JP7279625B2 - ケーブルおよび電線 - Google Patents
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Description
導体と、前記導体の周囲に被覆される絶縁層と、前記絶縁層の周囲に被覆される外皮層とを備えるケーブルであって、
前記外皮層は、ベースポリマ(A)、可塑剤(B)、安定剤(C)および難燃剤(D)を含む難燃性樹脂組成物から形成され、
前記ベースポリマ(A)は、ポリ塩化ビニル樹脂(a1)と、アジペート系、ラクトン系およびカーボネート系の少なくとも1つのウレタン熱可塑性エラストマ(a2)を、前記ウレタン熱可塑性エラストマ(a2)の含有量が前記ポリ塩化ビニル樹脂(a1)100質量部に対して25質量部以上640質量部以下となるように含み、
前記安定剤(C)は、ハイドロタルサイト(c1)および金属石鹸(c2)を含み、
前記難燃剤(D)は、金属水酸化物(d1)、臭素系難燃剤(d2)、非晶質シリカ(d3)および三酸化アンチモン(d4)の少なくとも1つを含む、
ケーブルが提供される。
導体と、前記導体の周囲に被覆される絶縁層と、備える電線であって、
前記絶縁層は、ベースポリマ(A)、可塑剤(B)、安定剤(C)および難燃剤(D)を含む難燃性樹脂組成物から形成され、
前記ベースポリマ(A)は、ポリ塩化ビニル樹脂(a1)と、アジペート系、ラクトン系およびカーボネート系の少なくとも1つのウレタン熱可塑性エラストマ(a2)を、前記ウレタン熱可塑性エラストマ(a2)の含有量が前記ポリ塩化ビニル樹脂(a1)100質量部に対して25質量部以上640質量部以下となるように含み、
前記安定剤(C)は、ハイドロタルサイト(c1)および金属石鹸(c2)を含み、
前記難燃剤(D)は、金属水酸化物(d1)、臭素系難燃剤(d2)、非晶質シリカ(d3)および三酸化アンチモン(d4)の少なくとも1つを含む、
電線が提供される。
上述したように、軟質PVCにTPUを混合する場合、難燃剤などの添加剤がTPUに多量に入り込むことで耐熱性が低下してしまう。このことから、本発明者らは、添加剤をTPUではなくPVC中へ選択的に分散させるような材料の組み合わせについて検討を行った。具体的には、材料として、可塑剤、安定剤および難燃剤の種類について検討を行った。
以下、本発明の一実施形態に係るケーブルについて図を用いて説明する。図1は、本発明の一実施形態にかかるケーブルの長さ方向に垂直な断面図である。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、ケーブルの外皮層を形成する難燃性樹脂組成物について説明する。
本実施形態では、ベースポリマ(A)として、ポリ塩化ビニル樹脂(a1)と、アジペート系、ラクトン系およびカーボネート系の少なくとも1つのウレタン熱可塑性エラストマ(a2)を用いる。
可塑剤(B)は、外皮層に柔軟性を付与する成分である。可塑剤(B)としては、トリメリット酸エステル、フタル酸エステル、アジピン酸ポリエステルなど公知の成分を用いることができる。この中でも、トリメリット酸エステルが外皮層の諸特性を損ねないので好ましい。トリメリット酸エステルは、フタル酸エステルと比べて外皮層の耐熱性をより高く維持することができる。また、アジピン酸ポリエステルに比べて外皮層にべたつきを生じさせないので、ケーブルの取り扱い性を向上させることができる。トリメリット酸エステルは単独で使用してもよいが、例えばアジピン酸ポリエステルなどと外皮層の特性を損ねない範囲で併用してもよい。
安定剤(C)は、難燃性樹脂組成物を調製する際にポリ塩化ビニル樹脂(a1)の劣化を抑制する熱安定剤として作用するとともに、難燃性樹脂組成物の相構造を安定させる成分である。本実施形態では、ポリ塩化ビニル樹脂(a1)に選択的に分散させる観点から、ハイドロタルサイト(c1)および金属石鹸(c2)を用いる。ハイドロタルサイト(c1)および金属石鹸(c2)としては、ポリ塩化ビニル樹脂(a1)との相溶性に優れるものであれば、特に限定されず、公知の成分を用いることができる。金属石鹸(c2)としては、例えば、ステアリン酸、ラウリン酸、オクチル酸などの脂肪酸と、カルシウムや亜鉛などの金属とからなる成分を使用することができる。
難燃剤(D)は、外皮層に難燃性を付与する成分である。本実施形態では、添加剤をポリ塩化ビニル樹脂(a1)に選択的に分散させる観点から、難燃剤(D)として、金属水酸化物(d1)、臭素系難燃剤(d2)、非晶質シリカ(d3)および三酸化アンチモン(d4)の少なくとも1つを用いる。
難燃性樹脂組成物には、(A)成分~(D)成分以外に、必要に応じてその他の添加剤を配合してもよい。その他の添加剤としては、例えば、架橋助剤、酸化防止剤(熱老化防止剤)、銅害防止剤、滑剤または加工助剤などを用いることができる。
本実施形態の難燃性樹脂組成物においては、ポリ塩化ビニル樹脂(a1)およびTPU(a2)は、一方の成分が他方の成分に分散することで海島構造を形成する、もしくはスピノーダル分散している。そして、安定剤(C)や難燃剤(D)は、TPU(a2)よりもポリ塩化ビニル樹脂(a1)に選択的に分散しやすいため、TPU(a2)に入り込む添加剤が少なくなるので、(a2)成分におけるウレタン結合力や水素結合力の低下を抑制することができ、(a2)成分が本来有する特性を維持することが可能となる。
樹脂組成物における各成分の含有比率は以下のとおりである。
難燃性樹脂組成物は、上記(A)~(D)、必要に応じてその他の添加剤を混合して溶融混練させることで調製するとよい。混練は、例えばバンバリーミキサーや加圧ニーダなどのバッチ式混練機、二軸押出機などの連続式混練機などの公知の混練装置を用いて行うとよい。
続いて、本実施形態のケーブルについて図1を用いて説明する。図1は、本発明の一実施形態にかかるケーブルの長さ方向に垂直な断面図である。
導体11としては、通常用いられる金属線、例えば銅線、銅合金線のほか、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、導体11として、金属線の周囲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、導体11として、金属線を撚り合わせた撚り線を用いることもできる。
絶縁層12は導体11の周囲に設けられる。絶縁層12は、従来公知の材料、例えばフッ素樹脂やポリエステル系樹脂、高密度ポリエチレン或いは難燃剤、酸化防止剤等を添加した混和物などで形成してもよく、上述した外皮層を形成するための難燃性樹脂組成物で形成してもよい。絶縁層12の厚さは、特に限定されず、例えば0.1mm~1.5mmとするとよい。
シールド層13は、複数の電線10を撚り合わせた撚り線の周囲に設けられる。シールド層13は、例えば軟銅線などの金属素線を複数編み込む編組構造により形成される。
外皮層14は、シールド層13の周囲に設けられ、上述した難燃性樹脂組成物から形成される。外皮層14の厚さとしては、特に限定されないが、諸特性を高い水準でバランスよく得る観点からは、0.1mm~2mmとすることが好ましい。
まず、導体11を準備し、押出成形機により、例えば上述した難燃性樹脂組成物を導体11の周囲を被覆するように押し出して、所定厚さの絶縁層12を形成し、電線10を得る。続いて、電線10を複数本撚り合わせ、その周囲に編組機によりシールド層13を形成する。続いて、押出成形機により、シールド層13の周囲を被覆するように難燃性樹脂組成物を押し出して、所定厚さの外皮層14を形成する。これにより、本実施形態のケーブル1を製造することができる。
本実施形態によれば、以下に示す1つまたは複数の効果を奏する。
本実施例にて、外皮層用の難燃性樹脂組成物に用いた材料は以下のとおりである。
・ポリ塩化ビニル樹脂1(製品名「TH-1300」、大洋塩ビ株式会社製、平均重合度1270-1370)
・ポリ塩化ビニル樹脂2(製品名「TH-1700」、大洋塩ビ株式会社製、平均重合度1600-1800)
・ポリ塩化ビニル樹脂3(製品名「TH-2500」、大洋塩ビ株式会社製、平均重合度2400-2600)
・アジペートタイプTPU1(製品名「P25MRWJE」、日本ミラクトラン株式会社製、ショアA硬度90)
・アジペートタイプTPU2(製品名「P485RWJE」、日本ミラクトラン株式会社製、ショアA硬度85)
・エーテルタイプTPU1(製品名「ET890クロ」、BASF株式会社製、ショアA硬度90)
・トリメリット酸ジ2エチルへキシル(TOTM)(製品名「T08」、花王株式会社製)
・トリメリット酸ジオクチル(n-TOTM)(製品名「N08」、花王株式会社製)
・ハイドロタルサイト(製品名「HT-1」、堺化学株式会社製)
・ステアリン酸亜鉛(製品名「SZ-P」、堺化学株式会社製)
・ステアリン酸カルシウム(製品名「SC-P」、堺化学株式会社製)
・安定化助剤(βジケトン等を含む)
・未処理水酸化アルミニウム(製品名「BF013」、日本軽金属株式会社製)
・シラン処理水酸化アルミニウム(製品名「BF013STV」、日本軽金属株式会社製)
・臭素系難燃剤(デカブロモジフェニルエタン、製品名「サイテックス8010」、アルベマール株式会社製、平均粒径5.6μm)
・非晶質シリカ(製品名「SIDISTAR120U」、エルケム株式会社製、平均粒径0.15μm)
・三酸化アンチモン(製品名「NANO200」、常徳辰州社製、平均粒径0.8μm)
・架橋助剤(トリメチロールプロパントリメタクリレート、製品名「TMPT」、新中村化学株式会社製)
・焼成クレー(製品名「SP#33」、BASF社製)
・着色剤黒(製品名「NBP2425」、日弘ビックス株式会社製)
・着色剤白(製品名「チタン白R820」、石原産業株式会社製)
・酸化防止剤(製品名「AO-26」、株式会社ADEKA製)
まず、導体、絶縁層形成用の樹脂組成物、および外皮層形成用の難燃性樹脂組成物を準備した。
実施例2、3では、外皮層の厚さを0.4mmもしくは1.6mmに変更した以外は、実施例1と同様にケーブルを作製した。
実施例4では、平均重合度の異なるポリ塩化ビニル樹脂1とポリ塩化ビニル樹脂3とを50質量部ずつ併用し、かつ架橋剤(B)としてn-TOTMを50質量部用いた以外は、実施例1と同様に難燃性樹脂組成物を調製し、ケーブルを作製した。
実施例5~7では、アジペートタイプTPU1、可塑剤(B)および難燃剤(D)の各含有量を表1に示すように適宜変更した以外は、実施例1と同様に難燃性樹脂組成物を調製し、ケーブルを作製した。
実施例8、9では、安定剤(C)であるハイドロタルサイト(c1)や金属石鹸(c2)、安定化助剤の各含有量を表1に示すように適宜変更した以外は、実施例1と同様に難燃性樹脂組成物を調製し、ケーブルを作製した。
実施例10では、アジペート系TPU(a2)として、ショアA硬度が90であるアジペートタイプTPU1の代わりに、ショアA硬度が85であるアジペートタイプTPU2を用いた以外は、実施例1と同様に難燃性樹脂組成物を調製し、ケーブルを作製した。
実施例11では、アジペート系TPU(a2)とともに、エーテル系ウレタン熱可塑性エラストマ(a2)´を少量併用した以外は、実施例1と同様に難燃性樹脂組成物を調製し、ケーブルを作製した。
実施例12、13では、その他の添加剤として酸化防止剤をそれぞれ0.8質量部、0.4質量部添加した以外は、実施例1と同様に難燃性樹脂組成物を調製し、ケーブルを作製した。
実施例14では、難燃性樹脂組成物を押し出した後、照射強度3Mradで電子線を照射して架橋させた以外は、実施例1と同様に難燃性樹脂組成物を調製し、ケーブルを作製した。
比較例1では、下記表2に示すように、アジペートタイプのウレタン熱可塑性エラストマ(a2)の代わりに、エーテルタイプのウレタン熱可塑性エラストマ(a2´)を用いた以外は、実施例1と同様に難燃性樹脂組成物を調製し、ケーブルを作製した。
比較例2、3では、エーテルタイプのウレタン熱可塑性エラストマ(a2´)と可塑剤(B)の添加量を適宜変更した以外は、実施例1と同様に難燃性樹脂組成物を調製し、ケーブルを作製した。
比較例4では、難燃剤(D)を配合しない以外は、実施例1と同様に難燃性樹脂組成物を調製し、ケーブルを作製した。
作製した実施例1~14および比較例1~4のケーブルについて、耐熱性、難燃性および復元性を評価した。各評価は以下のように行った。
耐熱性は、UL1581に準拠した試験によって評価した。具体的には、作製したケーブルの外皮層のみとしたサンプル(長さ約100mm)を、136℃のギアオーブンに168時間暴露し、初期の引張強度および伸びと、暴露後の引張強度および伸びとを比較した。そして、次に示す式により引張強度残率(%)および伸び残率(%)を計算し、引張強度残率70%以上かつ伸び残率が45%以上となるものを「合格」とし、これらのいずれかを満たさないもの、または、これらのいずれも満たさないものを「不合格」とした。
引張強度残率(%)=100×(上記暴露後の引張強度)/(初期の引張強度)
伸び残率(%)=100×(上記暴露後の伸び)/(初期の伸び)
難燃性は、UL1581に準拠した試験によって評価した。具体的には、作製したケーブル(長さ約500mm)に対して、UL1581に規定される垂直難燃試験VW-1を3回行い、3回とも基準を満たしたものを「合格」とし、1回でも基準を満たさなかったものを「不合格」とした。
復元性は、以下の方法により評価した。まず、各ケーブルから採取した外皮層をダンベル状に打ち抜いて試料片を得た。続いて、引張試験機を用いて、この試料片を、標線間25mm、引張速度200mm/分の条件で100%伸長させてから試験機を停止させ、その後、ダンベルを脱離し10秒後に標線間25mmがどれだけ伸長したか(X値)を測定した。そして、以下の式から復元度(Y)を算出した。本実施例では、Y値で60以上を合格とし、60未満を不合格とした。なお、復元度Yは、反発弾性率をある程度の相関を示すことから、復元性の指標となることが確認されている。
Y=-4*X+200
ケーブルについての耐熱性、難燃性および復元性の評価結果を表1および表2にまとめる。
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
本発明の一態様は、
導体と、前記導体の周囲に被覆される絶縁層と、前記絶縁層の周囲に被覆される外皮層とを備えるケーブルであって、
前記外皮層は、ベースポリマ(A)、可塑剤(B)、安定剤(C)および難燃剤(D)を含む難燃性樹脂組成物から形成され、
前記ベースポリマ(A)は、ポリ塩化ビニル樹脂(a1)と、アジペート系、ラクトン系およびカーボネート系の少なくとも1つのウレタン熱可塑性エラストマ(a2)を、前記ウレタン熱可塑性エラストマ(a2)の含有量が前記ポリ塩化ビニル樹脂(a1)100質量部に対して25質量部以上640質量部以下となるように含み、
前記安定剤(C)は、ハイドロタルサイト(c1)および金属石鹸(c2)を含み、
前記難燃剤(D)は、金属水酸化物(d1)、臭素系難燃剤(d2)、非晶質シリカ(d3)および三酸化アンチモン(d4)の少なくとも1つを含む、
ケーブルである。
付記1において、好ましくは、
前記ウレタン熱可塑性エラストマ(a2)は、アジペート系である。
付記1又は2において、好ましくは、
前記可塑剤(B)は、トリメリット酸エステルを含む。
付記1~3のいずれかにおいて、好ましくは、
前記ハイドロタルサイト(c1)の含有量は前記金属石鹸(c2)の含有量の4倍以上であって、
前記金属石鹸(c2)の含有量が、前記ポリ塩化ビニル樹脂(a2)100質量部に対して1.6質量部以下である。
付記1~4のいずれかにおいて、好ましくは、
前可塑剤(B)の含有量が前記ポリ塩化ビニル樹脂(a1)100質量部に対して30質量部以上95質量部以下である。
付記1~5のいずれかにおいて、好ましくは、
前記難燃剤(D)の含有量が前記ポリ塩化ビニル樹脂(a1)100質量部に対して5質量部以上60質量部以下である。
付記1~6のいずれかにおいて、好ましくは、
前記ウレタン熱可塑性エラストマ(a2)の含有量をX、前記ポリ塩化ビニル樹脂(a1)、前記可塑剤(B)、前記安定剤(C)および難燃剤(D)の合計含有量をYとしたとき、比率X/Yが、5/95~70/30である。
付記1~7のいずれかにおいて、好ましくは、
前記外皮層の厚さが0.1mm以上2mm以下である。
付記1~8のいずれかにおいて、好ましくは、
前記ポリ塩化ビニル樹脂(a1)の平均重合度は、1000~3800である。
付記1~9のいずれかにおいて、好ましくは、
前記ウレタン熱可塑性エラストマ(a2)は、ショアA硬度が80Aから95Aである。
本発明の他の態様は、
導体と、前記導体の周囲に被覆される絶縁層と、前記絶縁層の周囲に被覆される外皮層とを備えるケーブルであって、
前記外皮層は、ベースポリマ(A)、可塑剤(B)、安定剤(C)および難燃剤(D)を含む難燃性樹脂組成物から形成され、
前記ベースポリマ(A)は、ポリ塩化ビニル樹脂(a1)と、アジペート系、ラクトン系およびカーボネート系の少なくとも1つのウレタン熱可塑性エラストマ(a2)を、前記ウレタン熱可塑性エラストマ(a2)の含有量が前記ポリ塩化ビニル樹脂(a1)100質量部に対して25質量部以上640質量部以下となるように含み、
前記可塑剤(B)は、トリメリット酸エステルを含み、
前記安定剤(C)は、ハイドロタルサイト(c1)および金属石鹸(c2)を含み、
前記難燃剤(D)は、金属水酸化物(d1)、臭素系難燃剤(d2)、非晶質シリカ(d3)および三酸化アンチモン(d4)の少なくとも1つを含み、
前記ポリ塩化ビニル樹脂(a1)100質量部に対して、
前記可塑剤(B)の含有量が30質量部以上95質量部以下であり、
前記金属石鹸(c2)の含有量が1.6質量部以下であって、前記ハイドロタルサイト(c1)の含有量は前記金属石鹸(c2)の含有量の4倍以上であり、
前記難燃剤(D)の含有量が5質量部以上60質量部以下である、
ケーブルである。
本発明のさらに他の態様は、
導体と、前記導体の周囲に被覆される絶縁層と、備える電線であって、
前記絶縁層は、ベースポリマ(A)、可塑剤(B)、安定剤(C)および難燃剤(D)を含む難燃性樹脂組成物から形成され、
前記ベースポリマ(A)は、ポリ塩化ビニル樹脂(a1)と、アジペート系、ラクトン系およびカーボネート系の少なくとも1つのウレタン熱可塑性エラストマ(a2)を、前記ウレタン熱可塑性エラストマ(a2)の含有量が前記ポリ塩化ビニル樹脂(a1)100質量部に対して25質量部以上640質量部以下となるように含み、
前記安定剤(C)は、ハイドロタルサイト(c1)および金属石鹸(c2)を含み、
前記難燃剤(D)は、金属水酸化物(d1)、臭素系難燃剤(d2)、非晶質シリカ(d3)および三酸化アンチモン(d4)の少なくとも1つを含む、
電線である。
10 電線
11 導体
12 絶縁層
13 シールド層
14 外皮層(シース)
Claims (7)
- 導体と、前記導体の周囲に被覆される絶縁層と、前記絶縁層の周囲に被覆される外皮層とを備えるケーブルであって、
前記外皮層は、ベースポリマ(A)、可塑剤(B)、安定剤(C)および難燃剤(D)を含む難燃性樹脂組成物から形成され、
前記ベースポリマ(A)は、ポリ塩化ビニル樹脂(a1)と、アジペート系、ラクトン系およびカーボネート系の少なくとも1つのウレタン熱可塑性エラストマ(a2)を、前記ウレタン熱可塑性エラストマ(a2)の含有量が前記ポリ塩化ビニル樹脂(a1)100質量部に対して165質量部以上640質量部以下となるように含み、
前記安定剤(C)は、ハイドロタルサイト(c1)および金属石鹸(c2)を含み、
前記難燃剤(D)は、金属水酸化物(d1)、臭素系難燃剤(d2)、非晶質シリカ(d3)および三酸化アンチモン(d4)の少なくとも1つを含む、
ケーブル。 - 前記ウレタン熱可塑性エラストマ(a2)は、アジペート系である、
請求項1に記載のケーブル。 - 前記可塑剤(B)は、トリメリット酸エステルを含む、
請求項1又は2に記載のケーブル。 - 前記ハイドロタルサイト(c1)の含有量は前記金属石鹸(c2)の含有量の4倍以上であって、
前記金属石鹸(c2)の含有量が、前記ポリ塩化ビニル樹脂(a2)100質量部に対して1.6質量部以下である、
請求項1~3のいずれか1項に記載のケーブル。 - 前記ウレタン熱可塑性エラストマ(a2)の含有量をX、前記ポリ塩化ビニル樹脂(a1)、前記可塑剤(B)、前記安定剤(C)および難燃剤(D)の合計含有量をYとしたとき、比率X/Yが、5/95~70/30である、
請求項1~4のいずれか1項に記載のケーブル。 - 前記外皮層の厚さが0.1mm以上2mm以下である、
請求項1~5のいずれか1項に記載のケーブル。 - 導体と、前記導体の周囲に被覆される絶縁層と、備える電線であって、
前記絶縁層は、ベースポリマ(A)、可塑剤(B)、安定剤(C)および難燃剤(D)を含む難燃性樹脂組成物から形成され、
前記ベースポリマ(A)は、ポリ塩化ビニル樹脂(a1)と、アジペート系、ラクトン系およびカーボネート系の少なくとも1つのウレタン熱可塑性エラストマ(a2)を、前記ウレタン熱可塑性エラストマ(a2)の含有量が前記ポリ塩化ビニル樹脂(a1)100質量部に対して165質量部以上640質量部以下となるように含み、
前記安定剤(C)は、ハイドロタルサイト(c1)および金属石鹸(c2)を含み、
前記難燃剤(D)は、金属水酸化物(d1)、臭素系難燃剤(d2)、非晶質シリカ(d3)および三酸化アンチモン(d4)の少なくとも1つを含む、
電線。
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