JP2007169415A

JP2007169415A - 難燃性、耐火性エチレン−プロピレン−ジエン共重合体組成物および低圧耐火電線・ケーブル

Info

Publication number: JP2007169415A
Application number: JP2005367761A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Ukon; 誠一右近; Katsuji Takahara; 克二高原
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2005-12-21
Filing date: 2005-12-21
Publication date: 2007-07-05

Abstract

【課題】特に火災時に絶縁抵抗が急激に低下することがない耐火性、また電気絶縁特性並びに機械的特性に優れ、シリコーン系樹脂を用いた樹脂組成物と比較して低価格の難燃性や耐火性を有するエチレン−プロピレン−ジエン共重合体組成物を提供すること。
【解決手段】エチレン−プロピレン−ジエン共重合体１００重量部に対して、軟化開始温度が５００℃以下でかつ結晶化開始温度が８４０℃以下のアルカリ金属を含有しない低融点ガラスフリットを１〜３０質量部、無機充填剤１００〜２００質量部および架橋剤が添加された、難燃性や耐火性を有するエチレン−プロピレン−ジエン共重合体組成物とすることによって、解決される。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気絶縁特性および機械的特性に優れた、難燃性、耐火性エチレン−プロピレン−ジエン共重合体組成物、およびその架橋物を絶縁被覆層とした難燃性、耐火性電線・ケーブル、特に前記架橋物を耐火絶縁層とした低圧用の耐火ケーブルに関するものである。

耐火性を有する樹脂組成物としてはシリコーン樹脂系の樹脂組成物が使用されているが、この樹脂組成物は高価であるため製品コストが上昇するため、比較的低コストの耐火性を有する樹脂組成物が望まれている。例えば、前記樹脂組成物は難燃性絶縁電線や耐火ケーブル等に使用される。特に低圧耐火ケーブルは、６００Ｖ以下の消防用の非常設備用の配線として使用されるもので、火災時にも所定時間その機能を維持することが消防庁の低圧耐火ケーブル認定試験基準（ＪＭＣＡ試第１０１０号）で規定されている。このためケーブルの絶縁層として、軟化開始温度が５００℃以下で、結晶化開始温度が８４０℃以下のガラスフリットを添加したシリコーン樹脂組成物を、耐火絶縁層として被覆することが特許文献１に記載されている。この低圧耐火ケーブルは、前記消防庁の認定試験基準の耐火性を満足するものであるが、絶縁抵抗が急激に低下することがある。これは前記ガラスフリット中のアルカリ金属イオンが、耐火絶縁層中を移動することによって生じるものと考えられ、このような現象を抑えるための提案がある。例えば特許文献２に見られるように、軟化開始温度が５００℃以下で結晶化開始温度が８４０℃以下のガラスフリット、並びに金属酸化物を添加したシリコーン樹脂組成物を、導体上に被覆・架橋して耐火絶縁層とするものであるが、この低圧耐火ケーブルは前記認定試験基準に合格し、絶縁抵抗の急激な低下もかなり抑えることができるがそれでも時として絶縁抵抗が低下する場合があり、今だ十分満足できるものではなかった。さらに、耐火性としての延焼の問題も完全には満足できるものではなかった。しかもシリコーン樹脂ベースのこの種樹脂組成物は、前述のように高価なため製品コストが高くなる問題がある。また、屋内外の絶縁電線、電子機器類に使用される被覆材料やゴムモールド品等としては、電気的特性、機械的特性や価格等の点からエチレン・プロピレン・ジエン共重合体が使用されている。そして、このエチレン・プロピレン・ジエン共重合体には、難燃性を確保するために無機充填剤が比較的多量に添加される。このため、電気的特性上からの問題点が指摘されている。例えば特許文献３に記載されるように、耐電圧特性を向上させるために充填剤として端末に二重結合を持つシランカップリング剤やチタネート系カップリング剤で表面処理されたタルクや炭酸カルシウムを添加することによって、改善されるとしている。しかしながら、このような端末に二重結合を持つシランカップリング剤やチタネート系カップリング剤で表面処理されたタルクや炭酸カルシウムを特に多量に添加した場合、有機過酸化物等による架橋に際して前記端末に二重結合を持つ前記カップリング剤の二重結合が有機過酸化物と反応して不活性化して、架橋度が上がらないために電気的特性を維持したまま機械的特性等が十分に向上しない問題があった。また、耐火性に関しては不十分であった。
特開２００２−２７００４７号公報特開２００３−１２９２６号公報特開平８−４５３４２号公報

よって本発明が解決しようとする課題は、特に火災時に絶縁抵抗が急激に低下することがない耐火性、また電気絶縁特性並びに機械的特性に優れた、難燃性や耐火性を有するエチレン−プロピレン−ジエン共重合体組成物（以下、ＥＰＤＭ組成物）を提供すること。そして、前記難燃性や耐火性を有するＥＰＤＭ組成物は、シリコーン系樹脂を用いた樹脂組成物と比較して低価格のものを提供することにある。また、前記ＥＰＤＭ組成物の架橋物を絶縁被覆層として用いた、前記特性を有する難燃性、耐火性の電線・ケーブルを提供することにある。特に、前記ＥＰＤＭ組成物の架橋物を耐火絶縁層として用いた、前記の特性を有する低圧用の耐火ケーブルを提供することにある。

前記解決しようとする課題は、請求項１に記載されるように、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体（以下、ＥＰＤＭ）１００重量部に対して、軟化開始温度が５００℃以下でかつ結晶化開始温度が８４０℃以下のアルカリ金属を含有しない低融点ガラスフリットを１〜３０質量部、無機充填剤１００〜２００質量部および架橋剤が添加された難燃性や耐火性を有するＥＰＤＭ組成物とすることによって、解決される。

また請求項２に記載されるように、請求項１に記載の難燃性や耐火性を有するＥＰＤＭ組成物の架橋物が、導体上に絶縁被覆層として設けられた難燃性、耐火性電線・ケーブルとすることによって、解決される。特に、請求項３に記載されるように、請求項１に記載の難燃性や耐火性を有するＥＰＤＭ樹脂組成物の架橋物が、導体上に耐火絶縁層として設けられた低圧耐火ケーブルとすることによって、解決される。

以上の本発明は、ＥＰＤＭ１００重量部に対して、軟化開始温度が５００℃以下でかつ結晶化開始温度が８４０℃以下のアルカリ金属を含有しない低融点ガラスフリットを１〜３０質量部、無機充填剤１００〜２００質量部および架橋剤が添加された、難燃性や耐火性を有するＥＰＤＭ組成物としたので、火災時に絶縁抵抗が急激に低下することがなく、また電気絶縁特性並びに機械的特性に優れると共に、難燃性や耐火性を有する樹脂組成物となる。また、このＥＰＤＭ組成物は、従来のシリコーン樹脂をベースポリマーとする樹脂組成物と比較して低価格のものとすることができる。

また、前記難燃性や耐火性を有するＥＰＤＭ組成物の架橋物が、導体上に絶縁被覆層として設けられた難燃性、耐火性電線・ケーブルとすることによって、火災時に絶縁抵抗が急激に低下することがなく、また電気絶縁特性並びに機械的特性に優れると共に、難燃性や耐火性を有する難燃性、耐火性の電線・ケーブルが得られる。また、得られた前記電線・ケーブルは、従来のシリコーン樹脂組成物を用いた場合に比較して、製品コストを低減することができる。

さらに、前記難燃性や耐火性を有するＥＰＤＭ組成物の架橋物が、導体上に耐火絶縁層として設けられた低圧耐火ケーブルとすることによって、火災時に絶縁抵抗が急激に低下することがなく、また電気絶縁特性並びに機械的特性に優れると共に、消防庁の低圧耐火ケーブル認定試験基準（ＪＭＣＡ試第１０１０号）に合格する低圧用の耐火電線・ケーブルとして有用である。また、得られた低圧耐火電線・ケーブルは、従来のシリコーン樹脂組成物を用いた場合に比較して、製品コストを低減したものである。

以下に本発明を詳細に説明する。請求項１に記載される発明は、ＥＰＤＭ１００重量部に対して、軟化開始温度が５００℃以下でかつ結晶化開始温度が８４０℃以下のアルカリ金属を含有しない低融点ガラスフリットを１〜３０質量部、無機充填剤１００〜２００質量部および架橋剤が添加された、難燃性や耐火性を有するＥＰＤＭ組成物である。

まずベースポリマーとなるＥＰＤＭについて説明する。特に制限されるものではないが、ジエン成分の含有量が２０質量％以上の比較的高ジエンのＥＰＤＭである。これは、ジエン成分の含有量を２０質量％以上のＥＰＤＭを用いることによって、ＥＰＤＭ組成物の硬度や破断強度を向上させることができるためである。このようなＥＰＤＭとしては、エチレン・プロピレンと１，４ヘキサジエン、ヘキサシクロジエン、５−エチリデン−２−ノルボルネン等の非共役ジエン成分との三元共重合のものが使用される。また前記ＥＰＤＭには、各種ポリエチレンやポリプロピレンを混合することができる。混合量は、ＥＰＤＭ１００質量部に対して５０質量部まで、好ましくは２０質量部までである。このような混合物とすることによって、耐熱性が向上し好ましい。以上のようなＥＰＤＭの具体例としては、三井化学社のＥＰＴ４０２１、ＤＳＭ社のＫＥＬＴＡＮ２４７０Ｂ、デュポン・ダウエラストマー社のＮｏｒｄｅｌ１１４５、エクソンモービル社のＶｉｓｔａｌｏｎ２７２７等が挙げられる。そして、このＥＰＤＭ１００重量部に対して、軟化開始温度が５００℃以下でかつ結晶化開始温度が８４０℃以下のアルカリ金属を含有しない低融点ガラスフリット、無機充填剤および架橋剤が必要量添加されることにより、火災時に絶縁抵抗が急激に低下することがない難燃性や耐火性、また電気絶縁特性並びに機械的特性に優れた特性を有すると共に、架橋可能なＥＰＤＭ組成物とすることができる。そして、得られたＥＰＤＭ組成物は、シリコーン系樹脂をベースとする従来のこの種の樹脂組成物に比較して低価格のものである。

また、軟化開始温度が５００℃以下でかつ結晶化開始温度が８４０℃以下のアルカリ金属を含有しない低融点ガラスフリットは、ＥＰＤＭ組成物が燃焼した時に無機質の殻の強度を向上させるバインダー的な役目をするもので、釉薬を溶融し冷却した後粉砕することによって通常、粒子径が５０μｍ以下とした微粒子である。これは５０μｍを超えるような微粒子であると、ＥＰＤＭとの混練が十分に行われないためである。このような低融点ガラスフリットは、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｂ_２Ｏ_３、Ｐ_２Ｏ_５、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、Ｌｉ_２Ｏ、ＣａＯ、Ａｓ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＺｎＯ等の金属酸化物を成分とするガラス組成物である。そして、本発明においては、軟化開始温度を低くするために通常添加されるＮａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、Ｌｉ_２Ｏ等のアルカリ金属酸化物等を含まないものである。このようなアルカリ金属を含有しない低融点ガラスフリットとしては、旭硝子社のＡＳＦ−１２６０等を挙げることができる。また、これらのアルカリ金属を含有しない低融点ガラスフリットは、ベース樹脂との分散性や相溶性を向上させるために、シランカップリング剤等によって表面処理を施すのが好ましい。

その添加量は、ＥＰＤＭ１００重量部に対して１〜３０質量部とするのが好ましい。これは前記低融点ガラスフリットの添加量が１重量部未満であると、燃焼時に生成する殻の強度を十分なものとすることができず、また３０重量部を超えて添加すると、ＥＰＤＭ樹脂組成物の機械的強度が低下したり、押出し成形性が悪くなるので前記配合割合とするのがよい。なおアルカリ金属を含有しない低融点ガラスフリットの特性として、軟化開始温度が５００℃以下でかつ結晶化開始温度が８４０℃以下とするのは、前記低融点ガラスフリットが５００℃以下で溶融しないと、ＥＰＤＭが燃焼時に生成する無機質の殻が膨張して、崩壊することが確認されたためである。軟化開始温度が５００℃以下のガラスフリットは、ＥＰＤＭが燃焼して生成する無機質の殻に、溶融したガラスフリットが絡まってその膨張を抑え、緻密で高強度の耐火性の層を形成させることができる。また、結晶化開始温度を８４０℃以下としたのは、ＥＰＤＭが燃焼時して生成する無機質の殻が流動化することを抑えるためである。

そして、無機充填剤の添加量を１００〜２００質量部とするのは、１００質量部未満では十分な耐火性能が得られず、また２００質量部を超えて添加すると、ＥＰＤＭ組成物の引張強度や引張伸び等の機械的強度が低下するためである。具体的な無機充填剤としては、タルク、焼成クレイ、炭酸カルシウム等の微粉末である。タルクの具体例としては、日本ミストロン社のミストロンベーパータルク、焼成クレイとしては白石カルシウム社のバーゲスＫＥ、炭酸カルシウムとしては白石工業社のビゴット−１５等がある。

また、前記ＥＰＤＭ組成物は、通常耐熱性を向上させると共に応力がかかった場合の変形防止のために、架橋して使用される。このための架橋剤としては、ジクミルパーオキサイド（以下、ＤＣＰ）、ベンゾイルパーオキサイド、ジ−ｔ−ブチルパーオキサイド等の有機過酸化物が用いられ架橋可能なＥＰＤＭ組成物とされる。通常ＥＰＤＭ１００重量部に対して、０．５〜５重量部配合される。５重量部を超えて配合すると、押出し成形時にスコーチが生じることがあるためである。さらに前記ＥＰＤＭ組成物には、必要に応じて架橋助剤、他の難燃剤、着色剤、紫外線吸収剤、安定剤等を必要量添加することができる。

以上の難燃性や耐火性を有するＥＰＤＭ組成物は、難燃性や耐火性を要求される各種の電線・ケーブルの絶縁被覆材料として使用される。すなわち、請求項２に記載されるように、前記難燃性や耐火性を有するＥＰＤＭ組成物の架橋物が、導体上に絶縁被覆層として設けられた難燃性、耐火性電線・ケーブルである。例えば、屋内外の絶縁電線、電子機器類に使用される被覆材料等の内、ＥＰＤＭがベース樹脂として使用されるものに適用できる。このような難燃性や耐火性を要求される電線・ケーブルとしては、断面積が１．２〜６００ｍｍ^２程度の導体上に、前記ＥＰＤＭ組成物を１．１〜３．５ｍｍ程度の厚さに押出し被覆され、有機過酸化物架橋されることによって得られるものである。具体的には、計装耐火電線・ケーブル等の電線・ケーブルである。

つぎに、最も好ましい応用例である低圧耐火ケーブルについて説明する。すなわち、請求項３に記載されるように、前記難燃性や耐火性を有するＥＰＤＭ組成物の架橋物が、導体上に耐火絶縁層として設けられた低圧耐火ケーブルである。耐火性、電気絶縁特性や機械的特性に優れた低圧用の耐火ケーブルとして有用である。図１によって説明すると、無酸素銅等からなる導体１上に、ＥＰＤＭ組成物を押出し被覆した後に、架橋装置で１００〜２００℃程度に加熱して架橋処理を施し、耐火絶縁層２を形成して耐火絶縁芯線３とする。この耐火絶縁芯線３を規定本数（この例では３本）撚り合せ、さらにその上にポリエチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、クロロプレンゴム等のシース４およびシールド５が設けられて低圧耐火ケーブル６が構成される。導体１は断面積が１．２〜６００ｍｍ^２程度、耐火絶縁層２の厚さは１．１〜３．５ｍｍ程度、シース４の厚さが１．５〜２．３ｍｍ程度のものである。このようにして得られた低圧耐火ケーブル６は、絶縁抵抗、絶縁耐力並びに燃焼性に優れ、また引張強度や引張伸び等の機械的特性に優れると共に、十分に消防庁の低圧耐火ケーブル認定試験基準（ＪＭＣＡ試第１０１０号）に合格するものとなる。これは、ＥＰＤＭ組成物中を移動すると考えられるガラスフリットのアルカリ金属イオンを完全に抑制しているために、ケーブル燃焼時の絶縁抵抗の急激な低下をほぼ防止できるためと思われる。

表１に記載する実施例並びに比較例によって、本発明の効果を確認した。以下の試料を作製し、各種試験を行なった。ＥＰＤＭ（三井化学社のＥＰＴ４０２１）にアルカリ金属を含有しない低融点ガラスフリットＡ（旭硝子社のＡＳＦ１２６０、軟化開始温度４８０℃、結晶化開始温度６５０℃）またはアルカリ金属を含有しない低融点ガラスフリットＢ（エア・ブラウン社のシープリーＢ２００Ｕｔｃ、軟化開始温度３５０℃、結晶化開始温度６５０℃）、無機充填剤としてタルク（日本ミストロン社のミストロンベーパータルク）、架橋剤としてＤＣＰ（ジクミルパーオキサイド）、亜鉛華並びに老化防止剤（チバスペシャリティケミカルズ社のイルガノックス１０１０）を混練し、難燃性や耐火性を有するＥＰＤＭ組成物を得た。

これをシート状に加工した後、１６０℃で４０分間架橋し厚さ２．０ｍｍの試験片とし、引張特性としてＪＩＳＫ６２５１に準拠して、破断強度および破断伸びを測定した。破断強度は４．３ＭＰａ以上、また破断伸びは２００％以上を合格として、〇印で記載した。不合格のものは×印で示した。また、前記と同様に厚さ１．０ｍｍの試料片を作製し、体積抵抗率をＪＩＳＫ６２７１に準拠して測定した。５０℃の温水中に１４日間浸漬した後の体積抵抗率が１×１０^１３Ω−ｃｍ以上を合格とし〇印で、それ以外は不合格として×印で記載した。さらに、前記ＥＰＤＭ組成物を、断面積４ｍｍ^２の無酸素銅からなる導体上に、１．０ｍｍ厚さに押出し被覆し、２００℃で架橋処理を行って耐火絶縁層を形成した耐火絶縁芯線とした。この耐火絶縁芯線を用い、ＩＥＣ３３１に準拠して耐火試験を行なった。燃焼時に、短絡や地絡の発生がないものを合格として〇印で記載した。それ以外は不合格として、×印で示した。結果を表１に示す。

表１から明らかなとおり、ＥＰＤＭ１００重量部に対して、軟化開始温度が５００℃以下でかつ結晶化開始温度が８４０℃以下のアルカリ金属を含有しない低融点ガラスフリットを１〜３０質量部、無機充填剤１００〜２００質量部および架橋剤が添加された、本発明の難燃性や耐火性を有するＥＰＤＭ組成物は、電気絶縁特性並びに機械的特性に優れ、また、特に、これを耐火絶縁層とした低圧耐火ケーブルは、火災時に絶縁抵抗が急激に低下することがない耐火性を有するものである。さらに、従来のシリコーン樹脂組成物を用いた場合に比較して製品コストを低減できた。

詳細に説明する。実施例１〜４に記載されるように、アルカリ金属を含有しない低融点ガラスフリットを１〜３０質量部添加したＥＰＤＭ組成物は、破断強度、破断伸び、体積抵抗率並びに耐火性に合格するものであることが判る。また実施例５に記載されるように、無機充填剤の添加量が１００質量部でも破断強度、破断伸び、体積抵抗率並びに耐火性に合格するものであり、無機充填剤の添加量は１００〜２００質量部の範囲で好ましいものであることが判る。

これに対して、比較例１のようにアルカリ金属を含有しない低融点ガラスフリットの添加量が０．５質量部と少ないと、耐火性が不合格となり、また比較例２のようにアルカリ金属を含有しない低融点ガラスフリットの添加量が３５質量部と多くなると、破断伸びが不合格となる。さらに比較例３のように無機充填剤の添加量が９０質量部と少ないと、耐火性並びに破断強度が不合格となり、比較例４のように無機充填剤の添加量が２１０質量部と多くなると、破断伸びが不合格となる。また比較例５および６のように、アルカリ金属を含有する低融点ガラスフリットを用いた場合には、その添加量が５質量部および２０質量部のいずれも体積抵抗率が不合格となった。さらに、比較例７のように低融点ガラスフリットを添加しない場合には、耐火性が不合格となった。

本発明の難燃性や耐火性を有するＥＰＤＭ組成物を用いた、難燃性、耐火性電線・ケーブルは、優れた難燃性や耐火性と電気絶縁特性、機械的特性を有するものであるから、種々の屋内外の絶縁電線、電子機器類に使用される電線・ケーブルや低圧耐火ケーブルとして実用的なものである。

低圧耐火ケーブルの概略断面図である。

符号の説明

１導体
２耐火絶縁層
３耐火絶縁芯線
４シース
５シールド
６低圧耐火ケーブル

Claims

エチレン−プロピレン−ジエン共重合体１００重量部に対して、軟化開始温度が５００℃以下でかつ結晶化開始温度が８４０℃以下のアルカリ金属を含有しない低融点ガラスフリットを１〜３０質量部、無機充填剤１００〜２００質量部および架橋剤が添加されたことを特徴とする難燃性や耐火性を有するエチレン−プロピレン−ジエン共重合体組成物。
請求項１に記載の難燃性や耐火性を有するエチレン−プロピレン−ジエン共重合体組成物の架橋物が、導体上に絶縁被覆層として設けられたことを特徴とする難燃性、耐火性電線・ケーブル。
請求項１に記載の難燃性や耐火性を有するエチレン−プロピレン−ジエン共重合体組成物の架橋物が、導体上に耐火絶縁層として設けられたことを特徴とする低圧耐火ケーブル。