[논문]전선피복용 고분자 컴파운드의 제조 및 물성 연구

리시앙수; 이상봉; 조을룡

전선피복용 고분자 컴파운드의 제조 및 물성 연구
Study on Manufacture and Properties of Polymer Compounds for Cable Sheath 원문보기

반도체디스플레이기술학회지 = Journal of the semiconductor & display technology, v.18 no.1, 2019년, pp.42 - 47

리시앙수 (한국기술교육대학교 에너지신소재화학공학과) , 이상봉 (친환경고성능화학소재연구소) , 조을룡 (한국기술교육대학교 에너지신소재화학공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

The four different polymer compounds were manufactured to make cable sheath for ship industry. Two kinds of ethylene-vinyl acetate (EVA) were selected as main matrix polymers for compounding with fire retardant, crosslinking agent, filler, plasticizer, and other additives. The properties of the four compounded materials were investigated with the contents of fire retardant, silane coated aluminum hydroxide (S-ATH). Rheology, Mooney viscosity, and tensile strength increased with S-ATH contents by reinforcing effect. With increasing fire retardant amount, fire resistance increased, but cold resistance didn't show an obvious enhancement due to polar effect of vinyl acetate in EVA.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 고분자 소재로서 ethylene-vinyl acetate를 사용하고 난연제로서 silane이 코팅된 수산화알루미늄 (Al₂(OH)₃)과 수산화마그네슘(Mg(OH)₂)을 사용하고 내한성을 부여하기 위하여 가소제 di-2-ethylhexyl adipate를 사용하고 가교제로서 dicumly peroxide를 사용하여 전선외피용 컴파운드를 제조한 후 난연성과 내한성 및 내노화성을 조사하였다. ;

제안 방법

선박에 사용되는 전선피복용 고분자 컴파운드를 제조 하기 위하여 2 가지 EVA와 EVA-g-MAH를 매트릭스 고분 자로 사용하여 난연제, 가소제, 충전제, 노화방지제, 활제, 가교제를 넣고 배합하였다. 난연제로 실리콘 코팅된 수산 화알루미늄(S-ATH)의 함량을 증가시키면서 물성을 조사 하였다. Rheology는 ATH의 증가에 따라 T90과 ΔT가 다소 증가하는 경향을 보여 주었다.
선박에 사용되는 전선피복용 고분자 컴파운드를 제조 하기 위하여 2 가지 EVA와 EVA-g-MAH를 매트릭스 고분 자로 사용하여 난연제, 가소제, 충전제, 노화방지제, 활제, 가교제를 넣고 배합하였다. 난연제로 실리콘 코팅된 수산 화알루미늄(S-ATH)의 함량을 증가시키면서 물성을 조사 하였다.

대상 데이터

또 다른 고분자 물질로 ethylene-vinyl acetate-g-maleic anhydride (EVA-g-MAH)인데 이 고분자는 vinyl acetate 함량이 15% 인 EVA(Lotte Chemical, VS-440)에 maleic anhydride를 1% 가지화 (grafting) 시킨 것이다. 난연제로는 silane coated aluminum trihydroxide (S-ATH, KH-101LC, p/s; 1.0 μm)를 KC 사에서, magnesium di-hydroxide (MDH, Ultracarb LH15X, p/s; 1.5 μm)는 Likya Minerals에서 공급받았다. 가소제로 di-2-ethylhexyl adipate (DOA, BASF)를 사용하였고, 충전제로 silica(K-200D, OCI)를, 노화방지제로 mercapto benzothiazole (MB, Sigma Aldrich)를 사용하였다.
본 연구를 위하여 2 가지 ethylene-vinyl acetate (EVA) 고분자를 사용하였는데 하나는 28% vinyl acetate 함량을 가진 EVA로 Lotte Chemical에서 공급 받았고 제품명은 VC-590 이었다. 또 하나의 EVA는 70% vinyl acetate 함량을 가졌고 제조사는 Lanxess이며 제품명은 Levapren-700 이었다. 또 다른 고분자 물질로 ethylene-vinyl acetate-g-maleic anhydride (EVA-g-MAH)인데 이 고분자는 vinyl acetate 함량이 15% 인 EVA(Lotte Chemical, VS-440)에 maleic anhydride를 1% 가지화 (grafting) 시킨 것이다.
또 하나의 EVA는 70% vinyl acetate 함량을 가졌고 제조사는 Lanxess이며 제품명은 Levapren-700 이었다. 또 다른 고분자 물질로 ethylene-vinyl acetate-g-maleic anhydride (EVA-g-MAH)인데 이 고분자는 vinyl acetate 함량이 15% 인 EVA(Lotte Chemical, VS-440)에 maleic anhydride를 1% 가지화 (grafting) 시킨 것이다. 난연제로는 silane coated aluminum trihydroxide (S-ATH, KH-101LC, p/s; 1.
본 연구를 위하여 2 가지 ethylene-vinyl acetate (EVA) 고분자를 사용하였는데 하나는 28% vinyl acetate 함량을 가진 EVA로 Lotte Chemical에서 공급 받았고 제품명은 VC-590 이었다. 또 하나의 EVA는 70% vinyl acetate 함량을 가졌고 제조사는 Lanxess이며 제품명은 Levapren-700 이었다.

이론/모형

가교시트를 약 3 mm의 두께와 넓이 6 mm인 형태로 시험편을 만들어 ASTM 2863에 준하여 측정하였다. 측정은 ㈜페스텍의 LIMITED OXYGEN INDEX 2005 모델 기기를 사용하였다.

성능/효과

Rheology는 ATH의 증가에 따라 T90과 ΔT가 다소 증가하는 경향을 보여 주었다. Mooney 점도도 난연제의 함량이 증가함에 따라 증가하였다. 인장강도와 신장율은 난연제의 증가에 따라 보강 효과에 의하여 인장강도는 소폭 증가하고 신장율은 반비례하면서 감소하였다.
난연제로 실리콘 코팅된 수산 화알루미늄(S-ATH)의 함량을 증가시키면서 물성을 조사 하였다. Rheology는 ATH의 증가에 따라 T90과 ΔT가 다소 증가하는 경향을 보여 주었다. Mooney 점도도 난연제의 함량이 증가함에 따라 증가하였다.
노화 인장잔율은 난연제의 4 가지 변량 컴파운드 모두가 130% 를 넘지 않았고, 노화 신장잔율도 70% 이하로 내려가지 않아 주어진 조건에서 노화가 심각하게 발생하지 않았다.난연제의 증가에 따라 난연성은 증가하였으나 내한성은 EVA의 극성기인 아세테이트기가 고분자 복합체의 내한성을 낮추는 효과를 일으켜 가소제를 다량 첨가하였음에도 내한성의 향상을 얻을 수 없었다.
Mooney 점도도 난연제의 함량이 증가함에 따라 증가하였다. 인장강도와 신장율은 난연제의 증가에 따라 보강 효과에 의하여 인장강도는 소폭 증가하고 신장율은 반비례하면서 감소하였다. 노화 인장잔율은 난연제의 4 가지 변량 컴파운드 모두가 130% 를 넘지 않았고, 노화 신장잔율도 70% 이하로 내려가지 않아 주어진 조건에서 노화가 심각하게 발생하지 않았다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	극지방에서 케이블을 사용하기 위해서는 몇도까지 버틸 수 있는 내한기술이 필요한가?	현재 내한성을 가지는 케이블은 -40 ℃에서 견딜 수 있는 전선이 국·내외에 보편적으로 사용되는 기술이다. 그러나 실제 극지방에서 사용되기 위해서는 -50 ℃ 수준의 내한기술이 필요하다는 것이 선박 및 플랜트 업체들의 의견이다. -50 ℃까지 견디는 케이블 외피용 컴파운드의 개발이 요구되어 왔지만 기술적 난이도가 높아 현재까지 어려움을 겪고 있다.
	내한성을 가지는 케이블의 필요성이 증가하게된 이유는?	석유의 사용량이 증가함에 따라 원유를 시추하는 해상 플랜트와 시추된 원유를 수송하는 선박의 건조가 증가하고 있다. 하지만 중동, 미국 등의 원유자원이 점차적으로 고갈되어감에 따라 종전에는 기술력 부족으로 원유를 시추하기 어렵고 경제성을 이유로 고려하지 않았던 심해저 지역의 유전개발과 러시아, 알래스카와 같은 극지방의 유전 개발의 필요성이 증가하고 있다. 따라서, 극지방의 플랜트와 선박에서 사용가능한 혹한의 환경에서 견딜 수 있는 케이블이 필요하다.
	선박 및 해양플랜트에 사용되는 케이블이 갖추어야 하는 특성은?	이 기술적 어려움의 배경에는 선박 및 해양플랜트용 케이블이 가져야 하는 특성들을 모두 만족하면서 극저온에서 사용이 가능하여야 한다는 것이다. 선박 및 해양플랜트에 사용되는 케이블은 기본적으로 화재가 발생하였을 때 불에 일정시간 동안 노출되어도 방화안전장치와 통신장치가 작동할 수 있도록 전기사용에 문제가 없어야 한다. 또한 불에 탈 때 유독 가스가 발생하지 않게 할로겐프리(halogen free)를 지향하고[1,2] 연기가 시야를 차단하지 않도록 저연기성(low smoke density)을 요구하고 있다. 특히 원유시추 설비에 사용되는 케이블은 가장 어려운 난연 시험(IEC 60332-3 Category A)에 합격해야 하며, 시추 시 케이블의 외부에 묻게 되는 다양한 화약약품과 독성이 강한 오일에 견딜 수 있어야 한다.

참고문헌 (6)

Beekman G F and Hastbacka M A., "Magnesium-oxide and Magnesium-hydroxide in Chlorosulfonated Polyethylene for roofing Membranes," Rubber Chemistry and Technology. Rubber Div. Univ. Akron Po. Box 499, Akron, OH 44309-0499: Amer. Chemical Soc. Inc., Vol.59, pp. 673-673, 1986.
Y. J. Lee, S. B. Lee, J. Y. Jung, D. H. Lee, and U. R. Cho, "A Study on Composites of Ethylene-Vinyl Acetate Copolymer and Ethylene-Propylene-Diene Rubber with Aluminum Hydroxide as a Fire Retardant," Elastomers and Composites, Vol. 51, pp. 93-98, 2016.

원문보기 상세보기
Rychly J, and Pavlinec J. "Thermal degradation of free radically prepared poly (methyl methacrylate). A nonisothermal weight loss study," Polymer degradation and stability, Vol. 28, pp. 1-15, 1990.

상세보기
Rychly, J., and L. Rychla. "Non-isothermal thermogravimetry of polymer," Journal of thermal analysis, Vol. 35, pp. 77-90, 1989.

상세보기
D. H. Lee, K. H. Lee, and U. R. Cho, "Property Comparison of Bio-Polyurethane and Petroleum based Polyurethane," Journal of the Semiconductor & Display Technology, Vol. 17, pp. 47-52, 2018.
S. H. Jang, L. X. Xu, and U. R. Cho, "A Study on Graphene Oxide and Carboxylated Styrene-Butadiene Rubber(XSBR) Nanocomposites," J. of the Semiconductor & Display Technology, Vol. 16, pp. 52-58, 2017.

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