(57)【要約】【課題】電気抵抗の温度依存性を抑制しながら機械特性の低下を抑制できる半導電樹脂層を形成することが可能な半導電性樹脂組成物及びそれを用いた電力ケーブルを提供すること。【解決手段】ポリオレフィン系樹脂５０〜９１質量部と、エラストマー９〜５０質量部との合計１００質量部に対し、炭素材料が４０〜８０質量部の割合で配合されている、半導電性樹脂組成物。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリオレフィン系樹脂５０〜９１質量部とエラストマー９〜５０質量部との合計１００質量部に対し、炭素材料が４０〜８０質量部の割合で配合されている、半導電性樹脂組成物。
【請求項２】
架橋剤がさらに配合されている請求項１記載の半導電性樹脂組成物。
【請求項３】
前記ポリオレフィン系樹脂がエチレン酢酸ビニル共重合体及びエチレンエチルアクリレートの少なくとも一方で構成され、
前記エラストマーがＥＰゴムで構成される請求項１又は２記載の半導電性樹脂組成物。
【請求項４】
中心導体と、
前記中心導体を被覆する半導電樹脂層と、
前記半導電樹脂層を被覆する絶縁樹脂層を少なくとも備えた電力ケーブルにおいて、
前記半導電樹脂層が、請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導電樹脂組成物を架橋させることによって得られる電力ケーブル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導電性樹脂組成物、及び、電力ケーブルに関する。
【背景技術】
【０００２】
電力ケーブルは、中心導体と、その中心導体を包囲する絶縁層とを有している。しかし、６００Ｖ以上の電圧が印加される電力ケーブルでは、中心導体と絶縁層とを直接接触させると、これらの間の電界強度が非常に大きくなる。そのため、通常、中心導体と、絶縁層との間には電界緩和層として半導電樹脂層が設けられる。
【０００３】
このような半導電樹脂層を形成する半導電性樹脂組成物として、例えば下記特許文献１には、エチレン系共重合体（ＥＥＡあるいはＥＶＡ）とポリエチレンとを混合したベース樹脂に導電性カーボンを配合した半導電性樹脂組成物が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６１−１３７３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献１に記載の半導電性樹脂組成物は以下に示す課題を有していた。
【０００６】
すなわち、上記特許文献１に記載の半導電性樹脂組成物を用いて得られる半導電樹脂層は、優れた機械特性を有するものの、温度が上昇するにつれて電気抵抗が大きくなる場合があった。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、電気抵抗の温度依存性を抑制しながら機械特性の低下を抑制できる半導電樹脂層を形成することが可能な半導電性樹脂組成物及びそれを用いた電力ケーブルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上記特許文献１記載の半導電性樹脂組成物において上記課題が生じる原因について検討した。その結果、上記特許文献１においてベース樹脂として用いられるＥＶＡ、ＥＥＡは全て結晶性の樹脂であり、結晶部分と非晶部分とを有する。ここで、カーボンはベース樹脂の非晶部分に存在し、導電性を生ずるカーボン連鎖を形成しているものと考えられる。しかし、樹脂の温度が上昇すると結晶部分が融解して非晶部分となり、カーボンの分布が広がってカーボン連鎖の程度が減少してしまう。そうすると半導電樹脂層の電気抵抗は温度の上昇と共に上昇するものと考えられる。この場合、半導電樹脂層の電界緩和層としての機能は低下し、中心導体と半導電樹脂層との間で電界強度が顕著に増大し、場合によっては絶縁破壊に至るものと考えられる。ここで、カーボン量を増やすことにより、高温での電気抵抗を低下させることも考えられる。しかし、カーボン量を増やすと、樹脂組成物の溶融粘度が増加し、樹脂組成物の混練後の押出が困難となる。また樹脂組成物の混練自体ができない場合もある。そこで、本発明者は更に鋭意研究を重ねた結果、所定の割合で配合されたポリオレフィン系樹脂とエラストマーの合計１００質量部に対して炭素材料を所定の割合で配合することで、上記課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明は、ポリオレフィン系樹脂９１〜５０質量部と、エラストマー９〜５０質量部との合計１００質量部に対し、炭素材料が４０〜８０質量部の割合で配合されている、半導電性樹脂組成物である。
【００１０】
本発明の半導電性樹脂組成物は、電気抵抗の温度依存性を抑制しながら機械特性の低下を抑制できる半導電樹脂層を形成することが可能となる。
【００１１】
なお、本発明の半導電性樹脂組成物によって電気抵抗の温度依存性を抑制できる理由について、本発明者は以下のように推測している。
【００１２】
すなわち、結晶性樹脂であるポリオレフィン系樹脂に、ポリオレフィン系樹脂よりも低い結晶性を有する樹脂であるエラストマーを配合することで、樹脂中における結晶部分の割合が相対的に減少することになり、結晶部分の溶解による炭素材料の連鎖の程度の減少が抑制されるためではないかと本発明者は推測している。
【００１３】
上記半導電性樹脂組成物においては、架橋剤がさらに配合されていることが好ましい。
【００１４】
この場合、架橋剤によってポリオレフィン系樹脂及びエラストマー同士を架橋させることが可能となる。このため、上記半導電性樹脂組成物は、より優れた機械特性を有する半導電樹脂層を形成することが可能となる。
【００１５】
上記半導電性樹脂組成物においては、前記ポリオレフィン系樹脂がエチレン酢酸ビニル共重合体及びエチレンエチルアクリレートの少なくとも一方で構成され、前記エラストマーがＥＰゴムで構成されることが好ましい。
【００１６】
この場合、上記半導電性樹脂組成物は、電気抵抗の温度依存性を抑制しながら機械特性の低下を抑制できる半導電樹脂層を効果的に形成することが可能となる。
【００１７】
また、本発明は、中心導体と、前記中心導体を被覆する半導電樹脂層と、前記半導電樹脂層を被覆する絶縁樹脂層を少なくとも備えた電力ケーブルにおいて、前記半導電樹脂層が、上記半導電樹脂組成物を架橋させることによって得られる電力ケーブルである。
【００１８】
本発明の電力ケーブルによれば、半導電樹脂層が、電気抵抗の温度依存性を抑制できる。すなわち、電力ケーブルに高電圧が印加されて電力ケーブルが高温状態になっても、半導電樹脂層において絶縁破壊が生じることが十分に抑制される。このため、電力ケーブルの長寿命化が可能となる。また半導電樹脂層は、半導電性樹脂組成物を架橋して得られるので、半導電樹脂層の機械特性、ひいては電力ケーブルの機械特性の低下を十分に抑制することもできる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、電気抵抗の温度依存性を抑制しながら機械特性の低下を抑制できる半導電樹脂層を形成することが可能な半導電性樹脂組成物及びそれを用いた電力ケーブルが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の電力ケーブルの一実施形態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の電力ケーブルの一実施形態について図１を用いて説明する。図１は本発明の電力ケーブルの一実施形態を示す断面図である。
【００２２】
図１に示すように、電力ケーブル１００は、中心導体１と、中心導体１を包囲する内部半導電樹脂層２と、内部半導電樹脂層２を包囲する絶縁層３と、絶縁層３を包囲する外部半導電樹脂層４と、外部半導電樹脂層４を包囲する絶縁性のシース５とを備えている。ここで、絶縁層３は、内部半導電樹脂層２の外側で且つ外部半導電樹脂層４の内側に配置され、内部半導電樹脂層２及び外部半導電樹脂層４の両方と接触するように設けられている。またシース５は、外部半導電樹脂層４の外側に外部半導電樹脂層４と接触するように設けられている。
【００２３】
また内部半導電樹脂層２及び外部半導電樹脂層４は半導電性樹脂組成物を架橋して得られるものであり、この半導電性樹脂組成物は、ポリオレフィン系樹脂と、エラストマーと、炭素材料と、架橋剤とを含む。ここで、ポリオレフィン系樹脂９１〜５０質量部と、エラストマー９〜５０質量部との合計１００質量部に対し、炭素材料が４０〜８０質量部の割合で配合されている。
【００２４】
この電力ケーブル１００によれば、内部半導電樹脂層２及び外部半導電樹脂層４が、電気抵抗の温度依存性を抑制できる。すなわち、電力ケーブル１００に高電圧が印加されて電力ケーブル１００が高温状態になっても、内部半導電樹脂層２及び外部半導電樹脂層４において絶縁破壊が生じることが十分に抑制される。このため、電力ケーブル１００の長寿命化が可能となる。また内部半導電樹脂層２及び外部半導電樹脂層４は、半導電性樹脂組成物を架橋して得られるので、内部半導電樹脂層２及び外部半導電樹脂層４の機械特性、ひいては電力ケーブル１００の機械特性の低下を十分に抑制することもできる。
【００２５】
次に、中心導体１、内部半導電樹脂層２、外部半導電樹脂層４、絶縁層３及びシース５について詳細に説明する。
【００２６】
＜中心導体＞
中心導体１は、１本の素線のみで構成されてもよく、複数本の素線を束ねて構成されたものであってもよい。また、中心導体１は、導体径や導体の材質などについて特に限定されるものではなく、用途に応じて適宜定めることができる。
【００２７】
＜内部半導電樹脂層及び外部半導電樹脂層＞
内部半導電樹脂層２及び外部半導電樹脂層４は、半導電性樹脂組成物を架橋して得られるものである。半導電性樹脂組成物は、上述したように、ポリオレフィン系樹脂と、エラストマーと、炭素材料と、架橋剤とを含む。
【００２８】
（ポリオレフィン系樹脂）
ポリオレフィン系樹脂は特に限定されない。このようなポリオレフィン系樹脂としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）及びエチレンエチルアクリレート（ＥＥＡ）が挙げられる。これらは単独で又は２種以上を組み合せて用いることができる。中でも、ポリオレフィン系樹脂は、ＥＶＡ及びＥＥＡの少なくとも一方で構成されることが好ましい。この場合、上記内部半導電樹脂層２及び外部半導電樹脂層４が、電気抵抗の温度依存性を効果的に抑制しながら機械特性の低下を効果的に抑制できる。
【００２９】
ポリオレフィン系樹脂の結晶化度は特に限定されないが、１０〜４０％であることが好ましい。結晶化度が上記範囲内にあると、１０％未満である場合に比べて、上記半導電性樹脂組成物の機械的特性がより向上する。また結晶化度が上記範囲内にあると、４０％を超える場合に比べて、上記半導電性樹脂組成物は、電気抵抗の温度依存性をより十分に抑制できる。なお、本明細書において、「結晶化度」とは、示差走査熱量計により測定された融解熱量により求められた値を言う。
【００３０】
（エラストマー）
エラストマーは、ポリオレフィン系樹脂よりも低い結晶化度を有する樹脂であればよく、特に限定されないが、０〜２０％であることが好ましい。特に、エラストマーの結晶化度は０％であることが好ましい。エラストマーとしては、例えばＥＰゴム、ニトリルゴムなどが挙げられる。
【００３１】
ＥＰゴムは、エチレン−プロピレンコポリマー（ＥＰＭ）およびエチレン−プロピレン−ジエンターポリマー（ＥＰＴ）のうちの少なくとも一方で構成される。ターポリマーに含まれるジエンとしては、例えば５−エチリデン−２−ノルボルネン、１，４−ヘキサジエン、および、ジシクロペンタジエン等が挙げられる。上記ＥＰゴムは１種類を単独で用いても、２種類以上を組み合わせて用いても良い。
【００３２】
ポリオレフィン系樹脂とエラストマーの合計１００質量部において、エラストマーの配合量は９〜５０質量部である。エラストマーの配合量が９質量部未満であると、電気抵抗の温度依存性を十分に抑制することができない。エラストマーの配合量が５０質量部を超えると、機械強度の低下を抑制することができなくなる。
【００３３】
ポリオレフィン系樹脂とエラストマーの合計１００質量部においてエラストマーの配合量は好ましくは２３〜３３質量部である。
【００３４】
（炭素材料）
上記半導電性樹脂組成物に含まれる炭素材料は、上記半導電性樹脂組成物に十分な導電性を付与するものであればよく、特に限定されるものではない。炭素材料としては、例えばカーボンブラック、グラファイト、グラッシーカーボン、カーボンファイバー、カーボンナノチューブなどが挙げられる。これらは１種類単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。これらの中ではカーボンブラックが特に好ましい。
【００３５】
ポリオレフィン系樹脂とエラストマーとの合計１００質量部に対する炭素材料の配合量は４０〜８０質量部である。ポリオレフィン系樹脂とエラストマーの合計１００質量部に対する炭素材料の配合量が４０質量部未満であると、電気抵抗の温度依存性を十分に抑制することができない。ポリオレフィン系樹脂１００質量部に対する炭素材料の配合量が８０質量部を超えると、半導電樹脂組成物の溶融粘度が増加し、半導電樹脂組成物の混練後の押出が困難となる。あるいは半導電樹脂組成物の混練自体ができなくなる。
【００３６】
ポリオレフィン系樹脂とエラストマーの合計１００質量部に対する炭素材料の配合量は好ましくは６０〜７５質量部である。
【００３７】
（架橋剤）
上記半導電性樹脂組成物に含まれる架橋剤は、ポリオレフィン系樹脂及びエラストマーを架橋させることができるものであればよく、特に限定されるものではない。このような架橋剤としては、例えばジアルキルパーオキサイド類、ジアシルパーオキサイド類、ケトンパーオキサイド類、ハイドロパーオキサイド類、パーオキシケタール類、アルキルパーエステル類、パーカーボネート類等の有機過酸化物や、硫黄などが挙げられる。
【００３８】
上記有機過酸化物としては、具体的には、ジクミルパーオキサイド（ＤＣＰ）、１，３−ビス（ｔ−ブチルパーオキシイソプロピル）ベンゼン、２，５−ジメチル−２，５−（ｔ−ブチルパーオキシ）−３−ヘキシン、２，４−ジクロロベンゾイルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、１，１−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）−３，３，５−トリメチルシクロヘキサン、２，５−ジメチル−２，５−ジベンゾイルパーオキシヘキサン、ｎ―ブチル−４，４−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）バレレート、ｔ−ブチルパーオキシベンゾエイト、１，４−ビス[（ｔ−ブチルパーオキシ）イソプロピル]ベンゼン、ｔ−ブチルクミルパーオキサイド、２，５−ジメチル−２，５−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン、ジ−ｔ−ブチルパーオキサイド等が挙げられる。これらは１種類を単独で用いても、２種類以上を組み合わせて用いても良い。
【００３９】
架橋剤の配合量は、特に限定されるものではないが、ポリオレフィン系樹脂及びエラストマーの合計１００質量部に対して、２〜４質量部であることが好ましい。ポリオレフィン系樹脂及びエラストマーの合計１００質量部に対する架橋剤の配合量が上記範囲内にあると、２質量部未満である場合に比べて、架橋度が上がり耐熱性が向上するという利点が得られる。一方、ポリオレフィン系樹脂及びエラストマーの合計１００質量部に対する架橋剤の配合量が上記範囲内にあると、４質量部を超える場合に比べて、適度な伸び、硬さが得られるという利点が得られる。
【００４０】
半導電性樹脂組成物は、老化防止剤、安定剤、難燃剤、充填材、表面処理剤、ドリップ防止剤、加工助剤、活剤、架橋助剤、スコーチ防止剤などを必要に応じてさらに含んでもよい。
【００４１】
半導電性樹脂組成物は、ポリオレフィン系樹脂、エラストマー及び炭素材料および必要に応じて架橋剤以外の添加剤を混練することにより混練物を得た後、この混練物に架橋剤を添加して混練することによって得ることができる。混練は、例えばバンバリーミキサ、タンブラ、加圧ニーダ、混練押出機、二軸押出機、ミキシングロール等の混練機で行うことができる。
【００４２】
（絶縁層及びシース）
絶縁層３及びシース５を構成する絶縁材料は絶縁性を示すものであればよい。このような絶縁材料としては、例えばポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、エチレン−ブタジエン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリ塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ）、ポリオレフィン系樹脂（ＣＰＥ）、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレン−アクリル酸エチル共重合体（ＥＥＡ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ポリエステル樹脂、熱可塑性ポリウレタン樹脂（ＴＰＵ）及び天然ゴム（ＮＲ）などを用いることができる。これらは１種類単独で又は２種以上を組み合せて用いることが可能である。
【００４３】
上記絶縁材料の中では、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、エチレン−ブタジエン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）などの非極性樹脂が好ましく用いられる。
【００４４】
次に、上述した電力ケーブル１００の製造方法の一例について説明する。
【００４５】
共押出成形法により、中心導体１を、内部半導電樹脂層２を形成するための半導電性樹脂組成物、絶縁層３を形成するための絶縁材料、外部半導電樹脂層４を形成するための半導電性樹脂組成物、及びシース５を形成するための絶縁材料で順次被覆された状態とする。
【００４６】
次に、内部半導電樹脂層２及び外部半導電樹脂層４を形成するための半導電性樹脂組成物を架橋させる。
【００４７】
こうして電力ケーブル１００が得られる。
【００４８】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、電力ケーブル１００の内部半導電樹脂層２及び外部半導電樹脂層４が本発明の半導電性樹脂組成物で構成されているが、内部半導電樹脂層２及び外部半導電樹脂層４のうち一方は、本発明の要件を満たさない一般的な半導電性樹脂組成物で構成され、もう一方のみが本発明の半導電性樹脂組成物で構成されていてもよい。
【００４９】
また上記実施形態では、半導電性樹脂組成物が架橋剤を含んでいるが、架橋剤は必ずしも必要なものではない。例えば電子線照射などによりポリオレフィン系樹脂を架橋させる場合には半導電性樹脂組成物は架橋剤を含んでいなくてもよい。
【００５０】
さらに上記実施形態では、電力ケーブル１００は、中心導体１上に、内部半導電樹脂層２、絶縁層３、外部半導電樹脂層４及びシース５を順次被覆して構成されているが、電力ケーブルは、中心導体１上に、内部半導電樹脂層２及び絶縁層３のみを順次被覆して構成されていてもよい。
【実施例】
【００５１】
以下、本発明の内容を、実施例を挙げてより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
【００５２】
半導電性樹脂組成物の原料としては、以下のものを使用した。
（１）ポリオレフィン系樹脂
ＥＶＡ：ＥＶ２６０（商品名、三井・デュポン・ポリケミカル（株）製、結晶化度：１５％）
ＥＥＡ：ＮＵＣ−６５１０（商品名、日本ユニカー社製）
（２）エラストマー
ＥＰＤＭ：ＥＰＴ３０４５（商品名、三井化学（株）製、結晶化度：０％）
（３）炭素材料
アセチレンブラック：デンカブラック（商品名、電気化学工業（株）製）
（４）架橋剤
ジクミルパーオキサイド：パークミルＤ（日油（株）製）
（５）老化防止剤
４，４'−チオビス（３−メチル−６−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール）：ノクラック３００（大内新興化学工業（株）製）
【００５３】
（実施例１〜８及び比較例１〜５）
上記のポリオレフィン系樹脂、エラストマー、炭素材料、及び老化防止剤を表１〜２に示す割合で配合し、１２０℃でロール混練を行った。次に、この混練物に対し、架橋剤を表１〜２に示す割合で添加し、１００℃でロール混練を行った。こうして、実施例１〜８及び比較例１〜５の半導電性樹脂組成物を得た。表１〜２において、ポリオレフィン系樹脂、エラストマー、炭素材料、架橋剤、及び老化防止剤の配合量の単位は質量部である。
【００５４】
＜特性評価＞
（電気抵抗の温度依存性）
まず以下のようにして試験片を用意した。
【００５５】
はじめに、上記実施例１〜８及び比較例１〜５で得られた半導電性樹脂組成物を、プレス機を用いて１７０℃で１５分間プレスし、厚さ２ｍｍ、幅２０ｍｍ、長さ８０ｍｍのシートを作製した。
【００５６】
次に、このシートの両端の幅５ｍｍの領域にそれぞれ導電ペースト（商品名「ドータイトＤ−３６２」、藤倉化成社製）を塗布し乾燥させて電極を形成した。こうして試験片を得た。
【００５７】
この試験片に対し、ホイートストンブリッジを接続し、３０℃、６０℃、９０℃、１１０℃の各温度にて試験片の電気抵抗を測定した。そして、これらの測定結果から、下記式：
電気抵抗の温度上昇比＝１１０℃における電気抵抗／３０℃における電気抵抗
に基づいて電気抵抗の温度上昇比を算出した。結果を表１及び２に示す。
【００５８】
ここで、電気抵抗の温度上昇比を電気抵抗の温度依存性の指標とした。また電気抵抗の温度依存性の合格基準は以下の通りとした。
合格基準：電気抵抗の温度上昇比が１０以下
【００５９】
（機械特性）
上記シートを、ＪＩＳ  Ｋ６２５１  ３号型ダンベルの寸法に加工し、試験片を得た。この試験片に対し、引張試験を行い、引張強度及び引張伸びを測定した。結果を表１及び２に示す。
【００６０】
ここで、引張強度及び引張伸びを機械特性の指標とした。また機械特性の合格基準は以下の通りとした。
合格基準：引張強度が１０ＭＰａ以上で且つ引張伸びが３００％以上
【表１】
2015059172.tif 000002
【表２】
2015059172.tif 000003
【００６１】
表１及び２に示すように、実施例１〜８の半導電性樹脂組成物は、電気抵抗の温度依存性及び機械特性の点で合格基準に達していた。一方、比較例１〜５の半導電性樹脂組成物は、電気抵抗の温度依存性及び機械特性のうちいずれか一方の点で合格基準に達していなかった。
【００６２】
以上より、本発明の半導電性樹脂組成物は、電気抵抗の温度依存性を抑制しながら機械特性の低下を抑制できる半導電樹脂層を形成することが可能であることが確認された。
【符号の説明】
【００６３】
１…中心導体
２…内部半導電樹脂層（半導電樹脂層）
４…外部半導電樹脂層（半導電樹脂層）
１００…電力ケーブル
【図１】
2015059172.tif 000004