전선 및 케이블의 PVC: 중요한 재료 특성

1.PVC 수지

PVC 수지는 염화비닐 단량체의 중합으로 형성된 선형 열가소성 중합체입니다. 분자 구조는 다음과 같습니다.

(1) 열가소성 폴리머로서 우수한 가소성과 유연성을 나타낸다.

(2) C-Cl 극성 결합의 존재는 수지에 강한 극성을 부여하여 비교적 높은 유전율(ε)과 유전정접(tanδ)을 제공하는 동시에 저주파에서 높은 유전 강도를 제공합니다. 이러한 극성 결합은 또한 강한 분자간 힘과 높은 기계적 강도에 기여합니다.

(3) 분자 구조 내 염소 원자는 우수한 내화학성 및 내후성과 함께 난연성을 부여합니다. 그러나 이러한 염소 원자는 결정 구조를 교란시켜 상대적으로 낮은 내열성과 내한성을 초래합니다. 이는 적절한 첨가제를 통해 개선될 수 있습니다.

2. PVC 수지의 종류

PVC의 중합 방법에는 현탁 중합, 유화 중합, 괴상 중합, 용액 중합 등이 있습니다.

현탁중합법은 현재 PVC 수지 생산에 가장 많이 사용되고 있으며, 와이어 및 케이블 분야에서도 이 방법이 사용됩니다.

현탁 중합 PVC 수지는 두 가지 구조적 형태로 분류됩니다.
루즈형 수지(XS형): 다공성 구조, 높은 가소제 흡수성, 쉬운 가소화, 편리한 가공 제어, 겔 입자가 적어 전선 및 케이블 응용 분야에 선호되는 선택입니다.
컴팩트형 수지(XJ형): 주로 기타 플라스틱 제품에 사용됨.

3. PVC의 주요 특성

(1) 전기 절연 특성: 고극성 유전체 재료인 PVC 수지는 폴리에틸렌(PE)이나 폴리프로필렌(PP)과 같은 비극성 재료에 비해 우수하지만 다소 낮은 전기 절연 특성을 보입니다. 체적 저항률은 10¹⁵ Ω·cm를 초과하며, 25°C 및 50Hz 주파수에서 유전율(ε)은 3.4~3.6의 범위를 보이며 온도와 주파수 변화에 따라 크게 달라집니다. 유전 손실(tanδ)은 0.006~0.2의 범위를 보입니다. 절연 파괴 강도는 상온 및 전원 주파수에서 높은 수준을 유지하며 극성의 영향을 받지 않습니다. 그러나 상대적으로 높은 유전 손실로 인해 PVC는 고전압 및 고주파 응용 분야에 적합하지 않으며, 일반적으로 15kV 미만의 저전압 및 중전압 케이블의 절연 재료로 사용됩니다.

(2) 노화 안정성: 분자 구조상 염소-탄소 결합으로 인해 우수한 노화 안정성을 나타내지만, PVC는 열 및 기계적 응력 하에서 가공하는 동안 염화수소를 방출하는 경향이 있습니다. 산화는 열화 또는 가교를 유발하여 변색, 취성, 기계적 특성의 심각한 저하, 그리고 전기 절연 성능 저하를 초래합니다. 따라서 노화 저항성을 향상시키기 위해 적절한 안정제를 첨가해야 합니다.

(3) 열기계적 특성: 비정질 고분자인 PVC는 서로 다른 온도에서 유리 상태, 고탄성 상태, 점성 유동 상태의 세 가지 물리적 상태로 존재합니다. 유리 전이 온도(Tg)가 약 80°C이고 유동 온도가 약 160°C인 PVC는 상온에서 유리 상태로는 전선 및 케이블 적용 요건을 충족할 수 없습니다. 적절한 내열성 및 내한성을 유지하면서 상온에서 더 높은 탄성을 얻기 위해서는 개질이 필요합니다. 가소제를 첨가하면 유리 전이 온도를 효과적으로 조절할 수 있습니다.

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