(1)가교 저연 무할로겐 폴리에틸렌(XLPE) 단열재:
XLPE 절연재는 폴리에틸렌(PE)과 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA)를 기본 매트릭스로 하고 할로겐 프리 난연제, 윤활제, 산화 방지제 등의 다양한 첨가제를 혼합 및 펠릿화 공정을 통해 제조됩니다. 방사선 조사 공정을 거치면 PE는 선형 분자 구조에서 3차원 구조로 변형되며, 열가소성 재료에서 불용성 열경화성 플라스틱으로 바뀝니다.
XLPE 절연 케이블은 일반 열가소성 PE에 비해 여러 가지 장점이 있습니다.
1. 열 변형 저항성 향상, 고온에서의 기계적 특성 강화, 환경 응력 균열 및 열 노화 저항성 향상.
2. 화학적 안정성 및 내용매성이 향상되었고, 저온 유동성이 감소되었으며, 전기적 특성이 유지되었습니다. 장기 작동 온도는 125°C~150°C에 달할 수 있습니다. 가교 처리 후, PE의 단락 온도는 250°C까지 높아져 동일한 두께의 케이블에서 훨씬 더 높은 전류 전달 용량을 확보할 수 있습니다.
3. XLPE 절연 케이블은 또한 우수한 기계적 특성, 방수성 및 방사선 저항성을 나타내므로 가전제품 내부 배선, 모터 리드선, 조명 리드선, 자동차 저전압 신호 제어선, 기관차 전선, 지하철 케이블, 친환경 광산 케이블, 선박 케이블, 원자력 발전소용 1E 등급 케이블, 수중 펌프 케이블 및 전력 전송 케이블과 같은 다양한 용도에 적합합니다.
현재 XLPE 절연 재료 개발 방향에는 방사선 가교 PE 전력 케이블 절연 재료, 방사선 가교 PE 가공 절연 재료 및 방사선 가교 난연 폴리올레핀 피복 재료가 포함됩니다.
(2)가교 폴리프로필렌(XL-PP) 절연 재료:
폴리프로필렌(PP)은 일반적인 플라스틱으로서 가벼운 무게, 풍부한 원료, 경제성, 우수한 내화학성, 성형 용이성 및 재활용성 등의 특성을 가지고 있습니다. 그러나 낮은 강도, 열 저항성 부족, 심한 수축 변형, 낮은 크리프 저항성, 저온 취성, 열 및 산소 노화 저항성 부족과 같은 한계점도 존재합니다. 이러한 한계점들로 인해 케이블 분야에서의 사용이 제한되어 왔습니다. 연구자들은 폴리프로필렌 소재의 성능 향상을 위해 다양한 개량 연구를 진행해 왔으며, 방사선 가교 개질 폴리프로필렌(XL-PP)은 이러한 한계점들을 효과적으로 극복했습니다.
XL-PP 절연 전선은 UL VW-1 난연 시험 및 UL 인증 150°C 전선 표준을 충족할 수 있습니다. 실제 케이블 응용 분야에서는 EVA를 PE, PVC, PP 및 기타 재료와 혼합하여 케이블 절연층의 성능을 조절하는 경우가 많습니다.
방사선 가교 PP의 단점 중 하나는 분해 반응을 통한 불포화 말단기 형성 반응과 활성화된 분자 및 큰 분자 자유 라디칼 간의 가교 반응 사이의 경쟁적 반응이 일어난다는 점입니다. 연구에 따르면 감마선 조사를 이용한 PP 방사선 가교에서 분해 반응과 가교 반응의 비율은 약 0.8입니다. PP에서 효과적인 가교 반응을 얻기 위해서는 방사선 가교 시 가교 촉진제를 첨가해야 합니다. 또한, 효과적인 가교 두께는 조사 시 전자빔의 침투 능력에 의해 제한됩니다. 방사선 조사는 가스 발생 및 발포를 유발하는데, 이는 얇은 제품의 가교에는 유리하지만 두꺼운 케이블의 사용을 제한합니다.
(3) 가교 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체(XL-EVA) 절연 재료:
케이블 안전에 대한 수요가 증가함에 따라 할로겐 프리 난연 가교 케이블 개발이 빠르게 성장하고 있습니다. 폴리에틸렌(PE)과 비교하여 분자 사슬에 아세트산 비닐 단량체를 도입한 EVA는 결정성이 낮아 유연성, 내충격성, 충전재 호환성 및 열 밀봉성이 향상되었습니다. 일반적으로 EVA 수지의 특성은 분자 사슬 내 아세트산 비닐 단량체의 함량에 따라 달라집니다. 아세트산 비닐 함량이 높을수록 투명도, 유연성 및 인성이 향상됩니다. EVA 수지는 우수한 충전재 호환성과 가교성을 가지고 있어 할로겐 프리 난연 가교 케이블에 점점 더 많이 사용되고 있습니다.
아세트산비닐 함량이 약 12%~24%인 EVA 수지는 전선 및 케이블 절연에 흔히 사용됩니다. 실제 케이블 적용에서는 케이블 절연층의 성능을 조절하기 위해 EVA를 PE, PVC, PP 등의 재료와 혼합하는 경우가 많습니다. EVA 성분은 가교 반응을 촉진하여 가교 후 케이블 성능을 향상시킬 수 있습니다.
(4) 가교 에틸렌-프로필렌-디엔 단량체(XL-EPDM) 절연 재료:
XL-EPDM은 에틸렌, 프로필렌 및 비공액 디엔 단량체로 구성된 삼원 공중합체이며, 방사선 조사를 통해 가교됩니다. XL-EPDM 케이블은 폴리올레핀 절연 케이블과 일반 고무 절연 케이블의 장점을 결합한 제품입니다.
1. 유연성, 탄력성, 고온에서의 비점착성, 장기 노화 저항성 및 혹독한 기후 조건(-60°C ~ 125°C)에 대한 저항성.
2. 오존 저항성, 자외선 저항성, 전기 절연 성능 및 화학적 부식 저항성.
3. 내유성 및 용제성은 일반적인 클로로프렌 고무 절연재와 유사합니다. 일반적인 열압착 가공 장비를 사용하여 생산할 수 있어 비용 효율적입니다.
XL-EPDM 절연 케이블은 저전압 전력 케이블, 선박 케이블, 자동차 점화 케이블, 냉동 압축기용 제어 케이블, 광산용 이동 케이블, 시추 장비 및 의료 기기를 포함하되 이에 국한되지 않는 광범위한 분야에 사용됩니다.
XL-EPDM 케이블의 주요 단점으로는 인열 저항성이 낮고 접착력 및 자체 접착력이 약하여 후속 가공에 영향을 미칠 수 있다는 점이 있습니다.
(5) 실리콘 고무 절연 재료
실리콘 고무는 유연성이 뛰어나고 오존, 코로나 방전, 난연성에 대한 저항성이 우수하여 전기 절연에 이상적인 소재입니다. 전기 산업에서 주로 전선 및 케이블에 사용됩니다. 실리콘 고무 전선 및 케이블은 특히 고온 및 극한 환경에 적합하며, 일반 케이블에 비해 수명이 훨씬 깁니다. 일반적인 적용 분야로는 고온 모터, 변압기, 발전기, 전자 및 전기 장비, 운송 차량의 점화 케이블, 해양 전력 및 제어 케이블 등이 있습니다.
현재 실리콘 고무 절연 케이블은 일반적으로 대기압 하에서 뜨거운 공기 또는 고압 증기를 이용하여 가교됩니다. 실리콘 고무 가교에 전자빔 조사를 이용하는 연구도 진행 중이지만, 케이블 산업에서 아직 널리 사용되지는 않고 있습니다. 최근 방사선 가교 기술의 발전으로 실리콘 고무 절연 재료에 대한 저비용, 고효율, 친환경적인 대안이 제시되고 있습니다. 전자빔 조사 또는 기타 방사선원을 통해 실리콘 고무 절연체의 효율적인 가교가 가능하며, 특정 용도에 맞춰 가교 깊이와 정도를 제어할 수 있습니다.
따라서, 실리콘 고무 절연 재료에 방사선 가교 기술을 적용하는 것은 전선 및 케이블 산업에서 매우 유망한 기술입니다. 이 기술은 생산 비용을 절감하고 생산 효율을 향상시키며 환경에 미치는 악영향을 줄이는 데 기여할 것으로 기대됩니다. 향후 연구 개발을 통해 실리콘 고무 절연 재료에 방사선 가교 기술을 더욱 발전시켜 전기 산업에서 고온 고성능 전선 및 케이블 제조에 더욱 폭넓게 적용할 수 있게 될 것입니다. 이는 다양한 응용 분야에 더욱 안정적이고 내구성이 뛰어난 솔루션을 제공할 것입니다.
게시 시간: 2023년 9월 28일