JP2007095439A - 電気絶縁ケーブル、ケーブル接続構造体、及びそれらを有する成形部品 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】絶縁電線11を複数本撚り合わせた多芯撚線の外側に被覆層12を設けた電気絶縁ケーブル10であって、前記被覆層を少なくとも2層以上の被覆層により構成し、 (i)その最外層12bを、熱可塑性ポリウレタンエラストマー(A)をベース樹脂とする樹脂成分100質量部に対して、トリアジン化合物(B)3〜80質量部を含有させた樹脂組成物を押出成形し電子線照射した架橋体で形成し、かつ該架橋体の架橋度を5〜40%とし、 (ii)前記被覆層の最外層以外の被覆層を、ポリオレフィン系樹脂またはエチレン系共重合体を主成分とする樹脂成分(C)100質量部に対し、金属水和物(D)を含有させないか、または250質量部以下含有させた樹脂組成物で形成した電気絶縁ケーブル。
【選択図】図1
Description
しかしながら、上記樹脂組成物を架橋体としてケーブル最外層に用いる場合、TPEEやTPAEは架橋効率が高く、架橋度が上がりすぎ、ハウジングとの熱融着性が低下してしまう。特にTPAEの場合その低下が著しく、TPUとTPAEとの混合樹脂組成物の架橋体をPA樹脂と強固に熱融着させるのは困難である。また、TPAEはTPUに比べて非常に高価であるため実用的ではない。
しかしながら、TPU等の熱可塑性エラストマーに金属水和物を添加したシース材料を被覆したケーブルは、PBT等の樹脂によりハウジングを射出成形するとき、その射出成形温度が例えば260℃以上という高温になる場合があり、シース材料中の金属水和物がこの熱で分解されて気泡を形成してしまう。絶縁被覆材料中に気泡が生じると、射出成形樹脂との所定の融着(接着)性が得られず、容易に射出成形材料と絶縁被覆材料の界面がはく離し、所定の気密性や水密性が得られなくなる。さらには、前述のTPU等の熱可塑性エラストマーに金属水和物を添加した絶縁被覆材料においては、気泡の生成が少ないときにもPBT等の樹脂を射出成形した場合、融着(接着)しにくい。
さらに本発明は、第二に、上記第一の目的を達成し、かつ、難燃性に優れ、埋立、燃焼などの廃棄時においては、重金属化合物の溶出や、多量の煙の発生を抑え、昨今の環境問題に対応した難燃性ケーブルを提供することを目的とする。
すなわち、本発明は、
(1)絶縁電線を複数本撚り合わせた多芯撚線の外側に被覆層を設けた電気絶縁ケーブルであって、前記被覆層は少なくとも2層以上の被覆層により構成され、
(i)その最外層が、熱可塑性ポリウレタンエラストマー(A)をベース樹脂とする樹脂成分100質量部に対して、トリアジン化合物(B)3〜80質量部を含有させた樹脂組成物を押出成形し電子線照射した架橋体で形成され、かつ該架橋体の架橋度が5〜40%であり、
(ii)前記被覆層の最外層以外の被覆層が、ポリオレフィン系樹脂またはエチレン系共重合体を主成分とする樹脂成分(C)100質量部に対し、金属水和物(D)を含有させないか、または250質量部以下含有させた樹脂組成物で形成されたことを特徴とする電気絶縁ケーブル、
(2)前記被覆層の最外層の平均肉厚が0.2mm〜0.5mmであることを特徴とする(1)に記載の電気絶縁ケーブル、
(3)(1)または(2)記載の電気絶縁ケーブルを本体装置に接続し、電気絶縁ケーブルの本体装置側端末部と本体装置とを、ポリアミド樹脂で射出成形して設けたハウジングにより一括して封止し、前記ケーブル端末部の被覆最外層とハウジングを融着させてケーブルとハウジングとを気密封止したことを特徴とするケーブル接続構造体、
(4)(1)または(2)記載の電気絶縁ケーブルを本体装置に接続し、電気絶縁ケーブルの本体装置側端末部と本体装置とを、ポリエステル樹脂で射出成形して設けたハウジングにより一括して封止し、前記ケーブル端末部の被覆最外層とハウジングとを融着させてケーブルとハウジングとを気密封止したことを特徴とするケーブル接続構造体、
(5)(3)または(4)記載の接続構造体を有することを特徴とする成形部品。
また、本発明のケーブルは、ノンハロゲン難燃材料で構成することができ、機械特性、難燃性、耐熱性、低温性に優れるだけでなく、埋め立てや燃焼などの廃棄時において、有害な重金属化合物の溶出や、多量の煙、環境に影響を与えるガスの発生を抑えることができる。
図1は本発明の電気絶縁ケーブルの一実施形態を模式的に示す概略断面図である。図中、ケーブル10は以下に説明する構造を有する。多芯撚線は導体11aの上にポリエチレン樹脂組成物からなる絶縁層11bを設けた絶縁電線11を複数本撚り合わせた構造となっている。多芯撚線を被覆した被覆層12は複数層からなり、内層12aは被覆層中で最外層12bに接する層である。少なくとも最外層12bが前記樹脂組成物の架橋体で形成されている。
また、本発明の電気絶縁ケーブルにおいて、最外層の平均肉厚は、生産性とコストのバランスを考慮して0.2mm〜0.5mmであることが好ましい。
(A)熱可塑性ポリウレタンエラストマー
熱可塑性ポリウレタンエラストマー(TPU)は低温での柔軟性、機械的強度、耐油耐薬品性に優れた樹脂である。TPUには、ポリエステル系ウレタン樹脂(アジペート系、カプロラクトン系、ポリカーボネイト系)、ポリエーテル系ウレタン樹脂が挙げられ、耐水性、耐カビ性などの観点からポリエーテル系ウレタン樹脂が好ましい。また、TPUの硬さ(JIS K 253、タイプAデュロメーター、1kgf(9.80665N))は98以下が好ましい。
本発明の電気絶縁ケーブルにおいて、その被覆層の最外層には、ケーブルに難燃性を付与することを目的として、熱可塑性ポリウレタン樹脂に所定量のトリアジン化合物(B)を配合する。トリアジン化合物の主な難燃効果は、分解時にN2ガスを生成することによる燃焼性の分解ガスの希釈が挙げられる。
また本発明のケーブルは、被覆層の最外層にトリアジン化合物を含有させることにより、射出成形樹脂の熱分解などによってケーブルと射出成形樹脂との界面に気泡が発生することがなく、高い接着強度および機密性を維持することが可能となる。
さらに融着性について説明すると、そもそもTPUとPBT樹脂またはPA樹脂とは共に極性基を持ち、これら極性基の分子間力により強固な融着(接着)がなされると考えられる。一方、金属水和物は強い極性基を有する。そのため、金属水和物を添加すると、TPU等の熱可塑性エラストマー中の極性基が金属水和物の極性基側に配向してしまい、PBT等の樹脂との融着(接着)に寄与しにくくなると考えられる。つまり、難燃剤として水酸化マグネシウムなどを使用すると、TPUと難燃剤との極性基同士が引き合い融着性を阻害してしまう。本発明の電気絶縁ケープルにおいては、そのような相互作用が無いため、射出成形樹脂と極めて良好な熱融着性を得ることができると考えられる。
また、本発明の電気絶縁ケーブルの外層材料として用いることができるトリアジン化合物の粒径はできるだけ細かいものが好ましい。平均粒径が好ましくは10μm以下、より好ましくは5μm以下である。
例えば、メラミンシアヌレート化合物としては、MCA−0、MCA−1(いずれも商品名、三菱化学社製)や、MC860(商品名、日産化学社製)などがある。
さらにトリアジン化合物としては、STI−300(商品名、四国化成工業社製)などが上市されている。
なお、メラミンシアヌレート化合物の構造は例えば以下のような構造で表される。
なお、このトリアジン化合物(B)の配合量が、TPU(A)100質量部に対して3質量部より少ない場合には、所定の難燃性が得られず、TPU(A)100質量部に対して80質量部を越えると、被覆層とモールド材の接着性が著しく低下したり、被覆材の耐摩耗性や伸び等の機械特性が著しく低下する。特には限定しないが極めて良好な接着性を維持するためにはトリアジン化合物の量は40質量部以下にするのが好ましい。
添加できるTPU以外の樹脂の量は外層材料の樹脂成分100質量%中15質量%以下、より好ましくは10質量%以下、特に好ましくは8質量%以下である。
(C)ベース樹脂
内層材料の内層とは最外層の被覆層に接する層をいう。したがって被覆層が複数層からなる場合であっても、被覆層の最外層に接する層から内側が層のすべてが内層である。
本発明の電気絶縁ケーブルにおいて被覆層中で最外層に接する内層に用いられる樹脂組成物は特に限定しないが、本発明の目的から、分子中に臭素原子や塩素原子を含有するハロゲン系化合物等やアンチモン化合物等の重金属類等を含有しないことが好ましい。また、入手の容易さ、成形性等を考慮するとポリオレフィン系樹脂ないしはエチレン系共重合体を主成分とする樹脂成分が好ましい。
本発明の電気絶縁ケーブルにおいては、ケーブルの難燃性を向上させることを目的として、前記ベース樹脂(C)に所定量の金属水和物(D)を配合することができる。
本発明の電気絶縁ケーブルにおいて用いられる金属水和物としては、特に限定はしないが、例えば、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水和珪酸アルミニウム、水和珪酸マグネシウム、塩基性炭酸マグネシウム、ハイドロタルサイトなどの水酸基あるいは結晶水を有する化合物を単独もしくは2種以上組み合わせて使用することができる。その表面処理剤としてはシラン化合物(シランカップリング剤)、脂肪酸、リン酸エステル等を用いることができる。その他未処理のものを使用することができる。
これらの金属水和物においては、水酸化マグネシウムが好ましく、このようなものとしては、例えば、「キスマ5」、「キスマ5A」、「キスマ5B」、「キスマ5J」、「キスマ5P」(商品名、協和化学社製)などの市販品が好ましい。
特には限定しないが、安定した難燃性を維持するためには、この金属水和物の量は30質量部以上加えることが好ましい。また金属水和物(D)の配合量がベース樹脂(C)100質量部に対して250質量部を越えると、低温性、機械特性が著しく低下する。低温性を維持するためには150質量部以下が好ましい。
さらにケーブル被覆材の強度を向上させるためには、反応性のシランカップリング剤で表面処理された金属水和物を用いることが好ましい。反応性のシランカップリング剤で表面処理する事により、得られる樹脂材料の引張強度を向上させることができるだけでなく、水酸化マグネシウムを大量に加えても力学的特性の低下しないシース材料を得ることができる。
また上述の水酸化マグネシウムは2種類以上混合して使用しても良いし、その他の金属水和物と混合して使用しても良い。
金属不活性剤としては、N,N’−ビス(3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオニル)ヒドラジン、3−(N−サリチロイル)アミノ−1,2,4−トリアゾール、2,2’−オキサミドビス−(エチル3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート)などが挙げられる。
さらに難燃(助)剤、充填剤としては、カーボン、クレー、酸化亜鉛、酸化錫、酸化チタン、酸化マグネシウム、シリコーン化合物、石英、タルク、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ほう酸亜鉛、ホワイトカーボンなどが挙げられる。
導体(銅合金導体、16本/0.08mmφの撚り線3本をさらに撚ったもの)の上に、低密度ポリエチレンを外径1.4mmとなるように押出被覆し、これに加速電圧500keV、照射量5Mradの電子線を照射して架橋ポリエチレン絶縁層を有する絶縁導体を得た。この絶縁導体を2本撚り合わせた多芯撚線を用意した。
次いで、上記多芯撚線上に、40mmφ押出機(L/D=25)を用い、ダイス温度180℃、以下フィーダー側へ、C3=170℃、C2=160℃、C1=140℃の条件により、下記表中に示す内層用の樹脂組成物を外径が3.4mmφとなるように押出被覆して内層被覆層を形成し、さらに、その上に下記表中に示した外層樹脂組成物を外径4.0mmφとなるように内層と同条件で押出被覆した。
(1)成形体との接着強度(対PBT樹脂)
図3に示すようにケーブルを半割にした試験体31を用意し、図3に示すようにプレス機を用いてPBT板32にプレス板34、35の表面温度230±2℃で予熱5分、加圧2±0.2MPa×30±1秒で4mm幅に貼り付けた後、ケーブルを図4に示すように加圧後の試験体41をPBT板42より引き剥がすのに必要な最大の力(N)を測定した。
この最大強度を2.5倍し、cmあたりに換算したものを接着強度(N/cm)とした。なお、上記剥離は室温下、50mm/分の速度で行った。接着強度は30N/cm以上で合格であるが、好ましくは50N/cm以上である。
板成形樹脂をPAに変更し、プレス板表面温度260±2℃で、1)と同じ試験を行った。なお、接着強度の規格値はPBTと同様である。
ケーブルを−40℃で3時間冷却し、50mmφのマンドレルに3回巻付けた後、巻き戻して1000Vに1分間耐えたものを合格とした。3本のケーブルを試験し合格した回数を表1および2に示した。
JASO D 608に準拠し、内炎長35mmの内炎がケーブルに接するように10秒間着火し取り外した後に、残炎時間が30秒以内のものを合格とした。5本のケーブルを試験し合格した回数を表1および2に示した。
ケーブルより外層材料のみ採取し、キシレンにて110℃×24時間抽出し、十分に乾燥後、ジメチルホルムアミドにて110℃×24時間抽出した後の不溶ゲル分質量を抽出前の質量に対する百分率で示し、架橋度とした。
(A−1)
熱可塑性ポリウレタンエラストマー(TPU)
大日精化工業(株)製商品名;レザミンP−2288
(A−2)
熱可塑性エステル系エラストマー(TPEE)
東レデュポン(株)製商品名;ハイトレル4057
(B)
シラン処理メラミンシアヌレート化合物
日産化学工業(株)製商品名;MC−640
(C−1)
エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)
三井デュポンポリケミカル(株)製商品名;エバフレックス360
酢酸ビニル含有量:25%
(C−2)
メタロセン直鎖状ポリエチレン
日本ポリケム(株)製商品名;カーネルKS340T
(D)
ビニルシラン処理水酸化マグネシウム
協和化学工業(株)製商品名;キスマ5L
(E)
トリメチロールプロパントリメタクリレート
新中村化学(株)製商品名;オグモントT200
(F)
ペンタエリスリチル−テトラキス(3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドラキシフェニル)プロピオネート)
チバガイキー(株)製商品名;イルガノックス1010
11 絶縁電線、11a 導体、 11b 絶縁層
12 被覆層、 12a 内層、 12b 最外層
20 ケーブルとハウジングとの接続構造体(ケーブル接続構造体)
21 電気絶縁ケーブル、 21a 電気絶縁ケーブルの本体装置側端末部
22 導体
24 本体装置(装置センサー部)、24a 本体装置の出力端子
25 ハウジング
26 絶縁電線
31 電気絶縁ケーブルを半割にした試験体
32 PBT板(PA板)
33 加圧方向
34 プレス板(上)、35 プレス板(下)
41 加圧により変形した電気絶縁ケーブルを半割りにした試験体
42 PBT板(PA板)、 42a 融着していた部分
43 引き剥がす方向
Claims (5)
- 絶縁電線を複数本撚り合わせた多芯撚線の外側に被覆層を設けた電気絶縁ケーブルであって、前記被覆層を少なくとも2層以上の被覆層により構成し、
(i)その最外層を、熱可塑性ポリウレタンエラストマー(A)をベース樹脂とする樹脂成分100質量部に対して、トリアジン化合物(B)3〜80質量部を含有させた樹脂組成物を押出成形し電子線照射した架橋体で形成し、かつ該架橋体の架橋度を5〜40%とし、
(ii)前記被覆層の最外層以外の被覆層を、ポリオレフィン系樹脂またはエチレン系共重合体を主成分とする樹脂成分(C)100質量部に対し、金属水和物(D)を含有させないか、または250質量部以下含有させた樹脂組成物で形成したことを特徴とする電気絶縁ケーブル。 - 前記被覆層の最外層の平均肉厚が0.2mm〜0.5mmであることを特徴とする請求項1に記載の電気絶縁ケーブル。
- 請求項1または2記載の電気絶縁ケーブルを本体装置に接続し、電気絶縁ケーブルの本体装置側端末部と本体装置とを、ポリアミド樹脂で射出成形して設けたハウジングにより一括して封止し、前記ケーブル端末部の被覆最外層とハウジングとを融着させてケーブルとハウジングとを気密封止したことを特徴とするケーブル接続構造体。
- 請求項1または2記載の電気絶縁ケーブルを本体装置に接続し、電気絶縁ケーブルの本体装置側端末部と本体装置とを、ポリエステル樹脂で射出成形して設けたハウジングにより一括して封止し、前記ケーブル端末部の被覆最外層とハウジングとを融着させてケーブルとハウジングとを気密封止したことを特徴とするケーブル接続構造体。
- 請求項3または4記載のケーブル接続構造体を有することを特徴とする成形部品。
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