KR20110127466A

KR20110127466A - 내열성이 우수한 절연전선

Info

Publication number: KR20110127466A
Application number: KR1020100046966A
Authority: KR
Inventors: 서동진; 이준희; 공창권; 박재완; 김지성; 조호숙; 박선주; 박재민
Original assignee: 엘에스전선 주식회사
Priority date: 2010-05-19
Filing date: 2010-05-19
Publication date: 2011-11-25
Also published as: KR101681328B1

Abstract

본 발명의 절연전선은 도체선; 및 상기 도체선 외부에 형성된 적어도 2층의 절연 피복층을 구비하고, 상기 절연 피복층의 최외층인 폴리아미드 이미드 수지층; 및 상기 최외층과 접촉하는 하층인 폴리-p-페닐렌벤조비스티아졸 수지층을 구비한다.
이러한 절연전선은 기존의 용접을 위하여 사용되는 절연전선용 피막인, 내열성이 낮은 폴리에스터이미드, 장기보관성이 취약한 폴리이미드의 단점을 보완하여 내열성이 높고 장기 보관성이 용이한 절연도료를 사용하여, 용접을 행하여도 절연전선의 피막손상이 일어나지 않는다.

Description

내열성이 우수한 절연전선{Insulated Wire With High Heat Resistance}

본 발명은 내열성이 우수한 권선용 절연전선에 대한 것이다.

최근 전기 또는 전자 장치의 크기 축소와 중량 감소 경향이 증가함에 따라, 고성능의 더욱 작고 가벼운 모터가 요구되어 왔다. 이러한 요구조건을 만족시키기 위해서 모터 코어에 감는 절연전선의 점적율을 증대시킬 필요가 있다. 절연전선의 점적율을 증대시키기 위해서 기존 환형의 절연전선 권취 시 발생하는 절연전선간의 공극을 제거할 수 있는 평각 절연전선의 사용이 증가되고 있다. 평각 절연전선으로 모터 제조 시 절연전선의 점적율이 증대되어 고집적, 고출력, 고효율을 발휘할 수 있다. 또한, 평각 절연전선은 정렬 권취가 가능하기 때문에 소음이 감소되는 효과도 얻을 수 있다. 종래의 평각 절연전선은 동, 동합금, 알루미늄 등의 평각선 외주에 폴리우레탄 절연도료, 폴리에스테르 절연도료, 폴리에스테르이미드 절연도료 등이 여러 차례 도포하고 경화하여 제조한다. 또는 환선을 압연하여 평각선을 제조한 후 외측에 일정한 규칙에 따라 절연도료를 도포하고 경화하여 평각 절연전선을 제조한다. 환선을 도포 및 경화하고 이를 압연하여 평각 절연전선으로 변형하는 방법도 있다.

고성능 모터나 알터네이터 등이 소형화 되면서 코일과 코어와의 빈틈이 없게 되고 자장 손실이 적어져서 그 결과 성능 향상 및 소형화가 가능하게 된다. 이 경우 전선을 직접 긴 대로 감아 돌리는 것이 곤란하기 때문에 짧은 도체를 그 코일의 부분 형상에 형성한 뒤 도체 사이를 용접하고 전체의 회로를 형성하는 수법이 행해지게 되었다. 이러한 코일을 형성하기 위해서는 도체사이의 접속이 필요하다. 일반적으로 도체를 접속하기 위하여 용접이 행해지던 부분에 휴징이나 TIG용접 등의 전기용접을 하게 되어, 이때 사용되는 폴리에스터 등의 피복재료의 손상(부분손상, 발포)을 가져오게 된다. 이를 피하기 위하여 폴리에스터 이미드, 폴리이미드 등의 피복재료를 절연층의 한부분에 사용하여 피막손상을 방지하고 있다. 이러한 피복재료로는 폴리에스터. 폴리에스터이미드, 폴리아미드이미드 및 폴리이미드 등이 사용되어 왔다.

그러나, 기존에 용접성이 가능하도록 사용되고 있는 폴리에스터와 폴리에스터 이미드 절연도료의 경우 내열성(180 grade)이 다소 낮고, 특히 폴리에스터 이미드는 폴리아믹산을 경화하여 폴리이미드화하는 폴리이미드 절연도료의 경우에는 폴리아믹산의 짧은 보관기간으로 인하여 보관성이 떨어지는 단점을 가지고 있다.

따라서, 본 발명에서는 용접시 피막손상을 피하기 위하여 내열성이 높으면서 보관성이 용이한 절연재료를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명의 절연전선은 도체선; 및 상기 도체선 외부에 형성된 적어도 2층의 절연 피복층을 구비하고, 상기 절연 피복층의 최외층인 폴리아미드 이미드 수지층; 및 상기 최외층과 접촉하는 하층인 폴리-p-페닐렌벤조비스티아졸 수지층을 구비한다.

또한, 본 발명의 절연전선은 적어도 3층의 절연 피복층을 구비하고, 상기 절연 피복층의 최하층은 폴리아미드 이미드 수지층일 수 있다.

이러한 도체선은 산소함량이 30ppm 이하의 저산소동 또는 무산소동으로 이루어진 것을 사용할 수 있다.

본 발명의 절연전선은 상기 절연 피복층의 폴리-p-페닐렌벤조비스티아졸 수지층의 피막두께가 전체 절연전선의 피막두께의 20 ~ 40%인 것이 바람직하다.

본 발명의 절연전선은 기존의 용접을 위하여 사용되는 절연전선용 피막인, 내열성이 낮은 폴리에스터이미드, 장기보관성이 취약한 폴리이미드의 단점을 보완하여 내열성이 높고 장기 보관성이 용이한 절연도료를 사용하여, 용접을 행하여도 절연전선의 피막손상이 일어나지 않는다.

이하, 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

폴리-p-페닐렌벤조비스티아졸(poly(p-phenylenebenzobisthiazole, PBZT)은 헤테로환 수지의 일종으로, 사다리형태의 늘어나기 어려운 구조로 트랜스형 및 시스형이 모두 가능하고, 내열성이 뛰어나고 우수한 기계적 특성을 가진다. 본 발명의 절연전선은 폴리-p-페닐렌벤조비스티아졸 수지로 이루어진 절연 피복층을 구비하여, 폴리에스터이미드 수지를 사용한 절연전선 보다 내열성이 우수하고, 폴리아믹산을 경화하여 형성되는 폴리이미드 수지를 사용하는 경우의 보관의 용이하지 문제점이 발생하지 않는다.

폴리아미드이미드 수지는 성형가공성이 좋지 않은 폴리아미드계의 수지를 개선한 것으로, 260℃까지의 내열성을 가지고 있어 사출성형도 가능하며, 높은 인장강도와 충격강도를 갖고 있다. 따라서, 내열성이 필요한 절연전선에 적합하다.

이러한 도체선은 특별이 그 종류를 한정하기는 않지만, 산소함량이 30ppm 이하의 저산소동 또는 무산소동으로 이루어진 것을 사용할 수 있다.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.

실시예

제조예. 폴리-p-페닐렌벤조비스티아졸(PBZT)의 제조

PBZT는 피리딘 디카르복시산(pyridine dicarboxylic acid) 0.075mol과 테트라아미노바이페닐(tetraaminobiphenyl) 0.075mol 및 폴리인산(polyphosphoric acid) 적당량 사용하여, 3구 플라스크에서 190℃ 온도항에서 18시간 동안 반응 시켰다. 얻어진 반응물을 수산화암모늄(ammonia hydroxide)을 사용하여 세척하였다. 이후에, 100℃ 진공오븐(vaccum oven)을 사용하여 24시간 동안 건조하여 PBZT 고형물을 얻었다.

실시예 1

Φ1.0 mm의 무산소동 환선에 최하층으로부터 폴리아미드이미드(HI 406), PBZT 및 폴리아미드이미드수지(HI 406)의 순서로 피막을 형성하였고, 전체 피막두께는 45 ㎛이었다. PBZT 바니시는 제조된 PBZT 고형물을 DMAC 용매를 사용하여 점도 5 ~ 15 poise 고형분을 1 ~ 30%의 농도가 되도록 희석하여 사용하였다. 각 층의 피막두께는 하기 표 1과 같이 하였다. 코팅다이스를 사용하여 12번에 걸처서 복수 코팅하였고, 코팅은 길이 10m 소부로를 사용하여 선속 25mpm으로 수행하였다.

실시예 2-3

상기 실시예 1과 동일하게 제조하고, 각 피막두께는 하기 표 1과 같이 수행하였다.

비교예 1

Φ1.0 mm의 무산소동 환선에 최하층과 상층을 폴리아미드이미드(HI 406)로 피막을 형성하였고, 전체의 피막두께는 50 ㎛이었다. 각 층의 피막두께는 하기 표 1과 같이 하였다. 코팅다이스를 사용하여 12번에 걸처서 복수 코팅하였고, 코팅은 길이 10m 소부로를 사용하여 선속 20mpm으로 수행하였다.

비교예 2

Φ1.0 mm의 무산소동 환선에 최하층과 상층을 H종 폴리에스터로 피막을 형성하였고, 전체의 피막두께는 50 ㎛이었다. 각 층의 피막두께는 하기 표 1과 같이 하였다. 코팅다이스를 사용하여 12번에 걸처서 복수 코팅하였고, 코팅은 길이 10m 소부로를 사용하여 선속 20mpm으로 수행하였다.

실시예 4

Φ1.6 mm의 무산소동 환선에 최하층으로 폴리아미드이미드(HI 406), PBZT, 폴리아미드이미드수지(HI 406)의 순서로 피막을 형성하였고, 전체의 피막 두께를 45 ㎛로 피막을 형성하였다. 각 층의 피막두께는 하기 표 1과 같이 하였다. 코팅다이스를 사용하여 12번에 걸쳐서 복수 코팅하였고, 코팅은 길이 10m 소부로를 사용하여 선속 10mpm으로 수행하였다.

실시예 5

사이즈가 2.0 x 3.0 mm, edge R 0.8 mm인 평각 무산소동에 최하층으로 폴리아미드이미드(HI 406), PBZT 및 폴리아미드이미드수지(HI 406)의 순서로 피막을 형성하였고, 전체의 피막두께를 45 ㎛로 피막을 형성하였다. 각 층의 피막두께는 하기 표 1과 같이 하였다. 코팅다이스를 사용하여 12번에 걸쳐서 복수 코팅하였고, 코팅은 길이 10m 소부로를 사용하여 선속 7mpm으로 수행하였다.

비교예 3

사이즈가 2.0 x 3.0 mm, edge R 0.8 mm인 평각 무산소동에 폴리아미드이미드(HI 406)로 피막을 형성하였고, 전체의 피막두께는 50 ㎛이었다. 각 층의 피막 두께는 하기 표 1과 같이 하였다. 팅다이스를 사용하여 12번에 걸쳐서 코팅하였고, 코팅은 길이 10m 소부로를 사용하여 선속 7mpm으로 수행하였다.

시험예. 물성평가

굴곡성 시험

상기 실시예 1-5 및 비교예 1-3에서 제조된 절연전선을 Φ2.5 mm이고 180도가 되도록 꺽어서 굴곡성을 평가하여 하기 표 2에 나타내었다.

시험결과 굴곡성은 비교예 2 외에는 모두 양호하였다. 비교예 2의 경우는 H종 폴리에스터가 굴곡 특성이 좋지 못하기 때문이다. 실시예의 경우에는 PBZT가 굴곡성이 좋지 못하지만 유연성이 좋은 PAI와 같이 사용하였기 때문에 PBZT의 좋지 못한 유연선을 PAI가 상쇄시켜 굴곡특성이 양호하다. 이러한 굴곡특성은 밀착특성과 유연성이 관계가 깊다.

순간 내열성(휴징)

상기 실시예 1-5 및 비교예 1-3에서 제조된 절연전선을 직교하여 교차하고 교추부분의 상하를 전극으로 끼우고, 200A(0.5s)의 전류 조건에서 용접을 실시한 후에 절연층의 손상을 조사하여 하기 표 2에 나타내었다. 양호는 보이드나 피막이 타지 않는 것을 의미한다.

순간 내열성(TIG)

상기 실시예 1-5 및 비교예 1-3에서 제조된 절연전선 2개의 단말을 5mm만 피복을 탈피하고, 각각을 평행하게 접촉하고, 50A(0.5s)의 전류 조건에서 Tig 용접을 실시한 후에 용접부분의 피막 거침을 조사하여 하기 표 2에 나타내었다. 양호는 피막부풀음이 1mm 이하나 절연층 피막 손상이 없는 것을 의미한다.

역내전압(Breakdown Voltage, BDV); 상온

상온에서 상기 실시예 1-5 및 비교예 1-3에서 제조된 절연전선의 역내전압을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.

역내전압(Breakdown Voltage, BDV); 230 ℃, 5일

상기 실시예 1-5 및 비교예 1-3에서 제조된 절연전선을 230 ℃에서 5일간 에이징한 후에 역내전압을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.

상온에서의 역내전압 평가는 상온에서의 절연능력을 확인하는 방법이고, 고온에서의 역내전압 평가의 경우는 고온에서 절연능력을 확인 하기 위함이다. 내열성이 낮은 경우에는 고온에서 절연층의 변형이 수반되기 때문에 고온에서 역내전압이 낮게 평가된다. 실시예의 역내전압의 평가결과는 내열성이 우수한 폴리벤즈이미다졸을 사용함으로써 고온 5일동안 에이징한 후 평가결과 높은 값을 갖고, 반면에 비교예 2의 경우 H종 폴리에스터 단일코팅이나 H종 폴리에스터가 포함된 제품의 경우 낮은 값을 보인다.

다만, 비교예 1 및 3의 경우에 고온에서의 역내전압 값이 높게 나타나는 것은 PAI 층이 고온에서의 절연능력을 확보해 줌으로써 비슷한 성능을 발휘하는 것이기 때문이다. 그러나 다른 특성에서 좋지 못한 결과가 나오기 때문에 용접성이 가능한 제품으로는 활용하기 어렵다.

Claims

도체선; 및 상기 도체선 외부에 형성된 적어도 2층의 절연 피복층을 구비하는 절연전선에 있어서,
상기 절연 피복층의 최외층인 폴리아미드 이미드 수지층; 및 상기 최외층과 접촉하는 하층인 폴리-p-페닐렌벤조비스티아졸 수지층을 구비하는 것을 특징으로 하는 절연 전선.
제 1항에 있어서,
상기 절연전선은 적어도 3층의 절연 피복층을 구비하고, 상기 절연 피복층의 최하층은 폴리아미드 이미드 수지층인 것을 특징으로 하는 절연 전선.
제 1항에 있어서,
상기 도체선은 산소함량이 30ppm 이하의 저산소동 또는 무산소동으로 이루어진 것을 특징으로 하는 절연 전선.
제 1항에 있어서,
상기 절연 피복층의 폴리-p-페닐렌벤조비스티아졸 수지층의 피막두께가 전체 절연전선의 피막두께의 10 ~ 40%인 것을 특징으로 하는 절연 전선.