JPH09204818A - 電気絶縁部材、電力ケーブルおよび電力ケーブル用接続部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 優れた電気特性、特に高いＡＣ特性およびイ
ンパルス耐電圧特性をもち、かつ低温脆性に優れた絶縁
部材を提供すること。 【解決手段】 シンジオタクチックペンタッド分率が
０．７以上のシンジオタクチックポリプロピレン５０〜
９５重量％とエチレン−α−オレフィン共重合体５〜５
０重量％とを含む樹脂組成物からなる電気絶縁部材、そ
れを絶縁層としてなる電力ケーブルおよび電力ケーブル
接続用部材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電気絶縁部材、それ
を用いた電力ケーブルおよびケーブル接続部材に関す
る。さらに詳しくはシンジオタクチックポリプロピレン
を含む電気絶縁部材、およびこれを絶縁層または絶縁体
として使用する電力ケーブルおよび電力ケーブル用接続
部材に関する。

【０００２】

【従来技術・発明が解決しようとする課題】従来より電
気絶縁材料として使用されてきたアイソタクチックポリ
プロピレン（以下、「ｉ−ＰＰ」ともいう）は、本質的
に剛直であるため、バルク材料としての電気絶縁用途に
制限を受けるうえ、薄いシート状、あるいは他の材料と
の複合状態にしても、剛直性、低温脆性（クラックの生
じやすさ）の点から不適である場合が多いのが欠点であ
った。

【０００３】低温脆性が悪い材料を用いた電力ケーブル
を特に寒冷地で使用した場合、ケーブルの機械的な破壊
が起こりやすい。すなわち、電力ケーブルの布設環境は
厳冬期では例えば−２０℃以下になることもある。その
ような場合、ｉ−ＰＰを用いた絶縁層はクラックが生じ
やすく、そのため通電がストップする等の問題が生じる
場合がある。また狭小な場所に電力ケーブルを布設する
場合、布設場所に合わせてケーブルを曲げる必要がある
が、ｉ−ＰＰは剛直であるため曲げることが難しく、布
設が困難、また不必要な布設スペースがいる等という問
題も生じる。電力ケーブルの中間接続構造物中の絶縁部
に、剛直性、低温脆性に問題のある材料を使用した場合
も、上記と同じ問題が生じる。

【０００４】他に使用される汎用電気絶縁部材の材料と
して、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）やエチレンプロ
ピレンゴム（ＥＰゴム）等が挙げられる。しかしこれら
を用いた絶縁部材は、高度な電気特性や物性が求められ
る昨今の電力ケーブル等においては、必ずしも満足のい
くものではない。特に電力ケーブルおよび電力ケーブル
における接続部の絶縁体として用いる場合は、より優れ
たＡＣ特性およびインパルス耐電圧特性が要求されてい
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは各種の材料
について、電気絶縁材料への適用可否を検討したとこ
ろ、シンジオタクチックポリプロピレン（以下、「ｓ−
ＰＰ」ともいう）とエチレン−α−オレフィン共重合体
とを含む材料が、従来の汎用電気絶縁材料であるＬＤＰ
ＥやＥＰゴムよりも高度な電気特性を有し、かつｉ−Ｐ
Ｐよりも耐低温脆性に優れた部材を提供しうることを見
いだした。さらにこれを絶縁層、絶縁体として使用した
電力ケーブルおよびケーブル接続用絶縁体は、高いＡＣ
特性およびインパルス耐電圧特性を示すことを確認し
た。

【０００６】即ち本発明は、シンジオタクチックペンタ
ッド分率が０．７以上のシンジオタクチックポリプロピ
レン５０〜９５重量％とエチレン−α−オレフィン共重
合体５〜５０重量％とを含む樹脂組成物からなる電気絶
縁部材に関する。

【０００７】さらに本発明は、シンジオタクチックペン
タッド分率が０．７以上のシンジオタクチックポリプロ
ピレン５０〜９５重量％とエチレン−α−オレフィン共
重合体５〜５０重量％とを含む樹脂組成物からなる電気
絶縁層を有する電力ケーブル、および電力ケーブル用接
続部材に関する。

【０００８】本発明で使用されるｓ−ＰＰは、シンジオ
タクチック構造を有するポリプロピレンの単独重合体の
みならず、プロピレンと他のオレフィンとの共重合体も
含む概念であり、以下の説明においては、当該共重合体
を含めてｓ−ＰＰという。本発明においては、ホモポリ
マーであるｓ−ＰＰが好ましい。

【０００９】本発明で使用されるｓ−ＰＰは、そのシン
ジオタクチックペンタッド分率が０．７以上であること
が必要である。ここでシンジオタクチックペンタッド分
率とは、１３５℃の１，２，４−トリクロロベンゼン溶
液で６７．８ＭＨｚにて測定した１３Ｃ−ＮＭＲスペク
トルにおいてテトラメチルシランを基準として２０．２
ｐｐｍに観測されるピーク強度（シンジオタクチックペ
ンタッド連鎖に帰属されるメチル基のピーク強度）のプ
ロピレン単位の全メチル基に帰属されるピーク強度の割
合をいう。シンジオタクチックペンタッド分率が０．７
未満のｓ−ＰＰは、融点が低く、かつ電気的破壊強度や
機械特性も低下するので、本発明の電気絶縁部材を製造
する材料として使用すべきでない。上記シンジオタクチ
ックペンタッド分率は、好ましくは耐電界性の点から
０．８〜０．９５、さらに好ましくは加工性の点から
０．８６〜０．９５である。

【００１０】さらに上記ｓ−ＰＰは、ＡＳＴＭ−Ｄ−１
２３８で規定するメルトフローレート（ＭＦＲ）（荷
重：１０ｋｇｆ、温度：２３０℃）が、０．１〜２０ｇ
／１０分の範囲をもつものが好ましい。ｓ−ＰＰのＭＦ
Ｒが上記範囲内であれば、高温で流動性が過大になりす
ぎることもなく、逆に流動性が過少となりすぎることも
なく、いずれのものも、優れた加工性をもつ電気絶縁部
材となる。上記ＭＦＲのさらに好ましい範囲は高温流動
性の点から０．３〜１５ｇ／１０分、特に好ましい範囲
は押出加工性および成型加工性の点から０．５〜１０ｇ
／１０分である。

【００１１】上記ｓ−ＰＰの製造法には特に制限はな
い。即ち、用いられる重合触媒としては、対称もしくは
非対称分子構造を有する有機金属錯体系触媒、例えばメ
タロセン化合物等の立体特異性重合触媒等が使用しう
る。また、重合条件にも特に制限はなく、例えば、塊状
重合法、気相重合法、不活性溶媒を用いる溶液重合法等
の方法によって製造しうる。特にメタロセン化合物を触
媒として使用してイオン重合法で得られた重合体が好ま
しい。

【００１２】本発明で用いるエチレン−α−オレフィン
共重合体として、たとえば、炭素数３〜１２のα−オレ
フィンとエチレンとの共重合体が挙げられる。α−オレ
フィンは直鎖状あるいは分岐状であってもよく、たとえ
ば、プロピレン、１−ブテン、１−ペンテン、１−ヘキ
セン、４−メチル−ペンテン、１−ヘプテン、１−オク
テン等が挙げられる。エチレン−α−オレフィン共重合
体の製造法には特に制限はないが、エチレンと他のα−
オレフィンとの共重合特性の良好な触媒系が好ましく使
用され、対称もしくは非対称分子構造を有する有機金属
錯体系触媒、バナジウム系、チタン系の遷移金属触媒系
が例示される。なかでも低温脆性の点から遷移金属触媒
であるメタロセン化合物を触媒として用いて製造された
ものが特に好ましい。エチレン−α−オレフィン共重合
体のＭＦＲ（１９０℃）は、通常、０．０１〜１０ｇ／
１０分、好ましくは０．３〜５ｇ／１０分程度である。
またＪＩＳ−Ｋ−６３０１で規定する破断時の伸び〔破
断時の伸び量／元の長さ×１００（％）〕は、通常、５
５０〜９５０％、好ましくは６５０〜９００％程度であ
る。エチレン−α−オレフィン共重合体の具体例とし
て、たとえば、エチレン−プロピレン共重合体、エチレ
ン−プロピレン−ジエン共重合体等が挙げられる。これ
らのエチレン−α−オレフィン共重合体は、１種または
２種以上の混合物としても用いることができる。ジエン
として、たとえば、エチリデンノルボルネン、ジシクロ
ペンタジエン、１，４−ヘキサジエン等が挙げられる。
これらの中でも、低温脆性の点から炭素数が４〜１２、
特に炭素数が４、６または８のα−オレフィンとエチレ
ンとの共重合体が好ましい。さらに好ましくは、炭素数
４、６または８のα−オレフィンとエチレンとの共重合
体であって、ＭＦＲが０．０１〜１０ｇ／１０分、エチ
レン含量が９０〜２０重量％、破断時の伸びが７５０〜
９００％のもの、そのなかでも低温脆性の点から炭素数
８のα−オレフィンとエチレンとの共重合体であって、
かつＭＦＲが０．３〜５．０ｇ／１０分、破断時の伸び
が７５０〜９００％のものが好ましい。

【００１３】エチレン−α−オレフィン共重合体の市販
品としては、たとえば、住友化学社製スミカセン−Ｌ
ＦＡ１０１−１（ＭＦＲ：０．８ｇ／１０分）、住友化
学社製エクセレンＶＬ−１００（ＭＦＲ：０．８ｇ／１
０分、破断時の伸び：９００％）、住友化学社製エクセ
レンＥＵＬ−１３０（ＭＦＲ：０．８ｇ／１０分、破断
時の伸び：７７０％）、三井石油化学社製タフマーＡ−
４０９０（ＭＦＲ：３．６ｇ／１０分、破断時の伸び：
７００％）、ダウ・ケミカル社製エンゲージＣＬ８００
１（ＭＦＲ：０．５ｇ／１０分、破断時の伸び：８８０
％）、ダウ・ケミカル社製エンゲージＣＬ８００２（Ｍ
ＦＲ：１．０ｇ／１０分、破断時の伸び：８００％）、
エクソン社製イグザクト、三菱化学社製カーネル、三井
石油化学社製スーパーポリエチレン等が挙げられる。こ
れらの中でも、特にダウ・ケミカル社製エンゲージＣＬ
８００２が好ましい。

【００１４】ｓ−ＰＰとエチレン−α−オレフィン共重
合体との混合比率は、ｓ−ＰＰがｓ−ＰＰとエチレン−
α−オレフィン共重合体の合計に対して５０〜９５重量
％で、エチレン−α−オレフィン共重合体がｓ−ＰＰと
エチレン−α−オレフィン共重合体の合計に対して５〜
５０重量％である。ｓ−ＰＰの混合比率が９５重量％を
超えると耐低温脆性が低下し、ｓ−ＰＰの混合比率が５
０重量％未満であると電気的破壊特性が低下する。好ま
しい混合比率は、耐低温脆性および電気的破壊特性の点
からｓ−ＰＰが６０〜９０重量％、エチレン−α−オレ
フィン共重合体が１０〜４０重量％であり、さらに好ま
しい混合比率は、ｓ−ＰＰが７５〜８５重量％、エチレ
ン−α−オレフィン共重合体が１５〜２５重量％であ
る。

【００１５】ｓ−ＰＰとエチレン−α−オレフィン共重
合体とを含む樹脂組成物には、必要に応じて、ヒンダー
ドフェノール系、アミン系、チオエーテル系等の酸化防
止剤あるいは安定剤、アミド、ヒドラジッド系等の銅害
防止剤、ベンゾフェノン系、ベンゾイン系等の紫外線防
止剤、高級脂肪酸系あるいはその金属塩系等の滑剤、加
工助剤、有機・無機系顔料、有機・無機系難燃剤、およ
びシリカやクレー等の充填剤等、プラスチックに通常用
いられる添加剤を添加しても良い。

【００１６】本発明でいう電気絶縁部材とは、電気絶縁
紙、油浸絶縁体、テープ、シート、スペーサー、プラ
グ、ソケット、パイプ、絶縁棒、各種電装成型品、回路
部品、封止材料等が挙げられ、これらの部材はそれぞれ
既知の方法によって成型される。

【００１７】上記電力ケーブルの製造法に特に制限はな
く、自体既知の方法によって形成される。たとえば、押
出被覆法によって導体上に連続被覆して形成される。ま
た、本発明のケーブルの構造としては、導体上に単独一
層で絶縁体を被覆したもの、さらにシース層を被覆した
もの、導体にセパレーターを施したものが挙げられる。
また、導体上及び絶縁体上に半導電層を付与したもので
あってもよい。

【００１８】本発明でいうケーブル接続部材の絶縁部分
として、その絶縁体が押出し機によってあらかじめ設定
された形状を有する金型内キャビティに連続的に溶融状
態で押出充填されて接続構造体の絶縁部分を構成する押
出モールド型接続部（ＥＭＪ）、絶縁体をあらかじめ設
定された形状にまず予備成型し、いったん冷却して得ら
れたプレモールド絶縁体を当該接続部にはめ込んだ後、
これを加圧下で溶融加熱し、接続構造体の絶縁部分を完
成させるブロックモールド型接続部（ＢＭＪ）、絶縁体
をまずテープ状に加工し、あらかじめ設定された形状に
沿って巻き上げた後、外部から金型を装着し、これを加
圧下で溶融加熱し、接続構造体の絶縁部分を成型するテ
ープ接続部（ＴＭＪ）、全ての接続部構成部分をあらか
じめ成型しておき、それらを接続作業時点で組み立てる
プレハブ接続部（ＰＭＪ）等が例示できる。

【００１９】本発明のｓ−ＰＰとエチレン−α−オレフ
ィン共重合体とを含む樹脂組成物から製造される絶縁部
材の室温でのインパルス破壊電界強度は、従来の低密度
ポリエチレン（ＬＤＰＥ）よりも１４〜１９％高く、室
温でのＡＣ破壊電界強度は、ＬＤＰＥよりも３〜１７％
高い。さらに脆化温度はｉ−ＰＰよりも３９〜９５℃も
低い。

【００２０】上記した本発明の電気絶縁部材は、電気特
性（ＡＣ破壊電界強度、インパルス破壊電界強度）に優
れているうえ、脆化温度が−１０℃以下と非常に低く、
低温脆性のも優れている。

【００２１】以下、実施例を用いて本発明をさらに詳し
く説明するが、本発明はこれら実施例に限定されない。

【００２２】

【実施例】

実施例１〜８、比較例１〜９ 表１、２に示す各ポリマー（数字は重量部）をロールミ
ルを用いて１８０℃にて混練し、圧縮成型器中で１８０
℃で１５分間溶融成型し、厚さ０．３ｍｍおよび１０．
０ｍｍのシートを得た。０．３ｍｍ厚シートは室温での
インパルス破壊試験およびＡＣ破壊試験を行い、１０．
０ｍｍ厚シートは脆化温度試験を行った。

【００２３】

【表１】

【００２４】

【表２】

【００２５】表１、２中のポリマーは以下の通り。 ｓ−ＰＰ（１）：シンジオタクチックペンタッド分率：０．９５ ＭＦＲ：１４．００ｇ／１０分 ｓ−ＰＰ（２）：シンジオタクチックペンタッド分率：０．８０ ＭＦＲ：８．９０ｇ／１０分 エチレン−α−オレフィン共重合体（３）： α−オレフィン：炭素数４（１−ブテン） 住友化学社製、スミカセン−Ｌ ＦＡ１０１−１ ＭＦＲ：０．８ｇ／１０分 エチレン−α−オレフィン共重合体（４）： α−オレフィン：炭素数６ 住友化学社製、スミカセン−α ＦＺ１０２−０ ＭＦＲ：０．８ｇ／１０分 エチレン−α−オレフィン共重合体（５）： α−オレフィン：炭素数６ 住友化学社製、スミカセン−α ＦＺ１０２−０ ＭＦＲ：０．８ｇ／１０分：破断の伸び：７７０％ エチレン−α−オレフィン共重合体（６）： α−オレフィン：炭素数４ 三井石油化学社製、タフマーＡ−４０９０ ＭＦＲ：３．６ｇ／１０分：破断時の伸び：７７０％ エチレン−α−オレフィン共重合体（７）： α−オレフィン：炭素数８（１−オクテン） ダウ・ケミカル社製、エンゲージＣＬ８００１ ＭＦＲ：０．５ｇ／１０分：破断時の伸び：８８０％ メタロセン触媒を使用して重合 エチレン−α−オレフィン共重合体（８）： α−オレフィン：炭素数８（１−オクテン） ダウ・ケミカル社製、エンゲージＣＬ８００２ ＭＦＲ：１．０ｇ／１０分：破断時の伸び：８００％ メタロセン触媒を使用して重合 ｓ−ＰＰ（１０）：シンジオタクチックペンタッド分率：０．６０ ＭＦＲ：１．２０ｇ／１０分 ｉ−ＰＰ（１１）：三井石油化学製、Ｊ６００ ＭＦＲ：７．０ｇ／１０分 ＬＤＰＥ（１２）：三菱化学製、ＺＦ−３０ ＭＦＲ：１．１ｇ／１０分、破断時の伸び：７４０％

【００２６】（インパルス破壊試験）改良型ＭｃＫｅｏ
ｗｎ電極系にて１×４０μｓｅｃの負極インパルス標準
波を予想破壊電圧の７０％値を初期値として、室温にて
５ｋＶ／３回印加のステップアップ昇圧方式で課電し
た。なお、１条件につき１０試料のデータを採取し、ワ
イブル解析の後、破壊確率６３．３％における破壊値を
もってその試料のインパルス耐圧値とした。 ○：３００ｋＶ／ｍｍ以上 ×：３００ｋＶ／ｍｍ未満

【００２７】（ＡＣ破壊試験）改良型ＭｃＫｅｏｗｎ電
極系にて予想破壊電圧の７０％値を初期値として、室温
にて１ｋＶ／１分印加のステップアップ昇圧方式で課電
した。なお、１条件につき１０試料のデータを採取し、
ワイブル解析の後、破壊確率６３．３％における破壊値
をもってその試料のＡＣ耐圧値とした。 ○：３０ｋＶ／ｍｍ以上 ×：３０ｋＶ／ｍｍ未満

【００２８】（脆化温度試験）脆化温度試験装置にて、
試験片を試験温度雰囲気に３±０．１分間置いた後、打
撃ハンマによって２±０．２ｍ／ｓの速度で１回の衝撃
を加え、破壊の有無を調べた。５個の試験片が全て未破
壊であった温度を脆化温度とした。なお、試験片が完全
に２つあるいはそれ以上に分離した場合を破壊とみな
し、裂け目およびひびの生成は破壊とみなさなかった。 ◎：−２０℃以下 ○：−２０℃を超え、−１０℃以下 ×：−１０℃を超える

【００２９】結果を表３および４に示す。

【００３０】

【表３】

【００３１】

【表４】

【００３２】実施例９ 実施例５で用いた組成物を、３０ｍｍφ押出機により、
銅撚線導体（直径：２ｍｍ）上に厚さ１ｍｍに連続押出
被覆してケーブルを作成した（押出温度条件：Ｃ₁ ：１
８０℃、Ｃ₂ ：１８５℃、Ｃ₃ ：１８１℃、Ｄ：１８０
℃）。ＪＩＳＣ ３００５に準じて、インパルス破壊試
験、ＡＣ破壊試験および脆化温度試験を行った。結果
は、インパルス破壊試験：○、ＡＣ破壊試験：○、およ
び脆化温度試験：◎であった。

【００３３】実施例１０ 実施例５で用いた組成物を、９０ｍｍφ押出機により、
ケーブル接続部上に押出モールドし、ケーブル接続用補
強絶縁体を作成した（押出温度条件：Ｃ₁ ：１８０℃、
Ｃ₂ ：１８５℃、Ｃ₃ ：１８１℃、Ｄ：１８０℃）。Ｊ
ＩＳ Ｃ ３００５に準じて、インパルス破壊試験、Ａ
Ｃ破壊試験および脆化温度試験を行った。結果は、イン
パルス破壊試験：○、ＡＣ破壊試験：○、および脆化温
度試験：◎であった。

【００３４】

【発明の効果】ｓ−ＰＰおよびエチレン−α−オレフィ
ンを含む本発明の電気絶縁部材は、優れた電気特性をも
ち、さらに脆化温度も低く低温脆性に優れている。従っ
て、これを電力ケーブルの絶縁層として、あるいは電力
ケーブル接続部の絶縁部分に使用すると優れた電気特性
および低温脆性をもつ電力ケーブルおよびケーブル接続
部となる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 寛 兵庫県尼崎市東向島西之町８番地 三菱電 線工業株式会社内 (72)発明者 前田 重徳 大阪府高石市高砂１丁目６番地 三井東圧 化学株式会社内 (72)発明者 内川 進隆 東京都千代田区霞が関三丁目２番５号 三 井東圧化学株式会社内 (72)発明者 吉野 勝美 大阪府岸和田市尾生町166−３

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シンジオタクチックペンタッド分率が
   ０．７以上のシンジオタクチックポリプロピレン５０〜
   ９５重量％とエチレン−α−オレフィン共重合体５〜５
   ０重量％とを含む樹脂組成物からなる電気絶縁部材。
2. 【請求項２】 エチレン−α−オレフィン共重合体のα
   −オレフィンの炭素数が４〜１２である請求項１記載の
   電気絶縁部材。
3. 【請求項３】 α−オレフィンの炭素数が４、６または
   ８である請求項２記載の電気絶縁部材。
4. 【請求項４】 エチレン−α−オレフィン共重合体が遷
   移金属触媒により重合された共重合体である請求項１記
   載の電気絶縁部材。
5. 【請求項５】 遷移金属触媒がメタロセン化合物である
   請求項４記載の電気絶縁部材。
6. 【請求項６】 シンジオタクチックペンタッド分率が
   ０．７以上のシンジオタクチックポリプロピレン５０〜
   ９５重量％とエチレン−α−オレフィン共重合体５〜５
   ０重量％とを含む樹脂組成物からなる電気絶縁層を有す
   る電力ケーブル。
7. 【請求項７】 シンジオタクチックペンタッド分率が
   ０．７以上のシンジオタクチックポリプロピレン５０〜
   ９５重量％とエチレン−α−オレフィン共重合体５〜５
   ０重量％とを含む樹脂組成物からなる電力ケーブル用接
   続部材。