JP2008300224A

JP2008300224A - 絶縁電線及びケーブル

Info

Publication number: JP2008300224A
Application number: JP2007145753A
Authority: JP
Inventors: Katsuichi Fukuchi; 勝一福地; Masami Tanmachi; 正美反町
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2007-05-31
Filing date: 2007-05-31
Publication date: 2008-12-11
Anticipated expiration: 2027-05-31
Also published as: JP5051360B2; CN101315816B; CN101315816A

Abstract

【課題】優れた耐油性及び可撓性を有する絶縁電線及び絶縁ケーブルを提供する。
【解決手段】金属導体の外周にリアクターブレンド型ポリオレフィン系熱可塑性樹脂を含む絶縁体が設けられた絶縁電線において、前記リアクターブレンド型ポリオレフィン系熱可塑性樹脂には、結晶性ポリプロピレンがモノマー単位で５１〜８５モル％含まれる。
【選択図】図１

Description

本発明は、絶縁電線及び絶縁ケーブルに関し、特に、熱可塑性エラストマーを用いた耐油性・可撓性に優れた絶縁電線及び絶縁ケーブルに関するものである。

近年、電線やケーブルに被覆される絶縁体には、熱可塑性エラストマーからなる絶縁体が用いられている。なぜなら、熱可塑性エラストマーは、ゴムとは異なり、架橋工程を必要とせずに高温使用に耐えうる点で優れているためである。また、架橋工程を必要としないため、安価でリサイクル性が高い電線やケーブルを供給できるという点で優れているためである。

ところで、電線やケーブルには耐熱性、耐油性、可撓性、配線性などが要求される。そのため、電線やケーブルの絶縁体の原料である熱可塑性エラストマーを構成するポリオレフィンは、単独種類のポリオレフィンだけではそれらの特性を満足することができない。即ち、結晶性ポリオレフィン単独の場合、得られる熱可塑性エラストマーは、耐熱性、耐油性の点で優れているが、従来の軟質ＰＶＣ並の可撓性を得ることができない。また、非晶性ポリオレフィン単独の場合、可撓性の点で優れているが、耐熱性、耐油性を得ることができない。

そこで、耐熱性、耐油性、可撓性の点で優れた熱可塑性エラストマーを得るために、結晶性ポリオレフィンと非晶性ポリオレフィンのように性状の異なるポリオレフィンのブレンド物が用いられる。
熱可塑性エラストマーのブレンドの方法は、（１）単純ブレンド型、（２）動的架橋型、（３）リアクターブレンド型の３種類に大別される。
（１）の単純ブレンド型は、２種類以上のエラストマーを混合機により機械的にせん断を加えて混練するものである。（２）の動的架橋型は、マトリックス相となるエラストマーに、分散相となるエラストマーをブレンドする時に架橋を加えることで、分散相の凝集を防ぐものである。（３）のリアクターブレンド型は、多段重合法によって製造されるもので、各段階の重合で生成された樹脂成分が重合時のリアクター中でブレンドされるものである。
なお、関連する従来技術には、（３）のリアクターブレンド型を用いたオレフィン系組成物を、可撓性に優れたものとしたものがある（例えば、特許文献１）。また、可撓性、耐傷つき性、引張伸び特性のバランスに優れた電線の絶縁体に適用したものがある（例えば、特許文献２）。また、熱可塑性オレフィン系組成物を、耐熱性、引張強度に優れた電線の絶縁体に適用したものがある（例えば、特許文献３）。

特開平６−２５３６７号公報特開２００６−２４１２２５号公報特開２００６−５０５６８５号公報

ところで、通常、性状の異なるポリオレフィンをブレンドした場合、上記ブレンド物は、一方のポリオレフィンを海相、他方のポリオレフィンを島相とする海島構造となる。このとき、一般に、島相である分散相の径を小さくすればするほど、性状の異なるポリオレフィンのそれぞれの長所が両立するとされている。
しかしながら、性状の異なるポリオレフィンのブレンドは、相溶性が悪く分散相を微細
にすることは困難であった。
例えば、（１）の単純ブレンド型では、マトリックス相に分散相が大きく分散した海島構造となるために、また、（２）の動的架橋型では、架橋を加えることで、分散相の凝集を防ぎ、分散相の径を小さくしているものの、マトリックス相内に分散相が大きく分散しすぎるために、マトリックス相のポリオレフィンの性質が支配的となり分散相の特徴を生かしにくい。また、（３）のリアクターブレンド型は、多段重合法により製造されるため、（１）、（２）に比べて、例えば結晶性ポリオレフィンからなるマトリックス相内に、非晶性ポリオレフィンからなる分散相をより細かく分散させることができるものの、従来のリアクターブレンド型の熱可塑性エラストマーのブレンド物では、結晶性ポリオレフィンが有する耐油性と非晶性ポリオレフィンが有する可撓性とを充分両立させるほど微細に分散させることは難しかった。

そこで、本発明の目的は、優れた耐油性及び可撓性を有する絶縁電線及び絶縁ケーブルを提供することにある。

本発明の第一の態様は、金属導体の外周にリアクターブレンド型ポリオレフィン系熱可塑性樹脂を含む絶縁体が被覆された絶縁電線において、前記リアクターブレンド型ポリオレフィン系熱可塑性樹脂には、結晶性ポリプロピレンがモノマー単位で５１〜８５モル％含まれていることを特徴とする。

本発明の第二の態様は、第一の態様に記載の発明において、前記絶縁体の曲げ弾性率が、２０ＭＰａ以下であることを特徴とする。

本発明の第三の態様は、第一又は第二の態様に記載の発明において、前記絶縁体被覆が、前記リアクターブレンド型ポリオレフィン系熱可塑性樹脂と他のオレフィン系ポリマーとのブレンド物であることを特徴とする。

本発明の第四の態様は、金属導体の外周にリアクターブレンド型ポリオレフィン系熱可塑性樹脂を含む絶縁体が被覆された絶縁電線において、前記リアクターブレンド型ポリオレフィン系熱可塑性樹脂には、結晶性ポリプロピレンがモノマー単位で５１〜８５モル％含まれていることを特徴とする。

本発明の第五の態様は、第四の態様に記載の発明において、前記絶縁体の曲げ弾性率が、２０ＭＰａ以下であることを特徴とする。

本発明の第六の態様は、第四又は第五の態様に記載の発明において、前記絶縁体被覆が、前記リアクターブレンド型ポリオレフィン系熱可塑性樹脂と他のオレフィン系ポリマーとのブレンド物であることを特徴とする。

本発明によれば、優れた耐油性及び可撓性を有する絶縁ケーブル及び絶縁電線が得られる。

発明者らは、耐油性と可撓性とを両立した絶縁電線及び絶縁ケーブルを得るためには、金属導体に絶縁体として被覆される熱可塑性エラストマーが耐油性と可撓性に優れていることが必要であると考えた。
種々の検討を行った結果、リアクターブレンド型ポリオレフィン系熱可塑性樹脂をベースにすることで、所望の熱可塑性エラストマーを得ることができることが判明した。そし
て、リアクターブレンド型ポリオレフィン系熱可塑性樹脂は、耐熱性、耐油性において優れた結晶性ポリプロピレンの含有量を一定範囲（モノマー単位で５１〜８５モル％）内に規定することにより、電線及びケーブルとしての耐油性及び可撓性を両立できることを見出した。
この知見を基に、以下、本発明を実施するための最良の形態を説明するが、この実施の形態は例示的に示されるもので、本発明の技術思想から逸脱しない限り種々の変形が可能である。

図１に、絶縁電線及び絶縁ケーブルの一実施形態の断面構造を示す。
絶縁電線・絶縁ケーブルは、図１に示すように、断面が丸形状で長尺な金属導体１の外周を、絶縁体の絶縁層２で被覆したものである。なお、絶縁電線及び絶縁ケーブルの断面形状は丸形状に限らず、板状の銅板よりスリット加工したり、丸線を圧延したりして得た平角状の金属導体に絶縁層を被覆したものでもよい。
また、絶縁電線及び絶縁ケーブルは、金属導体に絶縁体が被覆されていればよく、他の実施形態としては、金属導体１の外周を絶縁層２で被覆し、更にその外周をシース層３で被覆した構造のもの、或いは、図３に示すように、金属導体１を絶縁層２で被覆したものを複数本撚り合わせ、それらの外周をシース層３で被覆した構造のものなどが挙げられる。

金属導体１の金属には、例えば銅が挙げられる。金属導体１は、例えば、銅線を単線で用いても複数からなる撚り線や編み線として用いても良く、銅線に溶融メッキや電解による錫メッキが施されていても良い。

シース層３の材料には、例えば、リアクターブレンド型ポリオレフィン系熱可塑性エラストマーが挙げられる。

絶縁層２の絶縁体材料は、多段重合法により得られたリアクターブレンド型ポリオレフィン系熱可塑性樹脂であって、当該樹脂は、結晶性ポリプロピレンがモノマー単位で５１〜８５モル％含まれる熱可塑性エラストマーが用いられる。この熱可塑性エラストマーは、優れた耐油性及び可撓性を有する。この熱可塑性エラストマーには、結晶性ポリプロピレン以外に、例えば主にα−オレフィン系重合体が含まれる。
上記熱可塑性エラストマーの結晶性ポリプロピレンの構成比をモノマー単位で５１〜８５モル％に規定したのは、８５モル％を超えると、可撓性の指標となる曲げ弾性率が２０ＭＰａを超えてしまい、上記絶縁層２を有する絶縁電線・ケーブルは、軟質ＰＶＣ並の可撓性が得られないからである。そのため、上記絶縁電線の曲げ弾性率は２０ＭＰａ以下であることが望ましい。また、５１モル％よりも少なく回ると、耐油性を満足できなくなる。

結晶性ポリプロピレンの構成比をモノマー単位で５１〜８５モル％の範囲内に収めることにより、リアクターブレンド型の熱可塑性エラストマーは、分散相となる成分が径１μｍ以下程度に微細に分散され、明確な海島構造を持たずに相互貫入網目構造を持つことができる。これによって性状の異なるポリオレフィンのそれぞれの長所を両立でき、耐油性及び可撓性に優れた絶縁電線及び絶縁ケーブルを得ることができる。

また、絶縁層２の絶縁体として、上記結晶性ポリプロピレンが５１〜８５モル％含まれるリアクターブレンド型ポリオレフィン系熱可塑性樹脂と、他のオレフィン系ポリマーとのブレンド物からなる熱可塑性エラストマーを用いてもよい。他のオレフィン系ポリマーをブレンドさせることによって、絶縁体の耐油性、可撓性、その他の特性を向上させることが可能となる。
ここでいう他のオレフィン系ポリマーとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、プロ
ピレン−エチレンコポリマー、エチレン−メチルアクリレートコポリマー、エチレン−エチルアクリレートコポリマー、エチレン−酢酸ビニルコポリマー、エチレン−ブテンコポリマー、エチレン−メチルメタアクリレートコポリマー、スチレン−エチレンブチレン−スチレンコポリマーなどが挙げられる。
なお、可撓性を損なわない範囲ならば、他のオレフィン系ポリマー以外にも、難燃剤、着色剤、充填剤、滑剤等を適宜加えても勿論よい。

上記実施形態の絶縁電線・絶縁ケーブルの製造は、例えば、通常の押出成形ラインを用い、熱可塑性エラストマーを溶融混練し、単数又は複数からなる金属導体に上記熱可塑性エラストマーを押し出して作製できる。溶融混練には、例えばバッチ式混練機や二軸スクリュー押出機などが用いられる。また、押出成形ラインには、例えば二軸押出機が用いられる。この二軸押出機によって、溶融混練した熱可塑性エラストマーを押し出し、この熱可塑性エラストマーで金属導体を被覆して被覆層を形成する。

上記絶縁電線及びケーブルは、例えば航空灯火用電線及びケーブルに好適である。また、結晶性ポリプロピレンをモノマー単位で５１〜８５モル％含むリアクターブレンド型ポリオレフィン系熱可塑性エラストマーは、射出成形も可能であるため、モールド材やシールド材、パッキンなどにも応用することができる。

以下に、実施例を説明する。
図４には、実施例における絶縁体（樹脂組成物）の組成と各種特性の評価試験の結果を示し、図５には、比較例における絶縁体（樹脂組成物）の組成と各種特性の評価試験の結果を示す。
評価試験に用いた試料は、図４に示す実施例の組成の樹脂組成物、及び図５に示す比較例の組成の樹脂組成物を、厚さ２ｍｍのシート状に押出成形して作製した。これら試料に対して、初期の引張強さ及び引張伸び試験、耐熱性試験、耐油性試験、可撓性試験を行った。
また、配線性の評価試験に用いた絶縁電線は、図１に示す構造であって、７本撚りの銅線で導体外径３．６ｍｍとした金属導体１に、図４及び図５に示す樹脂組成物を押出成形により被覆して外径を１２ｍｍの被覆層２を形成した。この絶縁電線を用いて配線性試験を行った。

図４及び図５の組成物における略号及びその内容は次の通りである。
ＴＰＯ：ポリオレフィン系熱可塑性樹脂
リアクター型ＴＰＯ−Ａ（密度：０．８７ｇ／ｃｍ^３、ＭＩ：７ｇ／１０ｍｉｎ、結晶性ポリプロピレン単位：５１モル％）
リアクター型ＴＰＯ−Ｂ（密度：０．８７ｇ／ｃｍ^３、ＭＩ：７ｇ／１０ｍｉｎ、プロピレン単位：６３モル％）
リアクター型ＴＰＯ−Ｃ（密度：０．８９ｇ／ｃｍ^３、ＭＩ：７ｇ／１０ｍｉｎ、プロピレン単位：８５モル％）
リアクター型ＴＰＯ−Ｄ（密度：０．８９ｇ／ｃｍ^３、ＭＩ：７ｇ／１０ｍｉｎ、プロピレン単位：４５モル％）
リアクター型ＴＰＯ−Ｅ（密度：０．８９ｇ／ｃｍ^３、ＭＩ：７ｇ／１０ｍｉｎ、プロピレン単位：９０モル％）
動的架橋型ＴＰＯ（密度：０．９７ｇ／ｃｍ^３）
直鎖状低密度ポリエチレン（密度：０．９２ｇ／ｃｍ^３、ＭＩ：２ｇ／１０ｍｉｎ）
エチレン・酢酸ビニル共重合体（酢酸ビニル：３２％、ＭＩ：０．２ｇ／１０ｍｉｎ）
ランダムタイプポリプロピレン（密度：０．９０ｇ／ｃｍ^３、ＭＩ：１１ｇ／１０ｍｉｎ）
難燃剤（非デカブロ型臭素系難燃剤）
酸化防止剤（フェノール系老化防止剤）

また、図４及び図５の評価試験は以下の方法により測定した。
（１）初期の引張強さ及び引張伸び試験
ＪＩＳＣ−３００５に準拠して厚さ２ｍｍのシート状の試料を用い、５００ｍｍ／ｍｉｎの速度で引張強さ試験を実施した。初期の引張強さは１３ＭＰａ以上、引張伸び率は３００％以上を目標値とした。
引張伸び率は次式（ａ）で算出する。
（ａ）引張伸び率（％）＝［（引張試験後の試料長）−（引張試験前の試料長）］×１００／（引張試験前の試料長）

（２）耐熱性試験
上記初期の引張試験に用いた試料を、ＪＩＳＣ−３００５に準拠した恒温槽内に１００℃で９６時間暴露処理した後、冷却した試料に対して、引張試験を行って、引張強さ残率及び引張伸び残率を測定した。引張強さ残率及び引張伸び残率は、６０％以上を目標値とした。
引張強さ残率及び引張伸び残率は、次式（ｂ）及び（ｃ）で算出する。
（ｂ）引張強さ残率（％）＝（試験後の引張強さ）×１００／（試験前の引張強さ）
（ｃ）引張伸び残率（％）＝（試験後の引張伸び）×１００／（試験前の引張伸び）

（３）耐油性試験
上記初期の引張試験に用いた試料を、ＪＩＳＣ−３００５に準拠して、１２０℃に加熱したＩＲＭ−９０２試験油中に４時間浸漬した後、油を拭き取り、室温で４時間冷却した試料に対して引張試験を行って、引張強さ残率及び引張伸び残率を測定した。引張強さ残率及び引張伸び残率は、８０％以上を目標値とした。

（４）可撓性試験
上記初期の引張試験に用いた試料を、ＪＩＳＫ−７１７１に準拠して、両端支持の試験片の中央に集中加重を加え、試験片が破壊又は規定のたわみに達するまで５ｍｍ／ｍｉｎでたわませ、その間の試験片に付加される加重、すなわち曲げ弾性率を測定した。曲げ弾性率は、２０ＭＰａ以下を目標値とした。

（５）配線性試験
上述した絶縁電線を、９０度に曲げたガス管内に電線を押し込んで、電線の通過性を軟質ＰＶＣ被覆の絶縁電線と比較し、軟質ＰＶＣ被覆の絶縁電線と同等以上なら“○（合格）”、そうでないなら“×（不合格）”とした。

（実施例１〜７）
図４に示したように、実施例１〜７における組成物には、オレフィン系ポリマー１００重量部に対して、難燃剤２０重量部と酸化防止剤１重量部が加えられている。
実施例１〜３は、結晶性ポリプロピレンがモノマー単位で５１〜８５モル％含むリアクター型ポリオレフィン熱可塑性樹脂のみが用いられている。
実施例４、５は、結晶性ポリプロピレンをモノマー単位で５１〜８５モル％含むリアクター型ポリオレフィン熱可塑性樹脂を２種ブレンドして用いている。例えば、実施例４では５０重量部のリアクター型ＴＰＯ−Ａと５０重量部のリアクター型ＴＰＯ−Ｂとが配合されている。
実施例６、７は、結晶性ポリプロピレンをモノマー単位で５１〜８５モル％含むリアクター型ポリオレフィン系熱可塑性樹脂と他のオレフィン系ポリマーとのブレンド物が用いられている。

（比較例１〜９）
図５に示したように、比較例１〜９における組成物にも、オレフィン系ポリマー１００重量部に対して、難燃剤２０重量部と酸化防止剤１重量部が加えられている。
比較例１〜３は、リアクター型以外のポリオレフィン熱可塑性樹脂、又はプロピレンをモノマー単位で５１〜８５モル％の範囲で含んでいないリアクター型ポリオレフィン熱可塑性樹脂のみが用いられている。

実施例１〜７では、結晶性ポリプロピレンを５１〜８５モル％含んだリアクター型ＴＰＯを用いており、耐熱性、耐油性、可撓性の試験結果の評価において、全て目標値を達成していた。また、配線性の試験結果の評価において、“○”であった。
しかしながら、比較例１〜９では、結晶性ポリプロピレンを５１〜８５モル％含んだリアクター型ＴＰＯを用いておらず、目標とする特性を満足できなかった。
比較例１の動的架橋型ＴＰＯのみを用いたものは、耐油性における引張強さ残率が８０％未満であり耐油性を満足しなかった。また、曲げ弾性率が２０ＭＰａを超え、可撓性及び配線性を満足できなかった。
比較例２の結晶性ポリプロピレンを５１モル％未満しか含んでいないリアクター型ＴＰＯを用いたものは、耐油性における引張強さ残率が８０％未満であり、耐油性を満足しなかった。
比較例３の結晶性ポリプロピレンを８５モル％超えて含んだリアクター型ＴＰＯを用いたものは、曲げ弾性率が２０ＭＰａを超え、可撓性及び配線性を満足できなかった。
比較例４〜９のように直鎖状低密度ポリエチレンとランダムタイプポリプロピレン、エチレン・酢酸ビニル共重合体とランダムタイプポリプロピレンを各々単純ブレンドしたものは、いずれも曲げ弾性率が２０ＭＰａを超え、可撓性及び配線性を満足できなかった。
加えて、比較例４〜６においては、耐油性における引張強さ残率が低いうえに試料表面が著しく歪んだため引張伸び残率は測定不可であった。また、比較例７においては、耐油性における引張強さ残率が低かった。

本発明の一実施形態の絶縁電線及び絶縁ケーブルの断面図である。本発明の他の実施形態の絶縁電線及び絶縁ケーブルの断面図である。本発明の他の実施形態の絶縁電線及び絶縁ケーブルの断面図である。実施例における絶縁体の組成と特性評価試験の結果を示す図である。比較例における絶縁体の組成と特性評価試験の結果を示す図である。

符号の説明

１金属導体
２絶縁層
３シース層

Claims

金属導体の外周にリアクターブレンド型ポリオレフィン系熱可塑性樹脂を含む絶縁体が被覆された絶縁電線において、前記リアクターブレンド型ポリオレフィン系熱可塑性樹脂には、結晶性ポリプロピレンがモノマー単位で５１〜８５モル％含まれていることを特徴とする絶縁電線。
前記絶縁体の曲げ弾性率は、２０ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項１に記載の絶縁電線。
前記絶縁体は、前記リアクターブレンド型ポリオレフィン系熱可塑性樹脂と他のオレフィン系ポリマーとのブレンド物であることを特徴とする請求項１又は２に記載の絶縁電線。
金属導体の外周にリアクターブレンド型ポリオレフィン系熱可塑性樹脂を含む絶縁体が被覆された絶縁電線において、前記リアクターブレンド型ポリオレフィン系熱可塑性樹脂には、結晶性ポリプロピレンがモノマー単位で５１〜８５モル％含まれていることを特徴とする絶縁ケーブル。
前記絶縁体の曲げ弾性率は、２０ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項４に記載の絶縁ケーブル。
前記絶縁体は、前記リアクターブレンド型ポリオレフィン系熱可塑性樹脂と他のオレフィン系ポリマーとのブレンド物であることを特徴とする請求項４又は５に記載の絶縁ケーブル。