JP2010124569A - 通線ワイヤー用線材 - Google Patents

Abstract

【課題】熱可塑性樹脂被覆層の摩擦係数の低い通線ワイヤー用線材を提供する。
【解決手段】ガラス繊維強化樹脂層からなる単一ロッド材Ｂ、又は炭素繊維強化樹脂層Ａの外周にガラス繊維強化樹脂層Ｄを形成した複合ロッド材Ｅと、熱可塑性樹脂被覆層Ｃからなる線材であって、該ガラス繊維強化樹脂層のマトリックス樹脂は、スチレンモノマーを重合性単量体として含む熱硬化性樹脂を硬化してなり、該熱可塑性樹脂被覆層は、シリコーン樹脂系潤滑剤０．５〜３質量％を含むＡＳ系樹脂からなり、ガラス繊維強化樹脂層表面とが、接着していることを特徴とする通線ワイヤー用線材である。
【選択図】図１

Description

この発明は、地中や建造物中に埋設された管路、或い架空配設されたスパイラルハンガー等にケーブルや配電線などを挿通する際に使用する通線ワイヤー用線材に関し、潤滑剤を含む熱可塑性樹脂被覆層を用いた繊維強化合樹脂からなる通線ワイヤー用線材に関する。

通線ワイヤー用線材としては、通常、スチールやＦＲＰの単線ないしは撚り線が提供されていて、ケーブルなどを挿通する管路の径や挿通距離，引き込むケーブルなどの太さなどの条件を勘案して、必要に応じて使い分けられている。この種の通線ワイヤー用線材に必要とされる性能は、可撓性（小さな曲率半径にも対応できること）、高弾性（直進性が高く長い距離にも挿通できること）、高耐摩耗性（管路の壁面との摩擦に強いこと）、低摩擦係数（管路の壁面に対して滑性があれば更によい）などであり、これらの性能に加えて、軽量で作業性の良いことが求められている。

本出願人は、このような要請に応えることができる通線ワイヤー用線材として、芯部に繊維強化樹脂（以下、「ＦＲＰ」ということがある。）を配し、この芯部の外周にスチレンモノマーを重合性単量体成分として含む熱可塑性樹脂で被覆し、芯部のＦＲＰと被覆層の熱可塑性樹脂とが強固に接着した線材を既に提案している（特許文献１）。この出願においては、ＦＲＰの補強繊維が炭素繊維である線材も提案しており、炭素繊維を補強繊維として用いると、この繊維が導電性を有しており、場合によっては作業中に感電する恐れがあるので、このような問題に対しても被覆層が接着していることが有効であることも開示されている。
しかしながら、通線作業中には、通線ワイヤー用線材を強引に押し込んだ時などに、線材が座屈して折損することが有るが、このような場合において、前述したように炭素繊維だけを補強繊維としたＦＲＰ線材では、炭素繊維の破断伸度が約１．５％と低いため脆性的かつ衝撃的な破壊を起こす。その結果、炭素繊維を補強繊維としたＦＲＰが曲げられて破壊した場合には、破断片が飛散し、残った破断部は、刺のような非常に鋭利な形状となり、作業者の手指などに突き刺さり、人身事故を招く恐れがあった。

この問題を解決するため、本願出願人は、表面側に設けられた熱可塑性樹脂製の被覆層と、この被覆層の内部に設けられた繊維強化合成樹脂製の外層と、この外層の内部に設けられた繊維強化合成樹脂製の内層とを備えた３層構造よりなり、各層は、相互に接着しており、かつ、前記内層を前記外層よりも高伸度に構成し、外層の破断時における、内層の吸収可能エネルギー（Ｓ_A2）と、前記外層の破断エネルギー（Ｓ_B ）との比（Ｓ_A2／Ｓ_B ）を所定の範囲とした通線ワイヤー用線材を提案している（特許文献２）。

しかし、この特許文献２に記載の通線ワイヤー用線材は、外層に炭素繊維強化樹脂層（ＣＦＲＰ）、内層にガラス繊維強化樹脂層（ＧＦＲＰ）を配した構成であり、かつ、表面被覆層の潤滑性は考慮されていない。

また、ケーブルの布設は、既存のケーブルが配設されている管路等に布設する場合があって、摩擦係数の高い通線ワイヤー用線材を管路に案内し、無理に押し込んだりすると、既設ケーブルの表面（シース）が摩擦抵抗で削り取られるという問題もあり、通線ワイヤー用線材の摩擦抵抗を低減して、磨耗損傷を抑えるとともに。小さな挿入力で挿入できることが望ましい。
このような事情から、通線ワイヤー用線材においても、線材表面の低摩擦化が求められている。

実公平３−４００２５号公報 特開平７−２９８４４０号公報

本発明の目的は、熱可塑性樹脂被覆層の摩擦係数の低い通線ワイヤー用線材を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、
（１）ガラス繊維強化樹脂層からなる単一ロッド材、又は炭素繊維強化樹脂層の外周にガラス繊維強化樹脂層を形成した複合ロッド材と、熱可塑性樹脂被覆層からなる線材であって、該ガラス繊維強化樹脂層のマトリックス樹脂は、スチレンモノマーを重合性単量体として含む熱硬化性樹脂を硬化してなり、該熱可塑性樹脂被覆層は、シリコーン樹脂系潤滑剤０．５〜３質量％を含むＡＳ系樹脂からなり、ガラス繊維強化樹脂層表面と接着していることを特徴とする通線ワイヤー用線材、
（２）前記ＡＳ系樹脂が、ＡＡＳ樹脂である前記（１）に記載の通線ワイヤー用線材、及び
（３）前記複合ロッド材において、ガラス繊維強化樹脂層の外径Ｄ２と炭素繊維強化樹脂層の外径Ｄ１との径比Ｄ１／Ｄ２が０．７〜０．９であり、線材の曲げ剛性が０．９×１０⁶Ｎ・ｍｍ²以上であり、単位重量が６０ｇ／ｍ以下である前記（１）又は（２）に記載の通線ワイヤー用線材、
を提供する。

本発明の通線ワイヤー用線材の熱可塑性樹脂被覆層には、シリコーン樹脂系潤滑剤を所定量配合しているので、熱可塑性樹脂被覆層の摩擦係数が低下し、架空のスパイラルハンガーや管路、あるいは既設のケーブルシースとの摩擦抵抗が低下し、通線ワイヤー線材の押し込み力の低減化や、既設ケーブルシースの損耗の抑制をはかることができる。

本発明の通線ワイヤー用線材は、ガラス繊維強化樹脂層からなる単一ロッド材、又は炭素繊維強化樹脂層の外周にガラス繊維強化樹脂層を形成した複合ロッド材と、熱可塑性樹脂被覆層からなる線材であって、該ガラス繊維強化樹脂層のマトリックス樹脂は、スチレンモノマーを重合性単量体として含む熱硬化性樹脂を硬化してなり、該熱可塑性樹脂被覆層は、シリコーン樹脂系潤滑剤０．５〜３質量％を含むＡＳ系樹脂からなり、ガラス繊維強化樹脂層表面とが、接着していることを特徴とする。

ガラス繊維強化樹脂層からなる単一ロッド材、又は炭素繊維強化樹脂層の外周にガラス繊維強化樹脂層を形成した複合ロッド材は、連続状の補強繊維としてのガラス繊維、及び炭素繊維をマトリックス樹脂で結着した繊維強化樹脂層であり、具体的には、補強繊維に熱硬化性樹脂を含浸し、所定形状に絞り成形した後、熱硬化して形成される。
複合ロッド材とするには、炭素繊維強化樹脂層の外周にガラス繊維強化樹脂層を形成することによって得ることができる。

マトリックス樹脂としては、スチレン系モノマーを重合性単量体として含む不飽和ポリエステル樹脂やビニルエステル樹脂（エポキシアクリレート樹脂）が用いられる。
この種の樹脂は、補強繊維に未硬化状で含浸し、これを所定形状に絞り成形した後、後述する熱可塑性樹脂被覆層を溶融状のＡＳ系樹脂で環状に被覆することによって、ガラス繊維樹脂層表面と熱可塑性樹脂被覆層とを加熱硬化させながら接着させることができるので生産性が良く特に好ましい。

熱可塑性樹脂被覆層は、前記マトリックス樹脂との接着性を考慮して、アクリル成分及びスチレンを成分として含むをポリマーであって、機械的物性に優れるＡＳ系樹脂から選択される。
具体的には、ＡＡＳ（アクリロニトリル−アクリレート−スチレン樹脂）、ＡＢＳ樹脂（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂）、ＡＥＳ樹脂（アクリロニトリル−エチレン−スチレン樹脂）等を挙げることができる。
これらのＡＳ系樹脂のうち、特にＡＡＳ樹脂が、耐候性に優れる、機械的強度のバランスに優れる、電気絶縁性に優れる、成形加工が容易などの点から好適である。
なお、ＡＡＳ樹脂は、ＡＳＡ樹脂（アクリレート−スチレン−アクリロニトリル）とも呼称される場合がある。

本発明に使用されるシリコーン樹脂系潤滑剤としては、シリコーン樹脂、すなわちシロキサン結合 −Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ−Ｏ−を骨格とする熱可塑性の有機珪素化合物の液状又は固体状のものを使用することができる。
ＡＳ系樹脂とシリコーン樹脂系潤滑剤との混合は、押出機に供給する前に、予めシリコーン樹脂系潤滑剤を所定の濃度でベースの樹脂に分散・配合させたマスターバッチを形成しておき、これとＡＳ系樹脂とを押出機に供給して、ガラス繊維強化樹脂層表面を被覆すればよい。
シリコーン樹脂系潤滑剤は、ＡＳ系樹脂中に０．５〜３質量％の範囲で含まれていることを要する。
シリコーン樹脂系潤滑剤が０．５質量％未満では、摩擦係数の低下が不十分であり、５質量％を超える場合は、滑剤が表面に析出し、取扱い上の問題や、ガラス繊維強化樹脂層表面と熱可塑性樹脂被覆層との接着性が低下したりするので好ましくない。

ガラス繊維強化樹脂層表面とＡＳ系樹脂被覆層とは、接着していることを要し、接着が不十分である場合は、ロッド材の先端が突き出したり、被覆がめくれ、破損したりして、
通線作業に支障を来たす場合がある。

本発明の通線ワイヤー用線材に複合ロッド材、すなわち、内層に外径がＤ１の炭素繊維強化樹脂層、その外周に外径Ｄ２のガラス繊維強化樹脂層を形成してなる複合ロッド材を使用するときは、それらの外径比Ｄ1／Ｄ２を、０．７〜０．９とすることが好ましい。
外径比が０．７〜０．９の範囲であれば、通線ワイヤー用線材として、曲げ剛性や機械的強度を満足しつつ、軽量化を図ることができる。
また、線材の曲げ剛性は、０．９×１０⁶Ｎ・ｍｍ²以上とし、単位重量は６０ｇ／ｍ以下とすることが好ましい。曲げ剛性が０．９×１０⁶Ｎ・ｍｍ²以上であれば、通線ワイヤー線材として、標準的な管路等に挿入する際に、通線距離を約３０ｍとすることができる。
線材の単位重量は、軽量化と最小曲げの観点と曲げ剛性とのバランスから、６０ｇ／ｍ以下とすることが好ましい。

以下、本発明を実施例及び比較例により説明するが、本発明はこれらの実施例になんら限定されるものではない。

図１（Ａ）、（Ｂ）は、本発明にかかる通線ワイヤー用線材の断面図を示している。同図（Ａ）に示す通線ワイヤー用線材は、表面側に設けられたシリコーン樹脂系潤滑剤を含むＡＳ系熱可塑性樹脂の被覆層Ｃと、この被覆層Ｃの内部に設けられたガラス繊維強化樹脂層からなる単一ロッド材Ｂからなる場合であり、同図（Ｂ）は、炭素繊維強化樹脂層Ａとその外周に形成されたガラス繊維強化樹脂層Ｄからなる複合ロッド材Ｅ及びシリコーン樹脂系潤滑剤を含むＡＳ系熱可塑性樹脂の被覆層Ｃを備えた３層構造になっている。

被覆層Ｃの内周面と、単一ロッド材Ｂの外周面、又は複合ロッド材Ｅの外層Ｄの外周面、及びＤの内周面と内層Ａの外周面とは、それぞれ相互に接着している。
補強繊維としてガラス繊維を用いたガラス繊維強化樹脂層の破断伸度は約３．５％、炭素繊維を用いた炭素繊維強化樹脂層の破断伸度は約１．５％であるから、複合ロッド材においては一般的には、高強度で低伸度の炭素繊維強化樹脂層を外周側にして高い曲げ強度や曲げ剛性を得ることを期待して使用されるが、本発明では、炭素繊維強化樹脂層を内層にしている点に特徴がある。このようにすることによって、破断に至る極限までの応力が負荷された場合、先ず内層の炭素繊維強化樹脂層が破断するが、その外周をガラス繊維強化樹脂層及び熱可塑性樹脂被覆層により被覆されているので、炭素繊維強化樹脂が破断した鋭利な刺状物が外周まで突き出ることがなく、破損事故時の作業者の怪我を予防することができるので、より安全に作業することが出来る。

本発明の線材を製造する方法について説明する。図２は、本発明の実施例１〜４および比較例１〜４の線材を製造する際の工程を示しており、この製造方法では、実施例においては、被覆層Ｃの熱可塑性樹脂ｃとしてＡＡＳ樹脂（宇部サイコン株式会社製：商品名ＥＸ２５Ａ）にシリコーン濃度３０質量％のマスターバッチ（ヘクサケミカル社製：商品名ＭＬ−４３０）を表１又は表２の潤滑剤添加量の組成になるようにブレンドしたものを使用し、内層の補強繊維ｂとして炭素繊維ロービング（東レ株式会社製：商品名トレカＴ７００ＳＣ）、単一ロッド材の補強繊維ａ又は複合ロッド材の外周層の補強繊維ａとしてＥガラス繊維ロービング（日東紡績株式会社製：商品名ＲＳ２８）、補強繊維ａ，又は補強繊維ａ，ｂを結着させるための熱硬化性樹脂ｄとして不飽和ポリエステル樹脂（ジャパンコンポジット株式会社製、商品名：プロミネートＨ−６４００）をそれぞれ準備した。

図２に示す製造工程では、まず、液状の熱硬化性樹脂ｄを収納した含浸槽１０に補強繊維としてガラス繊維ａ、又はガラス繊維ａ及び炭素繊維ｂが、互いに交錯しないように分けられた状態で導入され、この槽１０内で熱硬化性樹脂ｄ（不飽和ポリエステル樹脂）が含浸される。熱硬化性樹脂ｄが含浸されたガラス繊維ａ，又はガラス繊維ａ及び炭素繊維ｂは、引き続いて絞りノズル１２に導かれ、この絞りノズル１２により過剰な熱硬化性樹脂ｄを除去しながら、ガラス繊維ａのみで、又は炭素繊維ｂを中心として、その外周をガラス繊維ａが取り巻くように配置され状態で、最終段の絞りノズル１２で所定の外径の単一ロッド状又は複合ロッド状の未硬化状物ｅの状態で引き出される。

絞りノズル１２から引き出された未硬化状物ｅは、その後、押出機１４のクロスヘッドダイに挿通され、外周に熱可塑性樹脂ｃ（ＡＡＳ樹脂）が押し出される。そして、押し出された熱可塑性樹脂ｃは、その後冷却槽１６内に導かれ、ここで冷却固化され、引き続いて加熱槽１８内に導入されて、この槽１８内で約１２５℃の温度で熱硬化性樹脂ｄが硬化される。

なお、この場合、各例ともガラス繊維ａ及び炭素繊維ｂの体積含有率は、約６０〜６５体積％になるようにした。
各物性は、以下の方法により測定した。
〔曲げ強度、曲げ弾性率、曲げ剛性〕
曲げ強度、曲げ弾性率、曲げ剛性は、３点曲げ試験をスパン長８４ｍｍ、加圧速度５ｍｍ／分の条件で行い、荷重ーたわみ曲線より求めた。

〔最小曲げ〕
試料（長さ１０００ｍｍ）を円弧状に曲げ、曲げ径を小さくしていき、亀裂、折れの生じる曲げ直径（内径）を測定し、その最大値を最小曲げ直径とした。

〔巻き癖〕
長さ１．０２ｍの試料を曲げ径６５０ｍｍの半円状に固定して、室温で３日間放置した後に開放する。これを平面台上において、湾曲状態における、弦の高さ（ｍｍ）を測定した。

〔通線抵抗力〕
（ｉ）摩擦抵抗Ａ：被覆樹脂ＰＥの外径５．５ｍｍの試料を、ピッチ３００ｍｍの螺旋状に賦形した５００ｍｍ長さのスパイラルハンガー（イワブチ社製、品番：ＳＨＡＳ１５００）を水平な台上に固定し、試料とスパイラルハンガーとが螺旋ピッチ間隔３００ｍｍで交差するようにして、長さ２．０ｍの試料の先端にデジタル式バネ秤を取付けて、これを約４．０ｍ／分で水平移動するときの荷重（ｇ）を測定した。
（ii）摩擦抵抗Ｂ：内径１０ｍｍ、長さ１ｍのステンレスパイプに試料を挿通し、その先端にデジタル式バネ秤を取付けて、これを約４．０ｍ／分で水平移動するときの荷重（ｇ）を測定した。

〔被覆密着性〕
ＦＲＰロッドと被覆樹脂との密着力を評価するため、試料の端部から２０ｍｍのところに、幅１０ｍｍの円周状の切り込みを入れ、この切り込み部分の被覆樹脂の剥離状況を観察した。「強」は、強固にＦＲＰロッドと密着して、被覆樹脂が母材破壊する状態、「中」は、ＦＲＰロッドと密着してはいるが、被覆樹脂は円筒状に剥離除去できる状態、「小」は、ＦＲＰロットとほとんど密着しておらず、端部の被覆樹脂も含めて、容易に剥離除去できてしまう状態を示す。

実施例１、２及び比較例１
以下に示す表１は、ガラス繊維強化樹脂層による単一ロッドの実施例１，２及び比較例１の設計仕様と実測値を示す。

表１の結果から分かるように、被覆樹脂として、ＡＡＳ樹脂に潤滑剤として、シリコーン樹脂系潤滑剤を１．５質量％添加した実施例１、及び１．８質量％添加した実施例２は、潤滑剤を配合していない比較例１と比較して、摩擦抵抗が約４０％低減できる。
表２は、炭素繊維強化樹脂層の外周にガラス繊維強化樹脂層を形成した複合ロッドとＡＡＳ樹脂被覆からなる実施例３，４及び比較例２，３、及びガラス繊維強化樹脂層とナイロン１２による被覆層からなる比較例４を示している。

表２の結果から分かるように、被覆樹脂として、ＡＡＳ樹脂に潤滑剤として、シリコーン樹脂系潤滑剤を１．８質量％添加した実施例３及び４は、潤滑剤を配合していない比較例２及び３と比較して、摩擦抵抗Ａにおいて約４５％、摩擦抵抗Ｂにおいて約３５％低減できる。また、被覆樹脂をナイロン１２、被覆外径を実施例３と同じにした比較例４は、潤滑剤を配合していないので、摩擦抵抗が大であり、また、ナイロン１２が不飽和ポリエステル樹脂との親和性が低いので被覆密着性が「中」で実施例のものより劣っている。

本発明の通線ワイヤー用線材の熱可塑性樹脂被覆層には、シリコーン樹脂系潤滑剤を所定量配合しているので、熱可塑性樹脂被覆層の摩擦係数が低下し、架空のスパイラルハンガーや管路、あるいは既設のケーブルシースとの摩擦抵抗が低下し、通線ワイヤー線材の押し込み力の低減化や、既設ケーブルシースの損耗の抑制をはかることができるので、電力ケーブル、通信ケーブル等の布設工事に好適に利用できる。

本発明の（Ａ）芯材が単一ロッド材（Ｂ）芯材が複合ロッド材の実施形態における通線ワイヤー用線材の断面説明図である。 図1に示した線材を製造する際の工程説明図である。

符号の説明

Ａ 炭素繊維強化樹脂層
Ｂ ガラス繊維強化樹脂層（単一ロッド材）
Ｃ 熱可塑性樹脂被覆層
Ｄ ガラス繊維強化樹脂層
Ｅ 複合ロッド材
ａ ガラス繊維
ｂ 炭素繊維
ｃ 熱可塑性樹脂
ｄ 熱硬化性樹脂
ｅ 未硬化状物

Claims (3)

1. ガラス繊維強化樹脂層からなる単一ロッド材、又は炭素繊維強化樹脂層の外周にガラス繊維強化樹脂層を形成した複合ロッド材と、熱可塑性樹脂被覆層からなる線材であって、該ガラス繊維強化樹脂層のマトリックス樹脂は、スチレンモノマーを重合性単量体として含む熱硬化性樹脂を硬化してなり、該熱可塑性樹脂被覆層は、シリコーン樹脂系潤滑剤０．５〜３質量％を含むＡＳ系樹脂からなり、ガラス繊維強化樹脂層表面と接着していることを特徴とする通線ワイヤー用線材。
2. 前記ＡＳ系樹脂が、ＡＡＳ樹脂である請求項１に記載の通線ワイヤー用線材。
3. 前記複合ロッド材において、ガラス繊維強化樹脂層の外径Ｄ２と炭素繊維強化樹脂層の外径Ｄ１との外径比Ｄ１／Ｄ２が０．７〜０．９であり、線材の曲げ剛性が０．９×１０⁶Ｎ・ｍｍ²以上であり、単位重量が６０ｇ／ｍ以下である請求項１又は２に記載の通線ワイヤー用線材。

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