KR100368571B1 - 개질된 절연전선 피복용 폴리에스테르 수지 및 이를이용하여 제조된 다층 절연전선 - Google Patents

개질된 절연전선 피복용 폴리에스테르 수지 및 이를이용하여 제조된 다층 절연전선 Download PDF

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Abstract

본 발명은 절연전선 피복에 사용되는 개질된 폴리에스테르 수지 및 이를 이용하여 제조된 다층절연전선에 관한 것이다.
본 발명에 의해 테레프탈산 40-80중량%, 에틸렌 글리콜 15-40중량%, 나프탈렌 디카르복실산 1-40중량% 및 펜타에리스리톨 0.01-2중량%를 혼합 및 중합하여 제조된 개질된 폴리에스테르 절연전선 피복용 수지, 및
도체, 테레프탈산 40-80중량%, 에틸렌 글리콜 15-40중량%, 나프탈렌 디카르복실산 1-40중량% 및 펜타에리스리톨 0.01-2중량%를 혼합 및 중합하여 제조된 개질된 폴리에스테르 수지로 형성된 제 1 및 제 2 피복층; 및 폴리아미드로 형성된 제 2 피복층 상의 제 3피복층, 으로 구성되는 다층 절연전선이 제공된다.
본 발명의 개질된 폴리에스테르 절연 수지피복 조성물 및 다층 절연전선은 내가수분해성, 와이어 외관의 균일성, 내열성, 내마모성, 절연성, 코일성 및 납땜성이 우수하다.

Description

개질된 절연전선 피복용 폴리에스테르 수지 및 이를 이용하여 제조된 다층 절연전선{MODIFIED POLYESTER RESIN FOR INSULATED WIRE AND MULTILAYERED INSULATED WIRE PREPARED BY USING THEM}
본 발명은 개질된 절연전선 피복용 폴리에스테르 수지 및 이로 형성된 절연피복층을 갖는 다층절연전선에 관한 것이며, 보다 상세하게는 내열성, 내가수분해성, 절연성 및 압출성등이 우수한 개질된 절연전선 피복용 폴리에스테르 수지 및 이로 형성된 절연피복층을 갖는 다층절연전선에 관한 것이다.
종래 절연피복재로 사용되는 폴리에스테르는 쉽게 가수분해되며 이에 기인한 여러가지 문제를 갖는다. 특히, 쉽게 가수분해됨으로 제조된 전선의 절연성 및 내열성이 불량해지고 온도변화에 따라 쉽게 변형되며 이에 따라, 가공성이 저하되고 절연층 제조시 절연층의 균일성이 저하된다.
한편, 최근에 초전자 제품 및 고주파를 사용하는 전기전자장비가 소형화되고 있는 경향에 맞추어, 콤팩트한 제품의 전기전자장비에 사용되는 절연전선은 안정성및 절연층의 강화를 필요로 한다.
또한, 퍼스널 컴퓨터의 AC아답터, 핸드폰의 축전지와 모니터, 프린터 및 VTR 카메라와 같은 소형 전자제품들은 점점 소형화, 고성능화되는 추세이므로, 종래 사용되던 다층절연전선보다 우수한 내열성, 내마모성, 절연성 및 외관의 균일성을 가지며 특히 작업성 개선을 위해 요구되는 납땜성이 우수한 다층절연전선의 필요성이 증대되고 있는 실정이다.
이에 본 발명자들은 상기 폴리에스테르에 나프탈렌 디카르복실산과 펜타에리스리톨을 각각 적정량 첨가하여 중합된 개질된 폴리에스테르 수지로 절연피복층을 형성하면 그 결과 제조된 절연전선은 절연전선에서 요구되는 물성이 개선됨을 발견하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
이에 본 발명의 목적은 폴리에스테르의 내가수분해성이 우수한 개질된 절연전선 피복용 폴리에스테르 수지를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 개질된 폴리에스테르 수지로 형성된 절연 피복층을 갖는 내열성, 내마모성, 절연성, 납땜성 및 전선외관의 균일성이 우수한 다층 절연전선을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 다층 절연전선의 단면도이며,
도 2는 압출피복공정 라인을 나타내는 도면이다.
* 도면의 주요부위에 대한 설명 *
1.... 도체, 4.... 폴리아미드 피복층
2,3.... 변형된 폴리에스테르 수지 조성물로 형성된 제 1 및 제 2 피복층
5.... 공급부, 6,7,8.... 압출기
9.... 스파크테스터, 10.... 외경측정기
11.... 냉각죤 12.... 인취기
13.... 권취기 14.... 예열기
본 발명의 일견지에 의하면,
절연전선 피복용 폴리에스테르 수지조성물에 있어서,
테레프탈산 40-80중량%, 에틸렌 글리콜 15-40중량%, 나프탈렌 디카르복실산 1-40중량% 및 펜타에리스리톨 0.01-2중량%를 혼합 및 중합하여 제조된 개질된 절연전선 피복용 폴리에스테르 수지가 제공된다.
본 발명의 다른 견지에 의하면,
도체;
테레프탈산 40-80중량%, 에틸렌 글리콜 15-40중량%, 나프탈렌 디카르복실산 1-40중량% 및 펜타에리스리톨 0.01-2중량%를 혼합 및 중합하여 제조된 개질된 절연전선 피복용 폴리에스테르 수지로 이루어진 제 1 및 제 2 피복층; 및
폴리아미드로 이루어진 제 3피복층;
으로 구성되는 다층 절연전선이 제공된다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 개질된 폴리에스테르 수지는 테레프탈산 및 에틸렌 글리콜을 주재로하고 이에 나프탈렌 디카르복실산과 펜타에리스리톨을 첨가하여 중합함으로써 제조된다.
이와같이 테레프탈산 및 에틸렌 글리콜을 주재로하는 폴리에스테르에 나프탈렌디카르복실산과 펜타에리스리톨을 첨가하고 중합함으로써 개질된 폴리에스테르 수지가 제조되고, 이는 내가수분해성, 내열성, 절연성 및 압출성등을 포함하는 절연전선에서 요구되는 개선된 물성을 가지며 납땜성이 우수한 것으로 작업성이 향상된다.
상기 주재인 테레프탈산 및 에틸렌 글리콜은 전체 혼합물의 중량을 기준으로 각각 40-80중량% 및 15-40중량%로 혼합하여 중합하는 것이 내열성, 내마모성, 납땜성 및 절연성의 균형면에서 바람직하다. 테레프탈산 및 에틸렌 글리콜 주재의 양이 상기 범위에서 벗어나서 상기 양에 미치지 못하거나 또는 다량으로 첨가되면, 절연전선 피복에서 요구되는 상기 물성특성이 전체적으로 저하된다.
또한, 상기 테레프탈산과 에틸렌 글리콜의 양은 그 합이 전체 혼합물의 중량을 기준으로 60-95중량%가 되는 것이 보다 바람직하다.
나프탈렌 디카르복실산은 내열성 및 내가수분해 특성을 개선하는 것으로 전체혼합물의 중량을 기준으로 1-40중량%, 바람직하게는 5-20중량%의 양으로 첨가된다. 나프탈렌 디카르복실산의 함량이 1-40중량%를 벗어나는 경우, 내열성 및 내가수분해성이 저하된다. 펜타에리스리톨은 압출성을 증가시키는 작용을 하는 것으로, 전체 혼합물의 중량을 기준으로 0.01-2중량%로 첨가되는 경우 우수한 압출성을 나타내며, 바람직하게는 0.1-1중량%의 양으로 첨가된다.
나아가, 본 발명의 개질된 폴리에스테르 수지는 중합시 내가수분해성, 압출성 및 내열성을 보다 개선시키기 위하여, 이소프탈산, 헥산디올, 부탄디올 및 글리세롤로부터 선택된 단량체가 최소 1종 이상 첨가될 수 있다. 이들 단량체는 총 혼합물의 중량을 기준으로 2-40중량%첨가되는 경우 최적의 물성 및 혼화성을 나타낸다.
또한, 상기 수지 중합시에는 통상 사용되는 무기충진제, 반응촉진제 및 발색제와 같은 첨가제를 필요에 따라 첨가할 수 있으며, 그 사용량은 압출코팅용 개질된 폴리에스테르 수지의 내열성 및 납땜성에 악영향을 미치지 않는 범위내에서 적절히 조절할 수 있는 것으로, 이 기술분야의 기술자에 의해 적절히 선정될 수 있다.
이같이 개질된 폴리에스테르 수지는 전압저항, 열저항, 굴곡성, 납땜성, 압출성 및 젖음성등이 우수하므로 다층절연전선의 절연층을 구성하기에 적절하다. 폴리에스테르층을 단층으로 형성하는 경우에는 전압저항, 열저항, 굴곡성, 압출성 및 젖음성과 같은 물성을 만족시키기 위해서 절연층의 두께를 보다 뚜껍게 형성하여야 하며, 피복층이 뚜껍게 형성되는 경우에는 소형 제품에 절연전선을 적용하기 어려울 뿐만 아니라 납땜성과 작업성등의 물성을 얻기 어렵다.
따라서, 피복층을 가능한한 얇고 절연전선에서 요구되는 물성을 충분히 나타낼 수 있도록, 본 발명에 의한 개질된 폴리에스테르 수지를 사용하여 도체에 두층의 절연피복층을 형성하고 제 3층은 마찰계수가 우수한 폴리아미드로 형성한다.
이때, 제 1, 2 및 3 층은 연속작업에 의해 각층을 별도의 단계별로 압출성형하여 도체에 피복성형한다. 이는 폴리에스테르 및 폴리아미드를 동시에 피복성형하는 경우에는 각 성분이 서로 혼합되어 층구별이 없는 한층의 피복층으로 형성되고 이는 절연전선에서 요구되는 충분한 물성을 나타내지 못하게 되기 때문이다. 각 단계별로 절연피복함으로써 우수한 절연특성을 갖게되며 또한 피복시 1, 2, 3층의 총 두께가 60~160㎛가 되도록 압출함으로써 기존에 사용하던 권선보다 특성이 개선된다.
본 발명의 절연 전선은 통상적으로 사용하는 압출피복방법으로 제조할 수 있으며, 형성되는 압출피복 절연층의 두께에 특별한 제한은 없으나 예를들어, 도체의 직경이 약 0.4㎜인 경우, 일반적으로 총 절연층의 두께가 약100㎛(층당 대략 33㎛)이 되도록 매우 얇은 다층 절연층으로 형성한다.
압출피복시, 자동화 시스템으로 실린더 온도는 160-280℃, 스크류 회전수는 10∼30RPM 그리고 선속 100∼500mpm으로 제어하여 편심이 발생하지 않도록 한다. 또한 각 절연층은 층간 구분이 될 수 있도록 각각의 압출공정마다 냉각죤을 설치하여 100℃이하로 냉각시켜 압출피복한다.
이와 같이 도체에 본 발명의 개질된 폴리에스테르 수지로된 제 1, 2층 및 폴리아미드로된 제 3피복층을 성형함으로써 도 1에 도시한 바와 같이 3층으로 피복된 전기저항성, 내열성 및 내마모성이 우수한 다층 절연전선이 제공된다.
본 발명의 개질된 폴리에스테르 수지로 형성된 피복층을 갖는 다층절연전선은 기존 변압기에 비해 중량과 부피가 적은 우수한 변압기에 사용가능한 것으로, 본 발명에 의한 다층절연전선은 베터리 충전기(VTR, 프린터, 디지털 카메라, 헤드폰), 프린터, 팩시밀리, 컴퓨터, 모니터, 인버터, 게임기등의 SMPS 및 그밖의 전자부품과 같은 소형 전자제품에 유용하게 사용될 수 있다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 상세히 설명한다.
실시예
다층절연전선의 피복에 사용되는 폴리에스테르 수지는 하기 표 1에 나타낸 각 성분을 기재된 양으로 혼합, 중합하여 비교예 1-4 및 발명예 1의 조성으로된 개질된 폴리에스테르 수지를 제조하였다.
한편, 도체로는 직경이 0.4mm인 가열 냉각된 구리전선의 피복이 벗겨진 전선(고체 전선) 및 외가닥 전선을 사용하였다. 도체에 비교예 1-4 및 발명에 1의 개질된 폴리에스테르 수지를 사용하여 제 1 및 2 절연피복층을 형성하고 그 위에 폴리아미드 12로 제 3의 피막층을 형성하였으며, 최대 완성외경은 0.65㎜이 되도록 도체를 성형피복하였다.
도체의 절연피복층은 일반적인 압출법으로 도 2의 라인을 사용하여 형성하였다.
도체는 송출드럼, 혹은 그 이외의 장치로 부터 라인에 공급되고, 이것을 예열하여 압출기의 크로스헤드, 압출다이를 통과하여 도 2의 제1(6), 제 2(7) 및 제 3 압출기(8)를 통과하면서 각 피복층이 형성된다. 각각의 압축기를 통과한 후, 냉각죤(11)에서 냉각 후 피복체의 핀홀의 유무라든가 외경, 편심등을 조사하고, 라인속도를 결정하는 인취 캡스탄에서 일정한 속도로 당겨주어 귄취기에서 드럼에 감는다. 도체는 예열온도가 높을 경우에는, 납땜성이 떨어지므로 접합성 개선을 위해 압출피복시 가능한 도체 온도를 140℃이하로 유지시키고 실린더온도는 160∼280℃, 스크류 회전수 10∼30RPM 그리고 선속 100∼500mpm으로 하여 압출피복하였다. 그 후, 상온(20±15℃), 상습(65±20%)에서 다음과 같이 다층 절연전선 성능평가를 행하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
<와이어 외관>
와이어 외관은 절연전선이 보빈에 감겨있는 상태에서 육안으로 흠 및 더러움의 유무를 평가하였다.
흠집이 없고, 표면이 매끈하고 균일한 광택과 색을 갖으며, 점착되지 않고, 손톱으로 긁어도 쉽게 피막이 벗겨지지 않은 경우, 이를 우수한 외관으로 평가하였다.
<내열성>
IEC표준의 950-표준의 아이템 1.5.3의 부록 C(변압기)에 따라, 아래의 테스트 방법에 의하여 값을 구하였다.
다층절연 전선의 10번 와인딩은 118MPa(12kg/mm2)의 로드하에서 직경 6mm의 맨드럴 주위에 감긴다. 그것들은 225℃(클래스 E, 215℃)에서 1시간 동안 가열되고, 175℃(클래스 E, 165℃)에서 추가적으로 72시간동안 가열한 다음 48시간 동안 25℃온도 및 습도 95%의 대기중에 방치한다. 그후 3,000V의 전압이 1분 동안 인가된다. 전기적인 회로의 결함이 없을 때, 그것이 클래스를 통과하는 것으로 간주된다(n=5로 평가되었다. n=1일때 NG라면 테스트를 통과하지 못하는 것으로 간주된다.)
<내마모성>
KS C 3006. 10항에 따라 내마모시험기를 이용하여 측정하였다.
<납땜성>
KS C 3006. 16항과 같이 동일한 보빈으로부터 길이 약 15㎝의 시험편 34개를 취하고 각각에 대하여 규정된 온도로 유지된 KS D 6704(땝 납)에 규정한 50Sn중에 시험편의 앞 끝부분 약 40mm를 규정된 시간동안 담근 후 꺼내어 즉시 적당한 헝겊으로 가볍게 닦아냈을 때 담긴 부분의 윗부분 약 10mm를 제외하고 납땜이 고르게 되었는지를 조사하여 행하였다.
<절연특성>
절연파괴는 0.05㎜ 이상에 대해서는 두줄 꼬임법이 사용된다. 두줄 꼬임법은 동일한 보빈으로부터 길이 약 50㎝의 시험편 3개를 취하고 각각을 두개로 접어서합친 다음, 적당한 인장력을 가하면서 약 12㎝ 길이의 부분을 적당한 꼬임수로 꼰 후 인장력을 제거하고서 접은 부분을 자르고 60㎐의 정현파에 가까운 교류전압을 가한다. 또한, 이 시험에 사용되는 변압기의 용량은 500VA이상으로 한다. 단량체의 조성 변화에 따른 절연전선의 성능을 표 1에 나타내었다.
폴리에스테르 수지 제조시 조성 및 그에 따른 물성
단량체 비교예 발명예
1 2 3 4 1
조성 테레프탈산1) 70중량% 70중량% 65중량% 65중량% 60중량%
이소프탈산2) - - 8중량% 8중량% -
나프탈렌 디카르복시산3) - - - - 10중량%
에틸렌 글리콜4) 20중량% 20중량% 22중량% 22중량% 25중량%
헥산디올5) 5중량% - - - -
부탄디올6) - 5중량% 5중량% - -
글리세롤7) - 5중량% - 5중량% -
펜타에리스리톨8) 5중량% - - - 5중량%
합계 100중량% 100중량% 100중량% 100중량% 100중량%
특성 와이어 외관 ×
내열성 × × ◎
내마모성 △ ◎
납땜성 ◎ △ △
절연특성 △ △ △ ◎
◎;매우 우수,;우수, △;보통, ×;불량
1) 테레프탈산: 삼남석유화학제품. 순도 98%의 고상
2) 에틸렌글리콜: 호남석유화학제품, 순도 98%의 액상
3) 나프탈렌 디카르복실산: Amoco 제품, 순도 98%의 고상
4) 헥산디올: Junsei Che. Co. Ltd. 제품, 순도 98%의 고상
5) 부탄디올: 신화유화제품, 순도 98%의 액상
6) 펜타에리스리톨: Aldrich제품, 순도 98%의 고상
7) 글리세롤: Aldrich제품, 순도 98%의 액상
8) 이소프탈산: Aldrich제품, 순도 98%의 고상
상기 표 1에서 알 수 있듯이, 나프탈렌 디카르복실산 및 펜타에리스리톨이 모두 사용된 발명예 1의 경우 각 항목에서 모두 우수한 물성을 나타냄에 반하여, 두성분중 일성분과 다른 첨가제가 사용된 경우에는 절연전선에서 요구되는 물성이 발명예 1에 비하여 저조함을 알 수 있다.
실시예 2
하기 표 2에 나타낸 성분을 각 조성으로 혼합하고 중합하여 발명예 2-4 및 비교예 5의 폴리에스테르 수지를 제조하였다.
그 후, 도체에 제 1 및 2 피복층으로는 발명예 2-4 및 비교예 5의 폴리에스테르 수지를 그리고 제 3층으로는 폴리아미드 12를 사용하여 다층 절연전선을 제조하였으며, 그 후 실시예 1과 같은 방법으로 절연 전선의 물성을 평가하였다.
본 실시예에서 사용된 각 물질 및 절연피막 형성방법은 실시예 1과 같다.
폴리에스테르 수지 제조시 조성 및 그에 따른 물성
단량체 발명예 2 발명예 3 발명예 4 비교예 5
제1층 및 제 2층(PET) 테레프탈산 60중량% 65중량% 70중량% 70중량%
에틸렌 글리콜 25중량% 25중량% 25중량% 30중량%
나프탈렌 디카르복실산 14.8중량% 9.5중량% 4중량% -
펜타에리스리톨 0.2중량% 0.5중량% 1.0중량% -
합계 100중량% 100중량% 100중량% 100중량%
3층(나일론 12) 폴리아미드 12 100중량% 100중량% 100중량% 100중량%
특성 와이어 외관 ◎ ◎ ◎
내열성 ◎ ◎ ◎ △
내마모성 ◎ ◎ ◎
납땜성 ◎ ◎ ×
절연특성 ◎ ◎ ◎ △
◎;매우 우수,;우수, △;보통, ×;불량
상기 표 2에서와 같이, 본 발명의 조성으로된 폴리에스테르 수지조성물(발명예 2 내지 4)로된 피복층을 갖는 절연전선은 우수한 와이어 외관, 내열성, 내마모성, 납땜성 및 절연성을 나타냄에 반하여, 나프탈렌 디카르복실산과 펜타에리스리톨을 함유하지 않은 비교예 5의 수지조성물로된 피복층을 갖는 절연전선은 물성이 저조함을 알 수 있다.
본 발명의 개질된 폴리에스테르 수지로 형성된 절연층은 내가수분해성이 개선되고 따라서 내열성, 내마모성, 절연성 및 와이어 외관이 개선된 다층절연전선을 제조할 수 있다. 본 발명의 개질된 폴리에스테르 절연층을 갖는 절연전선은 소형화, 고성능화 전자제품에 적용시 요구되는 물성을 충족하는 것이다.

Claims (6)

  1. 절연전선 피복용 폴리에스테르 수지에 있어서,
    테레프탈산 40-80중량%, 에틸렌 글리콜 15-40중량%, 나프탈렌 디카르복실산 1-40중량% 및 펜타에리스리톨 0.01-2중량%를 혼합 및 중합하여 제조된 개질된 절연전선 피복용 폴리에스테르 수지.
  2. 다층 절연전선에 있어서,
    도체,
    상기 도체상에, 테레프탈산 40-80중량%, 에틸렌 글리콜 15-40중량%, 나프탈렌 디카르복실산 1-40중량% 및 펜타에리스리톨 0.01-2중량%를 혼합 및 중합하여 제조된 개질된 절연전선 피복용 폴리에스테르 수지로된 제 1 및 제 2 절연피복층; 및
    상기 제 2피복층 위해 성형 피복된 폴리아미드로된 제 3 피복층;
    으로 구성되는 다층절연전선.
  3. 제 1항 또는 2항에 있어서, 나아가 상기 폴리에스테르 수지 중합시 이소프탈산, 부탄디올, 글리세롤 및 헥산디올로 부터 선택된 단량체중 최소 1종이상을 전체 혼합물의 중량을 기준으로 2-40중량%의 양으로 첨가하여 중합함을 특징으로하는 수지 또는 다층절연전선.
  4. 제 1항 또는 2항에 있어서, 상기 테레프탈산과 에틸렌 글리콜의 총합은 60-95중량%임을 특징으로 하는 수지 또는 다층절연전선.
  5. 제 1항 또는 2항에 있어서, 상기 나프탈렌 디카르복실산은 총중량의 5-20중량%의 양임을 특징으로 하는 수지 또는 다층절연전선,
  6. 제 1항 또는 2항에 있어서, 상기 펜타에리스리톨은 총중량의 0.1-1중량%의 양임을 특징으로 하는 수지 또는 다층절연전선.
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