(1)가교결합 저연성 무할로겐 폴리에틸렌(XLPE) 단열재:
XLPE 단열재는 폴리에틸렌(PE)과 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA)를 기본 매트릭스로 하고, 할로겐 프리 난연제, 윤활제, 산화방지제 등 다양한 첨가제를 배합 및 펠렛화 공정을 통해 제조합니다. 방사선 조사 후, PE는 선형 분자 구조에서 3차원 구조로 변형되어 열가소성 물질에서 불용성 열경화성 플라스틱으로 변합니다.
XLPE 절연 케이블은 일반 열가소성 PE에 비해 여러 가지 장점이 있습니다.
1. 열 변형에 대한 저항성이 향상되고, 고온에서의 기계적 성질이 강화되며, 환경 응력 균열 및 열 노화에 대한 저항성이 향상됩니다.
2. 화학적 안정성 및 내용제성이 향상되고, 저온 유동이 감소하며, 전기적 특성이 유지됩니다. 장기 작동 온도는 125°C에서 150°C까지 도달할 수 있습니다. 가교 처리 후 PE의 단락 온도를 250°C까지 높일 수 있어 동일한 두께의 케이블에서 전류 전달 용량을 크게 높일 수 있습니다.
3. XLPE 절연 케이블은 기계적, 방수성, 방사선 저항성이 뛰어나 전기 제품의 내부 배선, 모터 리드, 조명 리드, 자동차 저전압 신호 제어선, 기관차 전선, 지하철 케이블, 친환경 광산 케이블, 선박 케이블, 원자력 발전소용 1E 등급 케이블, 잠수 펌프 케이블, 송전 케이블 등 다양한 용도에 적합합니다.
XLPE 절연재 개발의 현재 방향으로는 방사선 가교 PE 전력 케이블 절연재, 방사선 가교 PE 공중 절연재, 방사선 가교 난연성 폴리올레핀 덮개재 등이 있습니다.
(2)가교 폴리프로필렌(XL-PP) 단열재:
폴리프로필렌(PP)은 일반적인 플라스틱으로 가볍고, 원료 자원이 풍부하며, 경제성이 뛰어나고, 내화학성이 우수하며, 성형이 쉽고, 재활용성이 우수합니다. 그러나 강도가 낮고, 내열성이 낮으며, 수축 변형이 심하고, 크리프 저항성이 낮으며, 저온 취성이 강하고, 내열성 및 산소 노화 저항성이 낮다는 한계가 있습니다. 이러한 한계로 인해 케이블 분야에서의 사용이 제한되었습니다. 연구자들은 폴리프로필렌 소재의 전반적인 성능을 개선하기 위해 다양한 개질 연구를 진행해 왔으며, 방사선 가교 변성 폴리프로필렌(XL-PP)은 이러한 한계를 효과적으로 극복했습니다.
XL-PP 절연 전선은 UL VW-1 난연 시험 및 UL 150°C 등급 전선 기준을 충족합니다. 실제 케이블 적용 분야에서는 EVA를 PE, PVC, PP 및 기타 소재와 혼합하여 케이블 절연층의 성능을 조절하는 경우가 많습니다.
방사선 가교 PP의 단점 중 하나는 분해 반응을 통한 불포화 말단기 형성과 자극 분자와 고분자 자유 라디칼 사이의 가교 반응 사이에 경쟁적 반응이 발생한다는 것입니다. 연구에 따르면 감마선 조사를 사용할 경우 PP 방사선 가교에서 분해 반응과 가교 반응의 비율은 약 0.8입니다. PP에서 효과적인 가교 반응을 얻으려면 방사선 가교를 위한 가교 촉진제를 첨가해야 합니다. 또한, 효과적인 가교 두께는 조사 중 전자빔의 투과 능력에 의해 제한됩니다. 방사선 조사는 가스와 발포를 발생시켜 얇은 제품의 가교에는 유리하지만 두꺼운 벽의 케이블 사용을 제한합니다.
(3) 가교 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체(XL-EVA) 절연 재료:
케이블 안전에 대한 수요가 증가함에 따라 할로겐 프리 난연 가교 케이블 개발이 급속도로 진행되고 있습니다. 분자 사슬에 비닐 아세테이트 단량체를 도입한 EVA는 PE에 비해 결정성이 낮아 유연성, 내충격성, 충진재 상용성, 열 밀봉성이 향상됩니다. 일반적으로 EVA 수지의 특성은 분자 사슬 내 비닐 아세테이트 단량체의 함량에 따라 달라집니다. 비닐 아세테이트 함량이 높을수록 투명성, 유연성, 인성이 향상됩니다. EVA 수지는 충진재 상용성과 가교성이 우수하여 할로겐 프리 난연 가교 케이블 분야에서 점점 더 각광받고 있습니다.
비닐 아세테이트 함량이 약 12%~24%인 EVA 수지는 전선 및 케이블 절연에 일반적으로 사용됩니다. 실제 케이블 분야에서는 EVA를 PE, PVC, PP 및 기타 소재와 혼합하여 케이블 절연층의 성능을 조절하는 경우가 많습니다. EVA 성분은 가교를 촉진하여 가교 후 케이블 성능을 향상시킬 수 있습니다.
(4) 가교 에틸렌-프로필렌-디엔 단량체(XL-EPDM) 절연 재료:
XL-EPDM은 에틸렌, 프로필렌, 그리고 비공액 디엔 단량체로 구성된 삼원공중합체로, 방사선 조사를 통해 가교결합되었습니다. XL-EPDM 케이블은 폴리올레핀 절연 케이블과 일반 고무 절연 케이블의 장점을 모두 갖추고 있습니다.
1. 유연성, 회복성, 고온에서의 비접착성, 장기 노화 저항성, 혹독한 기후(-60°C ~ 125°C)에 대한 저항성이 우수합니다.
2. 내오존성, 내자외선성, 전기절연성, 내화학성 등이 우수합니다.
3. 일반 클로로프렌 고무 단열재와 동등한 내유성 및 내용제성을 가지고 있습니다. 일반적인 열간 압출 가공 장비를 사용하여 생산할 수 있어 비용 효율적입니다.
XL-EPDM 절연 케이블은 저전압 전력 케이블, 선박 케이블, 자동차 점화 케이블, 냉장 압축기용 제어 케이블, 광산용 이동식 케이블, 시추 장비, 의료 기기를 포함하되 이에 국한되지 않는 광범위한 용도로 사용됩니다.
XL-EPDM 케이블의 주요 단점은 인열 저항성이 낮고 접착력과 자체 접착력이 약하다는 점인데, 이는 이후의 가공에 영향을 미칠 수 있습니다.
(5) 실리콘 고무 절연재
실리콘 고무는 유연성과 뛰어난 내오존성, 코로나 방전 및 난연성을 갖추고 있어 전기 절연에 이상적인 소재입니다. 전기 산업에서 실리콘 고무의 주요 용도는 전선 및 케이블입니다. 실리콘 고무 전선 및 케이블은 특히 고온 및 혹독한 환경에서 사용하기에 적합하며, 일반 케이블보다 수명이 훨씬 깁니다. 일반적으로 고온 모터, 변압기, 발전기, 전자 및 전기 장비, 운송 차량의 점화 케이블, 선박 전력 및 제어 케이블 등에 사용됩니다.
현재 실리콘 고무 절연 케이블은 일반적으로 대기압과 열풍 또는 고압 증기를 이용하여 가교됩니다. 전자빔 조사를 이용한 실리콘 고무 가교에 대한 연구도 진행 중이지만, 케이블 업계에서는 아직 널리 사용되지는 않았습니다. 최근 방사선 가교 기술의 발전으로, 방사선 가교는 실리콘 고무 절연 재료에 대한 저비용, 고효율, 친환경적 대안을 제시합니다. 전자빔 조사 또는 기타 방사선원을 통해 실리콘 고무 절연의 효율적인 가교를 달성하는 동시에 특정 적용 요건에 맞춰 가교 깊이와 정도를 제어할 수 있습니다.
따라서 실리콘 고무 절연 재료에 방사선 가교 기술을 적용하는 것은 전선 및 케이블 산업에 큰 가능성을 제공합니다. 이 기술은 생산 비용 절감, 생산 효율 향상, 그리고 환경 영향 저감에 기여할 것으로 기대됩니다. 향후 연구 개발을 통해 실리콘 고무 절연 재료에 대한 방사선 가교 기술의 활용이 더욱 확대되어 전기 산업에서 고온 고성능 전선 및 케이블 제조에 더욱 폭넓게 적용될 수 있을 것입니다. 이를 통해 다양한 응용 분야에서 더욱 신뢰성 있고 내구성 있는 솔루션을 제공할 수 있을 것입니다.
게시 시간: 2023년 9월 28일