(57)【要約】【課題】  従来の絶縁組成物よりも無機充填剤の添加によって得られる効果が更に向上した絶縁組成物、それを用いた電線・ケーブル、および絶縁組成物の製造方法を提供する。【解決手段】  本発明の絶縁組成物は、ポリオレフィン樹脂の材料として低密度ポリエチレンを、無機充填剤としてビニルシランにより表面処理を施した後、ジェット粉砕による粉砕処理された酸化マグネシウムを用い、これらを二軸押出機により混練しながら、絶縁組成物中の充填剤の平均粒径を２００ｎｍ以下となるように制御して調製したところ、従来の絶縁組成物よりも体積抵抗率や直流破壊強度が向上した。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリオレフィン樹脂中に無機充填剤の分散された絶縁組成物であって、
分散された前記無機充填剤の平均粒径が直径２００ｎｍ以下であることを特徴とする絶縁組成物。
【請求項２】
前記ポリオレフィン樹脂は、架橋されたものであることを特徴とする請求項１記載の絶縁組成物。
【請求項３】
前記ポリオレフィン樹脂は、低密度ポリエチレンであることを特徴とする請求項１または２記載の絶縁組成物。
【請求項４】
前記無機充填剤は、表面処理並びに粉砕処理を施した酸化マグネシウムであることを特徴とする請求項１から３いずれかに記載の絶縁組成物。
【請求項５】
前記表面処理は、ビニルシランを表面処理剤として用いることを特徴とする請求項４記載の絶縁組成物。
【請求項６】
前記粉砕処理は、ジェット粉砕により行われることを特徴とする請求項４または５記載の絶縁組成物。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の絶縁組成物を、絶縁層としたことを特徴とする電線・ケーブル。
【請求項８】
ポリオレフィン樹脂と無機充填剤とを混合して絶縁組成物を調製するに際し、ポリオレフィン樹脂中に分散させる前記無機充填剤の平均粒径が直径２００ｎｍ以下となるように制御して調製することを特徴とする絶縁組成物の製造方法。
【請求項９】
前記無機充填剤の平均粒径が直径２００ｎｍ以下となるように制御する調製は、二軸押出機により行うことを特徴とする請求項８記載の絶縁組成物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁組成物および電線・ケーブル並びに絶縁組成物の製造方法に関し、特に、従来のものよりも絶縁性能の向上した絶縁組成物であり、これを絶縁層に用いた電線・ケーブル、および絶縁組成物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
これまでに、低密度ポリエチレン（以下、ＬＤＰＥとする）を架橋した架橋ポリエチレン（以下、ＸＬＰＥとする）に無機充填剤として酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を添加した絶縁組成物をケーブルの絶縁層に用いることにより、ＭｇＯ未添加のＸＬＰＥを絶縁層に用いた場合と比較して、直流特性が向上することが見出され、このＭｇＯ添加ＸＬＰＥの絶縁組成物を絶縁体として採用したケーブルは、直流ケーブルであり実用化が可能であることが確認されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、上記ＭｇＯなどの無機充填剤は、絶縁体に添加された際に再凝集を起こし、絶縁体中に直径の大きな粗粒（以下、再凝集成分とする）を生じさせることがある。再凝集成分は、ケーブル絶縁体の押出し工程において、スクリーンメッシュの目詰まりの原因となることがある。また、再凝集成分がケーブル絶縁体中に存在すると、これが欠陥となりケーブルのインパルス破壊性能を低下させる。この再凝集を抑止する対策として、ビニルシランを用いて表面処理を施し、その後に、ジェット粉砕により粉砕処理を施したＭｇＯをＬＤＰＥとコンパウンド調整することが有効である（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
上記手法を用いてＭｇＯを添加したＸＬＰＥ絶縁体は、ＭｇＯ無添加のＸＬＰＥ絶縁体と比較して、体積抵抗率の向上、空間電荷蓄積量の減少、直流破壊強度の向上などの効果が認められることから、直流ケーブル用絶縁体として有効である。
【特許文献１】特許第３４２８３８８号公報
【特許文献２】特許第３４３０８７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記方法で製造したＸＬＰＥ絶縁体中のＭｇＯの分散状況について、透過型電子顕微鏡撮影（以下、ＴＥＭ撮影とする）により観察して確認したところ、ＸＬＰＥ中に分散しているＭｇＯの平均粒径は２００ｎｍを超えていることが判明した。
【０００６】
即ち、これまではＩｍｐ性能に影響を及ぼす再凝集成分は数μｍオーダーの大きさであると考え、光学顕微鏡での評価を実施していたが、ナノメートル(ｎｍ)オーダーでの充填剤分散状況を確認するために、従来の観察手法である光学顕微鏡よりも、高解像度を有しているＴＥＭ撮影により評価したところ、従来手法によるビニルシランの表面処理と粉砕処理を施したＭｇＯをＬＤＰＥとコンパウンド調整する方法であっても、なお再凝集成分が生成されＸＬＰＥ絶縁体中に存在していることが解明された。原材料のＭｇＯの平均粒径は約１００ｎｍ程度であるにも係わらず、上記コンパウンド調整方法では、絶縁体中に分散したＭｇＯ平均粒径は依然として原材料のＭｇＯの粒径よりも大きくなってしまうということが明らかとなった。
【０００７】
この無機充填剤の添加によって得られる特に直流ケーブルとしての効果（体積抵抗率の向上、空間電荷蓄積量の減少、直流破壊強度の向上）は、絶縁体中に分散させた充填剤の平均粒径をより小さくすることによって、無機充填剤の添加によって得られる効果を更に高めることができると考えられる。
【０００８】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は従来の絶縁組成物よりも無機充填剤の添加によって更に効果の向上した絶縁組成物、それを用いた電線・ケーブル並びに絶縁組成物の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記目的を達成するため、ポリオレフィン樹脂中に無機充填剤の分散された絶縁組成物であって、分散された前記無機充填剤の直径が２００ｎｍ以下であることを特徴とする絶縁組成物を提供するものである。
【００１０】
ポリオレフィン樹脂としては、主にポリエチレン樹脂が挙げられ、低密度ポリエチレンを用いることが望ましい。
【００１１】
無機充填剤は、表面処理並びに粉砕処理を施した酸化マグネシウムであることが望ましく、前記表面処理は、ビニルシランを表面処理剤として用いることが、前記粉砕処理は、ジェット粉砕により行われることが望ましい。
【００１２】
また、本発明は、上記目的を達成するため、上記本発明の絶縁組成物を、絶縁層としたことを特徴とする電線・ケーブルを提供するものである。
【００１３】
更に、本発明は、上記目的を達成するため、ポリオレフィン樹脂と無機充填剤とを混合して絶縁組成物を調製するに際し、ポリオレフィン樹脂中に分散させる前記無機充填剤の平均粒径が直径２００ｎｍ以下となるように制御して調製することを特徴とする絶縁組成物の製造方法を提供するものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、体積抵抗率や直流破壊強度が従来の絶縁組成物よりも更に向上した絶縁体組成物およびこれを絶縁層に用いた電線・ケーブルを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る絶縁組成物および電線・ケーブルの好適な実施の形態について説明する。
【００１６】
［絶縁組成物の構成］
本発明の実施の形態に係る絶縁組成物は、ポリオレフィン樹脂の材料に無機充填剤を均一に分散するよう添加したものであり、この無機充填剤の平均粒径は、直径２００ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００１７】
ポリオレフィン樹脂の材料としては、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）が用いられる。このとき、ＬＤＰＥは架橋したもの（ＸＬＰＥ）であってもよい。尚、本発明においては、ポリオレフィン樹脂の材料として、ＬＤＰＥの他に、高密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、超低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレンなどであってもよく、また、これらを架橋したものであってもよい。
【００１８】
また、無機充填剤としては、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）が用いられる。無機充填剤を絶縁体中に添加する際に再凝集を生じることがあるので、無機充填剤にビニルシランによる表面処理を施した後、ジェット粉砕による粉砕処理を行うことが望ましい。尚、本発明においては、無機充填剤としては、ＭｇＯの他に、酸化チタン、炭酸カルシウム、水酸化マグネシウム、シリカなどであってもよい。
【００１９】
絶縁体中に充填剤を添加することによって得られる効果（体積抵抗率の向上、空間電荷蓄積量の減少、直流破壊強度の向上）は、絶縁体中に分散している充填剤の比表面積に比例する、すなわち、充填剤の粒径が小さい程、効果が大きくなるので、ＬＤＰＥ中に添加するＭｇＯの平均粒径が２００ｎｍ以下となるように調整する。
【００２０】
添加されたＭｇＯの平均粒径が２００ｎｍ以下となることにより、後述するように、絶縁組成物の体積抵抗率や直流破壊強度が更に向上する。
【００２１】
［絶縁組成物の製造方法］
本発明の実施の形態に係る絶縁組成物の製造方法は、無機充填剤の平均粒径が直径２００ｎｍ以下となるように、絶縁体と無機充填剤の混練に二軸押出機を用いるものである。
【００２２】
二軸押出機は、２本のスクリューを平行に配置し、スクリュー間で押出し樹脂に高いせん断応力を加えることができる。そのため、無機充填剤をポリオレフィン樹脂の材料に練り込む場合、高せん断応力下で混練した方が、より無機充填剤の分散性が向上する。
【００２３】
更に、無機充填剤の分散性の向上と、高いせん断応力により、無機充填剤の粒子が再凝集を起こしにくくなるので、絶縁体中に添加された無機充填剤の平均粒径が小さくなるよう制御することが可能となる。
【００２４】
以上の方法により絶縁組成物を製造することにより、体積抵抗率や直流破壊強度が更に向上した絶縁組成物を得ることができる。
【００２５】
尚、無機充填剤のポリオレフィン樹脂中への混練方法としては、無機充填剤の平均粒径が直径２００ｎｍ以下となるように制御可能な方法であれば、特に限定されることなく適用することができ、上記方法のほかに、例えば、二軸押出機とロール機を併用した場合でも同様の分散効果が得られる。すなわち、二軸押出機を用いて、高濃度に無機充填剤を添加したポリオレフィン樹脂の材料を、ロール機にて低濃度に希釈させることにより同様の効果を得ることができる。
【００２６】
［ケーブルの構成および製造方法］
本発明の実施の形態に係るケーブルは、上記絶縁組成物によって導体外周を被覆することによって得られる。
【００２７】
図１は、本発明の実施の形態に係るケーブルの断面概略図である。ケーブル１は、断面略真円状の導体２外周を直接被覆するように内部半導電層３が形成されている。その内部半導電層３の外周には絶縁体４が被覆され、更にその外周に外部半導電層５、遮蔽層６、シース７が順次形成されている。
【００２８】
次に、このケーブル１は、導体２外周に内部半導電層３を押出し成形する。続いて、上述した絶縁組成物よりなる絶縁体４を、更に外部半導電層５及び遮蔽層６、シース７を、順次成形することにより、図１に示すような断面形状を構成するケーブル１が得られる。
【００２９】
このようにして得られたケーブル１は、体積抵抗率や直流破壊強度が更に向上した絶縁組成物により被覆されているので、従来の直流ケーブルよりも体積抵抗率や直流破壊強度が更に向上する。
【００３０】
以下に本発明の実施例を示す。
【実施例１】
【００３１】
［絶縁組成物の実施例］
スクリュー直径１５ｍｍ、Ｌ／Ｄ＝６０（Ｌ；スクリュー長さ、Ｄ；スクリュー直径）の二軸押出機を用いて、ＬＤＰＥとＭｇＯを、ＭｇＯの平均粒径が直径２００ｎｍ以下となるように制御しながら混練を行いＭｇＯ分散ＬＤＰＥの絶縁組成物を調製した。ＬＤＰＥには、密度０．９２０ｇ／ｍｍ３、ＭＩ（メルト・インデックス）＝１のものを使用した。ＭｇＯには、原料の平均粒径が５０ｎｍのものに、ビニルシランにより表面処理を施した後にジェット粉砕にて粉砕処理を施したものを用いた。
【００３２】
そして、このような調製方法により実施例として、ＬＤＰＥ１００重量部に対して、ＭｇＯを１重量部添加したものを試料１、５重量部添加したものを試料２、１０重量部添加したものを試料３として作製し、表１に示す。
【００３３】
また、比較例として、試料１〜３と同一のＬＤＰＥとＭｇＯを用いて単にロール機のみで混練したものを、表１に併せて示した。ここで、ＬＤＰＥ１００重量部に対して、ＭｇＯを１重量部添加したものを試料４、５重量部添加したものを試料５、１０重量部添加したものを試料６とする。また、ＭｇＯ無添加のＬＤＰＥについても、比較例として表１に示した。これを試料７とする。
【００３４】
（混練後のＭｇＯの平均粒径）
次に、上記各試料を用いて、プレス成形にて厚さ６ｍｍのシートを作成し、スライス片のＴＥＭ撮影による写真の観察により、ＬＤＰＥ中に分散したＭｇＯの平均粒径を求めた。その結果は表１に示したとおりである。
【００３５】
【表１】
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【００３６】
表１の結果からも明らかなように、本発明の実施例である試料１〜３については、いずれもＭｇＯの平均粒径は１００ｎｍ程度である一方で、比較例である試料４〜６におけるＭｇＯの平均粒径は２５０ｎｍ以上であり、同量のＭｇＯを添加した場合、ロール機での混練に比べて二軸押出機で混練した場合の方が、ＬＤＰＥ中のＭｇＯ平均粒径が小さくなった。
【００３７】
（体積抵抗率）
更に、上記各試料を用いて、プレス成形にて厚さ０．１５ｍｍのシートサンプルを成形し、温度＝９０℃、直流印加電界＝８０ｋＶ／ｍｍにおける体積抵抗率を評価した。その結果は表１に示したとおりである。
【００３８】
表１の結果からも明らかなように、本発明の実施例である試料１〜３については、いずれも同量のＭｇＯを添加した比較例である試料４〜６よりも大幅に体積抵抗率が向上した。また、ＭｇＯの添加量を多くするに従って実施例と比較例との体積抵抗率の差が大きくなることが分かる。
【００３９】
（直流破壊強度）
次に、１重量部のＭｇＯを添加混練した材料を用い、実施例である試料１と比較例である試料４とを用いて、プレス成形にて厚さ０．１５ｍｍのシートサンプルを成形し、温度＝９０℃における直流破壊強度を評価した。その結果は表１に示したとおりである。
【００４０】
表１の結果からも明らかなように、同量のＭｇＯを添加した場合、ロール混練に比べ二軸押出機で混練した場合の方が、直流破壊強度が高くなった。
【００４１】
ＭｇＯ未添加のＬＤＰＥの体積抵抗率、直流破壊強度を表１中に比較例の試料７として示した。ＭｇＯ未添加のＬＤＰＥに比べ、ＭｇＯを添加したサンプルの方が、体積抵抗率、直流破壊強度ともに高くなる。
【００４２】
以上の結果から、ＬＤＰＥにＭｇＯを添加することで、体積抵抗率の向上、直流破壊強度の向上といった更なる効果が得られるが、この効果は、ＬＤＰＥ中に分散するＭｇＯの平均粒径を小さくした方がより顕著となることが明らかである。
【実施例２】
【００４３】
［ケーブルの実施例］
実施例として、図１中の導体２として導体断面積１００ｍｍ２の導体外周上に、内部半導電層３を厚さ０．７ｍｍとなるように押出し成形し、次いで内部半導電層３の上に表１の試料１からなる絶縁組成物を絶縁体４として厚さ３ｍｍとなるように押出し成形し、更に外半導電層５を厚さ１ｍｍ、遮蔽層６を厚さ０．３ｍｍ、シース７を厚さ３ｍｍとなるように順次成形してケーブル１を製造した。このとき、これを試料８として、特性を評価し、その結果を表２に示す。また、比較例として、表１の試料４からなる絶縁組成物を絶縁体４に使用したケーブルを併せて製造し、これを試料９として特性を評価し、その結果を表２に示す。
【００４４】
【表２】
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【００４５】
表２の結果から明らかなように、本発明の絶縁組成物よる特性の効果が、当該絶縁組成物を用いたケーブルにおいても特性の効果が発現していることが判る。すなわち、ＬＤＰＥにＭｇＯを添加混練して調製した絶縁組成物を、絶縁体として用いてケーブルを製造した場合、ＬＤＰＥ中に分散するＭｇＯの平均粒径を小さくした方が、体積抵抗率が向上し、直流破壊強度が向上する。
【００４６】
以上の検討結果から、ポリオレフィン樹脂中に分散させた後の無機充填剤の平均粒径を、２００ｎｍ以下とすることで、より顕著な無機充填剤の添加効果を得ることが明らかになった。そして、本発明の絶縁組成物を絶縁層としてケーブルに適用すれば、特に直流ケーブルにおいては前記した特性の更なる効果が期待できる。勿論、交流ケーブルに採用した場合でも当然特性の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施の形態に係るケーブルの断面概略図である。
【符号の説明】
【００４８】
１  ケーブル
２  導体
３  内部半導電層
４  絶縁体
５  外部半導電層
６  遮蔽層
７  シース
【図１】
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