JP6287676B2

JP6287676B2 - クロロプレンゴム組成物を用いた電線及びケーブル

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Publication number: JP6287676B2
Application number: JP2014162513A
Authority: JP
Inventors: 西　甫; 甫西; 福地　悦夫; 悦夫福地; 正信中橋; 新吾芦原; 貴青山
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2014-08-08
Filing date: 2014-08-08
Publication date: 2018-03-07
Anticipated expiration: 2034-08-08
Also published as: JP2016037570A

Description

本発明は、クロロプレンゴム組成物を用いた電線及びケーブルに関する。

絶縁電線・ケーブルの被覆材料の架橋方法には、マイクロ波架橋（ＵＨＦ）、溶融塩架橋（ＬＣＭ）、飽和水蒸気連続架橋（ＳＶＣＶ）、過熱水蒸気連続架橋（ＳＳＣＶ）、遠赤外線連続架橋（ＩＲＣＶ）、流動床法（ＰＣＭ）、熱風加熱法（ＨＡＶ）、電子線照射法等の連続架橋方式と、鉛、ＴＰＸ（トリメチルペンテン）などを電線・ケーブルに被覆してドラムに巻き取った後、釜架橋するバッチ架橋方式とがある。

これらは、架橋対象物の厚さ、形状、構造、長さ、被覆材料の種類等により、どの架橋方法が最も適しているかが選定され、適用されている。

これらの架橋方法は、架橋装置価格、架橋速度、取り扱い性、製品性能等々から、それぞれ一長一短があるが、生産性やドラム巻取時の変形抑制が可能な点では連続架橋方式が優れている。また、加圧設備コストがかからないことや架橋時の変形抑制が可能な点では常圧架橋が優れている。よって、生産性、設備コスト、ケーブルの変形抑制の観点においては、連続常圧架橋方式が最も優れているといえる。

連続常圧架橋方式のうち、流動床法（ＰＣＭ）や熱風加熱法（ＨＡＶ）は、常圧下、高温にした管中を通して加熱することで架橋する方法である。前者は、ガラスビーズが存在するが、空気伝熱が主体であるため、架橋対象物への伝熱特性が劣り、製造スピードが遅いという欠点がある。

電子線照射法は、電子線の強度により材料への浸透厚さに制限があるため、一般的に、厚肉の絶縁電線よりも薄肉の絶縁電線の製造に適している。また、押出し工程と照射工程とが別工程であるため、一旦ドラムに巻き取る必要があり、その場合、未架橋の被覆材料は変形を受ける問題があるので、絶縁材料は常温で変形し難いものに限られている。

その他の連続常圧架橋方式の場合はいずれも、１００℃を超える加熱により発泡が生じる欠点がある。

１００℃を超える加熱による発泡の原因は、材料中に含まれる水分や気泡が原因と考えられており、特許文献１ではクロロプレンゴム組成物中の水分量を０．２５％以下とすることが提案されている。

特開２０１３−２３５１８号公報（請求項４）

しかし、実際には水分量の制御のみでは常圧下で架橋した際の発泡を抑制することはできないという問題がある。

そこで、本発明の目的は、常圧下で架橋しても発泡が十分に抑制できるクロロプレンゴム組成物を用いた電線及びケーブルを提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために、下記のクロロプレンゴム組成物を用いた電線及びケーブルを提供する。

［１］導体の外周に被覆され、JIS K 0113に準拠して定量した水分含量（測定温度：１３０℃、測定時間：ドリフト値が初期のドリフト値＋０．１μg／sに戻るまで、水分定量値：％単位で少数点以下３ケタ目以降は切り捨て）が０．２０質量％以下、かつ組成物中に存在するボイドの径が２０μｍ以下であるクロロプレンゴム組成物からなる絶縁層を有する電線。
［２］電線の外周に被覆され、JIS K 0113に準拠して定量した水分含量（測定温度：１３０℃、測定時間：ドリフト値が初期のドリフト値＋０．１μg／sに戻るまで、水分定量値：％単位で少数点以下３ケタ目以降は切り捨て）が０．２０質量％以下、かつ組成物中に存在するボイドの径が２０μｍ以下であるクロロプレンゴム組成物からなるシースを有するケーブル。

本発明によれば、常圧下で架橋しても発泡が十分に抑制できるクロロプレンゴム組成物を用いた電線及びケーブルを提供することができる。

本発明の実施の形態に使用するクロロプレンゴム組成物の製造例を示す図である。本発明の実施の形態に係るケーブルの一例を示す横断面図である。本発明の実施の形態に係るケーブルの製造例を示す図である。

〔クロロプレンゴム組成物〕
本発明の実施の形態に使用するクロロプレンゴム組成物は、JIS K 0113に準拠して定量した水分含量が０．２０質量％以下、かつ組成物中に存在するボイドの径（直径）が２０μｍ以下である。水分含量が０．２０質量％を超えると、或いは、径が２０μｍを超えるボイドが組成物中に存在していると、常圧下で架橋した際に発泡を十分に抑制することができない。

クロロプレンゴム組成物のゴム材料としては、一般に市販されているポリクロロプレンゴム（ＣＲ）を用いることができる。クロロプレンゴム組成物には、各種架橋剤、可塑剤、滑剤、充填剤、難燃剤、着色剤等の一般的な配合剤を添加してよい。

図１は、本発明の実施の形態に使用するクロロプレンゴム組成物の製造例を示す図である。上記の本発明の実施の形態に使用するクロロプレンゴム組成物は、２段ベント式押出機１１により押出することで脱気処理される工程を経ることで得ることができる。

２段ベント式押出機１１は、スクリューの中間部に徐圧縮部を設けた二段スクリューを用いると共にシリンダーの中間部にベント孔を設け、この孔から真空吸引又は大気放出により押出材料と共に喰いこまれた空気や材料中の水分や揮発分を取り除き、押出製品の品質を向上させることができる。

図１に示すように、材料を混合して得られたクロロプレンゴム組成物１０が２段ベント式押出機１１から押し出されてペレタイザ１２に供給され、本発明の実施の形態に係るクロロプレンゴム組成物からなるペレット２０に加工される。

押出成形前のクロロプレンゴム組成物１０は、４０℃以下、２０ＲＨ％以下で保管されることが好ましい。より好ましくは、３０℃以下、１０ＲＨ％以下である。押出成形前に４０℃以下、２０ＲＨ％以下の環境下で保管することでクロロプレンゴム組成物１０が吸湿するのを防止できる。また、得られたペレット２０も上記の環境下で保管されることが望ましい。

本発明の実施の形態に使用するクロロプレンゴム組成物は、押出成形後、常圧下で連続的に加熱して架橋する工程を経て得られたものであることが好ましい。常圧は、０．２ＭＰａ未満であることが好ましい。

上記の常圧下で連続的に加熱して架橋する工程は、例えば、上記の２段ベント式押出機により押出し成形されたゴム材料を連続的に常圧架橋設備に通すことにより架橋する工程であることが好ましい。常圧架橋設備は、上記２段ベント式押出機に連結されていることが望ましい。

常圧架橋設備における架橋方式としては、マイクロ波架橋（ＵＨＦ）、溶融塩架橋（ＬＣＭ）、飽和水蒸気連続架橋（ＳＶＣＶ）、過熱水蒸気連続架橋（ＳＳＣＶ）、遠赤外線連続架橋（ＩＲＣＶ）、又は９０℃以上の温浴であることが好ましい。

〔電線・ケーブル〕
本発明の実施形態に係る電線は、本発明の実施形態に係る上記クロロプレンゴム組成物からなる絶縁層を有することを特徴とする。また、本発明の実施形態に係るケーブルは、本発明の実施形態に係る上記クロロプレンゴム組成物からなる絶縁層及び／又はシースを有することを特徴とする。

図を参照して本発明の実施形態に係る電線・ケーブルをさらに詳細に説明する。
図２は、本発明の実施の形態に係るケーブルの一例を示す横断面図である。

本実施の形態に係る電線３は、汎用の材料、例えば、純銅や錫めっき銅等からなる導体１と、導体１の外周に被覆された絶縁体２とを備える。絶縁体２は、本発明の実施の形態に係る上記のクロロプレンゴム組成物から構成されている。導体１は、１本である場合に限られず、複数本の素線を撚合せたものであってもよい。

本実施の形態に係る電線３は、例えば、図２に示すように、本実施の形態に係るケーブル２０の構成要素として用いられる。

本実施の形態に係るケーブル２０は、電線３を３本撚り合わせた撚り合せコア４と、撚り合せコア４の外周に押出被覆されたシース５とを備える。電線３は単芯でもよく、三芯以外の多芯撚り線であってもよい。

本実施の形態に係るケーブル２０において、絶縁体２、シース５のどちらかだけが本発明の実施の形態に係る上記のクロロプレンゴム組成物から構成されていてもよいが、上記の通り、絶縁体２及びシース５の両方が上記のクロロプレンゴム組成物から構成されていることが好ましい。上記クロロプレンゴム組成物を用いない場合は、絶縁体２又はシース５にエチレンプロピレンゴム等を使用できる。

本実施の形態においては、シースを単層で構成してもよく、また、多層構造とすることもできる。さらに、必要に応じて、セパレータ、編組、金属箔によるシールドテープ等を施してもよい。

図３は、本発明の実施の形態に係るケーブルの製造例を示す図である。図３に示す製造ラインによれば、常圧下で架橋しても発泡が十分に抑制されたシースを備えたケーブルを製造することができる。

まずクロロプレンゴム組成物１０を２段ベント式押出機１１で押し出し、これをクロスヘッド内で撚り合せコア４の外周に被覆した後、連続的に常圧架橋設備１３で架橋処理を行なう。その後、水冷ゾーン１４にて冷却し、本発明の実施の形態に係る上記クロロプレンゴム組成物から構成されたシース５が被覆されたケーブル６を巻取ドラム１５に巻き取る。

２段ベント式押出機１１での押出し温度を８０℃以上にすると、常圧架橋設備１３内で、被覆材を所定の架橋温度まで昇温する時間を極力短時間に抑えることができる。

２段ベント式押出機１１の押出成形温度は、好ましくは８０℃以上、１００℃以下である。押出温度が１００℃を超えると、常圧架橋設備１３による架橋前のプレ架橋が進行し過ぎて、一部分の粘度が上昇してしまい、「つぶ」や「ふくれ」などの外観不良が生じるおそれがある。

常圧架橋設備１３内では被覆材を常圧下で加熱し被覆材の架橋を行う。常圧下で被覆材を加熱することにより架橋時の材料の変形を防止することができる。また、常圧架橋設備における架橋方式は、前述の通りである。

常圧架橋設備１３内の底部には未加硫被覆材料の変形・キズ防止のためガイドロール等を取り付けておくことが望ましい。

図３の製造ラインにおいては、図示していないが、芯線・コア送り出し機、製品巻き取り機、外径測定器、アキュムレータ等、必要な設備を備えることができる。

対象製品としては、電線・ケーブル類があるが、その他の種々の製品、例えば異型を含むソリッド押出成型物、ホース類等にも適用できる。後の二者は、内部に直線状金属線や金属を含んだ構造や、天然・合成ポリマ糸を編んだタイプを含んだ構造のものに特に適している。

以下に、本発明を実施例に基づいて更に詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

図１のペレット２０及び図２の構造のケーブル６を下記の通りの方法で製造し、測定及び評価を行なった。

ケーブル（電線：３本×２２ｍｍ^２）の各部位のサイズは以下の通りである。
・導体構成（外径／本数／素線径）：７ｍｍ／２０本／０．４５ｍｍ
・外径：７ｍｍ、
・絶縁体厚さ：１．２ｍｍ
・シース厚さ：２．７ｍｍ
・仕上り外径：２６ｍｍ

電線３は、絶縁体２として硫黄架橋ＥＰＲ(エチレンプロピレンゴム)の各色（赤、白、黒）をそれぞれ導体１上に所定の厚さに押出し被覆後、加圧水蒸気により架橋して得た。

これら３本（各色）の電線３を撚り合わせて撚り合せコア４を得た。この撚り合せコア４の外周に、２段ベント式押出機１１により表１に示すポリクロロプレンシース材料（ＣＲ−１又はＣＲ−２）を５ｍ／分の速度で押出し被覆し、常圧架橋設備１３で架橋した後、水冷して、ケーブル６を得た。シース材料の架橋は、常圧（０．１ＭＰａ）の溶融塩架橋（ＬＣＭ）で行った。架橋条件は、２００℃×１０ｍｉｎである。

２段ベント式押出機１１による押出（以下、２段ベント押出ということがある）条件は、表２に示す通りである。２段ベント式押出機１１のベント室内の材料サイズは、押出速度とカッター回転数を調節して約１ｍｍとし、減圧脱気は０．０９ＭＰａの条件で実施した。なお、上記ポリクロロプレンシース材料は、実施例１〜３及び比較例１、３では、使用時まで４０℃以下、２０ＲＨ％以下に相当する２０℃、５ＲＨ％で保管していたが、比較例２では、使用時まで常温常湿で放置していた。

実施例１、２及び比較例１、２については、図１の設備でペレットを作製し、これらを評価対象の試料とした。ただし、架橋処理後の材料中の発泡の有無の評価では、後述の通り、これら未架橋のペレットに対し、ＬＣＭによる架橋処理を行なった。ＬＣＭは、常圧（０．１ＭＰａ）で行なった。

実施例３及び比較例３については、上記の通り、図３の設備でケーブル製品（３ＰＮＣＴ）を作製し、これらを評価対象の試料とした。ただし、押出材料の水分含量測定とボイド観察に用いた試料は、架橋前の状態を評価するため、ケーブル形状とせず、押出機よりチューブ形状で押出した材料を用いた。

測定・評価の内容は、次の通りである。

（１）押出材料の水分含量
JIS K 0113に準拠してカールフィッシャー水分計MKC-610（京都電子工業製）で押出材料の水分の定量を行った。試料質量は約３ｇとし、試料形状はペレットの場合はそのまま測定試料とし、実施例３及び比較例３の場合は前述の通りチューブ形状で押出した材料をカッターで小さく切断し、４０℃プレス(予熱２分、加圧１分)で厚さ２ｍｍのシートに成形後、パンチ治具にてφ３ｍｍのペレット形状としたものを測定試料とした。測定温度は１３０℃で、測定時間はドリフト値(滴定セル内に入ってくる空気中の水分やキャリヤーガス中に含まれる水分の変化量)が初期のドリフト値＋０．１μg／sに戻るまでとした。尚、水分定量値は、少数点以下２ケタまでとし、３ケタ目以降は切り捨てとした。

（２）押出材料中のボイド観察
未架橋の押出ペレット及び押出チューブ材料、並びに剃刀を３℃の冷蔵庫内で３０分間保管し、材料の硬さを上げた後、剃刀にて材料を切断した。切断面を電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察して、径が２０μｍを超えるボイドの有無を調べた。なお、任意の１断面において存在していなければ、全体においても存在していない蓋然性が極めて高く、本発明の要件を満たすと言える。

（３）架橋処理後の材料中の発泡の有無
ＬＣＭにて２００℃×１０ｍｉｎの条件で架橋処理後、カッターで試料を切断し、切断面における発泡の有無を観察した。なお、任意の１断面において存在していなければ、全体においても存在していない蓋然性が極めて高く、本発明の効果を奏するものであると言える。

実施例１〜３及び比較例１〜３の測定・評価結果を表２に示す。

実施例１〜３はいずれもシース材料（ＣＲ−１、ＣＲ−２）は標準的なクロロプレンゴムを使用し、２段ベント押出時に脱気処理を施したもので、押出材料の水分はいずれも０．２０質量％以下であり、材料中に径が２０μｍを超えるボイドは見当たらなかった。そして、架橋処理後の観察ではいずれも発泡は見られなかった。

これに対し、比較例１、３は２段ベント押出時に脱気処理を施しておらず、水分はいずれも０．２０質量％以下であったが、材料中に径が２０μｍを超えるボイドが観察された。そして、架橋処理後の観察ではいずれも発泡が観察された。

また、比較例２は２段ベント押出時に脱気処理を施してはいるものの、押出材料の水分は０．２１質量％であり、材料中に径が２０μｍを超えるボイドは見当たらなかったが、架橋処理後の観察では発泡が観察された。

以上より、クロロプレンゴム組成物の水分含量を０．２０質量％以下、組成物中に存在するボイドの径を２０μｍ以下とすることで、常圧下の架橋処理でも発泡の生じないペレット、ケーブルを得ることができる。

なお、本発明は、上記実施の形態及び実施例に限定されず種々に変形実施が可能である。

１：導体、２：絶縁体、３：電線、４：撚り合せコア、５：シース
６：ケーブル、１０：クロロプレンゴム組成物（材料）、２０：ペレット
１１：２段ベント式押出機、１２：ペレタイザ、１３：常圧架橋設備
１４：水冷ゾーン、１５：巻取ドラム

Claims

導体の外周に被覆され、JIS K 0113に準拠して定量した水分含量（測定温度：１３０℃、測定時間：ドリフト値が初期のドリフト値＋０．１μg／sに戻るまで、水分定量値：％単位で少数点以下３ケタ目以降は切り捨て）が０．２０質量％以下、かつ組成物中に存在するボイドの径が２０μｍ以下であるクロロプレンゴム組成物からなる絶縁層を有する電線。
電線の外周に被覆され、JIS K 0113に準拠して定量した水分含量（測定温度：１３０℃、測定時間：ドリフト値が初期のドリフト値＋０．１μg／sに戻るまで、水分定量値：％単位で少数点以下３ケタ目以降は切り捨て）が０．２０質量％以下、かつ組成物中に存在するボイドの径が２０μｍ以下であるクロロプレンゴム組成物からなるシースを有するケーブル。