JP2011210418A

JP2011210418A - 絶縁電線およびケーブル

Info

Publication number: JP2011210418A
Application number: JP2010074751A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Sakurai; 貴裕櫻井; Yasuhiro Tominaga; 康博冨永; Toshiya Tanaka; 俊哉田中; Naoaki Fukatsu; 尚明深津; Yoshinori Ogiwara; 義典荻原
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Inc; Viscas Corp
Current assignee: Viscas Corp; Tokyo Electric Power Company Holdings Inc
Priority date: 2010-03-29
Filing date: 2010-03-29
Publication date: 2011-10-20
Anticipated expiration: 2030-03-29
Also published as: JP5495039B2

Abstract

【課題】架橋ポリオレフィン廃材の再生材を従来に比べ多く用いることのできる、伸びなどの機械特性および電気特性に優れた被覆材を有する電線およびケーブルを提供する。
【解決手段】被覆層の少なくとも１層を、ゲル分率４０％以下の架橋ポリオレフィン（系）再生材を６０質量％以下と、ＪＩＳＫ７２１０に基づく温度１９０℃、荷重２１．１８Ｎの条件で測定されるＭＦＲの値が０．２５以下である高圧ラジカル重合法により製造された低密度ポリエチレンとからなる再生材混合樹脂であって、前記架橋ポリオレフィン（系）再生材の配合量が再生材混合樹脂に対して６０質量％以下である樹脂で形成した、絶縁電線およびケーブル。
【選択図】なし

Description

本発明は、絶縁電線およびケーブルに関するものであり、更に詳しくはゲル分率４０％以下の再生材を利用して得られる絶縁電線およびケーブルに関するものである。

導体の外周を絶縁材料で被覆して絶縁電線が製造される。この絶縁電線を電力線心とし、これにシースで被覆してなる電力ケーブル、この絶縁電線を電力線心とし、これを複数束ねた後にシースで被覆してなる電力ケーブルが提供される。さらに、これら絶縁電線や単線の電力ケーブルを複数束ねた複線の電力ケーブルがある。本願発明において「絶縁電線」という用語は、絶縁線心を含む意味で用いる。
絶縁電線またはケーブルの被覆材はポリ塩化ビニルやポリエチレン、架橋ポリエチレンが使用されている。使用後、回収された電線またはケーブルは導体と被覆材に分離され、被覆廃材はリサイクルもしくは埋立処理される。被覆廃材の中でもポリ塩化ビニルやポリエチレンは熱可塑性樹脂であり、再成形加工が容易であることから、再び電線被覆材としてリサイクルすることが容易であった。

一方、架橋ポリエチレンは架橋による３次元構造を有しているため加熱溶融できず、リサイクルする事が難しかった。しかし、この架橋ポリエチレンに、架橋を切断して熱可塑化することができるように再生処理を施し、リサイクル可能な再生材にする技術が開発された（特許文献１参照）。さらに架橋を切断する再生処理で得られた再生材を電線・ケーブルの被覆用として戻す検討も行われており、これを用いた電線ケーブルも実用化される様になってきている。そして、再生材を混合した樹脂（再生材混合樹脂）を用いて絶縁電線の絶縁層を形成することも実用化段階になってきている（特許文献２参照）。

しかしながら、上記の特許文献２に記載の技術では、再生材混合樹脂に５０質量％を超える再生材を配合した場合、絶縁層に要求される特性を満足することが出来ないとされている。

特開２００１−２５３９６７号公報特開２００６−０６６２６２号公報

環境負荷低減のためにはより多くの再生材を絶縁電線に用いることができるのが好ましい。
本発明は、架橋ポリオレフィン（系）廃材の再生材を従来に比べ多く用いることのできる絶縁電線およびケーブルを提供することを目的とする。

本発明者らは、前記の課題について詳細に検討を行った結果、ゲル分率４０％以下の架橋ポリオレフィン（系）再生材と混合するポリエチレンに、ＪＩＳＫ７２１０に準拠して、温度１９０℃、荷重２１．１８Ｎの条件で測定されるＭＦＲ（メルトフローレート）の値が０．２５以下である高圧ラジカル重合法により製造された低密度ポリエチレンを使用することで、再生材の配合割合を６０質量％まで増やしても、伸びが十分な電線、ケーブルが得られることを見出した。
本発明は、これらの知見に基づきなすに至ったものである。
すなわち、本発明は、
（１）被覆層の少なくとも１層を、ゲル分率４０％以下の架橋ポリオレフィン（系）再生材と、ＪＩＳＫ７２１０に基づく温度１９０℃、荷重２１．１８Ｎの条件で測定されるＭＦＲの値が０．２５以下である高圧ラジカル重合法により製造された低密度ポリエチレンとからなる再生材混合樹脂であって、前記架橋ポリオレフィン（系）再生材の配合量が全樹脂量の６０質量％以下である再生材混合樹脂で形成したことを特徴とする絶縁電線、
（２）導体が絶縁層で被覆された絶縁電線の前記絶縁層を、ゲル分率４０％以下の架橋ポリオレフィン（系）再生材と、ＪＩＳＫ７２１０に基づく温度１９０℃、荷重２１．１８Ｎの条件で測定されるＭＦＲの値が０．２５以下である高圧ラジカル重合法により製造された低密度ポリエチレンとからなる再生材混合樹脂であって、前記架橋ポリオレフィン（系）再生材の配合量が全樹脂量の６０質量％以下である再生材混合樹脂で形成したことを特徴とする絶縁電線、
（３）架橋ポリオレフィン(系)再生材の配合量が全樹脂量の５０質量％を超えることを特徴とする（１）または（２）に記載の絶縁電線、及び
（４）（１）〜（３）のいずれか１項に記載の絶縁電線を絶縁線心として用いたケーブル
を提供するものである。
本発明において、「架橋ポリオレフィン（系）再生材」とは、架橋ポリオレフィン樹脂またはそれを主成分とする樹脂組成物の廃材を、架橋を切断する再生処理したものである。
また、前記「全樹脂量」とは、再生材混合樹脂を構成する架橋ポリオレフィン(系)再生材の量と、ポリエチレンの量との合計量である。

本発明の絶縁電線およびケーブルは、５０質量％を超えるような多量の架橋ポリオレフィン（系）再生材用いた場合にも良好な機械特性および電気特性を維持することができる。

本発明の一つの好ましい実施態様の絶縁電線の層構造を示した斜視図である。本発明の別の好ましい実施態様の絶縁電線の層構造を示した斜視図である。本発明の別の好ましい実施態様のケーブルの層構造を示した斜視図である。実施例の高圧ラジカル重合法により製造された低密度ポリエチレンのＭＦＲの値と再生材を５５質量％配合したときの絶縁体伸び特性の関係を示すグラフである。

本発明の絶縁電線またはケーブルは、被覆層の少なくとも１層が、架橋ポリオレフィン（系）再生材を含む再生材混合樹脂により形成されたものである。
本発明の絶縁電線は、好ましくは、導体が絶縁層で被覆され、前記絶縁層が、架橋ポリオレフィン（系）再生材を含む再生材混合樹脂により形成されたものである。
本発明のケーブルは、好ましくは、線心として前記絶縁電線と同じ構造のものを用い、これにシースを施したものである。

本発明において、架橋ポリオレフィン（系）再生材とは、架橋ポリオレフィン（系）樹脂の廃材を、架橋を切断して熱可塑化できるように再生処理（以下、「脱架橋」ということもある）したものである。前記架橋ポリオレフィン（系）樹脂としては、高密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂、エチレン−プロピレンゴム、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−（メタ）アクリル酸エステル共重合体、エチレン−（メタ）アクリル酸共重合体等のポリオレフィン系樹脂が挙げられる。これらは１種もしくは２種以上の混合物であっても良い。

前記架橋ポリオレフィン（系）樹脂はどのような方法で架橋されたものでもよく、例えば、有機過酸化物やシラン化合物、電子線などによって架橋されたものを使用することができる。
再生処理に供される架橋ポリオレフィン（系）樹脂の廃材は、前記ポリオレフィン樹脂やポリオレフィン系樹脂を主成分とする架橋された樹脂を主成分とする廃材であればよい。
前記廃材の発生源としては、例えば、電線被覆廃材、光ケーブル被覆廃材などの配線材の被覆廃材や、一般廃棄物として廃棄される給水用、給湯用、屋内暖房用のパイプ、または各種発泡体などが挙げられる。回収された廃材は、使用年数に関係なく、極端に劣化が進んだものでも支障なく使用できる。
好ましい架橋ポリオレフィン（系）廃材は、電線、ケーブルに被覆された架橋ポリエチレンであって、有機過酸化物、シラン、電子線照射などで架橋されたものである。

本発明に用いられる架橋ポリオレフィン（系）再生材は、架橋ポリオレフィン（系）樹脂の廃材を再生処理したものである。
架橋ポリオレフィン（系）樹脂の架橋度は、一般に、ゲル分率で示される。前記再生処理の程度は、このゲル分率を目安にすることができる。再生処理を高度に行うと、ゲル分率は小さくなる。
本発明において、ゲル分率は、加温したキシレンに試料を入れ溶解せずに残った試料の質量の、元の試料の質量に対する割合（％）であり、ＪＩＳＣ３００５中の「４．２５架橋度」に従って測定したものである。
前記再生処理の程度が低く、架橋ポリオレフィン（系）再生材のゲル分率が４０％を超えると電線被覆材としての特性、特に、絶縁層に要求される機械的特性、電気的特性を満足できない。ゲル分率は３５％以下であることがさらに好ましいが、過剰な再生処理を行うとゲル分率を下げることはできるが、ＭＦＲが極端に大きくなってケーブル製造時の加工性が低下しまう。従って、さらに好ましい再生材のゲル分率は５〜３０％である。

この廃材の再生についてはゲル分率が４０％以下となるようにできるものであれば特に限定されるものではないが、例えば同方向に回転する２軸押出機にせん断速度２００sec^-1以上、処理温度２５０〜４００℃で架橋ポリオレフィン（系）廃材を処理する事により、ゲル分率が４０％以下の架橋ポリオレフィン（系）再生材を得ることができる。なお、本発明における剪断速度とは、押出機のスクリューエレメント最外周部の周速度（ｍｍ／ｓ）をスクリューとバレルとのクリアランス（ｍｍ）で除した数値をいう。また、再生処理を行う前の架橋ポリオレフィン（系）廃材のゲル分率は通常５０〜７０％である。
本発明においては、架橋ポリオレフィン（系）廃材のゲル分率が４０％以下のものであっても脱架橋したものが再生材として用いられる。

本発明においては、上記の架橋ポリオレフィン（系）再生材は、前記の特定のポリエチレンと混合して電線またはケーブルの被覆材として使用する。当該特定のポリエチレンは、架橋されたことのないポリエチレンであって、以下に述べる特性を有するものである。中でも、特に一度も成形されたことがないポリエチレン（いわゆるバージン材）を用いることが望ましい。

以下、上記「特定のポリエチレン」について説明する。
本願の第１の実施形態においては、ＪＩＳＫ７２１０に準拠して温度１９０℃，荷重２１．１８Ｎ（２．１６ｋｇ）の条件で測定されるＭＦＲ（メローフローレート）の値が０．２５以下である高圧ラジカル重合法により製造された低密度ポリエチレンを用いる。本実施形態では、再生材を６０質量％まで増量配合しても電線、ケーブルに要求される機械特性や電気特性を満足するものを得ることができる。
本実施形態の再生材混合樹脂において、架橋ポリオレフィン（系）再生材と高圧ラジカル重合法により製造された低密度ポリエチレンとの合計を１００質量％として、再生材の含有量は６０質量％以下にする。好ましくは５５質量％以下である。架橋ポリオレフィン（系）再生材の含有量の下限は特に限定されるものではないが、リサイクルの観点からより多く配合することが好ましく、５０質量％超であることがさらに好ましい。
なお、再生材の量を上記範囲にした結果、再生材混合樹脂においてポリエチレンの含有量は４０質量％以上になる。

本実施形態における高圧ラジカル重合法により製造された低密度ポリエチレンの上記条件でのＭＦＲは０．２５以下であり、０．１〜０．２５であることが好ましい。

本発明の絶縁電線・ケーブルを製造するとき、再生材混合樹脂を被覆するには、一般的に使用されている押出機を使用することが出来る。また再生材混合樹脂には、通常樹脂に添加される酸化防止剤、紫外線吸収剤などの添加剤を必要に応じて適量添加することもできる。

さらに本発明の絶縁電線・ケーブルは、被覆層をなす再生材混合樹脂が架橋されていなくても上記の効果を奏することができる。しかし、絶縁電線・ケーブルの用途に応じて、被覆層をなす再生材混合樹脂は架橋されていてもよい。架橋方法としては通常の架橋方法を適宜選択すればよく、特に限定しないが、例えば、有機過酸化物を添加した再生材混合樹脂を電線に被覆したのち加熱処理する「過酸化物架橋方法」、シラン化合物と架橋助剤を添加した再生材混合樹脂を電線に被覆したのち水分により架橋させる「シラン架橋方法」、電子線照射による「電子線架橋方法」などが挙げられる。

本発明においては、被覆層、および導体上に被覆する被覆層は１層でも複数の層であってもよい。電線識別等の目的により適宜、多層とすることが可能である。
また、本発明の絶縁電線・ケーブルは、再生材混合樹脂で構成された層が、被覆層のうち少なくとも１層であればよく、複数層、または全層であってもよい。上記再生材混合樹脂で構成された層以外の層は、通常の電線・ケーブルの被覆材として使用される樹脂であれば特に制限なく使用可能であり、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、塩化ビニル樹脂等が挙げられる。
また、導体としては特に制限は無く、任意の導体を用いることができる。

図１は、本発明の好ましい実施態様である絶縁電線を示した斜視図であり、導体１が再生材混合樹脂で形成された絶縁層２で被覆されている。導体１としては、同種の絶縁電線に用いられている任意の導体を用いることができる。

図２は、本発明の絶縁電線の別の実施態様を示した斜視図である。図示の絶縁電線は、導体が鋼線１１とその周りに配置されたアルミニウム導体１２からなる鋼心アルミ撚線（ＡＣＳＲ）であり、その上に上記の再生材混合樹脂で形成された絶縁層１３が設けられている。鋼線１１およびアルミニウム導体１２としては、従来の鋼心アルミ導体ポリエチレン絶縁電線（ＡＣＳＲ−ＯＥ）に用いられている任意の鋼線およびアルミニウム導体をそれぞれ用いることができる。

図３は、本発明のケーブルの一実施態様を示した斜視図である。図示のケーブルは、導体２１上に上記の再生材混合樹脂で形成された絶縁被覆層２２が設けられた３本の線心が、介在２３、押さえテープ２４を介して、シース２５で被覆されている。線心は図１の絶縁電線と同じ構造である。導体２１、介在２３、押さえテープ２４、シース２５としては、同種のケーブルに用いられている任意の導体、介在、押さえテープ、シースをそれぞれ用いることができる。
また、本発明におけるケーブルは、任意の光ファイバを上記の再生材混合樹脂で被覆した光ケーブルであっても良い。

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

実施例１〜３、比較例１〜７
（電線の製造）
下記の再生材と高圧ラジカル重合法により製造された低密度ポリエチレンを表１に示す割合（表１に示す数値の単位は質量％である。）で混合して再生材混合樹脂とし、これを断面積１２０ｍｍ^２のアルミ導体上に押出温度２００℃、厚さ３ｍｍで押出して絶縁層を形成し、実施例１〜３、比較例１〜７の絶縁電線（図２に示す構造のＡＣＳＲ−ＯＥ電線）を得た。なお、絶縁層の樹脂は架橋していない。
（架橋ポリエチレン再生材（ＸＬＰＥ再生材））
屋外型ポリエチレン電線の被覆廃材（シラン架橋されたポリエチレンの廃材）を平均粒径１０ｍｍ以下に粉砕後、同方向に回転する２軸押出機で３５０℃、せん断速度２５００ｓｅｃ^−１で再生処理を行った。得られた再生材のゲル分率は３３％と４７％であった。
（ポリエチレン）
市販の高圧ラジカル重合法により製造された低密度ポリエチレンの中から、ＭＦＲの異なる以下のものを準備して実験を行なった。
ＮＵＣ８０４２（日本ユニカー（株）製、ＭＦＲ＝０．１５）
ＬＦ１２８（日本ポリエチレン（株）製、ＭＦＲ＝０．２５）
ＮＵＣ８０１３（日本ユニカー（株）製、ＭＦＲ＝０．３５）
ＬＦ２４４Ｅ（日本ポリエチレン（株）製、ＭＦＲ＝０．６）
ＬＦ３４２Ｍ（日本ポリエチレン（株）製、ＭＦＲ＝１．０）
ＮＵＣ９０６０（日本ユニカー（株）製、ＭＦＲ＝１．２）

（電線の評価試験）
得られた電線を電力用規格Ｃ−２４８屋外用鋼心アルミ導体ポリエチレン絶縁電線（ＡＣＳＲ−ＯＥ）（社団法人日本電気協会）に準拠し、以下の規格について評価試験を行った。結果を表１に示す。なお、規格値は以下のとおりで、表１において、耐トラッキングおよび、耐電圧については、規格値をクリアするものを「良」、クリアしないものを「否」で示した。
規格値（ＡＣＳＲ−ＯＥ（１２０ｍｍ^２））
・絶縁体引張強度：１０Ｍｐａ以上
・絶縁体の伸び：３５０％以上
・加熱後の引張強度：引張強度残率８５％以上
・加熱後の伸び：伸び残率６５％以上
・加熱変形：１０％以下
・耐トラッキング試験：噴霧回数１０１回においても、０．５Ａ以上の電流が
試料表面を流れないか、または燃え上がらないこと
・絶縁抵抗：１５００ＭΩ・ｋｍ以上
・耐電圧試験：１２００Ｖの試験電圧に１分間耐えること

表１に示されるように、実施例１〜３では、ＪＩＳＫ６９２２−２に準拠して温度＝１９０℃，荷重＝２．１６ｋｇの条件で測定されるＭＦＲの値が０．２５以下である高圧ラジカル重合法により製造された低密度ポリエチレンを使用したので、５０質量％を超える再生材（ゲル分率３３％）を配合しても規格を満足している。しかし、比較例１の様に再生材が６０質量％を超えると、引張強度、伸びとも規格を満足しなかった。また、比較例２、３、４、７の様に、ＭＦＲの値が０．２５を超える高圧ラジカル重合法により製造された低密度ポリエチレンを使用した場合には、再生材が５５質量％でも伸びが規格を満足しない。図４に、高圧ラジカル重合法により製造された低密度ポリエチレンのＭＦＲの値とゲル分率３３％の再生材を５５質量％配合したときの絶縁体伸び特性の関係を示す。この図４から、高圧ラジカル重合法により製造された低密度ポリエチレンのＭＦＲが０．２５以下になると絶縁体伸び特性が飛躍的に良くなることがわかる。また、ＭＦＲが０．２５を超える高圧ラジカル重合法により製造された低密度ポリエチレンを使用すると（比較例２、３、４、７）、絶縁体の伸び特性が規格（３５０％以上）を満足することができないことがわかる。比較例５のようにゲル分率が４０％を超えるＸＬＰＥ再生材を配合した場合には、再生材の配合量が６０質量％以下であっても伸びが規格を満足しなくなる。比較例６は再生材が６０質量％を超えて配合されているので、ＭＦＲの値が０．２５以下の高圧ラジカル重合法により製造された低密度ポリエチレンを使用しても、引張強度、伸び、耐トラッキング試験において規格を満足することができない。

１導体
２絶縁被覆層
１１鋼線
１２アルミニウム導体
１３絶縁被覆層
２１導体
２２絶縁被覆層
２３介在
２４押さえテープ
２５シース

Claims

被覆層の少なくとも１層を、ゲル分率４０％以下の架橋ポリオレフィン（系）再生材と、ＪＩＳＫ７２１０に基づく温度１９０℃、荷重２１．１８Ｎの条件で測定されるＭＦＲの値が０．２５以下である高圧ラジカル重合法により製造された低密度ポリエチレンとからなる再生材混合樹脂であって、前記架橋ポリオレフィン（系）再生材の配合量が全樹脂量の６０質量％以下である再生材混合樹脂で形成したことを特徴とする絶縁電線。
導体が絶縁層で被覆された絶縁電線の前記絶縁層を、ゲル分率４０％以下の架橋ポリオレフィン（系）再生材と、ＪＩＳＫ７２１０に基づく温度１９０℃、荷重２１．１８Ｎの条件で測定されるＭＦＲの値が０．２５以下である高圧ラジカル重合法により製造された低密度ポリエチレンとからなる再生材混合樹脂であって、前記架橋ポリオレフィン（系）再生材の配合量が全樹脂量の６０質量％以下である再生材混合樹脂で形成したことを特徴とする絶縁電線。
架橋ポリオレフィン(系)再生材の配合量が再生材混合樹脂に対して５０質量％を超えることを特徴とする、請求項１または２に記載の絶縁電線。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の絶縁電線を絶縁線心として用いたケーブル。