JP4659624B2

JP4659624B2 - 耐火ケーブル

Info

Publication number: JP4659624B2
Application number: JP2006003646A
Authority: JP
Inventors: 英明岡崎; 博次横溝
Original assignee: Fuji Electric Cable Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Cable Co Ltd
Priority date: 2006-01-11
Filing date: 2006-01-11
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2026-01-11
Also published as: JP2007188668A

Description

本発明は、ビルや地下街などの防災設備の電気配線に使用される耐火ケーブルに関する。

ビルや地下街などの防災設備の電気配線として耐火ケーブルが使用されている。この耐火ケーブルの耐火性能や電気特性、構造や寸法などの基準は、消防庁告示により規定されており、例えば、耐火性能は、現行の「消防庁告示第１０号」では、ＪＩＳＡ１３０４に定める火災曲線（８４０℃−３０分）の温度条件下でも給電が可能なことが基準とされている。

このような耐火性能の基準を満たす耐火ケーブルとしては、例えば、導体上にガラスマイカテープなどを重ね巻きして耐火層を形成し、その上にポリエチレンもしくは架橋ポリエチレンからなる絶縁体層を設け、さらに、その上に塩化ビニル樹脂もしくはポリエチレンからなるシースを設けたものや、導体上にガラスマイカテープなどを重ね巻きして耐火層を形成し、その上にポリエチレンもしくは架橋ポリエチレンからなる絶縁体層を設けて耐火絶縁線心とし、これを複数本、例えば３本撚り合わせ、その外周に塩化ビニル樹脂もしくはポリエチレンからなるシースを設けたものなどが知られている。シースのポリエチレンには、通常、難燃剤を含有する難燃化ポリエチレンが使用されている（例えば、特許文献１参照。）。

ところで、近年、超高層ビルや大地下街の建設がますます盛んになっており、それに伴い、耐火性能が一段と向上した耐火ケーブルが求められてきている。

上記耐火ケーブルの耐火性能を高める方法としては、（１）耐火層やシースの厚さをそれぞれ厚くする、（２）シース材料に難燃性のより高い材料（例えば、塩化ビニル樹脂、難燃剤をより多量に配合した難燃化ポリエチレンなど）を使用する、（３）絶縁体層の材料として、難燃剤を配合したポリエチレン、いわゆる難燃化ポリエチレンを使用する、などの方法が考えられる。

しかしながら、いずれもコスト高となるうえ、（１）の方法では、外径の大径化を伴い、布設時の作業性が低下するため、厚さを厚くするには限度がある。また、（２）の方法では、難燃剤の多量配合によってシース押出作業性が大きく低下し、耐水性や外観も不良となる。（３）の方法では、絶縁性能などの電気特性が不良となり、また、（２）の方法と同様に押出作業性が低下する。
特開２００１−２０２８３３号公報

上述したように、近年、耐火性能が一段と向上した耐火ケーブルが要求されてきているが、コストが上昇する、層厚が厚くなる、押出作業性や電気特性が低下するなどの問題があり、未だ要求されるような耐火ケーブルは得られていない。

本発明はこのような従来技術の課題に対処してなされたもので、コストの上昇や層厚を厚くすることなく、また、押出作業性や電気特性を低下させることなく、耐火性能を向上させることができる耐火ケーブルを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の耐火ケーブルは、導体上に、耐火層、絶縁体層およびシースを順に備える耐火ケーブルであって、前記耐火層が、ポリエチレン基材上にマイカ層を設けてなる耐火テープで構成され、前記絶縁体層が、低密度ポリエチレンとエチレン・酢酸ビニル共重合体とを重量比で８８：１２〜９５：５の割合で混合してなる難燃剤非配合絶縁材料の押出被覆で構成され、かつ前記シースが、ポリエチレンに難燃剤を配合してなる難燃化ポリエチレンで構成されていることを特徴とするものである。

本発明の耐火ケーブルによれば、コストの上昇や層厚を厚くすることなく、また、押出作業性や電気特性を低下させることなく、耐火性能を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

図１は、本発明の耐火ケーブルの一実施形態を示す断面図である。
図１に示すように、本実施形態の耐火ケーブル１０は、銅やアルミなどからなる導体１２上に、耐火層１４、絶縁体層１６およびシース１８を順に被覆した構造を有する。

耐火層１４は、ガラスクロスにマイカを接着したガラスマイカテープ、ポリエチレンなどからなるプラスチックフィルムにマイカを接着したフィルムマイカテープなどの耐火テープを巻き付けることにより形成される。耐火層１４の厚さは、通常、０．１〜０．６ｍｍの範囲である。

また、絶縁体層１６は、ポリエチレンとエチレン系コポリマーとを特定の割合で含有する絶縁材料の押出しにより形成される。ポリエチレンとエチレン系コポリマーの重量比は、８５：１５〜９７：３の範囲であり、エチレン系コポリマーの割合が前記範囲より少ないと、耐火性能を向上させることができない。逆に、エチレン系コポリマーの割合が前記範囲より多いと押出加工性が低下し、また、電気特性も低下する。ポリエチレンとエチレン系コポリマーの重量比は、好ましくは８８：１２〜９５：５の範囲であり、より好ましくは９１：９〜９７：３の範囲である。

上記ポリエチレンとしては、密度が０．９３０ｇ／ｃｍ^３以下の低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）が好適である。一方、エチレン系コポリマーとしては、エチレン・酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレン・アクリル酸エチル共重合体（ＥＥＡ）、エチレン・アクリル酸メチル共重合体（ＥＭＡ）、エチレン・プロピレン共重合体、エチレン・プロピレン・ジエン三元共重合体、エチレン・ブテン共重合体、メタロセン触媒によりエチレンにプロピレン、ブテン、ペンテン、ヘキセン、オクテンなどのα‐オレフィンや環状オレフィンなどを共重合させたものなどが挙げられるが、耐火性能を向上させる観点からは、なかでも、エチレン・酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレン・アクリル酸エチル共重合体（ＥＥＡ）、エチレン・アクリル酸メチル共重合体（ＥＭＡ）が好ましく、特にエチレン・酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）が好ましい。ポリエチレンおよびエチレン系コポリマーは、それぞれ１種を単独で使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。

絶縁体層１６を形成する絶縁材料には、酸化防止剤、紫外線安定剤などの添加剤が必要に応じて添加されていてもよいが、難燃剤は押出作業性や電気特性、耐水性などを低下させることからその使用は好ましくない。絶縁体層１６の厚さは、通常、０．８〜２．８ｍｍの範囲である。

シース１８は、塩化ビニル樹脂、ポリオレフィン、これらの樹脂に難燃剤を配合することにより難燃化した難燃化ポリマーなどの押出しにより形成される。ポリオレフィンとしては、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、中密度ポリエチレン（ＭＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、超低密度ポリエチレン（ＶＬＤＰＥ）、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、ポリプロピレン、ポリイソブチレン、エチレン・酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレン・アクリル酸エチル共重合体（ＥＥＡ）、エチレン・アクリル酸メチル共重合体（ＥＭＡ）、エチレン・プロピレン共重合体、エチレン・プロピレン・ジエン三元共重合体、エチレン・ブテン共重合体などが挙げられる。また、メタロセン触媒によりエチレンにプロピレン、ブテン、ペンテン、ヘキセン、オクテンなどのα‐オレフィンや環状オレフィンなどを共重合させたものなども使用することができる。これらは単独または混合して使用される。また、難燃化ポリマーに配合される難燃剤としては、酸化アンチモン、酸化モリブデンなどの金属酸化物、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウムなどの金属水和物、ハロゲン系難燃剤、赤リンなどのリン系難燃剤などが挙げられる。

シース材料としては、なかでも、塩化ビニル樹脂、難燃化ポリエチレン、ポリエチレンとエチレン・酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレン・アクリル酸エチル共重合体（ＥＥＡ）、エチレン・アクリル酸メチル共重合体（ＥＭＡ）などのエチレン系コポリマーとの混合ポリマーに難燃剤を配合したものが、難燃性、耐火性能、耐外傷性、耐候性などの観点から、好ましい。また、環境保全性の観点からは、ノンハロゲン系難燃剤、例えば、水酸化アルミニウムや水酸化マグネシウムなどの金属水和物により難燃化したポリエチレンまたはポリエチレンとエチレン系コポリマーとの混合ポリマーがより好ましい。

なお、このようなシース材料には、必要に応じて、架橋剤、架橋助剤、酸化防止剤、滑材などが添加されていてもよい。また、シース材料は、電子線や有機化酸化物などで架橋してもよい。シース１８の厚さは、通常、１．５〜３．５ｍｍの範囲である。

このように構成される耐火ケーブル１０においては、絶縁体層１６がポリエチレンとエチレン系コポリマーとを特定の割合で混合した絶縁材料により形成されているため、コストの上昇や層厚を厚くすることなく、また、押出加工性や電気特性を低下させることなく、耐火性能を向上させることができる。

すなわち、図２は、密度０．９１９ｇ／ｃｍ^３の低密度ポリエチレン（Ａ）、同低密度ポリエチレンとエチレン・アクリル酸エチル共重合体との混合物（混合重量比９３：７）（Ｂ）、および、同低密度ポリエチレンとエチレン・酢酸ビニルコポリマーとの混合物（混合重量比９３：７）（Ｃ）について、コーンカロリーメータを用いて測定した発熱速度を示したものである。図２から明らかなように、低密度ポリエチレンにエチレン・酢酸ビニルコポリマーまたはエチレン・アクリル酸エチル共重合体を混合したものは、低密度ポリエチレン単独のものに比べ、発熱速度が遅くなっている。本発明においては、このようにポリエチレンとエチレン系コポリマーとを混合した絶縁材料からなる絶縁体層の発熱速度が遅延し、それによって、下層の耐火層の劣化が遅くなり、その結果、ケーブルの耐火性能が向上すると考えられる。そして、エチレン・酢酸ビニルコポリマーやエチレン・アクリル酸エチル共重合体は、金属水和物などの難燃剤のように、材料の押出作業性や耐水性、電気特性を大きく低下させることもない。

また、絶縁体層１６を構成する、ポリエチレンとエチレン系コポリマーとを特定の割合で混合した絶縁材料は、ポリエチレンの溶融粘度（ＭＦＲ）に関わらず、良好なＥＳＣＲ（環境応力亀裂）特性を有するため、耐火層１４の形成にポリエチレンフィルムを裏打ち材とする耐火テープが使用された場合に、耐火層１４と絶縁体層１６の接着を防止しつつ、良好なＥＳＣＲ特性が得られる。

すなわち、耐火層１４をポリエチレンフィルムを裏打ち材とする耐火テープで形成する場合、従来の耐火ケーブルでは、耐火層１４と絶縁体層１６との接着を防止するため、絶縁材料として溶融粘度（ＭＦＲ）が１．０ｇ／１０分以上のポリエチレンを使用している。かかるポリエチレンはＥＳＣＲ特性が不良で、布設環境によっては絶縁体層に亀裂が生じる場合があった。エチレン系コポリマーを混合することによりポリエチレンのＥＳＣＲ特性を向上させることができ、これにより、耐火ケーブルのＥＳＣＲ特性を向上させることができる。

図３は、図２に示すコーンカロリーメータ試験に用いたものと同様の３種の試料についてＥＳＣＲ特性を測定した結果を示したものである。測定は、ＪＩＳＫ６９２２−２付属書にしたがって行った。図３から明らかなように、低密度ポリエチレンにエチレン・酢酸ビニルコポリマーまたはエチレン・アクリル酸エチル共重合体を混合したものは、低密度ポリエチレン単独のものに比べ、ＥＳＣＲ特性が改善されている。

なお、本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば図４に示す耐火ケーブル２０のように、図１に示す耐火ケーブル１０を複数本（図４の例では、３本）撚り合わせる構造としてもよい。また、図５に示す耐火ケーブル３０のように、導体１２上に耐火層１４および絶縁体層１６を設けて耐火絶縁線心１７とし、これを複数本（図５の例では、２本）引き揃え、その外周に、シース１８を設ける構造としてもよい。この場合、図示は省略したが、シース１８は、引き揃えた耐火絶縁線心１７の外周にパイプ状に押出被覆するようにしてもよい。さらに、図６および図７に示す耐火ケーブル４０，５０のように、耐火絶縁線心１７を複数本（図６の例では、３本、図７の例では、７本）撚り合わせ、その空隙に介在１９Ａを配置して、押えテープ１９Ｂにより押え巻きし、さらにその外側にシース１８を設ける構造としてもよい。介在１９Ａは、耐火絶縁線心１７とともに撚り合わせるようにしてもよい。介在１９Ａには、例えば、ジュートや紙、ポリプロピレンヤーンなどが使用される。また、押えテープ１９Ｂには、プラスチックテープなどが使用される。

これらの耐火ケーブル２０，３０，４０，５０においても、絶縁体層１６が、ポリエチレンとエチレン系コポリマーとを特定の割合で混合した絶縁材料により形成されているため、コストの上昇や層厚を厚くすることなく、また、押出作業性や電気特性を低下させることなく、耐火性能を向上させることができるとともに、耐火層１４の形成にポリエチレンフィルムを裏打ち材とする耐火テープが使用された場合に、耐火層１４と絶縁体層１６の接着を防止しつつ、ＥＳＣＲ特性を向上させることができる。

次に、本発明の実施例を具体的に記載するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。

実施例１〜３、参考例１〜４
直径１．２ｍｍの銅導体上に約０．１５ｍｍ厚のフィルムマイカテープを２枚縦添えして約０．５ｍｍ厚の耐火層を形成し、さらにその外側に、表１に示すような組成の低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）およびエチレン系コポリマー（ＥＶＡ、ＥＥＡ、ＥＭＡ）からなる混合ポリマー、並びに、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）に難燃剤を添加した難燃化ポリエチレンを押出しにより順に被覆して、０．８ｍｍ厚の絶縁体層および１．７ｍｍ厚のシースを形成し、外径約２７ｍｍの耐火ケーブルを製造した。

なお、絶縁体層およびシースの材料として用いた低密度ポリエチレンおよびエチレン系コポリマーは、次の通りである。
ＬＤＰＥ（低密度ポリエチレン）：
密度０．９１９ｇ／ｃｍ^３、ＭＦＲ＝０．９ｇ／１０分
ＥＶＡ（エチレン・酢酸ビニル共重合体）：
酢酸ビニル含有量１９重量％、ＭＦＲ＝１５ｇ／１０分
ＥＥＡ（エチレン・アクリル酸エチル共重合体）：
アクリル酸エチル含有量１９重量％、ＭＦＲ＝５ｇ／１０分
ＥＭＡ（エチレン・アクリル酸メチル共重合体）：
アクリル酸メチル含有量１９重量％、ＭＦＲ＝１０ｇ／１０分

比較例１〜５
絶縁体層の組成を表１に示すように変えた以外は、実施例と同様にしてケーブルを製造した。すなわち、比較例１はエチレン系コポリマー未配合の例、比較例２はエチレン系コポリマーを過少配合した例、比較例３〜５はエチレン系コポリマーを過剰配合した例である。

上記各実施例、各参考例および各比較例で得られたケーブルについて、消防庁告示第１０号に基づく耐火試験（８４０℃−３０分間）を行い、耐火性を評価するとともに、絶縁体層形成用材料の押出加工性を外観および外径変動により評価した。

表１、２から明らかなように、実施例の耐火ケーブルは、優れた耐火性能を有し、しかも、エチレン系ポリマーの配合による絶縁材料の押出加工性の低下も認められなかった。

本発明の耐火ケーブルの一実施形態を示す断面図である。本発明で使用される絶縁材料の発熱速度の経時変化の例を示す図である。本発明で使用される絶縁材料のＥＳＣＲ特性の例を示す図である。本発明の耐火ケーブルの他の実施形態を示す断面図である。本発明の耐火ケーブルの他の実施形態を示す断面図である。本発明の耐火ケーブルの他の実施形態を示す断面図である。本発明の耐火ケーブルの他の実施形態を示す断面図である。

符号の説明

１０，２０，３０，４０，５０…耐火ケーブル、１２…導体、１４…耐火層、１６…絶縁体層、１７…耐火絶縁線心、１８…シース、１９Ａ…介在、１９Ｂ…押えテープ

Claims

導体上に、耐火層、絶縁体層およびシースを順に備える耐火ケーブルであって、
前記耐火層が、ポリエチレン基材上にマイカ層を設けてなる耐火テープで構成され、前記絶縁体層が、低密度ポリエチレンとエチレン・酢酸ビニル共重合体とを重量比で８８：１２〜９５：５の割合で混合してなる難燃剤非配合絶縁材料の押出被覆で構成され、かつ前記シースが、ポリエチレンに難燃剤を配合してなる難燃化ポリエチレンで構成されていることを特徴とする耐火ケーブル。
耐火ケーブルが、ＪＩＳＡ１３０４に定める火災曲線（８４０℃−３０分）の温度条件下でも給電が可能な耐火ケーブルであることを特徴とする請求項１記載の耐火ケーブル。