JP2006022276A - 絶縁体用組成物及びこれを用いた高発泡絶縁体並びに高周波用同軸ケーブル。 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、発泡度が高く、かつｔａｎδが小さい高発泡絶縁体を提供するものである。また、このような高発泡絶縁体に用いる絶縁体用組成物を提供するものである。さらに、被覆材料としてこのこのような高発泡絶縁体を用いた高周波用同軸ケーブルを提供するものである。
【解決手段】 本発明者らは、組成物中の発泡樹脂成分が、密度０．９４（ｇ／ｃｍ^３）以上、１９０℃、２．１６ｋｇ荷重時のＭＦＲ（メルトフローレイト）が０．３〜８．０（ｇ／１０ｍｉｎ）、溶融破断張力が０．５〜２ｇの高密度ポリエチレンであり、且つ組成物の空洞共振器摂動法による２．４５ＧＨｚのｔａｎδが１．３×１０^−４以下であることを特徴とする絶縁体用組成物を使用することにより、上記問題を解決するに至った。
【選択図】なし

Description

本発明は、ケーブルやコネクタ類の構成材料として用いられる絶縁体組成物、およびこれを用いた高発泡絶縁体に関するものである。また、前記高発泡絶縁体を用いた高周波用同軸ケーブルに関するものである。

近年、同軸ケーブルの小サイズ化や使用する信号周波数の高帯域化に伴い、減衰量の小さいケーブルの要求が高まっている。一般に、同軸ケーブルの減衰量（α）は、下式に示すように導体に起因する抵抗減衰量（α_ｒ）と、絶縁体に起因する漏洩減衰量（α_ｇ）の和によって算出される。抵抗減衰量を小さくするためには、導体材料として電気抵抗の小さいものを使用すればいよい。現在、導体材料として電気抵抗の小さい高純度無酸素銅が使用されており、これ以上の低抵抗化は難しい状態である。一方、漏洩減衰量を小さくするためには、絶縁体の誘電率（ε）を小さくしたり、誘電正接（ｔａｎδ）を小さくしたりすれば良い。絶縁体の誘電率を小さくするためには、誘電率の小さな材料を用いることはもちろん、絶縁体を発泡させる方法が一般に行われている。

絶縁体を発泡させた場合、絶縁体の誘電率は、発泡体内の気体の誘電率と絶縁体用組成物の誘電率とに起因する合成誘電率となる。一般に、気体の誘電率は個体の誘電率に比べ小さいため、絶縁体の発泡度が高いものほど絶縁体の誘電率が小さくなる。

上記式中の記号は、それぞれ、α：減衰量、α_ｒ：抵抗減衰量、α_ｇ：漏洩減衰量、ｄ：内部導体の外径（ｍ）、Ｄ：外部導体の内径（ｍ）、Ｋ_１：内部導体の材質により定まる定数、Ｋ_２：外部導体の材質により定まる定数（例えば、銅単線：１、銅より線：１．２）、Ｋ_３：外部導体の形状により定まる定数（平滑管：１．０、波形管１．２）、Ｚ_０：特性インピーダンス（Ω）、ε：絶縁体の誘電率、ｆ：信号の周波数（Ｈｚ）を示す。
特許第３２２７０９１号

絶縁体を発泡させるためには、絶縁体用組成物が適当な溶融破断張力および溶融破断延伸性を有していなければならない。一般に、溶融破断張力が大きくなれば、溶融破断延伸性は小さくなる傾向を示す。従って、このような絶縁体としては、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）と低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）の混合物を発泡させたものが広く使用されている。

一般に、ＨＤＰＥはｔａｎδが小さいものの、溶融破断張力が小さいため高発泡度化することができず、発泡絶縁体のεが大きくなってしまう。そのため、溶融破断張力が大きく、溶融破断延伸性が小さいＬＤＰＥを併用して高発泡度化を行っている。しかしながら、ＬＤＰＥはｔａｎδが大きいためＬＤＰＥを併用すると発泡絶縁体のｔａｎδが大きくなってしまう。従って、ＨＤＰＥとＬＥＰＥを併用する方法では、高発泡度化とｔａｎδを小さくすることを同時に達成することはできなかった。本発明は、発泡度が高く、かつｔａｎδが小さい高発泡絶縁体を提供するものである。また、このような高発泡絶縁体に用いる絶縁体用組成物を提供するものである。さらに、被覆材料としてこのような高発泡絶縁体を用いた高周波用同軸ケーブルを提供するものである。

本発明者らは、鋭意研究を行ったところ、組成物中の発泡樹脂成分が、密度０．９４（ｇ／ｃｍ^３）以上、１９０℃、２．１６ｋｇ荷重時のＭＦＲ（メルトフローレイト）が０．３〜８．０（ｇ／１０ｍｉｎ）、溶融破断張力が０．５〜２ｇの高密度ポリエチレンであり、且つ組成物の空洞共振器摂動法による２．４５ＧＨｚのｔａｎδが１．３×１０^−４以下であることを特徴とする絶縁体用組成物を使用することにより、上記問題を解決するに至った。

本発明の絶縁体用組成物は、１９０℃、２．１６ｋｇ荷重時のＭＦＲが０．３〜８．０（ｇ／１０ｍｉｎ）であるため、高発泡化に適した溶融破断張力、および溶融破断延伸性を有している。また、本発明の絶縁体用組成物は、発泡樹脂成分としてＬＤＰＥを含有していないため、組成物の空洞共振器摂動法による２．４５ＧＨｚのｔａｎδが１．３×１０^−４以下と小さく、漏洩減衰量の小さな高発泡絶縁体を作製できる。従って、本発明の高発泡絶縁体を被覆材料に用いることによって、減衰量の小さな高周波用同軸ケーブルを作製することが可能である。

以下、本発明について詳細に説明する。

本発明における絶縁体用組成物は、発泡樹脂成分、及び発泡核剤を含むものであり、所望により、他の樹脂成分、発泡剤、酸化防止剤、銅害防止剤、着色剤等の各種添加剤を含有していても良い。

本発明における発泡樹脂成分としては、１９０℃、２．１６ｋｇ荷重時のＭＦＲが０．３〜８．０（ｇ／１０ｍｉｎ）、密度が０．９４（ｇ／ｃｍ^３）以上のＨＤＰＥであれば何ら限定されるものではないが、好ましくは密度０．９５５（ｇ／ｃｍ^３）以上のものが良い。その中でも、発泡加工性の点から、前記条件におけるＭＦＲが０．７〜５（ｇ／１０ｍｉｎ）のものが好ましい。また、本発明の発泡樹脂成分として使用されるＨＤＰＥは、ＭＦＲが異なる２種以上のＨＤＰＥを併用して、ＭＦＲ及び密度が上述した範囲になるように調製しても良い。

本発明におけるＭＦＲとは、ＪＩＳ Ｋ ７２１０に準拠し、シリンダ内温度１９０℃、加重２．１６ｋｇで測定するものである。

また、本発明におけるｔａｎδとは、摂動法理論に基づき空洞共振器を用いて２．４５ＧＨｚで測定した実測値である。通常、発泡前の絶縁体用組成物を用いて測定するが、所望により発泡体を溶融後脱泡したものを使用しても良い。

さらに、本発明における発泡度とは、ＪＩＳ Ｋ ７１１２のＡ法によって求められる発泡加工前の絶縁体用組成物の密度と、ＪＩＳ Ｋ ７２２２よって求められる発泡絶縁体の見かけ密度から、下記式を用いて求められる値である。

本発明の絶縁体用組成物に使用される発泡剤としては、アゾジカルボンアミド、ジニトロソペンタメチレンテトラミン等の熱分解性化合物、プロパン、ブタン等の低級炭化水素、ジクロロジフルオロメタン等のハロゲン化炭化水素、窒素、二酸化炭素、アルゴン等の不活性ガス等を用いることができる。これらの中でも、発泡絶縁体の電気的特性、不燃性、及び環境への影響を考慮すると、不活性ガスが特に好ましい。

本発明の絶縁体用組成物に使用される発泡核剤としては、特に限定されるものではないが、タルク、窒化ホウ素粉末、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂粉末等が使用できる。本発明で使用する発泡核剤の平均粒径は、０．０１〜１００μｍのものが好ましく、より好ましくは０．１〜５０μｍであり、その添加量は、発泡樹脂成分に対し０．０１〜１０重量％が好ましい。

本発明の絶縁体用組成物の発泡加工方法としては、何ら限定されるものではないが、通常、溶融発泡法の押出発泡法または２段発泡法が用いられる。

絶縁体用組成物の作製
実施例１
発泡樹脂成分として、１９０℃、２．１６ｋｇ荷重時のＭＦＲが０．３（ｇ／１０ｍｉｎ）、密度０．９５７（ｇ／ｃｍ^３）、ｔａｎδが１．１×１０^−４であるＨＤＰＥ（Ａ）のペレット５０重量部、及び、前記条件におけるＭＦＲが８．０（ｇ／１０ｍｉｎ）、密度０．９６２（ｇ／ｃｍ^３）、ｔａｎδが１．３×１０^−４である宇部興産社製ＨＤＰＥ（２０７０）のペレット５０重量部と、発泡核剤として富士タルク社製タルク（ＰＫＰ−８０）０．５重量部とを、均一になるようにバンバリーミキサーで混練した後、ペレット化した。

実施例２〜３
ＨＤＰＥの配合量を表１に示すように変更したほかは、実施例１と同様にしてペレットを作製した。

比較例１
発泡樹脂成分として宇部興産社製ＨＤＰＥ（２０７０）のペレット１００重量部と、発泡核剤として富士タルク社製タルク（ＰＫＰ−８０）０．５重量部とを、均一になるようにバンバリーミキサーで混練した後ペレット化した。

比較例２〜６
表１に示した、発泡樹脂成分、及び発泡核剤を用いたほかは比較例１と同様にしてペレットを作製した。

ＭＦＲの測定
実施例１〜３、及び比較例１〜６で使用した発泡樹脂成分のみをそれぞれバンバリーミキサーを用いて均一に混練した後ペレット化した。作製したペレットのＭＦＲを、ＪＩＳＫ７２１０に基づきシリンダ内温度１９０℃、加重２．１６ｋｇで測定した。その結果を表１に示す。

溶融破断張力及び溶融破断延伸性の評価
溶融破断張力及び溶融破断延伸性の評価には、キャピラリーレオメーター（東洋精機製キャピログラフ）を使用した。実施例１で作製した発泡加工する前の絶縁体用組成物のペレットを、内径９．５５ｍｍの炉体に入れ１９０℃に加熱した。溶融した絶縁体用組成物を、ピストンスピード０．５ｍｍ／ｍｉｎで、内径２．０９５ｍｍ×長さ８．０３ｍｍのフラットキャピラリーから押し出すと同時に、引取加速度４００ｍ／ｍｉｎ^２で破断するまで巻き取った。破断時の張力及び引取速度を、それそれ溶融破断張力及び破断延伸性として表１に示した。実施例２〜３、比較例１〜６についても同様に測定し、その結果を表１に示す。

ｔａｎδの評価
実施例１〜３、比較例１〜６で作製したペレットを使用し、射出成型器にてφ２ｍｍ×１００ｍｍ程度の測定用サンプルを作製した。空洞共振器摂動法誘電率測定装置（関東電子応用開発社製）を用いて、各サンプルの２．４５ＧＨｚでのｔａｎδを測定した。その結果を表１に示す。

同軸ケーブルの作製
実施例４
実施例１で作製したペレットを、二段押出機のホッパーに投入し、第１押出機温度を１８０〜２２０℃、第２押出機温度を１４０〜１８０℃として、第１押出機の途中で窒素ガスを注入し、直径９ｍｍの銅線に被覆し、絶縁体外径が２２ｍｍとなるように、発泡押出形成を行った。次に、発泡絶縁層の外側にコルゲート型外部導体と難燃ポリエチレンシースを施して高周波用同軸ケーブルを作製した。

実施例５〜６
実施例２〜３で作製した絶縁体用組成物を用いたほかは、実施例４と同様にして高周波用同軸ケーブルを作製した。

比較例７〜１２
比較例１〜６で作製した絶縁体用組成物を用いたほかは、実施例４と同様にして高周波用同軸ケーブルを作製した。

発泡度の評価
実施例１〜３、及び比較例１〜６の絶縁体用組成物の密度を、ＪＩＳ Ｋ ７１１２のＡ法によって測定した。次に、実施例４〜６、及び比較例７〜１２で作製した外部導体を施す前のケーブルから発泡絶縁体を剥がし、発泡絶縁体の見かけ密度をＪＩＳ Ｋ ７２２２に基づいて測定した。前記式（数２）よって求められる発泡度（％）を表２に示した。

減衰量の評価
実施例４で作製した高周波用同軸ケーブルを１００ｍ準備した。ケーブルの両端にコネクタを装着し、ネットワークアナライザーに接続した。周波数１００ＭＨｚ〜５ＧＨｚにおける減衰量を測定した。実施例５〜６、及び比較例７〜１２で作製した同軸ケーブルについても同様に減衰量を測定した。表２には、周波数２．２ＧＨｚにおける減衰量を示した。ここで、減衰量が６２（ｄＢ／ｋｍ）未満のものを合格とした。

表１より、実施例１〜３における発泡樹脂成分のＭＦＲは、０．７〜３．５（ｇ／１０ｍｉｎ）であった。また、実施例１〜３の絶縁体用組成物は、溶融破断張力０．５〜２（ｇ）、溶融破断延伸性５０〜１３０（ｍ／ｍｉｎ）、ｔａｎδ１．２×１０^−４〜１．３×１０^−４であった。そのため、実施例１〜３の絶縁体用組成物を用いて作製した実施例４〜６の高周波用同軸ケーブルは、発泡度が７８〜７９％と高く、２．２ＧＨｚにおける減衰量も５９〜６１（ｄＢ／ｋｍ）と良好な結果を示した。

一方、比較例１〜２の絶縁体用組成物は、溶融破断張力、及び溶融破断延伸性が高発泡体を作製するのに好ましくないためか、ｔａｎδが小さいにもかかわらず、これらを用いて作製した同軸ケーブルの減衰量は６９〜７２（ｄＢ／ｋｍ）と不合格であった。また、比較例３〜４の絶縁体用組成物はｔａｎδが大きいためか、これらを用いて作製した比較例９〜１２の高周波用同軸ケーブルの２．２ＧＨｚにおける減衰量は６２〜７８（ｄＢ／ｋｍ）と不合格であった。

Claims (8)

1. 組成物中の発泡樹脂成分が、密度０．９４（ｇ／ｃｍ^３）以上、１９０℃、２．１６ｋｇ荷重時のＭＦＲが０．３〜８．０（ｇ／１０ｍｉｎ）、溶融破断張力が０．５〜２ｇの高密度ポリエチレンであり、且つ組成物の空洞共振器摂動法による２．４５ＧＨｚのｔａｎδが１．３×１０^−４以下であることを特徴とする絶縁体用組成物。
2. 前記高密度ポリエチレンの溶融破断延伸性が５０〜１５０ｍ／ｍｉｎであることを特徴とする、請求項１に記載の絶縁体用組成物。
3. 前記高密度ポリエチレンが、異なるＭＦＲを有する少なくとも２種以上の高密度ポリエチレンの混合物からなる、請求項１〜２の何れか１項に記載の絶縁体用組成物。
4. 請求項１〜３の何れか一項に記載された絶縁体用組成物を発泡させた高発泡絶縁体。
5. 発泡剤として、窒素ガス、アルゴンガス、フロンガス、炭酸ガスからなる群より選ばれる１種以上の不活性ガスを用いる、請求項４に記載の高発泡絶縁体。
6. 絶縁体として請求項４〜５の何れか１項に記載した高発泡絶縁体を用い、かつ前記絶縁体の発泡度が７８％以上であることを特徴とする高周波用同軸ケーブル。
7. 組成物中の発泡樹脂成分が、密度０．９４（ｇ／ｃｍ^３）以上、１９０℃、２．１６ｋｇ荷重時のＭＦＲが０．３〜８．０（ｇ／１０ｍｉｎ）、溶融破断張力が０．５〜２ｇ、溶融破断延伸性が５０〜１５０（ｍ／ｍｉｎ）の高密度ポリエチレンであり、当該高密度ポリエチレンは前記条件におけるＭＦＲが０．３（ｇ／１０ｍｉｎ）以下の高密度ポリエチレンを少なくとも１種以上含み、かつ前記条件におけるＭＦＲが８．０（ｇ／１０ｍｉｎ）以上の高密度ポリエチレンを少なくとも１種以上含む混合物からなり、さらに組成物の空洞共振器摂動法による２．４５ＧＨｚのｔａｎδが１．３×１０^−４以下である絶縁体用組成物を用いた高発泡絶縁体。
8. 絶縁体として請求項７に記載の高発泡絶縁体を用い、かつ前記絶縁体の発泡度が７８％以上であることを特徴とする高周波用同軸ケーブル。