CN102163475A

CN102163475A - 高电压橡胶绝缘软电缆

Info

Publication number: CN102163475A
Application number: CN2011100377324A
Authority: CN
Inventors: 反町正美; 中村孔亮; 泷毅义; 吉田浩隆
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2010-02-12
Filing date: 2011-02-11
Publication date: 2011-08-24
Anticipated expiration: 2031-02-11
Also published as: US8532453B2; JP2011165575A; US20110200289A1; JP5740817B2; CN102163475B

Abstract

本发明提供一种高电压橡胶绝缘软电缆，其为，在将电力线芯和由接地线芯或光纤单元构成的其它线芯捻合而成的外周，挤出被覆的内层护套能够仅与接地线芯和光纤单元适度粘接(密合)。该高电压橡胶绝缘软电缆为，在铜导体21的周围顺次形成由内部半导电层构成的内导(21)、绝缘体(22)、由外部半导电层构成的外导(24)，从而形成电力线芯(20)，将电力线芯(20)和其它线芯(25)、(30)多根捻合，在其外周顺次形成内层护套(11)和外层护套(13)，从而形成高电压橡胶绝缘软电缆，其中，所述其它线芯(25)、(30)与所述内层护套(11)的粘接性比电力线芯(20)与内层护套(11)的粘接性强。

Description

高电压橡胶绝缘软电缆

技术领域

本发明涉及移动机器的电源供给用途中使用的高电压橡胶绝缘软电缆，特别是涉及用内层护套被覆电力线芯和其它线芯时，将这些的粘接性改良的高电压橡胶绝缘软电缆。

背景技术

高电压橡胶绝缘软电缆是将多根电力线芯和其它线芯捻合，在其外周被覆内层护套后，被覆外层护套而形成的。作为与电力线芯捻合的其它线芯，除了多根接地线芯之外，最近，还捻合用于控制通讯的光纤单元。

电力线芯是在导体上设置绝缘体而形成的，为了电特性的稳定，在导体上和绝缘体上分别设置导电层(半导电性层)而形成。各导电层虽然根据橡胶绝缘软电缆的种类、所用电压而有所不同，但正在使用的是半导电性布带或挤出型的半导电性橡胶、塑料。

该高电压橡胶绝缘软电缆被用于向起重机、电梯等移动机器供给电力的用途中，在承受反复弯曲、扭转、在滑轮或电缆盘中的拉紧、摩擦等恶劣的环境中使用。

因此，对于在电力线芯的导体上设置的半导电性层(内部半导电性层：以下称为内导)和绝缘体而言，在使用橡胶绝缘软电缆方面，期待它们牢固粘接，通常，只要是同系的材料就没问题。内导通过以下方式形成：将在人造短纤维基布上涂布有导电性丁基橡胶而成的带进行卷绕的方式；或者将半导电性EP橡胶(乙丙橡胶)、半导电性丁基橡胶挤出的方式。

另一方面，就设在电力线芯的绝缘体上的半导电性层(外部半导电性层：以下称为外导)而言，考虑到使用时的电特性、终端施工性，要求适度的粘接性和剥离性(被称为自由剥离性(free strip))，因此不使用带方式而使用挤出的方式。

作为该外导的半导电性层的基体树脂组合物，专利文献1中提出了使用丁腈橡胶(NBR)的方案。

另外，在将作为其它线芯的接地线芯、光纤单元与电力线芯同时捻合的结构中，由于接近线芯的被覆材料也降低接地电阻，因此使用与外导相同的材料，即NBR基体的导电性材料。进而，就光纤单元的护套而言，可以适当选择用于维持特性所需要的材质。

另一方面，就被覆将电力线芯、接地线芯或光纤单元捻合而成的芯的内、外层护套材料而言，通常，为了兼顾耐磨耗性、耐油性、高硬度等特性，使用氯丁橡胶(CR)、氯化聚乙烯(CM)、氯磺化聚乙烯(CSM)等基体材料。

现有技术文献

专利文献1：日本特开平6-52728号公报

发明内容

发明要解决的问题

但是，这些护套的基体材料存在与设在电力线芯、接地线芯、光纤单元上的NBR等材料的亲和性差，无法期待与内层的粘接性(密合性)的问题。

如上所述的橡胶绝缘软电缆由于在使用时承受反复弯曲、扭转、滑轮或电缆盘中的拉紧、摩擦等，因此护套内的各线芯慢慢运动，发生各线芯的捻松开(本行业术语称为“松捻”)的动作，结果使得电缆整体像蛇一样弯折，会发生不能整齐地收在电缆盘中等不良情况。进而，过分弯折程度时(显著的情况)，可能导致导体断线。

另外，反之外导材料和内层护套材料的粘接过牢时，两者牢固粘接(密合)的结果是，虽然接地线芯或光纤单元没有大的问题，但电力线芯时在终端施工时难以从外导剥离，或者，即使想办法可以剥离也不能得到表面的平滑性，会产生电特性上的问题。

因此，本发明的目的在于解决上述课题，提供一种高电压橡胶绝缘软电缆，其为，在将电力线芯和由接地线芯或光纤单元构成的其它线芯捻合而成的外周，使挤出而被覆的内层护套仅与接地线芯和光纤单元适度地粘接(密合)。

解决问题的手段

为了实现上述目的，本发明权利要求1的发明为：一种高电压橡胶绝缘软电缆，其为将电力线芯和其它线芯多根捻合并在其外周顺次形成内层护套和外层护套而成的高电压橡胶绝缘软电缆，所述电力线芯是在铜导体周围顺次形成内部半导电层、绝缘体、外部半导电层而成，所述其它线芯与所述内层护套的粘接性比电力线芯与内层护套的粘接性强。

权利要求2的发明为：根据权利要求1记载的高电压橡胶绝缘软电缆，其中，所述其它线芯是接地线芯和光纤单元。

权利要求3的发明为：根据权利要求1或2记载的高电压橡胶绝缘软电缆，其中，所述电力线芯的外部半导电层的材料使用NBR基体材料，作为其它线芯的接地线芯的导电性的被覆层的材料使用氯系聚合物，作为其它线芯的光纤单元的外层护套外周的缠绕带使用单面胶布带，所述内层护套使用氯系聚合物。

权利要求4的发明为：根据权利要求3记载的高电压橡胶绝缘软电缆，其中，氯系聚合物包括氯化聚乙烯(CM)、氯磺化聚乙烯(CSM)、氯丁橡胶(CR)中的任一种。

权利要求5的发明为：根据权利要求1或2记载的高电压橡胶绝缘软电缆，其中，将所述电力线芯3根捻合，在捻合后的电力线芯彼此之间的空隙中收纳有其它线芯而成。

发明效果

根据本发明，提供一种可以发挥以下优异效果的高电压橡胶绝缘软电缆：通过形成如下结构，即，在将电力线芯和由接地线芯或光纤单元构成的其它线芯捻合而成的外周挤出被覆内层护套，使该内层护套仅与接地线芯和光纤单元适度粘接(密合)的结构，从而可以形成不仅在终端施工时比较容易将内层护套从电力线芯剥离，而且即使在电缆使用时承受反复弯曲、扭转、滑轮或电缆盘中的拉紧、摩擦等，也能与接地线芯或光纤单元牢固地粘接，因而为难以弯折的高电压橡胶绝缘软电缆。

附图说明

图1是表示本发明的高电压橡胶绝缘软电缆的结构的截面图。

符号说明

10高电压橡胶绝缘软电缆

11内层护套

13外层护套

20电力线芯

25接地线芯

30光纤单元

具体实施方式

以下，基于附图对本发明的一个优选的实施方式进行详细说明。

首先，通过图1来说明本发明的高电压橡胶绝缘软电缆的结构。

图1中，高电压橡胶绝缘软电缆10如下形成：将多根电力线芯20和作为其它线芯的接地线芯25和光纤单元30捻合，在其外周被覆内层护套11后，设置嵌入编织物作为增强层12，在其外周被覆外层护套13。

电力线芯20如下形成：在铜导体21的周围，顺次(或多根同时)挤出被覆内导22、EP橡胶绝缘体23、外导24，并进行加硫，所述内导22由在乙丙橡胶(EP橡胶)基体中加入了导电性材料(炭黑)而得到的半导电层构成，所述外导24由在NBR基体中加入了导电性材料(炭黑)而得到的半导电层构成。

接地线芯25如下形成：在铜导体26的周围挤出被覆导电性的被覆层27，并进行加硫，所述被覆层27是在导电性氯系聚合物中加入了导电性材料(炭黑)而得到的。

光纤单元30如下形成：在抗张力钢丝31的周围捻合光纤32，在其外周挤出外层护套33进行被覆后，设置缠绕带34，对其进行加硫，其中，所述外层护套33由基体中使用了氯丁橡胶(CR)的材料形成。

在将3根该电力线芯20捻合的同时，一起捻合2根接地线芯25和1根光纤单元30，以形成将接地线芯和光纤单元收纳在电力线芯20的空隙中的结构。在其外周挤出被覆由氯系聚合物构成的内层护套11后，在其外周设置嵌入编织物作为增强层12，并在其外周被覆外层护套13，从而制成高电压橡胶绝缘软电缆10。

本发明为，通过利用将接地线芯25或光纤单元30配置在各电力线芯20间的结构，使电力线芯20以外的接地线芯25或光纤单元30具有与内层护套11的牢固粘接性，从而可以在对电力线芯20维持终端加工性的同时，防止由电力线芯20、接地线芯25、光纤单元30构成的捻线整体的捻松开。

另外，本发明中，不限于包括2根接地线芯25和1根光纤单元30的高电压橡胶绝缘软电缆，也可以采用光纤单元30为多根且在电力线芯20间收纳多根线芯的形态等。另外，除光纤单元30以外，例如管、软管、控制线芯、通讯用同轴电缆线芯等，只要是可以收纳在电力线芯20间的维持密合性的长形状的物质，则可以任意使用。

本发明中，电力线芯20的外导24中使用NBR基体材料，接地线芯20的导电性的被覆层27的材料使用氯系聚合物(CR、CM、CMS等)，光纤单元30的外层缠绕带34使用单面胶布带，内层护套11使用氯系聚合物(CR、CM、CMS等)。

就光纤单元30的外层护套33而言，通常采用在基体中使用了氯丁橡胶(CR)的材料，但对其加硫时，如果在高温下进行，则光纤的构成材料发生热收缩，因而会有光的损失增加的问题。因此，挤出被覆CR后，在其外周设置用于防止变形的缠绕带34后，在低温下约2天，进行温水或暖风加硫。所以，光纤单元30和内层护套11的粘接在于不剥离该缠绕带34而直接使用。

该缠绕带34的布带由单面胶布构成，与内层护套11粘接的是没有胶布的带面。通过在没有胶布的带面使用织布或无纺布，从而内层护套11进入带中，可以通过锚固效果而粘接。与织布相比，无纺布由于有凹凸，因此粘接性良好而优选。

由此，将内层护套11和接地线芯25以及光纤单元30进行牢固地粘接(密合)的结果是，可以得到即使承受使用时的反复弯曲、扭转、滑轮或电缆盘中的拉紧、摩擦等，也难以弯折的高电压橡胶绝缘软电缆。

接着，以下对电力线芯20的外导24的材料以及接地线芯20的导电性被覆层27的导电性氯系聚合物进行详细说明。

作为外导24的基体材料的NBR是丙烯腈(AN)和丁二烯(BR)的共聚橡胶，根据AN含量，被分类为从低腈至极高腈(低腈：＜25％；中腈：25～31％；高腈：36～43％；极高腈：43％＜)。经常使用溶解度参数(SP值)作为表示聚合物极性的指标。可知EP橡胶的SP值在16.0～17.5MP^1/2的范围，而NBR的SP值在17.6～21.5MP^1/2的范围，越是高腈的NBR，则SP值越高，与EP橡胶的相溶性越低。任何等级都可以用于本目的，还可以根据其它的所希望的机械特性、电特性、加工性等而分别使用。就NBR而言，由于丁二烯成分在主链中含有双键，因此具有耐臭氧性差的性质。作为其对策，通过采用高腈品(丁二烯含量变少)、使用添加了耐臭氧防止剂并进而加氢而除去了双键的“加氢型NBR”，从而可以改良。

NBR可以单独使用也可以与其它材料混合使用。单独NBR的情况下，优选容易控制与EP橡胶的密合性以及自由剥离性的中腈型。

作为混合材料，可以举出作为极性聚合物的氯乙烯(PVC)、氯化聚乙烯(CM)、氯磺化聚乙烯(CSM)、氯丁橡胶(CR)等。通过混合，它们会起到改善NBR的耐臭氧性、耐热性、耐寒性等特性的作用。

进而，也可以少量的混合量含有其它的相溶性差的EP橡胶、BR(丁二烯)、丁基橡胶(IIR)、异戊二烯(IR)、天然橡胶(NR)等非极性聚合物来使用，特别是EP橡胶可以试图改良上述的耐臭氧性、耐热性。

作为接地线芯20的半导电性的被覆层27的基体中使用的氯系聚合物或内层护套11中使用的氯系聚合物，可以举出氯化聚乙烯(CM)、氯磺化聚乙烯(CSM)、氯丁橡胶(CR)等。

氯化聚乙烯(CM)是在水中将聚乙烯进行氯化而得到的，分子量和结晶性反映材料的特性，根据氯化的程度，可以得到从塑料到橡胶样特性。根据不同商品，也有残留有少量结晶的氯化聚乙烯。这些均可使用，但氯化度为30～40％的氯化聚乙烯适合于本发明的目的。

氯磺化聚乙烯(CSM)为，将氯气和二氧化硫气体吹向聚乙烯，同时进行氯化和氯磺化。与CM同样地，根据氯化度而改变橡胶样弹性，可以制造出氯含量25～43％、硫含量约为1％的CSM。进而，作为特殊品市面上有被烷基化的商品，但其结构不明。这些均可用于本发明的目的。

氯丁橡胶(CR)有非离子改性的W型、离子改性的G型，作为商品，分别有WWM-1、WHV、WRT、WXJ、WD、WB、WK和GN、GNA、GS、GRT、GT等，均可用于本发明的目的。

就导电性赋予剂而言，凯琴黑、乙炔黑等导电性炭黑由于是以少量即可赋予导电性，因此是合适的，进而也可以将其它微粒炭黑适当地与导电性炭黑并用。另外，通过使用极性的NBR作为基体橡胶，因而与非极性的聚合物相比，还有以低添加量的炭黑就可以赋予导电性的优点。由于复合物的粘度被抑制为较低，因此在挤出加工性方面优异。

就光纤单元中使用的带而言，单面涂胶高湿模量粘胶纤维(polynosic)带、单面涂胶人造纤维薄纱织物(spun rayon muslim)带、单面涂胶棉带、单面涂胶涤纶带等均可使用，橡胶的材质有天然橡胶、丁基橡胶等。使用时，将涂胶面朝向光纤单元的未加硫护套侧来卷绕。

作为编织物中所使用的丝的种类有：人造短纤维、尼龙、凯芙拉(KEVLAR)(对位系芳纶纤维)、VECTRAN纤维(聚丙烯酸酯)、涤纶、NOMEX(邻位系芳纶纤维)等，纤维的粗细度根据编织物工序的条件、电缆尺寸等来适当选择。

作为通常与NBR外导材料、导电性氯系聚合物和内层护套材料一起使用的其它配合剂，可以根据要求的特性来适当添加，例如抗老化剂、润滑剂、操作油、耐臭氧防止剂、抗紫外线剂、阻燃剂、填充剂、抗静电剂、增粘剂等。这些材料都需要进行交联而使用，交联方法有硫磺加硫、过氧化物交联、金属氧化物加硫等，可以根据各基体聚合物、要求特性、加工方法等来选择。

实施例

接着，以下说明本发明的实施例和比较例。

各材料组合后的实施例1～4和比较例1～3的结果示于表1、实施例1～4和比较例1～3中所用的各材料的配比示于表2。

表1

EP：乙丙橡胶

NBR：丁腈橡胶

CR：氯丁橡胶

CM：氯化聚乙烯

CSM：氯磺化聚乙烯

表2

*1：三井化学(株)制，含乙烯56％、第三成分ENB4.5％、门尼粘度ML₁₊₄100℃(40)

*2：日本ZEON(株)制，AN键含量33.5％、门尼粘度ML₁₊₄100℃(27)

*3：昭和电工(株)，氯化率40％、门尼粘度ML₁₊₄121℃(115)

*4：东曹(株)制，氯化率35％，离子含量1％、门尼粘度ML₁₊₄100℃(56)

*5：苯胺点73℃，环分析％(C_A16.2、C_N37.0、C_P42.8)

*6：苯胺点127℃，环分析％(C_A0、C_N29.0、C_P71.0)

*7：熔点135°F

*8：平均粒径2.6μm，吸油量0.32cc/g

实施例1

首先，如表2所示，用班伯里混合机将电力线芯的内导、绝缘体、外导的基体材料进行混炼，通过挤出机(EXT)将EP橡胶基体的内导、EP橡胶绝缘体和NBR基体的外导分别在100℃、90℃、100℃三层同时挤出到导体面积为35mm²的铜导体上，然后用蒸汽同时进行交联(加硫)，制成电力线芯(外径约为17.4mm)。

接着，如表2所示，用班伯里混合机混炼接地线芯的被覆层的CR基体材料，通过挤出机(EXT)将CR基体的导电性材料在85℃挤出到16mm²的铜导体上来被覆后，与电力线芯同样地，用蒸汽将被覆层进行交联(加硫)而制作(外径约为5.5mm)。

进而，光纤单元如下制作：在捻合纤维芯后的外周，挤出被覆表2所示的外层护套的CR基体材料，缠绕用于防止粘着的带后，为了防止光损失的增加，进行低温加硫(80℃×4天)。带在CR护套加硫后也不剥离而原样卷起来(外径约为8.4mm)。

另外，关于缠绕带所用的带，使用的是单面涂胶高湿模量粘胶纤维(polynosic)带。

如图1说明的那样，将如上所述制作的电力线芯3根、接地线芯2根和光纤单元1根一起捻合(外径约37.4mm)。在其外周，通过挤出机(EXT)被覆CM基体的内层护套材料后，在内层护套材料未加硫的状态下，在其上设置作为增强层的凯芙拉的嵌入编织物。之后，在80℃在凯芙拉编织物上挤出被覆CR外层护套材料后，用高电压蒸汽使内、外层护套材料同时交联(加硫)，得到规定的电缆(6kV、3×35SQ、高电压橡胶绝缘软电缆)(外径约44mm)。

实施例2

除了将内层护套材料改变为表2所示的CR基体以外，按照与实施例1相同的操作，制作出高电压橡胶绝缘软电缆。

实施例3

除了将内层护套材料改变为表2所示的CSM基体以外，按照与实施例1相同的操作，制作出高电压橡胶绝缘软电缆。

实施例4

除了将接地线芯的被覆材料改变为表2所示的CM基体以外，按照与实施例1相同的操作，制作出高电压橡胶绝缘软电缆。

比较例1

除了将内层护套材料改变为表2所示的NBR基体以外，按照与实施例1相同的操作，制作出高电压橡胶绝缘软电缆。

比较例2

除了将接地线芯的被覆材料改变为表2所示的EP橡胶基体以外，按照与实施例1相同的操作，制作出高电压橡胶绝缘软电缆。

比较例3

除了将内层护套材料改变为表2所示的EP橡胶基体以外，按照与实施例1相同的操作，制作出高电压橡胶绝缘软电缆。

使用制作好的高电压橡胶绝缘软电缆，评价表1所示的各特性。

剥离强度(N)的评价：

电力线芯外导/内层护套间以及接地线芯/内层护套间的剥离强度如下测定：从电缆切出试样，使与电力线芯外导/接地线芯密合着的内层护套约为1/2英寸宽、15cm长的尺寸，用坦锡伦型(TENSILON)拉伸强度试验机以拉伸速度50mm/min.来测定这些的剥离强度(测定次数n＝3)。

外导平滑性：

目测内层剥离后的表面来判断电力线芯的外导的平滑性。将内层护套不残留粘接的情况或者虽然稍有残留但用手就可以比较容易地除去的情况判断为○，牢固粘接而不能简单地除去的情况判断为×。

电缆扭转试验：

按照以下所示的要领，用专用的试验机来实施电缆扭转试验。将有效长度3m的电缆垂直安装在装置上，其下端挂10kgf的负载。以15次/分钟的速度，将其旋转±360度、10万次。试验后，放置在水平处，目测电缆的外观并将其拆解，进行电力线芯、接地线芯、光纤单元等的调查。电缆几乎没有弯折、各线芯没有“松捻”的评价为良。

综合评价：

电力线芯外导/内层护套间以及接地线芯/内层护套间的剥离力的大致的标准分别为15N以下、25N以上，但优先考虑电力扭转试验的结果而判定为合格(○)、不合格(×)。

以上，实施例1～3中，接地线芯的被覆层均使用CR，内层护套材料分别选择了CM、CR、CSM。另外，实施例4中，接地线芯被覆层、内层护套均设置了CM。外层护套均为CR。

就这些实施例1～4而言，由表1明确可知，显示出与电力线芯的轻微密合，内层护套剥离后的外导面的平滑性为良好，与接地线芯牢固粘接。另外，电缆的扭转试验中也没有弯折，是良好的，综合判定均为○。

与此相对，比较例1中，虽然在电缆的扭转试验中没有弯折，但电力线芯的外导和内层护套的材料均为NBR，外导与内层护套牢固粘接，界面不剥离而外导的一部分破裂。另外，比较例2中，外导和内层护套间的剥离强度高于15N，接地线芯和内层护套间的剥离强度低至25N以下，外导的面虽然为平滑，但发生了弯折。另外，比较例3中，外导和内层护套间的剥离强度为15N以下，接地线芯和内层护套间的剥离强度低至25N以下，外导的面虽然为平滑，但发生了弯折。

如上所述，实施例1～4中，均没有电缆的弯折等的变化，拆解来调查各线芯的状况的结果是，看到在电力线芯和内层护套间部分剥离现象，但没有看到从接地线芯或光纤单元剥离等大的变化。比较例虽然也完全没有变化，但外导与内层护套不剥离，综合判定为×。另外，比较例2、3确认出，随着扭转试验的进行，看出电缆弯折这样的预兆，拆解调查后的结果是各电力线芯的局部性“松捻”加剧，尽管光纤单元稍微密合，但接地线芯剥离。

Claims

1.一种高电压橡胶绝缘软电缆，其特征在于，其是将电力线芯和其它线芯多根捻合并在其外周顺次形成内层护套和外层护套而成的高电压橡胶绝缘软电缆，所述电力线芯是在铜导体周围顺次形成内部半导电层、绝缘体、外部半导电层而成，所述其它线芯与所述内层护套的粘接性比电力线芯与内层护套的粘接性强。

2.根据权利要求1记载的高电压橡胶绝缘软电缆，其中，所述其它线芯是接地线芯和光纤单元。

3.根据权利要求1或2记载的高电压橡胶绝缘软电缆，其中，所述电力线芯的外部半导电层的材料使用NBR基体材料，作为其它线芯的接地线芯的导电性的被覆层的材料使用氯系聚合物，作为其它线芯的光纤单元的外层护套外周的缠绕带使用单面胶布带，所述内层护套使用氯系聚合物。

4.根据权利要求3记载的高电压橡胶绝缘软电缆，其中，氯系聚合物包括氯化聚乙烯(CM)、氯磺化聚乙烯(CSM)、氯丁橡胶(CR)中的任一种。

5.根据权利要求1或2记载的高电压橡胶绝缘软电缆，其中，将所述电力线芯3根捻合，在捻合后的电力线芯彼此之间的空隙中收纳其它线芯而成。