KR20200060306A - 비가교 수지를 함유하는 전력 케이블의 절연층 제조용 혼합물 - Google Patents

비가교 수지를 함유하는 전력 케이블의 절연층 제조용 혼합물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전력 케이블의 절연층 제조용 혼합물에 관한 것으로서, 폴리프로필렌 수지와 에틸렌-프로필렌공중합체 수지의 혼합물을 포함하며, 끓는 크실렌 용액을 이용한 용출 시험에서 혼합물 총 중량의 60 ~ 70 중량%가 용출되는 것을 특징으로 한다.

Description

비가교 수지를 함유하는 전력 케이블의 절연층 제조용 혼합물{Mixture with non-crosslinking resin for preparing insulation layer of power cable}
본 발명은 비가교 수지를 함유하는 전력 케이블의 절연층 제조용 혼합물에 관한 것이다.
통상적으로 폴리에틸렌은 100 ~ 125 ℃의 녹는점을 갖고 있어서, IEC, ICEA 등의 대부분의 국제 규격에서 규정하고 있는 케이블의 연속 사용 온도 90℃를 만족할 수 없었다. 종래에는 이러한 문제점을 극복하기 위하여 다양한 방법으로 폴리에틸렌을 가교시킨 가교 폴리에틸렌을 절연층의 성분으로 사용하여 왔다.
그러나 이와 같이 가교 폴리에틸렌을 사용하게 될 경우, 가교 공정의 추가 및 이와 관련된 설비 투자에 따른 비용 증가 문제, 가교시에 발생하는 부산물 등의 이물에 의한 케이블의 절연 성능이 저하되는 등 새로운 문제점들이 발생하게 되었다.
따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 가교되지 않은 수지로 이루어지면서도 전력 케이블의 절연층에 요구되는 여러가지 물성을 만족할 수 있는 전력 케이블의 절연층 제조용 혼합물에 관한 필요성이 절실히 대두되었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 비가교 수지를 함유하고 기계적 물성이 우수한 전력 케이블의 절연층 제조용 혼합물을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양태에 따른 전력 케이블의 절연층 제조용 혼합물은 폴리프로필렌 수지와 에틸렌-프로필렌공중합체 수지를 포함하고, 끓는 크실렌 용액을 이용한 용출 시험에서 혼합물 총 중량의 60 ~ 70 중량%가 용출되는 것을 특징으로 한다.
상기 용출 시험은 끓는 크실렌 용액에 상기 혼합물을 6시간 동안 용출하는 것을 특징으로 한다.
상기 크실렌 용액은 138 ~ 144℃의 끓는 점을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전력 케이블의 절연층 제조용 혼합물은 종래에 절연층의 성분으로 사용하던 가교 폴리에틸렌을 사용하지 않음으로써, 가교 공정을 거침에 따른 비용 증가 문제, 가교 부산물에 의한 절연 성능 저하의 문제점들이 발생하지 않을 뿐만 아니라, 케이블에 요구되는 기계적 물성 등을 만족한다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술할 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 전형적인 구조의 케이블의 단면도를 나타낸다.
이하, 본 발명을 자세히 설명한다.
도 1에는 통상적으로 사용되는 절연 케이블의 구조가 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 상기 절연 케이블은 적어도 하나 이상의 도체(11), 내부 반도전층(12), 절연층(13), 외부 반도전층(14), 차폐층(15) 및 시스층(16)이 차례로 배치된 구조를 갖는다.
종래에는 상기 절연층(13)의 재료로서 주로 가교 폴리에틸렌을 사용하였다.그러나, 본 발명은 상기 적어도 하나 이상의 도체를 감싸는 절연층(13)이 폴리프로필렌 수지와 에틸렌-프로필렌공중합체 수지의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 상기 혼합물은 녹는점이 155~165℃인 폴리프로필렌 수지 30~40중량%와 녹는점이 100~140℃인 에틸렌-프로필렌공중합체 수지 60~70중량%를 포함한다.
이렇게 절연층의 재료로서 비가교 수지인 폴리프로필렌 수지와 에틸렌-프로필렌공중합체 수지의 혼합물을 사용하게 되면, 별도로 가교 공정을 거치지 않고서도 높은 내열성을 가질 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 상기 폴리프로필렌 수지와 에틸렌-프로필렌공중합체 수지의 혼합물은 끓는 크실렌 용액을 이용한 용출 시험에서 혼합물 총 중량의 60 ~ 70 중량%가 용출되는 특성을 가진다.
상기 용출 시험은 끓는 크실렌 용액에 폴리프로필렌 수지와 에틸렌-프로필렌공중합체 수지의 혼합물을 약 6 시간 동안 용출하는 것으로서, 상기 혼합물 총 중량의 60 ~ 70 중량%가 용출된다. 상기 용출 시험에서 크실렌의 끓는점보다 낮은 녹는점을 가진 수지가 용출되며, 용출되는 수지는 낮은 입체규칙도(isotacticity)를 갖는다. 즉, 용출된 수지의 중량%가 높을수록 상기 폴리프로필렌 수지와 에틸렌-프로필렌공중합체 수지의 혼합물에 낮은 입체규칙도를 갖는 수지가 많이 포함되어 있다는 것을 의미한다. 이와 같이 낮은 입체규칙도를 갖는 수지가 많이 포함된 폴리프로필렌 수지와 에틸렌-프로필렌공중합체 수지의 혼합물은 케이블의 압출 공정에 포함된 냉각 공정에서 느린 결정화 속도를 갖기 때문에 양호한 신장율을 발휘할 수 있다.
이렇게, 끓는 크실렌 용액에서 폴리프로필렌 수지와 에틸렌-프로필렌공중합체 수지의 혼합물 총 중량의 60 ~ 70 중량%가 용출될 때 케이블에서 요구하는 신장율을 만족할 수 있다. 상기 용출된 수지의 중량%가 60 중량% 미만일 경우에는 케이블의 압출 공정에 포함된 냉각 공정에서 빠른 결정화 속도를 갖기 때문에 신장율 저하를 야기하며, 상기 용출된 수지의 중량%가 70중량%를 초과할 경우에는 가열 노화시험에서 요구되는 기계적 물성을 만족하기가 어렵다.
상기 크실렌의 끓는점은 138 내지 144℃이다. 이러한 크실렌으로서 오르토(ortho)-크실렌, 메타(meta)-크실렌, 파라(para)-크실렌 또는 이들을 2종 이상 혼합한 혼합물을 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 상기 혼합물은 녹는점이 155~165℃인 폴리프로필렌 수지 30~40중량%와 녹는점이 100~140℃인 에틸렌-프로필렌공중합체 수지 60~70중량%를 양축 압출기를 이용하여 용융상태에서 기계적으로 혼합하는 것에 의해 제조된다. 또한, 다른 방법으로, 본 발명에 따른 상기 혼합물은 상기 폴리프로필렌 수지와 상기 에틸렌-프로필렌의 순차적인 중합반응을 통해서도 제조될 수 있다.
이하 실시예를 들어 본 발명을 더 구체적으로 설명한다. 본 발명이 속하는 분야의 평균적 기술자는 아래 실시예에 기재된 실시 태양 외에 여러 가지 다른 형태로 본 발명을 변경할 수 있으며, 이하 실시예는 본 발명을 예시할 따름이지 본 발명의 기술적 사상의 범위를 아래 실시예 범위로 한정하기 위한 의도라고 해석해서는 아니된다.
<실시예 1>
녹는점이 165℃인 폴리프로필렌 수지(SK종합화학, H920Y) 35중량%와 녹는점이 107℃인 에틸렌-프로필렌공중합체 수지(DOW, DP2000.01) 65중량%를 양축압출기를 이용하여 용융한 상태에서 혼합하여 실시예 1의 혼합물을 제조한다. 이때, 이렇게 제조된 혼합물을 끓는 크실렌 용액에 약 6 시간 동안 용출할 경우 하기 표 1과 같은 양으로 용출된다.
<실시예 2>
프로필렌의 중합 반응과 에틸렌-프로필렌의 공중합 반응을 순차적으로 일으켜 녹는점이 162℃인 폴리프로필렌 수지와 녹는점이 117℃인 에틸렌-프로필렌공중합체의 혼합물(Basell, Q200F)을 제조하였다. 이때, 순차적인 공중합반응에 의해 폴리프로필렌 수지는 31중량%, 에틸렌-프로필렌 공중합체는 69중량%가 생성된다.
<비교예 1>
녹는점이 165℃인 폴리프로필렌 수지(SK종합화학, H920Y) 45중량%와 녹는점이 107℃인 에틸렌-프로필렌공중합체 수지(DOW, DP2000.01) 55중량%를 양축압출기를 이용하여 용융한 상태에서 혼합하여 비교예 1의 혼합물을 제조한다. 이때, 이렇게 제조된 혼합물을 끓는 크실렌 용액에 약 6 시간 동안 용출할 경우 하기 표 1과 같은 양으로 용출된다.
<비교예 2>
녹는점이 165℃인 폴리프로필렌 수지(SK종합화학, H920Y) 25중량%와 녹는점이 107℃인 에틸렌-프로필렌공중합체 수지(DOW, DP2000.01) 75중량%를 양축압출기를 이용하여 용융한 상태에서 혼합하여 비교예 2의 혼합물을 제조한다. 이때, 이렇게 제조된 혼합물을 끓는 크실렌 용액에 약 6 시간 동안 용출할 경우 하기 표 1과 같은 양으로 용출된다.
실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2
끓는 크실렌 용액에서 용출된 양(중량%) 62 68 57 72
물성 측정 및 평가
상기 실시예 1, 실시예 2, 비교예 1 및 비교예 2의 혼합물로 이루어진 절연층을 포함하는 케이블을 각각 제조한다. 이 케이블은 전형적으로 도 1과 같은 구조를 갖는다. 상기 제조된 케이블들에 대해 상온에서의 기계적 물성(인장 강도, 인장 신율), 가열후 기계적 물성(인장 강도, 신장 잔율) 및 압출기 수지 압력을 측정한 결과를 아래 표 2에 정리하였고, 간략한 실험 조건은 다음과 같다.
㉠ 상온 기계적 물성
케이블은 IEC 60811-1-1에 준하여 인장속도 250 mm/분으로 측정하였을 때 인장강도는 1.27 kgf/mm2 이상, 인장 신율은 200% 이상이어야 한다.
㉡ 가열 후 기계적 물성
케이블을 150 ℃에서 168 시간 동안 가열 노화한 후 기계적 물성을 측정하였다. 이때, 인장강도 잔율과 신장 잔율은 최소 75% 이상이어야 한다.
실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2
상온 인장강도(kgf/mm2) 2.2 2.0 1.9 1.7
상온 인장 신율(%) 580 640 105 510
가열 후 인장강도 잔율(%) 85 84 120 용융
가열 후 신장 잔율(%) 90 85 400 용융
상기 표 2에 정리한 바와 같이, 비교예 1의 경우 입체규칙도가 높은(끓는 크실렌 용액에서 용출되는 수지의 양이 폴리프로필렌 수지와 에틸렌-프로필렌공중합체 수지의 혼합물의 57중량%) 폴리프로필렌 수지와 에틸렌-프로필렌공중합체 수지의 혼합물을 사용함에 따라 상온에서의 인장 신율이 좋지 않았다.비교예 2의 경우 입체규칙도가 낮은(끓는 크실렌 용액에서 용출되는 수지의 양이 폴리프로필렌 수지와 에틸렌-프로필렌공중합체 수지의 혼합물의 72중량%) 폴리프로필렌 수지와 에틸렌-프로필렌공중합체 수지의 혼합물을 사용함에 따라 가열 후 기계적 물성(인장강도 잔율, 신장 잔율)이 좋지 않았다.
반면, 본 발명의 실시예 1 및 2의 경우 상온에서의 기계적 물성(상온 인장강도 및 상온 인장 신율) 뿐만 아니라, 가열 후 기계적 물성(인장강도 잔율 및 신장 잔율)에서도 우수한 결과를 나타냈다. 이러한 결과는 최적의 입체규칙도를 갖는 폴리프로필렌 수지와 에틸렌-프로필렌공중합체 수지의 혼합물을 사용한 것에 기인한다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다. 또한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
11 : 도체
12 : 내부 반도전층
13 : 절연층
14 : 외부 반도전층
15 : 차폐층
16 : 시스층

Claims (3)

  1. 전력 케이블의 절연층 제조용 혼합물로서,
    상기 혼합물은 폴리프로필렌 수지와 에틸렌-프로필렌공중합체 수지를 포함하고,
    상기 혼합물은 끓는 크실렌 용액을 이용한 용출 시험에서 혼합물 총 중량의 60 ~ 70 중량%가 용출되는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블의 절연층 제조용 혼합물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 용출 시험은 끓는 크실렌 용액에 상기 혼합물을 6시간 동안 용출하는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블의 절연층 제조용 혼합물.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 크실렌 용액은 138 ~ 144℃의 끓는 점을 갖는 것을 특징으로 하는, 전력 케이블의 절연층 제조용 혼합물.
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