DE112013006812T5

DE112013006812T5 - Isolierzusammensetzung und umhüllter elektrischer Draht, der diese einsetzt

Info

Publication number: DE112013006812T5
Application number: DE112013006812.5T
Authority: DE
Inventors: Masaki Tanigawa
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2013-03-13
Filing date: 2013-12-27
Publication date: 2015-12-10
Also published as: JP2014177510A; CN105143338A; US20150380127A1; WO2014141567A1

Abstract

Eine erfindungsgemäß Isolierzusammensetzung umfasst: ein Ethylencopolymer mit einer Shore D-Härte von 33 oder höher und niedriger als 50; ein Ethylen-Propylen-Dienmonomer-Copolymer oder einen Acrylkautschuk; und ein Metallhydroxid, worin das Masseverhältnis (A/B) des Ethylencopolymers (A) zum Ethylen-Propylen-Dienmonomer-Copolymer oder zum Acrylkautschuk (B) 60/40 bis 80/20 beträgt. Weiterhin ist, falls das Ethylen-Propylen-Dienmonomer-Copolymer enthalten ist, das Masseverhältnis des Metallhydroxids 70 bis 80 Masseteile relativ zu 100 Masseteilen der Gesamtheit des Ethylencopolymers und des Ethylen-Propylen-Dienmonomer-Copolymers. Wenn der Acrylkautschuk enthalten ist, ist das Masseverhältnis des Metallhydroxids 60 bis 100 Masseteile relativ zu 100 Masseteilen der Gesamtheit des Ethylencopolymers und des Acrylkautschuks.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Isolierzusammensetzung, die für einen elektrischen Draht eingesetzt wird, der in einem Fahrzeug, wie einem elektrischen Automobil, verlegt werden soll, und einen umhüllten elektrischen Draht, der die Isolierzusammensetzung als eine isolierende Umhüllung einschließt.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Elektrische Drähte, wie Kabelbäume für elektrische Automobile, müssen Flexibilität aufweisen, da sie in manchen Fällen mit scharfen Biegungen auf kurzen Pfaden verlegt werden. Als elektrischer Draht, der an einer solchen Stelle verlegt wird, wurde ein elektrischer Draht mit einer Isolierbeschichtung aus weichem Silikonkautschuk eingesetzt. Obgleich der umhüllte elektrische Draht, der den Silikonkautschuk einsetzt, Wärmeresistenz aufweist, so besteht jedoch für den umhüllten elektrischen Draht das Problem einer geringen Vielseitigkeit, da seine schwache Resistenz gegenüber Säuren und seine geringe Festigkeit einige Einschränkungen für die Orte, an denen der umhüllte elektrische Draht eingesetzt werden kann, auferlegen.
Wie oben beschrieben, wird ein elektrischer Draht, der für ein elektrisches Automobil eingesetzt wird, mit großer Biegespannung in einer Kabelbaum-Schutzführung verlegt, und muss daher Flexibilität aufweisen. Ein herkömmliches Verfahren zur Bereitstellung von Flexibilität für einen elektrischen Draht ist die Verringerung des Durchmessers eines Metall-Leiters. Allerdings macht die Verringerung des Durchmessers eines Metall-Leiters die Bearbeitung des Leiters erforderlich, und führt so zu einer Erhöhung der Produktionskosten. Wenn der Durchmesser eines Metall-Leiters verringert wird, kann zusätzlich der Metall-Leiter durch Schwingungen brechen. Aus diesem Grund wurde anstelle der Reduktion des Durchmessers eines Metall-Leiters ein weicher Isolator als Isolator eingesetzt wird, mit dem der Metall-Leiter beschichtet wird (siehe beispielsweise Patentliteratur 1).
Im elektrischen Draht, der in der Patentliteratur 1 beschrieben wird, wird eine vernetzte Harzzusammensetzung, die durch Mischen eines Elastomers mit einem Ethylencopolymer und weitere Zugabe eines Metallhydroxids erhalten wird, als Isolierumhüllung eingesetzt, mit der der Metall-Leiter beschichtet wird.
LISTE DER ZITATE
PATENTLITERATUR

Patentliteratur 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 2008-84833

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die in Patentliteratur 1 beschriebene Isolierbeschichtung weist die für die Verkabelung erforderliche Flexibilität auf. Allerdings hat die Isolierbeschichtung eine geringe Abnutzungsresistenz, und kann daher leicht durch Vibrationen oder ähnliches beschädigt oder gebrochen werden. Weiterhin hat die Isolierbeschichtung eine so niedrige Ölresistenz, dass die Isolierbeschichtung leicht bei Kontakt mit Benzin, Motoröl oder ähnlichem abgebaut werden kann, und innerhalb einer kurzen Zeitspanne nutzlos werden kann.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die Probleme der herkömmlichen Technologien gemacht. Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Isolierzusammensetzung bereitzustellen, die nicht nur Flexibilität aufweist, sondern auch eine hervorragende Abnutzungsresistenz und Ölresistenz, und die Bereitstellung eines umhüllten elektrischen Drahtes, der diese einsetzt.
Eine Isolierzusammensetzung gemäß eines ersten Gesichtspunkts der vorliegenden Erfindung umfasst: ein Ethylencopolymer, das eine Shore D-Härte von 33 oder höher und niedriger als 50 aufweist; ein Ethylen-Propylen-Dienmonomer-Copolymer oder einen Acrylkautschuk; und ein Metallhydroxid. Das Massenverhältnis (A/B) des Ethylencopolymers (A) zum Ethylen-Propylen-Dienmonomer-Copolymer oder Acrylkautschuk (B) ist 60/40 bis 80/20. Wenn das Ethylen-Propylen-Dienmonomer-Copolymer enthalten ist, so ist das Massenverhältnis des Metallhydroxids 70 bis 80 Masseteile in Bezug auf 100 Masseteile der Gesamtheit des Ethylencopolymers und des Ethylen-Propylen-Dienmonomer-Copolymers. Außerdem ist, wenn der Acrylkautschuk enthalten ist, das Masseverhältnis des Metallhydroxids 60 bis 100 Masseteile in Bezug auf 100 Masseteile der Gesamtheit des Ethylencopolymers und des Acrylkautschuks.
Eine Isolierzusammensetzung gemäß eines zweiten Gesichtspunkts der vorliegenden Erfindung ist die Isolierzusammensetzung gemäß des ersten Gesichtspunkts, worin das Ethylencopolymer mindestens eines aus einem Ethylen-Ethylacrylat-Copolymer und einem Ethylen-Methylacrylat-Copolymer einschließt.
Ein umhüllter elektrischer Draht gemäß eines dritten Gesichtspunkts der vorliegenden Erfindung umfasst: die Isolierzusammensetzung des ersten oder zweiten Gesichtspunkts; und einen Metall-Leiter, der mit der Isolierzusammensetzung beschichtet ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Querschnittsansicht, die einen umhüllten elektrischen Draht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen den Kombinationsverhältnissen eines Metallhydroxids, das als Flammhemmmittel fungiert, und der Abnutzungsresistenz zeigt.
3 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen den Kombinationsverhältnissen eines Metallhydroxids, das als Flammhemmmittel fungiert, und der Abnutzungsresistenz zeigt.
4 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Ölresistenz und der Shore D-Härte zeigt.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail unter Verwendung der Zeichnungen beschrieben. Es ist zu beachten, dass manche Dimensionsverhältnisse in den Zeichnungen zum Zweck der Erläuterung überhöht sind, und sich von den tatsächlichen unterscheiden können.
Der hiesige Erfinder prüfte die Flexibilität, Festigkeit (Zug-Bruch-Festigkeit), Fluidresistenz und Ölresistenz verschiedener Materialien in der Absicht, sie als Materialien für umhüllte elektrische Drähte einzusetzen. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse der Tests, d. h., die Ergebnisse der Test für die oben beschriebenen Eigenschaften für jedes Harzmaterial, wie EVA, Kautschukmaterialien, wie HNBR und Elastomermaterialien, die als Materialien ausgewählt wurden.
Dabei sind in Bezug auf die Flexibilität in Tabelle 1 solche Fälle, in denen die Shore D-Härte 32 oder niedriger ist und die Shore A-Härte 82 oder niedriger ist, als ”o (gut)” bewertet, während Fälle außerhalb dieser Bereiche als ”x (schlecht)” bewertet sind. In Bezug auf die Zug-Bruch-Festigkeit sind die auf Basis von ASTM D638 gemessenen Ergebnisse gezeigt. Fälle, in denen die Bruchfestigkeit 10,3 MPa oder größer ist, wurden als ”o (gut)” bewertet, während Fälle, in denen die Bruchfestigkeit niedriger als 10,3 MPa war, als ”x (schlecht)” bewertet wurden. Weiterhin sind in Bezug auf die Ölresistenz (Benzin) die Ergebnisse, die gemäß eines später beschriebenen Messverfahrens gemessen wurden, gezeigt. Fälle, in denen das Änderungsmaß nach einem Haltbarkeitstest 15% oder weniger war, sind als ”o (gut)” bewertet, während Fälle, in denen das Änderungsmaß 15% übersteigt, als ”x (schlecht)” bewertet sind.
Man beachte, dass die Fluidresistenz (Batterieflüssigkeit) in Tabelle 1 wie folgt bewertet wurde. Zuerst wurden aus jedem Harz sechs Zugteststücke gemäß JIS K6251 geformt. Drei der Zugteststücke wurden in eine Batterieflüssigkeit bei 50°C über 20 Stunden eingetaucht. Die drei in die Batterieflüssigkeit eingetauchten Teststücke und die drei nicht in Batterieflüssigkeit eingetauchten Teststücke wurden einem Zugtest unterzogen, und das mittlere Verhältnis (%) des Dehnungsverhältnisses der Teststücke nach dem Eintauchen zum Dehnungsverhältnis der Teststücke vor dem Eintauchen (Dehnungsverhältnis der Teststücke nach dem Eintauchen/Dehnungsverhältnis der Teststücke vor dem Eintauchen × 100) wurden bestimmt. Fälle, in denen das Änderungsverhältnis nach dem Eintauchen 50% oder größer war, wurden als ”o (gut)” bewertet, während Fälle, in denen das Änderungsverhältnis nach dem Eintauchen niedriger als 50% war, als ”x (schlecht)” bewertet wurden.
In Tabelle 1 stellt ”EVA” ein Ethylen-Vinylacetat-Copolymer dar (Handelsbezeichnung: ”EV170” (DUPONT-MITSUI POLYCHEMICALS CO, LTD.). ”EMA” stellt ein Ethylen-Methylacrylat-Copolymer dar (Handelsbezeichnung: ”REXPEARL (registrierte Marke) EB230X” (Japan Polyethylene Corporation). ”LLDPE” stellt ein lineares Polyethylen niederer Dichte dar (Handelsbezeichnung: ”KERNEL (registrierte Marke) KS240T” (Japan Polyethylene Corporation), und ”LDPE” stellt ein Polyethylen niederer Dichte dar (Handelsbezeichnung: ”LD400” (Japan Polyethylene Corporation).
”HNBR” stellt einen hydrierten Nitrilkautschuk dar, der eingesetzt ”Acrylkautschuk” war einer, der unter der Handelsbezeichnung ”VAMAC-DP” (hergestellt von DuPont Elastomer Co., Ltd.) erhältlich ist, und der eingesetzte ”Fluorkautschuk” war einer, der unter der Handelsbezeichnung ”AFRAS150CS” (hergestellt von Asahi Glass Co., Ltd.) erhältlich ist. ”EPDM” stellt ein Ethylen-Propylen-Dienmonomer-Copolymer dar (Handelsbezeichnung: ”EPT3045H” (Mitsui Chemicals, Inc.). Der eingesetzte ”Silikonkautschuk” war einer, der unter der Handelsbezeichnung ”DY32-6066” (hergestellt von Toray Industries, Inc.) erhältlich ist.
Das eingesetzte ”Elastomer auf Styrolbasis” war eines, das unter der Handelsbezeichnung ”SEPTON (registrierte Marke) 2063” (hergestellt von KURARAY CO., Ltd.) erhältlich ist, und das eingesetzte ”Elastomer auf Polyurethanbasis” war eines, das unter der Handelsbezeichnung ”KURAMIRON (registrierte Marke)” (hergestellt von KURARAY CO., LTD.) erhältlich ist. Das eingesetzte ”Elastomer auf Polyesterbasis” war eines, das unter der Handelsbezeichnung ”PELPRENE (registrierte Marke) P-40H” (hergestellt von Toyobo Co., Ltd.) erhältlich ist.
Wie in Tabelle 1 gezeigt, weist der Fluorkautschuk hervorragende Festigkeit und chemische Resistenz auf, doch ist er aufgrund seiner hohen Kosten für die Verwendung in einem umhüllten Elektrodraht unpraktisch. Aus diesem Grund wählte der hiesige Erfinder Harzmaterialien unter Berücksichtigung der Kosten aus, und mischte Kautschukmaterialien mit den ausgewählten Harzmaterialien, und spezifizierte die Kombinationsverhältnisse, um die gewünschte Flexibilität zu erreichen. Infolgedessen erzielte der hiesige Erfinder eine Isolierzusammensetzung, die eine hohe Ölresistenz und eine hohe Abnutzungsresistenz aufweist, während die Flexibilität aufrechterhalten bleibt. Dies führte zur Fertigstellung der vorliegenden Erfindung.
Speziell umfasst eine erfindungsgemäße Isolierzusammensetzung: ein Ethylencopolymer mit einer Shore D-Härte von 33 oder höher und niedriger als 50; ein Ethylen-Propylen-Dienmonomer-Copolymer; und ein Metallhydroxid. Weiterhin beträgt das Massenverhältnis (A/B) des Ethylencopolymers (A) zum Ethylen-Propylen-Dienmonomer-Copolymer (B) 60/40 bis 80/20. Darüber hinaus ist für den Fall, in dem die Isolierzusammensetzung das Ethylen-Propylen-Dienmonomer-Copolymer enthält, das Masseverhältnis des Metallhydroxids 70 bis 80 Masseteile relativ zu 100 Masseteile der Gesamtheit des Ethylencopolymers und des Ethylen-Propylen-Dienmonomer-Copolymers.
Alternativ dazu umfasst die erfindungsgemäße Isolierzusammensetzung: ein Ethylencopolymer mit einer Shore D-Härte von 33 oder höher und nieder als 50; einen Acrylkautschuk; und ein Metallhydroxid. Weiterhin ist das Masseverhältnis (A/B) des Ethylencopolymers (A) zum Acrylkautschuk (B) 60/40 bis 80/20. Darüber hinaus ist für den Fall, dass die Isolierzusammensetzung den Acrylkautschuk enthält, das Masseverhältnis des Metallhydroxids 60 bis 100 Masseteile relativ zu 100 Masseteile der Gesamtheit des Ethylencopolymers und des Acrylkautschuks.
Als Ethylencopolymer wird ein solches eingesetzt, das eine Shore D-Härte von 33 oder höher und niedriger als 50 aufweist. Die Härte des Ethylencopolymers wird auf Basis der Frage, ob das Ethylencopolymer ausreichende Flexibilität aufweist, um der Biegespannung beim Verkabeln zu widerstehen, oder nicht, und ob das Ethylencopolymer Ölresistenz gegenüber Benzin, Motoröl und ähnlichem ausweist oder nicht, evaluiert, unter Berücksichtigung des Falls, dass die Isolierzusammensetzung als Isolierbeschichtung eines elektrischen Drahtes eingesetzt wird. Hierbei ist die Ölresistenz niedrig, wenn die Shore D-Härte des Ethylencopolymers niedriger als 33 ist. Wenn indessen die Shore D-Härte 50 übersteigt, kann eine ausreichende Flexibilität nicht erhalten werden, selbst wenn ein flexibles Kautschukmaterial zugemischt wird. Das Ethylencopolymer der vorliegenden Erfindung weist eine Shore D-Härte im Bereich von 33 oder höher und niedriger als 50 auf, und dieser Bereich ist für elektrische Verkabelung bevorzugt.
Dabei variiert die Härte der Isolierzusammensetzung in Abhängigkeit von der Sorte des Ethylencopolymers, der Sorte des mit dem Ethylencopolymer gemischten Kautschukmaterials und dem Mischungsverhältnis zwischen ihnen. In Tabelle 2 wird die Flexibilität bei verschiedenen Mischungsverhältnissen zwischen Ethylencopolymeren und einem Kautschukmaterial evaluiert, unter der Voraussetzung, dass die Festigkeit (Abnutzungsresistenz) und die Ölresistenz für ein Elektrokabel erfüllt sind. Man beachte, dass im Hinblick auf die Abnutzungsresistenz und die Ölresistenz (Benzin) die gemessenen Ergebnisse auf Basis des unten beschriebenen Messverfahrens gezeigt sind. In Bezug auf die Flexibilität wurden Fälle, in denen die Shore D-Härte 32 oder niedriger ist und die Shore A-Härte 82 oder niedriger ist, als ”o (gut)” bewertet, während Fälle außerhalb dieser Kreise als ”x (schlecht)” bewertet wurden.
In Tabelle 2 stellt ”HDPE” ein Polyethylen hoher Dichte dar (hergestellt durch Japan Polyethylene Corporation, Handelsbezeichnung: ”NOVATEC (registrierte Marke) HB332R”, Shore D-Härte: 68). ”EMA” stellt ein Ethylen-Methacrylat-Copolymer (hergestellt durch Japan Polyethylene Corporation, Handelsbezeichnung: ”REXPEARL (registrierte Marke) EB230X”, Shore D-Härte: 37). ”EEA” stellt ein Ethylen-Ethylacryl-Copolymer dar (hergestellt von Japan Polyethylene Corporation, Handelsbezeichnung: ”REXPEARL (registrierte Marke) A4200”, Shore D-Härte: 34). ”LDPE” stellt ein Polyethylen niederer Dichte dar (hergestellt von Japan Polyethylene Corporation, Handelsbezeichnung: ”LD400, Shore D-Härte: 48). Schließlich handelt sich bei ”EPDM” um ein Ethylen-Propylen-Dienmonomer-Copolymer, das als Kautschukmaterial fungiert, und es wurde ein solches eingesetzt, das unter der Handelsbezeichnung ”EPT3045H” (hergestellt von Mitsui Chemical, Inc.) erhältlich ist.
Tabelle 2 zeigt, dass bevorzugte Kombinationen von Harzmaterial und Kautschukmaterial, für die die Festigkeit und die Ölresistenz erfüllt sind und die Flexibilität erfüllt ist, so sind wie folgt. Speziell ist das Ethylencopolymer ein EMA und EEA mit einer Shore D-Härte von 33 oder höher und niedriger als 50, und das Kautschukmaterial ist EPDM. Weiterhin beträgt, wie in Tabelle 2 gezeigt, das Masseverhältnis (A/B) des Ethylencopolymers (A) zum EPDM (B) 60/40 bis 90/10. Man beachte, dass zum Erhalten einer hohen Flexibilität, selbst wenn ein Metallhydroxid zugesetzt wird, das Masseverhältnis (A/B) des Ethylencopolymers (A) zum EPDM (B) vorzugweise 60/40 bis 80/20 ist, wie in den später beschriebenen Beispielen gezeigt.
Durch Verwendung eines EPDM (Ethylen-Propylen-Dienmonomer-Copolymers) als Kautschukmaterial, wie oben beschrieben, können das Kautschukmaterial und das Ethylencopolymer gut miteinander gemischt werden. Aus diesem Grund ist es möglich, eine Isolierzusammensetzung zu erhalten, für die eine hohe Abnutzungsresistenz und hohe Ölresistenz zuverlässig durch das Ethylencopolymer bereitgestellt werden, und Flexibilität zuverlässig durch das Kautschukmaterial bereitgestellt wird.
[Tabelle 2]
Als nächstes wurde ein Acrylkautschuk (ACM) als Kautschukmaterial für das Ethylencopolymer, d. h., für das EMA oder EEA, eingesetzt, und das Kombinationsverhältnis wurde unter der Voraussetzung untersucht, dass die Festigkeit und Ölresistenz erfüllt sind, wie für den Fall der Tabelle 2. Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse. In Tabelle 3 war das eingesetzte ”ACM” ein solches, das unter der Handelsbezeichnung ”VAMAC-DP” (hergestellt von DuPont Elastomer Co., Ltd.) erhältlich ist.
Wie in Tabelle 3 gezeigt, ist in den Fällen, in denen die Festigkeit und Ölresistenz erfüllt sind und die Flexibilität ebenfalls erfüllt ist, das Masseverhältnis (A/B) des Ethylencopolymers (A) zum ACM (B) 60/40 bis 90/10. Man beachte allerdings, dass zum Erhalt einer hohen Flexibilität, selbst wenn ein Metallhydroxid zugesetzt wird, das Masseverhältnis (A/B) des Ethylencopolymers (A zu ACM (B) vorzugsweise 60/40 bis 80/20 ist, wie in den später beschriebenen Beispielen gezeigt.
Durch Verwendung des ACM als Kautschukmaterial, wie oben beschrieben, kann die Kautschukzusammensetzung gut mit dem Ethylencopolymer gemischt werden. Aus diesem Grund ist es möglich, eine Isolierzusammensetzung zu erhalten, für die eine hohe Abnutzungsresistenz und hohe Ölresistenz zuverlässig durch das Ethylencopolymer bereitgestellt werden, und Flexibilität zulässig durch das Kautschukmaterial bereitgestellt wird.
[Tabelle 3]
Wie oben beschrieben umfasst die erfindungsgemäße Isolierzusammensetzung das Ethylencopolymer mit einer Shore D-Härte von 33 oder höher und niedriger als 50 und das Ethylen-Propylen-Dienmonomer-Copolymer oder den Acrylkautschuk. Die erfindungsgemäße Isolierzusammensetzung umfasst weiterhin ein Metallhydroxid als Flammhemmmittel zur Bereitstellung von Flammhemmeigenschaft.
Als Metallhydroxid können ein oder mehrere Metallverbindungen, die Hydroxygruppen oder Kristallwaser aufweisen, wie z. B. Magnesiumhydroxid (Mg(OH)₂), Aluminiumhydroxid (Al(OH)₃), Calicumhydroxid (Ca(OH)₂), basisches Magnesiumcarbonat (mNgCO₃·Mg(OH)₂·nH₂O), hydratisiertes Aluminiumsilikat (Aluminiumsilikathydrat, Al₂O₃·3SiO₂·nH₂O) und hydratisiertes Magnesiumsilikat (Magnesiumsilikatpentahydrat, Mg₂Si₃O₈·5H₂O) eingesetzt werden. Von diesen Metallhydroxiden ist Magnesiumhydroxid als Metallhydroxid besonders bevorzugt.
Hierbei ist, wenn das Kautschukmaterial EPDM ist, das Kombinationsverhältnis des Metallhydroxids vorzugsweise 70 bis 80 Masseteile relativ zu 100 Masseteilen der Gesamtheit des Ethylencopolymers und des EPDM. Wenn das Metallhydroxid weniger als 70 Masseteile beträgt, so besteht die Möglichkeit, dass eine ausreichende Flammhemmwirkung nicht bereitgestellt werden kann. Wenn das Metallhydroxid 80 Masseteile übersteigt, so besteht die Möglichkeit, dass die für ein Elektrokabel notwendige Flexibilität nicht erhalten werden kann.
Wenn andererseits das Kautschukmaterial ACM ist, so ist das Kombinationsverhältnis des Metallhydroxids vorzugsweise 60 bis 100 Masseteile relativ zu 100 Masseteilen der Gesamtheit des Ethylencopolymers und des EPDM. Wie auch für den Fall, dass das Kautschukmaterial EPDM ist, besteht die Möglichkeit, dass eine ausreichende Flammhemmwirkung nicht erreicht werden kann, wenn das Kombinationsverhältnis des Metallhydroxids weniger als 60 Masseteile beträgt, während für den Fall, dass das Kombinationsverhältnis 100 Masseteile übersteigt, die Möglichkeit besteht, dass die für ein Elektrokabel erforderliche Flexibilität nicht erhalten werden kann.
Diese Metallhydroxide werden vorzugsweise im Hinblick auf die Kompatibilität mit dem Harzmaterial einer Oberflächenbehandlung unterzogen. Allerdings können diese Metallhydroxide eingesetzt werden, selbst wenn sie keiner Oberflächenbehandlung unterzogen werden, solange die Metallhydroxide die physikalischen Eigenschaften nicht verschlechtern. Die Oberflächenbehandlung des Metallhydroxids wird vorzugsweise durch Einsatz eines Silan-Kopplungsmittels, eines Titankopplungsmittels, einer Fettsäure oder eines Fettsäure-Metallsalzes, wie Stearinsäure oder Calicumstearat oder ähnlichem durchgeführt. Es kann eines der Metallhydroxide alleine eingesetzt werden, oder verschiedene Sorten davon können in Kombination eingesetzt werden.
Zusätzlich zu den oben beschriebenen wesentlichen Komponenten können verschiedene Additive zur erfindungsgemäßen Isolierzusammensetzung zugemischt werden, solang die Wirkung der Ausführungsform nicht verschlechtert wird. Die Additive schließen Flammhemm-Hilfsmittel, Antioxidans, Metalldeaktivator, Antialterungsmittel, Gleitmittel, Füllstoff, Verstärkungsmittel, Ultraviolettabsorber, Stabilisator, Weichmacher, Pigment, Farbstoff, Färbemittel, antistatisches Mittel, Schäummittel und ähnliches ein.
Die oben beschriebene erfindungsgemäße Isolierzusammensetzung kann nicht nur eine gute Flexibilität beim Biegen aufweisen, sondern sie weist auch eine hohe Ölresistenz und hohe Abnutzungsresistenz auf. Aus diesem Grund ermöglicht der Einsatz dieser Isolierzusammensetzung als Isolierumhüllung für einen elektrischen Draht eine gute Verkabelung in einem Fahrzeug aufgrund der hohen Flexibilität. Da darüber hinaus die erfindungsgemäße Isolierzusammensetzung eine hohe Festigkeit aufweist, kann ein elektrisches Kabel mit verbesserter Haltbarkeit erhalten werden.
1 zeigt ein Beispiel eines umhüllten elektrischen Drahtes (1) dieser Ausführungsform. Der umhüllte elektrische Draht (1) wird durch Beschichten eines Metall-Leiters (2) mit einer isolierenden Beschichtung (3) gebildet.
Der Metall-Leiter (2) kann einen Draht-Bestandteil alleine einschließen, oder mehrere Drähte-Bestandteile, die miteinander gebündelt sind. Weiterhin ist der Durchmesser des Metall-Leiters (2), das Material oder ähnliches nicht speziell beschränkt, und kann bestimmt werden, wie angemessen, abhängig von der Anwendung. Als Material des Metall-Leiters (2) kann ein bekanntes elektrisch leitfähiges Material, wie Kupfer, eine Kupferlegierung, Aluminium oder eine Aluminiumlegierung, eingesetzt werden.
Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung eines umhüllten elektrischen Drahtes gemäß dieser Ausführungsform beschrieben. Die Isolierschicht (3) des umhüllten elektrischen Drahtes (1) wird durch Kneten der oben beschriebenen Materialien hergestellt, und ein bekanntes Verfahren kann als Verfahren für das Kneten eingesetzt werden. Beispielsweise kann die Isolierzusammensetzung, die die Isolierbeschichtung (3) bilden soll, erhalten werden durch Vormischen der Materialien unter Einsatz eines Hochgeschwindigkeitsmischers, wie eines Henschel-Mischers im Voraus, und dann Kneten der Vormischung unter Einsatz einer bekannten Knetvorrichtung, wie eines Banbury-Mischers, eines Kneters oder einer Walzenmühle, erhalten werden.
Darüber hinaus kann auch als Verfahren für das Beschichten des Metall-Leiters (2) mit der Isolierbeschichtung (3) im umhüllten elektrischen Draht dieser Ausführungsform ein bekanntes Verfahren eingesetzt werden. Beispielsweise kann die Isolierbeschichtung (3) durch ein gewöhnliches Extrusionsformungsverfahren gebildet werden. Weiterhin kann als Extruder, der im Extrusionsformungsverfahren eingesetzt wird, beispielsweise ein Einzelschraubenextruder oder ein Doppelschraubenextruder eingesetzt werden, die mit einer Schraube, einer Brechungsplatte, einem Kreuzkopf, einem Verteiler, einem Nippel und einer Düse versehen sein können.
Weiterhin werden, wenn die Isolierzusammensetzung der Isolierbeschichtung (3) hergestellt wird, das Ethylencopolymer und das Kautschukmaterial in einen Doppelschraubenextruder eingebracht, der auf eine Temperatur eingestellt ist, bei der das Ethylencopolymer und das Kautschukmaterial ausreichend geschmolzen sind. Hier werden auch das Metallhydroxid und weiterhin, falls nötig, andere Komponenten, wie ein Flammhemm-Hilfsmittel und ein Antioxidans, eingeführt. Dann werden das Ethylencopolymer, das Kautschukmaterial, usw. geschmolzen und mit Schrauben geknetet, und eine gewisse Menge der gekneteten Materialien wird durch eine Brecherplatte einem Kreuzkopf zugeführt. Die Schmelze des Ethylencopolymers, des Kautschukmaterials, usw. fließt durch einen Verteiler auf dem Umfang eines Nippels, und wird durch eine Düse auf eine Weise extrudiert, dass sie auf den äußeren Umfang des Leiters aufgebracht wird. Auf diese Weise kann die Isolierschicht (3), die den äußeren Umfang des Metallleiters (2) umhüllt, erhalten werden.
Im umhüllten elektrischen Draht (1) wird die Isolierschicht (3) durch die Isolierzusammensetzung gebildet, die eine gute Flexibilität sowie eine hohe Ölresistenz und eine hohe Abnutzungsresistenz aufweist. Aus diesem Grund weist der erhaltene elektrische Draht eine gute Flexibilität beim Biegen auf, sowie Ölresistenz gegenüber Benzin und ähnlichem und Abnutzungsresistenz gegenüber Kabelbrüchen und ähnlichem. Folglich kann der umhüllte elektrische Draht (1) geeigneterweise zum Verkabeln in einem Fahrzeug, wie einem Elektroautomobil, eingesetzt werden.
BEISPIELE
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung im Detail auf Basis von Beispielen und Vergleichsbeispielen beschrieben. Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt.
In den folgenden Beispielen wurden umhüllte elektrische Drähte unter Einsatz von reinem Kupfer als Metall-Leiter und durch Beschichten des Metall-Leiters mit Isolierzusammensetzungen durch Extrusionsformen hergestellt. Dann wurden die Ölresistenz, die Abnutzungsresistenz und die Flammhemmeigenschaft unter Einsatz dieser umhüllten elektrischen Drähte als Testproben bewertet. Man beachte, dass jeder umhüllte elektrische Draht mit einem Außendurchmesser von 3,70 mm und mit einer Dicke der aus der Isolierzusammensetzung hergestellten Isolierbeschichtung von 0,7 mm hergestellt wurde.
Die Ölresistenz wurde gemäß ISO6722 bewertet. Speziell wird der Außendurchmesser der Testprobe vor Eintauchen in Benzin gemessen. Als nächstes wird die Testprobe in Benzin eingetaucht und 30 Minuten im Benzin belassen. Nach dem Eintauchen wird die Testprobe aus dem Benzin herausgenommen, und das an der Oberfläche haftende Benzin wird abgewischt. Dann wird die äußere Form am gleichen Abschnitt wie vor dem Eintauchen gemessen. Fälle, in denen das Änderungsmaß des äußeren Durchmessers nach dem Eintauchen in Benzin zum äußeren Durchmesser vor dem Eintauchen (Außendurchmesser nach Eintauchen/Außendurchmesser vor Eintauchen × 100) 15% oder niedriger war, wurden als ”o (gut)” bewertet, während Fälle, in denen das Änderungsmaß 15% überstieg, als ”x (schlecht)” bewertet wurden.
Die Abnutzungsresistenz wurde auf Basis von Bandabrieb gemessen. Speziell wurde eine Testprobe mit einer Länge von 900 mm fixiert, ein Abrasivband Nr. 150 G, wie in JIS R6251 spezifiziert, wurde in Kontakt mit der Testprobe gebracht, und ein Gewicht von 500 g wurde auf das Abrasivband aufgelegt. In diesem Zustand wurde das Abrasivband mit einer Geschwindigkeit von 1.500 mm/min bewegt, und die Länge des bewegten Abrasivbands, bevor die Testprobe in einem Ausmaß abgenutzt war, dass der Metall-Leiter und das Abrasivband miteinander in Kontakt kamen, wurde gemessen. Fälle, in denen die Länge vor dem Kontakt 330 mm oder mehr war, wurden als ”o (gut)” bewertet, während Fälle, in denen die Länge weniger als 330 mm war, als ”x (schlecht)” bewertet wurden.
Für die Bewertung der Flammhemmeigenschaft wurde jede Testprobe in einer Testkammer bei einem Winkel von 45° platziert, und einem Flammhemmtest unterzogen, wie in ISO6722 spezifiziert. Speziell wurde für alle Testproben, die eine Querschnittsfläche des Metall-Leiters von 2,5 mm² oder weniger aufwiesen, ein innerer Flammenbereich eines Bunsenbrenners 15 Sekunden lang in Kontakt mit einer unteren Kante der Testprobe gebracht, und dann wurde die Testprobe vom Bunsenbrenner entfernt. Indessen wurde für alle Testproben, die eine Querschnittsfläche des Metall-Leiters von größer als 2,5 mm² aufwiesen, ein innerer Flammenbereich eines Bunsenbrenners 30 Sekunden lang in Kontakt mit einer Unterkante der Testprobe gebracht, und dann wurde die Testprobe vom Bunsenbrenner entfernt. Hierbei wurden Fälle, in denen die Flamme der Isolierbeschichtung innerhalb von 70 Sekunden nach Entfernen des Bunsenbrenners von der Testprobe komplett erlosch und die Länge der unverbrannt gebliebenen Isolierbeschichtung 50 mm oder mehr war, als ”o (gut)” bewertet. Fälle, in denen die Testprobe länger als 70 Sekunden nach Entfernen des Bunsenbrenners von der Testprobe weiter brannte, oder die Länge der unverbrannt gebliebenen Isolierbeschichtung der Testprobe weniger als 50 mm war, wurden als ”x (schlecht)” bewertet.
[Menge des zugesetzten Metallhydroxids]

Durch Einsatz eines EMA als Ethylencopolymer, eines EPDM als Kautschukmaterial und Magnesiumhydroxid als Metallhydroxid mit einem Masseverhältnis des EMA zum EPDM von 60:40 (Masseteile) wurden mehrere Testproben hergestellt, bei denen die Menge des zugegebenen Magnesiumhydroxids variiert wurde. Dann wurden die Testproben im Hinblick auf die Beziehung zwischen dem Kombinationsverhältnis des Metallhydroxids und der Flammhemmeigenschaft bewertet. Speziell wurde, wie in Tabelle 4 gezeigt, das Kombinationsverhältnis des Magnesiumhydroxids innerhalb eines Bereichs variiert, in dem die Flexibilität erfüllt war (die Shore D-Härte war 32 oder niedriger und die Shore A-Härte war 82 oder niedriger), und die Flammhemmeigenschaft wurde bewertet. Die eingesetzten EMA und EPDM waren diejenigen, die unter den oben beschriebenen Handelsbezeichnungen erhältlich sind, und das eingesetzte Magnesiumhydroxid war eines, das unter der Handelsbezeichnung ”KISUMA (registrierte Marke) 5A” (Kyowa Chemical Industry Co., Ltd.) erhältlich war. [Tabelle 4]

	Kombinationsverhältnisse (Masseteile) und Bewertungsergebnisse
EMA	60	60	60	60	60
EPDM	40	40	40	40	40
Magnesiumhydroxid	40	60	70	80	140
Flexibilität	o	o	o	o	o
Flammhemmeigenschaft	x	x	o	o	o

Wie in Tabelle 4 gezeigt, ist ersichtlich, dass die Flammhemmeigenschaft abnimmt, wenn EPDM als das Kautschukmaterial eingesetzt wird und das Magnesiumhydroxid weniger als 70 Masseteile beträgt.
Weiterhin wurde mit dem Massenverhältnis von EMA zu EPDM von 60:40 mehrere Testproben hergestellt, in denen die Menge des zugegebenen Magnesiumhydroxids variiert wurde. Diese Testproben wurden dann in Bezug auf die Beziehung zwischen dem Kombinationsverhältnis des Metallhydroxids und der Abnutzungsresistenz bewertet. 2 zeigt die Bewertungsergebnisse. Wie in 2 gezeigt, war die Länge des Abrasivbandes 330 mm oder mehr, wenn das Kombinationsverhältnis des Magnesiumhydroxids 80 Masseteile oder niedriger in Bezug auf 100 Masseteile des Harzes war, das EPDM als Kautschukmaterial einsetzt, was eine hervorragende Abnutzungsresistenz anzeigt. Im Gegensatz dazu ist ersichtlich, dass sich die Abnutzungsresistenz verschlechtert, wenn das Kombinationsverhältnis des Magnesiumhydroxids 80 Masseteile übersteigt.
Man beachte, dass 2 auch die Bewertungsergebnisse der Abnutzungsresistenz für den Fall zeigt, dass das Kombinationsverhältnis des Metallhydroxids bei einem Masseverhältnis des EMA zum EPDM von 40:60 variiert wurde. Aus 2 ist ersichtlich, dass eine ausreichende Abnutzungsresistenz nicht erhalten werden kann, und die Haltbarkeit für einen elektrischen Draht für ein Fahrzeug schlecht ist, wenn das Kombinationsverhältnis des EMA, das als Ethylencopolymer fungiert, weniger als 60 Masseteile beträgt.

Als nächstes wurden unter Einsatz von EMA als Ethylencopolymer, einem ACM als Kautschukmaterial und Magnesiumhydroxid als Metallhydroxid mit dem Masseverhältnis von EMA zu ACM von 60:40 (Masseteile) mehrere Testproben hergestellt, in denen die Menge des zugegebenen Magnesiumhydroxids variiert wurde. Weiterhin wurden unter Einsatz eines EMA als Ethylencopolymer, eines ACM als Kautschukmaterial und Magnesiumhydroxid als Metallhydroxid mit dem Masseverhältnis von EMA zu ACM von 70:30 (Masseteile) gleichfalls mehrere Testproben hergestellt, bei denen die Menge des zugegebenen Magnesiumhydroxids variiert wurde. Dann wurden diese Testproben in Bezug auf die Beziehung zwischen dem Kombinationsverhältnis des Metallhydroxids und der Flammhemmeigenschaft bewertet. Man beachte, dass die eingesetzten EMA, ACM und das Magnesiumhydroxid diejenigen waren, die unter den oben beschriebenen Handelsbezeichnungen erhältlich sind. [Tabelle 5]

	Kombinationsverhältnisse (Masseteile) und Bewertungsergebnisse
EMA	70	70	70	60	60	60
ACM	30	30	30	40	40	40
Magnesiumhydroxid	60	80	140	60	80	140
Flexibilität	o	o	x	o	o	o
Flammhemmeigenschaft	o	o	o	o	o	o

Wie in Tabelle 5 gezeigt, ist ersichtlich, dass eine ausreichende Flammhemmeigenschaft erhalten werden kann, wenn ACM als Kautschukmaterial eingesetzt wird und Magnesiumhydroxid 60 Masseteile oder mehr beträgt. Allerdings nimmt die Flexibilität ab, wenn das Magnesiumhydroxid 140 Masseteile oder mehr beträgt.
Darüber hinaus wurden mehrere Testproben hergestellt, bei denen die Menge des zugegebenen Magnesiumhydroxids bei einem Masseverhältnis von EMA zu ACM von 60:40 variiert wurde, und es wurden mehrere Testproben hergestellt, bei denen die Menge des zugegebenen Magnesiumhydroxids bei einem Masseverhältnis von EMA zu ACM von 70:30 variiert wurde. Diese Testproben wurden in Bezug auf die Beziehung zwischen dem Kombinationsverhältnis des Metallhydroxids und der Abnutzungsresistenz bewertet. 3 zeigt die Bewertungsergebnisse. Wie in 3 gezeigt, war die Länge des Abrasivbandes 330 mm oder mehr, wenn das Kombinationsverhältnis des Magnesiumhydroxids 100 Masseteile oder weniger relativ zu 100 Masseteilen des Harzes war, das ACM als Kautschukmaterial einsetzt, was eine hervorragende Abnutzungsresistenz anzeigt. Im Gegensatz dazu ist ersichtlich, dass die Abnutzungsresistenz abnimmt, wenn das Kombinationsverhältnis des Magnesiumhydroxids 100 Masseteile übersteigt.
[Härte des Ethylencopolymers]
Als Ethylencopolymere wurden ein EEA mit einer Shore D-Härte von 31, ein EEA mit einer Härte von 34, ein EMA mit einer Härte von 37 und ein EMA mit einer Härte von 45 hergestellt. Dann wurden unter Verwendung der Ethylencopolymere, eines EPDM als Kautschukmaterial und Magnesiumhydroxid als Metallhydroxid mit einem Masseverhältnis des EMA zu EPDM von 60:40 (Masseteile) und weiterhin mit 80 Masseteile des Magnesiumhydroxids des Testproben hergestellt. Tabelle 6 zeigt die Materialien und Kombinationsverhältnisse von allen Testproben.

Man beachte, dass das eingesetzte EEA mit einer Shore D-Härte von 31 ein solches war, das unter der Handelsbezeichnung ”ELVALOY (registrierte Marke) AC2116” (DUPONT-MITSUI POLYCHEMICALS CO., LTD.) erhältlich ist, und das eingesetzte EEA mit einer Shore D-Härte von 34 eines war, das unter der Handelsbezeichnung ”REXPEARL (registrierte Marke) A4200” (Japan Polyethylene Corporation) erhältlich ist. Das eingesetzte EMA mit einer Shore D-Härte von 37 war eines, das unter der Handelsbezeichnung ”REXPEARL (registrierte Marke) EB230X” (Japan Polyethylene Corporation) erhältlich ist, und das eingesetzte EMA mit einer Shore D-Härte von 45 war eines, das unter der Handelsbezeichnung ”ELVALOY (registrierte Marke) AC1913” (DUPONT-MITSUI POLYCHEMICALS CO., LTD.) erhältlich ist. Weiterhin war das eingesetzte EPDM eines, das unter der Handelsbezeichnung ”EPT3045H” (Mitsui Chemicals, Inc.) erhältlich ist. Außerdem war das eingesetzte Magnesiumhydroxid eines, das unter der Handelsbezeichnung ”KISUMA (registrierte Marke) 5A” (Kyowa Chemical Industry Co., Ltd.) erhältlich ist. [Tabelle 6]

	Kombinationsverhältnisse (Masseteile) und Bewertungsergebnisse
EEA (Shore D: 31)	60	-	-	-
EEA (Shore D: 34)	-	60	-	-
EMA (Shore D: 37)	-	-	60	-
EMA (Shore D: 45)	-	-	-	60
EPDM	40	40	40	40
Magnesiumhydroxid	80	80	80	80

Dann wurden die in Tabelle 6 gezeigten Testproben in Bezug auf die Ölresistenz gegenüber Benzin bewertet. Wie in 4 gezeigt, ist ersichtlich, dass die Ölresistenz hervorragend ist, wenn EMA oder EEA mit einer Shore D-Härte von 33 oder höher eingesetzt wird.
[Kombinationsverhältnis des Kautschukmaterials]

Durch Mischen eines EEA mit einer Shore D-Härte von 34, eines ACM oder EPDM als Kautschukmaterial und Magnesiumhydroxid, in den in Tabelle 7 gezeigten Verhältnissen, wurden Testproben hergestellt. Man beachte, dass die eingesetzten EEA, ACM, EPDM und Magnesiumhydroxid diejenigen waren, die unter den oben beschriebenen Handelsbezeichnungen erhältlich sind. [Tabelle 7]

	Kombinationsverhältnisse (Masseteile) und Bewertungsergebnisse
EEA (Shore D: 34)	70	80	90	70	80	90	80
ACM	-	-	-	30	20	10	20
EPDM	30	20	10	-	-	-	-
Magnesiumhydroxid	80	80	80	60	60	60	100
Flexibilität	o	x	x	o	o	x	o
Ölresistenz	o	o	o	o	o	o	o

Dann wurde jede Testprobe in Bezug auf die Flexibilität (die Shore D-Härte war 32 oder niedriger und die Shore A-Härte war 82 oder niedriger) und die Ölresistenz bewertet. Tabelle 7 zeigt kollektiv die Bewertungsergebnisse. Wie in Tabelle 7 gezeigt, ist ersichtlich, dass die Flexibilität abnimmt, wenn EEA mit einer Shore D-Härte von 34 mit jedem der Kautschukmaterialien eingesetzt wird, und wenn das Ethylencopolymer 80 Masseteile übersteigt und das Kautschukmaterial weniger als 20 Masseteile beträgt.
Die Gesamtheit der japanischen Patentanmeldung Nr. 2013-050542 (eingereicht am 13. März 2013) wird hier auf genommen.
Die vorliegende Erfindung wird auf Basis der obigen Beispiele beschrieben; allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, und verschiedene Modifikationen können innerhalb des Bereichs der Erfindung durchgeführt werden.
Beispielsweise kann eines aus EMA und EEA, die als Ethylencopolymere fungieren, alleine eingesetzt werden, oder es können beide in Kombination eingesetzt werden. Weiterhin ist es nicht erforderlich, eines aus EPDM und ACM, die als Kautschukmaterial fungieren, alleine zuzumischen, sondern es kann auch eine Mischung des EPDM und des ACM mit dem Ethylencopolymer eingesetzt werden.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
Die erfindungsgemäße Isolierzusammensetzung weist nicht nur eine gute Biegeflexibilität auf, sondern sie hat auch eine hohe Ölresistenz und eine hohe Abnutzungsresistenz. Aus diesem Grund ermöglicht der Einsatz dieser Isolierzusammensetzung als Isolierbeschichtung für einen elektrischen Draht, einen elektrischen Draht zu erhalten, der eine gute Flexibilität sowie eine hohe Ölresistenz und hohe Abnutzungsresistenz aufweist. Weiterhin hat ein solcher elektrischer Draht eine hohe Haltbarkeit und kann geeigneterweise in einem Fahrzeug verlegt werden.
Bezugszeichenliste

1: UMHÜLLTER ELEKTRISCHER DRAHT
2: METALL-LEITER
3: ISOLIERBESCHICHTUNG

Claims

Isolierzusammensetzung, umfassend: ein Ethylencopolymer mit einer Shore D-Härte von 33 oder höher und niedriger als 50; ein Ethylen-Propylen-Dienmonomer-Copolymer oder einen Acrylkautschuk; und ein Metallhydroxid, worin das Masseverhältnis (A/B) des Ethylencopolymer (A) zum Ethylen-Propylen-Dienmonomer-Copolymer oder dem Acrylkautschuk (B) 60/40 bis 80/20 beträgt, wenn das Ethylen-Propylen-Dienmonomer-Copolymer enthalten ist, das Masseverhältnis des Metallhydroxids 70 bis 80 Masseteile relativ zu 100 Masseteilen der Gesamtheit des Ethylencopolymers und des Ethylen-Propylen-Dienmonomer-Copolymers beträgt, und wenn der Acrylkautschuk enthalten ist, das Masseverhältnis des Metallhydroxids 60 bis 100 Masseteile relativ zu 100 Masseteilen der Gesamtheit des Ethylencopolymers und des Acrylkautschuks beträgt.
Isolierzusammensetzung gemäß Anspruch 1, worin das Ethylencopolymer mindestens eines aus einem Ethylen-Ethylacrylat-Copolymer und einem Ethylen-Methylacrylat-Copolymer einschließt.
Umhüllter elektrischer Draht, umfassend: die Isolierzusammensetzung gemäß Anspruch 1 oder 2; und einen Metall-Leiter, der mit der Isolierzusammensetzung beschichtet ist.