JP3835055B2 - リサイカブル電力ケーブル - Google Patents

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Description

【0001】
【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を有し、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は、導体、上記導体上の内部半導電層及び上記内部半導電層上の絶縁体を有する電力ケーブルにおいて、上記内部半導電層を数平均分子量が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及び上記エチレン−酢酸ビニル共重合体100重量部に対し、体積抵抗率が常温で5000Ω・cm以下になる如き割合の半導電性カーボンブラックを含有する半導電性樹脂組成物によって構成し、又、上記絶縁体をエチレン、プロピレン及びブテン−1をモノマとして重合させて得られる密度が0.915g/cm3 以下、メルトインデックスが5g/10min以下で融点が120℃以上の非架橋タイプで耐熱性の直鎖状ポリエチレンを用いた絶縁性樹脂組成物によって構成する。これによって、例えば、電力ケーブルの押出成形の工程に、上記半導電性樹脂組成物及び上記絶縁性樹脂組成物を導入することによって、導体上にフリストタイプの内部半導体層と、その上の目的とする特徴を具備する絶縁体を有するリサイカブル電力ケーブルが得られる。
【0008】
本発明の上記半導電性樹脂組成物は、上記エチレン−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重量部の割合の融点が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種または2種以上のポリオレフィンを含有せしめられることが好ましい。
【0009】
又、本発明の上記半導電性樹脂組成物は、上記エチレン−酢酸ビニル共重合体、上記半導電性カーボン及び上記融点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℃における揮発量が2%未満の炭化水素系ワックスを含有せしめることがさらに好ましい。
【0010】
さらに又、本発明の上記絶縁性樹脂組成物は、(1)上記のエチレン、プロピレン及びブテン−1をモノマとして重合させて得られる密度が0.915g/cm3 以下、メルトインデックスが5g/10min以下で融点が120℃以上の非架橋タイプで耐熱性の直鎖状ポリエチレンに加えて、(2)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、水添スチレンブタジエンスチレンゴムから選ばれる1種または2種以上のエチレンコポリマを含有せしめることが好ましい。
【0011】
本発明者は、半導電層と絶縁体とを剥離し易くするには、一般的に半導電性樹脂組成物を工夫して溶解性パラメータの差を大きくすること、即ち、エチレン−酢酸ビニル共重合体における酢酸ビニルの濃度を上げることが有効であると言われて来た点について鋭意検討した結果、単に酢酸ビニルの濃度を大きくしただけでは不十分であることを確認し、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ことによって剥離性が向上するのではないかと考え、研究を重ねた結果、エチレン−酢酸ビニル共重合体の高分子量化、即ち、多段重合技術により合成される分子量の大きいエチレン−酢酸ビニル共重合体を配合成物に適用すると、酢酸ビニルの濃度を極端に高めることなく、剥離性を著しく向上させ得ることを見出だし本発明を完成した。
【0012】
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℃となる如き濃度とされる。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。
【0013】
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。
【0014】
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が、その理由は、これにより電力ケーブル実使用時の加熱変形率をさらに小さく抑えることが可能となるためである。ここで、上記の融点120℃以上のポリオレフィンの配合量を1〜50重量部とした理由は、規定量を超えると絶縁体と半導電層の剥離強度が高くなりすぎて剥離が困難となるためである。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
本発明における、絶縁性樹脂組成物の成分としての、エチレン、プロピレン及びブテン−1をモノマとして重合させて得られる密度が0.915g/cm3 以下、メルトインデックスが5g/10min以下で融点が120℃以上の非架橋タイプで耐熱性の直鎖状ポリエチレンとして、代表的なものとしては、エチレン−ブテン−1共重合体を主成分とし、少量のポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−ブテン−1−プロピレン共重合体が含まれる重合物が挙げられる。ここで、上記のエチレン、プロピレン及びブテン−1をモノマとして重合させて得られる直鎖状ポリエチレンの密度を0.915g/cm3 以下に規定したのは、従来の絶縁体に使用されている架橋ポリエチレンの対比において、同等の耐熱性をもちながらより大きい可撓性を有し、より結晶量が少なく、押出成形後の冷却過程での結晶化により収縮を小さく抑えることが可能なためである。また、これによって、絶縁体に柔軟性が付与され、絶縁性樹脂組成物内に異物があった場合においても絶縁性組成物と異物との界面の剥離が小さくなり、絶縁破壊強さや耐水トリー特性を向上出来るためである。またここで、上記のエチレン、プロピレン及びブテン−1をモノマとして重合させて得られる直鎖状ポリエチレンの融点が120℃以上に規定される理由は、JIS C 3005に規定されている試験方法において、120℃での加熱変形率を小さくすることが出来るためである。ここで規定される融点は、示差走査熱量計(DSC)を用いて、10℃/minの昇温速度で測定した時の吸熱ピーク温度をいう。また、ここで規定されるメルトインデックスは、JIS K 7210に準拠して、温度190℃、荷重2.16kg(21.18N)で測定した値である。
【0018】
本発明における、絶縁性樹脂組成物の成分としての上記の如きエチレン、プロピレン及びブテン−1をモノマとして重合させて得られる直鎖状ポリエチレンは、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、水添スチレンブタジエンスチレンゴムから選ばれる1種または2種以上のエチレンコポリマを配合されることが好ましいが、その理由は、これにより電力ケーブルの耐水トリーが更に向上するためである。
【0019】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態例を添付図面を参照しながら、従来の技術による電力ケーブルと比較し説明する。
【0020】
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により遂次に導体及び内部半導電層を取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及び図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。
【0021】
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組成物)2bを取出した状態において、絶縁体(非架橋タイプの耐熱性ポリエチレン)3bの内側に内部半導電層(フリストタイプ半導電性樹脂組成物)2bの付着が全く認められない。
【0022】
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を取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。
【0023】
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性樹脂組成物)2b、絶縁体(非架橋タイプの耐熱性ポリエチレン)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。
【0024】
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。
【0025】
【実施例】
以下、本発明の具体的実施例を比較例等と対比しつつ説明する。
【0026】
(実施例)
電力ケーブル押出工程によって、図4に示される如き、導体1上にフリストタイプ内部半導電層2b及びその上にマテリアルリサイクルが可能な非架橋タイプの絶縁体3bを施しPVCシース4を被覆して成る電力ケーブルを製造した。
【0027】
ここにおいて、導体断面積は60mm2 、フリスト内部半導電層厚さ0.7mm(図6:t1)、絶縁体厚さ4.5mm(図6:t2)とした。
【0028】
又、内部半導電層用の半導電性樹脂組成物としては、表2中のC,D及びE群に示される組成成分のものを、絶縁体用の絶縁性樹脂組成物としては、表1中のA群及びB群に示される組成成分のものと表4〜8の如くに組合せて用いた。
【0029】
(比較例)
上記の実施例に準じて比較のための電力ケーブルを押出成形した。内部半導体層用の半導電性樹脂組成物としては、表3中のF群に示される組成静物のものを、絶縁体用の絶縁性樹脂組成物として表1中のA群及びB群に示されるものと組合せて用いた。
【0030】
なお、表1中の比較例(1〜4)は、予備実験段階における参考比較絶縁性組成物の組成成分(及び評価結果)を示す。
【0031】
なお又、上記の電力ケーブル等は、下記評価のための試料に供され、評価結果は対応する表中に示される。
【0032】
樹脂組成物の簡単な説明を、以下に行う。
【0033】
(1)A群:本発明に係る絶縁性樹脂組成物で、その組成成分は表1中に示される。エチレン、プロピレン、及びブテン−1をモノマとして重合して得られる直鎖状ポリエチレンであって密度が0.915g/cm3 以下、メルトインデックスが5g/10min以下で融点が120℃以上に直鎖状ポリエチレンを主成分とする。
【0034】
(2)B群:本発明に係る絶縁性樹脂組成物で、その組成成分は表1中に示される。エチレン、プロピレン及びブテン−1をモノマとして重合させた密度が0.915g/cm3 以下、メルトインデックスが5g/10min以下で融点が120℃以上の直鎖状ポリエチレンにエチレンコポリマとしてエチレン−酢酸ビニル共重合体又はエチレンオクテンゴムを配合したものを主成分とする。
【0035】
(3)C群:本発明に係る半導電性樹脂組成物で、その組成成分は表2中に示される。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及び上記エチレン−酢酸ビニル共重合体100重量部に対し、体積抵抗率が常温で5000Ω・ cm以下になる如き割合の半導電性カーボンブラックを配合したものを主成分とする。
【0036】
(4)D群:本発明に係る半導電性樹脂組成物で、その組成成分は表2中に示される。上記記載のエチレン−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重量部さらに混和したものを主成分とする。
【0037】
(5)E群:本発明に係る半導電性樹脂組成物で、その組成成分は表2中に示される。上記エチレン−酢酸ビニル共重合体及びエチレン−酢酸ビニル共重合体と融点120℃以上のポリオレフィン混合物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を1〜20重量部さらに配合したものを主成分とする。
【0038】
(6)F群:比較例のための半導電性樹脂組成物で、その組成成分は表2中に示される。
【0039】
(7)表1中の比較例:比較のための絶縁性樹脂組成物で、その組成成分は表1中に示される。なお、A群、B群及び上記の表1中の比較例(1〜4)の特性比較は、下記の(A)〜(C)の項目について実施したが、該比較例の絶縁性樹脂組成物の場合には、(A)JIS C 3005に準拠し120℃における加熱変形率が25%を超えるかあるいは(及び)(B)120℃に加熱した時の収縮量を測定した結果シュリンクバックが1%以上であるか、あるいは(及び)(C)導体内に注入した試料を90℃の温水中に浸漬し、導体と水との間に50Hz/9kVの交流電圧を500日間印加した後、試料の断面を薄くスライスしてメチレンブルー水溶液で煮沸染色し光学顕微鏡にて測定して200μm以上のボウタイトリー発生数が103 以上ありボウタイトリー特性が劣っていた。
【0040】
評価試験は、以下の如くにした。
【0041】
(1)剥離試験・剥離強度試験:上記の如くにして製造した電力ケーブルの導体1を取り除き(図5)、フリストタイプ内部半導電層2bを非架橋タイプの絶縁体3bより剥がす(図6)際の強度(剥離強度)をAEIC−CS5(SPECIFICATIONS FOR CROSS-LINKED POLYEHTYLENE 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 インチの剥離強度を有する電力ケーブルであって、且つ図6の如く絶縁体に内部半導電層成分の付着がないものを○印とし、フリスト内部半導電層が0.5〜4kg/ 1/2インチで剥離出来ないものを×印とした。結果は表4に示す。
【0042】
(2)加熱変形試験:JIS C 3005に準拠して、120℃における試料の加熱変形が25%以下のものを○印、25%を超えるものを▲印とした。結果は表5に示す。
【0043】
(3)体積抵抗率試験:AEIC−CS5に準拠して、体積抵抗率を測定し、これが常温で5000Ω・cm以下、90℃で50000Ω・cm以下のものを○印、この範囲に入らないものを△印とした。
【0044】
(4)押出外観試験:押出外観が良いものを○印、発泡して外観が悪いものを■印とした。結果は表7に示す。
【0045】
(5)総合評価:上記の全ての項目において○印のものを「合格」とし、1つでも×、▲、△、■印が有れば、「不合格」とした。結果は表8に示す。
【0046】
以上の試験評価の結果は、表4〜8に示される。表1〜8に示される如く、本発明の実施例の電力ケーブルにおいては、一般特性に優れ、且つ半導電層材料が混入していない絶縁体を容易に剥離・回収出来た。これによって絶縁体材料のリサイクルが可能となった。
【0047】
【表1】
Figure 0003835055
【0048】
【表2】
Figure 0003835055
【0049】
【表3】
Figure 0003835055
【0050】
【表4】
Figure 0003835055
【0051】
【表5】
Figure 0003835055
【0052】
【表6】
Figure 0003835055
【0053】
【表7】
Figure 0003835055
【0054】
【表8】
Figure 0003835055
【0055】
なお、リサイカブル電力ケーブルとして、導体上にフリスト内部半導電層を押出した上に絶縁体を施し、その上にフリスト内部半導電層と同じ半導電性樹脂組成物(フリスト外部半導電層)を押出したもの(図7)においても、上記の如き効果が得られた。
【0056】
以上本発明の実施例では、耐熱性、可撓性に優れ、又、押出成形性が良く、加熱変形率とシュリンクバックが小さく、耐水トリー(特に耐ボウタイトリー特性)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フリスト半導電性樹脂組成物(C群、D群、E群)を組み合わせて使用することによって、材料としてのリサイクル(マテリアルリサイクル)が可能なケーブルが得られ、その工業的価値は著しく高い。
【0057】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、諸特性に優れると共に、絶縁体の剥離性、回収作業性、リサイクル性に優れた電力ケーブルが得られる。
【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(フリストタイプ半導電性樹脂組成物)
3a 架橋ポリエチレン絶縁体
3b 絶縁体(非架橋タイプの耐熱性ポリエチレン)
4 PVCシース
5 外部半導電層(フリストタイプ半導電性樹脂組成物)

Claims (3)

  1. 導体、上記導体上の内部半導電層及び上記内部半導電層上の絶縁体を有する電力ケーブルにおいて、上記内部半導電層が数平均分子量が3×10以上または重量平均分子量が3×10以上で、融点が60〜80℃であるエチレン−酢酸ビニル共重合体及び上記エチレン−酢酸ビニル共重合体100重量部に対し、体積抵抗率が常温で5000Ω・cm以下になる如き割合の半導電性カーボンブラックを含有する半導電性樹脂組成物によって構成され、又、上記絶縁体がエチレン、プロピレン及びブテン−1をモノマとして重合させて得られる密度が0.915g/cm以下、メルトインデックスが5g/10min以下で融点が120℃以上で耐熱性の直鎖状ポリエチレン及びエチレンコポリマを含有する非架橋タイプの絶縁性樹脂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。
  2. 上記半導電性樹脂組成物が、上記エチレン−酢酸ビニル共重合体99〜50重量部に対し、1〜50重量部の割合の融点が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種または2種以上のポリオレフィンを含有せしめられることを特徴とする請求項1記載の電力ケーブル。
  3. 上記半導電性樹脂組成物が、上記エチレン−酢酸ビニル共重合体及び上記の融点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℃における揮発量が2%未満の炭化水素系ワックスを含有せしめら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。
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