JP2007100110A - 難燃耐磨耗性エチレン系樹脂組成物及びその製造方法 - Google Patents

難燃耐磨耗性エチレン系樹脂組成物及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】難燃性、耐磨耗性が高く、加工性やその他の特性が良好で、特に従来の組成物に比べ機械的特性が格段に優れ、自動車用電線被覆等に好適であるエチレン系樹脂組成物の製造方法を提供する。
【解決手段】メルトフローレート0.1〜5g/10分、密度0.900〜0.930g/cmおよび重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)との比(Mw/Mn)3.0以下である、シングルサイト触媒を使用して製造された実質的に直鎖状であるエチレン−α−オレフィン共重合体(A)100重量部と、メルトフローレート0.1〜5g/10分および密度0.931〜0.950g/cmである直鎖状エチレン−α−オレフィン共重合体(B)15〜100重量部とからなる樹脂成分100重量部に、無機系難燃剤(C)65〜150重量部を配合し、架橋剤の非存在下に混合混練する難燃耐磨耗性エチレン系樹脂組成物及びその製造方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、難燃耐磨耗性エチレン系樹脂組成物及びその製造方法に関し、より詳しくは、難燃性、耐熱性および耐磨耗性等に優れ、従来のものに比べ機械的特性に一層優れ、低温特性、絶縁性、加工性、耐油性、柔軟性も良好であり、自動車用電線被覆等に好適に使用できる難燃耐磨耗性エチレン系樹脂組成物及びその製造方法に関するものである。
近年、自動車のエレクトロニクス化が進行し、各種電装部品を駆動するための電力や制御信号を電送するための自動車内配線が増加し、これに使用する電線が増加している。これらの電線は、燃費向上や車内空間を増加させ居住性を改善するため、軽量化と薄肉化が図られてきている。一方、これらの電線はエンジン、車体等の振動により、電線同士または電線と他の自動車部品等との摩擦により磨耗を生じるおそれがあり、耐磨耗性が要求されている。また、上記の電線は高温、寒冷、風雨、高湿等の条件下で使用されるので、耐熱性、低温特性、難燃性、耐湿性等が要求されている。さらに、これらの電線は自動車の潤滑油、ガソリン、グリース、作動油等に接触するので、耐油性が要求されている。
上記の自動車用電線の被覆材としての要求を満たす材料として、従来は物性、コスト、加工性、ワイヤーハーネス組立作業性等で格段に有利とされているポリ塩化ビニル樹脂組成物(以下、PVCコンパウンドと呼称する)が使用されてきた。しかしながら、PVCコンパウンドは、耐熱性、耐候性、柔軟性、加工性等を付与するため、可塑剤が配合されており、これが樹脂表面にブリードすることがあり、電線の表面がべとついたり、風合いが悪化したり、接触している他の樹脂からなる部品へ移行することがあり、また、耐油性、プリント性等にも問題を生ずることがあり、改善が求められていた。さらに、PVCコンパウンドを被覆した自動車用電線は、廃棄自動車焼却時または廃棄自動車から自動車用電線を取りだし焼却するとき、発煙量が多かったり、有害なガスが発生したり、アルカリ性の焼却灰を多量に発生する等の問題があった。また、PVCコンパウンドを被覆した自動車用電線から被覆層を取りだし、リサイクルして使うことは非常に困難である。
自動車用電線に使用するPVCコンパウンドの前記の問題点を解決するため、本出願人は、特定の物性を有する種類の異なる直鎖状エチレン−α−オレフィン共重合体2種類と特定の難燃剤とからなる組成物を開発し、特許出願した(特開平6−20089号公報参照)。この難燃剤エチレン系樹脂組成物は、その目的をある程度達成したものの、エチレン系樹脂に難燃剤を多量に添加する関係上、機械的特性は未だ十分に満足するものではなかった。
本発明は、上記したPVCコンパウンドまたは難燃性エチレン系樹脂組成物の欠点を改良し、難燃性、耐熱性、耐磨耗性、絶縁性、低温特性、耐油性、柔軟性等に優れ、従来よりも一層機械的特性に優れ、しかも加工性も良好であり、焼却時に有害なガスやアルカリ性焼却灰の発生もなく、容易にリサイクル可能な難燃耐磨耗性エチレン系樹脂組成物及びその製造方法を課題する。
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、下記の組成物及びその製造方法を採用することで難燃性、耐熱性および耐磨耗性等に優れ、従来のものに比べ機械的特性に一層優れ、低温特性、絶縁性、加工性、耐油性、柔軟性も良好であり、自動車用電線被覆等に好適に使用できる難燃耐磨耗性エチレン系樹脂組成物が得られることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明の第1の発明によれば、メルトフローレート0.1〜5g/10分、密度0.900〜0.930g/cmおよび重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)との比(Mw/Mn)3.0以下である、シングルサイト触媒を使用して製造された実質的に直鎖状であるエチレン−α−オレフィン共重合体(A)100重量部と、メルトフローレート0.1〜5g/10分および密度0.931〜0.950g/cmである直鎖状エチレン−α−オレフィン共重合体(B)15〜100重量部とからなる樹脂成分100重量部に、無機系難燃剤(C)65〜150重量部を配合し、架橋剤の非存在下に混合混練することを特徴とする難燃耐磨耗性エチレン系樹脂組成物が提供される。
また、本発明の第2の発明によれば、第1の発明において、エチレン−α−オレフィン共重合体(A)のα−オレフィンが、オクテン−1であることを特徴とする難燃耐磨耗性エチレン系樹脂組成物が提供される。
一方、本発明の第3の発明によれば、メルトフローレート0.1〜5g/10分、密度0.900〜0.930g/cmおよび重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)との比(Mw/Mn)3.0以下である、シングルサイト触媒を使用して製造された実質的に直鎖状であるエチレン−α−オレフィン共重合体(A)100重量部と、メルトフローレート0.1〜5g/10分および密度0.931〜0.950g/cmである直鎖状エチレン−α−オレフィン共重合体(B)15〜100重量部とからなる樹脂成分100重量部に、無機系難燃剤(C)65〜150重量部を配合し、架橋剤の非存在下に混合混練することを特徴とする難燃耐磨耗性エチレン系樹脂組成物の製造方法が提供される。
また、本発明の第4の発明によれば、第3の発明において、エチレン−α−オレフィン共重合体(A)のα−オレフィンが、オクテン−1であることを特徴とする難燃耐磨耗性エチレン系樹脂組成物の製造方法が提供される。
本発明の難燃耐磨耗性エチレン系樹脂組成物は、使用される一方の主成分のエチレン系樹脂が分子量分布の狭いものであるので機械的特性が非常に優れており、しかも主鎖に一定量の長鎖分岐を含んでいるので加工性に優れ、さらに、密度が低密度に分類されるものであるので、多量の難燃剤を均一に分散・保持することができる。また、他方の主成分として中密度直鎖状エチレン−α−オレフィン共重合体を配合しているので、耐磨耗性等にも優れている。さらに、難燃剤としては無機系のものを使用しているので、焼却時に有害なガスを発生しない。
従って、本発明の難燃耐磨耗性エチレン系樹脂組成物は、難燃性、耐磨耗性、耐熱性、絶縁性、加工性、低温特性、耐油性、柔軟性等の諸特性に優れるとともに、焼却時に環境汚染が少なく、機械的特性が従来の組成物に比べ格段に向上したものである。このような優れた特性、特に優れた加工性および機械的特性を有する難燃耐磨耗性エチレン系樹脂組成物は自動車用電線被覆等のために極めて適した材料である。
本発明において使用されるエチレン−α−オレフィン共重合体(A)は、本発明の組成物のベース材料であり、エチレンとα−オレフィン、例えば炭素原子数3ないし12のα−オレフィンとの共重合体である。α−オレフィンの具体例としては、プロピレン、ブテン−1、ヘキセン−1、4−メチルペンテン−1、オクテン−1、デセン−1、ドデセン−1等を挙げることができる。これらの中で、難燃耐磨耗性エチレン系樹脂組成物の機械的特性および加工性等の点からオクテン−1が特に好ましい。
上記エチレン−α−オレフィン共重合体(A)は、以下の物性:メルトフローレート0.1〜5g/10分、密度0.900〜0.930g/cmおよび重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)との比(Mw/Mn)3.0以下を有するものである。ここで、メルトフローレートはJIS K7210に準拠して測定され、0.1g/10分未満であると加工性が劣り、5g/10分を越えると機械的特性や耐磨耗性が劣り、望ましくない。また、密度はJIS K7112に準拠して測定され、0.900g/cm未満であると耐磨耗性、耐熱性、耐油性が劣り、0.930g/cmを越えると、柔軟性、伸び、加工性が劣り、また、樹脂成分中に難燃剤を均一に分散し保持することができず、望ましくない。なお、樹脂成分(A)の上記密度範囲は一般に低密度に分類される。さらに、重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)との比(Mw/Mn)は、サイズ排除クロマトグラフィーにより測定され、3.0以下であることが必要であり、好ましくは2.5以下である。Mw/Mnが3.0を越えると機械的特性が劣るので望ましくない。このMw/Mnは分子量分布の指標となる値であり、小さい程、分子量分布が小さい。
本発明において、上記エチレン−α−オレフィン共重合体(A)の製造の際に使用されるシングルサイト触媒は、活性点が同種(シングルサイト)であり、エチレンに対して高い重合活性を有するものである。このシングルサイト触媒はメタロセン触媒、また、発明者の名前からカミンスキー触媒とも呼ばれている。本発明に用いられる触媒としてはこれをさらに改良したもの、例えば、適当に拘束された幾何形状を有する触媒(Constrained Geometry Catalysts)で、周期表第3〜10族またはランタノイド(ランタン系列)の金属原子と、拘束を誘起する原子団で置換された非局在化されたπ(パイ)結合を有する原子団とを含む金属配位錯体を含有するものが好ましい。好ましい触媒錯体は、次式:
Figure 2007100110
(式中、Mは周期表第3〜10族またはランタノイドの金属原子であり、Cp*はMにη結合様式で結合しているシクロペンタジエニル基または置換シクロペンタジエニル基であり、Zはホウ素または周期表第14族の元素、そして場合に応じて硫黄原子または酸素原子を含有する原子団であり、該原子団は20個までの水素原子以外の原子を有するか、またはCp*およびZは一緒になって縮合環系を形成し、Xは互いに独立してアニオン性配位子または30個までの水素原子以外の原子を有する中性ルイス塩基配位子であり、nは0、1、2、3または4であり、かつ、Mの原子価より2少ない数であり、そしてYは、ZおよびMと結合するアニオン性または非アニオン性配位子で、窒素原子、リン原子、酸素原子または硫黄原子を含んでおり、そして20個までの水素原子以外の原子を有するか、または必要に応じてYとZは一緒になって縮合環系を形成する)で表されるものである。
上記触媒錯体の具体的な化合物としては、(第三ブチルアミド)(テトラメチル−η−シクロペンタジエニル)−1,2−エタンジイルジルコニウムジクロライド、(第三ブチルアミド)(テトラメチル−η−シクロペンタジエニル)−1,2−エタンジイルチタンジクロライド、(メチルアミド)(テトラメチル−η−シクロペンタジエニル)−1,2−エタンジイルジルコニウムジクロライド、(メチルアミド)(テトラメチル−η−シクロペンタジエニル)−1,2−エタンジイルチタンジクロライド、(エチルアミド)(テトラメチル−η−シクロペンタジエニル)メチレンチタンジクロライド、(第三ブチルアミド)ジベンジル(テトラメチル−η−シクロペンタジエニル)シランジルコニウムジベンジル、(ベンジルアミド)ジメチル(テトラメチル−η−シクロペンタジエニル)シランチタンジクロライド、(フェニルホスフィド)ジメチル(テトラメチル−η−シクロペンタジエニル)シランジルコニウムジベンジル、(第三ブチルアミド)ジメチル(テトラメチル−η−シクロペンタジエニル)シランチタンジメチル等が例示される。
上記触媒は、さらに活性化共触媒を含有する。該共触媒としては、高重合度または低重合度のアルミノキサン、特にメチルアルミノキサンが適当である。いわゆる変性メチルアルミノキサンもまた上記共触媒としての使用に適している。
本発明におけるエチレン−α−オレフィン共重合体(A)の重合は、好ましくは溶液重合法により行われ、通常の溶液重合法に対する条件がそのまま採用できる。すなわち、重合温度は0〜250℃であり、重合圧力は常圧から100MPaである。必要ならば、懸濁法、スラリー法、気相法またはそれ以外の方法に従って重合は行われ得る。担体を用いることができるが、好ましくは触媒は均一(例えば可溶性)状態で用いられる。もちろん、触媒成分およびその共触媒成分が重合プロセスに直接添加され、適当な溶剤または希釈剤(濃縮モノマーも含む)がその重合プロセスに用いられた場合に、活性触媒系が反応器中で形成されることは好ましいことである。しかしながら、活性触媒は、それを重合混合物に添加する前に、適当な溶剤中、別の工程で形成されてもよく、この方法もまた好ましい。なお、エチレン−α−オレフィン共重合体(A)の製法の詳細は、特開平6−306121号公報や特表平7−500622号公報等に記載されている。
本発明において使用されるもう一つのベース材料である直鎖状エチレン−α−オレフィン共重合体(B)は、エチレンとα−オレフィン、例えば炭素原子数3ないし12のα−オレフィンとの共重合体である。α−オレフィンの具体例としては、プロピレン、ブテン−1、ヘキセン−1、4−メチルペンテン−1、オクテン−1、デセン−1、ドデセン−1等を挙げることができる。
上記直鎖状エチレン−α−オレフィン共重合体(B)は、以下の物性:メルトフローレート0.1〜5g/10分および密度0.931〜0.950g/cmを有するものである。ここで、メルトフローレートはJIS K7210に準拠して測定され、0.1g/10分未満であると加工性が劣り、5g/10分を越えると機械的特性や耐磨耗性が劣り、望ましくない。また、密度は、JIS K7112に準拠して測定され、0.931g/cm未満であると耐熱性、耐磨耗性、耐油性が劣り、0.950g/cmを越えると、加工性、柔軟性、伸び等が劣り、また、樹脂成分中に難燃剤を均一に分散し保持することができず、望ましくない。なお、樹脂成分(B)の上記密度範囲は一般に中密度に分類される。
本発明における直鎖状エチレン−α−オレフィン共重合体(B)の製造に用いられる触媒は、特に制限されるものではなく、前記シングルサイト触媒でもよく、また、その他の従来一般的に用いられている触媒でもよい。一般的な触媒の一つは、チーグラー系触媒と呼ばれるもので、チタン化合物やバナジウム化合物等の遷移金属化合物からなる主触媒、有機アルミニウム等の有機金属化合物からなる助触媒およびケイ素、チタン、マグネシウム等の酸化物または塩化物からなる触媒担体から構成される触媒である。その他には、フィリップス系触媒と呼ばれるもので、酸化クロムからなる主触媒およびケイ素、アルミニウム等の酸化物からなる触媒担体から構成される触媒がある。さらに、スタンダート系触媒と呼ばれる、酸化モリブデンからなる主触媒と、アルミニウムの酸化物からなる触媒担体とから構成される触媒等がある。
上記直鎖状エチレン−α−オレフィン共重合体(B)の重合は、溶液重合法、懸濁重合法、気相重合法等の方法を使用することができる。一般的には、重合の際の温度は0〜250℃であり、圧力は高圧(50MPa以上)、中圧(10〜50MPa)または低圧(常圧〜10MPa)である。
この直鎖状エチレン−α−オレフィン共重合体(B)の配合量は、前記したエチレン−α−オレフィン共重合体(A)100重量部に対して、15〜100重量部である。この配合量が15重量部未満では耐磨耗性、耐熱性、耐油性が劣り望ましくなく、一方、100重量部を越えると、加工性、柔軟性、伸び等が劣り、また樹脂成分中に難燃剤を均一に分散し保持することができないので、望ましくない。
本発明において使用される無機系難燃剤(C)としては、ハンタイト、ハイドロマグネサイト、三酸化アンチモン、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、リン酸カルシウム、酸化ジルコン、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、ホウ酸バリウム、メタホウ酸バリウム、ホウ酸亜鉛、メタホウ酸亜鉛、無水アルミナ、二硫化モリブデン、粘土、赤リン、ケイソウ土、カオリナイト、モンモリロナイト、ハイドロタルサイト、タルク、シリカ、ホワイトカーボン、ゼオライト、アスベスト、リトポン等が例示される。これら無機系難燃剤を使用する場合、該難燃剤の表面をステアリン酸、オレイン酸、パルミチン酸等の脂肪酸または金属塩、パラフィン、ワックス、またはそれらの変性物、有機シラン、有機ボラン、有機チタネート等で被覆する等の表面処理を施すことが好ましい。
上記難燃剤の配合量は、樹脂成分〔エチレン−α−オレフィン共重合体(A)および直鎖状エチレン−α−オレフィン共重合体(B)の合計量〕100重量部に対して65〜150重量部である。これは、難燃剤の配合量が65重量部未満であると難燃性が不足し、一方、150重量部を越えると加工性が悪化するばかりでなく、成形品の機械的特性、耐磨耗性、低温特性、柔軟性等を悪化させることによる。
本発明の難燃耐磨耗性エチレン系樹脂組成物には、本発明の特性を損なわない範囲で、その使用目的に応じて、各種添加剤や補助資材を配合することができる。それら各種添加剤や補助資材としては、安定剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、帯電防止剤、滑剤、加工性改良剤、充填剤、分散剤、銅害防止剤、中和剤、発泡剤、気泡防止剤、着色剤、カーボンブラック等を挙げることができる。
本発明の難燃耐磨耗性エチレン系樹脂組成物は、所定量の上記成分(A)、(B)および(C)に、必要に応じて上記各種添加剤や補助資材等を適当量配合し、一般的な方法、例えばニーダー、バンバリーミキサー、コンティニュアスミキサーまたは押出機等を用いて均一に混合混練することにより製造され得る。
本発明において使用されるエチレン−α−オレフィン共重合体(A)には、米国ザ・ダウケミカル社からアフィニティー(登録商標)として販売されているものがある。当該樹脂は、シングルサイト触媒の一種である幾何拘束触媒を使用して製造されたもので、エチレン−α−オレフィン共重合体の主鎖に、該主鎖の炭素原子1000個あたり0.01〜3個の割合で長鎖分岐を含有している。この長鎖分岐を含有しているが故に、Mw/Mnが小さい、すなわち、分子量分布が小さいにもかかわらず、加工性が良好である。分子量分布が小さいということは、機械的特性が優れているということである。従来、エチレン−α−オレフィン共重合体において、小さな分子量分布、すなわち優れた機械的特性と、良好な加工性とは両立しなかったが、本発明における上記樹脂成分(A)は機械的特性と加工性の両方に優れており、しかも低密度のものを選択することにより、多量の難燃剤であってもエチレン−α−オレフィン共重合体に均一に分散させ保持することを可能にしたものである。また、本発明における中密度直鎖状エチレン−α−オレフィン共重合体(B)は優れた耐磨耗性等を付与する。さらに、本発明の組成物には難燃剤として無機系難燃剤(C)が用いられており、焼却時に有害ガスを発生しない。
次に実施例に基づいて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
なお、物性およびその測定条件は、次のとおりである。
(1)引張強度
・伸び:JIS C3005Kの18項に準拠し、JIS K6301の3.2.2に規定するダンベル状3号試験片(厚さ1mm)を用い、引張速度は200mm/分で行う。
(2)酸素指数:JIS K7201に準拠し、試験片はA−1号を用いて行う。
(3)耐磨耗性:JASO D611の11.2ブレード往復法に準拠して行う。絶縁体の被覆厚は0.3mmとし、荷重は5Nと7Nとする。
(4)耐熱性:JIS C3005の25項に準拠し、試験片は25.1.1(3)に規定するシートを用い、試験温度120℃にて行う。
(5)耐低温脆化性:JIS K7216に準拠して行う。
(6)耐油性:JIS K7114に準拠し、試験片はJIS K6301の3.2.2に規定する3号試験片を用い、浸漬試薬はJASO D611の6項に規定するものを用いる。各種変化率を測定後、引張試験を行い、引張強度・伸びの残率を算出する。
(7)柔軟性(1%モジュラス):JIS K6301に準拠して行う。
(実施例1)
表1に示す組成物をバンバリーミキサーにて180℃で10分間混練した後、造粒してペレットを得る。このようにして作製したペレットを用いて、熱プレス成形機により160℃、150kg/cm、3分間成形することにより得られたシートを使用して、以下の物性を測定する。結果もまた表1にまとめて示す。
(実施例2および3、比較例1〜8)
表1に示す組成物を用いて、実施例1と同様の操作を繰り返す。それぞれの物性評価の結果もまた表1にまとめて示す。
Figure 2007100110
表1に示す結果から以下のことが明らかである。まず、本発明の実施例は全て、測定した全ての物性において優れているが、比較例1〜8は、1またはそれ以上の物性において劣っている。これは、上記比較例1〜6では樹脂成分または組成が本発明で使用するものと異なり、また、比較例7および8は、樹脂成分および組成は本発明で使用するものと同じであるものの、難燃剤の配合量が本発明のものと異なっているからである。

Claims (4)

  1. メルトフローレート0.1〜5g/10分、密度0.900〜0.930g/cmおよび重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)との比(Mw/Mn)3.0以下である、シングルサイト触媒を使用して製造された実質的に直鎖状であるエチレン−α−オレフィン共重合体(A)100重量部と、メルトフローレート0.1〜5g/10分および密度0.931〜0.950g/cmである直鎖状エチレン−α−オレフィン共重合体(B)15〜100重量部とからなる樹脂成分100重量部に、無機系難燃剤(C)65〜150重量部を配合し、架橋剤の非存在下に混合混練することを特徴とする難燃耐磨耗性エチレン系樹脂組成物。
  2. エチレン−α−オレフィン共重合体(A)のα−オレフィンが、オクテン−1であることを特徴とする請求項1に記載の難燃耐磨耗性エチレン系樹脂組成物。
  3. メルトフローレート0.1〜5g/10分、密度0.900〜0.930g/cmおよび重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)との比(Mw/Mn)3.0以下である、シングルサイト触媒を使用して製造された実質的に直鎖状であるエチレン−α−オレフィン共重合体(A)100重量部と、メルトフローレート0.1〜5g/10分および密度0.931〜0.950g/cmである直鎖状エチレン−α−オレフィン共重合体(B)15〜100重量部とからなる樹脂成分100重量部に、無機系難燃剤(C)65〜150重量部を配合し、架橋剤の非存在下に混合混練することを特徴とする難燃耐磨耗性エチレン系樹脂組成物の製造方法。
  4. エチレン−α−オレフィン共重合体(A)のα−オレフィンが、オクテン−1であることを特徴とする請求項3に記載の難燃耐磨耗性エチレン系樹脂組成物の製造方法。
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