JP3973877B2 - 高誘電率ゴム組成物 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電力ケーブルの接続部、終端部等の電界不整部となりやすい箇所に配置され、電界緩和を行うために用いられるテープ、チューブ等の電力ケーブル用部品およびこの電力ケーブル用部品を構成する高誘電率ゴム組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電力ケーブルとして汎用されているＣＶケーブルの接続部、終端部では、ゴムモールド、ゴムテープ巻き、エポキシ注型品などの絶縁部品が使用されて手作業で絶縁層が形成されるため、電極処理部や界面部が電気的欠陥になりやすい。このような部位の具体例としては、内部電極処理部、外部半導電層処理部、ストレスコーン立ち上がり部、ケーブルコア／接続部品界面部などがある。
【０００３】
これらの接続部、終端部は、ほとんどが手作業で組み立てられるため、電極処理部や界面部には、突起、異物、ボイド等の欠陥が作業時に持ち込まれやすく、組み立てには細心の注意と高度の専門技術が要求され、施工時間、施工コストの増大につながっている。
【０００４】
上記の欠陥が持ち込まれやすく、電界不整となりやすい電極処理部や界面部の電界を緩和するために、これらの部位に高比誘電率の絶縁層を配置するアイデアが、古くから知られている。この場合、電界緩和効果を大きくするためには絶縁層の比誘電率はできるだけ高いことが望ましく、カーボンブラックなどの導電性フィラーを充填した高比誘電率ゴム組成物やアクリルゴム、フッ素ゴムなどの高誘電性ゴムなどの使用が検討されている。
【０００５】
しかし、これらゴム組成物や高誘電性ゴムの誘電率を高くすると、導電性フィラー充填ゴムでは、導電性粒子の連鎖が形成されること、高誘電性ゴムではポリマーの極性が大きくなることから、比誘電率の増大に伴って誘電正接（ｔａｎδ）、絶縁破壊電圧（ＢＤＶ）、絶縁抵抗（ρ）の電気特性が大きく低下し、その実際の適用には問題があった。
また、チタン酸バリウム、酸化チタンなどの高比誘電率フィラーを充填したゴム組成物においても、比誘電率を高くするにはそのフィラーの充填量を多くする必要があり、同様の問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
よって、本発明における課題は、高誘電率を有するにもかかわらず、誘電正接（ｔａｎδ）、絶縁破壊電圧（ＢＤＶ）、絶縁抵抗（ρ）等の電気特性の低下が少ない高誘電率ゴム組成物を得ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するために、
請求項１にかかる発明は、過酸化物架橋されたゴムに室温〜９０℃における比誘電率が２０００以上のチタン酸バリウム系粉末が配合され、この架橋ゴム中の過酸化物分解残渣が加熱、除去され、比誘電率が１０以上の高誘電率ゴム組成物である。
請求項２にかかる発明は、チタン酸バリウム系粉末が脱イオン水で洗浄されたものである請求項１記載の高誘電率ゴム組成物である。
【０００８】
請求項３にかかる発明は、室温〜９０℃における比誘電率が２０００以上でありかつ脱イオン水で洗浄されたチタン酸バリウム系粉末が配合され、比誘電率が１０以上の高誘電率ゴム組成物である。
請求項４にかかる発明は、請求項１、２または３記載の高誘電率ゴム組成物を用いた電力ケーブル用部品である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、実施形態に基づいて、本発明を詳しく説明する。
本発明の高誘電率ゴム組成物のベースポリマーとなるゴムとしては、エチレンプロピレンゴム、シリコーンゴム、ブチルゴムなどが用いられ、これらのゴムは１種または２種以上のブレンド物で用いられる。また、これらゴムは、非架橋または架橋状態で用いられる。
【００１０】
また、これらのゴムのなかでも、引っ張り強度、伸び、永久圧縮歪みなどの機械的特性、加工性、価格などを考慮して、ジクミルパーオキサイドなどの過酸化物で架橋したゴム、とりわけ過酸化物架橋エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）が好ましい。
【００１１】
また、このゴムに充填、配合されるチタン酸バリウム系粉末としては、室温（２５℃）から９０℃の温度領域において、その比誘電率が２，０００以上、好ましくは２，０００〜２０，０００の、粒子径が１〜１０μｍの粉末が用いられる。
チタン酸バリウム系粉末には、種々のグレードがあるが、ストロンチウム系の添加剤を添加して誘電率を高めた工業用グレードのものがよい。
【００１２】
このチタン酸バリウム系粉末の比誘電率において、室温から９０℃と温度範囲を定めたのは、この温度域が電力ケーブルの使用温度域であるからである。また、比誘電率を２，０００以上としたのは、２，０００未満ではゴムへの充填量が多くなって、ゴム組成物の誘電正接（ｔａｎδ）、絶縁破壊電圧（ＢＤＶ）、絶縁抵抗（ρ）等の電気特性の低下が著しくなるからである。
【００１３】
ところで、工業用グレードのチタン酸バリウム系粉末は、酸化チタンと炭酸バリウムとの水溶液中での反応で得られた粉末を水洗、仮焼、粉砕等の工程を経て製造される。このため、工業用グレードのチタン酸バリウム系粉末には、多くのイオン性不純物が含まれている。
【００１４】
このようなイオン性不純物を含むチタン酸バリウム系粉末を多量に充填したゴム組成物にあっては、高周波用途のコンデンサとは異なり、低周波の商用周波数域では、ゴム組成物の誘電正接（ｔａｎδ）、絶縁破壊電圧（ＢＤＶ）、絶縁抵抗（ρ）等の電気特性を大きく低下させることになる。
【００１５】
このため、このイオン性不純物を除去したチタン酸バリウム系粉末を用いることが好ましい。イオン性不純物の除去には、例えば脱イオン水で水洗する方法、脱イオン水を用い、超音波洗浄する方法などがある。
【００１６】
このチタン酸バリウム系粉末のゴムへの配合量は、得られるゴム組成物の比誘電率を１０以上あるいは２０以上とするには、ゴム１００重量部に対して３００〜５００重量部とされ、３００重量部未満ではゴム組成物の誘電率が不足し、５００重量部を超えるとゴム組成物の誘電正接、絶縁破壊電圧、絶縁抵抗等の電気特性を低下させることになる。
【００１７】
また、ゴムとして過酸化物架橋されたエチレンプロピレンゴムなどの過酸化物架橋されたゴムを用いた場合のチタン酸バリウム系粉末の多量配合による誘電正接、絶縁破壊電圧、絶縁抵抗等の電気特性の低下原因は、上述のチタン酸バリウム系粉末に付着したイオン性不純物の単独作用ではなく、過酸化物架橋の際に生じる架橋剤分解残渣、例えば過酸化物としてジクミルパーオキサイドを用いたときには、アセトフェノン、クミルアルコールと上記イオン性不純物との複合作用による界面分極に起因していることが判明した。
【００１８】
したがって、架橋エチレンプロピレンゴムなどの過酸化物架橋されたゴムをベースポリマーとするゴム組成物においては、誘電正接、絶縁破壊電圧、絶縁抵抗等の電気特性の低下防止のためには、チタン酸バリウム系粉末のイオン性不純物除去もしくは過酸化物架橋剤分解残渣除去のいずれか一方もしくは両方を行えば良いことになる。
架橋剤分解残渣の除去は、架橋後のゴム組成物を１００〜１４０℃の温度で、６〜２４時間加熱することで行われる。この加熱は、窒素等の非酸化性雰囲気中で行われることが望ましい。
【００１９】
本発明の高誘電率ゴム組成物では、チタン酸バリウム系粉末以外に、加工性改善のためのプロセスオイル、酸化防止剤、滑剤、ワックスなどの添加剤を誘電率に影響がない範囲で適宜添加することができる。
【００２０】
本発明の電力ケーブル用部品は、この高誘電率ゴム組成物を用いたものである。具体的には、この高誘電率ゴム組成物を成形してチューブやテープの形態とし、このものを電力ケーブルの接続部、終端部の電極処理部、ストレスコーン立ち上がり部、界面部等に厚さ１〜５ｍｍ程度の電界緩和層として設けられるものである。
【００２１】
このような高誘電率ゴム組成物にあっては、１０以上、好ましくは２０以上の高比誘電率を有し、しかも誘電正接、絶縁破壊電圧、絶縁抵抗等の電気特性の低下がないものとなり、良好な電界緩和効果を発揮しうるものとなる。
また、チタン酸バリウム系粉末としてイオン性不純物を除去したものを用い、架橋ゴム中の架橋剤分解残渣を除去したものでは、さらに誘電正接、絶縁破壊電圧、絶縁抵抗等の電気特性の低下が抑えられたものとなる。
【００２２】
したがって、この高誘電率ゴム組成物を用いて得られた電力ケーブル用部品では、このものを電力ケーブルの接続部、終端部の電極処理部、ストレスコーン立ち上がり部、界面部等に電界緩和層として配置することにより、これら部位に多少の突起、異物、ボイド等の欠陥が作業時に持ち込まれたとしても、これによる電界緩和が有効に作用し、これら欠陥に起因する放電等の不具合が生じない。
よって、組み立て作業に高い専門技術を必要とすることが少なくなり、作業が簡単に短時間で行うことができる。
【００２３】
以下、具体例を示す。
エチレンプロピレンゴム１００重量部をベースポリマーとし、これにプロセスオイル、酸化防止剤を所定量添加し、さらに架橋剤としてジクミルパーオキサイドを４重量部添加し、種々のチタン酸バリウム系粉末を異なる配合量で添加して高誘電率ゴム組成物を作製した。
【００２４】
チタン酸バリウム系粉末は、比誘電率が異なる３種を用い、脱イオン水洗浄したものも使用した。また、架橋剤分解残渣の除去のために加熱処理したゴム組成物も作製した。
これらゴム組成物を混練りし、シート状にプレス成形して架橋された試料を作製し、その比誘電率、誘電正接、絶縁抵抗、絶縁破壊電圧を測定した。
【００２５】
比誘電率、誘電正接および絶縁抵抗については、厚さ２ｍｍのシートを試片とし、誘電率および誘電正接は５０Ｈｚ、１ｋＶで、絶縁抵抗は直流５００Ｖ、１分値で測定した。絶縁破壊電圧は、中央部がリセス状となったリセス部０．５ｍｍのシート状試験片を用いて、５０Ｈｚ，２ｋＶ／５分ステップで破壊電圧を測定した。
結果を表１に示す。
【００２６】
【表１】

【００２７】
表１において、チタン酸バリウム系粉末の種類は、
Ａ・・比誘電率１６００（室温〜９０℃）「ＢＴ３３５」（商品名 富士チタン工業製）
Ｂ・・比誘電率４０００（室温〜９０℃）「ＢＴ３２５」（商品名 富士チタン工業製）
Ｃ・・比誘電率１６５００（室温）、３０００（９０℃）「ＢＴ２０６」（商品名 富士チタン工業製）である。
脱イオン水洗は、脱イオン水で水洗後乾燥したものを使用した。
加熱処理は、架橋ゴム組成物を１２０℃で１２時間加熱した。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の高誘電率ゴム組成物にあっては、比誘電率が１０以上、好ましくは２０以上の高い値を有し、しかも 誘電正接、絶縁破壊電圧、絶縁抵抗等の電気特性の低下がないものとなり、良好な電界緩和効果を発揮しうるものとなる。
【００２９】
したがって、本発明の電力ケーブル用部品では、このものを電力ケーブルの接続部、終端部の電極処理部、ストレスコーン立ち上がり部、界面部等に電界緩和層として配置することにより、これら部位に作業時に多少の突起、異物、ボイド等の欠陥が持ち込まれたとしても、この電界緩和層による電界緩和が有効に作用し、これら欠陥に起因する放電等の不具合が生じない。
よって、接続部等の組み立て作業に高い専門技術を必要とすることが少なくなり、作業が簡単に短時間で行うことができる。

Claims (4)

1. 過酸化物架橋されたゴムに室温〜９０℃における比誘電率が２０００以上のチタン酸バリウム系粉末が配合され、この架橋ゴム中の過酸化物分解残渣が加熱、除去され、比誘電率が１０以上の高誘電率ゴム組成物。
2. チタン酸バリウム系粉末が脱イオン水で洗浄されたものである請求項１記載の高誘電率ゴム組成物。
3. 室温〜９０℃における比誘電率が２０００以上でありかつ脱イオン水で洗浄されたチタン酸バリウム系粉末が配合され、比誘電率が１０以上の高誘電率ゴム組成物。
4. 請求項１、２または３記載の高誘電率ゴム組成物を用いた電力ケーブル用部品。