JP6111448B2

JP6111448B2 - 耐火ケーブル

Info

Publication number: JP6111448B2
Application number: JP2015180091A
Authority: JP
Inventors: 淑豪茂木; 英明岡崎; 原田　哲次; 哲次原田; 泰成福田
Original assignee: Fuji Electric Cable Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Cable Co Ltd
Priority date: 2015-09-11
Filing date: 2015-09-11
Publication date: 2017-04-12
Anticipated expiration: 2035-09-11
Also published as: JP2017054791A

Description

本発明は、ビルや地下街などの防災設備の電気配線に使用される耐火ケーブルに関する。

ビルや地下街などの防災設備の電気配線に使用する耐火ケーブルとして、例えば、導体上にマイカ箔を主体とする耐火テープを巻き付けて耐火層を形成し、その上にポリエチレン、架橋ポリエチレンなどからなる絶縁体層を設け、さらに、その上に塩化ビニル樹脂や難燃化ポリエチレンなどからなるシースを設けたもの、あるいは、導体上に耐火テープを巻き付けて耐火層を形成し、その上にポリエチレン、架橋ポリエチレンなどからなる絶縁体層を設けて耐火絶縁線心とし、これを複数本、例えば３本撚り合わせ、その外周に塩化ビニル樹脂や難燃化ポリエチレンなどからなるシースを設けたものなどが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

しかしながら、このような耐火ケーブルにおいては、「消防庁告示第１０号」に規定された耐火性の基準（ＪＩＳＡ１３０４に定める火災曲線（８４０℃−３０分）の温度条件下でも給電が可能である）を満たすまでの耐火性能は得られるものの、それより高い耐火性能を得ようとすると、耐火テープの巻回数を増やすなどの対策が必要であった。これは、主として、耐火テープを構成するマイカ箔が、燃焼時に耐火ケーブルの絶縁体層やシースから発生するイオン性ガスによって浸食される結果、耐火テープの性能が低下することによるものと考えられ、したがって、３心ケーブルなど、絶縁体層やシースの量が多くなればなるほど、耐火ケーブルの性能は低下した。そして、耐火テープの巻回数を増加させた場合には、作業性を低下させるだけでなく、製造コストを増大させ、また、耐火ケーブルの外径や重量を増大させるという問題を生じる。
このため、耐火テープの巻回数を増やすことなく、耐火性能をより向上させることができる耐火ケーブルが求められている。

特開２００１−２０２８３３号公報

本発明は、上記従来技術の課題を解決するためになされたものであり、耐火テープの巻回数を増加させることなく、耐火性能を向上させることができる耐火ケーブルを提供することを目的としている。

本発明は、以下の［１］〜［６］の構成を有する耐火ケーブルを提供する。
［１］導体上に耐火層および絶縁体層を順に備えた耐火ケーブルであって、前記耐火層は、マイカ箔上にシリカ粉末含有層および補強層を順に備える耐火テープで構成され、前記シリカ粉末含有層は、平均粒径１〜１００ｎｍのシリカ粉末が混合された絶縁性接着剤によって形成されており、かつ前記耐火テープは、前記マイカ箔側を前記導体側に向けて巻かれていることを特徴とする耐火ケーブル。
［２］前記マイカ箔に対する前記シリカ粉末の付着量が、１〜６ｇ／ｍ^２の範囲であることを特徴とする［１］の耐火ケーブル。
［３］前記シリカ粉末は、平均粒径が５〜５０ｎｍであることを特徴とする［１］または［２］の耐火ケーブル。
［４］前記絶縁性接着剤は、シリコーン系接着剤であることを特徴とする［１］乃至［３］のいずれかの耐火ケーブル。
［５］前記マイカ箔は表面に微細な凹凸があり、前記シリカ粉末は、前記微細な凹凸内に入り込んでいることを特徴とする［１］乃至［４］のいずれかの耐火ケーブル。
［６］前記シリカ粉末は、前記マイカ箔の表面に層を形成するように付着していることを特徴とする［１］乃至［５］のいずれかの耐火ケーブル。

本発明によれば、耐火テープの巻回数を増加させることなく、耐火性能を向上させることができる耐火ケーブルを提供することができる。

本発明の一実施形態の耐火ケーブルを示す横断面図である。本発明の一実施形態に使用される耐火テープの一例を示す断面図である。実施例２および比較例の耐火ケーブルについて測定した絶縁抵抗の経時変化を示す図であり、（ａ）は露出試験、（ｂ）は電線管試験の結果を示す。

以下、本発明の実施の形態について説明する。説明は図面に基づいて行うが、図面は単に図解のために提供されるものであって、本発明はそれらの図面により何ら限定されるものではない。また、以下の説明において、同一もしくは略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の一実施形態の耐火ケーブルを示す横断面図である。
図１に示すように、本実施形態の耐火ケーブル１０は、銅などからなる導体１１上に、耐火層１２、絶縁体層１３およびシース１４を順に被覆した構造を有する。

耐火層１２は、図２に示すように、厚さ約０．１５ｍｍの集成マイカ箔（例えば、軟質の無焼成集成マイカ箔）２１の片面に、シリカ粉末２２ａを混合させた絶縁性接着剤（例えば、シリコーン系接着剤）を塗布して、例えば、厚さ約１９μｍのシリカ粉末含有層２２を形成し、その上に、補強層２３として、厚さ約２５μｍのポリエチレン、ポリエステルなどのプラスチックフィルム、あるいはガラスクロステープを積層して作製した耐火テープ２０を、導体１１上に、マイカ箔２１側を導体１１側に向けて巻き（例えば、重ね巻きまたは縦添えなど）、その上をガラスヤーン（図示なし）で押え巻きすることにより形成されている。

集成マイカ箔２１の片面に、シリカ粉末２２ａを混合させた絶縁性接着剤を、塗布し、その上に、ポリエチレン、ポリエステルなどのプラスチックフィルムを積層して作製した耐火テープ２０は、作製過程で、シリカ粉末２２ａが集成マイカ箔２１上に沈降し、図２に示すように、集成マイカ箔２１の表面に層を形成するように付着するため、耐火層１２は、集成マイカ箔２１上にシリカ粉末２２ａからなる層を備えた構造となる。

なお、耐火テープ２０として、補強層２３を構成するポリエチレン、ポリエステルなどのプラスチックフィルム上に、シリカ粉末２２ａを混合させたシリコーン系接着剤を塗布し、その上に集成マイカ箔２１を積層して作製したものを用いることもできるが、この場合には、プラスチックフィルム側にシリカ粉末２２ａが沈降するため、燃焼時、場合により、多くのシリカ粉末２２ａが集成マイカ箔２１から剥がれて、十分にその機能を発揮できないおそれがある。したがって、シリカ粉末２２ａの機能を確実に発揮させる観点からは、集成マイカ箔２１の片面に、シリカ粉末２２ａを混合させたシリコーン系接着剤を塗布し、その上に、ポリエチレン、ポリエステルなどのプラスチックフィルムを積層して作製した耐火テープ２０を用いることが好ましい。

耐火テープ２０に含有させるシリカ粉末２２ａは、一次粒子の平均粒径が１〜１００ｎｍのものであり、好ましくは５〜５０ｎｍのものである。平均粒径が１ｎｍ未満では、取り扱いが非常に困難となり、逆に平均粒径が１００ｎｍを超えると、マイカ箔上への沈降効果が抑制されるため、燃焼時、絶縁体層やシースから発生するイオン性ガスを吸着し分解する機能が低下し、耐火性能を向上させることが困難になる。なお、このシリカ粉末の平均粒径は、例えばレーザ回折式粒度分布測定装置を用いて測定することができる。

また、シリカ粉末２２ａの付着量（含有量）は、１〜６ｇ／ｍ^２の範囲が好ましく、２〜５ｇ／ｍ^２の範囲がより好ましく、３〜４ｇ／ｍ^２の範囲がより一層好ましい。付着量が１ｇ／ｍ^２未満では、燃焼時、絶縁体層やシースから発生するイオン性ガスを十分に吸着し分解することができず、耐火性能を十分に向上させることができないおそれがある。また、付着量（含有量）が６ｇ／ｍ^２を超えると、マイカ箔上への沈降効果が低下し、耐火性能を向上させることが困難になる。また、製造コストも上昇する。さらに、集成マイカ箔２１の内部に入り込んだ場合、マイカの積層構造を破壊し、耐火性能をさらに低下させるおそれがある。

シリカ粉末含有層２２には、例えば、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウムなどの水酸化物や、アルミナ、炭酸カルシウムなどの酸化物など、シリカ粉末以外の無機粉末を含有させてもよいが、シリカ粉末以外の無機粉末を含有させることで、耐火性能を向上させる効果が小さくなる。このため、シリカ粉末のみを使用することが好ましい。なお、このようにシリカ粉末以外の無機粉末の使用により、耐火性能を向上させる効果が低下するのは、シリカ粉末以外の無機粉末を併用すると、マイカ箔に直接付着するシリカ粉末の量が相対的に減少することになり、その結果、燃焼時、絶縁体層やシースから発生するイオン性ガスがマイカ箔に到達する量が増えるからと考えられる。

絶縁体層１３は、塩化ビニル樹脂、ポリオレフィンなどの押出しにより形成される。ポリオレフィンとしては、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、中密度ポリエチレン（ＭＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、超低密度ポリエチレン（ＶＬＤＰＥ）、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、ポリプロピレン、ポリイソブチレン、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）、エチレン・アクリル酸メチル共重合体（ＥＭＡ）、エチレン・プロピレン共重合体、エチレン・プロピレン・ジエン三元共重合体、エチレン・ブテン共重合体などが挙げられる。また、メタロセン触媒によりエチレンにプロピレン、ブテン、ペンテン、ヘキセン、オクテンなどのα‐オレフィンや環状オレフィンなどを共重合させたものなども使用することができる。これらは単独または混合して使用される。耐火性能、環境保全性などの観点からは、なかでも、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）の使用が好ましく、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）の単独使用が特に好ましい。

絶縁体層１３を形成するポリエチレンなどの絶縁材料には、酸化防止剤、紫外線安定剤、難燃剤などの添加剤が必要に応じて添加されていてもよい。絶縁体層１３は耐火層１２の外周に断面ドーナツ（円環）形状に形成され、その厚さは、通常、０．８〜２．５ｍｍの範囲である。

シース１４は、塩化ビニル樹脂、ポリオレフィン、これらの樹脂に難燃剤を配合することにより難燃性を付与した難燃性ポリマーなどの押出しにより形成される。ポリオレフィンとしては、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、中密度ポリエチレン（ＭＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、超低密度ポリエチレン（ＶＬＤＰＥ）、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、ポリプロピレン、ポリイソブチレン、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）、エチレン・アクリル酸メチル共重合体（ＥＭＡ）、エチレン・プロピレン共重合体、エチレン・プロピレン・ジエン三元共重合体、エチレン・ブテン共重合体などが挙げられる。また、メタロセン触媒によりエチレンにプロピレン、ブテン、ペンテン、ヘキセン、オクテンなどのα‐オレフィンや環状オレフィンなどを共重合させたものなども使用することができる。これらは単独または混合して使用される。また、難燃性ポリマーに配合される難燃剤としては、酸化アンチモン、酸化モリブデンなどの金属酸化物、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウムなどの金属水和物、ハロゲン系難燃剤、赤リンなどのリン系難燃剤などが挙げられる。

シース１４を形成する材料（シース材料）としては、なかでも、塩化ビニル樹脂、難燃性ポリエチレン、ポリエチレンとエチレン・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）、エチレン・アクリル酸メチル共重合体（ＥＭＡ）などのエチレン系コポリマーとの混合ポリマーに難燃剤を配合したものが、難燃性、耐火性能、耐外傷性、耐候性などの観点から、好ましい。また、環境保全性の観点からは、ノンハロゲン系難燃剤、例えば、水酸化アルミニウムや水酸化マグネシウムなどの金属水和物により難燃化したポリエチレンまたはポリエチレンとエチレン系コポリマーとの混合ポリマーがより好ましい。さらに、端末処理の際の被覆（シース）除去性の観点からは、難燃性ポリエチレンが好ましい。
シース材料には、必要に応じて、架橋剤、架橋助剤、酸化防止剤、滑材などが添加されていてもよい。また、シース材料は、電子線や有機過酸化物などで架橋してもよい。シース１４は絶縁体層１３の外周に断面ドーナツ（円環）形状に形成され、その厚さは、通常、１．５〜３．５ｍｍの範囲である。

このように構成される耐火ケーブル１０においては、マイカ箔２１上に平均粒径１〜１００ｎｍのシリカ粉末２２ａが付着した耐火テープ２０を、マイカ箔２１側を導体１１側に向けて巻く（例えば、重ね巻きまたは縦添えなど）ことにより、耐火層１２が形成されているので、燃焼時、絶縁体層やシースから発生するイオン性ガスは、マイカ箔２１に到達する前に、マイカ箔２１上の平均粒径１〜１００ｎｍのシリカ粉末２２ａにより吸着・分解されるため、マイカ箔２１の絶縁性能低下が抑制される。したがって、耐火テープの巻回数を増加させることなく、耐火性能を向上させることができる。

なお、平均粒径１〜１００ｎｍのシリカ粉末による吸着は、シリカ粉末表面に存在するシラノール基、特に孤立したシラノール基とイオン性ガスの分子との化学反応による、いわゆる化学的吸着であり、例えば、細孔構造を有するシリカゲルのような、毛細管現象によってイオン性ガス分子を細孔に取り込む、いわゆる物理的吸着ではないため、マイカ箔のイオン性ガスによる絶縁抵抗の低下を大きく抑制することができる。すなわち、物理的吸着では、イオン性ガスの分子は吸着後もそのままイオンとして存在するため、マイカ箔の絶縁性能は低下するが、化学的吸着では、イオン性ガス分子は分解されてしまうため、絶縁抵抗の低下が抑制される。
また、シリカ粉末は、このようなイオン性ガスの吸着分解効果に加え、燃焼時、表面で水が生成され、この水による冷却効果によっても、耐火性能が向上すると考えられる。

なお、以上説明した実施形態は、本発明を単心型の耐火ケーブルに適用した例であるが、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、多心型の耐火ケーブルをはじめ、各種耐火ケーブルに広く適用できることはいうまでもない。

多心型耐火ケーブルとしては、例えば、図１に示す耐火ケーブル１０を複数本（例えば、３本）撚り合わせた構造のものや、導体上に、耐火層および絶縁体層を順に設けて耐火絶縁線心とし、これを複数本（例えば、２本）引き揃え、その外周に、シースを設けた構造のもの、さらには、導体上に、耐火層および絶縁体層を設けた耐火絶縁線心を複数本（例えば、３本）、介在とともに撚り合わせ、押えテープで押え巻きし、その外側にシースを施した構造のものなどが挙げられる。介在には、例えば、ジュートや紙、ポリプロピレンヤーンなどが使用される。また、押えテープには、プラスチックテープなどが使用される。

これらの多心型耐火ケーブルにおいても、マイカ箔上に平均粒径１〜１００ｎｍのシリカ粉末を付着させた耐火テープを、マイカ箔側を導体側に向けて巻く（例えば、重ね巻きまたは縦添えなど）ことにより、耐火層が形成されているので、燃焼時、絶縁体層やシースから発生するイオン性ガスは、マイカ箔に到達する前に、マイカ箔に付着させた、平均粒径１〜１００ｎｍのシリカ粉末により吸着・分解されるため、マイカ箔の絶縁性能低下が抑制される。したがって、耐火テープの巻回数を増加させることなく、耐火性能を向上させることができる。多心型耐火ケーブルは、単心型の耐火ケーブルに比べ、燃焼時、イオン性ガスを発生する絶縁体層やシースを構成する有機材料が多いため、より顕著な効果が得られる。

次に、本発明の実施例を具体的に記載するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。

実施例１〜３
０．１５ｍｍ厚の軟質の無焼成集成マイカ箔の表面に、表１に示す量のヒュームドシリカ粉末（平均粒径１６ｎｍ、粒径５〜５０ｎｍ）を混合させたシリコーンワニスを、その付着量が１．８ｇ／ｍ^２（実施例１）、３．６ｇ／ｍ^２（実施例２）または５．４ｇ／ｍ^２（実施例３）となるように塗布し、さらに、その上に約２５μｍ厚のポリエチレンフィルムを積層して、約０．１９ｍｍの耐火テープを製造した。
次いで、得られた耐火テープを、直径２．０ｍｍの銅導体上に、マイカ箔側を導体側に向けて重ね巻きして耐火層を形成した。この耐火層上に、低密度ポリエチレン（密度０．９１９ｇ／ｃｍ^３、ＭＦＲ＝０．９ｇ／１０分）、および、同低密度ポリエチレンに難燃剤を添加した難燃化ポリエチレンを押出しにより順に被覆して、約０．８ｍｍ厚の絶縁体層および約１．５ｍｍ厚のシースを形成し、単心型耐火ケーブルを製造した。

実施例４
実施例２で得られた単心型耐火ケーブル３本をより合わせて、３心型耐火ケーブルを製造した。

比較例１
約０．１５ｍｍ厚の軟質の無焼成集成マイカ箔の表面に、シリカ粉末未配合のシリコーンワニスを塗布し、その上に約２５μｍ厚のポリエチレンフィルムを積層して、従来型の約０．１９ｍｍの耐火テープを製造した。
得られた耐火テープを用いて、実施例と同様に、耐火層を形成し、さらに、この耐火層上に、絶縁体層およびシースを形成して、単心型耐火ケーブルを製造した。

比較例２
比較例１で得られた単心型耐火ケーブル３本をより合わせて、３心型耐火ケーブルを製造した。

上記各実施例および各比較例で得られた単心型または３心型耐火ケーブルについて、消防庁告示第１０号に基づく耐火試験（８４０℃−３０分間）を行い、耐火性を評価した。また、消防庁告示第１０号に基づく耐火試験（８４０℃−３０分間）直後、および加熱条件を９２５℃、６０分に延長した耐火試験直後の絶縁抵抗および絶縁破壊電圧を測定した。これらの結果を表１に併せ示す。
なお、表１には、各実施例および比較例で作製した耐火テープについて測定した耐火試験（９２５℃−６０分間）後の絶縁破壊電圧を併せ示した。この測定は、各耐火テープから切り出した２枚の試験片を塩化ビニル樹脂からなるシートを介して重ね合わせ、９２５℃−６０分間の雰囲気で加熱し、その直後、重ね合わせた２枚の試験片の両面に電極を配置して行ったものである。
さらに、実施例２および比較例１について、加熱開始からの絶縁抵抗の経時変化を調べた。これらの結果を図３に示す。図３（ａ）は露出試験による結果、また、図３（ｂ）は電線管試験による結果を示している。

表１からも明らかなように、シリカ粉末をマイカ箔上に付着させた耐火テープを用いた実施例では、いずれも従来型の耐火ケーブルに比べて耐火性能、特に耐火試験後の絶縁破壊電圧が向上しており、なかでも、シリカ粉末の付着量が２〜５ｇ／ｍｍ^２の範囲にある実施例２で、耐火試験後の絶縁破壊電圧が大きく増大した。また、その効果は、単心型よりイオン性ガスの発生量の多い多心型耐火ケーブルで大きく、このことから、シリカ粉末によるイオン性ガスの吸着・分解が耐火性の向上に大きく寄与したと推定される。

また、耐火試験の加熱終了後の絶縁抵抗については、特に、単心型耐火ケーブルの例で比較例と実施例でさほど大きな相違は認められないものの、図３から明らかなように、加熱開始１０〜２０分後における絶縁抵抗の落ち込みが比較例で大きく、さらに、その落ち込みが、電線管試験で大きくなっていることから、シリカ粉末が、絶縁体層やシースから発生したイオン性ガスを吸着・分解していることがわかる。

１０…耐火ケーブル、１１…導体、１２…耐火層、１３…絶縁体層、１４…シース、２０…耐火テープ、２１…マイカ箔、２２…シリカ粉末含有層、２２ａ…シリカ粉末、２３…補強層。

Claims

導体上に耐火層および絶縁体層を順に備えた耐火ケーブルであって、
前記耐火層は、マイカ箔上にシリカ粉末含有層および補強層を順に備える耐火テープで構成され、
前記シリカ粉末含有層は、平均粒径１〜１００ｎｍのシリカ粉末が混合された絶縁性接着剤によって形成されており、かつ
前記耐火テープは、前記マイカ箔側を前記導体側に向けて巻かれていることを特徴とする耐火ケーブル。
前記マイカ箔に対する前記シリカ粉末の付着量が、１〜６ｇ／ｍ^２の範囲であることを特徴とする請求項１記載の耐火ケーブル。
前記シリカ粉末は、平均粒径が５〜５０ｎｍであることを特徴とする請求項１または２記載の耐火ケーブル。
前記絶縁性接着剤は、シリコーン系接着剤であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の耐火ケーブル。
前記マイカ箔は表面に微細な凹凸を有し、前記シリカ粉末は、前記微細な凹凸内に入り込んでいることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の耐火ケーブル。
前記シリカ粉末は、前記マイカ箔の表面に層を形成するように付着していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の耐火ケーブル。