JP6214708B2 - 電線の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、電線の製造方法に関する。
同軸ケーブルやLANケーブルのような高周波信号を伝送するケーブルには常に誘電損失が生ずる。
誘電損失は誘電率(ε)と誘電正接(tanδ)との関数であり、いずれも小さい方が好ましい。誘電損失を低減するため、これらの電気的特性に優れたポリテトラフルオロエチレン(PTFE)を絶縁被覆層材料として使用している高周波ケーブルが提案されている。
例えば、特許文献1には、PTFEを絶縁被覆層として有する高周波ケーブルの末端加工をスムーズに行なうことができ、しかも誘電損失が少ない高周波ケーブルを提供することを目的として、テトラフルオロエチレン(TFE)を乳化重合して得られる低分子量PTFE粉末と高分子量PTFE粉末とを混合することによって得られる混合粉末であることを特徴とする高周波信号伝送用製品の絶縁用PTFE混合粉末が記載されている。
特許文献2には、末端加工性、芯線との密着性、表面平滑性、電気特性及び機械的強度に優れたPTFEの成形体を提供することを目的として、PTFEの成形体であって、示差走査熱量計による結晶融解曲線上の340±15℃の温度領域に少なくとも1つ以上の吸熱ピークが現れ、上記結晶融解曲線から算出される290〜350℃の融解熱量が62mJ/mg以上であり、熱不安定指数が20以上であり、熱分解開始温度が420℃以下であり、上記ポリテトラフルオロエチレンは、テトラフルオロエチレン以外の変性モノマー単位を全単量体単位の0〜0.06質量%含有するものであることを特徴とする成形体が記載されている。
特許文献3には、樹脂の厚さが薄く、末端加工性、電気特性及び機械的強度に優れたPTFEの成形体を提供することを目的として、PTFEの成形体であって、示差走査熱量計による結晶融解曲線上の340±15℃の温度領域に少なくとも1つ以上の吸熱ピークが現れ、上記結晶融解曲線から算出される290〜350℃の融解熱量が62mJ/mg以上であり、硬さ(JIS−K6301−1975 A形)が70以上であり、ヘキサフルオロエチレン、パーフルオロメチルビニルエーテル、パーフルオロプロピルビニルエーテル、フルオロジオキソール、パーフルオロメチルエチレン、及び、パーフルオロブチルエチレンからなる群より選択される少なくとも1つの変性モノマーに由来する変性モノマー単位を全単量体単位の0.06質量%を超えて1質量%以下含有するものであり、かつ、非溶融加工性であることを特徴とする成形体が記載されている。
特許第4617538号公報 特許第5167910号公報 特許第5256889号公報
しかしながら、近年、電線に対する要求特性が高まっており、より誘電損失が小さい電線が求められている。本発明の目的は、誘電損失が小さい電線の製造方法を提供することにある。
本発明者等が、誘電損失が小さい電線の製造方法について鋭意検討したところ、電線の被覆材の材料と、被覆材の材料を芯線に被覆した後の処理工程に着目した。そして、被覆材の材料として高分子量のポリテトラフルオロエチレンとフィブリル化性を有しない低分子量のポリテトラフルオロエチレンとの混合物を用い、更に、その混合物を芯線に被覆した後の熱処理工程で徐冷する、すなわち、被覆された芯線を低分子量PTFEの第一融点以上に加熱した後、急冷されないように、150〜300℃に加熱すると、誘電損失が著しく小さい電線を得ることができることを見出した。
すなわち、本発明は、高分子量ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)(A)とフィブリル化性を有しない低分子量PTFE(B)の混合物を芯線に被覆する被覆工程、被覆された芯線を、低分子量PTFE(B)の第一融点以上に加熱する第一加熱工程、被覆された芯線を、150〜300℃に加熱する第二加熱工程、及び、被覆された芯線を、冷却する冷却工程、を含むことを特徴とする電線の製造方法である。
本発明の電線の製造方法は、上記第二加熱工程における降温度合いを500℃/分以下とすることが好ましい。
本発明の電線の製造方法は、上記第二加熱工程における加熱時間が6〜60秒であることが好ましい。
本発明の電線の製造方法によれば、誘電損失が小さい電線を得ることができる。
以下、本発明を具体的に説明する。
上記被覆工程は、高分子量PTFE(A)とフィブリル化性を有しない低分子量PTFE(B)の混合物を芯線に被覆するものである。被覆工程は、従来公知の方法で行うことができ、たとえば、上記混合物(後述する予備成形体)をペースト押出機に装填し、芯線上に押出すものである。
上記混合物は、高分子量PTFE(A)と低分子量PTFE(B)のみを混合したものであってもよいが、高分子量PTFE(A)と低分子量PTFE(B)と押出助剤とを混合したものであることが好ましい。
本発明の電線の製造方法は、上記被覆工程の前に、高分子量PTFE(A)と低分子量PTFE(B)と、必要に応じて押出助剤と、を混合して、混合物を得る混合工程を含むことが好ましい。
なお、高分子量PTFE(A)、低分子量PTFE(B)、押出助剤の詳細については後述する。
上記混合物は、誘電損失が小さい電線を得ることができることから、上記高分子量PTFE(A)と低分子量PTFE(B)との質量比(PTFE(A)/PTFE(B))が80/20〜99/1であることが好ましい。より好ましくは、85/15〜97/3であり、更に好ましくは、90/10〜95/5である。
上記混合物中の高分子量PTFE(A)と低分子量PTFE(B)の合計質量と、押出助剤の質量との比率(高分子量PTFE(A)と低分子量PTFE(B)の合計/押出助剤)は、87/13〜75/25であることが好ましい。
押出助剤の量が少なすぎると、安定した成形が困難になるおそれがあり、押出助剤の量が多すぎると、十分な機械的強度を有する電線を得ることができないおそれがある。上記比率は、83/17〜76/24であることがより好ましく、82/18〜78/22であることが更に好ましい。
高分子量PTFE(A)と低分子量PTFE(B)とを混合する方法としては、高分子量PTFE(A)の粉末と低分子量PTFE(B)の粉末とをドライブレンドして混合粉末を得る方法(乾式混合法)、高分子量PTFE(A)の水性分散液と低分子量PTFE(B)の水性分散液とを混合し、凝析して混合粉末を得る方法(共凝析法)、等が挙げられる。
製造方法の簡素化及び製造コストの観点からは、乾式混合法が好ましい。乾式混合法は従来公知の方法で実施することができる。
また、乳化重合法で得られる微細なPTFE粒子(いわゆるファインパウダー)を使用するときは、共凝析法が好ましい。共凝析法は従来の条件でよく、2つの水性分散液を混合したのち機械的な撹拌力を作用させる方法が好ましい。その際、塩酸や硝酸などの無機酸類またはその金属塩を凝析剤として併用してもよい。また、有機液体を存在させたり、要すればフィラーを共存させたりしてもよい。ただし、これらの方法に限定されるものではない。共凝析後、脱水、乾燥して混合粉末が得られる。
上記混合粉末の平均二次粒径は、200〜1000μmであることが、成形のし易さの点から好ましい。より好ましくは、300〜700μmである。上記混合粉末の平均二次粒径は、レーザー回折式粒度分布測定装置(日本電子社製)を用い、カスケードは使用せず、圧力0.1MPa、測定時間3秒で粒度分布を測定し、得られた粒度分布積算の50%に対応する値である。
上記押出助剤を混合する場合、通常、高分子量PTFE(A)と低分子量PTFE(B)との混合粉末に押出助剤を添加して、必要に応じて熟成させて混合粉末と押出助剤とを馴染ませることによって、高分子量PTFE(A)と低分子量PTFE(B)と押出助剤とを含む混合物を得ることができる。
上記混合物は、必要に応じて、高分子量PTFE(A)、低分子量PTFE(B)、押出助剤以外の他の成分を含むものであってもよい。
上記他の成分としては、PTFE以外の樹脂が挙げられる。上記PTFE以外の樹脂としては、例えば、TFE/ヘキサフルオロプロピレン〔HFP〕共重合体〔FEP〕、TFE/パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)〔PAVE〕共重合体〔PFA〕、エチレン/TFE共重合体〔ETFE〕、ポリビリニデンフルオライド〔PVdF〕、ポリクロロトリフルオロエチレン〔PCTFE〕、ポリプロピレン、ポリエチレン等が挙げられる。
上記PAVEとしては、熱的安定性の点で、パーフルオロ(メチルビニルエーテル)〔PMVE〕、パーフルオロ(エチルビニルエーテル)〔PEVE〕、パーフルオロ(プロピルビニルエーテル)〔PPVE〕及びパーフルオロ(ブチルビニルエーテル)からなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましく、PPVEであることがより好ましい。上記PTFE以外の樹脂は、上記PAVE単位を1種有するものであってもよいし、2種以上有するものであってもよい。
上記PTFE以外の樹脂としては、得られる電線の耐熱性を向上させ、比較的高温下でも安定した使用が可能となる点で、溶融加工可能なフッ素樹脂が好ましく、溶融加工可能なフッ素樹脂としては、例えば、FEP、PFA、PVdF、ETFE等が挙げられ、なかでも、FEP、PFAが好ましい。上記PFAとしては、TFE/PMVE共重合体、TFE/PPVE共重合体等が挙げられる。
上記混合物がPTFE以外の樹脂を含む場合、高分子量PTFE(A)と低分子量PTFE(B)とPTFE以外の樹脂との合計100質量%に対して、高分子量PTFE(A)と低分子量PTFE(B)との合計質量が40質量%以上100質量%未満であり、上記PTFE以外の樹脂が0質量%超60質量%未満であることが好ましい。高分子量PTFE(A)と低分子量PTFE(B)との合計質量が40質量%未満であると、得られる電線の耐熱性、耐薬品性、耐候性、非粘着性、電気的絶縁性、難燃性、機械的強度が劣るおそれがある。
上記他の成分としては、PTFE以外の樹脂の他に、界面活性剤、酸化防止剤、光安定剤、蛍光増白剤、着色剤、顔料、染料、フィラー等も挙げられる。また、カーボンブラック、グラファイト、アルミナ、マイカ、炭化珪素、窒化硼素、酸化チタン、酸化ビスマス、ブロンズ、金、銀、銅、ニッケル等の粉末又は繊維粉末等も挙げられる。
上記他の成分(上記PTFE以外の樹脂を除く)の含有量は、本発明の目的を損なわない範囲であればよいが、高分子量PTFE(A)と低分子量PTFE(B)と他の成分(上記PTFE以外の樹脂を除く)との合計質量に対して20質量%以下であることが好ましく、5質量%未満であることがさらに好ましい。
上記混合物は、予備成形されたもの(予備成形体)であってもよい。すなわち、本発明の製造方法は、高分子量PTFE(A)と、低分子量PTFE(B)と、必要に応じて押出助剤及び他の成分と、を混合した後、更に予備成形する工程を含むのであってもよい。
上記予備成形の方法としては、一般的な方法を採用することができる。例えば、高分子量PTFE(A)と、低分子量PTFE(B)と、必要に応じて押出助剤及び他の成分とを混合した混合物を金型に充填した後、圧縮することによって行う。また、一度圧縮した後、更に金型に上記混合物を充填し、これを繰り返すいわゆるつぎ足し成形するものであってもよい。
上記金型としては、所望の予備成形体の形状もしくはそれに近い形状を有し、成形の圧力に耐えるものであれば特に制限されず、シリンダと呼ばれる円筒状のものであってもよく、ラム押出成形機のシリンダやペースト押出成形機の押出シリンダであってもよい。
上記混合物を金型に充填した後、ラム、ピストン、プランジャ、プレス、パンチ等を金型に取り付け、混合物を圧縮する。この圧縮は、公知の方法により行うことができるが、混合物中の空気を除くようになるべく徐々に圧力を負荷することが好ましい。負荷する圧力(成形圧力)は、形状や寸法等により異なるが、通常2〜10MPa、混合物がフィラーを含む場合には、5〜50MPaが適当で、その圧力で10秒〜60分(好ましくは1〜50分、より好ましくは10〜40分)保持することが好ましい。
上記圧縮は、混合物が充填された上記金型内を減圧して行うものであってもよい。減圧して行うことによって、得られる予備成形体の内部の密度を均一にすることができる。しかしながら、常圧で行うことが、時間的、経済的に有利である。
上記減圧は、混合物中の空気を除くことができれば圧縮が終了するまでのいずれの段階で行ってもよく、例えば、圧縮のために混合物に圧力を負荷する前に減圧を開始しても良いし、圧力の負荷後に減圧を開始しても良いが、減圧を円滑に進めるために、圧縮によりPTFEの粉末が変形する前に減圧を開始していることが好ましい。上記減圧は、空気の除去が充分なものとなる点で、金型内を一定の圧力(気圧)まで減圧した後、圧縮することがより好ましく、圧縮中も一定の圧力(気圧)を保持して圧縮することが更に好ましい。
上記被覆工程は、高分子量PTFE(A)と低分子量PTFE(B)の混合物を、0.1〜5mmの厚みで芯線に被覆するものであることが好ましい。被覆される混合物の厚みは、0.3〜3mmであることがより好ましい。
上記芯線としては、銅線、アルミ線、メッキ銅線等を用いることができる。芯線の直径は、通常、0.1〜3mmである。より好ましくは、0.3〜1.6mmであり、更に好ましくは、0.5〜1mmである。
本発明の電線の製造方法は、第一加熱工程の前に、被覆された芯線(以下「被覆芯線」とも言う。)を乾燥する乾燥工程を含むことが好ましい。上記乾燥工程は、自然乾燥、加熱等により乾燥するものである。
加熱により乾燥する場合、乾燥温度は、低分子量PTFE(B)の第一融点未満の温度であれば特に限定されないが、例えば、150〜300℃であることが好ましい。
上記乾燥は、例えば、低分子量PTFE(B)の第一融点未満の温度に設定された乾燥炉を通過させることにより行うことができる。
上記第一加熱工程は、被覆芯線を、低分子量PTFE(B)の第一融点以上に加熱するものである。被覆芯線を低分子量PTFE(B)の第一融点以上に加熱することで、低分子量PTFE(B)を溶融させることができる。
上記第一加熱工程は、例えば、低分子量PTFE(B)の第一融点以上の温度に設定された熱処理炉に被覆芯線を通過させることにより実施することができる。
なお、第一加熱工程では、被覆芯線を構成する低分子量PTFE(B)を溶融させるために、被覆芯線自体の温度を、低分子量PTFE(B)の第一融点以上にする必要がある。
上記第一加熱工程における加熱温度は、被覆芯線中の低分子量PTFE(B)を第一融点以上にすることができるように、加熱時間を勘案して決定する。加熱温度は、例えば、低分子量PTFE(B)の第一融点以上であることが好ましく、具体的には、327℃以上であることが好ましく、330℃以上であることがより好ましく、333℃以上であることが更に好ましい。加熱温度の上限は、高分子量PTFE(A)が溶融しないように設定することが好ましく、具体的には、339℃以下であることが好ましく、337℃以下であることがより好ましい。
なお、第一加熱工程における加熱温度は、低分子量PTFE(B)の第一融点以上であればよく、第一加熱工程の途中で変化させてもよい。例えば、連続した3つの熱処理炉(第1〜3熱処理炉)に被覆芯線を通過させる場合、3つの熱処理炉の全てで低分子量PTFE(B)の第一融点以上に加熱していればよく、低分子量PTFE(B)の第一融点から332℃の温度に設定した第1熱処理炉、333℃以上に設定した第2熱処理炉、333℃以上に設定した第3熱処理炉を通過させてもよい。
また、上記加熱温度は、被覆芯線を加熱する雰囲気の温度であって、被覆芯線自体の温度とは異なる場合がある。
例えば、第一加熱工程が、被覆芯線を熱処理炉に通過させて実施される場合、被覆芯線が通過する熱処理炉内の温度が低分子量PTFE(B)の第一融点以上であったとしても、加熱時間が短い場合には、被覆芯線自体の温度は低分子量PTFE(B)の第一融点に到達していない場合もある。
上記第一加熱工程における加熱時間は、被覆芯線中の低分子量PTFE(B)が第一融点以上に加熱され、低分子量PTFE(B)を溶融させることができる時間であればよい。第一加熱工程における加熱温度等によるが、例えば、10〜150秒であることが好ましく、20〜120秒であることがより好ましく、30〜100秒であることが更に好ましい。加熱時間が長すぎると、低分子量PTFE(B)だけでなく、高分子量PTFE(A)も溶融して、誘電損失が小さい電線が得られなくなるおそれがある。加熱時間が短すぎると、低分子量PTFE(B)が十分に溶融せず、機械的強度が低下するおそれがある。
上記加熱時間は、例えば、被覆芯線の熱処理炉内の滞在時間であり、(被覆芯線の通過する方向における熱処理炉の長さ)×(被覆芯線が熱処理炉を通過する速度)によって算出される。
上記第二加熱工程は、被覆芯線を、150〜300℃に加熱するものである。第一加熱工程により低分子量PTFE(B)の第一融点以上に加熱された被覆芯線は、第二加熱工程において150〜300℃に加熱されることで、被覆芯線が急冷されずに、徐冷されることとなる。徐冷されることによって、低分子量PTFE(B)の結晶性が高くなり、電線の誘電損失を小さくできるものと推測される。
上記第二加熱工程は、例えば、被覆芯線を150〜300℃に設定された熱処理炉を通過させることにより実施することができる。
なお、上記第二加熱工程は、第一加熱工程の後、被覆芯線を構成する低分子量PTFE(B)が第一融点未満の温度にならないように連続して行われる。
また、第二加熱工程における加熱温度も、上記第一加熱工程における加熱温度と同様に、被覆芯線を加熱する雰囲気の温度であって、被覆芯線自体の温度とは異なる場合がある。
上記第二加熱工程における加熱温度は、150℃以上であることが好ましく、200℃以上であることがより好ましい。また、300℃以下であることが好ましく、250℃以下であることがより好ましい。
なお、第二加熱工程における加熱温度は、150〜300℃であればよく、第一加熱工程における加熱温度と同様、第二加熱工程の途中で変化させてもよい。
上記第二加熱工程における加熱時間は、第一加熱工程における加熱温度、第二加熱工程における加熱温度によって異なるが、例えば、6〜60秒であることが好ましい。より好ましくは、10〜40秒であり、更に好ましくは、15〜30秒である。
第二加熱工程が、熱処理炉を通過させることで実施される場合、上記加熱時間は、例えば、150〜300℃の温度に設定された熱処理炉を通過させる時間(被覆芯線の熱処理炉内の滞在時間)であってよい。
上記第二加熱工程における降温度合いは、500℃/分以下であることが好ましい。より好ましくは、400℃/分以下である。さらに好ましくは、300℃/分以下である。
降温度合いは下記式(1)で表される値である。
降温度合い=(T−T)/t (1)
(℃):第一加熱工程で使用される熱処理炉の終端部から被覆芯線の進行方向とは逆方向に1m地点の温度設定値
(℃):第二加熱工程で使用される熱処理炉の始端部から被覆芯線の進行方向に1m地点の温度設定値
t(分):2(m)/(被覆芯線が熱処理炉を通過する速度(m/分))
なお、tは、第一加熱工程で使用される熱処理炉の終端部から被覆芯線の進行方向とは逆方向に1m地点と、第二加熱工程で使用される熱処理炉の始端部から被覆芯線の進行方向に1m地点と、の間を被覆芯線が通過する所要時間(分)である。
また、上記熱処理炉は、被覆芯線が挿入される入口と、被覆芯線が排出される出口とを有し、各加熱工程で使用される熱処理炉が1つである場合、熱処理炉の入口が始端部であり、出口が終端部である。
第一加熱工程において、複数の熱処理炉を連続して被覆芯線を通過させる場合、上記第一加熱工程で使用される熱処理炉の終端部は、被覆芯線が最後に通過する熱処理炉の出口である。
第二加熱工程において、複数の熱処理炉を連続して被覆芯線を通過させる場合、上記第二加熱工程で使用される熱処理炉の始端部は、被覆芯線が最初に通過する熱処理炉の入口である。
上記連続して配置される各熱処理炉の出口と入口は密接して配置される。
また、本発明においては、上記第一加熱工程における加熱温度と第二加熱工程における加熱温度の差が40〜200℃であり、第二加熱工程における加熱時間が6〜60秒であることが好ましく、加熱時間は10〜40秒であることがより好ましい。上記加熱温度の差が50〜150℃であり、第二加熱工程における加熱時間が15〜30秒であることがより好ましい。上記加熱温度の差は、上述したTからTを減じた値である。
上記冷却工程は、第二加熱工程を経た被覆芯線を、第二加熱工程における加熱温度未満に冷却する工程である。上記冷却の方法としては、放冷、空冷、水冷等が挙げられ特に限定されないが、通常、放冷で行われる。
本発明の製造方法で得られる電線の直径は特に限定されないが、通常、1〜6mmである。好ましくは、1.2〜5mmであり、より好ましくは、1.5〜4mmである。
本発明の製造方法の具体例を以下に記載するが、本発明の製造方法は以下の方法に限定されるものではない。
まず、高分子量PTFE(A)と低分子量PTFE(B)とをドライブレンド等の方法により混合して高分子量PTFE(A)と低分子量PTFE(B)との混合粉末を得る。
その後、この混合粉末に押出助剤を配合し、予備成形して、高分子量PTFE(A)と低分子量PTFE(B)と押出助剤との混合物(予備成形体)を得る。
得られた混合物(予備成形体)を電線成形機へ挿入し、芯線とともに押出して混合物により芯線が被覆された被覆芯線を得る。
必要に応じて、被覆芯線を低分子量PTFE(B)の第一融点未満の温度で加熱乾燥した後、被覆芯線を低分子量PTFE(B)の第一融点以上の温度に設定した熱処理炉を通過させ、更に、150〜300℃の温度に設定した熱処理炉を通過させる。
その後、熱処理炉を通過した被覆芯線を放冷等によって冷却し、電線を得る。
次に、本発明の電線の製造方法で使用される低分子量PTFE(B)、高分子量PTFE(A)、押出助剤等について詳細に説明する。
高分子量PTFE(A)は、より誘電損失が小さい電線が得られることから、標準比重(SSG)が2.230以下であることが好ましい。より好ましくは、2.200以下、更に好ましくは2.180以下である。また、標準比重(SSG)は2.130以上であることが好ましく、2.140以上であることがより好ましい。
上記標準比重は、ASTM D−4895 98に準拠して、水中置換法により測定する値である。
高分子量PTFE(A)は、フィブリル化性を有することが好ましい。また、高分子量PTFE(A)は、非溶融加工性を有することが好ましい。上記非溶融加工性とは、ポリマーを溶融して加工できないことをいう。
上記高分子量PTFE(A)は、第一融点が333〜347℃であることが好ましい。より好ましくは、340〜345℃である。
上記第一融点は、300℃以上の温度に加熱した履歴がないPTFE(A)について示差走査熱量計〔DSC〕を用いて10℃/分の速度で昇温したときの融解熱曲線における極大値に対応する温度である。
上記高分子量PTFE(A)は、300℃以上の温度に加熱した履歴がないものであることが好ましい。
上記高分子量PTFE(A)の平均一次粒子径は、0.05〜0.5μmであることが好ましい。より好ましくは、0.1〜0.5μmであり、更に好ましくは0.15〜0.35μmである。
上記平均一次粒子径は、ポリマー濃度を0.22質量%に調整した水性分散液の単位長さに対する波長550nmの投射光の透過率と、透過型電子顕微鏡写真における定方向径を測定して決定された平均一次粒子径との検量線を作成し、測定対象である水性分散液について、上記透過率を測定し、上記検量線をもとに決定できる。
上記高分子量PTFE(A)の平均二次粒子径は、200〜800μmであることが好ましい。より好ましくは、300〜700μmであり、更に好ましくは400〜600μmである。
上記平均二次粒子径は、レーザー回折式粒度分布測定装置(例えば、日本電子社製)を用い、カスケードは使用せず、圧力0.1MPa、測定時間3秒で粒度分布を測定し、得られた粒度分布積算の50%に対応する値である。
上記高分子量PTFE(A)は、乳化重合、懸濁重合等の通常の重合方法で製造することができるが、乳化重合で製造されたものであることが好ましい。上記乳化重合の方法としては特に限定されず、従来公知の方法を採用することができる。
上記高分子量PTFE(A)は、TFEの単独重合体であっても、他の単量体で変性された変性PTFEであってもよい。
上記変性PTFEは、テトラフルオロエチレン〔TFE〕とTFE以外のモノマー(以下、「変性剤」ともいう。)とからなるPTFEである。変性PTFEは、均一に変性されたものであってもよいし、後述するコアシェル構造を有する変性PTFEであってもよい。
上記変性PTFEは、TFEに基づくTFE単位と変性剤に基づく変性剤単位とからなるものである。上記変性PTFEは、変性剤単位が全単量体単位の0.001〜0.5質量%であることが好ましい。より好ましい下限が0.005質量%、更に好ましい下限が0.01質量%、より好ましい上限が0.3質量%、更に好ましい上限が0.2質量%である。
本明細書において、「変性剤単位」は、変性PTFEの分子構造上の一部分であって、変性剤として用いた共単量体に由来する繰り返し単位を意味する。上記変性剤単位は、例えば、変性剤としてパーフルオロプロピルビニルエーテルを用いた場合、−[CF−CF(−OC)]−で表され、ヘキサフルオロプロピレンを用いた場合、−[CF−CF(−CF)]−で表される。
上記変性剤としては、TFEとの共重合が可能なものであれば特に限定されず、例えば、HFP等のパーフルオロオレフィン;クロロトリフルオロエチレン〔CTFE〕等のクロロフルオロオレフィン;トリフルオロエチレン、フッ化ビニリデン〔VDF〕等の水素含有フルオロオレフィン;パーフルオロビニルエーテル;パーフルオロアルキルエチレン、エチレン等が挙げられる。また、用いる変性剤は1種であってもよいし、複数種であってもよい。
上記パーフルオロビニルエーテルとしては特に限定されず、例えば、下記一般式(A)
CF=CF−ORf (A)
(式中、Rfは、パーフルオロ有機基を表す。)で表されるパーフルオロ不飽和化合物等が挙げられる。本明細書において、上記「パーフルオロ有機基」とは、炭素原子に結合する水素原子が全てフッ素原子に置換されてなる有機基を意味する。上記パーフルオロ有機基は、エーテル酸素を有していてもよい。
上記パーフルオロビニルエーテルとしては、例えば、上記一般式(A)において、Rfが炭素数1〜10のパーフルオロアルキル基であるパーフルオロ(アルキルビニルエーテル)〔PAVE〕が挙げられる。上記パーフルオロアルキル基の炭素数は、好ましくは1〜5である。
上記PAVEにおけるパーフルオロアルキル基としては、例えば、パーフルオロメチル基、パーフルオロエチル基、パーフルオロプロピル基、パーフルオロブチル基、パーフルオロペンチル基、パーフルオロヘキシル基等が挙げられるが、パーフルオロアルキル基がパーフルオロプロピル基であることが好ましい。すなわち、上記PAVEは、PPVEが好ましい。
上記パーフルオロビニルエーテルとしては、更に、上記一般式(A)において、Rfが炭素数4〜9のパーフルオロ(アルコキシアルキル)基であるもの、Rfが下記式:
Figure 0006214708
(式中、mは、0又は1〜4の整数を表す。)で表される基であるもの、Rfが下記式:
Figure 0006214708
(式中、nは、1〜4の整数を表す。)で表される基であるもの等が挙げられる。
パーフルオロアルキルエチレン(PFAE)としては特に限定されず、例えば、(パーフルオロブチル)エチレン(PFBE)、(パーフルオロヘキシル)エチレン等が挙げられる。
上記変性PTFEにおける変性剤としては、HFP、CTFE、VDF、PAVE、PFAE及びエチレンからなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましい。より好ましくは、PAVEであり、更に好ましくは、PPVEである。
上記変性PTFEは、粒子芯部と粒子殻部とからなるコアシェル構造を有するものであってもよい。上記変性PTFEは、該変性PTFEを得るための重合反応媒体において、一次粒子を構成する。上記一次粒子は、重合上がりのポリマー粒子ともいえ、凝析等の後工程において凝集して二次粒子を構成する。
上記変性PTFEは、実質的に二次粒子の集合体である。上記変性PTFEを構成する二次粒子の集合体は、重合反応媒体を重合反応終了後に凝析し乾燥した粉末であってもよいし、該粉末を粒径調整等のために粉砕した粉砕品であってもよい。
上記変性PTFEについて、上記「粒子芯部」及び「粒子殻部」は、上記二次粒子を構成する一次粒子における構造についていうものである。
上記変性PTFEを構成する一次粒子は、粒子芯部と粒子殻部とからなる層構造を有すると考えられるが、粒子芯部と粒子殻部とは両者間に必ずしも明確な境界がある必要はなく、粒子芯部と粒子殻部との境界付近において粒子芯部を構成する後述の変性PTFE(i)と粒子殻部を構成する後述の変性PTFE(ii)とが入り混じったものであってもよい。
上記変性PTFEは、押出圧力の低下の点で、粒子芯部が、該粒子芯部と粒子殻部との合計の85〜95質量%であるものが好ましく、より好ましい下限は87質量%、より好ましい上限は93質量%である。上記粒子芯部と粒子各部との合計は、必ずしも明確である必要はなく、上述の該両部の境界と該境界付近をも含む。
上記変性PTFEにおける粒子芯部としては、下記一般式(I)
C=CFO(CFn1 (I)
(式中、Xは、水素原子又はフッ素原子を表し、n1は、1〜6の整数を表す。)で表されるフルオロ(アルキルビニルエーテル)、下記一般式(II)
Figure 0006214708
(式中、X及びXは、同一若しくは異なって、水素原子又はフッ素原子を表し、Yは、−CR−を表し、R及びRは、同一若しくは異なって、フッ素原子、炭素数1〜6のアルキル基又は炭素数1〜6のフルオロアルキル基を表す。)で表されるビニルヘテロ環状体、及び、下記一般式(III)
CX=CX(CFn2F (III)
(式中、X、X及びXは、水素原子又はフッ素原子を表し、少なくとも1つはフッ素原子を表す。n2は、1〜5の整数を表す。)で表されるフルオロオレフィンよりなる群から選択される少なくとも1種を共重合してなる変性ポリテトラフルオロエチレン〔変性PTFE〕(i)からなるものが好ましい。
本明細書において、(i)及び(ii)を付さない「変性ポリテトラフルオロエチレン〔変性PTFE〕」なる用語は、上記変性PTFE(i)と後述の変性PTFE(ii)とを特に区別することなく両者を含み得る概念を表す。
上記一般式(I)で表されるフルオロ(アルキルビニルエーテル)としては、n1が1〜4であるものが好ましく、n1が3以下であるものがより好ましい。
上記一般式(I)で表されるフルオロ(アルキルビニルエーテル)としては、また、Xがフッ素原子であるパーフルオロ(アルキルビニルエーテル)が好ましい。
上記パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)としては、例えば、パーフルオロ(メチルビニルエーテル)〔PMVE〕、パーフルオロ(エチルビニルエーテル)〔PEVE〕、パーフルオロ(プロピルビニルエーテル)〔PPVE〕、パーフルオロ(ブチルビニルエーテル)〔PBVE〕等が挙げられる。
上記一般式(II)で表されるビニルヘテロ環状体としては、例えば、X及びXがフッ素原子であるものが好ましく、また、R及びRが炭素数1〜6のフルオロアルキル基であるものが好ましい。
上記一般式(II)で表されるビニルヘテロ環状体としては、X及びXがフッ素原子、R及びRがパーフルオロメチル基であるパーフルオロ−2,2−ジメチル−1,3−ジオキソール〔PDD〕が好ましい。
上記一般式(III)で表されるフルオロオレフィンとしては、例えば、HFPや、(パーフルオロブチル)エチレン(PFBE)、(パーフルオロヘキシル)エチレン等の(パーフルオロアルキル)エチレン(PFAE)が好ましく例示される。
上記粒子芯部における変性剤としては、上記一般式(I)で表されるフルオロ(アルキルビニルエーテル)が好ましく、なかでも、上記一般式(I)におけるXがフッ素原子を表し且つn1が1〜3の整数を表すものがより好ましく、パーフルオロ(プロピルビニルエーテル)〔PPVE〕が更に好ましい。
上記変性PTFE(i)は、上記一般式(I)で表されるフルオロ(アルキルビニルエーテル)と上記一般式(III)で表されるフルオロオレフィンとを共重合して得られるTFE3元共重合体等、変性剤を2種使用して得られるものであってもよい。変性剤を2種使用して得られる変性PTFE(i)としては、例えば、PPVEとHFPとを共重合して得られるTFE3元共重合体等が挙げられる。
上記粒子芯部における変性剤に由来する変性剤単位は、用いる変性剤の種類によるが、透明性向上の点で、変性PTFEを構成する一次粒子全体の0.001〜0.5質量%であることが好ましく、より好ましい下限が0.005質量%、更に好ましい下限が0.01質量%、より好ましい上限が0.3質量%、更に好ましい上限が0.2質量%である。
上記粒子芯部において共単量体としてPPVEを用いる場合、上記粒子芯部における変性剤に由来する変性剤単位は、変性PTFEを構成する一次粒子全体の0.01〜0.5質量%であることが好ましく、より好ましい下限が0.02質量%、より好ましい上限が0.2質量%である。
上記変性PTFEにおける粒子殻部は、変性ポリテトラフルオロエチレン〔変性PTFE〕(ii)からなることが好ましい。
変性PTFE(ii)は、テトラフルオロエチレン単独重合体の特性を損なうことなく、変性したテトラフルオロエチレン重合体である。
本明細書において、上記変性PTFE(ii)における変性は、TFEと共重合可能な単量体である変性剤を共重合させることによるものであってもよいし、重合時に連鎖移動剤を添加することによるものであってもよいし、これら両者を何れも行うことによるものであってもよい。
上記変性PTFEの粒子殻部において、変性PTFE(ii)における変性は、連鎖移動剤を用いることにより行うもの、及び/又は、下記一般式(I)
C=CFO(CFn1 (I)
(式中、Xは、水素原子又はフッ素原子を表し、n1は、1〜6の整数を表す。)で表されるフルオロ(アルキルビニルエーテル)若しくは下記一般式(III)
CX=CX(CFn2F (III)
(式中、X、X及びXは、水素原子又はフッ素原子を表し、少なくとも1つはフッ素原子を表す。n2は、1〜5の整数を表す。)で表されるフルオロオレフィンを共重合させることにより行うものが好ましい。
上記粒子殻部における変性に用いる連鎖移動剤としては、粒子殻部を構成する変性PTFE(ii)の分子量を低減するものであれば特に限定されず、例えば、水溶性アルコール、炭化水素、フッ化炭化水素等の非過酸化有機化合物、ジコハク酸パーオキサイド〔DSP〕等の水溶性有機過酸化物、並びに/又は、過硫酸アンモニウム〔APS〕、過硫酸カリウム〔KPS〕等の過硫酸塩からなるもの等が挙げられる。
上記連鎖移動剤は、非過酸化有機化合物、水溶性有機過酸化物及び過硫酸塩の何れかを少なくとも1種有するものであればよい。
上記連鎖移動剤において、非過酸化有機化合物、水溶性有機過酸化物及び過硫酸塩は、それぞれ1種又は2種以上を用いることができる。
上記連鎖移動剤としては、反応系内で分散性及び均一性が良好である点で、炭素数1〜4の水溶性アルコール、炭素数1〜4の炭化水素及び炭素数1〜4のフッ化炭化水素よりなる群から選択される少なくとも1つからなるものであることが好ましく、メタン、エタン、n−ブタン、イソブタン、メタノール、HFC−134a、HFC−32、DSP、APS及びKPSよりなる群から選択される少なくとも1つからなるものであることがより好ましく、メタノール及び/又はイソブタンからなるものであることが更に好ましい。
上記粒子殻部における変性のために共単量体として用いる変性剤としては、上記一般式(III)で表されるフルオロオレフィンが好ましい。
上記フルオロオレフィンとしては、炭素数2〜4のパーフルオロオレフィン、炭素数2〜4の水素含有フルオロオレフィンが挙げられる。
上記フルオロオレフィンとしては、パーフルオロオレフィンが好ましく、なかでも、ヘキサフルオロプロピレン〔HFP〕が好ましい。
上記粒子殻部において共単量体として用いる変性剤に由来する変性剤単位は、用いる変性剤の種類によるが、生強度向上の点で、変性PTFEを構成する一次粒子全体の0.001〜0.50質量%であることが好ましく、より好ましい下限は0.005質量%、より好ましい上限は0.20質量%、更に好ましい上限は0.10質量%である。
上記変性PTFE(ii)における変性は、後述の押出圧力の低下の点で、連鎖移動剤の使用か又は変性剤の共重合か何れかを行うことによっても充分であるが、変性剤の共重合と、連鎖移動剤の使用との両方を行うことによるものが好ましい。
上記変性PTFE(ii)における変性は、粒子芯部を構成する変性PTFE(i)における変性剤として上記一般式(I)で表されるフルオロ(アルキルビニルエーテル)、特にPPVEを用いる場合、連鎖移動剤としてメタノール、イソブタン、DSP及び/又はAPSを用いるとともに、変性剤としてHFP及び/又はPPVEを共重合することによるものが好ましく、メタノール及びHFPを用いることによるものがより好ましい。
上記変性PTFEは、リダクションレシオ〔RR〕1600における円柱押出し圧力が80MPa以下であることが好ましい。上記RR1600における円柱押出し圧力は、70MPa以下であることがより好ましく、70MPa未満であることが更に好ましく、60MPa以下であることが特に好ましく、50MPa以下であることが更により好ましく、45MPa以下であることが殊更に好ましく、上記範囲内であれば、25MPa以上であっても工業上支障はない。
本明細書において、上記「円柱押出し圧力」は、変性PTFE100質量部に対して押出助剤として炭化水素油(商品名:アイソパーG、エクソン化学社製)を20.5質量部添加し、室温(25±2℃。本明細書において、以下同じ。)にて押し出す際のリダクションレシオ1600における値である。
RR1600における円柱押出し圧力が上記範囲内であると、RRが2000以上という条件下であっても好適に成形が可能であり、細径の電線に成形することができ、生産性の点でも有利なものである。
上記変性PTFEは、2.45GHzにおける誘電率が2.5以下であることが好ましい。より好ましくは、2.2以下である。
また、2.45GHzにおける誘電正接が0.0003以下であることが好ましく、0.0002以下であることがより好ましい。
上記誘電率及び誘電正接は、フィルム状試料について、空洞共振器を用いて共振周波数及び電界強度の変化を20〜25℃の温度下で測定し得られる値である。空洞共振器を用いて測定した場合、共振周波数は2.45GHzに比べて低下するが、本明細書において、得られた誘電正接の値は、無負荷の周波数における値で表現する。上記フィルム状試料は、変性PTFEを直径50mmの円柱状に圧縮成形し、この円柱から切り出したフィルムを380℃で5分間焼成し、60℃/分の冷却速度で250℃まで徐冷し、250℃にて5分間保持したのち、常温まで放冷することにより得られるものである。
2.45GHzにおける誘電率及び誘電正接が上記範囲内であると、マイクロ波帯域(3〜30GHz)又はUHF極超短波(3GHz未満)において同軸ケーブル等の伝送製品誘電材料として良好な伝送特性を達成することができる。
高分子量PTFE(A)の製造方法は、乳化剤として水溶性の分散剤を存在させて、水性媒体中において行うことができる。上記乳化剤としては、含ハロゲン系乳化剤、炭化水素系乳化剤等を用いることができる。
上記乳化剤としては、TFEの重合において従来から使用されている含ハロゲン系乳化剤、炭化水素系乳化剤等を用いることができる。中でもLogPOWが3.4以下の含フッ素界面活性剤がより好ましい。
LogPOWが大きい化合物は環境への負荷が懸念されており、これを考慮すると、LogPOWが3.4以下の化合物を使用することが好ましい。これまで乳化重合による含フッ素ポリマーの製造には、界面活性剤として主にパーフルオロオクタン酸アンモニウム〔PFOA〕が使用されており、PFOAはLogPOWが3.5であるので、LogPOWが3.4以下の含フッ素界面活性剤に切り替えることが好ましい。
LogPOWが3.4以下の含フッ素界面活性剤としては、国際公開第2009/001894号に例示されているものが好ましい。
上記水性媒体は、水からなる媒体である。上記水性媒体は、水のほか、極性を有する有機溶剤を含んでいてもよい。
上記極性を有する有機溶剤としては、例えば、N−メチルピロリドン〔NMP〕等の含窒素溶剤;アセトン等のケトン類;酢酸エチル等のエステル類;ジグライム、テトラヒドロフラン〔THF〕等の極性エーテル類;ジエチレンカーボネート等の炭酸エステル類等が挙げられ、これらのなかから1種又は2種以上を混合して用いることができる。
上記水溶性の分散剤は、上記水性媒体の0.02〜0.3質量%とすることができる。
高分子量PTFE(A)の製造方法は、例えば、過硫酸アンモニウム〔APS〕等の過硫酸塩、ジコハク酸パーオキサイド〔DSP〕等の水溶性有機過酸化物等の重合開始剤を使用して行うことができ、また、これらの重合開始剤は1種又は2種以上を組み合わせて用いることができる。中でも、APS、DSP等は、上述した連鎖移動剤としての作用をも有するので好ましい。
高分子量PTFE(A)の製造方法は、重合開始剤が水性媒体100質量部あたり0.0001〜0.02質量部となる量にて行うことが好ましい。
上記乳化共重合における重合開始剤としては、TFEの重合において従来から使用されているものが使用できる。
上記乳化共重合における重合開始剤としては、ラジカル重合開始剤、レドックス系重合開始剤等が使用できる。
上記重合開始剤の量は、少ないほど、SSGが低いPTFEを得ることができる点で好ましいが、あまりに少ないと重合速度が小さくなり過ぎる傾向があり、あまりに多いと、SSGが高いPTFEが生成する傾向がある。
上記ラジカル重合開始剤としては、例えば、水溶性過酸化物が挙げられ、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム等の過硫酸塩、ジコハク酸パーオキサイド等の水溶性有機過酸化物等が好ましく、過硫酸アンモニウム又はジコハク酸パーオキサイドがより好ましい。これらは、1種のみ使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
上記ラジカル重合開始剤の使用量は、重合温度と目標とするSSGに応じて適宜選択することができるが、一般的に使用される水性媒体の質量の1〜100ppmに相当する量が好ましく、1〜20ppmに相当する量がより好ましく、1〜6ppmに相当する量が更に好ましい。
上記重合開始剤としてラジカル重合開始剤を使用する場合、重合中に亜硫酸アンモニウム等のパーオキサイドの分解剤を添加することによって、系内のラジカル濃度を調整することもできる。
上記重合開始剤としてラジカル重合開始剤を使用する場合、重合中にラジカル捕捉剤を添加することにより、SSGが低いPTFEを容易に得ることができる。
上記ラジカル捕捉剤としては、例えば、非置換フェノール、多価フェノール、芳香族ヒドロキシ化合物、芳香族アミン類、キノン化合物等が挙げられるが、なかでもハイドロキノンが好ましい。
上記ラジカル捕捉剤は、SSGが低いPTFEを得る点で、重合反応に消費される全TFEの50質量%が重合される前に添加することが好ましい。より好ましくは、TFEの40質量%、更に好ましくは30質量%が重合される前に添加することがより好ましい。
上記ラジカル捕捉剤は、使用される水性媒体の質量の0.1〜20ppmに相当する量が好ましく、3〜10ppmに相当する量がより好ましい。
上記レドックス系重合開始剤としては、過マンガン酸カリウム等の過マンガン酸塩、過硫酸塩、臭素酸塩、塩素酸塩、過酸化水素等の酸化剤と、亜硫酸塩、重亜硫酸塩、シュウ酸又はコハク酸等の有機酸、チオ硫酸塩、塩化第一鉄、ジイミン等の還元剤との組合せが挙げられる。上記酸化剤、還元剤いずれも1種単独で又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。
中でも、過マンガン酸カリウムとシュウ酸との組み合わせが好ましい。
上記レドックス系重合開始剤の使用量は、使用するレドックス系重合開始剤の種類、重合温度、目標とするSSGに応じて適宜選択することができるが、使用される水性媒体の質量の1〜100ppmに相当する量が好ましい。
上記レドックス系重合開始剤は、上記酸化剤又は還元剤を同時に添加することで重合反応を開始してもよいし、予め上記酸化剤又は還元剤の何れか一方を槽内に添加しておき、残る一方を添加することで重合反応を開始してもよい。
上記レドックス系重合開始剤は、予め上記酸化剤又は還元剤の何れか一方を槽内に添加しておき、残る一方を添加して重合を開始する場合、残る一方を連続的又は断続的に添加することが好ましい。
上記レドックス系重合開始剤は、残る一方を連続的又は断続的に添加する場合、SSGが低いPTFEを得る点で、徐々に添加する速度を減速させることが好ましく、さらに重合途中で中止することが好ましく、該添加中止時期としては、重合反応に消費される全TFEの80質量%が重合される前が好ましい。TFEの65質量%が重合される前がより好ましく、TFEの50質量%が重合される前が更に好ましく、30質量%が重合される前が特に好ましい。
レドックス系重合開始剤を用いる場合は水性媒体中のpHをレドックス反応性を損なわない範囲に調整するため、pH緩衝剤を用いることが望ましい。pH緩衝剤としては、リン酸水素二ナトリウム、リン酸二水素ナトリウム、炭酸ナトリウムなどの無機塩類を用いることができ、リン酸水素二ナトリウム2水和物、リン酸水素二ナトリウム12水和物が好ましい。
また、レドックス系重合開始剤を用いる場合の、レドックス反応する金属イオンとしては複数のイオン価をもつ各種の金属を用いることができる。具体例としては、鉄、銅、マンガン、クロムなどの遷移金属が好ましく、特に鉄が好ましい。
高分子量PTFE(A)の製造方法は、重合温度10〜95℃にて行うことができるが、重合開始剤として過硫酸塩又は水溶性有機過酸化物を使用する場合、60〜90℃にて行うことが好ましい。
高分子量PTFE(A)の製造方法は、通常、0.5〜3.9MPa、好ましくは、0.6〜3MPaにて行うことができる。
高分子量PTFE(A)の製造方法は、また、重合初期、特にTFEの転化率が全体の15%以下の範囲まで0.5MPa以下の圧力にて反応を行い、それ以後0.5MPaを超える圧力に保つことによっても行うことができるし、芯部の形成途中で反応圧力を、例えば0.1MPa以下に低下させ、再度TFEを供給し所定の圧力にて反応させることによっても行うことができる。
本明細書において、上記「転化率」は、目的とするTFE単位の量に相当するTFEの量のうち、重合開始時から重合途中のある時点までの間に重合に消費されたTFEの量が占める割合である。
上記TFEの重合反応から得られる高分子量PTFE(A)の水性分散液は、高分子量PTFE(A)からなる一次粒子が上記水性媒体中に分散している分散体である。上記一次粒子は、凝析等の後工程を経ていない重合上がりの分散質である。
高分子量PTFE(A)の水性分散液は、固形分の量が、通常20〜40質量%である。
上記凝析は、従来公知の方法により行うことができ、適宜、凝析促進剤として水溶性有機化合物、塩基性化合物からなる無機塩等を添加して行ってもよい。また、上記凝析は、凝析前や凝析中に、着色付与を目的として顔料を添加してもよいし、導電性付与、機械的性質の改善を目的として充填剤を添加して行うこともできる。
上記乾燥は、通常、100〜250℃の温度下にて行うことができる。上記乾燥は、5〜24時間の間行うことが好ましい。乾燥温度が高いと、粉体の流動性については向上するが、得られる高分子量PTFE(A)ファインパウダーのペースト押出圧力が高くなる場合があるので、温度設定には特に注意する必要がある。
低分子量PTFE(B)は、フィブリル化性を有しないものである。フィブリル化性を有しない低分子量PTFE(B)を用いることによって、誘電損失が小さい電線を得ることができる。低分子量PTFE(B)は、380℃における溶融粘度が1×10〜7×10Pa・sであることが好ましい。
溶融粘度は、ASTM D 1238に準拠し、フローテスター(島津製作所社製)及び2φ−8Lのダイを用い、予め測定温度(380℃)で5分間加熱しておいた2gの試料を0.7MPaの荷重にて上記温度に保って測定することができる。
上記低分子量PTFEは、数平均分子量が60万以下のTFE重合体であることが好ましい。数平均分子量が60万を超える「高分子量PTFE」は、PTFE特有のフィブリル化特性が発現する(例えば、特開平10−147617号公報参照。)。
PTFEは、溶融粘度が上記範囲内にあれば、数平均分子量が上記範囲内となる。
低分子量PTFE(B)は、TFEの重合により直接得られたものであることが好ましい。このような低分子量PTFEは、重合上がりの低分子量PTFEとして知られている。
低分子量PTFE(B)は、高分子量PTFEに電子線又は放射線を照射することによって分解して得られるものであってもよいが、押出電線の線径や誘電率の安定性の観点から、TFEの重合により直接得られたものであることが好ましい。なお、電子線又は放射線を照射することによって分解して得られる低分子量PTFEは、例えば、特公昭52−25419号公報に記載された方法により製造することができる。
低分子量PTFE(B)は、フィブリル化せず、ペースト押出により連続した押出物(押
出ストランド)が得られない。フィブリル化性の有無は、TFEの重合体から作られた粉末である「高分子量PTFE粉末」を成形する代表的な方法である「ペースト押出し」で判断できる。通常、ペースト押出しが可能であるのは、高分子量のPTFEがフィブリル化性を有するからである。ペースト押出しで得られた未焼成の成形物に実質的な強度や伸びがない場合、例えば伸びが0%で引っ張ると切れるような場合はフィブリル化性がないとみなすことができる。また、ペースト押出しを行っても連続した成形体として得られない場合も、フィブリル化性がないとみなすことができる。
低分子量PTFE(B)は、第一融点が322〜333℃であることが好ましい。より好ましくは、325〜332℃である。
上記第一融点は、300℃以上の温度に加熱した履歴がない低分子量PTFEについて示差走査熱量計〔DSC〕を用いて10℃/分の速度で昇温したときの融解熱曲線における極大値に対応する温度である。
低分子量PTFE(B)は、300℃以上の温度に加熱した履歴がない低分子量PTFEについて示差走査熱量計により昇温速度10℃/分にて得られる融解熱曲線において、322〜333℃にピークトップ(DSC融点、第一融点)を有することが好ましい。上記融解熱曲線におけるDSC融点が高すぎると、圧力損失が高くなるおそれがある。より好ましくは、325〜332℃にピークトップを有するものである。
上記DSC融点が高すぎると、圧力損失を下げる効果が低下するおそれがある。融点が低すぎると、高温揮発成分が多くなり、多孔質膜を製造する工程において分解ガスが発生しやすく、また多孔質膜が着色するおそれがある。
低分子量PTFE(B)は、300℃以上の温度に加熱した履歴がないものであることが好ましい。
低分子量PTFE(B)は、乳化重合(例えば、国際公開第2009/020187号)又は懸濁重合(例えば、国際公開第2004/050727号)により製造することができる。また、乳化重合と懸濁重合とを組み合わせた方法により製造することもできる(例えば、国際公開第2010/114033号)。重合初期に乳化重合を行い、重合後期に懸濁重合を行うことにより製造されたものであってもよい。乳化重合で重合して製造されたものであることが好ましい。
低分子量PTFE(B)は、変性PTFEであってもよいし、ホモPTFEであってもよい。変性PTFEを構成する変性モノマーは、既に例示したものであってよい。
上記低分子量PTFE(B)が乳化重合で得られた場合、平均一次粒子径が、50〜400nmであることが好ましい。より好ましくは、100〜300nmであり、更に好ましくは150〜250nmである。
上記平均一次粒子径は、ポリマー濃度を0.22質量%に調整した水性分散液の単位長さに対する波長550nmの投射光の透過率と、透過型電子顕微鏡写真における定方向径を測定して決定された平均一次粒子径との検量線を作成し、測定対象である水性分散液について、上記透過率を測定し、上記検量線をもとに決定できる。
上記低分子量PTFE(B)は、TFEの単独重合体であっても、他の単量体で変性された変性PTFEであってもよい。変性PTFEは、TFEに基づくTFE単位と変性剤に基づく変性剤単位とからなるものであり、変性剤単位が全単量体単位の0.005〜1質量%であることが好ましい。より好ましくは、0.02〜0.5質量%である。変性剤単位の含有量の上限は、0.2質量%であることが更に好ましい。
変性PTFEを構成する変性剤は、高分子量PTFE(A)において例示したものを好ましく使用することができる。例えば、変性剤としては、HFP等が好適である。
上記押出助剤としては、低分子量PTFE(B)と高分子量PTFE(A)の表面を濡らすことができるものであり、一般的にペースト押出助剤として用いられているものを使用することができる。上記ペースト押出助剤としては、例えば、炭化水素系溶剤、フッ素系溶剤、シリコン系溶剤、界面活性剤と水との混合物等が挙げられる。
表面エネルギ−と低コスト化の観点から、上記ペースト押出助剤は、炭化水素系溶剤であることが好ましい。
上記炭化水素系溶剤としては、例えば、一般に押出助剤として用いられている炭化水素を使用することができる。具体的には、ソルベントナフサ、ホワイトオイル、ナフテン系炭化水素、イソパラフィン系炭化水素、イソパラフィン系炭化水素のハロゲン化物又はシアン化物等が挙げられる。
ナフテン系炭化水素、イソパラフィン系炭化水素の炭素数は、20以下であることが好ましく、20未満であることがより好ましい。
なお、上記ナフテン系炭化水素及びイソパラフィン系炭化水素は、ハロゲン化物又はシアン化物であってもよい。
上記炭化水素系溶剤としては、特に、ナフテン系炭化水素及びイソパラフィン系炭化水素からなる群より選択される少なくとも1種が好ましい。具体例としては、イクソンモービル社製のIsoparG、IsoparE、IsoparM等が挙げられる。
本発明の電線の製造方法では、誘電損失が小さい電線を製造することができることから、特に、同軸ケーブルやLANケーブルのような高周波信号を伝送するケーブルを製造する際に特に好適である。
つぎに本発明を実施例をあげて説明するが、本発明はかかる実施例のみに限定されるものではない。
(誘電率、tanδの測定方法)
ヒューレットパッカード社(現アジレントテクノロジー社)製ベクトルネットワークアナライザー(VNA)HP−8510Cと、株式会社関東電子応用開発製2.45GHz空洞共振器、計算ソフトで誘電率、tanδを測定した。
(被覆硬度の測定方法)
ショアA硬度に準ずる。具体的には、JIS K6301−1975 A形に準拠して測定したショアAである。具体的にはデュロメーター(スプリング式ゴム硬度計とも言う)を用いて測定した。
(降温度合いの計算方法)
〔実施例1〜3〕
降温度合い(℃/分)=(T−T)/t
(℃):第一加熱工程で使用される熱処理炉の終端部から被覆芯線の進行方向とは逆方向に1m地点の温度設定値=第3熱処理炉の中央部の温度設定値
(℃):第二加熱工程で使用される熱処理炉の始端部から被覆芯線の進行方向に1m地点の温度設定値=第4熱処理炉の中央部の温度設定値
t(分):2(m)/ライン速度(m/分)(被覆芯線が熱処理炉を通過する速度)
〔比較例1〜3〕
降温度合い(℃/分)=(Tα−Tβ)/tγ
α(℃):第4熱処理炉の中央部の温度設定値
β(℃):室温
γ(分):第4熱処理炉中央部と、第4熱処理炉出口から1m地点(被覆芯線が結晶化温度に至る位置)と、の間を被覆芯線が通過する所要時間への通過所要時間=2(m)/ライン速度(m/分)(被覆芯線が熱処理炉を通過する速度)
作製例1
国際公開第97/17382号パンフレットの比較例2記載の方法に従い、PTFEファインパウダー(TFEホモポリマーである高分子量PTFEの粉末、平均一次粒子径:0.30μm,標準比重(SSG):2.173、第一融点:344℃、見掛密度:0.45g/ml:粉体としての平均粒径(平均二次粒子径):500μm、以下「PTFE−H」と記載する)を得た。
作製例2
国際公開第2009/020187号パンフレットの比較例1記載の方法に従い、PTFEマイクロパウダー(TFEホモポリマーである低分子量PTFEの粉末、平均一次粒子径:0.18μm、380℃における溶融粘度が1.7×10Pa・s、第一融点:329℃、見掛密度:0.36g/ml、粉体としての平均粒径(平均二次粒子径):4.5μm、以下「PTFE−L」と記載する)を得た。
実施例1
上記PTFE−HとPTFE−Lを、PTFE−Hが92質量%、PTFE−Lが8質量%の割合で、合計質量が2kgとなるようにドライブレンドにより混合し、押出助剤として炭化水素系溶剤(アイソパーG)が19重量%(469g)となるように配合して熟成し、得られた混合粉末(押出助剤を含む)を用いて予備成形を行った。
予備成形は、シリンダ径φ50mm、マンドレルφ16mmで構成された予備成形機のシリンダ内に上記混合粉末(押出助剤を含む)を充填し、加圧して、外径50mm、内径16mmの予備成形体を作製した。
この予備成形体を、80ton電動ペースト電線成形機へ挿入し、内径が1.921mmである押出金型を使用し、芯線としては、銀メッキ銅被覆鋼線であり、線径0.511mmのAWG24を使用し、ライン速度を7.0m/分に設定した。押出を開始したところ、押出直後径は2.0mm、安定時の押出圧力は60MPaであった。押出後140℃のドライキャプスターンへ30m、220℃の乾燥炉へ8m、連続した4つの熱処理炉(第1熱処理炉を330℃、第2熱処理炉を333℃、第3熱処理炉を333℃、第4熱処理炉を250℃に設定)合計8m(各熱処理炉の長さは2m)を通過させることで、被覆外径1.90mmの電線を作製した。この場合、降温度合いは290.5℃/分(=(333−250)/(2/7)=290.5)であった。
この場合、第1〜3熱処理炉による加熱が第一加熱工程であり、第4熱処理炉による加熱が第二加熱工程である。
第一加熱工程で使用される熱処理炉の終端部から被覆芯線の進行方向とは逆方向に1m地点の温度設定値は、333℃(第3熱処理炉の温度設定値)である。
第二加熱工程で使用される熱処理炉の始端部から被覆芯線の進行方向に1m地点の温度設定値は、250℃(第4熱処理炉の温度設定値)である。
また、第一加熱工程における加熱温度と第二加熱工程における加熱温度の差=(第3熱処理炉の温度設定値)−(第4熱処理炉の温度設定値)=83℃であり、第二加熱工程における加熱時間は、17秒(2m/ライン速度=2/7分≒17秒)である。
なお、上記第1〜4熱処理炉の温度設定値は、熱電対を用いて測定した値である。
この電線から、芯線を抜き取り、110mm長さに切断して、空洞共振器摂動法により2.45GHzでの誘電率、tanδを測定したところ、誘電率が1.85であり、tanδが0.00004であった。また、被覆硬度は92であった。
実施例2
PTFE−Hの混合割合を85質量%、PTFE−Lの混合割合を15質量%とした以外は実施例1と同様にして混合粉末を作製し、成形を行った。安定時の押出圧力は65MPaであった。熱処理後の被覆外径1.90mm、誘電率は1.88であり、tanδは0.00006であった。
実施例3
PTFE−Hの混合割合を95重量%、PTFE−Lの混合割合を5質量%とした以外は実施例1と同様にして混合粉末を作製し、成形を行った。安定時の押出圧力は58MPaであった。熱処理後の被覆外径1.90mm、誘電率は1.83であり、tanδは0.00003であった。
比較例1
第1熱処理炉の温度を320℃、第2熱処理炉の温度を332℃、第3熱処理炉の温度を332℃、第4熱処理炉の温度を333℃に設定としたこと以外は、実施例1と同様に行った。この場合の降温度合は1078℃/分(=(333−25)/(2/7)=1078)であった。また、熱処理後の被覆外径1.90mm、誘電率は1.81であり、tanδは0.00018であった。
比較例2
PTFE−Hの混合量を85質量%、PTFE−Lの混合量を15質量%とした以外は比較例1と同様にして混合粉末を作成し、成形を行った。安定時の押出圧力は65MPaであった。熱処理後の被覆外径1.90mm、誘電率は1.86、tanδは0.00026であった。
比較例3
PTFE−Hの混合量を95質量%、PTFE−Lの混合量を5質量%とした以外は比較例1と同様にして混合粉を作成し、成形を行った。安定時の押出圧力は58MPaであった。熱処理後の被覆外径1.90mm、誘電率は1.79、tanδは0.00014であった。
Figure 0006214708

Claims (2)

  1. 高分子量ポリテトラフルオロエチレン(A)とフィブリル化性を有しない低分子量ポリテトラフルオロエチレン(B)の混合物を芯線に被覆する被覆工程、
    被覆された芯線を、低分子量ポリテトラフルオロエチレン(B)の第一融点以上であり、かつ高分子量ポリテトラフルオロエチレン(A)が溶融しない温度に加熱する第一加熱工程、
    被覆された芯線を、150〜300℃の雰囲気により加熱する第二加熱工程、及び、
    被覆された芯線を、冷却する冷却工程、を含み、
    第二加熱工程における加熱時間が6〜60秒であり、
    前記混合物における高分子量ポリテトラフルオロエチレン(A)と低分子量ポリテトラフルオロエチレン(B)との質量比((A)/(B))が80/20〜99/1であることを特徴とする電線の製造方法。
  2. 第二加熱工程における降温度合いを500℃/分以下とする請求項1記載の電線の製造方法。
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