JP6730359B2 - 絶縁電線 - Google Patents
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Description
以下、本発明の一実施形態について説明する。なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
まず、本実施形態の絶縁電線に使用する含フッ素エラストマ組成物について説明する。
本明細書において、ベースポリマとは、含フッ素エラストマ組成物に含まれるポリマ成分及びゴム成分を意味する。ベースポリマ(A)は、テトラフルオロエチレンと炭素数2〜4のαオレフィンとの共重合体(a1)およびエチレン−アクリル酸エチル共重合体(a2)を含む。
テトラフルオロエチレンと炭素数2〜4のαオレフィンとの共重合体(a1)(以下、単に(a1)成分ともいう)は、含フッ素エラストマに相当し、耐熱性や難燃性、機械的特性、耐油性、耐薬品性、電気特性などに優れる成分である。
本実施形態では、含フッ素エラストマ組成物中の(a1)成分の割合を減らすため、エチレン−アクリル酸エチル共重合体(a2)(以下、単に(a2)成分ともいう)を用いる。なお、(a2)成分において、エチレン、アクリル酸エチルそれぞれの比率は、特に限定されず、適宜変更してもよい。
エチレン−アクリル酸エチル−無水マレイン酸三元共重合体を用いた場合は、無水マレイン酸は極性が高く反応性もあることから、接着性もあり、押出成型直後に電線同士が粘着してしまう問題がある。このため、含フッ素エラストマ組成物には、エチレン−アクリル酸エチル−無水マレイン酸三元共重合体を含まない。
(a1)成分に比して(a2)成分の方が難燃性が低いため、本実施形態では、(a1)成分の割合の低下に伴う難燃性の低下を補完するとともに難燃性をさらに向上させる目的で、含フッ素エラストマ組成物に難燃剤(B)を配合する。そして、難燃剤(B)として、少なくともアンチモン化合物(b1)および臭素系難燃剤(b2)を用いる。例えば、臭素系難燃剤(b2)のみを用いるといったように1種を単独で配合する場合、高い難燃性を得るには多量に配合する必要がある。しかし、1種のみを多量に配合すると、含フッ素エラストマ組成物の難燃性は向上できるものの、耐熱性が大きく損なわれてしまう。この点、アンチモン化合物(b1)および臭素系難燃剤(b2)を併用することで、各配合量を少なくすることができ、耐熱性を大きく損なうことなく、難燃性を向上させることができる。
含フッ素エラストマ組成物は、上述の各成分を以下の配合比で含有する。
ベースポリマ(A)は、テトラフルオロエチレンと炭素数2〜4のαオレフィンとの共重合体(a1)を70質量%以上98質量%以下と、エチレン−アクリル酸エチル共重合体(a2)を2質量%以上30質量%以下含有する。(a2)成分を2質量%よりも少なく配合すると、含フッ素エラストマ組成物中の(a1)成分の割合を小さくできず、コストを十分に低減できなくなる。一方、(a2)成分を30質量%よりも多く配合すると、含フッ素エラストマ組成物において機械的特性、耐熱性および難燃性を高い水準でバランスよく得ることが困難となる。
尚、ベースポリマ(A)は、好ましくは、テトラフルオロエチレンと炭素数2〜4のαオレフィンとの共重合体(a1)を70質量%以上90質量%以下と、エチレン−アクリル酸エチル共重合体(a2)を10質量%以上30質量%以下含有する。
難燃剤(B)は、ベースポリマ(A)100質量部に対して、アンチモン化合物(b1)を1質量部以上9質量部以下、臭素系難燃剤(b2)を0.3質量部以上15質量部以下含有する。(b1)成分および(b2)成分のいずれかの配合量が規定範囲よりも少なくなると、絶縁層12において十分な難燃性が得られなくなる。一方、(b1)成分および(b2)成分のいずれかの配合量が規定範囲よりも多くなると、絶縁層12において難燃性は得られるものの、耐熱性が低下してしまう。
すなわち、各成分の配合量を上記規定範囲内とすることにより、含フッ素エラストマ組成物のコストを抑えつつ、絶縁層12において機械的特性、耐熱性および難燃性を高い水準で満たすことができる。
尚、アンチモン化合物(b1)の含有量は、好ましくはベースポリマ(A)100質量部に対して、3質量部以上9質量部以下、より好ましくは3質量部以上7質量部以下である。臭素系難燃剤(b2)の含有量は、好ましくは、ベースポリマ(A)100質量部に対して、5質量部以上15質量部以下、より好ましくは5質量部以上10質量部以下である。
含フッ素エラストマ組成物には、上述した成分以外に、その他の添加剤が配合されてもよい。
次に、上述の含フッ素エラストマ組成物を使用して作製される絶縁電線について図を参照しながら説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る絶縁電線の長さ方向に垂直な断面図である。
本実施形態では、ベースポリマ(A)に難燃剤(B)としてアンチモン化合物(b1)および臭素系難燃剤(b2)を所定量配合することにより、(a1)成分の含有比率の低下(減量)による難燃性の低下を補完してこれを向上させることができる。
このように、本実施形態によれば、ベースポリマが含フッ素エラストマのみからなる含フッ素エラストマ組成物よりも安価であり、かつ機械的特性、耐熱性および難燃性に優れる絶縁電線10を得ることができる。
また、絶縁層12は、耐熱性に優れており、絶縁電線10を高温環境下に長期間にわたって放置した場合であっても劣化しにくく、機械的特性を高く維持することができる。具体的には、絶縁層12は、250℃で4日間、熱老化させたときに、引張強さ残率が80%以上、伸び残率が80%以上となる耐熱性を有する。
また、絶縁層12は、絶縁電線10に対してUL758に準拠した垂直燃焼試験を行ったときに1分以内に自己消火するといった難燃性を有する。
・テトラフルオロエチレン−プロピレン共重合体:旭硝子株式会社製「アフラス150E」
(a2)成分
・エチレン−アクリル酸エチル共重合体:NUC製「NUC−6170」
・エチレン−アクリル酸エチル共重合体:日本ポリエチレン製「A1150」
アンチモン化合物(b1)
・三酸化アンチモン(Sb2O3):中国Twinkling Star製
臭素系難燃剤(b2)
・エチレンビス(ペンタブロモベンゼン)):アルベマール株式会社「サイテックス8010」
その他の添加剤
・架橋剤(有機過酸化物;α,α’−ジ(ターシャルブチルパーオキサイド)ジイソプロピルベンゼン):日本油脂株式会社製「パーブチルP」
・架橋助剤(アリル型化合物):日本化成製「トリアリルイソシアヌレート」
・受酸剤(酸化マグネシウム):協和化学工業製「キョーワマグ30」
・充填剤(シリカ):日本アエロジル株式会社製「アエロジルR−972」
・充填剤(炭酸カルシウム):白石工業株式会社「ソフトン1200」
(実施例1)
まず、下記表1に示す配合で、絶縁層を形成するための含フッ素エラストマ組成物を調製した。具体的には、(a1)成分であるテトラフルオロエチレン−プロピレン共重合体を70質量%と、(a2)成分であるエチレン−アクリル酸エチル共重合体(EA量18%、MFR6)を30質量%とを混合してベースポリマ(A)とし、このベースポリマ(A)100質量部に対して、難燃剤(B)としてアンチモン化合物(b1)を7質量部、臭素系難燃剤(b2)を10質量部、架橋剤(有機過酸化物)を2質量部、架橋助剤(アリル型化合物)を5質量部、受酸剤(酸化マグネシウム)を1質量部、無機充填剤(シリカ)を10質量部、無機充填剤(炭酸カルシウム)を10質量部添加し、これらをロールで混練することで、実施例1の含フッ素エラストマ組成物を調製した。
続いて、調製した含フッ素エラストマ組成物を、40mm押出機を用いて、外径0.9mmの導体(錫メッキ銅撚線)の外周上に厚さ0.4mmで押し出した。その後、13気圧のスチームにて3分間架橋を行い、絶縁層を架橋させて実施例1の絶縁電線を作製した。なお、40mm押出機では、シリンダーの温度を80℃に、ヘッド温度を90℃に、ダイス温度を100℃にそれぞれ設定した。
実施例2,3では、(a1)成分と(a2)成分の混合比率を変更した以外は、実施例1と同様に含フッ素エラストマ組成物を調製して絶縁電線を作製した。
実施例4では、アンチモン化合物(b1)の配合量を7質量部から3質量部、臭素系難燃剤(b2)の配合量を10質量部から5質量部に減らした以外は、実施例2と同様に含フッ素エラストマ組成物を調製して絶縁電線を作製した。
実施例5では、(a2)成分の種類を変更した以外は、実施例4と同様に含フッ素エラストマ組成物を調製して絶縁電線を作製した。
比較例1では、(a1)成分を60質量%、(a2)成分を40質量%として、(a1)成分と(a2)成分の混合比率を本発明で規定する範囲外とした以外は、実施例1と同様に含フッ素エラストマ組成物を調製して絶縁電線を作製した。
比較例2では、(a2)成分を配合せず、(a1)成分のみを用いた以外は、実施例1と同様に含フッ素エラストマ組成物を調製して絶縁電線を作製した。
比較例3では、(a1)成分と(a2)成分の混合比率を80:20としたうえで、アンチモン化合物(b1)を配合せずに、臭素系難燃剤(b2)のみを用いた以外は、実施例1と同様に含フッ素エラストマ組成物を調製して絶縁電線を作製した。
比較例4では、(a1)成分と(a2)成分の混合比率を80:20としたうえで、アンチモン化合物(b1)の配合量を7質量部から12質量部に増やして本発明で規定する範囲外とした以外は、実施例1と同様に含フッ素エラストマ組成物を調製して絶縁電線を作製した。
比較例5では、(a1)成分と(a2)成分の混合比率を90:10としたうえで、臭素系難燃剤(b2)を配合せずに、アンチモン化合物(b1)のみを用いた以外は、実施例1と同様に含フッ素エラストマ組成物を調製して絶縁電線を作製した。
比較例6では、(a1)成分と(a2)成分の混合比率を80:20としたうえで、臭素系難燃剤(b2)の配合量を10質量部から20質量部に増やして本発明で規定する範囲外とした以外は、実施例1と同様に含フッ素エラストマ組成物を調製して絶縁電線を作製した。
作製した絶縁電線について以下の方法により評価した。
JISK6251(2017年)に基づいて、絶縁層の初期状態での機械的特性として引張特性を評価した。具体的には、絶縁電線から導体を引き抜き、チューブ形状の絶縁層を得て、このチューブ形状の絶縁層について初期の引張特性(引張強さおよび伸び)を測定した。本実施例では、引張強さが10MPa以上、かつ伸びが200%以上であれば、十分な機械的特性を有するものと評価した。
絶縁層の耐熱性については、絶縁電線から導体を引き抜いて得られたチューブ形状の絶縁層を加熱により老化(劣化)させ、その劣化の程度により評価した。具体的には、チューブ形状の絶縁層を熱老化試験機に投入して250℃で4日間劣化させ、熱老化後の引張特性(引張強さおよび伸び)を測定した。そして、下記式に示すように、初期の引張特性に対する熱老化後の引張特性の残率(引張強さ残率(%)および伸び残率(%))を算出した。本実施例では、引張強さ残率(%)および伸び残率(%)のいずれもが80%以上であれば、十分な耐熱性を有し、これらの残率が80%未満となれば、絶縁層が加熱により劣化しすぎてしまい、耐熱性が不十分であると評価した。
引張強さ残率(%)=(熱老化後の引張強さ/初期状態での引張強さ)×100
伸び残率(%)=(熱老化後の伸び/初期状態での伸び)×100
絶縁層の難燃性については、UL758に準拠して垂直燃焼試験(VW−1)を行い、1分以内に自己消火したものを合格、1分を超えるものを不合格とした。
価格については、より高価な(a1)成分とより安価な(a2)成分を含むベースポリマ(A)において、(a2)成分のベースポリマ(A)に占める含有比率が2%以上となるものを安価であると評価した。
評価結果を上記表1にまとめる。
実施例1〜5では、絶縁層において、高価な(a1)成分に安価な(a2)成分を所定の比率で混合してコストを低減しながらも、(a1)成分が本来有する機械的特性、耐熱性および難燃性を損なうことなく、高く維持できることが確認された。
これに対して、比較例1では、安価な(a2)成分の比率を多くしすぎたため、機械的特性および耐熱性を高く維持することができないことが確認された。
比較例2では、(a1)成分のみを使用したため、諸特性を高い水準でバランスよく満たすことができたが、コストが高いことが確認された。
比較例3,5では、アンチモン化合物(b1)および臭素系難燃剤(b2)を併用せず、いずれか一方のみを用いたため、十分な難燃性を得られないことが確認された。
比較例4,6では、アンチモン化合物(b1)および臭素系難燃剤(b2)のいずれか一方の配合量を過度に多くしたため、十分な難燃性は得られたものの、耐熱性が損なわれてしまうことが確認された。
ンとの共重合体(a1)と、比較的安価なエチレン−アクリル酸エチル共重合体(a2)とを併用するとともに、アンチモン化合物(b1)および臭素系難燃剤(b2)を所定量配合することにより、コストを低減しながらも、(a1)成分が本来有する機械的特性、耐熱性および難燃性を損なうことなく、高く維持することができる。
以下、本発明の好ましい態様について付記する。
本発明の一態様によれば、導体と前記導体の外周に配置される絶縁層とを備え、前記絶縁層は、含フッ素エラストマ組成物から形成され、前記含フッ素エラストマ組成物は、テトラフルオロエチレンと炭素数2〜4のαオレフィンとの共重合体(a1)を70質量%以上98質量%以下と、エチレン−アクリル酸エチル−共重合体(a2)(エチレン−アクリル酸エチル−無水マレイン酸三元共重合体を除く)を2質量%以上30質量%以下とを含むベースポリマ(A)と、アンチモン化合物(b1)および臭素系難燃剤(b2)を含む難燃剤(B)を含み、前記ベースポリマ(A)100質量部に対して、前記アンチモン化合物(b1)を1質量部以上9質量部以下、前記臭素系難燃剤(b2)を0.3質量部以上15質量部以下、含有する、絶縁電線が提供される。
付記1の絶縁電線において、好ましくは、前記共重合体(a1)がテトラフルオロエチレン−プロピレン共重合体である。
付記1〜2のいずれかの絶縁電線において、好ましくは、前記臭素系難燃剤(b2)がエチレンビス(ペンタブロモベンゼン)である。
付記1の絶縁電線において、好ましくは、前記絶縁層が、前記含フッ素エラストマ組成物を架橋させた架橋体から形成されている。
付記1または4の絶縁電線において、好ましくは、前記絶縁層は、引張強さが10MPa以上、かつ伸びが200%以上となる機械的特性と、250℃で4日間、熱老化させたときに、引張強さ残率が80%以上、伸び残率が80%以上となる耐熱性と、UL758に準拠した垂直燃焼試験を行ったときに1分以内に自己消火する難燃性と、を有する。
11 導体
12 絶縁層
Claims (4)
- 導体と前記導体の外周に配置される絶縁層とを備え、前記絶縁層は、含フッ素エラストマ組成物から形成され、前記含フッ素エラストマ組成物は、テトラフルオロエチレン−プロピレン共重合体(a1)を70質量%以上98質量%以下(70質量%を除く)と、エチレン−アクリル酸エチル共重合体(a2)(エチレン−アクリル酸エチル−無水マレイン酸三元共重合体を除く)を2質量%以上30質量%以下(30質量%を除く)とを含むベースポリマ(A)と、アンチモン化合物(b1)および臭素系難燃剤(b2)を含む難燃剤(B)を含み、前記ベースポリマ(A)100質量部に対して、前記アンチモン化合物(b1)を1質量部以上9質量部以下、前記臭素系難燃剤(b2)を0.3質量部以上15質量部以下含有し、前記絶縁層は、250℃で4日間、熱老化させたときに、引張強さ残率が80%以上、伸び残率が80%以上となる耐熱性を有する絶縁電線。
- 前記臭素系難燃剤(b2)がエチレンビス(ペンタブロモベンゼン)である、請求項1に記載の絶縁電線。
- 前記絶縁層が、前記含フッ素エラストマ組成物を架橋させた架橋体から形成されている、請求項1に記載の絶縁電線。
- 前記絶縁層は、引張強さが10MPa以上、かつ伸びが200%以上となる機械的特性と、UL758に準拠した垂直燃焼試験を行ったときに1分以内に自己消火する難燃性と、を有する、請求項1又は3に記載の絶縁電線。
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