JP2006291022A - Insulating composition, wire/cable, and method for producing insulating composition - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、絶縁組成物および電線・ケーブル並びに絶縁組成物の製造方法に関し、特に、従来のものよりも絶縁性能の向上した絶縁組成物であり、これを絶縁層に用いた電線・ケーブル、および絶縁組成物の製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an insulating composition, an electric wire / cable, and a method for producing the insulating composition, in particular, an insulating composition having improved insulating performance as compared with the conventional one, The present invention relates to a method for producing an insulating composition.
これまでに、低密度ポリエチレン(以下、LDPEとする)を架橋した架橋ポリエチレン(以下、XLPEとする)に無機充填剤として酸化マグネシウム(MgO)を添加した絶縁組成物をケーブルの絶縁層に用いることにより、MgO未添加のXLPEを絶縁層に用いた場合と比較して、直流特性が向上することが見出され、このMgO添加XLPEの絶縁組成物を絶縁体として採用したケーブルは、直流ケーブルであり実用化が可能であることが確認されている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, an insulating composition in which magnesium oxide (MgO) is added as an inorganic filler to a crosslinked polyethylene (hereinafter referred to as XLPE) obtained by crosslinking low density polyethylene (hereinafter referred to as LDPE) is used for the insulating layer of the cable. Therefore, it is found that the direct current characteristics are improved as compared with the case where XLPE not added with MgO is used for the insulating layer. The cable using the insulating composition of this MgO added XLPE as an insulator is a direct current cable. It has been confirmed that it can be put into practical use (for example, see Patent Document 1).
ところで、上記MgOなどの無機充填剤は、絶縁体に添加された際に再凝集を起こし、絶縁体中に直径の大きな粗粒(以下、再凝集成分とする)を生じさせることがある。再凝集成分は、ケーブル絶縁体の押出し工程において、スクリーンメッシュの目詰まりの原因となることがある。また、再凝集成分がケーブル絶縁体中に存在すると、これが欠陥となりケーブルのインパルス破壊性能を低下させる。この再凝集を抑止する対策として、ビニルシランを用いて表面処理を施し、その後に、ジェット粉砕により粉砕処理を施したMgOをLDPEとコンパウンド調整することが有効である(例えば、特許文献2参照)。 By the way, the inorganic filler such as MgO may cause re-aggregation when added to the insulator, thereby generating coarse particles having a large diameter (hereinafter referred to as a re-aggregation component) in the insulator. The re-aggregation component may cause clogging of the screen mesh in the cable insulator extrusion process. Further, if a re-aggregation component is present in the cable insulator, this becomes a defect, which deteriorates the impulse destruction performance of the cable. As a countermeasure for suppressing this re-aggregation, it is effective to perform compound treatment with MgPE that has been subjected to surface treatment using vinylsilane and then subjected to pulverization treatment by jet pulverization (see, for example, Patent Document 2).
上記手法を用いてMgOを添加したXLPE絶縁体は、MgO無添加のXLPE絶縁体と比較して、体積抵抗率の向上、空間電荷蓄積量の減少、直流破壊強度の向上などの効果が認められることから、直流ケーブル用絶縁体として有効である。
しかしながら、上記方法で製造したXLPE絶縁体中のMgOの分散状況について、透過型電子顕微鏡撮影(以下、TEM撮影とする)により観察して確認したところ、XLPE中に分散しているMgOの平均粒径は200nmを超えていることが判明した。 However, when the dispersion state of MgO in the XLPE insulator manufactured by the above method was confirmed by observation through transmission electron microscope photography (hereinafter referred to as TEM photography), the average particle diameter of MgO dispersed in XLPE was confirmed. The diameter was found to exceed 200 nm.
即ち、これまではImp性能に影響を及ぼす再凝集成分は数μmオーダーの大きさであると考え、光学顕微鏡での評価を実施していたが、ナノメートル(nm)オーダーでの充填剤分散状況を確認するために、従来の観察手法である光学顕微鏡よりも、高解像度を有しているTEM撮影により評価したところ、従来手法によるビニルシランの表面処理と粉砕処理を施したMgOをLDPEとコンパウンド調整する方法であっても、なお再凝集成分が生成されXLPE絶縁体中に存在していることが解明された。原材料のMgOの平均粒径は約100nm程度であるにも係わらず、上記コンパウンド調整方法では、絶縁体中に分散したMgO平均粒径は依然として原材料のMgOの粒径よりも大きくなってしまうということが明らかとなった。 In other words, the reaggregation component that affects the Imp performance has been considered to be on the order of several μm, and has been evaluated with an optical microscope. In order to confirm the above, it was evaluated by TEM photography that has a higher resolution than the optical microscope that is the conventional observation technique. Even with this method, it was clarified that a re-aggregation component was still generated and present in the XLPE insulator. Despite the fact that the average particle diameter of the raw material MgO is about 100 nm, in the above compound adjustment method, the average particle diameter of MgO dispersed in the insulator is still larger than the particle diameter of the raw material MgO. Became clear.
この無機充填剤の添加によって得られる特に直流ケーブルとしての効果(体積抵抗率の向上、空間電荷蓄積量の減少、直流破壊強度の向上)は、絶縁体中に分散させた充填剤の平均粒径をより小さくすることによって、無機充填剤の添加によって得られる効果を更に高めることができると考えられる。 The effect of adding this inorganic filler, especially as a DC cable (improvement of volume resistivity, reduction of space charge accumulation, improvement of DC breakdown strength) is due to the average particle size of the filler dispersed in the insulator. It is considered that the effect obtained by the addition of the inorganic filler can be further enhanced by making the size smaller.
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は従来の絶縁組成物よりも無機充填剤の添加によって更に効果の向上した絶縁組成物、それを用いた電線・ケーブル並びに絶縁組成物の製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and its object is to provide an insulating composition that is further improved by the addition of an inorganic filler as compared with conventional insulating compositions, electric wires and cables using the same, and insulation. It is in providing the manufacturing method of a composition.
本発明は、上記目的を達成するため、ポリオレフィン樹脂中に無機充填剤の分散された絶縁組成物であって、分散された前記無機充填剤の直径が200nm以下であることを特徴とする絶縁組成物を提供するものである。 In order to achieve the above object, the present invention provides an insulating composition in which an inorganic filler is dispersed in a polyolefin resin, wherein the dispersed inorganic filler has a diameter of 200 nm or less. It provides things.
ポリオレフィン樹脂としては、主にポリエチレン樹脂が挙げられ、低密度ポリエチレンを用いることが望ましい。 Examples of the polyolefin resin mainly include polyethylene resins, and it is desirable to use low density polyethylene.
無機充填剤は、表面処理並びに粉砕処理を施した酸化マグネシウムであることが望ましく、前記表面処理は、ビニルシランを表面処理剤として用いることが、前記粉砕処理は、ジェット粉砕により行われることが望ましい。 The inorganic filler is preferably magnesium oxide that has been subjected to surface treatment and pulverization treatment. The surface treatment is preferably performed using vinylsilane as the surface treatment agent, and the pulverization treatment is preferably performed by jet pulverization.
また、本発明は、上記目的を達成するため、上記本発明の絶縁組成物を、絶縁層としたことを特徴とする電線・ケーブルを提供するものである。 In order to achieve the above object, the present invention provides an electric wire / cable characterized in that the insulating composition of the present invention is an insulating layer.
更に、本発明は、上記目的を達成するため、ポリオレフィン樹脂と無機充填剤とを混合して絶縁組成物を調製するに際し、ポリオレフィン樹脂中に分散させる前記無機充填剤の平均粒径が直径200nm以下となるように制御して調製することを特徴とする絶縁組成物の製造方法を提供するものである。 Furthermore, in order to achieve the above object, the present invention provides an inorganic filler having an average particle diameter of 200 nm or less when dispersed in a polyolefin resin when an insulating composition is prepared by mixing a polyolefin resin and an inorganic filler. The present invention provides a method for producing an insulating composition, which is characterized by being controlled so as to become.
本発明によれば、体積抵抗率や直流破壊強度が従来の絶縁組成物よりも更に向上した絶縁体組成物およびこれを絶縁層に用いた電線・ケーブルを得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain an insulator composition whose volume resistivity and DC breakdown strength are further improved as compared with the conventional insulating composition, and an electric wire / cable using the insulator composition as an insulating layer.
以下、本発明に係る絶縁組成物および電線・ケーブルの好適な実施の形態について説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the insulating composition and electric wires / cables according to the present invention will be described.
[絶縁組成物の構成]
本発明の実施の形態に係る絶縁組成物は、ポリオレフィン樹脂の材料に無機充填剤を均一に分散するよう添加したものであり、この無機充填剤の平均粒径は、直径200nm以下であることを特徴とする。
[Configuration of insulating composition]
The insulating composition according to the embodiment of the present invention is such that an inorganic filler is added to a polyolefin resin material so that the inorganic filler is uniformly dispersed, and the average particle diameter of the inorganic filler is 200 nm or less. Features.
ポリオレフィン樹脂の材料としては、低密度ポリエチレン(LDPE)が用いられる。このとき、LDPEは架橋したもの(XLPE)であってもよい。尚、本発明においては、ポリオレフィン樹脂の材料として、LDPEの他に、高密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、超低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレンなどであってもよく、また、これらを架橋したものであってもよい。 As a material for the polyolefin resin, low density polyethylene (LDPE) is used. At this time, the LDPE may be crosslinked (XLPE). In the present invention, the polyolefin resin material may be high-density polyethylene, medium-density polyethylene, ultra-low-density polyethylene, linear low-density polyethylene, or the like in addition to LDPE, and these may be cross-linked. It may be a thing.
また、無機充填剤としては、酸化マグネシウム(MgO)が用いられる。無機充填剤を絶縁体中に添加する際に再凝集を生じることがあるので、無機充填剤にビニルシランによる表面処理を施した後、ジェット粉砕による粉砕処理を行うことが望ましい。尚、本発明においては、無機充填剤としては、MgOの他に、酸化チタン、炭酸カルシウム、水酸化マグネシウム、シリカなどであってもよい。 Further, magnesium oxide (MgO) is used as the inorganic filler. Since re-agglomeration may occur when the inorganic filler is added to the insulator, it is desirable to subject the inorganic filler to a surface treatment with vinylsilane and then to a pulverization process by jet pulverization. In the present invention, the inorganic filler may be titanium oxide, calcium carbonate, magnesium hydroxide, silica or the like in addition to MgO.
絶縁体中に充填剤を添加することによって得られる効果(体積抵抗率の向上、空間電荷蓄積量の減少、直流破壊強度の向上)は、絶縁体中に分散している充填剤の比表面積に比例する、すなわち、充填剤の粒径が小さい程、効果が大きくなるので、LDPE中に添加するMgOの平均粒径が200nm以下となるように調整する。 The effects obtained by adding a filler to the insulator (improved volume resistivity, reduced space charge accumulation, and improved DC breakdown strength) are due to the specific surface area of the filler dispersed in the insulator. Since the effect increases as the particle size of the filler is smaller, the average particle size of MgO added to the LDPE is adjusted to 200 nm or less.
添加されたMgOの平均粒径が200nm以下となることにより、後述するように、絶縁組成物の体積抵抗率や直流破壊強度が更に向上する。 When the average particle diameter of the added MgO is 200 nm or less, as will be described later, the volume resistivity and DC breakdown strength of the insulating composition are further improved.
[絶縁組成物の製造方法]
本発明の実施の形態に係る絶縁組成物の製造方法は、無機充填剤の平均粒径が直径200nm以下となるように、絶縁体と無機充填剤の混練に二軸押出機を用いるものである。
[Insulating composition manufacturing method]
The method for producing an insulating composition according to an embodiment of the present invention uses a twin screw extruder for kneading an insulator and an inorganic filler so that the average particle diameter of the inorganic filler is 200 nm or less. .
二軸押出機は、2本のスクリューを平行に配置し、スクリュー間で押出し樹脂に高いせん断応力を加えることができる。そのため、無機充填剤をポリオレフィン樹脂の材料に練り込む場合、高せん断応力下で混練した方が、より無機充填剤の分散性が向上する。 The twin screw extruder can arrange two screws in parallel and apply high shear stress to the extruded resin between the screws. Therefore, when the inorganic filler is kneaded into the polyolefin resin material, the dispersibility of the inorganic filler is further improved by kneading under a high shear stress.
更に、無機充填剤の分散性の向上と、高いせん断応力により、無機充填剤の粒子が再凝集を起こしにくくなるので、絶縁体中に添加された無機充填剤の平均粒径が小さくなるよう制御することが可能となる。 Furthermore, since the inorganic filler particles are less likely to re-agglomerate due to improved dispersibility of the inorganic filler and high shear stress, the average particle size of the inorganic filler added to the insulator is controlled to be small. It becomes possible to do.
以上の方法により絶縁組成物を製造することにより、体積抵抗率や直流破壊強度が更に向上した絶縁組成物を得ることができる。 By producing an insulating composition by the above method, an insulating composition with further improved volume resistivity and direct current breakdown strength can be obtained.
尚、無機充填剤のポリオレフィン樹脂中への混練方法としては、無機充填剤の平均粒径が直径200nm以下となるように制御可能な方法であれば、特に限定されることなく適用することができ、上記方法のほかに、例えば、二軸押出機とロール機を併用した場合でも同様の分散効果が得られる。すなわち、二軸押出機を用いて、高濃度に無機充填剤を添加したポリオレフィン樹脂の材料を、ロール機にて低濃度に希釈させることにより同様の効果を得ることができる。 The method for kneading the inorganic filler into the polyolefin resin is not particularly limited as long as it can be controlled so that the average particle diameter of the inorganic filler is 200 nm or less. In addition to the above method, for example, the same dispersion effect can be obtained even when a twin-screw extruder and a roll machine are used in combination. That is, the same effect can be acquired by diluting the polyolefin resin material which added the inorganic filler in high concentration to low concentration with a roll machine using a twin screw extruder.
[ケーブルの構成および製造方法]
本発明の実施の形態に係るケーブルは、上記絶縁組成物によって導体外周を被覆することによって得られる。
[Cable configuration and manufacturing method]
The cable which concerns on embodiment of this invention is obtained by coat | covering a conductor outer periphery with the said insulating composition.
図1は、本発明の実施の形態に係るケーブルの断面概略図である。ケーブル1は、断面略真円状の導体2外周を直接被覆するように内部半導電層3が形成されている。その内部半導電層3の外周には絶縁体4が被覆され、更にその外周に外部半導電層5、遮蔽層6、シース7が順次形成されている。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a cable according to an embodiment of the present invention. The
次に、このケーブル1は、導体2外周に内部半導電層3を押出し成形する。続いて、上述した絶縁組成物よりなる絶縁体4を、更に外部半導電層5及び遮蔽層6、シース7を、順次成形することにより、図1に示すような断面形状を構成するケーブル1が得られる。
Next, the
このようにして得られたケーブル1は、体積抵抗率や直流破壊強度が更に向上した絶縁組成物により被覆されているので、従来の直流ケーブルよりも体積抵抗率や直流破壊強度が更に向上する。
Since the
以下に本発明の実施例を示す。 Examples of the present invention are shown below.
[絶縁組成物の実施例]
スクリュー直径15mm、L/D=60(L;スクリュー長さ、D;スクリュー直径)の二軸押出機を用いて、LDPEとMgOを、MgOの平均粒径が直径200nm以下となるように制御しながら混練を行いMgO分散LDPEの絶縁組成物を調製した。LDPEには、密度0.920g/mm3、MI(メルト・インデックス)=1のものを使用した。MgOには、原料の平均粒径が50nmのものに、ビニルシランにより表面処理を施した後にジェット粉砕にて粉砕処理を施したものを用いた。
[Example of insulating composition]
Using a twin screw extruder with a screw diameter of 15 mm and L / D = 60 (L: screw length, D: screw diameter), LDPE and MgO were controlled so that the average particle diameter of MgO was 200 nm or less. The insulating composition of MgO-dispersed LDPE was prepared by kneading. The LDPE having a density of 0.920 g / mm 3 and MI (melt index) = 1 was used. MgO having an average particle diameter of 50 nm was subjected to surface treatment with vinylsilane and then pulverized by jet pulverization.
そして、このような調製方法により実施例として、LDPE100重量部に対して、MgOを1重量部添加したものを試料1、5重量部添加したものを試料2、10重量部添加したものを試料3として作製し、表1に示す。
As an example using such a preparation method,
また、比較例として、試料1〜3と同一のLDPEとMgOを用いて単にロール機のみで混練したものを、表1に併せて示した。ここで、LDPE100重量部に対して、MgOを1重量部添加したものを試料4、5重量部添加したものを試料5、10重量部添加したものを試料6とする。また、MgO無添加のLDPEについても、比較例として表1に示した。これを試料7とする。
In addition, as a comparative example, those kneaded only by a roll machine using the same LDPE and MgO as those of
(混練後のMgOの平均粒径)
次に、上記各試料を用いて、プレス成形にて厚さ6mmのシートを作成し、スライス片のTEM撮影による写真の観察により、LDPE中に分散したMgOの平均粒径を求めた。その結果は表1に示したとおりである。
(Average particle diameter of MgO after kneading)
Next, a sheet having a thickness of 6 mm was prepared by press molding using each of the above samples, and the average particle diameter of MgO dispersed in LDPE was determined by observing a photograph of the slice piece by TEM photography. The results are as shown in Table 1.
表1の結果からも明らかなように、本発明の実施例である試料1〜3については、いずれもMgOの平均粒径は100nm程度である一方で、比較例である試料4〜6におけるMgOの平均粒径は250nm以上であり、同量のMgOを添加した場合、ロール機での混練に比べて二軸押出機で混練した場合の方が、LDPE中のMgO平均粒径が小さくなった。
As is clear from the results in Table 1, for
(体積抵抗率)
更に、上記各試料を用いて、プレス成形にて厚さ0.15mmのシートサンプルを成形し、温度=90℃、直流印加電界=80kV/mmにおける体積抵抗率を評価した。その結果は表1に示したとおりである。
(Volume resistivity)
Further, a sheet sample having a thickness of 0.15 mm was formed by press molding using each of the above samples, and the volume resistivity at a temperature = 90 ° C. and a DC applied electric field = 80 kV / mm was evaluated. The results are as shown in Table 1.
表1の結果からも明らかなように、本発明の実施例である試料1〜3については、いずれも同量のMgOを添加した比較例である試料4〜6よりも大幅に体積抵抗率が向上した。また、MgOの添加量を多くするに従って実施例と比較例との体積抵抗率の差が大きくなることが分かる。
As is clear from the results in Table 1, the
(直流破壊強度)
次に、1重量部のMgOを添加混練した材料を用い、実施例である試料1と比較例である試料4とを用いて、プレス成形にて厚さ0.15mmのシートサンプルを成形し、温度=90℃における直流破壊強度を評価した。その結果は表1に示したとおりである。
(DC breakdown strength)
Next, using a material kneaded with 1 part by weight of MgO, using a
表1の結果からも明らかなように、同量のMgOを添加した場合、ロール混練に比べ二軸押出機で混練した場合の方が、直流破壊強度が高くなった。 As is clear from the results in Table 1, when the same amount of MgO was added, the DC breaking strength was higher when kneaded with a twin screw extruder than with roll kneading.
MgO未添加のLDPEの体積抵抗率、直流破壊強度を表1中に比較例の試料7として示した。MgO未添加のLDPEに比べ、MgOを添加したサンプルの方が、体積抵抗率、直流破壊強度ともに高くなる。 Table 1 shows the volume resistivity and DC breakdown strength of LDPE not added with MgO as Sample 7 of Comparative Example. Compared with the LDPE not added with MgO, the sample added with MgO has higher volume resistivity and DC breakdown strength.
以上の結果から、LDPEにMgOを添加することで、体積抵抗率の向上、直流破壊強度の向上といった更なる効果が得られるが、この効果は、LDPE中に分散するMgOの平均粒径を小さくした方がより顕著となることが明らかである。 From the above results, by adding MgO to LDPE, further effects such as improvement of volume resistivity and improvement of DC breakdown strength can be obtained, but this effect reduces the average particle diameter of MgO dispersed in LDPE. It is clear that it becomes more prominent.
[ケーブルの実施例]
実施例として、図1中の導体2として導体断面積100mm2の導体外周上に、内部半導電層3を厚さ0.7mmとなるように押出し成形し、次いで内部半導電層3の上に表1の試料1からなる絶縁組成物を絶縁体4として厚さ3mmとなるように押出し成形し、更に外半導電層5を厚さ1mm、遮蔽層6を厚さ0.3mm、シース7を厚さ3mmとなるように順次成形してケーブル1を製造した。このとき、これを試料8として、特性を評価し、その結果を表2に示す。また、比較例として、表1の試料4からなる絶縁組成物を絶縁体4に使用したケーブルを併せて製造し、これを試料9として特性を評価し、その結果を表2に示す。
[Example of cable]
As an example, as the conductor 2 in FIG. 1 on conductor outer periphery of the conductor cross-sectional area 100 mm 2, and extruded to a thickness of 0.7mm the inner semiconducting layer 3, and then on the inner semiconducting layer 3 The insulating composition consisting of
表2の結果から明らかなように、本発明の絶縁組成物よる特性の効果が、当該絶縁組成物を用いたケーブルにおいても特性の効果が発現していることが判る。すなわち、LDPEにMgOを添加混練して調製した絶縁組成物を、絶縁体として用いてケーブルを製造した場合、LDPE中に分散するMgOの平均粒径を小さくした方が、体積抵抗率が向上し、直流破壊強度が向上する。 As is apparent from the results in Table 2, it can be seen that the effect of the characteristics by the insulating composition of the present invention is also exhibited in the cable using the insulating composition. That is, when an insulating composition prepared by adding and kneading MgO to LDPE is used as an insulator, the volume resistivity is improved by reducing the average particle diameter of MgO dispersed in LDPE. DC breakdown strength is improved.
以上の検討結果から、ポリオレフィン樹脂中に分散させた後の無機充填剤の平均粒径を、200nm以下とすることで、より顕著な無機充填剤の添加効果を得ることが明らかになった。そして、本発明の絶縁組成物を絶縁層としてケーブルに適用すれば、特に直流ケーブルにおいては前記した特性の更なる効果が期待できる。勿論、交流ケーブルに採用した場合でも当然特性の効果が得られる。 From the above examination results, it has been clarified that when the average particle size of the inorganic filler after being dispersed in the polyolefin resin is 200 nm or less, a more remarkable effect of adding the inorganic filler is obtained. If the insulating composition of the present invention is applied to a cable as an insulating layer, a further effect of the above characteristics can be expected particularly in a DC cable. Of course, the effect of the characteristics can be obtained even when it is used in an AC cable.
1 ケーブル
2 導体
3 内部半導電層
4 絶縁体
5 外部半導電層
6 遮蔽層
7 シース
1 Cable 2 Conductor 3 Internal Semiconductive Layer 4 Insulator 5 External Semiconductive Layer 6 Shielding Layer 7 Sheath
Claims (9)
分散された前記無機充填剤の平均粒径が直径200nm以下であることを特徴とする絶縁組成物。 An insulating composition in which an inorganic filler is dispersed in a polyolefin resin,
An insulating composition, wherein an average particle size of the dispersed inorganic filler is 200 nm or less.
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