JP2013041794A - 電線・ケーブルおよび組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】耐摩耗性に優れ、滑性の良好な低摩擦性があり、しかも引張強さなどの機械的強度を有する電線・ケーブルおよび組成物を提供する。
【解決手段】エラストマ１００質量部に対し、補強性充填剤を１０質量部以上１００質量部以下、さらに脂肪酸アマイドを３質量部以上２０質量部以下の範囲で分散させた組成物を、導体又は電線コアの外周に被覆し架橋させたものである。
【選択図】なし

Description

本発明は、しゅう動環境下において低摩擦性に優れた電線・ケーブルおよび組成物に関するものである。

キャブタイヤケーブルなどの電線・ケーブルは、配線・布設時に電線管、ダクトなどの中を通したり、引きずりまわしたりする。また使用時には電線・ケーブル同士や他の部材と接触し、しゅう動させ使用される場合がある。このため電線・ケーブルの被覆材は、耐摩耗性に優れることは勿論のこと、滑性の良好な低摩擦性が要望されている。

耐摩耗性を向上させるには、特許文献１〜３に提案されるようにジエン系ゴムにカーボンブラックを混和すると共に加工性を向上させるために脂肪酸アマイドを加工助剤として加えることがなされている。しかし、微粒のカーボンブラックを添加している特許文献１や、カーボンブラックの添加量が多い特許文献３では、コンパウンドの粘度が著しく高くなるため、押出し成形が難しく、組成物をそのまま電線・ケーブルの被覆材に適用することができない。また、加硫剤として硫黄を使用した特許文献２では、耐熱性に劣るため、電線・ケーブル被覆材用途としては、適用製品が制限されてしまう。

電線・ケーブルの滑性を改善する手法として、被覆材の組成物中に、グラファイト、二硫化モリブデン、４フッ化エチレン樹脂、シリコーン樹脂、滑剤などの固体潤滑剤を混和する方法が一般的であるが、これらを混和すると、引張強さなどの機械的強度の大幅な低下を招くという欠点がある。

特開２００８−２８０４３８号公報 特開２００７−３１４６９７号公報 特開２００７−１０６８９７号公報

そこで、このような欠点を補うため様々な手法が検討されているが、必ずしも十分とは言えない状況にある。例えば混和する固体潤滑剤を微粉化する、シランカップリング剤により表面処理するなどの方法が検討されているが、その効果は十分なものではない。このためこれらの手法では、その利用範囲が制限されることが多かった。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、耐摩耗性に優れ、滑性の良好な低摩擦性があり、しかも引張強さなどの機械的強度を有する電線・ケーブルおよび組成物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、エラストマ１００質量部に対し、補強性充填剤を１０質量部以上１００質量部以下、さらに脂肪酸アマイドを３質量部以上２０質量部以下の範囲で分散させた組成物を、導体又は電線コアの外周に被覆し架橋させたことを特徴とする電線・ケーブルである。

請求項２の発明は、前記補強性充填剤が、カーボンブラック、含水ケイ酸、無水ケイ酸、ワラストナイト、炭素繊維、セルロース繊維のいずれかであり、少なくともこの中から１種類以上を含む請求項１記載の電線・ケーブルである。

請求項３の発明は、前記エラストマがハロゲン元素やニトリル基を有するポリマである請求項１または２記載の電線・ケーブルである。

請求項４の発明は、前記脂肪酸アマイドの重量平均分子量が２５０以上である請求項１〜３いずれかに記載の電線・ケーブルである。

請求項５の発明は、前記脂肪酸アマイドの脂肪酸が不飽和脂肪酸である請求項１〜４いずれかに記載の電線・ケーブルである。

請求項６の発明は、前記エラストマ１００質量部に対し、エポキシ化合物を０．５質量部以上１０質量部以下添加した請求項１〜５いずれかに記載の電線・ケーブルである。

請求項７の発明は、導体又は電線コアの外周に前記組成物を被覆し架橋された被覆材の動的摩擦係数が０．６以下である請求項１〜６いずれかに記載の電線・ケーブルである。

請求項８の発明は、エラストマ１００質量部に対し、補強性充填剤を１０質量部以上１００質量部以下、さらに脂肪酸アマイドを３質量部以上２０質量部以下の範囲で分散させたことを特徴とする組成物である。

請求項９の発明は、前記補強性充填剤がカーボンブラック、含水ケイ酸、無水ケイ酸、ワラストナイト、炭素繊維、セルロース繊維のいずれかであり、少なくともこの中から１種類以上を含む請求項８記載の組成物である。

請求項１０の発明は、前記エラストマがハロゲン元素やニトリル基を有するポリマである請求項８または９記載の組成物である。

請求項１１の発明は、前記脂肪酸アマイドの重量平均分子量が２５０以上である請求項８〜１０いずれかに記載の組成物である。

請求項１２の発明は、前記脂肪酸アマイドの脂肪酸が不飽和脂肪酸である請求項８〜１１いずれかに記載の組成物である。

請求項１３の発明は、前記エラストマ１００質量部に対し、エポキシ化合物を０．５質量部以上１０質量部以下添加した請求項８〜１２いずれかに記載の組成物である。

本発明は、優れた耐摩耗性、低摩擦性引張特性、押出成形性を有し、さらに成形した外観も良好であり、電線・ケーブルの適用および応用範囲を広げる上で大きく貢献するものである。

以下、本発明の好適な一実施の形態を詳述する。

本発明は、エラストマ１００質量部に対し補強性充填剤を１０質量部以上１００質量部以下、さらに脂肪酸アマイドを３質量部以上２０質量部以下の範囲で分散させた組成物を、導体又は電線コアの外周に被覆し、これを架橋させた電線・ケーブルであり、これにより耐摩耗性および低摩擦性を付与することが可能となることを見出し、本発明に至った。

エラストマとしては、エチレンプロピレンゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、ふっ素ゴム、シリコーンゴム、スチレンブタジエンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレンなどのゴム系被覆材が挙げられ、これらを単独あるいは２種以上をブレンドして用いてもよい。この中でも特にクロロプレンゴム、ニトリルゴム、ふっ素ゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレンに代表されるハロゲン元素やニトリル基を有するエラストマは耐摩耗性に優れ、電線・ケーブルを保護するシース材料として有用である。なお、これらの改質を目的に、ポリエチレン、エチレン酢酸ビニルコポリマ、エチレンエチルアクリレートコポリマなどのプラスチックをブレンドすることも可能である。

補強性充填剤としては、カーボンブラック、含水ケイ酸、無水ケイ酸、含水ケイ酸マグネシウム、含水ケイ酸アルミニウム、ワラストナイト（珪灰石）に代表されるパウダおよび炭素繊維、セルロース繊維、ＣＮＴ（カーボンナノチューブ）などの繊維が挙げられる。この中でも特にカーボンブラック、含水ケイ酸、無水ケイ酸、ワラストナイト、炭素繊維、セルロース繊維が耐摩耗性および引張特性を高レベルで付与でき、有効である。これらを無処理のまま混和するか、またはエラストマとの親和性を向上させるため必要に応じシランカップリング剤、チタネートカップリング剤、脂肪酸などの表面処理剤で表面処理したものを用いることも可能である。

これらの補強性充填剤は単独あるいは２種類以上の補強性充填剤を併用することが可能である。

補強性充填剤をポリマ中に分散させることで、これらがポリマと物理的に結合することで、被覆材の機械的強度を向上させるものである。

補強性充填剤は、エラストマ１００質量部に対し、１０質量部以上１００質量部以下の範囲で混和する。限定値未満では混和による補強性が期待できず、また限定値を越えると成形加工性を著しく低下させる。

脂肪酸アマイドとしては、オレイン酸アマイド、ジオレイン酸アマイド、エチレンビスオレイン酸アマイド、ガドレン酸アマイド、ジガドレン酸アマイド、エルシンサン酸アマイド（エルカ酸アマイド）、リノール酸アマイド、ジリノール酸アマイドなどが代表的なものである。

脂肪酸アマイドは、エラストマ１００質量部に対し、３質量部以上２０質量部以下の範囲で添加する。

限定値未満では期待する滑性の著しい効果が得られにくく、また限定値を越えると耐摩耗性や引張特性などの機械特性が大幅に低下し、表面にブリードアウトすることにより表面のべたつきや白化などを生じ外観不良となる。

脂肪酸アマイドのこのような効果発現の機構については明確ではないが、アマイドの水素結合により網目構造を形成することが知られており、これにより材料表面の滑性を大幅に向上させるものと推察している。脂肪酸アマイドは重量平均分子量が２５０以上のものが望ましく、分子量がこれより低いものは表面にブリードアウトしやすく、表面のべたつきや白化などによる外観不良を生じやすい。脂肪酸アマイドの脂肪酸としては、不飽和脂肪酸が高滑性付与の点から望ましい。この理由は明白ではないが、飽和脂肪酸は分子が直鎖型であるのに対し、不飽和型は分子が折れ曲がった構造を取ることによる立体構造が関係している可能性がある。

本発明では、上記組成に、さらにエポキシ化合物をエラストマ１００質量部に対し、０．５質量部以上１０質量部以下添加することが望ましい。エポキシ化合物を添加することにより、長期間に亘り低摩擦化を保持することが可能となる。これはエポキシと脂肪酸アマイドが架橋工程時に反応し、両者間で化学的結合が形成され低摩擦化効果を長時間に亘り発現するためと推察している。

エポキシ化合物としては、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、多官能エポキシ樹脂、可撓性エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、ビスフェニル型エポキシ樹脂などが挙げられ、これらを単独もしくは２種以上を併用することも可能である。具体的な製品の一例としては、ビスフェノールＡタイプのエピコート８２８（油化シェルエポキシ社製）やエポン８２８（シェル化学社製）などが挙げられる。

さらに、上記組成に、酸化亜鉛、酸化マグネシウムなどの難燃剤、炭酸カルシウムなどの充填剤、三酸化アンチモンなどの難燃助剤、ジクミルパーオキサイド、硫黄などの架橋助剤、フェニル−イソプロピルフェニレンジアミン、ビスフェノール系などの酸化防止剤、ジベンゾチアジルジスフィド、テトラメチルチウラムジスルフィド、ジオクチルフタレート、塩素化パラフィン、ナフテン系プロセスオイルなどの可塑剤を加えることができる。

またこの他に、安定剤、補強剤、着色剤、軟化剤などの配合剤を適宜加えることも可能である。

これらから成る組成物を、導体あるいは電線コア上に押出被覆後、その被覆材を、飽和水蒸気、過熱水蒸気、熱風、遠赤外、溶融塩、電子線などにより架橋させる。

本発明で用いる上記のエラストマにこれらを分散させた組成物は、架橋し成形体としたときに耐摩耗性に優れたものとなる。

本発明では動摩擦係数（以下、動摩擦係数を単に摩擦係数と総称する）は、０．６以下にすることが好ましい。通常、エラストマとして前述したエチレンプロピレンゴム、ブチルゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴムなどは摩擦係数が高く、１を越え滑性に劣るものである。これに対し、本発明では上記配合処方を用いることにより、摩擦係数の大幅な低減が可能となり、具体的には０．６以下とすることができる。

摩擦係数の評価は、種々提案されているが、本発明ではＪＩＳ Ｋ７１２５に準じ、新東科学（株）の表面性測定機（装置：ヘイドン１４ＦＷ）により行う。測定条件は、荷重２００ｇ、移動速度５０ｍｍ／分、雰囲気：大気中、２４℃とし、同種同士の滑り性を評価し、測定１０秒間で最低の動摩擦係数を摩擦係数とする。なお、試験片の表面平滑性は平均粗さＲａで０．２±０．１μｍに調整したものを用いる。

以下に本発明の実施例と比較例を併せて説明する。

表１に示した配合組成に従い９０℃に保持した熱ロールで配合剤を５分間混合後、熱プレスにより１２０℃×３分、プレス圧１０ＭＰａの条件で厚さ２ｍｍ、縦１５０ｍｍ、横１００ｍｍの成形シートを作製した。このシートを１．３ＭＰａの水蒸気に３分間接触させることにより架橋し、評価用サンプルとした。

評価項目としては摩擦係数、耐摩耗性のしゅう動特性、引張特性および外観評価を行った。

加工性については熱ロールで混合した未架橋シートを用い、評価した。
これらの詳細な評価方法について、説明する。

（１）摩擦係数
前述した通りＪＩＳ Ｋ７１２５に準じ、新東科学（株）の表面性測定機（装置：ヘイドン１４ＦＷ）により行った。測定条件は、荷重２００ｇ、移動速度５０ｍｍ／分、雰囲気：大気中、２４℃とし、同種同士の滑り性を評価し、測定１０秒間で最低の動摩擦係数を摩擦係数とし、０．６以下を合格とした。なお、試験片の表面平滑性は平均粗さＲａで０．２±０．１μｍとした。

（２）耐摩耗性
試験にはスラスト摩耗試験装置を使用した。ＪＩＳ Ｋ７２１８に準じ、シートサンプルを４０ｍｍ角，厚さ２ｍｍに裁断し試験片とし、相手材にはＳＵＳ３０４製の円筒リング（外径２５．６ｍｍ，内径２０．６ｍｍ、表面粗さＲａ＝０．２μｍ）を用いた。この円筒リングとシートサンプルをしゅう動させ、摩耗試験を行った。面圧０．１ＭＰａ、周速３０ｍ／分、測定時間３０分、雰囲気はドライ中で、温度は常温とした。試験後、質量を測定し、質量変化から比摩耗量を算出した。この方法により各２点測定を行い、その算術平均を示し、１００以下を合格とした。

（３）引張特性
架橋シートからＪＩＳ Ｋ６２５１記載のダンベル状４号形試験片を切り取り、これを用いショッパ引張試験機により２０℃の雰囲気下、引張速度５００ｍｍ／分で引張試験を行った。各サンプルについて５点測定し、その算術平均を求めた。

（４）ムーニ粘度
ＪＩＳ Ｋ６３００に準じ、Ｌ型ロータを用い１３０℃で測定し、その時の最低粘度をムーニ粘度とした。

（５）押出加工性
押出加工性の評価は、（株）東洋精機のラボプラストミル押出機を用い行った。本体３０Ｃ１５０、フルフライトスクリュの径φ２０、Ｌ／Ｄ＝２５を使用し、ダイスφ５ｍｍ、ダイス設定温度９０℃、スクリュ回転数２０ｒｐｍで棒状に押し出した。その押出時の圧力を測定し、圧力５０ＭＰａ以下を押出加工性良好とした。圧力が５０ＭＰａを越えるものは押出圧力が非常に高く押出成形が不可であり、押出加工性が悪いと判断した。

（６）外観
水蒸気架橋したシート全体をアルミホイルに包み、２０℃で７日間放置後、シート表面を目視で観察し白化状態を調べた。白化のないものを良好、白化が認められるものを不良とした。

実施例１〜６は、いずれも摩擦係数が０．６以下と低く、比摩耗量も小さく耐摩耗性に優れる。また引張特性は、例えば電気用品のクロロプレンゴム規格である引張強さ１０ＭＰａ以上、伸び３００％以上を十分満足する。ムーニ粘度も低く押出加工性に優れ、さらに水蒸気架橋後、シート表面に白化も見られず、外観も良好である。

これに対し、比較例１は、脂肪酸アマイドの添加量が限定値（３質量部）未満であり、摩擦係数が１を越え非常に大きく、比較例２は、脂肪酸アマイドの添加量が限定値（２０質量部）を越えるため、比摩耗量が大きく耐摩耗性に劣り、シート表面に白化を生じ外観不良となる。

また、比較例３は、補強性充填剤の混和量が限定値（５質量部）未満であり、耐摩耗性が劣り、比較例４は、補強性充填剤の混和量が限定値（１００質量部）を越えるため、ムーニ粘度から分かるように溶融粘度が大幅に上昇し、押出成形が不可となる。

さらに比較例５は、脂肪酸アマイド以外のオレイン酸を滑剤を添加したもので摩擦係数が高く、シート表面に白化物が析出し外観不良となる。

以上より、補強性充填剤の混和量は、エラストマ１００質量部に対して、１０質量部以上１００質量部以下、脂肪酸アマイドの混和量は３質量部以上２０質量部以下がよい。

Claims (13)

1. エラストマ１００質量部に対し、補強性充填剤を１０質量部以上１００質量部以下、さらに脂肪酸アマイドを３質量部以上２０質量部以下の範囲で分散させた組成物を、導体又は電線コアの外周に被覆し架橋させたことを特徴とする電線・ケーブル。
2. 前記補強性充填剤が、カーボンブラック、含水ケイ酸、無水ケイ酸、ワラストナイト、炭素繊維、セルロース繊維のいずれかであり、少なくともこの中から１種類以上を含む請求項１記載の電線・ケーブル。
3. 前記エラストマがハロゲン元素やニトリル基を有するポリマである請求項１または２記載の電線・ケーブル。
4. 前記脂肪酸アマイドの重量平均分子量が２５０以上である請求項１〜３いずれかに記載の電線・ケーブル。
5. 前記脂肪酸アマイドの脂肪酸が不飽和脂肪酸である請求項１〜４いずれかに記載の電線・ケーブル。
6. 前記エラストマ１００質量部に対し、エポキシ化合物を０．５質量部以上１０質量部以下添加した請求項１〜５いずれかに記載の電線・ケーブル。
7. 導体又は電線コアの外周に前記組成物を被覆し架橋された被覆材の動的摩擦係数が０．６以下である請求項１〜６いずれかに記載の電線・ケーブル。
8. エラストマ１００質量部に対し、補強性充填剤を１０質量部以上１００質量部以下、さらに脂肪酸アマイドを３質量部以上２０質量部以下の範囲で分散させたことを特徴とする組成物。
9. 前記補強性充填剤がカーボンブラック、含水ケイ酸、無水ケイ酸、ワラストナイト、炭素繊維、セルロース繊維のいずれかであり、少なくともこの中から１種類以上を含む請求項８記載の組成物。
10. 前記エラストマがハロゲン元素やニトリル基を有するポリマである請求項８または９記載の組成物。
11. 前記脂肪酸アマイドの重量平均分子量が２５０以上である請求項８〜１０いずれかに記載の組成物。
12. 前記脂肪酸アマイドの脂肪酸が不飽和脂肪酸である請求項８〜１１いずれかに記載の組成物。
13. 前記エラストマ１００質量部に対し、エポキシ化合物を０．５質量部以上１０質量部以下添加した請求項８〜１２いずれかに記載の組成物。