JP5390912B2 - 架橋絶縁電線の製造方法及び架橋絶縁電線 - Google Patents

Description

本発明は、架橋絶縁電線に関するものであり、更に詳しくはゲル分率１０％以下の架橋ポリオレフィン（系）廃材の再生材を利用して得られる絶縁電線に関するものである。

絶縁電線は、銅またはアルミ等の導体の外周にポリ塩化ビニルやポリエチレン、架橋ポリエチレン等からなる絶縁層で被覆したものである。
ところで近年、資源リサイクルの重要性が叫ばれている中、これら絶縁電線やケーブルも、使用後には、回収して導体と被覆廃材に分離し、被覆廃材をリサイクルすることが求められている。
この被覆廃材が、ポリ塩化ビニルやポリエチレンである場合は、これらが熱可塑性樹脂であり再成形加工が容易であるためリサイクルが容易であるが、架橋ポリエチレンである場合は、架橋による三次元構造で加熱溶融できず再成形加工が困難であるためリサイクル化が遅れていた。
しかし、近年、関係者の努力により、架橋ポリエチレン廃材を絶縁層に利用できる段階まで、リサイクル技術が進歩してきた。

架橋ポリエチレン絶縁電線のリサイクル技術としては、特許文献１に記載のものが提案されているが、再生材（リサイクル材）の混合比率を全樹脂量に対して５０質量％以下とする必要があり、再生材の使用率の更なる向上が望まれている。

特開２００６−６６２６２号公報

本発明は、架橋ポリオレフィン（系）廃材を絶縁電線の絶縁被覆材として再利用可能とし、さらに前記廃材の再生材を従来よりも高い割合で使用しても、電気的特性および機械的特性を満足する架橋絶縁電線を提供することを目的とする。

この課題は下記手段によって達成された。
（１）導体上に被覆層を有する架橋絶縁電線の製造方法であって、架橋ポリオレフィン（系）廃材を再生処理してゲル分率が１０％以下の再生材とし、該再生材と非再生材のポリオレフィン（系）樹脂と有機過酸化物とを、該再生材と該非再生材との合計量に対して該再生材が５０質量％を越えて７５質量％以下となるように混合して樹脂組成物を得て、該樹脂組成物で絶縁被覆層を形成し、その後に加熱処理にて該絶縁被覆層を形成する前記樹脂組成物を架橋させる（「過酸化物架橋方法」）ことを特徴とする架橋絶縁電線の製造方法。
（２）前記架橋ポリオレフィン（系）廃材を、処理温度２５０℃〜４００℃、剪断速度２００ｓｅｃ^−１以上で再生処理し、ゲル分率１０％以下として用いることを特徴とする（１）に記載の架橋絶縁電線の製造方法。
（３）（１）または（２）に記載の方法で製造された架橋絶縁電線。

なお、本発明における「ポリオレフィン（系）樹脂」は、ポリオレフィン樹脂と、ポリオレフィン系樹脂とを含むものである。「架橋ポリオレフィン（系）廃材」は、このポリオレフィン（系）樹脂の架橋物の廃材である。

本発明により、架橋ポリオレフィン（系）廃材を多量に絶縁電線の絶縁被覆材として再利用しても、絶縁電線に要求される電気的特性および機械的特性を有した架橋絶縁電線を得ることが可能となる。

本発明の架橋絶縁電線の被覆層には、架橋ポリオレフィン（系）廃材を適切な条件のもと熱可塑化処理により再生処理し、ゲル分率１０％以下にした架橋ポリオレフィン（系）樹脂の再生材を、非再生材のポリオレフィン（系）樹脂と、全樹脂量（再生材と非再生材の合計量）に対し５０質量％を越えて７５質量％以下で混合したものを使用する。本発明では、ゲル分率の低い再生材を用い、これと非再生材を混合した樹脂組成物を「過酸化物架橋方法」により架橋させることで、再生材の割合をこのように高くしても、絶縁電線の絶縁層に要求される特性を維持することができる。

架橋ポリオレフィン（系）廃材としては、例えば、電線被覆廃材などの配線材の被覆廃材や、一般廃棄物として廃棄される給水用、給湯用、屋内暖房用のパイプ、または各種発泡体などが挙げられる。
本発明の架橋絶縁電線に用いられる架橋ポリオレフィン（系）廃材はどのような架橋方法によるものでもよく、例えば、有機過酸化物やシラン化合物の架橋剤を用いて架橋したもの、電子線などによって架橋されたものを使用することができる。また回収された廃材の使用年数は関係なく、極端に劣化が進んだものでも支障はない。
本発明に使用できる架橋ポリオレフィン（系）廃材の好ましいものは、高密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン及びポリプロピレン等から選ばれるポリオレフィン樹脂、並びにエチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−（メタ）アクリル酸エステル共重合体及びエチレン−（メタ）アクリル酸共重合体等から選ばれるポリオレフィン系樹脂から選ばれた樹脂の架橋されたものの廃材である。これらは１種もしくは２種以上の混合物であっても良い。

本発明では、上記の架橋ポリオレフィン（系）廃材を再生処理した再生材が好ましく使用できる。

本発明で用いられる再生材の再生処理方法は、ゲル分率が１０％以下になるものであれば特に制限はないが、例えば、有機化酸化物を用いて架橋された架橋ポリオレフィン（系）廃材であれば、同方向噛み合い型二軸押出機で剪断速度２００ｓｅｃ^−１以上、温度２５０℃〜４００℃で処理すると、ゲル分率が１０％以下の再生材を得ることができる。ここで剪断速度とは、押出機のスクリューエレメント最外周部の周速度（ｍｍ／ｓ）をスクリューとバレルとのクリアランス（ｍｍ）で除した数値をいう。
なお、再生材のゲル分率は、架橋ポリオレフィン（系）廃材の架橋方法によっても影響を受けて変化する。

前記押出機で処理する際の再生処理条件は、上記の再生材のゲル分率が１０％以下となるように適宜調整できる。好ましい処理温度は２５０℃〜４００℃であり、好ましい剪断速度は２００ｓｅｃ^−１以上である。

前記再生材は非再生材のポリオレフィン（系）樹脂および有機過酸化物と混合して組成物（本発明において、これを「樹脂組成物」という。）とする。ここで非再生材とは、ゲル分率を下げる処理、すなわち架橋を切断する処理に供されていないことを意味している。非再生材のポリオレフィン（系）樹脂として好ましいものとしては、未架橋のポリオレフィン（系）樹脂、その中でも成形に供されたことのない、いわゆるバージン材が最も好ましい。
本発明において、再生材とともに混合する非再生材のポリオレフィン（系）樹脂の好ましい樹脂の種類としては、通常絶縁電線に使用している、高密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン及びポリプロピレン等から選ばれるポリオレフィン樹脂、並びにエチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−（メタ）アクリル酸エステル共重合体及びエチレン−（メタ）アクリル酸共重合体等から選ばれるポリオレフィン系樹脂があげられる。中でも高密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレンもしくは低密度ポリエチレンの使用が好ましい。これらは１種もしくは２種以上を混合して用いてもよい。

本発明で用いることのできる有機過酸化物としては、例えば、ジクミルパーオキサイド、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシド）ヘキシン、１，３−ビス−（ｔ−ブチルパーオキシイソプロピル）ベンゼン、１，１，−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）シクロヘキサン等が挙げられる。その配合量は、上記樹脂組成物１００質量部に対して、１〜３質量部が好ましい。
本発明の架橋絶縁電線は、該樹脂組成物で絶縁被覆層を形成し、その後に加熱処理にて架橋させる「過酸化物架橋方法」により得られる。架橋する際の加熱温度は好ましくは１８０〜２３０℃である。加熱処理方法は特に制限はないが、例えば水蒸気を用いた連続加熱処理などがあげられる。
また、本発明の架橋絶縁電線の製造方法では、一般的に使用されている押出機を使用することが出来る。また本発明における架橋絶縁電線の絶縁被覆層には、通常樹脂に添加される酸化防止剤、紫外線吸収剤などの添加剤を必要に応じて適量添加することも出来る。

本発明においては導体上に被覆する被覆層は１層でも複数の層であってもよい。本発明の架橋絶縁電線は、再生材を含む樹脂組成物を用いて形成された絶縁被覆層が、被覆層のうち少なくとも１層であればよく、複数層、または全層であってもよい。上記樹脂組成物で構成された層以外の層には、通常電線の被覆材として使用される樹脂であれば特に制限なく使用可能であるが、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、塩化ビニル等が挙げられる。
なお、本発明において「架橋絶縁電線」とは、前記再生材を含む樹脂組成物を用いて形成された絶縁被覆層が架橋されている絶縁電線であることを簡略に表現したものである。

以下に本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

下記の架橋ポリオレフィン（系）廃材の再生材及び非再生材のポリオレフィン（系）樹脂を使用して、絶縁電線を製造し、評価した。
〔架橋ポリオレフィン（系）廃材〕
有機過酸化物により架橋された屋外用架橋ポリエチレン電線被覆廃材を１０ｍｍ以下のサイズに粉砕したもの。なお、屋外用架橋ポリエチレン電線被覆廃材は、撤去された絶縁電線の中から有機過酸化物により架橋されたものを選別して集めたが、わずかに他の方法で架橋された電線被覆廃材も混入している。
〔再生材〕
上記の架橋ポリオレフィン（系）廃材を同方向噛み合い型二軸押出機を用い、処理温度は３００℃、剪断速度は２２００〜２３００ｓｅｃ^−１として再生処理を行った。なお、ゲル分率の測定方法は以下の方法で測定した。
（ゲル分率）
ゲル分率は、常法に従って、加温したキシレンに試料を入れ、溶解せずに残った試料の質量を測定し、これと試験前の試料の質量との比をゲル分率とした。具体的な方法は、ＪＩＳ Ｃ ３００５中の「４．２５架橋度」によった。
〔非再生材のポリオレフィン（系）樹脂〕
過酸化物系架橋剤であるジクミルパーオキサイド（ＤＣＰ）が添加された低密度ポリエチレン樹脂：ＮＵＣＧ９２１１（商品名、ダウ・ケミカル（株）製）

（架橋ポリエチレン絶縁電線の製造）
再生材およびＮＵＣＧ９２１１を表1に示す比で配合し、さらに有機過酸化物ＤＣＰを１．２（質量部）を追加添加してからこれらを混合し、実施例１〜６、および比較例１、２の樹脂組成物とした。
なお、ＤＣＰを追加添加したのは、次の理由による。すなわち、非再生材のポリオレフィン（系）樹脂（バージン材）にはＤＣＰが添加されているが、この添加量はバージン材１００％の時に適当な量になっているため、再生材を配合した分架橋剤が不足する。この不足分を補うため、ＤＣＰを追加して添加する。
上記の樹脂組成物を、直径１２０ｍｍ単軸押出機のホッパーに投入し、スクリュー回転数を５０ｒｐｍで設定し、断面積２４０ｍｍ^２のアルミ導体に厚さ３ｍｍの肉厚で押出して樹脂組成物で被覆した後に、当該樹脂組成物を水蒸気を用いて連続加熱処理して架橋促進し、架橋ポリエチレン絶縁電線を製造した。加熱温度は約２００℃であった。

（評価方法）
実施例１〜６および比較例１、２で製造した架橋ポリエチレン絶縁電線の評価は電力用規格Ｃ−２５１屋外用アルミ導体架橋ポリエチレン絶縁電線（ＡＬ−ＯＣ）に準拠し以下の方法により測定した。
規格値
絶縁体の引張り強さ ９．８１ＭＰａ以上
絶縁体伸び ３５０％
加熱試験 引張伸び、強さとも加熱前の値の８０％以上
耐加熱変形試験 厚さの減少率４０％以下
耐トラッキング 噴霧回数１０１回においても、０．５Ａ以上の電流が
試料表面を流れないか、または燃え上がらないこと
耐電圧 １２，０００Ｖの試験電圧に１分間耐えること

評価方法
〔引張試験〕
ＪＩＳ Ｃ３００５による。引張速さは２００ｍｍ／ｍｉｎで行った。
〔加熱試験〕
ＪＩＳ Ｃ３００５による。加熱温度は１２０±３℃、９６ｈｒで行った。
〔耐加熱変形試験〕
ＪＩＳ Ｃ３００５による。加熱温度は１２０±３℃、加える荷重は２０Ｎで行った。
〔耐トラッキング性試験〕
ＪＩＳ Ｃ３００５による。噴霧回数は１０１回で行った。表２中○は、０．５Ａ以上の電流が試料の表面を流れないか、または燃え上がらず、上記規格値が満たされたことを示している。
〔耐電圧試験〕
ＪＩＳ Ｃ３００５による。表２中○は、１２,０００Ｖの試験電圧に１分間耐えて絶縁破壊せず、上記規格値が満たされたことを示している。
（評価結果）
各項目の評価の結果は表２のとおりである。

実施例１〜６は、ゲル分率が１０％以下の再生材を使用し、この再生材の混合量が再生材と非再生材との合計量に対し５０質量％を越えて７５質量％以下となるようにして製造した架橋ポリエチレン絶縁電線であり、架橋ポリエチレン絶縁電線の規格値全てを満足している。ただし、再生材の配合量が７５質量％を越える比較例１、および、再生材のゲル分率が高すぎる比較例２は、引張試験において規格値を満足しないという結果であった。
上記の結果から、有機過酸化物を添加した樹脂組成物で絶縁被覆層を形成する場合は、シラン架橋など他の架橋方法に比較して、再生材を多量に配合しても電線の規格値を満足できることが分かった。ただし、再生材のゲル分率を低くする必要があることも判明した。

Claims (3)

1. 導体上に被覆層を有する架橋絶縁電線の製造方法であって、架橋ポリオレフィン（系）廃材を再生処理してゲル分率が１０％以下の再生材とし、該再生材と非再生材のポリオレフィン（系）樹脂と有機過酸化物とを、該再生材と該非再生材との合計量に対して該再生材が５０質量％を越えて７５質量％以下となるように混合して樹脂組成物を得て、該樹脂組成物で絶縁被覆層を形成し、その後に加熱処理にて該絶縁被覆層を形成する前記樹脂組成物を架橋させることを特徴とする架橋絶縁電線の製造方法。
2. 前記架橋ポリオレフィン（系）廃材を、処理温度２５０℃〜４００℃、剪断速度２００ｓｅｃ^−１以上で再生処理し、ゲル分率１０％以下として用いることを特徴とする請求項１に記載の架橋絶縁電線の製造方法。
3. 請求項１または２に記載の方法で製造された架橋絶縁電線。