JP3963228B2 - 絶縁電線 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、優れた耐電圧特性、電気特性、加工性及び可とう性を兼ね備えた電気絶縁組成物を用いた、特に、家電製品、ＯＡ機器、ガス器具、自動車等で使用される高圧回路用電線として好適な絶縁電線に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポリエチレン系ポリマーやエチレン−プロピレンゴム混合物などの非極性ポリオレフィンは安価で加工性も良いことから、従来より絶縁電線の絶縁体として広く用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ポリエチレン系ポリマーの場合は、加工性に加え、高度な耐電圧特性と電気特性（低静電容量）を有しているものの、可とう性に劣るため、これを絶縁体とした絶縁電線は過密な配線が困難である。一方、エチレン−プロピレンゴム混合物の場合は、加工性に加え、可とう性にも優れるものの、加工性を向上させる目的で配合されているタルク、クレー等の無機粉体の中に含まれる不純物が、もともとポリエチレン系ポリマーに比べて低いエチレン−プロピレンゴムの耐電圧特性と電気特性を更に低下させている。
【０００４】
本発明はこのような点に基づいてなされたもので、その目的とするところは、優れた耐電圧特性、電気特性（低静電容量）、加工性及び可とう性を兼ね備えた電気絶縁組成物を絶縁体として用いた絶縁電線を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するべく本発明による絶縁電線は、エチレン−プロピレンゴムを主体とした非極性ポリオレフィンポリマー混合物１００重量部に対し、粒子径が６００μｍ以下であり、かつ結晶融点が１２０℃以上のポリオレフィン粉末を２０重量部以上２００重量部以下含有する電気絶縁組成物からなる架橋被覆層が導体外周に設けられていることを特徴としている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明において使用されるエチレン−プロピレンゴムを主体とした非極性ポリオレフィンポリマー混合物とは、例えば、エチレン−プロピレンゴム単独、若しくはエチレン−プロピレンゴムに、加工性付与、硬度調整を目的として必要に応じて結晶融点１２０℃以下のポリオレフィンポリマーを加えたものなどである。混合物中には、５重量％以下の少量であればポリオレフィンポリマーに由来するエステルモノマー成分やα−オレフィンモノマー成分などが入っていても良い。エチレン−プロピレンゴムとしては、エチレンとプロピレンを共重合させたものの他、更に、第三成分として、エチリデンノルボルネン、ジシクロペンタジエン、１，４−ヘキサジエン等を共重合させたものなどが挙げられる。これらは単独で使用しても良いし、２種以上を併用しても良い。
【０００８】
本発明においては、上記エチレン−プロピレンゴムを主体とした非極性ポリオレフィンポリマー混合物にポリオレフィン粉末を含有させる。ポリオレフィン粉末としては、例えば、ポリエチレン粉末、ポリプロピレン粉末などが挙げられるが、本発明では、これらの中でも、粒子径が６００μｍ以下、好ましくは５００μｍ以下であり、かつ結晶融点が１２０℃以上のものを使用する。粒子径が６００μｍを超えるポリオレフィン粉末は、エチレン−プロピレンゴムを主体とした非極性ポリオレフィンポリマー混合物中に均一に分散しないばかりか、混練作業を著しく困難なものとしてしまう。粒子径が５００μｍを超えるポリオレフィン粉末は、エチレン−プロピレンゴムを主体とした非極性ポリオレフィンポリマー混合物中に均一に分散しにくく、耐電圧特性にバラツキが生じ易い。また、結晶融点が１２０℃に満たないポリオレフィン粉末は、混練時のエチレン−プロピレンゴムを主体とした非極性ポリオレフィンポリマー混合物の自己発熱によって溶融し、ロール密着性が悪くなり混練作業が著しく困難なものとなってしまう。尚、ここで言うポリオレフィン粉末の「粒子径」とは、ＪＩＳ Ｋ ５１０１の試験方法に準拠して測定した粉末の９９％以上がふるいメッシュを通過した時の最小のふるいメッシュ番号に相当する値であり、また「結晶融点」とは、ＡＳＴＭ Ｄ２１１７の試験方法に準拠して測定した値である。
【０００９】
ポリオレフィン粉末の含有量は、エチレン−プロピレンゴムを主体とした非極性ポリオレフィンポリマー混合物１００重量部に対して２０重量部以上２００重量部以下とする。２０重量部未満では、目的とする高度な耐電圧特性を得ることができないとともに、混練加工が困難になってしまう。また２００重量部を超えると、得られた組成物の押出トルクが高くなり押出加工が困難になるとともに、可とう性が著しく低下してしまう。
【００１０】
エチレン−プロピレンゴムを主体とした非極性ポリオレフィンポリマー混合物に上記のポリオレフィン粉末を含有させることにより、従来の無機粉体を含有したエチレン−プロピレンゴム混合物の優れた可とう性と加工性を損なうことなく、従来のポリエチレン系ポリマーと同等の高度な耐電圧特性と電気特性を付与することができる。従って、従来、エチレン−プロピレンゴム混合物の耐電圧特性や電気特性を低下させる原因となっていた不純物を含む無機粉体を添加する必要がなくなる。
【００１１】
本発明においては、上記の成分に加えて、可塑剤、加工助剤、酸化防止剤、架橋剤、架橋助剤、着色剤等を適宜添加することができる。
【００１２】
得られた組成物を公知の押出機を用いて導体周上に押出被覆した後、高圧蒸気により架橋を施して本発明の絶縁電線とする。高圧蒸気により架橋する場合は、上記組成物に予め架橋剤を添加しておく必要がある。架橋剤としては、例えば、ジクミルパーオキサイドなどの有機過酸化物が挙げられる。
【００１３】
【実施例】
以下に本発明の実施例を比較例と併せて説明する。尚、エチレン−プロピレンゴムとしては、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体（ＥＰＤＭ）を使用し、ポリオレフィン粉末としては高密度ポリエチレン粉末と低密度ポリエチレン粉末を使用した。各配合材料の詳細は表３に示す通りである。
【００１４】
まず、表１及び表２に示した配合材料を４０℃に保持された６インチオープンロールで充分に混練し、得られた組成物をプレス機にて架橋温度１８０℃、架橋時間１０分間の条件にて加熱架橋して厚さ約０．５ｍｍのシートを作製した。尚、比較例４の場合は、混練時に高密度ポリエチレン粉末がＥＰＤＭ中に均一に分散せず、また、比較例５の場合は、混練時に低密度ポリエチレン粉末がＥＰＤＭの自己発熱によって溶融してしまい、ともにシートを作製することができなかった。
【００１５】
次に、このようにして得られた合計１０種類（実施例１乃至実施例７、比較例１乃至比較例３）のシートを試料として、機械的特性（引張強さ及び伸び）、耐電圧特性（絶縁破壊電圧）、電気特性（静電容量）及び加工性（混練加工性）についてそれぞれ評価を行った。結果は表１及び表２に併せて示した。
【００１６】
評価方法は以下の通りである。まず、引張強さ及び伸びはＪＩＳ Ｃ ３００５に準拠して測定した。電気用品取締法の別表第１に記載されたエチレン−プロピレンゴム混合物の基準値に基づき、引張強さは７Ｍｐａ以上、伸びは４００％以上を合格ラインとした。絶縁破壊電圧はＪＩＳ Ｃ ２１１０に準拠して測定した。測定条件は５（２）（ａ）、電極としては、７．１（１）図３を用いた。ポリエチレン系ポリマーの実力値に基づき４０ｋｖ／ｍｍ以上を合格ラインとした。静電容量は７０ｍｍ×７０ｍｍの大きさにカットした試料を同じ大きさのアルミ板で挟み、その両アルミ板を電極としてＬＣＲメーターで測定した。ポリエチレン系ポリマーの実力値に基づき１２０ｐＦ以下を合格ラインとした。混練加工性は、混練時におけるポリエチレン粉末の分散状態と、ロールへの密着状態を目視にて確認し、異常が認められたものを「不良」と表示した。
【００１７】
尚、表１及び表２中、押出加工性については、上記１０種類の組成物をヘッド温度７０℃、シリンダー温度６０℃の電線被覆用押出機で、断面積１．２５ｍｍ^２のスズメッキ軟銅撚線上に１．０ｍｍ肉厚で押出被覆し、その際得られた電線の外観状態を目視で確認し、表面に凹凸あるいはザラツキが見られたものを「不良」と表示した。また、可とう性については、押出加工性の評価の際に使用した電線を長さ１００ｍｍに切断したものを試料とし、この試料の一端を水平状態に固定するとともに、他端に質量２０ｇのおもりを吊り下げ、水平面に対してたわむ距離を測定した。判定基準は、配線時の作業性を考慮して５５ｍｍ以上を合格ラインとした。
【００１８】
【表１】

【００１９】
【表２】

【００２０】
【表３】

【００２１】
表１及び表２から明らかなように、本発明にかかる組成物（実施例１乃至実施例７）は、いずれも引張強さ７Ｍｐａ以上、伸び４００％以上、絶縁破壊電圧４０ｋｖ／ｍｍ以上、静電容量１２０ｐＦ以下、可とう性５５ｍｍ以上という合格ラインをクリアしており、機械的特性、耐電圧特性、電気特性及び可とう性をバランス良く兼ね備えている。また、加工性についても、混練時及び押出時ともに何の異常も認められなかった。
【００２２】
これに対して、高密度ポリエチレン粉末を全く含有していない比較例１と、高密度ポリエチレン粉末を含有するものの、その含有量が本発明の範囲に満たない比較例２は、機械的特性が著しく劣っているとともに、絶縁破壊電圧も４０ｋｖ／ｍｍ未満と耐電圧特性に劣っている。更に、加工性についても、混練時にロールへの密着状態が悪く、得られた電線の表面にも凹凸が見られた。一方、高密度ポリエチレン粉末の含有量が多過ぎる比較例３は、絶縁破壊電圧が５９．４ｋｖ／ｍｍと優れた耐電圧特性を示しているものの、得られた電線の表面にザラツキが見られた。
【００２３】
比較例４は、粒子径が６００μｍを超える高密度ポリエチレン粉末を含有させた場合の例であるが、このものは上述したように混練時に高密度ポリエチレン粉末がＥＰＤＭ中に均一に分散せず、混練作業が著しく困難となったため、シートを作製することができなかった。また、比較例５は、結晶融点が１２０℃に満たない低密度ポリオレフィン粉末を含有させた場合の例であるが、このものも上述したように混練時に低密度ポリエチレン粉末がＥＰＤＭの自己発熱によって溶融し、ロールへ全く密着しなかったためシートを作製することができなかった。
【００２４】
本実施例では更に、表１に示した配合材料から得られた組成物を用いて架橋電線を製造した。まず、外径０．７ｍｍのアラミド繊維芯上に肉厚０．３ｍｍのフェライトゴム層が被覆され、更に線径０．０６ｍｍ、抵抗値４０ｋΩ／ｍのニッケルクロム合金線からなる金属抵抗線が横巻きされてなる外径１．３ｍｍの抵抗導体を用意した。次に、この抵抗導体上に、表１中の実施例３で得られた組成物を、ヘッド温度７０℃、シリンダー温度６０℃の電線被覆用押出機で、肉厚１．２ｍｍに押出被覆し、更に、ＥＰＤＭを肉厚０．７５ｍｍに押出被覆した後、２００℃の高圧蒸気により架橋を施して仕上外径５．２ｍｍの架橋電線を製造した。
【００２５】
また、比較のために従来構造の架橋電線も製造した。つまり、外径０．７ｍｍのアラミド繊維芯上に肉厚０．３ｍｍのフェライトゴム層が被覆され、更に線径０．０６ｍｍ、抵抗値４ｋΩ／ｍのニッケルクロム合金線からなる金属抵抗線が横巻きされてなる外径１．３ｍｍの抵抗導体上に、ポリエチレン樹脂を肉厚１．２ｍｍに押出被覆し、更に、ＥＰＤＭを肉厚０．７５ｍｍに押出被覆した後、２００℃の高圧蒸気により架橋を施して仕上外径５．２ｍｍの架橋電線を製造した。
【００２６】
ここで、このようにして得られた２種類の架橋電線を試料として、耐電圧特性（絶縁破壊電圧）、電気特性（静電容量）及び可とう性についてそれぞれ評価を行った。評価方法は以下の通りである。まず、絶縁破壊電圧は、長さ１２００ｍｍに切断した試料の両端部をストリップして抵抗導体同志を接続し、ループ状としたものを、予め接地された水中に浸漬させ、その状態で導体−水間に昇圧速度５００ｖ／ｓｅｃの条件で、５０〜６０Ｈｚの交流電圧を印加し、絶縁体が破壊された時の実効電圧値（絶縁破壊電圧）を測定した。静電容量はＪＩＳ Ｃ ３００５に準拠して測定した。可とう性については、長さ１００ｍｍに切断したものを試料とし、この試料の一端を水平状態に固定するとともに、他端に質量２０ｇのおもりを吊り下げ、水平面に対してたわむ距離を測定した。
【００２７】
その結果、本発明にかかる組成物を使用した架橋電線は、絶縁破壊電圧が４０ｋｖ以上、静電容量が１１５ｐＦ／ｍ、可とう性が７５ｍｍであったのに対して、ポリエチレン系ポリマーを使用した従来の架橋電線は、絶縁破壊電圧が４０ｋｖ以上、静電容量が１１０ｐＦ／ｍ、可とう性が５７ｍｍであった。これによれば、本発明にかかる組成物を使用した架橋電線は、ポリエチレン系ポリマーを使用した従来の架橋電線と同等の高度な耐電圧特性と電気特性（低静電容量）を備えているとともに、従来の架橋電線の欠点であった可とう性にも優れていることが判る。従って、例えば、過密な配線が要求される部分における高圧回路用電線として好適に使用可能であると言える。
【００２８】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、エチレン−プロピレゴムを主体とした非極性ポリオレフィンポリマー混合物に、ある特定の条件を備えたポリオレフィン粉末、すなわち、粒子径が６００μｍ以下であり、かつ結晶融点が１２０℃以上のポリオレフィン粉末を、特定量含有させることにより、耐電圧特性、電気特性、加工性及び可とう性のすべての特性を高度なレベルで兼ね備えた電気絶縁組成物を得ることができた。従って、この電気絶縁組成物を導体周上に押出被覆し、架橋してなる絶縁電線は、家電製品、ＯＡ機器、ガス器具、自動車等の過密な配線が要求される部分において使用される高圧回路用電線として好適である。

Claims (1)

1. エチレン−プロピレンゴムを主体とした非極性ポリオレフィンポリマー混合物１００重量部に対し、粒子径が６００μｍ以下であり、かつ結晶融点が１２０℃以上のポリオレフィン粉末２０重量部以上２００重量部以下を含有する電気絶縁組成物からなる架橋被覆層が導体外周に設けられていることを特徴とする絶縁電線。