JP7384271B2 - 通信用電線およびワイヤーハーネス - Google Patents
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Description
最初に、本開示の実施態様を説明する。
本開示にかかる通信用電線は、電気信号を伝達する導体と、前記導体の外側に配置された、有機高分子を含む外層と、を有する通信用電線であって、前記通信用電線は、前記外層に、塩化物を形成しうる塩化物形成難燃剤を含有する第一の形態と、前記外層と前記導体との間に、有機高分子と前記塩化物形成難燃剤とを含有する内層をさらに有する第二の形態の、少なくとも一方の形態をとっており、前記外層は、第一の有機高分子と、前記第一の有機高分子よりも高い引張弾性率を有する第二の有機高分子と、を含有しており、前記外層を構成する有機高分子成分全体として、100MPa以上の引張弾性率を有する。
以下、図面を用いて、本開示の一実施形態にかかる通信用電線について詳細に説明する。本明細書において、引張弾性率等、各種材料特性は、特記しないかぎり、室温、大気中にて測定される値とする。また、本明細書において、材料組成について、ある成分が主成分であるとは、材料の全質量のうち、その成分が50質量%以上を占める状態を指す。有機高分子には、オリゴマー等、比較的低重合度の場合も含むものとする。本明細書において、組成物の引張弾性率等の物性に関して、「有機高分子成分全体」としているのは、その組成物に含有される有機高分子成分のみを全て混合した状態を指しており、難燃剤等、有機高分子成分以外の成分まで含んだ組成物全体を指すものではない。
図1に、本開示の一実施形態にかかるワイヤーハーネス3を、軸線方向に垂直に切断した断面図を示す。ワイヤーハーネス3は、本開示の一実施形態にかかる通信用電線1と、並走電線2とを含んでいる。ワイヤーハーネス3は、さらに別の電線を含んでいてもよい。
上記のように、本実施形態にかかるワイヤーハーネス3は、通信用電線1の外層(ジャケット15)、内層(絶縁被覆13)、および並走電線2の含塩素被覆層22の3種の、高分子組成物より構成された被覆層を有している。以下、各層の構成材料について説明する。
上記のように、通信用電線1の外層としてのジャケット15は、有機高分子と、塩化物形成難燃剤とを含有している。
ジャケット15を構成する有機高分子成分としては、第一の有機高分子と、第二の有機高分子の少なくとも2種が含有され、第二の有機高分子が、第一の有機高分子よりも、高い引張弾性率を有している。そして、有機高分子成分全体として、100MPa以上の引張弾性率(以下、単に弾性率と称する場合がある)を有している。高分子材料の引張弾性率は、例えば、JIS K 7161-1:2014に準拠して、引張試験によって評価することができる。なお、有機高分子成分においては、引張弾性率と曲げ弾性率が大きくは異ならないことが多く、第一の有機高分子と第二の有機高分子の弾性率の比較に際し、適宜、引張弾性率の代わりに曲げ弾性率を用いてもよい。
上記のように、ジャケット15の構成材料は、塩化物形成難燃剤を含有している。塩化物形成難燃剤とは、含塩素分子と反応して、塩化物を形成しうる難燃剤を指す。塩化物形成難燃剤の具体的な種類は、特に限定されるものではないが、金属元素と塩素以外の無機元素とが結合した、無機系難燃剤を挙げることができる。それら無機系難燃剤が含塩素分子と反応すると、金属の塩化物が形成されうる。代表的な無機系難燃剤として、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、水酸化ジルコニウム等の金属水酸化物を含む難燃剤を挙げることができる。中でも、水酸化マグネシウムは、安価な難燃剤として、電線の被覆材に多用されるものであり、本実施形態においても、好適に利用することができる。塩化物形成難燃剤としては、1種のみを用いても、2種以上を混合して用いてもよい。
難燃剤以外に、ジャケット15に含有されうる添加剤として、衝撃改質剤、安定剤、増量剤、老化防止剤、顔料、滑剤等、一般に電線の被覆材に添加しうる各種添加剤を用いることができる。ただし、それら添加剤は、実質的に塩化物を形成しないか、形成しても無視できる程度であることが好ましい。難燃剤以外の添加剤の含有量は、合計で、有機高分子成分100質量部に対して、30質量部以下であるとよい。
次に、通信用電線1の内層としての絶縁被覆13の構成成分について、説明する。絶縁被覆13は、有機高分子に、適宜添加剤が添加された組成物より構成されている。
次に、並走電線2の含塩素被覆層22の構成材料について説明する。含塩素被覆層22は、有機高分子と、可塑剤とを含有する高分子組成物より構成されている。
通信用電線1において、外層としてのジャケット15は、有機高分子成分が、上記所定の弾性率と成分構成を有することにより、並走電線2の含塩素被覆層22等、接触する含塩素部材から、外層としてのジャケット15および内層としての絶縁被覆13へと、可塑剤および塩素原子が移行するのを、抑制することができる。以下、可塑剤および塩素原子の移行、およびその抑制の現象について説明する。
最初に、可塑剤および塩素原子の移行に伴って、通信用電線において、含有成分および通信特性がどのように変化するのかを、検証した。
φ0.172mmの銅合金素線を7本撚り合わせて、導体断面積0.1475mm2の電線導体を作製した。得られた電線導体の外周に、下記の各成分を含有する材料を押し出し、厚さ0.16mmの絶縁被覆を形成した。このようにして得られた絶縁電線を、ピッチ20mmで2本撚り合わせて、信号線を作製した。さらに、信号線の外周に、下記の各成分を含有する材料を押し出して、厚さ0.47mmの中空状のジャケットを形成し、通信用電線を作製した。
(絶縁被覆)
・有機高分子成分:
「ノバテック EC9GD」 37.5質量部 (日本ポリプロ製 ポリプロピレン;引張弾性率 1189MPa)
「ノバテック FY6H」 37.5質量部 (日本ポリプロ製 ポリプロピレン;引張弾性率 1800MPa)
「プライムポリプロ E701G」 12.5質量部 (プライムポリマー製 ポリプロピレン 引張弾性率 1250MPa)
「タフテック M1913」 12.5質量部(旭化成製 SEBS)
・難燃剤:
水酸化マグネシウム 30質量部 (協和化学製「キスマ 5」)
臭素系難燃剤 20質量部 (エチレンビスペンタブロモフェニル アルベマール製「SAYTEX8010」)
・他の添加剤:
三酸化アンチモン 10質量部(山中工業製)
酸化亜鉛 5質量部 (ハクスイテック製 「亜鉛華2種」)
イミダゾール系化合物 5質量部 (2-メルカプトイミダゾール 川口化学工業製 「アンテージMB」)
酸化防止剤 3質量部 (ヒンダードフェノール系酸化防止剤 BASF製「イルガノックス1010」)
金属不活性剤 0.5質量部 (アデカ製「CDA-1」)
(ジャケット)-具体的な製品は、特記しないかぎり、上記絶縁被覆と同じものである。
・有機高分子成分:
「ノバテック EC9GD」 25質量部 (引張弾性率 1189MPa)
「サントプレーン203-40」 30質量部 (ポリオレフィンエラストマー Exxon Mobil製 ;曲げ弾性率80MPa)
「Adfex Q200F」 20質量部 (Lyondel Basell製 ポリオレフィンエラストマー;引張弾性率 155MPa)
「プライムポリプロ E701G」 12.5質量部 (引張弾性率 1250MPa)
「タフテック M1913」 12.5質量部
・難燃剤:
水酸化マグネシウム 40質量部
臭素系難燃剤 30質量部
・他の添加剤:
三酸化アンチモン 15質量部
酸化亜鉛 5質量部
イミダゾール系化合物 5質量部
酸化防止剤 3質量部
上記で形成した通信用電線と並走電線を接触させた集合体を、所定の温度に加熱した状態で、所定時間保持した。加熱温度は、110℃から150℃の範囲で、10℃刻みに設定した。
加熱後の通信用電線のジャケットに対して、生成物の分析を行った結果において、難燃剤として水酸化マグネシウムのみを用いた場合には、加熱温度が130℃以上の時に、塩化マグネシウム(MgCl2)が検出された。また、SEM観察の結果、ジャケットの層内や表面、またジャケットに包囲された空間の中に、微小な水滴に対応づけられる構造が観察された。このことから、通信用電線に含塩素被覆層を有する並走電線を接触させて高温で加熱することで、塩化マグネシウムが生成すること、また、塩化マグネシウムの生成に伴って、ジャケットの層内や表面、またジャケットに包囲された空間に、水が生成することが、明らかになった。これらの現象は、含塩素被覆層と接触した状態でジャケットが加熱されることで、含塩素被覆層からジャケットへと可塑剤が移行し、さらに可塑剤の移行に伴って、塩素原子も含塩素被覆層からジャケットへと移行し、ジャケットに難燃剤として含有される水酸化マグネシウムと反応したことの結果であると、解釈できる。反応によって生成した塩化マグネシウムが、潮解性を有しており、空気中の水分を水和物の形で取り込むことにより、水滴が形成されたものと考えられる。
次に、有機高分子成分の引張弾性率および組成と、可塑剤の移行の関係について、調査した。
以下の各オレフィン系高分子を、1種類のみ用い、あるいは表1に示した配合量(単位:質量%)で2種を混練し、シート材として成形して、試料A1~A7とした。
・「Adflex Q100F」:Lyondel Basell製 ポリオレフィンエラストマー;引張弾性率 113MPa
・「Adflex Q200F」:Lyondel Basell製 ポリオレフィンエラストマー;引張弾性率 155MPa
・「Adflex Q300F」:Lyondel Basell製 ポリオレフィンエラストマー;引張弾性率 349MPa
・「タフマー XM-7080」:三井化学製 ポリオレフィンエラストマー;引張弾性率 394MPa
・「ノバテック EC9GD」:日本ポリプロ製 ポリプロピレン;引張弾性率 1189MPa
・「Newcon NAR6」:日本ポリプロ製 ポリオレフィンエラストマー;引張弾性率 574MPa
・「ノバテック FL6510G」:日本ポリプロ製 ポリプロピレン;引張弾性率 2760MPa
上記で形成した各シート材に対して、JIS K 7161-1:2014に準拠して、引張試験を行い、引張弾性率を評価した。なお、上記で、原料として用いたオレフィン系高分子のそれぞれについて掲載した引張弾性率の値も、同様にして実測したものである(試験[1]でも同様)。
表1に、試料A1~A7のそれぞれのシート材の成分組成と、引張弾性率および可塑剤吸収率の計測結果を示す。また、図3に、引張弾性率と可塑剤吸収率の関係を示す。横軸に可塑剤吸収率を、縦軸に引張弾性率を示し、オレフィン系高分子を1種のみ用いた場合(試料A1~A4)を黒塗りの円で、2種以上のオレフィン系高分子を混合した場合(試料A5~A7)を、白抜きの四角で表示している。図中には、各データ点に対応させて、試料番号も表示している。
次に、有機高分子材料に添加する難燃剤の構成と、材料の難燃性および耐熱性との関係について調べた。
下の表2に示す各材料を、表示した質量比で混練し、シート材として成形して、試料B1~B7にかかる試料とした。この際、「老化防止マスターバッチ」として表示した各成分は、あらかじめ独立してよく混合しておいた状態で、他の成分と混練した。用いた各成分の詳細は、以下に示す。
・PP1:ポリプロピレン 日本ポリプロ製 「ノバテック EC9GD」;引張弾性率 1189MPa
・エラストマー1:ポリオレフィンエラストマー Lyondel Basell製 「Adflex Q200F」;引張弾性率 155MPa
・エラストマー2:ポリオレフィンエラストマー Exxon Mobil製 「サントプレーン 203-40」;曲げ弾性率80MPa
・SEBS:旭化成製 「タフテック M1913」
(老化防止マスターバッチ)
・PP2:ポリプロピレン プライムポリマー製 「プライムポリプロ E701G」
・SEBS:旭化成製 「タフテック M1913」
・酸化亜鉛:ハクスイテック製 「亜鉛華2種」
・イミダゾール系化合物:2-メルカプトイミダゾール 川口化学工業製 「アンテージMB」
(難燃剤)
・水酸化マグネシウム:協和化学製「キスマ 5」
・臭素系難燃剤:エチレンビスペンタブロモフェニル アルベマール製 「SAYTEX 8010」
・三酸化アンチモン:山中工業製
(その他添加剤)
・酸化防止剤:ヒンダードフェノール系酸化防止剤 BASF製 「Irganox 1010FF」
上記で得られた試料B1~B7のそれぞれについて、難燃性および耐熱性の評価を行った。
表2に、試料B1~B7のそれぞれについて、材料の成分組成と、難燃性および耐熱性の評価結果をまとめる。表2において、成分組成としては、各成分の含有量を、質量部を単位として表示している。全有機高分子成分、つまりベース樹脂の4つの構成成分と、老化防止マスターバッチに含有される2種の有機高分子成分の合計を、100質量部としている。試料B1~B7は、難燃剤に分類されている各成分の含有量において、相互に異なっている。表2においては、比較しやすいように、試料B2の欄を、同じ内容で、2か所設けている。
最後に、通信用電線の絶縁被覆に含有させる難燃剤の構成を変えた際に、所定の特性インピーダンスを得るために規定される絶縁被覆の厚さが、どのように変化するかを調べた。
φ0.172mmの銅合金素線を7本撚り合わせて、導体断面積0.1475mm2の電線導体を作製した。得られた電線導体の外周に、上記試験[1]で絶縁被覆の形成に用いたのと同じ材料を押し出して、絶縁被覆を形成した。このようにして得られた絶縁電線を、ピッチ20mmで2本撚り合わせて、信号線を作製した。さらに、信号線の外周に、上記試験[3]で作製した試料B2にかかる材料を押し出して、厚さ0.47mmの中空状のジャケットを形成し、通信用電線を作製した。この際、絶縁被覆の厚さを異ならせて、複数の試料を作製した。
上記で作製した、難燃剤として水酸化マグネシウムと臭素系難燃剤を含有する場合と、水酸化マグネシウムのみを含有する場合のそれぞれについて、絶縁被覆の厚さを異ならせた各試料に対して、差動モードにおける特性インピーダンスを計測した。特性インピーダンスの測定は、LCRメータを用いたオープン/ショート法によって行った。
図4に、難燃剤として水酸化マグネシウムと臭素系難燃剤を含有する場合(Mg(OH)2+Br系)と、水酸化マグネシウムのみを含有する場合(Mg(OH)2のみ)について、絶縁被覆の厚さと特性インピーダンスの関係を示す。横軸に絶縁被覆の厚さを、縦軸に特性インピーダンスを示している。
10 信号線
11 絶縁電線
12 導体
13 絶縁被覆(内層)
15 ジャケット(外層)
2 並走電線
21 導体
22 含塩素被覆層
3 ワイヤーハーネス
Claims (15)
- 電気信号を伝達する導体と、有機高分子を含有し、前記導体の外周を被覆する絶縁被覆と、を備えた絶縁電線が1対、相互に軸線方向を揃えて平行に並べられた、あるいは相互に撚り合わせられた信号線と、
有機高分子を含み、1本の前記信号線全体の外周を1周にわたって連続して被覆する、あるいは複数の前記信号線の束の外周を一括して被覆する、外層としてのジャケットと、を有する通信用電線であって、
前記絶縁被覆は、1層または複数の層を有しており、1層である場合のその1層、および複数の層を有する場合の積層されたそれら複数の層の全てが、内層として構成されており、
前記通信用電線は、
前記外層に、塩化物を形成しうる塩化物形成難燃剤を含有する第一の形態と、
前記内層に、前記塩化物形成難燃剤を含有する第二の形態の、少なくとも一方の形態をとっており、
前記外層は、第一の有機高分子と、前記第一の有機高分子よりも高い引張弾性率を有する第二の有機高分子と、を含有しており、前記外層を構成する有機高分子成分全体として、100MPa以上の引張弾性率を有する、通信用電線。 - 前記外層を構成する有機高分子成分全体としての引張弾性率は、300MPa以上である、請求項1に記載の通信用電線。
- 前記外層を構成する有機高分子成分全体としての引張弾性率は、500MPa以下である、請求項1または請求項2に記載の通信用電線。
- 前記塩化物形成難燃剤より形成される塩化物は、潮解性を有する、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の通信用電線。
- 前記塩化物形成難燃剤は、水酸化マグネシウムを含んでいる、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の通信用電線。
- 前記第一の有機高分子および前記第二の有機高分子は、それぞれ独立に、ポリオレフィンまたはオレフィン系エラストマーである、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の通信用電線。
- 前記通信用電線は、前記第一の形態および前記第二の形態の両方を
とっており、
前記外層に前記塩化物形成難燃剤を含有するとともに、
前記内層に前記塩化物形成難燃剤を含有する、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の通信用電線。 - 前記外層は、前記信号線との間に空隙を有する中空構造の前記ジャケットとして構成されている、請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の通信用電線。
- 前記第一の形態をとる場合の前記外層、および前記第二の形態をとる場合の前記内層は、前記塩化物形成難燃剤とともに、臭素系難燃剤を含有している、請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の通信用電線。
- 前記第一の形態をとる場合の前記外層、および前記第二の形態をとる場合の前記内層は、有機高分子成分100質量部に対して、前記塩化物形成難燃剤としての水酸化マグネシウムを30質量部以上、70質量部以下、前記臭素系難燃剤を20質量部以上、60質量部以下含有する、請求項9に記載の通信用電線。
- 前記通信用電線は、少なくとも前記第二の形態をとっており、
前記第一の形態をとる場合の前記外層、および前記第二の形態における前記内層は、前記塩化物形成難燃剤とともに、臭素系難燃剤を含有しており、
前記絶縁被覆が、前記塩化物形成難燃剤としての水酸化マグネシウムとともに、前記臭素系難燃剤を含有しており、
前記絶縁被覆の厚さが0.18mmよりも小さく、
前記通信用電線の特性インピーダンスが、100±10Ωである、請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の通信用電線。 - 前記第一の有機高分子の引張弾性率は100MPa以上である、請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の通信用電線。
- 前記第二の有機高分子はポリプロピレンである、請求項1から請求項12のいずれか1項に記載の通信用電線。
- 請求項1から請求項13のいずれか1項に記載の通信用電線と、
塩素原子を含む成分と、可塑剤と、を含有する高分子組成物より構成された含塩素部材と、を有し、
前記含塩素部材が、前記通信用電線の前記外層の少なくとも一部と接触して配置されている、ワイヤーハーネス。 - 前記含塩素部材は、前記通信用電線とは別の被覆電線を構成する被覆材である、請求項14に記載のワイヤーハーネス。
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