JP6850420B2 - ノンハロゲン難燃性樹脂組成物を用いた絶縁電線及びケーブル - Google Patents

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Description

本発明は、ノンハロゲン難燃性樹脂組成物を用いた絶縁電線及びケーブルに関する。
近年、ポリ塩化ビニルやハロゲン系難燃剤を使用しないノンハロゲン難燃電線・ケーブルが、いわゆるエコ電線・ケーブルとして急速に普及している。これらのノンハロゲン難燃電線・ケーブルには、火災時に炎の伝播を抑制できる高い難燃性を得るために電線の絶縁体としてポリオレフィン樹脂に水酸化マグネシウムをはじめとするノンハロゲン難燃剤を多量に混和した樹脂組成物が用いられているのが一般的である(例えば特許文献1)。
しかしながら、多量のノンハロゲン難燃剤を混和する場合、機械的強度が低下する問題がある。
様々な工業分野で電線やケーブルを加工、布設する場合、これら電線やケーブルの端末被覆の除去(ストリップ)が必要となる。特に自動車や電子機器など、電線やケーブルをハーネス化することが求められる業界では、端末加工専用の高速自動加工機を量産設備として用いることが多い。また、電線・ケーブルを配電盤内の圧着コネクター等と接続させる際など、手作業による配線作業においても、剥離工具(ハンドワイヤストリッパ)がしばしば使用される。
特開2016−37516号公報
電線やケーブルの端末被覆を除去する際、切り残しやストリップ屑が発生すると、コネクターと導体間に絶縁体が挟まり導通不良の原因となるため、電線やケーブルには、導体と絶縁体が剥離しやすく、端面における絶縁体の伸びや亀裂がなく、ストリップ屑が導体に残留しない性質、つまり端末加工性が要求される。
この点、ポリオレフィン樹脂に水酸化マグネシウムをはじめとするノンハロゲン難燃剤を混和した樹脂組成物だけでは端末加工性が十分とはいえず、改善の余地があった。
そこで、本発明の目的は、上記したような従来技術の問題点を解消し、機械的強度を有し、端末加工性に優れるノンハロゲン難燃性樹脂組成物を用いた絶縁電線及びケーブルを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、上記したような従来技術の問題点を解消し、機械的強度を有し、端末加工性及び耐白化性に優れるノンハロゲン難燃性樹脂組成物を用いた絶縁電線及びケーブルを提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明によれば、以下のノンハロゲン難燃性樹脂組成物を用いた絶縁電線及びケーブルが提供される。
[1]導体と、前記導体の外周を被覆する絶縁層とを有する絶縁電線において、
前記絶縁層は、エチレン−酢酸ビニル共重合体及びエチレン−ブテン共重合体のうちいずれか一方を50質量部以上90質量部以下と、低密度ポリエチレンを10質量部以上50質量部以下とを含有するベースポリマと、前記ベースポリマ100質量部に対し、非晶質シリカを1質量部以上10質量部以下、ノンハロゲン難燃剤を10質量部以上150質量部以下含有するノンハロゲン難燃性樹脂組成物を用いた絶縁電線。
[2]前記ベースポリマ100質量部に対し、カーボンブラックを1質量部以上40質量部以下含有することを特徴とする[1]に記載のノンハロゲン難燃性樹脂組成物を用いた絶縁電線。
[3]導体と、前記導体の外周を被覆する絶縁層とを有する絶縁電線とその外側にシースを形成したケーブルにおいて
前記シースは、エチレン−酢酸ビニル共重合体及びエチレン−ブテン共重合体のうちいずれか一方を50質量部以上90質量部以下と、低密度ポリエチレンを10質量部以上50質量部以下とを含有するベースポリマと、前記ベースポリマ100質量部に対し、非晶質シリカを1質量部以上10質量部以下、ノンハロゲン難燃剤を10質量部以上150質量部以下含有するノンハロゲン難燃性樹脂組成物を用いたケーブル。
[4][3]に記載のノンハロゲン難燃性樹脂組成物を用いたケーブルにおいて、
前記絶縁層は、エチレン−酢酸ビニル共重合体及びエチレン−ブテン共重合体のうちいずれか一方を50質量部以上90質量部以下と、低密度ポリエチレンを10質量部以上50質量部以下とを含有するベースポリマと、前記ベースポリマ100質量部に対し、非晶質シリカを1質量部以上10質量部以下、ノンハロゲン難燃剤を10質量部以上150質量部以下含有するノンハロゲン難燃性樹脂組成物を用いたケーブル。
[5]前記ベースポリマ100質量部に対し、カーボンブラックを1質量部以上40質量部以下含有することを特徴とする[3]又は[4]に記載のノンハロゲン難燃性樹脂組成物を用いたケーブル。
本発明によれば、機械的強度を有し、端末加工性に優れるノンハロゲン難燃性樹脂組成物を用いた絶縁電線及びケーブルを提供することができる。
本発明の一実施形態に係る絶縁電線を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係るケーブルを示す断面図である。
<本発明の一実施形態>
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。
〔ノンハロゲン難燃性樹脂組成物〕
まず、本発明の実施形態において使用するノンハロゲン樹脂組成物は、エチレン−酢酸ビニル共重合体及びエチレン−ブテン共重合体のうちいずれか一方を50質量部以上90質量部以下と、低密度ポリエチレンを10質量部以上50質量部以下とを含有するベースポリマと、前記ベースポリマ100質量部に対し、非晶質シリカを1質量部以上10質量部以下含有する。
(ベースポリマ)
本発明の実施形態において使用するノンハロゲン樹脂組成物は、エチレン−酢酸ビニル共重合体及びエチレン−ブテン共重合体のうちいずれか一方を50質量部以上90質量部以下と、低密度ポリエチレンを10質量部以上50質量部以下含有するベースポリマを用いる。
低密度ポリエチレンを10質量部未満含有する場合には、機械的強度が不十分であり、50質量部を超えて含有する場合には、電線やケーブルの柔軟性が不足するためである。また、なかでも燃焼時の脱酢酸による吸熱反応が難燃性に飛躍的な効果が発現される為、エチレン−酢酸ビニル共重合体を用いることが好ましい。
また、本発明の実施形態において使用するノンハロゲン樹脂組成物は、低密度ポリエチレンの融解温度が95℃以上125℃以下のものを用いることが好ましい。低密度ポリエチレンの融解温度が95℃未満の場合には、電線やケーブルの柔軟性が不足し、低密度ポリエチレンの融解温度が125℃を超える場合にも、電線やケーブルの柔軟性が不足するためである。尚、ここに融解温度とは、示差走査熱量計(DSC)により温度範囲−50℃〜200℃まで昇温速度10℃/分で温度と熱量の関係を評価したときにピークになる温度のことを意味する。
(非晶質シリカ)
本発明の実施形態において使用するノンハロゲン樹脂組成物は、非晶質シリカを含有する。非晶質シリカを用いる理由は、電線やケーブルの端末加工性に有用であるためである。非晶質シリカは、ベースポリマ100質量部に対し1質量部以上10質量部以下含有する。さらには、3質量部以上7質量部以下含有することが好ましい。非晶質シリカを1質量部未満用いる場合には、端末加工性の効果が不十分であり、非晶質シリカを10質量部を超えて用いる場合にも端末加工性の効果が不十分であるためである。
非晶質シリカは、BET法による比表面積が50m2/g以上200m2/g未満のものを用いることが好ましい。さらには100m2/g以上150m2/g以下のものが好ましい。
(ノンハロゲン難燃剤)
本発明の実施形態において使用するノンハロゲン樹脂組成物は、ノンハロゲン難燃剤を含有する。例えば、金属水酸化物を用いることができ、水酸化マグネシウム(Mg(OH)2 )、水酸化アルミニウム(Al(OH)3 )、ハイドロタルサイト、カルシウムアルミネート水和物、水酸化カルシウム、水酸化バリウム、ハードクレー等を挙げることができる。このような金属水酸化物は電線・ケーブルが加熱されたときに分解して脱水し、放出した水分により絶縁体の温度を低下させ、その燃焼を抑制するものである。
これらのノンハロゲン難燃剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、水酸化マグネシウムおよび水酸化アルミニウムの少なくとも1種を用いることが好ましい。これらは、分解時の吸熱量が1500J/g以上1600J/g以下であり、水酸化カルシウムの吸熱量(1000J/g)よりも高いからである。
かかるノンハロゲン難燃剤は、絶縁体の機械的強度(引張強さと伸びとのバランス)を調整する観点から、シランカップリング剤、チタネート系カップリング剤、ステアリン酸等の脂肪酸、ステアリン酸塩等の脂肪酸塩、ステアリン酸カルシウム等の脂肪酸金属等によって表面処理されていることが好ましい。
本発明の実施形態において使用するノンハロゲン樹脂組成物は、前記ベースポリマ100質量部に対し、ノンハロゲン難燃剤を10質量部以上150質量部以下含有する。10質量部未満では難燃性が不十分であり、150質量部を超えると、機械的強度(引張強さおよび伸び)が大幅に低下するためである。難燃性の観点からは60質量部以上150質量部以下がより好ましく、引張強さの観点からノンハロゲン難燃剤の添加量を10質量部以上90質量部以下とすることがより好ましい。
また、本発明の実施形態において使用するノンハロゲン樹脂組成物は、カーボンブラックを含有してもよい。カーボンブラックの添加量は、ベースポリマ100質量部に対し、1質量部以上40質量部以下含有することが好ましい。カーボンブラックの添加量が1質量部未満でも40質量部を超えても耐白化性が低下するためである。
特に自動車や電子機器など、電線やケーブルをハーネス化することが求められる業界では、電線やケーブルを加工、布設するときに擦られることが多く、また電線・ケーブルを配電盤内の圧着コネクター等と接続させる際など、手作業による配線作業においても、しばしば擦られ、白化することがあるため、かかる用途においてはカーボンブラックを添加することが有用である。
(架橋剤)
本発明の実施形態において使用するノンハロゲン樹脂組成物は、架橋剤を含有することもできる。架橋剤としては、例えば有機過酸化物を用いることができる。有機過酸化物としては、例えば、ヒドロペルオキシド、ジアシルペルオキシド、ペルオキシエステル、ジアリルキルペルオキシド、ケトンペルオキシド、ペルオキシケタール、ペルオキシジカーボネート、ペルオキシモノカーボネート等を挙げることができる。架橋剤の含有量は、ベースポリマ100質量部に対して0.1質量部以上5質量部以下であることが好ましい。
(架橋助剤)
本発明の実施形態において使用するノンハロゲン樹脂組成物は、架橋助剤を含有することもできる。架橋助剤は、例えばトリメチロールプロパントリメタクリレート(TMPT)や、トリアリルイソシアヌレート(TAIC(登録商標))の使用が望ましい。
(滑剤)
本発明の実施形態において使用するノンハロゲン樹脂組成物は、滑剤を含有することもできる。滑剤としては、例えば脂肪酸、脂肪酸金属塩、脂肪酸アミド等が挙げられ、具体的にはステアリン酸亜鉛等が挙げられる。これらは、単独で又は2種以上をブレンドして用いることができる。
(着色剤)
本発明の実施形態において使用するノンハロゲン樹脂組成物は、着色剤を含有することもできる。着色剤としては、例えばノンハロゲン用のカラーマスターバッチ等が使用できる。
なお、本発明の実施形態において使用するノンハロゲン樹脂組成物には、必要に応じて上記成分以外に、無機充填剤、安定剤、酸化防止剤、可塑剤、相溶化剤、安定剤等の添加剤を種々配合することが可能である。また、有機化酸化物によることなく、電子線などの放射線により架橋してもよい。
〔絶縁電線〕
図1は、本発明の一実施形態に係る絶縁電線を示す断面図である。
図1に示すように、本発明の実施形態に係る絶縁電線10は、導体1と導体1の外周に覆する絶縁層2とを有する。
絶縁層2は、本発明の実施形態において使用するノンハロゲン樹脂組成物から構成されている。
また、導体1としては、通常用いられる金属線、例えば銅線、銅合金線の他、アルミニウム線、金線、銀線などを用いることができる。また、金属線の外周に錫やニッケルなどの金属めっきを施したものを用いてもよい。さらに、金属線を撚り合わせた集合撚り導体を用いることもできる。
本発明の実施形態において使用するノンハロゲン難燃性樹脂組成物は、実施例で作製した絶縁電線に限らず、あらゆるサイズに適用可能であり、盤内配線用、車両用、自動車用、機器内配線用、電力用のノンハロゲン電線の各絶縁体に使用できる。
〔ケーブル〕
図2は、本発明の一実施形態に係るケーブルを示す断面図である。
図2に示すように、本発明の一実施形態に係るケーブル11は、本実施の形態に係る絶縁電線10を2本撚り合わせた二芯撚り線と、二芯撚り線とその外側に介在3を介して被覆されたシース4を備える。絶縁電線は単芯でもよく、二芯以外の多芯撚り線であってもよい。また、絶縁電線10とシース4との間に他の絶縁層を形成する他のシースを形成する多層からなるシース構造を採用することもできる。
シース4は、本発明の実施形態において使用するノンハロゲン難燃性樹脂組成物から構成されている。
尚、本実施の形態においては、本実施の形態に係る絶縁電線10を使用した例を示したが、汎用の材料を用いた絶縁電線を使用することもできる。
(ノンハロゲン樹脂組成物の調製)
まず、以下の表の実施例1〜24及び比較例1〜8に示すように各種成分を配合し、その配合したものを25Lニーダによって設定温度50℃で混練を開始した。そして、自己発熱により温度が150℃に上昇するまで混練した後、ペレット化することで、実施例及び比較例のノンハロゲン樹脂組成物を調製した。
(絶縁電線の作製)
次に、調製したノンハロゲン樹脂組成物を用いて絶縁電線を作製した。まず、4.5インチ連続蒸気架橋押出機を用いて、ノンハロゲン樹脂組成物を導体の外周上に押出被覆した。このとき、シリンダ温度を100℃として、導体径2.3mmの錫めっき銅撚線導体上に厚さ1.1mmに押出被覆し、その後13kg/cm2のスチーム下に3分間曝すことによって架橋処理し、実施例及び比較例の電線を作製した。
上記のようにして製造した絶縁電線について、絶縁電線から導体を引き抜くなどして得たチューブ形状の絶縁層を用い、機械的強度(引張強さ、伸び)、柔軟性(100%モジュラス)、難燃性(JIS傾斜燃焼試験)、および端末加工性を評価した。体積抵抗率はシート形状の絶縁層から評価した。
以下に具体的な方法を示す。
機械的強度(引張強さ、伸び)、柔軟性(100%モジュラス)はJIS C 3005の「4.16 絶縁体及びシースの引張り」に準拠し、絶縁電線から導体を引き抜いてチューブ形状とした絶縁層に対して引張速度200mm/minで測定した。5点の平均値から評価した。引張強さが10MPa以上であれば「○」10MPa未満であれば「×」、伸びが400%以上であれば「○」400%未満であれば「×」、100%モジュラスが6MPa以下であれば「○」6MPaを超えるものであれば「×」と判定した。引張強さが10MPa未満、もしくは伸びが400%未満になると絶縁層の機械的強度が不十分であり、100%モジュラスが6MPaを超えると、絶縁層が硬く、柔軟性が不十分となるため、このような評価方法を採用した。
絶縁性(体積抵抗率)は、JIS K 6271の「6. 二重リング電極法」に準拠し、調製したノンハロゲン樹脂組成物を用いて180℃のプレスで1分間架橋することで厚さ1mmのシートを作製し、500V1分間の条件で測定した。1×1014Ω・cm以上を「○」1×1014Ω・cm未満を「×」とした。体積抵抗率が1×1014Ω・cm未満になると、絶縁性が不十分となる。
難燃性(JIS傾斜燃焼試験)は、JIS C 3005 4.26 難燃 b)傾斜験に準拠し、JIS傾斜燃焼試験を行った。素線径が0.26mm、素線数が37本、導体断面積が2mm2、電線外径が約4mmのノンハロゲン難燃絶縁電線を用意し、電線試料を水平に対して約60度傾斜させて支持し、還元炎の先端を試料の下端から約20mmの位置に、30秒以内で燃焼するまで当て、炎を静かに取り去った後、消火するまでの時間(秒)を測定した。そして、試料の燃焼が60秒以内で自然に消えたものを「○」、消えなかったものを「×」とした。「○」を目標とした。
端末加工性は、ストリッパーで絶縁層を導体から剥離(ストリップ)して評価した。このときに目視確認で絶縁層の伸びや亀裂がなく、ストリップ屑が導体に残留しない場合を「○」、絶縁層の伸びがあったり、絶縁層の亀裂があったり、ストリップ屑が導体に残留した場合を「×」とした。
耐白化性は薄肉・軽量電線の規格であるEN50305に準拠して実施した。水平に設置した電線サンプルの上に、9Nの負荷荷重を加えながら、0.45mmφの鋼ブレードを用いて絶縁層を摩耗させた。外観を目視確認し、白化していなければ「○」、白化していれば「×」と判定した。
評価結果は表1の下欄に示したとおりである。機械的強度(引張強さ、伸び)、柔軟性(100%モジュラス)、絶縁性(体積抵抗率)、および難燃性(JIS傾斜燃焼試験)、端末加工性の評価が上述の目標を満たしたサンプルを実施例1〜11とし、満たさなかったサンプルを比較例1〜8とした。
また、実施例12〜24については、機械的強度(引張強さ、伸び)、柔軟性(100%モジュラス)、絶縁性(体積抵抗率)、難燃性(JIS傾斜燃焼試験)及び端末加工性の評価に加えて耐白化性の評価を行った。
Figure 0006850420
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(エチレン−酢酸ビニル共重合体)
・エチレン−酢酸ビニル共重合体:(商品名)エバフレックス EV260、三井・デュポンポリケミカル株式会社製(メルトマスフローレイト(JIS K7210:1999):6g/10min(190℃、2.16kg)、酢酸ビニル含量(JIS K7192:1999):28質量%、融点72℃)
(エチレン−ブテン共重合体)
・エチレン−ブテン共重合体:(商品名)タフマーDF-810、三井化学株式会社製(メルトマスフローレイト(JIS K7210:1999):1.2g/10min(190℃、2.16kg)、融点66℃)
(ポリエチレン)
・低密度ポリエチレン:(商品名)エクセレンGMH GH030、住友化学株式会社製(MFR(JIS K6922-1:0.5g/10min、融点101℃)
(非晶質微粒子シリカ1)
・非晶質微粒子シリカ:(商品名)アエロジル R972、日本アエロジル株式会社製(BET法による比表面積110m2/g)
(水酸化マグネシウム1)
・脂肪酸処理水酸化マグネシウム:(商品名)マグシーズN4、神島化学工業株式会社製
(水酸化マグネシウム2)
・シラン処理水酸化マグネシウム:(商品名)マグシーズS4、神島化学工業株式会社製
(水酸化マグネシウム3)
・脂肪酸処理水酸化アルミニウム:(商品名)BF013S、日本軽金属株式会社製
(架橋剤)
・有機化過酸化物:(商品名)パ−ブチルP、日油株式会社製
(架橋助剤)
・多官能メタクリレート:(商品名)TMPT、新中村化学工業株式会社製
(酸化防止剤)
・酸化防止剤1:(商品名)ノクラツク224、大内新興化学工業株式会社製
・酸化防止剤2:(商品名)アンテージMB、川口化学工業株式会社製
(着色剤)
・カーボンブラック:(商品名)アサヒサーマル、旭カーボン株式会社製
(滑剤)
・ステアリン酸亜鉛:(商品名)ステアリン酸亜鉛、KISCO株式会社製
表1及び表2に示すように、実施例1〜11及び実施例12〜24は、機械的強度(引張強さ、伸び)、柔軟性(100%モジュラス)、体積抵抗率、難燃性(JIS傾斜燃焼試験)、および端末加工性のいずれも良好であった。さらに実施例12〜24は、耐白化性についても良好であった。
これに対し、表3に示すように、低密度ポリエチレンの含有量が本発明の規定範囲から外れる比較例1と比較例3では、実施例と比べて、引張強さの低下が見られた。
低密度ポリエチレンの含有量が本発明の規定範囲から外れる比較例2と比較例4では、実施例と比べて、伸びと100%モジュラスの低下が見られた。
非晶質シリカの含有量が本発明の規定範囲から外れる比較例5と比較例6は、いずれも実施例と比べて、端末加工性の低下が見られた。
ノンハロゲン難燃剤の含有量が本発明の規定範囲から外れる比較例7では、実施例と比べて、難燃性の低下が見られた。
ノンハロゲン難燃剤の含有量が本発明の規定範囲から外れる比較例8では、実施例と比べて、引張強さと伸びの低下が見られた。
以上に示すように、実施例1〜11及び実施例12〜24では、評価が全て○であることが確認された。
尚、実施形態および実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではなく、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能である。
1 導体
2 絶縁層
3 介在
4 シース
10 絶縁電線
11 ケーブル

Claims (5)

  1. 導体と、前記導体の外周を被覆する絶縁層とを有する絶縁電線において、
    前記絶縁層は、エチレン−ブテン共重合体を50質量部以上90質量部以下と、低密度ポリエチレンを10質量部以上50質量部以下とからなるベースポリマと、前記ベースポリマ100質量部に対し、非晶質シリカを1質量部以上10質量部以下、ノンハロゲン難燃剤を10質量部以上150質量部以下含有するノンハロゲン難燃性樹脂組成物を用いた絶縁電線。
  2. 前記ベースポリマ100質量部に対し、カーボンブラックを1質量部以上40質量部以下含有することを特徴とする請求項1に記載のノンハロゲン難燃性樹脂組成物を用いた絶縁電線。
  3. 導体と、前記導体の外周を被覆する絶縁層とを有する絶縁電線とその外側にシースを形成したケーブルにおいて
    前記シースは、エチレン−ブテン共重合体を50質量部以上90質量部以下と、低密度ポリエチレンを10質量部以上50質量部以下とからなるベースポリマと、前記ベースポリマ100質量部に対し、非晶質シリカを1質量部以上10質量部以下、ノンハロゲン難燃剤を10質量部以上150質量部以下含有するノンハロゲン難燃性樹脂組成物を用いたケーブル。
  4. 請求項3に記載のノンハロゲン難燃性樹脂組成物を用いたケーブルにおいて、
    前記絶縁層は、エチレン−ブテン共重合体を50質量部以上90質量部以下と、低密度ポリエチレンを10質量部以上50質量部以下とからなるベースポリマと、前記ベースポリマ100質量部に対し、非晶質シリカを1質量部以上10質量部以下、ノンハロゲン難燃剤を10質量部以上150質量部以下含有するノンハロゲン難燃性樹脂組成物を用いたケーブル。
  5. 前記ベースポリマ100質量部に対し、カーボンブラックを1質量部以上40質量部以下含有することを特徴とする請求項3又は請求項4に記載のノンハロゲン難燃性樹脂組成物を用いたケーブル。
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