JP6652182B2 - 樹脂組成物、無機充填剤、直流電力ケーブル、および直流電力ケーブルの製造方法 - Google Patents

樹脂組成物、無機充填剤、直流電力ケーブル、および直流電力ケーブルの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、樹脂組成物および無機充填剤に関する。
近年では、直流送電用途において、固体絶縁直流電力ケーブル(以下、「直流電力ケーブル」と略す)が開発されている。直流電力ケーブルでは、高電圧印加時に絶縁層内に空間電荷が生成され、絶縁層の直流特性(体積抵抗率、直流破壊電界強度および空間電荷特性など)が低下する可能性がある。
そこで、直流電力ケーブルの絶縁層内における空間電荷の蓄積を抑制するため、当該絶縁層を構成する樹脂組成物には、カーボンブラックや酸化マグネシウム(MgO)などの有極性の無機充填剤が添加されることがある(例えば特許文献1)。
特開平11−16421号公報
本発明の目的は、長期の浸水に起因した絶縁層の直流特性の低下を抑制することができる技術を提供することである。
本発明の一態様によれば、
ポリオレフィンを含むベース樹脂と、
無機充填剤と、
を有する樹脂組成物であって、
前記無機充填剤は、
Mg(OH)を含む核部と、
前記核部の外周を覆うように設けられる複数のMgO粒子を含む被覆部と、
を有し、
前記樹脂組成物中の前記無機充填剤の含有量は、前記ベース樹脂を100質量部としたときに、0.1質量部以上5質量部以下であり、
前記無機充填剤の1粒子中のMg(OH)の体積分率は、10%以上50%未満である
樹脂組成物が提供される。
本発明の他の態様によれば、
ポリオレフィンを含むベース樹脂と、
無機充填剤と、
を有する樹脂組成物であって、
前記無機充填剤は、
Mg(OH)を含む核部と、
前記核部の外周を覆うように設けられる複数のMgO粒子を含む被覆部と、
を有し、
前記樹脂組成物を用いて絶縁層を形成した直流電力ケーブルを作製し、前記直流電力ケーブルを温度40℃の水槽内に30日間浸漬させた後に、前記直流電力ケーブルの前記絶縁層を桂剥きすることで0.15mmの厚さを有する前記絶縁層のシートを形成した場合に、温度90℃および直流電界80kV/mmの条件下で測定した前記絶縁層のシートの体積抵抗率は、1×1015Ω・cm以上である
樹脂組成物が提供される。
本発明の更に他の態様によれば、
ポリオレフィンを含むベース樹脂と、
無機充填剤と、
を有する樹脂組成物であって、
前記無機充填剤は、
Mg(OH)を含む核部と、
前記核部の外周を覆うように設けられる複数のMgO粒子を含む被覆部と、
を有し、
前記樹脂組成物を用いて絶縁層を形成した直流電力ケーブルを作製し、前記直流電力ケーブルを温度40℃の水槽内に30日間浸漬させた後に、前記直流電力ケーブルの前記絶縁層を桂剥きすることで0.15mmの厚さを有する前記絶縁層のシートを形成した場合に、温度90℃の条件下で測定した前記絶縁層のシートの絶縁破壊電界強度は、250kV/mm以上である
樹脂組成物が提供される。
本発明の更に他の態様によれば、
ポリオレフィンを含むベース樹脂と、
無機充填剤と、
を有する樹脂組成物であって、
前記無機充填剤は、
Mg(OH)を含む核部と、
前記核部の外周を覆うように設けられる複数のMgO粒子を含む被覆部と、
を有し、
前記樹脂組成物を用いて絶縁層を形成した直流電力ケーブルを作製し、前記直流電力ケーブルを温度40℃の水槽内に30日間浸漬させた後に、前記直流電力ケーブルの前記絶縁層を桂剥きすることで0.15mmの厚さを有する前記絶縁層のシートを形成した場合に、温度30℃および大気圧の条件下で前記絶縁層のシートに50kV/mmの直流電界を印加したときの、下記の式(1)により求められる電界強調係数FEFは、1.15未満である
樹脂組成物が提供される。
FEF=E/(V/T) ・・・(1)
(ただし、Vは前記シートに印加した電圧(kV)であり、Tは前記シートの厚さ(mm)であり、Eは前記シートの内部の最大電界(kV/mm)である。)
本発明の更に他の態様によれば、
ポリオレフィンを含むベース樹脂と、
少なくともMgOを含む無機充填剤と、
を有する樹脂組成物であって、
前記無機充填剤は、
X線光電子分光法により前記無機充填剤の表面側から放出される光電子のエネルギースペクトルを測定したときに、MgOに由来するピークを示すのに対して、Mg(OH)に由来するピークを示さず、
フーリエ変換赤外分光法により前記無機充填剤を透過した赤外光に基づいて前記無機充填剤の赤外吸収スペクトルを測定したときに、Mg(OH)に由来するピークを示し、
前記樹脂組成物中の前記無機充填剤の含有量は、前記ベース樹脂を100質量部としたときに、0.1質量部以上5質量部以下であり、
前記無機充填剤の1粒子中のMg(OH)の体積分率は、10%以上50%未満である
樹脂組成物が提供される。
本発明の更に他の態様によれば、
無機充填剤であって、
Mg(OH)を含む核部と、
前記核部の外周を覆うように設けられる複数のMgO粒子を含む被覆部と、
を有し、
前記無機充填剤の1粒子中のMg(OH)の体積分率は、10%以上50%未満である
無機充填剤が提供される。
本発明の更に他の態様によれば、
無機充填剤であって、
X線光電子分光法により前記無機充填剤の表面側から放出される光電子のエネルギースペクトルを測定したときに、MgOに由来するピークを示すのに対して、Mg(OH)に由来するピークを示さず、
フーリエ変換赤外分光法により前記無機充填剤を透過した赤外光に基づいて前記無機充填剤の赤外吸収スペクトルを測定したときに、Mg(OH)に由来するピークを示し、
前記無機充填剤の1粒子中のMg(OH)の体積分率は、10%以上50%未満である
無機充填剤が提供される。
本発明によれば、長期の浸水に起因した絶縁層の直流特性の低下を抑制することができる。
本発明の一実施形態に係る無機充填剤を示す模式的断面図である。 本発明の一実施形態に係る直流電力ケーブルの軸方向に直交する模式的断面図である。 無機充填剤Aを示す走査型電子顕微鏡像の模式図である。 X線光電子分光法により無機充填剤を測定したときの無機充填剤の表面側から放出される光電子のエネルギースペクトルを示す図である。 フーリエ変換赤外分光法により測定した無機充填剤の赤外吸収スペクトルを示す図である。
<発明者等の得た知見>
まず、発明者等の得た知見について概略を説明する。
絶縁層中に上述の無機充填剤を分散させることにより、絶縁層中に生成した空間電荷をそれぞれの無機充填剤にトラップさせることができる。これにより、絶縁層中の局所的な空間電荷の蓄積を抑制することができる。
絶縁層中に添加される無機充填剤としては、例えば、水酸化マグネシウム(Mg(OH))を焼成することにより形成されたMgOを用いることがある。
ここで、Mg(OH)による空間電荷のトラップ能力は、MgOのそれよりも低い。このため、従来では、無機充填剤中のMg(OH)の含有量を減らすため、原料としてのMg(OH)を完全に焼成していた。なお、以下において、Mg(OH)を完全に焼成することにより形成した無機充填剤を「完全焼成充填剤」と呼ぶ。
しかしながら、発明者等は、鋭意検討の結果、完全焼成充填剤を絶縁層中に添加した直流電力ケーブルでは、長期に亘って浸水したときに、絶縁層の直流特性が低下する可能性があるという新規課題を見出した。
完全焼成充填剤では、製造過程でMg(OH)が完全に焼成されることで、Mg(OH)の全体がMgOに変化する。このとき、完全焼成充填剤の表面には、MgOの結晶面に相当する平滑面が形成される。
当該完全焼成充填剤を絶縁層中に添加した直流電力ケーブルが長期に亘って浸水すると、直流電力ケーブルの表面側から絶縁層中に浸透した水分が、完全焼成充填剤の表面に吸着され、完全焼成充填剤の表面を構成するMgOをMg(OH)に変質させる。このとき、完全焼成充填剤の表面が上述のように平滑となっているため、完全焼成充填剤の表面全体に水分が伝播し易く、当該表面全体がMg(OH)に早く変質してしまう可能性がある。
完全焼成充填剤の表面全体がMg(OH)に変化すると、Mg(OH)による空間電荷のトラップ能力が低いことに起因して、完全焼成充填剤の表面に空間電荷を充分にトラップさせることができなくなる。このため、絶縁層中に局所的な空間電荷の蓄積が生じ、絶縁層の直流特性が低下してしまう可能性がある。
本発明は、発明者等が見出した上記新規課題に基づくものである。
<本発明の一実施形態>
(1)樹脂組成物
本実施形態の樹脂組成物は、後述する直流電力ケーブル10の絶縁層130を構成する材料であり、例えば、ベース樹脂と、無機充填剤200と、架橋剤と、その他の添加剤と、を含んでいる。
(ベース樹脂)
ベース樹脂(ベースポリマ)とは、樹脂組成物の主成分を構成する樹脂成分のことをいう。本実施形態のベース樹脂は、例えば、ポリオレフィンを含んでいる。ベース樹脂を構成するポリオレフィンとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−α−オレフィン共重合体、ポリプロピレンにエチレン−プロピレンゴムを分散あるいは共重合した熱可塑性エラストマなどが挙げられる。これらのなかでも、ポリエチレンが好ましい。なお、これらのうち2種以上を組み合わせて用いてもよい。
ベース樹脂を構成するポリエチレンとしては、例えば、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)などが挙げられる。また、これらのポリエチレンは、例えば、直鎖状または分岐状のいずれであってもよい。
また、ベース樹脂は、例えば、ポリオレフィンに極性基をグラフトした変性ポリオレフィンや、オレフィンと極性モノマーとの共重合体を含んでいてもよい。これにより、極性を有する無機充填剤200とベース樹脂との相溶性(密着性)を向上させ、無機充填剤200の分散性を向上させることができる。
ポリオレフィンに極性基をグラフトした変性ポリオレフィンとしては、例えば、無水マレイン酸変性ポリエチレンなどが挙げられる。
オレフィンと極性モノマーとの共重合体としては、例えば、エチレン−エチルアクリレート(エチレン−アクリル酸エチル)共重合体、エチレン−メチルアクリレート共重合体、エチレン−ブチルアクリレート共重合体、エチレン−メチルメタクリレート共重合体、エチレン−グリシジルメタクリレート共重合体などが挙げられる。なお、これらのうち2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
(無機充填剤)
無機充填剤200は、絶縁層130中の空間電荷をトラップし、絶縁層130中の空間電荷の局所的な蓄積を抑制するよう作用する。これにより、絶縁層130の直流特性を向上させることができる。なお、ここでいう「絶縁層130の直流特性」とは、絶縁層130の体積抵抗率、直流破壊電界強度、空間電荷特性などのことを意味する。
ここで、図1を用い、本実施形態の樹脂組成物中に含まれる無機充填剤200について説明する。図1は、本実施形態に係る無機充填剤を示す断面図である。
本実施形態の無機充填剤200は、例えば、Mg(OH)を原料として焼成することにより形成され、少なくともMgOを含む粒子状材料である。原料としてのMg(OH)は、例えば、海水資源(海水由来原料)または鉱物などから得られたり、水中火花放電法により生成されたりする。なお、これらのうち、海水資源からのMg(OH)を原料として焼成することにより無機充填剤を形成する方法を「海水法」と呼ぶことがある。当該形成方法については、後述する。
図1に示すように、本実施形態の無機充填剤200は、例えば、核部210と、被覆部230と、を有している。
核部210は、例えば、無機充填剤200の中心部を構成し、Mg(OH)を主成分として含んでいる。具体的には、核部210は、例えば、粒子状に構成され、すなわち、Mg(OH)粒子220からなっている。核部210は、単一のMg(OH)粒子220からなっていてもよいし、或いは、凝集した複数のMg(OH)粒子220からなっていてもよい。なお、Mg(OH)粒子220は、Mg(OH)を主成分として含んでいれば、例えば、MgOや不可避不純物を含んでいてもよい。
被覆部230は、例えば、核部210の外周を覆うように設けられる複数のMgO粒子240を含んでいる。具体的には、複数のMgO粒子240のそれぞれは、例えば、主成分としてMgOを含んでいる。複数のMgO粒子240のそれぞれは、例えば、微細な粒子状に構成され、核部210よりも小さい。被覆部230は、例えば、微細な複数のMgO粒子240が核部210の外周に凝集して密着することにより構成されている。これにより、被覆部230の表面に、複数のMgO粒子の外形に倣った微細な凹凸を形成することができる。その結果、直流電力ケーブル10が長期に亘って浸水した場合に、絶縁層130中に浸透した水分に起因したMgOからMg(OH)への変質を遅らせることができる。なお、ここでいう直流電力ケーブル10が長期に亘って浸水した場合における絶縁層130の耐性を、以下では、「絶縁層130の長期耐水性」ということがある。
本実施形態では、被覆部230は、例えば、核部210の外周全体を覆うように設けられている。つまり、Mg(OH)が含まれる核部210は、被覆部230の内側に隠れ、無機充填剤200の表面に露出していない。これにより、無機充填剤200による空間電荷のトラップ能力を充分に確保することができる。
なお、それぞれのMgO粒子240は、主成分としてMgOを含んでいれば、例えば、Mg(OH)や不可避不純物を含んでいてもよい。
ここで、本実施形態の無機充填剤200が上述のように核部210と被覆部230とを有していることは、以下の測定により確認することができる。
図3は、後述の実施例における無機充填剤Aを示す走査型電子顕微鏡像(SEM:Scanning Electron Microscope)の模式図である。図3に示すように、無機充填剤200のSEM像を観察すると、無機充填剤200の粒子形状や表面状態を確認することができる。具体的には、無機充填剤200の1粒子当たりの表面側に、複数の微小粒子が凝集して密着している状態を確認することができる。当該微小粒子がMgO粒子240に相当することを、例えば、以下の測定で確認することができる。
X線光電子分光(XPS:X−ray Photoelectron Spectroscopy)法により、無機充填剤200の表面側の組成分析を行うことができる。具体的には、XPS法では、無機充填剤200に対してX線を照射し、それにより生じた光電子のエネルギースペクトルを測定する。
図4Aは、X線光電子分光法により無機充填剤を測定したときの無機充填剤の表面側から放出される光電子のエネルギースペクトルを示す図である。図4Aに示すように、50eV付近においてMgの2p軌道に係るナロースキャンスペクトルを測定すると、MgOに由来するピーク(49eV付近)が現れるのに対して、Mg(OH)に由来するピーク(47eV付近)が現れない。このことから、無機充填剤200の表層のうち、表面からの深さが0nm以上3nm以下の位置で、光電子が外部に放出される領域には、MgOのみが存在し、Mg(OH)が存在していないことを確認することができる。なお、発明者等は、表面を強制的にMg(OH)に変化させたMgO粉末のXPS測定を行ったところ、Mg(OH)に由来するピークが47eV付近にあることを確認している。
また、フーリエ変換赤外分光(FTIR:Fourier Transform Infrared Spectroscopy)法により、無機充填剤200内の官能基の情報を得ることができる。具体的には、FTIR法のうちの透過法により、無機充填剤200に赤外光を照射し、無機充填剤200を透過した赤外光に基づいて、該無機充填剤200の赤外吸収スペクトルを測定する。
図4Bは、フーリエ変換赤外分光法により測定した無機充填剤の赤外吸収スペクトルを示す図である。図4Bに示すように、3700cm−1付近に、Mg(OH)に由来するピーク(OH基に由来するピーク)が現れる。このことから、無機充填剤200の内側の少なくとも一部に、Mg(OH)が存在していることを確認することができる。
以上のことから、無機充填剤200が、上述のように、Mg(OH)を含む核部210と、核部210の外周を覆うように設けられる複数のMgO粒子240を含む被覆部230とを有していることを確認することができる。
本実施形態では、無機充填剤200の1粒子中のMg(OH)の体積分率(以下、「Mg(OH)の体積分率」と略すことがある)は、例えば、10%以上50%未満である。なお、ここでいう「無機充填剤200の1粒子中のMg(OH)の体積分率」とは、無機充填剤200の1粒子の体積に対して、該無機充填剤200の1粒子中でMg(OH)が占める体積の割合のことを意味している。
無機充填剤200の1粒子中のMg(OH)の体積分率は、例えば、無機充填剤200の強熱減量に基づいて求めることができる。ここでいう「無機充填剤200の強熱減量」とは、無機充填剤200を加熱することで、無機充填剤200に含まれるMg(OH)が以下の反応式でMgOに変質したときの、無機充填剤200の質量の減少率のことである。
Mg(OH)→MgO+H
なお、無機充填剤200の1粒子中のMg(OH)の体積分率を、上述の無機充填剤200の強熱減量に基づいて求めた場合では、複数の無機充填剤200の粒子におけるMg(OH)の体積分率を平均化した値が求められる。つまり、当該求められるMg(OH)の体積分率は、無機充填剤200の1粒子の体積の平均値に対するMg(OH)の体積の平均値の割合に相当する。
Mg(OH)の体積分率が10%未満であると、無機充填剤200の表面に充分な凹凸を形成することができず、無機充填剤200の表面が平滑に近くなる。このため、無機充填剤200による空間電荷のトラップ能力が充分に得られない可能性がある。また、絶縁層130の長期耐水性を発揮できない可能性がある。これに対し、Mg(OH)の体積分率を10%以上とすることで、無機充填剤200の表面に微細な凹凸を形成することができる。これにより、無機充填剤200による空間電荷のトラップ能力を充分に得ることができる。また、絶縁層130の長期耐水性を向上させることができる。
一方で、Mg(OH)の体積分率が50%以上であると、無機充填剤200の表層側におけるMgOの割合が減少する。このため、絶縁層130の直流破壊電界強度が初期(浸水させない時点)から低下する可能性がある。この因果関係については、詳細が不明であるが、以下のメカニズムが想定される。Mg(OH)の体積分率が50%以上であると、核部210中のMg(OH)の部分が崩れ易いため、無機充填剤200の粒子が崩壊し易くなる。無機充填剤200の粒子が崩壊すると、崩壊粒子が分散不良を生じさせ、当該崩壊粒子が局所的に集合したスポットが絶縁層130中に形成される。崩壊粒子が局所的に集合すると、崩壊粒子の局所的な集合スポットが、絶縁層130全体を見たときの異常点(異物)として振る舞う。その結果、絶縁層130の直流破壊電界強度が初期から低下してしまう可能性がある。これに対し、Mg(OH)の体積分率を50%未満とすることで、無機充填剤200の表層側におけるMgOの割合を所定値以上とすることができる。これにより、無機充填剤200の崩壊を抑制することができ、崩壊粒子の局所的な集合を抑制することができる。その結果、絶縁層130の直流破壊電界強度が初期から低下することを抑制することができる。
本実施形態では、樹脂組成物中の無機充填剤200の含有量は、ベース樹脂を100質量部としたときに、例えば、0.1質量部以上5質量部以下である。
無機充填剤200の含有量が0.1質量部未満であると、無機充填剤200にトラップされない空間電荷が増加する。このため、絶縁層130の体積抵抗率が低下する可能性がある。また、直流電力ケーブル10が長期に亘って浸水したときに、無機充填剤200の1粒子当たりに影響する水分量が過度に多くなる。このため、絶縁層130の長期耐水性が低下する可能性がある。これに対し、無機充填剤200の含有量を0.1質量部以上とすることで、無機充填剤200にトラップされない空間電荷の増加を抑制することができる。これにより、絶縁層130の体積抵抗率の低下を抑制することができる。また、直流電力ケーブル10が長期に亘って浸水したときに、無機充填剤200の1粒子当たりに影響する水分量の過度な増加を抑制することができる。これにより、絶縁層130の長期耐水性を向上させることができる。
一方で、無機充填剤200の含有量が5質量部超であると、樹脂組成物による成形性が低下し、絶縁層130中の無機充填剤200の分散性が低下する。このため、絶縁層130中に、無機充填剤200が相対的に少ない領域が生じる可能性がある。その結果、絶縁層130の直流破壊電界強度が低下したり、絶縁層130の長期耐水性が低下したりする可能性がある。これに対し、無機充填剤200の含有量を5質量部以下とすることで、樹脂組成物による成形性を向上させることができ、絶縁層130中の無機充填剤200の分散性を向上させることができる。これにより、絶縁層130中に無機充填剤200が相対的に少ない領域が生じることを抑制することができる。その結果、絶縁層130の直流破壊電界強度の低下を抑制することができ、絶縁層130の長期耐水性の低下を抑制することができる。
本実施形態では、無機充填剤200の体積平均粒径(MV:Mean Volume Diameter)は、特に限定されるものではないが、例えば、5μm以下、好ましくは、1μm以下である。
なお、ここでいう「体積平均粒径(MV)」は、粒子の粒子径をd、粒子の体積Vとしたとき、以下の式で求められる。
MV=Σ(V)/ΣV
なお、体積平均粒径の測定には、動的光散乱式粒子径・粒度分布測定装置が用いられる。
無機充填剤200の体積平均粒径が5μm超であると、絶縁層130中に無機充填剤200を均一に分散させることが困難となる可能性がある。このため、無機充填剤200による直流特性の向上効果が得られ難くなる可能性がある。これに対し、無機充填剤200の体積平均粒径を5μm以下とすることで、絶縁層130中に無機充填剤200を均一に分散させることができる。これにより、無機充填剤200による直流特性の向上効果を安定的に得ることができる。さらに、無機充填剤200の体積平均粒径を1μm以下とすることで、絶縁層130中に無機充填剤200を均一に分散させることが容易となる。これにより、無機充填剤200による直流特性の向上効果をさらに安定的に得ることができる。
なお、無機充填剤200の体積平均粒径の下限値についても、特に限定されるものではない。ただし、Mg(OH)を原料として焼成することにより無機充填剤200を安定的に形成する観点では、無機充填剤200の体積平均粒径は、例えば、0.1μm以上、好ましくは0.5μm以上である。
なお、本実施形態では、被覆部230が有するMgO粒子240の粒子径は、例えば、上述のMg(OH)の体積分率に依存している。無機充填剤200の焼成状態が完全焼成状態に近く、Mg(OH)の体積分率が小さくなると、MgO粒子240の粒子径が大きくなる。一方で、無機充填剤200の焼成状態が不完全な状態であり、Mg(OH)の体積分率が大きくなると、MgO粒子240の粒子径が小さくなる。具体的には、Mg(OH)の体積分率が29.2%であるときに、MgO粒子240の粒子径は、例えば、0.01μm程度となる。なお、ここでいうMgO粒子240の粒子径は、SEM像において測長したMgO粒子240の粒子径の平均値のことである。
また、無機充填剤200のうち少なくとも一部は、シランカップリング剤により表面処理されていてもよい。これにより、無機充填剤200とベース樹脂との界面の密着性を向上させることができ、絶縁層130の機械特性や低温特性を向上させることができる。
シランカップリング剤としては、例えば、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−トリエトキシシリル−N−(1,3−ジメチルブチリデン)プロピルアミン等が挙げられる。なお、これらのうち2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
(架橋剤)
架橋剤は、例えば、有機過酸化物である。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)ヘキサン、1,3−ビス(t−ブチルパーオキシイソプロピル)ベンゼン等が挙げられる。なお、これらのうち2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
(その他の添加剤)
樹脂組成物は、例えば、酸化防止剤と、滑剤と、をさらに含んでいてもよい。
酸化防止剤としては、例えば、2,2−チオ−ジエチレンビス[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、ペンタエリスリチル−テトラキス[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、オクタデシル3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート、2,4−ビス−[(オクチルチオ)メチル]−o−クレゾール、2,4−ビス−(n−オクチルチオ)−6−(4−ヒドロキシ−3,5−ジ−t−ブチルアニリノ)−1,3,5−トリアジン、ビス[2−メチル−4−{3−n−アルキル(C12あるいはC14)チオプロピオニルオキシ}−5−t−ブチルフェニル]スルフィド、および4,4′−チオビス(3−メチル−6−t−ブチルフェノール)等が挙げられる。なお、これらのうち2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
滑剤は、無機充填剤の凝集を抑制するとともに、絶縁層130の押出成形時の樹脂組成物の流動性を向上させるよう作用する。本実施形態の滑剤は、例えば、脂肪酸金属塩または脂肪酸アミドなどである。脂肪酸金属塩としては、例えば、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸アルミニウム、モンタン酸マグネシウム等が挙げられる。また、脂肪酸アミドとしては、例えば、オレイン酸アミドまたはステアリン酸アミドなどが挙げられる。なお、これらのうち2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
なお、樹脂組成物は、例えば、着色剤をさらに含んでいてもよい。
(2)直流電力ケーブル
次に、図2を用い、本実施形態の直流電力ケーブルについて説明する。図2は、本実施形態に係る直流電力ケーブルの軸方向に直交する断面図である。
本実施形態の直流電力ケーブル10は、いわゆる固体絶縁直流電力ケーブルとして構成され、例えば、導体110と、内部半導電層120と、絶縁層130と、外部半導電層140と、遮蔽層150と、シース160と、を有している。
(導体(導電部))
導体110は、例えば、純銅、銅合金、アルミニウム、またはアルミニウム合金等からなる複数の導体芯線(導電芯線)を撚り合わせることにより構成されている。
(内部半導電層)
内部半導電層120は、導体110の外周を覆うように設けられている。また、内部半導電層120は、半導電性を有し、導体110の表面側における電界集中を抑制するよう構成されている。内部半導電層120は、例えば、エチレン−エチルアクリレート共重合体、エチレン−メチルアクリレート共重合体、エチレン−ブチルアクリレート共重合体、およびエチレン−酢酸ビニル共重合体等のうち少なくともいずれかと、導電性のカーボンブラックと、を含んでいる。
(絶縁層)
絶縁層130は、内部半導電層120の外周を覆うように設けられている。絶縁層130は、上記した本実施形態の樹脂組成物を押出成形し、加熱により架橋されている。つまり、絶縁層を構成する樹脂組成物中のベース樹脂としてのポリエチレンは、架橋ポリエチレンとなっている。なお、樹脂組成物中に未架橋のポリエチレンが含まれていても良い。
(外部半導電層)
外部半導電層140は、絶縁層130の外周を覆うように設けられている。また、外部半導電層140は、半導電性を有し、絶縁層130と遮蔽層150との間における電界集中を抑制するよう構成されている。外部半導電層140は、例えば、内部半導電層120と同様の材料により構成されている。
(遮蔽層)
遮蔽層150は、外部半導電層140の外周を覆うように設けられている。遮蔽層150は、例えば、銅テープを巻回することにより構成されるか、或いは、複数の軟銅線等を巻回したワイヤシールドとして構成されている。なお、遮蔽層150の内側や外側に、ゴム引き布等を素材としたテープが巻回されていてもよい。
(シース)
シース160は、遮蔽層150の外周を覆うように設けられている。シース160は、例えば、ポリ塩化ビニルまたはポリエチレンにより構成されている。
(長期耐水性)
以上のように構成される直流電力ケーブル10では、絶縁層130中に添加される無機充填剤200が、Mg(OH)を含む核部210と、核部210の外周を覆うように設けられる複数のMgO粒子240を含む被覆部230と、を有していることで、例えば、以下のような絶縁層130の長期耐水性が得られる。
直流電力ケーブル10を温度40℃の水槽内に30日間浸漬させた後に、該直流電力ケーブル10の絶縁層130を桂剥きすることで、0.15mmの厚さを有する絶縁層130のシートを形成した場合に、温度90℃および直流電界80kV/mmの条件下で測定した絶縁層130のシートの体積抵抗率は、例えば、1×1015Ω・cm以上である。
また、上述の浸水後に、絶縁層130のシートを形成した場合に、温度90℃の条件下で測定した絶縁層130のシートの絶縁破壊電界強度は、例えば、250kV/mm以上である。
また、上述の浸水後に、絶縁層130のシートを形成した場合に、温度30℃および大気圧の条件下で絶縁層130のシートに50kV/mmの直流電界を印加したときの、下記の式(1)により求められる電界強調係数FEFは、1.15未満である。
FEF=E/(V/T) ・・・(1)
(ただし、Vは絶縁層130のシートに印加した電圧(kV)であり、Tは絶縁層130のシートの厚さ(mm)であり、Eは絶縁層130のシートの内部の最大電界(kV/mm)である。)
(具体的寸法等)
直流電力ケーブル10における具体的な各寸法としては、特に限定されるものではないが、例えば、導体110の直径は5mm以上60mm以下であり、内部半導電層120の厚さは1mm以上3mm以下であり、絶縁層130の厚さは1mm以上35mm以下であり、外部半導電層140の厚さは1mm以上3mm以下であり、遮蔽層150の厚さは1mm以上5mm以下であり、シース160の厚さは1mm以上である。本実施形態の直流電力ケーブル10に適用される直流電圧は、例えば80kV以上600kV以下である。
(3)直流電力ケーブルの製造方法
次に、本実施形態の直流電力ケーブルの製造方法について説明する。以下、ステップを「S」と略す。
(S100:樹脂組成物準備工程)
まず、ポリオレフィンを含むベース樹脂と、無機充填剤と、を有する樹脂組成物を準備する。当該樹脂組成物準備工程S100は、例えば、無機充填剤準備工程S120と、混合工程S140と、を有している。
(S120:無機充填剤準備工程)
例えば、海水法により無機充填剤200を形成する。
具体的には、例えば、海水から抽出したマグネシウム塩水溶液等のマグネシウム原料と、水酸化カルシウム等のアルカリとを溶液反応させることで、前駆体としてのMg(OH)のスラリーを生成する。Mg(OH)のスラリーを生成したら、当該Mg(OH)スラリーを濾過および水洗することで、Mg(OH)のウェットケーキを生成する。Mg(OH)のウェットケーキを生成したら、Mg(OH)のウェットケーキを乾燥させ、所定の温度で焼成する。これにより、無機充填剤200の微粉末が生成される。
ここで、上述のMg(OH)のウェットケーキを所定の温度で焼成するときに、Mg(OH)のウェットケーキを構成するMg(OH)粒子は、該粒子の外周側から徐々に脱水反応が進行し、MgOに変質していく。このとき、Mg(OH)粒子全体を完全にMgOに変質させるのではなく、当該変質の途中で焼成を止める。これにより、Mg(OH)粒子の外周側のみをMgOに変化させつつ、Mg(OH)粒子の中心側の少なくとも一部にMg(OH)を残存させることができる。その結果、Mg(OH)を含む核部210と、核部210の外周を覆うように設けられる複数のMgO粒子240を含む被覆部230と、を有する無機充填剤200を形成することができる。
また、このとき、焼成条件(焼成温度、焼成時間等)を調整することで、無機充填剤200の1粒子中のMg(OH)の体積分率を、例えば、10%以上50%未満する。
無機充填剤200を生成したら、無機充填剤200のうち少なくとも一部を、シランカップリング剤により表面処理してもよい。
さらに、所定の粉砕処理を行うことで、無機充填剤200の体積平均粒径を調整してもよい。このとき、無機充填剤200の体積平均粒径を、例えば、5μm以下、好ましくは、1μm以下とする。
(S140:混合工程)
ポリエチレンを含むベース樹脂と、無機充填剤200と、有機過酸化物からなる架橋剤と、その他の添加剤(酸化防止剤、滑剤等)と、をバンバリミキサやニーダなどの混合機で混合(混練)し、混合材を形成する。混合材を形成したら、当該混合材を押出機で造粒する。これにより、絶縁層130を構成することとなるペレット状の樹脂組成物が形成される。なお、混練作用の高い2軸型の押出機を用いて、混合から造粒までの工程を一括して行ってもよい。
(S200:導体準備工程)
一方で、複数の導体芯線を撚り合わせることにより形成された導体110を準備する。
(S300:ケーブルコア形成工程(押出工程))
次に、3層同時押出機のうち、内部半導電層120を形成する押出機Aに、例えば、エチレン−エチルアクリレート共重合体と、導電性のカーボンブラックとが予め混合された内部半導電層用樹脂組成物を投入する。
絶縁層130を形成する押出機Bに、上記したペレット状の樹脂組成物を投入する。
外部半導電層140を形成する押出機Cに、押出機Aに投入した内部半導電層用樹脂組成物と同様の材料からなる外部半導電層用樹脂組成物を投入する。
次に、押出機A〜Cからのそれぞれの押出物をコモンヘッドに導き、導体110の外周に、内側から外側に向けて、内部半導電層120、絶縁層130および外部半導電層140を同時に押出す。その後、窒素ガスなどで加圧された架橋管内で、赤外線ヒータによる輻射により加熱したり、高温の窒素ガスまたはシリコーン油等の熱媒体を通じて熱伝達させたりすることにより、絶縁層130を架橋させる。これにより、導体110、内部半導電層120、絶縁層130および外部半導電層140により構成されるケーブルコアが形成される。
(S400:遮蔽層形成工程)
次に、外部半導電層140の外側に、例えば銅テープを巻回することにより遮蔽層150を形成する。
(S500:シース形成工程)
次に、押出機に塩化ビニルを投入して押出すことにより、遮蔽層150の外周に、シース160を形成する。
以上により、固体絶縁直流電力ケーブルとしての直流電力ケーブル10が製造される。
(4)本実施形態に係る効果
本実施形態によれば、以下に示す1つ又は複数の効果を奏する。
(a)絶縁層130中に添加される無機充填剤200は、Mg(OH)を含む核部210と、核部210の外周を覆うように設けられる複数のMgO粒子240を含む被覆部230と、を有している。これにより、被覆部230の表面に、複数のMgO粒子240の外形に倣った微細な凹凸を形成することができる。被覆部230の表面に微細な凹凸を形成することで、直流電力ケーブル10が長期に亘って浸水した場合に、絶縁層130中に浸透した水分に起因したMgOからMg(OH)への変質を、無機充填剤200の表面の極一部のみで生じさせ、無機充填剤200の表面全体がMg(OH)へ変質するまでの期間を長くすることができる。つまり、無機充填剤200の表面において、MgOからなる部分を長期に亘り残存させることができる。
直流電力ケーブル10が長期に亘って浸水した場合であっても、無機充填剤200の表面にMgOからなる部分を残存させることで、無機充填剤200による空間電荷のトラップ能力を維持させることができる。これにより、絶縁層130中に局所的な空間電荷の蓄積が生じることを抑制することができる。その結果、長期の浸水に起因した絶縁層130の直流特性の低下を抑制することが可能となる。
(b)無機充填剤200の1粒子中のMg(OH)の体積分率は、10%以上50%未満である。Mg(OH)の体積分率を10%以上とすることで、無機充填剤200の表面に微細な凹凸を形成することができる。これにより、無機充填剤200による空間電荷のトラップ能力を充分に得ることができる。また、絶縁層130の長期耐水性を向上させることができる。また、Mg(OH)の体積分率を50%未満とすることで、無機充填剤200の表層側におけるMgOの割合を所定値以上とすることができる。これにより、絶縁層130の直流破壊電界強度が初期から低下することを抑制することができる。
(c)樹脂組成物中の無機充填剤200の含有量は、ベース樹脂を100質量部としたときに、0.1質量部以上5質量部以下である。無機充填剤200の含有量を0.1質量部以上とすることで、無機充填剤200にトラップされない空間電荷の増加を抑制することができる。これにより、絶縁層130の体積抵抗率の低下を抑制することができる。また、直流電力ケーブル10が長期に亘って浸水したときに、無機充填剤200の1粒子当たりに影響する水分量の過度な増加を抑制することができる。これにより、絶縁層130の長期耐水性を向上させることができる。また、無機充填剤200の含有量を5質量部以下とすることで、樹脂組成物による成形性を向上させることができ、絶縁層130中の無機充填剤200の分散性を向上させることができる。これにより、絶縁層130中に無機充填剤200が相対的に少ない領域が生じることを抑制することができる。その結果、絶縁層130の直流破壊電界強度の低下を抑制することができ、絶縁層130の長期耐水性の低下を抑制することができる。
(d)被覆部230は、核部210の外周全体を覆うように設けられている。つまり、Mg(OH)が含まれる核部210は、被覆部230の内側に隠れ、無機充填剤200の表面に露出していない。ここで、上述のように、Mg(OH)による空間電荷のトラップ能力は、MgOのそれよりも低い。このため、本実施形態のようにMg(OH)が含まれる核部210を無機充填剤200の表面に露出させないことで、無機充填剤200による空間電荷のトラップ能力を充分に確保することができる。
(e)Mg(OH)に対するMgOの接着性が高いため、被覆部230を構成する複数のMgO粒子240を核部210に対して強固に密着させることができる。これにより、当該無機充填剤200を含む樹脂組成物を混合したり、当該樹脂組成物により絶縁層130を押出成形したりしたとしても、核部210からのMgO粒子240の離散を抑制することができる。核部210からのMgO粒子240の離散を抑制することで、被覆部230の表面に、複数のMgO粒子240の外形に倣うように形成された微細な凹凸を維持し、Mg(OH)が含まれる核部210の露出を抑制することができる。その結果、様々な工程を経たとしても、無機充填剤200による空間電荷のトラップ能力を充分に確保することができる。
(f)無機充填剤200は、Mg(OH)を原料として焼成することにより形成される。これにより、核部210および被覆部230を有する無機充填剤200を容易に形成することができる。また、「気相法」と比較して、安価に無機充填剤200を形成することができる。
なお、「気相法」による無機充填剤の形成方法としては、まず、金属Mgを加熱して、Mgの蒸気を発生させる。Mgの蒸気を発生させたら、Mgの蒸気と酸素含有ガスとを接触させることにより、Mgの蒸気を酸化させる。これにより、MgOからなる無機充填剤の微粉末が生成される。気相法では、高純度のMgOが得られるものの、コストが高くなる。なお、気相法から形成される無機充填剤には、Mg(OH)は含まれない。
<本発明の他の実施形態>
以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
上述の実施形態では、樹脂組成物が、Mg(OH)を原料として焼成することにより形成される無機充填剤200を有する場合について説明したが、樹脂組成物が、気相法から形成されるMgOからなる無機充填剤をさらに有していてもよい。
上述の実施形態では、樹脂組成物がMgOを含む無機充填剤200を有する場合について説明したが、樹脂組成物は、カーボンブラックからなる無機充填剤をさらに有していてもよい。
上述の実施形態では、無機充填剤200がシランカップリング剤により表面処理されているとしたが、無機充填剤200は、シランカップリング剤により表面処理されていなくてもよい。または、無機充填剤200は、シランカップリング剤により表面処理されている粉末と、表面処理されていない粉末と、を混合させたものであってもよい。
次に、本発明に係る実施例を説明する。これらの実施例は本発明の一例であって、本発明はこれらの実施例により限定されない。
(1)直流電力ケーブルのサンプルについて
(1−1)樹脂組成物の準備(製造)
以下の配合剤をバンバリミキサによって混合し、押出機で造粒することで、ペレット状の樹脂組成物を製造した。ここでは、無機充填剤が異なる9つの樹脂組成物を製造した。
(ベース樹脂)
低密度ポリエチレン(LDPE)(密度d=0.920、MFR=1g/10min) 100質量部
(無機充填剤)
以下の無機充填剤A〜Fのうちのいずれかを用いた。
無機充填剤A:体積平均粒径0.5μm、Mg(OH)体積分率29.2%
無機充填剤B:体積平均粒径3.5μm、Mg(OH)体積分率29.2%
無機充填剤C:体積平均粒径3.5μm、Mg(OH)体積分率12.0%
無機充填剤D:体積平均粒径3.5μm、Mg(OH)体積分率52.9%
無機充填剤E:体積平均粒径3.5μm、Mg(OH)体積分率7.3%
(架橋剤)
2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン 1.3質量部
(その他添加剤)
滑剤:オレイン酸アミド 所定量
酸化防止剤:4,4′−チオビス(3−メチル−6−t−ブチルフェノール) 所定量
(1−2)直流電力ケーブルのサンプルの製造
次に、直径が14mmの希薄銅合金製の導体芯線を撚り合せることにより形成された導体を準備した。導体を準備したら、エチレン−エチルアクリレート共重合体を含む内部半導電層用樹脂組成物と、上述(1−1)で準備した絶縁層用の樹脂組成物と、内部半導電層用樹脂組成物と同様の材料からなる外部半導電層樹脂組成物と、をそれぞれ押出機A〜Cに投入した。押出機A〜Cからのそれぞれの押出物をコモンヘッドに導き、導体の外周に、内側から外側に向けて、内部半導電層、絶縁層および外部半導電層を同時に押出した。このとき、内部半導電層、絶縁層および外部半導電層の厚さを、それぞれ、1mm、14mm、1mmとした。その後、上述の押出成形物を約250℃で加熱することで、絶縁層用の樹脂組成物を架橋させた。その結果、中心から外周に向けて、導体、内部半導電層、絶縁層および外部半導電層を有する直流電力ケーブルのサンプルを製造した。
以上の工程により、無機充填剤が異なる9つの樹脂組成物のそれぞれを用い、直流電力ケーブルのサンプル1〜9を製造した。
(2)直流電力ケーブルのサンプルの評価
直流電力ケーブルのサンプル1〜9のそれぞれにおいて、以下の初期評価および長期浸水評価を行った。
(2−1)初期評価
(サンプル加工)
直流電力ケーブルのサンプル1〜9のそれぞれを外周面から桂剥きすることで、0.15mmの厚さを有する絶縁層のシートを形成した。
(体積抵抗率)
上記した絶縁層のシートを温度90℃のシリコーンオイル中に浸漬させ、直径25mmの平板電極を用いて、80kV/mmの直流電界を絶縁層のシートに印加することで、体積抵抗率を測定した。当該体積抵抗率が1×1015Ω・cm以上である場合を良好として評価した。
(直流破壊電界強度)
上記した絶縁層のシートを温度90℃のシリコーンオイル中に浸漬させ、直径25mmの平板電極を用いて、4kV/minの速度で印加電圧を上昇させた。絶縁層のシートが絶縁破壊に至ったときに、このときに印加していた電圧をシート厚さで除算することで、該絶縁層のシートの直流破壊電界強度を求めた。当該直流破壊電界強度が250kV/mm以上である場合を良好として評価した。
(空間電荷特性)
パルス静電応力法(PEA法:Pulsed Electro−Acoustic Method)による空間電荷測定装置(ファイブラボ社製)を用い、絶縁層のシートの空間電荷特性を評価した。具体的には、温度30℃および大気圧の条件下で、絶縁層のシートに対して50kV/mmの直流電界を1時間に亘って連続的に印加し、当該シートの内部の最大電界を測定した。このとき、上述の式(1)により、電界強調係数FEFを求めた。当該電界強調係数FEFが1.15未満である場合をA(良好)とし、FEFが1.15以上である場合をB(不良)として評価した。
(2−2)長期浸水評価
(浸水試験およびサンプル加工)
直流電力ケーブルのサンプル1〜9のそれぞれを長さ500mmに切断し、切断ケーブルの端部より水が浸透しないように、当該端部をシリコーンゴムで密閉(封止)した。その後、当該切断ケーブルを温度40℃の水槽内に30日間浸漬させた。なお、切断ケーブルの端部を浸漬させない状態とした。浸漬後、切断ケーブルの中央部を外周面から桂剥きすることで、0.15mmの厚さを有する絶縁層のシートを形成した。
(体積抵抗率、直流破壊電界強度、空間電荷特性)
上記した浸漬後の絶縁層のシートについて、初期評価と同様に、体積抵抗率、直流破壊電界強度および空間電荷特性の評価を行った。
(3)結果
直流電力ケーブルのサンプルの評価を行った結果を以下の表1に示す。なお、表1において、配合剤の含有量の単位は、「質量部」である。また、無機充填剤の体積平均粒径を「MV」と記載し、無機充填剤におけるMg(OH)の体積分率を「Mg(OH)VF」と記載している。また、初期評価の結果を「初期」と記載し、浸水評価の結果を「浸水後」と記載している。
(サンプル6)
Mg(OH)の体積分率が50%以上である無機充填剤Dを用いたサンプル6では、直流破壊電界強度が初期から250kV/mm未満であった。当該サンプル6では、無機充填剤の粒子が崩壊していたため、崩壊粒子の局所的な集合スポットが形成されていたと考えられる。
(サンプル7)
Mg(OH)の体積分率が10%未満である無機充填剤Eを用いたサンプル7では、空間電荷特性が初期からBであった。当該サンプル7では、無機充填剤の表面に充分な凹凸が形成されていなかったため、無機充填剤による空間電荷のトラップ能力を充分に得ることができなかったと考えられる。
また、サンプル7では、浸水後の直流破壊電界強度が250kV/mm未満であり、浸水後の空間電荷特性がBであった。当該サンプル7では、上述のように無機充填剤の表面に充分な凹凸が形成されていなかったため、無機充填剤の表面全体がMg(OH)に早く変質してまったと考えられる。このため、絶縁層の長期耐水性が得られなかったと考えられる。
(サンプル8)
無機充填剤Aの含有量を0.1質量部未満としたサンプル8では、体積抵抗率が初期から1×1015Ω・cm未満であった。当該サンプル8では、無機充填剤の含有量が少なかったため、無機充填剤にトラップされない空間電荷が増加していたと考えられる。このため、絶縁層の体積抵抗率が低下したと考えられる。
また、サンプル8では、浸水後の体積抵抗率、直流破壊電界強度および空間電荷特性がいずれも不良であった。当該サンプル8では、直流電力ケーブルが長期に亘って浸水したときに、無機充填剤の1粒子当たりに影響する水分量が過度に多くなったと考えられる。このため、絶縁層の長期耐水性が低下したと考えられる。
(サンプル9)
無機充填剤Aの含有量を5質量部超としたサンプル9では、直流破壊電界強度が初期から250kV/mm未満であった。また、サンプル9では、浸水後の体積抵抗率および直流破壊電界強度が不良であった。
当該サンプル9では、無機充填剤Aの含有量が多かったため、樹脂組成物の成形性が低下し、絶縁層中の無機充填剤の分散性が低下していたと考えられる。このため、絶縁層中に無機充填剤が相対的に少ない領域が生じていたと考えられる。その結果、絶縁層の直流破壊電界強度が初期から低下したり、絶縁層の長期耐水性が低下したりしたと考えられる。
(サンプル1〜5)
Mg(OH)の体積分率が10%以上50%未満である無機充填剤A〜Cのいずれかを用い、無機充填剤の含有量を0.1質量部以上5質量部以下としたサンプル1〜5では、初期の体積抵抗率、直流破壊電界強度および空間電荷特性がいずれも良好であり、浸水後の体積抵抗率、直流破壊電界強度および空間電荷特性もいずれも良好であった。
当該サンプル1〜5では、Mg(OH)の体積分率を50%未満とすることで、無機充填剤の表層側におけるMgOの割合を所定値以上とすることができた。これにより、無機充填剤の崩壊を抑制することができ、崩壊粒子の局所的な集合を抑制することができた。その結果、サンプル1〜5では、絶縁層の直流破壊電界強度が初期から低下することを抑制することができたことを確認した。
また、当該サンプル1〜5では、Mg(OH)の体積分率を10%以上とすることで、無機充填剤の表面に微細な凹凸が形成されていた(図3参照)。これにより、サンプル1〜5では、無機充填剤による空間電荷のトラップ能力を充分に得ることができ、初期から空間電荷特性を向上させることができたことを確認した。
また、当該サンプル1〜5では、無機充填剤の表面に微細な凹凸が形成されていたことで、長期浸水時に、無機充填剤の表面全体がMg(OH)へ変質することを遅らせることができ、無機充填剤の表面にMgOからなる部分を残存させることができた。これにより、サンプル1〜5では、長期の浸水に起因した絶縁層の直流特性の低下を抑制することができたことを確認した。
また、当該サンプル1〜5では、無機充填剤の含有量を0.1質量部以上とすることで、無機充填剤200にトラップされない空間電荷の増加を抑制することができた。これにより、サンプル1〜5では、初期から絶縁層の体積抵抗率の低下を抑制することができたことを確認した。
また、当該サンプル1〜5では、無機充填剤の含有量を0.1質量部以上とすることで、直流電力ケーブルが長期に亘って浸水したときに、無機充填剤の1粒子当たりに影響する水分量の過度な増加を抑制することができた。これにより、サンプル1〜5では、絶縁層の長期耐水性を向上させることができたことを確認した。
また、当該サンプル1〜5では、無機充填剤の含有量を5質量部以下とすることで、樹脂組成物による成形性を向上させることができ、絶縁層中の無機充填剤の分散性を向上させることができた。これにより、絶縁層中に無機充填剤が相対的に少ない領域が生じることを抑制するができた。その結果、サンプル1〜5では、絶縁層の直流破壊電界強度の低下を抑制することができ、絶縁層の長期耐水性の低下を抑制することができたことを確認した。
<本発明の好ましい態様>
以下、本発明の好ましい態様を付記する。
(付記1)
ポリオレフィンを含むベース樹脂と、
無機充填剤と、
を有する樹脂組成物であって、
前記無機充填剤は、
Mg(OH)を含む核部と、
前記核部の外周を覆うように設けられる複数のMgO粒子を含む被覆部と、
を有し、
前記樹脂組成物中の前記無機充填剤の含有量は、前記ベース樹脂を100質量部としたときに、0.1質量部以上5質量部以下であり、
前記無機充填剤の1粒子中のMg(OH)の体積分率は、10%以上50%未満である
樹脂組成物。
(付記2)
ポリオレフィンを含むベース樹脂と、
無機充填剤と、
を有する樹脂組成物であって、
前記無機充填剤は、
Mg(OH)を含む核部と、
前記核部の外周を覆うように設けられる複数のMgO粒子を含む被覆部と、
を有し、
前記樹脂組成物を用いて絶縁層を形成した直流電力ケーブルを作製し、前記直流電力ケーブルを温度40℃の水槽内に30日間浸漬させた後に、前記直流電力ケーブルの前記絶縁層を桂剥きすることで0.15mmの厚さを有する前記絶縁層のシートを形成した場合に、温度90℃および直流電界80kV/mmの条件下で測定した前記絶縁層のシートの体積抵抗率は、1×1015Ω・cm以上である
樹脂組成物。
(付記3)
ポリオレフィンを含むベース樹脂と、
無機充填剤と、
を有する樹脂組成物であって、
前記無機充填剤は、
Mg(OH)を含む核部と、
前記核部の外周を覆うように設けられる複数のMgO粒子を含む被覆部と、
を有し、
前記樹脂組成物を用いて絶縁層を形成した直流電力ケーブルを作製し、前記直流電力ケーブルを温度40℃の水槽内に30日間浸漬させた後に、前記直流電力ケーブルの前記絶縁層を桂剥きすることで0.15mmの厚さを有する前記絶縁層のシートを形成した場合に、温度90℃の条件下で測定した前記絶縁層のシートの絶縁破壊電界強度は、250kV/mm以上である
樹脂組成物。
(付記4)
ポリオレフィンを含むベース樹脂と、
無機充填剤と、
を有する樹脂組成物であって、
前記無機充填剤は、
Mg(OH)を含む核部と、
前記核部の外周を覆うように設けられる複数のMgO粒子を含む被覆部と、
を有し、
前記樹脂組成物を用いて絶縁層を形成した直流電力ケーブルを作製し、前記直流電力ケーブルを温度40℃の水槽内に30日間浸漬させた後に、前記直流電力ケーブルの前記絶縁層を桂剥きすることで0.15mmの厚さを有する前記絶縁層のシートを形成した場合に、温度30℃および大気圧の条件下で前記絶縁層のシートに50kV/mmの直流電界を印加したときの、下記の式(1)により求められる電界強調係数FEFは、1.15未満である
樹脂組成物。
FEF=E/(V/T) ・・・(1)
(ただし、Vは前記シートに印加した電圧(kV)であり、Tは前記シートの厚さ(mm)であり、Eは前記シートの内部の最大電界(kV/mm)である。)
(付記5)
前記被覆部の表面には、前記複数のMgO粒子の外形に倣った凹凸が形成されている
付記1〜4のいずれか1つに記載の樹脂組成物。
(付記6)
前記被覆部では、前記複数のMgO粒子が前記核部の外周に凝集して密着している
付記1〜5のいずれか1つに記載の樹脂組成物。
(付記7)
前記被覆部は、前記核部の外周全体を覆うように設けられる
付記1〜6のいずれか1つに記載の樹脂組成物。
(付記8)
ポリオレフィンを含むベース樹脂と、
少なくともMgOを含む無機充填剤と、
を有する樹脂組成物であって、
前記無機充填剤は、
X線光電子分光法により前記無機充填剤の表面側から放出される光電子のエネルギースペクトルを測定したときに、MgOに由来するピークを示すのに対して、Mg(OH)に由来するピークを示さず、
フーリエ変換赤外分光法により前記無機充填剤を透過した赤外光に基づいて前記無機充填剤の赤外吸収スペクトルを測定したときに、Mg(OH)に由来するピークを示し、
前記樹脂組成物中の前記無機充填剤の含有量は、前記ベース樹脂を100質量部としたときに、0.1質量部以上5質量部以下であり、
前記無機充填剤の1粒子中のMg(OH)の体積分率は、10%以上50%未満である
樹脂組成物。
(付記9)
前記無機充填剤は、Mg(OH)を原料として焼成することにより形成される
付記1〜8のいずれか1つに記載の樹脂組成物。
(付記10)
前記無機充填剤の体積平均粒径は、5μm以下である
付記1〜9のいずれか1つに記載の樹脂組成物。
(付記11)
無機充填剤であって、
Mg(OH)を含む核部と、
前記核部の外周を覆うように設けられる複数のMgO粒子を含む被覆部と、
を有し、
前記無機充填剤の1粒子中のMg(OH)の体積分率は、10%以上50%未満である
無機充填剤。
(付記12)
無機充填剤であって、
X線光電子分光法により前記無機充填剤の表面側から放出される光電子のエネルギースペクトルを測定したときに、MgOに由来するピークを示すのに対して、Mg(OH)に由来するピークを示さず、
フーリエ変換赤外分光法により前記無機充填剤を透過した赤外光に基づいて前記無機充填剤の赤外吸収スペクトルを測定したときに、Mg(OH)に由来するピークを示し、
前記無機充填剤の1粒子中のMg(OH)の体積分率は、10%以上50%未満である
無機充填剤。
(付記13)
導体と、
前記導体の外周を覆うように設けられる絶縁層と、
を備える直流電力ケーブルであって、
前記絶縁層は、ポリオレフィンを含むベース樹脂と、無機充填剤と、を有する樹脂組成物により構成され、
前記無機充填剤は、Mg(OH)を含む核部と、前記核部の外周を覆うように設けられる複数のMgO粒子を含む被覆部と、を有し、
前記樹脂組成物中の前記無機充填剤の含有量は、前記ベース樹脂を100質量部としたときに、0.1質量部以上5質量部以下であり、
前記無機充填剤の1粒子中のMg(OH)の体積分率は、10%以上50%未満である
直流電力ケーブル。
(付記14)
導体と、
前記導体の外周を覆うように設けられる絶縁層と、
を備える直流電力ケーブルであって、
前記絶縁層は、ポリオレフィンを含むベース樹脂と、無機充填剤と、を有する樹脂組成物により構成され、
前記無機充填剤は、Mg(OH)を含む核部と、前記核部の外周を覆うように設けられる複数のMgO粒子を含む被覆部と、を有し、
前記直流電力ケーブルを温度40℃の水槽内に30日間浸漬させた後に、該直流電力ケーブルの前記絶縁層を桂剥きすることで0.15mmの厚さを有する前記絶縁層のシートを形成した場合に、温度90℃および直流電界80kV/mmの条件下で測定した前記絶縁層のシートの体積抵抗率は、1×1015Ω・cm以上である
直流電力ケーブル。
(付記15)
導体と、
前記導体の外周を覆うように設けられる絶縁層と、
を備える直流電力ケーブルであって、
前記絶縁層は、ポリオレフィンを含むベース樹脂と、無機充填剤と、を有する樹脂組成物により構成され、
前記無機充填剤は、Mg(OH)を含む核部と、前記核部の外周を覆うように設けられる複数のMgO粒子を含む被覆部と、を有し、
前記直流電力ケーブルを温度40℃の水槽内に30日間浸漬させた後に、該直流電力ケーブルの前記絶縁層を桂剥きすることで0.15mmの厚さを有する前記絶縁層のシートを形成した場合に、温度90℃の条件下で測定した前記絶縁層のシートの絶縁破壊電界強度は、250kV/mm以上である
直流電力ケーブル。
(付記16)
導体と、
前記導体の外周を覆うように設けられる絶縁層と、
を備える直流電力ケーブルであって、
前記絶縁層は、ポリオレフィンを含むベース樹脂と、無機充填剤と、を有する樹脂組成物により構成され、
前記無機充填剤は、Mg(OH)を含む核部と、前記核部の外周を覆うように設けられる複数のMgO粒子を含む被覆部と、を有し、
前記直流電力ケーブルを温度40℃の水槽内に30日間浸漬させた後に、該直流電力ケーブルの前記絶縁層を桂剥きすることで0.15mmの厚さを有する前記絶縁層のシートを形成した場合に、温度30℃および大気圧の条件下で前記絶縁層のシートに50kV/mmの直流電界を印加したときの、下記の式(1)により求められる電界強調係数FEFは、1.15未満である
直流電力ケーブル。
FEF=E/(V/T) ・・・(1)
(ただし、Vは前記シートに印加した電圧(kV)であり、Tは前記シートの厚さ(mm)であり、Eは前記シートの内部の最大電界(kV/mm)である。)
(付記17)
導体と、
前記導体の外周を覆うように設けられる絶縁層と、
を備える直流電力ケーブルであって、
前記絶縁層は、ポリオレフィンを含むベース樹脂と、少なくともMgOを含む無機充填剤と、を有する樹脂組成物により構成され、
前記無機充填剤は、
X線光電子分光法により該無機充填剤の表面側から放出される光電子のエネルギースペクトルを測定したときに、MgOに由来するピークを示すのに対して、Mg(OH)に由来するピークを示さず、
フーリエ変換赤外分光法により該無機充填剤を透過した赤外光に基づいて前記無機充填剤の赤外吸収スペクトルを測定したときに、Mg(OH)に由来するピークを示し、
前記無機充填剤の1粒子中のMg(OH)の体積分率は、10%以上50%未満である
直流電力ケーブル。
(付記18)
ポリオレフィンを含むベース樹脂と、無機充填剤と、を有する樹脂組成物を準備する工程と、
前記樹脂組成物を用い、導体の外周を覆うように絶縁層を形成する工程と、
を備え、
前記樹脂組成物を準備する工程は、
Mg(OH)を含む核部と、前記核部の外周を覆うように設けられる複数のMgO粒子を含む被覆部と、を有する前記無機充填剤を準備する工程と、
前記無機充填剤の含有量を、前記ベース樹脂を100質量部としたときに、0.1質量部以上5質量部以下となるように、前記樹脂組成物を混合する工程と、
を有し、
前記無機充填剤を準備する工程では、
前記無機充填剤の1粒子中のMg(OH)の体積分率を、10%以上50%未満とする
直流電力ケーブルの製造方法。
(付記19)
前記無機充填剤を準備する工程では、
Mg(OH)を原料として焼成することにより前記無機充填剤を形成する
付記18に記載の直流電力ケーブルの製造方法。
10 直流電力ケーブル
110 導体
120 内部半導電層
130 絶縁層
140 外部半導電層
150 遮蔽層
160 シース
200 無機充填剤
210 核部
220 Mg(OH)粒子
230 被覆部
240 MgO粒子

Claims (17)

  1. 直流電力ケーブルの絶縁層を構成する樹脂組成物であって、
    ポリオレフィンを含むベース樹脂と、
    無機充填剤と、
    を有
    前記無機充填剤は、
    Mg(OH)を含む核部と、
    前記核部の外周を覆うように設けられる複数のMgO粒子を含む被覆部と、
    を有し、
    前記樹脂組成物中の前記無機充填剤の含有量は、前記ベース樹脂を100質量部としたときに、0.1質量部以上5質量部以下であり、
    前記無機充填剤の1粒子中のMg(OH)の体積分率は、10%以上50%未満である
    樹脂組成物。
  2. 直流電力ケーブルの絶縁層を構成する樹脂組成物であって、
    ポリオレフィンを含むベース樹脂と、
    無機充填剤と、
    を有
    前記無機充填剤は、
    Mg(OH)を含む核部と、
    前記核部の外周を覆うように設けられる複数のMgO粒子を含む被覆部と、
    を有し、
    前記樹脂組成物を用いて絶縁層を形成した直流電力ケーブルを作製し、前記直流電力ケーブルを温度40℃の水槽内に30日間浸漬させた後に、前記直流電力ケーブルの前記絶縁層を桂剥きすることで0.15mmの厚さを有する前記絶縁層のシートを形成した場合に、温度90℃および直流電界80kV/mmの条件下で測定した前記絶縁層のシートの体積抵抗率は、1×1015Ω・cm以上である
    樹脂組成物。
  3. 直流電力ケーブルの絶縁層を構成する樹脂組成物であって、
    ポリオレフィンを含むベース樹脂と、
    無機充填剤と、
    を有
    前記無機充填剤は、
    Mg(OH)を含む核部と、
    前記核部の外周を覆うように設けられる複数のMgO粒子を含む被覆部と、
    を有し、
    前記樹脂組成物を用いて絶縁層を形成した直流電力ケーブルを作製し、前記直流電力ケーブルを温度40℃の水槽内に30日間浸漬させた後に、前記直流電力ケーブルの前記絶縁層を桂剥きすることで0.15mmの厚さを有する前記絶縁層のシートを形成した場合に、温度90℃の条件下で測定した前記絶縁層のシートの絶縁破壊電界強度は、250kV/mm以上である
    樹脂組成物。
  4. 直流電力ケーブルの絶縁層を構成する樹脂組成物であって、
    ポリオレフィンを含むベース樹脂と、
    無機充填剤と、
    を有
    前記無機充填剤は、
    Mg(OH)を含む核部と、
    前記核部の外周を覆うように設けられる複数のMgO粒子を含む被覆部と、
    を有し、
    前記樹脂組成物を用いて絶縁層を形成した直流電力ケーブルを作製し、前記直流電力ケーブルを温度40℃の水槽内に30日間浸漬させた後に、前記直流電力ケーブルの前記絶縁層を桂剥きすることで0.15mmの厚さを有する前記絶縁層のシートを形成した場合に、温度30℃および大気圧の条件下で前記絶縁層のシートに50kV/mmの直流電界を印加した場合に、Vを前記シートに印加した電圧(kV)とし、Tを前記シートの厚さ(mm)とし、Eを前記シートの内部の最大電界(kV/mm)としたときの、下記の式(1)により求められる電界強調係数FEFは、1.15未満である
    樹脂組成物。
    FEF=E/(V/T) ・・・(1)
  5. 前記被覆部の表面には、前記複数のMgO粒子の外形に倣った凹凸が形成されている
    請求項1〜4のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
  6. 直流電力ケーブルの絶縁層を構成する樹脂組成物であって、
    ポリオレフィンを含むベース樹脂と、
    少なくともMgOを含む無機充填剤と、
    を有
    前記無機充填剤は、
    X線光電子分光法により前記無機充填剤の表面側から放出される光電子のエネルギースペクトルを測定したときに、MgOに由来するピークを示すのに対して、Mg(OH)に由来するピークを示さず、
    フーリエ変換赤外分光法により前記無機充填剤を透過した赤外光に基づいて前記無機充填剤の赤外吸収スペクトルを測定したときに、Mg(OH)に由来するピークを示し、
    前記樹脂組成物中の前記無機充填剤の含有量は、前記ベース樹脂を100質量部としたときに、0.1質量部以上5質量部以下であり、
    前記無機充填剤の1粒子中のMg(OH)の体積分率は、10%以上50%未満である
    樹脂組成物。
  7. 前記無機充填剤は、Mg(OH)を原料として焼成することにより形成される
    請求項1〜6のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
  8. 前記無機充填剤の体積平均粒径は、5μm以下である
    請求項1〜7のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
  9. 直流電力ケーブルの絶縁層を構成する樹脂組成物に配合され、ポリオレフィンを含むベース樹脂中に添加される無機充填剤であって、
    Mg(OH)を含む核部と、
    前記核部の外周を覆うように設けられる複数のMgO粒子を含む被覆部と、
    を有し、
    前記無機充填剤の1粒子中のMg(OH)の体積分率は、10%以上50%未満である
    無機充填剤。
  10. 直流電力ケーブルの絶縁層を構成する樹脂組成物に配合され、ポリオレフィンを含むベース樹脂中に添加される無機充填剤であって、
    X線光電子分光法により前記無機充填剤の表面側から放出される光電子のエネルギースペクトルを測定したときに、MgOに由来するピークを示すのに対して、Mg(OH)に由来するピークを示さず、
    フーリエ変換赤外分光法により前記無機充填剤を透過した赤外光に基づいて前記無機充填剤の赤外吸収スペクトルを測定したときに、Mg(OH)に由来するピークを示し、
    前記無機充填剤の1粒子中のMg(OH)の体積分率は、10%以上50%未満である
    無機充填剤。
  11. 前記ベース樹脂100質量部に対して、0.1質量部以上5質量部以下の配合量で添加される
    請求項9又は10に記載の無機充填剤。
  12. 導体と、
    前記導体の外周に設けられた絶縁層と、
    を備える直流電力ケーブルであって、
    前記絶縁層は、ポリオレフィンを含むベース樹脂と、無機充填剤と、を有する樹脂組成物により構成され、
    前記無機充填剤は、Mg(OH)を含む核部と、前記核部の外周に設けられた複数のMgO粒子を含む被覆部と、を有し、
    前記樹脂組成物中の前記無機充填剤の含有量は、前記ベース樹脂を100質量部としたときに、0.1質量部以上5質量部以下であり、
    前記無機充填剤の1粒子中のMg(OH)の体積分率は、10%以上50%未満である
    直流電力ケーブル。
  13. 導体と、
    前記導体の外周に設けられた絶縁層と、
    を備える直流電力ケーブルであって、
    前記絶縁層は、ポリオレフィンを含むベース樹脂と、無機充填剤と、を有する樹脂組成物により構成され、
    前記無機充填剤は、Mg(OH)を含む核部と、前記核部の外周に設けられた複数のMgO粒子を含む被覆部と、を有し、
    前記直流電力ケーブルを温度40℃の水槽内に30日間浸漬させた後に、該直流電力ケーブルの前記絶縁層を桂剥きすることで0.15mmの厚さを有する前記絶縁層のシートを形成した場合に、温度90℃および直流電界80kV/mmの条件下で測定した前記絶縁層のシートの体積抵抗率は、1×1015Ω・cm以上である
    直流電力ケーブル。
  14. 導体と、
    前記導体の外周に設けられた絶縁層と、
    を備える直流電力ケーブルであって、
    前記絶縁層は、ポリオレフィンを含むベース樹脂と、無機充填剤と、を有する樹脂組成物により構成され、
    前記無機充填剤は、Mg(OH)を含む核部と、前記核部の外周に設けられた複数のMgO粒子を含む被覆部と、を有し、
    前記直流電力ケーブルを温度40℃の水槽内に30日間浸漬させた後に、該直流電力ケーブルの前記絶縁層を桂剥きすることで0.15mmの厚さを有する前記絶縁層のシートを形成した場合に、温度90℃の条件下で測定した前記絶縁層のシートの絶縁破壊電界強度は、250kV/mm以上である
    直流電力ケーブル。
  15. 導体と、
    前記導体の外周に設けられた絶縁層と、
    を備える直流電力ケーブルであって、
    前記絶縁層は、ポリオレフィンを含むベース樹脂と、無機充填剤と、を有する樹脂組成物により構成され、
    前記無機充填剤は、Mg(OH)を含む核部と、前記核部の外周に設けられた複数のMgO粒子を含む被覆部と、を有し、
    前記直流電力ケーブルを温度40℃の水槽内に30日間浸漬させた後に、該直流電力ケーブルの前記絶縁層を桂剥きすることで0.15mmの厚さを有する前記絶縁層のシートを形成し、温度30℃および大気圧の条件下で前記絶縁層のシートに50kV/mmの直流電界を印加した場合に、Vを前記シートに印加した電圧(kV)とし、Tを前記シートの厚さ(mm)とし、Eを前記シートの内部の最大電界(kV/mm)としたときの、下記の式(1)により求められる電界強調係数FEFは、1.15未満である
    直流電力ケーブル。
    FEF=E/(V/T) ・・・(1)
  16. 導体と、
    前記導体の外周に設けられた絶縁層と、
    を備える直流電力ケーブルであって、
    前記絶縁層は、ポリオレフィンを含むベース樹脂と、少なくともMgOを含む無機充填剤と、を有する樹脂組成物により構成され、
    前記無機充填剤は、
    X線光電子分光法により該無機充填剤の表面側から放出される光電子のエネルギースペクトルを測定したときに、MgOに由来するピークを示すのに対して、Mg(OH)に由来するピークを示さず、
    フーリエ変換赤外分光法により該無機充填剤を透過した赤外光に基づいて前記無機充填剤の赤外吸収スペクトルを測定したときに、Mg(OH)に由来するピークを示し、
    前記無機充填剤の1粒子中のMg(OH)の体積分率は、10%以上50%未満である
    直流電力ケーブル。
  17. ポリオレフィンを含むベース樹脂と、無機充填剤と、を有する樹脂組成物を準備する工程と、
    前記樹脂組成物を用い、導体の外周に絶縁層を形成する工程と、
    を備え、
    前記樹脂組成物を準備する工程は、
    Mg(OH)を含む核部と、前記核部の外周に設けられた複数のMgO粒子を含む被覆部と、を有する前記無機充填剤を準備する工程と、
    前記無機充填剤の含有量を、前記ベース樹脂を100質量部としたときに、0.1質量部以上5質量部以下となるように、前記樹脂組成物を混合する工程と、
    を有し、
    前記無機充填剤を準備する工程では、
    前記無機充填剤の1粒子中のMg(OH)の体積分率を、10%以上50%未満とする
    直流電力ケーブルの製造方法。
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