JP5481917B2 - 難燃性組成物ならびにこれを用いた絶縁電線およびワイヤーハーネス - Google Patents

Description

本発明は、難燃性組成物ならびにこれを用いた絶縁電線およびワイヤーハーネスに関するものである。

従来、自動車部品などの車両部品、電気・電子機器部品などの配線に用いられる絶縁電線としては、一般に、導体の外周に、ハロゲン系難燃剤を添加した塩化ビニル樹脂組成物を被覆したものが広く用いられてきた。

しかしながら、この種の塩化ビニル樹脂組成物は、ハロゲン元素を含有しているため、車両の火災時や電気・電子機器の焼却廃棄時などの燃焼時に有害なハロゲン系ガスを大気中に大量に放出するおそれがあり、環境汚染が懸念されていた。

そのため、地球環境への負荷を抑制するなどの観点から、近年では、燃焼時に有害なハロゲン系ガスを出さないオレフィン系樹脂などに、ノンハロゲン系難燃剤として水酸化マグネシウム等の金属水酸化物を添加した、いわゆるノンハロゲン系難燃性組成物への代替が進められている。

この種の難燃性組成物では、十分な難燃性を付与するため、水酸化マグネシウムが大量に添加される。水酸化マグネシウムのうち、海水などから合成されている合成品は比較的高価なため、製造コストを低減する目的で、最近、安価な天然品を用いる提案がされるようになってきている。

例えば特許文献１には、エチル−アクリル酸エチル共重合体（ＥＥＡ）やポリエチレン、エチレンプロピレンゴムなどの樹脂やゴムに難燃剤として水酸化マグネシウムを添加した難燃性組成物が被覆された絶縁電線が開示されている。

特許第３３３９１５４号公報

ところが、基本的にオレフィン系樹脂などは燃えやすく、また、ノンハロゲン系難燃剤は、ハロゲン系難燃剤に比較して難燃化効果に劣る。したがって、ノンハロゲン系難燃性組成物では、十分な難燃性を確保するため、金属水酸化物を多量に添加する必要があったが、金属水酸化物を多量に添加した従来の絶縁電線では、耐摩耗性や耐寒性などの機械的特性が著しく低下するという問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、耐摩耗性や耐寒性に優れる難燃性組成物ならびにこれを用いた絶縁電線およびワイヤーハーネスを提供することにある。

本発明に係る難燃性組成物は、弾性率が５００ＭＰａ以上、−２０度でのシャルピー衝撃強度が１ＫＪ／ｍ^２以上であるベース樹脂と、水酸化マグネシウムを主成分とする天然鉱物を粉砕してなる難燃剤とを含有していることを要旨とするものである。

この場合、上記ベース樹脂は、ポリプロピレンを主成分とすることが望ましい。

そして、組成物中の上記ベース樹脂１００重量部に対して、上記水酸化マグネシウムを３０〜２５０重量部含有していることが望ましい。

一方、本発明に係る絶縁電線は、上記難燃性組成物を導体の外周に被覆してなることを要旨とするものである。

そして、本発明に係るワイヤーハーネスは、上記絶縁電線を含むことを要旨とするものである。

本発明に係る難燃性組成物は、弾性率が５００ＭＰａ以上であるベース樹脂を含有しているため、耐摩耗性を向上させることができる。また、上記ベース樹脂は、−２０度でのシャルピー衝撃強度が１ＫＪ／ｍ^２以上であるので、十分な耐寒性を確保することができる。

この場合、上記ベース樹脂は、主成分がポリプロピレンであれば、上記効果が高い。

そして、組成物中の上記ベース樹脂１００重量部に対して、上記水酸化マグネシウムを３０〜２５０重量部含有させれば、耐摩耗性や耐寒性により優れる。

一方、本発明に係る絶縁電線およびこの絶縁電線を含むワイヤーハーネスによれば、上記難燃性組成物を導体の外周に被覆するので、絶縁被覆材の劣化が抑えられ、長期にわたって高い信頼性を確保することができる。

次に、本発明の実施形態について詳細に説明する。

本発明に係る難燃性組成物は、ある特定のベース樹脂と、難燃剤として水酸化マグネシウムとを含有するものからなる。このベース樹脂の弾性率は、耐摩耗性を向上させる観点から、５００ＭＰａ以上である。ベース樹脂の弾性率が５００ＭＰａ未満になると、組成物を十分に硬くすることができず、耐摩耗性を向上させることができないからである。ベース樹脂の弾性率は、好ましくは６００ＭＰａ以上、より好ましくは、７００ＭＰａ以上であると良い。なお、ベース樹脂の弾性率の上限は特に限定されないが、柔軟性の観点から、好ましくは、５０００ＭＰａ以下、より好ましくは、４８００ＭＰａ以下、さらに好ましくは、４５００ＭＰａ以下であると良い。ベース樹脂の弾性率は、引っ張り試験機により測定することができる。

また、このベース樹脂の−２０度でのシャルピー衝撃強度は、十分な耐寒性を確保する観点から１ＫＪ／ｍ^２以上である。好ましくは、１．２ＫＪ／ｍ^２以上、より好ましくは、１．５ＫＪ／ｍ^２以上であると良い。なお、ベース樹脂の−２０度でのシャルピー衝撃強度の上限は特に限定されないが、十分な柔軟性を確保する観点から、好ましくは、１００ＫＪ／ｍ^２以下、より好ましくは、９８ＫＪ／ｍ^２以下、さらに好ましくは、９５ＫＪ／ｍ^２以下であると良い。ベース樹脂のシャルピー衝撃強度は、ＩＳＯ１７９に準拠して測定することができる。

ここで、ベース樹脂は、ポリプロピレンを主成分とすると良い。ポリプロピレンは安価で高弾性率を達成しやすいからである。ポリプロピレンを主成分とする樹脂としては、市販されているものを用いることができる。例えば、市販されているものであって、ポリプロピレンを主成分とし、弾性率が５００ＭＰａ以上、−２０度でのシャルピー衝撃強度が１ＫＪ／ｍ^２以上である樹脂としては、日本ポリプロ（株）製商品「ＢＣ８」、「ＢＣ６Ｃ」、「ＢＣ６ＤＲ」、「ＢＣ４ＡＳＷ」、「ＢＣ３Ｆ」、サンアロマー（株）製商品「ＰＢ３７０Ａ」、「ＰＢ２７０Ａ」、「ＰＢ１７０」、プライムポリマー（株）製商品「ＢＪＳ−ＭＵ」、「Ｊ７０４ＬＢ」、「Ｊ７０４ＵＧ」、「Ｊ７０５ＵＧ」、「Ｊ３５６ＨＰ」、「Ｊ４５２ＨＰ」、「Ｊ４６６ＨＰ」、「Ｊ７６２ＨＰ」などを例示することができる。上記樹脂は、弾性率や衝撃強度などを制御するために、ゴム成分を含有していても良い。

難燃剤としての水酸化マグネシウムは、天然鉱物を原料とするものが良い。いわゆる、天然ブルーサイト鉱石由来のもので、水酸化マグネシウムを主成分とする天然ブルーサイト鉱石を湿式または乾式粉砕するなどして製造されるものである。天然鉱物を粉砕して製造されるので、合成品の水酸化マグネシウムと比較して製造コストは安くなる。

水酸化マグネシウムは、組成物中のポリマー成分１００重量部に対して、３０〜２５０重量部の範囲内にあることが好ましい。より好ましくは、４０〜２３０重量部、さらに好ましくは、５０〜２００重量部の範囲内である。３０重量部未満では、難燃性が低下しやすく、２５０重量部を超えると、十分な機械的特性が得られにくいからである。

水酸化マグネシウムは、粉砕処理によって微粒子にする。粉砕物の平均粒径は、０．１〜２０μｍの範囲内にあることが好ましい。０．１μｍ未満では、粒子の二次凝集が起こりやすく、この難燃剤と有機高分子とを含有する組成物の機械特性が低下しやすいからである。一方、２０μｍを超えると、例えば電線被覆材の難燃剤として用いたときに、被覆材の外観が悪くなりやすい傾向があるからである。より好ましくは、０．２〜１０μｍの範囲内であり、さらに好ましくは、０．５〜５μｍの範囲内である。

また、上記水酸化マグネシウムの粉砕物は、表面に大きな凹凸を有することから、樹脂との密着性が低下しやすい。そのため、表面処理をしても良い。表面処理剤としては、例えば、脂肪酸、脂肪酸塩、脂肪酸エステル、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤などを例示することができる。これらは１種または２種以上併用しても良い。

表面処理剤は、水酸化マグネシウム１００重量部に対して、０．１〜２０重量部の範囲内にあることが好ましい。より好ましくは、０．３〜１０重量部、さらに好ましくは、０．５〜５重量部の範囲内である。０．１重量部未満では、電線特性の向上効果が低下しやすく、２０重量部を超えると、過剰に添加されたものが不純物として残存しやすくなり、電線の物性を低下させやすいからである。

なお、表面処理された水酸化マグネシウムを用いる場合、予め表面処理剤により表面処理された水酸化マグネシウムを組成物中に配合しても良いし、未処理状態の水酸化マグネシウムを表面処理剤とともに組成物中に配合して表面処理を行っても良く、特に限定されるものではない。

また、本発明に係る難燃性組成物中には、必要に応じて、当該組成物の物性を損なわない範囲で他の添加剤が配合されていても良い。例えば、電線被覆材などに用いられる一般的な充填剤や、顔料、酸化防止剤、老化防止剤などが配合されていても良く、特に限定されるものではない。

本発明に係る難燃性組成物の製造方法は、上記難燃剤とベース樹脂とを混練する工程を有している。難燃剤とベース樹脂とを混練する工程は、バンバリミキサー、加圧ニーダー、混練押出機、二軸押出機、ロールなどの通常の混練機を用いて行なうことができる。

混練する工程においては、あらかじめ混練機にベース樹脂を入れ、撹拌しているところに難燃剤を添加するのでも良いし、あらかじめ混練機に難燃剤を入れ、撹拌しているところにベース樹脂を添加するのでも良い。また、混練する前に、タンブラーなどでドライブレンドした後、混練機に移して混練しても良い。

混練時の温度は、難燃剤がベース樹脂中に分散されやすくなる温度にすると良い。具体的には、１００〜３００度の範囲にあることが好ましい。より好ましくは、１２０〜２８０度の範囲にあると良い。混練した後は、混練機から取り出して当該組成物を得る。その際、ペレタイザーなどで当該組成物をペレット状に成形すると良い。

次に、本発明に係る絶縁電線およびワイヤーハーネスについて説明する。

本発明に係る絶縁電線は、上述する難燃性組成物を絶縁被覆材の材料として用いたものである。絶縁電線の構成としては、導体の外周に直接、絶縁被覆材が被覆されていても良いし、導体とこの絶縁被覆材との間に、他の中間部材、例えば、シールド導体や他の絶縁体などが介在されていても良い。

導体は、その導体径や導体の材質など、特に限定されるものではなく、用途に応じて適宜定めることができる。また、絶縁被覆材の厚さについても、特に制限はなく、導体径などを考慮して適宜定めることができる。

上記絶縁電線は、例えば、バンバリミキサー、加圧ニーダー、ロールなどの通常用いられる混練機を用いて混練した本発明に係る難燃性組成物を、通常の押出成形機などを用いて導体の外周に押出被覆するなどして製造することができる。

一方、本発明に係るワイヤーハーネスは、上記絶縁電線を含んでなるものである。上記絶縁電線のみで構成される電線束であっても良いし、他の有機高分子組成物が被覆された絶縁電線、例えば、塩化ビニル系の絶縁電線やハロゲン元素を含有しない他の絶縁電線などを含んで構成される電線束であっても良い。電線束は、例えばワイヤーハーネス保護材により被覆されていると良い。電線の本数は、任意に定めることができ、特に限定されるものではない。

ワイヤーハーネス保護材は、複数本の絶縁電線が束ねられた電線束の外周を覆い、内部の電線束を外部環境などから保護する役割を有するものである。ワイヤーハーネス保護材を構成する基材としては、特に限定されるものではないが、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂組成物が好ましい。樹脂組成物には、難燃剤を適宜添加すると良い。

ワイヤーハーネス保護材としては、テープ状に形成された基材の少なくとも一方の面に粘着剤が塗布されたものや、チューブ状、シート状などに形成された基材を有するものなどを、用途に応じて適宜選択して用いることができる。

以下に本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。

１．供試材料および製造元等
本実施例および比較例において使用した供試材料を製造元、商品名などとともに示す。

（Ａ）ベース樹脂
（Ａ−１）ポリエチレン［プライムポリマー（株）製、商品名「４０３００Ｊ」］
（Ａ−２）ポリエチレン［プライムポリマー（株）製、商品名「４５２００」］
（Ａ−３）ポリエチレン［プライムポリマー（株）製、商品名「１１０８Ｊ」］
（Ａ−４）ポリプロピレン［プライムポリマー（株）製、商品名「ＢＪＳ−ＭＵ」］
（Ａ−５）ポリプロピレン［サンアロマー（株）製、商品名「ＰＢ２７０Ａ」］
（Ａ−６）ポリプロピレン［サンアロマー（株）製、商品名「ＰＢ３７１Ａ」］
（Ａ−７）ポリエチレン［プライムポリマー（株）製、商品名「３５５０Ｒ」］
（Ａ−８）ポリエチレン［プライムポリマー（株）製、商品名「４５７０」］
（Ａ−９）ポリエチレン［プライムポリマー（株）製、商品名「２５１００Ｊ」］
（Ａ−１０）ポリプロピレン［日本ポリプロ（株）製、商品名「ＮＦ４１０３」］
（Ａ−１１）ポリプロピレン［日本ポリプロ（株）製、商品名「ＢＸ８ＨＲ」］
（Ａ−１２）ポリプロピレン［プライムポリマー（株）製、商品名「Ｊ１０８Ｍ」］

（Ｂ）難燃剤
・水酸化マグネシウム［ファイマテック製、商品名「ジュンマグＣ」］

（Ｃ）酸化防止剤
・チバスペシャルティケミカルズ（株）製、商品名「イルガノックス１０１０」

（組成物および絶縁電線の作製）
初めに、二軸混練機を用いて、後述の表に示す各成分を混合温度２００度にて混合した後、ペレタイザーにてペレット状に成形して本実施例に係る組成物と比較例に係る組成物を得た。次いで、得られた各組成物を、押出成形機により、軟銅線を７本撚り合わせた軟銅撚線の導体（断面積０．５ｍｍ^２）の外周に０．２ｍｍ厚で押出被覆し、本実施例に係る絶縁電線および比較例に係る絶縁電線を作製した。

（試験方法）
以上のように作製した各絶縁電線について、耐寒性試験および耐摩耗性試験を行った。以下に各試験方法および評価方法について説明する。

（耐寒性試験）
ＪＩＳ Ｃ３００５に準拠して行なった。すなわち、作製した絶縁電線を３８ｍｍの長さに切り出して試験片とした。そのサンプルを試験機にかけ、冷却しながら打撃具でたたき、５本すべてが割れたときの温度を耐寒温度とした。耐寒温度が−２０度以下となるものを合格とした。

（耐摩耗性試験）
ＪＡＳＯ Ｄ６１１−９４に準拠し、ブレード往復法により行った。すなわち、作製した各絶縁電線を７５０ｍｍの長さに切り出して試験片とした。次いで、２３±５度の室温下にて、台上に固定した試験片の絶縁被覆層の表面を軸方向に１０ｍｍ以上の長さでブレードを往復させ、絶縁被覆層の摩耗によってブレードが導体に接触するまでの往復回数を測定した。この際、ブレードにかける荷重は７Ｎとし、ブレードは毎分５０回の速度で往復させた。次いで、試験片を１００ｍｍ移動させて、時計方向に９０°回転させ、上記の測定を繰り返した。この測定を同一試験片について合計４回行い、最低値が２００回以上のものを合格とし、２００回未満のものを不合格とした。

表１に、作製した各絶縁電線の組成物の配合割合（単位：重量部）、評価結果等をまとめて示す。

上記表１によれば、比較例に係る各絶縁電線は、難燃性、耐摩耗性、耐寒性の評価項目のうち、何れかに難点があることが分かる。

すなわち、比較例１、３、５は、ベース樹脂の−２０度でのシャルピー衝撃強度は１ＫＪ／ｍ^２以上であるが、弾性率が５００ＭＰａ未満であるため、耐寒性は良好なものの、耐摩耗性に劣る。

また、比較例２、４、６は、ベース樹脂の弾性率は５００ＭＰａ以上であるが、−２０度でのシャルピー衝撃強度が１ＫＪ／ｍ^２未満であるため、耐摩耗性は良好なものの、耐寒性に劣る。

これらに対して、実施例に係る絶縁電線は、ベース樹脂の弾性率が５００ＭＰａ以上であって、−２０度でのシャルピー衝撃強度が１ＫＪ／ｍ^２以上であるので、耐寒性および耐摩耗性のいずれにも優れていることが確認できた。

以上、本発明の実施形態、実施例について説明したが、本発明は上記実施形態、実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改変が可能なものである。

Claims (4)

1. 引張弾性率が５００ＭＰａ以上、−２０度でのシャルピー衝撃強度が１ＫＪ／ｍ^２以上であるポリエチレンからなるベース樹脂と、水酸化マグネシウムを主成分とする天然鉱物を粉砕してなる難燃剤とを含有していることを特徴とする難燃性組成物。
2. 組成物中の前記ベース樹脂１００重量部に対して、前記水酸化マグネシウムを３０〜２５０重量部含有していることを特徴とする請求項１に記載の難燃性組成物。
3. 請求項１または２に記載の難燃性組成物を導体の外周に被覆してなることを特徴とする絶縁電線。
4. 請求項３に記載の絶縁電線を含むことを特徴とするワイヤーハーネス。