CN102483974A

CN102483974A - 太阳能集电电缆

Info

Publication number: CN102483974A
Application number: CN2011800036012A
Authority: CN
Inventors: 八木泽丈; 山崎智
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2010-07-08
Filing date: 2011-07-08
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2031-07-08
Also published as: WO2012005357A1; CN102483974B; JP2012018830A

Abstract

本发明的目的在于提供一种太阳能集电电缆，其满足PSE规格中外皮所要求具有的物理特性(伸长率、抗张强度、老化后的伸长残率和抗张强度残率)以及加热变形性和阻燃性，同时具有不会产生由摩擦等引起的所谓白化的良好外观。太阳能集电电缆(1)为用具有外侧绝缘层(30)以及由聚乙烯构成的内侧绝缘层(20)的双层构造的绝缘层被覆导体(10)而形成的结构，所述外侧绝缘层(30)以(A)/(B)＝1～1.6的质量比含有合成氢氧化镁(A)和基体树脂(B)，该基体树脂以(C)/(D)＝70/30～90/10的质量比含有聚烯烃系树脂(C)和苯乙烯系热塑性弹性体(D)，该聚烯烃系树脂以(E)/(F)＝2/6～3/5的质量比含有聚丙烯系树脂(E)和乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(F)。

Description

太阳能集电电缆

技术领域

本发明涉及太阳能集电电缆，特别是，涉及用双层构造的绝缘层被覆的太阳能集电电缆。

背景技术

近年来，人们对能源资源的枯竭和大气中CO₂增加这样的环境问题以及能源问题的关心日益增加，因此，期望开发清洁能源，其中，使用太阳能电池的太阳能发电系统作为新的能源正在得到实用化。

在这样的太阳能发电系统中所使用的太阳能集电电缆是以屋外环境下的使用作为前提，因此，除了要求可使用温度宽、耐紫外线性、柔性之外，还要求机械强度及双重绝缘或强化绝缘，另外，还要求该太阳能集电电缆为符合电气用品安全法(PSE规格)的电缆。

在PSE规格所要求的项目中，除了对导体及绝缘体的要求项目外，还对外皮(护套)规定有物理特性(伸长率、抗张强度、老化后的伸长残率及抗张强度残率)及加热变形的项目。另外，为了防止在起火事故等时火势传过电缆而增大，在PSE规格中要求具有阻燃性。

作为阻燃性电线，有专利文献1所述的无卤阻燃电线。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2001-160324号公报

发明内容

发明所要解决的课题

但是，在这些电缆中，为了实现上述阻燃性，需要在外层中混合氢氧化铝或氢氧化镁等金属氧化物，含有该金属氧化物的电缆存在着在擦过时该擦过部分变白的现象，也就是发生所谓的白化，从而引起外观不良的问题。

本发明是着眼于现有的太阳能集电电缆中的上述问题而进行的，其目的在于提供一种太阳能集电电缆，其满足PSE规格中外皮所要求具有的物理特性(伸长率、抗张强度、老化后的伸长残率及抗张强度残率)以及加热变形性和阻燃性，同时具有不会产生由摩擦等引起的所谓白化的良好外观。

解决课题的手段

本发明人为了实现上述目的而进行了深入研究，结果发现，在导体上被覆有双重绝缘层的电缆中，通过使构成外侧绝缘层的树脂中以一定的比率含有合成氢氧化镁，并且使构成外侧绝缘层的树脂的组成形成为特定的组成，从而能够实现上述目的，并完成了本发明。

即，本发明的太阳能集电电缆是用具有外侧绝缘层和由聚乙烯构成的内侧绝缘层的双层构造的绝缘层被覆导体而形成的太阳能集电电缆，其中，所述外侧绝缘层以(A)/(B)＝1～1.6的质量比含有合成氢氧化镁(A)和基体树脂(B)，并且该基体树脂以(C)/(D)＝70/30～90/10的质量比含有聚烯烃系树脂(C)和苯乙烯系热塑性弹性体(D)，该聚烯烃系树脂以(E)/(F)＝2/6～3/5的质量比含有聚丙烯系树脂(E)和乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(F)。

另外，本发明的太阳能集电电缆中，所述苯乙烯系热塑性弹性体优选为SEBS(苯乙烯-乙烯丁烯-苯乙烯共聚物)。

附图简要说明

图1是示出本发明太阳能集电电缆的一个例子的剖面斜视示意图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的太阳能集电电缆进行详细地说明。

太阳能集电电缆1具有这样的形状：其中，用具有内侧绝缘层20以及在其外周层叠的外侧绝缘层30的双重构造的绝缘层来被覆导体10。在太阳能发电系统中，通常使用两根1.5m左右长度的电缆作为一组。

关于导体10的尺寸，其截面积优选为2.0mm²～6.0mm²，考虑到PSE规格，优选的是，公称截面积为2.0mm²、3.5mm²，其结构为7根绞合/单线直径0.6mm、7根绞合/单线直径0.8mm。材质例如可以为软铜。

关于内侧绝缘层20的尺寸，考虑到PSE规格，优选的是，厚度为0.7mm～1.2mm，外径为3.4mm～5.1mm。内侧绝缘层20的材质为聚乙烯。通过用纯聚乙烯制成内侧绝缘层20，能够实现良好的电特性。

关于外侧绝缘层30的尺寸，考虑到PSE规格，厚度优选为1.5mm，并且完成外径优选为6.4mm～8.1mm。

外侧绝缘层30含有合成氢氧化镁作为阻燃剂。作为市售的合成氢氧化镁，可列举(例如)協和化学工業(株)制造的キスマ(商标)。在此，之所以将阻燃剂限定为合成氢氧化镁，是因为通过以特定的含有比例进行添加，电缆不会产生摩擦情况下的白化，从而能够实现阻燃性。也可以对合成氢氧化镁进行表面处理。另一方面，虽然常用的氢氧化铝或天然氢氧化镁等金属氧化物对获得阻燃性是有效的，但是在添加能够获得阻燃性的量的情况下，电缆的摩擦处变白，因此，不能同时获得阻燃性和优良的外观。

相对于外侧绝缘层30的基体树脂，以1～1.6的质量比含有合成氢氧化镁。在不足1时不能得到所期望的阻燃性，若超过1.6则成形时的挤出性变差。

外侧绝缘层30的基体树脂含有聚烯烃系树脂(C)和苯乙烯系热塑性弹性体(D)。其质量比为(C)/(D)＝70/30～90/10。聚烯烃系树脂的含有比率若超过聚烯烃系树脂和苯乙烯系热塑性弹性体合计量的90质量％，则发现阻燃性变差的倾向，同时得不到所期望的抗张强度。另一方面，若不足70质量％，则在外侧绝缘层30产生白化。

上述聚烯烃系树脂以(E)/(F)＝2/6～3/5的质量比含有聚丙烯系树脂(E)和乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(F)。聚丙烯系树脂的含有比率不足聚丙烯系树脂和乙烯-丙烯酸乙酯共聚物合计量的2/8时，不能得到所期望的抗张强度，若超过3/8则阻燃性和伸长率变差。

作为聚丙烯系树脂，虽然没有特别限定，但优选是在乙烯丙烯共聚物或聚丙烯中熔融混炼乙烯-丙烯橡胶(EPDM、EPR)而形成的物质。特别优选是在乙烯丙烯共聚物中熔融混炼EPDM、EPR而形成的物质。这是因为这样的物质在具有充分的耐热性及强度的同时，能够赋予配线时容易作业的柔韧性。作为聚丙烯系树脂，除了使用通过熔融混炼上述的树脂成分和橡胶成分而合成的复合TPO型(TPO：烯烃系热塑性弹性体)外，也可以使用反应TPO型。反应TPO为在聚合物聚合时在作为硬部的基质树脂中分散作为软部的橡胶成分而形成的烯烃系热塑性弹性体，相对于通过熔融混炼上述的树脂成分和橡胶成分而合成的复合TPO，反应TPO为使树脂成分和橡胶成分在同一聚合场中聚合而形成的TPO。在本发明中可以使用基质部分为聚丙烯的物质。

作为上述苯乙烯系热塑性弹性体，虽然没有特别限定，但优选SEBS(苯乙烯-乙烯丁烯-苯乙烯共聚物)或SEBC(苯乙烯-乙烯丁烯-烯烃结晶嵌段共聚物)。通过苯乙烯成分的芳香环的嵌入，燃烧时的成壳性提高，阻燃试验容易合格。另外，由于具有乙烯-丁二烯成分，因此在与聚烯烃系树脂混合时，不会使聚烯烃系树脂的伸长率及强度变差，比单独使用聚烯烃系树脂时的情况更能改善抗张强度。

作为上述乙烯-丙烯酸乙酯共聚物，虽然没有特别限定，但优选举出丙烯酸乙酯的含有比例为10质量％～25质量％的乙烯-丙烯酸乙酯共聚物，特别优选丙烯酸乙酯的含有比例为15质量％左右的乙烯-丙烯酸乙酯共聚物。这是因为氢氧化镁的分散性得到提高。丙烯酸乙酯的含量少时不能充分地使氢氧化镁分散，这会产生得不到伸长率、氢氧化镁发生凝集等问题。

根据需要，外侧绝缘层30的基体树脂可以进一步单独使用或两种以上组合使用增塑剂、紫外线吸收剂、光稳定剂、防老化剂、润滑剂、着色剂、填充剂、加工性改良剂以及其它改性剂等。

上述太阳能集电电缆1是通过利用挤出被覆，按照内侧绝缘层20、外侧绝缘层30的顺序被覆导体10而得到的。另外，用于内侧绝缘层20的聚乙烯优选通过电子束或紫外线照射等方法而被交联。

另外，挤出被覆时，可通过将各组成物用辊、密炼机、挤出机等进行混炼，将所得到的颗粒复合物和导体用附带有十字头模的现有公知的电线用挤出机进行电线被覆挤出成形。

实施例

下面通过实施例以及比较例进一步详细地说明本发明，但本发明不限于这些实施例。

(1)太阳能集电电缆的制作

分别将由表1所示组成形成的外皮用作外侧绝缘层，制作了实施例1～5以及比较例1～6的太阳能集电电缆。就各电缆而言，分别制作了表2所示的完成外径不同的两种电缆(电缆1、2)。

(2)所制作的太阳能集电电缆的评价

将所得到的各电缆及评价示于表1。另外，就实施例1～5以及比较例1～6中的任意一个而言，即使是完成外径不同的电缆(电缆1、2)，也具有相同的结果，因此总结并示于表1。

【表2】

对上述各例的太阳能集电电缆进行的各种特性的评价方法如下所述。

[阻燃试验]

阻燃性通过60°倾斜阻燃来进行评价。

关于60°倾斜阻燃，将电缆烤火30秒钟，若着火则马上去除火焰，将60秒以内灭火的情况作为合格。

[外皮的伸长率]

从电缆中取出外侧绝缘层部分，依据JIS C3005：2000的4.16进行测定。试验机使用的是JIS B 7721中所规定的试验机。将管状试验片安装在试验机的卡盘上，以拉伸速度200mm/min.进行拉伸，测定切断时标线间的长度，通过下式算出伸长率，将伸长率超过350％的试验片作为合格。试验在室温下进行，以n＝3进行判定。

(式子)ε＝(l₁-l₀/l₀)×100

上式中，ε为伸长率(％)，l₁为切断时标线间的长度(mm)，l₀为标线间的长度(mm)。

[外皮的老化后伸长残率]

将从电缆中取出的外侧绝缘层老化(90℃×4天)后，测定并算出伸长率，将与老化前的伸长率相比残率超过65％的外侧绝缘层作为合格。另外，残率通过下式算出，以n＝3进行判定。

(式子)X＝(C₁/C₀)×100

上式中，X为残率(％)，C₁为老化后的值，C₀为老化前的平均值。

[外皮的抗张强度]

从电缆中取出外侧绝缘层部分，依据JIS C3005：2000的4.16进行测定。试验机使用的是JIS B 7721中所规定的试验机。将管状试验片安装在试验机的卡盘上，以拉伸速度200mm/min.进行拉伸，测定最大拉伸负荷，通过下式算出抗张强度，将抗张强度超过10MPa的试验片作为合格。试验在室温下进行，以n＝3进行判定。

(式子)δ＝F/A

上式中，δ为抗张强度(MPa)，F为最大拉伸负荷(N)，A为试验片的截面积(mm²)。

[外皮的老化后抗张强度残率]

将从电缆中取出的外侧绝缘层老化(90℃×4天)后，测定并算出抗张强度，将与老化前的抗张强度相比残率超过80％的外侧绝缘层作为合格。另外，在抗张强度的计算中，试验片的截面积使用的是老化前的值。而且，残率通过下式算出，以n＝3进行判定。

(式子)X＝(C₁/C₀)×100

[外皮的加热变形]

将电缆切成30mm的长度，去除导线及内侧绝缘层，从而得到外侧绝缘层的管状试验片。将该管状试验片依据JISC3005：20004.23以加热温度75℃、负荷1kg来测定加热变形。将残率超过90％的试验片作为合格。以n＝3进行判定。

[有无白化]

制造电缆并缠绕在筒管上。去掉筒管的芯以形成线束，目测观察10m以寻找白化的地方。将每1m有1处白化的地方或者观察不到白化的电缆作为无白化(OK)。将观察到每1m有超过一处白化的地方的电缆作为有白化(NG)。

[评价考察]

对于实施例1～4而言，获得了这样的良好结果：PSE规格中外皮所要求具有的物理特性(伸长率、抗张强度、老化后的伸长残率及抗张强度残率)、加热变形性、阻燃性、未产生白化的良好外观特性均优异。

比较例1及比较例2使用了天然氢氧化镁，因此，结果产生了白化。另外，关于比较例2，由于使用了聚丙烯均聚物作为聚丙烯系树脂，结果，相对于使用了乙烯丙烯嵌段共聚物的比较例1，其阻燃性和伸长率都变差。

比较例3不含有作为苯乙烯系热塑性弹性体的SEBS，因此得不到抗张强度，另一方面，如比较例4那样如果过量加入作为苯乙烯系热塑性弹性体的SEBS则会产生白化。另外，虽然比较例3不含有作为苯乙烯系热塑性弹性体的SEBS，但是聚烯烃系树脂中聚丙烯系树脂与乙烯-丙烯酸乙酯共聚物的配合比率良好，因此阻燃性为没有问题的水平。

比较例5和6为改变了聚烯烃系树脂中聚丙烯系树脂与乙烯-丙烯酸乙酯共聚物的配合比率的实验例，其中，在含有超过特定比率的聚丙烯系树脂的比较例5中，阻燃性变差，同时伸长率变差；另一方面，在含有超过特定比率的乙烯-丙烯酸乙酯共聚物的比较例6中，抗张强度变差。

另外，比较例1～6中，观察到每1m有数个(5个左右)白化的地方。在卷绕电缆时电缆彼此摩擦、或者电缆与导辊摩擦，由此有时在电缆上留下白色条状物(数cm长度)，将其作为白化的地方。

根据本发明，用具备外侧绝缘层、以及由聚乙烯构成的内侧绝缘层的双层构造的绝缘层被覆导体，上述外侧绝缘层以(A)/(B)＝1～1.6的质量比含有合成氢氧化镁(A)和基体树脂(B)，该基体树脂以(C)/(D)＝70/30～90/10的质量比含有聚烯烃系树脂(C)和苯乙烯系热塑性弹性体(D)，该聚烯烃系树脂以(E)/(F)＝2/6～3/5的质量比含有聚丙烯系树脂(E)和乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(F)，由此，能够提供这样的太阳能集电电缆：其满足PSE规格中外皮所要求具有的物理特性(伸长率、抗张强度、老化后的伸长残率及抗张强度残率)以及加热变形性和阻燃性，同时具有不会产生由摩擦等引起的所谓白化的良好外观。

符号说明

1…太阳能集电电缆，10…导体，20…内侧绝缘层，30…外侧绝缘层。

参照特定的实施方式详细地说明了本发明，但是对本领域技术人员而言显而易见的是，在不脱离本发明精神和范围的情况下可以进行各种变化和修改。

另外，本申请基于2010年7月8日申请的日本专利申请(日本特願2010-155766号)，其全部内容以引用的方式并入本文。另外，本文中所引用的全部参考文献以整体方式并入本文。

Claims

1.一种太阳能集电电缆，其为用具有外侧绝缘层以及由聚乙烯构成的内侧绝缘层的双层构造的绝缘层被覆导体而形成的太阳能集电电缆，

所述外侧绝缘层以(A)/(B)＝1～1.6的质量比含有合成氢氧化镁(A)和基体树脂(B)，

该基体树脂以(C)/(D)＝70/30～90/10的质量比含有聚烯烃系树脂(C)和苯乙烯系热塑性弹性体(D)，

该聚烯烃系树脂以(E)/(F)＝2/6～3/5的质量比含有聚丙烯系树脂(E)和乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(F)。

2.权利要求1所述的太阳能集电电缆，其中所述苯乙烯系热塑性弹性体为SEBS(苯乙烯-乙烯丁烯-苯乙烯共聚物)。