JP6319055B2 - 電線被覆材用組成物および絶縁電線 - Google Patents

電線被覆材用組成物および絶縁電線 Download PDF

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Description

本発明は、電線被覆材用組成物および絶縁電線に関し、さらに詳しくは、自動車等の車両に配索される電線の被覆材料として好適な電線被覆材用組成物およびこれを用いた絶縁電線に関するものである。
従来より、ポリ塩化ビニルを含有するポリ塩化ビニル含有組成物を用いた電線被覆材料が知られている。この種の電線被覆材料には、柔軟性を付与するなどの目的で、通常、可塑剤が配合されている。
この種の電線被覆材料として、例えば特許文献1には、ポリ塩化ビニルに可塑剤と塩素化ポリエチレンとメチルメタクリレート−ブタジエン−スチレン樹脂とを添加してなる電線被覆材料が開示されている。また、例えば特許文献2には、ポリ塩化ビニルに可塑剤と高密度ポリエチレン(HDPE)とエチレン−酢酸ビニル−塩化ビニル共重合体とを添加してなる電線被覆材料が開示されている。
特許第5423890号公報 特開2002−322330号公報
ポリ塩化ビニル含有組成物を用いた電線被覆材料において、可塑剤の量を多くすると、柔軟性に優れる一方で、外傷による電線被覆の劣化が生じるおそれが高くなり、耐外傷性が低下する傾向にある。そこで、可塑剤の量を少なくすると、耐外傷性は向上する傾向にあるが、低温特性が低下する。これに対し、特許文献1では、ポリ塩化ビニルに対し塩素化ポリエチレンとメチルメタクリレート−ブタジエン−スチレン樹脂とを添加することによって低温特性を確保している。
しかしながら、ポリ塩化ビニル含有組成物を用いた電線被覆材料において、可塑剤の量を少なくすると、低温特性が低下するだけでなく、電線被覆に外的に微細な傷が生じた後に曲げなどの負荷が加わることで、電線被覆に割れが発生する問題もある(耐引き裂き性の低下)。電線細径化に伴う電線被覆の薄肉化によって、この問題は特に顕著となる。
本発明が解決しようとする課題は、耐外傷性、低温屈曲性、耐引き裂き性に優れる電線被覆材用組成物およびこれを用いた絶縁電線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組成物は、ポリ塩化ビニルを含有する電線被覆材用組成物において、前記ポリ塩化ビニル100質量部に対し、可塑剤を15〜30質量部、熱可塑性ポリウレタンエラストマーを0.01〜10質量部含有することを要旨とするものである。
前記熱可塑性ポリウレタンエラストマーのソフトセグメントは、ポリエーテル鎖からなることが好ましい。また、前記熱可塑性ポリウレタンエラストマーのショア硬度は、A75〜A85の範囲内にあることが好ましい。
前記可塑剤は、フタル酸エステル、トリメリット酸エステル、ピロメリット酸エステル、アジピン酸エステル、セバシン酸エステルのいずれか1種または2種以上が好ましい。
そして、本発明に係る絶縁電線は、上記いずれかの電線被覆材用組成物を電線被覆材に用いた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組成物によれば、ポリ塩化ビニルを含有する電線被覆材用組成物において、ポリ塩化ビニル100質量部に対し、可塑剤を15〜30質量部、熱可塑性ポリウレタンエラストマーを0.01〜10質量部含有することから、耐外傷性、低温屈曲性、耐引き裂き性に優れる。また、これを電線被覆材に用いた絶縁電線は、耐外傷性、低温屈曲性、耐引き裂き性に優れる。
熱可塑性ポリウレタンエラストマーのソフトセグメントがポリエーテル鎖からなることで、さらに、低温屈曲性、耐引き裂き性に優れる。熱可塑性ポリウレタンエラストマーのショア硬度がA75〜A85の範囲内にあることで、耐外傷性、低温屈曲性、耐引き裂き性のバランスに優れる。可塑剤が、フタル酸エステル、トリメリット酸エステル、ピロメリット酸エステル、アジピン酸エステル、セバシン酸エステルのいずれか1種または2種以上であることで、さらに、低温屈曲性、耐引き裂き性に優れる。
本発明の第一実施形態に係る絶縁電線の断面図であり、斜視図(a)および周方向断面図(b)である。 耐外傷性の評価方法を説明する模式図である。 耐外傷性の評価方法を説明する模式図である。 低温屈曲性の評価方法を説明する模式図である。
次に、本発明の実施形態について詳細に説明する。
本発明に係る電線被覆材用組成物は、ポリ塩化ビニルを含有する電線被覆材用組成物であって、ポリ塩化ビニルに加えて、可塑剤および熱可塑性ポリウレタンエラストマーを含有する。
可塑剤は、ポリ塩化ビニル100質量部に対し15〜30質量部含有する。可塑剤の含有量が30質量部を超えると、耐外傷性が満足しないため、30質量部以下としている。また、可塑剤の含有量が15質量部を下回ると、低温屈曲性や耐引き裂き性が満足しないため、15質量部以上としている。可塑剤の含有量としては、より好ましくは20〜30質量部の範囲内である。
可塑剤としては、特に限定されるものではないが、優れた低温屈曲性、耐引き裂き性を得るなどの観点から、フタル酸エステル、トリメリット酸エステル、ピロメリット酸エステル、アジピン酸エステル、セバシン酸エステルが好ましい。これらは、可塑剤として1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
可塑剤のエステルを構成するアルコールとしては、炭素数8〜13の飽和脂肪族アルコールなどを挙げることができる。これらのアルコールは、1種または2種以上用いることができる。より具体的には、例えば、2−エチルヘキシル、n−オクチル、イソノニル、ジノニル、イソデシル、トリデシルなどを挙げることができる。
ポリ塩化ビニル100質量部に対し可塑剤を15〜30質量部含有する場合において、熱可塑性ポリウレタンエラストマーは、ポリ塩化ビニル100質量部に対し0.01〜10質量部含有する。熱可塑性ポリウレタンエラストマーの含有量が10質量部を超えると、耐外傷性が満足しないため、10質量部以下としている。また、熱可塑性ポリウレタンエラストマーの含有量が0.01質量部を下回ると、耐引き裂き性が満足しないため、また、低温屈曲性の改善効果が小さいため、0.01質量部以上としている。熱可塑性ポリウレタンエラストマーの含有量としては、より好ましくは0.05〜10質量部の範囲内、さらに好ましくは0.1〜10質量部の範囲内である。
熱可塑性ポリウレタンエラストマーとしては、特に限定されるものではないが、優れた低温屈曲性、耐引き裂き性を得るなどの観点から、ソフトセグメントがポリエーテル鎖からなることが好ましい。また、優れた耐外傷性を得るなどの観点から、熱可塑性ポリウレタンエラストマーのショア硬度はA75以上であることが好ましい。また、優れた低温屈曲性、耐引き裂き性を得るなどの観点から、熱可塑性ポリウレタンエラストマーのショア硬度はA85以下であることが好ましい。
熱可塑性ポリウレタンエラストマーとしては、例えば、ソフトセグメントがポリエーテル鎖からなるポリエーテル系熱可塑性ポリウレタンエラストマーや、ソフトセグメントがポリエステル鎖からなるポリエステル系熱可塑性ポリウレタンエラストマーなどがある。
ポリ塩化ビニルとしては、特に限定されるものではないが、優れた耐外傷性を得るなどの観点から、重合度が800以上であることが好ましい。また、優れた耐引き裂き性を得るなどの観点から、重合度が2800以下であることが好ましい。より好ましくは、重合度が1300〜2500の範囲内である。
本発明に係る電線被覆材用組成物においては、本発明の目的を損なわない範囲内で、ポリ塩化ビニル、可塑剤、熱可塑性ポリウレタンエラストマー以外の他の成分を含有していても良い。他の成分としては、安定剤、加工助剤、低温改質剤、増量剤などの通常、電線被覆材に用いられる添加剤を挙げることができる。
加工助剤としては、塩素化ポリエチレンが挙げられる。低温改質剤としては、メチルメタクリレート−ブタジエン−スチレン共重合体(MBS)などが挙げられる。低温改質剤の含有量は、特に限定されるものではないが、優れた耐外傷性を得るなどの観点から、ポリ塩化ビニル100質量部に対して6質量部以下であることが好ましい。より好ましくは4質量部以下、さらに好ましくは3質量部以下である。また、優れた低温屈曲性を得るなどの観点から、ポリ塩化ビニル100質量部に対して1質量部以上であることが好ましい。
本発明に係る電線被覆材用組成物は、例えば、ベース樹脂となるポリ塩化ビニルに、可塑剤、熱可塑性ポリウレタンエラストマー、および、必要に応じて添加される各種添加成分を配合し、加熱混練することにより調製できる。この際、バンバリミキサー、加圧ニーダー、混練押出機、二軸押出機、ロールなどの通常の混練機を用いることができる。加熱混練する前に、タンブラーなどで予めドライブレンドすることもできる。加熱混練後は、混練機から取り出して組成物を得る。その際、ペレタイザーなどで当該組成物をペレット状に成形しても良い。
次に、本発明に係る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斜視図(a)および断面図(周方向断面図)(b)を示している。図1に示すように、絶縁電線10は、導体12と、導体12の外周を被覆する絶縁被覆層(電線被覆材)14とを備えている。絶縁被覆層14は、本発明に係る電線被覆材用組成物を用いて形成されている。絶縁電線10は、本発明に係る電線被覆材用組成物を導体12の外周に押出被覆することにより得られる。
導体12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、マグネシウムなどの金属材料を用いることもできる。これらの金属材料は、合金であってもよい。合金とするための他の金属材料としては、鉄、ニッケル、マグネシウム、シリコン、これらの組み合わせなどが挙げられる。導体12は、単線から構成されていてもよいし、複数本の素線を撚り合わせてなる撚線から構成されていてもよい。
以上の構成の電線被覆材用組成物および絶縁電線によれば、ポリ塩化ビニル100質量部に対し、可塑剤を15〜30質量部、熱可塑性ポリウレタンエラストマーを0.01〜10質量部含有することから、耐外傷性、低温屈曲性、耐引き裂き性に優れる。そして、熱可塑性ポリウレタンエラストマーを所定量含有させたことで、可塑剤を増量させることなく低温屈曲性を維持し、さらに耐引き裂き性をも満足するものとなる。
以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明は実施例により限定されるものではない。
(実施例1)
(電線被覆材用組成物の調製)
表1に示すように、ポリ塩化ビニル(重合度1300)100質量部、トリメリット酸エステル25質量部、エーテル系熱可塑性ポリウレタンエラストマー(ショア硬度A75)5質量部、非鉛系熱安定剤5質量部を、単軸押出機を用いて180℃で混合し、ペレタイザーにてペレット状に成形して、ポリ塩化ビニルを含有する電線被覆材用組成物を調製した。
(絶縁電線の作製)
調製した電線被覆材用組成物を、断面積0.5mmの撚線導体の周囲に被覆厚0.2mmで押出成形することにより絶縁電線を作製した。
(実施例2〜3)
エーテル系熱可塑性ポリウレタンエラストマー(ショア硬度A75)の配合量を変更した以外は実施例1と同様にして、電線被覆材用組成物を調製し、絶縁電線を作製した。
(実施例4〜7)
熱可塑性ポリウレタンエラストマーの種類を変更した以外は実施例1と同様にして、電線被覆材用組成物を調製し、絶縁電線を作製した。
(実施例8)
ポリ塩化ビニルの種類を変更した以外は実施例1と同様にして、電線被覆材用組成物を調製し、絶縁電線を作製した。
(実施例9〜10)
トリメリット酸エステルの配合量を変更した以外は実施例1と同様にして、電線被覆材用組成物を調製し、絶縁電線を作製した。
(実施例11〜14)
可塑剤の種類を変更した以外は実施例1と同様にして、電線被覆材用組成物を調製し、絶縁電線を作製した。
(実施例15〜17)
さらに添加剤を追加した以外は実施例1と同様にして、電線被覆材用組成物を調製し、絶縁電線を作製した。
(比較例1)
熱可塑性ポリウレタンエラストマーを配合しなかった以外は実施例1と同様にして、電線被覆材用組成物を調製し、絶縁電線を作製した。
(比較例2〜3)
熱可塑性ポリウレタンエラストマーの配合量を変更した以外は実施例1と同様にして、電線被覆材用組成物を調製し、絶縁電線を作製した。
(比較例4)
熱可塑性ポリウレタンエラストマーに代えて低温改質剤(10質量部)を配合した以外は実施例1と同様にして、電線被覆材用組成物を調製し、絶縁電線を作製した。
(比較例5〜6)
トリメリット酸エステルの配合量を変更した以外は実施例1と同様にして、電線被覆材用組成物を調製し、絶縁電線を作製した。
(使用材料)
・ポリ塩化ビニル
(重合度1300):「新第一塩ビ(株)、ZEST1300Z」
(重合度2500):「新第一塩ビ(株)、ZEST2500Z」
・可塑剤
フタル酸エステル:「(株)ジェイ・プラス、DUP」
トリメリット酸エステル:「DIC(株)、W−750」
ピロメリット酸エステル:「DIC(株)、W−7010」
アジピン酸エステル:「DIC(株)、W−242」
セバシン酸エステル:「DIC(株)、W−280」
・熱可塑性ポリウレタンエラストマー
エーテル系、ショア硬度A73:「BASFジャパン、エラストランC70A10WN」
エーテル系、ショア硬度A75:「DICバイエルンポリマー、パンデックスT−8175」
エーテル系、ショア硬度A85:「BASFジャパン、エラストランET385」
エステル系、ショア硬度A77:「大日精化、レザミンP−1275」
・加工助剤(塩素化ポリエチレン):「昭和電工、エラスレン301A」
・低温改質剤(MBS):「カネカ、カネエースB−564」
・増量剤(炭酸カルシウム):「白石カルシウム、白艶華CCR」
・非鉛系熱安定剤:「ADEKA、RUP−100」
(評価)
作製した絶縁電線について、下記評価方法に基づいて、耐外傷性、低温屈曲性、耐引き裂き性を評価した。
(評価方法)
<耐外傷性評価>
作製した絶縁電線を300mmの長さに切り出して試験片とした。図2(a)(平面図)、図2(b)(側面図)に示すように、試験片1をプラスチック板2a,2b上に設置した。プラスチック板2aとプラスチック板2bの間隔は5mmとした。試験片1の左端をプラスチック板2bに固定し、試験片1の右端に30Nの張力をかけて、試験片1をまっすぐにした。次いで、試験片1において、プラスチック板2aとプラスチック板2bの間に配置された部分の下部から1cm、試験片1の径方向中央から外周側に0.8mm程度離した位置に、厚みが0.5mmの金属片3を配置した。
次いで、図3(a)〜図3(c)に示すように、金属片3を50mm/minの速度で試験片1の被覆材4に接触させながら上方に移動させて、試験片1の金属片3にかかる荷重を測定した。このとき、試験片1の導体5が露出していない場合には、0.01mm単位で金属片3を試験片1の中央方向に近づけ、導体5が露出するまで測定を続けた。導体5が露出しない上限荷重をその試験片1の耐外傷性能力とし、12N以上の荷重でも導体5が露出しない場合に、耐外傷性を合格「○」とし、さらに、15N以上の荷重でも導体5が露出しない場合に、耐外傷性により優れる「◎」とした。一方、12N以下の荷重で導体5が露出した場合に、耐外傷性を不合格「×」とした。
<低温屈曲性評価>
作製した絶縁電線を350mmの長さに切り出して試験片とした。この試験片の両端20mmの被覆材を剥ぎ取った。次いで、図4に示すように、試験片6の一端を回動アームに固定し、その他端におもり7をつるし、試験片6の長手方向中間部を一対の円柱状部材8a、8b(半径r=25mm)で挟みこんだ状態で、試験片6が円柱状部材8a、8bの周面に沿うように、一方向に90度、他方向に90度、回動アームを回動させて、曲げ半径rで試験片6を繰返し屈曲させることにより行なった。試験片6にかかる荷重を400g、試験温度−30℃、屈曲動作の繰返し速度は1分間に60往復とした。屈曲試験によって試験片6が断線するまでの屈曲回数(往復回数)をもって屈曲性を評価した。屈曲回数2000回以上を合格「○」とし、3000回以上を特に優れる「◎」とした。
<耐引裂き性評価>
調製した電線被覆材用組成物から作製した1mm厚シートから、JIS K 6252記載のアングル型試験片を作製し、引張試験機を用いて、耐引裂き性を評価した。掴み具間距離を20mm、引張速度を50mm/min.にて実施し、ストロークが10mm(みかけひずみ50%)以上で試験片が破断した場合に、耐引裂き性を合格「○」とし、さらに、20mm(みかけひずみ100%)以上で試験片が破断した場合に、耐引裂き性により優れる「◎」とした。一方、10mm未満で試験片が破断した場合に、耐引裂き性を不合格「×」とした。
電線被覆材料の配合割合および評価結果を表1〜表3に示した。なお、表1〜表3に示す値は、質量部で表したものである。
Figure 0006319055
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比較例1は、ポリ塩化ビニルに対し熱可塑性ポリウレタンエラストマーを配合していないため、可塑剤量が少ない場合において、低温屈曲性、耐引き裂き性を満足しない。比較例2は、ポリ塩化ビニルに対し熱可塑性ポリウレタンエラストマーの配合量が少なすぎるため、可塑剤量が少ない場合において、低温屈曲性、耐引き裂き性を満足しない。比較例3は、ポリ塩化ビニルに対し熱可塑性ポリウレタンエラストマーの配合量が多すぎるため、耐外傷性を満足しない。比較例4は、ポリ塩化ビニルに対し、熱可塑性ポリウレタンエラストマーに代えて低温改質剤(MBS)を配合しているため、低温屈曲性は満足するが、耐引き裂き性を満足しない。比較例5は、ポリ塩化ビニルに対し熱可塑性ポリウレタンエラストマーを所定量配合しているが、可塑剤量が少なすぎるため、低温屈曲性、耐引き裂き性を満足しない。比較例6は、ポリ塩化ビニルに対し熱可塑性ポリウレタンエラストマーを所定量配合しているが、可塑剤量が多すぎるため、耐外傷性を満足しない。
これらに対し、本発明の構成を満足する実施例によれば、耐外傷性、低温屈曲性、耐引き裂き性を満足する。そして、実施例間の比較で示されるように、熱可塑性ポリウレタンエラストマーのソフトセグメントがポリエーテル鎖からなることで、さらに、低温屈曲性、耐引き裂き性に優れる。また、熱可塑性ポリウレタンエラストマーのショア硬度がA75〜A85の範囲内にあることで、耐外傷性、低温屈曲性、耐引き裂き性のバランスに優れる。
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。
10 絶縁電線
12 導体
14 絶縁被覆層

Claims (5)

  1. ポリ塩化ビニルを含有する電線被覆材用組成物において、
    前記ポリ塩化ビニル100質量部に対し、可塑剤を15〜30質量部、熱可塑性ポリウレタンエラストマーを0.1〜5質量部含有することを特徴とする電線被覆材用組成物。
  2. 前記熱可塑性ポリウレタンエラストマーのソフトセグメントが、ポリエーテル鎖からなることを特徴とする請求項1に記載の電線被覆材用組成物。
  3. 前記熱可塑性ポリウレタンエラストマーのショア硬度が、A75〜A85の範囲内にあ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組成物。
  4. 前記可塑剤が、フタル酸エステル、トリメリット酸エステル、ピロメリット酸エステル、アジピン酸エステル、セバシン酸エステルのいずれか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3のいずれか1項に記載の電線被覆材用組成物。
  5. 請求項1から4のいずれか1項に記載の電線被覆材用組成物を電線被覆材に用いたことを特徴とする絶縁電線。
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