JP7424253B2 - ケーブルおよび絶縁電線 - Google Patents
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Description
まず、実施の形態を説明する前に、本発明者が検討した事項について説明する。
以下、本発明の実施の形態一実施形態に係るケーブルについて図を用いて説明する。図1は、本発明の一実施形態にかかるケーブルの長さ方向に垂直な断面図である。なお、本明細書において「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
図1は、実施の形態1のケーブルの断面図である。図1は、ケーブルの長さ方向に垂直な断面を示している。本実施の形態のケーブルは、難燃性を有し、例えばFAロボット用のケーブルに適用される、高い復元性を有するものである。
導体11としては、通常用いられる金属線、例えば銅線、銅合金線のほか、アルミニウム線、金線、銀線などを用いることができる。また、導体11として、金属線の周囲に錫やニッケルなどの金属めっきを施したものを用いてもよい。さらに、導体11として、金属線を撚り合わせた撚り線を用いることもできる。
シールド層13は、例えば2本撚りの絶縁電線10を5本撚り合わせたコア部の周囲に設けられる。なお、コア部に設けられる絶縁電線10の本数に制限はなく、1本でもよい。シールド層13は、例えば軟銅線などの金属素線を複数編み込む編組構造により形成される。
外皮層(シース、シース層)14は、シールド層13の周囲に設けられ、後述する樹脂組成物よりなる。外皮層14の厚さとしては、特に限定されないが、諸特性を高い水準でバランスよく得る観点からは、0.1mm~1.4mmとすることが好ましい。
次いで、本実施の形態のケーブルの外皮層用の樹脂組成物について説明する。この樹脂組成物は、難燃性を有し、さらに、後述するように架橋されるため、“難燃性樹脂組成物”や“難燃性架橋樹脂組成物”とも言える。
本実施の形態では、ベースポリマとしてポリ塩化ビニル樹脂(PVC、a1)と、アジペート系、ラクトン系およびカーボネート系の少なくとも1つのウレタン熱可塑性エラストマ(TPU、a2)と、塩素化ポリエチレン(CPE、a3)とを用いる。
可塑剤(B)は、外皮層に柔軟性を付与する成分である。可塑剤(B)としては、トリメリット酸エステル、フタル酸エステル、アジピン酸ポリエステルなどを用いることができる。この中でも、トリメリット酸エステルが外皮層の諸特性を損ねないので好ましい。トリメリット酸エステルは、フタル酸エステルと比べて外皮層の耐熱性をより高く維持することができる。また、アジピン酸ポリエステルに比べて外皮層にべたつきを生じさせないので、ケーブルの取り扱い性を向上させることができる。トリメリット酸エステルは単独で使用してもよいが、例えばアジピン酸ポリエステルなどと外皮層の特性を損ねない範囲で併用してもよい。
安定剤(C)は、樹脂組成物を調製する際にPVCの劣化を抑制する熱安定剤として作用する。本実施の形態では、PVCに選択的に分散させる観点から、ハイドロタルサイト(c1)および金属石鹸(c2)を用いる。ハイドロタルサイトおよび金属石鹸としては、PVCとの相溶性に優れるものであれば、特に限定されず、公知の成分を用いることができる。金属石鹸としては、例えばステアリン酸、ラウリン酸、オクチル酸などの脂肪酸と、カルシウムや亜鉛、マグネシウムなどの金属とからなる成分を使用することができる。
難燃剤(D)は、外皮層に難燃性を付与する成分である。ポリ塩化ビニル樹脂に難燃剤を分散させる観点から、難燃剤(D)として、金属水酸化物(d1)、臭素系難燃剤(d2)、非晶質シリカ(d3)および三酸化アンチモン(d4)の少なくとも1つを用いる。
樹脂組成物には、(A)~(D)成分以外に、その他の添加剤(E)を配合する。
図2は、実施の形態1のケーブルの外皮層に用いられる樹脂組成物の相構造を模式的に示した図である。図2に示すように、ベースポリマ(A)としてPVCとTPUを用い、架橋に要する電子線の強度を調整することにより、架橋PVCマトリックスに非架橋TPUをドメインとして分散した樹脂組成物とすることができる。四角は、架橋PVC(架橋CPE含有PVCを含む)15を示し、黒丸は非架橋TPU16を示す。このような樹脂組成物によれば、PVCとTPUの混合により復元性を維持しつつ、電子線の照射強度を抑えながらも架橋性を維持し、TPUやPVCのポリマの崩壊を抑制(電気特性の向上、耐熱性や耐寒性を向上)することができる。
樹脂組成物における(A)~(D)成分の含有比率は以下のとおりである。
樹脂組成物は、上記(A)~(E)成分を必要に応じて混合して溶融混練させることで調製するとよい。混練は、例えばバンバリーミキサーや加圧ニーダなどのバッチ式混練機、二軸押出機などの連続式混練機などの公知の混練装置を用いて行うとよい。
前述したように、外皮層の耐油性や燃焼時の消炎安定性を高める観点から、樹脂組成物を架橋させる。架橋方法は電子線架橋を採用し、押出成形した樹脂組成物に0.5~8Mradの電子線を照射して架橋する。このような電子線の照射強度であれば、PVCを架橋し、TPUを非架橋とすることができる。即ち、外皮層において、TPUに由来するゲル分率(架橋度)を発現させず、主としてPVCにおいて必要なゲル分率を発現させることができる。
まず、導体11を準備し、押出成形機により、例えばベースポリマとしてフッ素樹脂であるETFE(4フッ化エチレン・エチレン共重合体)を有する樹脂組成物を導体11の周囲を被覆するように押し出して、所定厚さの絶縁層12を形成し、絶縁電線10を得る。続いて、電子線照射装置を用いて絶縁電線10を電子線架橋する。その後、複数本の絶縁電線(例えば2本撚りの絶縁電線を5本撚り合わせたコア部)の周囲に編組機によりシールド層13を形成する。続いて、押出成形機により、シールド層13の周囲を被覆するように上記(A)~(E)成分を有する樹脂組成物を押し出して、所定厚さの外皮層14を形成する。続いて、電子線照射装置を用いてケーブル1の外皮層14を電子線架橋する。これにより、本実施の形態のケーブル1を製造することができる。
本実施の形態によれば、以下に示す1つまたは複数の効果を奏する。
本実施例にて、外皮層用の難燃性樹脂組成物に用いた材料は以下のとおりである。
・ポリ塩化ビニル樹脂(製品名「TH-1700」、大洋塩ビ株式会社製、平均重合度1600-1800)
アジペートタイプのウレタン熱可塑性エラストマとして、以下を用いた。
・アジペートタイプTPU(製品名「P25MRWJE」、日本ミラクトラン株式会社製、ショアA硬度90)
塩素化ポリエチレンとして、以下を用いた。
・塩素化ポリエチレン(製品名「エラスレン352GB」、昭和電工社製、塩素量)34%~37%)
可塑剤(B)として以下を用いた。
・トリメリット酸ジ2エチルヘキシル(TOTM)(製品名「T08」、花王株式会社製)
安定剤(C)のハイドロタルサイトとして、以下を用いた。
・ハイドロタルサイト(製品名「HT-1」、堺化学株式会社製)
安定剤の金属石鹸として、以下を用いた。
・ステアリン酸亜鉛(製品名「SZ-P」、堺化学株式会社製)
・ステアリン酸カルシウム(製品名「SC-P」、堺化学株式会社製)
安定剤のエポキシ化大豆油として、以下を用いた。
・エポキシ化大豆油(ニューサイザー510R、ADEKA製)
安定剤のその他の成分として、以下を用いた。
・安定化助剤(βジケトン等を含む)
難燃剤(D)の金属水酸化物(d1)として、以下を用いた。
・未処理水酸化アルミニウム(製品名「BF013」、日本軽金属株式会社製)
難燃剤(D)の臭素系難燃剤(d2)として、以下を用いた。
・臭素系難燃剤(デカブロモジフェニルエタン、製品名「サイテックス8010」、アルベマール株式会社製、平均粒径5.6μm)
難燃剤(D)の非晶質シリカ(d3)として、以下を用いた。
・非晶質シリカ(製品名「SIDISTAR120U」、エルケム株式会社製、平均粒径0.15μm)
難燃剤(D)の三酸化アンチモン(d4)として、以下を用いた。
・三酸化アンチモン(製品名「NANO200」、常徳辰州社製、平均粒径0.8μm)
その他の添加剤(E)として、以下を用いた。
・架橋助剤(トリメチロ-ルプロパントリメタクリレート、製品名「TMPT」、新中村化学株式会社製)
・焼成クレー(製品名「SP#33」、BASF社製)
・表面処理焼成クレー(製品名「トランスリンク77」)
・着色剤黒(製品名「NBP2425」、日弘ビックス株式会社製)
・着色剤白(製品名「チタン白R820」、石原産業株式会社製)
・酸化防止剤(製品名「AO-25」、株式会社ADEKA製)
使用した原材料を表1にまとめた。
まず、導体、絶縁層形成用の樹脂組成物、および外皮層形成用の樹脂組成物を準備した。
実施例2~7では、表2に示すように(A)~(E)成分の種類や配合量を変更した以外は、実施例1Aと同様にケーブルを作製した。
比較例1は、絶縁電線、ケーブルとも電子線照射架橋を施さず作製した例であり、比較例2~4は、(E)成分となる架橋助剤、焼成クレー量をふって検証をすすめたものである。コンパウンドの作製方法、絶縁電線およびケーブルの押出方法に関しては、実施例1Aと同様に行った。
実施例1B、1C、参考例1は、照射強度の架橋性に与える影響を把握するため電子線の照射強度をふって検証をすすめたものである。
作製した実施例1A、1B、1C、2~7および比較例1~4、参考例1の絶縁電線、ケーブル、組成物シートについて、耐熱性、難燃性、復元性、電気特性、架橋性および耐寒性を評価した。各評価は以下のように行った。評価結果を表2に示す。表2の○表記は合格、×表記は不合格を意味する。
耐熱性は、UL1581に準拠した試験によって評価した。具体的には、作製した絶縁電線の絶縁層のみとしたサンプル(長さ約100mm)を、136℃のギアオーブンに168時間暴露し、初期の引張強度および伸びと、暴露後の引張強度および伸びとを比較した。そして、以下の式により引張強度残率(%)および伸び残率(%)を計算し、引張強度残率70%以上かつ伸び残率が45%以上となるものを「合格」とし、これらのいずれかを満たさないもの、または、これらのいずれも満たさないものを「不合格」とした。
伸び残率(%)=100×(上記暴露後の伸び)/(初期の伸び)
難燃性は、UL1581に準拠した試験によって評価した。具体的には、作製した絶縁電線、ケーブル(長さ約500mm)に対して、UL1581に規定される垂直難燃試験VW-1を3回行い、3回とも基準を満たしたものを「合格」とし、1回でも基準を満たさなかったものを「不合格」とした。絶縁電線或いはケーブルいずれかが「不合格」となったものも不合格とした。
復元性は、以下の方法により評価した。まず、各絶縁電線から導体を抜いた絶縁層、ケーブルから採取した外皮層をダンベル状に打ち抜いて試料片を準備した。続いて、引張試験機を用いて、この絶縁層、試料片を、標線間25mm、引張速度200mm/分の条件で100%伸長させてから試験機を停止させ、その後、ダンベルを脱離し10秒後に標線間25mmがどれだけ伸長したか(X値)を測定した。そして、以下の式から復元度(Y)を算出した。なお、「*」は積を意味する。本実施例では、Y値で70以上を合格とし、70未満を不合格とした。なお、復元度Yは、反発弾性率をある程度の相関を示すことから、復元性の指標となることが確認されている。
Y=-4*X+200
電気特性は、以下の方法により評価した。まず、表2に示した組成物を6インチミキシングロールで混練し、180℃予熱3MIN/2Mpa、加圧加熱2MIN/10Mpa、冷却5MINの条件で1mmtの組成物シートを作製した。その後実施例1~7、比較例2~4においては、電子線照射設備を用いて、照射強度が表2の値となるよう調整し、照射架橋処理を施した架橋組成物シートを得た。得られたシートを用いて(但し比較例1は未架橋シート)常温の体積抵抗率を測定し、5E+13Ω・cm以上の値を示す材料を合格とし、それ未満のものを不合格とした。
電子線照射を行い作製した絶縁層から導体を抜いて、1辺1mmt以下の裁断サンプルを準備した。その後、THF(テトラヒドロフラン70℃20時間)を用いゲル分率の測定を行った。ゲル網残分量(40メッシュゲル網未通過分)を乾燥させ得られた質量を初期数量で割った数値の分率がゲル分率である。初期質量に対して残量(ゲル分率)が30%以上となるものを合格、30%未満となるものを不合格とした。
耐寒性は、以下の試験により評価した。具体的には、作製した絶縁電線から導体を抜いた絶縁層およびケーブルから外皮層を剥いで得たチューブを用いて破壊試験を行った。本実施例では、温度が-20℃の場合でもサンプルが破断しないものを「合格」、それ以上の温度で破断してしまうものを「不合格」とした。
ケーブルについての耐熱性、難燃性、復元性、電気特性、耐寒性の評価結果を表2にまとめた。
以上のように、絶縁電線の絶縁層、ケーブルの外皮層として本実施の形態の(A)~(E)成分を含有する樹脂組成物を用いて好適であることが判明した。
10 絶縁電線
11 導体
12 絶縁層
13 シールド層
14 外皮層
15 架橋PVC
16 非架橋TPU
Claims (6)
- 絶縁電線と、前記絶縁電線の周囲に被覆される外皮層とを備えるケーブルであって、
前記絶縁電線は、導体と、前記導体の周囲に被覆される絶縁層とを備え、
前記外皮層は、ベースポリマ(A)、可塑剤(B)、安定剤(C)、難燃剤(D)およびその他の添加剤(E)を含む樹脂組成物から形成され、
前記ベースポリマ(A)は、ポリ塩化ビニル樹脂(a1)と、アジペート系、ラクトン系およびカーボネート系の少なくとも1つのウレタン熱可塑性エラストマ(a2)とを含み、
前記安定剤(C)は、ハイドロタルサイト(c1)および金属石鹸(c2)を含み、
前記難燃剤(D)は、金属水酸化物(d1)、臭素系難燃剤(d2)、非晶質シリカ(d3)および三酸化アンチモン(d4)の少なくとも1つを含み、
前記その他の添加剤(E)は、焼成クレーを含み、
前記焼成クレーは、前記ポリ塩化ビニル樹脂(a1)100質量部に対して35質量部以上含有しており、
前記外皮層は、照射強度が0.5Mrad以上8Mrad以下の電子線により架橋されている、ケーブル。 - 請求項1に記載のケーブルにおいて、
前記その他の添加剤(E)は、架橋助剤を含み、
前記架橋助剤は、前記ポリ塩化ビニル樹脂(a1)100質量部に対して3質量部以上含有している、ケーブル。 - 請求項2に記載のケーブルにおいて、
前記架橋助剤は、トリメチロールプロパントリメタクリレート、トリアリルイソシアヌレート又はトリアリルシアヌレートのいずれかである、ケーブル。 - 請求項1~3のいずれか1項に記載のケーブルにおいて、
前記ベースポリマ(A)は、塩素化ポリエチレンを含む、ケーブル。 - 請求項1~4のいずれか1項に記載のケーブルにおいて、
前記外皮層において、前記ウレタン熱可塑性エラストマ(a2)に由来するゲル分率が発現していない、ケーブル。 - 導体と、前記導体の周囲に被覆される絶縁層とを備える絶縁電線であって、
前記絶縁層は、ベースポリマ(A)、可塑剤(B)、安定剤(C)、難燃剤(D)およびその他の添加剤(E)を含む樹脂組成物から形成され、
前記ベースポリマ(A)は、ポリ塩化ビニル樹脂(a1)と、アジペート系、ラクトン系およびカーボネート系の少なくとも1つのウレタン熱可塑性エラストマ(a2)とを含み、
前記安定剤(C)は、ハイドロタルサイト(c1)および金属石鹸(c2)を含み、
前記難燃剤(D)は、金属水酸化物(d1)、臭素系難燃剤(d2)、非晶質シリカ(d3)および三酸化アンチモン(d4)の少なくとも1つを含み、
前記その他の添加剤(E)は、焼成クレーを含み、
前記焼成クレーは、前記ポリ塩化ビニル樹脂(a1)100質量部に対して35質量部以上含有しており、
前記絶縁層は、照射強度が0.5Mrad以上8Mrad以下の電子線により架橋されている、
絶縁電線。
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