JP3835048B2 - リサイカブル電力ケーブル - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は電力ケーブル,特にリサイカブル電力ケーブルに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来におけるこの種の電力ケーブルの代表的なものとしては、導体上に、プラスチックにカーボンブラックの如き半導電性材料を高配合した樹脂組成物を押出し被覆し、さらにその上に架橋ポリエチレン絶縁体を形成した電力ケーブルが有る(図1参照)。
【0003】
しかしながら、この様な従来の電力ケーブルをリサイクルしようとした場合、絶縁体に使用されている架橋ポリエチレンは熱可塑性を有しないため、分離回収してもそのままリサイクル出来ず、サーモリサイクルする他に方法がなかった。しかも、従来の電力ケーブルの構造においては、内部半導電層に含まれる半導電性材料が不可避的に絶縁体に付着するので、絶縁体のみを内部半導電層の構成成分から分離して回収することは出来ず、この点から絶縁体材料としてのリサイクル(マテリアルリサイクル)は不可能であった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は上記の問題点を有効に解決するために案出されたものである。
【0005】
本発明の目的は、簡単に人の力でも絶縁体より剥がすことが可能で、回収に要する作業時間を短縮することが出来、リサイクル作業性の高いフリスト内部半導電層を有する電力ケーブルを提供することにある。
【0006】
また、本発明の目的は、リサイクル作業性の高い内部半導電層有し、絶縁体材料に半導電性材料を付着せしめることなく絶縁体のみを確実に回収し、絶縁体材料のグレードを落とすことなく再度絶縁体として利用出来るリサイクル(マテリアルリサイクル)性の高い電力ケーブルを提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明の電力ケーブルは、導体上に(1)数平均分子量が3×104 以上であるか、または重量平均分子量が3×105 以上であるエチレン−酢酸ビニル共重合体及び(2)上記エチレン酢酸ビニル共重合体100重量部に対し、体積抵抗率が常温において5000Ω・cm以下になるような割合の半導電性カーボンブラックを必須の成分として含有する半導電性樹脂組成物によってフリスト型に構成された内部半導電層及び非架橋タイプの樹脂によって構成される絶縁体が形成されたケーブルとされる。
【0008】
本発明の上記半導電性樹脂組成物は、上記酢酸ビニル共重合体及び上記半導電性カーボンブラックに加えて、上記酢酸ビニル共重合体99〜50重量部に対し1〜50重量部となる割合の融点120℃以上のポリオレフィンであって高密度ポリエチレン,直鎖状ポリエチレン及びポリプロピレンから選ばれる1種類または2種類以上から成るポリオレフィンを含有せしめることが好ましい。さらに、本発明の上記半導電性樹脂組成物は、上記酢酸ビニル共重合体、上記半導電性カーボンブラック及び上記融点120℃以上のポリオレフィンに加えて、上記エチレン−酢酸ビニル共重合体及び上記融点120℃以上のポリオレフィンの合量100重量部に対し1〜20重量部の割合の200℃での揮発量が2%未満の炭化水素系ワックスを含有せしめることがより好ましい。
【0009】
本発明の上記絶縁体に用いられる非架橋タイプの樹脂としては、ポリプロピレン1〜25重量%及びエチレン・ブテン−1共重合体99〜75重量%を含有し、且つ密度が0.920g/cm3 以下のポリマ組成物から成る樹脂が好ましく、さらに、上記非架橋タイプの樹脂としては、上記ポリプロピレン及び上記エチレン・ブテン−1共重合体に加えて、上記ポリマ組成物(上記プロピレン及び上記エチレン・ブテン−1共重合体の合量)100〜60重量部に対し40重量部以下の割合の高圧ラジカル重合ポリエチレン,エチレン酢酸ビニル共重合体,エチレンエチルアクリレート共重合体,エチレンブチルアクリレート共重合体,エチレンメタクリレート共重合体,エチレンメチルメタクリレート共重合体,エチレンプロピレンゴム、エチレンブテンゴム,エチレンオクテンゴム,水添スチレンブタジエンゴム及び水添スチレンブタジエンスチレンゴムから選ばれる1種類または2種類以上のポリマを配合せしめた非架橋タイプの樹脂がより好ましい。
【0010】
本発明における、半導電性樹脂組成物の成分としての、エチレン−酢酸ビニル共重合体としては高分子量の共重合体、即ち、浸透圧法により測定した3×104 以上、光散乱法により測定した重量平均分子量が3×105 以上のエチレン−酢酸ビニル共重合体が用いられるが、その理由は、酢酸ビニルの濃度を極端に高めることなく著しく半導電層−絶縁体間の剥離性を向上させ得ることに有り、これは酢酸ビニル成分による溶解パラメータの差の拡大によるだけでなく、絶縁体と半導電層界面におけるポリマの分子拡散を抑制する効果により剥離性が向上するためと考えられる。また、このようなエチレン−酢酸ビニル共重合体の酢酸ビニルの濃度としては、示差走査熱量計(DSC)の結晶融解ピークから求めた融点が60〜80℃となる如き濃度が望ましい。ここで、融点を60〜80℃としたのは、融点が60℃未満では、ケーブルのコアをドラムに多段に巻いた場合の変形が大きくなり、また銅テープや、銅のワイヤの腐食も大きくなるためであり、一方、融点が80℃を超えると、分子量を上記のように規定しても、剥離強度が高くなって、剥離性が不十分となってしまうためである。
【0011】
本発明における、上記の如き高分子量のエチレン−酢酸ビニル共重合体としては、例えば多段重合技術により合成される分子量の大きい共重合体から選択されたものが挙げられる。
【0012】
本発明における、半導電性樹脂成分としての、エチレン酢酸ビニル共重合体は、上記融点120℃以上のポリオレフィンに加えて、上記エチレン−酢酸ビニル重合体及び上記融点120℃以上のポリオレフィンの合量100重量部に対し、200℃での揮発量が2%未満の炭化水素系ワックス1〜20重量部を配合することがより好ましいが、その理由は、これにより、半導電性樹脂組成物の粘度を下げ、加工性を改良することが出来るためである。但し、熱重量解析(TGA)により、常温から5℃/minの速度で200℃に昇温させて測定した重量減少(揮発量)が2%以上のものは、押出被覆に際して発泡が起こり、半導電層の内部にボイドが生成したり、絶縁体との界面に剥離が生じるという問題が出るために好ましくない。
【0013】
本発明における、上記の如き炭化水素系ワックスとしては、分子量が10000以下で、低分子量の高密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−エチルアクリレート共重合体などのエチレン系ポリマやポリプロピレン等から選択されたものが挙げられる。
【0014】
本発明の、上記絶縁体を構成するポリマ組成物におけるポリプロピレン及びエチレン・ブテン−1共重合体の割合として、ポリプロピレンの比率を1〜25重量%にすることが好ましいのは、1%未満では、水トリーの抑制が小さいためであり、また25%を超えると耐水トリー性が悪くなるためである。同様に、上記ポリマ組成物の密度を0.920g/cm3 以下とすることが好ましい理由は、従来の絶縁体に使用される架橋ポリエチレンと同等の耐熱性をもちながら、架橋ポリエチレンより可撓性が良好なポリマ組成物を得るためであり、また、この値を超えると水トリーの抑止力が小さくなる傾向があるためである。
【0015】
本発明の、上記絶縁体を構成するポリプロピレン(1〜25重量%)及びエチレン・ブテン−1共重合体(99〜75重量%)を含むポリマ組成物は、さらに、ポリプロピレン及びエチレン・ブテン−1共重合体の合量100〜60重量部に対して、高圧ラジカル重合ポリエチレン,エチレン酢酸ビニル共重合体,エチレンエチルアクリレート共重合体,エチレンブチルアクリレート共重合体,エチレンメタクリレート共重合体,エチレンメチルメタクリレート共重合体,エチレンプロピレンゴム、エチレンブテンゴム,エチレンオクテンゴム,水添スチレンブタジエンゴム及び水添スチレンブタジエンスチレンゴムから選ばれる1種類または2種類以上のポリマを40重量部以下の割で混和されることが好ましいが、その理由は耐水トリー性の向上がみられるためであり、また、上記混和量が40重量部を超えると押出し外観が悪くなる傾向が有るためである。
【0016】
【発明の実施の形態】
図4は、本発明に係る電力ケーブルの一形態の断面概略説明図であり、図5及び図6は夫々図4に示される電力ケーブルより遂次に導体及び内部半導電層を取り出した状態の概略説明図である。また、図1、図2及び図3は従来技術による電力ケーブルについての概略説明図であって、夫々図4、図5及図6に対応している。さらにまた、図7は、本発明に係る電力ケーブルの他の一形態の概略説明図である。
【0017】
図4に示される本発明に係る電力ケーブル例においては、導体1、導体1上の押出し形成された内部半導電層(フリストタイプ半導電性樹脂組成物)2b、内部半導電性2b上に形成された絶縁体(非架橋タイプ樹脂)3b及びその上のPVCシース4から構成される。図5に示される如く、図4に示される電力ケーブルより導体1を取り出し、次いで図6に示される如く内部半導電層(フリストタイプ半導電性樹脂層)2bを取り出した状態において、絶縁体(非架橋タイプ樹脂)3bの内側に内部半導電層(半導電性樹脂組成物)2bの付着が全く認められない。
【0018】
これに対し、図1に示される如き従来技術による電力ケーブルより、導体1を取り出し(図2)、次いで内部半導電層(半導電性樹脂組成物)2a取り出した状態における架橋ポリエチレン絶縁体3aの内側に内部半導電層(半導電性樹脂組成物)2aの一部が付着し残留する。
【0019】
図7に示される本発明に係る電力ケーブルの他の一例においては、導体1、内部半導電層(フリストタイプ半導電層)2b、絶縁体(非架橋タイプ樹脂)3b、外部半導電層(フリストタイプ半導電性樹脂組成物)5及びPVCシース4によって電力ケーブルが構成される。
【0020】
本発明の好適な実施の形態は、上記の如き半導電性樹脂組成物によって構成される内部半導電層及び上記の如き非架橋型樹脂で構成される絶縁体を組合せた電力ケーブルであって、以下の実施例中に比較例と対比しつつ例示される。
【0021】
【実施例】
(実施例及び比較例)
図4に示される如き電力ケーブルを導体1上に、半導電性樹脂組成物(下記のC群、D群、E群、F群)を用いて内部半導電層2を押出して形成し、その上に非架橋タイプの樹脂(下記のA群、B群、比較群)を用いて絶縁体3を施し、さらにその上にPVCシース4を被覆して製造した。なお、非架橋タイプの樹脂(下記のA群、B群)と半導電性樹脂組成物(C群、D群、E群)を組合せて得られた電力ケーブルが本発明に係るフリスト型内部半導電層付リサイカブル電力ケーブルの実施例であり、また、非架橋タイプの樹脂(A群、B群)と下記F群の半導電性樹脂組成物を組合せて得られた電力ケーブルが比較例である。また、非架橋タイプの樹脂(下記のA群、B群)と比較のための絶縁体材料(比較群)の特性が比較される。
【0022】
ここにおいて、導体1の導体断面積は60mm2 、内部半導電層厚(図6中のt1 )は0.7mm、絶縁体厚(図6中のt2 )は4.5mmとした。
【0023】
(1)絶縁体用の非架橋タイプの樹脂の調製
A群:ポリプロピレン1〜25%とエチレン・ブテン1共重合体99〜75%を混和してなる密度が0.920g/cm3 以下のポリマ組成物を調製した。その組成及び特性は、表1に示される。
【0024】
B群:ポリプロピレン1〜25%とエチレン・ブテン1共重合体99〜75%を混和してなる密度が0.920g/cm3 以下のポリマ組成物100〜60重量部に対し、高圧ラジカル重合ポリエチレン,エチレン酢酸ビニル共重合体,エチレンプロピレンゴム,エチレンオクテン−1共重合体又は水添スチレンブタジエンゴムを40重量部以下混和したポリマ組成物を調製した。その組成及び特性は、表1中に示される。
【0025】
比較群:比較のための組成物を調製した。その組成及び特性は、表1中に示される。
【0026】
(2)内部半導電層用の半導電性樹脂組成物の調製
C群:数平均分子量が3×104 以上または、重量平均分子量が3×105 以上で、融点が60〜80℃であるエチレン−酢酸ビニル共重合体100重量部に対し、体積抵抗率が常温で5000Ω・cm以下になるように半導電性カーボンブラックを配合した半導電性樹脂組成物を調製した。その組成は表2中に示される。
【0027】
D群:上記のエチレン−酢酸ビニル共重合体99〜50重量部に対し、融点120℃以上のポリオレフィン、即ち高密度ポリエチレン,直鎖状ポリエチレン又はポリプロピレンを1〜50重量部混和し半導電性カーボンブラックを配合した半導電性樹脂組成物を調製した。その組成は表2中に示される。
【0028】
E群:上記のエチレン−酢酸ビニル共重合体99〜50重量部に対し、融点120℃以上の高密度ポリエチレンを配合し、さらに上記エチレン−酢酸ビニル共重合体及び融点120℃以上の高密度ポリエチレンの合量100重量部に対し、200℃での揮発量が2%未満の炭化水素ワックスを1〜20重量部配合し、半導電性カーボンブラックを配合した半導電性樹脂組成物を調製した。その組成は表2中に示される。
【0029】
F群:比較のための組成物を調製した。その組成は表3中に示される。
【0030】
(3)剥離強度試験
上記方法で製造した電力ケーブル(図4)の導体1を取り除き(図5)内部半導電層2bを絶縁体3bより剥がす(図6)際の強度(剥離強度)をAEIC−CS5(SPECIFICATIONS FOR CROSS-LINKED POLYETHYLENE INSULATED SHIELDED POWER CABLES PATED 5 THROGH 46KV) に準拠して常温で測定した。この方法で、0.5〜4kg/ 1/2インチの剥離強度によって内部半導電層が剥離され、且つ図6のように絶縁体に内部半導電層成分の付着がないものを○とし、内部半導電層が0.5〜4kg/ 1/2インチで剥離できないものを×とした。試験結果は表4中に示される。
【0031】
(4)加熱変形試験
また、上記電力ケーブルについて、JIS C 3005に準拠して試験を行い、120℃における試料の加熱変形が25%以下のものを○、25%を超えるものを▲とした。試験結果は表5中に示される。
【0032】
(5)体積抵抗率試験
同様に、AEIC−CS5に準拠して、体積抵抗率が常温で5000Ω・cm以下、90℃で50000Ω・cm以下のものを○、この値に入らないものを△とした。試験結果は表6中に示される。
【0033】
(6)同様に、押出工程において外観が良いものを○、発泡して外観が悪いものを■とした。試験結果は表7中に示される。
【0034】
(7)総合評価
以上の諸結果について、全ての項目において○のものを合格とし、1つでも×,▲,△,■があれば不合格とした。その評価結果は表8中に示される。
【0035】
【表1】
【0036】
【表2】
【0037】
【表3】
【0038】
【表4】
【0039】
【表5】
【0040】
【表6】
【0041】
【表7】
【0042】
【表8】
【0043】
表8の結果からも理解されるように、耐熱性、可撓性、耐水トリー性にも優れた絶縁体(A群,B群)と絶縁体との剥離性に優れ、加熱変形性にも優れる半導電性樹脂組成物(C群,D群,E群)を組み合わせることによって、リサイクル可能な絶縁体が不純物を混入することなく容易に回収出来る電力ケーブルが得られた。
【0044】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、絶縁体を不純物が付着しない状態で、短時間に容易に分離、回収することが出来る電力ケーブルが提供され、これにより絶縁体を構成する樹脂材料を半導電性樹脂組成物より分離して効果的にリサイクルすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の電力ケーブルの断面概略説明図である。
【図2】図1の電力ケーブルより導体を取出した状態説明図である。
【図3】図1の電力ケーブルよりさらに内部半導電層を剥離した状態説明図である。
【図4】本発明に係る電力ケーブルの態様の断面概略説明図である。
【図5】本発明に係る、図4の電力ケーブルより導体を取出した状態説明図である。
【図6】本発明に係る、図4の電力ケーブルよりさらに内部半導電層を剥離した状態説明図である。
【図7】本発明に係る電力ケーブルの他の態様の断面概略説明図である。
【符号の説明】
1 導体
2a 内部半導電層(半導電性樹脂組成物)
2b 内部半導電層(フリストタイプ内部半導電層、半導電性樹脂組成物)
3a 架橋ポリエチレン絶縁体
3b 非架橋タイプ樹脂絶縁体(非架橋タイプの樹脂)
4 PVCシース
5 外部半導電層(フリストタイプ外部半導電層、半導電性樹脂組成物)
Claims (4)
- 導体、内部半導電層及び絶縁体を必須の構成要素として有する電力ケーブルにおいて、上記内部半導電層が、(1)数平均分子量が3×104以上であるか、または重量平均分子量が3×105以上であるエチレン−酢酸ビニル共重合体及び(2)上記エチレン酢酸ビニル共重合体100重量部に対し、体積抵抗率が常温において5000Ω・cm以下になるような割合の半導電性カーボンブラックを必須の成分として含有する半導電性樹脂組成物によって構成され、上記絶縁体がポリプロピレン1〜25重量%及びエチレン・ブテン−1共重合体99〜75重量%を含有し、且つ密度が0.920g/cm 3 以下の非架橋タイプのポリマ組成物によって構成されることを特徴とする電力ケーブル。
- 上記絶縁体が、(1)ポリプロピレン1〜25重量%及びエチレン・ブテン−1共重合体99〜75重量%を含有し、且つ密度が0.920g/cm 3 以下のポリマ組成物及び(2)上記ポリマ組成物100〜60重量部に対し40重量部以下の割合の高圧ラジカル重合ポリエチレン、エチレン酢酸ビニル共重合体、エチレンエチルアクリレート共重合体、エチレンブチルアクリレート共重合体、エチレンメタクリレート共重合体、エチレンメチルメタクリレート共重合体、エチレンプロピレンゴム、エチレンブテンゴム、エチレンオクテンゴム、水添スチレンブタジエンゴム及び水添スチレンブタジエンスチレンゴムから選ばれる1種類または2種類以上のポリマ含有する樹脂組成物によって構成される請求項1記載の電力ケーブル。
- 上記半導電性樹脂組成物が、エチレン−酢酸ビニル共重合体99〜50重量部に対し1〜50重量部となる割合の融点120℃以上のポリオレフィンであって高密度ポリエチレン、直鎖状ポリエチレン及びポリプロピレンから選ばれた1種類または2種類以上から成るポリオレフィンを含有する半導電性樹脂組成物によって構成されることを特徴とする請求項1または2記載の電力ケーブル。
- 上記半導電性樹脂組成物が、さらに上記エチレン−酢酸ビニル共重合体及び上記融点120℃以上のポリオレフィンの混合物100重量部に対し1〜20重量部の割合の200℃における揮発量が2%未満の炭化水素系ワックスを含有する請求項1〜3のいずれか1に記載の電力ケーブル。
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