JP2000315423A

JP2000315423A - 半導電性組成物及びこれを用いた直流用絶縁ケーブル

Info

Publication number: JP2000315423A
Application number: JP11122580A
Authority: JP
Inventors: Koichi Iinuma; 浩一飯沼; Toru Nakatsuka; 徹中司; Susumu Takahashi; 享高橋; Shoichiro Nakamura; 詳一郎中村; Katsuhiko Takahashi; 克彦高橋; Atsushi Suzuki; 淳鈴木
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1999-04-28
Filing date: 1999-04-28
Publication date: 2000-11-14
Anticipated expiration: 2019-04-28
Also published as: JP4227244B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、優れた特性の絶縁ケーブル用の半
導電性組成物を提供せんとするものである。【解決手段】かゝる本発明は、プラスチック絶縁ケー
ブル用の半導電性組成物であって、高密度ポリエチレン
（ＨＤＰＥ）又は直鎖状低高密度ポリエチレン（ＬＬＤ
ＰＥ）、若しくはこれらの混和物１０〜４５重量部に対
して、ＥＶＡやＥＥＡ、ＥＢＡからなるポリエチレンコ
ポリマ９０〜５５重量部を混合してなる混和物１００重
量部にカーボンブラック３０〜５０重量部を添加した半
導電性組成物にあり、この組成によって、良好な耐熱性
と機械的強度（耐潰れ性）を呈する一方、架橋剤の不添
加によってスコーチ発生の懸念もなく、絶縁体中の空間
電荷の発生も良好に抑制され、さらに、加工性に優れた
半導電性組成物が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラスチック絶縁
ケーブル用の半導電性組成物、及びこれを用いた直流用
絶縁ケーブルに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電力ケーブルなどのプラスチック絶縁ケ
ーブルにあっては、絶縁体に対する導電性突起の発生防
止や電界緩和などを目的を持って、例えば図１に示すよ
うに、導体１と絶縁体２との間や、絶縁体２と外皮３と
の間に内部半導電層４や外部半導電層５を設けることが
多い。そして、一般にこれらの内外の半導電層４，５と
絶縁体２とは３層同時押し出しなどによって形成してい
る。

【０００３】この半導電層用の半導電性組成物として
は、既に種々のものが提案されているが、例えば交流用
（タイプ）の絶縁ケーブルでは、通常架橋ポリエチレン
（ＸＬＰＥ）からなる絶縁体に対して、エチレン−酢酸
ビニル共重合体（ＥＶＡ）又はエチレン−酢酸エチル共
重合体（ＥＥＡ）にポリエチレン（ＰＥ）、カーボンブ
ラック、その他少量の添加剤を添加した組成物が用いら
れている。

【０００４】一方、直流用（タイプ）の絶縁ケーブルで
も、半導電層用の半導電性組成物としては、上記と同様
の半導電性組成物材料を用いるものの、絶縁体にあって
は、ＸＬＰＥを単独で用いた場合、架橋剤残渣の影響や
架橋剤中の不純物イオンなどの影響により絶縁体中にお
いて空間電荷が蓄積し易いという問題が生じるため、殆
どＸＬＰＥを単独で用いることはなく、一般的にはＰＥ
にカーボンブラックや無機化合物（炭酸カルシウムや炭
酸マグネシウム）などの充填剤を添加し、架橋したもの
が用いられている。

【０００５】また、このような観点から、本出願人にあ
っても、既に密度が０．９４ｇ／ｃｍ^３以上のＰＥに無
水マレイン酸をグラフト重合させたもの（無水マレイン
酸変性ポリエチレン）を絶縁体とした直流用の絶縁ケー
ブルを提案している（特願昭６３−１６０３１２号）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の上記
のような絶縁体と半導電性組成物との組み合わせの場
合、本発明者等が鋭意検討したところ、なお改善すべき
余地があり、特に直流タイプの絶縁ケーブルにおいてよ
り多くの問題点があった。

【０００７】（１）つまり、上記従来の半導電性組成物
の場合、絶縁体側に添加された架橋剤の移行によって架
橋させるタイプのものがあるが、この架橋剤を含まない
半導電性組成物にあっては、熱変形が大きくなり易いと
いう問題があった。

【０００８】（２）一方、半導電性組成物側に架橋剤を
添加した場合には、直流タイプの絶縁ケーブルのように
長尺品として押し出そうとすると、押出中に架橋が開始
されるというスコーチ（早期架橋）が生じ易いという問
題があった。

【０００９】（３）また、絶縁体中の空間電荷について
の問題であるが、これは、上述したように、使用する絶
縁体材料に起因するものの、絶縁体側と接触する半導電
性組成物側の材料との組み合わせによっても、大きく影
響されるという問題があった。例えば用いる半導電性組
成物の材料によって、半導電層側から絶縁体側へ注入さ
れる電子の挙動が異なるからと考えられる。このため、
特に直流タイプの絶縁ケーブルでは、絶縁体と半導電性
組成物との両材料の組み合わせをよく吟味することが必
要とされる。一方、上記従来のように、ＰＥにカーボン
ブラックや無機化合物などの充填剤を添加して架橋する
場合においても、スコーチの問題が生じて、長尺な絶縁
ケーブルの製造には問題があった。

【００１０】（４）さらに、直流タイプの絶縁ケーブル
のように長尺品として押し出する場合、ドラムに巻き取
るのではなく、大型のターンテーブル（例えば半径が１
０〜１３ｍ程度のターンテーブル）上に重ねて巻き取る
ことが多いので、下方に巻かれたケーブル部分は、上側
に巻かれたケーブル部分の大きな加重を受けるため、半
導電性組成物の機械的強度（耐潰れ性）が弱いと、ケー
ブル内で変形するなどの問題もあった。

【００１１】（５）さらにまた、半導電性組成物が非架
橋材料の場合、ケーブルのジョイント部分や終端部など
において、溶剤やシリコンオイルなどに接触する恐れが
あるため、耐ストレスクラック性が求められるという問
題もあった。

【００１２】本発明は、このような観点に立ってなされ
たもので、特に絶縁体との組み合わにおいて最適に設定
した優れた半導電性組成物を得ると共に、特にこれを用
いた、優れた直流用絶縁ケーブルを得んとするものであ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の本発明
は、プラスチック絶縁ケーブル用の半導電性組成物であ
って、高密度ポリエチレン又は直鎖状低高密度ポリエチ
レン、若しくはこれらの混和物１０〜４５重量部に対し
てポリエチレンコポリマ９０〜５５重量部を混合してな
る混和物１００重量部にカーボンブラック３０〜５０重
量部を添加したことを特徴とする半導電性組成物にあ
る。

【００１４】請求項２記載の本発明は、半導電層が、高
密度ポリエチレン又は直鎖状低高密度ポリエチレン、若
しくはこれらの混和物１０〜４５重量部に対してポリエ
チレンコポリマ９０〜５５重量部を混合してなる混和物
１００重量部にカーボンブラック３０〜５０重量部を添
加した半導電性組成物で形成されてなることを特徴とす
る直流用絶縁ケーブルにある。

【００１５】請求項３記載の本発明は、絶縁体が無水マ
レイン酸変性高密度ポリエチレン、又はアクリル酸変性
高密度ポリエチレンであると共に、半導電層が、高密度
ポリエチレン又は直鎖状低高密度ポリエチレン、若しく
はこれらの混和物１０〜４５重量部に対してポリエチレ
ンコポリマ９０〜５５重量部を混合してなる混和物１０
０重量部にカーボンブラック３０〜５０重量部を添加し
た半導電性組成物で形成されてなることを特徴とする直
流用絶縁ケーブルにある。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の半導電性組成物で用いる
ポリエチレン（ＰＥ）としては、低密度ポリエチレン
（ＬＤＰＥ）や中密度ポリエチレン（ＭＤＰＥ）に比較
して、機械的強度が大きいこと、即ち耐潰れ性が改善さ
れること、押出加工時の収縮が少ないのでケーブルの接
続（ジョイント）作業などがし易くなること、熱膨張が
小さいこと、体積抵抗率（ρ）の安定性が高いことなど
の理由から、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）の使用、
又はケーブルのジョイント部分や終端部などにおける耐
ストレスクラック性の向上のため、直鎖状低高密度ポリ
エチレン（ＬＬＤＰＥ）の使用が好ましい。また、これ
らは適宜混合した形の混和物として使用することもでき
る。

【００１７】また、これらのＨＤＰＥやＬＬＤＰＥに
は、これらを変性した形のもの（例えば無水マレイン酸
やアクリル酸をグラフト化したものなど）も含まれる。
そして、これらは単独で、又は混合して、さらには、Ｈ
ＤＰＥやＬＬＤＰＥと混合した混和物として用いること
ができる。また、各樹脂のメルトフローレシオ（ＭＦ
Ｒ）は、押出加工性やコンパウンド作製時におけるカー
ボンの分散性などの理由から０．０５〜１０程度とする
とよい。

【００１８】なお、ポリエチレンの他の樹脂として、耐
熱性に優れたポリプロピレン（ＰＰ）やポリエチレンテ
レフタレート（ＰＥＴ）などの使用も考えられるが、本
発明者等の実験によると、ポリプロピレンでは導体に対
する銅害の問題があり、ポリエチレンテレフタレートで
は空間電荷の起こり易く、好ましくなかった。

【００１９】また、本発明の半導電性組成物で用いるポ
リエチレンコポリマとしては、エチレン−酢酸ビニル共
重合体（ＥＶＡ）、エチレン−酢酸エチル共重合体（Ｅ
ＥＡ）、エチレン−ブチルアクリレート（ＥＢＡ）など
が挙げられ、これらも単独で、又は混和して用いること
ができる。また、これらの各樹脂のＭＦＲも、０．０５
〜１０程度とするとよい。

【００２０】ただし、ＥＶＡの場合、分解すると酢酸を
発生するため、極力分解が促進されない温度の範囲内で
使用することが好ましい。この点、分解ガスが発生しな
いＥＥＡ、ＥＢＡの使用が望ましい。いずれにしも、長
時間の押出を継続して行うと、滞留物が分解し、不要な
ガスが発生して押出機の腐食の原因となるため、これら
のガス発生に留意しながら押し出す必要がある。

【００２１】これらのポリエチレンコポリマのＭＦＲに
あっても、ポリエチレンとの混練性を考慮して、ポリエ
チレンと同等の値である０．０５〜２程度とするとよ
い。また、ＥＶＡやＥＥＡ、ＥＢＡにあっては、ペレッ
ト化の際のブロッキング現象を避けるため、それぞのＶ
Ａ％、ＥＡ％、ＢＡ％としては、１５〜３０程度とする
とよい。

【００２２】そして、これらのポリエチレンコポリマの
ＨＤＰＥやＬＬＤＰＥ、若しくはこれらの混和物に対す
る混合の比率（混合比）は、ＨＤＰＥＨＤＰＥやＬＬＤ
ＰＥ、若しくはこれらの混和物１０〜４５重量部に対し
て９０〜５５重量部とする。その理由は、ポリエチレン
コポリマの添加量が９０重量部が越えて、ＨＤＰＥやＬ
ＬＤＰＥ、若しくはこれらの混和物の添加量が１０重量
部未満になると、機械的強度（耐潰れ性）や耐熱性が不
十分となり易く、逆に、ポリエチレンコポリマの添加量
が５５重量部未満で、ＨＤＰＥやＬＬＤＰＥ、若しくは
これらの混和物の添加量が４５重量部を越えるようにな
ると、機械的強度（耐潰れ性）や耐熱性が向上するもの
の、カーボンブラックの分散性が低下して、所望の半導
電性が得られなくなるからである。

【００２３】このようにベース樹脂として、ＨＤＰＥや
ＬＬＤＰＥ、若しくはこれらの混和物を用いると、加工
時の収縮を少なく抑えることができるため、上述したよ
うにケーブルの接続作業などがし易くなる。また、半導
電層と絶縁体との界面に不整が生じにくくなり、特に非
架橋で用いる場合においてこの効果は有用となる。

【００２４】なお、上記ＨＤＰＥやＬＬＤＰＥ、若しく
はこれらの混和物とポリエチレンコポリマの混合物に
は、半導電性組成物の耐熱性や機械的強度（耐潰れ性）
が低下しない範囲で、より具体的には、この混合物１０
０重量部に対して、１０重量部以下の少量であれば、低
密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）や中密度ポリエチレン
（ＭＤＰＥ）、又は超低密度ポリエチレン（ＶＬＤＰ
Ｅ）を適宜添加することができる。これによって、若干
の軽量化などが図られる。

【００２５】また、本発明で用いるカーボンブラックと
しては、アセチレンブラック、ファーネスブラック、ケ
ッチェンブラックなどが挙げられるが、分散性の良さや
良好な半導電性が得られ易いという点では、アセチレン
ブラック、ファーネスブラックの使用が好ましい。

【００２６】そして、その添加量は、ＨＤＰＥややＬＬ
ＤＰＥ、若しくはこれらの混和物とポリエチレンコポリ
マの混合物１００重量部に対して、３０〜５０重量部と
する。その理由は、３０重量部未満では所望の半導電性
が得られず、逆に、５０重量部を越えると、導電性が良
くなり過ぎる他に、ムーニー粘度の上昇により押出加工
性が低下するなどの問題が生じるようになるからであ
る。

【００２７】また、必要により、この半導電性組成物中
には、ステアリン酸亜鉛や老化防止剤などの他の添加剤
を適宜添加することができる。

【００２８】次に、本発明に係る直流用絶縁ケーブルに
あっては、上記のような構成からなる導電性組成物を内
外の半導電層とする一方、絶縁体としては、変性ＨＤＰ
Ｅなどが使用でき、特に無水マレイン酸をグラフト化さ
せた無水マレイン酸変性ＨＤＰＥや、アクリル酸をグラ
フト化させたアクリル酸変性ＨＤＰＥなどの使用が好ま
しい。そして、直流タイプであるため、長時間に渡って
３層同時押し出しを行い、得られた長尺品の絶縁ケーブ
ルを通常大型のターンテーブル上に重ねて巻き取る。

【００２９】この直流用絶縁ケーブルの場合、本発明に
係る導電性組成物からなる内外の半導電層と、無水マレ
イン酸変性ＨＤＰＥ、又はアクリル酸変性ＨＤＰＥなど
からなる絶縁体との組み合わせによって、空間電荷の発
生が効果的に抑えられた優れた絶縁ケーブルが得られ
る。また、半導電層の導電性組成物が良好な耐熱性や耐
潰れ性を呈するため、熱変形が小さく、ターンテーブル
上に重ねて巻き取られても、押し潰れによる変形などの
殆ど無い絶縁ケーブルが得られる。

【００３０】実施例先ず、表１〜表２は種々の配合例か
らなる本発明の条件を満たす半導電性組成物（実施例１
〜１３）とその特性（耐熱性、耐潰れ性、空間電荷発
生、加工性）を示したものである。表３も同様にして、
本発明の条件を欠く半導電性組成物（比較例１〜１０）
とその特性を示したものである。

【００３１】ここで、耐熱性の試験は、サンプルシート
を作り、これを、９０℃下で加重１０Ｋｇ／ｃｍ^２を負
荷する加熱変形試験機を用いて行った。そして、各表１
〜３中において、耐熱性が良好のものは「○」で示し、
やや不良は「△」で示し、不良は「×」で示した。

【００３２】また、耐潰れ性（機械的強度）の試験は、
サンプルシートに対して、室温（２５℃）下で１００Ｋ
ｇ／ｃｍ^２を負荷する加熱変形試験機を用いて行った。
そして、各表１〜２中において、耐潰れ性が良好のもの
は「○」で示し、やや不良は「△」で示し、不良は
「×」で示した。

【００３３】さらに、空間電荷の発生については、厚さ
２ｍｍ、直径１０ｃｍの円盤状の絶縁体の両面に厚さ
０．５ｍｍ、直径５ｃｍの円盤状の半導電性組成物の層
を設けたサンプルを作り、このサンプルにＰＥＡ法によ
り−２０ＫＶ／ｍｍの電荷を印加して調べた。そして、
各表１〜３中において、空間電荷の発生が５ｎＣ／ｃｍ
^３未満のものを良好として「○」で示し、５ｎＣ／ｃｍ
^３以上〜１０ｎＣ／ｃｍ ^３未満のものをやや不良として
「△」で示し、１０ｎＣ／ｃｍ^３を越えるものを不良と
して「×」で示した。

【００３４】加工性については、押出性の良好なものを
「○」で示し、不良なものを「×」で示した。

【００３５】

【表１】

【００３６】

【表２】

【００３７】

【表３】

【００３８】まず、表１〜２から本発明に係る半導電性
組成物（実施例１〜１３）の場合、いずれも良好な耐熱
性と耐潰れ性（機械的強度）を呈する一方、絶縁体中の
空間電荷の発生も良好に抑制され、また、加工性におい
ても優れた半導電性組成物が得られることが判る。特に
良好な耐潰れ性と良好な空間電荷発生の抑制作用から直
流タイプの絶縁ケーブル用として有用な半導電性組成物
であることが判る。

【００３９】一方、表３から本発明に条件を欠く半導電
性組成物（比較例１〜１０）にあっては、いずれかの特
性において、不具合があることが判る。

【００４０】次に、上記表１〜２に示した、本発明の条
件を満たす半導電性組成物（実施例１〜１３）を内外の
半導電層（厚さ各０．５ｍｍ）とする一方、絶縁体（厚
さ２ｍｍ）として、無水マレイン酸変性ＨＤＰＥ、又は
アクリル酸変性ＨＤＰＥを用い、これを３層同時押出に
より直流タイプの絶縁ケーブルを製造した。この際、押
出時の高温度下でも内外の半導電層部分が熱変形するこ
ともなく、また、絶縁ケーブルが長尺品として長時間押
し出しされても、架橋剤の不添加によってスコーチの発
生も見られなかった。

【００４１】また、上記のような無水マレイン酸変性Ｈ
ＤＰＥの絶縁体と上記半導電性組成物との組み合わせに
より、空間電荷の発生も基準以下に抑えられていた。さ
らに、製造された絶縁ケーブルを長尺品として、大型の
ターンテーブル上に重ねて巻き取る模擬的試験として、
４０〜５０段ほど重ねたが、半導電性組成物の耐潰れ性
が良好で、下方側に巻かれたケーブル部分にあっても、
押し潰れによる変形は殆ど無かった。

【００４２】これに対して、上記本発明の条件を満たす
半導電性組成物（実施例１〜１３に対応する半導電性組
成物）を内外の半導電層（厚さ各０．５ｍｍ）とする一
方、通常の架橋ポリエチレン（ＸＬＰＥ）を絶縁体（厚
さ２ｍｍ）として、これらを３層同時押出して、直流用
の絶縁ケーブルを製造したところ、空間電荷の発生が多
く、いずれも所定の基準を越えるものであった。つま
り、直流用の絶縁ケーブルの場合、組み合わせる絶縁体
材料が不適切であると、空間電荷の発生が多く、直流特
性に影響を与えることが判った。

【００４３】

【発明の効果】先ず、本発明によると、プラスチック絶
縁ケーブル用の優れた半導電性組成物が得られる。つま
り、良好な耐熱性と機械的強度（耐潰れ性）を呈する一
方、架橋剤の不添加によってスコーチ発生の懸念もな
く、絶縁体中の空間電荷の発生も良好に抑制され、さら
に、加工性にも優れた半導電性組成物が得られる。

【００４４】また、この本発明に係る半導電性組成物か
らなる内外の半導電層に対して、絶縁体として、無水マ
レイン酸変性ＨＤＰＥ、又はアクリル酸変性ＨＤＰＥを
組み合わせると、優れた直流用絶縁ケーブルを得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】プラスチック絶縁ケーブルの一例を示した縦
断端面図である。

【符号の説明】

１導体２絶縁体３外皮４内部半導電層５外部半導電層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高橋享東京都江東区木場１丁目５番１号株式会社フジクラ内 (72)発明者中村詳一郎東京都江東区木場１丁目５番１号株式会社フジクラ内 (72)発明者高橋克彦東京都江東区木場１丁目５番１号株式会社フジクラ内 (72)発明者鈴木淳東京都江東区木場１丁目５番１号株式会社フジクラ内Ｆターム(参考） 5G301 DA18 DA43 DA44 DD04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラスチック絶縁ケーブル用の半導電性
組成物であって、高密度ポリエチレン又は直鎖状低高密
度ポリエチレン、若しくはこれらの混和物１０〜４５重
量部に対してポリエチレンコポリマ９０〜５５重量部を
混合してなる混和物１００重量部にカーボンブラック３
０〜５０重量部を添加したことを特徴とする半導電性組
成物。
【請求項２】半導電層が、高密度ポリエチレン又は直
鎖状低高密度ポリエチレン、若しくはこれらの混和物１
０〜４５重量部に対してポリエチレンコポリマ９０〜５
５重量部を混合してなる混和物１００重量部にカーボン
ブラック３０〜５０重量部を添加した半導電性組成物で
形成されてなることを特徴とする直流用絶縁ケーブル。
【請求項３】絶縁体が無水マレイン酸変性高密度ポリ
エチレン、又はアクリル酸変性高密度ポリエチレンであ
ると共に、半導電層が、高密度ポリエチレン又は直鎖状
低高密度ポリエチレン、若しくはこれらの混和物１０〜
４５重量部に対してポリエチレンコポリマ９０〜５５重
量部を混合してなる混和物１００重量部にカーボンブラ
ック３０〜５０重量部を添加した半導電性組成物で形成
されてなることを特徴とする直流用絶縁ケーブル。