinyl acetate
  • the polypropylene (PP) resin has a high melting point (Tm), which is excellent in insulation resistance, oil resistance, and the like, and may include a propylene homopolymer and / or a propylene copolymer, and the propylene homopolymer may have a total monomer weight.
  • Tm high melting point
  • polypropylene is meant by polymerization of at least 99% by weight, preferably at least 99.5% by weight of propylene.
  • the propylene copolymer is propylene and ethylene or ⁇ -olefin having 4 to 12 carbon atoms, for example, 1-butene, 1-pentene, 4-methyl-1-pentene, 1-hexene, 1-octene, 1-decene, Comonomers selected from 1-dodecene and combinations thereof, preferably copolymers with ethylene. This is because copolymerization of propylene and ethylene shows hard and flexible properties.
  • the propylene copolymer may include a random propylene copolymer and / or a block propylene copolymer, and the random propylene copolymer refers to a propylene copolymer in which an propylene monomer and another olefin monomer are arbitrarily alternately arranged.
  • the polypropylene (PP) resin may have a melting point (Tm) of 140 to 145 ° C and a specific gravity of 0.860 to 0.880. If the melting point of the polypropylene (PP) resin is less than 140 °C or specific gravity is less than 0.860, the insulation resistance characteristics of the insulating composition, mechanical properties such as wear resistance, heat resistance, etc. may be insufficient, while melting point is more than 145 °C or 0.880 specific gravity If exceeded, the flexibility of the insulating composition may be greatly reduced.
  • Tm melting point
  • specific gravity 0.860 to 0.880
  • the content of the polypropylene (PP) resin may be 12 to 28 parts by weight, preferably 16 to 24 parts by weight based on 100 parts by weight of the base resin, when the content of the polypropylene (PP) resin is less than 12 parts by weight Insulation resistance properties of the insulating composition, mechanical properties such as wear resistance, heat resistance and the like may be insufficient, while if greater than 28 parts by weight, the flexibility of the insulating composition of the insulating composition may be greatly reduced.
  • the polyolefin elastomer (POE) may further improve insulation resistance, oil resistance, and the like of the insulation composition, and may have a melting point (Tm) of 90 to 100 ° C. and specific gravity of 0.890 to 0.910. If the melting point of the polyolefin elastomer (POE) is less than 90 °C or specific gravity is less than 0.890, the insulation resistance characteristics of the insulating composition, mechanical properties such as wear resistance, heat resistance, oil resistance, etc. may be insufficient, while the melting point is more than 100 °C or specific gravity If it is more than 0.910, the flexibility, cold resistance, and the like of the insulating composition may be greatly reduced.
  • Tm melting point
  • the content of the polyolefin elastomer (POE) may be 25 to 50 parts by weight, preferably 30 to 45 parts by weight based on 100 parts by weight of the base resin, and the insulation composition when the content of the polyolefin elastomer (POE) is less than 25 parts by weight Insulation resistance properties, oil resistance, etc. may be insufficient, whereas when more than 50 parts by weight, flexibility, cold resistance, etc. of the insulation composition may be greatly reduced.
  • the ethylene propylene diene rubber (EPDM) may further improve flexibility, cold resistance, and the like of the insulating composition, and may have a specific gravity of 0.870 to 0.890, and a Mooney viscosity (ML1 + 4 (125 ° C.)) of 20 to 40.
  • the specific gravity of the ethylene propylene diene rubber (EPDM) is less than 0.870 or the Mooney viscosity (ML1 + 4 (125 ° C.)) is less than 20
  • the insulation properties of the insulating composition, mechanical properties such as wear resistance, heat resistance, etc. may be insufficient.
  • the specific gravity is greater than 0.890 or the Mooney viscosity (ML1 + 4 (125 ° C.)) is greater than 40, the flexibility, flexibility, cold resistance, etc. of the insulating composition may be insufficient.
  • the content of the ethylene propylene diene rubber (EPDM) may be 20 to 50 parts by weight, preferably 30 to 40 parts by weight based on 100 parts by weight of the base resin, and the content of the ethylene propylene diene rubber (EPDM) is 20 parts by weight. If less than, flexibility, cold resistance, etc. of the insulating composition may be lowered, whereas if it is more than 50 parts by weight, the mechanical properties such as insulation resistance characteristics, wear resistance, heat resistance and the like of the insulating composition may be significantly reduced.
  • the ethylene vinyl acetate (EVA) resin grafted with maleic anhydride may improve the compatibility of the base resin and the inorganic flame retardant to improve the flame retardancy and mechanical properties of the insulating composition.
  • the amount of the maleic anhydride-grafted ethylene vinyl acetate (EVA) resin may be 5 to 18 parts by weight based on 100 parts by weight of the base resin, and the maleic anhydride-grafted ethylene vinyl acetate (EVA) resin If the content is less than 5 parts by weight, the flame retardancy, flexibility, cold resistance, etc. of the insulating composition may be lowered, whereas if it is more than 18 parts by weight, the mechanical properties such as insulation resistance characteristics, wear resistance, heat resistance, etc. of the insulating composition may be significantly reduced. .
  • the flame retardant dispersed in the base resin may improve the flame retardancy of the insulating composition, and may include, for example, metal hydroxides such as magnesium hydroxide and aluminum hydroxide, and to improve dispersibility in the base resin. It may be surface treated with a hydrophobic material such as silane.
  • the content of the flame retardant may be 80 to 105 parts by weight, preferably 85 to 95 parts by weight based on 100 parts by weight of the base resin. If the content of the flame retardant is less than 80 parts by weight, the flame retardancy of the insulating composition may be insufficient, whereas if it is more than 105 parts by weight, the mechanical properties such as insulation resistance characteristics, wear resistance and the like of the insulating composition may be greatly reduced.
  • the crosslinking aid may be added for irradiation crosslinking of the base resin, and may include, for example, a polyfunctional organic monomer, and its content may be 2 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the base resin.
  • the degree of crosslinking of the base resin may be significantly lower than the insulation resistance properties, mechanical properties such as wear resistance, heat resistance, etc. In this case, flexibility, cold resistance, etc. of the insulating composition may be lowered.
  • an antioxidant may be further added to ensure long-term heat resistance of the insulating composition, and the lubricant may be further added to improve compatibility of the base resin with other additives.
  • FIG. 1 schematically illustrates a cross-sectional structure of one embodiment of a high voltage cable comprising an insulating layer formed from an insulating composition according to the present invention.
  • the cable according to the invention may comprise a conductor 10 and an insulation layer 20 formed around the conductor 10 and formed from the insulation composition described above.
  • the conductor 10 is preferably a copper stranded wire formed by combining fine wires of copper material in order to secure flexibility of the cable, and the conductor 10 has a nominal cross-sectional area and a thickness of the insulating layer 20. Can be appropriately selected by those skilled in the cable art.
  • the cable specimen was prepared by preparing an insulating composition by mixing at 150 ° C. for 30 minutes using a 3L kneader facility with the composition shown in Table 1 below, and then forming an insulating layer using a 45 mm extruder.
  • Conductor wire 6SQ was applied to the conductors in the preparation of the cable specimens, and irradiation crosslinking was performed after extrusion when forming an insulation layer from the insulation composition.
  • the unit of the content shown in Table 1 below is parts by weight, and a part of the additives commonly added is omitted.
  • Example 1 Example 2 Example 3 Comparative Example 1 Comparative Example 2 Comparative Example 3 Comparative Example 4 Comparative Example 5 Comparative Example 6 Resin 1 17 19 23 17 30 19 19 17 23 Resin 2 42 34 33 58 26 26 34 42 33 Resin 3 31 35 35 15 35 35 35 31 Resin 4 10 12 9 10 9 20 12 10 9 Resin 5 35 Additives1 90 90 90 90 90 120 90 90 Additive2 3 3 3 3 3 3 3 3 Dose 5 3 5 5 5 5 5 5 5 5
  • Resin 1 Polypropylene (melting point: 141 ° C; specific gravity: 0.870)
  • Resin 2 polyolefin elastomer (melting point: 97 ° C; specific gravity: 0.902)
  • Resin 3 Ethylene propylene diene rubber (specific gravity: 0.880; Mooney viscosity (ML1 + 4 (125 ° C)): 21 ⁇ 29)
  • Resin 4 Ethylene vinyl acetate grafted with maleic anhydride
  • Resin 5 Ethylene vinyl acetate (melting point: 62 ° C; vinyl acetate content: 33 wt%)
  • Additive 1 Magnesium hydroxide coated with vinyl silane (BET specific surface area: 4.0 ⁇ 6.0 m2 / g)
  • the cable specimens of each of Examples and Comparative Examples were soaked in a beaker containing gasoline for 20 hours at room temperature, and then taken out, and the cable outer diameter was measured after 30 minutes. If the outer diameter after immersion exceeds 15% of the increased diameter compared to the outer diameter before immersion, it is less than the standard.
  • Insulation resistance was measured for each of the cable specimens of Examples and Comparative Examples according to the LV 216 standard. Insulation resistance measurement method is to comply with ISO 6722-1, but with 70% 1% saline instead of 70 °C water, the measured insulation resistance should exceed 10 13 ⁇ ⁇ mm.
  • Tensile strength at 2% elongation was measured for each of the cable specimens of the Examples and Comparative Examples using a UTM facility. The level of flexibility is determined by comparing the tensile strength value at the time of 2% elongation of the prescription meeting the existing ISO standard.
  • each cable specimen according to the example and the comparative example was suspended according to the conductor size according to the conductor size, stayed for 4 hours in the oven at -40 °C, and wound around the rod of the specified standard to see if cracks occurred. Check it. If no cracking occurs, no breakdown shall occur during the application of a voltage of 1 kV in water for one minute.
  • Example Comparative example One 2 3 One 2 3 4 5 6 Oil resistance ⁇ 15% 8.6 7.5 8.3 6.8 8.8 9.2 - - 13.8 Insulation Resistance ⁇ mm 8.41E + 13 7.24E + 13 9.72E + 13 7.68E + 13 1.17E + 14 - - - 1.22E + 12 flexibility 0.283 0.280 0.291 0.452 0.473 0.434 - - 0.322 Heat resistance ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ - ⁇ ⁇ Cold resistance No crack No crack No crack No crack No crack No crack No crack No crack No crack No crack No crack - No crack
  • the cable specimen of Comparative Example 1 was improved in oil resistance due to excessive polyolefin elastomer content in the insulating layer, but deteriorated in flexibility by insufficient content of ethylene propylene diene rubber, cable specimen of Comparative Example 2
  • the oil resistance of the cable was improved due to the excessive amount of polypropylene resin contained in the silver insulation layer.
  • the oil resistance was unstable after crosslinking, resulting in poor heat resistance.
  • Insufficient content of ethylene vinyl acetate resin grafted with maleic anhydride included in the flexibility decreased, and the cable specimen of Comparative Example 4 was improved in flame retardant due to the excessive flame retardant content, but cracks occurred in the insulation layer during cold resistance evaluation.
  • the cable specimens of Examples 1 to 3 according to the present invention satisfy all of the high insulation resistance characteristics and flexibility in conflict with the requirements of the LV 216 standard, and other properties such as oil resistance, heat resistance, and cold resistance. It was confirmed to be excellent.

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Abstract

본 발명은 고전압 케이블용 절연 조성물 및 이로부터 형성된 절연층을 포함하는 케이블에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 고전압 케이블에서 요구되는 높은 절연저항 특성을 만족하는 동시에 이와 상충관계에 있는 고도의 유연성을 만족하고, 내유성, 내마모성, 내열성, 난연성 등의 특성도 우수한 절연 조성물 및 이로부터 형성된 절연층을 포함하는 케이블에 관한 것이다.

Description

고전압 케이블용 절연 조성물 및 이로부터 형성된 절연층을 포함하는 케이블
본 발명은 고전압 케이블용 절연 조성물 및 이로부터 형성된 절연층을 포함하는 케이블에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 고전압 케이블에서 요구되는 높은 절연저항 특성을 만족하는 동시에 이와 상충관계에 있는 고도의 유연성을 만족하고, 내유성, 내마모성, 내열성, 난연성 등의 특성도 우수한 절연 조성물 및 이로부터 형성된 절연층을 포함하는 케이블에 관한 것이다.
전기자동차용 고전압 케이블은 150℃급 600V에 해당하며 도체의 단면적에 따라 다양한 규격의 제품이 존재한다.
종래 전기자동차용 고전압 케이블의 절연체는 유연성을 확보하기 위하여 비닐 아세테이트(VA) 함량이 높은 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 수지 또는 융점(Tm)이 낮은 폴리올레핀 엘라스토머(POE) 등을 적용하였다.
이러한 절연체는 기존 국제 규격인 ISO 6722-1을 만족하지만 유럽의 유수 자동차 메이커 연합에서 기존 국제 규격인 ISO 6722-1을 기반으로 하여 새로 만든 국제 규격인 LV 216, 특히 금속차폐층을 갖지 않는 케이블에 대한 규격인 LV 216-1에서 요구하는 절연저항 특성, 내유성 등을 만족하기 어렵다.
예를 들어, ISO 6722-1 규격에서 요구하는 절연체의 체적저항은 10 9 Ω·㎜이나 LV 216 규격에서 요구하는 절연체의 체적저항은 10 13 Ω·㎜이고, 그 외에도 다양한 특성의 평가방법 및 판정기준이 변경되었다.
따라서, 종래 유연성을 확보하기 위해 비닐 아세테이트(VA) 함량이 높은 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 수지 또는 융점이 낮은 폴리올레핀 엘라스토머(POE) 등을 적용한 절연체는 LV 216 규격에서 요구하는 절연체의 체적저항을 만족할 수 없었고, 체적저항은 만족시키기 위해 융점(Tm)이 높은 자재로 대체하면 절연저항 특성은 개선될 수 있으나 유연성이 악화되어 전기자동차 배터리 케이블 제품으로서 적용하기 어려운 문제가 있다.
또한, 자동차용 케이블은 다양한 오일에 대한 내유 특성을 만족하여야 하나, 절연체의 절연저항 특성과 유연성 확보를 위해 절연 조성물의 수지를 변경하는 경우 내유성, 난연성 등이 큰 영향을 받게 되고, 수지에 따른 가교 방식과 가교도에 따라 내마모성 등의 기계적 특성, 내열성 등이 큰 영향을 받게 되어, 이들 모든 물성이 LV 216 규격을 만족시키는 것은 매우 어렵다.
따라서, LV 216 규격에서 요구하는 높은 절연저항 특성을 만족하는 동시에 이와 상충관계에 있는 고도의 유연성을 만족하고, 내유성, 내마모성, 내열성, 난연성 등의 특성도 우수한 절연 조성물 및 이로부터 형성된 절연층을 포함하는 케이블이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 LV 216 규격에서 요구하는 높은 절연저항 특성을 만족하는 동시에 이와 상충관계에 있는 고도의 유연성을 만족하는 절연 조성물 및 이로부터 형성된 절연층을 포함하는 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 LV 216 규격에서 요구하는 우수한 내유성, 내마모성, 내열성, 난연성 등의 특성을 만족하는 절연 조성물 및 이로부터 형성된 절연층을 포함하는 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은,
고전압 케이블용 절연 조성물로서, 베이스 수지 및 첨가제를 포함하고, 상기 베이스 수지는 폴리프로필렌 수지, 폴리올레핀 엘라스토머, 에틸렌 프로필렌 디엔 고무 및 말레산 무수물이 그라프트된(grafted) 에틸렌 비닐 아세테이트 수지를 포함하고, 상기 절연 조성물로부터 형성된 절연층은 체적저항이 10 13 Ω·㎜을 초과하는, 절연 조성물을 제공한다.
여기서, 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 폴리프로필렌 수지의 함량은 12 내지 28 중량부이고, 상기 폴리올레핀 엘라스토머의 함량은 25 내지 50 중량부, 상기 에틸렌 프로필렌 디엔 고무의 함량은 20 내지 50 중량부 및 상기 말레산 무수물이 그라프트된(grafted) 에틸렌 비닐 아세테이트 수지의 함량은 5 내지 18 중량부인 것을 특징으로 하는, 절연 조성물을 제공한다.
또한, 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 폴리프로필렌 수지의 함량은 16 내지 24 중량부이고, 상기 폴리올레핀 엘라스토머의 함량은 30 내지 45 중량부, 상기 에틸렌 프로필렌 디엔 고무의 함량은 30 내지 40 중량부 및 상기 말레산 무수물이 그라프트된(grafted) 에틸렌 비닐 아세테이트 수지의 함량은 8 내지 15 중량부인 것을 특징으로 하는, 절연 조성물을 제공한다.
한편, 상기 폴리프로필렌 수지는 융점(Tm)이 140 내지 145℃이고 비중이 0.860 내지 0.880이며, 상기 폴리올레핀 엘라스토머는 융점(Tm)이 90 내지 100℃이고 비중이 0.890 내지 0.910인 것을 특징으로 하는, 절연 조성물을 제공한다.
여기서, 상기 에틸렌 프로필렌 디엔 고무는 비중이 0.870 내지 0.890이고 무니점도(ML1+4(125℃))가 20 내지 40인 것을 특징으로 하는, 절연 조성물을 제공한다.
한편, 상기 첨가제는 난연제, 가교조제, 산화방지제 및 활제로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 첨가제를 포함하는 것을 특징으로 하는, 절연 조성물을 제공한다.
여기서, 상기 난연제는 수산화마그네슘 또는 수산화알루미늄을 포함하고, 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 난연제의 함량은 80 내지 105 중량부인 것을 특징으로 하는, 절연 조성물을 제공한다.
또한, 상기 난연제의 함량은 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 85 내지 95 중량부인 것을 특징으로 하는, 절연 조성물을 제공한다.
그리고, 상기 가교조제는 상기 베이스 수지의 조사가교용 다관능 유기모노머를 포함하고, 상기 가교조제의 함량은 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 2 내지 5 중량부인 것을 특징으로 하는, 절연 조성물을 제공한다.
한편, 도체; 및 상기 도체를 감싸고 상기 절연 조성물로부터 형성된 절연층을 포함하는 케이블을 제공한다.
본 발명의 고전압 케이블용 절연 조성물은 특정 수지를 특정 배합비로 포함하는 베이스 수지를 적용함으로써 LV 216 규격에서 요구하는 높은 절연저항 특성을 만족하는 동시에 이와 상충관계에 있는 고도의 유연성을 만족하는 우수한 효과를 나타낸다.
또한, 본 발명의 고전압 케이블용 절연 조성물은 특정 수지를 특정 배합비로 포함하는 베이스 수지를 적용하고 특정 난연제, 가교방식, 가교제 등의 적용을 통해 LV 216 규격에서 요구하는 우수한 내유성, 내마모성, 내열성, 난연성 등의 특성을 만족하는 우수한 효과를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 절연 조성물로부터 형성된 절연층을 포함하는 고전압 케이블의 하나의 실시예에 관한 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 발명은 고전압 케이블용 절연 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 따른 절연 조성물은 베이스 수지와 상기 수지 내에 분산된 난연제, 가교조제 등을 포함하고, 추가로 산화방지제, 활제 등의 기타 첨가제를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 베이스 수지는 폴리프로필렌(PP) 수지, 폴리올레핀 엘라스토머(POE) 수지, 에틸렌 프로필렌 디엔 고무(EPDM) 및 말레산 무수물이 그라프트된(grafted) 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 수지의 블렌딩 수지를 포함할 수 있다.
상기 폴리프로필렌(PP) 수지는 자체적인 융점(Tm)이 높아 절연저항 특성, 내유성 등이 우수하고, 프로필렌 단독중합체 및/또는 프로필렌 공중합체를 포함할 수 있으며, 상기 프로필렌 단독중합체는 단량체 총 중량을 기준으로 99 중량% 이상, 바람직하게는 99.5 중량% 이상의 프로필렌의 중합에 의해 형성되는 폴리프로필렌을 의미한다.
상기 프로필렌 공중합체는 프로필렌과 에틸렌 또는 탄소수 4 내지 12의 α-올레핀, 예를 들어, 1-부텐, 1-펜텐, 4-메틸-1-펜텐, 1-헥센, 1-옥텐, 1-데센, 1-도데센 및 이들의 조합으로부터 선택되는 공단량체 등, 바람직하게는 에틸렌과의 공중합체를 포함할 수 있다. 프로필렌과 에틸렌을 공중합시키면 단단하면서 유연한 성질을 나타내기 때문이다.
상기 프로필렌 공중합체는 랜덤 프로필렌 공중합체 및/또는 블록 프로필렌 공중합체를 포함할 수 있고, 상기 랜덤 프로필렌 공중합체는 프로필렌 단량체와 다른 올레핀 단량체가 임의로 교호 배열되어 이루어진 프로필렌 공중합체를 의미한다.
상기 폴리프로필렌(PP) 수지는 융점(Tm)이 140~145℃이고, 비중이 0.860 내지 0.880일 수 있다. 상기 폴리프로필렌(PP) 수지의 융점이 140℃ 미만이거나 비중이 0.860 미만인 경우 절연 조성물의 절연저항 특성, 내마모성 등의 기계적 특성, 내열성 등이 불충분할 수 있는 반면, 융점이 145℃ 초과이거나 비중이 0.880 초과인 경우 절연 조성물의 유연성이 크게 저하될 수 있다.
상기 폴리프로필렌(PP) 수지의 함량은 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 12 내지 28 중량부, 바람직하게는 16 내지 24 중량부일 수 있고, 상기 폴리프로필렌(PP) 수지의 함량이 12 중량부 미만인 경우 절연 조성물의 절연저항 특성, 내마모성 등의 기계적 특성, 내열성 등이 불충분할 수 있는 반면, 28 중량부 초과인 경우 절연 조성물의 절연 조성물의 유연성이 크게 저하될 수 있다.
상기 폴리올레핀 엘라스토머(POE)는 절연 조성물의 절연저항 특성, 내유성 등을 등을 추가로 향상시킬 수 있으며, 융점(Tm)이 90 내지 100℃이고, 비중이 0.890 내지 0.910일 수 있다. 상기 폴리올레핀 엘라스토머(POE)의 융점이 90℃ 미만이거나 비중이 0.890 미만인 경우 절연 조성물의 절연저항 특성, 내마모성 등의 기계적 특성, 내열성, 내유성 등이 불충분할 수 있는 반면, 융점이 100℃ 초과이거나 비중이 0.910 초과인 경우 절연 조성물의 유연성, 내한성 등이 크게 저하될 수 있다.
상기 폴리올레핀 엘라스토머(POE)의 함량은 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 25 내지 50 중량부, 바람직하게는 30 내지 45 중량부일 수 있고, 상기 폴리올레핀 엘라스토머(POE)의 함량이 25 중량부 미만인 경우 절연 조성물의 절연저항 특성, 내유성 등이 불충분할 수 있는 반면, 50 중량부 초과인 경우 절연 조성물의 유연성, 내한성 등이 크게 저하될 수 있다.
상기 에틸렌 프로필렌 디엔 고무(EPDM)는 절연 조성물의 유연성, 내한성 등을 추가로 향상시킬 수 있으며, 비중이 0.870 내지 0.890이고, 무니점도(ML1+4(125℃))가 20 내지 40일 수 있다. 상기 에틸렌 프로필렌 디엔 고무(EPDM)의 비중이 0.870 미만이거나 무니점도(ML1+4(125℃))가 20 미만인 경우 절연 조성물의 절연저항 특성, 내마모성 등의 기계적 특성, 내열성 등이 불충분할 수 있는 반면, 비중이 0.890 초과이거나 무니점도(ML1+4(125℃))가 40 초과인 경우 절연 조성물의 유연성, 굴곡성, 내한성 등이 불충분할 수 있다.
상기 에틸렌 프로필렌 디엔 고무(EPDM)의 함량은 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 20 내지 50 중량부, 바람직하게는 30 내지 40 중량부일 수 있고, 상기 에틸렌 프로필렌 디엔 고무(EPDM)의 함량이 20 중량부 미만인 경우 절연 조성물의 유연성, 내한성 등이 저하될 수 있는 반면, 50 중량부 초과인 경우 절연 조성물의 절연저항 특성, 내마모성 등의 기계적 특성, 내열성 등이 크게 저하될 수 있다.
상기 말레산 무수물이 그라프트된 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 수지는 상기 베이스 수지와 무기계 난연제의 상용성을 증대시켜 절연 조성물의 난연성 및 기계적 특성을 향상시킬 수 있다.
상기 말레산 무수물이 그라프트된 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 수지의 함량은 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 5 내지 18 중량부일 수 있고, 상기 말레산 무수물이 그라프트된 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 수지의 함량이 5 중량부 미만인 경우 절연 조성물의 난연성, 유연성, 내한성 등이 저하될 수 있는 반면, 18 중량부 초과인 경우 절연 조성물의 절연저항 특성, 내마모성 등의 기계적 특성, 내열성 등이 크게 저하될 수 있다.
상기 베이스 수지에 분산되는 난연제는 절연 조성물의 난연성을 향상시킬 수 있고, 예를 들어, 수산화마그네슘, 수산화알루미늄 등의 금속수산화물을 포함할 수 있고, 상기 베이스 수지 내에서의 분산성을 향상시키기 위해 비닐실란 등의 소수성 물질로 표면처리될 수 있다.
상기 난연제의 함량은 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 80 내지 105 중량부, 바람직하게는 85 내지 95 중량부일 수 있다. 상기 난연제의 함량이 80 중량부 미만인 경우 절연 조성물의 난연성이 불충분할 수 있는 반면, 105 중량부 초과인 경우 절연 조성물의 절연저항 특성, 내마모성 등의 기계적 특성 등이 크게 저하될 수 있다.
상기 가교조제는 상기 베이스 수지의 조사가교를 위해 첨가될 수 있고, 예를 들어 다관능 유기모노머를 포함할 수 있으며, 이의 함량은 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 2 내지 5 중량부일 수 있다.
여기서, 상기 가교조제의 함량이 2 중량부 미만인 경우 상기 베이스 수지의 가교도가 불충분해 절연 조성물의 절연저항 특성, 내나모성 등의 기계적 특성, 내열성 등이 크게 저하될 수 있는 반면, 5 중량부 초과인 경우 절연 조성물의 유연성, 내한성 등이 저하될 수 있다.
상기 기타 첨가제로서 산화방지제는 절연 조성물의 장기 내열성 확보를 위해 추가로 첨가될 수 있고, 활제는 베이스 수지와 다른 첨가제의 상용성 향상을 위해 추가로 첨가될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 절연 조성물로부터 형성된 절연층을 포함하는 고전압 케이블의 하나의 실시예에 관한 단면 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 케이블은 도체(10) 및 상기 도체(10)를 감싸고 앞서 기술한 절연 조성물로부터 형성된 절연층(20)을 포함할 수 있다. 상기 도체(10)는 상기 케이블의 유연성 확보를 위해 구리 소재의 세선이 연합되어 형성된 구리 연선인 것이 바람직하고, 상기 도체(10)이 공칭 단면적 및 상기 절연층(20)의 두께는 케이블 규격 및 용도에 따라 케이블 기술분야의 통상의 기술자에 의해 적절히 선택될 수 있다.
[실시예]
1. 제조예
아래 표 1에 나타난 조성으로 3L 니더(kneader) 설비를 이용하여 150℃에서 30분간 배합함으로써 절연 조성물을 제조한 후 45 mm 압출기를 이용하여 절연층을 형성함으로써 케이블 시편을 제조했다. 케이블 시편 제조시 도체는 연동선 6SQ를 적용했고, 절연 조성물로부터 절연층 형성시 압출 후 조사가교를 수행했다. 아래 표 1에 기재된 함량의 단위는 중량부이고, 공통으로 첨가되는 첨가제의 일부는 기재를 생략했다.
실시예1 실시예2 실시예3 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4 비교예5 비교예6
수지1 17 19 23 17 30 19 19 17 23
수지2 42 34 33 58 26 26 34 42 33
수지3 31 35 35 15 35 35 35 31
수지4 10 12 9 10 9 20 12 10 9
수지5 35
첨가제1 90 90 90 90 90 90 120 90 90
첨가제2 3 3 3 3 3 3 3 3
조사량 5 3 5 5 5 5 5 5
- 수지1 : 폴리프로필렌(융점 : 141℃; 비중 : 0.870)
- 수지2 : 폴리올레핀 엘라스토머(융점 : 97℃; 비중 : 0.902)
- 수지3 : 에틸렌 프로필렌 디엔 고무(비중 : 0.880; 무니점도(ML1+4(125℃)) : 21~29)
- 수지4 : 말레산 무수물이 그라프트된 에틸렌 비닐 아세테이트
- 수지5 : 에틸렌 비닐 아세테이트(융점 : 62℃; 비닐아세테이트 함량 : 33 중량%)
- 첨가제1 : 비닐 실란이 코팅된 수산화마그네슘(BET 비표면적 : 4.0~6.0 ㎡/g)
- 첨가제2 : 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트(TMPTMA)
2. 물성 평가
1) 내유성 평가
LV 216 규격에 의거하여 실시예 및 비교예 각각의 케이블 시편을 가솔린이 담긴 비이커에 침유시킨 상태로 상온에서 20 시간 동안 체류시킨 뒤 꺼내어 30분 후 케이블 외경을 측정한다. 침유 후 외경이 침유 전 외경과 비교하여 늘어난 외경이 15%를 초과하면 기준 미달이다.
2) 절연저항 평가
LV 216 규격에 의거하여 실시예 및 비교예 각각의 케이블 시편에 대해 절연저항을 측정했다. 절연저항 측정방법은 ISO 6722-1을 따르되 70℃의 물 대신 70℃의 1 % 염수로 적용했고, 측정한 절연저항이 10 13 Ω·㎜을 초과해야 한다.
3) 유연성 평가
UTM 설비를 이용하여 실시예 및 비교예 각각의 케이블 시편에 대해 2% 신율 시점의 인장강도를 측정했다. 기존 ISO 규격을 만족하는 처방의 2% 신율 시점의 인장강도 값과 비교하여 유연성 수준을 판단한다.
4) 내열성 평가
LV 216 규격에 의거하여 실시예 및 비교예 각각의 케이블 시편에 대해 장기/단기 내열성을 평가했고, 장기 내열성은 시편을 150℃에서 3,000 시간 동안 체류시킨 후 1분간 수중에서 1kV의 전압을 인가하는 동안 절연파괴가 일어나지 않아야 하며, 단기 내열성은 175℃에서 240 시간 동안 체류시킨 후 -25℃ 챔버에서 저온굴곡시험을 통과하여야 하고, 매우 우수(◎), 우수(○), 불량(△), 매우 불량(×)으로 평가한다.
5) 내한성 평가
LV 216 규격에 의거하여 실시예 및 비교예 각각의 케이블 시편에 도체 사이즈에 따라 규격에 명시된 추를 매달고 -40℃ 오븐 내에서 4시간 체류시킨 후 명시된 규격의 봉에 감아서 크랙이 발생하는지 여부를 확인한다. 크랙이 발생하지 않으면 이후 1분 간 수중에서 1 kV의 전압을 인가하는 동안 절연파괴가 일어나지 않아야 한다.
상기 물성 평가 결과는 아래 표 2에 나타난 바와 같다.
spec. 실시예 비교예
1 2 3 1 2 3 4 5 6
내유성 <15% 8.6 7.5 8.3 6.8 8.8 9.2 - - 13.8
절연저항 Ω·㎜ 8.41E+13 7.24E+13 9.72E+13 7.68E+13 1.17E+14 - - - 1.22E+12
유연성 0.283 0.280 0.291 0.452 0.473 0.434 - - 0.322
내열성 ◎ ◎ ◎ ◎ △ ◎ - × ◎
내한성 No Crack No Crack No Crack No Crack No Crack No Crack No Crack Crack - No Crack
상기 표 2에 기재된 바와 같이, 비교예 1의 케이블 시편은 절연층에 포함된 폴리올레핀 엘라스토머 함량이 과다하여 내유성이 개선되었으나 에틸렌 프로필렌 디엔 고무의 함량이 불충분하여 유연성이 악화되었고, 비교예 2의 케이블 시편은 절연층에 포함된 폴리프로필렌 수지의 함량이 과다하여 케이블의 내유성이 개선되었으나 폴리프로필렌의 특성상 가교 후 특성이 불안정하여 내열성이 불량한 것으로 확인되었고 유연성이 악화되었고, 비교예 3의 케이블 시편은 절연층에 포함된 말레산 무수물이 그라프트된 에틸렌 비닐 아세테이트 수지의 함량이 불충분하여 유연성이 저하되었고, 비교예 4의 케이블 시편은 난연제 함량이 과다하여 난연성은 개선되었으나 내한성 평가시 절연층에 크랙이 발생하였고, 비교예 5의 케이블 시편은 가교조제를 첨가하지 않고 조사가교를 진행하지 않아 내열성 평가시 절연체가 녹아내리는 현상을 확인하였고, 비교예 6의 케이블 시편은 에틸렌 프로필렌 디엔 고무 대신 에틸렌 비닐 아세테이트 수지를 첨가하여 유연성은 양호했으나 절연저항 특성이 기준 미달이고 내유성 또한 저하된 것으로 확인되었다.
반면, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 3의 케이블 시편은 LV 216 규격에서 요구되는 높은 절연저항 특성 및 이와 상충관계에 있는 유연성이 모두 기준을 만족했고, 그 이외에 내유성, 내열성, 내한성 등의 물성도 우수한 것으로 확인되었다.
본 명세서는 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 (10)

  1. 고전압 케이블용 절연 조성물로서,
    베이스 수지 및 첨가제를 포함하고,
    상기 베이스 수지는 폴리프로필렌 수지, 폴리올레핀 엘라스토머, 에틸렌 프로필렌 디엔 고무 및 말레산 무수물이 그라프트된(grafted) 에틸렌 비닐 아세테이트 수지를 포함하고,
    상기 절연 조성물로부터 형성된 절연층은 체적저항이 10 13 Ω·㎜을 초과하는, 절연 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 폴리프로필렌 수지의 함량은 12 내지 28 중량부이고, 상기 폴리올레핀 엘라스토머의 함량은 25 내지 50 중량부, 상기 에틸렌 프로필렌 디엔 고무의 함량은 20 내지 50 중량부 및 상기 말레산 무수물이 그라프트된(grafted) 에틸렌 비닐 아세테이트 수지의 함량은 5 내지 18 중량부인 것을 특징으로 하는, 절연 조성물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 폴리프로필렌 수지의 함량은 16 내지 24 중량부이고, 상기 폴리올레핀 엘라스토머의 함량은 30 내지 45 중량부, 상기 에틸렌 프로필렌 디엔 고무의 함량은 30 내지 40 중량부 및 상기 말레산 무수물이 그라프트된(grafted) 에틸렌 비닐 아세테이트 수지의 함량은 8 내지 15 중량부인 것을 특징으로 하는, 절연 조성물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폴리프로필렌 수지는 융점(Tm)이 140 내지 145℃이고 비중이 0.860 내지 0.880이며, 상기 폴리올레핀 엘라스토머는 융점(Tm)이 90 내지 100℃이고 비중이 0.890 내지 0.910인 것을 특징으로 하는, 절연 조성물.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 에틸렌 프로필렌 디엔 고무는 비중이 0.870 내지 0.890이고 무니점도(ML1+4(125℃))가 20 내지 40인 것을 특징으로 하는, 절연 조성물.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 첨가제는 난연제, 가교조제, 산화방지제 및 활제로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 첨가제를 포함하는 것을 특징으로 하는, 절연 조성물.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 난연제는 수산화마그네슘 또는 수산화알루미늄을 포함하고, 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 난연제의 함량은 80 내지 105 중량부인 것을 특징으로 하는, 절연 조성물.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 난연제의 함량은 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 85 내지 95 중량부인 것을 특징으로 하는, 절연 조성물.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 가교조제는 상기 베이스 수지의 조사가교용 다관능 유기모노머를 포함하고, 상기 가교조제의 함량은 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 2 내지 5 중량부인 것을 특징으로 하는, 절연 조성물.
  10. 도체; 및
    상기 도체를 감싸고 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 절연 조성물로부터 형성된 절연층을 포함하는 케이블.
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