JPH067449B2 - 被覆電線 - Google Patents

被覆電線

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JPH067449B2
JPH067449B2 JP26191487A JP26191487A JPH067449B2 JP H067449 B2 JPH067449 B2 JP H067449B2 JP 26191487 A JP26191487 A JP 26191487A JP 26191487 A JP26191487 A JP 26191487A JP H067449 B2 JPH067449 B2 JP H067449B2
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wire
copolymer
skin
tfe
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スチユアート・カール・ランダ
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EI Du Pont de Nemours and Co
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、発泡被覆をエチレン／テトラフルオロエチレ
ン共重合体（ＥＴＦＥ）またはエチレン／クロロトリフ
ルオロエチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）より製造した保
護ジャケットまたは表皮体(skin)で取り囲んで、電子信
号伝送用電線（単線および撚り線を包含する）の絶縁体
の発泡被覆を製造するための、過フッ素化(perfluorina
ted)テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）共重合体の使用
に関するものである。
電線は電子信号の伝送に用いられる。この電線は保護ま
たは絶縁されていなければならず、通常は、プラスチッ
クの被覆を熔融状態から電線の周囲に押出し成形する。
このプラスチック材料には、低い誘電定数と低い散逸係
数(dissipation factor)とを有するものを選択する。
電線に適用する際にプラスチックを発泡させるならば、
発泡体中に多数の小室(small cell)が形成されるため
に、誘電定数が望ましく低下することはすでに見いださ
れている。
伝送用電線を取り囲む発泡絶縁体についてはランダ
（Ｓ．Ｋ．Ｒａｎｄａ）の米国特許第3,072,583号に記
載されており、ここで発明者は、過フッ素化重合体（た
とえばフッ素化エチレンプロピレン共重合体（たとえば
フッ素化エチレンプロピレン共重合体（ＦＥＰ））を押
出し成形し、溶解した発泡剤を用いて発泡させる核形成
発泡工程(nucleated foaming process)を記述してい
る。ＦＥＰ発泡体は粘度が高いために、電線上に高速で
押し出すことが困難である。
チュング（Ｃｈｕｎｇ）らの米国特許第4,331,619号お
よび第4,394,460号は、部分フッ素化共重合体、たとえ
ばエチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体を基
礎とする核形成化学発泡組成物に関するものである。こ
の特許は電線上の発泡体を平均小室サイズに関してのみ
記述している。この特許は発泡体の構造的欠陥に基づく
低誘電強度の問題は提出していない。発泡絶縁体は、数
個の発泡小室が電線と発泡絶縁体の外表面との間で半径
方向に整列した場合、および／または平均よりかなり大
きな２個もしくは３個の発泡小室が上記のように整列し
た場合に、または単一小室の寸法が絶縁体の厚さに近付
いた場合に、構造的に、および電気的に弱くなり得る。
この特許には電気的試験データは報告されていないが、
実施例は、「表面に最小限のピンホールが現れる」と述
べて、被覆中にピンホールが存在することを暗示してい
る。
時には発泡体-電線構造体の周囲に表皮体またはジャケ
ットを置いて集合体(assembly)を保護する。たとえば、
プータネン(Poutanen)らの米国特許第4,309,160号は、
電話線の周囲に発泡体および非発泡表皮体を形成するた
めの装置および方法を開示している。この発明は、発泡
体が良好な電気的特性（たとえば低い誘電定数）を与
え、非発泡の外層、または表皮体が良好な機械的特性を
与えることを指摘している。この特許においては発泡体
および表皮体は同一のプラスチック材料より製造されて
いるが、フッ素化重合体には言及していない。
同様に、メールファー技術報告(Maillefer Technical R
eport)17は電線への発泡体-表皮体押出し用の押出し技
術を示唆している。この特許は主としてポリエチレン発
泡体／ポリエチレン表皮体構造を取り扱い、フッ素含有
重合体の使用は示唆していない。
電線への発泡体、表皮体双方の高速押出しに対する要求
が存在する。
本発明は、中心の電線を取り囲み、外層の保護用非発泡
重合体表皮体により覆われた、高度な電気的性質を有す
る発泡被覆よりなるものである。熔融加工の可能な過フ
ッ素化共重合体発泡体は、好ましくはテトラフルオロエ
チレンとへキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）、パーフ
ルオロ（プロピルビニルエーテル）（ＰＰＶＥ）、また
はこれらの混合物より選択した共重合体単量体との共重
合体である。表皮体は他種の共重合体、すなわち、エチ
レン／テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）ま
たはエチレン／クロロトリフルオロエチレン共重合体
（ＥＣＴＦＥ）より製造する。
上記のＥＴＦＥおよびＥＣＴＦＥ表皮体共重合体40−60
モル％のエチレン（Ｅ）、および60−40モル％のテトラ
フルオロエチレン（ＴＦＥ）またはクロロトリフルオロ
エチレン（ＣＴＦＥ）を含有し、また、実質的にテロゲ
ン活性を持たない共重合可能な単量体をも10モル％まで
含有し得る。三元単量体（ｔｅｒｍｏｎｏｍｅｒ）は、
好ましくは、米国特許第3,342,777号に記載されたよう
なヘキサフルオロイソブチレンもしくは少なくとも２個
のを有する側鎖を与えるビニル単量体；または米国特許
第4,123,602号に記載されたような、式ＣＨ２＝ＣＨＲ
ｆを有するパーフルオロアルキルエチレンである。この
エチレン表皮体共重合体は一般に、ＡＳＴＭ Ｄ−1238
により298℃で測定して0.5ないし0.9×104ポイズの範囲
の熔融粘度を有するべきである。表皮体は発泡重合体よ
り低い熔融粘度を有するならば、発泡体を取り囲む表皮
体の押出しが容易になる。
発泡体を形成するＴＦＥ共重合体は熔融加工可能な共重
合体である。すなわち、この共重合体の分子量は十分に
低く、共重合体単量体の含有量は十分に大きくて、共重
合体の熔融粘度が372℃において10×104ポイズ未満にな
る。一般に、ＰＰＶＥの量は少なくとも２重量％；ＨＦ
Ｐの量は少なくとも10重量％であり；双方が存在するな
らば、合計量は少なくとも４重量％である。
本件発泡体は低い誘電定数を与える。本件表皮体は発泡
しておらず、高い誘電定数を与えるが、この表皮体は、
電線集合体の対の間で測定した相互キャパシタンス特性
に有意の変化を生じさせない。
通信用電線（電話および光ファイバー）の表皮体にＥＴ
ＦＥまたはＥＣＴＦＥ材料を選択し、発泡体にＴＦＥ共
重合体を選択するのが有利な構成である。この発泡体は
良好な電気的特性、耐熱性、および耐炎性を与え、一
方、ＥＣＴＦＥまたＥＴＦＥの表皮体は押し潰し抵抗性
(crush resistance)、誘電強度、着色性および組み立て
の容易性(ease of fabrication) に驚くべき改善をも
たらす。
本発明は電線を取り囲む薄く硬い表皮体、またはジャケ
ットにより保護された発泡絶縁体を提供する。空間が節
約できる故に薄い壁が望ましい。
たとえば、24ＡＷＧの単線電線の周囲に0.125mm（５ミ
ル）の発泡絶縁体の壁を設けるならば0.76mm（30ミル）
の外径になるのみであるが、壁が０．５mm（20ミル）の
厚さであるならば直径は１．５mm（60ミル）になり、約
２倍の太さになる。
捩った電線対、すなわち２本の絶縁電線を相互に捩り合
わせたものは、伝統的に電気的信号の伝送に用いられて
いる。捩り電線は簡単な点が有利である。絶縁体の誘電
定数が低いほど、信号の速度および質が良好になる。本
発明に発泡体として用いられるＴＦＥ共重合体樹脂は極
めて低い誘電定数を有し、この樹脂を発泡させると誘電
定数がさらに低下して、さらに望ましい絶縁体が得られ
る。不幸なことに、発泡絶縁電線を捩ると泡が押し潰さ
れる傾向があり、相互キャパシタンスを増加させる結果
となって、時には誘電強度を減少させる。
本発明においては、機械的強度を改善するために非発泡
のＥＴＦＥまたはＥＣＴＦＥ共重合体の薄い表皮（絶縁
体全体の厚さの５％ないし35％）を上層被覆(over-coat
ing)として用いる。この表皮は第２押出し(secondary e
xtrusion)または２層同時押出し(dual simultaneousext
rusion)で適用することができる。
本件外層被覆はより高い誘電定数を有するが、全体とし
ての誘電定数にはほとんど影響がないこと、ならびに、
それにつれて、信号の伝送速度および質にほとんど影響
がないことが見いだされている。したがって、本件非発
泡の強靭な表皮体は、電線の性能を損なうことなく、発
泡体の外側に位置させることができる。保護表皮体が存
在すれば、内側の被覆はより高い空隙度(degree of voi
ds)に発泡させることもできる。さらに、表皮重合体が
高い熔融流動性を有するならば、全構成体の同時押出し
における押出し可能性を助長するであろう。本件表皮体
は、捩り電線対を製造する際に遭遇するような押し潰す
力に対する、より大きな抵抗性を与える。
この種のより強靭な外層被覆がなければ、細番手の（ｍ
ｉｎｉａｔｕｒｅ）（すなわち、薄い絶縁体の）、電線
系に必要な低い相互キャパシタンス（５ないし15pf/f
t）を有し、なお、妥当な電線対間誘電強度を有する捩
り電線対構造体を製造することは困難である。
上記の発泡体-表皮体構成体は典型的に２-30ミル（0.05
-0.76mm）の壁厚を有し、厚さ0.5-10ミル（0.013-0.254
mmの一体の表皮体により覆われた、平均小室寸法0.05-
0.12mm（２-５ミル）（絶縁体が薄い場合には0.05mmに
近く、絶縁体が厚い場合には0.12mmに近い）の空隙含量
25-70の発泡体である。
発泡体と表皮体との電線上への同時押出し用に組み立て
られた装置は、少なくとも50 rpmのスクリュー速度が可
能なＤＣ工藤モーターと“フレオン”２２（商品名；以
下同じ）フルオロカーボンガス噴射を用いる発泡用に設
計したスクリュー（電線電纜シンポジウム報文(Wire an
d Cable Symposium paper)“発泡フルオロ重合体樹脂の
押出しにおける装置と設計の変更(Equipment and Desig
n Changes in Extrusion of Foamed Fluoropolymer Res
ins)”1983年11月の第１図を参照）とを備えた、長さ対
直径比（Ｌ／Ｄ）24/1の直径２”（５cm）のデイビス標
準押出し機（Ｄａｖｉｓ Ｓｔａｎｄａｒｄ ｅｘｔｒ
ｕｄｅｒ）；外層表皮体を形成する熔融物を与えるため
に用いる、非発泡フルオロ重合体押出し用に標準的な、
Ｌ／Ｄ20/1、直径１”（2.54cm）の補助スクリュー押出
し機；電子工学用電線予備加熱ヒーター；市販の押出し
ダイ付き二層被覆用発泡体-表皮体クロスヘッド；水
浴；50fpmないし5,500fpm（15-1675メートル／分）の電
線速度が可能なＡＣモーター駆動部付きカプスタン、な
らびに、絶縁電線の直径およびキャパシタンスを連続的
に監視するための内蔵電子装置よりなる。熔融樹脂の熔
融圧を観測し、それに応じて電線速度を調節するか、ま
たは押出し速度を調節する。
液体または気体のいかなる発泡剤も、泡形成を促進する
ために使用し得る。発泡させるＴＦＥ共重合体は核形成
剤、たとえば窒化ホウ素を含有していてもよい。発泡体
および表皮体は、通常のいかなる様式で電線上に押出し
してもよい。
実施例 １ 実施例１において用いた装置は上記のようなものであ
る。５ｍｍ（０．１９７インチ）のダイオリフィスを有
する管熔融引出しダイ(tubing melt draw die)を、メー
ルファー発泡体／表皮体クロスヘッドに組み入れた直径
２ｍｍ（０．０７８インチ）のチップとともに用いた。
１５°ないし６０°な内部角(internalangle)を有する
ダイを使用し得る。680゜F（360℃）の樹脂槽(barrel
l)、受器(adaptor)およびクロスヘッド温度を用いた。
ダイ温度は590゜F(310℃)、熔融物圧力(melt pressure)
は1900psi(13.1ＭＰａ）であり、ガス圧69psig（0.5Ｍ
Ｐａ）の“フレオン”22フルオロカーボンを０．５％窒
化ホウ素充填ＦＥＰ100とともに用い、スクリュー速度
は15 rpm（4.6ｍ／分）、電線速度は120ft/分（36.6m/
分）であった。ダイ表面の樹脂剪断速度は毎秒300と計
算された。
この実施例では、ＴＦＥ／ヘキサフルオロプロピレン8
9：11（重量比）共重合体の発泡体とエチレン／テトラ
フルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）の表皮体とを同
時押出しして、電線の周囲に絶縁体を形成した。
少量のパーフルオロエチレン三元単量体を有する、熔融
粘度0.9×104ポイズの、約50/50モル％のＥＴＦＥ（エ
チレン約20.4重量％、テトラフルオロエチレン77.5重量
％、およびＣ２Ｆ９ＣＨ＝ＣＨ２2.1重量％）を表皮体
として用いた。このＴＦＥ／ＨＦＰは、押出し前に、37
2℃において8.4×104Ｐの熔融粘度を有していた。ＡＷ
Ｇ24の単線銅線（直径20.1ミル［0.5mm］）を用いた。
ＦＥＰの発泡小室は閉鎖されており、試料の拡大断面写
真を計測して測定した直径は平均５ミル（127ミクロメ
ートル）であった。発泡体は厚さ21ミル（0.5mm）、表
皮体は２ミル（51ミクロメートル）であった。この電線
構成体は25±0.7qF/ft、すなわち82±2.3qF/mの共軸電
線キャパシタンスを有していた。これは1.64の誘電定数
に相当する。
続く電気的試験は以下の結果を示した。
誘電強度はＡＳＴＭ Ｄ-3032の記載に従って試験し
た。長さ９１ｃｍ（３フイート）の試料を４時間老化さ
せ、塩水に浸漬し、ついで、水溶液に浸して誘電的に試
験した。
２本の電線を製造した。一方はＥＴＦＥを赤く染色し、
他方は縁に染色した。
赤色の試料には13,330Ｖ（３回の試験の平均値）の電圧
をかけ得た。しかし、浸漬前に表皮体（1.5ミルまたは3
8ミクロメートル）を除去するとかけ得る電圧は9,830Ｖ
（３回の試験の平均値）に過ぎなかった。
縁色の試料には12,830Ｖ（３回の試験の平均値）の電圧
をかけ得た。しかし、浸漬前に表皮体（2.5ミルまたは6
4ミクロメートル）を除去すると、かけ得る電圧は3,330
Ｖ（３回の試験の平均値）に過ぎなかった。
これらの結果は、ＥＴＦＥ非発泡表皮体の存在により電
線構成体の誘電強度が増加したことを示している。表皮
体を除去したのちの双方の例のＦＥＰ発泡体の差異の理
由は未知であるが、小室の寸法または形に関係するであ
ろう。
実施例 ２ この実施例では、372℃いおいて3.7×104ポイズの熔融
粘度を有するＴＦＥ／ＰＰＶＥ97：３（重量％）共重合
体の発泡体と、ＥＴＦＥ共重合体の表皮体とを同時押出
しして、電線の周囲に絶縁体を形成した。ＥＴＦＥ樹脂
は実施例１で用いたものと同一である。電線はＡＷＧ18
の撚り銅線であった。ＴＦＥ／ＰＰＶＥ共重合体は核形
成剤として0.5％のＢＮを含有していた。
ＥＴＦＥ表皮体に用いた押出し機は実施例１で用いたも
のと同一である。樹脂槽温度は316℃、スクリュー速度
は３rpmであった。
ＴＦＥ／ＰＰＶＥ共重合体に用いた押出し機は、実施例
１のものと同様のガス射出用に設計した、30/1のＬ／Ｄ
比を有する1.25”（3.2cm）の押出し機であった。樹脂
槽温度は343℃スクリュー速度は35rpmであった。
クロスヘッドは、ダイの直径が0.295インチ（7.5mm）で
あり、チップの直径が0.15インチ（3.8mm）であること
を除いて、実施例１で用いたものと同一である。クロス
ヘッド温度は332℃、ダイ温度は299℃であった。電線速
度は90フィート／分（27.4m/分）であった。“フレオ
ン”22フルオロカーボンのガス圧は110psig（0.8ＭＰ
ａ）であった。
この被覆電線は２ミル（51ミクロメートル）のＥＴＦＥ
非発泡表皮体で覆われた20ミル（510ミクロメートル）
のＴＦＥ／ＰＰＶＥの発泡被覆を有していた。この被覆
電線は1.58の誘電定数と45プラスマイナス１qF/ft（148
プラスマイナス３qF/m）の共軸電線キャパシタンスとを
有していた。
実施例 ３ この実施例では、ＴＦＥ／ＰＰＶＥ共重合体の発泡体と
ＥＣＴＦＥ（エチレン／クロロトリフルオロエチレン）
共重合体の表皮体とを同時押出しして、電線の周囲に絶
縁体を形成した。
ＴＦＥ／ＰＰＶＥ共重合体を実施例２で用いたものと同
一で、ＢＮ核形成剤を含有していた。
ＥＣＴＦＥ樹脂は現在入手し得る最も流動性の大きいＥ
ＣＴＦＥであった。これは、297℃において0.61×104ポ
イズの熔融粘度を有していた。
ＥＣＴＦＥの表皮体に用いた押出し機は他の実施例で用
いたものと同一である。樹脂槽温度は282℃、スクリュ
ー速度は８rpmであった。
ＴＦＥ／ＰＰＶＥ共重合体に用いた押出し機は、実施例
２で同一の重合体に用いたものと同一のものであった。
樹脂槽温度は343℃、スクリュー速度は35rpmであった。
クロスヘッドは実施例２で用いたものと同一である。
“フレオン”22フルオロカーボンのガス圧は110psig
（0.8ＭＰａ）であった。クロスヘッド温度は293℃、ダ
イ温度は304℃であった。電線はＡＷＧ18の撚り銅線構
成体であり、電線速度は122フィート／分（37.2m/分）
であった。
この被覆電線は３ミル（76ミクロメートル）のＥＣＴＦ
Ｅ非発泡表皮体で覆われた17ミル（430ミクロメート
ル）のＴＦＥ／ＰＰＶＥ共重合体の発泡被覆を有してい
た。この絶縁電線は1.56の誘電定数と47qF/ft（154qF/
m）の共軸電線キャパシタンスとを有していた。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−19764（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−11812（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−119412（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−123233（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−24503（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−83615（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭48−40067（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭51−14540（ＪＰ，Ｂ１) 米国特許4123602（ＵＳ，Ａ)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】テトラフルオロエチレンの熔融加工可能な
    過フッ素化共重合体より製造したフルオロポリマー発泡
    体と上記発泡体を取り囲むエチレン／クロロトリフルオ
    ロエチレン共重合体またはエチレン／テトラフルオロエ
    チレン共重合体よりなる非発泡表皮体とにより被覆され
    た電線。
  2. 【請求項２】上記過フッ素化共重合体がＴＦＥ／ヘキサ
    フルオロプロピレン、ＴＦＥ／パーフルオロ（プロピル
    ビニルエーテル）、ＴＦＥ／ヘキサフルオロプロピレン
    ／パーフルオロ（プロピルビニルエーテル）、およびこ
    れらの混合物より選択したものであることを特徴とする
    特許請求の範囲第１項記載の被覆された電線。
  3. 【請求項３】発泡体層の厚さが０．４３ないし０．７６
    ｍｍであり、表皮体層の厚さが０．０１３ないし０．２
    ５４ｍｍであることを特徴とする特許請求の範囲第１項
    または第２項記載の被覆された電線。
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