JP2014191907A - 非ハロゲン鉄道車両用特別高圧ケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】機械特性、耐老化性、耐油性、低温特性、難燃性、安全性に優れる非ハロゲン鉄道車両用特別高圧ケーブルを提供する。
【解決手段】シース層は、ＪＩＳＣ３００５に準拠した試験における、引張強さが８ＭＰａ以上、破断伸びが２００％以上、１００℃で１６８時間の加熱後の引張強さ残率が７０％以上、破断伸び残率が６０％以上、１００℃のＩＲＭ９０２号油に２４時間浸漬後の引張強さ残率及び破断伸び残率がそれぞれ６０％以上であり、−４０℃で１０分間の冷却後の破断伸びが１００％以上、かつ−５０℃で１０分間の冷却後の破断伸びが３０％以上であり、ＢＳ６８５３に準拠した垂直燃焼試験における炭化長が２．５ｍ以下であるエチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）を主成分としたオレフィン系ポリマに金属水酸化物及び架橋剤を含有し、架橋されている樹脂材料からなっていることを特徴とする非ハロゲン鉄道車両用特別高圧ケーブル。
【選択図】図１

Description

本発明は機械特性、耐老化性、耐油性、低温特性、難燃性、安全性に優れる非ハロゲン鉄道車両用特別高圧ケーブルに関するものである。

高速鉄道車両においては走行速度の向上のため、高電圧の電力を架線からパンタグラフを介して車両内に取り込む必要があり、鉄道車両用特別高圧ケーブルが使用されている。

具体的には、パンタグラフと車両床下部に設置されたトランスとを結ぶ引き通しケーブルと車両間を繋ぎ電力を供給する車両渡りケーブルがある。

この種の鉄道車両用特別高圧ケーブルは、電気特性はもちろんのこと、外傷や摩耗などに対する機械的特性、耐老化性・耐油性などの耐環境性、難燃性も要求される。また、寒冷地における用途もあるため低温特性にも優れることが求められる。

そのため、従来から上記特性に優れるシース材料としてクロロプレンゴムが使用され、かかる特別高圧ケーブルが実用化されてきた。

しかし、上記クロロプレンゴムを使用した特別高圧ケーブルは火災時に不燃性のハロゲン系ガスを大量に発生させ、それによりケーブルの周囲における酸素を遮断し燃焼を防止しようとするものであり、十分な難燃性は発揮するものの、その際に発生するハロゲン系ガスなどは有毒なものが多く、有毒ガスを含んだ煙を大量に発生させてしまう欠点がある。

そこで、上記クロロプレンゴムに代えて、ポリオレフィン系樹脂に水酸化マグネシウムや水酸化アルミニウム等の金属水酸化物を難燃剤として混和し、火災時の安全性を重視した非ハロゲン鉄道車両用特別高圧ケーブルが望まれている。

これまで、高難燃性の非ハロゲン樹脂組成物を電線、ケーブルに適用するために、金属水酸化物のみでは十分な難燃性と優れた機械特性を両立することが困難なため、難燃助剤として赤リンなどのリン含有難燃剤を添加する方法（特許文献１〜３）や、ベースポリマに酢酸ビニル含有量の高いエチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）を用い、メラミンシアヌレートなどの１，３，５−トリアジン誘導体を添加する方法（特許文献４〜６）が開示されている。

特開２００２−４２５７４号公報 特開２００２−４２５７５号公報 特開２００３−１１３２７６号公報 特許第３６３２７３５号公報 特許第４３９８５５２号公報 特開２００５−２００５７４号公報

しかしながら、難燃助剤としてリン含有難燃剤や１，３，５−トリアジン誘導体を添加すると十分な難燃性は得られるものの、燃焼時に有毒のホスフィン（ＰＨ３）や窒素酸化物、シアン化水素を発生させるため、火災時の安全性が要求される非ハロゲン鉄道車両用特別高圧ケーブルには適当ではない。

従って、本発明の目的は、機械特性、耐老化性、耐油性、低温特性、難燃性、安全性に優れる非ハロゲン鉄道車両用特別高圧ケーブル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、撚線導体と、これを覆う内部半導電層と、この内部半導電層の外周に絶縁層を介して外部半導電層と、その外周にシース層を備えた非ハロゲン鉄道車両用特別高圧ケーブルにおいて、前記シース層は、酢酸ビニル含有量が４０ｗｔ％以上５０ｗｔ％未満で、メルトフローレート（ＭＦＲ）が２．５ｇ／１０ｍｉｎ以下のエチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）を主成分としたオレフィン系ポリマ１００重量部に対して、金属水酸化物を８０〜２００重量部、及び架橋剤を０．５〜１０重量部含有し、架橋されており、ＪＩＳＣ３００５に準拠した試験における、引張強さが８ＭＰａ以上、破断伸びが２００％以上、１００℃で１６８時間の加熱後の引張強さ残率が７０％以上、破断伸び残率が６０％以上、１００℃のＩＲＭ９０２号油に２４時間浸漬後の引張強さ残率及び破断伸び残率がそれぞれ６０％以上であり、−４０℃で１０分間の冷却後の破断伸びが１００％以上、かつ−５０℃で１０分間の冷却後の破断伸びが３０％以上であり、ＢＳ６８５３に準拠した垂直燃焼試験における炭化長が２．５ｍ以下であることを特徴とする非ハロゲン鉄道車両用特別高圧ケーブルである。

請求項２の発明は、上記架橋剤が１，１−ジ(ｔ−ブチルパーオキシ）シクロヘキサン、ビス（１−メチル−１−フェニルエチル）＝ペルオキシド、１，３−ジ（ｔ−ブチルパーオキシイソプロピル）ベンゼン、１，３−ビス（２−ｔ−ブチルパーオキシイソプロピル)ベンゼンの中から選ばれる少なくとも１種である請求項１に記載の非ハロゲン鉄道車両用特別高圧ケーブルである。

請求項３の発明は、上記絶縁層にエチレンプロピレンゴム(ＥＰＲ)、エチレンブテンゴム、エチレンヘキセンゴム、エチレンオクテンゴムあるいは架橋ポリエチレンを用いたことを特徴とする請求項１又は２に記載の非ハロゲン鉄道車両用特別高圧ケーブルである。

本発明によれば、機械特性、耐老化性、耐油性、低温特性、難燃性、安全性に優れる非ハロゲン鉄道車両用特別高圧ケーブルが得られる。

本発明の一実施形態に係る鉄道車両用特別高圧ケーブルの断面図である。

本発明は、撚線導体と、これを覆う内部半導電層と、この内部半導電層の外周に絶縁層を介して外部半導電層と、その外周にシース層を備えた非ハロゲン鉄道車両用特別高圧ケーブルにおいて、ＪＩＳＣ３００５に準拠した試験における、引張強さが８ＭＰａ以上、破断伸びが２００％以上、１００℃で１６８時間の加熱後の引張強さ残率が７０％以上、破断伸び残率が６０％以上、１００℃のＩＲＭ９０２号油に２４時間浸漬後の引張強さ残率及び破断伸び残率がそれぞれ６０％以上であり、−４０℃で１０分間の冷却後の破断伸びが１００％以上、かつ−５０℃で１０分間の冷却後の破断伸びが３０％以上であり、ＢＳ６８５３に準拠した垂直燃焼試験における炭化長が２．５ｍ以下を実現した非ハロゲン鉄道車両用特別高圧ケーブルを提供するものである。

そのため、本発明の非ハロゲン鉄道車両用特別高圧ケーブルのシース層に用いられる具体的な樹脂組成として、酢酸ビニル含有量が４０ｗｔ％以上５０ｗｔ％未満で、メルトフローレート（ＭＦＲ）が２．５ｇ／１０ｍｉｎ以下のエチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）を主成分としたオレフィン系ポリマ１００重量部に対して、金属水酸化物を８０〜２００重量部、及び架橋剤を０．５〜１０重量部含有し、架橋されたものを用いた。

なお、ここでいう主成分とは、２種類のポリマをブレンドする場合には、オレフィン系ポリマに対して５０重量％以上を占める成分のことをいい、３種類のポリマをブレンドする場合には全体の３分の１以上を占める成分のことをいう。

以下に、本発明の一実施形態に係る非ハロゲン鉄道車両用特別高圧ケーブルについて説明する。

本実施形態のシース層に用いる樹脂組成物は、酢酸ビニル含有量が４０ｗｔ％以上５０ｗｔ％未満で、メルトフローレート（ＭＦＲ）が０．１〜２．５ｇ／１０ｍｉｎのエチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）を主成分としたオレフィン系ポリマ１００重量部に対して、金属水酸化物を８０〜２００重量部、及び架橋剤を０．５〜１０重量部含有し、架橋されたものを用いた。

本発明に用いるエチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）は、酢酸ビニル含有量が４０ｗｔ％以上５０ｗｔ％未満で、メルトフローレート（ＭＦＲ）が０．１〜２．５ｇ／１０ｍｉｎのものを用い、これを単独、もしくは他のポリオレフィン系樹脂と混合して用いる。

ここで、エチレン−酢酸ビニル共重合体を用いるのは難燃性を向上させ、十分な耐油性を得るためである。またエチレン−酢酸ビニル共重合体の酢酸ビニル含有量を４０ｗｔ％以上５０ｗｔ％未満で、メルトフローレートを０．１〜２．５ｇ／１０ｍｉｎとしたのは、４０ｗｔ％未満の含有量では極性が小さいため十分な耐油性が得られず、５０ｗｔ％以上の含有量ではガラス転移温度が高くなるために低温における柔軟性が低下し低温特性に劣るためである。また、ＭＦＲが２．５ｇ／１０ｍｉｎより大きいポリマでは引張強さ等の特性低下が顕著になるからである。なお、ここにメルトフローレートの測定はＪＩＳ Ｋ ６９２４に基づいて、１９０℃、２．１６ｋｇの荷重で測定した際の値である。０．１ｇ／１０ｍｉｎ以上に制限する理由は、これよりも粘性が高いと押出性が低下するためである。

エチレン−酢酸ビニル共重合体と混合する他のエチレン系共重合体やポリオレフィン系樹脂としては、低密度、中密度、及び高密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、直鎖状超低密度ポリエチレン、αオレフィンコポリマー、エチレン−メチルメタクリレート共重合体、エチレン−メチルアクリレート共重合体、エチレン−エチルアクリレート共重合体、エチレン−スチレン共重合体、エチレン−無水マレイン酸共重合体、マレイン酸グラフト直鎖状低密度ポリエチレン等が挙げられる。これらは、１種、又は２種以上混合して使用できる。また、フィラの密着性向上のため、マレイン酸などで変性処理したものも適用可能である。

ポリマに添加する金属水酸化物としては、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウムなどの金属水酸化物が挙げられる。これらは、単独又は２種以上を併用しても良い。また、これらの金属水酸化物は、シランカップリング剤、チタネート系カップリング剤、ステアリン酸塩やステアリン酸カルシウム等の脂肪酸又は、脂肪酸金属塩等によって表面処理されているものを用いても差し支えない。また、他の金属水酸化物を適量加えても良い。

本発明において、オレフィン系ポリマ１００重量部に対する金属水酸化物の添加量は、８０重量部以上２００重量部以下であり、添加量が８０重量部より少ないと十分な難燃性が得られず、２００重量部より多いと機械特性が著しく低下する。

またポリマに添加する架橋剤としては、１，１−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）シクロヘキサン、ビス（１−メチル−１−フェニルエチル）＝ペルオキシド、１，３−ジ（ｔ−ブチルパーオキシイソプロピル）ベンゼン、１，３−ビス（２−ｔ−ブチルパーオキシイソプロピル）ベンゼン等が挙げられる。これらは複数を添加することも可能である。

本発明において、架橋剤は、オレフィン系ポリマ１００重量部に対して０．５〜１０重量部であり、添加量が０．５重量部より少ないと十分な架橋効果が得られず引張強さが不足し、１０重量部より多いと破断伸びが不十分となる。

本発明において、ケーブルの内部絶縁体にはエチレンプロピレンゴム(ＥＰＲ)、エチレンブテンゴム、エチレンヘキセンゴム、エチレンオクテンゴムあるいは架橋ポリエチレンを用いることができる。中でも耐コロナ性、可とう性に優れるＥＰＲが最適である。

本発明の非ハロゲン鉄道車両用特別高圧ケーブルの製造方法においては、シース被覆後に１４５℃で６０分間シース材料を架橋させることが望ましい。

また、シース材料には必要に応じて酸化防止剤、滑剤、軟化剤、可塑剤、無機充填剤、相溶化剤、安定剤、カーボンブラック、着色剤等の添加剤を加えることが可能である。

本発明の非ハロゲン鉄道車両用特別高圧ケーブルの例を図１で説明する。

図１は、錫めっき銅導体１に内部半導電層２を巻き付け、絶縁体３を被覆して絶縁層を形成し、その上に外部半導電層４、遮へい層５を設け、押えテープ６を施し、最外層をシース層７として押出し被覆したケーブルを示す図であり、シース層７を本発明の非ハロゲン樹脂組成物により作製する。

非ハロゲン鉄道車両用特別高圧ケーブルは、以下のように作製した。

内部半導電層を巻いた錫めっき銅導体に内部絶縁樹脂(ＥＰＲ)を被覆し、内部絶縁樹脂を１．８ＭＰａで１分間スチーム架橋した。その後、外部半導電層(外導テープ)、遮へい層(編組)、押えテープを順次巻きつけた後、表１（実施例１〜６）、表２（比較例１〜６）に示した配合割合で各種成分を配合し、加圧ニーダによって開始温度４０℃、終了温度１４０℃で混練後、混練物をペレットにし、これを図１に示すケーブルのシース材料として、厚さ３ｍｍで、設定９０℃で押出して被覆してシース層を形成した。最後に、シース層の上から鉛を被覆し、１４５℃で６０分間加熱してシース材料を架橋させた。

ケーブルの評価は以下に示す方法により判定した。

機械特性、耐老化性、耐油性、低温特性の評価は作製したケーブルより、絶縁体とシースをサンプリングし、厚さ１ｍｍのシートに切削加工して行った。難燃性はケーブルのまま評価を実施した。

機械特性、耐老化性、耐油性はＪＩＳ Ｃ ３００５、低温特性はＪＩＳ Ｃ ３６６０、難燃性はＢＳ６８５３に準拠して評価した。シースの特性は、引張強さ８ＭＰａ以上、破断伸び２００％以上、老化特性は恒温槽内において１００℃、１６８時間加熱し、引張強さの残率が７０％以上、破断伸びの残率が６０％以上、耐油性はＩＲＭ９０２号油を試験油とし１００℃、２４時間浸漬させ、引張強さおよび破断伸びの残率が６０％以上、低温特性はチャンバー内において−４０℃あるいは−５０℃、１０分間冷却し、破断伸びがそれぞれ１００％以上、３０％以上であるものを合格とした。

難燃性はＢＳ ６８５３に準拠して垂直燃焼試験(１条布設)を行い、炭化長２．５ｍ以下を合格(○)とした。

本発明の樹脂組成物を用いて製造した実施例を表１に、また上記と同様にして作製した比較例を表２に示す。

表１に示すように、本発明における実施例１〜６においては、いずれも機械特性、耐老化性、耐油性、低温特性、難燃性に優れている。しかも、難燃助剤としてリン含有難燃剤や１，３，５−トリアジン誘導体を添加しないため、燃焼時に有毒のホスフィン（ＰＨ３）や窒素酸化物、シアン化水素を発生させることがなく、安全性にも優れている。

このように本発明の実施例に係る非ハロゲン鉄道車両用特別高圧ケーブルは、機械特性、難燃性、耐老化性、耐油性を保持しつつ、難燃助剤としてリン含有難燃剤や１，３，５−トリアジン誘導体を添加していないため、燃焼時に有毒のホスフィン（ＰＨ３）や窒素酸化物、シアン化水素を発生させることがなく、安全性にも優れている。しかも、優れた低温特性を示すため、寒冷地の使用においても十分な信頼性を有する。

一方、酢酸ビニル含有量が本発明の規定より少ない比較例１では、極性が小さい為に耐油性が不十分である。酢酸ビニル含有量が本発明の規定より多い比較例２では、ガラス転移温度が高い為に低温における柔軟性に劣り低温特性が不十分である。金属水酸化物の添加量が規定量を下回る比較例３においては難燃性が不十分であり、規定量を上回る比較例４では機械特性、低温特性が不十分である。架橋剤の添加量が規定量を下回る比較例５においては引張強さ、低温特性が不十分であり、規定量を上回る比較例６では破断伸びが不十分である。また、規定値よりもメルトフローレートの大きいエチレン−酢酸ビニル共重合体を主成分として用いる比較例７では機械特性が不十分である。

以上見てきたように、本発明の非ハロゲン鉄道車両用特別高圧ケーブルは優れた機械特性、耐老化性、耐油性、低温特性、安全性を有しており、その工業的な有用性は極めて高いと考えられる。

１ 錫めっき銅導体
２ 内部半導電層
３ 絶縁体
４ 外部半導電層
５ 遮へい層
６ 押えテープ
７ シース層

Claims (3)

1. 撚線導体と、これを覆う内部半導電層と、この内部半導電層の外周に絶縁層を介して外部半導電層と、その外周にシース層を備えた非ハロゲン鉄道車両用特別高圧ケーブルにおいて、
   前記シース層は、酢酸ビニル含有量が４０ｗｔ％以上５０ｗｔ％未満で、メルトフローレート（ＭＦＲ）が２．５ｇ／１０ｍｉｎ以下のエチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）を主成分としたオレフィン系ポリマ１００重量部に対して、金属水酸化物を８０〜２００重量部、及び架橋剤を０．５〜１０重量部含有し、架橋されており、ＪＩＳＣ３００５に準拠した試験における、引張強さが８ＭＰａ以上、破断伸びが２００％以上、１００℃で１６８時間の加熱後の引張強さ残率が７０％以上、破断伸び残率が６０％以上、１００℃のＩＲＭ９０２号油に２４時間浸漬後の引張強さ残率及び破断伸び残率がそれぞれ６０％以上であり、−４０℃で１０分間の冷却後の破断伸びが１００％以上、かつ−５０℃で１０分間の冷却後の破断伸びが３０％以上であり、ＢＳ６８５３に準拠した垂直燃焼試験における炭化長が２．５ｍ以下であることを特徴とする非ハロゲン鉄道車両用特別高圧ケーブル。
2. 上記架橋剤が１，１−ジ(ｔ−ブチルパーオキシ）シクロヘキサン、ビス（１−メチル−１−フェニルエチル）＝ペルオキシド、１，３−ジ（ｔ−ブチルパーオキシイソプロピル）ベンゼン、１，３−ビス（２−ｔ−ブチルパーオキシイソプロピル）ベンゼンの中から選ばれる少なくとも１種である請求項１記載の非ハロゲン鉄道車両用特別高圧ケーブル。
3. 上記絶縁層にエチレンプロピレンゴム(ＥＰＲ)、エチレンブテンゴム、エチレンヘキセンゴム、エチレンオクテンゴムあるいは架橋ポリエチレンを用いたことを特徴とする請求項１又は２に記載の非ハロゲン鉄道車両用特別高圧ケーブル。

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