JP2002170436A - 架橋ポリエチレン電気ケーブル及びその製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 生産性を向上させて低コスト化できると共
に、ダイスカスの発生を防止して優れた押出外観が得ら
れる架橋ポリエチレン電気ケーブル及びその製造法を提
供する。 【解決手段】 シラングラフトポリエチレンとシラノー
ル縮合触媒とを混合して架橋性樹脂組成物を形成し、こ
の架橋性樹脂組成物を、押出機を用いて導体の周りにチ
ューブ状に押し出すと共に、チューブ状の架橋性樹脂組
成物の周りに、他の押出機を用いて、結晶融点が１２０
℃から１３０℃の範囲内のスキン層となるポリエチレン
をチューブ状に押し出し、これらチューブ状の架橋性樹
脂組成物及びポリエチレンを、それぞれ被覆外径がそれ
ぞれの押出機の口金径より小さくなるように、引き落と
し手段により導体ごと強制的に引き落として密着させた
後、水中或いは水蒸気中を通過させて上記架橋性樹脂組
成物を架橋させる。

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
電気ケーブル及びその製造法に係り、特に水架橋方式に
よって架橋される架橋ポリエチレン電気ケーブル及びそ
の製造法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、電気ケーブルの絶縁体として架
橋ポリエチレンが用いられた架橋ポリエチレン電気ケー
ブルが使用されている。

【０００３】この架橋ポリエチレン電気ケーブルの製造
法としては、電子線照射架橋法、有機過酸化物架橋法な
どが従来より工業化されてきたが、近年では、ポリエチ
レンにビニルトリメトキシシランで代表されるシリル基
を含有するシラン化合物をグラフトさせてシラングラフ
トポリエチレンを形成し、これらシラングラフトポリエ
チレンとシラノール縮合触媒とを配合した架橋性ポチエ
チレン組成物（架橋性樹脂組成物）を、導体上に押出被
覆させた後、水或いは水蒸気中で架橋させる水架橋法が
開発されたことにより、特殊な装置が不要になり、簡便
に架橋ポリエチレン電気ケーブルが製造できるようにな
った。

【０００４】現在、この水架橋法は、安価な製造方式と
して、低電圧ケーブルへの適用が積極的に検討され、実
用化が進められているが、架橋させる架橋性ポリエチレ
ン組成物の導体上への被覆方式として、一般的には充実
押出方式が採用されている。

【０００５】この充実押出方式は、架橋性ポリエチレン
組成物を押出機内で導体上に所定の厚さで被覆させ、押
出した後、順次冷却しながら架橋させて成形する方式で
あり、従来の有機過酸化物架橋法においては、架橋時の
分解残渣及び分解ガスの発生によるボイドの形成を抑え
るため、加圧下で反応及び冷却を完了する必要があるこ
とから、架橋ポリエチレン電気ケーブルの製造法として
一般的である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、充実押
出方式は、押出し前に絶縁厚さ（架橋性ポリエチレン組
成物を被覆する厚さ）を調節する必要があるため段取に
時間がかかるばかりでなく、さらには架橋性ポリエチレ
ン組成物を導体とジョイントするとき、心金内径（架橋
性ポリエチレン組成物の内径）が導体の外径と同じ寸
法、つまり同径になるように仕上げなければならず、こ
のためジョイント作業に時間が掛かり、特に高速押出作
業時の生産性を阻害する要因となっていた。

【０００７】一方、これらの欠点を解消する方式とし
て、チューブ式押出方式が考えられる。このチューブ式
押出方式は、架橋性ポリエチレン組成物をチューブ状に
押し出した後、引落しによって導体上に密着させて被覆
させる方式であるが、引落しにより架橋性ポリエチレン
組成物に大きな張力がかかるため、滑らかな押出外観と
高速押出しにおいても追従できる安定した形状を保つた
めには、絶縁体として使用するポリエチレンの種類及び
架橋用触媒などの配合物の配合比率を制限する必要があ
り、引落し途中で絶縁体を破断させないこと及び絶縁体
のたれによる偏肉を押えるための工夫が必要となる。

【０００８】さらに、このチューブ式押出方式にあって
も、従来の充実押出方式と同様に、長時間押出しを継続
した場合、ダイス部にいわゆるメヤニと呼ばれるダイス
カスの発生は避けられない。このメヤニの発生原因につ
いては諸説があるが、シラングラフトした低分子量ポリ
エチレンが析出すると考えられいる。

【０００９】このメヤニの発生を抑える方法として、従
来の充実押出方式においては、弗素系の滑剤を添加する
方法などが検討され、適用されているようであるが、こ
の方法は弗素系滑剤が高価であること、またこれらの滑
剤を添加する場合、わざわざマスターバッチを作らなけ
ればならないなどの手間が掛かり、経済的に不利であ
る。また他の方法として、絶縁体の表面に一般のポリエ
チレンからなるスキン層を薄く被覆する方法を採用する
ことも提案されているが、チューブ式押出方式において
は絶縁体と同様に引落しされるため、平滑な外観を確保
するには適切な材料の選択が必要となる。

【００１０】そこで、本発明の目的は、従来技術の課題
を解決し、生産性を向上させて低コスト化できると共
に、ダイスカスの発生等を防止して優れた押出外観が得
られる架橋ポリエチレン電気ケーブル及びその製造法を
提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に請求項１の発明は、導体と、この導体の外周に設けら
れた架橋ポリエチレン層と、この架橋ポリエチレン層の
外周に設けられポリエチレンからなるスキン層とを備え
た架橋ポリエチレン電気ケーブルにおいて、上記スキン
層は結晶融点が１２０℃から１３０℃の範囲内のポリエ
チレンからなるものである。

【００１２】請求項２の発明は、導体上に、シラングラ
フトポリエチレンとシラノール縮合触媒とを混合した架
橋性樹脂組成物と、スキン層となるポリエチレンとを順
次被覆した後、水中或いは水蒸気中を通過させて上記架
橋性樹脂組成物を架橋させる架橋ポリエチレン電気ケー
ブルの製造法において、上記架橋性樹脂組成物を、押出
機を用いて導体の周りにチューブ状に押し出すと共に、
チューブ状の架橋性樹脂組成物の周りに、他の押出機を
用いて、結晶融点が１２０℃から１３０℃の範囲内のス
キン層となるポリエチレンをチューブ状に押し出し、こ
れらチューブ状の架橋性樹脂組成物及びポリエチレン
を、それぞれ被覆外径がそれぞれの押出機の口金径より
小さくなるように、引き落とし手段により導体ごと強制
的に引き落として密着させる方法である。

【００１３】請求項３の発明は、上記スキン層として、
メルトインデックスが０．５から５．０の範囲内のポリ
エチレンを用いる方法である。

【００１４】上記構成によれば、架橋性樹脂組成物とス
キン層となるポリエチレンが、滑らかにダイス部を通っ
て押し出されて２層のチューブ状に形成された後、引落
としにより導体上に所定の厚さで密着して被覆される。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、本発明の好適実施の形態を
添付図面に基づいて詳述する。

【００１６】本発明者らは、シラングラフト水架橋方式
で架橋ポリエチレン電気ケーブルを製造するにおいて、
導体上に架橋性樹脂組成物をチューブ式押出方式により
被覆する際に、ダイスカスを発生させることなく長時間
押出し作業を可能とする方式として、絶縁体（架橋性樹
脂組成物）表面にスキン層を設ける方式を採用し、ここ
で使用されるスキン層の材料としてメルトインデックス
が０．５以上５．０以下でかつ結晶融点が１２０℃から
１３０℃の範囲のポリエチレンを用いることで従来技術
の課題を解決できることを見出だした。

【００１７】ここで、スキン層として使用されるポリエ
チレンは、メルトインデックスが０．５以上５．０以下
としたのは、０．５未満ではスキン層が外観不良を起こ
すこと、５．０を越えるものでは完成製品の耐熱応力亀
裂性に問題があることが判明したためである。

【００１８】さらにポリエチレンの結晶融点が１２０℃
から１３０℃の範囲内としたのは、１２０℃未満では完
成ケーブルの耐熱性が低下すること、結晶融点が１３０
℃を越えるとケーブルが固くなるためである。

【００１９】ここで検討したシラングラフト水架橋方式
としては、従来より実用化されている一段階方式、二段
階方式のどちらの方式でも適用可能であり、これらの方
式で十分な効果が期待できる。

【００２０】また、グラフト剤として使用されるシラン
化合物は、ビニルトリメトキシシランを始めとしたビニ
ル基を有する有機化合物が一般的であり、特に限定され
るものではない。

【００２１】また、ラジカル開始剤としては、ジキュミ
ルパーオキサイドを始めとした有機過酸化物を適用する
ことができる。

【００２２】さらに、酸化防止剤としては、一般のポリ
エチレン用として実用化されているものであれば、特に
限定されるものではない。

【００２３】シラノール縮合触媒としては、ジブチル錫
ジラウレートに代表される有機金属化合物の適用が可能
である。

【００２４】次に、本発明にかかる架橋ポリエチレン電
気ケーブルの製造法を説明する。

【００２５】まず、シラン化合物をグラフトさせたポリ
エチレン、縮合触媒、ラジカル開始剤、酸化防止剤を混
合して架橋性樹脂組成物を形成し、この架橋性樹脂組成
物を、押出機を用いて導体の周りにチューブ状に押し出
すと共に、この架橋性樹脂組成物の周りに、補助押出機
を用いてスキン層となるポリエチレンをチューブ状に押
し出す。具体的には、コモンヘッドを用いた同時押出方
式により、架橋性樹脂組成物とスキン層を押し出す。

【００２６】そして、これらチューブ状の架橋性樹脂組
成物及びポリエチレンを、それぞれの被覆外径がそれぞ
れの押出機の口金径より小さくなるように、強制的にチ
ューブを引き取るベルトラップキャプスタン式引取機な
どの引落し手段により、導体ごとチューブを引き落とし
て密着・被覆させて架橋性樹脂ケーブルを作製する。

【００２７】このようにして被覆させることにより、ス
キン層は１００μｍ程度の厚さに均一に被覆することが
できる。

【００２８】最後に、この架橋性樹脂ケーブルを水蒸気
または温水中に浸漬させることにより、スキン層を通っ
て水と架橋性樹脂組成物とが接触し、加水分解及び縮合
架橋反応して架橋ポリエチレン電気ケーブルが製造され
る。

【００２９】以上説明したように、本発明によれば、ド
ラム間の導体ジョイント作業を容易ならしめる簡易導体
接続方式（ひっかけ方式）の採用を可能ならしめること
により生産性が向上し、低コスト化できるばかりでな
く、本発明は、導体上に架橋性樹脂組成物をダイスカス
が発生しないスキン層と同時押出しするため、優れた押
出外観が得られ、長時間にわたる連続押出し作業を達成
することができる。

【００３０】

【実施例】次に、本発明のより具体的な実施例について
述べる。

【００３１】まず、表１に架橋ポリエチレン（架橋性樹
脂組成物）の配合組成と、導体上への押出し・架橋条件
を示す。

【００３２】

【表１】

【００３３】さらに、表２にスキン層に用いたポリエチ
レンの構造、メルトインデックス(g/10min) 、密度(g/c
c)及び結晶融点(℃/DSC) を示す。

【００３４】

【表２】

【００３５】表２に示すように、このスキン層を押出し
するに際しては、ポリエチレンに酸化防止剤としてイル
ガノックス１０３５を０．２％添加する。

【００３６】そして、表１に示す条件により、押出機を
用いて導体上に架橋ポリエチレンを押し出すと共に、補
助押出機を用いてスキン層となるポリエチレンを同時押
出しし、引き落として被覆した後、架橋させて、１番か
ら５番のケーブルを作製した。

【００３７】これらのケーブルは、１番が比較例１とし
てメルトインデックスが０．５未満のポリエチレンを用
いたケーブル、２番が実施例１として結晶融点が１２０
℃から１３０℃の範囲でかつメルトインデックスが０．
５から５．０の範囲のポリエチレンを用いたケーブル、
同じく３番が実施例２として結晶融点が１２０℃から１
３０℃の範囲でかつメルトインデックスが０．５から
５．０の範囲の他のポリエチレンを用いたケーブル、４
番が比較例２として結晶融点が１３０℃を越えかつメル
トインデックスが５．０を越えるポリエチレンを用いた
ケーブル、５番が比較例３として結晶融点が１２０℃未
満のポリエチレンを用いたケーブルである。

【００３８】ここで、引落し率は次式より求めた。

【００３９】

【数１】

【００４０】次に、１番から５番のケーブルのゲル分率
（％）、１２０℃に加熱した際の変形率（％）を測定
し、さらに押出しの際のダイスカスの発生の有無、押出
外観、耐熱性、及びケーブルの収縮率を評価した。

【００４１】ダイスカスの発生については、連続２時間
押出し作業をした後、ダイ部を観察することにより評価
した。

【００４２】ケーブルの収縮率については、３０ｃｍに
切断したケーブルを１３０℃のオーブン中で６時間放置
し、取り出して冷却後、絶縁体の寸法変化率を測定して
求めた。

【００４３】耐熱性を評価するための熱環境応力試験と
して、ケーブルコア外径（７．８ｍｍ）の６倍径のパイ
プに巻き付けて１２０℃のオーブン中に１時間放置し、
クラックの発生をそれぞれ３個のサンプルについて観察
した。

【００４４】これらの評価結果を表３に示す。

【００４５】

【表３】

【００４６】表３に示すように、メルトインデックスが
０．５から５．０の範囲のポリエチレンを用いた３番の
ケーブルは、押出外観が良好であり、熱環境応力試験に
おいてクラックが発生しなかったのに対し、メルトイン
デックスが０．５未満のポリエチレンを用いた１番のケ
ーブルは、肌荒れが発生し、押出外観が不良であった。
さらに、メルトインデックスが５．０を越えるポリエチ
レンを用いた４番のケーブルは、熱環境応力試験におい
て３本中２本の表面層にクラックが発生した。

【００４７】また、結晶融点が１２０℃から１３０℃の
範囲のポリエチレンを用いた２番のケーブルは、１２０
℃に加熱しても固さが変わらなかったのに対し、結晶融
点が１２０℃未満のポリエチレンを用いた５番のケーブ
ルは表面が溶けだした。さらに、結晶融点が１３０℃を
越えるポリエチレンを用いた４番のケーブルは、加熱収
縮率が５．０％を越えており、これは高密度ポリエチレ
ン特有の分子配向の影響が強く働いたためと推定され
る。

【００４８】以上の結果からも明らかなように、メルト
インデックスが０．５未満のポリエチレンをスキン層と
して用いた場合、安定したスキン層が形成されず、外観
が悪くなり、しかも所々にスキン層の破断した部分が観
察された。また、５．０を越えた場合は、スキン層は安
定して形成されるが、完成品での熱環境応力試験におい
て、短時間でクラックが発生することが認められ、実用
上問題であることが分かった。

【００４９】また、結晶融点が１２０℃未満のケーブル
は、熱変形試験において、表面の溶けだし現象が認めら
れた。さらに１３０℃を越えるケーブルは、加熱収縮率
が大きくなる傾向にあり、電気ケーブルとして実用上問
題であると判断した。

【００５０】以上説明したように、チューブ式により絶
縁体を被覆する工程において、ダイスカス発生を抑え、
安定して電気ケーブルの製造を可能にする方法について
試作検討し、適切なポリエチレンを使用することで解決
できることを見出だしたが、この技術は他の水架橋方式
により生産されるケーブルに対しても十分応用可能であ
る。

【００５１】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、ジョイン
トが容易になるので生産性が向上し、低コスト化でき
る。

【００５２】さらに、本発明は、導体上に絶縁体をスキ
ン層と同時押出しするため、ダイスカスの発生を防止で
きると共に、優れた押出外観が得られる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２９Ｌ 9:00 Ｂ２９Ｌ 9:00 (72)発明者 橋本 知 茨城県日立市日高町５丁目１番１号 日立 電線株式会社日高工場内 Ｆターム(参考） 4F207 AA04 AB03 AD15 AG03 AH35 KA01 KA17 KB18 KB26 KK87 KW33 5G309 RA06 RA14 5G325 GA17 GC05 GC09

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導体と、該導体の外周に設けられた架橋
   ポリエチレン層と、該架橋ポリエチレン層の外周に設け
   られポリエチレンからなるスキン層とを備えた架橋ポリ
   エチレン電気ケーブルにおいて、上記スキン層は結晶融
   点が１２０℃から１３０℃の範囲内のポリエチレンから
   なることを特徴とする架橋ポリエチレン電気ケーブル。
2. 【請求項２】 導体上に、シラングラフトポリエチレン
   とシラノール縮合触媒とを混合した架橋性樹脂組成物
   と、スキン層となるポリエチレンとを順次被覆した後、
   水中或いは水蒸気中を通過させて上記架橋性樹脂組成物
   を架橋させる架橋ポリエチレン電気ケーブルの製造法に
   おいて、上記架橋性樹脂組成物を、押出機を用いて導体
   の周りにチューブ状に押し出すと共に、チューブ状の架
   橋性樹脂組成物の周りに、他の押出機を用いて、結晶融
   点が１２０℃から１３０℃の範囲内のスキン層となるポ
   リエチレンをチューブ状に押し出し、これらチューブ状
   の架橋性樹脂組成物及びポリエチレンを、それぞれ被覆
   外径がそれぞれの押出機の口金径より小さくなるよう
   に、引き落とし手段により導体ごと強制的に引き落とし
   て密着させることを特徴とする架橋ポリエチレン電気ケ
   ーブルの製造法。
3. 【請求項３】 上記スキン層として、メルトインデック
   スが０．５から５．０の範囲内のポリエチレンを用いる
   請求項３に記載の架橋ポリエチレン電気ケーブルの製造
   法。