JPH04218545A - 半導電性樹脂組成物およびそれを用いたゴム・プラスチック絶縁電力ケーブル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導電性樹脂組成物とそ
れを用いたゴム・プラスチック絶縁電力ケーブルに関し
、更に詳しくは、高圧用のゴム・プラスチック絶縁電力
ケーブルの内部半導電層または／および外部半導電層の
材料として有用な半導電性樹脂組成物とそれを用いたゴ
ム・プラスチック絶縁電力ケーブルに関する。

【０００２】

【従来の技術】ゴム・プラスチック絶縁電力ケーブル（
以下、単に「電力ケーブル」という）は、通常、導体の
外周に、内部半導電層および絶縁体層を設けたケーブル
コア、または内部半導電層、絶縁体層および外部半導電
層を設けたケーブルコアを有する。

【０００３】そして、上記した内部半導電層、外部半導
電層は、オレフィン系樹脂に所望量の導電性カーボンブ
ラックを配合してなる樹脂組成物またはその架橋体で形
成されているのが通例である。例えば、特開昭５６−７
９８０６５号公報、特開昭６０−２０６８５５号公報、
特開平１−２４６７０７号公報には、ケーブル用半導電
性樹脂組成物として、エチレン−酢酸ビニル共重合体と
ポリエチレンとの混和物をベース樹脂とし、これにカー
ボンブラックを配合した組成物が開示されている。これ
らの組成物は、熱変形防止，絶縁体との密着性の向上，
あるいは押出加工性の向上を目的として開発されたもの
で、いずれも後述する本発明の目的達成に不可欠なベー
ス樹脂の結晶融点および結晶化度についての言及はなさ
れていない。

【０００４】また、特開昭５５−１１１０１０号公報に
は、導電性安定化のためにケッチェンブラックのような
特定のカーボンブラックをアセチレンブラックと併用し
て配合した半導電性樹脂組成物が開示されている。しか
し、ケッチェンブラックは分散性が悪くまた異物が多い
ため、押出成形体の表面平滑性に難点があり、電気トリ
ー発生を起こし易いという欠点がある。

【０００５】また、特開昭５９−５６４４１号公報には
、結晶融点９０〜１２０℃のエチレン系ポリマーとエチ
レン・α−オレフィン・ポリエン共重合ゴムとの混合物
をベース樹脂として使用した半導電性樹脂組成物が開示
されている。しかし、ベース樹脂にゴムを用いるとペレ
ット化が困難で、ハンドリングが難しくなるため異物が
混入し易く、また、溶融粘度が高く成形加工性が悪いた
め押出成形体の表面平滑性を損なう原因となる。

【０００６】ところで、半導電性樹脂組成物においては
、配合された導電性カーボンブラックが、マトリックス
であるオレフィン系樹脂の中にネットワークを形成して
存在し、その結果、所望の導電性が付与されている。 なお、前記した導電性カーボンブラックのネットワーク
とは、隣接したカーボンブラック粒子の粒子間距離が短
くなっていて、カーボッブラック粒子がオレフィン系樹
脂の中に全体として密な立体構造をとって分布している
状態をいう。このようなネットワークが形成されている
と、トンネル効果、すなわち電荷のホッピング現象に基
づく電気伝導が引き起こされ、得られた樹脂組成物には
導電性が発現する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】電力ケーブルにおける
内・外部半導電層を構成する上記オレフィン系樹脂組成
物は、電力ケーブルの使用時温度である約９０℃の付近
で、その樹脂組成物の結晶部分の融解に伴う熱膨張によ
って前記導電性カーボンブラックのネットワークが崩れ
、その結果、体積抵抗率の上昇率が増大するということ
が知られている。

【０００８】電力ケーブルの使用時に半導電層の体積抵
抗率が上昇すると、それら内・外部半導電層の導電性が
不安定になるとともに、ｔａｎδが上昇することによっ
て送電エネルギーの損失が増加し、結果として、電力ケ
ーブルの性能低下を引き起こす。本発明は上記した問題
を解決し、電力ケーブルの使用温度においてもその体積
抵抗率の上昇が小さく、したがって導電性が安定してい
る内・外部半導電層の材料として好適な半導電性樹脂組
成物、ならびにそれを用いたゴム・プラスチック絶縁電
力ケーブルの提供を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明においては、結晶融点が８６℃未満のオ
レフィン系重合体、または前記結晶融点が８６℃未満の
オレフィン系重合体と結晶融点が１００℃以上のオレフ
ィン系重合体との混和物から成り、８６℃以上１００℃
未満の範囲に実質的に結晶融点をもたず、かつ、その結
晶化度が２０〜３５％であるベース樹脂１００重量部；
ならびに、アセチレンブラックおよびファーネスブラッ
クのいずれか１種またはそれらの混合物から成る導電性
カーボッブラック４０〜８０重量部を必須として成るこ
とを特徴とする半導電性樹脂組成物が提供され、また、
導体の外周に、内部半導電層、絶縁体層、必要に応じて
外部半導電層が順次形成されているゴム・プラスチック
絶縁電力ケーブルにおいて、内部半導電層および／また
は外部半導電層が、前記半導電性樹脂組成物またはその
架橋体で形成されていることを特徴とするゴム・プラス
チック絶縁電力ケーブルが提供される。

【００１０】本発明の半導電性樹脂組成物は、上記した
ベース樹脂と導電性カーボッブラックを必須成分として
構成される。まず、上記ベース樹脂は、オレフィン系重
合体の１種または２種以上の混和物からなり、８６℃以
上１００℃未満の範囲に結晶融点を実質的に持たず、か
つその結晶化度が２０〜３５％であることが必要である
。

【００１１】本発明でいう結晶融点、結晶化度は、いず
れも、示差走査型熱量測定法（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａ
ｌ　ｓｃａｎｎｉｎｇ　ｃａｌｏｒｉｍｅｔｒｙ　、以
下ＤＳＣ法という）を適用して、以下のように規定され
る値をいう。すなわち、今、測定対象の試料を１０℃／
ｍｉｎの昇温速度で加熱して示差熱量曲線を描き、試料
中の結晶成分の融解に伴って発現する前記曲線の吸熱ピ
ークを与える温度をもって結晶融点（℃）とする。

【００１２】また、前記曲線の吸熱量を積分して試料中
結晶の融解に要する熱量を算出し、この熱量から試料中
結晶の融解潜熱Ａ（Ｊｏｎｌ／ｇ）　を求め、このＡ値
を、次式：Ｂ＝０．３４４　×Ａに代入して得られた値
をもって結晶化度（％）とする。ベース樹脂の結晶化度
が２０％未満である場合には、これに後述する導電性カ
ーボンブラックを配合して目的とする樹脂組成物を調製
したときに、樹脂組成物内における導電性カーボンブラ
ックのネットワークが充分に形成されないため、満足す
べき導電性を有する樹脂組成物が得られない。また、結
晶化度が３５％を超える場合は、調製した樹脂組成物の
押出成形性が低下して、例えば、この樹脂組成物を導体
の外周に押出被覆して半導電層を形成する場合に不都合
となる。

【００１３】ベース樹脂の好ましい結晶化度は２５〜３
０％である。このベース樹脂は、その結晶融点が８６℃
以上１００℃未満の範囲に実質的に存在しないものを用
いる。その理由は、ベース樹脂の結晶融点が８６℃未満
の場合、その結晶融点付近では結晶の融解による熱膨張
により体積抵抗率は増大するが、電力ケーブルの使用時
温度である９０℃付近では結晶がほとんど融解している
ためカーボンのモビリティが増大することにより、カー
ボンネットワークの再構築が起こるからである。それに
伴って体積抵抗率も低下するため、導電性は安定したも
のになりケーブル性能の低下を抑えることができる。

【００１４】また、結晶融点８６℃未満のオレフィン系
重合体に結晶融点１００℃以上のオレフィン系重合体を
混和して使用することが好ましいが、これは、結晶融点
が電力ケーブルの使用温度より高いため、ケーブル使用
時温度付近での結晶融解に伴う熱膨張による体積抵抗率
の大幅な増加がないうえ、この結晶融点１００℃以上の
オレフィン系重合体がベース樹脂全体の結晶化度の調整
に寄与するからである。

【００１５】結晶融点が８６℃未満の重合体としては、
例えば、密度０．９４０ｇ／ｍｌ以上のエチレン−酢酸
ビニル共重合体，アクリル酸エチル含量１７重量％以上
のエチレン−アクリル酸エチル共重合体，アクリル酸メ
チル含量２５重量％以上のエチレン−アクリル酸メチル
共重合体，密度０．９４０ｇ／ｍｌ以上のエチレン−メ
タクリル酸共重合体，密度０．９４０ｇ／ｍｌ以上のエ
チレン−メタクリル酸メチル共重合体，好ましくは密度
０．９４０〜０．９４５ｇ／ｍｌのエチレン−酢酸ビニ
ル共重合体をあげることができ、これらはそれぞれ単独
で用いてもよいし２種以上を組み合わせて用いてもよい
。

【００１６】また、結晶融点１００℃以上の重合体とし
ては、例えば、密度０．９４０ｇ／ｍｌ　以下の、低密
度ポリエチレン、超低密度ポリエチレン、直鎖状低密度
ポリエチレン、好ましくは、密度０．９２ｇ／ｍｌ以下
の高圧重合法低密度ポリエチレン、密度０．９０ｇ／ｍ
ｌ以下の超低密度ポリエチレンをあげることができ、こ
れらはそれぞれ単独で用いてもよいし、適当に２種以上
を組合わせて用いてもよい。

【００１７】ベース樹脂としては、結晶融点８６℃未満
のオレフィン系重合体の単独、もしくは結晶融点８６℃
未満のオレフィン系重合体と結晶融点１００℃以上のオ
レフィン系重合体との混和物のいずれであってもよいが
、混和物を用いるとベース樹脂における結晶化度の調整
がしやすく、成形加工性，カーボンブラックのネットワ
ーク構築の容易性等にバランスがとれた組成物となるの
で好ましい。

【００１８】この場合、前記エチレン−酢酸ビニル共重
合体５０〜１００重量部に対し、５０重量部以下の前記
低密度ポリエチレンを混和することが好ましい。また、
上記したベース樹脂に、更に、結晶融点が８６℃以上１
００℃未満であるエチレン系重合体であっても、その配
合量をベース樹脂１００重量部に対し２０重量部以下に
制限するならば、配合しても差し支えない。これらの共
重合体は、その配合量が２０重量部未満であるならば、
得られたベース樹脂のＤＳＣチャートにおける結晶融点
ピークは８６℃以上１００℃未満の範囲に実質的に表れ
ていないからである。

【００１９】このようなベース樹脂に導電性カーボンブ
ラックを配合して本発明の半導電性樹脂組成物が得られ
る。用いる導電性カーボンブラックとしては、アセチレ
ンブラックとファーネスブラックのいずれか１種または
これらの混合物をあげることができる。導電性カーボン
ブラックの配合量は、ベース樹脂１００重量部に対し、
４０〜８０重量部に設定される。

【００２０】なお、ベース樹脂に導電性カーボンブラッ
クを配合すると、その配合量にもよるが、得られた半導
電性樹脂組成物のＤＳＣチャートに表れる結晶融点ピー
クは低温側に若干シフトする。配合量が４０重量部未満
の場合は、得られた樹脂組成物の導電性が低くなりすぎ
て、また８０重量部を超える場合は、溶融時の粘度が高
くなり、成形加工性，カーボンブラックの分散性が著し
く低下するため、いずれも半導電層用の材料として不適
当になるからである。好ましい配合量は、ベース樹脂１
００重量部に対し５０〜７０重量部である。

【００２１】本発明の樹脂組成物は以上の成分を必須と
するが、更に、本発明の目的を阻害しない範囲で、架橋
剤、抗酸化剤、滑剤などの各種の充填剤を添加すること
ができる。架橋剤としては、例えば、１，３−ビス（ｔ
−ブチルペルオキシ−ｉ−プロピル）ペンゼン、ｔ−ブ
チル−α−クミルペルオキシド、ジクミルペルオキシド
、２，４−ジフェニル−４−メチル−１−ペンテンをあ
げることができ、抗酸化剤としては、例えば、４，４’
−ビス（３−メチル−６−ｔ−ブチルフェノール）、ビ
ス［２−メチル−４−（３−ｎ−アルキルチオプロピオ
ニルオキシ）−５−ｔ−ブチルフェニル］スルフィド、
２，５−ジ−ｔ−ブチルヒドロキノン、２，６−ジ−ｔ
−ブチル−ｐ−クレゾール、２，２’−チオジエチレン
ビス−［３−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキ
シフェニル）プロピオネート］、ジラウリルチオジプロ
ピオネート、ジステアリルチオジプロピオネートをあげ
ることができる。

【００２２】また、滑剤としては、例えば、ステアリン
酸亜鉛、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸、オ
キシ脂肪酸、オレイン酸アミド、エシル酸アミド、エチ
レングリコールモノステアレート、セチルアルコール、
ステアリルアルコール、ハロゲン化ケイ素をあげること
ができる。本発明の電力ケーブルは、その内部半導電層
または外部半導電層が上記半導電性樹脂組成物またはそ
の架橋体で構成されている。

【００２３】これら半導電層は、上記樹脂組成物を導体
の外周に押出被覆し、必要に応じてその後に架橋処理を
施して形成される。また、上記樹脂組成物でテープを成
形しこのテープを導体外周に巻回し、必要に応じてその
後に架橋処理を施して形成されてもよい。架橋処理を施
すと、上記樹脂組成物は、その結晶融点が８１℃未満ま
たは９５℃以上となり、また、結晶化度は１８〜３２％
となる。本発明の最終目的は電力ケーブルの性能を安定
化させることであり、ケーブル状態で半導電層が上記結
晶融点および結晶化度を有していればその目的を充分達
成できる。

【００２４】

【実施例】表１に表示の成分を表示の割合（重量部）で
オープンロールを用いて混練して各種の樹脂組成物を調
製した。これらの樹脂組成物を押出設定温度１３０℃で
押出成形してシートにした。これらの各シートにつき、
ＡＳＴＭＤ９９１に準拠して温度２０℃と９０℃におけ
る体積抵抗率を測定し、また、各シートのベース樹脂に
つき、昇温速度１０℃／ｍｉｎの条件でＤＳＣ法を行な
い、その結晶融点と結晶化度を算出した。また、樹脂組
成物の押出成形時における押出成形性を、設定温度１２
０℃において良好な押出外観が得られる場合を良，押出
外観が劣る場合を否として判定した。以上の結果を一括
して表１に示した。

【００２５】なお、実施例４のベース樹脂の示差熱量曲
線を図１に示した。

【００２６】

【表１】

【００２７】つぎに、実施例１，３，４，５、比較例２
，３，７の各樹脂組成物１００重量部に対し、１，３−
ビス（ｔ−ブチルペルオキシ−ｉ−プロピル）ベンゼン
（架橋剤）０．５重量部を配合し、これらを用いて公知
の方法で内部半導電層と外部半導電層を形成して、図３
で示したような断面構造の電力ケーブルを製造した。す
なわち、導体１１の断面積は１５０ｍｍ２　、その外周
に形成されている内部半導電層１２は厚み１ｍｍの上記
各樹脂組成物の架橋体、絶縁体層１３は厚み６ｍｍ、密
度０．９２０ｇ／ｍｌ　の架橋低密度ポリエチレン、外
部半導電層１４は厚み１ｍｍの上記各樹脂組成物の架橋
体から成り、その外周に、半導電性布テープ１５、金属
遮蔽層１６、押さえテープ１７およびシース層１８が順
次形成されている。

【００２８】これらの電力ケーブルのうち、実施例１，
３，４、比較例３，７に上記架橋剤を配合した樹脂組成
物の架橋体からなる内部半導電層につき、その結晶融点
と結晶化度をＤＳＣ法に基づいて求めた。その結果を表
２に示した。

【００２９】

【表２】 　　また、実施例１，実施例５，比較例２に上記架橋剤
を配合した樹脂組成物の架橋体で内・外部半導電層を形
成した電力ケーブルについては、４０ＫＶ／ｍｍの条件
でｔａｎδ特性を測定した。その結果を図３に示した。 図中、□印は実施例１に相当するもの、＋印は実施例５
に相当するもの、◇印は比較例２に相当するものを表す
。

【００３０】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
半導電性樹脂組成物は、その結晶融点が電力ケーブルの
使用温度付近から外れているので、電力ケーブルの使用
時にこの樹脂組成物で形成した内・外部半導電層の導電
性の低下が抑制され、安定した状態を保持する。しかも
、押出成形性は良好である。また、結晶化度が２０〜３
５％であることによって、配合された導電性カーボンブ
ラックのネットワークは良好に構築され、適正な導電性
を発現することができる。

【００３１】したがって、本発明の半導電性樹脂組成物
で内部半導電層または外部半導電層を形成した電力ケー
ブルは、実用時にあってもこれら半導電層の体積抵抗率
は上昇が抑制され安定しているのでそのｔａｎδも上昇
が抑制され、性能の安定した電力ケーブルとして機能す
る。本発明の電力ケーブルは、とくに高圧用の電力ケー
ブルとして有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例４のベース樹脂の示差熱量曲線を示すチ
ャート図である。

【図２】電力ケーブルの断面構造を示す断面図である。

【図３】電力ケーブルのｔａｎδ特性を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１１　　導体 １２　　内部半導電層 １３　　絶縁体層 １４　　外部半導電層 １５　　半導電性布テープ １６　　金属遮蔽層 １７　　押さえテープ層 １８　　シース層

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　結晶融点が８６℃未満のオレフィン系
   重合体、または前記結晶融点が８６℃未満のオレフィン
   系重合体と結晶融点が１００℃以上のオレフィン系重合
   体との混和物から成り、８６℃以上１００℃未満の範囲
   に実質的に結晶融点をもたず、かつ、その結晶化度が２
   ０〜３５％であるベース樹脂１００重量部；ならびに、
   アセチレンブラックおよびファーネスブラックのいずれ
   か１種またはそれらの混合物から成る導電性カーボッブ
   ラック４０〜８０重量部を必須として成ることを特徴と
   する半導電性樹脂組成物。
2. 【請求項２】　　前記結晶融点８６℃未満のオレフィン
   系重合体が、エチレン−酢酸ビニル共重合体である請求
   項１の半導電性樹脂組成物。
3. 【請求項３】　　前記結晶融点１００℃以上であるオレ
   フィン系重合体が、低密度ポリエチレン，超低密度ポリ
   エチレン，直鎖状低密度ポリエチレンの群から選ばれる
   少なくとも１種である請求項１の半導電性樹脂組成物。
4. 【請求項４】　　前記結晶融点８６℃未満のオレフィン
   系重合体が、エチレン−酢酸ビニル共重合体であり、前
   記結晶融点１００℃以上のオレフィン系重合体が低密度
   ポリエチレンであり、かつ前記混和物中の前記エチレン
   −酢酸ビニル共重合体が５０重量％以上である請求項１
   の半導電性樹脂組成物。
5. 【請求項５】　　導体の外周に、内部半導電層，絶縁体
   層，必要に応じて外部半導電層が順次形成されているゴ
   ム・プラスチック絶縁電力ケーブルにおいて、前記内部
   半導電層および／または外部半導電層が、請求項１の半
   導電性樹脂組成物またはその架橋体で形成されているこ
   とを特徴とするゴム・プラスチック絶縁電力ケーブル。
6. 【請求項６】　　前記半導電性樹脂組成物が、請求項２
   の半導電性樹脂組成物である請求項５のゴム・プラスチ
   ック絶縁電力ケーブル。
7. 【請求項７】　　前記半導電性樹脂組成物が、請求項３
   の半導電性樹脂組成物である請求項５のゴム・プラスチ
   ック絶縁電力ケーブル。
8. 【請求項８】　　前記半導電性樹脂組成物が、請求項４
   の半導電性樹脂組成物である請求項５のゴム・プラスチ
   ック絶縁電力ケーブル。
9. 【請求項９】　　前記架橋体は、８１℃以上９５℃未満
   の範囲に実質的に結晶融点を持たず、かつ結晶化度が１
   ８〜３２％である請求項５のゴム・プラスチック絶縁電
   力ケーブル。