In this paper, we have investigated thermal properties by changing the content of carbon nanotube, which is component part of semiconductive shield in underground power transmission cable. Heat capacity (${\Delta}H$), glass transition temperature (Tg) and melting temperature (Tm) were mea...
In this paper, we have investigated thermal properties by changing the content of carbon nanotube, which is component part of semiconductive shield in underground power transmission cable. Heat capacity (${\Delta}H$), glass transition temperature (Tg) and melting temperature (Tm) were measured with the samples of eight, through DSC (Differential Scanning Calorimetry), and the measurement ranges of temperature selected from $-100[^{\circ}C]\;to\;100[^{\circ}C]$ with heating temperature selected per $4[^{\circ}C/min]$ Also, high temperature, heat degradation initiation temperature, and heat weight loss were measured by TGA (Thermogravimetric Analysis) in the temperature from $0[^{\circ}C]\;to\;700[^{\circ}C]$ with rising temperature of $10[^{\circ}C/min]$. As a result, the Glass transition temperatures of the sample were showed near $-20[^{\circ}C]{\sim}25[^{\circ}C]$, and the heat capacity and melting temperature from the DSC was increased according to increasing the content of carbon nanotube, while, thermal diffusivity was increased according to increasing the content of carbon nanotube. Also, heat degradation initiation temperature from the TGA results was increasing according to increasing the content of carbon nanotube with CNT/EEA. Therefore, heat stabilities of EVA, which contained the we VA (vinyl acetate), showed the lowest.
In this paper, we have investigated thermal properties by changing the content of carbon nanotube, which is component part of semiconductive shield in underground power transmission cable. Heat capacity (${\Delta}H$), glass transition temperature (Tg) and melting temperature (Tm) were measured with the samples of eight, through DSC (Differential Scanning Calorimetry), and the measurement ranges of temperature selected from $-100[^{\circ}C]\;to\;100[^{\circ}C]$ with heating temperature selected per $4[^{\circ}C/min]$ Also, high temperature, heat degradation initiation temperature, and heat weight loss were measured by TGA (Thermogravimetric Analysis) in the temperature from $0[^{\circ}C]\;to\;700[^{\circ}C]$ with rising temperature of $10[^{\circ}C/min]$. As a result, the Glass transition temperatures of the sample were showed near $-20[^{\circ}C]{\sim}25[^{\circ}C]$, and the heat capacity and melting temperature from the DSC was increased according to increasing the content of carbon nanotube, while, thermal diffusivity was increased according to increasing the content of carbon nanotube. Also, heat degradation initiation temperature from the TGA results was increasing according to increasing the content of carbon nanotube with CNT/EEA. Therefore, heat stabilities of EVA, which contained the we VA (vinyl acetate), showed the lowest.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
최근까지 :지중 송배전용 전력케이블의 품질개선 및 수명연장을 위한, 전력케이블의 전기적 현상 및 제반 특성에 대한 많은 연구는 대부분 XLPE 절연층에 국한되어 이루어져 왔다. 그러나 본 연구는 전력케이블의 반도전층 재료에 관한 심층적인 분석을 통해 그 중요성을 전달함으로써 반도전층 재료의 역할 및 기능에 대한 새로운 인식을 고취하고자 하였다.
본 논문에서는 높은 이방성을 갖는 탄소나노튜브를 베이스 수지 인 EEA에 첨가하여 우수한 분산성을 도모하여 반도 전 층 재료의 본연의 역할을 유지하면서 우수한 열적 특성을 갖는 반도전층 재료를 선정하고자 하였다. 현재 사용 중인 반도 전 층 재료와 CNT/EEA 반도전층 재료 의 열적 특성인 DSC와 TGA를 측정하여 상호 비교 및 분석하였다.
가설 설정
셀(Cell)의 간단한 모형을 나타내었다. 열유속형 DSC 는 측정시료와 기준시료의 용기가 같은 열원에 의해 가열되고 이때의 온도 차이를 측정하는 것이며 이때 셀의 구성품 (시료, 시료용기, 기준시료용기 및 열원등)들 사이에 온도변화가 거의 없다고 가정한다. DSC어서 측정시료와 비활성인 기준시료 사이의 열류(Heat flow) 차이는 시간, 온도, 압력 등이 제어된 환경 하에서 시간과 온도의 함수로서.
제안 방법
최종적으로 만들어진 펠렛을 사출기에 넣어 필요한 형태로 시편 제작을 실시하였다. 또한 현재 반도전층 재료로 사용되고 있는 시편도 위와 같은 공정으로 시편제작을 실시하였다
그 다음 첨가제 등을 넣고 30초 동안 혼합을 한 후 가교제를 넣고 10분 동안 혼합을 하였다. 시편 제조에 사용된 첨가제로는 산화에 의한 수지분해를 방지하기 위해 산화방지제 (Polyethylene glycoMOO) 0.3[wt%], 가교 촉진제 (Di-n-butyltin dilaurate, DBTL) 0.2[wt%], 열에 의한 수지의 분해를 방지하거나 자외선에 의한 광산화 반응을 방지하기 위해 열안정제 (Zinc Stearate, Zn-St) 0.05[wt%], 난연성을 부여하기 위해 난연제 (수산화마그네슘, Magnesium Hydroxide) 0.05[wt%] 등을 첨가했으며 분자 구조가 선 상인구조를 그물과 같은 망상구조로 변경시킴으로서 기계적 물성 및 화학적 물성을 보강시키기 위해 가교제 (Dicumyl peroxide, DCP)를 0.5[wt%]첨가 하였다. 이렇게 제조된 물질을 프레스로 눌러 sheet 형태로 만든 뒤, 이축 압출기에 넣어 전체적으로 혼합을 하고 Pellet형태로 만들었다.
시편들의 유리전이온도 (Glass transition temperature, Tg), 멜팅온도 (Melting temperature, Tm), 열용량 (Heat capacity, AH) 및 비열 (Specific heat, Cp)을 측정하기 위해 DSC (Difference Scanning Calorimetry, 시차주사 열량계) 인 TA Instrument사의 DSC 2920을 도입하였다.
이렇게 제조된 물질을 프레스로 눌러 sheet 형태로 만든 뒤, 이축 압출기에 넣어 전체적으로 혼합을 하고 Pellet형태로 만들었다. 최종적으로 만들어진 펠렛을 사출기에 넣어 필요한 형태로 시편 제작을 실시하였다. 또한 현재 반도전층 재료로 사용되고 있는 시편도 위와 같은 공정으로 시편제작을 실시하였다
명명하였다. 표 1에서 보는 바와 같이 CNT/EEA 반도 전 층 재료 시편은 탄소나노튜브와 EEA를 [80℃]의 오븐에서 24시간 건조 시킨 후 펠렛 형태의 시료를 180[℃]로 예열된 내부 혼합기를 사용하여 EEA와 CNT를 1분 간격 으로혼합을 하였다. 그 다음 첨가제 등을 넣고 30초 동안 혼합을 한 후 가교제를 넣고 10분 동안 혼합을 하였다.
반도전층 재료를 선정하고자 하였다. 현재 사용 중인 반도 전 층 재료와 CNT/EEA 반도전층 재료 의 열적 특성인 DSC와 TGA를 측정하여 상호 비교 및 분석하였다.
대상 데이터
본 논문에서 사용된 반도전층 재료는 EVA (Ethylene Vinyl Acetate, 삼성종합화학), EEA (Ethylene Ethyl Acrylate, ATOFINA) 및 EBA (Ethylene Buthyl Acrylate, Mitsui DupontX 기본 재료로 사용하였다. 이들 재료의 조성비는 표 1과 같다.
본 논문에서 사용된 탄소나노튜브는 다층벽 탄소나노튜브 (MWCNT)로써, 대롱형태로 감기는 흑연 층의 두개 이상의 층으로 이루어져 있으며 튜브로 말리는 흑연층이 탄소나노튜브의 길이 축에 평행하지 않고 사선으로 감겨있으면서 마치 종이컵이 계속해서 쌓여서 만들어져 있는 형태를 지니고 있다고 하여 지어진 이름으로 탄소나노튜브의 기본 형태에서 벗어나 있으나 분산성이 높아 복합재료 분야에서 주로 유용한 형태이다.
편의상 CNT/EEA 반도전층 재료 시편은 #1~#5 그리고 현재 반도전층 재료로 사용되고 있는 시편을 A1 ~A3으로각각 명명하였다. 표 1에서 보는 바와 같이 CNT/EEA 반도 전 층 재료 시편은 탄소나노튜브와 EEA를 [80℃]의 오븐에서 24시간 건조 시킨 후 펠렛 형태의 시료를 180[℃]로 예열된 내부 혼합기를 사용하여 EEA와 CNT를 1분 간격 으로혼합을 하였다.
이들 재료의 조성비는 표 1과 같다. 표 1에서 보는 바와 같이 본 논문에서 사용된 탄소나노튜브는 MWCNT75 (NanoKarbon Co. Ltd, 직경: 30~60nm, purity>95%)의 함량을 변수로 하였으며 그 함량은 0[wt%]~10[wt%]이었다. 탄소나노튜브는 기상합성법 (Vapor Phase Growth, VG)으로 제조 하였다.
이론/모형
Ltd, 직경: 30~60nm, purity>95%)의 함량을 변수로 하였으며 그 함량은 0[wt%]~10[wt%]이었다. 탄소나노튜브는 기상합성법 (Vapor Phase Growth, VG)으로 제조 하였다. 기상합성법은 탄소나노튜브를 대량으로 합성하기에 유리한 방법으로 제안되고 있으며, 기판을 사용하지 않고 반응로 안에 반응 가스와 촉매금속을 직접 공급하여 기상에서 탄소나노튜브를 합성하는 방법이다.
성능/효과
DSC 실험에서 CNT/EEA 반도전층 재료 시편의 유리 전이 온도는 탄소나노튜브의 함량이 증가함에 따라 -20.39I/C] ~-26.50TC]의 범위에서 증가하였고 현재 사용중인 반도 전 층 재료 시편의 유리전이온도는 -28.96CC]~-32.78TC]의 범위에서 나타났다. 그리고 탄소나노튜브의 함량이 증가함에 따라 시편들의 열용량은 24.
6[℃]의범위에서 증가하는 것을 알 수 있다. 또한 탄소나노튜브의 함량이 증가함에 따라 최대 중량 감소시의 온도가 465.3fC] ~47L8CC]의 범위에서 증가하는 것을 알 수 있었다. 이것은 탄소나노튜브의 증가에 따른 베이스 수지 내의 가교 도가 향상되었기 때문으로 사료된다.
이것은 VA 단량체가 열에 취약하여 가장 먼저 중량감소가 일어나고 이어서 에틸렌 단량체의 중량감소가 일어나기 때문이다. 실험결과 CNT/EEA 반도전층 재료가 시편들 중에서 열에 안정적인 특성을 보였다.
위 결과들을 통해 대체적으로 CNT/EEA 반도전 재료가 시편들 중에서 열에 안정적인 특성을 보였으며 탄소나노튜브가 5[wt%] 첨가된 시편의 경우 10[wt%]첨가된 시편과 열분해 개시온도가 0.5[t], 최대 중량 감소시의 온도가 0.5fC] 상승했을 뿐 큰 차이가 없었다. 그러므로 탄소나노튜브의 적정 함량은 [5wt%]로 사료된다.
위 두 실험 결과로부터 CNT/EEA 반도전층 재료가 현재사용 중인 반도전층 재료보다 열적특성이 우수하게 나타났고 탄소나노튜브의 적정 함량은 5[wt%]로 사료된다.
이와 같은 결과들을 통해 대체적으로 CNT/EEA 반도 전 층 재료의 열적 안정성이 다른 시편들에 비해 우수함을 알 수 있었다.
참고문헌 (13)
김현철, '탄소나노튜브를 첨가한 나노 복합재료의 기계적/물리적 특성 변화 연구' pp.1-2, 2002
M. T. Shaw and S. H. Shaw, 'Water Treeing in Solid Dieletrics', IEEE Trans. Elec. Ins., Vol. 19, pp. 419-452, 1993
K. Steinfeld, W. Kalkner, 'Stress induced electrochemical degradation of the inner semicon layer of XLPE-insulated cables and model samples', IEEE Trans. on Elec. Ins., Vol. 5, No.5, pp. 774-778, 1998
H. S. Katz, J V. Mileski, Handbook of Fillers for Plastics, Van Nostrand Reinhold Company, Ch. 19, pp. 389-419, 1987
박정호, 윤영섭, 이상렬, 이승기, 이준신, 전자재료 물성 및 소자, 2002, pp. 3-170
P. Cousin, and P. Smith, 'Dynamic Mechanical Properties of Sulfonated Polystyrene/Alumina Composites', J Polym. Sci. Polym. Phys., Vol. 32, No.3, pp. 459-468, 1994
전용구, 김재경, 함덕순, 김진석,'EVA의 Vinyl Acetate 함량변화에 따른 열적-기계적 성질 실험', Polymer (korea), Vol. 15, No.4, pp. 402-410, 1991
A. Marcilla, F. J Sernpere, J A. Reyes-Labarta, 'Differential scanning calorimetry of mixtures of EVA and PE. Kinetic modeling', Polymer, Vol. 45, No. 14, pp. 4977-4985, 2004
A. Marcilla, J. A. Reyes-Labarta and F. J. Sempere, 'DSC kinetic study of the transitions involved in the thermal treatment of polymers. Methodological considerations', Polymer, Vol. 42, No. 12, pp. 5343-5350, June 2001
Park, S. J. Lee, H. Y, Han, M. and Hong, S. K., 'Thermal and Mechanical Interfacial Properties of the DGEBA/PMR-15 Blend System,' J Colloid Interface Sci., Vol. 270(2), No. 28, pp. 294, 2004
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.