CN106205814A - 使用无卤阻燃性树脂组合物的输电电缆 - Google Patents

使用无卤阻燃性树脂组合物的输电电缆 Download PDF

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Abstract

本发明的课题在于，得到实现了高阻燃且低发烟量的使用无卤阻燃性树脂组合物的输电电缆，其特征在于，具备：形成于导体外周的内部半导电层、形成于该内部半导电层外周的绝缘层、形成于该绝缘层外周的外部半导电层、在该外部半导电层外周缠绕金属丝而形成的屏蔽层、在该屏蔽层外周缠绕紧固带而形成的紧固带层、和形成于该紧固带层外周的护套层；所述输电电缆的外径为30mm以上60mm以下，所述护套层的厚度为2mm以上4mm以下，所述护套层包含相对于基体聚合物100质量份含有合计为100质量份以上180质量份以下的金属水合物和二氧化硅的无卤阻燃性树脂组合物，所述基体聚合物含有乙酸乙烯酯含量为50重量％以上的乙烯乙酸乙烯酯共聚物。

Description

使用无卤阻燃性树脂组合物的输电电缆
技术领域
本发明涉及具有高阻燃性且抑制了燃烧时所产生的烟量的、使用无卤阻燃性树脂组合物的输电电缆。
背景技术
作为不使用含卤化合物而赋予阻燃性的方法，有使用氢氧化铝、氢氧化镁等燃烧时不产生腐蚀性气体的金属水合物的方法(例如，参照专利文献1)。
对于具有高阻燃性的使用无卤树脂组合物的电力电缆，一般重视电气特性而使用构成为不使用或低填充金属水合物的绝缘层，采用由位于外层的护套材料来表现阻燃性的构成，而作为护套层的阻燃方法，一直使用对树脂添加大量金属水合物的方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2001-6446号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而，通过该方法，燃烧时生成的燃渣会变得脆弱，因此存在燃烧扩展至电线内部而导致内部可燃物膨胀、气体化、不完全燃烧，使阻燃性、发烟特性变差的问题。
作为解决上述问题的方法，为了抑制气体化和其挥散，虽然有使用高熔点芳香族带、非燃带、高阻燃带的方法，但由于电缆外径变粗的问题、成本升高，因此仍有研究的余地。
本发明鉴于所述情况而完成，其课题在于，得到实现了高阻燃且低发烟量的使用无卤阻燃性树脂组合物的输电电缆。
用于解决课题的方法
本发明为了达成上述目的，提供下述使用无卤阻燃性树脂组合物的输电电缆。
[1]一种输电电缆，其特征在于，具备：形成于导体外周的内部半导电层、形成于该内部半导电层外周的绝缘层、形成于该绝缘层外周的外部半导电层、在该外部半导电层外周缠绕金属丝而形成的屏蔽层、在该屏蔽层外周缠绕紧固带而形成的紧固带层、形成于该紧固带层外周的护套层，
所述输电电缆的外径为30mm以上60mm以下，所述护套层的厚度为2mm以上4mm以下，所述护套层包含无卤阻燃性树脂组合物，所述无卤阻燃性树脂组合物相对于基体聚合物100质量份含有合计为100质量份以上180质量份以下的金属水合物和二氧化硅，所述基体聚合物含有乙酸乙烯酯含量为50重量％以上的乙烯乙酸乙烯酯共聚物。
[2]如[1]所述的输电电缆，其特征在于，相对于所述基体聚合物100质量份，所述金属水合物的添加量为130质量份以下。
发明的效果
根据本发明，能够解决上述课题并得到实现了高阻燃且低发烟量的使用无卤阻燃性树脂组合物的输电电缆。
附图说明
图1是本发明实施方式所涉及的输电电缆的截面图。
符号说明
1 输电电缆
2 导体
3 内部半导电层
4 绝缘层
5 外部半导电层
6 半导电性带层
7 屏蔽层
8 紧固带层
9 护套层
60 半导电性带
70 金属丝
80 紧固带
具体实施方式
[输电电缆]
本发明实施方式所涉及的输电电缆具备：形成于导体外周的内部半导电层、形成于该内部半导电层外周的绝缘层、形成于该绝缘层外周的外部半导电层、在该外部半导电层外周缠绕金属丝而形成的屏蔽层、在该屏蔽层外周缠绕紧固带而形成的紧固带层、和形成于该紧固带层外周的护套层，所述输电电缆的外径为30mm以上60mm以下，所述护套层的厚度为2mm以上4mm以下，所述护套层包含无卤阻燃性树脂组合物，所述无卤阻燃性树脂组合物相对于基体聚合物100质量份含有合计为100质量份以上180质量份以下的金属水合物和二氧化硅，所述基体聚合物含有1种以上的乙酸乙烯酯含量为50重量％以上的乙烯乙酸乙烯酯共聚物。
图1是本发明实施方式所涉及的输电电缆的正面图。
本发明实施方式所涉及的输电电缆具备：形成于导体外周的内部半导电层、形成于该内部半导电层外周的绝缘层、形成于该绝缘层外周的外部半导电层、在该外部半导电层外周缠绕金属丝而形成的屏蔽层、在该屏蔽层外周缠绕紧固带而形成的紧固带层、和形成于该紧固带层外周的护套层。
更具体地，该输电电缆1可使用具备如下的电缆：由捻线构成的导体2、形成于导体2外周的内部半导电层3、形成于内部半导电层3外周的绝缘层4、形成于绝缘层4外周的外部半导电层5、在外部半导电层5外周缠绕半导电性带60而形成的半导电性带层6、在半导电性带层6外周缠绕金属丝70而形成的屏蔽层7、在屏蔽层7外周缠绕紧固带80而形成的紧固带层8、和形成于紧固带层8外周的护套层9。关于用于护套层9的无卤阻燃性树脂组合物，如后所述。
导体2通过将多根芯线捻合形成。作为芯线，可使用例如镀锡软铜线等线材。导体2输送例如7000V以上的高电压电。
内部半导电层3和外部半导电层5为了缓和电场集中而设置，例如通过在乙丙橡胶、丁基橡胶等橡胶中分散碳等导电性粉末来赋予导电性，将其挤出成型而形成。
绝缘层4通过将例如乙丙橡胶、氯乙烯、交联聚乙烯、有机硅橡胶、氟系材料等材料挤出成型而形成。
半导电性带层6，通过在外部半导电层5外周将半导电性带60沿电缆长度方向以螺旋状按照例如带宽度的1/4以上1/2以下重叠的方式进行叠绕而形成。半导电性带60，通过将由例如尼龙或人造纤维、PET等构成的经线和纬线编成基布或无纺布，在其中含浸在乙丙橡胶、丁基橡胶等橡胶中分散有碳等导电性粉末的物质而形成，可使用例如厚度0.1mm以上0.4mm以下、宽度30mm以上70mm以下的带。
屏蔽层7，通过在半导电性带层6外周沿电缆轴向将金属丝70以螺旋状缠绕而形成。金属丝70由例如镀锡软铜等导电性材料形成，可使用例如直径0.4mm以上0.6mm以下的线材。屏蔽层7在使用时接地。
紧固带层8，通过在屏蔽层7外周沿电缆轴向将紧固带80以螺旋状叠绕而形成。紧固带80可使用例如厚度0.03mm以上0.2mm以下、宽度50mm以上90mm以下的由塑料或人造纤维形成的带。
作为护套层9，使用无卤阻燃性树脂组合物，所述无卤阻燃性树脂组合物相对于基体聚合物100质量份含有合计为100质量份以上180质量份以下的金属水合物和二氧化硅，所述基体聚合物含有乙酸乙烯酯含量50重量％以上的乙烯乙酸乙烯酯共聚物(EVA)。
作为在本发明实施方式所涉及的输电电缆中使用的乙烯乙酸乙烯酯共聚物，使用其乙酸乙烯酯含量为50重量％以上的物质。这是因为，如果乙酸乙烯酯含量低于50重量％，则所得燃渣脆化，无法得到良好的阻燃性、低发烟性。
本发明实施方式所涉及的输电电缆中使用的金属水合物和二氧化硅的合计量如果相对于基体聚合物100质量份不为100质量份以上180质量份以下，则无法实现高阻燃性、低发烟性。这是因为，如果低于100质量份，则阻燃性变得不充分，如果超过180质量份，则发烟性变差。从兼顾高阻燃性和低发烟性的观点出发，更优选为130质量份以上150质量份以下。
作为金属水合物，可使用氢氧化铝、氢氧化镁等，优选其表面用脂肪酸、硅烷化合物进行了偶联。金属水合物的添加量优选为130质量份以下。从阻燃性的观点出发，优选为90质量份以上130质量份以下，从发烟性的观点出发，更优选并用上述两种金属水合物，并将金属水合物的添加量设为100质量份以上120质量份以下。
作为这两种的并用比例，优选以重量比计氢氧化镁:氢氧化铝＝40:60～60:40。这是因为已判明，针对无卤阻燃性树脂组合物时燃烧开始后的电缆温度升高抑制、燃渣固化，阶段性的脱水方法更为有效。在此所述的阶段性的脱水是指氢氧化铝和氢氧化镁的脱水开始温度。分别为210℃附近、280℃附近。
在本发明实施方式所涉及的输电电缆中使用的二氧化硅，可使用非晶、结晶的任一方。二氧化硅适合用于使燃烧时的燃渣固化。未添加二氧化硅的情况下，燃渣不固化，没有实现低发烟化。
本发明实施方式所涉及的输电电缆的效果表现于电缆外径(直径)为30mm以上60mm以下、护套层的厚度为2mm以上4mm以下的输电电缆。如果电缆外径小于30mm则阻燃性不充分，而超过60mm的情况下，即使金属水合物和二氧化硅的合计添加量为180质量份以下，也能够兼顾高阻燃性和低发烟性。
如果护套层厚度小于2mm，则阻燃性、低发烟性均不表现。如果超过4mm，则即使金属水合物和二氧化硅的合计添加量为180质量份以下，也能够兼顾高阻燃性和低发烟性。
本发明实施方式所涉及的输电电缆具备：形成于导体外周的内部半导电层、形成于该内部半导电层外周的绝缘层、形成于该绝缘层外周的外部半导电层、在该外部半导电层外周缠绕金属丝而形成的屏蔽层、在该屏蔽层外周缠绕紧固带而形成的紧固带层、和形成于该紧固带层外周的护套层。这是因为，燃烧时产生的护套层的燃渣适度强韧，适度地具有空孔度。可认为，强韧的燃渣作为缓和由燃烧热导致的绝缘体等的膨胀所引起的应力，防止火焰侵入输电电缆内部的隔热层而发挥作用，另一方面，空孔度在向护套层侧放出燃烧热所导致的来自输电电缆内部的气体成分，抑制不完全燃烧的方面发挥作用。
此外，对用于本发明实施方式所涉及的输电电缆的无卤阻燃性树脂组合物，也可根据需要在不损害本发明效果的范围内配合由马来酸等改性的聚烯烃树脂、硅烷偶联剂、交联反应促进剂、抗氧化剂、其他润滑剂、着色剂等。
(制造方法)
接着，对输电电缆1的制造方法的一个例子进行说明。
在导体2外周，依次将内部半导电层3、绝缘层4、外部半导电层5挤出成型。接着，在外部半导电层5外周沿电缆轴向将半导电性带60以螺旋状缠绕而形成半导电性带层6，在半导电性带层6外周沿电缆轴向将金属丝70螺旋缠绕而形成屏蔽层7，在屏蔽层7外周沿电缆轴向将紧固带80以螺旋状缠绕而形成紧固带层8。接着，在紧固带层8外周挤出成型护套层9。然后，利用150℃以上180℃以下气氛下的连续硫化装置，在5min以上60min以下的条件下进行硫化，由此制造输电电缆1。
作为本发明实施方式所涉及的输电电缆的用途，可以用于例如铁路车辆用特高压电缆等。
[本发明实施方式的效果]
本发明能够得到使用无卤阻燃性树脂组合物的输电电缆，所述输电电缆具备：形成于导体外周的内部半导电层、形成于该内部半导电层外周的绝缘层、形成于该绝缘层外周的外部半导电层、在该外部半导电层外周缠绕金属丝而形成的屏蔽层、在该屏蔽层外周缠绕紧固带而形成的紧固带层、和形成于该紧固带层外周的护套层，所述输电电缆的外径为30mm以上60mm以下，所述护套层的厚度为2mm以上4mm以下，由于所述护套层包含如下无卤阻燃性树脂组合物，从而实现了高阻燃且低发烟量，所述无卤阻燃性树脂组合物相对于基体聚合物100质量份含有合计为100质量份以上180质量份以下金属水合物和二氧化硅，所述基体聚合物含有乙酸乙烯酯含量为50重量％以上的乙烯乙酸乙烯酯共聚物。
实施例
以下，示出实施例来对本发明进行更具体的说明。该实施例示出本发明的一个方式，并不限定该发明，可以在本发明的范围内进行任意的改变。
(实施例)在由镀锡软铜捻线形成的导体上，通过共挤出～连续硫化法，得到由内部半导电层、绝缘层、外部半导电层构成的三层挤出被覆线。然后，缠绕半导电性带，将金属丝横向缠绕，施加紧固带(例如PET带)和防止嵌入的人造纤维带，制作电缆外径不同的三种电缆。将该三种的电缆外径调整成32mm、37.7mm、50.7mm。
利用挤出机对制得的三种结构的电缆以厚度成为2mm以上4mm以下的方式被覆多种护套层，然后通过间歇式硫化法，得到输电电缆。关于护套层的配合组成，适用表l所示的配合组成。
(比较例)将护套层的配合组成设为如表2所记载，将电缆外径设为小于30mm且为60mm以上，将厚度设为小于2mm且超过4mm，除次以外，在与实施例同样的条件下得到输电电缆。
关于所得输电电缆，基于下述方法对燃烧性和发烟性试验进行研究。
燃烧性：基于EN50266-2-4，实施垂直托架燃烧试验(VTFT)。关于判定，将试验后的炭化长小于250cm设为合格，将炭化长超过250cm设为不合格。
发烟性：基于EN50268-2，实施3m立方体发烟性试验。关于判定，将透过率60％以上设为合格，将透过率小于60％设为不合格。
表1
实施例
表2
比较例
由表1所示结果可知，在实施例1至实施例8中得到的输电电缆，在阻燃性、发烟性方面均获得了良好的结果。
相对于此，表2所示的比较例1至比较例7在阻燃性、发烟性的两方面或任一方面产生了问题。
比较例1中，由于护套层厚度为0.5mm，较薄，因此阻燃试验和发烟性试验均不合格。
比较例2中，由于护套层厚度为0.5mm，较薄，且电缆外径细至25.0mm，因此阻燃试验和发烟性试验均不合格。
比较例3中，由于金属水合物和二氧化硅的添加量合计为190.0质量份，过多，因此发烟性试验不合格。
比较例4中，由于金属水合物和二氧化硅的添加量合计为80.0质量份，过少，因此阻燃试验不合格。
比较例5中，由于VA量小至41％，因此阻燃试验不合格。
接下来，将实施例1和比较例3的发烟试验后的输电电缆分解，进行观察。结果，在比较例3中确认到绝缘体由于燃烧而损伤的部分为1800mm2程度，而实施例1未确认到损伤部。关于护套层的燃渣，确认到实施例1硬，而比较例3的空孔率高。推定：实施例1通过金属水合物的脱水而适度地形成空孔，护套层自身的可燃气体以二氧化硅为起点被稀释，从而形成了更硬的燃渣，抑制了绝缘体损伤所导致的发烟性降低。另一方面，比较例3由于金属水合物的添加量高，因此通过吸热效果而提高了燃渣的空孔率。但推定其组长了燃渣自身的脆化和绝缘体等的不完全燃烧气体的放出。

Claims (2)

1.一种输电电缆，其特征在于，具备：
形成于导体外周的内部半导电层、
形成于该内部半导电层外周的绝缘层、
形成于该绝缘层外周的外部半导电层、
在该外部半导电层外周缠绕金属丝而形成的屏蔽层、
在该屏蔽层外周缠绕紧固带而形成的紧固带层、和
形成于该紧固带层外周的护套层，
所述输电电缆的外径为30mm以上60mm以下，所述护套层的厚度为2mm以上4mm以下，
所述护套层包含无卤阻燃性树脂组合物，
所述无卤阻燃性树脂组合物相对于基体聚合物100质量份含有合计为100质量份以上180质量份以下的金属水合物和二氧化硅，所述基体聚合物含有乙酸乙烯酯含量为50重量％以上的乙烯乙酸乙烯酯共聚物。
2.如权利要求1所述的输电电缆，其特征在于，相对于所述基体聚合物100质量份，所述金属水合物的添加量为130质量份以下。
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