JP5967023B2 - 電線被覆材用樹脂組成物および絶縁電線ならびにワイヤーハーネス - Google Patents

電線被覆材用樹脂組成物および絶縁電線ならびにワイヤーハーネス Download PDF

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Description

本発明は、電線被覆材用樹脂組成物および絶縁電線ならびにワイヤーハーネスに関し、さらに詳しくは、高温耐油性、耐摩耗性、伸びに優れる、自動車用電線の被覆材として好適な電線被覆材用樹脂組成物とこれを被覆材として用いた絶縁電線ならびにワイヤーハーネスに関するものである。
高温油中で使用可能な絶縁電線としては、耐熱性および耐油性に優れたフッ素ゴムやフッ素樹脂を被覆した絶縁電線が知られている(特許文献1〜3)。
また、自動車内などの振動環境下で使用可能な絶縁電線としては、耐摩耗性に優れたポリサルホンやポリエーテルサルホンを被覆した絶縁電線が知られている(特許文献4〜5)。
特開平11−66960号公報 特開平05−182543号公報 特開平08−241628号公報 特開平02−273411号公報 特開平02−183907号公報
フッ素ゴムやフッ素樹脂を被覆した絶縁電線は摩耗性に劣り、自動車内などの振動環境下での使用には適さない。特に、絶縁被覆の厚みを薄くして省スペース化を図る目的には適さない。
ポリサルホンやポリエーテルサルホンを被覆した絶縁電線は伸びが悪いため、自動車内などの配策時に曲げの力が加わるところでの使用には適さない。
本発明の解決しようとする課題は、高温耐油性、耐摩耗性、伸びに優れる電線被覆材用樹脂組成物とこれを被覆材として用いた絶縁電線ならびにワイヤーハーネスを提供することにある。
上記課題を解決するため本発明に係る電線被覆材用樹脂組成物は、(A)ポリサルホン系樹脂、(B)芳香族ポリエステル樹脂、(C)ポリエステルエラストマー、(D)カルボキシル基またはヒドロキシル基と反応する反応性官能基を有する化合物、が配合され、前記(D)成分が前記(B)成分あるいは前記(C)成分と反応して結合を形成していることを要旨とするものである。
(C)ポリエステルエラストマーは、(A)〜(C)成分を合わせた合計成分中に1〜50質量%配合されることが好ましい。(B)芳香族ポリエステル樹脂は、(A)〜(B)成分を合わせた合計成分中に1〜40質量%配合されることが好ましい。(D)カルボキシル基またはヒドロキシル基と反応する反応性官能基を有する化合物は、(A)〜(C)成分を合わせた合計成分100質量部に対し0.01〜5質量部配合されることが好ましい。
ポリサルホン系樹脂としては、ポリエーテルサルホンおよびポリフェニルサルホンから選択される1種または2種以上が好ましい。芳香族ポリエステル樹脂としては、繰り返し単位構造内にナフチル基を有するものが好ましい。ポリエステルエラストマーとしては、融点が200℃以上のものが好ましい。
本発明に係る絶縁電線は、上記の電線被覆材用樹脂組成物を用いて電線被覆を形成したことを要旨とするものである。
また、本発明に係るワイヤーハーネスは、上記の絶縁電線を有することを要旨とするものである。
本発明に係る電線被覆材用樹脂組成物は、(A)ポリサルホン系樹脂、(B)芳香族ポリエステル樹脂、(C)ポリエステルエラストマー、(D)カルボキシル基またはヒドロキシル基と反応する反応性官能基を有する化合物、が配合されたものであり、(D)成分が(B)成分あるいは(C)成分と反応して結合を形成することで、高温耐油性、耐摩耗性、伸びに優れるものにできる。
ポリサルホン系樹脂としてポリエーテルサルホン、ポリフェニルサルホンあるいはこれらの組み合わせを用いると、耐摩耗性により優れる。芳香族ポリエステル樹脂として繰り返し単位の構造内にナフチル基を有するものを用いると、ポリサルホン系樹脂およびポリエステルエラストマーとの相溶性および高温耐油性により優れる。ポリエステルエラストマーとして融点が200℃以上のものを用いると、高温耐油性により優れる。
本発明の一実施形態に係る絶縁電線の断面図である。
本発明に係る電線被覆材用樹脂組成物は、(A)ポリサルホン系樹脂、(B)芳香族ポリエステル樹脂、(C)ポリエステルエラストマー、(D)カルボキシル基またはヒドロキシル基と反応する反応性官能基を有する化合物、が配合される。
(A)ポリサルホン系樹脂は、熱可塑性樹脂であり、繰り返し単位の構造内(主鎖内)にスルホニル基を有するものである。(A)ポリサルホン系樹脂は、本発明に係る電線被覆材用樹脂組成物の高温耐油性および耐摩耗性を向上する成分となる。(A)ポリサルホン系樹脂としては、具体的には、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリフェニルサルホンなどが挙げられる。これらは、(A)ポリサルホン系樹脂として、単独で用いられても良いし、2種以上が組み合わされて用いられても良い。高温耐油性および耐摩耗性を向上する効果により優れるなどの観点からいうと、(A)ポリサルホン系樹脂は、ポリエーテルサルホン、ポリフェニルサルホン、あるいは、これらの組み合わせであることが好ましい。また、高温耐油性を向上する効果に特に優れるなどの観点からいうと、ポリフェニルサルホンが好ましい。
(C)ポリエステルエラストマーは、本発明に係る電線被覆材用樹脂組成物の伸び(絶縁伸び)を向上する成分となる。しかし、(C)ポリエステルエラストマー自体は(A)ポリサルホン系樹脂との相溶性が低いため、(A)ポリサルホン系樹脂に対してこれ単独で配合しても伸びは改善されず、また、(A)ポリサルホン系樹脂を用いて向上させた高温耐油性および耐摩耗性などの物性を低下させる。このため、(C)ポリエステルエラストマーは(B)芳香族ポリエステル樹脂とともに配合される。(B)芳香族ポリエステル樹脂とともに(C)ポリエステルエラストマーが配合されることで、(C)ポリエステルエラストマーと(A)ポリサルホン系樹脂の相溶性は改善され、(C)ポリエステルエラストマーを配合することによる伸びの向上効果が発揮される。また、(A)ポリサルホン系樹脂を用いて向上させた高温耐油性および耐摩耗性などの物性が低下するのを抑える。
(C)ポリエステルエラストマーは、ハードセグメントとソフトセグメントとのブロック共重合体からなる。ハードセグメントは、PBTやPBNなどの芳香族ポリエステルや脂肪族ポリエステルなどが挙げられる。ソフトセグメントは、脂肪族ポリエーテルや脂肪族ポリエステルなどが挙げられる。(C)ポリエステルエラストマーは、高温耐油性により優れるなどの観点から、融点が200℃以上のものが好ましい。より好ましくは融点が210℃以上のものである。
(B)芳香族ポリエステル樹脂は、熱可塑性樹脂であり、(A)ポリサルホン系樹脂と(C)ポリエステルエラストマーの相溶性を向上させることができる。また、繰り返し単位の構造内(分子内)に芳香環を有することから、高温耐油性を向上させることができる。(B)芳香族ポリエステル樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリブチレンナフタレート(PBN)などが挙げられる。これらは、(B)芳香族ポリエステル樹脂として、単独で用いられても良いし、2種以上が組み合わされて用いられても良い。(A)ポリサルホン系樹脂および(C)ポリエステルエラストマーとの相溶性および高温耐油性に特に優れるなどの観点からいうと、(B)芳香族ポリエステル樹脂としては、繰り返し単位の構造内にナフチル基を有する、PEN、PBNあるいはこれらの組み合わせが好ましい。
本発明に係る電線被覆材用樹脂組成物は、上記の(A)〜(C)成分を含むものであり、これを用いて絶縁電線の電線被覆を形成する。(A)ポリサルホン系樹脂により組成物の成形温度が高くなるため、(B)芳香族ポリエステル樹脂や(C)ポリエステルエラストマー、特に(C)成分の分子量低下による物性(高温耐油性や耐摩耗性など)の悪化が生じる。(D)カルボキシル基またはヒドロキシル基と反応する反応性官能基を有する化合物は、(B)成分あるいは(C)成分と反応して結合を形成する(鎖延長の効果がある)ので、この分子量低下を抑えて物性の低下を抑える。また、(D)成分が結合した(B)成分あるいは(C)成分は、溶融粘度の上昇により(A)ポリサルホン系樹脂との相溶性が向上する。これによっても、物性向上の効果がある。
(B)成分あるいは(C)成分の分子量低下を抑える効果などの観点から、(D)成分は熱分解温度の高いものが好ましい。熱分解温度の高いものとしては、分子量の比較的大きいものが好ましい。このような化合物としては、カルボキシル基またはヒドロキシル基と反応する反応性官能基を有するポリマー(重合体)などが挙げられる。
(D)成分のカルボキシル基またはヒドロキシル基と反応する反応性官能基としては、エポキシ基、カルボジイミド基、オキサゾリン基などが挙げられる。カルボキシル基またはヒドロキシル基と反応する反応性官能基を有するポリマー(重合体)としては、ポリカルボジイミド、マレイン酸変性ポリマー、グリシジル変性ポリマー、オキサゾリン変性ポリマーなどが挙げられる。
(D)カルボキシル基またはヒドロキシル基と反応する反応性官能基を有する化合物は、その反応性官能基を分子中に1つ有する単官能の化合物であっても上記効果を十分に奏するが、2官能以上の化合物であると、(B)成分と(C)成分の両方に対して結合を形成して両者の相溶性をより高める効果を発揮できる。
(C)ポリエステルエラストマーは、(A)〜(C)成分を合わせた合計成分中に1〜50質量%配合されることが好ましい。より好ましくは5〜30質量部である。(C)ポリエステルエラストマーの配合量がその合計成分中に1質量部以上であれば、伸びの向上効果が高い。また、(C)ポリエステルエラストマーの配合量がその合計成分中に50質量部以下であれば、優れた高温耐油性や耐摩耗性が確保されやすい。
(B)芳香族ポリエステル樹脂は、(A)〜(B)成分を合わせた合計成分中に1〜40質量%配合されることが好ましい。より好ましくは5〜30質量%である。(B)芳香族ポリエステル樹脂の配合量がその合計成分中に1質量%以上であれば、(C)ポリエステルエラストマーの(A)ポリサルホン系樹脂との相溶性が改善されやすく、これによる伸びの向上効果が高い。また、優れた耐摩耗性も確保されやすい。(B)芳香族ポリエステル樹脂の配合量がその合計成分中に40質量%以下であれば、耐摩耗性の低下が抑えられやすいので、優れた耐摩耗性が確保されやすい。そして、伸びの向上効果が高い。
(D)カルボキシル基またはヒドロキシル基と反応する反応性官能基を有する化合物は、(A)〜(C)成分を合わせた合計成分100質量部に対し0.01〜5質量部配合されることが好ましい。より好ましくは0.1〜1質量部である。(D)成分の配合量がその合計成分100質量部に対し0.01質量部以上であれば、(B)成分あるいは(C)成分と反応して結合を形成することによる分子量低下を抑える効果が高い。これにより、高温耐油性、耐摩耗性、伸びを向上する効果が高い。また、(D)成分の配合量がその合計成分100質量部に対し5質量部以下であれば、混練不足による物性への影響を抑えることができ、これにより、優れた高温耐油性、耐摩耗性、伸びを維持することができる。
電線被覆材用樹脂組成物には、(A)〜(D)成分以外にも、必要に応じて、電線被覆材に利用される一般的な添加剤を添加することができる。このような添加剤としては、充填剤、顔料、酸化防止剤、老化防止剤などが挙げられる。
電線被覆材用樹脂組成物は、(D)成分が(B)成分あるいは(C)成分と反応して結合を形成することで、優れた高温耐油性と耐摩耗性と伸びを備えることができる。電線被覆材用樹脂組成物の伸びは、180%以上であることが好ましい。より好ましくは200%以上である。伸びは破断時の伸びである。
次に、本発明に係る電線被覆材用樹脂組成物を被覆材として用いた絶縁電線について説明する。図1には、本発明の一実施形態に係る絶縁電線の構成を示す。図1に示すように、絶縁電線1は、金属導体2の外周に絶縁被覆層3が設けられたもので構成されている。特に限定されるものではないが、絶縁被覆層3は単層である。絶縁被覆層3の材料には、本発明に係る電線被覆材用樹脂組成物が用いられている。本発明に係る電線被覆材用樹脂組成物を被覆材として用いることにより、優れた高温耐油性と耐摩耗性を維持しながら、伸びを改善することができる。
金属導体2は、銅を用いることが一般的であるが、銅以外にもアルミニウム、マグネシウム等を導体として用いることができる。また、銅に他の金属を含有してもよい。他の金属としては、例えば、鉄、ニッケル、マグネシウム、シリコン等が挙げられる。金属導体2は、この他にも、通常、導体として広く使用されている金属を、銅に添加あるいは単独で使用しても良い。また金属導体2は、単線を用いてもよいし、複数の線を撚り合わせた撚り線を使用してもよい。このとき撚り合わせて圧縮すると細径化することが可能である。
金属導体2の断面積、絶縁被覆層3の厚さ等は、絶縁電線1の用途等に応じて適宜選択することができ、特に限定されない。絶縁電線1の用途としては、高温耐油性や耐摩耗性に優れることから、自動車内などの振動環境下や高温油中で使用される絶縁電線(例えば自動車用絶縁電線)などが挙げられる。
絶縁電線1は、例えば、押出機(単軸、二軸)、バンバリミキサー、加圧ニーダー、ロールなどの通常用いられる混練機を用いて絶縁被覆層3を構成する材料を混練し、通常の押出成形機などを用いて金属導体2の外周に絶縁被覆層3を押出被覆することで得られる。
絶縁電線1は、その端末に接続端子やコネクタが接続されることにより、ワイヤーハーネスとされる。また、複数本が束ねられることにより、ワイヤーハーネスとされる。
以下、本発明を実施例によって説明する。
実施例1〜24、比較例1〜8、参考例
〔電線の作製〕
表1の実施例1〜8、表2の実施例9〜16、表3の実施例17〜24、表4の比較例1〜8、参考例に示された樹脂組成物の成分組成(質量部)に従って、絶縁被覆層の樹脂組成物を二軸混合機により、ダイ付近の樹脂温度が最適成形温度となるよう混練した。混練した樹脂組成物を断面積0.35mmの撚線導体の周囲に被覆厚0.2mmの絶縁被覆層を押出成形して、実施例1〜24、比較例1〜8の絶縁電線を得た。押出成形では、直径が、それぞれ1.1mmのダイスと0.75mmのニップルを使用した。また押出成形は、ダイ付近の樹脂温度が最適成形温度となるような押出温度とし、線速度50m/min.で行った。得られた絶縁電線について、高温耐油性、絶縁伸び、耐摩耗性の評価を行った。各試験結果を表1〜4に示す。なお、各成分の具体的な使用材料、最適成形温度の決定方法および試験方法は下記の通りである。
〔使用材料〕
<(A)ポリサルホン系樹脂>
・ポリサルホン(PSU):Udel P−1700NT(ソルベイアドバンスドポリマーズ社製)
・ポリエーテルサルホン(PES):スミカエクセル4100G(住友化学社製)
・ポリフェニルサルホン(PPSU):ウルトラゾーンP3010(BASF社製)
<(B)芳香族ポリエステル樹脂>
・ポリブチレンテレフタレート(PBT):ジュラネックス800FP(ポリプラスチック社製)
・ポリブチレンナフタレート(PBN):TQB−OT(帝人化成社製)
・ポリエチレンナフタレート(PEN):テオネックスTN−8065S(帝人化成社製)
<(C)ポリエステルエラストマー>
・(C)ポリエステルエラストマー<1>:ハイトレル4047(東レ・デュポン社製、融点182℃)
・(C)ポリエステルエラストマー<2>:ハイトレル5557(東レ・デュポン社製、融点208℃)
・(C)ポリエステルエラストマー<3>:ハイトレル7277(東レ・デュポン社製、融点219℃)
・(C)ポリエステルエラストマー<4>:ペルプレンEN−2034(東洋紡社製、融点224℃)
<(D)カルボキシル基またはヒドロキシル基と反応する反応性官能基を有する化合物>
・カルボジイミド基含有化合物:カルボジライトLA−1(日清紡社製)(ポリカルボジイミド、2官能以上の化合物)
・エポキシ基含有化合物:ジョンクリルADR4300S(BASF社製)(エポキシ基を有するポリマー、2官能以上の化合物)
〔最適成形温度決定方法〕
最適成形温度を決定するにあたり、各温度でのMI測定(JISK7210準拠)を実施し、MIが1.0g/10min.(荷重2.16kg)となる温度を最適成形温度とした。MIが1.0g/10min.を大きく超えると、ドローダウンなどを引き起こす可能性が高く、電線被覆材に向かない。MIが1.0g/10min.を大きく下回ると、流動性が低く、押出することができない。
〔高温耐油性〕
絶縁電線を120℃×任意時間、ATF(日産純正ATF:NS−2)に浸漬後、自己巻き付け試験を行い、1kv×1min.の耐電圧試験を行った。浸漬時間が3000時間以上であっても絶縁破壊を生じないで耐電圧試験に耐えることができた場合を合格「○」とし、浸漬時間が4000時間以上であっても絶縁破壊を生じないで耐電圧試験に耐えることができた場合を合格「◎」とし、浸漬時間が3000時間未満で絶縁破壊を生じ、耐電圧試験に耐えられなかった場合を不合格「×」とした。
〔絶縁伸び〕
絶縁電線から導体を抜き取り所定の長さの絶縁被覆層を取り出して試験片とした。引張試験機にて標線間距離が20mm、引張速度が50mm/min.の条件で絶縁被覆層の引張試験を行った。絶縁伸びが180%以上の場合を○(合格)、200%以上の場合を◎(合格)、180%未満である場合を×(不合格)とした。
〔耐摩耗性〕
ISO6722に準拠し、ブレード往復法で行った。ブレードにかかる荷重を7Nとし、試験回数4回の最小値が700回以上を合格(○)、1000回以上を合格(◎)、700回未満を不合格(×)とした。
Figure 0005967023
Figure 0005967023
Figure 0005967023
Figure 0005967023
表4に示すように、比較例1は、電線被覆材用樹脂組成物が(A)ポリサルホン系樹脂のみからなるため、成形温度が高く、伸び(絶縁伸び)も低い。比較例2は、電線被覆材用樹脂組成物が(C)ポリエステルエラストマーのみからなるため、絶縁伸びには優れるが、高温耐油性、耐摩耗性に劣る。比較例3は、(A)ポリサルホン系樹脂に(D)カルボキシル基またはヒドロキシル基と反応する反応性官能基を有する化合物を配合しているだけで、伸び(絶縁伸び)の向上が見られない。比較例4は、(B)芳香族ポリエステル樹脂に(D)成分を配合しているだけで、伸び(絶縁伸び)の向上が見られない。また、耐摩耗性にも劣る。比較例5は、(C)ポリエステルエラストマーに(D)成分を配合しているだけで、比較例2と同様、高温耐油性、耐摩耗性に劣る。
比較例6は、(A)ポリサルホン系樹脂と(B)芳香族ポリエステル樹脂の組み合わせに(D)成分を配合しているだけで、(C)ポリエステルエラストマーが配合されていないため、伸び(絶縁伸び)の向上が見られない。比較例7は、(A)ポリサルホン系樹脂と(C)ポリエステルエラストマーの組み合わせに(D)成分を配合しているだけで、(B)芳香族ポリエステル樹脂が配合されていないため、(A)ポリサルホン系樹脂と(C)ポリエステルエラストマーの相溶性が悪く、物性低下が生じている。比較例8は、(B)芳香族ポリエステル樹脂と(C)ポリエステルエラストマーの組み合わせに(D)成分を配合しているだけで、(A)ポリサルホン系樹脂が配合されていないため、成形温度は低減でき、高温耐油性、絶縁伸びに優れるが、耐摩耗性に劣る。
参考例では、(A)〜(C)成分を含むが(D)成分が配合されていないため、本発明の組成物と比べて、高温耐油性、絶縁伸び、耐摩耗性にやや劣る。
これに対し、実施例によれば、(A)ポリサルホン系樹脂、(B)芳香族ポリエステル樹脂、(C)ポリエステルエラストマー、(D)カルボキシル基またはヒドロキシル基と反応する反応性官能基を有する化合物、が配合されているので、高いレベルで高温耐油性、耐摩耗性、伸びに優れる。これらから得られる絶縁電線は、高温油中の振動環境下でも使用することができる。また、耐摩耗性に優れるため、絶縁被覆の薄肉化による電線細径化、ワイヤーハーネスの省スペース化に貢献できる。
実施例1,2,3の比較から、(A)ポリサルホン系樹脂がポリエーテルサルホン、ポリフェニルサルホンであると、耐摩耗性により優れる。さらに、(A)ポリサルホン系樹脂がポリフェニルサルホンであると、高温耐油性により優れる。実施例1,4,5の比較から、(B)芳香族ポリエステル樹脂が繰り返し単位の構造内にナフチル基を有すると、高温耐油性により優れる。また、耐摩耗性、伸びにより優れる。これは、(B)芳香族ポリエステル樹脂がナフチル基を有することにより、(A)ポリサルホン系樹脂と(C)ポリエステルエラストマーの相溶性が向上するためと推察される。実施例1,6,7,8の比較から、(C)ポリエステルエラストマーの融点が200℃以上であると、高温耐油性により優れる。
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
1 絶縁電線
2 金属導体
3 絶縁被覆層

Claims (9)

  1. (A)ポリサルホン系樹脂、(B)芳香族ポリエステル樹脂、(C)ポリエステルエラストマー、(D)カルボキシル基またはヒドロキシル基と反応する反応性官能基を有する化合物、が配合され、前記(D)成分が前記(B)成分あるいは前記(C)成分と反応して結合を形成していることを特徴とする電線被覆材用樹脂組成物。
  2. 前記(A)〜(C)成分を合わせた合計成分中に、前記(C)ポリエステルエラストマーが1〜50質量%配合されることを特徴とする請求項1に記載の電線被覆材用樹脂組成物。
  3. 前記(A)〜(B)成分を合わせた合計成分中に、前記(B)芳香族ポリエステル樹脂が1〜40質量%配合されることを特徴とする請求項1または2に記載の電線被覆材用樹脂組成物。
  4. 前記(A)〜(C)成分を合わせた合計成分100質量部に対し、(D)カルボキシル基またはヒドロキシル基と反応する反応性官能基を有する化合物が0.01〜5質量部配合されることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の電線被覆材用樹脂組成物。
  5. 前記(A)ポリサルホン系樹脂が、ポリエーテルサルホンおよびポリフェニルサルホンから選択される1種または2種以上であることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の電線被覆材用樹脂組成物。
  6. 前記(B)芳香族ポリエステル樹脂が、繰り返し単位の構造内にナフチル基を有することを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の電線被覆材用樹脂組成物。
  7. 前記(C)ポリエステルエラストマーの融点が、200℃以上であることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の電線被覆材用樹脂組成物。
  8. 請求項1から7のいずれか1項に記載の電線被覆材用樹脂組成物を用いて電線被覆を形成したことを特徴とする絶縁電線。
  9. 請求項8に記載の絶縁電線を有することを特徴とするワイヤーハーネス。
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