JPH06505210A - ポリ(塩化ビニル)およびポリアミド層を含む改良された軟質難燃性多層構造体およびその製造法 - Google Patents
ポリ(塩化ビニル)およびポリアミド層を含む改良された軟質難燃性多層構造体およびその製造法Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
ポリ(塩化ビニル)およびポリアミド層を含む改良された軟質難燃性多層構造体
およびその製造法発明の背景
1、発明の分野
本発明は、ポリ(塩化ビニル)を含む第一構造体および十分な難燃性を示すポリ
アミドを含む第二構造体を含む改良された構造体並びにその製造方法に関する。
改良された構造体は、電流導体、すなわち、電線およびケーブル用の電気絶縁構
造体として特に有用である。
2、先行技術技術の説明
多層構造体は、典型的に、種々の物理的性質を特徴とする少なくとも2層または
それ以上の層の材料を含み、その性質は手近の特定の要求を満たすように最適化
されるのが最適である。このような構造体の成形の目的は、特定の要求に関する
構造体を提供することであり、そこにおいて、該構造体の個々の層は複合材料を
成形するように作用し、そして各層の材料は、構造を設計するための機能を与え
るのに寄与する。このような構造体の例は当該技術分野で周知であり、薄膜を形
成するのに用いられる複合材料を含むが、ここにおいて、薄膜を形成する各層は
特定の性質、例えば、気体に対する不透過性または特定の波長の光若しくは放射
性エネルギーに対する遮断層として特徴を示すことができる。このような構造体
のもう一つの例は、電気導体用の絶縁構造体を成形するのに用いられるものであ
ることができ、そこにおいて、導体の周りに外被を成形する各層は、改良された
耐磨耗性または改良された耐電圧等を特徴とすると考えられる。このような構造
体の他の用途は当該技術分野において有名であり且つ知られている。
このような多層構造体の使用は電気導体によって広範囲に及んでいる。これらの
導体は、典型的に、多層構造体に取り囲まれている電線導体(しばしば、銅を含
む金属である)から成る。このような構造の例としては、米国特許第3,576
.940号明細書;同第3.860.686号明細書;同第4. 079. 1
91号明細書;同第4.292.463号明細書;同第4,327.248号明
細書−同第4.419.538号明細書;同第4,472.597号明細書;同
第4.510.348号明細書;同第4,626.619号明細書;および同第
4゜691.082号明細書に示されたものがある。それらにおいて、各層がポ
リマー、金属、エラストマー材料、繊維材料等であることができる種々の構造が
開示されており、そこにおいて、各層は特定の利点、すなわち、耐電圧、水不透
過性等を与える。
電気導体の構造において用いることができる好ましい材料はポリ(塩化ビニル)
(以下、交換可能にrPVcJと称する)およびポリアミド(以下、交換可能に
rPAJと称する)である。これらの材料は、PVCが概して十分に柔軟な絶縁
体を成形し、同時に、PAが概して十分な耐磨耗性を示すので好ましい。ポリ(
塩化ビニル)の内部層およびポリアミドの外部層の多層構造体を有する電気導体
の例は、日本国特許第59146105号明細書、英国特許第1257810号
明細書およびオランダ特許第6917475号明細書に示されている。
電気導体として用いた場合のPvCおよびPAの層を含む多層構造体は十分に達
成されることが分かっているが、このような構造体はある種の望ましくない特性
ももたらす。このような特性の一つはこのような多層構造体の難燃性にある。
電流導体、例えば、1本の電線または複数の電線に装着した電気絶縁層を成形す
るのにこのようなものを用いる場合、十分な難燃性の要件が最も重要である。知
られているように、商業用、住宅用または他の構造体(すなわち、事務所建築物
、住宅、公共建築物および設備)に存在する電気ケーブルは、外被層内に含まれ
ている多数の個々の電線または他のブレナムを含む。このような構造体内部で火
災が生じた場合、このような火災の危険は、電流導線に装着した絶縁層が燃焼ま
たは融解することによってその電線が別の電流路と接触するように露出したとこ
ろで太き(増大するであろう。このような電流路は、電線が内部に存在している
かまたは一層望ましくない場合において人体と=緒に存在している構造体若しく
は構造体の要素であることができる。更に、電流導線の絶縁層の融解は、特に、
絶縁層が同様に崩壊した他の電流導線の最も近くに位置した場合、電線間の接触
の危険および短路の形成を引き起こし;このような結果が周囲材料の発火の危険
を引き起こす。或いは、周囲材料が発火しない場合、電線の上に絶縁層を成形す
るのに用いられた材料の発火、燃焼または融解の危険および結果的危険が残って
いる。このような材料は、しばしば、十分な濃度において致命的であることがあ
る有害な放出物を放出する。
十分な難燃性を提供する種々の構造体は当該技術分野で知られている。例えば、
ポリアミド組成物の難燃性を増大させるために、それらに対する種々の難燃剤を
含むことが知られており;このような材料としては、酸化アンチモンに関連した
ハロゲン化有機材料がある。このような添加剤はポリアミドに対して十分な難燃
性を与えるが、これらの添加剤はしばしば比較的高濃度で、典型的にはハロゲン
化有機材料が最大20%までおよび酸化アンチモンが最大5%まで存在する必要
がある。ポリアミドに対して十分な難燃性挙動を与えることが知られているもう
一つの添加剤は、組成物中において20重量%程度の低い濃度で有効であること
が分かっている赤リンである。しかしながら、これらの添加剤系双方は欠点を有
することが知られている。双方の系は、それらの成分であるポリアミド含有組成
物の曲げおよび伸び特性を減少させることが知られている。極限伸びが100%
であるポリアミド含有組成物が極めて望ましく、そして特に、電流導体を絶縁す
るのに十分に適した軟質構造体の部材を成形するのに有用であると考えられる場
合、このような種類の添加剤の使用は、更に、部材を含んでいるポリアミド組成
物の極限伸びおよび他の曲げ特性を実質的に減少させることが知られている。更
に、赤リンはポリアミド組成物に対して濃色を与えることが知られており、これ
もしばしば望ましくない。
当該技術分野において、十分な曲げ特性および十分な難燃性を特徴とする多層構
造体並びにそれらを製造する方法に対する要求が引き続き存続していることは明
らかなはずである。このような多層構造体は、特に、電流導体用の絶縁構造体を
成形するのに有用であろう。
題
本発明は、十分な難燃剤挙動、十分な曲げ特性を示し且つ電流導体用の多層構造
体としておよび光学的導波管において特に有用である多層構造体を提供する。
本発明は、更に、十分な難燃剤挙動および十分な曲げ特性を示す多層構造体を製
造する改良法を提供する。
本発明の多層構造体は、可塑化PvCを含み、場合により追加の添加剤を含むこ
とができる組成物から成形された第一層と、ポリアミドおよび最大20重量%ま
でのホスホン酸エステルを含み、場合により添加剤としての追加の成分を含む組
成物から成形された第」とを含む。
本発明は、更に、二層を有する軟質の難燃性構造体を成形する改良法を提供する
。
本発明のもう一つの態様において、電流導体または光学的導波管に装着した軟質
絶縁構造体を製造する改良法を提供し、この軟質絶縁構造体は十分な難燃性を特
徴とする。
本発明の更にもう一つの態様において、絶縁された電流導体を提供し、ここにお
いて、該導体の絶縁構造体は、可塑化PvCを含み、場合により追加の添加剤を
含むことができる組成物から成形された第一層と、ポリアミドおよび最大0重量
%までのホスホン酸エステルを含み、場合により添加剤としての追加の成分をら
明らかになるものである。
図面の簡単な説明
図1は、本発明の一つの態様の端面透視図であり、PvCおよびPA層が概して
平面形態である多層構造体を示す。
図2は、本発明のもう一つの態様の端面透視図であり、本発明による多層構造体
の透視図を示す。
図3は、本発明のもう一つの実施態様であり、本発明の多層構造体を用いる電気
導体の分解斜視図を図示する。
図4は、本発明の多層構造体を同時押出技術によって製造するための工業プロセ
スの略図である。
図5は、本発明の多層構造体をタンデム押出技術によって製造するための工業プ
ロセスのもう一つの略図である。
本発明により、十分な難燃剤挙動および十分な曲げ特性を示し且つ電気用の多層
構造体として特に有用である多層構造体を提供する。多層構造体は、可塑化PV
Cを含み、場合により追加の添加剤を含むことができる組成物から成形された第
一層と、ポリアミドおよび最大0重量%までのホスホン酸エステルを含み、場合
により添加剤としての追加の成分を含む組成物から成形された第二層とを含む2
層の熱可塑性樹脂材料を含む。
前述したように、第一層は、PVCを含む組成物と、PVC用の可塑剤と、場合
により、組成物中に含まれるのが望ましいことがある追加の慣用的な成分とから
成る。
配合されるPvCは、本発明において示された構造体に成形可能であり且っPV
Cの規格においてかなりの柔軟性が見込まれるように望まれたPvCのいずれの
銘柄であってもよい。PvCは、何等かの望ましい物理的性質、例えば、比分子
量または重量範囲、温度使用定格、着色剤を示すことができるし、当該技術分野
において一般的に用いられる添加剤の量を、多層構造体の柔軟性または難燃剤挙
動に対して有害でないことが分かっている量で含む。
第一層を成形するPvC含有組成物中に配合される添加剤は可塑剤である。当該
技術分野で知られているように、可塑剤は製造工程中にPVCの粘度を減少させ
るように作用し、それによってその加工性を改良する。用いることができる可塑
剤の量は、本発明の構造体の成形に望ましい加工性を与える任意の量である。
非制限実施例として、絶縁された電線の製造においては、可塑剤約10重量%〜
50重量%をPVC中に加えることを用いるが、一層高いおよび一層低い量を用
いてよい。有用な可塑剤の例としては、フタル酸エステル系可塑剤があり、好ま
しくは、フタル酸ジー2−エチルヘキシル(DOP)、フタル酸ジイソデシル(
DIDP)、フタル酸ジウンデシル(DUP)およびフタル酸ジトリデシル(D
TDP)から成る群よりの1種類またはそれ以上である。同様に好ましいのはト
リメリット酸エステル系可塑剤、特に、トリメリット酸トリオクチル(T。
TM)およびトリメリット酸トリイソオクチル(TIOTM)である。これらの
好ましいトリメリット酸エステル系およびフタル酸エステル系可塑剤は商業的に
入手可能である。
多層構造体の前記の第一層を成形するPvC含有組成物に対する任意の添加剤の
一つとして、PvC層中に混合するかまたは他の方法で配合することができる顔
料または他の着色剤があり;このような着色剤は電線[コードイUまたは他の識
別および/またはマーキングシステムにおいて有用である。他の添加剤も組成物
中に含むことができる。このような種類の添加剤の一つは、このような多層構造
体の層間の接着力を増強するための接着促進剤である。更に別の成分、例えば、
鉛安定剤、スズ安定剤、無機充填剤、例えば、クレー、炭酸カルシウム、タルク
、ウオラストナイトまたはシリカ並びに既知であり且つ当該技術分野において一
般的に用いられている各種の潤滑剤およびろうも、本発明による組成物中に添加
剤として導入することができる。更に別の添加剤としては、難燃性に関して有用
な、一般的には「相乗剤」と称されるものがある。このような相乗剤の一つの非
制限例は酸化アンチモンであるが、ホウ酸亜鉛および酸化鉄を含む他の組成物並
びに相乗剤として挙動する他の組成物も本発明の内容による組成物中に配合する
ことができる。
多層構造体の第一層の組成物を生成するのに用いられるpvc、可塑剤および何
等かの追加の任意成分は、それらの材料を互いの中に完全に分布させることがで
きるいずれの方法においても混合することができる。用いるのに適当と認められ
る方法としては、物理的混合、例えば、タンプリング容器の使用によっておよび
溶融押出によって達成される物理的混合がある。好ましくは、成分を溶融押出し
し、そこにおいて、測定された量のpvc、可塑剤および任意の追加成分を物理
的に混合した後、−軸スクリユー押出機、二軸スクリュー押出機またはプラスチ
フィケータ−に導入し、少なくとも1種類の成分の軟化点より高い温度まで加熱
し、そして引き続きダイを介して成分を押出してストランドを形成し、次にこれ
をペレット化する。第一層を成形するのに最終的に用いられるPVC,可塑剤お
よび何等かの任意成分を含む得られたペレットは、本発明による更に別の押出作
業のための供給原料として用いることができる。
本発明に関連して用いるのに適当なポリアミドとしては、反復性アミド基をそれ
らのポリマー主鎖の一部分として有する長鎖ポリマー性構造体である周知のポリ
アミドがある。好ましくは、ポリアミドは、90%ギ酸中において9.2重量%
の濃度で測定された約40〜約250の相対粘度を有する。
このようなポリアミドの非制限例は、
(a)ラクタム、好ましくは、イプシロン−カプロラクタムの重合(ナイロン6
)によって製造されたちの;
(b)ジアミンど二塩基酸との縮合、好ましくは、ヘキサメチレンジアミンとア
ジピン酸との縮合(ナイロン6、 6) ;ヘキサメチレンジアミンとセバシン
酸との縮合(ナイロン6、 10) ;テトラメチレンジアミンとアジピン酸と
の縮合(ナイロン4.6)およびヘキサメチレンジアミンとアゼライン酸との縮
合(ナイロン6.9)によって製造されたちの;(C)アミノ酸の自己縮合、好
ましくは、11−アミノウンデカン酸の自己縮合(ナイロン11)および12−
アミノドデカン酸の自己縮合(ナイロン12)によって製造されたちの;および
(d)重合した植物油、或いは、2種類若しくはそれ以上のこれらのポリアミド
またはポリアミド配合物から成るランダム、ブロックまたはグラフト共重合体を
基剤とするものである。
好ましいポリアミドは、ポリイプシロンカプロラクタム(ナイロン6)、ポリヘ
キサメチレンアジパミド(ナイロン6.6)およびポリイプシロンカプロラクタ
ムとポリヘキサメチレンアジパミドのコポリマー(ナイロン6.6/6)である
。最も好ましいポリアミドはポリイプシロンカプロラクタムである。
非晶質ポリアミド、例えば、二数およびメタ−若しくはパラ−キシレンジアミン
、4. 4’−メチレンジアニリン、1.3−若しくは1.4−フェニレンジア
ミンまたは2.4−若しくは2,6−ジアミツトルエンを用いて製造されたもの
も有用である。
種々の末端官能基を有する前述のポリアミドも、本発明において用いるのに適し
ている。これらのものとしては、(a)ポリマー鎖の一方の末端に結合したカル
ボキシル基およびもう一方の末端に結合したアセトアミド基、(b)ポリマー鎖
の両末端に結合したアミノ基、(C)ポリマー鎖の一方の末端に結合したカルボ
キシル基およびもう一方の末端に結合したアミノ基並びに(d)ポリマー鎖の両
末端に結合したカルボキシル基を含むポリカプロラクタム(ナイロン6)を含む
好ましいポリアミドがある。これらのうちで最も好ましいのは、上記の(c)と
して分類されたものであり、ポリマー鎖の一方の末端に結合したカルボキシル基
およびもう一方の末端に結合したアミノ基を有するポリカプロラクタムがある。
本発明の内容により、第二層はホスホン酸エステルを更に含み、ここにおいて、
該ホスホン酸エステルは第二層を成形するのに用いられたポリアミド含有組成物
の最大20重量%までの鳳で配合される。適当なホスホン酸エステルは、化学構
造
(式中、「X」の値は0または1であってよい)を有すると特性決定することが
できるものである。このような材料は、優れた熱安定性、低揮発性を特徴とし且
つ容易に加工しうる。好ましくは、本発明によるホスホン酸エステルは、前記に
示したように、「X」の値が0である圧倒的多数のホスホン酸エステルと、置換
基rxJの値が「1」である少量のホスホン酸エステルとを有するホスホン酸エ
ステルの配合物である。このようなホスホン酸エステルは、粘稠な麦わら色の液
体として商業的に入手可能であり、概して、リッチモンド、vへのアルフライト
アンド・ウィルソン・インコーホレーテッド98フ年著作権、に記載されている
。これらのホスホン酸エステルは、モビールφオイルゆコーポレーション(Mo
bi’l Oi I Corp、)に譲渡された米国特許第3.789.091
号明細書および同第3,849.368号明細書にも論及されており、その説明
は参考として本明細書中に包含される。
本発明の内容により、ホスホン酸エステルは、構造体のポリアミド含有層の難燃
性の改良が実現されるという唯一の条件付きで、第二層を成形するのに用いられ
た組成物の最大約20重量%まで含む任意の量で存在することができる。本発明
の内容の利点を特徴とする構造体を成形するための組成物の使用において配合さ
れるホスホン酸エステルの正確な量が、実験的方法によって最もよく決定され且
つ最適化されるということは当業者に明らかなはずである。好ましくは、PA含
有組成物中のホスホン酸エステルの重量百分率は約0.001%〜20%を含む
範囲内であり、更に好ましくは、約0.01%〜20%の範囲内であり、そして
最も好ましくは、約0.01%〜8.8%の範囲内である。
ポリアミド層は、場合により、当該技術分野において一般的に用いられている種
々の量の添加剤を含むことができる。このような添加剤の例としては、顔料、染
料、熱安定剤、潤滑剤、カプロラクタムを含む可塑剤、紫外線吸収剤および安定
剤がある。
例としての代表的な紫外線吸収剤および光安定剤としては、各種置換レソルシノ
ール、サリチレート、ベンゾトリアゾール、ベンゾフェノン等がある。
適当な代表的潤滑剤および離型剤としては、ステアリン酸、ステアリルアルコー
ル、ステアラミド、ステアリン酸ナトリウムおよびステアリン酸亜鉛がある。
例としての、染料および顔料を含む適当な着色剤としては、硫化カドミウム、セ
レン化カドミウム、二酸化チタン、フタロシアニン、群青、カーボンブラック等
がある。
代表的な酸化および熱安定剤としては、元素の周期表のl族の金属ハロゲン化物
、例えば、ハロゲン化ナトリウム、ハロゲン化カリウム、ハロゲン化リチウム;
並びにハロゲン化第−銅;そして更には、塩化物、臭化物、ヨウ化物がある。更
に、ヒンダードフェノール、ヒドロキノン、芳香族アミン並びに前述の群の置換
メンバーおよびそれらの組合わせ。
PvC含有組成物に関連して上記で論及されたのと同様の方法において、多層構
造体の第二層の組成物を生成するのに用いられたPA、ホスホン酸エステルおよ
び追加の任意成分は、それらの材料を互いの中に完全に分布させることができる
いずれの方法においても混合することができる。用いるのに適当と認められる方
法としては、物理的混合、例えば、タンプリング容器の使用によっておよび溶融
押出によって達成される物理的混合がある。好ましくは、成分を溶融押出しし、
そこにおいて、測定された量のPA、ホスホン酸エステルおよび任意の追加成分
を物理的に混合した後、−軸スクリユー押出機、二軸スクリュー押出機またはプ
ラスチフィケータ−に導入し、少なくとも1種類の成分の軟化点より高い温度ま
で加熱し、そして引き続きダイを介して成分を押出してストランドを形成し、次
にそれをペレット化する。第」を成形するのに最終的に用いられる組成から成る
得られたペレットは、本発明による更に別の押出作業のための供給原料として用
いることができる。
双方の層、すなわち、可塑化PvCを含む第一層並びにPAおよびホスホン酸エ
ステルを含む第二層は、別個の押出工程によって得られた薄膜またはシートの形
であってよいし、或いは、同時押出しすることができる。同様に、PvC含有層
およびPA含有層が異なる形態である場合、その形態を別個にか、連続的にかま
たは同時押出しすることができる。特定の目的の用途に依るが、典型的に、PV
C含有層の厚みは約0.25〜約2.30mm (約0.010〜約0.090
インチ)であり、典型的に、PA含有層の厚みは約0.05〜約0.40mm(
約0.002〜約0.016インチ)であってよい。これらの厚みは例示の目的
のためであり、本発明の内容の適応性を制限すると考えるべきではないことは理
解すべきである。
本発明による多層構造体は、多層構造体が必要とされるいずれの用途においても
用いることができる。概して、多層構造体は絶縁および保護用外被として有用で
ある。更に具体的には、チューブ状形態の多層構造体は、特に、電流導体、すな
わち、単一ストランドまたは多数のストランドから成る金属または金属線に装着
するのに、そして或いは光学繊維に装着するのに用いられる。本明細書中におい
て用いられる「装着する」という用語は、電線の円周(はぼ円形の断面を有する
電線の場合)または外面(はぼ円形の断面を有していない電線の場合)、或いは
光学導波管を包む、被覆するまたは包装することとして解釈すべきであることは
理解すべきである。本明細書中で示された多層構造体のPA含有層を成形する組
成物の難燃性は、プラスチック材料の易燃性に関するアンダーライターズ・うボ
ラトリーズ(Underwriter’ s Laboratories)UL
−94試験の確立されたプロトコル、特に、完全な内容が参考として本明細書中
に包含されている、1973年、1988年に著作権取得および1990年3月
19日改訂の刊行物「安全基準−装置および器具の部品用プラスチック材料の燃
焼試験(Standard for 5afety−Tests forFla
mmability of Plastic materialsfor pa
rts in Devices and Appliances)Jの7〜10
頁に完全に記載されている「材料94−V−0,94−V−1,94−■−2を
分類するための垂直燃焼試験(Vertical BurningTest f
or Classifying Materials 94−V−0,94−V
−1,94−V−2) J T、:しタカッテ評価すレル。要約すルト、UL−
94垂直燃焼試験を用いて、火炎と接触した場合のバー検体の性能を評価する。
各検体の試料バーを最初に空気循環炉中において状態調節した後、評価される試
料検体それぞれの5個のバーをそれぞワヘ支持体から垂直に伸びるように一端を
支持する。乾燥吸収綿の層をバーの下12インチに置いた後、火炎をバーの中心
に10(10)秒間適用する。火炎を取り除き、引き続き30(30)秒間バー
を目視によって観察して、有炎燃焼および/または無炎燃焼の時間を記録する。
有炎燃焼か無炎燃焼の区別が難しい場合、綿をバーと接触するようにし、そして
発火した場合に、そのバーの状態を有炎燃焼とみなす。試験を各試料バーに関し
て同じ試料バーで再度繰返して、その易燃性を再度決定する。観察し且つ記録す
べき状態としては、(a)1回目の火炎適用後の有炎燃焼時間、(b)2回目の
火炎適用後の有炎燃焼時間、(c)2回目の火炎適用後の有炎燃焼と無炎燃焼の
時間、(d)検体が燃え尽き且つ保持クランプまで燃焼したか否か、そして(e
)検体が、綿スワッチを発火させる火炎粒子を落とすか否かがある。
上記のUL−94プロトコルにしたがって評価された検体を3クラスの一つに当
てはめる。
クラスr94−V−QJとは、試験火炎の1回目かまたは2回目の適用後に10
(10)秒間を越える有炎燃焼を伴って燃焼しないし、5個の検体の各セットに
対する10(10)火炎適用に関する全有炎燃焼時間が50秒間を越えないし、
保持取り付は具まで燃え尽きないし、試験された試料の下12インチに置かれた
乾燥外科用綿を発火させる火炎粒子を落とす検体を全く有していないし、そして
2回目の火炎の除去後に30(30)秒間を越えて持続する無炎燃焼を伴う検体
を全く有していない試料を示す。
クラスr94−V−IJとは、試験火炎のどちらの適用後にも、30(30)秒
間を越える有炎燃焼を伴って燃焼しないし、5個の検体の各セットに対する10
(10)火炎適用に関する全有炎燃焼時間が250秒間を越えないし、保持取り
付は具まで燃え尽きないし、試験された試料の下12インチに置かれた乾燥外科
用綿を発火させる火炎粒子を落とす検体を全く有していないし、そして2回目の
火炎の除去後に60(60)秒間を越えて持続する無炎燃焼を伴う検体を全く有
していない試料を示す。
クラスr94−V−2Jとは、試験火炎の1回目かまたは2回目の適用後に30
(30)秒間を越える有炎燃焼を伴って燃焼しないし、5個の検体の各セットに
対する10(10)火炎適用に関する全有炎燃焼時間が250秒間を越えないし
、保持取り付は具まで燃え尽きないし、試験された検体の下12インチに置かれ
た乾燥外科用綿を発火させる火炎粒子を落とす1種類またはそれ以上の検体を有
していることがあり、そして2回目の火炎の除去後に60(60)秒間を越えて
持続する無炎燃焼を伴う検体を全く有していない試料を示す。
更に、組成物の5個の試料検体の内の一つの検体のみが要件に従わない場合、同
一組成物の5個の検体の第二セットを試験すべきである。この第二セットからの
検体全部が、その材料を94−V−1,94−V−2または94−V−3として
適切に分類するための適当な要件にほとんど従う。
ULラボラトリーズプロトコルの一部分ではないので、本発明者は、94−V−
L 94−V−2または94−V−3等級を越えた検体の易燃性を示した材料に
rHBJの等級を当てはめる。
装着された電線の易燃性を決定するのに有用である別の試験は、1983年8月
15日付の「電線、ケーブルおよび軟質コードの対照基準(Reference
5tandard for ElectricalWires、Cables
and Flexible Cords)J、(c)アンダーライターズ・ラ
ボラトリーズ、100〜102頁に完全に記載されているアンダーライターズ・
ラボラトリーズUL1581r熱可塑性樹脂およびゴム絶縁電線およびケーブル
の水平検体火炎試験(Horizontal−8pecimen Flame
Te5t for Thermo−plastjc−and Rubber−I
nsulated Wjresand Cables)Jと称される。要約する
と、試験は、完成した単一の導体である熱可塑性樹脂絶縁電線またはケーブルの
試料長さを水平位置に支持し且つ試料の下9インチのところに乾燥外科用綿の水
平の平らな層を置くことを必要とする。次に、ガス火炎を絶縁電線の中点に30
秒間接触させた後、火炎を除去する。絶縁層の有炎燃焼時間、更には、電線の絶
縁材の有炎燃焼または他の分解の進行を記録する。更に、何等かの粒子または滴
が吐出されるかどうかおよびこれが綿を発火させるかどうかの記録をとる。
構造体の易燃性を決定するもう一つの試験を更に実施した。極限酸素指数(Lo
l)を測定して、試料構造体の蝋燭様燃焼を保持するのに必要な酸素の最小濃度
を決定した。この試験において、試験検体をガラスシリンダー中に垂直にいね、
点火し、そして酸素および窒素の混合物のガス流を、垂直に配向した電線試料を
越えて通過するようにガラスシリンダーを介して上向きに向ける。初期酸素濃度
を選択し、検体に上部から点火し、そして燃焼の長さおよび時間を記録する。続
いて、流中の酸素濃度を増加させ、或いは減少させ、同一検体に再点火し、或い
は、新規の検体を同様の方法でガラスシリンダーに入れ且つ点火する。この試験
を、検体の一定の蝋燭様燃焼を支持するのに必要とされる酸素の最低濃度が保持
されるまで繰返す。決定された値は、試験中に用いられた酸素/窒素ガス流中の
酸素ガスの百分率に等しい数値であり;より高い酸素の百分率は試料の耐燃性を
示し、逆に、より低い酸素の百分率は試験試料の一層容易な易燃性を示す。
いずれかの試料を成形する組成物の物理的性質の評価は、以下のプロトコル、す
なわち、ノツチ付およびノツチなしアイゾツト衝撃のASTM D−256試験
、曲げ特性のASTM D−790試験、引張強さおよび特性のASTM D−
638に基づいて成形試験バーについて行なった。これらの性質に関するプロト
コルは当業者に周知である。
これらの前述の試験に加えて、本発明者によって示されたような多層構造体中の
PA含有層の伸びを以下のように評価した。すなわち、電線上に押出された2層
構造体からの、ホスホン酸エステルを含むPA含有層をPVC含有層と分離した
。次に、PA含有層を178インチの打抜き機を用いて1層8インチ幅のストリ
ップに切断した後、初期伸びをASTM 1581試験プロトコルにしたがって
試験して、前記の層の初期伸びを決定した。
ここで図面を参照すると、図1に図示したのは、PvCおよびPA層が概して平
面形態であることが示されている多層構造体の端面透視図である。このような多
層構造体とは、硬質で且つ構造的に自立しているブラックおよび/またはプレー
トなどの小型の製品も、更には薄膜若しくはシートなどのより大型の製品も示す
意味である。更に、示されているこのような多層構造体が、示されていない別の
構造体と一緒に用いるのに適当な薄膜またはコーティング構造体を代表すること
ができるということは理解すべきである。図示したように、構造体10は2層か
ら成り、第一層12は可塑化PVCを含ろ且つPAの第二層14は、ホスホン酸
エステルおよび追加の任意成分を含む組成物を含む。このような構造体は、場合
により、第一層12および第二層14の中間に接着材料を含むことができる。
図2は、本発明によるもう一つの構造体20の端面透視図であり、本発明による
多層構造体の透視図を示す。構造体20は、図1による構造体10と対照的に、
形態が概して非平面であるが円筒形であることが分かっている第一のコア型層2
2を含む。構造体20は、更に、PA層を含み且つ第一層22と位置合わせして
重層されている第」24を含む。詳しく図示されていないが、第一層および第二
層を含む組成物間の十分な接着性を与え且つ第一層22および第二層24に対し
て中間に位置したもう一つの構造体または材料を含むことができる。
図3は、本発明のもう一つの実施態様を図示し且つ本発明の多層構造体を用いる
電気導体30の分解斜視図を図示する。電気導体30は、銅、アルミニウム、銅
被覆スズ、銀めっき銅およびステンレス鋼を含む任意の適当な金属から成形する
ことができる電線導体32を含む。電線導体32は、制限されないが、1,00
0、OOOCM(r円形ミル」)〜約22AWG(rアメリカンワイヤゲージ」
)までの任意の適当な寸法であってよいが、この特に好ましい範囲内にない他の
電線導体も本発明の利点を有することができると予想される。更に、電線導体3
2は、捩れた金属導体であることがある金属ストランドなどの単一の固体金属導
体または多数の金属導体であってよい。
電気導体20に接触している第一層34(すなわち「内部層」)は、本発明の内
容による可塑化PvCおよび他の添加剤を含む。この第一層は任意の適当な手段
によって電気導体20の回りに成形することができる。押出法が好ましいであろ
う。第一層34の厚みは任意の望ましい厚みであってよく、本発明の実施に必然
的ではない。しかしながら、一般的に用いられる厚みを用いるのが好ましい。
第」36(すなわち「外部層」)は、PAおよびホスホン酸エステル並びに任意
の添加剤を含み、任意の適当な手段によって第一層32の回りに成形することが
でき、押出法が好ましい。同様に、第二層36の厚みは本発明の享有に対して必
然的ではないが、一般的に用いられる厚みを用いることができる。
ここで図4を参照すると、本発明の多層構造体を同時押出技術によって製造する
ための工業プロセスの略図が図示されている。
電線被覆ライン40は、本発明によって電線41上に構造体を成形するために、
任意成分を含むPvC含有組成物およびPA含有組成物を押出することができる
同時押出ダイ52を備えた2個のバレル50Aおよび50Bを有する押出機50
を含む。場合により、電線被覆ライン40は、電線41を供給するための電線巻
出しリール42A1電線41が被覆された後にそれを集めるための電線巻取リー
ル42B1電線41を誘導および/または輸送する働きをする一連のキャプスタ
ン/ピンチローラ−44A、44B、44C,44D、並びに押出機50の前に
位置した電線前処理機46、電線後処理機47およびマーキングステーション4
8を含む追加の装置を含む。
本発明の利点を有するのに必要な製造プロセスは、多層絶縁線およびケーブルを
成形するのに通常用いられるプロセスである。図4および図5に関連して論理さ
れたプロセスの特徴はそのままで例示と考えるべきであり、制限するものではな
い。概して、裸線41は電線巻出しリール42Aから送られ、そこにおいてそれ
はローラー44Aを介し、そして電線前処理機46に対して通過する。電線前処
理機46は任意の処理装置であり、その内部において、裸線41を押出機50中
で被覆する前にそれを状態調節することができる。このような状態調節としては
、予熱、化学的/物理的清浄作業および/または他の作業を挙げることができる
。次に、電線41は、上記で開示された構造および組成物の論理によって二つの
層、すなわち、第一層および第」を電線上に押出することかできるダイ52を含
む2個の押出機50によって与えられたクロスヘッド中に入る。2個の押出機5
0および同時押出ダイ52は、当該技術分野で現在知られているものまたは、材
料の多数の層を電線若しくは他の構造体上に押出す場合に有用である今なお開発
されているもののいずれであってもよい。当該技術分野で現在知られている一つ
の例は、それぞれが少なくとも1個の収納用ホッパーを有し且つPvC含有組成
物およびPA含有組成物を供給する2個の押出機を含み、それらがそれぞれの成
分を各押出機の熱バレルに対して供給し、それがそれぞれの組成物を軟化し且つ
適当に成形されたダイ52へと導いた後、材料を電線または他の構造体上に押出
す。このような押出機は、典型的に、各熱バレル内に回転スクリューを含み(図
4において50Aおよび50Bとして示した)、その成分それぞれを効率よく混
合し且つダイ52中にそれを押し込む。一段押出法は、急速押出量および全生産
速度を含む利点を提供する。
同時押出に続いて、排出される電線41は、場合により、電線後処理機47に供
されることがあり、それは、絶縁構造体を電線41上へ適用することに続くコン
ディショナーすなわち状態調節工程である。後処理機47はいずれの状態調節工
程または作業であってもよく、冷却作業、有機材料を全て駆逐するおよび/また
は電線41上に押出された1層または両方の層の硬化をもたらす追加の加熱工程
、水浴などの急冷作業または他の有益な状態調節処理を含むことがある。次に、
電線41はもう一つのキャプスタン/ピンチローラ−44Bを通過し、そして絶
縁線41の外面を当該技術分野で周知の方法においてalll情報によって特徴
付ける捺印ステーション48へと通過することができる。次に、電線41は更に
別のキャプスタン/ピン千ローラー44C,44Dを通過し且つ電線巻取リール
42Bによって巻き取られる。それによって、絶縁線41は電線被覆ライン40
から取り出し且つ用いることができる。
図5は、本発明の多層構造体を「タンデム」押出法によって製造するためのプロ
セスのもう一つの略図である。この電線押出ライン54は、図4に示したような
単一のクロスヘッドダイ52の置換だけが図4に図示したものと実質的に異なり
、2個の押出機60.64とそれ自体のダイ62.66を有し;結果として、図
4および図5中の同様に示した要素は交換可能であると考えられるし、しかも図
4で論理したような作業に関する注釈は同等であると考えられ且つ参考として本
明細書中に包含される。図5に示したような本発明のこの実施態様において、適
当なダイ62に入る電線41は押出機60によって供給され且つ前記で論理した
ような第一層で被覆される。第一層によってこのように与えられた電線41を、
引き続き、押出機64によって供綽される第二のダイ66中においてポリアミド
層で被覆して、本発明の内容に上 構造体を成形する。
図4および図5の前述の論理に、ハで、本発明の多層構造体の使用は、電線導体
または電線ケーブル用の絶縁構造体の成形に関して論理され且つ記載されてきた
。しかしながら、有益であると考えられる他の用途における本発明の有用性は無
視すべきではなく;繊維、光学繊維等を含む他のストランド型材料の使用法が明
らかに予想される。更に、「内部」および「外部」という相対的用語は、PvC
含有およびPA含有層の相対的位置を記載するのに用いられたが;このような慣
例は便宜上採用されており、必要上ではない。PA層が「内部」層を形成し且つ
PvC含有層が「外部」層を成形する構造が考えられる。
本発明の下記の実施態様において、いずれの組成物の説明においても、組成物を
生成するのに用いられた成分に関する百分率は全て、それが一部分を成形してい
る組成物に相対する特定の成分の「重量%」であると理解すべきである。この慣
例に対する例外は詳しく記載する。。
実施例
実施例1〜4
ASTM D−792による比重が1.13であり且つ融点が約420度Fであ
ると記載さね、そして以下の物理的特性、すなわち、ベレットの形態での極限伸
び約200%、曲げ強さ約15.4001)8i%曲げ弾性率約377.000
psi1ノツチ付アイゾツト衝撃強さ約1,0ft−1bs/インチを主として
有するTHHNSTHWN1船舶用ケーブル、建築用電線および非金属外装ケー
ブルの押出に適当な中年度の熱安定化された押出用銘柄樹脂として機能的に特性
材料であるアルブライト・アンド・ウィルソン(Albright and条件
、すなわち、温度プロフィール;区域1設定温度266度01区域2設定温度2
61度01区域3設定温度255度01区域4設定温度250度01区域5設定
温度240度01区域6設定温度240度01区域7設定温度240度Cの下で
操作する一軸スクリユー押出機の供給に対して提供した。スクリューを操作して
1100RPで回転させ、ブレーカ−プレートでの圧力を700ps iに合わ
せた。押出物をストランドに成形した後、ペレット化した。そのベレットを引続
きの試験試料の配合および製造用に用いた。
下記の表1に示した百分率にしたがって、追加のカプロン8224H8樹脂を含
む種々の比率のマスターバッチ組成物を有する各種実験用組成物を配合し且つア
ーバーグ(Arburg)射出成形機中で6インチ×1/2インチX 1/32
表1−実験用組成物
カプロン(R)8224H8−1002587,5表2−物理的性質
曲げ強さ、
psi (1000’ s) ニア、 19 15.46 8.35 11.7
6曲げ弾性率、
psi (1000’ s):166 377 200 296引張降伏強さ、
psi (1000’ s):5.12 12.09 7.79 9.55降伏
伸び、
% :4 5 5 5
極限引張強さ、
psi (1000’ s) :4.49 7. 46 5. 78 6. 7
8極限伸び
% :49 198 151 185
ノツチ付アイゾツト、
ft−1b/インチ +0.65 0.7 0.79ノツチなしアイゾツト、
ft−1b/インチ :4.8 11.6 18表3は、実験用組成物それぞれ
の5個の標準試験バーでのUL−94火炎試験からの知見を報告する。
表4は、極限酸素指数を決定する試験からの知見を報告し、そこにおいて試料を
前記に概説されたプロトコルにしたがって試験した。
表4
検査によって分かるように、実施例2の組成物は対照試料であり、本発明によっ
て示されているようなホスホン酸エステルを含まないが比較の目的に提供される
。
表2に報告された性質に関して、実施例2の場合との比較における実施例1.3
および4の曲げ特性に関する試料の極限引張強さ、特に、極限伸びは、実施例3
および実施例4の極限伸びを特に好都合に比較することができるということを容
易に観察することができ、そのそれぞれの151%および185%の値は、報告
された値が198%である比較例2の極限伸びに好都合に匹敵する。ここで表3
および表4の報告された結果を参照すると、改良はなお一層顕著である。実施例
2の組成物は表3に示さね、UL−94試験プロトコルは不合格であり且つ前記
に記載のrHBJ等級に当てはめられるが、実施例1.3および4の結果はそれ
ぞわ、前記に簡単に論理されたUL−94試験の等絞付はプロトコルによるそれ
らの難燃性に関するI’[4−V−OJ、r94−V−2Jおよびr94−V−
2」等級に当てはめられる。したがって、好適であることが示された百分率でホ
スホン酸エステルを含むポリアミド含有組成物は、十分〜優れた難燃性を特徴と
して示し、同時に、伸び特性を十分に保持するということを理解しつる。
実施例5〜7
電流導体(すなわち、電線およびケーブル)上への押出に有用な、当該技術分野
で知られている組成物の典型的な可塑化ポリ(塩化ビニル)組成物のマスターバ
ッチは、ジョーシア・ガルフ・インコーホレーテッド(GeorgiaGulf
Inc、)によって販売されたr1095Jと称する未使用pvc樹脂約55
〜65%、フィラデルフィア、PAのアンシン・インコーホレーテッド(Anz
on Inc、)から「ディタール・エンヴ(Dys tha 1−Env)」
という商品名で商業的に入手可能な鉛安定剤3〜6%、いずれも商業的に入手可
能な、トリメリット酸エステル系可塑剤であるトリメリット酸トリオクチル(T
OTM)20〜30%、フタル酸エステル系可塑剤であるフタル酸ジウンデシル
(DUP)4〜8%、電気絶縁銘柄クレー3〜6%、酸化アンチモン1〜2%を
含んだ。PvC含有組成物中のもう一つの成分は、塩化ビニル含有コポリマー、
更に詳しくは、ダンバリー、コネチカット州のユニオン・カーバイド・コープ(
Union Carbide Corp)から商業的に入手可能であり且つrV
AGHJターポリマーと称される、ヒドロキシル含量が2%過剰の塩化ビニル/
酢酸ビニル/ビニルアルコールターポリマーが3.5%であった。このVAGH
ターポリマーは、塩化ビニル単位90重量%、酢酸ビニル単位4重量%およびビ
ニルアルコール単位6重量%から成り且つヒドロキシル官能価約2.3重量%お
よびヒドロキシル値76を有すると記載されている。これらの材料は、更に、A
STM D792による比重が1.39であると記載されている。更に詳しくは
、VAGH樹脂はガラス転移温度が79度Cで且つ数平均分子量が27.000
であると記載されている。このようなターポリマーの使用は、重層されたPvC
含有層およびPA含有層の接着性を増大させるような材料の有用性を論理してい
る、1990年9月10日出願の現在同時係属で且つ共通に譲渡された米国特許
出願第580,232号明細書に示されている。この塩化ビニル−酢酸ビニル−
ビニルアルコールターポリマーは、本発明によるPvC含有層の0重量%より大
で且つ10重量%未満から成る量で存在することができる。
ボウルおよび混合羽根を有するヘンシェル(Hensche 1)ミキサー中に
pvc、ディタールーエンヴ、TOTMSDUPおよび酸化アンチモンを室温で
加えた後、温度を上昇させながら約10〜15分間完全に混合した。次に、成分
の温度が190度Fである時点で電気絶縁銘柄クレーおよびVAGHターポリマ
ーを加え、そしてバッチが200〜210度Fに達した時点で混合物をミキサー
のボウルから取り出した。次に、混合物を短バレルー軸スクリュー押出機の供給
ホッパーに与え且つ加熱してそれを可塑化し、そしてそれからストランドを成形
した後にそれをペレット化した。
次に、製造されたペレット化組成物を、熱バレルおよびダイヘッドの区域を通っ
て約370度Fの温度を有するように操作されたバリヤー・マドクス(Barr
ier Maddox)スクリューを有する第一の押出機に与えた。
スクリューを操作して約35RPMで回転させ、モーターは約115アンペアの
電流を生じ、そして圧力は約2000psiで保持された。電線の押出量は20
下の作業条件、すなわち、熱バレルおよびグイヘッドを通る温度プロフィール約
500度Fで保持した。スクリューを操作して約46RPMで回転させ、モータ
ーは約45アンペアの電流を生じ、そして圧力は約1100psiで保持された
。
で押出した。電線上に形成された構造体は実施例5の構造体を含み、それは、本
発明によって示されるようなホスホン酸エステルを含まない比較例として製造さ
れた。
同様に、本発明によるもう一つの構造体を、以下の条件を除く同じ条件下で製造
した。実施例6の構造体は、第一層を形成する同一のPvC含有組成物を用いた
が、ホスホン酸エステルを更に含むPA含有層である第二層は、実施例3による
組成物を用いて第一層上に押出された。同様に、実施例7として示されたもう一
つの構造体は、第一層を形成する可塑化PvC含有組成物を用い、そして実施例
4による組成物から形成された第」は、上記の実施例5の押出電線を製造するの
に用いたものと実質的に同一の条件下でAWG14ゲージ中実電線上に押出され
た。
実施例5〜7の多層構造体を含む電線に、アンダーライターズ・ラボラトリーズ
UL−94r材料94−V−0,94−V−1,94−V−2を分類するための
垂直燃焼試験」を施したが、この試験による結果を表5に報告する。
表5−易燃性
[UL−94試験プロトコル]
電線試料 試料番号 1回目燃焼(秒) 2回目燃焼(秒)実施例5 1 30
1
実施例6 1 4 2
実施例7 1 12 4
実施例8〜9
500、OOOCM撚りストランド銅を含む2本の電線試料上に、実施例5〜7
のマスターバッチのPvC組成物の厚さ0.064インチの層を最初に押出し、
の被覆線の試料を、前記に簡単に記載されたアンダーライターズ・ラボラトリー
ズのUL 1581r熱可塑性樹脂およびゴム絶縁電線およびケーブルの水平検
体火炎試験JUL 1581で試験した。その結果を下記の表6に概説する。
表6
アンダーライターズーラボラトリーズUL 1581種々の試験の結果の論評と
して、本発明は、特に、UL1581水平火炎試験で実証されたような優れた難
燃剤挙動を示し、同時に、十分な柔軟性および他の物理的性質を保持する改良さ
れた構造体を提供する。
本明細書中目占戟された本明細書および実施例は例示のためであり且つ制限のた
めではないということ、並びに本発明の精神および範囲から逸脱することなく種
々の修正および変更を行なうことができ、その制限は請求の範囲によってのみ拘
束されるということは理解される。
補正書の翻訳文提出書
Claims (10)
- 1.可塑剤、ポリ(塩化ビニル)を含む第一層およびポリアミドを含む第二層を 含んで成る多層構造体であって、該第二層が、構造▲数式、化学式、表等があり ます▼ (式中、「x」は0または1である) を有するホスホン酸エステルを更に含むことを特徴とする上記の多層構造体。
- 2.ポリアミドが、ポリイプシロンカプロラクタム(ナイロン6)、ポリヘキサ メチレンアジパミド(ナイロン6,6)およびポリイプシロンカプロラクタムと ポリヘキサメチレンアジパミドのコポリマー(ナイロン6,6/6)から成る群 より選択される請求の範囲第1項に記載の構造体。
- 3.ポリアミドが、ヒドロキシル、カルボキシル、カルボキシル化合物、アミド 、アセトアミド、アミンの群より選択される末端官能基を含む請求の範囲第1項 または第2項に記載の構造体。
- 4.可塑剤が、フタル酸ジ−2−エチルヘキシル(DOP)、フタル酸ジイソデ シル(DIDP)、フタル酸ジウンデシル(DUP)、フタル酸ジトリデシル( DTDP)を含むフタル酸エステル系可塑剤;トリメリット酸トリオクチル(T OTM)およびトリメリット酸トリイソオクチル(TIOTM)を含むトリメリ ット酸エステル系可疎剤の群より選択される請求の範囲第1項に記載の構造体。
- 5.第一層が、塩化ビニル−酢酸ビニル−ビニルアルコールターポリマーを第一 層に対して0重量%より大で且つ10重量%未満の量で更に含む請求の範囲第1 項に記載の構造体。
- 6.ホスホン酸エステルが、構造体の第二層の組成物を0.001重量%より大 で且つ20重量%未満含む請求の範囲第1項〜第5項のいずれか1項に記載の構 造体。
- 7.第二層が、構造 ▲数式、化学式、表等があります▼ を有する2個のホスホン酸エステルを含み、但し、「x」の値が0に等しい場合 、1個のホスホン酸エステルを表わし、「x」の値が1に等しい場合、もう一つ のホスホン酸エステルを表わす請求の範囲第1項に記載の構造体。
- 8.「x」の値が0に等しい構造によって表わされるホスホン酸エステルの量が 、「x」の値が1に等しい構造によって表わされるホスホン酸エステルの量を上 回る請求の範囲第7項に記載の構造体。
- 9.前記請求の範囲第1項〜第8項のいずれか1項に記載の多層構造体を製造す る方法。
- 10.プレート、簿膜または電気ケーブル絶縁構造体を形成するのに用いられる 請求の範囲第1項〜第8項のいずれか1項に記載の構造体。
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| JP2013040268A (ja) * | 2011-08-12 | 2013-02-28 | Yazaki Energy System Corp | 薄肉耐摩耗電線被覆用塩化ビニル樹脂組成物、および、薄肉耐摩耗電線 |
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- 1992-01-21 CA CA002100952A patent/CA2100952A1/en not_active Abandoned
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| JP2013040268A (ja) * | 2011-08-12 | 2013-02-28 | Yazaki Energy System Corp | 薄肉耐摩耗電線被覆用塩化ビニル樹脂組成物、および、薄肉耐摩耗電線 |
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