KR20100106871A - 전력케이블용 비 가교 폴리에틸렌 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전력 케이블에 사용되는 비 가교 선형 중밀도 폴리에틸렌 수지 조성물에 관한 것으로, 절연층, 반 도전층, 시스층에 사용이 가능한 조성물에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 공단량체로서 탄소원자수가 4개 이상인 알파올레핀을 포함하며, 멜트인덱스 0.6~2.2g/10분(190℃, 5Kg 하중조건), DSC상 엔탈피가 130~190 joule/g이며, 분자량 분포가 2~30인 선형중밀도 폴리에틸렌 수지를 포함하는 폴리머 100 중량부에 대하여, 난연제, 산화안정제, UV안정제, 내열성향상제 및 가공조제에서 선택되는 어느 하나 이상의 첨가제 0.1 ~ 10 중량부를 포함하는 전력케이블용 비가교 폴리에틸렌 조성물에 관한 것이다.
비 가교, 전력케이블, 절연층, 반 도전층, 시스층, 트래킹성

Description

전력케이블용 비 가교 폴리에틸렌 조성물{Non-curing polyethylene composition for power cable}
본 발명은 기존의 전력케이블 절연체로서 전 세계적으로 널리 사용되고 있는 가교 폴리에틸렌을 비 가교 타입의 폴리에틸렌수지로 대체하여 사용하는 전력케이블용 비 가교 폴리에틸렌 조성물에 관한 것이다.
과거 1950년대 이전에는 전력 케이블의 절연소재로서 비 가교 타입의 폴리에틸렌 수지가 주로 사용되고 있었으나 장기 내열성, 내구성에 한계가 있었다. 이에 1950년대 미국의 유니온 카바이드사에서 폴리에틸렌의 장기 내열성, 내구성을 높이는 수단으로 가교기술이 개발되었고, 현재 전력케이블은 이러한 가교 폴리에틸렌이 주류를 이루고 있다.
폴리에틸렌 가교 방식은 유기 과산화물 혹은 실란을(미국특허 제 6284178) 매개체로 하는 화학적 반응에 의한 가교 및 전자선 가교(미국특허 제 4426497) 등이 있으며, 최근 대형 전선업계에서는 유기 과산화물에 의한 가교 타입을 가장 널 리 사용하고 있다.
가교 폴리에틸렌 수지는 열경화성 수지이므로 내열성 및 내약품성 등이 우수하고, 전기적 특성 또한 우수한 편이다.
그러나 가교 폴리에틸렌 수지는 열경화성(thermoset) 수지이므로 재생이(recycle) 불가능하여 폐기처분에 어려움이 많아 환경오염의 원인이 되고 있다. 따라서, 환경 친화적인 비 가교 타입의 열가소성(thermoplastic) 폴리에틸렌 수지의 사용 욕구가 있으나, 가교 폴리에틸렌 대비 내열성이 현격히 부족하여 전력케이블 절연체의 용도로 사용하기에는 한계가 있어 왔다.
그럼에도 불구하고 환경보호 차원 및 하기에서 언급한 가교 폴리에틸렌 수지의 단점들로 인하여 유럽의 프랑스 등 일부 국가에서는 전력케이블 절연체로서 열가소성 폴리에틸렌 수지를 사용하기도 한다.
유기 과산화물에 의한 가교 폴리에틸렌의 전력 케이블 생산공정에서는 가교공정이 필수적이며, 이러한 가교공정 조건은 고압,고온이 필요하고 생산성이 현저히 낮게 되며, 공정조건의 미세한 변화에도 가교도의 차이가 발생할 수 있어 제품의 균질성이 낮아질 수 있다.
또한 가교공정에서는 유기 과산화물이 고온의 열에 의해 분해되어 라디칼을 형성하고 가교반응을 완성하는데, 이러한 가교반응의 부산물로써 큐밀알코올 (Cumyl alcohol), 메탄(Methane) 등이 발생하여 절연체내에 기포를 형성하게 되는데, 이를 제거하기 위해서 5기압 이상의 높은 압력을 가해주어야 하며, 제거되지 못한 기포는 전력케이블 절연체의 파괴 원인 물질이 될 수 있다.
우리나라는 삼면이 바다이며, 공기중의 염분농도가 높아 가공 전력 케이블 절연체의 침식에 의한 화재사고가 종종 발생한다. 이러한 전력 케이블 절연체의 침식 현상은 트래킹(tracking) 에 의한 파괴 현상이라고 하는데, 이는 전기가 인가되고 있는 절연물 표면에서 탄화생성물에 의한 탄화로가 형성되어 표면 절연파괴를 일으키는 현상으로 유기 절연물의 고유한 파괴현상이고, 발생 원인은 표면방전 또는 미소발광방전에 의한 열이지만, 이것을 일으키는데 기여하는 것은 수분 외에 염분, 산성비, 무기질 및 섬유질의 먼지, 화학약품의, 기포 등 그 원인이 복잡하고 다양하다.
본 발명은 전력 케이블의 제조 시 사용되는 조성물에 관한 것으로, 전력 케이블 절연소재로서 가장 중요하고 기본적인 전기적 물성인 절연특성, 유전특성을 유지하면서, 방전특성, 특히 내 트래킹성(tracking)이 우수한 조성물을 제공하고자 한다.
보다 구체적으로 본 발명은 재활용이 가능하여 환경 친화적이며, 기존 공정비를 획기적으로 절감할 수 있는 비 가교 타입의 폴리에틸렌 수지를 사용하는 조성물을 제공하고자 한다. 따라서 본 발명은 기존의 폴리에틸렌 수지보다 장기 내열, 내구성을 개선할 수 있도록 공단량체로서 탄소원자수가 4개 이상인 알파 올레핀을 포함하는 선형 중밀도 폴리에틸렌을 사용한 조성물을 제공하고자 한다.
또한 본 발명은 이에 더하여 전기적인 물성이 더욱 향상되도록 하기 위하여 특정한 물성을 갖는 고밀도 폴리에틸렌수지를 더 포함하는 조성물을 제공하고자 한다.
또한 본 발명은 절연소재뿐만 아니라, 반 도전층, 시스층에 사용이 가능한 조성물을 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 공단량체로서 탄소원자수가 4개 이상인 알파올레핀을 포함하며, 멜트인덱스 0.6~2.2g/10분(190℃, 5Kg 하중조건), DSC 상 엔탈피가 130~190 joule/g이며, 분자량 분포가 2~30인 선형중밀도 폴리에틸렌 수지를 포함하는 폴리머 100 중량부에 대하여, 난연제, 산화안정제, UV안정제, 내열성향상제 및 가공조제에서 선택되는 어느 하나 이상의 첨가제 0.1 ~ 10 중량부를 포함하는 전력케이블용 비가교 폴리에틸렌 조성물에 관한 것이다.
또한 상기 조성물은 폴리머 100 중량부 중, 멜트인덱스 0.1~0.35g/10분 (190℃, 5Kg 하중조건), DSC상 엔탈피가 190~250 joule/g, 분자량 분포가 3~30인 고밀도 폴리에틸렌 수지를 5 ~ 40 중량% 포함할 수 있다. 즉, 상기 선형중밀도 폴리에틸렌 수지를 단독으로 사용하는 것도 가능하며, 상기 선형중밀도 폴리에틸렌 수지와 고밀도 폴리에틸렌 수지를 혼합하여 사용하는 것도 가능하다. 고밀도 폴리에틸렌 수지와 혼합하여 사용하는 경우는 선형중밀도 폴리에틸렌 수지 60 ~ 95 중량%와 고밀도 폴리에틸렌 수지 5 ~ 40 중량%를 혼합하여 사용한다.
또한 본 발명은 필요에 따라 상기 폴리머 100 중량부에 대하여, 카본블랙을 1 ~ 5 중량부 더 포함한다.
즉, 본 발명의 제 1 양태는 공단량체로서 탄소원자수가 4개 이상인 알파올레핀을 포함하며, 멜트인덱스 0.6~2.2g/10분(190℃, 5Kg 하중조건), DSC상 엔탈피가 130~190 joule/g이며, 분자량 분포가 2~30인 선형중밀도 폴리에틸렌 수지 100 중량부에 대하여, 난연제, 산화안정제, UV안정제, 내열성향상제 및 가공조제에서 선택 되는 어느 하나 이상의 첨가제 0.1 ~ 10 중량부를 포함한다.
본 발명의 제 2 양태는 공단량체로서 탄소원자수가 4개 이상인 알파올레핀을 포함하며, 멜트인덱스 0.6~2.2g/10분(190℃, 5Kg 하중조건), DSC상 엔탈피가 130~190 joule/g이며, 분자량 분포가 2~30인 선형중밀도 폴리에틸렌 수지 60 ~ 95 중량%와 멜트인덱스 0.1~0.35g/10분 (190℃, 5Kg 하중조건), DSC상 엔탈피가 190~250 joule/g, 분자량 분포가 3~30인 고밀도 폴리에틸렌 수지 5 ~ 40 중량%를 포함하는 폴리머 100 중량부에 대하여, 난연제, 산화안정제, UV안정제, 내열성향상제 및 가공조제에서 선택되는 어느 하나 이상의 첨가제 0.1 ~ 10 중량부를 포함한다.
본 발명의 제 3 양태는 공단량체로서 탄소원자수가 4개 이상인 알파올레핀을 포함하며, 멜트인덱스 0.6~2.2g/10분(190℃, 5Kg 하중조건), DSC상 엔탈피가 130~190 joule/g이며, 분자량 분포가 2~30인 선형중밀도 폴리에틸렌 수지 100 중량부에 대하여, 난연제, 산화안정제, UV안정제, 내열성향상제 및 가공조제에서 선택되는 어느 하나 이상의 첨가제 0.1 ~ 10 중량부 및 카본블랙 1 ~ 5 중량부를 포함한다.
본 발명의 제 4 양태는 공단량체로서 탄소원자수가 4개 이상인 알파올레핀을 포함하며, 멜트인덱스 0.6~2.2g/10분(190℃, 5Kg 하중조건), DSC상 엔탈피가 130~190 joule/g이며, 분자량 분포가 2~30인 선형중밀도 폴리에틸렌 수지 60 ~ 95 중량%와 멜트인덱스 0.1~0.35g/10분 (190℃, 5Kg 하중조건), DSC상 엔탈피가 190~250 joule/g, 분자량 분포가 3~30인 고밀도 폴리에틸렌 수지 5 ~ 40 중량%를 포함하는 폴리머 100 중량부에 대하여, 난연제, 산화안정제, UV안정제, 내열성향상제 및 가공조제에서 선택되는 어느 하나 이상의 첨가제 0.1 ~ 10 중량부 및 카본블랙 1 ~ 5 중량부를 포함한다.
또한, 본 발명은 상기 기재된 조성물 중 어느 하나의 조성물을 절연층, 반도전층 또는 시스층에 사용한 전력케이블도 포함한다.
이하, 본 발명을 구체적으로 기술하면 다음과 같다.
본 발명은 폴리에틸렌을 가교 시키지 않고, 장기 내열성, 내구성을 현저히 높일 수 있도록 하기 위하여, 알파 올레핀 공단량체를 사용하여 타이 몰레큘(Tie molecule) 생성을 유도하였다. 이에 더하여 내열성을 향상시키는 첨가제를 최적화 하였다. 또한 가장 중요하고 기본적인 전기적 특성인 절연, 유전 특성을 유지하기 위해서 특히 내 트래킹성을 향상 시킬 수 있도록 높은 알파 올레핀 공단량체의 선형 중밀도 폴리에틸렌에 고밀도의 폴리에틸렌 수지를 컴파운드하였다.
본 발명에서 필수적으로 사용되는 선형중밀도 폴리에틸렌 수지는 공단량체로 서 탄소원자수가 4개 이상인 알파 올레핀을 함유한다. 상기 탄소원자수가 4개 이상인 알파올레핀은 알파 올레핀은 부텐, 펜텐, 메틸펜텐, 헥센, 옥텐 또는 데센에서 선택된다.
또한 상기 선형 중밀도 폴리에틸렌 수지는 멜트인덱스(이하, MI로 칭함)가 0.6~2.2g/10분,(190℃, 5Kg 하중조건)를 갖는다. 상기 MI가 0.6g/10분 미만이면 중합공정에서의 생산성이 낮아져 경제성이 떨어지고, MI가 2.2g/10분 초과하면 전력케이블에 적용 시 내 트래킹성이 저하 된다. 보다 바람직하게는 1.4~1.9/10분의 범위에서 보다 우수한 내트래킹성을 나타낸다.
또한 상기 선형중밀도 폴리에틸렌 수지는 DSC상 엔탈피가 130~190 joule/g이며, 엔탈피가 130joule/g 미만이면 장기 내열성이 저하되고, DSC상 엔탈피가 190joule/g 초과하면 크립특성이 저하된다. 보다 바람직하게는 150~190 joule/g의 범위에서 크립특성이 보다 우수하다.
또한 상기 선형중밀도 폴리에틸렌 수지는 분자량분포가 2~30이며, 분자량분포가 2미만이면 전력케이블 가공 시 표면에 멜트프렉쳐(melt fracture)가 발생하게 되고, 30을 초과하면 폴리에틸렌 중합이 어려워진다. 보다 바람직하게는 3.5~23의 범위에서 수지 합성 공정이 용이하고, 수지의 전력 케이블 가공성이 보다 우수하다.
상기 공단량체로서 탄소원자수가 4개 이상인 알파올레핀을 포함하는 선형중밀도 폴리에틸렌 수지는 기존 폴리에틸렌의 한계를 극복할 수 있다. 구체적으로 라 멜라 두께가 100Å 이상이 되도록 제조하여 95℃ 수조에서 후프 스트레스(hoop stress) 3.5Mpa인 조건에서 2,000시간 이상 견뎌 낼 수 있고, 상온(23℃) 및 저온(-40℃)에서의 충격강도가 각각 1,250, 1,700kg/cm 이상의 물성을 지닌다.
상기 선형중밀도 폴리에틸렌 수지의 중합공정에서는 알파 올레핀이 탄소주쇄 선상에 되도록 많이 결합되도록 하여 수지 결정(crystal) 부분과 비 결정(Amorphous) 부분을 강하게 연결해 주는 타이 몰레큘 (tie molecule)의 효율성을 증대 시킴으로써 장기 내열성 및 전기적 특성을 향상 시킨다.
본 발명은 상기 선형중밀도 폴리에틸렌 수지를 단독으로 사용할 수 있으나, 보다 우수한 전기 절연 특성, 특히 내트래킹성을 나타내기 위해서는 멜트인덱스 0.1~0.35g/10분 (190℃, 5Kg 하중조건), DSC상 엔탈피가 190~250 joule/g , 분자량 분포가 3~30인 고밀도 폴리에틸렌 수지와 혼합하여 사용한다. 이때 함량은 선형중밀도 폴리에틸렌 수지 60 ~ 95 중량%와 고밀도 폴리에틸렌 수지 5 ~ 40 중량%로 혼합하여 사용하는 것이 보다 우수한 내트래킹성을 달성할 수 있다. 선형중밀도 폴리에틸렌 수지의 함량이 60 중량% 미만이거나, 고밀도 폴리에틸렌 수지의 함량이 40 중량%를 초과하는 경우는 크립 특성이 저하될 수 있으며, 선형중밀도 폴리에틸렌 수지의 함량이 95 중량%를 초과하거나, 고밀도 폴리에틸렌 수지의 함량이 5 중량% 미만으로 사용되는 경우는 내 트래킹성 개선 효과가 미미하다.
본 발명에서 상기 고밀도 폴리에틸렌 수지는 0.1~0.35g/10분 (190℃, 5Kg 하 중조건)의 MI를 갖는다. 상기 MI가 0.1g/10분 미만이면 기존 가공기기에서의 가공성이 어려워지고, 생산성이 저하된다. MI가 0.35g/10분 초과하면 내 트래킹성의 향상 효과가 저하된다. 보다 바람직하게는 0.2~0.3/10분 (190℃, 5Kg 하중조건)의 범위로 사용하는 경우 내트래킹성이 보다 우수하다.
또한 상기 고밀도 폴리에틸렌 수지는 DSC상 엔탈피가 190joule/g 미만이면 장기 내열성 개선효과가 저하되고, DSC상 엔탈피가 250joule/g 초과하면 장기 크립특성이 저하된다. 보다 바람직하게는 200~220 joule/g의 범위로 사용하는 경우 장기 크립특성이 보다 우수하다.
또한 상기 고밀도 폴리에틸렌 수지는 분자량 분포가 3~30이며 분자량 분포가 3 미만이면 가공성이 저하되며, 분자량 분포가 30 초과하면 장기 내열성 개선효과가 저하된다. 보다 바람직하게는 5~23의 범위로 사용하는 경우 장기 내열성이 보다 우수하다.
본 발명에서 상기 선형중밀도 폴리에틸렌 수지 및 고밀도 폴리에틸렌 수지의 분자량 분포 및 밀도는 일정(Unimodal) 혹은 이정(Bimodal)의 형태를 갖는 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 조성물은 난연제, 산화안정제, UV안정제, 내열성향상제 및 가공조제에서 선택되는 어느 하나 이상의 첨가제 0.1 ~ 10 중량부를 포함한다. 이들 첨가제의 함량은 수지 전체 함량 100 중량부에 대하여, 0.1~10중량부로 사용하는 것이 바람직하다. 0.1중량부 미만이면 20,000시간 이상 사용시 고분자의 열화를 가속화 시킬 수 있고, 10중량부를 초과하면 절연체의 기계적 물성을 약화시킬 수 있다.
상기 산화안정제, UV 안정제 및 내열성향상제는 전력케이블의 운송, 보관 및 사용기간 동안의 장기 크립 특성 향상을 위해 사용되는 것으로, 구체적으로 예를 들면, 힌더드 페놀계(hindered phenol), 포스파이트(phosphate)계, 벤조페논계(benzophenon), 할스계(HALS) 및 티오에스터계로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 사용할 수 있다.
또한 난연제는 난연성을 부여하기 위하여 사용되는 것으로, 구체적으로 예를 들면 알루미늄 하이드록사이드(aluminum hydroxide), 마그네슘 하이드록사이드 (magnesium hydroxide), 나노클레이(nanoclay) 군으로부터 선택되는 것을 사용할 수 있다.
또한 상기 가공조제는 내열성을 향상시키고, 가공 부하를 감소시키기 위하여 사용되는 것으로, 구체적으로 예를 들면 플루오르 엘라스토머 및 플루오르 올레핀 코폴리머 컴파운드로 이루어진 군으로 부터 선택되는 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 조성물에서 반도전성 및 장기 내후성 향상을 위해 카본블랙을 추가로 사용할 수 있는데, 특히 사용량은 폴리머 100 중량부에 대하여 1 ~ 5 중량부 범위로 사용하는 것이 바람직하며, 1중량부 미만이면 20,000시간 이상 사용시 고분자의 분해를 가속화 시킬 수 있고, 5중량부를 초과하면 절연체의 기계적 물성을 약화시킬 수 있다. 상기 카본블랙의 사용 시 수지와 혼련하여 마스터배치 형태로 제 조하여 사용하는 경우 혼화성이 더욱 우수하다.
케이블의 절연층은 절연성을 유지해야 하며, UV 등에 영향을 받지 않으므로 카본블랙을 첨가하지 않아도 된다.
본 발명은 종래 재사용이 불가능한 가교 폴리에틸렌을 대신해 사용하기 위한 것으로, 재사용이 가능하여 환경친화적이면서도 내열성뿐만 아니라 절연특성, 유전특성 및 방전특성이 우수한 비 가교 타입의 폴리에틸렌 수지 조성물을 제공할 수 있다.
이하는 본 발명의 구체적인 설명을 위하여 일 예를 들어 설명하는 바, 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 컴파운드 조성물의 전기적 특성은 절연특성, 유전특성, 방전특성을 측정하였다.
[표 1] 전기적 성능평가에 필요한 시험항목 및 시험방법
Figure 112009017807264-PAT00001
가. 절연파괴 시험
절연 파괴 시험은 내 전압성을 평가하는 테스트로서, 절연 파괴 내압이 클수록 절연 성능이 우수하다 할 수 있으며, 이는 절연 재료의 평가의 큰 척도가 된다.
- 평가 방법
절연 파괴 시험 시 승압속도는 500V/s으로 하였으며, Weibull distribution을 위하여 최대한 시료의 개수를 많이 취하여 오차범위를 최소화하였다. 측정 장비의 전극은 모서리의 전계 집중 현상을 막기 위해서 round 형태로 제작되었으며, 공기층의 방전을 막기 위해 절연유 내에서 파괴 실험을 실행하였다. 시편은 그 크기를 10cmx10cm 이상으로 충분히 넓게 하여 전극간의 직접적인 통전이 일어나지 않도록 하였다.
나. 절연저항 시험
고압전선의 절연재로 사용되기 위하여 중요한 다른 특성으로 절연 저항이(Volume Resistivity -Ωcm) 있다. 이는 절연재료가 얼마나 그 기능을 잘 할 수 있느냐를 판단하는 중요한 척도로서 절연 저항이 높을수록 우수한 절연재료로 판단 할 수 있다.
- 평가방법
절연저항 측정 시, 10kgf의 하중을 이용하여 시료를 cell에 장착하였으며, 측정은 500V를 인가한 뒤 1분 후에 측정하였으며, 시편의 두께는 1mm 정도로 5개를 제작하였다. 측정값은 이를 평균하였다.
다. 유전 특성
우리나라의 배전망은 AC 형태를 가지고 있다. 이는 DC의 경우보다 안정적인 전압의 공급이 가능하다는 장점이 있기 때문인데, 이 때문에 전선의 절연재료에 대한 유전 특성을 파악하는 것은 매우 중요한 일이다. 유전 손실의 경우 전선의 배전 성능과 발열 및 그로 인한 파괴 등과 매우 밀접한 관련이 있기 때문에, 낮을수록 절연재료로서 우수하다 할 수 있다.
- 평가 방법
유전율의 평가를 위해 dielectric analyzer (DEA)를 사용하였다. 시편은 200 ㎛ 정도로 제작하였으며 접촉 저항의 최소화를 위해 silver paste를 시료의 표면에 입혔다. 일반적인 경우처럼 1MHz의 값을 취하였으며, 측정은 상온에서 진행하였다.
라. 유전 손실 평가
유전 손실은 AC power cable에서 매우 중요한 항목으로서 전선의 성능 및 열화에 의한 파괴 등을 예측하는데 매우 중요한 자료가 된다. 특히 절연재료의 유전 손실은 실제 사고와 밀접한 연관이 있기 때문에 유전 손실이 낮은 절연재료의 선택은 케이블 설계에 있어서 매우 필수적인 요소라 할 수 있다.
- 평가 방법
유전 손실에 대한 평가는 유전율의 평가 방법과 동일하게 진행하였다. 평가를 위해 dielectric analyzer (DEA)를 사용하였으며 시편은 200 ㎛ 정도로 제작하였다. 접촉 저항의 최소화를 위해 silver paste를 시료의 표면에 입히고, 측정은 상온에서 진행하였으며, 10-1 Hz ~ 107 Hz 까지의 frequency에서 측정을 시행하였다.
마. 내트래킹 시험
내 트래킹 시험은 극한 환경에의 노출 시 절연재료의 수명을 예측하는 시험 방법으로서, 고전압 하에서 표면에 잔류하는 염분 등의 영향으로 생기는 파괴에 대한 가속 시험 방법이다.
- 평가 방법
내트래킹 시험은 IEC60587 규격에 따라 진행하였다. 규격은 크게 Constant tracking voltage method 와 Stepwise tracking voltage method 로 나누어지는데 본 시험은 constant tracking voltage method 으로 진행하였다. 시편은 가로 50mm 세로 120mm 두께 6mm 의 크기로 hot press 를 이용하여 제작하였고, 시험에 쓰이는 오손액은 0.1wt% NH4Cl + 0.02wt% non-ionic agent 수용액을 사용하였다. (non- ionic agent 로는 Triton X-100을 사용) 5개의 시편을 지표면에 대해 45도 각도로 고정한 후 양 전극 사이로 오손액을 0.6ml/min 의 rate 로 흘려주면서 4.5kV 의 전압을 인가하여 6시간 (“IEC 60587 규격 내 Class 1A 4.5 기준) 이내에 파괴가 발생하는지 여부를 판단하여, Pass or Fail 로 평가 하였다.
바. 내열성Ⅰ 시험
전력케이블 절연체 소재의 내열성 분석은 한전표준규격 중 ES-6145-0006 에서 제시하는 시험방법으로 수행하였다. 이 규격 4.3.5항에서 제시하는 바와 같이 상온시험은 KSC3004의 19항에 따라 행하였고, 가열시험은 KSC 3004의 20항(가열)에 따라 시행 하였으며, 이때 가열온도는 120℃의 대류 오븐(convection oven)에 120시간 놓아둔 후 꺼내서 다시 실온 24℃에서 4시간 방치 후 10시간 이내에 인장강도 및 신장율을 측청 하였다.
사. 내열성Ⅱ 시험
전력케이블 절연체 소재의 장기 내열성 분석은 자체 실험 방법을 이용하여 평가 하였다.
상기 내열성Ⅰ 시험과 유사한 방법으로 진행하였으며, 단, 110℃의 대류 오븐(convection oven)에서 각 5,000시간, 10,000시간 동안 놓아둔 후 꺼내서 다시 실온 24℃에서 4시간 방치 후 10시간 이내에 신장율을 측정 하였다.
아. 가공성
가공성은 독일 Brabender사의 실험용 2축 압출기 (스크류직경 19mm, L/D 20, Counter Rotating) 로 바렐온도를 190/200/210 ℃ 에서 스크류 RPM을 60으로 고정하여 압출하였으며, 압출되는 스트랜드의 표면 및 압출부하를 비교하며 측정하였다.　
자. 내후성
옥외 사용에 대한 내후성평가는 Q Pannel사의 QUV를 사용하였으며, UV조사 4시간 (60 ℃), 비조사 시간 4시간(50 ℃)의 Cycle 조건으로 가혹실험을 진행하였다. 　
[실시예 1]
선형중밀도 폴리에틸렌 수지(A1)는 멜트인덱스 1.9g/10분 (190℃, 5Kg 하중조건), DSC상 엔탈피가 150 joule/g 이며, 분자량 분포가 3.5인 공단량체로서 탄소원자수가 8개인 알파올레핀을 함유한 수지를 사용하였다.
고밀도 폴리에틸렌 수지(B1)는 멜트인덱스 0.2g/10분(190℃, 5Kg 하중조건), 엔탈피가 220 joule/g이며, 분자량 분포가 23인 고밀도 폴리에틸렌 수지를 사용하였다.
첨가제(C)는 산화안정제와 내열성 향상제 및 가공조제를 사용하였으며, 수지와 컴파운딩하여 전력케이블용 조성물을 제조하였다.
산화안정제로 제 1차 산화 방지제인 시바가이기사 Irganox1330을 0.2 중량부, 제2차 산화방지제인 시바가이기사 Irganox168을 0.2 중량부 사용 하였으며, 내열성 향상제로는 일본 Adeca사의 티오에스터계 AO412s를 0.3 중량부 사용하였다. 가공조제는 Dynamar사의 FX9613를 0.1 중량부 사용 하였다.
카본블랙(D)은 티탄이 코팅된 평균입경 18nm, 표면적 100m2/g, DPB 흡수성 150cc/100g 특성의 제품을 사용하였다. 상기 조성물로 이루어진 각각의 시편을 제조하여 상기 절연특성, 유전특성, 방전특성을 측정하였다. 측정된 물성은 하기 표 5에 나타내었다.
[실시예 2 ]
상기 실시예 1과 동일한 수지(A1, B1)를 사용하였으며, 함량을 하기 표 2와 같이 변화하여 조성물을 제조하였으며, 동일한 방법으로 물성을 측정하였다.
[실시예 3]
선형 중밀도 폴리에틸렌(A2)은 멜트인덱스 1.4g/10분(190℃, 5Kg 하중조건), DSC상 엔탈피가 190 joule/g 이며, 분자량 분포가 19인 공단량체로서 탄소원자수가 8개인 알파올레핀을 함유한 수지를 사용하였으며, 함량을 하기 표 1과 같이 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 제조하였으며, 동일한 방법으로 물성을 측정하였다.
[실시예 4]
고밀도 폴리에틸렌 수지(B2)는 멜트인덱스 0.3g/10분(190℃, 5Kg 하중조건), DSC상 엔탈피가 200 joule/g이며 , 분자량 분포가 5인 고밀도 폴리에틸렌 수지를 사용하였으며, 함량을 하기 표 1과 같이 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 제조하였으며, 동일한 방법으로 물성을 측정하였다.
[실시예 5]
상기 실시예 1에서 수지로 선형중밀도 폴리에틸렌 수지(A1)를 단독으로 사용한 것을 제외하고는 동일하게 제조하였으며, 물성을 측정하였다.
[실시예 6]
상기 실시예 5에서 카본블랙을 사용하지 않은 것을 제외하고는 동일하게 제조하였으며, 각각의 물성을 측정하였다.
[표 2]
Figure 112009017807264-PAT00002
[비교예 1]
현재 22.9 KV 가공선에(Overhead cable) 사용되고 있으며, 특히 내 트래킹성이 개선되어 한전규격 (ES-6145-0021 : ACSR/AW-TR/OC) 을 만족하는 제품의 절연층에 사용되는 가교도 80%의 가교 폴리에틸렌수지를(퍼록사이드 가교 타입) 사용하였다.
[비교예 2]
실시예1에서 사용한 선형중밀도 폴리에틸렌 수지(A1) 및 고밀도 폴리에틸렌 수지(B1)를 사용하여, 하기 표 3과 같이 함량을 달리하여 제조한 후, 실시예1과 같은 방법으로 각 항목을 측정하였다.
[비교예 3]
멜트인덱스 1.8g/10분 (190℃, 5Kg 하중조건), DSC상 엔탈피가 120 joule/g 이며, 분자량 분포가 3.5인 공단량체로서 탄소원자수가 8개인 알파올레핀을 함유한 선형중밀도 폴리에틸렌 수지(a1)를 사용하였으며, 하기 표 3과 같은 함량으로 사용한 것을 제외하고는 실시예1과 같은 방법으로 제조하여, 각 항목을 측정하였다.
[비교예 4]
실시예1에서 사용한 선형중밀도 폴리에틸렌 수지(A1)를 사용하였고, 멜트인덱스 0.2g/10분(190℃, 5Kg 하중조건), DSC상 엔탈피가 260 joule/g이며, 분자량 분포가 3인 고밀도 폴리에틸렌 수지를(b1) 사용하여 실시예1과 같은 방법으로 제조하여, 각 시험항목을 측정하였다.
[비교예 5]
멜트인덱스 0.8g/10분 (190℃, 5Kg 하중조건), DSC상 엔탈피가 205 joule/g 이며, 분자량 분포가 3.0인 선형중밀도 폴리에틸렌 수지(a2)를 사용하여 실시예1과 같은 방법으로 제조하여, 각 시험항목을 측정하였다.
[비교예 6]
멜트인덱스 3.0g/10분(190℃, 5Kg 하중조건), DSC상 엔탈피가 150 joule/g이며 분자량 분포가 3.7인 선형중밀도 폴리에틸렌 수지(a3)를 사용하여 실시예1과 같 은 방법으로 제조하여, 각 시험항목을 측정하였다.
[비교예 7]
실시예1에서 사용한 선형중밀도 폴리에틸렌 수지(A1)를 사용하였고, 멜트인덱스 0.3g/10분(190℃, 5Kg 하중조건), DSC상 엔탈피가 180 joule/g이며 분자량 분포가 4인 고밀도 폴리에틸렌 수지를(b2) 사용하여, 실시예1과 같은 방법으로 각 시험항목을 측정하였다.
[비교예 8]
실시예1에서 사용한 선형중밀도 폴리에틸렌 수지(A1)를 사용하였고, 멜트인덱스 0.1g/10분(190℃, 5Kg 하중조건), DSC상 엔탈피가 210 joule/g이며 분자량 분포가 2.1인 고밀도 폴리에틸렌 수지를(b3) 사용하여, 실시예1과 같은 방법으로 제조하여, 각 시험항목을 측정하였다.
[표 3]
Figure 112009017807264-PAT00003
[표 4]
Figure 112009017807264-PAT00004
[표 5]
Figure 112009017807264-PAT00005
[표 6]
Figure 112009017807264-PAT00006
[표 7]
Figure 112009017807264-PAT00007
상기 표 5~ 7에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 따른 조성물을 사용하는 경우는 비 가교 타입의 폴리에틸렌수지를 사용하면서도 종래 가교 폴리에틸렌을 사용하는 것과 동등 이상의 물성을 나타내는 것을 알 수 있었다. 특히, 종래 가교 폴리에틸렌 조성을 사용한 비교예 1과 비교하여 절연특성, 방전특성 및 내열성이 보다 우수한 것을 알 수 있었다. 또한 본 발명에 따른 조성물을 사용하는 경우 내후성이 우수한 것을 알 수 있었다.

Claims (8)

  1. 공단량체로서 탄소원자수가 4개 이상인 알파올레핀을 포함하며, 멜트인덱스 0.6~2.2g/10분(190℃, 5Kg 하중조건), DSC상 엔탈피가 130~190 joule/g이며, 분자량 분포가 2~30인 선형중밀도 폴리에틸렌 수지를 포함하는 폴리머 100 중량부에 대하여, 난연제, 산화안정제, UV안정제, 내열성향상제 및 가공조제에서 선택되는 어느 하나 이상의 첨가제 0.1 ~ 10 중량부를 포함하는 전력케이블용 비가교 폴리에틸렌 조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 조성물은 폴리머 100 중량부 중, 멜트인덱스 0.1~0.35g/10분 (190℃, 5Kg 하중조건), DSC상 엔탈피가 190~250 joule/g, 분자량 분포가 3~30인 고밀도 폴리에틸렌 수지를 5 ~ 40 중량% 포함하는 전력케이블용 비가교 폴리에틸렌 조성물.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 조성물은 폴리머 100 중량부에 대하여, 카본블랙을 1 ~ 5 중량부 더 포함하는 전력케이블용 비가교 폴리에틸렌 조성물.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 탄소원자수가 4개 이상인 알파 올레핀은 부텐, 펜텐, 메틸펜텐, 헥센, 옥텐 또는 데센에서 선택되는 전력케이블용 비가교 폴리에틸렌 조성물.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 선형중밀도 폴리에틸렌 수지는 공단량체로서 탄소원자수가 4개 이상인 알파올레핀을 포함하며, 멜트인덱스 1.4~1.9/10분(190℃, 5Kg 하중조건), DSC상 엔탈피가 150~190 joule/g이며, 분자량 분포가 3.5~23인 것을 사용하는 전력케이블용 비가교 폴리에틸렌 조성물.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 고밀도 폴리에틸렌 수지는 멜트인덱스 0.2~0.3/10분 (190℃, 5Kg 하중조건), DSC상 엔탈피가 200~220 joule/g , 분자량 분포가 5~23인 것을 사용하는 전력케이블용 비가교 폴리에틸렌 조성물.
  7. 제 1항 내지 제 6항에서 선택되는 어느 한 항에 따른 비가교 폴리에틸렌 조 성물을 사용한 전력케이블.
  8. 제 1항 내지 제 6항에서 선택되는 어느 한 항에 따른 비가교 폴리에틸렌 조성물을 절연층, 반도전층 또는 시스층에 사용한 다층전력케이블.
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