JP2021086752A - ケーブルおよび電線 - Google Patents
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Abstract
Description
導体と、前記導体の周囲に被覆される絶縁層と、前記絶縁層の周囲に被覆される外皮層とを備えるケーブルであって、
前記外皮層は、ベースポリマ(A)、可塑剤(B)、安定剤(C)および難燃剤(D)を含む難燃性樹脂組成物から形成され、
前記ベースポリマ(A)は、塩素化ポリエチレン(a1)と、アジペート系、ラクトン系およびカーボネート系の少なくとも1つのウレタン熱可塑性エラストマ(a2)とを含み、
前記安定剤(C)は、ハイドロタルサイト(c1)および金属石鹸(c2)を含み、
前記難燃剤(D)は、金属水酸化物(d1)、臭素系難燃剤(d2)、非晶質シリカ(d3)および三酸化アンチモン(d4)の少なくとも1つを含む、
ケーブルが提供される。
導体と、前記導体の周囲に被覆される絶縁層と、を備える電線であって、
前記絶縁層は、ベースポリマ(A)、可塑剤(B)、安定剤(C)および難燃剤(D)を含む難燃性樹脂組成物から形成され、
前記ベースポリマ(A)は、塩素化ポリエチレン(a1)と、アジペート系、ラクトン系およびカーボネート系の少なくとも1つのウレタン熱可塑性エラストマ(a2)とを含み、
前記安定剤(C)は、ハイドロタルサイト(c1)および金属石鹸(c2)を含み、
前記難燃剤(D)は、金属水酸化物(d1)、臭素系難燃剤(d2)、非晶質シリカ(d3)および三酸化アンチモン(d4)の少なくとも1つを含む、
電線が提供される。
上述したように、軟質PVCにTPUを混合する場合、難燃剤などの添加剤がTPUに多量に入り込むことで耐熱性が低下してしまう。また、軟質PVCとTPUとの混合では、所望の耐寒性を得られないことがある。このことから、本発明者らは、ベースポリマとしてPVCに代わる成分、そして、これに添加する可塑剤、安定剤および難燃剤の種類について検討を行った。
以下、本発明の一実施形態に係るケーブルについて図を用いて説明する。図1は、本発明の一実施形態にかかるケーブル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。
まず、ケーブルの外皮層を形成する難燃性樹脂組成物について説明する。
本実施形態では、ベースポリマ(A)として、塩素化ポリエチレン(a1)と、アジペート系、ラクトン系およびカーボネート系の少なくとも1つのウレタン熱可塑性エラストマ(a2)とを用いる。
可塑剤(B)は、外皮層に柔軟性を付与する成分である。可塑剤(B)としては、トリメリット酸エステル、フタル酸エステル、アジピン酸ポリエステルなど公知の成分を用いることができる。この中でも、トリメリット酸エステルが外皮層の諸特性を損ねないので好ましい。トリメリット酸エステルは、フタル酸エステルと比べて外皮層の耐熱性をより高く維持することができる。また、アジピン酸ポリエステルに比べて外皮層にべたつきを生じさせないので、ケーブルの取り扱い性を向上させることができる。トリメリット酸エステルは単独で使用してもよいが、例えばアジピン酸ポリエステルなどと外皮層の特性を損ねない範囲で併用してもよい。
安定剤(C)は、難燃性樹脂組成物を調製する際にCPE(a1)やPVC(a3)の劣化を抑制する熱安定剤として作用するとともに、難燃性樹脂組成物の相構造を安定させる成分である。本実施形態では、CPE(a1)、もしくは、PVC(a3)を併用する場合であれば、その両方に選択的に分散させる観点から、ハイドロタルサイト(c1)および金属石鹸(c2)を用いる。ハイドロタルサイト(c1)および金属石鹸(c2)としては、CPE(a1)やPVC(a3)との相溶性に優れるものであれば、特に限定されず、公知の成分を用いることができる。金属石鹸(c2)としては、例えば、ステアリン酸、ラウリン酸、オクチル酸などの脂肪酸と、カルシウムや亜鉛などの金属とからなる成分を使用することができる。
難燃剤(D)は、外皮層に難燃性を付与する成分である。本実施形態では、添加剤を塩素化ポリエチレン(a1)に、もしくはポリ塩化ビニル樹脂(a3)を併用する場合であればCPE(a1)とPVC(a3)の両方に選択的に分散させる観点から、難燃剤(D)として、金属水酸化物(d1)、臭素系難燃剤(d2)、非晶質シリカ(d3)および三酸化アンチモン(d4)の少なくとも1つを用いる。
難燃性樹脂組成物には、(A)成分〜(D)成分以外に、必要に応じてその他の添加剤を配合してもよい。その他の添加剤としては、例えば、架橋助剤、酸化防止剤(熱老化防止剤)、銅害防止剤、滑剤または加工助剤などを用いることができる。
本実施形態の難燃性樹脂組成物においては、塩素化ポリエチレン(a1)およびTPU(a2)は、一方の成分が他方の成分に分散することで海島構造を形成する、もしくはスピノーダル分散している。そして、安定剤(C)や難燃剤(D)はTPU(a2)よりもCPE(a1)に選択的に分散しやすいため、TPU(a2)に入り込む添加剤が少なくなり、(a2)成分におけるウレタン結合力や水素結合力の低下を抑制することができる。これにより、(a2)成分が本来有する特性を高く維持することが可能となる。
樹脂組成物における各成分の含有比率は以下のとおりである。
難燃性樹脂組成物は、上記(A)〜(D)、必要に応じてその他の添加剤を混合して溶融混練させることで調製するとよい。混練は、例えばバンバリーミキサーや加圧ニーダなどのバッチ式混練機、二軸押出機などの連続式混練機などの公知の混練装置を用いて行うとよい。
なお、ポリ塩化ビニル樹脂(a3)を使用する場合は、CPE(a1)と混合してペレットに成形した後に、TPU(a2)を混合するとよい。また、PVC(a3)に可塑剤(B)が親和し、安定剤(C)等が分散した粉末状態にCPE(a1)を混合した粉末品、或いはそれらを溶融混練したペレットにTPU(a2)を混合混練してもよい。この場合、CPE(a1)と可塑剤(B)が接触したときに粘着塊が生成することを好適に抑制することができ、材料の供給性を高めることができる。
続いて、本実施形態のケーブルについて図1を用いて説明する。図1は、本発明の一実施形態にかかるケーブルの長さ方向に垂直な断面図である。
導体11としては、通常用いられる金属線、例えば銅線、銅合金線のほか、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、導体11として、金属線の周囲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、導体11として、金属線を撚り合わせた撚り線を用いることもできる。
絶縁層12は導体11の周囲に設けられる。絶縁層12は、従来公知の材料、例えばフッ素樹脂やポリエステル系樹脂、高密度ポリエチレン或いは難燃剤、酸化防止剤等を添加した混和物などで形成してもよく、上述した外皮層を形成するための難燃性樹脂組成物で形成してもよい。絶縁層12の厚さは、特に限定されず、例えば0.1mm〜1.5mmとするとよい。
シールド層13は、複数の電線10を撚り合わせた撚り線の周囲に設けられる。シールド層13は、例えば軟銅線などの金属素線を複数編み込む編組構造により形成される。
外皮層14は、シールド層13の周囲に設けられ、上述した難燃性樹脂組成物から形成される。外皮層14の厚さとしては、特に限定されないが、諸特性を高い水準でバランスよく得る観点からは、0.1mm〜1.4mmとすることが好ましい。
まず、導体11を準備し、押出成形機により、例えば上述した難燃性樹脂組成物を導体11の周囲を被覆するように押し出して、所定厚さの絶縁層12を形成し、電線10を得る。続いて、電線10を複数本撚り合わせ、その周囲に編組機によりシールド層13を形成する。続いて、押出成形機により、シールド層13の周囲を被覆するように難燃性樹脂組成物を押し出して、所定厚さの外皮層14を形成する。これにより、本実施形態のケーブル1を製造することができる。
本実施形態によれば、以下に示す1つまたは複数の効果を奏する。
本実施例にて、外皮層用の難燃性樹脂組成物に用いた材料は以下のとおりである。
・塩素化ポリエチレン1(製品名「エラスレン352GB」、昭和電工社製、塩素量)34%〜37%)
・塩素化ポリエチレン2(製品名「エラスレン301A」、昭和電工社製、塩素量)30%〜33%)
・塩素化ポリエチレン3(製品名「エラスレン401A」、昭和電工社製、塩素量)38%〜41%)
・アジペートタイプTPU1(製品名「P25MRWJE」、日本ミラクトラン株式会社製、ショアA硬度90)
・ポリ塩化ビニル樹脂1(製品名「TH−1700」、大洋塩ビ株式会社製、平均重合度1600−1800)
・エチレン‐塩化ビニル共重合体(製品名「TE−1300」、積水化学株式会社製)
・スチレン系エラストマ(製品名「S.O.ES1606」、旭化成ケミカルズ株式会社製)
・エチレンαオレフィンコポリマ(製品名「タフマDF540」、三井化学株式会社製)
・変性エチレンαオレフィンコポリマ(製品名「タフマMH7020」、三井化学株式会社製)
・エチレン‐酢酸ビニル共重合体EVA1(製品名「45LX」、三井デュポンポリケミカル株式会社製)
・エチレン‐酢酸ビニル共重合体EVA2(製品名「レバプレン500」、ランクセス株式会社製)
・エチレン−アクリル酸エチル共重合体EEA(製品名「レクスパール1150」、三菱化学株式会社製)
・アクリル樹脂(ポリメタクリル酸メチル樹脂PMMA)(製品名「メタブレンP1050」、三菱化学株式会社製)
・トリメリット酸ジ2エチルへキシル(TOTM)(製品名「T08」、花王株式会社製)
・トリメリット酸ジオクチル(n−TOTM)(製品名「N08」、花王株式会社製)
・アジピン酸系ポリエステル(製品名「P1030」、ADEKA株式会社製)
・ハイドロタルサイト(製品名「HT−1」、堺化学株式会社製)
・ステアリン酸亜鉛(製品名「SZ−P」、堺化学株式会社製)
・ステアリン酸カルシウム(製品名「SC−P」、堺化学株式会社製)
・安定化助剤(βジケトン等を含む)
・未処理水酸化アルミニウム(製品名「BF013」、日本軽金属株式会社製)
・シラン処理水酸化アルミニウム(製品名「BF013STV」、日本軽金属株式会社製)
・臭素系難燃剤(デカブロモジフェニルエタン、製品名「サイテックス8010」、アルベマール株式会社製、平均粒径5.6μm)
・非晶質シリカ(製品名「SIDISTAR120U」、エルケム株式会社製、平均粒径0.15μm)
・三酸化アンチモン(製品名「NANO200」、常徳辰州社製、平均粒径0.8μm)
・架橋助剤(トリメチロールプロパントリメタクリレート、製品名「TMPT」、新中村化学株式会社製)
・焼成クレー(製品名「SP#33」、BASF社製)
・着色剤黒(製品名「NBP2425」、日弘ビックス株式会社製)
・着色剤白(製品名「チタン白R820」、石原産業株式会社製)
・酸化防止剤(製品名「AO−26」、株式会社ADEKA製)
まず、導体、絶縁層形成用の樹脂組成物、および外皮層形成用の難燃性樹脂組成物を準備した。
実施例2〜6では、表1に示すように、(A)成分〜(D)成分の種類や配合量を適宜変更した以外は、実施例1と同様にケーブルを作製した。
比較例1、2では、表1に示すように、塩素化ポリエチレン(a1)を使用せずに、アジペート系TPU(a2)およびポリ塩化ビニル樹脂(a3)を用いた以外は、実施例1と同様にケーブルを作製した。また、比較例3では、塩素化ポリエチレン(a1)と難燃剤(D)とを使用しない以外は、実施例1と同様にケーブルを作製した。
実施例7〜17では、下記表2に示すように、塩素化ポリエチレン(a1)、アジペート系TPU(a2)およびポリ塩化ビニル樹脂(a3)を用いて、各成分の含有量を適宜変更した以外は、実施例1と同様にケーブルを作製した。
実施例18〜22では、その他のポリマ成分として、ポリ塩化ビニル樹脂(a3)の代わりに表2に記載のポリマに変更した以外は、実施例1と同様にケーブルを作製した。
作製した実施例1〜22および比較例1〜3のケーブルについて、耐熱性、難燃性、復元性および耐寒性を評価した。各評価は以下のように行った。
耐熱性は、UL1581に準拠した試験によって評価した。具体的には、作製したケーブルの外皮層のみとしたサンプル(長さ約100mm)を、136℃のギアオーブンに168時間暴露し、初期の引張強度および伸びと、暴露後の引張強度および伸びとを比較した。そして、次に示す式により引張強度残率(%)および伸び残率(%)を計算し、引張強度残率70%以上かつ伸び残率が45%以上となるものを「合格」とし、これらのいずれかを満たさないもの、または、これらのいずれも満たさないものを「不合格」とした。
引張強度残率(%)=100×(上記暴露後の引張強度)/(初期の引張強度)
伸び残率(%)=100×(上記暴露後の伸び)/(初期の伸び)
難燃性は、UL1581に準拠した試験によって評価した。具体的には、作製したケーブル(長さ約500mm)に対して、UL1581に規定される垂直難燃試験VW−1を3回行い、3回とも基準を満たしたものを「合格」とし、1回でも基準を満たさなかったものを「不合格」とした。
復元性は、以下の方法により評価した。まず、各ケーブルから採取した外皮層をダンベル状に打ち抜いて試料片を得た。続いて、引張試験機を用いて、この試料片を、標線間25mm、引張速度200mm/分の条件で100%伸長させてから試験機を停止させ、その後、ダンベルを脱離し10秒後に標線間25mmがどれだけ伸長したか(X値)を測定した。そして、以下の式から復元度(Y)を算出した。本実施例では、Y値で84以上を合格とし、84未満を不合格とした。なお、復元度Yは、反発弾性率をある程度の相関を示すことから、復元性の指標となることが確認されている。
Y=−4*X+200
耐寒性は、以下の試験により評価した。具体的には、作製したケーブルから外皮層を剥いでサンプルを採取し、このサンプルに対して、脆化試験機を用いて破壊試験を行った。本実施例では、温度が−50℃の場合でもサンプルが破断しないものを「合格」、それ以上の温度で破断してしまうものを「不合格」とした。
ケーブルについての耐熱性、難燃性および復元性の評価結果を表1および表2にまとめる。
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
本発明の一態様は、
導体と、前記導体の周囲に被覆される絶縁層と、前記絶縁層の周囲に被覆される外皮層とを備えるケーブルであって、
前記外皮層は、ベースポリマ(A)、可塑剤(B)、安定剤(C)および難燃剤(D)を含む難燃性樹脂組成物から形成され、
前記ベースポリマ(A)は、塩素化ポリエチレン(a1)と、アジペート系、ラクトン系およびカーボネート系の少なくとも1つのウレタン熱可塑性エラストマ(a2)とを含み、
前記安定剤(C)は、ハイドロタルサイト(c1)および金属石鹸(c2)を含み、
前記難燃剤(D)は、金属水酸化物(d1)、臭素系難燃剤(d2)、非晶質シリカ(d3)および三酸化アンチモン(d4)の少なくとも1つを含む、
ケーブル。
付記1において、好ましくは、
前記ベースポリマ(A)は、前記ウレタン熱可塑性エラストマ(a2)を、前記塩素化ポリエチレン(a1)100質量部に対して、6質量部以上620質量部以下、含む。
付記2において、好ましくは、
前記難燃性樹脂組成物に占める前記塩素化ポリエチレン(a1)の含有比率が2%以上60%以下である。
付記1〜3のいずれかにおいて、好ましくは、
前記ハイドロタルサイト(c1)の含有量は前記金属石鹸(c2)の含有量の4倍以上であって、
前記金属石鹸(c2)の含有量が、前記塩素化ポリエチレン(a1)100質量部に対して1.6質量部以下である。
付記1〜4のいずれかにおいて、好ましくは、
前記可塑剤(B)の含有量は、前記塩素化ポリエチレン(a1)100質量部に対して、2質量部以上60質量部以下である。
付記1〜5のいずれかにおいて、好ましくは、
前記安定剤(C)の含有量は、前記塩素化ポリエチレン(a1)100質量部に対して、2質量部以上20質量部以下である。
付記1〜6のいずれかにおいて、好ましくは、
前記難燃剤(D)の含有量は、前記塩素化ポリエチレン(a1)100質量部に対して、1質量部以上70質量部以下である。
付記1において、好ましくは、
前記ベースポリマ(A)は、ポリ塩化ビニル樹脂(a3)をさらに含み、前記塩素化ポリエチレン(a1)100質量部に対して、前記ウレタン熱可塑性エラストマ(a2)を20質量部以上1700質量部以下、前記ポリ塩化ビニル樹脂(a3)を3質量部以上900質量部以下、含む。
付記8において、好ましくは、
前記難燃性樹脂組成物に占める前記塩素化ポリエチレン(a1)の含有比率が2%以上60%以下である。
付記8または9において、好ましくは、
前記ハイドロタルサイト(c1)の含有量は前記金属石鹸(c2)の含有量の4倍以上であって、
前記金属石鹸(c2)の含有量が、前記塩素化ポリエチレン(a1)100質量部に対して21質量部以下である。
付記8〜10のいずれかにおいて、好ましくは、
前記可塑剤(B)の含有量は、前記塩素化ポリエチレン(a1)100質量部に対して、2質量部以上600質量部以下である。
付記8〜11のいずれかにおいて、好ましくは、
前記安定剤(C)の含有量は、前記塩素化ポリエチレン(a1)100質量部に対して、5質量部以上150質量部以下である。
付記8〜12のいずれかにおいて、好ましくは、
前記難燃剤(D)の含有量は、前記塩素化ポリエチレン(a1)100質量部に対して、5質量部以上350質量部以下である。
付記1〜13のいずれかにおいて、好ましくは、
前記塩素化ポリエチレン(a1)は、塩素量が20%以上である。
付記1〜14のいずれかにおいて、好ましくは、
前記ウレタン熱可塑性エラストマ(a2)は、アジペート系である。
付記1〜15のいずれかにおいて、好ましくは、
前記可塑剤(B)は、トリメリット酸エステルを含む。
付記1〜16のいずれかにおいて、好ましくは、
前記外皮層の厚さが0.1mm以上1.4mm以下である。
付記1〜17のいずれかにおいて、好ましくは、
前記ポリ塩化ビニル樹脂(a3)の平均重合度は、1000〜3800である。
付記1〜18のいずれかにおいて、好ましくは、
前記ウレタン熱可塑性エラストマ(a2)は、ショアA硬度が80Aから95Aである。
本発明の他の態様は、
導体と、前記導体の周囲に被覆される絶縁層と、を備える電線であって、
前記絶縁層は、ベースポリマ(A)、可塑剤(B)、安定剤(C)および難燃剤(D)を含む難燃性樹脂組成物から形成され、
前記ベースポリマ(A)は、塩素化ポリエチレン(a1)と、アジペート系、ラクトン系およびカーボネート系の少なくとも1つのウレタン熱可塑性エラストマ(a2)とを含み、
前記安定剤(C)は、ハイドロタルサイト(c1)および金属石鹸(c2)を含み、
前記難燃剤(D)は、金属水酸化物(d1)、臭素系難燃剤(d2)、非晶質シリカ(d3)および三酸化アンチモン(d4)の少なくとも1つを含む、
電線である。
10 電線
11 導体
12 絶縁層
13 シールド層
14 外皮層(シース)
Claims (8)
- 導体と、前記導体の周囲に被覆される絶縁層と、前記絶縁層の周囲に被覆される外皮層とを備えるケーブルであって、
前記外皮層は、ベースポリマ(A)、可塑剤(B)、安定剤(C)および難燃剤(D)を含む難燃性樹脂組成物から形成され、
前記ベースポリマ(A)は、塩素化ポリエチレン(a1)と、アジペート系、ラクトン系およびカーボネート系の少なくとも1つのウレタン熱可塑性エラストマ(a2)とを含み、
前記安定剤(C)は、ハイドロタルサイト(c1)および金属石鹸(c2)を含み、
前記難燃剤(D)は、金属水酸化物(d1)、臭素系難燃剤(d2)、非晶質シリカ(d3)および三酸化アンチモン(d4)の少なくとも1つを含む、
ケーブル。 - 前記ベースポリマ(A)は、前記ウレタン熱可塑性エラストマ(a2)を、前記塩素化ポリエチレン(a1)100質量部に対して、6質量部以上620質量部以下、含む、
請求項1に記載のケーブル。 - 前記ベースポリマ(A)は、ポリ塩化ビニル樹脂(a3)をさらに含み、前記塩素化ポリエチレン(a1)100質量部に対して、前記ウレタン熱可塑性エラストマ(a2)を20質量部以上1700質量部以下、前記ポリ塩化ビニル樹脂(a3)を3質量部以上900質量部以下、含む、
請求項1に記載のケーブル。 - 前記ウレタン熱可塑性エラストマ(a2)は、アジペート系である、
請求項1〜3のいずれか1項に記載のケーブル。 - 前記可塑剤(B)は、トリメリット酸エステルを含む、
請求項1〜4のいずれか1項に記載のケーブル。 - 前記塩素化ポリエチレン(a1)は、塩素量が20%以上である、
請求項1〜5のいずれか1項に記載のケーブル。 - 前記外皮層の厚さが0.1mm以上1.4mm以下である、
請求項1〜6のいずれか1項に記載のケーブル。 - 導体と、前記導体の周囲に被覆される絶縁層と、を備える電線であって、
前記絶縁層は、ベースポリマ(A)、可塑剤(B)、安定剤(C)および難燃剤(D)を含む難燃性樹脂組成物から形成され、
前記ベースポリマ(A)は、塩素化ポリエチレン(a1)と、アジペート系、ラクトン系およびカーボネート系の少なくとも1つのウレタン熱可塑性エラストマ(a2)とを含み、
前記安定剤(C)は、ハイドロタルサイト(c1)および金属石鹸(c2)を含み、
前記難燃剤(D)は、金属水酸化物(d1)、臭素系難燃剤(d2)、非晶質シリカ(d3)および三酸化アンチモン(d4)の少なくとも1つを含む、
電線。
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