JPH0627141B2 - 電気絶縁用エチレン共重合物架橋体 - Google Patents

電気絶縁用エチレン共重合物架橋体

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JPH0627141B2
JPH0627141B2 JP60148087A JP14808785A JPH0627141B2 JP H0627141 B2 JPH0627141 B2 JP H0627141B2 JP 60148087 A JP60148087 A JP 60148087A JP 14808785 A JP14808785 A JP 14808785A JP H0627141 B2 JPH0627141 B2 JP H0627141B2
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章義 大西
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    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A30/00Adapting or protecting infrastructure or their operation
    • Y02A30/14Extreme weather resilient electric power supply systems, e.g. strengthening power lines or underground power cables

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、電気絶縁用エチレン共重合物架橋体に関する
ものである。
本発明の架橋体は、優れた耐インパルス破壊特性、耐A
C破壊特性に加えて、特に水トリー特性に優れるもので
あるので実使用中の電気的劣化(水トリー劣化)を防止
できる電力ケーブル用材料となるなど産業上有用なもの
である。
先行技術 低密度ポリエチレンをベースにした架橋ポリエチレンは
優れた電気特性及び耐熱性を有していることから、CV
ケーブル絶縁材料として広く使用されているが、超高電
圧下では絶縁破壊が起り、より高性能の材料が要望され
ている。
このため、超高電圧下での絶縁破壊特性を向上させるべ
く、数多くの検討がなされてきた。
例えば、空孔、水、金属等の不純物が、存在すると電荷
の集中が起こり、絶縁破壊特性が低下するので、主とし
て超高圧ケーブル用の材料としては、不純物除去技術が
検討されており、100μ以上のコンタミを含まないク
リーンポリエチレンとか、空孔を生じさせない乾式架橋
技術が開発されてきた。これらの技術を駆使して275
kVのケーブル迄実用化されるに至つている。
しかし、高電圧下で長期使用した場合の絶縁劣化、例え
ば水トリー劣化(例えば、電気学会技術報告、I部、1
11号(昭和49年8月))等を完全に防止することは
不可能であり、そのためステアリン酸カルシウム、各種
芳香族化合物等を電圧安定剤として用いる試みがなされ
たが、これら添加剤を用いる方法は、添加剤のブリード
アウトが起こり、長期の性能保持性に問題があつた(例
えば特公昭48−24809号公報、西独国特許第12
48773号明細書、仏国特許第1464601号明細
書等参照)。
発明の概要 本発明者らは、これら現状に鑑み、絶縁破壊特性、長期
性能保持、柔軟性、金属の触媒残査が無いなどの優れた
エチレン共重合物架橋体の開発に注力した結果、これら
を満足する優れた諸特性を具備したエチレン共重合物架
橋体の開発に成功した。
即ち、本発明は、エチレンと一般式(I)、 (式中、Rは水素原子又はメチル基を、Xはハロゲン原
子を、mは0又は1を、nは2〜5の整数をそれぞれ示
す)で表わされるエチレン型α,β不飽和酸のエステル
との、該エステル基単位を0.005〜10モル%含有
する、ランダム共重合体を化学架橋剤の存在下加熱架橋
するか又は電子線架橋することにより得られる架橋体で
あって、JIS C3005で規定される測定法で求め
た該架橋体のゲル分率が40%以上である電気絶縁用エ
チレン共重合物架橋体を提供するものである。
発明の効果 本発明の電気絶縁用エチレン共重合物架橋体は、耐電圧
特性、長期的絶縁劣化防止特性(水トリー劣化防止特
性)、柔軟性、成型加工特性等に優れるので、特に高電
圧用電力ケーブル用絶縁材料として極めて優れた性能を
示す。
発明の具体的説明 本発明において用いられるエチレン共重合物は、文献未
記載の新規なエチレン共重合物で、エチレンと前記一般
式(I)で表わされるエチレン型α,β不飽和酸のエステ
ルとの共重合物であつて、エチレン型α,β不飽和酸の
エステルを0.005〜10モル%、好ましくは0.0
05〜5モル%程度含有するものである。
該エチレン共重合物のポリマー構造は、ランダム共重合
体が望ましい。又、該エチレン共重合物は、エチレンと
エチレン型α,β不飽和酸のエステルの他に樹脂の変性
のために他のモノマーを含有することができ、変性用モ
ノマーは10モル%まで含有することができる。変性用
コモノマーとしては、エチレンと共重合可能であること
が知られているモノマーが使用できる。
例えば、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等のビニルエ
ステル、エチルアクリレートメチルアクリレート、ブチ
ルアクリレート等のアクリル酸エステル類、メチルメタ
クリレート、エチルメタクリレート、ブチルメタクリレ
ート等のメタクリル酸エステル類、アクリル酸、メタク
リル酸等のエチレンα,β不飽和酸類である。
本発明において用いられるエチレン共重合物の一方の成
分である一般式(I)、 (式中、Rは水素原子又はメチル基を、Xはハロゲン原
子を、mは0又は1を、nは2〜5の整数をそれぞれ示
す)で表わされるエチレン型α,β不飽和酸のエステル
は、ハロゲン原子としてF、Cl、Br又はIであるが、こ
れらの中でもCl又はBrが好ましく、特にBrであるのが好
ましい。
この様な一般式(I)で示される化合物を例示すれば、ペ
ンタブロモフエニルメタクリレート、ペンタクロロフエ
ニルメタクリレート、トリブロモフエニルメタクリレー
ト、トリクロロフエニルメタクリレート、ペンタブロモ
フエニルアクリレート、トリブロモフエニルアクリレー
ト、ペンタブロモベンジルメタクリレート、トリブロモ
ベンジルメタクリレート、ペンタブロモベンジルアクリ
レート、ペンタクロロベンジルメタクリレート、ペンタ
クロロベンジルアクリレート、ジブロモフエニルメタク
リレート、ジクロロフエニルメタクリレート、ジブロモ
ベンジルメタクリレート、ジクロロベンジルメタクリレ
ート、ペンタフルオロフエニルメタクリレート、ペンタ
ヨウ化フエニルメタクリレート等がある。
本発明において用いられる上記エチレン共重合物は数平
均分子量が1000以上のものである。分子量が100
0より小さいと長期性能が低下する。好ましくは分子量
が3000以上である。
本発明において用いられる上記エチレン共重合物は、熱
可塑性樹脂の範疇に入るものであるから、この種の樹脂
材料に慣用されているように他の熱可塑性樹脂たとえ
ば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビ
ニル共重合体などとブレンドして使用することもできる
し、石油樹脂、ワツクス、安定剤、帯電防止剤、老化防
止剤、電圧安定剤、カーボンブラツク、紫外線吸収剤、
合成ゴムないし天然ゴム、滑剤、無機充填剤などを配合
して用いることもできる。
本発明において用いられる上記エチレン共重合物は所定
の単量体を共重合条件に付することによつて製造される
が、公知のラジカル重合による高圧法ポリエチレン製造
装置での製造が可能である。
このラジカル重合に使用される触媒は遊離基を発生する
化合物であり、この重合は、連続式で行うのが好まし
い。重合装置はエチレンの高圧ラジカル重合法で一般的
に用いられている連続攪拌式槽型反応器または連続式管
型反応器を使用することができる。
本発明において用いられる上述のエチレン共重合物は、
エチレンと上記一般式(I)で示されるモノマーとを上述
の重合装置へ供給し、上記触媒の存在下にラジカル重合
させて得るが、この場合、エチレンと一般式(I)で示さ
れるモノマーの割合は、所望の組成のエチレン共重合物
となる様に適宜選ばれるが、一般式(I)で示されるモノ
マーの重合能がエチレンに比較して優れるので、通常一
般式(I)で示されるエチレン型α,β不飽和酸のエステ
ルを0.0005〜2モル%(全体量基準)含有するエ
チレンの状態で重合させる。
採用される重合圧力は500kg/cm2を越える圧力であ
り、好ましくは1000〜4000kg/cm2の範囲であ
る。また重合温度は、少くとも120℃であるが好まし
くは150〜300℃の範囲である。
1基または2基以上の反応器中で生成した重合物は、こ
れを未反応の単量体から分離し、普通の高圧法ポリエチ
レンの製造の場合のように処理することができる。未反
応の単量体の混合物は、追加量の同一単量体と混合し、
再加圧して反応器に循環させる。前記のように添加する
追加量の単量体は、混合物の組成を元の重合系の組成に
戻すような組成のものであり、一般にはこの追加量の単
量体は、重合容器から分離した重合体の組成にほぼ相当
する組成をもつ。
なお、反応器は均一な組成のエチレン共重合物を得る上
で槽型反応器が好ましい。
触媒は、通常連鎖移動効果の小さい溶媒に溶解し、直接
高圧ポンプにて反応器中に注入する。濃度は0.5〜3
0重量%程度が望ましい。
適切な溶媒としては、例えばヘキサン、ヘプタン、ホワ
イトスピリツト、炭化水素油、シクロヘキサン、トルエ
ン、高級分枝鎖飽和脂肪酸炭化水素、およびこれらの液
体の混合物があげられる。
また、一般式(I)で示されるエチレン型α,β不飽和酸
のエステルの注入においては、単独あるいは連鎖移動効
果の小さい溶媒に溶解し、直接高圧ポンプで反応器中に
注入する。この溶媒としては例えばエチルベンゾエー
ト、トルエン、メチルベンゾエート等芳香族化合物ある
いは酢酸エチルエステル等の脂肪酸エステル等があげら
れる。
高圧ラジカル重合では分子量の調整に、特殊な場合を除
いて一般的には、連鎖移動剤を使用する。上記方法にお
いて連鎖移動剤は、通常の高圧ラジカル重合で用いられ
るものが全て使用できる。
これらガス状のものは、圧縮機の吸入側に注入され液状
のものはポンプにて反応系に注入される。
反応器で製造された本発明に用いられる上述のエチレン
共重合物は、高圧ラジカル重合法の常法に従つて、分離
器にて単量体から分離されそのまま使用してもよいが、
既に高圧ラジカル重合法によつて得られた製品に使用さ
れている様な種々の後処理工程を行つてもよい。
かくして得られたエチレン共重合物を単味で、又はこれ
とポリエチレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体等の熱
可塑性樹脂、特にエチレン系熱可塑性樹脂との組成物を
架橋して架橋体とするが、この架橋は通常の化学架橋剤
を該エチレン共重合物100重量部に対して0.5〜4
重量部、好ましくは1〜3重量部配合して行うこともで
きるし、コバルト60又はリニア−アクセレーターなど
で5〜20メガラド程度照射して、電子線架橋してもよ
いし、又はエチレン共重合物に予め又はあとからビニル
トリメトキシシラン等のアルコキシシランを有するビニ
ルモノマーを共重合させたものを架橋させることもでき
る。電気ケーブル用に用いる場合は、上記の中でも化学
架橋法によるのが好ましい。
上記化学架橋剤としては、例えば次の様な遊離基発生剤
を使用することができる。具体的には、ジクミルパーオ
キサイド、t−ブチルクミルパーオキサイド、2,5−
ジクミル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキサ
ン、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオ
キシ)ヘキセン−3、ベンゾイルパーオキサイド等通常
化学架橋剤として用いられるものである。
上述の様にして得られる本発明の架橋体は、エチレンと
一般式(I)で表わされるモノマーとの共重合物を含み、
該架橋体には前記エステル基単位が0.005〜10モ
ル%、好ましくは0.005〜5モル%含まれるものと
なる。そして、該架橋体は、JIS C3005で規定
される測定法で求めたゲル分率が40%以上である。ゲ
ル分率がこの値より小さいと、前記測定法で求められる
加熱変形率が大きくなり実用上問題となる。
実験例 参考例1(エチレン共重合物の製造例) 内容積1.5の攪拌式オートクレーブ型連続反応器を
用いて、エチレンを32kg/時、ペンタブロモフエニル
メタクリレート(PBPMAと略記する)を100g/
の割合でトルエンに溶解させたものを600ml/時、
プロピレンを380/時、触媒としてターシヤリブチ
ルパーオキシイソブチレートを0.5g/の割合でn
−ヘキサンに溶解した液を500ml/時の割合で連続的
に供給し、重合圧力2800kg/cm2、重合温度220℃
で重合させエチレン共重合体を製造した。
得られたエチレン共重合体は、MFR=4.0g/10
分、数平均分子量18,900、ポリマー中のPBPM
Aの含量は0.085モル%であつた。
参考例2(エチレン共重合物の製造例) 参考例1と同じ反応器を用い、PBPMAを100g/
の割合でトルエンに溶解させたものを3.0/時、
プロピレンを12/時、参考例1に用いたと同じ触媒
を550ml/時、重合温度を208℃とした以外は参考
例1と同様に重合させエチレン共重合物を製造した。
得られたエチレン共重合物は、MFR=4.9g/10
分、数平均分子量18,500、ポリマー中のPBPM
Aの含量は0.51モル%であつた。
参考例3(エチレン共重合物の製造例) 参考例1において用いたPBPMAの代りにトリブロモ
フエニルメタクリレート(TBPMAと略記する)を使
用し、TBPMAを100g/の割合でトルエンに溶
解させたものを600ml/時で供給し、重合温度を22
0℃とした以外は参考例1と同様に重合を行つた。
得られたエチレン共重合物は、MFR=3.6g/10
分、数平均分子量19,000、ポリマー中のTBPM
Aの含量は0.11モル%であつた。
実施例1〜3、比較例1 本発明の架橋体の作製は次の様に行つた。ブラベンダー
ミキサーの温度を110℃に設定し、参考例1〜3で製
造したエチレン共重合物及び市販の高圧法ポリエチレン
「ユカロンZF30R」〔三菱油化(株)製、MFR=
1.0g/10分〕を試料重合体とし、各試料重合体1
00重量部、架橋剤としてジクミルパーオキサイド2重
量部及び老化防止剤として「サントノツクスR」0.3
重量部を加えてそれぞれ5分間混練し、この混練試料を
130℃に保つた熱板プレスにてそれぞれを50μm厚
及び5mm厚に予備成型した後、これらを同じく熱板プレ
スにて180℃、100kg/cm2ゲージ圧力で20分間加
熱加圧して架橋体をそれぞれ得た。
上述の様にして得た架橋体のそれぞれの試料を用いて特
性評価を行つた。
なお、この特性評価は以下の測定法に従つて行つた。
(1)分子量:ゲルパーミエーシヨンクロマトグラフ法に
よる。
(2)コモノマー含量:赤外分光法による。
(3)MFR:JIS K6760 (4)密度:JIS K6760 (5)ゲル分率:JIS C3005 (6)電気トリー特性:20mm×20mm×5mm厚にシート
を切り出し、このシートに直径1mm、先端曲率半径5μ
の針を15mm挿入した。一方、針を挿入したのと反対面
に銀ペーストを塗り試験片とした(第1図参照)。
この試験片に交流電圧を昇圧速度500V/secで印加
し、電気トリーの発生開始電圧を測定した。
(7)水トリー特性:25mm×25mm×5mm厚にシートを
切出し、このシートに直径1mmの注射針を20mm挿入し
た後、蒸留水を注入しながら15mm引抜き、注射針を挿
入したのと反対側の側面に10mm巾のアルミホイルを貼
りつけて試験片とした(第2図参照)。
この試験片に60Hz、10kVの交流電圧を50時間印加
の後、水トリーの成長平均長さを光学顕微鏡にて観察し
た。
(8)インパルス高圧破壊特性:架橋体については50μ
m厚のプレス成型試料を用い、インパルス高圧破壊特性
を測定した。
測定は、負極性標準インパルス電圧を用い、予想破壊レ
ベルの約50%の電圧から印加を開始し、2kV/3回ス
テツプアツプにより昇圧し、破壊に至つた電圧を測定し
た。
実施例4〜7、比較例2〜3 参考例1〜2で得たエチレン共重合物及び「ユカロンZ
F30R」を各々試料重合体として用い表2に示す配合
比で6KV級、1×250mm2架橋ポリエチレン絶縁ケー
ブル(絶縁厚3.5mm)を作成した。尚、内、外部半導
電層には、押出型半導電層コンパウンドを使用した。
得られたケーブルについて製造直後のインパルス破壊試
験を実施した。破壊電圧は200KV/3回印加後、10
KV/30回ステツプアツプして求めた。又得られたケー
ブルを6KV、1KHzの課電条件で浸水課電した。浸水課
電後、絶縁体を0.5mm厚にスライスし、煮沸後、光学
顕微鏡の400倍にて、絶縁体内のボウタイトリー発生
数を測定した。又、浸水課電後のサンプルについては4
0KV/30分印加後、5KV/30分ステツプアツプの条
件で交流破壊値(AC破壊値)を求めた。
表1及び表2に示す結果から、本発明の架橋体は、優れ
た耐インパルス破壊特性、耐AC破壊特性を有すると共
に、高電圧用電力ケーブル用絶縁材料として重要な電気
トリー特性、水トリー特性及びボウタイトリー特性等が
極めて優れ、電気絶縁用に有用であることが明らかであ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は、電気トリー特性測定に用いた試験片の、第2
図は、水トリー特性測定に用いた試験片の概略図であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C08F 220:22) (72)発明者 大西 章義 三重県四日市市東邦町1番地 三菱油化株 式会社樹脂研究所内 (72)発明者 入江 伸一 千葉県市原市八幡海岸通6番地 古河電気 工業株式会社千葉電線製造所内 (72)発明者 木村 人司 千葉県市原市八幡海岸通6番地 古河電気 工業株式会社千葉電線製造所内 (72)発明者 松木 正基 千葉県市原市八幡海岸通6番地 古河電気 工業株式会社千葉電線製造所内 (56)参考文献 特開 昭61−110907(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】エチレンと一般式(I)、 (式中、Rは水素原子又はメチル基を、Xはハロゲン原
    子を、mは0又は1を、nは2〜5の整数をそれぞれ示
    す)で表わされるエチレン型α,β不飽和酸のエステル
    との、該エステル基単位を0.005〜10モル%含有す
    る、ランダム共重合体を化学架橋剤の存在下加熱架橋す
    るか又は電子線架橋することにより得られる架橋体であ
    って、JIS C3005で規定される測定法で求めた
    該架橋体のゲル分率が40%以上である電気絶縁用エチ
    レン共重合物架橋体。
JP60148087A 1985-07-05 1985-07-05 電気絶縁用エチレン共重合物架橋体 Expired - Lifetime JPH0627141B2 (ja)

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