JPS5841741B2 - 高分子物質の成形架橋装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高分子物質の架橋成形品、たとえば架橋高分
子絶縁電線の製造に好適の新規な成形架橋装置に関する
。

長尺のランド部を有する所謂長尺ランドダイスの両端に
設けたターミナル間に交流又は直流を直接課電して、長
尺ランド部の電気抵抗にもとずく発熱により、該ランド
部内を通過する高分子物質を加熱して架橋する方法は、
米国特許第 ２．６１６，１２６号、米国特許第２，５８１，７６９
号等により従来公知である。

上記通電加熱方法某≧２尺ランドダイスの他の加熱方法
、たとえば許第３，０５４，１４２号で用いられている
。

加熱用ジャケットや米国特許第３，９２８，５２５号で
用いられているバンドヒータ等を用いる方法に比較して
設備費用が安価であり、しかも運転操作が簡便であるな
どの利点を有してはいるが、ジャケットやバンドヒータ
等を用いる場合と比較して架橋成形品の生産速度が１０
〜５０％程度低下するという重大な欠点がある。

通電加熱法のこの欠点は、長尺ランド部全長を所望の架
橋温度たとえば２５０℃に設定しようとしても操業平衡
状態においては長尺ランド部の入口側程温度が低くなる
ような温度勾配が生じることに由来する。

温度勾配の生じる理由は、ダイスの入口側においては押
出機より供給された低温度（通常１００〜１３０℃）の
高分子物質が、ダイスの熱を奪うためであるが、このダ
イス入口側でのダイス温度の低下は、ダイス内高分子物
質の架橋反応速度を低下せしめるので、必然的に架橋成
形品の生産速度が低下する。

ダイスのサイズ、ダイスに供給される高分子物質の温度
等によっても異なるが、長尺ランドの入口側温度は出口
側温度より８０℃近くも低くなることがある。

通電加熱方法におけるこのようなダイス温度の低下は、
ターミナル間の課電圧を上昇させてダイスの発熱量を増
大させることにより一見解決できそうであるが、その場
合には、長尺ランドの出口側近傍におけるダイス温度の
上昇のために高分子物質の熱劣化が生じるので実際上採
用できない。

また、長尺ランドダイスを用いる成形架橋においては、
成形架橋面の生産速度は長尺ダイスの一層の長尺化によ
り解決可能であるが、生産速度を、たとえ１０％アップ
させるとしても、それに要する設備費は、相当高額とな
る。

上記事情に鑑み、本発明は上記欠点を克服した通電加熱
式の高分子物質用成形架橋装置を提案するものであって
通電加熱に必要な電気抵抗を有する成形架橋用の長尺ラ
ンドダイスと、該ダイス内を通過する高分子物質を加熱
により架橋し得る電気容量を有する電源とからなり、か
つ該電源の一端は上記長尺ランド部の両端部に、他端は
上記長尺ランド部の中間部にそれぞれ接続されてなるこ
とを特徴とするものである。

本発明によれば、長尺ランド部両端のターミナル間の温
度差は、従来法と比較して大巾に減少するので成形架橋
の生産速度の向上が可能となり、しかも通電加熱方法の
前記した利点は悉くそのまま生かすことができる。

以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。

第１図Ｅ本発明の１実施例の断面図、第２図は、第１図
の潤滑油供給装置部分の拡大断面図、第３図は第１図で
用いるターミナル２６の斜視図である。

第１図乃至第３図において、長尺ランドダイス２３は、
ランド部４３を有するテーパ部２５とランド部２４との
接続体からなっており、テーパ部２５とランド部２４と
は、それら部材先端のフランジ４１と４４とにより潤滑
剤供給装置４６と、四弗化ポリエチレン、ポリアミド、
イミド等の耐熱電気絶縁性材料よりなる電気絶縁層４５
とを介して接続されている。

フランジ４１．４４の連結ボルト６０挿入部にも耐熱絶
縁層６１が介在されていることは言うまでもない。

層４５の材料としてランド部２４の体積抵抗率より著し
く大きな体積抵抗率を有する金属材も使用し得る。

電気絶縁層４５は、０．５〜５朋程度の薄層のもので充
分であるので、第１図の長尺ランドダイスにおいては、
その長尺ランド部は、実質ランド部４３、潤滑油供給装
置４６、ランド部２４とからなる。

高分子物質の成形加工時、潤滑剤は潤滑剤供給装置４６
内に設けられた通路５５を経て環状の油溜め室５６に到
り、ここより潤滑剤供給装置４６とフランジ４４との合
わせ目の間隙、もしくは潤滑剤供給装置４６又はフラン
ジ４４の壁に設けられた溝を通過して、ランド部２４の
内壁面に供給される。

潤滑剤としては、通常の天然又は合成の潤滑油が用いら
れるが、成形架橋される高分子物質が有機過酸化物架橋
剤を含むときは、米国特許第３．９２８，５２５号に記
載のものを用いることが好ましい。

ランド部２４の両端外側にはターミナル２６．２７が、
又その中間にはターミナル２８が設置されている。

ターミナル２６は、螺合部の一方のみが長寸となってい
るクランプ４１と半割のアダプター４８とからなり、ク
ランプ４１のしめつけによりアダプターを介して長尺ラ
ンドダイス２３の外表面に密着されている。

クランプ４７の長寸螺合部の先端にはフレキシブル導体
束４９が接続されている。

ターミナル２７，２８はターミナル２６と同構造であり
、ターミナル２６及び２７のフレキシブル導体束は交流
又は直流の電源３１のターミナル３２に接続されたブス
バー２９にそれぞれ接続され、ターミナル２８のフレキ
シブル導体束はブスバー３０を介して電源３１の他方の
ターミナル３３に接続されている。

各ターミナル２６，２７，２８と長尺ランドダイス２３
との接触が不良であると、通電加熱時に、それら接触点
の大きな電気抵抗にもとずく局部発熱が生じたり、長尺
ランドダイス２３に供給する電力が不安定となったりす
るので注意を要する。

しかし第２図に示すようなターミナルを用いる場合には
、クランプ４γをしっかりとしめつけて、半割アダプタ
ー４８をダイス表面に十分圧接することにより上記のト
ラブルを避は得る。

なおその場合、ターミナル２６と２１の各アダプターは
それが長尺ランドダイス２３と接触する面積をランド部
２４の横断面面積の少くとも２０倍程度、ターミナル２
８のアダプターのそれは少くとも４０倍程度とすれば一
層好ましい。

長尺ランドダイス２３は通電加熱されるとかなり熱膨張
し、ターミナル２６−２８，２６−２γ間の距離が変化
するので、各ターミナルはフレキシブル導体で電源に接
続されることは好ましいことである。

長尺ランドダイス２３の長尺ランド部の外側は、アスベ
スト、ガラスクロス等の保温材からなる保温層５９によ
り保温されている。

保温層５９の保温が不適切であると第１図上方のグラフ
における線分２１の如くに温度勾配を生せしめることが
あるので注意を要する。

保温層５９がない方が好ましい場合もある。長尺ランド
ダイス２３の材質は成形架橋用ダイスとし７て要求され
る機械強度、耐熱性を有し、かつ通電加熱に必要な電気
抵抗を有するものであれば特に制限はないが、１〜１０
３Ωα、好ましくは１０〜１０２Ωαの体積抵抗率を有
する金属材、とりわけ鉄、鉄合金たとえばステンレス、
カーボンスチール等が好ましい。

長尺ランドダイス２３のランド部の肉厚は、ランド部の
長さによって異なるが、ランド長が１〜２０ｍの場合で
３〜２０間程度、ランド長が２０〜５０ｍの場合で５〜
２５職程度が適当である。

長尺ランドダイス２３は、そのランド部の全長が５胤以
上である場合には、長さ０．５〜３ｍ程度のピースを複
数筒縦続接続して形成してもよい。

その場合、ピース同志の接続はフランジ接続、ネジ込み
接続などの公知の方法で行い得、又その接続面積、接続
圧力等をターミナル２６等のとりつけと同様の要領で大
きくすることにより、接続不良による局部発熱は実際上
問題にしなくても良い程度に抑えることが出来る。

電源３１としてはターミナル２６と２７間を所望の架橋
温度に加熱し得る電気容量を有するものが必要であって
、その電気容量はターミナル２６と２１間の距離、架橋
温度により異なるが、たとえば、架橋温度２００℃でタ
ーミナル２６と２７との間隔が１０ｒｒＬの場合、架橋
温度２８０℃で、ターミナル２６と２１との間隔が３０
ｍの場合では、それぞれ約５０ＫＷ、約１５０ＫＷ程度
のものが適当である。

課電圧は５０Ｖ以下、特に３０Ｖ以下とするのが好まし
い。

長尺ランドダイス２３は、そのテーパ部において、ネジ
３４によりクロスヘッド３６に接続されており、またそ
のランド部の出口端は、電気絶縁材料５７を介して水冷
装置４０とフランジ接続されている。

前記クロスヘッド３６は、ホルダー３９により固定され
たニップル３８を内蔵しており、かつ、スクリュー３γ
を内蔵した押出機３５の押出口と連通されている。

さて、上記装置を用いて架橋高分子絶縁電線を製造する
場合、加熱により架橋し得る高分子物質たとえば、有機
過酸化物架橋剤を配合したポリオレフィンを押出機３５
より導体Ｗ上に供給する。

導体Ｗはニップル３８、長尺ランドダイス２３、及び水
冷装置４０を順次通過して連続的に走行している。

長尺ランド部の内壁には潤滑剤を供給し、通電加熱によ
り長尺ランド部を必要な架橋温度に保持する。

導体Ｗ上に押出機３５から連続供給された高分子物質は
、潤滑剤の作用により、長尺ランド部内を導体Ｗととも
に円滑に通過し、その間成形されるとともに加熱架橋さ
れる。

次いで、水冷部に至って高圧の冷却水５０により冷却さ
れる。

かくして架橋高分子絶縁電線５１が製造される。

次に本発明の顕著な効果を説明する。

第１図上方に示すグラフにおいて実線４２はターミナル
２６と２１間を等しく所望の温度Ｔ２に設定したときの
理想的直線である。

点線２１は、従来の通電加熱法即ちターミナル２６と２
Ｔ間に電圧を印加した場合に生じる温度勾配を示すもの
であって、この点線２１で示される温度勾配の生じる理
由は先に説明した通りである。

これに対して本発明装置においてはターミナル２６と２
７間は理想的直線４２に近い温度勾配となる。

その理由は次のとおりである。

即ち、ある瞬間におけるターミナル２６と２８間（以下
前半部と略称する）及びターミナル２７と２８間（以下
後半部と略称する）における電気抵抗、電流及び発熱量
をそれぞれＲ１・Ｒ２，ｔｌ・１２及びＱｌ・Ｑ２とし
た場合、高分子物質を供給する前においてはランド部２
４の厚みが全長にわたり均一であるので、Ｒ１＝ Ｒ２
ｐ １１ ＝ １２ ＊Ｑ１＝ Ｑ２となる。

次いで高分子物質がランド部２４を通過することにより
、前半部の温度が低下すると、一般に電気抵抗は絶対温
度の函数であって絶対温度の低下とともに低下するから
Ｒ１は低下してＲ１＜ Ｒ２となる。

従って１１＞ ｉ ２ 、Ｑｔ ＞Ｑ２となって前半部
の温度が上昇する。

操業中においても、何らかの理由で前半部、後半部の一
方の側の温度が他方より低下又は上昇すると、上記と同
じ機構により両側の温度が自動的に平準化する。

本発明において、ターミナル２６と２１とは長尺ランド
部のうちの架橋温度に保持しようとする領域の両端乃至
その近傍（これを本明細書では単に「長尺ランド部の両
端部」と略称する。

）に設置されるが、ターミナル２８は、ターミナル２６
゜２７の間の中央乃至その近傍に設置される。

ところで、長尺ランドダイスによる成形架橋速度を高め
るには、両端ターミナル間の温度をなるべく平準化する
かあるいは前半部の温度を後半部のそれよりやＸ高目に
設定する方が好ましいから、今夕−ミナル２６と２１の
間の長さをｌとしたとき、り３５ −ミナル２８は、ターミナル２６から−〜−４５１０，
１０ １１特に−〜−ｌの位置に設置するのが好ましい。

０１０ 本発明は高分子物質の成形架橋速度を高める効果を有す
るのみならず、従来の通電加熱方法では必然的に発生す
るニップル３８と導体Ｗ間におけるスパーク及び該スパ
ークによって生じるニップル先端部や導体Ｗ表面の損傷
の問題やランド部２４の出口先端壁における電食等の問
題が悉く解消される等極めて大きな効果をも有する。

従来の通電加熱において交流を用いる場合、導体Ｗは長
尺ランドダイスの周囲に発生する磁界をよこぎって進行
するために、導体Ｗに誘導電圧が発生し、大地電位にあ
るニップル３８との間でスパークが生じる。

また、従来の通電加熱において直流を用いる場合は、操
業中、常時高温度に曝される電気絶縁層４５よりも冷却
水と接する電気絶縁層５１の方が絶縁寿命が長いので、
電気絶縁、の安全性を考慮して、長尺ランドダイスの出
口側ターミナルを正極とし、長尺ランドダイス入口側タ
ーミナルを負極とする課電方法が多く採られて来たが、
その場合水冷装置４０内に満された冷却水は、導電性を
有することが通常であるため長尺ランドダイスの出口先
端壁と大地電位にある水冷装置との間に電気回路が形成
されて、冷却水が電気分解される。

その結果正極たる長尺ランドダイス壁に電食が生じる。

ダイス壁端の不規則な電食は成形架橋した高分子物質の
表面を損傷させる。

ところで、本発明の装置では、電圧、電流はターミナル
２８から左右に分配されるので、交流課電を行っても導
体Ｗに生じる誘導電圧は前半部、後半部の誘導電圧の差
となるので極めて小さくなり、実際上スパークの問題は
解消する。

また、直流課電の場合に生じる電食は、ターミナル２８
を正極とし、両端のターミナルを負極（大地電位）とす
ることにより解消し得る。

しかもその場合、長尺ランドダイスの入口側及び出口側
の両端部は大地電位に等しいので電気絶縁の比較的困難
なりロスヘッド側の電気絶縁は省略することも可能であ
る。

電気絶縁に関する上記のことは交流課電の場合にもあて
はまる。

本発明の効果としては、上記のみにとどまらず、以下の
理由により潤滑剤の寿命を延長し、あるいは使用可能と
なる潤滑剤の種類を拡大するという重大な効果をも挙げ
ることができる。

一般に、長尺ランドダイスを用いる高分子の成形架橋に
おいては、長尺ランドダイスの内壁面に供給された潤滑
剤は、高分子物質中に配合された架橋剤、就中、有、機
過酸化物の攻撃を受け、その潤滑性能を侵される場合が
屡々ある。

この忌むべき傾向は潤滑剤が長尺ランドダイス内で未架
橋の高分子物質と接触する時間が長ければ長い重大であ
る。

上記未架橋時間が長いと高分子物質中より潤滑剤中に移
行して来る架橋剤量が多くなり、該架橋剤と潤滑剤との
反応時間も長くなるからである。

かかる反応により潤滑剤がその潤滑性能を失なうと高分
子物質のダイス内のスムースな移動が不可能となる。

本発明によれば、長尺ランドダイスの長尺ランド部は入
口近傍においてすでに出口近傍と回程度の高温度に保持
し得るので、高分子物質は長尺ランド部に入ると従来の
通電加熱法の場合に比して急速に加熱され架橋が進む。

このため配合された架橋剤は専ら高分子物質の架橋に消
費されるので、潤滑剤中に移行する量は減少し、かつ潤
滑剤が未反応の架橋剤と接触する時間も少くなる。

次に比較例との対比により、本発明の効果を具体的に説
明する。

使用した長尺ランドダイスはそのランド部の全長１６，
２００ｍｍ、内径５８．０ｍｍ、外径ｓ ｏ、 ｏ ｘ
ｉのものであって、カーボンスチール製である。

ランド入口より１００間の点に潤滑油供給装置が設置さ
れており、又ランド入口よりそれぞれ２ＱＱｍｉ、７、
７００ ｕｒｎ及び１５，２００ｍｍの位置にターミナ
ルが設置されている。

上記長尺ランドダイスの両端に２１．５Ｖの交流電圧を
課電して、すなわち、従来法に従って導体断面積５ｏｏ
ｍｙ、被覆層の厚みｉ ３ｉｔ（１ｗ厚の内部半導電層
及び０．２ｉｉｍ厚の外部半導電層を含む）の架橋ポリ
エチレン絶縁電線の製造を行った。

操業平衡状態における電流は１３６０Ａであり、ランド
入口よりそれぞれ７００ｍｍ（ａ点）。

４、７００ｍｍ’（ｂ点） 、 ８，２００ｍｍ（ｅ点
）。

１２．２００ｍｍ（ｄ点）及び１５，７００ｉｉ（ｅ点
）のダイスにうめこんだ各サーミスタ温度計の示度は、
それぞれ２２０°Ｃ，２３３°Ｃ２２５０℃。

２７０℃及び２８０℃であった。

絶縁電線のライン速度は１．１ｍ／分であって、それ以
上速度を上げるとポリエチレン絶縁層の架橋が不充分と
なった。

この操業中の導体と大地電位間の電位差は１７Ｖで、こ
のため導体とニップルとが接触するたびにスパークが発
生した。

途中から課電圧７．１Ｖの直流課電にきりかえた。

平衡状態での電流は３９２０Ａであって、ａ点〜ｅ点の
各温度はそれぞれ２２１°Ｃ，２３５℃、２５５°Ｃ，
２７０°Ｃ２２８３℃であった。

電線製造のライン速度は１．１ｍであつｔも交流課電約
２時間、直流課電約２時間の操業のあと装置を解体した
ところ、ニップルの先端はスパークによりかなりの損傷
が起っており、ダイス出口先端のエッチにも電食による
損傷が観察された。

次に、本発明に従って交流電源の１端をダイス両端のタ
ーミナルに、他端をダイス中央のターミナルにそれぞれ
接続し、各ターミナル間の課電圧を１１．５Ｖとした。

平衡状態における前半部の電流は１４６５Ａ、後半部の
それは１４４５Ａでａ点〜ｅ点の各温度はそれぞれ２４
５℃、２６０℃。

２６０°Ｃ，２７０’Ｃ，２８０℃で製造ライン速度は
１．３０ｍ／分まで高め得た。

又、大地−ニップル間の電位差は０．４ Ｖであってス
パークは生じなかった。

更に、ダイス中央のターミナルをランド入口より７，２
００ｍｍの地点に移し、上記と同じ課電方法でそれぞれ
１２Ｖの交流を課電した。

平衡状態において前半部の電流は１６２０Ａ。

後半部は１４２０Ａであって、ａ点〜ｅ点の各温度は２
５５℃、２７５℃、２７５°Ｃ，２７５℃。

２８０℃であった。

ライン速度は１．４５ｍ／分まで高め得て、しかもニッ
プル−大地電位差は１．９Ｖと小さく、スパークは生じ
なかった。

次いで、上記中間ターミナルを正極とし、両端ターミナ
ルを負極（大地電圧）とし、前半部、後半部それぞれ３
．５Ｖ、３．９Ｖの直流課電を行った。

平衡状態におけるダイス温度の分布、ライン速度は上記
の実験の場合と実質同じであった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の断面図、第２図は第１図
の潤滑油供給装置部分の拡大断面図、第３図は第１図の
ターミナル２６部分の斜視図であって２３は、テーパ部
２５とランド部２４とからなる長尺ランドダイス、２６
と２１はランド部２４の両端に設置したターミナル、２
８はランド部２４の中間に設置したターミナル、３１は
電源である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 通電加熱に必要な電気抵抗を有する成形架橋用の長
   尺ランドダイスと、該ダイス内を通過する高分子物質を
   加熱架橋するに足る電気容量を有する電源とからなり、
   かつ該電源の一端は上記長尺ランドダイスの長尺ランド
   部の両端部に設置したターミナルに、他端は上記長尺ラ
   ンド部の中間部に設置したターミナルにそれぞれ接続さ
   れてなる高分子物質の成形架橋装置 ２ 上記中間のターミナルは、長尺ランドダイス５ の入口側ターミナルから−７〜−１，好まし４ ５
   １０ １０ くは−７〜−７（Ａ’は長尺ランドダイスの両１０
   １０ 端に設置したターミナル間の距離）の位置に設置してな
   る特許請求の範囲第１項記載の成形架橋装置。 ３ 上記電源が交流電源である特許請求の範囲第１項又
   は第２項記載の成形架橋装置。 ４ 上記電源が直流電源である特許請求の範囲第１項又
   は第２項記載の成形架橋装置。 ５ 直流の正極が上記中間ターミナルに、負極が上記両
   端Ｃターミナルに夫々接続されてなる特許請求の範囲第
   ４項記載の成形架橋装置。