JP7492454B2 - 絶縁電線、及びその製造方法 - Google Patents
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Description
高電圧、大電流を供給する絶縁電線は高温となりやすく、一般的に高温環境における絶縁電線の発煙特性は低下する。
本発明で特徴的なことは、絶縁層12に残存する沸点が150℃から360℃の範囲にある揮発性有機化合物と準揮発性有機化合物の残存量合計が、1500ppm以下となっていることである。
以下、特に断りが無い限り、「VOC」を揮発性有機化合物と準揮発性有機化合物の両者を指す言葉として使用する。
また、絶縁電線1の発煙特性を下げる要因は、低分子環状シロキサンの他に、安息香酸や安息香酸の誘導体等の昇華性物質が挙げられる。
望ましくは、D8の低分子環状シロキサンの残存量を300ppm以下とするのが好ましい。
望ましくは、D9、D10の低分子環状シロキサンの残存量の合計を300ppm以下とするのが好ましい。
第1絶縁層23と第2絶縁層24のそれぞれは、各層内で均一な物性を有するものでも、肉厚方向及び/又は絶縁電線の長さ方向で物性が変化するものでも良い。
VOCの透過を抑制する観点では、気体に対する高いバリア性を有する結晶性の材料が特に好適であり、分子構造上、結晶質の領域が多く形成されやすいPETや、金属結晶を形成する金属材料が特に好ましく、金属材料の中では気体に対してバリア性を有する緻密な酸化被膜が形成される銅やアルミニウムが好適である。
例えば、第1絶縁層23の外周に金属蒸着を設けるなど、VOCに対して低透過性を示すコーティング層を設けた態様や、後述する図5のシールド層28に存在する隙間をVOCに対して低透過性を示す材料で充填し、透過抑制層26とシールド層28を兼ねさせた態様が挙げられる。
本発明は図4に示すようなシールド層28を有する絶縁電線4の発煙特性の向上に、特に好適に利用できる。
図1に示すような単層の絶縁層12を有する絶縁電線1を作製した。
具体的には、まず、直径0.32mmの軟銅線を9本撚り合わせた子撚導体を準備し、この子撚導体を19本、同心撚り構造で撚り合わせ、断面積15mm2相当、φ5.1の導体10を形成した。
次いで、押出成型機を用いて、導体10の外周に、絶縁層12となるシリコーンゴムを肉厚1.0mmで被覆したのち、熱処理を行ってシリコーンゴムを架橋させ、外径7.1mmの絶縁電線1を得た。
実施例1と同じ絶縁電線1を長さ2000mmに切断し、室温にてアセトンに3時間浸漬させた後、室温で十分に乾燥させた後、実施例1と同じ条件で加熱し実施例2の絶縁電線1-2を得た。絶縁層12に残存するVOCは、D4~D10の低分子環状ジメチルシロキサンの合計量が359ppm、うちD4~D6の合計量が25ppm、D7、D8の合計量が138ppm、D9、D10の合計量が196ppmであった。
事前に90℃×5時間の加熱処理を行うことでVOCを低減したシリコーンゴムを用いて実施例1と同様の絶縁電線1を作成し、実施例2と同様のVOC低減処理を施し、実施例3の絶縁電線1-3を得た。絶縁層12に残存するVOCは、D4~D10の低分子環状ジメチルシロキサンの合計量が198ppm、うちD4~D6の合計量が31ppm、D7、D8の合計量が33ppm、D9、D10の合計量が134ppmであった。
VOCの低減処理を行っていないことを除いては、実施例1と同じ絶縁電線を、比較例1の絶縁電線1’-1とした。絶縁層12に残存するVOCは、D4~D10の低分子環状ジメチルシロキサンの合計量が10098ppm、うちD4~D6の合計量が7430ppm、D7、D8の合計量が1909ppm、D9、D10の合計量が759ppmであった。
直径0.32mmの軟銅線を23本撚り合わせた子撚導体を準備し、この子撚導体を19本、同心撚り構造で撚り合わせ、断面積35mm2相当、φ8.1の導体10を形成した。
次いで、押出成型機を用いて、導体10の外周に、絶縁層12となるシリコーンゴムを肉厚1.3mmで被覆したのち、熱処理を行ってシリコーンゴムを架橋させ、外径10.7mmの絶縁電線1を得た。
実施例4と同じ絶縁電線1を実施例2と同じ条件でアセトン浸漬、加熱し、実施例5の絶縁電線1-5を得た。絶縁層12に残存するVOCは、D4~D10の低分子環状ジメチルシロキサンの合計量が361ppm、うちD4~D6の合計量が30ppm、D7、D8の合計量が94ppm、D9、D10の合計量が237ppmであり、実施例2と同等の残存量である。
事前に90℃×5時間の加熱処理を行うことでVOCを低減したシリコーンゴムを用いて実施例4と同様の絶縁電線1を作成し、実施例3と同様のVOC低減処理を施し、実施例6の絶縁電線1-6を得た。絶縁層12に残存するVOCは、D4~D10の低分子環状ジメチルシロキサンの合計量が201ppm、うちD4~D6の合計量が35ppm、D7、D8の合計量が31ppm、D9、D10の合計量が135ppmであり、実施例3と同等の残存量である。
VOCの低減処理を行っていないことを除いては、実施例3と同じ絶縁電線を、比較例2の絶縁電線1’-2とした。絶縁層12に残存するVOCは、D4~D10の低分子環状ジメチルシロキサンの合計量が10142ppm、うちD4~D6の合計量が7563ppm、D7、D8の合計量が1843ppm、D9、D10の合計量が736ppmであり、比較例1と同等の残存量である。
各実施例、比較例の絶縁電線の絶縁層12に残存するVOC(低分子環状シロキサン)の量は、アセトン抽出によるガスクロマトグラフ法によって測定した。具体的な方法は以下に示す。
ガスクロマトグラフィーの加熱条件は、40℃を1分保持 → 昇温速度10℃/分で80℃まで加熱 → 昇温速度20℃/分で120℃まで加熱 → 昇温速度7℃/分で310℃まで加熱し、10分間保持した。
実施例4、比較例2の絶縁電線に対しては、絶縁層12に残存する昇華性物質(安息香酸とその誘導体)の量を加熱脱着式のガスクロマトグラフ法によって測定した。具体的な方法は以下に示す。
ガスクロマトグラフィーの加熱条件は、40℃を7分保持 → 昇温速度10℃/分で120℃まで加熱 → 昇温速度20℃/分で270℃まで加熱し、30分保持した。
自動車規格JASO D609を参考にして発煙特性の確認を行った。本来は様々な温度における電流値と発煙開始時間の関係を整理したものが発煙特性として扱われるが、本願においては、室温で絶縁電線1に電流を流し、段階的に電流値を上昇させて発煙が発生した際における絶縁電線1の温度と電流値の大小を、発煙特性の指標として用いた。
具体的な試験方法は以下の通りである。
絶縁電線1を長さ1000mmに切断し、両端の絶縁層12を長さ20mm除去したものを試料とした。
試料の中心から左側50mmの位置に、熱電対による絶縁層12の表面温度測定部、試料の中心から右側50mmの位置に、熱電対による導体温度測定部を設けた。
室温(27±5℃)で測定した。
絶縁電線1の両端に設けた絶縁層12の除去部に、定電圧・定電流直流電源装置を接続し、導体断面積に応じて設定された所定の初期電流を通電し、導体温度が一定になるまで放置する。
導体温度が一定になった後、電流値を5分毎に10A上昇させる。電流値の上昇に伴って導体温度と絶縁層表面温度も上昇し、絶縁層12からの発煙が確認された際の導体温度を発煙温度として記録した。
各実施例、比較例の結果を表2に示す。
以上の結果から、D9、D10の残存量合計を300ppm以下とするように低分子環状シロキサンを低減すれば、必要十分な発煙特性が得られると言える。
導体断面積が比較例1よりも増加しているため、同一の電流を印加した際の温度上昇が比較例1よりも緩やかになり、その結果、発煙に至るまでの通電可能な電流値が増加したと考えられる。
一般的な絶縁電線では、導体10の断面積の増加に伴い、絶縁層12に必要とされる肉厚が増加する。
また、絶縁層12の肉厚を同一に設計した場合でも、導体10の断面積の増加に伴って絶縁層12の外径も太くなるため、絶縁層12の量は増加する。比較例2の絶縁電線1’-2の場合、比較例1の絶縁電線1’-1と比べて単位長さ当たりの絶縁層12の量は約2倍となっている。
以上の結果から、導体10の断面積の増加に伴う絶縁層12の量の増加があっても、D9、D10の残存量を300ppm以下とするように低分子環状シロキサンを低減すれば、必要十分な発煙特性が得られると言える。
実施例5の絶縁電線1-5が、実施例2の絶縁電線1-2と比較して絶縁層12の量の増加にも関わらず発煙温度が同等であったことから、D9、D10の残存量合計を300ppm以下とすることで、VOCが空気中へ揮発して飛散した際に発煙として目視できる濃度に至らず、絶縁電線1が本来有するVOCの残存量に依存しない発煙温度が得られたと考えられる。
直径0.32mmの軟銅線を19本撚り合わせた子撚導体を準備し、この子撚導体を53本、同心撚り構造で撚り合わせ、断面積95mm2相当、φ14の導体20を形成した。
次いで、押出成型機を用いて、導体20の外周に、第1絶縁層23となるシリコーンゴムを肉厚1.2mmで被覆したのち、熱処理を行ってシリコーンゴムを架橋させ、外径16.4mmの第1絶縁層23を得た。
実施例7の絶縁電線5において、第2絶縁層24に対するVOC低減処理を割愛したものを、参考実施例の絶縁電線とした。
参考実施例の絶縁電線の第2絶縁層24に残存するVOCの量を測定したところ、D4~D10の低分子環状ジメチルシロキサンの合計量は2185ppm、うちD4~D8の合計量が1420ppm、D4~D6の合計量は347ppmであった。
透過抑制層26を設けていないことを除いては、実施例7と同じ材料、工程で作成した絶縁電線を、比較例3の絶縁電線とした。
比較例3の絶縁電線の第1絶縁層23に残存するVOCは、D4~D10の低分子環状ジメチルシロキサンの合計量は1403ppm、うちD4~D8の合計量が847ppm、D4~D6の合計量は221ppmであり、第2絶縁層24に残存するVOCは、D4~D10の低分子環状ジメチルシロキサンの合計量は1300ppm、うちD4~D8の合計量が715ppm、D4~D6の合計量は211ppmであった。
比較例3の絶縁電線において、第2絶縁層24に対するVOC低減処理を割愛したものを、参考比較例の絶縁電線とした。
参考比較例の絶縁電線の第1絶縁層23に残存するVOCは、D4~D10の低分子環状ジメチルシロキサンの合計量は2277ppm、うちD4~D8の合計量が1561ppm、D4~D6の合計量は499ppmであり、第2絶縁層24に残存するVOCは、D4~D10の低分子環状ジメチルシロキサンの合計量は2434ppm、うちD4~D8の合計量が1660ppm、D4~D6の合計量は507ppmであった。
実施例7の絶縁電線5において、第1絶縁層23のVOC低減処理までで工程を終えたものを、参考例1の絶縁電線とした。
参考例1の絶縁電線の第1絶縁層23に残存するVOCは、D4~D10の低分子環状ジメチルシロキサンの合計量は359ppm、うちD4~D8の合計量が163ppm、D4~D6の合計量は25ppmであった。
実施例7の絶縁電線5において、第1絶縁層23の形成までで工程を終えたもの、すなわち、参考例1からVOC低減処理を割愛したものを、参考例2の絶縁電線とした。
参考例2の絶縁電線の第1絶縁層23に残存するVOCは、D4~D10の低分子環状ジメチルシロキサンの合計量は2616ppm、うちD4~D8の合計量が1732ppm、D4~D6の合計量は244ppmであった。
各実施例、比較例、参考例の絶縁電線の絶縁層22(第1絶縁層23、もしくは第2絶縁層24)に残存するVOC(低分子環状シロキサン)の量は、アセトン抽出によるガスクロマトグラフ法によってD3~D10の低分子環状ジメチルシロキサンの量を測定した。具体的な方法は上記実施例1~6、比較例1、2の測定方法と同様である。
自動車規格JASO D609を参考にして発煙特性の確認を行った。本来は様々な温度における電流値と発煙開始時間の関係を整理したものが発煙特性として扱われるが、本願においては、室温で絶縁電線5に一定値の電流を流し、発煙が発生した際における絶縁電線5の導体温度の大小を、発煙特性の指標として用いた。具体的な試験方法は以下の通りである。
絶縁電線5を長さ1000mmに切断し、両端の絶縁層22を長さ20mm除去したものを試料とした。
試料の中心に熱電対による導体温度測定部を設けた。
室温(27±5℃)で測定した。
絶縁電線5の両端に設けた絶縁層22の除去部に、定電圧・定電流直流電源装置を接続し、900Aの電流を流した。絶縁層22からの発煙が確認された際の導体温度を発煙温度として記録した。
各実施例、比較例、参考例の結果を表3に示す。
なお、実施例7の絶縁電線5は280℃の時点では発煙が確認されず、これ以上温度を上げると短期許容温度である300℃に接近して絶縁層自体の熱分解による発煙が発生し、VOC由来の発煙と明確に区別ができなかったため、発煙温度を280℃以上とした。
このことから、参考比較例の絶縁電線は第1絶縁層23と第2絶縁層24との間に透過抑制層26が無いため、第2絶縁層24の被覆~架橋の過程において、第2絶縁層24から脱離したVOCが第1絶縁層23に移行してしまい、第1絶縁層23に残存するVOCの量が増加してしまったと考えられる。
このことから、参考比較例の絶縁電線は第1絶縁層23と第2絶縁層24との間に透過抑制層26が無いため、比較例の絶縁電線とするために第2絶縁層24にVOCの低減処理を施す際に、第2絶縁層24から脱離したVOCの一部が第1絶縁層23に再吸着する現象が発生し、絶縁電線に含まれるVOCの総量の低減効果が限定的になってしまったと考えられる。
本発明は特に、自動車・電気電子機器等に使用される、高電圧電力ケーブルに好適なものであるが、利用用途はこれらに限定されるものでなく、発煙特性が要求される場面においては、低電圧のケーブル、絶縁電線などに本発明を適用しても良い。
10、20 導体
12、22 絶縁層
23 第1絶縁層
24 第2絶縁層
26 透過抑制層
28 シールド層
Claims (13)
- 導体の周囲に絶縁層を被覆した絶縁電線の製造方法であって、
該絶縁層はオルガノポリシロキサンを含有し、該導体の周囲に該絶縁層が被覆された後、所定の温度、時間で加熱される処理工程を経ることで、
該絶縁層に残存する沸点が150℃から360℃の範囲にあるD4~D10の低分子環状シロキサンの残存量合計が400ppm以下であるとともに、該絶縁層に残存するD10の低分子環状シロキサンの残存量合計が200ppm以下となっており、該絶縁層に残存する昇華性物質の残存量合計が300ppm以下となっている絶縁層を形成することを特徴とする絶縁電線の製造方法。 - 絶縁層に残存するD4~D8の低分子環状シロキサンの残存量合計が、該絶縁層に残存するD9~D10の低分子環状シロキサンの残存量合計より大きい絶縁層に対し該処理工程を施すことで、
該絶縁層に残存するD4~D8の低分子環状シロキサンの残存量合計を、該絶縁層に残存するD9~D10の低分子環状シロキサンの残存量合計より小さい絶縁層を形成することを特徴とする、請求項1に記載の絶縁電線の製造方法。 - 該所定の温度は150℃以下であることを特徴とする、請求項1または2に記載の絶縁電線の製造方法。
- 導体の周囲に絶縁層が被覆された絶縁電線の製造方法であって、
該絶縁層はオルガノポリシロキサンを含有し、
該導体の周囲に該絶縁層を被覆する前に、該絶縁層を形成する材料を所定の温度、時間で加熱する処理工程を経ることで、
該絶縁層に残存する沸点が150℃から360℃の範囲にあるD4~D10の低分子環状シロキサンの残存量合計が400ppm以下であるとともに、該絶縁層に残存するD10の低分子環状シロキサンの残存量合計が200ppm以下となっており、該絶縁層に残存する昇華性物質の残存量合計が300ppm以下となっている絶縁層を形成することを特徴とする絶縁電線の製造方法。 - 該絶縁層に残存するD8の低分子環状シロキサンの残存量合計が30ppm以下である絶縁層を形成することを特徴とする、請求項1~4の何れか一項に記載の絶縁電線の製造方法。
- 該昇華性物質は、安息香酸、または安息香酸の誘導体であることを特徴とする、請求項1~5の何れかに記載の絶縁電線の製造方法。
- 導体の周囲に絶縁層を被覆した絶縁電線であって、
該絶縁層はオルガノポリシロキサンを含有し、
該絶縁層に残存する沸点が150℃から360℃の範囲にあるD4~D10の低分子環状シロキサンの残存量合計が400ppm以下であるとともに、
該絶縁層に残存する昇華性物質の残存量合計が300ppm以下であることを特徴とする絶縁電線。 - 該昇華性物質は、安息香酸、または安息香酸の誘導体であることを特徴とする、請求項7に記載の絶縁電線。
- 導体の周囲に第1絶縁層と第2絶縁層を含む少なくとも2つの絶縁層を被覆した絶縁電線の製造方法であって、
該第1絶縁層、及び該第2絶縁層はそれぞれオルガノポリシロキサンを含有し、
該導体の周囲に該第1絶縁層が被覆された後、所定の温度、時間で加熱される第1処理工程と、該第1処理工程後に該第1絶縁層の周囲に被覆された該第2絶縁層を、所定の温度、時間で加熱する第2処理工程とを経るとともに、
該第2絶縁層を被覆する前に、該第1絶縁層の周囲にD4~D8の低分子環状シロキサンに対して低透過性を示す透過抑制層を形成することで、
該第1絶縁層と該第2絶縁層とに残存する沸点が150℃から360℃の範囲にあるD4~D8の低分子環状シロキサンの残存量合計が500ppm以下であるとともに、該第1絶縁層と該第2絶縁層とに残存するD4~D10の低分子環状シロキサンの残存量合計が1000ppm以下となっている絶縁層を形成することを特徴とする絶縁電線の製造方法。 - 該第2絶縁層を被覆する前に、該第1絶縁層または該透過抑制層の周囲にシールド層を形成することを特徴とする、請求項9に記載の絶縁電線の製造方法。
- 導体の周囲に、第1絶縁層と第2絶縁層を含む少なくとも2つの絶縁層を被覆した絶縁電線であって、
該第1絶縁層、及び該第2絶縁層はそれぞれオルガノポリシロキサンを含有し、
該第1絶縁層と該第2絶縁層との間に、D4~D8の低分子環状シロキサンに対して低透過性を示す透過抑制層が設けられており、
該第1絶縁層と該第2絶縁層とに残存する沸点が150℃から360℃の範囲にあるD4~D8の低分子環状シロキサンの残存量合計が500ppm以下であるとともに、
発煙温度が250℃以上であることを特徴とする絶縁電線。 - 該絶縁電線の発煙温度は、該絶縁電線の短期許容温度の0.9倍以上の温度であることを特徴とする、請求項11に記載の絶縁電線。
- 該第1絶縁層と該第2絶縁層との間に、シールド層が設けられていることを特徴とする、請求項11または12に記載の絶縁電線。
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