JP2006339099A - 発泡電線 - Google Patents

Abstract

【課題】 均一で、微細な気泡を持つ高発泡体を安定して製造でき、機械的・電気的に優れた発泡電線を提供する。
【解決手段】 高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）と低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）の混合物に、粒径５μｍ以下の超微粒子発泡核剤（ＡＤＣＡ、ＯＢＳＨ等）を混合し、これを注入ガスと共に導体１０に被覆して発泡絶縁体１２とする。高密度・低密度ポリエチレンからなるポリマは、溶融張力が、５．５ｍＮ（１９０℃）以上となるようにＨＤＰＥとＬＤＰＥとを併用して用いる。これにより押出機内でポリマ溶融張力と発泡核剤の気泡成長圧力とのバランスを適正に保ち、破泡や異常成長を防止することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高周波伝送時のロスを低減できる発泡電線に関するものである。

ＧＨｚ帯域で使用される高周波伝送用ケーブルにおいては、絶縁体の電気特性（誘電率ε、誘電正接ｔａｎδ）、特にｔａｎδが小さいことが求められる。

これは、
伝送ロス∝√ε×ｆｗ×ｔａｎδ、と表され、高周波ほど伝送ロスが増加するためである。

伝送ロスを減少させるには、εとｔａｎδの双方を低減する必要があり、その方法として、ポリエチレン（ＰＥ）を発泡させて発泡電線としている。発泡させ、内部に気泡を形成することで絶縁体のεとｔａｎδを、ＰＥ単体よりも小さくできることから、高周波に伴い発泡度向上がますます求められている。

特開平１１−２１３７５９号公報 国際公開第２００３／０００７９２号パンフレット 特開２００４−１７１９４２号公報

しかしながら、高性能化を図るため、高発泡化させると、気泡成長が不安定になる問題がある。これは発泡度を上げすぎると、複数の気泡が破泡・合一した所謂“巣”が発生したり、気泡が異常成長して巨大気泡になる問題である。破泡や異常成長が起きると絶縁体中に巨大な空隙を生じ、機械的な特性（強度など）が低下するなど、実用上の問題点が大きくなるだけでなく、製造時にも外径が変動するなどの問題が多い。

そのため、高発泡化とともに気泡の微細化が必要とされているが、微細気泡・高発泡度の絶縁体を安定して押出すことは難しく、機械的・電気的特性の安定したケーブルは生産性が低いという問題がある。

そこで本発明の目的は、均一で、微細な気泡を持つ発泡ケーブルを高い生産性で製造できる発泡電線を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、高密度ポリエチレンと低密度ポリエチレンの混合物に、平均粒径５μｍ以下の超微粒子発泡核剤を混合し、これを注入ガスと共に導体に被覆した発泡電線である。

請求項２の発明は、高密度ポリエチレンと低密度ポリエチレンの混合物の溶融張力が１９０℃で、５．５ｍＮ以上である請求項１記載の発泡電線である。

請求項３の発明は、高密度ポリエチレンと低密度ポリエチレンの混合比が６０／４０〜９５／５からなる請求項１又は２記載の発泡電線である。

請求項４の発明は、超微粒子発泡核剤を高密度ポリエチレンと低密度ポリエチレンの混合物１００重量部に対して、超微粒子発泡核剤を０．０００１〜１．０重量部、好ましくは０．００１〜０．５重量部混合した請求項１〜３いずれか記載の発泡電線である。

請求項５の発明は、発泡核剤が、ＡＤＣＡ、ＯＢＳＨの単独、もしくはこれらを併用したものからなる請求項１〜４いずれか記載の発泡電線である。

請求項６の発明は、注入ガス圧は、４０〜７０ＭＰａである請求項１〜５いずれか記載の発泡電線である。

本発明は、微細で均一な気泡を長さ方向に高発泡度で安定して形成でき、伝送損失の小さい発泡電線を得ることができる。

以下本発明の実施形態を添付図面により説明する。

先ず、本発明の発泡電線は、図１に示すように導体１０に、無数の気泡１１を有する発泡絶縁体１２を押し出し被覆して形成される。

この発泡絶縁体１２は、
高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ） ６０〜９５重量部
低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ） ５〜４０重量部
の混合物１００重量部（ＨＤＰＥ／ＬＤＰＥ＝６０／４０〜９５／５）に対して、
発泡核剤 ０．００００１〜１．０重量部
（好ましくは０．００１〜０．５重量部）
を混合したものからなる。

高密度・低密度ポリエチレンからなるポリマは、溶融張力が、５．５ｍＮ（１９０℃）以上となるようにＨＤＰＥとＬＤＰＥとを併用して用いる。これにより押出機内でポリマ溶融張力と発泡核剤の気泡成長圧力とのバランスを適正に保ち、破泡や異常成長を防止することができる。

発泡核剤としては、直径５μｍ以下の超微細粒子発泡剤を使用する（例えば特開２００４−５１８７１号公報参照）。例えばＡＤＣＡ（アゾジカルボンアミド）、ＯＢＳＨ（ｐ，ｐ’−オキシビスベンゼンスルホニルヒドラジン）のような化学発泡剤や、無機化合物発泡剤を使用し、ジェット粉砕や固相せん断方式、（溶剤にけん濁させてのビーズミル方式）などにより、平均粒径５μｍ以下となるように作製する。

ＨＤＰＥとＬＤＰＥと発泡核剤からなる原料を押出機にて導体の外周に被覆すると共に押出機に窒素ガスなどのガスを４０〜７０ＭＰａの圧力で注入して発泡電線を作製する。

これにより、大量の微細気泡が発生し、均一な成長が可能となると共に、外径、静電容量共に極めて安定した発泡電線の製造可能となる。

次に、本発明の実施例を比較例と共に説明する。

先ず、発泡材料の組成として、
高密度ポリエチレン（宇部丸善ポリエチレン製；品名2070） ７０重量部
低密度ポリエチレン（宇部丸善ポリエチレン製；品名B228） ３０重量部
発泡核剤（ＡＤＣＡ） １．５重量部
を配合し、１９０℃での溶融圧力を６ｍＮとした。この材料を押出機を用いてコア（２４ＡＷＧ）の外周に被覆した。

この場合、ＡＤＣＡの粒子径による影響を見るために種々粒径の異なるものを用いて実験を行った。

押出機の成形条件は、
使用コア ２４ＡＷＧ
押出温度 １９０℃
樹脂圧力 ２４．４ＭＰａ
線速 ２００ｍ／分（約２０００ｍ製造）
発泡絶縁層厚み 約５００μｍ
である。

ＡＤＣＡの粒径５及び０．８μｍを用い、ガス注入圧を種々変えた実施例１〜６と、粒径８μｍを用い、ガス注入圧を種々変えた比較例１〜３を表１に示す。

評価の基準は以下の通りである。

＜発泡の程度＞
製造した発泡電線を約１００ｍ毎に切断し、その断面を電子顕微鏡で観察して、破泡の有無およびその頻度を比較した。

判定は、二重丸（特に良好）〜×（悪い）まで４段階で行った。

＜気泡径分布＞
上記、破泡の程度を測定した際に断面写真を撮影し、画像解析を行うことで個々の気泡の大きさを測定して分布を調べた。

判定は、二重丸（分布が収斂している）〜×（拡散している）まで４段階で行った。

＜外径安定性＞
製造時の、気泡の異常成長と思われる外径の変動の有無およびその頻度を判定した。

判定は、二重丸（特に良好）〜×（悪い）まで４段階で行った。

＜総合判定＞
上記判断項目のうち、破泡と気泡径分布は類似した基準であるため、総合判定は気泡径分布と外径安定性を組み合わせて判断した。

また、実施例１〜６と比較例１〜３の気泡径の分布を図２〜図４に示した。

図２は実施例１〜６の気泡径の粒度分布を、図３は比較例１〜３の気泡径の粒度分布を、図４は実施例１、４と比較例２の気泡径の粒度分布を示している。

表１より、比較例１は発泡が進み、外径安定性も不足するなど不適である。比較例２、３は、ガス圧注入圧力の増大とともに破泡の進行と気泡径分布の悪化、外径の不安定さが進み、実用に適さないことがわかる。

実施例１、２は、核剤に５μｍのＡＤＣＡを使用しており、比較例１，２と比較例２，３のそれぞれ中間的な発泡度を有するが、破泡が抑制され、外径も比較例よりは安定しているなど、実用に耐えるものとなっている。

実施例３〜６は、０．８μｍの超微粒子ＡＤＣＡを使用している。実施例３は発泡度は低いものの、破泡は殆ど発生せず外径も安定しているなど極めて良好である。ガス圧の増大と共に発泡度が上昇するが、破泡の進み方や外径の安定性低下などの不利な側面は比較例よりも小さい。特に実施例６はガス注入圧力６０ＭＰａで発泡度６０％を達成しているが、破泡や外径安定性は比較例１（発泡度５０％）よりも良好で、実用に耐えるものとなっている。

図２〜図４にて実施例、比較例を検討してみる。

図２に示すように、実施例１，２、実施例３〜６については注入ガス圧の増大とともに、それぞれの気泡分布のピーク位置が右に移動し、気泡径が大きくなっていることがわかる。同時に分布曲線が拡散し、気泡径のばらつきが拡大することもわかる。

しかし、図３の比較例の気泡分布と比較するとその差は歴然としている。比較例はいずれも気泡径分布が広くなっており、特に比較例３では１５０μｍを超える巨大気泡の存在も読み取れる。

また、図４の同じガス注入圧力（５５ＭＰａ）での実施例１，４と比較例２を比べると、ＡＤＣＡの粒径が小さいほど気泡径が小さくなっていること、それとともに発泡度も若干減少することが解る。

すなわち、実施例１、４と比較例２、実施例２、５と比較例３、実施例３と比較例１は、それぞれガス注入圧は同じで、微粒子ＡＤＣＡの粒径が相違している点であるが、粒径が小さいと気泡径も小さくなることから、均一、微細発泡が実現している一方、気泡の成長が抑制されるため発泡度は若干低下すると考える。

ただし、実施例５、６ではガス圧が高いため、僅かではあるが破泡を生じていることが認められた。従って、ガス圧は４０ＭＰａ以上、７０ＭＰａ以下、好ましくは５０〜６０ＭＰａが好ましい。

この実施例３〜６で用いた微粒子ＡＤＣＡは、粒径０．８μｍであり、いずれのガス圧でも破泡が生じにくい特徴があり、歩留まりが向上することが確認できた。

以上より、ガス圧が同じであれば、粒径が小さくなることで気泡の数が増加し、気泡のサイズが小さくなる。これは樹脂に溶け込んだガスが発泡するため、気泡数が増えれば、個々の気泡で消費できるガス量が減少するためと考える。また、気泡が成長するには、気泡の成長圧力（ガスの膨張圧力）がベースとなる樹脂の溶融張力を上回る必要があるため、気泡数が増えると発泡効率が落ち、全体の発泡度は低下する。ただし、この問題はガス注入圧力を増加させることで対応可能であり、従来は容易に破泡（巣）が生じていたが、本発明では大量の均一気泡が同時に成長するためガスの分散が良好で、破泡が生じにくい利点を持つ。

この結果、ＡＤＣＡの粒径を５μｍ以下にすることで、微細な気泡を形成でき、かつ安定して製造できることが解る。

本発明の発泡電線の一実施の形態を示す断面図である。 本発明の実施例における発泡絶縁体中の気泡径の度数分布を示す図である。 比較例における発泡絶縁体中の気泡径の度数分布を示す図である。 本発明における実施例と比較例における発泡絶縁体中の気泡径の度数分布を示す図である。

符号の説明

１０ 導体
１１ 気泡
１２ 発泡絶縁体

Claims (6)

1. 高密度ポリエチレンと低密度ポリエチレンの混合物に、平均粒径５μｍ以下の超微粒子発泡核剤を混合し、これを注入ガスと共に導体に被覆したことを特徴とする発泡電線。
2. 高密度ポリエチレンと低密度ポリエチレンの混合物の溶融張力が１９０℃で、５．５ｍＮ以上である請求項１記載の発泡電線。
3. 高密度ポリエチレンと低密度ポリエチレンの混合比が６０／４０〜９５／５からなる請求項１又は２記載の発泡電線。
4. 超微粒子発泡核剤を高密度ポリエチレンと低密度ポリエチレンの混合物１００重量部に対して、超微粒子発泡核剤を０．０００１〜１．０重量部、好ましくは０．００１〜０．５重量部混合した請求項１〜３いずれか記載の発泡電線。
5. 発泡核剤が、ＡＤＣＡ、ＯＢＳＨの単独、もしくはこれらを併用したものからなる請求項１〜４いずれか記載の発泡電線。
6. 注入ガス圧は、４０〜７０ＭＰａである請求項１〜５いずれか記載の発泡電線。
   

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