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KR20090087259A - 박리성 수가교 반도전 수지 조성물 및 이를 이용하여제조된 절연전선 - Google Patents

박리성 수가교 반도전 수지 조성물 및 이를 이용하여제조된 절연전선 Download PDF

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KR20090087259A
KR20090087259A KR1020080012594A KR20080012594A KR20090087259A KR 20090087259 A KR20090087259 A KR 20090087259A KR 1020080012594 A KR1020080012594 A KR 1020080012594A KR 20080012594 A KR20080012594 A KR 20080012594A KR 20090087259 A KR20090087259 A KR 20090087259A
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ethylene
resin
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copolymer resin
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임화준
이용선
남진호
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엘에스전선 주식회사
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Abstract

본 발명은, 박리성 수가교 반도전 수지 조성물에 관한 것이다. 본 발명은, 기본수지 100 중량부; 상기 기본수지 중량 대비 20 내지 80 중량부의 카본블랙; 및 상기 기본수지 중량 대비 0.05 내지 5.0 중량부의 아미드계 활제;를 포함하여 이루어지되, 상기 기본수지는, 불포화 유기실란이 결합되어 있으며, 그 녹는점이 80℃ 이상인 에틸렌계 공중합 수지 60 내지 80중량%; 및 에틸렌-아크릴산 공중합체 또는 그 알칼리금속염 5 내지 20 중량%; 에틸렌 함량이 5 내지 20 중량%인 에틸렌 프로필렌 공중합체 또는 프로필렌수지 5 내지 40 중량부;를 포함하는 혼합수지인 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 보다 높은 수가교 공정 온도에서도 열변형없이 가교 공정이 진행될 수 있으며, 이로 인한 가교 시간의 단축 등을 통해 공정 효율화 및 제품 성능 개선을 이룰 수 있다.
수가교, 반도전, 녹는점, 에틸렌비닐아세테이트, 카본블랙

Description

박리성 수가교 반도전 수지 조성물 및 이를 이용하여 제조된 절연전선{Semiconductive peelable closslinked resin composition and manufactured insulating cable using the same}
본 발명은 박리성 수가교 반도전 수지 조성물 및 이를 이용하여 제조된 절연전선에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 불포화 유기실란이 결합되어 있으며 녹는점이 일정 온도 이상으로 보유될 수 있도록 블랜딩되며, 카본블랙, 아미드계 활제를 포함하여, 보다 높은 온도에서 가교 공정이 진행될 수 있는 박리성 수가교 반도전 수지 조성물 및 이를 이용하여 제조된 절연전선에 관한 것이다.
일반적으로 폴리에틸렌 또는 에틸렌 공중합체에 불포화 유기실란이 결합된 수지를 활용한 조성물의 경우에는 수지계의 전기적, 기계적 특성을 만족시키기 위해 수분에 의한 가교 공정을 진행하게 된다. 이때, 가교에 필요한 시간은 온도와 시간에 연관된 함수로써 가교에 사용되는 수분의 온도가 높으면 높을수록 가교시간이 단축되기 때문에 높은 온도의 가교 조건은 생산효율성 측면에서 바람직하다. 따라서, 완성된 케이블에 대해 수분에 의한 가교 공정을 실시할 경우, 일정 온도 이하의 조건에서 공정을 진행할 수 있도록 제어하기 위해서는 가교 조건 이상의 온도 에서 녹는점을 갖는 수지 조성물이 사용될 필요성이 있다.
수가교 공정 시간을 단축하기 위해서는 가교 쳄버의 온도를 높여야 하며, 이때 사용되는 수지는 이러한 고온의 가교 조건에서 열변형이 일어나지 않을 정도의 높은 녹는점을 보유하고 있어야 한다.
미국 특허 제6,284,374호에 개시된 내용에 따르는 경우에는, 가교 조건 온도보다 낮은 온도에서 녹는점을 갖는 수지 조성물을 사용하는 경우에는 가교 공정의 진행 중에 권취된 케이블 간의 점착이나 눌림 현상이 발생할 수 있어 바람직하지 못하다. 그런데, 에틸렌 비닐아세테이트 공중합체 수지의 경우에는 아세테이트의 성분을 낮춰야만 녹는점이 높아질 수 있으나, 이 경우 폴리에틸렌 절연체와 외부 반도전 조성물 간의 상용성이 증가되어 상호 박리가 용이하게 이루어지지 않는 문제점이 지적되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 종래 기술이 갖는 문제점을 해결하기 위해 수지 조성물의 배합을 조절하여, 수지의 녹는점을 상승시킴으로써, 보다 높은 가교 온도에서도 가교 공정이 진행될 수 있으며, 이때 소요되는 가교 공정시간의 단축을 도모하고자 함에 있으며, 이러한 기술적 과제를 달성할 수 있는 박리성 수가교 반도전 수지 조성물 및 이를 이용하여 제조된 절연전선을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.
전술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명이 제공하는 박리성 수가교 반도전 수지 조성물은, 기본수지 100 중량부; 상기 기본수지 중량 대비 20 내지 80 중량부의 카본블랙; 및 상기 기본수지 중량 대비 0.05 내지 5.0 중량부의 아미드계 활제;를 포함하여 이루어지되, 상기 기본수지는, 불포화 유기실란이 결합되어 있으며, 그 녹는점이 80℃ 이상인 에틸렌계 공중합 수지 60 내지 80중량%; 및 에틸렌-아크릴산 공중합체 또는 그 알칼리금속염 5 내지 20 중량%; 에틸렌 함량이 5 내지 20 중량%인 에틸렌 프로필렌 공중합체 또는 프로필렌수지 5 내지 40 중량부;를 포함하는 혼합수지인 것을 특징으로 한다.
상기 기본수지를 구성하는 에틸렌계 공중합 수지는, 에틸렌비닐아세테이트 공중합 수지, 에틸렌에틸아크릴레이트 공중합 수지, 에틸렌메틸메틸아크릴레이트 공중합 수지 및 에틸렌부틸 아크릴레이트 공중합 수지 중 선택된 하나의 에틸렌계 공중합 수지이면 바람직하다.
상기 에틸렌계 공중합 수지로서 선택되는 에틸렌비닐아세테이트 공중합 수지는, 비닐아세테이트 함량이 9 내지 25 중량%이면 바람직하며, 상기 에틸렌계 공중합 수지로서 선택되는 에틸렌에틸아크릴레이트 공중합 수지는, 에틸아크릴레이트 함량이 9 내지 35 중량%이면 바람직하고, 상기 에틸렌계 공중합 수지로서 선택되는 에틸렌메틸아크릴레이트 공중합 수지는, 메틸아크릴레이트 함량이 9 내지 35 중량%이면 바람직하고, 상기 에틸렌계 공중합 수지로서 선택되는 에틸렌부틸아크릴레이트 공중합 수지는, 부틸아크릴레이트 함량이 9 내지 35 중량%이면 바람직하다.
상기 아미드계 활제는, 탄화수소주쇄 내에 아미드 관능기(-CON-)를 포함하 며, 일반적으로 하기 화학식 1과 같은 구조로서 나타낼 수 있으며, 그 녹는점이 50 내지 120℃인 물질이면 바람직하다.
Figure 112008010356782-PAT00001
상기 화학식 1에서, R은 탄화수소쇄를 나타내며, R', R''은 수소나 탄화수소쇄를 나타낸다.
상기 아미드계 활제는, 스테아라미드, 올레아라미드, 에루카미드, 수소화탈로우아미드, 올레일팔미타미드, 및 스테아릴스테아라미드 중 선택된 하나 또는 둘 이상의 물질이면 바람직하다.
전술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명이 제공하는 절연전선은, 중심도체, 상기 중심도체를 감싸는 내부반도전층, 상기 내부반도전층을 감싸는 수가교절연층, 상기 수가교절연층을 감싸는 외부반도전층, 상기 외부반도전층을 감싸는 동테이프, 및 상기 동테이프를 감싸는 시스층으로 이루어진 절연전선에 있어서, 상기 외부반도전층은, 전술한 박리성 수가교 반도전 수지 조성물을 이용하여 제조된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 보다 높은 수가교 공정 온도에서도 열변형없이 가교 공정 이 진행될 수 있으며, 이로 인한 가교 시간의 단축 등을 통해 공정 효율화 및 제품 성능 개선을 이룰 수 있다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 발명의 유효성을 확인하기 위해, 하기 표 1과 같이 본 발명에 따르는 실시예 1 내지 5와 이에 대비되는 비교예 1 내지 5로 구분설정하여 수지 조성물을 준비하여 고분자 재료 시편과 케이블시편을 각각 제조하였다.
구분 실시예 비교예
1 2 3 4 5 1 2 3 4 5
수지a 80 80 70 80 100 20 80 80
수지b 80
수지c 80
수지d 10 10 15 10 10 45 10 10 10
수지e 10 10 15 10 35 10 10 10
수지f 10
활제 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
카본블랙 60 60 60 60 60 60 60 60 10 100
첨가제 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5
상기 표 1에서 수지a는 불포화 유기실란이 결합되고 비닐아세테이트를 19중량% 함유하며 녹는점이 84℃인 에틸렌 비닐아세테이트 공중합체 수지이며, 수지b는 불포화 유기실란이 결합되고 비닐아세테이트를 30중량% 함유하며 녹는점이 72℃인 에틸렌 비닐아세테이트 공중합체 수지이며, 수지c는 불포화 유기실란이 결합되고 메틸아크릴레이트를 30중량% 함유하며 녹는점이 86℃인 에틸렌 메틸아크릴레이트 공중합체 수지이며, 수지d는 에틸렌을 5중량% 함유하며 녹는점이 137℃인 에틸렌 프로필렌 공중합체 수지이며, 수지e는 아크릴산을 9중량% 함유하며 녹는점이 97℃인 에틸렌 아크릴산 공중합체 수지이며, 수지f는 아크릴산을 9중량% 함유하고, 그 중 일부가 나트륨 염 형태이며 녹는점이 88℃인 에틸렌 아크릴산 공중합체 수지의 나트륨염을 각각 나타낸다. 상기 표 1에 표시된 활제로는, 아미드계 활제인 에루카미드가 사용되었다. 첨가제로는 수지 100중량부에 활제인 zinc stearate 2중량부, 산화방지제로 테트라키스[메틸렌-3-(3,5-디-터어셔리-부틸-4'-히드록시페닐)프로피오네이트]메탄이 1.5중량부 사용되었다.
상기 표 1에 따르는 조성예에 따라 준비된 각각의 조성물로부터 전선 제조용 단축 압출기를 사용하여 도 1에 도시된 바와 같은 케이블의 단면구조와 같은 케이블 시편을 제조하였다.
도 1은 본 발명에 따라 제조된 조성물로 제조된 외부 반도전층을 포함하는 절연전선의 단면도의 일예이다. 도 1에 도시된 바를 참조하면, 내부의 도체(10)를 내부 반도전층(12), 수가교절연층(14), 외부반도전층(16), 동테이프(18) 및 최외곽의 PVC 시스층(20)이 순차적으로 감싸고 있다. 상기 외부반도전층(16)이 상기 표 1에 따르는 조성예에 따라 준비된 조성물로부터 제조하였다.
상기 제조된 케이블 시편에 대해, 상온특성, 가열특성, 박리력, 체적저항, 및 80℃에서 16시간의 수가교 공정 진행 중의 열변형 특성을 측정 평가하였다. 이들 평가 결과에 대해서는 하기 표 2에 나타내었다.
구분 실시예 비교예
1 2 3 4 5 1 2 3 4 5
상온 인장강도 (kgf/㎟) 1.43 1.49 1.61 1.45 1.03 1.42 1.72 1.35 1.56 1.05
신장율 (%) 196 210 145 180 250 215 85 225 350 55
가열 인장잔율 (%) 124 130 122 120 105 122 115 119 120 110
신장잔율 (%) 97 110 93 95 102 96 92 91 99 97
박리력(N/㎝) 15 13 14 15 20 40 25 20 불합격 불합격
체적저항(Ωm) 0.03 0.04 0.03 0.03 0.05 0.03 0.04 0.03 5000 0.01
열변형 합격 합격 합격 합격 합격 합격 합격 볼합격 합격 합격
케이블 시편의 상온특성은 IEC 60502-2에 준하여, 시편을 인장속도 250㎜/분으로 측정할 때, 인장강도는 0.92 kgf/㎟ 이상이고 신장율이 100% 이상이어야 바람직하다. 상기 표 2에 나타낸 바를 참조하면, 실시예 1 내지 5의 모든 경우에서 인장강도 및 신장율이 양호하게 측정되었음을 알 수 있으나, 비교예 2, 5의 경우에는 신장율이 기준치에 미달하는 것으로 측정되었다.
케이블 시편의 가열 특성은 IEC 60502-2에 준하여, 시편을 136℃의 온도에서 168 시간 방치한 후, 인장강도와 신장율의 변화율인 인장잔율과 신장잔율의 항목으로 평가하였으며, 각각 75% 이상, 90% 이상으로 나타나야 바람직하다. 상기 표 2에 나타낸 바를 참조하면, 실시예 1 내지 5의 모든 경우와 비교예 1 내지 5의 모든 경우에서 인장잔율과 신장잔율은 기준 조건을 충족하고 있음을 알 수 있다.
케이블 시편의 박리력은 IEC 60502-2에 준하여 측정하는 경우, 외부 반도전층과 절연층과의 박리력이 4 내지 45 N/㎝이어야 바람직하다. 상기 표 2에 나타낸 바를 참조하면, 실시예 1 내지 5의 모든 경우 및 비교예 1 내지 3의 경우에는 박리력에 대한 기준 조건을 충족함을 알 수 있다. 그러나, 비교예 4, 5는 박리력에 대한 기준 조건을 충족하지 못하여 평가 결과가 불합격으로 판정되었으며, 비교예 1의 경우에는 박리력에 대한 기준 조건의 상한치에 다달하여 바람직하지 못하다.
IEC 60502-2에 준하여 측정하는 케이블 시편의 외부 반도전층의 체적저항은 100Ωm 이하의 값을 가져야 바람직하다. 상기 표 2에 나타낸 바를 참조하면, 비교예 4를 제외한 모든 경우에서 체적저항의 기준 조건을 충족하고 있음을 알 수 있다.
완성된 케이블을 보빈에 권취한 상태로 가교 공정을 진행하는 경우, 열에 의한 변형이 일어나지 않아야 하는데, 비교예 3을 제외하고는 모두 기준 조건을 충족하여 합격 판정을 받았다.
이상에서 설명된 본 발명의 최적 실시예들이 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 당업자에게 본 발명을 상세히 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위해 사용된 것이 아니다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 전술한 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 보다 구체적으로 이해시키기 위한 자료로서 제시되는 것에 불과하므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항만으로 한정되어 해석되지 않아야 함은 자명하다.
도 1은 본 발명에 따르는 조성물을 이용하여 제조된 외부반도전층을 포함하는 절연전선 단면도의 일예이다.

Claims (9)

  1. 기본수지 100 중량부;
    상기 기본수지 중량 대비 20 내지 80 중량부의 카본블랙; 및
    상기 기본수지 중량 대비 0.05 내지 5.0 중량부의 아미드계 활제;를 포함하여 이루어지되,
    상기 기본수지는,
    불포화 유기실란이 결합되어 있으며, 그 녹는점이 80℃ 이상인 에틸렌계 공중합 수지 60 내지 80중량%; 및
    에틸렌-아크릴산 공중합체 또는 그 알칼리금속염 5 내지 20 중량%;
    에틸렌 함량이 5 내지 20 중량%인 에틸렌 프로필렌 공중합체 또는 프로필렌수지 5 내지 40 중량부;를 포함하는 혼합수지인 것을 특징으로 하는 박리성 수가교 반도전 수지 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기본수지를 구성하는 에틸렌계 공중합 수지는, 에틸렌비닐아세테이트 공중합 수지, 에틸렌에틸아크릴레이트 공중합 수지, 에틸렌메틸메틸아크릴레이트 공중합 수지 및 에틸렌부틸 아크릴레이트 공중합 수지 중 선택된 하나의 에틸렌계 공중합 수지인 것을 특징으로 하는 박리성 수가교 반도전 수지 조성물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 에틸렌계 공중합 수지로서 선택되는 에틸렌비닐아세테이트 공중합 수지는, 비닐아세테이트 함량이 9 내지 25 중량%인 것을 특징으로 하는 박리성 수가교 반도전 수지 조성물.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 에틸렌계 공중합 수지로서 선택되는 에틸렌에틸아크릴레이트 공중합 수지는, 에틸아크릴레이트 함량이 9 내지 35 중량%인 것을 특징으로 하는 박리성 수가교 반도전 수지 조성물.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 에틸렌계 공중합 수지로서 선택되는 에틸렌메틸아크릴레이트 공중합 수지는, 메틸아크릴레이트 함량이 9 내지 35 중량%인 것을 특징으로 하는 박리성 수가교 반도전 수지 조성물.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 에틸렌계 공중합 수지로서 선택되는 에틸렌부틸아크릴레이트 공중합 수지는, 부틸아크릴레이트 함량이 9 내지 35 중량%인 것을 특징으로 하는 박리성 수가교 반도전 수지 조성물.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 아미드계 활제는, 탄화수소주쇄 내에 아미드 관능기(-CON-)를 포함하며, 그 녹는점이 50 내지 120℃인 물질인 것을 특징으로 하는 박리성 수가교 반도전 수지 조성물.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 아미드계 활제는, 스테아라미드, 올레아라미드, 에루카미드, 수소화탈로우아미드, 올레일팔미타미드, 및 스테아릴스테아라미드 중 선택된 하나 또는 둘 이상의 물질인 것을 특징으로 하는 박리성 수가교 반도전 수지 조성물.
  9. 중심도체, 상기 중심도체를 감싸는 내부반도전층, 상기 내부반도전층을 감싸는 수가교절연층, 상기 수가교절연층을 감싸는 외부반도전층, 상기 외부반도전층을 감싸는 동테이프, 및 상기 동테이프를 감싸는 시스층으로 이루어진 절연전선에 있어서,
    상기 외부반도전층은, 제1항 내지 제8항 중 선택된 한 항에 따르는 박리성 수가교 반도전 수지 조성물을 이용하여 제조된 것을 특징으로 하는 절연전선.
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