JP2018041698A - 絶縁電線およびケーブル - Google Patents
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Abstract
Description
導体と、前記導体の外周に設けられる絶縁層と、を備え、
前記絶縁層は、前記導体側に位置する内層と、前記内層の外周に設けられる外層とを有し、
前記内層は、主鎖に芳香環を有し、窒素原子を含まない熱可塑性樹脂(a1)を含むベースポリマ(A)を含有するノンハロゲン樹脂組成物から形成され、
前記外層は、ポリオレフィン成分を含むベースポリマ(B)とノンハロゲン難燃剤とを含むノンハロゲン難燃性樹脂組成物を架橋させた架橋物から形成され、
前記内層の厚さが0.03mm以上であって前記絶縁層の厚さの70%以下である、絶縁電線が提供される。
導体の外周に絶縁層が設けられた絶縁電線を含むコアと、
前記コアの外周に設けられるシースと、を備え、
前記絶縁層は、前記導体側に位置する内層と、前記内層の外周に設けられる外層とを有し、
前記内層は、主鎖に芳香環を有し、窒素原子を含まない熱可塑性樹脂(a1)を含むベースポリマ(A)を含有するノンハロゲン樹脂組成物から形成され、
前記外層は、ポリオレフィン成分を含むベースポリマ(B)とノンハロゲン難燃剤とを含むノンハロゲン難燃性樹脂組成物を架橋させた架橋物から形成され、
前記内層の厚さが0.03mm以上であって前記絶縁層の厚さの70%以下である、ケーブルが提供される。
以下、本発明の一実施形態に係る絶縁電線について図面を用いて説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る絶縁電線の長さ方向に垂直な断面図である。なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
導体11としては、通常用いられる金属線、例えば銅線、銅合金線の他、アルミニウム線、金線、銀線などを用いることができる。また、金属線の外周に錫やニッケルなどの金属めっきを施したものを用いてもよい。さらに、金属線を撚り合わせた集合撚り導体を用いることもできる。
上述したように、ポリオレフィン成分を用いて絶縁層を形成する際に、所望の機械特性(例えば耐摩耗性やカットスルー特性など)を得る観点からは架橋度を高くする必要がある。しかし、ポリオレフィン成分を架橋度が高くなるように架橋させると、絶縁層が塑性変形しにくくなり、電線加工性が低くなってしまう。このことから、本実施形態では、絶縁層12を、架橋により塑性変形しにくくなるポリオレフィン成分のみで形成するのではなく、ポリオレフィン成分と比べて架橋させても塑性変形しやすく電線加工性を損ねない、主鎖に芳香環を有する熱可塑性樹脂を用いて形成する。具体的には、絶縁層12を内層13および外層14を有する積層構造とし、その内層13を主鎖に芳香環を有する熱可塑性樹脂で形成し、外層14をポリオレフィン成分で形成する。また、絶縁層12の燃焼時にシアンガスなどの有毒ガスが発生しないように、上記熱可塑性樹脂としては、窒素原子を含まないものを用いる。これにより、絶縁層12の表面を架橋度が高くなるようにして耐摩耗性などの機械特性を高くしつつ、絶縁層12の内部を塑性変形しやすくして電線加工性を維持することができる。また、内層13を窒素原子を含まない熱可塑性樹脂で形成することで、絶縁層12の燃焼時に有毒ガスが発生することを抑制できる。しかも、絶縁層12における外層14を形成するポリオレフィン成分にはノンハロゲン難燃剤を多く配合することができるので、所望の高い難燃性を得ることができる。このように絶縁層12を形成することにより、絶縁層12において、燃焼による有毒ガスの発生を抑制しつつ、難燃性、機械特性および電線加工性を高い水準でバランスよく得ることができる。
内層13は、導体11の外周に設けられている。内層13は、主鎖に芳香環を有し、窒素原子を含まない熱可塑性樹脂(a1)を含むベースポリマ(A)を含有するノンハロゲン樹脂組成物から形成される。例えば、ノンハロゲン樹脂組成物を導体11の外周に押し出して成形することにより形成される。内層13は熱可塑性樹脂(a1)で形成されることで、塑性変形しやすく、絶縁層12の電線加工性を維持することができる。なお、熱可塑性樹脂(a1)は架橋させても塑性変形しやすいので、内層13は架橋させてもよく、ノンハロゲン樹脂組成物を架橋させた架橋物から形成されてもよい。また、本実施形態では、内層13は難燃性に優れる外層14で被覆されるとともに、外層14の厚さを絶縁層12の厚さに対して所定の比率として所望の難燃性を維持するようにしているので、内層13には難燃剤を配合しなくてもよい。
内層13の外周には外層14が設けられている。外層14は、ポリオレフィン成分を含むベースポリマ(B)とノンハロゲン難燃剤とを含むノンハロゲン難燃性樹脂組成物を架橋させた架橋物から形成される。例えば、ノンハロゲン難燃性樹脂組成物を内層13の外周に押し出して成形し架橋させることにより形成される。外層14は、ポリオレフィン成分を架橋させて形成されており、耐摩耗性やカットスルー特性などの機械特性に優れている。また、外層14はノンハロゲン難燃剤を多く含有するため難燃性に優れている。また、ポリオレフィン成分から形成される外層14は、内層13と同様に窒素原子を含まないので、燃焼時に有毒ガスを発生させない。なお、外層14は、架橋によりゴム弾性が大きく、塑性変形しにくいので、絶縁電線1の電線加工性を損ねるおそれがあるが、本実施形態では、後述するように絶縁層12の一部として厚さが薄くなるように形成されているため、電線加工性を大きく損ねることがない。
上述したように、内層13は、塑性変形しやすいので絶縁電線1の電線加工性に寄与するが、多くのノンハロゲン難燃剤を配合する外層14に比べて難燃性が低く、絶縁層12の難燃性を低下させるおそれがある。一方、外層14は、絶縁層12の機械特性および難燃性に寄与するが、塑性変形しにくいため電線加工性を低下させるおそれがある。本実施形態では、絶縁層12を内層13および外層14で構成するとともに、内層13の厚さを0.03mm以上であって、絶縁層12の厚さの70%以下とする。内層13の厚さを0.03mm以上とすることで、絶縁層12の塑性変形のしやすさを大きく損なうことなく、電線加工性を維持することができる。また、内層13の厚さを絶縁層12の厚さの70%以下とすることで、難燃性、機械特性および電線加工性を高い水準でバランスよく得ることができる。さらに、内層13および外層14はともに窒素原子を含まないので、燃焼時に有毒なガスを発生させない。なお、絶縁層12の厚さは、内層13および外層14の合計の厚さに対応する。
次に、上述した絶縁電線1の製造方法について説明する。
次に、上述した絶縁電線1を備えるケーブルについて説明する。
・高密度ポリエチレン(HDPE):プライムポリマ株式会社製「ハイゼックス5305E」(融点131℃)
・エチレン−アクリル酸エチル共重合体(EEA):日本ポリエチレン株式会社製「レクスパールA1150」(融点100℃)
・エチレン−アクリル酸エチル−無水マレイン酸3元共重合体(M−EEA):アルケマ株式会社製「ボンダインLX4110」(融点107℃)
・エチレン−グリシジルメタクリレート(E−GMA):住友化学株式会社製「ボンドファーストE」(ガラス転移温度−26℃)
・ノンハロゲン難燃剤(水酸化マグネシウム):協和化学株式会社製「キスマ5L」
・酸化防止剤(ペンタエスリトールテトラキス[3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]):BASF株式会社製「イルガノックス1010」
・酸化防止剤(2’,3−ビス[[3−3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル]プロピオニル]]プロピオノヒドラジド):BASF株式会社製「イルガノックスMD1024」
・架橋剤(トリメチロールプロパントメタクリレート):新中村化学株式会社製「TMPT」
・加工助剤(ステアリン酸亜鉛):堺化学株式会社製「SZ−P」
・耐加水分解剤(カルボジイミド変性イソシアネート):日清紡ケミカル株式会社製「カルボジイミド」
(実施例1)
まず、上述の材料を用い、内層用のノンハロゲン樹脂組成物、および外層用のノンハロゲン難燃性樹脂組成物をそれぞれ調製した。
具体的には、導体として、外径が0.18mmの素線を19本撚り合わせた、外径0.88mmの撚り導体を準備した。続いて、この外周上に、内層用のノンハロゲン樹脂組成物および外層用のノンハロゲン難燃性樹脂組成物をそれぞれ所定の厚さで同時に押し出し、これらに電子線を照射して架橋させることにより、内層および外層を形成し、絶縁電線を作製した。実施例1では、内層の厚さが0.1mm、外層の厚さが0.16mmであって、内層の厚さが絶縁層に対して38%であり、外径が1.4mmの絶縁電線を得た。
実施例2,3では、内層および外層のそれぞれの厚さと内層の比率とを、図1に示すように変更した以外は、実施例1と同様に絶縁電線を作製した。
実施例4,5では、表1に示すように、内層用のノンハロゲン樹脂組成物を調製する際、加熱脆化抑制剤(a2)であるE−GMAをPBTに対して所定の比率となるように配合して調製した以外は、実施例1と同様に絶縁電線を作製した。
実施例6〜9では、表1に示すように、外層用のノンハロゲン難燃性樹脂組成物を調製する際、ノンハロゲン難燃剤の配合量を150質量部から100質量部、80質量部、250質量部、280質量部にそれぞれ変更した以外は、実施例1と同様に絶縁電線を作製した。
比較例1では、下記表2に示すように、内層用のノンハロゲン樹脂組成物を調製する際、PBTの代わりにHDPEを使用した以外は、実施例1と同様に絶縁電線を作製した。
比較例2,3では、内層および外層のそれぞれの厚さと内層の比率とを、図2に示すように変更した以外は、実施例1と同様に絶縁電線を作製した。
比較例4では、表2に示すように、外層用のノンハロゲン難燃性樹脂組成物を調製する際、ノンハロゲン難燃剤を配合しない以外は、実施例1と同様に絶縁電線を作製した。
作製した絶縁電線を以下の方法により評価した。
絶縁電線の電線加工性をEN50305.5.6に準拠して評価した。具体的には、まず、長さ200mmの絶縁電線を垂直にして重りをつけ荷重5.5Nで吊るした。続いて、吊るした絶縁電線を80℃で24時間加熱した後、20℃の温度で72時間保持した。その後、重りを取り外し、絶縁電線を直径7mmのマンドレルを支点として折り曲げ、重りを取り付けて絶縁電線を90°に折り曲げた状態で5分間保持した。そして、重りを取り除き、元に戻ったときの絶縁電線の屈曲角度を測定した。本実施例では、絶縁電線の角度が40°以下であれば、電線加工性に優れているものと判断して「○」、そうでなければ「×」とした。
絶縁電線の機械特性としてカットスルー特性をEN50305.5.6に準拠して評価した。具体的には、絶縁電線を直径0.45mmのニードルに対して十字となるように配置して荷重を1N/sで徐々に加え、荷重により絶縁層が破れ導体とニードルが接触したときの荷重を測定した。本実施例では、荷重が大きいほど機械特性に優れているものと判断し、荷重が100N以上であれば「◎」、100N未満70N以上であれば「○」、70N未満50N以上であれば「△」、50N未満であれば「×」とした。
絶縁電線の難燃性を、EN−50265−2−1に準拠した垂直燃焼試験により評価した。具体的には、絶縁電線を垂直に配置し、その上端から475mmの位置にバーナーの炎を絶縁電線に対して角度45°で60秒間当て、バーナーを取り除いて炎を消した後、絶縁層の燃焼の程度として絶縁層における炭化距離を測定した。本実施例では、炭化距離が短いほど難燃性に優れているものと判断し、炭化距離が300mm未満であれば「◎」、300mm以上400mm未満であれば「○」、400mm以上であれば「△」とした。
絶縁電線の難燃性を、JIS C3005に準拠した水平燃焼試験により評価した。具体的には、絶縁電線を水平に保持し、中央の下側からバーナーの炎を10秒間当て、バーナーを取り除いて消火するまでの時間を測定した。本実施例では、消火までの時間が短いほど難燃性に優れているものと評価し、15秒以内に自己消火したものを「○」、自己消火しないものを「×」とした。
絶縁電線の低温特性を、EN60811−1−4.8.1に準拠して評価した。具体的には、−40℃の雰囲気で、絶縁電線を直径φ5.6mmのマンドレルを巻き付け、絶縁層が割れないものを低温特性に優れるものと評価して「○」、割れたものを「△」とした。
絶縁電線を170℃の雰囲気に曝露して取り出し、直径φ10mmのマンドレルに巻き付け、絶縁層が割れるまでの曝露時間を測定した。本実施例では、曝露時間が長いほど耐熱老化性に優れているものと評価し、曝露時間が300時間以上を「◎」、200時間以上300時間未満を「○」、100時間以上200時間未満を「△」、100時間未満を「×」とした。
すべての評価項目にて◎および○のものを「◎」とし、○および△のものを「○」とし、×が含まれるものを「×」とした。
評価結果を表1および表2にそれぞれ示す。
特に、実施例1,2では、実施例3と比べて、難燃性に劣る内層の厚さの比率を小さくしたため、より高い難燃性を得られることが確認された。
実施例4,5では、内層に加熱脆化抑制剤(a2)を配合することにより、配合しない実施例1よりも耐熱老化性を向上できることが確認された。つまり、電線加工性、機械特性、難燃性および低温特性をバランスよく得ながらも、耐熱老化性をさらに向上できることが確認された。
実施例6〜9では、外層に配合するノンハロゲン難燃剤の配合量をそれぞれ100質量部、80質量部,250質量部、280質量部としたが、所望の高い難燃性を得るには100質量部以上とするとよいことが確認された。一方、低温特性を高く維持する観点からはノンハロゲン難燃剤の配合量を250質量部以下とするとよいことが確認された。
比較例2では、内層の厚さが0.02mmと薄すぎたため、電線加工性を高く維持できないことが確認された。
比較例3では、難燃性に劣る内層の比率を過度に大きくしたため、絶縁層全体での難燃性を高く維持できないことが確認された。
比較例4では、外層にノンハロゲン難燃剤を配合しなかったため、絶縁層全体で難燃性を高く維持できないことが確認された。
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
本発明の一態様によれば、
導体と、前記導体の外周に設けられる絶縁層と、を備え、
前記絶縁層は、前記導体側に位置する内層と、前記内層の外周に設けられる外層とを有し、
前記内層は、主鎖に芳香環を有し、窒素原子を含まない熱可塑性樹脂(a1)を含むベースポリマ(A)を含有するノンハロゲン樹脂組成物から形成され、
前記外層は、ポリオレフィン成分を含むベースポリマ(B)とノンハロゲン難燃剤とを含むノンハロゲン難燃性樹脂組成物を架橋させた架橋物から形成され、
前記内層の厚さが0.03mm以上であって前記絶縁層の厚さの70%以下である、絶縁電線が提供される。
付記1の絶縁電線において、好ましくは、
前記熱可塑性樹脂が、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンナフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンエーテル、変性ポリフェニレンエーテル、およびポリエーテルエーテルケトンの少なくとも1つである。
付記1又は2の絶縁電線において、好ましくは、
前記熱可塑性樹脂がポリブチレンテレフタレートおよびポリブチレンナフタレートの少なくとも1つである。
付記1〜3のいずれかの絶縁電線において、好ましくは、
前記内層を形成する前記ノンハロゲン樹脂組成物は、前記熱可塑性樹脂(a1)よりもガラス転移温度が低い加熱脆化抑制剤(a2)を前記ベースポリマ(A)100質量部に対して5質量部以上40質量部以下含有する。
付記4の絶縁電線において、好ましくは、
前記加熱脆化抑制剤(a2)は、変性ポリオレフィン共重合体、変性シリコーン、変性スチレン系エラストマの少なくとも1つである。
付記4又は5の絶縁電線において、好ましくは、
前記加熱脆化抑制剤(a2)は、ガラス転移温度が20℃以下である。
付記4〜6のいずれかの絶縁電線において、好ましくは、
前記加熱脆化抑制剤(a2)が、グリシジル変性したエチレン−アクリル酸エステル共重合体である。
付記4〜7のいずれかの絶縁電線において、好ましくは、
前記加熱脆化抑制剤(a2)がエチレン−グリシジルメタクリレートである。
付記1〜8のいずれかの絶縁電線において、好ましくは、
前記ポリオレフィン成分が、融点が120℃以上のポリオレフィン(b1)を1質量部以上40質量部以下と、融点が120℃未満のポリオレフィン(b2)を5質量部以上40質量部以下と、酸変性ポリオレフィン(b3)を5質量部以上50質量部以下とを、合計100質量部となるように含有する。
付記1〜9のいずれかの絶縁電線において、好ましくは、
前記外層を形成する前記ノンハロゲン難燃性樹脂組成物がベースポリマ(B)100質量部に対して前記ノンハロゲン難燃剤を100質量部以上250質量部以下含有する。
付記1〜10のいずれかの絶縁電線において、好ましくは、
前記ノンハロゲン難燃剤が金属水酸化物である。
付記11の絶縁電線において、好ましくは、
前記金属水酸化物が水酸化マグネシウムである。
本発明の他の態様によれば、
導体の外周に絶縁層が設けられた絶縁電線を含むコアと、
前記コアの外周に設けられるシースと、を備え、
前記絶縁層は、前記導体側に位置する内層と、前記内層の外周に設けられる外層とを有し、
前記内層は、主鎖に芳香環を有し、窒素原子を含まない熱可塑性樹脂(a1)を含むベースポリマ(A)を含有するノンハロゲン樹脂組成物から形成され、
前記外層は、ポリオレフィン成分を含むベースポリマ(B)とノンハロゲン難燃剤とを含むノンハロゲン難燃性樹脂組成物を架橋させた架橋物から形成され、
前記内層の厚さが0.03mm以上であって前記絶縁層の厚さの70%以下である、ケーブルが提供される。
11 導体
12 絶縁層
13 内層
14 外層
Claims (8)
- 導体と、前記導体の外周に設けられる絶縁層と、を備え、
前記絶縁層は、前記導体側に位置する内層と、前記内層の外周に設けられる外層とを有し、
前記内層は、主鎖に芳香環を有し、窒素原子を含まない熱可塑性樹脂(a1)を含むベースポリマ(A)を含有するノンハロゲン樹脂組成物から形成され、
前記外層は、ポリオレフィン成分を含むベースポリマ(B)とノンハロゲン難燃剤とを含むノンハロゲン難燃性樹脂組成物を架橋させた架橋物から形成され、
前記内層の厚さが0.03mm以上であって前記絶縁層の厚さの70%以下である、絶縁電線。 - 前記熱可塑性樹脂(a1)が、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンナフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンエーテル、変性ポリフェニレンエーテル、およびポリエーテルエーテルケトンの少なくとも1つである、請求項1に記載の絶縁電線。
- 前記内層を形成する前記ノンハロゲン樹脂組成物は、前記熱可塑性樹脂(a1)よりもガラス転移温度が低い加熱脆化抑制剤(a2)を前記ベースポリマ(A)100質量部に対して5質量部以上40質量部以下含有する、請求項1又は2に記載の絶縁電線。
- 前記加熱脆化抑制剤(a2)は、変性ポリオレフィン共重合体、変性シリコーン、変性スチレン系エラストマの少なくとも1つである、請求項3に記載の絶縁電線。
- 前記ポリオレフィン成分が、融点が120℃以上のポリオレフィン(b1)を1質量部以上40質量部以下と、融点が120℃未満のポリオレフィン(b2)を5質量部以上40質量部以下と、酸変性ポリオレフィン(b3)を5質量部以上50質量部以下とを、合計100質量部となるように含有する、請求項1〜4のいずれかに記載の絶縁電線。
- 前記外層を形成する前記ノンハロゲン難燃性樹脂組成物が前記ベースポリマ(B)100質量部に対して前記ノンハロゲン難燃剤を100質量部以上250質量部以下含有する、請求項1〜5のいずれかに記載の絶縁電線。
- 前記ノンハロゲン難燃剤が金属水酸化物である、請求項1〜6のいずれかに記載の絶縁電線。
- 導体の外周に絶縁層が設けられた絶縁電線を含むコアと、
前記コアの外周に設けられるシースと、を備え、
前記絶縁層は、前記導体側に位置する内層と、前記内層の外周に設けられる外層とを有し、
前記内層は、主鎖に芳香環を有し、窒素原子を含まない熱可塑性樹脂(a1)を含むベースポリマ(A)を含有するノンハロゲン樹脂組成物から形成され、
前記外層は、ポリオレフィン成分を含むベースポリマ(B)とノンハロゲン難燃剤とを含むノンハロゲン難燃性樹脂組成物を架橋させた架橋物から形成され、
前記内層の厚さが0.03mm以上であって前記絶縁層の厚さの70%以下である、ケーブル。
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