JP2023061322A - 導体被覆材料、電線、及び導体被覆材料の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】耐熱性と柔軟性に優れる導体被覆材料を提供する。【解決手段】樹脂相と、前記樹脂相に分散されている複数のフィラーとを含み、前記樹脂相の組織は、複数の繊維が互いに連結された三次元網目構造を有し、前記複数の繊維は、４００００００以上の分子量を有するポリテトラフルオロエチレンによって構成されており、前記複数の繊維の平均長さが１０μｍ以下であり、前記複数のフィラーの平均粒径が０．０１μｍ以上３００μｍ以下であり、前記複数のフィラーの含有率が２０質量％以上９５質量％以下である、導体被覆材料。【選択図】図２

Description

本開示は、導体被覆材料、電線、及び導体被覆材料の製造方法に関する。
特許文献１には、自動車などに搭載されるバッテリと電気機器とを接続するワイヤハーネスが開示されている。ワイヤハーネスは、複数の電線と、複数の電線を束ねる外装部材とを備える。電線は、導体と、導体の外方に配置される被覆層とを備える。被覆層は複数形成される場合がある。代表的な被覆層として、導体の外周を覆う絶縁層が挙げられる。絶縁層の材料としては、例えば架橋ポリエチレンなどの導体被覆材料が挙げられる。
特開２０２１－８２５３６号公報
近年、電線の導体に大電流が流される傾向にある。導体に大電流が流れると、導体の温度が非常に高くなる。導体の断面積を大きくすれば導体の温度上昇を抑制できるが、電線が大径化・高重量化するだけでなく、曲げ難くなる。従って、導体の断面積を大きくすること無く、被覆層を構成する導体被覆材料の耐熱性を向上させることが望まれている。また、電線の曲げ易さを確保するために、電線の被覆層には柔軟性が求められている。
本開示の目的の一つは、耐熱性と柔軟性に優れる導体被覆材料を提供することにある。本開示の別の目的は、耐熱性と柔軟性に優れる絶縁層を備える電線を提供することにある。本開示の他の目的は、耐熱性と柔軟性に優れる導体被覆材料の製造方法を提供することにある。
本開示の導体被覆材料は、
樹脂相と、
前記樹脂相に分散されている複数のフィラーとを含み、
前記樹脂相の組織は、複数の繊維が互いに連結された三次元網目構造を有し、
前記複数の繊維は、４００００００以上の分子量を有するポリテトラフルオロエチレンによって構成されており、
各繊維の平均長さが１０μｍ以下であり、
前記複数のフィラーの平均粒径が０．０１μｍ以上３００μｍ以下であり、
前記複数のフィラーの含有率が２０質量％以上９５質量％以下である。
本開示の電線は、
導体と、
前記導体の外方に配置される被覆層とを備え、
前記被覆層が、本開示の導体被覆材料によって構成されている。
本開示の導体被覆材料の製造方法は、
４００００００以上の分子量を有するポリテトラフルオロエチレンの粉体と、複数のフィラーとを含む混合物を得る工程と、
前記混合物を複数回圧延する工程とを備え、
前記複数のフィラーの平均粒径が０．０１μｍ以上３００μｍ以下であり、
前記混合物における前記複数のフィラーの含有率が２０質量％以上９５質量％以下である。
本開示の導体被覆材料は、耐熱性と柔軟性に優れる。
本開示の電線は、耐熱性と柔軟性に優れる絶縁層を備える。
本開示の導体被覆材料の製造方法は、耐熱性と柔軟性に優れる導体被覆材料を製造できる。
図１は、実施形態１に記載の導体被覆材料の概略斜視図である。 図２は、図１の導体被覆材料の断面写真を示す図である。 図３は、実施形態１に記載の導体被覆材料の製造方法におけるポリテトラフルオロエチレンの状態の変化を示す第１の説明図である。 図４は、図３に続く第２の説明図である。 図５は、図４に続く第３の説明図であって、図２における樹脂相の拡大写真を示す図である。 図６は、分子量が１８００万のポリテトラフルオロエチレンによって構成される樹脂相の拡大写真を示す図である。 図７は、熱処理された導体被覆材料における樹脂相の拡大写真を示す図である。 図８は、実施形態２に記載の電線の部分縦断面図である。 図９は、実施形態３に記載の電線の部分縦断面図である。 図１０は、実施形態４に記載のワイヤハーネスの概略図である。 図１１は、試験例１に記載される複数のフィラーの平均粒径と導体被覆材料の伸びとの関係を示すグラフである。 図１２は、試験例１に記載される複数のフィラーの平均粒径と導体被覆材料の弾性率との関係を示すグラフである。 図１３は、試験例１に記載される複数のフィラーの平均粒径と導体被覆材料の引張強さとの関係を示すグラフである。 図１４は、試験例２に記載される複数のフィラーの含有率と導体被覆材料の伸びとの関係を示すグラフである。 図１５は、試験例２に記載される複数のフィラーの含有率と導体被覆材料の弾性率との関係を示すグラフである。 図１６は、試験例２に記載される複数のフィラーの含有率と導体被覆材料の引張強さとの関係を示すグラフである。
［本開示の実施形態の説明］
本発明者らは、耐熱性と柔軟性に優れる導体被覆材料を得るために、導体被覆材料を構成する材料を鋭意検討した。耐熱性の観点から、導体被覆材料の主成分としてポリテトラフルオロエチレン（ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）が好適である。しかし、ポリテトラフルオロエチレンの柔軟性は、従来の架橋ポリエチレンに比べて低い。以下、ポリテトラフルオロエチレンをＰＴＦＥと表記する場合がある。
本発明者らは更に導体被覆材料を構成する材料を検討した結果、導体被覆材料を作製する際、４００００００以上の分子量を有するＰＴＦＥの粉体に、粉体を構成する粒子が変形するほどの応力を作用させることで、ＰＴＦＥが繊維化するとの知見を得た。更に、この繊維化したＰＴＦＥによって構成される導体被覆材料にフィラーを含ませることで、導体被覆材料の柔軟性が向上するとの知見を得た。これらの知見に基づき、実施形態に係る導体被覆材料、電線、及び導体被覆材料の製造方法を以下に規定する。
最初に本開示の実施形態の内容を列記して説明する。
＜１＞実施形態に係る導体被覆材料は、
樹脂相と、
前記樹脂相に分散されている複数のフィラーとを含み、
前記樹脂相の組織は、複数の繊維が互いに連結された三次元網目構造を有し、
前記複数の繊維は、４００００００以上の分子量を有するポリテトラフルオロエチレンによって構成されており、
各繊維の平均長さが１０μｍ以下であり、
前記複数のフィラーの平均粒径が０．０１μｍ以上３００μｍ以下であり、
前記複数のフィラーの含有率が２０質量％以上９５質量％以下である。
ＰＴＦＥは絶縁性と耐熱性に優れる。フィラーは耐熱性に優れる。従って、ＰＴＦＥとフィラーを主成分とする導体被覆材料は耐熱性に優れる。
樹脂相の三次元網目構造は、ＰＴＦＥによって構成される極めて微細な複数の繊維が互いに連結されることで構成されている。導体被覆材料として利用可能な機械的特性及び電気的特性を有する程度に複数の繊維の少なくとも一部が連結されていればよく、必ずしも複数の繊維の全てが互いに連結していなくてもよい。このような三次元網目構造の組織によって構成される樹脂相は、伸びに優れるが柔軟性に優れるわけではない。しかし、三次元網目構造の組織を有する樹脂相にフィラーが分散されることで、導体被覆材料の柔軟性が向上する。従って、実施形態に係る導体被覆材料は柔軟性に優れる。ここで、本明細書における柔軟性は、弾性率が低いことを意味する。
導体被覆材料に安価なフィラーが含まれることで、導体被覆材料におけるＰＴＦＥの含有率が少なくなる。ＰＴＦＥは、架橋ポリエチレンなどに比べて高価であるため、ＰＴＦＥの含有率が少ない導体被覆材料は低コストであるというメリットもある。
＜２＞実施形態に係る導体被覆材料の一例では、
前記複数のフィラーの含有率が４０質量％以上８０質量％以下でも良い。
フィラーの含有率が上記範囲内であれば、所定の伸び、柔軟性、及び引張強さを有する導体被覆材料が得られ易い。
＜３＞実施形態に係る導体被覆材料の一例では、
前記複数のフィラーの平均粒径が１０μｍ以上４０μｍ以上でも良い。
フィラーの平均粒径が上記範囲内であれば、所定の伸び、柔軟性、及び引張強さを有する導体被覆材料が得られ易い。
＜４＞実施形態に係る導体被覆材料の一例では、
前記複数のフィラーの構成材料は、炭酸カルシウム、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化チタン、水酸化マグネシウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、フェライト、及びセンダストからなる群から選択される少なくとも１種でも良い。
フィラーの材質によっては、導体被覆材料に様々な特性が付与される。例えば、炭酸カルシウム、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化チタン、水酸化マグネシウム、炭化ケイ素、及び窒化ケイ素は、絶縁性でかつフッ素樹脂に比べて熱伝導性に優れる。これらの材料からなるフィラーは、導体被覆材料の放熱性を向上させる。フェライト及びセンダストは非絶縁性である。従って、これらの材料からなるフィラーは、導体被覆材料の電磁シールド性を向上させる。本明細書における『絶縁性』とは、電気抵抗率が１０８Ω・ｍ以上であることを意味する。
＜５＞実施形態に係る導体被覆材料の一例では、
前記樹脂相は可塑剤を含み、
前記可塑剤は、オイル、高級脂肪酸、高級脂肪酸塩、フタル酸系可塑剤、及び非フタル酸系可塑剤からなる群から選択される少なくとも１種を含んでいても良い。
可塑剤は、ＰＴＦＥの柔軟性を向上させる。ＰＴＦＥの柔軟性が向上することで、導体被覆材料の作製時にＰＴＦＥとフィラーとが混合される際、樹脂相にフィラーが均一的に分散し易い。従って、導体被覆材料の全体にフィラーが均一的に分散される。導体被覆材料に含まれる可塑剤は、導体被覆材料を熱処理することで導体被覆材料から除去され得る。
＜６＞実施形態に係る導体被覆材料の一例では、
伸びが８０％以上、
弾性率が２６０ＭＰａ以下、
引張強さが０．５ＭＰａ以上でも良い。
上記物理特性を満たす導体被覆材料は、電線における導体の外方に配置される被覆層として好適である。実施形態に係る導体被覆材料が上記物理特性を満たすのは、導体被覆材料における樹脂相の組織がＰＴＦＥの三次元網目構造を有するからである。
＜７＞実施形態に係る電線は、
導体と、
前記導体の外方に配置される被覆層とを備え、
前記被覆層が、実施形態に係る導体被覆材料によって構成されている。
実施形態に係る電線は、実施形態に係る導体被覆材料によって構成される被覆層を備える。従って、実施形態に係る電線の被覆層は耐熱性と柔軟性に優れる。耐熱性に優れる被覆層は、薄くても被覆層に求められる特性を確保し易い。厚さが薄い絶縁層は、電線の曲げ特性を向上させる。また、実施形態に係る導体被覆材料は柔軟性に優れる。従って、実施形態に係る電線は曲げ特性に優れる。ここで、本明細書における導体には、単心又は多心の電線導体、バスバ、フレキシブルプリント配線板の箔導体など、電力又は信号の伝送路に用いられるあらゆる導体が含まれる。
＜８＞実施形態に係る電線の一例では、
前記被覆層は絶縁層でも良い。
被覆層に含まれるフィラーが絶縁性であれば、被覆層は絶縁層として機能する。ＰＴＦＥは絶縁性に優れるので、ＰＴＦＥを含む絶縁層は優れた絶縁性を発揮する。
＜９＞実施形態に係る電線の一例では、
前記被覆層は遮蔽層でも良い。
被覆層に含まれるフィラーが非絶縁性であれば、被覆層は遮蔽層として機能する。絶縁層と遮蔽層とを含む電線において、絶縁層と遮蔽層とがそれぞれ被覆層の構成を備えていても良い。
＜１０＞実施形態に係る導体被覆材料の製造方法は、
４００００００以上の分子量を有するポリテトラフルオロエチレンの粉体と、複数のフィラーとを含む混合物を得る工程と、
前記混合物を複数回圧延する工程とを備え、
前記複数のフィラーの平均粒径が０．０１μｍ以上３００μｍ以下であり、
前記混合物における前記複数のフィラーの含有率が２０質量％以上９５質量％以下である。
４００００００以上の分子量を有するＰＴＦＥは、圧縮力の付与によって繊維化する。上記形態における導体被覆材料の製造方法では、複数回の圧延によってＰＴＦＥに圧縮力を付与することで、ＰＴＦＥ粒子の繊維化を促している。従って、実施形態に係る導体被覆材料の製造方法によれば、実施形態に係る導体被覆材料が得られる。ここで、４００００００未満の分子量を有するＰＴＦＥ、及びＰＴＦＥ以外の樹脂材料は、圧縮力の付与によって繊維化することはほとんどない。
［本開示の実施形態の詳細］
以下、図面を適宜参照して、本開示の実施の形態を詳細に説明する。図中の同一符号は、同一名称物を示す。本発明は、実施形態の例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
＜実施形態１＞
≪導体被覆材料≫
図１に示される導体被覆材料１は概略板状である。導体被覆材料１の形状は特に限定されない。例えば導体被覆材料１は円柱状でも良いし、ブロック状でも良い。その他、導体被覆材料１は、被覆対象の外周に形成される層状であっても良い。
図２の断面写真に示されるように、導体被覆材料１は、樹脂相２と複数のフィラー３とを備える。図２の倍率は５００倍である。写真の右下に配置される一目盛は１０μｍである。つまり、十目盛りで１００μｍである。図２における灰色の部分が樹脂相２である。黒色の部分がフィラー３である。導体被覆材料１の断面は特に限定されない。例えば、断面は、図１の導体被覆材料１の厚さ方向に沿った断面でも良いし、導体被覆材料１の面方向に沿った断面でも良い。どの方向に沿った断面であっても、断面の状態は図２に示される状態になる。
［樹脂相］
樹脂相２の組織は、複数の繊維が互いに連結された三次元網目構造を有する。複数の繊維は、４００００００以上の分子量を有するＰＴＦＥによって構成されている。
樹脂相２が三次元網目構造の組織を有することは、導体被覆材料１の断面を観察することで確認できる。三次元網目構造の各繊維は、倍率５００倍の図２では確認することが難しく、倍率１０００００倍の図５の断面において観察できる程度の大きさを有する。図５の右下に配置される一目盛は５００ｎｍである。つまり、十目盛りで５μｍである。三次元網目構造については、後述する図５から図７に示される写真を参照すると良い。繊維の平均長さは例えば１０μｍ以下、好ましくは５μｍ以下、更に好ましくは１μｍ以下である。繊維の平均長さは、例えば以下のようにして測定できる。導体被覆材料１の断面を観察し、１０個以上の繊維を任意に選択する。選択した各繊維の長手方向に沿った長さを測定する。繊維の長さは、繊維の長手方向における繊維の一方の端部と他方の端部とをつなぐ直線の長さである。測定した各繊維の長さを合計し、その合計値を選択した繊維の数で割った値が、繊維の平均長さである。
繊維の最大幅の平均値は例えば５μｍ以下、好ましくは１μｍ以下、更に好ましくは０．１μｍ以下である。繊維の最大幅の平均値は例えば以下のようにして測定できる。繊維の平均長さを測定した繊維について、繊維の長さ方向に直交する方向の最大長さを測定する。測定した最大長さをその繊維の最大幅とみなす。測定した各繊維の最大幅を合計し、その合計値を選択した繊維の数で割った値が、繊維の最大幅の平均値である。
ＰＴＦＥの分子量は、例えば示差走査熱量測定（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｃａｌｏｒｉｍｅｔｒｙ；ＤＳＣ）によって測定される。ＤＳＣによって、導体被覆材料１の樹脂相２の結晶化温度と、標準試料の結晶化温度とを比較することで、ＰＴＦＥの分子量を推定できる。標準試料とは、分子量が既知のＰＴＦＥからなる試料である。
樹脂相２は、添加樹脂を含んでいても良い。添加樹脂は、導体被覆材料１におけるピンホールの形成を抑制する機能を発揮し得る。添加樹脂としては、例えばＰＴＦＥを除く熱可塑性フッ素樹脂、耐熱性エンジニアリングプラスチック、及び耐熱性エラストマーなどが挙げられる。熱可塑性フッ素樹脂は、例えばＰＦＡ（ｐｅｒｆｌｕｏｒｏａｌｋｏｘｙ ａｌｋａｎｅ）、ＦＥＰ（ｐｅｒｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ ｐｒｏｐｅｎｅ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）、又はＥＴＦＥ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）などである。エンジニアリングプラスチックは、例えばＰＡＩ（ｐｏｌｙａｍｉｄｅ ｉｍｉｄｅ）、ＰＩ（ｐｏｌｙａｍｉｄｅ）、ＰＥＥＫ（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒ ｅｔｈｅｒ ｋｅｔｏｎｅ）、又はＰＥＳ（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒ ｓｕｌｆｏｎｅ）などである。耐熱性エラストマーは、例えばフッ素ゴム、又はシリコーンゴムなどである。
添加樹脂を含む樹脂相２に占めるＰＴＦＥの含有率は５０質量％以上であることが好ましい。繊維化する樹脂は、４００００００以上の分子量を有するＰＴＦＥのみであるため、樹脂相２におけるＰＴＦＥはできるだけ多いことが好ましい。樹脂相２に占めるＰＴＦＥの含有率は例えばＤＳＣ測定とＸ線による元素分析の組み合わせによって測定され得る。
［フィラー］
フィラー３は無機材料によって構成される粒子である。フィラー３の構成材料は、例えば炭酸カルシウム、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化チタン、水酸化マグネシウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、フェライト、及びセンダストなどである。酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化チタン、水酸化マグネシウム、炭化ケイ素、及び窒化ケイ素は、絶縁性でかつ熱伝導性に優れる。これらの材料からなるフィラー３は、導体被覆材料１の絶縁性と放熱性を向上させる。フェライト及びセンダストは、非絶縁性の磁性体である。従って、これらの材料からなるフィラー３は、導体被覆材料の電磁シールド性を向上させる。複数のフィラー３は、材料が異なる複数のフィラー３の混合物でも良い。例えば、複数のフィラー３は、炭酸カルシウムからなるフィラー３と、酸化アルミニウムからなるフィラー３との混合物でも良い。その他、フィラー３は、カーボン及び金属などの導電性材料、あるいは潤滑材料などでも良い。潤滑材料には、二硫化モリブデン又は二硫化タングステンなどの金属化合物、グラファイト、タルク、マイカ、及びフッ化黒鉛などの固体潤滑剤が含まれる。
導体被覆材料１に占める複数のフィラー３の含有率は２０質量％以上９５質量％以下である。フィラー３の含有率が２０質量％以上であれば、導体被覆材料１の絶縁性と耐熱性が向上する。フィラー３の含有率が９５質量％以下であれば、繊維状の樹脂相２によって得られる導体被覆材料１の柔軟性が十分に確保される。
導体被覆材料１に占める複数のフィラー３の含有率は、次のようにして求めることができる。まず、導体被覆材料１の質量を測定する。次いで、導体被覆材料１を加熱し、導体被覆材料１における樹脂相２を熱分解によって除去する。加熱温度は例えば５００℃以上である。樹脂相２を除去することで得られたフィラー３の質量を測定する。そして、フィラー３の質量を導体被覆材料１の質量で割り、１００をかけることで、導体被覆材料１に占めるフィラー３の含有率が得られる。
フィラー３の含有率が多くなるほど、導体被覆材料１の弾性率が低下し、導体被覆材料１の柔軟性が向上する。従って、フィラー３の含有率は４０質量％以上であっても良いし、６０質量％以上であっても良い。反面、フィラー３の含有率が多くなるほど、導体被覆材料１の伸びと引張強さは低下し、導体被覆材料１がもろくなり易い。従って、フィラー３の含有率は９０質量％以下でも良いし、８０質量％以下でも良い。フィラー３の含有率の好ましい範囲は６０質量％以上８０質量％以下である。フィラー３の含有率が上記好ましい範囲内であれば、所定の伸び、柔軟性、及び引張強さを有する導体被覆材料１が得られ易い。フィラーの種類によっては、導体被覆材料１の引張強さの低下が抑制される場合がある。例えば、フィラーがセンダストによって構成される場合、導体被覆材料１の引張強さの低下が抑制され易い。
複数のフィラー３の平均粒径は０．０１μｍ以上３００μｍ以下である。フィラー３の平均粒径が０．０１μｍ以上であれば、導体被覆材料１の柔軟性が向上する。フィラー３の平均粒径が３００μｍ以下であれば、フィラー３が大き過ぎることによる導体被覆材料１の柔軟性の低下が抑制される。フィラー３の平均粒径は１μｍ以上であっても良いし、１０μｍ以上であっても良い。また、フィラー３の平均粒径は１００μｍ以下であっても良いし、４０μｍ以下であっても良い。フィラー３の平均粒径の好ましい範囲は１０μｍ以上４０μｍ以下である。フィラー３の平均粒径が上記好ましい範囲内であれば、所定の伸び、柔軟性、及び引張強さを有する導体被覆材料１が得られ易い。
フィラー３の平均粒径は次のようにして求めることができる。導体被覆材料１を加熱し、導体被覆材料１における樹脂相２を熱分解によって除去する。そして、樹脂相２を除去することで得られたフィラー３を粒度分布計に供する。粒度分布計は、レーザー回折を用いた市販の粒度分布計である。本例におけるフィラー３の平均粒径は、質量基準の粒径分布において頻度の累積が５０％になる粒径である。
［その他］
導体被覆材料１には可塑剤が含有されていても良い。可塑剤は、後述する導体被覆材料の製造方法において導体被覆材料１の原料に混合される。可塑剤は、導体被覆材料１の弾性率を大幅に低下させ、導体被覆材料１の柔軟性を劇的に向上させることができる。原料に混合された可塑剤は、導体被覆材料１に残存し得る。可塑剤の具体例は後述する。
［物理特性］
導体被覆材料１の伸びは８０％以上、弾性率は２６０ＭＰａ以下、引張強さが０．５ＭＰａ以上であることが好ましい。三次元網目構造の組織を有する樹脂相２にフィラー３が分散している本例の導体被覆材料１は、上記物理特性を満たし易い。
導体被覆材料１において、導体被覆材料１の伸びは高いほど好ましい。導体被覆材料１の伸びは１００％以上であることが好ましく、１５０％以上であることがより好ましい。更に好ましい導体被覆材料１の伸びは１９０％以上である。
導体被覆材料１において、導体被覆材料１の弾性率は低いほど好ましい。導体被覆材料１の弾性率は２００ＭＰａ以下であることが好ましく、１５０ＭＰａ以下であることがより好ましい。導体被覆材料１の製造時に導体被覆材料１の原料に可塑剤が混合されていれば、導体被覆材料１の弾性率が非常に低くなる場合がある。後述する試験例３から試験例５に示されるように、導体被覆材料１の弾性率が５０ＭＰａ以下、更には１０ＭＰａ以下となる場合がある。
導体被覆材料１において、導体被覆材料１の引張強さはある程度高いほうが好ましい。導体被覆材料１の引張強さは１ＭＰａ以上であることが好ましく、５ＭＰａ以上であることがより好ましい。更に好ましい導体被覆材料１の引張強さは７ＭＰａ以上である。
［本例の導体被覆材料の効果］
本例の導体被覆材料１は耐熱性に優れる。
導体被覆材料１の樹脂相２を構成するＰＴＦＥが耐熱性に優れる、フィラー３も耐熱性に優れる。耐熱性に優れる樹脂相２と複数のフィラー３とで構成される導体被覆材料１は、耐熱性に優れる。
本例の導体被覆材料１は柔軟性に優れる。
樹脂相２の三次元網目構造は、ＰＴＦＥによって構成される極めて微細な複数の繊維が互いに連結されることで構成されている。このような三次元網目構造の組織を有する樹脂相２は、伸びに優れるが柔軟性に優れるわけではない。しかし、三次元網目構造の組織を有する樹脂相２にフィラー３が分散されることで、導体被覆材料１の柔軟性が向上する。導体被覆材料１に複数のフィラー３が含まれることで、導体被覆材料１における樹脂相２の割合が減り、導体被覆材料１の柔軟性が増すと考えられる。一方、三次元網目構造の組織を有する樹脂相２は伸びに優れるため、導体被覆材料１を曲げたときにフィラー３同士をしっかりと連結し、導体被覆材料１に割れが生じることを抑制すると考えられる。本例とは異なり、樹脂よりも高硬度のフィラーが、三次元網目構造ではない樹脂相に分散していれば、導体被覆材料の柔軟性が向上することはなく、導体被覆材料がもろくなる。
導体被覆材料１にフィラー３が含まれることで、導体被覆材料１におけるＰＴＦＥの含有率が少なくなる。ＰＴＦＥは、架橋ポリエチレンなどに比べて高価であるため、ＰＴＦＥの含有率が少ない導体被覆材料１は低コストである。
≪導体被覆材料の製造方法≫
本例の導体被覆材料の製造方法は以下の工程Ａ及び工程Ｂを備える。
・工程Ａ…ＰＴＦＥの粉体と、複数のフィラーとを含む混合物を得る工程
・工程Ｂ…混合物を複数回圧延する工程。
［工程Ａ］
工程Ａの原料に用いられるＰＴＦＥは４００００００以上の分子量を有する。ＰＴＦＥの分子量は、上述するＤＳＣによって測定可能である。市販品のＰＴＦＥの分子量は既知である。ＰＴＦＥの粉体の平均粒径は特に限定されない。後述する工程ＢにおいてＰＴＦＥの粉体はほぼ全て繊維状に変化する。
工程Ａの原料に用いられるフィラーの平均粒径は、０．０１μｍ以上３００μｍ以下である。本例のフィラーの平均粒径は質量基準の５０％粒径である。フィラーは高硬度であるため、後述する工程Ｂの圧延によってもフィラーの平均粒径はほとんど変化しない。従って、原料におけるフィラーの平均粒径は、導体被覆材料１におけるフィラー３（図２）の平均粒径と実質的に同じである。そのため、原料におけるフィラーの好ましい平均粒径は、導体被覆材料１におけるフィラー３の好ましい平均粒径と同じである。
工程Ａの混合物におけるフィラーの含有率は、２０質量％以上９５質量％以下である。この含有率は、１００×Ｗ２／（Ｗ１＋Ｗ２）によって求められる。Ｗ１は、原料を混合する前に測定したＰＴＦＥの粉体の質量である。原料においてＰＴＦＥの粉体以外の添加樹脂が含まれる場合、Ｗ１はＰＴＦＥの粉体と添加樹脂の合計値である。添加樹脂は、導体被覆材料１の項目において説明した熱可塑性フッ素樹脂などである。Ｗ２は、原料を混合する前に測定したフィラーの質量である。原料におけるフィラーの含有率は、導体被覆材料１におけるフィラー３の含有率とほぼ同じである。そのため、原料におけるフィラーの好ましい含有率は、導体被覆材料１におけるフィラー３の好ましい含有率とほぼ同じである。
工程Ａの混合物は更に可塑剤を含んでいても良い。可塑剤によって、後述する工程Ｂの圧延時に、導体被覆材料１の全体にフィラーが均一的に分散され易い。また、導体被覆材料１の柔軟性が向上する。可塑剤は、オイル、高級脂肪酸、高級脂肪酸塩、フタル酸系可塑剤、及び非フタル酸系可塑剤からなる群から選択される少なくとも１種を含む。オイルとしては、ノナン（ｎｏｎａｎｅ）オイル、シリコーンオイル、フェニルエーテルオイル、又はフッ素オイルなどが挙げられる。高級脂肪酸としては、オレイン酸又はステアリン酸などが挙げられる。高級脂肪酸塩としては、ステアリン酸亜鉛などが挙げられる。フタル酸系可塑剤としては、ＤＯＰ（ｄｉｏｃｔｙｌ ｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ＤＩＮＰ（ｄｉｉｓｏｎｏｎｙｌ ｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ＤＩＤＰ（ｄｉｉｓｏｄｅｃｙｌ ｐｈｔｈａｌａｔｅ）、又はＤＵＰ（ｄｉｕｎｄｅｃｙｌ ｐｈｔｈａｌａｔｅ）などが挙げられる。非フタル酸系可塑剤としては、シクロヘキセンジカルボン酸系、脂肪族二塩基酸系、又はエポキシ系可塑剤などが挙げられる。可塑剤は、ＰＴＦＥの粉体を１００質量部としたとき、１０質量部以上２００質量部以下であることが好ましい。可塑剤の添加量は、１００重量部以下、あるいは５０重量部以下でも良い。
工程Ａにおける混合は、ＰＴＦＥの粒子とフィラーとを均一的に混合することを目的とする。この工程Ａにおいて、ＰＴＦＥの粒子が変形するほどの応力がＰＴＦＥの粒子に作用することはほとんどない。
［工程Ｂ］
工程Ｂでは、混合物を複数回圧延する。圧延の回数は２回以上５０回以下程度である。１回の圧延における圧下率は５％以上６０％以下であることが好ましい。圧下率とは、圧延前の混合物の厚さｔ１と、圧延後の混合物の厚さｔ２の比率である。即ち、圧下率は、１００×（ｔ１－ｔ２）／ｔ１によって求められる。
図３から図５には、圧延工程を経ることによってＰＴＦＥの粉体を構成するＰＴＦＥ粒子が繊維化する過程が示されている。ＰＴＦＥの分子量は４００万である。図３及び図４の写真の倍率は５００００倍である。写真の右下に配置される一目盛は１μｍである。図５の写真の倍率は１０００００倍である。写真の右下に配置される一目盛りは５００ｎｍである。図３から図５に示される写真は、図２の樹脂相２に相当する部分を拡大したものであり、図３から図５にはフィラーは示されていない。図３に示される写真は、圧延前のＰＴＦＥ粒子の状態を示す。図４に示される写真は、圧延を１回行ったときのＰＴＦＥ粒子が示されている。図４の写真に示されるように、圧延によってＰＴＦＥ粒子の一部が繊維化したＰＴＦＥの繊維が形成されている。
図５に示される写真は、圧下率５％以上の圧延を４０回行ったときの樹脂相の断面写真である。図５における灰色の部分は、三次元網目構造を構成する各繊維の断面であり、黒色の部分は繊維間に存在する隙間である。繊維の断面積が大きくなっている箇所では、複数の繊維が集合して一つの大きな繊維のようになっている。図５の写真に示されるように、１０００００倍の倍率においてもＰＴＦＥの繊維を確認することが難しいほどにＰＴＦＥの繊維は非常に小さい。
ＰＴＦＥの分子量が大きい場合、圧延回数は少なくても構わない。図６に示される写真は、分子量が１８００万のＰＴＦＥに対して圧下率５％以上の圧延を２１回行った樹脂相の断面写真である。図６の写真の倍率は５００００倍であり、写真の右下に配置される一目盛りは１μｍである。図６では、つぶれたＰＴＦＥ粒子からなる瘤状の部分から延びる複数の繊維が、別の瘤状の部分につながるようにして構成された三次元網目構造が認められる。
［追加工程］
工程Ｂの後に更に工程Ｃを行っても良い。工程Ｃは、導体被覆材料を熱処理する工程である。工程Ｃによって、ＰＴＦＥの繊維の一部が溶融する。その際、図５に示される多数の細い繊維が溶融によって凝集し、図７の写真に示されるように、太く、長いＰＴＦＥの繊維２ｆが形成されると考えられる。ＰＴＦＥの繊維２ｆの繊維長が長くなると、導体被覆材料の柔軟性が低下する傾向にある。大きくなったＰＴＦＥの繊維２ｆの平均長さは６μｍ程度に成長している。工程Ｃの熱処理によって、導体被覆材料に含まれる可塑剤が除去され易い。熱処理の温度はＰＴＦＥの融点以上である。例えば、熱処理の温度は３００℃以上３８０℃以下である。図７の写真に示される樹脂相は、図５に示される樹脂相を３８０℃で熱処理することで得られたものである。
上述した導体被覆材料の製造方法によれば、図２に示される導体被覆材料１を作製できる。圧延を経て得られた導体被覆材料１はプレス加工などによって所望の形状に成形することができる。
≪その他の製造方法≫
ＰＴＦＥを繊維化する方法として、圧延の他に、例えばプレス加工又は押出加工などが挙げられる。具体的には、混合物をプレス加工することと、加工品を折りたたむこととを繰り返すことで、ＰＴＦＥを繊維化できると考えられる。あるいは、押出ダイスに混合物を複数回通過させることでも、ＰＴＦＥを繊維化できると考えられる。その他、複数回のプレス加工の後、又は複数回の押出加工の後に圧延を行うことで、ＰＴＦＥを繊維化しても良い。
＜実施形態２＞
実施形態２では、図８を参照して電線５を説明する。電線５は、導体５０と接着層５１と絶縁層５２と保護層５３とを備える。接着層５１と保護層５３は必須の構成ではない。絶縁層５２は、実施形態に係る導体被覆材料１によって構成される被覆層１０である。
本例の絶縁層５２は、絶縁性の無機材料によって構成されるフィラー３を含む。絶縁層５２は、例えばテープ状の導体被覆材料１を導体５０の外周に巻回することで形成される。テープ状の導体被覆材料１を導体５０に巻回した後、導体被覆材料１を熱処理しても良い。その場合、テープ状の導体被覆材料１の境界が融着し、導体５０から剥離し難い絶縁層５２が得られる。
その他、絶縁層５２は、押出被覆（ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ ｃｏａｔｉｎｇ）によって形成することもできる。この場合、押出し金型の内部に線状の導体と導体被覆材料とを配置し、押出し金型から導体を引き出しながら、押出し金型の出口から導体被覆材料を押し出す。押出し金型の出口径が導体の外径よりも大きくなっているため、導体の外周に絶縁層が形成される。押出しは、常温において実施可能である。
接着層５１は、導体５０と絶縁層５２との密着性を向上させる。接着層５１の構成材料は、被覆層１０の樹脂材料と同等以上の耐熱性を有することが好ましい。例えば、接着層５１の構成材料として、ＰＴＦＥ、接着性のＰＦＡ、ＦＥＰなどのフッ素樹脂が利用可能である。その他、シランカップリング剤、ＰＩ、ＰＡＩ、又はプライマーなどが接着層１１として利用可能である。接着層５１の厚さは例えば、１μｍ以上１００μｍ以下である。接着層５１は塗工などによって形成される。
保護層５３は、絶縁層５２を保護する。特に、本例の絶縁層５２は複数のフィラー３を備えるため、絶縁層５２の表面からフィラー３が脱落するおそれがある。保護層５３が絶縁層５２を覆っていれば、フィラー３の脱落が防止される。
保護層５３の構成材料は、被覆層１０の樹脂材料と同等以上の耐熱性を有することが好ましい。例えば、保護層５３の構成材料として、ＰＴＦＥ、接着性のＰＦＡ、ＦＥＰなどのフッ素樹脂、シランカップリング剤、ＰＩ、又はＰＡＩなどが利用可能である。保護層５３の厚さは例えば、１μｍ以上１００μｍ以下である。保護層５３は塗工などによって形成される。
本例の電線５は、例えば自動車に搭載されるワイヤハーネスに備わる電線であっても良い。本例の電線５は柔軟性に優れるため、ワイヤハーネスの柔軟性を高められる。また、本例の電線５は、モータ用の電線であっても良い。本例の電線５は柔軟性に優れるため、巻回し易い。
＜実施形態３＞
実施形態３では、絶縁層５２の外周に更に遮蔽層５４を備える電線５を図９に基いて説明する。電線５における導体５０、接着層５１、絶縁層５２、及び保護層５３の構成は実施形態２と同じである。本例の電線５は例えばワイヤハーネスに利用可能である。
遮蔽層５４は電磁シールド性を有する。本例の遮蔽層５４は、複数のフィラー３を含有する被覆層１０である。本例の被覆層１０におけるフィラー３は、非絶縁性の無機材料によって構成される。フィラー３の構成材料は、例えばフェライト、又はセンダストなどである。フェライト及びセンダストは磁性体である。複数のフィラー３は、フェライトからなるフィラー３と、センダストからなるフィラー３との混合物でも良い。
ここで、実施形態３の電線５における絶縁層５２は、複数のフィラー３を含有する被覆層１０でなくても構わない。例えば絶縁層５２は、フィラー３を含まないＰＴＦＥなどで構成されていても良い。
図９に示される遮蔽層５４を有する電線５において、絶縁層５２が被覆層１０の構成を備え、遮蔽層５４が被覆層１０とは異なる構成を備えていても良い。この場合、遮蔽層５４は例えば金属テープを巻回することで構成される。
＜実施形態４＞
実施形態４では、図１０を参照してワイヤハーネス６を説明する。ワイヤハーネス６は、複数の電線６０と、結束部材６１とを備える。本例の電線６０は、実施形態２，３の電線５でも良いし、市販の電線でも良い。本例の結束部材６１は、絶縁テープでも良いし、実施形態１の導体被覆材料１をテープ状に加工したものでも良い。導体被覆材料１によって構成される結束部材６１は、複数の電線６０を束ねてもワイヤハーネス６の柔軟性を確保し易い。
＜試験例１＞
試験例１では、導体被覆材料１に含まれるフィラー３の平均粒径が導体被覆材料１の物理特性に及ぼす影響を調べた。試料として、フィラー３を含まない標準試料と、平均粒径が異なるフィラー３を含む複数の試験試料を用意した。フィラー３の構成材料は炭酸カルシウムであった。試験試料のフィラー３の平均粒径は、２μｍ、１２μｍ、２０μｍ、４０μｍ、又は１００μｍであった。フィラー３の含有率はいずれも６０質量％であった。
導体被覆材料１は、実施形態１に示される導体被覆材料の製造方法によって作製した。圧延回数は４０回であった。圧延後のシート材は、折り畳まれた状態で次の圧延に供される。折り畳む回数によって各圧延の圧下率は変化する。各圧延の圧下率は６％から５０％の間の値であった。４０回の圧延後、シート材は３８０℃で３０分熱処理された。標準試料及び試験試料は共にシート状であった。圧延ロールの温度は６０℃、圧延に供される材料の温度は４０℃であった。
作製した標準試料及び試験試料の伸び、弾性率、及び引張強さを測定した。試料の伸びは、ＪＩＳ Ｋ ７１６１－１：２０１４に準拠する測定方法によって求めた。伸びの単位は％である。図８の電線５の絶縁層５２の伸びが大きいと、電線５を屈曲させたときに絶縁層５２が導体５０から剥離し難い。絶縁層５２の伸びは１００％以上であることが好ましく、１５０％以上であることがより好ましい。
標準試料と試験試料の伸びの測定結果を図１１に示す。図１１の横軸は、フィラー３の平均粒径である。縦軸は伸びである。図１１において、標準試料と試験試料の伸びの値をプロットした。平均粒径が０μｍのプロットは、フィラー３を含まない標準試料の伸びの値である。図１１に示されるように、導体被覆材料１にフィラー３が含有されることで、導体被覆材料１の伸びは低下する傾向にある。しかし、フィラー３の平均粒径が１０μｍ以上４０μｍ以下である導体被覆材料１の伸びは１００％以上であった。特に、フィラー３の平均粒径が２０μｍである導体被覆材料１の伸びは１９０％以上であった。
試料の弾性率はＪＩＳ Ｋ ７１６１－１：２０１４に準拠する測定方法によって求めた。弾性率の単位はＭＰａである。この弾性率は、試料の伸びが０．２％のときの弾性率である。弾性率が高い試料は、柔軟性に欠ける。即ち、弾性率が低い試料は柔軟性に優れる。図８，９の電線５の絶縁層５２の柔軟性が高いと、電線５が曲げ易い。絶縁層５２の弾性率は２６０ＭＰａ以下であることが好ましく、１５０ＭＰａ以下であることがより好ましい。
標準試料と試験試料の弾性率の測定結果を図１２に示す。図１２の横軸はフィラー３の平均粒径、縦軸は弾性率である。図１２に示されるように、導体被覆材料１にフィラー３が含有されることで、導体被覆材料１の弾性率が低下する傾向にある。フィラー３の平均粒径が１０μｍ以上である導体被覆材料１の弾性率は２６０ＭＰａ以下であった。特に、フィラー３の平均粒径が２０μｍである導体被覆材料１の弾性率は１５０ＭＰａ以下であった。
試料の引張強さはＪＩＳ Ｋ ７１６１－１：２０１４に準拠する測定方法によって求めた。引張強さの単位はＭＰａである。電線５の絶縁層５２の引張強さが大きいと、電線５を曲げたときに、絶縁層５２に亀裂などが生じ難い。絶縁層５２の引張強さは５ＭＰａ以上であることが好ましく、７ＭＰａ以上であることがより好ましい。
標準試料と試験試料の引張強さの測定結果を図１３に示す。図１３の横軸は、フィラー３の平均粒径、縦軸は引張強さである。図１３に示されるように、導体被覆材料１にフィラー３が含有されることで、導体被覆材料１の引張強さが低下する。フィラー３の平均粒径によらず、導体被覆材料１の引張強さは５ＭＰａから１０ＭＰａの間に納まる。
試験例１の結果から、フィラー３の平均粒径は１０μｍ以上４０μｍ以下であれば、伸びと柔軟性と引張強さのバランスに優れる導体被覆材料１が得られる。
＜試験例２＞
試験例２では、導体被覆材料１におけるフィラー３の含有率が導体被覆材料１の物理特性に及ぼす影響を調べた。試料として、フィラー３を含まない標準試料と、フィラー３の含有率が異なる複数の試験試料を用意した。試験試料のフィラー３の含有率は、４０質量％、６０質量％、８０質量％、又は９０質量％であった。フィラー３の平均粒径はいずれも２０μｍであった。本例の試料は、試験例１と同じ製造方法によって作製した。また、本例における各試料の物理特性の測定方法も、試験例１と同じであった。
標準試料と試験試料の伸びの測定結果を図１４に示す。図１４の横軸はフィラー３の含有率、縦軸は伸びである。図１４に示されるように、導体被覆材料１におけるフィラー３の含有率が大きくなるほど、導体被覆材料１の伸びは低下する傾向にある。特に、フィラー３の含有率が６０質量％である導体被覆材料１の伸びは１９０％以上であった。
標準試料と試験試料の弾性率の測定結果を図１５に示す。図１５の横軸はフィラー３の含有率、縦軸は弾性率である。図１５に示されるように、導体被覆材料１にフィラー３の含有率が大きくなるほど、導体被覆材料１の弾性率が低下する傾向にある。フィラー３の含有率が４０質量％以上８０質量％以下である導体被覆材料１の弾性率は２００ＭＰａ以下であった。特に、フィラー３の含有率が８０質量％である導体被覆材料１の弾性率は５０ＭＰａ以下であった。
標準試料と試験試料の引張強さの測定結果を図１６に示す。図１６の横軸は、フィラー３の含有率、縦軸は引張強さである。図１６に示されるように、導体被覆材料１にフィラー３の含有率が大きくなるほど、導体被覆材料１の引張強さが低下する傾向にある。フィラー３の含有率が４０質量％以上６０質量％以下である導体被覆材料１の引張強さは５ＭＰａ以上であった。
試験例２の結果から、フィラー３の含有率が４０質量％以上６０質量％以下であれば、伸びと柔軟性と引張強さのバランスに優れる導体被覆材料１が得られる。導体被覆材料１の物理特性として柔軟性を優先する場合、フィラー３の含有率は６０質量％以上８０質量％以下であることが好ましい。
＜試験例３＞
試験例３では、可塑剤の種類の違いが導体被覆材料１の物理特性に及ぼす影響を調べた。
試料３－１から試料３－５の導体被覆材料１を作製した。これらの試料の相違点は、樹脂相２に含まれる可塑剤の種類のみである。可塑剤は、ノナンオイル、フェニルエーテルオイル、シリコーンオイル、オレイン酸、又はＤＩＮＰであった。各試料の作製に使用したＰＴＦＥの分子量は１８００００００（１８００万）であった。フィラーは炭酸カルシウムであり、フィラーの平均粒径は２０μｍであった。ＰＴＦＥとフィラーの合計に占めるフィラーの含有率は６０質量％であった。製造時における可塑剤の添加量は、ＰＴＦＥとフィラーの合計質量を１００質量部としたとき、３０質量部であった。製造時における圧延回数は２１回であった。各圧延の圧下率は６％から５０％の間の値であった。圧延後の熱処理は実施されていない。従って、各試料には可塑剤が残存していた。
熱質量測定（Ｔｈｅｒｍｏ Ｇｒａｖｉｍｅｔｒｙ：ＴＧ）によって、各試料に含まれるＰＴＦＥとフィラーと可塑剤の含有率を測定した。具体的には、各試料を第一の温度に加熱し、各試料から可塑剤を除去し、残存質量を測定する。次いで、各試料を第二の温度に加熱し、各試料からＰＴＦＥを除去し、残存したフィラーの質量を測定する。第二の温度は第一の温度よりも高い。第一の温度は、可塑剤が揮発する温度、第二の温度はＰＴＦＥが焼失する温度である。これらの測定結果から、各試料に占めるＰＴＦＥとフィラーと可塑剤の含有率を計算によって求めることができる。その結果を表１に示す。
各試料の伸び、弾性率、及び引張強さを測定した。測定方法は、試験例１，２と同じであった。その結果を表１に示す。
Figure 2023061322000002
表１に示されるように、導体被覆材料に可塑剤が添加されることで、伸びが高く、弾性率が低い導体被覆材料が得られることが分かった。可塑剤がシリコーンオイルの場合、導体被覆材料の伸びが高い傾向にあった。可塑剤がＤＩＮＰの場合、導体被覆材料の引張強さが高い傾向にあった。可塑剤がノナンオイル又はシリコーンオイルの場合、導体被覆材料に可塑剤が残存し難く、導体被覆材料に占めるフィラーの含有率を高め易いことが分かった。
＜試験例４＞
試験例４では、フィラーの含有率の違いが可塑剤を含む導体被覆材料の物理特性に及ぼす影響を調べた。
試料４－１から試料４－３の導体被覆材料１を作製した。これらの試料の相違点は、試料の作製時におけるフィラーの配合量のみである。フィラーの配合量とは、樹脂相の原料におけるＰＴＦＥとフィラーの合計質量のうち、フィラーが占める割合である。試料４－１のフィラーの配合量は４０質量％であった。試料４－２のフィラーの配合量は６０質量％であった。試料４－３のフィラーの配合量は８０質量％であった。各試料の作製に使用したＰＴＦＥの分子量は４００万であった。フィラーは炭酸カルシウムであり、フィラーの平均粒径は２０μｍであった。可塑剤の添加量は、ＰＴＦＥとフィラーの合計質量を１００質量部としたとき、１５質量部であった。圧延回数は４０回であった。各圧延の圧下率は６％から５０％の間の値であった。圧延後の熱処理は実施されていない。
各試料に含まれるＰＴＦＥとフィラーと可塑剤の含有率を測定した。また、各試料の物理特性を測定した。本例の測定方法は、試験例３と同じであった。測定結果を表２に示す。
Figure 2023061322000003
表２に示されるように、フィラーの含有率が高くなるほど、導体被覆材料の弾性率が低下し易く、柔軟性に優れる導体被覆材料が得られることが分かった。伸びと弾性率と引張強さのバランスを考慮すれば、試料４－２及び試料４－３は、試料４－１よりも優れていると考えられる。
＜試験例５＞
試験例５では、フィラーの平均粒径の違いが可塑剤を含む導体被覆材料の物理特性に及ぼす影響を調べた。
試料５－１から試料５－３の導体被覆材料１を作製した。これらの試料の相違点は、試料の作製時におけるフィラーの平均粒径のみである。フィラーの平均粒径は、３μｍ、２０μｍ、又は１００μｍのいずれかであった。各試料の作製に使用したＰＴＦＥの分子量は１８００万であった。フィラーは炭酸カルシウムであり、フィラーの含有率は６０質量％であった。可塑剤の添加量は、ＰＴＦＥとフィラーの合計質量を１００質量部としたとき、３０質量部であった。圧延回数は４０回であった。各圧延の圧下率は６％から５０％の間の値であった。圧延後の熱処理は実施されていない
Figure 2023061322000004
表３の結果から、フィラーの平均粒径が２０μｍ前後のときに、導体被覆材料の伸びが大きく、弾性率が低くなることが分かった。従って、導体被覆材料に含まれるフィラーの平均粒径は２０μｍ前後であることが好ましいことが分かった。
＜付記１＞
導体の外周に被覆層を形成する電線の製造方法として、以下の方法が挙げられる。
［付記１］
４００００００以上の分子量を有するポリテトラフルオロエチレンの粉体と、複数のフィラーとを含む原料を混合した混合物を得る工程と、
少なくとも導体を含む電線素材の表面に押出被覆によって絶縁層を形成する工程とを備え、
前記複数のフィラーの平均粒径が０．０１μｍ以上３００μｍ以下であり、
前記混合物における前記複数のフィラーの含有率が２０質量％以上９５質量％以下である、
電線の製造方法。
上記電線の製造方法によれば、押出し金型から混合物が押し出される際、混合物に含まれるＰＴＦＥが繊維化し易い。そのため、電線素材の表面に、実施形態１に係る導体被覆材料によって構成される絶縁層が形成され得る。例えば、実施形態２の絶縁層５２を形成する場合、電線素材は、導体５０の外周に接着層５１を形成したものが電線素材である。実施形態３の遮蔽層５４を形成する場合、電線素材は、導体５０の外周に接着層５１と絶縁層５２とを形成したものが電線素材である。
＜付記２＞
導体被覆材料の構成は、導体を被覆する以外の用途に利用可能な複合材料として規定可能である。複合材料の構成を以下に示す。
樹脂相と、
前記樹脂相に分散されている複数のフィラーとを含み、
前記樹脂相の組織は、複数の繊維が互いに連結された三次元網目構造を有し、
前記複数の繊維は、４００００００以上の分子量を有するポリテトラフルオロエチレンによって構成されており、
各繊維の平均長さが１０μｍ以下であり、
前記複数のフィラーの平均粒径が０．０１μｍ以上３００μｍ以下であり、
前記複数のフィラーの含有率が２０質量％以上９５質量％以下である、
複合材料。
上記複合材料は、導体被覆材料としては勿論、導体の被覆以外の用途にも広く利用できる。例えば、複合材料は、フィラーの材質によって、絶縁性の基板、導電シート、半導電シート、放熱部材、軸受けを含む摺動部材及びギアなどの機構部品、シート状、ボックス状、あるいはブロック状のシールド部材などに利用できる。放熱部材用のフィラーの熱伝導率は５Ｗ／ｍ・Ｋ以上、１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、あるいは５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材料で構成されることが好ましい。放熱部材に用いられる複合材料のフィラーとしては、例えば酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、窒化アルミニウム、及び窒化ホウ素などが挙げられる。複合材料用のフィラーの線膨張係数は５×１０－５／Ｋ以下、１×１０－５／Ｋ以下、あるいは５×１０－６／Ｋ以下の材料で構成されることが好ましい。このような線膨張係数を満たすフィラーは、例えばセラミックス系の材料、及びカーボンなどが挙げられる。半導電性の複合材料用のフィラーの電気抵抗率は１０５Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。摺動部材の複合材料用のフィラーとしては、上述した固体潤滑剤が好ましく、特にグラファイト及び二硫化モリブデンなどが好ましい。
１ 導体被覆材料
１０ 被覆層
２ 樹脂相、２ｆ 繊維
３ フィラー
５ 電線
５０ 導体、５１ 接着層、５２ 絶縁層、５３ 保護層、５４ 遮蔽層
６ ワイヤハーネス
６０ 電線
６１ 結束部材
本開示の導体被覆材料は、
樹脂相と、
前記樹脂相に分散されている複数のフィラーとを含み、
前記樹脂相の組織は、複数の繊維が互いに連結された三次元網目構造を有し、
前記複数の繊維は、４００００００以上の分子量を有するポリテトラフルオロエチレンによって構成されており、
前記複数の繊維の平均長さが１０μｍ以下であり、
前記複数のフィラーの平均粒径が０．０１μｍ以上３００μｍ以下であり、
前記複数のフィラーの含有率が２０質量％以上９５質量％以下である。
＜１＞実施形態に係る導体被覆材料は、
樹脂相と、
前記樹脂相に分散されている複数のフィラーとを含み、
前記樹脂相の組織は、複数の繊維が互いに連結された三次元網目構造を有し、
前記複数の繊維は、４００００００以上の分子量を有するポリテトラフルオロエチレンによって構成されており、
前記複数の繊維の平均長さが１０μｍ以下であり、
前記複数のフィラーの平均粒径が０．０１μｍ以上３００μｍ以下であり、
前記複数のフィラーの含有率が２０質量％以上９５質量％以下である。
接着層５１は、導体５０と絶縁層５２との密着性を向上させる。接着層５１の構成材料は、被覆層１０の樹脂材料と同等以上の耐熱性を有することが好ましい。例えば、接着層５１の構成材料として、ＰＴＦＥ、接着性のＰＦＡ、ＦＥＰなどのフッ素樹脂が利用可能である。その他、シランカップリング剤、ＰＩ、ＰＡＩ、又はプライマーなどが接着層５１として利用可能である。接着層５１の厚さは例えば、１μｍ以上１００μｍ以下である。接着層５１は塗工などによって形成される。

Claims (10)

  1. 樹脂相と、
    前記樹脂相に分散されている複数のフィラーとを含み、
    前記樹脂相の組織は、複数の繊維が互いに連結された三次元網目構造を有し、
    前記複数の繊維は、４００００００以上の分子量を有するポリテトラフルオロエチレンによって構成されており、
    各繊維の平均長さが１０μｍ以下であり、
    前記複数のフィラーの平均粒径が０．０１μｍ以上３００μｍ以下であり、
    前記複数のフィラーの含有率が２０質量％以上９５質量％以下である、
    導体被覆材料。
  2. 前記複数のフィラーの含有率が４０質量％以上８０質量％以下である、請求項１に記載の導体被覆材料。
  3. 前記複数のフィラーの平均粒径が１０μｍ以上４０μｍ以上である、請求項１又は請求項２に記載の導体被覆材料。
  4. 前記複数のフィラーの構成材料は、炭酸カルシウム、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化チタン、水酸化マグネシウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、フェライト、及びセンダストからなる群から選択される少なくとも１種である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の導体被覆材料。
  5. 前記樹脂相は可塑剤を含み、
    前記可塑剤は、オイル、高級脂肪酸、高級脂肪酸塩、フタル酸系可塑剤、及び非フタル酸系可塑剤からなる群から選択される少なくとも１種を含む、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の導体被覆材料。
  6. 伸びが８０％以上、
    弾性率が２６０ＭＰａ以下、
    引張強さが０．５ＭＰａ以上である、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の導体被覆材料。
  7. 導体と、
    前記導体の外方に配置される被覆層とを備え、
    前記被覆層が、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の導体被覆材料によって構成されている、
    電線。
  8. 前記被覆層は絶縁層である、請求項７に記載の電線。
  9. 前記被覆層は遮蔽層である、請求項７に記載の電線。
  10. ４００００００以上の分子量を有するポリテトラフルオロエチレンの粉体と、複数のフィラーとを含む混合物を得る工程と、
    前記混合物を複数回圧延する工程とを備え、
    前記複数のフィラーの平均粒径が０．０１μｍ以上３００μｍ以下であり、
    前記混合物における前記複数のフィラーの含有率が２０質量％以上９５質量％以下である、
    導体被覆材料の製造方法。
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