JP4929440B2 - 難燃電線・ケーブル - Google Patents
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Description
本発明は、ノンハロゲン難燃材料を被覆した環境保全性の高い難燃電線・ケーブルに関する。
ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）は、絶縁特性が比較的良好なうえ、分子中にハロゲン（Ｃｌ）を含むため難燃性に優れており、さらに、耐油性、耐オゾン性、耐薬品性、耐水性なども良好であることから、電線・ケーブルの絶縁体やシース材料として広く用いられている。
一方、近年、地球環境保護に対する意識が高まるなか、環境負荷の大きい材料の使用を規制しようとする動きが強まっており、上記ＰＶＣについても、火災時や焼却処理の際にハロゲンに起因する有害なハロゲンガスやダイオキシンを発生することから、その使用が制限されつつある。
このため、ＰＶＣに代わる環境保全性の高い電線・ケーブル被覆用難燃材料、すなわち、ハロゲンを含有せず、燃焼時にハロゲンガスやダイオキシンなどの有害な物質が発生するおそれのないノンハロゲン難燃材料が強く求められている。
このような電線・ケーブル被覆用ノンハロゲン難燃材料としては、可燃性のエチレン系ポリマー、例えばポリエチレンに、水酸化マグネシウムや水酸化アルミニウムなどの金属水酸化物を多量に添加して難燃化したものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
しかしながら、この組成物は、金属水酸化物の多量の添加によって、エチレン系ポリマー本来の優れた特性、特に機械的特性（例えば、引張強さ、伸びなど）が損なわれ、これを用いた電線・ケーブルは十分な要求特性を具備することができないという問題があった。
特開２０００−１１７６５号公報
上述したように、ＰＶＣに代わる環境保全性の高いノンハロゲンの電線・ケーブル被覆用難燃材料が求められているが、従来の可燃性のエチレン系ポリマーに、水酸化マグネシウムや水酸化アルミニウムなどの金属水酸化物を添加して難燃化したものは、特に機械的特性が低下するという問題があった。
本発明はこのような従来技術の課題を解決するためになされたもので、ＰＶＣに匹敵する難燃性を有し、かつ、機械的特性も良好なノンハロゲンの難燃被覆材料を用いた環境保全性の高い難燃電線・ケーブルを提供することを目的とする。
本発明者らは、上記の目的を達成するため鋭意研究を重ねた結果、エチレン系ポリマーに対し、急速な加熱によってＣ軸方向（黒鉛のへき開面に直角な方向）に大きく膨張する加熱膨張性黒鉛を特定量配合したノンハロゲン難燃性組成物からなる難燃層を有する被覆を設けることにより、従来のハロゲン系材料を用いた電線・ケーブルに匹敵する難燃性と機械的特性を備えたノンハロゲンの難燃電線・ケーブルが得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本願の請求項１に記載の発明の難燃電線・ケーブルは、導体外周に、エチレン系ポリマーを主体とするノンハロゲン難燃性被覆を備えた難燃電線・ケーブルであって、
前記ノンハロゲン難燃性被覆は、エチレン系ポリマー１００重量部に対し、加熱膨張性黒鉛３〜３０重量部を含有するノンハロゲン難燃性組成物からなる難燃層と、その外周に設けられた加熱膨張性黒鉛を含有せず、かつ引張強さが１０ＭＰａ以上で、伸びが３５０％である表面保護層とを有することを特徴とする。
前記ノンハロゲン難燃性被覆は、エチレン系ポリマー１００重量部に対し、加熱膨張性黒鉛３〜３０重量部を含有するノンハロゲン難燃性組成物からなる難燃層と、その外周に設けられた加熱膨張性黒鉛を含有せず、かつ引張強さが１０ＭＰａ以上で、伸びが３５０％である表面保護層とを有することを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の難燃電線・ケーブルにおいて、前記ノンハロゲン難燃性組成物は、エチレン系ポリマー１００重量部に対し、赤燐系難燃剤３〜３０重量部をさらに含有することを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項２記載の難燃電線・ケーブルにおいて、前記表面保護層は、さらに赤燐系難燃剤を含有しないことを特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項記載の難燃電線・ケーブルにおいて、エチレン系ポリマーが、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン・アクリル酸エチル共重合体、エチレン・酢酸ビニル共重合体およびエチレン・プロピレン共重合体からなる群より選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする。
請求項５記載の発明は、請求項４記載の難燃電線・ケーブルにおいて、エチレン系ポリマーが、エチレン・酢酸ビニル共重合体を含むことを特徴とする。
なお、上記引張強さおよび伸びは、ＪＩＳ Ｃ ３００５に準拠して測定された値である。
本発明の難燃電線・ケーブルによれば、従来のハロゲン系材料を用いた難燃電線・ケーブルに匹敵する良好な難燃性を具備することができ、かつ、機械的特性にも優れている。
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、本発明の難燃電線の一実施形態を示す横断面図、図２は、本発明の難燃ケーブルの一実施形態を示す横断面図である。
図１に示す難燃電線１０は、銅やアルミなどからなる導体１上に、ノンハロゲン難燃性組成物からなる難燃絶縁層２を被覆した構成となっている。また、図２に示す難燃ケーブル２０は、銅やアルミなどからなる導体１上に、ポリエチレンや架橋ポリエチレンなどの通常のノンハロゲンの絶縁性材料からなる絶縁層２Ａを設け、さらに、その上に、ノンハロゲン難燃性組成物からなる難燃シース３を被覆した構成となっている。
難燃電線１０の難燃絶縁層２および難燃ケーブル２０の難燃シース３を構成するノンハロゲン難燃性組成物は、エチレン系ポリマー１００重量部に対し、加熱膨張性黒鉛３〜３０重量部を含有するものであり、好ましくは、さらに、赤燐系難燃剤３〜３０重量部を含有するものである。
エチレン系ポリマーとしては、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）などのポリエチレン、ポリプロピレン（ＰＰ）、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・メタクリル酸エチル共重合体、エチレン・酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレン・プロピレン共重合体（ＥＰ）、エチレン・プロピレン・ジエン共重合体（ＥＰＤＭ）、ポリイソプチレンなどが例示される。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。本発明においては、なかでも、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン・アクリル酸エチル共重合体、エチレン・酢酸ビニル共重合体およびエチレン・プロピレン共重合体からなる群より選ばれる少なくとも１種の使用が好ましく、特に、エチレン・酢酸ビニル共重合体の使用が、良好な機械的特性を得るうえで好ましい。
加熱膨張性黒鉛は、鱗片状黒鉛を酸化処理することによって得られる黒色のフレーク状の物質で、急速に加熱したときにＣ軸方向（黒鉛のへき開面に直角な方向）に大きく膨張する性質を有するものである。具体的には、例えば、１０００℃でＣ軸方向に１００〜３００倍に膨張するフレームカットＧＲＥＰ−ＥＧ（東ソー社製 商品名）などが使用される。
この加熱膨張性黒鉛は、膨張時に個々の粒子が多孔質の炭化物を形成し、その炭化物が酸素の侵入および熱の伝導を遮断することにより難燃効果を発揮するものであるが、赤燐系難燃剤と併用することにより、それぞれの効果が相乗され、優れた難燃効果、延焼防止効果を発揮する。
併用する赤燐系難燃剤としては、例えば、ノーバレッド１２０、ノーバエクセル１４０、ノーバクエルＳＴ１００、ノーバクエルＦＳＴ１００（以上、燐化学工業社製 商品名）、ヒシガードＣＰ−Ａ１５、ヒシガードＴＰ−１０、ヒシガードセーフＰＭ−２４、ヒシガードセーフＰＭ−３１（以上、日本化学工業社製 商品名）、Ｅｘｏｌｉｔ ＲＰ ６０２、Ｅｘｏｌｉｔ ＲＰ ６０５、Ｅｘｏｌｉｔ ＲＰ ６１４（以上、Ｃｌａｒｉａｎｔ社製 商品名）などが使用される。
前述したように、これらの加熱膨張性黒鉛および赤燐系難燃剤は、エチレン系ポリマー１００重量部に対し、いずれも３〜３０重量部配合される。配合量が３重量部未満では自己消火性が得られず、また、逆に３０重量部を超えると、引張強さや伸びなどの機械的特性が低下する。加熱膨張性黒鉛および赤燐系難燃剤の好ましい配合量は、エチレン系ポリマー１００重量部に対し、いずれも５〜１５重量部の範囲である。
なお、難燃電線１０の難燃絶縁層２および難燃ケーブル２０の難燃シース３を構成するノンハロゲン難燃性組成物には、必要に応じて、本発明の効果を阻害しない範囲で、酸化防止剤、紫外線吸収剤、熱老化防止剤、加工助剤、滑剤、安定剤などの添加剤が配合されていてもよい。
このように構成される難燃電線１０、難燃ケーブル２０においては、ハロゲンを含まないため、火災時や焼却処理の際にハロゲンガスやダイオキシンなどの有害物質を発生することがなく、しかも、従来のハロゲン系材料を用いたものに匹敵する優れた難燃性を有している。また、従来の金属水酸化物を添加して難燃化した材料を用いた場合のような機械的特性の低下もなく、電線・ケーブルに要求される十分な特性を有している。
なお、本発明においては、図３および図４にそれぞれ示すように、図１に示す難燃電線１０の最外層を構成する難燃絶縁層２、あるいは、図２に示す難燃ケーブル２０の最外層を構成する難燃シース３の表面に、加熱膨張性黒鉛、あるいは、加熱膨張性黒鉛と赤燐系難燃剤を実質的に含有しないノンハロゲンの組成物により表面保護層４を形成するようにしてもよい。すなわち、図３に示す難燃電線３０は、図１に示す難燃電線１０において、ノンハロゲン難燃性組成物からなる難燃絶縁層２上に、さらに表面保護層４を設けた例である。また、図４に示す難燃ケーブル４０は、図２に示す難燃ケーブル２０において、ノンハロゲン難燃性組成物からなる難燃シース３上に、さらに表面保護層４を設けた例である。
表面保護層４を形成するノンハロゲン組成物としては、前述したノンハロゲン難燃性組成物から加熱膨張性黒鉛、あるいは、加熱膨張性黒鉛と赤燐系難燃剤を除いたものが使用される。絶縁層１０あるいはシース２０を構成する組成物と、表面保護層４を構成とする組成物は、同種のものであっても異種のものであってもよいが、親和性や押出作業性の点から同種の材料を使用することが好ましい。
このように表面保護層４を設けることより、難燃電線、難燃ケーブルの外観を向上させることができるとともに、引張強さ、伸びなどの機械的特性もさらに向上させることができる。すなわち、加熱膨張性黒鉛、あるいは、加熱膨張性黒鉛と赤燐系難燃剤を含有するノンハロゲンの組成物からなる難燃絶縁層２および難燃シース３は、ラメ入り様の黒乃至黒暗色を呈し外観が不良であるが、表面保護層４を設けることにより、そのような外観不良を解消することができる。また、加熱膨張性黒鉛、あるいは、加熱膨張性黒鉛と赤燐系難燃剤を含有しない層を設けることにより、加熱膨張性黒鉛、あるいは、加熱膨張性黒鉛と赤燐系難燃剤を含有する難燃絶縁層２あるいは難燃シース３を設けることによる機械的特性の低下を抑制することができる。
なお、表面保護層４は、引張強さが１０ＭＰａ以上で、伸びが３５０％であることが好ましく、また、その厚さは０．１〜０．５ｍｍ程度とすることが好ましい。表面保護層４の厚さが０．１ｍｍ未満では、外観および機械的特性の改善効果が小さく、また、０．５ｍｍを超えると、難燃性、自己消火性が低下する。
次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。
実施例１〜４、比較例１〜４
エチレン・酢酸ビニル共重合体（三井デュポンポリケミカル社製 商品名 エバフレックスＥＹ１８０）、膨張性黒鉛（東ソー社製 商品名 フレームカットＧＲＥＰ−ＥＧ；１０００℃での膨張性１８０倍）、赤燐（燐化学工業社製 商品名 ノーバレッド１２０）および水酸化マグネシウム（協和化学工業社製 商品名 キスマ５Ａ）を用い、表１に示す配合で各成分を均一に混練して難燃性樹脂組成物を得た。
エチレン・酢酸ビニル共重合体（三井デュポンポリケミカル社製 商品名 エバフレックスＥＹ１８０）、膨張性黒鉛（東ソー社製 商品名 フレームカットＧＲＥＰ−ＥＧ；１０００℃での膨張性１８０倍）、赤燐（燐化学工業社製 商品名 ノーバレッド１２０）および水酸化マグネシウム（協和化学工業社製 商品名 キスマ５Ａ）を用い、表１に示す配合で各成分を均一に混練して難燃性樹脂組成物を得た。
次いで、得られた難燃性樹脂組成物を、汎用の電線製造用押出成形機を用いて、１．８ｍｍφの軟銅撚線導体（７本／０．６ｍｍφ）上に０．８ｍｍ厚のポリエチレン絶縁層を設けた絶縁線心上に押出被覆して１．５ｍｍ厚のシースを形成し、外径６，４ｍｍの難燃ケーブルを製造した。
上記各実施例および各比較例で得られた難燃性樹脂組成物をプレス機にて１８０℃×
５分間、圧力２０ＭＰａの条件で加熱加圧成型して試験用シートを作製し、ＪＩＳ Ｃ ３００５に準拠して引張強さおよび伸びを測定した。また、ＪＩＳ Ｋ ７２０１に基づき酸素指数を測定した。さらに、同様にして作製した試験用シート（６．５ｍｍ×１５０ｍｍ×１ｍｍ）について垂直燃焼試験を行い、着火（チリルバーナ（炎高さ１９ｍｍ）を５秒間接炎）後の燃焼状況を評価した。これらの結果を表１下欄に示す。
５分間、圧力２０ＭＰａの条件で加熱加圧成型して試験用シートを作製し、ＪＩＳ Ｃ ３００５に準拠して引張強さおよび伸びを測定した。また、ＪＩＳ Ｋ ７２０１に基づき酸素指数を測定した。さらに、同様にして作製した試験用シート（６．５ｍｍ×１５０ｍｍ×１ｍｍ）について垂直燃焼試験を行い、着火（チリルバーナ（炎高さ１９ｍｍ）を５秒間接炎）後の燃焼状況を評価した。これらの結果を表１下欄に示す。
表１から明らかなように、実施例におけるシースは、自己消火性を有し、機械的特性（引張強さおよび伸び）も良好であった。これに対し、比較例では、自己消火性と良好な機械的特性をともに具備するものはなかった。
１…導体、２…難燃絶縁層、３…難燃シース、４…表面保護層、１０，３０…難燃電線、２０，４０…難燃ケーブル
Claims (5)
- 導体外周に、エチレン系ポリマーを主体とするノンハロゲン難燃性被覆を備えた難燃電線・ケーブルであって、
前記ノンハロゲン難燃性被覆は、エチレン系ポリマー１００重量部に対し、加熱膨張性黒鉛３〜３０重量部を含有するノンハロゲン難燃性組成物からなる難燃層と、その外周に設けられた加熱膨張性黒鉛を含有せず、かつ引張強さが１０ＭＰａ以上で、伸びが３５０％である表面保護層とを有することを特徴とする難燃電線・ケーブル。 - 前記ノンハロゲン難燃性組成物は、エチレン系ポリマー１００重量部に対し、赤燐系難燃剤３〜３０重量部をさらに含有することを特徴とする請求項１記載の難燃電線・ケーブル。
- 前記表面保護層は、さらに赤燐系難燃剤を含有しないことを特徴とする請求項２記載の難燃電線・ケーブル
- エチレン系ポリマーが、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン・アクリル酸エチル共重合体、エチレン・酢酸ビニル共重合体およびエチレン・プロピレン共重合体からなる群より選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の難燃電線・ケーブル。
- エチレン系ポリマーが、エチレン・酢酸ビニル共重合体を含むことを特徴とする請求項４記載の難燃電線・ケーブル。
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