JP2012043535A - 電線・ケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】耐摩耗性、低摩擦性に優れた電線・ケーブルを提供する。
【解決手段】導体１と、前記導体１を被覆する外層としての絶縁体２とを備え、前記絶縁体２の表面にハロゲンを有する機能性低分子からなる硬化被膜３を設ける。前記機能性低分子は、ポリエステル系、アクリレート系、アミド系、シンナミリデン系、ウレタン系もしくは、ポリエーテル系のうちいずれか１種又は２種以上のモノマもしくはオリゴマである。硬化被膜の厚さが１０μｍ〜２００μｍの範囲内であり、電線の外層表面の動的摩擦係数が０．５以下である。
【選択図】図１

Description

本発明は、しゅう動環境下において低摩擦性に優れた電線・ケーブルに関する。

電線・ケーブルは、配線・布設時に電線管、ダクトなどの中を通したり、引きずりまわしたりする。また使用時には電線・ケーブル同士や他の部材と接触し、しゅう動させ使用される場合がある。このため耐摩耗性に優れることは勿論のこと、電線管路、ダクトに対する滑り性が良好であり、摩擦の低減された被覆材が要望されている。これを改善する手法として、被覆材料中に固体潤滑剤を混入させる方法が開示されている。例えば、特許文献１には、導体被覆材として、複合メッキに４フッ化エチレン樹脂、グラファイト、二硫化モリブデンなどを、混入させることで、被覆材表面がコーティングされたようになり、低摩擦性を得られることが提案されている。また、特許文献２には、外部被覆のプラスチック材料にシリコーン樹脂系潤滑剤を混入し被覆材を形成する方法が提案されている。

特開昭６２−１２００７号公報 特開２００１−２６４６０１号公報

しかし、上記の手法では、生成された組成物の引張強さなどの機械的強度の大幅な低下を招くという欠点がある。このような欠点を補うため様々な手法が検討されているが、必ずしも十分とは言えない状況にある。例えば混和する固体潤滑剤を微粉化する、シランカップリング剤により表面処理するなどの方法が検討されているが、その効果は十分なものではない。このためこれらの手法では、その利用範囲が制限されることが多かった。

本発明の目的は、これらの上記課題を解決し、しゅう動環境下において優れた耐摩耗性及び低摩擦性を有する電線・ケーブルを提供することにある。

本発明者は、電線・ケーブル被覆材表面にハロゲンを有する機能性低分子を含浸させ、その後、加熱、紫外線（ＵＶ）照射、電離性放射線照射などにより表層を硬化させることを考えた。ハロゲンを有する機能性低分子は表面エネルギが小さく、電線・ケーブル被覆材表面の濡れ性を向上させ、厚さ方向にも浸透し易くなる。その結果、耐摩耗性向上および低摩擦化の図れることを見出し、本発明に至った。

第一の本発明は、導体と、前記導体を被覆する外層とを備え、前記外層の表面にハロゲンを有する機能性低分子からなる硬化被膜を設けたことを特徴とした電線である。

また、第二の本発明は、導体と、前記導体を被覆する外層と、前記外層を被覆するシースとを備え、前記シースの表面にハロゲンを有する機能性低分子からなる硬化被膜を設けたことを特徴としたケーブルである。

前記機能性低分子はポリエステル系、アクリレート系、アミド系、シンナミリデン系、ウレタン系もしくは、ポリエーテル系のうちいずれか１種又は２種以上のモノマもしくはオリゴマであるのが好ましい。

前記ハロゲンは、ふっ素、臭素あるいは塩素のうちいずれか１種又は２種以上であるのが好ましい。

前記機能性低分子の分子量が重量平均分子量で１０００以下であるのが好ましい。

前記硬化被膜の厚さが１０μｍ〜２００μｍの範囲内であるのが好ましい。

前記電線の外層表面の動的摩擦係数が０．５以下であるのが好ましい。また、硬化被膜の硬化度は、８０％とすることが好ましい。

前記ハロゲンを有する機能性低分子からなる硬化被膜は、酸素のない不活性雰囲気下で硬化されたものであるのが好ましい。

本発明によれば、優れた耐摩耗性、低摩擦性を実現することが可能となり、多様な電線・ケーブルへの応用範囲を広げる上で大きく貢献するものである。また、本発明によれば、硬化被膜の剥離を抑えることができるため、耐摩耗性及び低摩擦性の経時的低下を抑えることができる。

本発明の実施の形態に係る硬化被膜を形成した外層を有する電線の断面図である。 本発明の実施の形態に係る硬化被膜を形成したシースを有するケーブルの断面図である。

以下、本発明の好適な一実施の形態を記述する。

本発明の電線の一例を図１に示す。本発明の電線は、導体１と、前記導体１を被覆する外層としての絶縁体２とを備え、前記絶縁体２の表面にハロゲンを有する機能性低分子からなる硬化被膜３を設ける。前記絶縁体２はゴムまたはプラスチック系材料からなり、絶縁体２にハロゲンを有する機能性低分子を含浸させた後、熱、紫外線、放射線などを照射することで、絶縁体２の表面のみ硬化させ、硬化被膜３を形成する。

図２に示した本発明のケーブルは、導体１と、前記導体１を被覆する外層としての絶縁体２と、前記絶縁体２を被覆するシース４とを備え、前記シース４の表面にハロゲンを有する機能性低分子からなる硬化被膜３を設ける。前記シース４はゴムまたはプラスチック系材料からなり、シース４にハロゲンを有する機能性低分子を含浸させた後、熱、紫外線、放射線などを照射することで、シース４の表面のみ硬化させ、硬化被膜３を形成する。

本発明の電線・ケーブルにおいて、最外層となる電線の外層もしくはケーブルのシースに用いる被覆材としては、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＭ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、ふっ素ゴム、塩素化ポリエチレンなどのゴム系被覆材およびポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリアミドなどのプラスチック系被覆材が挙げられる。特にゴム系被覆材で塩素元素を分子構造内に有するポリマとするのが好ましい。前述の被覆材を単独あるいは２種以上ブレンドしてもよい。

このような被覆材に対し、ハロゲンを有する機能性低分子を含浸させることにより大きな発明の効果が得られる。

上記電線・ケーブルの最外層となる被覆材の表面に含浸させる、ハロゲンを有する機能性低分子としては、ポリエステル系、アクリレート系、アミド系、シンナミリデン系、ウレタン系、又は、ポリエーテル系のいずれかのモノマやオリゴマが挙げられ、具体的にはクロロ−テトラアクリルビストリメチロールプロパンテトラヒドロフタレート、クロロ-ヒドロキシプロピルメタクリレート、クロロ-トリメチロールプロパントリアクリレート、クロロ−トリレンジイソシアネート、クロロイミドアクリレート、ジブロモプロピルメタクリレート、ヘプタデカフロロデシルアクリレート、テトラフロロプロピルアクリレート、クロロ−アクリルアミド、トリフロロエヒルアクリレート、アルコール溶解共重合塩素化アクリルアミド、シンナミリデンアセチルクロライド、ジクロロプロピルメタクリレート、ジブロモプロピルアクリレート、テトラブロモビスフェノールＡジアクリレートなどがある。これらは単独あるいは併用することが可能であり、さらに酸化防止剤、充てん剤、着色剤などを加えても良い。ハロゲンとしては塩素、臭素、ふっ素が挙げられ、その中でも塩素が価格および含浸性の点で優れる。

機能性低分子の分子量は、重量平均分子量が１０００以下であることが望ましく、この範囲内であると塗布時の膜厚均一性や含浸性が良い。また硬化被膜の厚さは１０μｍ〜２００μｍの範囲内であることが望ましく、１０μｍ以上とすることで耐久性が優れたものとなり、２００μｍ以下とすることでしゅう動環境下でも剥離を抑制することができる。

動的摩擦係数は、スラスト摩耗試験装置を用いＪＩＳＫ７２１８に準じ、相手材にＳＵＳ３０４製の円筒リング（外径２５．６ｍｍ、内径２０．６ｍｍ、表面粗さＲａ０．２μｍ）を用いて測定する。面圧０．１ＭＰａ、周速３０ｍ／分、測定時間３０分、雰囲気はドライ中で、温度は常温とし、測定終了直前のトルクから動的摩擦係数を求める。

前述の機能性低分子を電線・ケーブル表面に、浸漬による含浸後、加熱、紫外線（ＵＶ）照射、電離性放射線などにより、硬化させ、硬化被膜を形成する。

紫外線（ＵＶ）照射の場合には硬化を促進させる目的で、クロロアセトフェノン、ジエトキシアセトフェノン、ヒドロキシアセトフェノンなどの開始剤およびブチルアミン、トリエチルアミン、ジエチルアミノエチルメタクリレートなどの増感剤を添加するのが好ましい。開始剤および増感剤の添加量は機能性低分子に対し、それぞれ０．５〜５重量％の範囲とすることが好ましい。

熱、紫外線、放射線などを用いて硬化させることにより、硬化被膜の強度が大幅に向上するとともに、電線・ケーブルの被覆材とその表面に形成した硬化被膜との密着性が高くなる。

熱による加熱方法としてはガス加熱、水蒸気加熱、遠赤外加熱、溶融塩加熱などがある。

紫外線による照射の場合は、波長２００〜６００ｎｍの紫外線を使用することが一般的である。

放射線を照射する場合の電離性放射線としては、γ線，電子線，Ｘ線，中性子線あるいは高エネルギーイオン等が使用される。これらの方法を単独あるいは複数組み合わせることも可能である。

紫外線および電離性放射線の照射を行う際は、常温あるいは硬化速度を増大させるために加熱しながら照射してもよい。

照射雰囲気は大気中でもよいが、その場合は、硬化するものが限られ、硬化度が低くなる。より効率よく硬化させるには酸素のない不活性雰囲気下とすることが望ましい。酸素のない不活性ガス雰囲気とすることにより、加熱や、紫外線照射、電離性放射線などにより発生する活性ラジカルを効率よく、硬化反応に導くことができ、硬化度の高いものが得られる。これに対し、酸素が存在すると発生したラジカルが酸素と反応し硬化反応の進行が抑制されてしまう。

不活性ガスとしては窒素、アルゴン、ヘリウムなどが代表的である。

本発明では特に言及しないが、充てん材、酸化防止剤、固体潤滑材、着色剤などの添加材を被覆材料中にさらに添加し形成することも可能である。

以下、本発明の実施例１〜６と比較例１〜４について表１、表２と共に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。また、実施例、比較例においては組成物の特性を測定するために試験材をシート状に成形し、試験を行ったが、これらの組成物を電線・ケーブルの被覆材として用いた際にも同様の効果が得られる。

表１は実施例、及び比較例に係るシート状の成形体の材料組成と、その特性を評価し、まとめて示したものである。

まず、表１に記載のシート状成形体の作製方法について説明する。

被覆材については表２に記載の配合組成に従い配合剤を混合後、１８０℃の熱ロールで１０分間熱プレスし、厚さ１ｍｍのシートを作製した。

このシートを機能性低分子の液に浸漬させ、その後、１００℃で１０分、次いで１３０℃で５分乾燥させ、常温に戻した後、紫外線あるいは電子線を照射して硬化させた。

紫外線については常温、窒素中において紫外線ランプ８０Ｗ／ｃｍを２個使用し、２０秒間照射した。電子線では常温、窒素中において、加速電圧２００ｋｅＶ、電流１０ｍＡの条件で２０秒間照射し、サンプルを作製した。なお、比較例４については照射雰囲気を大気中とした。

(実施例１)
被覆材Ａで形成したシートに、表２記載の機能性低分子Ａを含浸させた後、常温の窒素雰囲気中において、紫外線を２０秒間照射した。

(実施例２)
被覆材Ｂで形成したシートに表２記載の機能性低分子Ｂを含浸させた後、常温の窒素雰囲気中において、紫外線を２０秒間照射した。

(実施例３)
被覆材Ｂで形成したシートに表２記載の機能性低分子Ｃを含浸させた後、常温の窒素雰囲気中において、電子線を２０秒間照射した。

(実施例４)
被覆材Ｂで形成したシートに表２記載の機能性低分子Dを含浸させた後、常温の窒素雰囲気中において、電子線を20秒間照射した。

(実施例５)
被覆材Ｂで形成したシートに表２記載の機能性低分子Ｅを含浸させた後、常温の窒素雰囲気中において、電子線を２０秒間照射した。

(実施例６)
被覆材Ｂで形成したシートに表２記載の機能性低分子Ａを含浸させた後、常温の窒素雰囲気中において、電子線を２０秒間照射した。

次に比較例のシート状成形体の作成方法について説明する。

(比較例１)
被覆材Ｂで形成したシートのみであり、機能性低分子を含浸させず、紫外線、または電子線による照射も行わなかった。

(比較例２)
被覆材Ｂで形成したシートに表２記載の機能性低分子Fを含浸させた後、常温の窒素雰囲気中において、電子線を２０秒間照射した。

(比較例３)
被覆材Ｂで形成したシートに表２記載の機能性低分子Ａを含浸させ、紫外線、電子線による照射は行わなかった。

(比較例４)
被覆材Ｂで形成したシートに表２記載の機能性低分子Ａを含浸させた後、大気中において、紫外線を２０秒間照射した。

上記の通り作製して得られたシート状成形体の特性の評価方法を次に述べる。

（１）硬化度
硬化度は硬化物を８０℃で８時間真空乾燥後、１２０℃に保持したソックスレー抽出器の溶媒（メチルエチルケトン）中に投入し、２４時間、抽出を行う。その後、サンプルを取り出し、１００℃で８時間真空乾燥し、重量を測定し下記の式から硬化度を求めた。
硬化度＝｛（抽出・乾燥後の機能性低分子硬化物重量）/（抽出前(８０℃で真空乾燥済)の機能性低分子硬化物重量）｝×１００
なお、式中の機能性低分子硬化物重量は、充てん剤など他の添加剤重量は除いたものとする。

（２）比摩耗量、摩擦係数
試験にはスラスト摩耗試験装置を使用した。ＪＩＳＫ７２１８に準じ、シートサンプルを４０ｍｍ角，厚さ１ｍｍに裁断し試験片とし、相手材にはＳＵＳ３０４製の円筒リング（外径２５．６ｍｍ，内径２０．６ｍｍ、表面粗さＲａ０．２μｍ）を用いた。

面圧０．１ＭＰａ、周速３０ｍ／分、測定時間３０分、雰囲気はドライ中で、温度は常温とした。試験後、重量を測定し、重量変化から比摩耗量を算出すると共に、トルクから摩擦係数を計算した。この方法により各２点測定を行い、その算術平均を示した。

（３）折り曲げ試験
作製したシート状成形体から幅１０ｍｍ、長さ１０ｃｍ、厚さ１ｍｍにシートを裁断し、これを常温で厚さ方向に＋９０度、−９０度折り曲げ、被覆材と硬化被膜間の密着性を目視で確認した。この方法により各３点測定を行い、いずれも剥離を生じないものを良好、１点でも剥離したものを不良とした。

実施例１〜６はいずれも比摩耗量が６０×１０^-8ｍｍ³／Ｎｍ〜６５０×１０^-8ｍｍ³／Ｎｍと小さく耐摩耗性に優れ、また摩擦係数も０．４０〜０．５０と小さいと言える。これに対し機能性低分子を含浸していない比較例１は比摩耗量が大きく、摩擦係数も高い。

よって被覆材に機能性低分子を含浸させたほうが、耐摩耗性、低摩擦性が向上することができることがわかる。

またハロゲンを有さない機能性低分子を含浸させた比較例２は比摩耗量が８９０×１０^-8ｍｍ³／Ｎｍと比較的小さく、摩擦係数も低いが、折り曲げ試験で硬化被膜が剥離し被覆材との密着性が悪かった。従って、比較例２の場合は、使用時間に伴う硬化被膜の剥離が生じ易く、耐摩耗性及び低摩擦性が経時的に速く低下することが分かる。

これから、被覆材に含浸させる機能性低分子はハロゲンを有するものがよいことが分かる。

比較例３は機能性低分子を硬化処理しないものであり、耐摩耗性が悪く、摩擦係数も高くなる。

これから、被覆材にハロゲンを有する機能性低分子を含浸させても、紫外線、電子線などにより硬化処理を施さなければ耐摩耗性、低摩擦性は得られないことが分かる。

実施例１〜６の硬化被膜の硬化度は、８９％〜９５％と高いのに対し、大気中で照射した比較例４は機能性低分子Ａの被膜の硬化度が低く、その結果、摩擦係数および比摩耗量が高くなっている。

これから、被覆材にハロゲンを有する機能性低分子を含浸させ、紫外線、もしくは電子線により硬化処理を施しても、その硬化処理雰囲気が不活性ガス雰囲気中でなければ、耐摩耗性、低摩擦性の向上は図れないことが分かる。

１ 導体
２ 絶縁体
３ 硬化被膜
４ シース

Claims (14)

1. 導体と、前記導体を被覆する外層とを備え、前記外層の表面にハロゲンを有する機能性低分子からなる硬化被膜を設けたことを特徴とした電線。
2. 前記機能性低分子は、ポリエステル系、アクリレート系、アミド系、シンナミリデン系、ウレタン系もしくは、ポリエーテル系のうちいずれか１種又は２種以上のモノマもしくはオリゴマであることを特徴とする請求項１記載の電線。
3. 前記ハロゲンがふっ素、臭素あるいは塩素のうちいずれか１種又は２種以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の電線。
4. 前記機能性低分子の分子量が重量平均分子量で１０００以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電線。
5. 前記硬化被膜の厚さが１０μｍ〜２００μｍの範囲内であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電線。
6. 前記電線の外層表面の動的摩擦係数が０．５以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電線。
7. 前記ハロゲンを有する機能性低分子からなる硬化被膜は、酸素のない不活性雰囲気下で硬化されたものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の電線。
8. 導体と、前記導体を被覆する外層と、前記外層を被覆するシースとを備え、前記シースの表面にハロゲンを有する機能性低分子からなる硬化被膜を設けたことを特徴としたケーブル。
9. 前記機能性低分子は、ポリエステル系、アクリレート系、アミド系、シンナミリデン系、ウレタン系もしくは、ポリエーテル系のうちいずれか１種又は２種以上のモノマもしくはオリゴマであることを特徴とする請求項８記載のケーブル。
10. 前記ハロゲンがふっ素、臭素あるいは塩素のうちいずれか１種又は２種以上であることを特徴とする請求項８又は９記載のケーブル。
11. 前記機能性低分子の分子量が重量平均分子量で１０００以下であることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載のケーブル。
12. 前記硬化被膜の厚さが１０μｍ〜２００μｍの範囲内であることを特徴とする請求項８〜１１のいずれか１項に記載のケーブル。
13. 前記ケーブルの外層表面の動的摩擦係数が０．５以下であることを特徴とする請求項８〜１２のいずれか１項に記載のケーブル。
14. 前記ハロゲンを有する機能性低分子からなる硬化被膜は、酸素のない不活性雰囲気下で硬化されたものであることを特徴とする請求項８〜１３のいずれか１項に記載のケーブル。

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