JP2012221610A

JP2012221610A - 耐熱アルミニウム電線

Info

Publication number: JP2012221610A
Application number: JP2011083475A
Authority: JP
Inventors: Masaki Tanigawa; 正樹谷川
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2011-04-05
Filing date: 2011-04-05
Publication date: 2012-11-12

Abstract

【課題】難燃性、耐摩耗性、耐寒性、耐温水性、及び屈曲性に優れた耐熱アルミニウム電線を提供する。
【解決手段】アルミニウム素線を絶縁体が被覆してなる耐熱アルミニウム電線であって、前記絶縁体が、ポリエチレン樹脂３５〜６０質量部、エチレン共重合体６５〜４０質量部、及び難燃剤として水酸化マグネシウム６０〜１００質量部を含むことを特徴とする耐熱アルミニウム電線である。絶縁体の降伏点強度は１２ＭＰａ以上であることが好ましい。
【選択図】なし

Description

本発明は、耐熱アルミニウム電線に関し、特に、自動車に用いられる耐熱アルミニウム電線に関する。

自動車の配線等に用いる耐熱アルミニウム電線において、被覆に用いられる絶縁体には難燃剤として水酸化アルミニウムを使用することが知られている（例えば、特許文献１参照。）。水酸化アルミニウムは非常に安価であるが所定の難燃性を発揮するために多量添加が必要であるという特徴がある。

また、難燃剤に水酸化アルミニウムを使うことで耐温水性の低下が懸念される。本発明者は、難燃剤として水酸化アルミニウムを使用した場合、温水浸漬下での体積固有抵抗の急激な低下を確認した。耐水性の低下についての実験結果を以下の表１に示す。なお、表１中の絶縁体組成Ａ〜Ｄについては後記表３において示す。

表１においては、難燃剤として、水酸化マグネシウムと水酸化アルミニウムをそれぞれ６０部及び８０部使用した場合における、耐温水性と難燃性についての評価結果を示した表である。表１より、水酸化マグネシウムを使用した場合にはその添加部数にかかわりなく耐温水性及び難燃性において良好な結果が得られたのに対し、水酸化アルミニウムを使用した場合は、６０部では難燃性に劣り、８０部では耐温水性に劣ることが分かる。すなわち、水酸化アルミニウムを使用する場合は、難燃性確保のために大量に使用すると耐温水性に劣ることが分かる。その原因としては、ＮａＣｌの濃度が３％の温水を調製し、それに電線を浸漬させると、水酸化アルミニウムは強アルカリ下で水溶性のアルミン酸を生成し、それが反応することが挙げられる。つまり、水酸化アルミニウムを多量に添加したものについて上記のような反応が促進され、体積固有抵抗の低下が見られたものと考えられる。
また、アルミニウム導体は熱引きが悪く、電線難燃性を満足させるためには、多量に難燃剤を添加しなければ電線難燃性を満足することは困難であるという背景もある。

さらに、水酸化アルミニウムは分解点が水酸化マグネシウムに比べて低く、電線被覆においては押出温度を低く設定する必要があるなど加工面においても気を配らなければならない。

以上のことから、難燃剤として水酸化アルミニウムの使用は種々の問題があり、水酸化マグネシウムが使用されている（例えば、特許文献２〜６参照。）。

一方、アルミニウム電線は屈曲性が銅電線に比べると低いことが知られており、屈曲される部位（例えば、ドア部）などの配策は困難であった。屈曲性に関しては、導体の組成や素線構成などが大きな要因として考えられていたが、本発明者は、絶縁体組成の違いによってもその性能は変化することを見出した。それについて以下に説明する。

表２は、いずれも難燃剤として水酸化マグネシウムを用いた例であって、難燃剤の添加部数及び絶縁体の樹脂組成を異ならせて得たアルミニウム電線（一部は銅電線）の耐温水性、難燃性及び屈曲性についての評価結果を示す表である。また、表３は、表１及び表２における絶縁体被覆組成Ａ〜Ｇについて示す表である。電線の難燃性についてＮ＝５０、すなわち５０回の試験をした結果、絶縁体の樹脂組成の違いによっても難燃性の違いが見られた。つまり、難燃剤添加部数６０部で同様であっても５０回試験によって難燃性に劣るアルミニウム電線が見られる。このことからアルミニウム電線に被覆される絶縁体には高い難燃性が必要であることが分かる。

一方、電線屈曲性について純銅導体を用いた場合とアルミニウム合金を用いた導体との差は明確であるが、絶縁体組成ＡとＧの比較において、屈曲回数に１０００回の差がみられる。

以上より、水酸化アルミニウムは、難燃性を発揮するために多量添加が必要であり、それに伴う耐温水性の低下が見られるという問題がある。そのため、そのような問題がない水酸化マグネシウムを使用することが好適と言えるが、水酸化マグネシウムを使用する場合であっても、絶縁体の樹脂組成によっては難燃性を発揮できないことがあり、それが屈曲性にも影響することからも改善の余地が残されていた。

特開２００７−２０７６４２号公報特開２００４−１０８１１号公報特開２００８−２９７４５３号公報特開２００９−２４９３９０号公報特開２０１０−７０１２号公報特開２０１０−１７４２２６号公報

本発明は、以上の従来の問題点に鑑みなされたものであり、その課題は、難燃性、耐摩耗性、耐寒性、耐温水性、及び屈曲性に優れた耐熱アルミニウム電線を提供することにある。

本発明者は、数々のデータを精査し、絶縁体の樹脂組成と、難燃性及び屈曲性との関係を見出し本発明を想到するに至った。
すなわち、上記課題を解決する本発明は以下の通りである。

（１）アルミニウム素線を絶縁体が被覆してなる耐熱アルミニウム電線であって、
前記絶縁体が、ポリエチレン樹脂３５〜６０質量部、エチレン共重合体６５〜４０質量部、及び難燃剤として水酸化マグネシウム６０〜１００質量部を含むことを特徴とする耐熱アルミニウム電線。

（２）前記絶縁体の降伏点強度が１２ＭＰａ以上であることを特徴とする前記（１）に記載の耐熱アルミニウム電線。

本発明によれば、難燃性、耐寒性、耐摩耗性、耐温水性、及び屈曲性に優れた耐熱アルミニウム電線を提供することができる。

屈曲性の評価に用いる装置の概念図である。降伏点強度に対する屈曲回数との関係をグラフで示す図である。

本発明の耐熱アルミニウム電線は、アルミニウム素線を絶縁体が被覆してなる耐熱アルミニウム電線であって、前記絶縁体が、ポリエチレン樹脂３５〜６０質量部、エチレン共重合体６５〜４０質量部、及び難燃剤として水酸化マグネシウム６０〜８０質量部を含むことを特徴としている。
上述の通り、難燃剤として水酸化アルミニウムを用いると自動車用電線としての特性を満足させることは困難である。そこで、難燃剤として水酸化アルミニウムを用いず、水酸化マグネシウムを用い、耐熱性、難燃性、耐摩耗性、耐寒性、及び耐温水性に優れた耐熱アルミニウム電線を提供するのである。

＜アルミニウム素線＞
本発明において、アルミニウム素線としては、通常アルミニウム電線に用いられているものを使用することができる。また、その径についても特に制限はないが、通常０．１５〜０．３０ｍｍとされる。

＜絶縁体＞
本発明において、絶縁体には、ポリエチレン樹脂３５〜６０質量部、エチレン共重合体６５〜４０質量部、及び難燃剤として水酸化マグネシウム６０〜１００質量部を含む。
以下に、各成分について説明する。

［ポリエチレン樹脂］
ポリエチレン樹脂としては、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、無水マレイン酸などによる変性ポリエチレン樹脂が挙げられる。
ポリエチレン樹脂の含有量としては、３５〜６０質量部であり、好ましくは４０〜４５質量部である。当該含有量が３５質量部未満では屈曲性に劣り、６０質量部を超えると難燃性に劣ることとなる。

［エチレン共重合体］
エチレン共重合体としては、エチレン／酢酸ビニル共重合体、エチレン／酢酸ビニル／不飽和カルボン酸共重合体、エチレン／エチルアクリレート共重合体、エチレン／メチルメタクリレート共重合体、エチレン／アクリル酸共重合体、エチレン／メタクリル酸共重合体、エチレン／無水マレイン酸共重合体、エチレン／アミノアルキルメタクリレート共重合体、エチレン／ビニルシラン共重合体、エチレン／グリシジルメタクリレート共重合体、エチレン／ヒドロキシエチルメタクリレート共重合体等が挙げられる。
エチレン共重合体の含有量としては、６５〜４０質量部であり、好ましくは５５〜６０質量部である。

耐熱アルミニウム電線において、難燃性については難燃剤の量に依存度があると考えられるが、本発明者は、難燃剤量だけでなくエチレン共重合体の含有量も影響を与えていることを見出した。これは、エチレン共重合体は難燃剤に対する分散性が良いことから難燃性にも寄与しているためであると推察される。つまり、エチレン共重合体の含有量が少ない場合、難燃剤の分散不良が生じ、難燃性が悪化すると推察される。
また、エチレン共重合体はポリエチレン樹脂に対して柔らかく削れやすいため、その割合が多い場合は、対摩耗性は低下する傾向にある。
一方、エチレン共重合体の含有量が少なく、難燃剤の量が多い場合は耐寒性が劣る。耐寒性の優劣は、−４０℃下においてマンドレルに巻きつけた絶縁体に亀裂が生じるか否かが基準であるが、エチレン共重合体が少なく、難燃剤として水酸化マグネシウムのような無機フィラーが多い場合、柔軟でなく樹脂と無機フィラーとの界面に応力が集中し絶縁体に亀裂が入ってしまうからと考えられる。

［難燃剤］
本発明において、難燃剤としては水酸化マグネシウムを用いる。使用する水酸化マグネシウムは、平均粒子径０．５〜３０μｍであることが好ましく、０．５〜１０μｍであることがより好ましい。
水酸化マグネシウムの含有量は、６０〜１００質量部であり、好ましくは、７０〜８０質量部である。

また本発明において、難燃剤として、水酸化マグネシウムに加え、他の難燃剤を併用することもできる。当該他の難燃剤としては、臭素系難燃剤が挙げられる。

以上の本発明に係る絶縁体の降伏点強度は１２ＭＰａ以上であることが好ましく、１４ＭＰａ以上であることがより好ましい。当該降伏点強度が１２ＭＰ以上であることで、良好な屈曲性を確保することができる。
絶縁体は降伏点を過ぎると屈曲で受ける応力を緩和できなくなり、絶縁体及びアルミニウム素線に応力が疲労蓄積され破断すると推定される。従って、降伏点強度が低い場合、屈曲で受ける応力が早い段階（後述する屈曲性の試験において屈曲回数が少ない）で導体及び絶縁体に疲労として蓄積され屈曲回数が低下するものと考えられる。降伏点強度が１２ＭＰａ以上であると、屈曲回数を２０００回以上とすることができる。

絶縁体の降伏点強度を１２ＭＰａ以上とする手段としては、ポリエチレン樹脂に比べ、低強度なエチレン共重合体の割合を減らすことや、難燃剤のような無機フィラーを多量に配合することなどが挙げられる。

本発明に係る絶縁体は、本発明の効果を損なわない範囲において、他の添加剤を添加することができる。他の添加剤としては、酸化防止剤、重金属不活性化剤、充填剤、活剤などが挙げられる。

本発明の耐熱アルミニウム電線は、以上の絶縁体によってアルミニウム素線を被覆することにより得られる。つまり、上述の絶縁体となる樹脂組成物を、公知の手法によりアルミニウム素線に被覆した後、架橋処理することで得ることができる。
被覆後の架橋の方法も特に制限はなく、電子線架橋法や化学架橋法で行うことができる。電子線架橋法で行う場合、電子線の線量は１〜３０Ｍｒａｄが適当であり、効率よく架橋を行うためにトリメチルプロパントリアクリレートなどの（メタ）アクリレート系化合物、トリアリルシアヌレートなどのアリル系化合物、マレイミド系化合物、ジビニル系化合物などの多官能性化合物を架橋助剤として配合していおいてもよい。
化学架橋法の場合は、樹脂組成物にヒドロペルオキシド、ジアルキルペルオキシド、ペルオキシエステル、ケトンペルオキシエステル、ケトンペルオキシドなどの有機過酸化物を架橋剤として配合し、押出成形被覆後に加熱処理により架橋を行う方法を採用することができる。

以下に、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

［実施例１〜１１、比較例１〜１３］
各実施例・比較例において、ポリエチレン樹脂と、エチレン共重合体と、難燃剤として水酸化マグネシウムと、その他添加剤とをそれぞれ表４〜６に示す部数（質量部）用いて溶融混練し、造粒したものを押出機を使用してアルミニウム素線（径：１．８５ｍｍ）に被覆し耐熱性アルミニウム電線を作製した。なお、各成分の詳細は以下の通りである。
ポリエチレン樹脂：ＨＤＰＥ（高密度ポリエチレン）（日本ポリエチレン（株）製ＨＥ１２２Ｒ）
エチレン共重合体：ＥＥＡ（エチレンエチルアクリレート）（日本ユニカー（株）製ＤＰＤＪ−６１６９ＥＫ）
難燃剤：水酸化マグネシウム（粒径：１．２μｍ）（協和化学工業（株）製キスマ５Ａ）
酸化防止剤：フェノール系酸化防止剤（ＢＡＳＦ社製ＩＲＧＡＮＯＸ１０１０）
重金属不活性化剤：銅害防止剤（旭電化工業（株）製ＣＤＡ−６）

作製した各実施例・比較例の耐熱アルミニウム電線について、下記の評価項目について下記評価基準に従い評価した。
＜評価基準＞
（１）耐温水性
８５℃、３％塩水３５日間浸漬下において体積固有抵抗を測定し、その値が１０９Ω・ｍ以上である場合を○とし、１０９Ω・ｍ未満の場合を×とした（関連規格：ＩＳＯ６７２２）。
（２）難燃性
各実施例・比較例の耐熱性アルミニウム電線を用意し、傾き４５度傾斜に固定し、１５秒間接炎し、消炎するまでの時間が７０秒未満の場合を合格とし、７０秒超の場合を不合格として評価した。これを５０回繰り返し、すべて合格の場合を○とし、不合格が１つでもあれば×とした。
（３）耐寒性
−４０℃、４時間後、自己径巻きつけにて絶縁被覆に亀裂が発生しないことを確認し、耐電圧試験にて１ｋＶ１分以上を満足したものを○、満足しないものを×として評価した。
（４）耐摩耗性
スクレープ摩耗性試験（荷重７Ｎ）にて、１５００回超の場合を◎とし、７５０回超の場合を○とし、７５０回未満の場合を×として評価した。なお、自動車用途としては１５００回超が特に好ましい。
（５）屈曲性
図１に示すような測定装置を用い、一端に１２００ｇのおもりを付けた各実施例・比較例の耐熱アルミニウム電線１０（１５００ｍｍ）を、マンドレル１２（径：２５ｍｍ）を軸として何度も折り曲げた。図１において、符号１４はおもりである。電線の電機抵抗を測定し、抵抗値が初期値の１０％以上を超えた場合、断線と判定し、その回数（＝ｎ）を計測した。これを５回繰り返し、各回の最小のｎが２０００以上の場合を○とし、２０００未満の場合を×とした。

表４〜６より、実施例１〜１１の耐熱性アルミニウム電線は、いずれも難燃性、耐摩耗性、耐寒性、耐温水性、及び屈曲性に優れているのに対し、比較例１〜１３においては、すべての評価を同時に良好な結果とすることができなかった。また、ポリエチレン樹脂３５〜６０質量部とすることで、耐摩耗性が優れた自動車用途にも適用可能であることが分かる。

［降伏点強度の測定］
ＪＩＳＫ７１６１に準じて、電線から絶縁体のみをサンプリングし、引張強度２００ｍｍ／ｍｉｎにて引張試験を実施し、降伏点の強度を測定した。そして、測定した降伏点強度と、既述の（５）屈曲性の評価において得られた屈曲回数との関係を表すグラフを図２に示す。
図２に示すように、降伏点強度が１２ＭＰａ以上の場合、屈曲回数が２０００回以上である。すなわち、降伏点強度が１２ＭＰａ以上であると、屈曲性が良好となるのが分かる。

Claims

アルミニウム素線を絶縁体が被覆してなる耐熱アルミニウム電線であって、
前記絶縁体が、ポリエチレン樹脂３５〜６０質量部、エチレン共重合体６５〜４０質量部、及び難燃剤として水酸化マグネシウム６０〜１００質量部を含むことを特徴とする耐熱アルミニウム電線。
前記絶縁体の降伏点強度が１２ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１に記載の耐熱アルミニウム電線。