JPS5933105B2 - 被覆電線の製造方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、架橋ポリエチレンあるいは加硫ゴムで被覆
された電線の製造方法および架橋ω口碑装置の改良に関
するものである。

電力ケーブルや電子機器用配電線は、架橋ポリエチレン
や加硫ゴムで被覆絶縁されているものが多くこの種の被
覆電線を製造する方法には、一般に導体被覆用押出成形
機のクロスヘッドダイに架橋装置を直結した連続架橋装
置が使用され、しかも上記架橋装置は、高圧鋼管で作ら
れた加熱部、予冷部、冷却部の３部分より構成されてい
る。

少し詳しく説明すると、導体被覆用押出成形機で有機過
酸化物を含有する未架橋のポリエチレン樹脂またはゴム
を導体上に被覆したのち、直ちに架橋装置の加熱部で加
熱架橋し、しかるのち予冷部、冷却部において冷却され
て製品となる。従来、架橋装置の加熱部における加熱源
としては、１５に■／ｃ！に７以上の高圧水蒸気が用い
られてきた。

この方法は、高圧水蒸気を加熱部に導入し、この高圧水
蒸気中に被覆物を通過させて加熱架橋を行うものである
。この場合の生産速度は、加熱部における架橋時間と予
冷部、冷却部における被覆物の架橋温度から室温に至る
までの冷却時間で決まる。架橋時間を短縮するのに加熱
温度を高くすることが有効であり、そのためには高圧水
蒸気の圧力をさらに高くする必要がある。しかし、被覆
物を余り高温に加熱すると冷却に長時間を要することか
ら非常に長い架橋装置になること、高圧になると架橋装
置の耐圧性や被覆電線の取出口の構造に難点が生じるこ
とから設備費を過大にしたり、装置の取り扱い、保守上
に問題が生じる。さらに、高圧水蒸気を用いた場合、架
橋時の絶縁層に水蒸気が入り込み、これを除去するため
に長時間の乾燥工程を必要とすることと、一水蒸気を除
去したあとにミクロボードの生じることが問題点となつ
ている。以上のような問題点の改良として、近年加熱源
に高圧水蒸気を用いない加熱架橋方法が提案されて実用
化されるようになつた。例えば、電熱ヒーター等による
熱線輻射による方法、加熱媒体として加熱加圧した不活
性ガスを循環する方法あるいはシリコーン油や低融点金
属溶融塩等の液体を用いる方法等が知られている。しか
し、上記いずれの製造方法も加熱架橋温度と架橋装置内
の圧力とを独立に制御できることから加熱温度を上げて
生産速度を向上させること、ミクロボードの発生を小さ
くすることにすぐれた効果を上げているが、つぎのよう
な基本的問題点をもつている。

すなわち、これらの方法は高圧水蒸気による加熱架橋と
同様に有機過酸化物を含有した未架橋の被覆物を高温の
加熱媒体を介して熱伝導によつて加熱架橋する方法であ
り、被覆物の外層から逐次内層に熱が伝わることから、
伝熱律速で有機過酸化物の分解が起り架橋反応が進むこ
とである。

しかも、ポリエチレン樹脂やゴムは、熱の不良導体であ
り、所定の架橋温度に加熱するには、かなりの長時間を
要すること、架橋時間を短縮するために有機過酸化物の
分解温度よりもはるかに高い温度、例えば２５０℃以上
に加熱することから被覆物の冷却にも長時間を要するこ
とになり、その生産速度を上げるために架橋装置を長く
する必要が生じ、設備が大規模となる問題点がある。こ
の発明者らは、先に有機過酸化物を含有して溶融状態に
ある未架橋ポリエチレン樹脂に紫外線を照射して比較的
低い温度で、かつ短時間に架橋する方法を提案した。

この発明は、その利点を巧みに応用し、従来法の問題点
を解決し得たものであり、被覆電線を簡易に効率よく連
続的に製造する方法および装置を提供するものである。

すなわち、この発明は、導体被覆用押出成形機のクロス
ヘツドダイに架橋管部、冷却管部より構成される架橋装
置を直結した被覆電線の製造装置による被覆電線の製造
方法において、有機過酸化物で架橋可能なゴムまたはポ
リエチレン樹脂に有機過酸化物を含有させ、導体上に被
覆したのち、上記架橋装置の架橋管部を被覆物の溶融温
度以上で、かつ熱のみでは実質的に架橋しない温度と時
間の条件に加熱した内部を通過させると同時に紫外線を
照射することを特徴とする被覆電線の製造方法および上
記架橋装置の架橋管部において、その内部に透明石英管
で保護された紫外線発生源と加熱媒体の循環装置を設け
たことを特徴とする被覆電線の製造装置に関するもので
ある。

そして、この発明を上記のように構成することによつて
つぎのような利点を有する。

（１）有機過酸化物の分解が被覆物の温度に依らないこ
とから被覆物の加熱温度、特に表面温度を必要以上に高
くすることが無い。

（２）架橋反応は、熱エネルギーと紫外線エネルギーの
相乗的効果で起こることからエネルギーの節約となり、
さらに熱のみでは実質的に架橋しない低い温度において
も効率良く架橋することができる。

（３）熱のみによる架橋温度より比較的低い温度で被覆
物を架橋することから冷却に要する時間が短縮されるこ
と、（２）の架橋効率のすぐれている効果とから生産速
度が著しく向上する〇（４）従来の連続架橋装置に比べ
、架橋管部、冷却管部の長さが大幅に短縮することが可
能となつて架橋装置全体が小さくなり、設備費が少ない
。

（５）架橋管部の紫外線発生源、加熱媒体の循環装置等
の設備が比較的簡易であり、従来の連続架橋装置におけ
る加熱架橋管部の取替え、改造が簡単にできる。（６）
高圧水蒸気を用いないので水蒸気によるミクロボードの
発生が無く、品質のすぐれた被覆電線が得られること、
等である。

この発明において用いられる有機過酸化物によつて架橋
可能なゴムまたはポリエチレン樹脂とは、ポリエチレン
、エチレン一酢酸ビニル共重合体、エチレン−プロピレ
ン共重合体等のエチレンを主成分とする共重合体、また
は、ブチルゴム、クロロプレン、ポリイソプレン、エチ
レン−プロピレン−ジエン共重合体等を意味する。

この発明において用いられる有機過酸化物は、ゴムまた
はポリエチレン樹脂の溶融温度より高い分解温度を有し
、さらに紫外線を吸収してラジカルを生成し、その生成
ラジカルがゴムまたはポリエチレン樹脂の架橋に有効に
作用するものが用いられ、好ましい有機過酸化物として
は、１，１一ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）３，３，５
−トリメチルシクロヘキサン、ｎ−ブチル４，４−ビス
（ｔ−ブチルパーオ牛シ）バレレート、２，５ジメチル
ヘキサン２，５−ジヒドロパーオキサイド、ジ一ｔ−ブ
チルパーオ牛サイド、２，５−ジメチル２，５−ジ（ｔ
−ブチルパーオキシ）ヘキサン、２，５−ジメチル２，
５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキシン一３，１，３
−ビス（ｔブチルパーオキシイソプロピル）ベンゼン、
ジクミルパーオキサイド、１，１−ビス（ｔ−ブチルパ
ーオキシ）３，３，５トリメチルシクロヘキサン、クメ
ンヒドロパーオキサイドなどである。

有機過酸化物の使用量は、ゴムまたはポリエチレン樹脂
１００部に対して５部以下の割合で用いられ、経済性、
効率の面から好ましくは、０．５〜２部程度が適当であ
る。しかして被覆架橋すべきゴムまたはポリエチレン樹
脂中には、有機過酸化物のほかに必要ならば酸化防止剤
、架橋遅延剤、架橋促進剤および架橋助剤、電圧安定剤
などを架橋反応に実質的に影響しない程度配合してもよ
い。

このような酸化防止剤としては、２，２′−メチレンビ
ス（４メチル−６ｔ−ブチルフエノール）、２−メルカ
プトベンゾイミダゾールなどが、架橋遅延剤としては、
ハイドロキノン、２，６−ジ一ｔ−ブチル−４メチルフ
エノール、４，４７−ブチリデンビス（３−メチル６−
ｔ−ブチルフエノール）などが、架橋促進剤および架橋
助剤としては、エチレングリコールジメタクリレートや
トリアリルイソシアヌレートなどの多官能性モノマー
１，２−ポリブタジエンなどの多官能性ポリマー、２−
メチル１，４−ナフトキノンやβ−メチルアントラキノ
ンなどの光増感性化合物、テトラメチルチユーラムジサ
ルフアイトなどが、電圧安定剤としては、アンスラセン
、ジフエニルジサルフアイド、Ｎ，Ｎ′−ジアルキルジ
チオカルバミン酸銅などがあげられる。ゴムまたはポリ
エチレン樹脂に有機過酸化物を含有させる方法としては
、有機過酸化物を融解または適当な溶剤に溶解させ、そ
の溶液に接触含浸する方法、押出機などによりあらかじ
め混練する方法などが用いられる。

この発明において、有機過酸化物を含有するゴムまたは
ポリエチレン樹脂を導体上に被覆する方法は、公知の導
体被覆用押出成形機を用いて、架橋反応が実質的に起こ
らない温度で溶融化し、容易に導体に被覆することがで
きる。

例えば、ゴムまたはポリエチレン樹脂粒子の表面に有機
過酸化物を付着させて押出機に供給するかあるいは押出
機内でゴムまたはポリエチレン樹脂が溶融状態にあると
きに有機過酸化物を供給し、この有機過酸化物の分解温
度以下で混線分散させ、押出機先端に設けたクロスヘツ
ドダイで導体被覆を連続的に行う。この際、押出機内も
しくは、クロスヘツドダイ中において実質的に少しでも
架橋した場合には、被覆物の表面が粗れて良好な製品が
得られないことから押出機内およびクロスヘツドダイ中
での架橋を抑制することが好ましい。この発明において
用いられる紫外線としては、波長が１０００λ〜４００
０人の紫外線であり、特に、１８５０Ａ〜４０００Ａの
紫外線が好ましい。

このような紫外線発生源としては、低圧、高圧、超高圧
水銀ランプ、キセノンランプなどが用いられる。この発
明において架橋装置の架橋部の加熱温度および被覆物の
通過時間は、被覆物の溶融温度以上で、かつ熱のみでは
実質的に架橋しない温度と時間の条件であり、使用する
ゴムまたはポリエチレン樹脂、有機過酸化物によつて異
る。

このような一例として、溶融温度１０３℃の低密度ポリ
エチレン１００部にジクミルパーオキサイド２部を含有
した組成物の厚さ２ｍｍのシートについて、１４０℃，
１６０℃における実質的に架橋しない時間を求めたとこ
ろ、それぞれ１２分、１．５分であつた。なお、時間は
、架橋温度に設定した熱風循環加熱オーブンに試料を入
れ、試料が溶融状態になつた時点からの時間である。こ
の発明において架橋管部に導入する加熱媒体は、気体、
液体のいずれでもよいが、紫外線の透過性が良いこと、
被覆物の酸化劣化を防止する機能を有することが望まし
い０特に波長が２０００Å以下の遠紫外線を照射する場
合は、酸素の存在で被覆物に酸化分解が生じ劣化が著し
いことから窒素、アルゴン、二酸化炭素等の不活性ガス
雰囲気下が望ましい。

さらに、具体的な加熱方法としては、ヒーター加熱、赤
外線および高圧水銀ランプ等から放射される熱線を利用
するなどの方法が用いられる。紫外線発生源として高圧
水銀ランプ、超高圧水銀ランプを用いた場合には、同時
に加熱源としての利用が可能であり、周囲の媒体が加熱
されて加熱媒体が附随することになり、この発明の方法
を実施する場合の利点となる。このように有機過酸化物
を含有した被覆物の溶融温度以上の条件下で紫外線を照
射した場合は、結晶性部分が存在しないために紫外線の
透過性が高くなること、有機過酸化物の分散性がよいこ
とから架橋の均一な被覆電線が得られることになる。

また、被覆物の溶融温度以上で、かつ熱のみでは実質的
に架橋しない温度、時間の条件下で紫外線を照射するこ
とにより、被覆物の架橋反応を著しく促進させることが
できる。これは有機過酸化物の分解および架橋反応が、
熱エネルギーと紫外線エネルギーを同時に用いたことに
よる相乗的効果により起るためである。この発明におい
て架橋装置の架橋管部は、被覆物の架橋反応の際に生じ
るガスによる気泡の発生を抑えるために加圧状態とする
ことが望ましく、前記加熱媒体を圧入する方法が用いら
れている。

通常は、ゲージ圧１Ｋ′／Ｃｉ！？以上に加圧された加
熱媒体を連続的に供給する方法が用いられる。さらに、
架橋管部内に混入する水分や有機過酸化物の分解によつ
て生じる揮発分を除去するために、加熱媒体を循環し、
必要に応じて凝縮器を設けることができる。しかして、
連続的に加圧供給される加熱媒体を循環することにより
、架橋管部の加熱温度の制御が容易になる。紫外線の照
射時間は、所望する架橋度によつて決定されるが、この
場合、紫外線発生源およびその強度、被覆物の樹脂温度
、有機過酸化物の含有量および種類によつて大きく左右
される。

通常は、数十秒以内の照射で溶融状態の被覆物を架橋す
るようにコントロールすることが望ましい。次にこの発
明を添附の図面に基づいて具体的に説明する。

図面は、この発明の紫外線架橋方式における架橋装置説
明図で、１はクロスヘツドダイ、架橋装置はクロスヘツ
ドダイ１に直接結合し、架橋管部２および冷却管部３よ
り構成され、それぞれ加圧状態になることから高圧鋼管
で作られる。

架橋管部２の内面は、紫外線の反射効率を高める構造が
望ましく、例えば鋼管内面に硬質アルミニウム板を貼り
付けたりあるいは金属メツキ等を施したものが用いられ
る。次に架橋管内部に透明石英管４で保護された高圧水
銀ランプ５等を紫外線発生源および媒体加熱源として数
本配置する。透明石英管内には、高圧水銀ランプ等の過
熱を防止し、良好な点灯状態を保つために冷却用不活性
ガス（窒素）の供給口６、排出口７を設けた。架橋管部
２の加熱は、高圧水銀ランプ５から放射される熱線を利
用し、加熱媒として不活性ガスの窒素を供給口８より圧
入し、さらに循環装置９、凝縮器１０などを設けて、架
橋管内に封入された窒素ガス中に混入する水分、揮発分
を除去しながら窒素を循環し、架橋管内の加熱温度を制
御する。冷却管部３は、架橋管部２に接続され、給水口
１１より冷却水が圧入さね出口１２より排出する。１３
は冷却水の水面調節装置で循環給水の制御を行う。

上記の架橋装置により被覆電線を製造するときは、予熱
された導体Ｗをクロスヘツドダイ１を用いて有機過酸化
物を含有するゴムまたはポリエチレン樹脂で溶融被覆し
、直ちに架橋装置に導入される。架橋管部に導入された
電線は、被覆物の溶融温度以上で、かつ熱のみでは実質
的に架橋しない温度、時間の条件下に加熱された加熱媒
体中を通過すると同時に紫外線照射され、被覆物の架橋
を行う。架橋管部２で架橋が完全に終つた被覆電線は、
引続き冷却管部３の水中を通過することにより冷却され
て外部に運び出され製品となる〇この発明でいう架橋度
は、ゴムまたはポリエチレン樹脂を２００メツシユ金網
のカゴに入れ、煮沸トルエンで７時間還流抽出を行い、
乾燥した後トルエンに不溶な樹脂分に対する割合によつ
て定義され、この発明でいう実質的に架橋していない被
覆物とは、この架橋度が零であるものを意味する。また
、ゴムまたはポリエチレン樹脂の溶融温度とは、被覆物
の結晶部分が溶融状態にあるときの温度であり、具体的
には、ゴムの場合においては、ＪＩＳ−Ｋ２５３ｌに準
じて測定される軟化温度をいい、ポリエチレン樹脂の場
合においては、示差走査熱量計で８℃／分の昇温速度で
融解曲線を測定した場合のピーク温度をいう。

以下、実施例をあげてこの発明を説明する。

実施例低密度ポリエチレン（密度０．９１７ｆｆ／ＣＣ
，Ｍｌｌ．Ｏｆ！／１０：溶融温度１０３℃）１００重
量部と１，３−ビス（ｔ−ブチルパーオキシイソプロピ
ル）ベンゼン１．０重量部からなる組成物を、導体被覆
用押出成形機に供給し、１２５℃の押出温度で溶融押出
して１關の素線を７個瑳つた銅瑳線上に厚さ４１１の未
架橋ポリエチレンを被覆したのち、直ちに図面に示す架
橋装置内に導入し、３ｍ／分の速度で被覆電線を製造し
た。

図面に示す架橋装置の構成において、架橋管部２の長さ
０．６ｍ１冷却管部３の長さ２ｍである。架橋管部２の
内部は、その内面に硬質アルミニウム板を取付け、内部
にウシオ電機（株）製高圧水銀ランプ（型式ＵＭ−４５
２）を４本ずつ２段に８本設置し、さらに石英純度が９
９．９９％以上の透明石英管で高圧水銀ランプの保護を
行つた。高圧水銀ランプの過熱防止のために、窒素を通
じてランプの冷却を行つた。架橋管の内部の加熱は、高
圧水銀ライフ功）らの放熱を利用し、加熱媒体としてゲ
ージ圧５Ｋｆ／ｄの窒素を圧封入し、さらにその窒素を
適宜循環して加熱温度を１７０℃〜１８０℃に調節した
。しかして加熱条件下を通過させると同時に紫外線を照
射して得られた被覆電線の被覆層をけずり取りその架橋
度を測定したところ、７５％で均一架橋されていた。そ
して、被覆層を輪切りにして観察すると、加熱に水蒸気
を用いてないので白濁リングと呼ばれる白い雲状の帯が
見られなく、完全に透明であつた。比較例 実施例と同一条件で有機過酸化物を含有した未架橋のポ
リエチレンを導体に被覆し、直ちに下記の架橋装置内に
導入し、３ｍ／分の速度で被覆電線を製造した。

比較例で用いる架橋装置は、実施例で用いた架橋装置の
架橋管部に、加熱媒体として３０℃の精製水を循環し、
架橋管内をポリエチレンの溶融温度以下として紫外線照
射できる装置ノと実施例で用いた架橋装置の架橋管部に
高圧水銀ランプの代りに電熱ヒーターを取付け、さらに
実施例と同様にゲージ圧５Ｋ２／ｄの窒素を圧封入し架
橋管部の内部を１７０℃〜１８０℃に加熱調節した架橋
装置である。

しかして得られた被覆電線の架橋度を測定したところ、
３０℃の精製水中を通過させると同時に紫外線を照射し
て得られた被覆電線の絶縁層の外層が５％、内層がＯ％
であり、紫外線照射を行わずに１７０℃〜１８０℃に加
熱した窒素中を通過させる熱のみによる架橋で得られた
被覆電線の絶縁層は、内外層とも０％であつた。以上の
結果からも明らかなように、この発明によれば、被覆電
線の絶縁層の架橋反応が著しく促進され、かつかなりの
厚さの絶縁層を有する被覆電線においても高架橋度で均
一に架橋することができ、水蒸気によるミクロボードの
無い良品質の被覆電線を得ることができる。

また、この発明による架橋装置は、簡易であり、従来の
連続架橋装置における加熱架橋管部の取り替えおよび改
造が容易にできること、比較的低い温度で架橋反応を行
うことから冷却管部の長さも大幅に短くすることが可能
となり、設備面においても大きな効果を有するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

図面は、この発明の実施に使用される装置の一例を略図
的に示した説明図である。 １・・・・・・クロスヘツドダイ、２・・・・・・架橋
管部、３・・・・・・冷却管部、４・・・・・・透明石
英管、５・・・・・・紫外線発生源、９・・・・・・加
熱媒体循環装置、Ｗ・・・・・・導体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 導体被覆用押出成形機のクロスヘッドダイに架橋装
   置を直結した被覆電線の製造装置による被覆電線の製造
   方法において、有機過酸化物で架橋可能なゴムまたはポ
   リエチレン樹脂に有機過酸化物を含有させ、導体上に被
   覆したのち、上記架橋装置の架橋管部を被覆物の溶融温
   度以上で、かつ熱のみでは実質的に架橋しない温度と時
   間の条件に加熱した内部を通過させると同時に紫外線を
   照射することを特徴とする被覆電線の製造方法。 ２ クロスヘッドダイに架橋管部、冷却管部より構成さ
   れる架橋装置を直結した被覆電線の製造装置において、
   上記架橋管部の内部に透明石英管で保護された紫外線発
   生源と架橋管部に加熱媒体の循環装置を設けたことを特
   徴とする被覆電線の製造装置。