JP6148535B2 - 電線被覆材料及び被覆電線 - Google Patents
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Description
本発明は、アルミニウム線、銅線等の導体を被覆するために用いられる電線被覆材料及び被覆電線に関し、特に自動車に配索される電線に好適に用いるための電線被覆材料及び被覆電線に関する。
自動車に用いられるワイヤーハーネス等の電線は、短い経路内で大きく曲げられて配索されると共に車体の温度変化に対応するため、幅広い温度範囲での耐屈曲性が要求される。このため導体を被覆する被覆材料として耐屈曲性を有した材料を用いることがなされている。
特許文献１には、ポリ塩化ビニル樹脂をベース樹脂とし、このベース樹脂に対し、トリメリット酸系可塑剤またはピロメリット系可塑剤等の可塑剤と、塩素化ポリオレフィンと、ＭＢＳ（メチルメタクリレート−ブタジエン−スチレン）ゴムとを所定の重量比で配合した組成物を電線被覆材料として用いることが記載されている。この電線被覆材料によって電線を作製することにより、耐寒性、耐摩耗性、耐外傷性に優れた電線とすることが可能となると記載されている。
しかし、特許文献１に記載された電線被覆材料は、低温環境下での耐屈曲性が著しく低下する問題を有している。これはベース樹脂であるポリ塩化ビニル樹脂が低温領域で損失弾性率のピーク値を有しており、環境温度がこのピーク値の温度以下となると、樹脂の分子運動が著しく低下するためである。このような特許文献１記載の電線被覆材料は低温環境での耐屈曲性が乏しいことから、この電線被覆材料によって導体が被覆された電線は幅広い温度範囲内で耐屈曲性を備えるものとはなっていない。また、ピーク値を低下させる為に可塑剤を増量すると、Ｖエッジ特性、耐高温融着性の特性が低下してしまう。
本発明は、このような従来技術が有する課題を考慮してなされたものであり、良好な耐屈曲性を備えた電線被覆材料及びこの電線被覆材料を用いた被覆電線を提供することを目的とする。
請求項１に係る電線被覆材料は、ポリ塩化ビニルを含有する組成物を用い、前記組成物は、温度に対する損失弾性率の変化曲線が、電線の使用環境温度範囲である−３０℃〜６０℃の範囲内でピークを示さない電線被覆材料において、前記ポリ塩化ビニル１００質量部に対し、可塑剤２５〜５０質量部配合し、メルトフローレイト（ＭＦＲ）が１．０ｇ／１０ｍｉｎ以下である柔軟樹脂１〜３０質量部を配合したことを特徴とする。
請求項２に係る被覆電線は、請求項１に記載の電線被覆材料と、この電線被覆材料によって被覆された導体とによって形成されていることを特徴とする。
本発明は、電線の使用環境温度範囲内での温度に対する損失弾性率の変化曲線がピークを示さない特性を有していることにより、電線の使用環境温度の全域にわたって損失弾性率が高くなっている。このため樹脂の分子鎖が屈曲時の歪みを緩和するため、幅広い温度範囲内で良好な耐屈曲性を備えることができる。さらにＶエッジ性、および耐高温融着性に優れているＰＶＣ電線を提供することができる。
本発明の電線被覆材料は、ポリ塩化ビニルを含有する組成物からなり、この組成物は電線の使用環境温度範囲内での温度に対する損失弾性率の変化曲線がピークを示さない特性を有した組成となっているものである。この組成物は、電線の導体を被覆するために用いられる。
一般に損失弾性率のピーク温度が比較的高く、低温環境で損失弾性率が低下する材料は低温環境下において、電線の屈曲性が低下する。
図１はポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）の損失弾性率が温度によって変化する変化曲線を示している。図１において、「Ａ」は電線の使用環境温度範囲であり、−３０℃〜６０℃の範囲を使用環境温度範囲としている。
この損失弾性率の温度に対する変化曲線は、動的粘弾性測定を行うことにより得ることができる。動的粘弾性測定は、１０×２×１ｍｍの大きさの試験片を用い、シングルカンチレバー測定モード、−６０℃〜１００℃の範囲の温度、１Ｈｚの測定周波数を条件として測定するものである。この条件による測定は、以下の本発明における損失弾性率の測定についても同様に行うものである。
図１の樹脂材料（ＰＶＣ）は−５℃付近にピークを有しており、このような樹脂材料は、低温度の温度範囲で屈曲性が著しく低下する。
これに対し、実施例１の樹脂材料は、その損失弾性率の変化曲線が電線の使用環境温度範囲の全域にわたってシャープなピークを示していない。このようなピークを有していない樹脂材料は低温範囲から高温範囲にわたって良好な屈曲性を有している。
以上の知見から本発明の電線被覆材料は、ポリ塩化ビニルを含有する組成物とすると共に、電線の使用環境温度範囲内での温度に対する損失弾性率の変化曲線がピークを示さない特性を有した組成とするものである。
ポリ塩化ビニルは図１に示すように温度に対する損失弾性率の変化曲線にピークを示すが、可塑剤または柔軟樹脂を配合することにより損失弾性率の変化曲線のピークがなくなるため、本発明の電線被覆材料のベース樹脂として用いることができる。このポリ塩化ビニルとしては、重合度８００〜２５００のものが加工性の面から良好である。
可塑剤は、ベース樹脂の間隙に入り込むことによりベース樹脂のガラス転移点を下げるように作用する。可塑剤としてはベース樹脂に対する相溶性を有しているものが選択される。このような可塑剤としては、「ＪＡＳＯ Ｄ ６０９」に準拠された発煙温度が１５０℃以上のものが好ましい。また、損失弾性率のピーク温度を下げるためには、流動点が低いものほど良好であり、例えば、流動点が−２０℃未満の可塑剤を用いることにより低温における屈曲性（以下、低温屈曲性）が良好となる。
可塑剤としてはフタル酸エステル、アジピン酸エステル、トリメリット酸エステルのうちの１種または複数を用いることができる。フタル酸エステルとしては、ＤＩＮＰ（フタル酸ジイソノニル）、ＤＩＤＰ（フタル酸ジイソデシル）、ＤＩＤＡ等を用いることができる。アジピン酸エステルとしてはＤＩＮＡ（アジピン酸ジイソノイル）等を用いることができる。トリメリット酸エステルとしては、ｎ−ＴＯＴＭ（トリメリット酸トリオプチル）等を用いることができる。
柔軟樹脂としては、塩素化ポリエチレン等の塩素化ポリオレフィン、アクリル系ゴム、アクリル系やスチレン系エラストマーのうちの１種または複数を用いることができる。この場合、塩素化ポリエチレンはコストの点から低い配合量が良好である。アクリル系ゴムとしては、ＮＢＲ（ニトリルゴム）等を用いることができる。エラストマーとしては、ＥＶＡ（エチレンビニルアセテート共重合体）、ＥＥＡ、ＥＭＡ等を用いることができる。
配合例としては、ベース樹脂としてポリ塩化ビニルを用いる場合、ポリ塩化ビニル１００質量部に対し、可塑剤を２５〜５０質量部、塩素化ポリエチレン等の塩素化ポリオレフィンを１〜３０質量部配合することにより、損失弾性率のピークがなくなり、すなわち損失弾性率の低下がなくなるため、低温度における屈曲性が良好となる。
一方で、電線被覆材料によって導体を被覆した被覆電線を高温環境下で使用した場合において、電線被覆材料が溶融すると、導体が露出する懸念がある。高温環境下での電線被覆材料の溶融を防止するため、本発明では、重合度が１４００以上のポリ塩化ビニルをベース樹脂として用いると共に、このポリ塩化ビニルに対し高温環境下で流動しにくい柔軟樹脂を配合することが好ましい。
ポリ塩化ビニルの重合度が１４００未満の場合には、１６０℃における耐高温溶融性は満足するが、１７０℃の耐高温溶融性を満足することができないことから、高温環境下で用いる電線被覆材料のベース樹脂としては、重合度１４００以上のポリ塩化ビニルを用いることが良好である。又、高温環境下で流動しにくい柔軟樹脂としては、メルトフローレイト（ＭＦＲ）が１．０ｇ／１０ｍｉｎ以下であることが好ましい。ＭＦＲが１．０ｇ／１０ｍｉｎを超えると、耐高温溶融性を満足することが難しくなる。ここでＭＦＲは、ＪＩＳＫ７２１０で規定される１８０℃、２１．６ｋｇにおけるメルトフローレイトである。
耐高温溶融性を有する電線被覆材料の配合比としては、ポリ塩化ビニル１００質量部（重合度１４００以上）に対し、可塑剤２５〜５０質量部、ＭＦＲが１．０ｇ／１０ｍｉｎ以下の柔軟樹脂１〜３０質量部が良好である。可塑剤の配合比が２５質量部未満では、低温屈曲性を満足することができず、５０質量部を超えると、耐Ｖエッジ性を満足することができない。また、塩素化ポリオレフィンの配合比が１質量部未満では、低温屈曲性を満足することができず、３０質量部を超えると耐高温溶融性を満足することができない。
本発明の組成物はポリ塩化ビニルを含有し、これに加えて難燃性を付与するための難燃剤を添加することができる。難燃剤としては水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム、塩基性炭酸マグネシウム、水和珪酸アルミニウム、水和珪酸マグネシウム等の水酸基または結晶水を有する金属化合物の１種または複数を用いることができる。また難燃剤としては臭素系難燃剤を用いることもできる。
本発明の組成物としては、さらに難燃助剤、酸化防止剤、金属不活性剤、老化防止剤、滑剤、充填剤、補強剤、紫外線吸収剤、安定剤、可塑剤、顔料、染料、着色剤、帯電防止剤、発泡剤等の添加物を配合することができる。
本発明の組成物については、上述した材料をヘンシェルミキサー等の高速混合装置を用いてプリブレンドした後、バンバリーミキサー、ニーダー、ロールミル等の混練機を用いて混練することにより製造することができる。
図２は、本発明の一実施形態の被覆電線１を示す。被覆電線１は導体２が上述した組成の電線被覆材料３によって被覆されることにより形成されている。
導体２は１本の素線であっても良く、複数本の素線を束ねたものであっても良い。導体２としては、一般の導電性金属、めっき繊維、導電性高分子、ＣＮＴ（カーボンナノチューブ）を用いることができる。このうち特に、銅、アルミニウムやこれらの合金、鉄系合金がコストの点から良好に用いることができる。
電線被覆材料３を導体２へ被覆する手段としては、一般的な押出成形によって行うことができる。押出成形に対しては、単軸押出機、二軸押出機を使用することができる。
被覆電線１としては、例えば、直径１．００ｍｍの導体２からなる芯線（１１本の撚線）に対し、電線被覆材料３を被覆して外径１．４０ｍｍのものを作製することができる。
以上のような本発明によれば、ポリ塩化ビニルを含有する組成物において、電線の使用環境温度範囲内での温度に対する損失弾性率の変化曲線がピークを示さない特性を有した組成とすることにより、電線の使用環境温度の全域にわたって損失弾性率が高くなるため、組成物を構成する樹脂の分子鎖が屈曲時の歪みを緩和することができ、電線の使用環境温度範囲内の幅広い温度範囲内で良好な耐屈曲性を有したものとすることができる。
（第１実施例）
表１及び表２は、ベース樹脂として重合度１３００のポリ塩化ビニル樹脂を用い、このベース樹脂に対して、可塑剤、柔軟樹脂を表中で示す質量比で配合して電線被覆材料を作製した場合の評価を示す。表１は本発明の実施例１〜８を、表２は比較例１〜４を示す。
表１及び表２は、ベース樹脂として重合度１３００のポリ塩化ビニル樹脂を用い、このベース樹脂に対して、可塑剤、柔軟樹脂を表中で示す質量比で配合して電線被覆材料を作製した場合の評価を示す。表１は本発明の実施例１〜８を、表２は比較例１〜４を示す。
これらの表において、「ＤＵＰ」、「ＤＩＤＡ」、「ｎ−ＴＯＴＭ」は可塑剤、「塩素化ポリエチレン」、「ＥＶＡ」、「ＮＢＲ」は柔軟樹脂である。「Ｅ”ピーク温度」は温度に対する損失弾性率の変化曲線がピークを有している場合のピーク温度である。
「スクレープ摩耗性」は０．７５ｍｍ２のアルミニウム導体、電線被覆材料からなる被覆層の厚さ０．２ｍｍによって被覆電線を形成し、ＩＳＯ６７２２準拠のスクレープ摩耗試験を行い、１０００回以上のものを「○」、１０００回未満のものを「×」として評価した。
比較例１〜４では、表２に示すように「低温屈曲性」、「スクレープ摩耗性」のいずれかが悪化しているが、実施例１〜８では、表１に示すように「低温屈曲性」、
「スクレープ摩耗性」の全てにおいて良好な結果となっている。すなわち、温度に対する損失弾性率の変化曲線にピークを有するポリ塩化ビニル樹脂をベース樹脂とした場合においても、可塑剤または柔軟樹脂を配合することによりピークを有しない組成物とすることができる。これにより低温における屈曲性の低下を防止することができ、屈曲試験評価も良好で、スクレープ摩耗性も良好となる。
「スクレープ摩耗性」の全てにおいて良好な結果となっている。すなわち、温度に対する損失弾性率の変化曲線にピークを有するポリ塩化ビニル樹脂をベース樹脂とした場合においても、可塑剤または柔軟樹脂を配合することによりピークを有しない組成物とすることができる。これにより低温における屈曲性の低下を防止することができ、屈曲試験評価も良好で、スクレープ摩耗性も良好となる。
なお、図４に、実施例１に記載した上記樹脂の温度に対する損失弾性率の変化を示す。同図によれば、低温時（−３０℃）では損失弾性率（Ｐａ）が１．６０Ｅであり、−３０℃〜＋６０℃の間でピークを有していないことがわかる。
表３は、ベース樹脂として重合度１３００及び１４００のポリ塩化ビニルを用い、このベース樹脂１００質量部に対し、可塑剤として発煙温度１６０℃のＤＵＰ及び発煙温度１７０℃のｎ−ＴＯＴＭ、柔軟樹脂としてＭＦＲが０．８ｇ／１０ｍｉｎの塩素化ポリエチレン、０．１ｇ／１０ｍｉｎの塩素化ポリエチレン、１．２ｇ／１０ｍｉｎの塩素化ポリエチレン及び安定剤を表中で示す質量部で配合した場合の評価を示す。表３は比較例５〜９を示す。
評価は低温屈曲性、耐Ｖエッジ性試験、及び高温溶融性について行った。
「低温屈曲性」は図３に示す試験装置による評価結果である。すなわち０．７５ｍｍ２のアルミニウム導体、表３の配合比の電線被覆材料からなる被覆層の厚さ０．２ｍｍによって被覆電線１１を形成し、この被覆電線１１に８００ｇのおもりを吊り下げ、−３０℃の温度条件下で５００回以上の往復屈曲回数が可能なものを「○」、５００回未満のものを「×」として評価した。
「耐Ｖエッジ性試験」は０．７５ｍｍ２のアルミニウム導体、表３の配合比の電線被覆材料からなる被覆層の厚さ０．２ｍｍによって被覆電線を形成し、この被覆電線をＳＵＳ板上に置き、先端Ｒ＝０．５ｍｍ、角度３０°のＶエッジを５ｍｍ／ｍｉｎの速度で押し当て、導通するまでの最大荷重を測定した。最大荷重が８０Ｎ以上のものを「○」、８０Ｎ未満のものを「×」として評価した。
「耐高温溶融性試験」は０．７５ｍｍ２のアルミニウム導体、表３の電線被覆材料からなる被覆層の厚さ０．２ｍｍによって被覆電線を形成し、この被覆電線を同径のマンドレルに電線間に隙間ができないように巻きつけ、１６０℃環境下で３０分間放置した。巻き付けを解いた時に導体露出がないものを「○」、導体露出したものを「×」、１７０℃の環境下で３０分間放置しても、解いた時に導体露出がないものを「◎」として評価した。
比較例５〜９では、表３に示すように「低温安定性」、「耐Ｖエッジ性試験」、「耐高温溶融性」のいずれかが悪化している。
また、本実施形態の上記実施例で用いた柔軟樹脂、可塑剤、安定剤の種類とその製造会社を図５のリストで示す。
１ 被覆電線
２ 導体
３ 電線被覆材料
２ 導体
３ 電線被覆材料
Claims (2)
- ポリ塩化ビニルを含有する組成物を用い、前記組成物は、温度に対する損失弾性率の変化曲線が、電線の使用環境温度範囲である−３０℃〜６０℃の範囲内でピークを示さない電線被覆材料において、
前記ポリ塩化ビニル１００質量部に対し、可塑剤２５〜５０質量部配合し、
メルトフローレイト（ＭＦＲ）が１．０ｇ／１０ｍｉｎ以下である柔軟樹脂１〜３０質量部を配合することを特徴とする電線被覆材料。 - 請求項１に記載の電線被覆材料と、この電線被覆材料によって被覆された導体とによって形成されていることを特徴とする被覆電線。
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