JP2004178867A

JP2004178867A - 電力ケーブル

Info

Publication number: JP2004178867A
Application number: JP2002341404A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Demura; 剛出村; Yoshiji Miyashita; 芳次宮下
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 2002-11-25
Filing date: 2002-11-25
Publication date: 2004-06-24

Abstract

【課題】絶縁層と半導電層との接着性が良好で、耐熱性とリサイクル性に優れた電力ケーブルを提供する。
【解決手段】（Ａ）〜（Ｃ）のいずれかの構造を有する電力ケーブルにおいて、内部半導電層、絶縁層、外部半導電層がオレフィン系熱可塑性エラストマーからなることを特徴とする。（Ａ）導体の外周に少なくとも、内部半導電層、絶縁層、外部半導電層が順に形成されている電力ケーブル（Ｂ）導体の外周に少なくとも、内部半導電層、絶縁層が順に形成されている電力ケーブル（Ｃ）導体の外周に少なくとも、絶縁層、外部半導電層が順に形成されている電力ケーブル
【選択図】図１

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は半導電層を有する高圧電力ケーブルに関するものである。特には、耐熱性を有し、リサイクル性に優れた半導電層を有する高圧電力ケーブルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
オレフィン系熱可塑性エラストマーは柔軟性に優れ、架橋工程を必要とせずに比較的高温での使用に耐えられることから、比較的低電圧用途のケーブルには使用されはじめている。これを６．６ｋＶを越える高電圧に適用するためには電界を緩和するための半導電層が必要となる。かかる電力ケーブルの構造のひとつとして図１に示すものが例示される。図１において１は導体、２は内部半導電層、３は絶縁層、４は外部半導電層である。
【０００３】
従来、半導電層としては、エチレン酢酸ビニル共重合体等の極性ポリマーにカーボンブラックを添加したものが主に使用されてきた。しかし、エチレン酢酸ビニル共重合体は融点が低く、ケーブルの使用温度では溶融流動してしまう可能性があった。
【０００４】
また、耐熱性を向上させるためにエチレン酢酸ビニル共重合体を有機架橋処理した材料も用いられるが、その架橋反応が完結するためには多大なエネルギーを必要とするうえ、製造に要する時間が長くなり、また架橋生成物は加熱しても充分に軟化（溶融）しないため、その再利用が困難であるという問題があった。
【０００５】
さらにエチレン酢酸ビニル共重合体は架橋の有無にかかわらず、オレフィン系熱可塑性エラストマーとの接着性が悪く、外力を受けた場合に絶縁層と半導電層の界面に隙間ができて、絶縁破壊に至るおそれもあった。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−１０６３５３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記事情に鑑み本発明は、絶縁層と半導電層との接着性が良好で、耐熱性とリサイクル性に優れた電力ケーブルを提供することを目的とする。
【０００８】
上記目的を達成するために本発明者らは鋭意検討した結果、導体の外周に被覆する内部半導電層、絶縁層、外部半導電層にオレフィン系熱可塑性エラストマーを適用することで、電力ケーブルの耐熱性が充分に向上し良好にリサイクルできることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００９】
すなわち、本発明の特徴は以下のとおりである。
（１）（Ａ）〜（Ｃ）のいすれかの構造を有する電力ケーブルにおいて、
（Ａ）導体の外周に内部半導電層、絶縁層、外部半導電層が順に形成されている電力ケーブル
（Ｂ）導体の外周に内部半導電層、絶縁層が順に形成されている電力ケーブル
（Ｃ）導体の外周に絶縁層、外部半導電層が順に形成されている電力ケーブル前記内部半導電層、前記絶縁層、前記外部半導電層がオレフィン系熱可塑性エラストマーからなることを特徴とする電力ケーブル。
（２）前記オレフィン系熱可塑性エラストマーが重合型のオレフィン系熱可塑性エラストマーであることを特徴とする（１）に記載の電力ケーブルで解決される。
【００１０】
以下、本発明を詳しく説明する。
本発明の電力ケーブルは導体の外周に絶縁層と、該絶縁層の内周および／または外周に半導電層が被覆されてなり、各層がオレフィン系熱可塑性エラストマーからなることを特徴としている。
本発明において「オレフィン系熱可塑性エラストマー」は結晶性ポリプロピレン系樹脂（Ａ成分）と、オレフィン系共重合ゴム（Ｂ成分）とを含む組成物を指す。
【００１１】
Ａ成分の結晶性ポリプロピレン系樹脂は、組成物におけるハードセグメント（硬質相）であり、例えば、プロピレンの単独重合（ポリプロピレン）、プロピレンとプロピレン以外の炭素数２〜８のα−オレフィン（１種または２種以上）との共重合体等が挙げられる。これらはいずれか１種または２種以上が併用されてもよいが、プロピレンの単独重合体（ポリプロピレン）が好ましい。なお、共重合体の場合、炭素数２〜８のα−オレフィンとしては、エチレン、ブテン−１、３−メチルブテン−１、ペンテン−１、４−メチルペンテン−１、ヘキセン−１、オクテン−１等が挙げられ、これらのうちでも、エチレンが好ましい。また、共重合体の場合、プロピレンの含有量は８５重量％以上が好ましい。
【００１２】
当該Ａ成分の結晶性ポリプロピレン系樹脂の耐熱性の点からアイソタクチックインデックスが８５％以上であるのが好ましい。ここで「アイソタクチックインデックス」とは、ｎ−へブタンを用いて２４時間ソックスレー抽出した残分（重量％）を意味し、結晶性ポリプロピレン系樹脂（Ａ成分）の結晶性をはかる一つの目安として示すものである。すなわち、結晶性ポリプロピレン系樹脂（Ａ成分）は結晶性成分と、非結晶性成分からなり、結晶性成分はｎ−ヘプタンに不溶であるため、「アイソタクチックインデックス」は実質的に結晶性成分に対応する。
【００１３】
Ｂ成分のオレフィン系共重合ゴムは、組成物におけるソフトセグメント（軟質相）であり、２種以上のオレフィンの共重合ゴム、または、当該共重合ゴムに非共役ジエンをさらに共重合させた共重合ゴム等で構成される。２種類以上のオレフィンとしては、例えば、エチレン、プロピレン、ブテン−１、３−メチルブテン−１、ペンテン−１、４−メチルペンテン−１、ヘキセン−１、およびオクテン−１からなる群から選ばれるいずれか２種以上が好ましく、そのうちでも、エチレンとプロピレンがを少なくとも含んで選択される２種以上が特に好ましい。最も好ましくは、エチレンとプロピレンの２種である。また、非共役ジエンとしては、例えば、１，４−ヘキサジエン、ジシクロペンタジエン、メチレンノルボルネン、エチリデンノルポルネン、プロペニルノルポルネン、シクロオクタジエンおよびメチルテトラヒドロインデン等が挙げられ、これらは１種または２種以上が使用される。
【００１４】
本発明で使用するオレフィン系熱可塑性エラストマーは▲１▼混合型、▲２▼動的架橋型、▲３▼重合型の３形態に分類される。
【００１５】
▲１▼混合型：Ａ成分とＢ成分を混合したもの。
該混合物のオレフィン系熱可塑性エラストマーにおいて、Ｂ成分はＡ成分との混合前に有機過酸化物、フェノール系架橋剤、硫黄、オキシム化合物、ポリアミン化合物等の架橋剤を用いて部分的に架橋されていてもよい。架橋剤は、有機過酸化物が好ましく、例えば、ジ−ｔ−ブチルパーオキシド、ｔ−ブチルクミルパーオキシド、ジクミルパーオキシド、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキシン−３、ｔ−ブチルパーオキシベンゾエート、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）−ヘキシン−３、ｎ−ブチル−４，４−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）バレレート、ｐ−クロロベンゾイルパーオキシド、２，４−ジクロロベンゾイルパーオキシド、ｔ−ブチルベンゾエート、ｔ−ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、ジアセチルパーオキシド、ラウロイルパーオキシド、ベンゾイルバーオキシド、等が挙げられ、これらはいずれか１種または２種以上を使用できる。
当該混合型のオレフィン系熱可塑性エラストマーの具体例としては、例えば、サーモラン（三菱化学社製）、ミラストマー（三井化学社製）、住友ＴＰＥ（住友化学工業社製）等が挙げられる。
【００１６】
▲２▼動的架橋型：Ａ成分とＢ成分を有機過酸化物の存在下に動的に熱処理してＢ成分を部分的に架橋したもの。
ここで、動的に熱処理するとは、ミキシングロール、ニーダーバンバリーミキサー、ブラベンダーブラストグラフ、一軸または二軸押出機等の混錬装置を用いて、Ａ成分、Ｂ成分および有機過酸化物を溶融状態として混錬することであり、混錬条件としては、通常、１００℃〜３５０℃、好ましくは１２０℃〜２８０℃で、０．２分〜３０分、好ましくは０．５分〜２０分の間行われる。またここでの有機過酸化物としては、前記で例示した具体的化合物（ジ−ｔ−ブチルパーオキシド、ｔ−ブチルクミルパーオキシド、ジクミルパーオキシド、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキシン−３、ｔ−ブチルパーオキシベンゾエート、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）−ヘキシン−３、ｎ−ブチル−４，４−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）バレレート、ｐ−クロロベンゾイルパーオキシド、２，４−ジクロロベンゾイルパーオキシド、ｔ−ブチルベンゾエート、ｔ−ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、ジアセチルパーオキシド、ラウロイルパーオキシド、ベンゾイルバーオキシド）のうちのいずれか１種または２種以上が使用される。
当該動的架橋型オレフィン系熱可塑性エラストマーの具体例としては、例えば、サントプレーン（ＡＥＳジャパン社製）、サーリンク（東洋紡績社製）等が挙げられる。
【００１７】
▲３▼重合型：Ａ成分とＢ成分を多段重合によって段階的に同一重合槽内で重合したもの。
当該重合型オレフィン系熱可塑性エラストマーは、多段重合の後、有機過酸化物の存在下に動的に熱処理してＢ成分を部分的に架橋させても良い。ここで、動的に熱処理するとは、重合生成物（Ａ成分、Ｂ成分）および架橋剤を前記の混錬装置で溶融混錬することを意味する。この際の混錬条件は、前記と同じ条件（通常１００℃〜３５０℃、好ましくは１２０℃〜２８０℃で、０．２分〜３０分、好ましくは０．５分〜２０分）とするのが好ましい。
【００１８】
当該重合型オレフィン系熱可塑性エラストマーの具体例としては、例えば、Ｐ．Ｅ．Ｒ（トクヤマ社製）、ニューコン（チッソ社製）、ゼラス（三菱化学社製）等が挙げられる。
【００１９】
本発明において、オレフィン系熱可塑性エラストマーは、融点が１３０℃以上が好ましく、特に好ましくは１５０℃以上である。融点が１３０℃未満では、電力ケーブルの内部半導電層、絶縁層、外部半導電層として必要な耐熱性を保持することができず、十分な電流容量を流すことができない。また、加工性の点から、オレフィン系熱可塑性エラストマーの融点は２５０℃以下であるのが好ましく、２３０℃以下であるのがより好ましい。なお、ここでの融点は、ＤＳＣ（示差走査熱量計）で測定した吸熱ピークの頂点の値である。
【００２０】
本発明において、オレフィン系熱可塑性エラストマーは混合型、動的架橋型、または重合型いずれの組成物であっても、電力ケーブルに優れた耐熱性を与えるが、そのうちでも重合型が好ましく、重合型を使用すればゴムの粗大分散または不均一分散が生じにくいことから、電力ケーブルの耐熱性が飛躍的に向上する。
【００２１】
また、本発明において、内部半導電層および外部半導電層には電界緩和を目的に導電性カーボンブラックを前記したオレフィン系熱可塑性エラストマーに添加する。本発明で使用されるカーボンブラックは通常の電力ケーブル用半導電材料に使用される導電性のカーボンブラックであれば良く。具体的には、アセチレンブラック、ファーネスブラック等であり、半導電材料の表面平滑性の観点からアセチレンブラックが最も好ましい。カーボンブラックの配合量はオレフィン系熱可塑性エラストマー１００重量部に対して、５〜８０重量部、好ましくは１０〜６０重量部配合される。配合量が５重量部未満であれば十分な導電性能が得られず、８０重量部以上であると、引張強度、伸び等が低下する傾向にある。
【００２２】
本発明において、オレフィン系熱可塑性エラストマーには、必要に応じて、各種樹脂やゴム、ガラス繊維、炭酸カルシウム、シリカ、タルク、マイカ、クレー等の充填剤、酸化防止剤、光安定剤、帯電防止剤、滑剤、分散剤、中和剤、難燃剤等の各種添加剤、カーボンブラック等の顔料等を本発明の目的を損なわない範囲で配合しても良い。
【００２３】
本発明の電力ケーブルにおいて導体の断面積は８ｍｍ^２〜２０００ｍｍ^２、好ましくは６０ｍｍ^２〜２０００ｍｍ^２であり、内部半導電層の厚みは０．１ｍｍ〜４ｍｍ好ましくは１〜２ｍｍであり、絶縁層の厚みは電圧によってもことなるが２ｍｍ〜１５ｍｍ、好ましくは３ｍｍ〜１３ｍｍであり、外半層の厚みは０．１ｍｍ〜４ｍｍ、好ましくは０．５ｍｍ〜１．５ｍｍである。また内部半導電層、絶縁層、外部半導電層は同種のオレフィン系熱可塑性エラストマーであっても、異種のオレフィン系熱可塑性エラストマーを使用してもよい。
【００２４】
本発明の電力ケーブルにおいて、内部半導電層、絶縁層、外部半導電層以外の被覆層（遮蔽層、シース等）の構成は特に限定されず、各種用途の電力ケーブルに応じて、公知の材料による、公知の層を設けることができる。
【００２５】
本発明の電力ケーブルを製造する方法に特に制限はなく、自体既知の方法によって製造される。例えば、導体上に内部半導電層、絶縁層、外部半導電層用のオレフィン系熱可塑性エラストマー（これに必要に応じて添加剤を配合したもの）、内部半導電層、絶縁層、外部半導電層以外の被覆層用の材料を、押出機により連続押出することによって各層を形成する。
【００２６】
本発明の導体の外周にオレフィン系熱可塑性エラストマーを順に内部半導電層、絶縁層、外部半導電層として被覆した電力ケーブルは、優れた耐熱性および柔軟性を兼備えるとともに、使用済みの廃電力ケーブルから除去した内部半導電層、絶縁層、外部半導電層は一定温度以上（一般的に２００℃以上）に加熱することで容易に再加工できるので、リサイクルも容易に行うことができる。
【００２７】
【実施例】
以下に実施例を示して本発明を更に具体的に説明するが、本発明は以下に記載の実施例によって限定されるものではない。
【００２８】
（電力ケーブルの製造）
下記の材料（実施例１〜２、比較例１〜２）を押出機を用いて銅導体（公称断面積６０ｍｍ^２）上に内部半導電層（厚み１ｍｍ）、絶縁層（厚み３ｍｍ）、外部半導電層（０．５ｍｍ）を被覆し電力ケーブルを作製した。そして、得られた絶縁電線について下記の方法で各特性を測定し、その結果を表１に示す。
【００２９】
（耐熱性（加熱変形性）試験）
ＪＩＳＣ３００５に基づいて加熱変形試験を実施した（加熱温度１６０℃、荷重３４Ｎ）
加熱変形率が１０％未満を最良（◎）、１０％以上、４０％未満を良（○）、４０％以上を不適（×）とした。
【００３０】
（剥離強度試験）
ケーブルの絶縁部分から長手方向に長い試料を採取する。これを幅（円周方向）０．５インチ、長さ（長手方向）５ｃｍにし、半導電層の一方をチャックにはさみ、絶縁層をもう一方のチャックにはさみ、引張試験を行う。（引張速度：５０ｍｍ／ｍｉｎ）この時の剥離強度が１ｋｇｆ／０．５インチ以上のものを良（○）１ｋｇｆ／０．５インチ未満のものを不適（×）とした。
【００３１】
（リサイクル性試験）
電力ケーブルから内部半導電層、絶縁層、外部半導電層をそれぞれ採取し、融点以上である１３０℃〜２５０℃に加熱した。全部が溶融したものを合格（○）とし、全部または一部が溶融しなかったものを不適（×）とした。
【００３２】
（実施例１）
絶縁層：ポリプロピレンとエチレンプロピレン共重合体ゴムが多段重合によって段階的に同一重合槽内で重合された重合型オレフィン系熱可塑性エラストマー（密度：０．８８、ＭＦＲ：０．８、融点：１７６℃）
外部半導電層・内部半導電層：上記絶縁層材料１００重量部にアセチレンブラックを６０重量部配合したもの。
（実施例２）
絶縁層：ポリプロピレンとエチレンプロピレン共重合体ゴムが混合された混合型オレフィン系熱可塑性エラストマー（密度：０．８８、ＭＦＲ：１．４、融点：１６５℃）
外部半導電層・内部半導電層：上記絶縁層材料１００重量部にアセチレンブラックを６０重量部配合したもの。
【００３３】
（比較例１）
絶縁層：ポリプロピレンとエチレンプロピレン共重合体ゴムが混合された混合型オレフィン系熱可塑性エラストマー
外部半導電層・内部半導電層：エチレン酢酸ビニル共重合体１００重量部にアセチレンブラックを６０重量部添加したもの（エチレン酢酸ビニル共重合体（密度：０．９４、ＭＦＲ：１５、融点：９０℃）
（比較例２）
絶縁層：ポリプロピレンとエチレンプロピレン共重合体ゴムが混合された混合型オレフィン系熱可塑性エラストマー
外部半導電層・内部半導電層：エチレン酢酸ビニル共重合体１００重量部にアセチレンブラックを６０重量部、ジクミルパーオキシドを０．５重量部配合したものを押出後高温処理して架橋させたもの
【００３４】
上記各材料の密度は、ＪＩＳＫ７１１２に従って測定した。また、ＭＦＲ（メルトフローレート）はＪＩＳＫ７２１０に従って測定した。なお、低密度ポリエチレン（架橋ポリエチレンのベースも含む）は１９０℃での測定値、その他の材料は２３０℃での測定値である。
【００３５】
【表１】

【００３６】
【発明の効果】
以上の発明により明らかなように、本発明によれば、優れた耐熱性を有する電力ケーブルを提供することができる。また内部半導電層、絶縁層、外部半導電層の再利用が可能であり、リサイクル性にも優れた電力ケーブルを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電力ケーブルの断面図の一例を示す。
【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電力ケーブル

Claims

（Ａ）〜（Ｃ）のいすれかの構造を有する電力ケーブルにおいて、
（Ａ）導体の外周に内部半導電層、絶縁層、外部半導電層が順に形成されている電力ケーブル
（Ｂ）導体の外周に内部半導電層、絶縁層が順に形成されている電力ケーブル
（Ｃ）導体の外周に絶縁層、外部半導電層が順に形成されている電力ケーブル前記内部半導電層、前記絶縁層、前記外部半導電層がオレフィン系熱可塑性エラストマーからなることを特徴とする電力ケーブル。
前記オレフィン系熱可塑性エラストマーが重合型のオレフィン系熱可塑性エラストマーであることを特徴とする請求項１に記載の電力ケーブル。