JP2000164037A

JP2000164037A - 絶縁体用樹脂組成物及び電力ケーブル

Info

Publication number: JP2000164037A
Application number: JP10333311A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Suzuki; 淳鈴木
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1998-11-24
Filing date: 1998-11-24
Publication date: 2000-06-16

Abstract

(57)【要約】【課題】シュリンクバック及び水トリーに起因する絶
縁破壊事故が発生することのない絶縁層を有する電力ケ
ーブル、及び、そのような絶縁層を構成することのでき
る絶縁体用樹脂組成物を提供すること。【解決手段】低密度ポリエチレン５０〜９５重量％
と、残部ポリマー５〜５０重量％からなるベースポリマ
ーにシラン架橋剤が添加された絶縁体用樹脂組成物であ
って、前記残部ポリマーが高密度ポリエチレン、ポリプ
ロピレン及び熱可塑性エラストマーからなる群より選択
された少なくとも１種からなることを特徴とする絶縁体
用樹脂組成物をシラン架橋して電力ケーブルの絶縁層を
構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、架橋ポリエチレン
絶縁電力ケーブル（ＣＶケーブル）及びＣＶケーブルの
絶縁層に用いることができる絶縁体用樹脂組成物に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ＣＶケーブルはその優れた電気的特性及
び耐熱性から絶縁電力ケーブルとして最も汎用されてい
るタイプのケーブルである。図１に、ＣＶケーブルの断
面構造の一例を示す。図示されるように、この例におい
ては、銅等の金属線の素線を複数本撚り合わせて構成さ
れている導体１の外周に、順次、内部半導電層２、絶縁
層３及び外部半導電層４が被覆されており、これらは、
更に銅テープ等からなる金属遮蔽層５によって被覆され
ている。内部半導電層２及び外部半導電層３は、それぞ
れ、導体１及び絶縁体３、絶縁体３及び金属遮蔽層５の
隙間を埋めて部分放電を抑止したり、電界を緩和したり
する機能を有している。なお、金属遮蔽層５の外周面は
ポリ塩化ビニル等からなるシース６によって被覆されて
いる。

【０００３】ＣＶケーブルにおいては、絶縁層３は架橋
ポリエチレンから形成されており、通常は、低密度ポリ
エチレンに架橋剤としてジクミルパーオキサイドを添加
したコンパウンドを導体１及び内部半導電層２上に押出
被覆し、その後、架橋筒内において約２００℃前後で加
熱加圧することによって、いわゆる化学架橋が行われ
る。なお、架橋後の絶縁層３は冷却管内において所定の
温度まで冷却される。

【０００４】しかしながら、上記したような有機過酸化
物を架橋剤として用いた化学架橋によって得られたＣＶ
ケーブルでは押出被覆時に絶縁層３に残留した押出歪及
び架橋後の冷却によって生じた冷却歪が原因となって、
シュリンクバックと呼ばれる、ケーブルが長手方向に収
縮する現象が発生する。シュリンクバックの程度によっ
ては、ケーブルの末端部において絶縁破壊事故が生じる
こともある。

【０００５】ところで、ＣＶケーブルを浸水下で課電し
た場合、絶縁層３に多くの水トリーと呼ばれる樹枝状の
微細な通路が発生し、これが原因で絶縁破壊事故が生じ
ることは周知の事実であり、特に絶縁体中のボイド、異
物を起点として発生するものは、その形状からボウタイ
状トリーと呼ばれている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本願は、従来の技術に
おける上記した問題点を解決することをその課題とす
る。すなわち、本発明の目的は、シュリンクバック及び
水トリーに起因する絶縁破壊事故が発生することのない
絶縁層を有するＣＶケーブル等の電力ケーブル、及び、
そのような絶縁層を構成することのできる絶縁体用樹脂
組成物を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記した目的は、低密度
ポリエチレン５０〜９５重量％と、残部ポリマー５〜５
０重量％からなるベースポリマーにシラン架橋剤が添加
された絶縁体用樹脂組成物であって、前記残部ポリマー
が高密度ポリエチレン、ポリプロピレン及び熱可塑性エ
ラストマーからなる群より選択された少なくとも１種か
らなることを特徴とする絶縁体用樹脂組成物、並びに、
この絶縁体用樹脂組成物をシラン架橋してなる絶縁層を
有することを特徴とする電力ケーブルによって達成され
る。なお、前記残部ポリマーが、高密度ポリエチレン、
ポリプロピレン及び熱可塑性エラストマーからなる群よ
り選択された少なくとも１種と、中密度ポリエチレン及
びエチレンプロピレンゴムからなる群より選択された少
なくとも１種との混合物から構成されていてもよい。

【０００８】

【発明の実施の形態】ＣＶケーブルの絶縁層の架橋方法
としては、上記した化学架橋の他に、有機シラン化合物
からなるシラン架橋剤を用いて触媒及び水の存在下で行
うシラン架橋がある。シラン架橋においては、高温条件
下での架橋を行わないので絶縁層を急激に冷却する必要
がない。したがって、本発明においては、絶縁層の架橋
方法として、化学架橋において顕著な冷却歪を効果的に
低減することができるシラン架橋を採用することとし
た。

【０００９】ただし、架橋剤を含んだコンパウンドを導
体上に押出被覆する必要がある以上、シラン架橋を行っ
ても絶縁層に押出歪が残留するおそれがある。そこで、
本発明では、低密度ポリエチレンに高密度ポリエチレ
ン、ポリプロピレン及び熱可塑性エラストマーからなる
群より選択された少なくとも１種からなる残部ポリマー
を配合してベースポリマーとすることによって、絶縁体
用樹脂組成物の機械的性質をも改善することとした。

【００１０】本発明において、低密度ポリエチレンと
は、比重が０．９１０以上、０．９３５以下のポリエチ
レンを、また、高密度ポリエチレンとは比重が０．９４
１以上、０．９６５以下のポリエチレンを指し、チーグ
ラー系触媒、クロム系触媒、メタロセン系触媒等の各種
触媒を用いて、それぞれ高圧下及び低圧下において、気
相法、溶液法、懸濁重合法等の各種の重合法によって合
成される。

【００１１】低密度ポリエチレンとして、エチレンとα
−オレフィンとの共重合体である直鎖低密度ポリエチレ
ンを使用してもよい。前記α−オレフィンとしては、例
えば、プロピレン、ブテン−１、ペンテン−１、オクテ
ン−１、４−メチルペンテン−１、４−メチルヘキセン
−１、４，４−ジメチルペンテン−１、ノネン−１、デ
セン−１、ウンデセン−１、ドデセン−１等を用いるこ
とができる。

【００１２】ポリプロピレンとしては、チーグラー・ナ
ッタ系触媒、メタロセン系触媒等の各種触媒を用いて合
成されたものを使用することができ、アイソタクチッ
ク、シンジオタクチック、アタクチックのいずれの立体
構造のポリプロピレンを使用してもよいが、物性の点か
らアイソタクチックポリプロピレンが好ましい。

【００１３】また、熱可塑性エラストマーとしては、ポ
リウレタン系、スチレン系のブロック重合体、ポリオレ
フィン系、エステル系、アミド系、１，２ポリブタジエ
ン系、各種アイオノマー等の様々なものを使用すること
ができる。

【００１４】前記残部ポリマーとして高密度ポリエチレ
ンのみを選択した場合は、ベースポリマー中の残部ポリ
マーの配合割合を５〜５０重量％とする必要がある。５
重量％未満の場合は、絶縁体用樹脂組成物を用いた絶縁
層のシュリンクバック及び水トリーの発生を防止するこ
とが困難となる。また、５０重量％より大きいと、絶縁
層の硬度が増大するので、接続等の末端工事の際に絶縁
層を切り取って導体を露出させる口出し工程が困難とな
る。

【００１５】また、前記残部ポリマーとしてポリプロピ
レン又は熱可塑性エラストマーのみを選択した場合は、
ベースポリマー中の残部ポリマーの配合割合を５〜２０
重量％とすることが好ましい。５重量部未満の場合は、
絶縁層のシュリンクバック及び水トリーの発生を防止す
ることが困難となり、また、２０重量部より大きいと、
絶縁層の架橋度が低下する。

【００１６】なお、高密度ポリエチレン、ポリプロピレ
ン及び熱可塑性エラストマーからなる群から複数のポリ
マーを選択して混合して残部ポリマーとし、それを低密
度ポリエチレンに配合する場合は、上記の理由から、ベ
ースポリマー中の残部ポリマーの配合割合は５重量％以
上とする必要があり、一方、その上限については、５０
重量部以下、好ましくは２０重量％以下、とする必要が
ある。

【００１７】本発明の絶縁体用樹脂組成物における残部
ポリマーは、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン及び
熱可塑性エラストマーからなる群から選択された少なく
とも１種のポリマーと、中密度ポリエチレン及びエチレ
ンプロピレンゴムからなる群から選択された少なくとも
１種のポリマーの混合物であってもよい。本発明におけ
る中密度ポリエチレンは、比重が０．９３５より大き
く、０．９４１より小さいポリエチレンを指し、シリカ
−アルミナ系触媒、メタロセン系触媒等の各種触媒を用
いて、中程度の気圧下において、気相法、溶液法、懸濁
重合法等の各種の重合法によって合成される。

【００１８】なお、残部ポリマーを上記二つの群からそ
れぞれ選択された少なくとも１種のポリマーの混合物と
した場合も、上述した理由から、ベースポリマー中の残
部ポリマーの配合割合は５重量％以上とする必要があ
り、一方、その上限については５０重量部以下、好まし
くは２０重量％以下、とする必要がある。

【００１９】本発明におけるシラン架橋剤は、架橋点を
構成すべくベースポリマーを構成する個々の高分子成分
にグラフトされるものであり、例えば、ビニルトリメト
キシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリブ
トキシシラン、ビニルメチルジエトキシシラン、ビニル
フェニルジメトキシシラン等の一般に使用される有機シ
ラン化合物が使用可能である。シラン架橋剤の添加量は
ベースポリマー全量を基準として０．１〜５重量％、好
ましくは０．７〜３重量％とされる。０．１重量％より
小さいと十分な架橋を行うことができず、５重量％より
大きいと成形不良を起こすと共に経済的でなくなる。

【００２０】本発明の絶縁体用樹脂組成物には、シラン
グラフト化反応の開始剤として作用するラジカル発生剤
を添加することが好ましい。ラジカル発生剤としては、
重合開始作用の強い様々な有機過酸化物を使用すること
が可能であり、例えば、ジクミルパーオキサイド、α，
α’−ビス（ｔ−ブチルパーオキシジイソプロピル）ベ
ンゼン、ジ−ｔ−ブチルパーオキサイド、ｔ−ブチルク
ミルパーオキサイド、ジ−ベンゾイルパーオキサイド、
２，５−ジメチル−２，５−ビス（ｔ−ブチルパーオキ
シ）ヘキサン、ｔ−ブチルパーオキシピバレート、ｔ−
ブチルパーオキシ−２−エチルヘキサノエート等を使用
することができる。ラジカル発生剤の添加量は、ベース
ポリマーの全量を基準として０．０１〜０．５重量％、
好ましくは０．０５〜０．２重量％とされる。０．０１
重量％より小さいと十分なシラングラフト化を行うこと
ができず、０．５重量％より大きいと押出加工性が低下
すると共に経済的でなくなる。

【００２１】また、本発明の樹脂組成物には、水との反
応時の触媒としてシラノール縮合触媒を添加することが
好ましい。シラノール縮合触媒としては、ジブチル錫ジ
ラウレート、酢酸第一錫、ジブチル錫ジアセテート、ジ
ブチル錫ジオクトエート、ナフテン酸鉛、カプリル酸亜
鉛、ナフテン酸コバルト、チタン酸テトラブチルエステ
ル、ステアリン酸鉛、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸
カドミウム、ステアリン酸バリウム、ステアリン酸カル
シウム等を挙げることができる。シラノール縮合触媒の
添加量は、ベースポリマーの全量を基準として０．０１
〜０．２重量％、好ましくは０．０２〜０．１重量％と
される。０．０１重量％より小さいと十分な架橋反応を
行うことができず、０．２重量％より大きいと架橋むら
が発生すると共に経済的でなくなる。

【００２２】この他に、本発明の樹脂組成物には、必要
に応じて、通常使用される添加剤、例えば酸化劣化防止
剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、銅害防止剤等を添加す
ることができる。

【００２３】本発明における絶縁体用樹脂組成物は、ベ
ースポリマーを構成する各種ポリマー及びシラン架橋
剤、そして、必要に応じて上記した各種添加剤等をヘン
シェルミキサ、ニーダ等の混合機に投入して、攪拌混合
することによって得られる。なお、全配合物を一度に混
合機に投入してもよく、また、所定の順序に従って投入
してもよい。

【００２４】このようにして得られた絶縁体用樹脂組成
物は、常法に従い、導体上に押出被覆されてＣＶケーブ
ル等の電力ケーブルの絶縁層とされる。図１に示す断面
構造を有するＣＶケーブルを例に挙げて説明すると、導
体１の周囲にまず第１の押出機から内部半導電層２が押
出被覆され、次いで第２の押出機から本発明の樹脂組成
物が内部半導電層２上に被覆されて絶縁層３とされる。
そして、さらに第３の押出機から半導電層材料が絶縁層
３上に被覆されて外部半導電層４が形成され、このよう
にしてケーブルコア部分が製造される。なお、押出被覆
は各層毎に別個に行ってもよいが、各半導電層と絶縁層
の密着性を良好に保つためには、各層に対応する押出機
をタンデムに配置して連続的に押出被覆を行ったり、ク
ロスヘッドダイを用いて各層を同時に導体上に押出被覆
することが好ましい。

【００２５】押出被覆によるケーブルコア部分の製造に
引き続いて架橋が行われる。架橋反応は、ケーブルコア
を温水又は熱水に浸漬するか、或いは、水蒸気雰囲気下
におくことによって行われる。このように、低密度ポリ
エチレンに特定の改良樹脂成分が配合された樹脂組成物
を比較的穏和な条件でシラン架橋することにより、ケー
ブルに発生する歪みを効果的に抑制することができる。
なお、架橋反応後は、上記ケーブルコア部分は金属遮蔽
層５及びシース６によって順次、被覆される。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の絶縁体用樹脂組成物及び電力
ケーブルを実施例を基に詳しく説明する。実施例１〜６：ベースポリマーの配合状態を実施例１〜
６に示すように様々に変化させて得られた樹脂組成物を
絶縁層に用いて、図１に示す断面構造を有する、断面積
１００ｍｍ²の６．６ｋｖ用ＣＶケーブルを得た。な
お、シラン架橋剤としてはビニルトリメトキシシランを
用い、樹脂組成物には、さらにラジカル発生剤としてジ
クミルパーオキサイド、酸化劣化防止剤としてテトラキ
ス［メチレン−３（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒド
ロキシ−フェノール）プロピオネート］メタン、銅害防
止剤として３−（Ｎ−サリチロイル）アミノ−１，２，
４−トリアゾール、触媒としてジブチル錫ジラウリン酸
をベースポリマーの全量を基準にして所定量配合した。

【００２７】次に、各実施例について、得られたＣＶケ
ーブルのシュリンクバック試験、水トリー試験及びゲル
分率の測定を行った。シュリンクバック試験は、ＣＶケ
ーブルに５０ｃｍ間隔の標線を付し、１３０℃で２時間
加熱した後、再度標線間の距離を測定し、以下の式によ
ってシュリンクバック量を演算することによって行っ
た。シュリンクバック量＝（加熱前の標線間距離−加熱後の
標線間距離／加熱前の標線間距離）×１００（％）また、水トリー試験は、導体の表面とシースの内面に注
水した状態でＣＶケーブルに１０ｋｖ、１ｋＨｚの電圧
を１ヶ月課電した後に、ケーブル断面をスライスしてス
ライス片１００枚についてボウタイ状の水トリーの発生
状況を調査することによって行い、絶縁層中のボウタイ
状水トリーの長さが５０μｍ未満の場合を○、２００μ
ｍ以上の長さのボウタイ状水トリーが存在する場合を×
とした。結果を表１に示す。

【表１】

【００２８】表１より明らかなように、本発明に係る絶
縁体用樹脂組成物によって形成された絶縁層を有する電
力ケーブルは、シュリンクバックが小さく、かつ、ボウ
タイ状水トリーが発生しにくい。なお、低密度ポリエチ
レンに配合する残部ポリマーとして、ＨＤＰＥ中に中密
度ポリエチレン（ネオゼックス２００６Ｈ： MFR；0.
7、密度;0.92）を混合したベースポリマーに関しても、
表１に示した結果と全く同等の結果が得られた。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、シ
ュリンクバックが小さく、かつ、水トリーの発生しにく
い絶縁層を有する電力ケーブルを得ることができる。し
たがって、電力ケーブルの使用時に絶縁破壊事故が発生
することがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】架橋ポリエチレン絶縁ケーブルの断面構造の一
例を示す図。

【符号の説明】

１導体２内部半導電層３絶縁層４外部半導電層５金属遮蔽層６シース

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4J002 AA012 AC042 BB031 BB032 BB033 BB122 BB153 BB232 BP012 CF002 CK022 CL002 EX016 FD146 GQ01 5G305 AA02 AA14 AB06 AB40 BA12 BA22 BA24 CA01 CA45 CA47 CA54 CB26 CD05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】低密度ポリエチレン５０〜９５重量％
と、残部ポリマー５〜５０重量％からなるベースポリマ
ーにシラン架橋剤が添加された絶縁体用樹脂組成物であ
って、前記残部ポリマーが高密度ポリエチレン、ポリプ
ロピレン及び熱可塑性エラストマーからなる群より選択
された少なくとも１種からなることを特徴とする絶縁体
用樹脂組成物。
【請求項２】前記残部ポリマーが、高密度ポリエチレ
ン、ポリプロピレン及び熱可塑性エラストマーからなる
群より選択された少なくとも１種と、中密度ポリエチレン及びエチレンプロピレンゴムからな
る群より選択された少なくとも１種との混合物からなる
ことを特徴とする請求項１記載の絶縁体用樹脂組成物。
【請求項３】請求項１又は２記載の絶縁体用樹脂組成
物をシラン架橋してなる絶縁層を有することを特徴とす
る電力ケーブル。