CN102197441B - 高压电子设备用电缆 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种直径较细、且具有优异的耐压特性的高压电子设备用电缆。所述高压电子设备用电缆在线芯部(11)外周具有内部半导电层(14)、高压绝缘体(15)、外部半导电层(16)、屏蔽层(17)、以及护套(18)，高压绝缘体(15)由相对于烯烃类聚合物100质量份、含有无机填充剂0.5～5质量份的绝缘性组合物所构成，并且所述无机填充剂的平均分散粒子直径为1μm以下。

Description

高压电子设备用电缆
技术领域
本发明涉及一种用于医疗用CT(计算机断层扫描(computerizedtomography))装置和X射线装置等高压电子设备的电缆。
背景技术
对于作为用于医疗用CT装置和X射线装置等高压电子设备的施加了高压直流电压的电缆，有以下的要求：(i)外径又细又轻；(ii)能以良好的柔性来承受移动、弯曲；(iii)电容较小，从而能跟随高电压的重复施加电压；以及(iv)具有能承受X射线管球部的发热的耐热性等。
以往，作为上述的高压电子设备用电缆(例如，X射线电缆)，已知有一种电缆，该电缆将两条低压线芯与1～2条裸导体捻合在一起，在其上设置内部半导电层，再在其上依次设置高压绝缘体、外部半导电层、屏蔽层、以及护套而制成。对于高压绝缘体，使用了以重量轻而具有柔软性、且电气特性较良好的EP橡胶(乙丙橡胶)为主要成分的组合物(例如，参照专利文献1)。
而且，最近，低介电常数(2.3左右)的EP橡胶组合物已经实用化，将其用作为高压绝缘体的材料，从而开发出了直径更细(例如，75kV级电缆的外径为14mm左右)且电容较小的高压电子设备用电缆。
然而，在这样的实现细直径化的电缆中，由于高压绝缘体的厚度变薄，因此存在耐压特性降低的问题。
专利文献1：日本专利特开2002-245866公报
发明内容
本发明是为了解决这样的现有技术的问题而完成的，其目的在于，提供一种直径较细、且具有优异的耐压特性的高压电子设备用电缆。
本发明的一个方式所涉及的高压电子设备用电缆，是在线芯部外周具有内部半导电层、高压绝缘体、外部半导电层、屏蔽层、以及护套的高压电子设备用电缆，其特征在于，所述高压绝缘体由相对于烯烃类聚合物100质量份、含有无机填充剂0.5～5质量份的绝缘性组合物所构成，且所述无机填充剂的平均分散粒子直径为1μm以下。
根据本发明的一个方式所涉及的高压电子设备用电缆，能获得直径较细、且具有优异的耐压特性的高压电子设备用电缆。
附图说明
图1是表示本发明的高压电子设备用电缆的一个实施方式的横向剖视图。
图2是表示本发明的高压电子设备用电缆的另一个实施方式的横向剖视图。
图3是表示本发明的高压电子设备用电缆的又一个实施方式的横向剖视图。
具体实施方式
下面，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。此外，虽然基于附图进行说明，但提供这些附图单纯只是为了进行图解，本发明并不局限于这些附图。
图1是表示本发明的一个实施方式所涉及的高压电子设备用电缆(X射线电缆)的横向剖视图。
在图1中，标号11表示线芯部，将两条低压线芯12、以及两条直径与低压线芯12的外径相同或比低压线芯12的外径小的高压线芯13捻合在一起，从而构成该线芯部11。低压线芯12由导体12a和绝缘体12b所构成，该导体12a例如由19根直径0.35mm的镀锡软铜线集中捻合而成，截面积为1.8mm2，该绝缘体12b设置于该导体12a上，例如由聚四氟乙烯等氟树脂所形成，例如厚度为0.25mm。另外，高压线芯13由裸导体13a所构成，该裸导体13a例如由50根直径0.18mm的镀锡软铜线集中捻合而成，截面积为1.25mm2。根据不同的情况，也可以在裸导体13a上设置半导电性的覆盖层。
在该线芯部11的外周，依次设有内部半导电层14、高压绝缘体15、以及外部半导电层16。通过卷绕由例如尼龙基材、聚酯基材等所形成的半导电性包带，并且/或者挤压覆盖半导电性EP橡胶等半导电性橡胶·塑料，从而形成内部半导电层14和外部半导电层16。
另外，高压绝缘体15由相对于烯烃类聚合物100质量份、含有无机填充剂0.5～5质量份的绝缘性组合物所构成。
作为烯烃类聚合物，例如有乙烯-丙烯共聚物(EPM)、乙烯-丙烯-二烯共聚物(EPDM)等乙丙橡胶、低密度聚乙烯(LDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、超低密度聚乙烯(VLDPE)、直链状低密度聚乙烯(LLDPE)等聚乙烯、聚丙烯(PP)、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(EEA)、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物(EMA)、乙烯-甲基丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)、聚异丁烯等。另外，还能使用利用金属茂催化剂使乙烯与丙烯、丁烯、戊烯、己烯、辛烯等α-烯烃或环烯烃等发生共聚而生成的共聚物等。这些材料可以单独或混合使用。作为烯烃类聚合物，其中优选乙烯-丙烯共聚物(EPM)、乙烯-丙烯-二烯共聚物(EPDM)等乙丙橡胶，其他烯烃类聚合物优选作为与乙丙橡胶并用的并用成分来使用。烯烃类聚合物进一步优选为乙丙橡胶，更进一步优选为乙烯-丙烯-二烯共聚物(EPDM)。作为乙烯-丙烯-二烯共聚物(EPDM)的具体例子，可以举出三井EPT(日本三井化工株式会社(三井化学社)制商品名称)、EspreneEPDM(日本住友化工株式会社(住友化学社)制商品名称)等。
另外，作为无机填充剂，可以举出二氧化硅、层状硅酸盐、云母、软质碳酸钙、氧化镁等。这些材料可以单独或混合使用。作为无机填充剂，其中优选利用高温火焰加水分解法制造出的热解二氧化硅。相对于烯烃类聚合物100质量份，混合无机填充剂0.5～5质量份，优选混合无机填充剂1～2质量份。当混合量不足0.5质量份时，无法获得足够的耐压特性，若混合量超过5质量份，则组合物的介电常数会变高，电缆的电容会增大。
该无机填充剂的平均分散粒子直径为1μm以下，优选为0.9μm以下，进一步优选为0.7μm以下，特别优选为0.5μm以下。若平均分散粒子直径超过1μm，则无法获得足够的耐压特性。平均分散粒子直径的下限没有特别限定，但从容易制作和获得的角度来考虑，通常为10nm以上。
上述无机填充剂的平均分散粒子直径可通过以下方法来确认：即，利用挤压成形等对绝缘性组合物进行成形，在冷冻条件下利用超薄切片机对其进行修整/刨平，用四氧化钌等金属氧化物进行染色以制成超薄切片，之后用透射型电子显微镜，对例如10个上述无机填充剂的平均分散粒子直径进行观察，取其平均而进行确认。
作为本发明中所使用的无机填充剂的具体例子，可以举出例如由日本Aerosil公司(日本アエロジル社)进行市售的、平均一次粒子直径12nm的AEROSIL200、平均一次粒子直径7nm的AEROSIL300(以上为商品名称)等。
将无机填充剂混入上述烯烃类聚合物来制备绝缘性组合物，将所获得的绝缘性组合物挤压覆盖于内部半导电层14上，或将形成为带状的绝缘性组合物进行卷绕，从而形成高压绝缘体15。烯烃类聚合物和无机填充剂的混合方法没有特别限定，只要能将无机填充剂的平均分散粒子直径控制在上述范围内即可，可以利用例如封闭式混合机、滚筒、加压混合机、混合挤出机、混合辊(ミキシングロ一ラ)等常用的混合机，采用均匀地进行混合的方法。
此外，从提高耐热性和机械特性的观点来看，绝缘性组合物优选为在覆盖后或成形后使聚合物成分交联。作为交联方法，可以使用预先将交联剂添加于绝缘性组合物并在成形后使聚合物成分交联的化学交联法、或采用电子射线照射的电子射线交联法等。作为实施化学交联法时使用的交联剂，可以举出氧化二枯基、过氧化二叔丁基、2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧基)己烷、2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧基)己-3-炔、1，3-双(叔丁基过氧基异丙基)苯、1，1-双(叔丁基过氧基)-3，3，5-三甲基环己烷、4，4-双(叔丁基过氧基)戊酸正丁酯、过氧化苯甲酰、2，4-二氯过氧化苯甲酰、过氧苯甲酸叔丁酯、叔丁基过氧异丙烯碳酸酯、过氧二乙酰、过氧化月桂酰、过氧化叔丁基枯基等。
交联的程度优选为凝胶分数为50％以上，进一步优选为65％以上。若凝胶分数不足50％，则无法充分提高耐热性和机械特性。该凝胶分数是基于JISC3005所规定的交联度试验方法来进行测定的。
另外，除上述成分以外，还可以根据需要，在不妨碍本发明的效果的范围内，在绝缘性组合物中混合无机填充剂、加工助剂、交联助剂、阻燃剂、防老化剂、紫外线吸收剂、着色剂、软化剂、增塑剂、润滑剂、以及其他添加剂。
此外，绝缘性组合物的根据JISK6253所测得的A型硬度计硬度优选为90以下，进一步优选为80以下，更进一步优选为65以下。若A型硬度计硬度超过90，则电缆的柔性和操作性会降低。
另外，在1kV和频率50Hz的条件下、利用高压西林电桥法所测得的绝缘性组合物的介电常数优选为2.8以下，进一步优选为2.6以下，更进一步优选为2.4以下。若介电常数超过2.8，则难以实现电缆的细直径化。
将内部半导电层14的外径设为例如5.0mm，覆盖厚度分别为例如3.0mm和0.2mm的高压绝缘体15和外部半导电层16。
然后，在外部半导电层16上，设有例如由镀锡软铜线所编织形成的、厚0.3mm的屏蔽层17，此外，例如在屏蔽层17上挤压覆盖软质氯乙烯树脂，从而设置厚1.0mm的护套18。
在采用这种结构的高压电子设备用电缆(X射线电缆)中，由于高压绝缘体15由绝缘性组合物所构成，所述绝缘性组合物相对于烯烃类聚合物按规定的比例含有平均分散粒子直径1μm以下的无机填充剂，因此，即使直径较细(例如，75kV级电缆的外径为13～14mm左右)，也能具备良好的耐压特性。
图2和图3分别是表示本发明的高压电子设备用电缆的其他的实施方式的横向剖视图。
图2所示的高压电子设备用电缆除线芯部11采用将两条低压线芯12、以及一条高压线芯13(在附图的例子中，在裸导体13a上设有半导电性的覆盖层13b)捻合在一起的结构以外，采用与图1所示的高压电子设备用电缆相同的结构。另外，图3所示的高压电子设备用电缆是所谓的单芯型电缆的例子，采用以下结构：即，线芯部11只由导体13a所构成，在线芯部(导体13a)上，依次设有内部半导电层14、高压绝缘体15、外部半导电层16、屏蔽层17、以及护套18。在这些高压电子设备用电缆中，也与上述实施方式相同，即使直径较细(例如，75kV级电缆的外径为13～14mm左右)，也能具备良好的耐压特性。
[实施例]
接着，利用实施例对本发明进一步进行详细说明，但本发明并不局限于这些实施例。
实施例1
将两条低压线芯和两条高压线芯捻合在一起，在其外周卷绕由尼龙基材所形成的半导电性包带，设置厚约0.5mm的内部半导电层，所述低压线芯在由19根直径0.35mm的镀锡软铜线集中捻合而成的、截面积为1.8mm2的导体上，覆盖有由聚四氟乙烯所形成的、厚0.25mm的绝缘体，所述高压线芯利用由50根直径0.18mm的镀锡软铜线集中捻合而成的、截面积为1.25mm2的裸导体所形成。
在该内部半导电层上挤压覆盖绝缘性组合物，然后进行加热交联以形成厚2.7mm的高压绝缘体，进而在其上卷绕由尼龙基材所形成的半导电性包带，设置厚约0.15mm的外部半导电层，所述绝缘性组合物是将EPDM(日本三井化工株式会社(三井化学社)制、商品名称：三井EPT#1045)100质量份、热解二氧化硅(日本Aerosil公司(日本アエロジル社)制、商品名称：AEROSIL300)0.5质量份、以及过氧化二枯基(DCP)2.5质量份经混合辊(ミキシングロ一ル)进行均匀混合而制备成。在该外部半导电层上，设置由镀锡软铜线所编织形成的、厚0.3mm的屏蔽层，在其外侧挤压覆盖软质氯乙烯树脂护套，从而制造出外径13.2mm的高压电子设备用电缆(X射线电缆)。
实施例2至3、比较例1至4
形成高压绝缘体的材料的组成如表1所示发生了变化，除此以外与实施例1相同，从而制造出了高压电子设备用电缆。
用如下所述的方法，对所获得的高压电子设备用电缆的电容和耐压特性进行了测定和评价。
[电容]
利用高压西林电桥法，在1kV、频率50Hz的条件下进行了测定。
[耐压特性]
基于NEMA(美国电气制造商协会(NATIONALELECTRICALMANUFACTURESASSOCIATION))标准(XR7)，在交流电压53kV×200小时的施加条件下，将未发生绝缘损坏的情况判断为合格(○)，将发生了绝缘损坏的情况判断为不合格(×)。
将这些结果与高压绝缘体中的无机填充剂(热解二氧化硅)的平均分散粒子直径、以及高压绝缘体的物性(硬度和介电常数)一起示于表1中。此外，这些参数的测定方法如下。
[无机填充剂的平均分散粒子直径]
从高压绝缘体切出样品片(1mm见方)，在进行了树脂包埋(环氧树脂)之后，在冷冻条件下利用德国莱卡公司制的超薄切片机EM-ULTRACUTCUT进行修整/刨平，使用四氧化钌进行蒸气染色，从而制成超薄切片。用日立制作所(日立製作所)制的透射型电子显微镜H-7100FA(加速电压100kV)对该超薄切片进行观察，求出10个分散粒子直径，算出其平均值。
[高压绝缘体的硬度]
与电缆的制造分开地制造厚2mm的片材样品，利用JISK6253的A型硬度计进行测定。
[高压绝缘体的介电常数]
与电缆的制造分开地制造厚0.5mm的片材样品，利用高压西林电桥法，在1kV、频率50Hz的条件下进行测定。
表1
由表1可知，在实施例中，虽然外径细到只有13.2mm，但却具有了能满足NEMA标准(XR7)的性能要求的耐压特性和电容(NEMA标准(XR7)的电容为0.187μF/km以下)。相反地，在未混合无机填充剂、或混合过少的比较例1、2中，虽然电缆的电容满足了NEMA标准的性能要求，但耐压特性不够，另外，在过度混合了无机填充剂、且平均分散粒子直径过大的比较例3、4中，电容和耐压特性都未能满足NEMA标准的性能要求。
这样，在本发明中，用在烯烃类聚合物中按规定的比例含有平均分散粒子直径为1μm以下的无机填充剂的绝缘性组合物来构成高压绝缘体，从而能获得直径较细、电容较小、且具有足够的绝缘性能的高压电子设备用电缆。
标号说明
11线芯部
12低压线芯
13高压线芯
14内部半导电层
15高压绝缘体
16外部半导电层
17屏蔽层
18护套

Claims (3)

1.一种X射线电缆，所述X射线电缆是在线芯部外周具有内部半导电层、高压绝缘体、外部半导电层、屏蔽层、以及护套的高压电子设备用电缆，所述X射线电缆的电缆外径为14mm以下，电容为0.187μF/km以下，且在交流电压53kV×200小时的施加条件的耐电压试验中不会发生绝缘损坏，其特征在于，
所述高压绝缘体由相对于烯烃类聚合物100质量份、含有无机填充剂0.5～5质量份的绝缘性组合物的交联体所构成，且所述无机填充剂的平均分散粒子直径为1μm以下，所述交联体的交联度(凝胶分数)为50％以上，
所述无机填充剂是热解二氧化硅，
所述烯烃类聚合物含有乙烯-丙烯-二烯共聚物。
2.如权利要求1所述的X射线电缆，其特征在于，
所述无机填充剂的平均分散粒子直径为0.9μm以下。
3.如权利要求1所述的X射线电缆，其特征在于，
将过氧化二枯基作为交联剂来对烯烃类聚合物进行交联。
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