JP2011005852A - 加硫方法及び加硫装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被覆材料の発泡を防止すると共に絶縁体を変形させることなく低加圧下で過熱水蒸気を熱媒体とし、連続的に絶縁電線・ケーブル等を加熱・加硫を行うことができる加硫方法及び加硫装置を提供する。
【解決手段】８０℃以上の温度で押出し成形されたポリマーやゴム材料を、加圧下で過熱水蒸気により連続的に加熱、加硫するものである。
【選択図】図２

Description

本発明は絶縁電線・ケーブルの被覆材料の加硫方法及び加硫装置に係り、特に過熱水蒸気を利用して加硫する加硫方法及び加硫装置に関するものである。

絶縁電線・ケーブルの被覆材料の加硫方法には加圧蒸気法、溶融塩法、流動床法、熱風加熱法、電子線照射法、高周波加硫法等の連続加硫方法や鉛、ＴＰＸ（トリメチルペンテン）などを被覆・ドラム巻き取り後、缶加硫するバッチ加硫方法とがある。これらは対象物の厚さ、形状、構造、長さ、被覆材料の種類等によりどの加硫方法が最も適しているか選定され、適用されているが、加硫装置価格、加硫速度、取り扱い性、製品性能等々からそれぞれ一長一短がある。

特開２００１−２３９５２８号公報 特開２００１−３２３０８５号公報 特開２００４−５０６１５号公報

連続加硫方法のうち、流動床法や熱風加硫法は常圧下、高温にした管中を通し加熱・加硫する方法で、前者はガラスビーズが存在するが、空気伝熱が主体であるため加硫対象物への伝熱特性が劣り、製造スピードが遅い欠点がある。

電子線照射法は電子線の強度により材料への浸透厚さに制限があり、一般的に厚肉の製品よりも薄肉絶縁電線の製造に適している。更に押出し工程と照射工程とが別工程になるため一旦ドラムに巻き取る必要があり、その場合未加硫被覆材料は変形を受ける問題もあるため、絶縁材料は常温で変形し難いものに限られている。

無機塩（例えば、トーレック：硝酸カリウム、硝酸ナトリウム、亜硝酸ナトリウムの混合物）の溶融高温液体中で加硫させる溶融塩法は、常圧・加圧下の両者で加硫可能であるが、塩を加熱・溶融するのに長時間を要することや一旦溶融後、冷却固化するのを防ぐため長期間加熱しておく必要があり多大な電力量を必要とする。更に加硫後、加硫対象物に付着した塩を水洗する必要があり、この水処理が必要などの欠点がある。

加圧水蒸気は長尺加硫対象物の加硫方法として製造スピードが速く、電線・ケーブル等の加硫には多用されている。絶縁電線ではあまり問題ないが、加硫時に高圧が加わることからケーブルの場合、絶縁体の変形を受ける問題がある。

この問題をさけるため、バッチ式で温度がやや低く、高い圧力が加わらない缶加硫方法がある。

本方法では押出し後、鉛やＴＰＸ（トリメチルペンテン）などを一旦被覆・加硫後、またこれらを剥離するなど面倒な工程を伴い製造に長時間要するため、製造コストが高く問題であった。

一方、過熱水蒸気は、蒸気を大気圧下で加熱して１００℃以上にしたもので、以前より存在したが、熱としての利用より動力として適用するだけであった。最近になり食品調理の分野への適用が見直され、過熱水蒸気つき電子レンジが各メーカーから上市されている。

また、特許文献１〜３では、過熱水蒸気を用いてゴムや熱可塑性樹脂を加硫させることが提案されている。

過熱水蒸気は下記の特徴を有している。

（１）加熱空気に比べて熱容量が大きいので被加熱物を急速に加熱することができ、加熱時間を短縮できる。

（２）加熱空気に比べて約２倍程度の定圧比熱を有し、加熱能力に優れている。

（３）潜熱のエネルギーを有するので、加熱空気に比べエンタルピーが大きい。

（４）空気による伝熱は対流伝熱に限られるが、過熱水蒸気では対流伝熱に加えて放射伝熱、凝縮伝熱によっても伝熱する「複合伝熱作用」により熱効率が良い。

（５）飽和水蒸気に比べて単位体積あたりの水分量が少ないため、湿熱と乾熱の性質をあわせもっている。

過熱水蒸気の生成は電気ヒーターによるものと電磁誘導加熱による方法がある。過熱水蒸気は１００℃以下の対象物に当たると凝縮、この表面に水滴が発生し、過熱水蒸気の存在により再蒸発するが、その潜熱のため過熱水蒸気の熱を奪い、対象物の温度上昇が１００℃でしばらく停滞する結果、１００℃以上に上昇するまでに一定の時間を要すことになる。また過熱水蒸気は、飽和水蒸気と異なり大気圧下で加熱されるため材料によっては加硫反応と共に発泡現象が生じ、製品の価値が損なわれることになる。

この発泡現象は、主として材料中に存在する微量の水分が加熱により揮発する結果生じるものである。これを防止するため、材料中に予め脱水剤を添加する手法もあるが、この場合、系中に残存する脱水剤により製品使用中にも吸水現象を伴うため問題であった。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、被覆材料の発泡を防止すると共に絶縁体を変形させることなく低加圧下で過熱水蒸気を熱媒体とし、連続的に絶縁電線・ケーブル等を加熱・加硫を行うことができる加硫方法及び加硫装置を提供することにある。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、８０℃以上の温度で押出し成形されたポリマーやゴム材料を、加圧下で過熱水蒸気により連続的に加熱、加硫することを特徴とする加硫方法である。

請求項２の発明は、前記加圧圧力が０．２ＭＰａ以上である請求項１記載の加硫方法である。

請求項３の発明は、前記ポリマーやゴム材料が、絶縁電線・ケーブルの被覆材料である請求項１又は２に記載の加硫方法である。

請求項４の発明は、押出機からポリマーやゴム材料を押し出し、その押出し成形されたポリマーやゴム材料を押出機に連結した加硫管を通し、その加硫管に加圧・過熱水蒸気を供給して、前記押出し成形されたポリマーやゴム材料を加硫する請求項１〜３いずれかに記載の加硫方法である。

請求項５の発明は、前記加硫管を、外部より加熱する請求項４記載の加硫方法である。

請求項６の発明は、ポリマーやゴム材料を８０℃以上の温度で押出し成型する押出機と、該押出機に連結され、押出し成型された材料を加圧下で過熱水蒸気により連続的に加熱、加硫するための加硫管を備えることを特徴とする加硫装置である。

請求項７の発明は、前記加硫管に少なくとも１個の加圧・過熱水蒸気供給装置を備えた請求項６記載の加硫装置である。

請求項８の発明は、前記加硫管の周囲に、前記加硫管を加熱するための加熱装置を設けた請求項６又は７に記載の加硫装置である。

本発明によれば、加圧下で過熱水蒸気により、連続的に絶縁電線・ケーブル等を加熱・加硫を行うことで、発泡を防止して加硫できるという優れた効果を発揮するものである。

本発明が適用されるケーブルの断面図である。 本発明の加硫装置の一実施の形態を示す図である。 本発明の加硫装置の他の実施の形態を示す図である。

以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１は、本発明が適用されるケーブルの断面図を示したもので、銅導体１に、ＥＰゴムからなる絶縁体２を被覆した電線３が形成され、その電線３を３本撚り合わせ、その外周に、ポリクロロプレンなどからなるシース４が被覆されてケーブル５が形成される。

図２は、電線３やケーブル５の絶縁体やシースを構成するポリマーやゴム材料を加硫する加硫装置を示したものである。

先ず、ポリマーやゴム材料が押出機１０からダイス１１に８０℃以上の温度で押し出され、コア送り出し機１２から、導体や電線等のコア材１３がダイス１１を挿通するように送り出されそのコア材１３にポリマーやゴム材料が押し出し被覆され、スプライスボックス１４を通し過熱水蒸気加硫管１５に供給され、加圧・過熱水蒸気供給装置１６から加圧・過熱水蒸気が供給されて押し出し被覆材が加硫される。加硫後の製品２０は、水冷管１７を通して冷却され、ウォーターシール１８を通して製品巻き取り機１９に巻き取られる。

加圧・過熱水蒸気供給装置１６から過熱水蒸気加硫管１５に供給する加圧・過熱水蒸気は、過熱水蒸気加硫管１５の少なくとも一箇所から、図では、過熱水蒸気加硫管１５の入口部、中間部、出口部の三箇所から供給される。また、過熱水蒸気加硫管１５には圧力調整弁２１が接続され、圧力調整弁２１により、過熱水蒸気加硫管１５内の加圧圧力が０．２ＭＰａ以上となるように保持される。

図３は、加硫装置の他の実施の形態を示したもので、基本的には図２と同じであるが、過熱水蒸気加硫管１５の外周に加熱装置としての外部ヒータ２２を設け、加圧・過熱水蒸気供給装置１６からの過熱水蒸気を、過熱水蒸気加硫管１５の入口部、中間部の二箇所から供給する形態を示したものである。

以上において、絶縁電線・ケーブル等の被覆材を押出機１０から被覆材が８０℃以上の温度で押出すと共に、ダイス１１でコア材１５に被覆され、過熱水蒸気加硫管１５内では、被覆材を、０．２ＭＰａ以上の圧力下の過熱水蒸気で加熱し、被覆材の加硫を行う。

押出機１０での押出し温度を８０℃以上にすることにより、過熱水蒸気加硫管１５内で、過熱蒸気が被覆材に触れ、冷やされ水になり再蒸発する時間を極力短時間に抑えることができる。その結果被覆材の温度上昇が１００℃にとどまる時間を最小限にできる。

また０．２ＭＰａ以上の圧力下で被覆材を過熱水蒸気で加熱することにより加硫時の材料の発泡を防止することができる。

過熱水蒸気は被過熱物体に接触すると、結露（蒸気の液化）し温度が１００℃に留まろうとする性質がある。そのため、８０℃以上の温度で材料を押出すことにより、過熱水蒸気の結露による１００℃での停滞時間を短縮することが可能となる。その結果、加硫の進行を早め初期段階においては材料の粘度がスムーズに増加することにより発泡を抑えることができる。また８０℃以下では１００℃での停滞時間が長くなり圧力が低い場合は発泡を招く。

過熱水蒸気は、時間と共に１００℃に戻ろうとする性質があり、過熱水蒸気加硫管１５が長い場合途中で温度低下を招くおそれがある。

これを防ぐため次のような方法が取られる。

一つは過熱水蒸気の供給量を増す方法、二つ目は過熱水蒸気の加硫管への導入を１箇所だけでなく、図１に示すように複数設け、温度の低下を防止する方法、三つ目は、図２に示すように加硫管の一部を外部より加熱装置で加熱する方法である。

絶縁電線・ケーブルのサイズ構造にも左右されるが、これらを単独または複数組み合わせることにより加硫管内部の温度の低下を防ぐことができ被覆材料の加硫反応をスムーズに進めることができる。

加圧する手段としては一般的な方法が適用可能であるが、過熱水蒸気供給装置１６は、少なくとも使用圧力に耐える仕様でなければならないことは言うまでもない。

過熱水蒸気加硫管１５内の底部には未加硫被覆材料の変形・キズ防止のためガイドロールを取り付けておくことが望ましい。

ポリマーの材料としては、ポリエチレン（ＬＤＰＥ、ＭＤＰＥ、ＨＤＰＥ）、超低密度ポリエチレン（ＶＬＤＰＥ）、エチレン系コポリマー（ＥＶＡ、ＥＭＡ、ＥＥＡ ｅｔｃ．）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ナイロン（６、６６、６１０、１１、１２、４６ ｅｔｃ）、ポリブチレン、ポリフェニレンオキサイド（ＰＰＯ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンスルフイド（ＰＰＳ）等の熱可塑性ポリマー材料、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、エチレン・プロピレンゴム（ＥＰＲ）、エチレン・プロピレン・ジエンターポリマー（ＥＰＤＭ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、ポリクロロプレンゴム（ＣＲ）、塩素化ポリエチレン（ＣＰＥ）、クロロスルフォン化ポリエチレン（ＣＳＭ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、エピクロロヒドリンゴム（ＥＣＯ）、シリコーンゴム（ＶＭＱ）、各種液状ゴム等のゴム材料が挙げられる。これらは加硫剤、可塑剤、滑剤、充填剤、難燃剤、着色剤等の一般的な配合剤を添加してよい。

対象製品としては、絶縁電線・ケーブル類であるが、この変形として異型を含むソリッド押出成型物、ホース類がある。後の二者は内部に直線状金属線や金属、天然・合成ポリマ糸を編んだタイプを含んだ構造のものに特に適している。

押出機成型温度は、好ましくは８０℃以上、１００℃以下である。押出し温度がこれに以上になると、過熱水蒸気による加硫前のプレ加硫が進行し過ぎて、一部分の粘度が上昇してしまい、「つぶ」や「ふくれ」などの外観不良が生じるためである。

押出機１０前後には、図示していないが、芯線、コア送り出し機、これらのアキュムレーター、製品巻き取り機、外径測定器、アキュムレータ他必要な設備を備えることができる。

実施例について比較例とともに下記に示す。

ここで図１で説明したケーブル（電線：３本×２２ｍｍ²）の各部位のサイズは以下の通りである。
導体構成（外径／本数／素線径）：７／２０／０．４５
外径：７ｍｍ、
絶縁体厚さ：１．２ｍｍ
シース厚さ：２．７ｍｍ
仕上り外径：２６ｍｍ

絶縁体は、硫黄加硫ＥＰゴム（赤、白、黒の各色）を導体上に所定の厚さに押出し被覆後、加圧蒸気により加硫して得た。

これら３本撚り合わせた後、９０ｍｍベント式押出し機により、表１に示したポリクロロプレンシース材料を５ｍ／分及び１０ｍ／分の速度で押出し被覆した。

次に、表２に示す各条件により加硫、ケーブル製品（３ ＰＮＣＴ）を得た。

得られたケーブルの外観を調べると共に、シース材料を剥ぎ取り厚さ２ｍｍのシートに加工し、物理特性の測定に供した。

実施例１〜３および比較例１〜３と鉛被加硫標準品の内容と結果を表２に示す。

各特性は引張強さ、伸び、吸水量についてはカッコ内に示した規格値と、それ以外は鉛被缶加硫の標準条件で得られた製品の値と比較し、総合判断した。

実施例１〜３と比較例１〜３と鉛被加硫標準品の各特性評価は次の通りである。

外観（発泡の有無）：
ケーブルのシース外観を目視にて観察、「ふくれ」のある場合を発泡有り、ないものを発泡無しとした。同時に断面観察を行い、外部に無く内部に存在する場合も発泡有り、内部に存在しないものを発泡無しと判定した。発泡によるふくれは、サイズ的には５０μｍ以上とした。

硬さ（ＪＩＳＡ）：
ＪＩＳＫ６２５３に基づき「デュロメーター硬さ試験機」Ａ型により、加圧面を試料に接触させてから５秒後に測定した値を硬さとした。

引張試験：
引張強さは、ＪＩＳＫ６２５１に基づき、ＪＩＳＫ６２７２に規定される試験装置により、ダンベル３号形状に打ち抜いた試験片を、速度５００ｍ／ｍｉｎ．で引張試験を行って測定した。引張強さは、１３．０ＭＰａ以上を合格とした。またそのときの伸び（％）は３００％以上を合格とした。

２００％モジュラス（ＭＰａ）は、２００％伸長時の引張応力（Ｆｍ；Ｎ）および試験片切断時の引張応力（Ｆｂ；ＭＰａ）、標線間距離（Ｌ１；ｍｍ）を求め、試験片の初期断面積（Ｓ；ｍｍ²）、標線間隔（Ｌ０；ｍｍ）より下式に従って引張強さ（ＴＳｂ；ＭＰａ）、伸び（Ｅｂ；％）、２００％モジュラス（Ｍ；ＭＰａ）を計算して求めた。
ＴＳｂ（ＭＰａ）＝Ｆｂ／Ｓ
Ｅｂ（％）＝｛（Ｌ１−Ｌ０）／Ｌ０｝×１００
Ｍ（ＭＰａ）＝Ｆｍ／Ｓ

吸水量：
吸水量は、６０℃の温水の恒温槽にシース材料を２１日間入れたときの吸水量（％）を求め、５％以下を合格とした。

実施例１〜３は何れもシース材料（ＣＲ−１）は標準的なポリクロロプレンゴムを使用し、押出し被覆後加圧下で１９０℃に調整した過熱水蒸気で加硫したもので、引張強さ、伸び、吸水量は規格値を満足し、それ以外は従来の鉛被缶加硫で得られた製品と遜色ない特性を示している。

これに対し、比較例１は、シース材料は実施例と同じであるが、常圧下で加硫されており発泡現象が見られ、硬さ等の測定はできず、製品にならなかった。

また比較例２は、押し出し温度が６０℃と低く過熱水蒸気による加熱初期段階において温度上昇停滞時間が長くなる結果、材料の粘度が上昇せず圧力下ではあるが発泡がやや見られた。同時に加硫反応が遅れてスタートするため全体には加硫不足となったため、引張強さが規格を割ると共に吸水量もやや多くなったものと考えられる。

比較例３は、シース材料（ＣＲ−２）に脱水剤（酸化カルシウム）を添加し、常圧加硫時の発泡を防止したものである。加硫後、外観は発泡等の不具合は認められなかったが、吸水試験において、現行の値に比べ３．５倍以上も吸水し、膨潤が認められた。これは残存する酸化カルシウムの影響と考えられる。

以上より、押出温度が８０℃以上で、その後、０．２ＭＰａ以上の加圧・過熱水蒸気で加硫させることで、発泡がなく、外観、硬さ、引張強さ、伸び、２００％モジュラス、吸水量のいずれの特性も良好なケーブルとすることができる。

上述の実施の形態では、ケーブルのシース材料で説明したが、本発明はシース材料の他に種々の製品、例えば、異型を含むソリッド押出成型物、ホース類に適用できる。

なお、ホース類は中空のためそのままでは加圧することが難しい。その場合、別途ホース内部に内圧が掛けられるような装置を設けるかまたは適当なマンドレル上に押出し編組等を施した後シース材料を押出し、加圧下で過熱水蒸気加硫を行う。その後マンドレルを引き抜き製品とする。

マンドレルとしてはステンレス製金属棒やナイロン、ポリメチルペンテン（ＴＰＸ）などの融点の高いポリマ材料を用いることができる。ホース内径が細い場合は、これらのポリマーをロッド状に押出したものを使用できるが、太い場合は、強度や費用の面から細い金属を撚り合わせて可とう性を付与したものの上にこれらを押出してマンドレルとして使用してもよい。

１ 導体
２ 絶縁体
３ 電線
４ シース
５ ケーブル
１０ 押出機
１５ 過熱水蒸気加硫管
１６ 加圧・過熱水蒸気供給装置
２２ 外部ヒータ（加熱装置）

Claims (8)

1. ８０℃以上の温度で押出し成形されたポリマーやゴム材料を、加圧下で過熱水蒸気により連続的に加熱、加硫することを特徴とする加硫方法。
2. 前記加圧圧力が０．２ＭＰａ以上である請求項１記載の加硫方法。
3. 前記ポリマーやゴム材料が、絶縁電線・ケーブルの被覆材料である請求項１又は２に記載の加硫方法。
4. 押出機からポリマーやゴム材料を押し出し、その押出し成形されたポリマーやゴム材料を押出機に連結した加硫管を通し、その加硫管に加圧・過熱水蒸気を供給して、前記押出し成形されたポリマーやゴム材料を加硫する請求項１〜３いずれかに記載の加硫方法。
5. 前記加硫管を、外部より加熱する請求項４記載の加硫方法。
6. ポリマーやゴム材料を８０℃以上の温度で押出し成型する押出機と、該押出機に連結され、押出し成型された材料を加圧下で過熱水蒸気により連続的に加熱、加硫するための加硫管を備えることを特徴とする加硫装置。
7. 前記加硫管に少なくとも１個の加圧・過熱水蒸気供給装置を備えた請求項６記載の加硫装置。
8. 前記加硫管の周囲に、前記加硫管を加熱するための加熱装置を設けた請求項６又は７に記載の加硫装置。

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