JP3367356B2 - 架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブルの半導電層用組成物 - Google Patents

架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブルの半導電層用組成物

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【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、半導電層を有する
架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブルの半導電層用組成物
に関する。 【0002】 【従来の技術】近年の架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブ
ル用絶縁線心には、絶縁層と導体との界面、或いは絶縁
層と金属遮蔽層との界面の電界集中緩和や部分放電防止
を目的に、絶縁層の上下両面に半導電層が設けられてい
る。図1に、このような架橋ポリエチレン絶縁電力ケー
ブルを構成する絶縁線心の断面の一例を示す。図1中符
号1は導体、2は内部半導電層、3は絶縁層(架橋ポリ
エチレン)である。また4は外部半導電層である。 【0003】最近、このような電力ケーブルの製造法と
しては、絶縁性能への影響の大きい界面突起形成の原因
となる傷や異物混入を防止するために、三層同時押出成
形が一般的になってきた。なお、半導電層はポリエチレ
ン或いはエチレン共重合体等のポリオレフィン樹脂をベ
ースとして、これに導電性を持つカーボンブラックを相
当量混合して体積抵抗率は一般に105Ω・cm程度以
下に調整された組成物からなる。 【0004】半導電層用組成物として求められる性質
は、押出成形性に優れ、自ら及び絶縁層を形成する絶縁
層用組成物に対し三層同時押出成形時に早期架橋(スコ
ーチ)を生じさせないこと、導電性を付与するために添
加されるフィラー(カーボンブラック)受容性に優れる
こと、機械的特性(引張特性、低温脆化特性等)に優れ
ること、成形後のケーブルとしての誘電正接性能に優
れ、その交流破壊値に悪影響を与えないこと等が求めら
れる。しかしながら、これら諸性能すべてを満足する半
導電層用組成物を提供することは非常に難しかった。 【0005】すなわち、通常のポリエチレンではフィラ
ー受容性が低く、またエチレン−酢酸ビニル共重合体や
エチレン−エチルアクリレート共重合体のような極性基
を有するベース樹脂の使用は誘電正接を局所的に増大さ
せることが知られている(特開昭61−23544号公
報)。さらに、エチレン−酢酸ビニル共重合体では高温
架橋時に共重合成分が脱離(脱酢酸)し、これがケーブ
ルの導体や金属遮蔽を腐食ないし変色させる原因とな
る。さらには気泡ないし空隙(ボイド)が発生して絶縁
性能を低下させる等の問題もあった。 【0006】ここでカーボンブラック受容性が良好で、
その分子構造内に極性基を有さず、誘電正接の局所的増
大をもたらさないものとして特開昭61−235444
号公報で密度0.890〜0.910g/cm3のポリ
エチレンを用いることが提案されている。しかしなが
ら、上記公報記載の半導電層用組成物は水トリー性、機
械的特性等の諸性能を満足させうるものの、三層同時押
出成形によって電力ケーブルを製造した場合、押出温度
の上昇によって、自ら及び絶縁層(架橋剤が添加された
ポリエチレン用組成物からなる)でスコーチを発生さ
せ、その結果、絶縁層−半導電層間の界面の不整が生
じ、この組成物によって解決されたはずの交流破壊値の
低下が生じる危険性があることが判った。 【0007】 【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来技術
の欠点を鑑み、押出成形性に優れ、三層同時押出成形時
に交流破壊値の低下につながる早期架橋(スコーチ)の
おそれがなく、必要な導電性を付与するためのカーボン
ブラック受容性に優れ、機械的特性が高く、成形後のケ
ーブルとしての誘電正接性能及び交流破壊値に悪影響を
与えることがない半導電層用組成物を提供することを目
的とする。 【0008】 【課題を解決するための手段】上記要求される諸性能を
満足する半導電層用組成物を得るため、種々検討を行っ
たところ、これら諸性能はベース樹脂として用いるポリ
エチレン(オレフィン系共重合体)の分子構造分布に影
響されることが判った。すなわち、ポリエチレンが溶融
状態から冷却されて結晶化する過程で、均一な分子構造
(分子量、分岐状態)を形成し、各分子鎖の結晶核生成
速度がほぼ等しい場合、融点がシャープであり、また通
常得られるポリエチレンでは密度が下がっても融点はあ
る程度以下には低下しないのに対し、このような均一な
分子構造を有するポリエチレンの融点は密度の低下とと
もに直線的に低下し、かつ、フィラー混合系でもその局
所的析出がないため機械的特性の低下が少ない。 【0009】このような均一な分子構造を有するポリエ
チレンのうち、特定の密度より低いものは、上記性質の
他に、さらにフィラー受容性が極めて良好であるため機
械的特性の低下がなく、しかも極性基を有さないため誘
導正接性能及び交流破壊値に悪影響を与えることもな
く、かつ、スコーチ発生のおそれがない温度で加工可能
であると云うことを見いだした。すなわち、本発明に係
る半導電層用組成物は、請求項1に記載のように、半導
電層を有する架橋ポリエチレン絶縁電力ケーブルにおけ
る半導電層用組成物に関し、密度0.910g/cm3
未満、かつ、融点が105℃以下であって、密度dg/
cm3と融点Tm℃との関係が、 Tm=700d+α (ただし、αは−539以上−525以下)で示される
オレフィン系共重合体とカーボンブラックとからなる構
成を有する。 【0010】 【発明の実施の形態】本発明の組成物で用いられるポリ
エチレンはオレフィン系共重合体であって、密度dg/
cm3と融点Tm℃との関係が、 Tm=700d+α (ただし、αは−539以上−525以下)を満たすも
のであることが必要である。この式を満たす特定の分布
の分子構造を有するポリエチレンを用いることで本発明
の効果を得ることができる。なお、このようなポリエチ
レンとしてはいわゆるシングルサイト触媒で得られるエ
チレン−αオレフィン共重合体が知られている。なお、
αが−536以上−532以下であると各性能のバラン
スが特に良好となるため好ましい。また、上記ポリエチ
レンにおいて充分なフィラー受容性を得るためには密度
が0.910g/cm3未満であることが必要である。
このようなポリエチレンは図2において符号αが付され
ている斜線で示された範囲の融点−密度の関係にある。
なお、本発明において融点は示差走査熱量測定(DS
C)によって測定した。 【0011】本発明で用いるポリエチレンは融点が10
5℃以下であるため、カーボンブラックを添加して得た
半導電層用組成物を用いて三層同時押出成形法によって
ケーブルを製造した場合、スコーチ発生のおそれのない
温度(130℃以下)での加工が可能となり、スコーチ
による絶縁層−半導電層間の界面不整形成を防止でき、
それによる交流破壊値低下のおそれがない信頼性の高い
ケーブルが得られる。 【0012】一方、半導電層用組成物への導電性付与剤
としては、カーボンブラックを用いる。こうしたカーボ
ンブラックとしては、一般に市販されているアセチレン
ブラック、導電性ファーネスブラック等を用いることが
できる。 【0013】ここで、カーボンブラックのDBP吸油量
は、カーボンブラックのストラクチャー(粒子の連鎖状
態)を示す目安であって、この値が110ml/100
g以上、比表面積は40m2 /g以上であると半導電層
用組成物としての機械的特性を維持しながら必要な導電
性を付与することができる。また、カーボンブラックの
配合量としては、上記エチレン−αオレフィン共重合体
の重量を100部としたときに、10重量部以上80重
量部以下であることが望ましい。ここで10重量部未満
であると、半導電層用組成物として求められる導電性が
得られず、一方、添加量が80重量部超であると、機械
的特性が低下しやすく実用的でない。 【0014】本発明の半導電層用組成物は、上記特定の
エチレン−αオレフィン共重合体、カーボンブラックの
他、架橋剤及び架橋助剤、酸化防止剤、加工助剤等、通
常の半導電層用組成物に添加される原料を添加し、加圧
ニーダー、バンバリー、混練押出機等の混練装置を用い
て混合し組成物とすることができる。 【0015】このように得られた本発明に係る半導電層
用組成物は、半導電層を有する架橋ポリエチレン絶縁電
力ケーブル用絶縁線心製造工程において、押出成形によ
って半導電層に形成される。 【0016】 【実施例】表1に示す各種原料を用いて、表2に示す組
成(重量部)の11種の半導電層用組成物(実施例1〜
4及び比較例1〜7)を得た。なおこれら表中S−Eα
Oとはエチレン−αオレフィン共重合体(シングルサイ
ト触媒によって重合されたもの)、HP−LDPEは高
圧法低密度ポリエチレン、V−LDPEは超低密度ポリ
エチレン、EVAはエチレン−酢酸ビニル共重合体、C
Bはカーボンブラックを、また、mpは融点、MFRは
メルトフローレート値、VA含有量はポリマー中の酢酸
ビニルユニットの含有量をそれぞれ示す。 【0017】 【表1】 【0018】 【表2】【0019】これら半導電層用組成物の具体的な製造方
法としては加圧ニーダーを用いて、樹脂とカーボンブラ
ック及び酸化防止剤とを80〜150℃で混練した。 【0020】表1中、カーボンブラックにおける比表面
積は窒素の沸点における吸着量からBET1点法によっ
て算出したものである。また、DBP吸油量とは、カー
ボンブラック100g当たりのジブチルフタレートの吸
収量をJIS・K6221に準拠して測定したものであ
る。 【0021】これら実施例1〜4、及び比較例1〜7の
半導電層用組成物を用いて架橋ポリエチレン絶縁電力ケ
ーブルの絶縁線心を製造した。即ち、図1に示す構造図
のように、これら組成物を内部半導電層に適用し、この
内部半導電層と絶縁層(架橋ポリエチレン)並びに外部
導電層を三層同時押出成形(導体予熱200℃)し、こ
れを窒素雰囲気中で加熱して化学架橋して11種類の乾
式架橋の6kV−CV(60mm2 )の絶縁線心を製造
した。これらのサンプルにおいて、導体部太さ(直
径)、内部半導電層厚さ、絶縁層厚さ、及び外部半導電
層厚さはそれぞれ、10.0mm、1.0mm、3.0
mm、及び0.7mmである。 【0022】これらケーブルの半導電層に係わる諸特性
についての評価を行った。導電特性として体積固有抵抗
をICEA・S−66−524に準拠して測定し、10
5Ω・cm以下を良として○、105Ω・cm超のものを
抵抗値が高すぎて半導電層に適応できないものとして×
として評価した。機械的特性として、JIS・C300
5に準拠して測定した引張伸び値を調べ、伸び値が20
0%以上である場合、充分なものとして○、200%未
満のものを不良とした。(なお、ケーブル被覆材料にお
いて、最低限必要な引張伸び値はケーブル自己径屈曲に
相当する50%程度以上と考えられるが、長期間使用時
の経年変化による特性低下を考慮し、上記のように20
0%を限界値とした。) 【0023】また、押出加工特性は、上記押出加工時に
充分な加工性を得るための温度がスコーチを引き起こす
おそれのある温度(130℃)以下の場合にスコーチ不
安がないとして○、スコーチ不安がある加工温度である
場合に×として評価した。 【0024】耐水トリー性はこれら電力ケーブルの絶縁
線心に1000Hz、6.9kVの交流電圧を3ヶ月印
加した周波数加速浸水課電後の、内部半導電層からの内
導トリー発生数を絶縁線心断面方向0.5mm厚スライ
ス片100枚(合計長さ:5cm)について光学顕微鏡
で観察して計数した値で評価したものである。また、加
工時の温度によって組成物成分が分解してケーブル導体
や金属遮蔽を腐食ないし変色させる物質が発生すること
があるが、このような現象の有無について次に述べる方
法で調査を行った。すなわち、上記で製造したケーブル
について被覆層を取り除いてその導体の目視観察を行
い、腐食ないし変色が認められた場合を×、腐食及び変
色ともに認められない場合を○とし、導体への影響とし
て評価した。 【0025】表2により、本発明に係る架橋ポリエチレ
ン絶縁電力ケーブルの半導電層用組成物によりすべての
特性を満足させる良好な電力ケーブルを得ることができ
ることが判る。 【0026】 【発明の効果】本発明に係る架橋ポリエチレン絶縁電力
ケーブルの半導電層用組成物を用いると、導電特性、機
械的特性、押出加工性、及び耐水トリー性等をすべて満
足し、かつ、誘電正接の局所的増大のおそれやケーブル
導体や金属遮蔽への悪影響がなく、半導電層と絶縁層と
の界面が良好な絶縁電力ケーブルを得ることができる。
【図面の簡単な説明】 【図1】半導電層を有する架橋ポリエチレン絶縁電力ケ
ーブルの絶縁線心の例である。 【図2】本発明で用いるポリエチレンの密度と融点との
関係を示す図である。 【符号の説明】 1 導体 2 内部半導電層 3 絶縁層(架橋ポリエチレン) 4 外部半導電層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平8−199013(JP,A) 特開 平4−218545(JP,A) 特開 平8−185712(JP,A) 特表 平8−506135(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01B 1/24 C08K 3/04 C08L 23/04 H01B 9/02

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 半導電層を有する架橋ポリエチレン絶縁
    電力ケーブルにおける半導電層用組成物に関し、 密度0.910g/cm3未満、かつ、融点が105℃
    以下であって、密度dg/cm3と融点Tm℃との関係
    が、 Tm=700d+α (ただし、αは−539以上−525以下) で示されるオレフィン系共重合体とカーボンブラックと
    からなることを特徴とする架橋ポリエチレン絶縁電力ケ
    ーブルの半導電層用組成物。
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EP3173443A1 (en) * 2015-11-27 2017-05-31 Borealis AG Semiconductive polyethylene composition
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