絶縁材料の性能は、電線・ケーブルの品質、加工効率、適用範囲に直接影響します。絶縁材料の性能は、電線・ケーブルの品質、加工効率、適用範囲に直接影響します。
1. PVC（ポリ塩化ビニル）電線およびケーブル
ポリ塩化ビニル（以下、PVCPVC絶縁材料は、PVC粉末に安定剤、可塑剤、難燃剤、潤滑剤、その他の添加剤を加えた混合物です。電線やケーブルの用途や特性要件に応じて、配合が調整されます。数十年にわたる製造と応用を経て、PVCの製造および加工技術は現在非常に成熟しています。PVC絶縁材料は電線やケーブルの分野で非常に幅広い用途があり、独自の特性を備えています。
A. 製造技術が成熟しており、成形や加工が容易です。他の種類のケーブル絶縁材料と比較して、低コストであるだけでなく、色差、光沢、印刷、加工効率、電線表面の柔らかさや硬さ、導体の接着性、さらには電線自体の機械的・物理的特性や電気的特性を効果的に制御できます。
B. 優れた難燃性能を備えているため、PVC絶縁電線は各種規格で規定されている難燃等級を容易に満たすことができます。
C. 耐熱性に関して、材料配合の最適化と改良により、現在一般的に使用されているPVC絶縁材は主に以下の3つのカテゴリーに分類されます。
定格電圧に関しては、一般的に1000V AC以下の電圧レベルで使用され、家電製品、計測機器、照明、ネットワーク通信などの産業分野で幅広く応用されています。
PVCには、用途を制限するいくつかの固有の欠点もある。
A. 塩素含有量が高いため、燃焼時に大量の濃い煙が発生し、窒息、視界不良、発がん性物質や塩化水素ガスの発生を引き起こし、環境に深刻な害を及ぼします。低煙ゼロハロゲン絶縁材料の製造技術の発展に伴い、徐々にPVC絶縁材を置き換えていくことは、ケーブル開発における必然的な流れとなっています。
B. 一般的なPVC絶縁体は、酸やアルカリ、熱油、有機溶剤に対する耐性が低い。同類は同類を溶かすという化学原理によれば、PVC電線は上記のような環境下では損傷やひび割れを起こしやすい。しかしながら、優れた加工性と低コスト性から、PVCケーブルは依然として家電製品、照明器具、機械設備、計測機器、ネットワーク通信、建築配線などの分野で広く使用されている。
2. 架橋ポリエチレン電線およびケーブル
架橋ポリエチレン（以下、XLPEポリエチレンの一種で、高エネルギー放射線や架橋剤の作用により、特定の条件下で線状分子構造から三次元構造へと変化する。同時に、熱可塑性プラスチックから不溶性の熱硬化性プラスチックへと変化する。
現在、電線・ケーブル絶縁材の用途において、主に3つの架橋方法が存在する。
A. 過酸化物架橋：まずポリエチレン樹脂を適切な架橋剤および酸化防止剤と組み合わせて使用し、次に必要に応じて他の成分を添加して架橋可能なポリエチレン混合粒子を生成します。押出成形プロセス中、高温蒸気架橋パイプを通して架橋が行われます。
B. シラン架橋（温水架橋）：これも化学架橋法の一つです。主なメカニズムは、特定の条件下で有機シロキサンとポリエチレンを架橋することです。
架橋度は一般的に約60％に達する。
C. 放射線架橋：これは、R線、アルファ線、電子線などの高エネルギー放射線を利用して、ポリエチレン高分子中の炭素原子を活性化し、架橋反応を引き起こす方法です。電線やケーブルで一般的に使用される高エネルギー放射線は、電子加速器によって生成される電子線です。この架橋反応は物理エネルギーに依存するため、物理架橋に分類されます。
上記３つの異なる架橋方法は、それぞれ異なる特徴と用途を持つ。
熱可塑性ポリエチレン（PVC）と比較して、XLPE絶縁材には以下の利点があります。
A. 耐熱変形性が向上し、高温での機械的特性が改善され、環境応力割れや熱老化に対する耐性が向上しました。
B. 化学的安定性と耐溶剤性が向上し、低温流動が低減され、基本的に元の電気的性能が維持されています。長期使用温度は125℃と150℃に達します。架橋ポリエチレン絶縁電線およびケーブルは短絡抵抗も向上し、短期耐熱性は250℃に達します。同じ厚さの電線およびケーブルの場合、架橋ポリエチレンの電流容量ははるかに大きくなります。
C. 優れた機械的特性、防水性、耐放射線性を備えているため、さまざまな分野で広く使用されています。例えば、電気機器の内部接続線、モーターリード線、照明リード線、自動車用低電圧信号制御線、機関車用配線、地下鉄用電線・ケーブル、鉱山用環境保護ケーブル、船舶用ケーブル、原子力発電所用ケーブル、テレビ用高電圧線、X線照射用高電圧線、送電線・ケーブルなどです。
XLPE絶縁電線・ケーブルには大きな利点がある一方で、用途を制限する固有の欠点もいくつか存在する。
A. 耐熱接着性能が低い。電線を定格温度を超えて加工・使用すると、電線同士がくっつきやすくなります。ひどい場合は、絶縁損傷や短絡につながる可能性があります。
B. 熱伝導抵抗が低い。200℃を超える温度では、電線の絶縁体が非常に柔らかくなる。外部からの圧迫や衝突などの力が加わると、電線が切断されて短絡を起こしやすくなる。
C. バッチ間の色差を制御することは困難です。加工中に傷、白化、印刷文字の剥がれなどの問題が発生しやすいです。
D. 耐熱温度150℃のXLPE絶縁材は、ハロゲンを一切含まず、UL1581規格に準拠したVW-1燃焼試験に合格し、優れた機械的特性と電気的特性を維持します。しかしながら、製造技術には依然としていくつかの課題があり、コストも高額です。
3. シリコーンゴム製の電線およびケーブル
シリコーンゴムのポリマー分子は、SI-O（ケイ素-酸素）結合によって形成される鎖状構造です。SI-O結合のエネルギーは443.5kJ/MOLで、CC結合のエネルギー（355kJ/MOL）よりもはるかに高くなっています。シリコーンゴム製の電線やケーブルのほとんどは、冷間押出成形と高温加硫によって製造されます。様々な合成ゴム製の電線やケーブルの中でも、シリコーンゴムは独自の分子構造により、他の一般的なゴムに比べて優れた性能を発揮します。
A. 非常に柔らかく、弾力性に優れ、無臭無毒で、高温にも低温にも耐えることができます。使用温度範囲は-90℃から300℃です。シリコーンゴムは、通常のゴムよりもはるかに優れた耐熱性を持ち、200℃で連続使用でき、350℃でも一定時間使用できます。
B. 優れた耐候性。紫外線やその他の気候条件に長期間さらされても、その物理的特性はわずかな変化しか示しません。
C. シリコーンゴムは非常に高い抵抗率を持ち、その抵抗値は幅広い温度範囲と周波数範囲で安定している。
一方、シリコーンゴムは高電圧コロナ放電およびアーク放電に対する優れた耐性を有しています。シリコーンゴム絶縁電線・ケーブルは上記のような利点を持ち、テレビ用高電圧機器配線、電子レンジ用耐高温配線、IHクッキングヒーター用配線、コーヒーポット用配線、ランプ、UV機器、ハロゲンランプ用リード線、オーブンや扇風機の内部接続配線など、特に小型家電製品の分野で幅広く使用されています。
しかし、その欠点のいくつかは、より広範な応用を制限する要因にもなっている。例えば、次のようなものだ。
A. 耐引裂性が低い。加工時や使用時に、外部からの圧迫、引っ掻き、研磨などの力によって損傷しやすく、短絡を引き起こす可能性がある。現在の対策としては、シリコーン絶縁体の外側にガラス繊維または耐熱ポリエステル繊維の層を編組することが挙げられる。しかし、加工時には、外部からの圧迫による損傷を可能な限り避ける必要がある。
B. 現在、加硫成形で主に使用されている加硫剤は、二元系、二元系、四元系です。これらの加硫剤には塩素が含まれています。完全にハロゲンフリーの加硫剤（白金加硫など）は、製造環境の温度に厳しい要件があり、高価です。したがって、ワイヤーハーネスを加工する際には、次の点に注意する必要があります。加圧ホイールの圧力が高すぎないようにすること。製造工程中に破損しないようにゴム材料を使用するのが最善です。破損すると、耐圧性が低下する可能性があります。
4. 架橋エチレンプロピレンジエンモノマー（EPDM）ゴム（XLEPDM）ワイヤー
架橋エチレンプロピレンジエンモノマー（EPDM）ゴムは、エチレン、プロピレン、および非共役ジエンの三元共重合体であり、化学的または放射線照射法によって架橋されています。架橋EPDMゴム絶縁電線は、ポリオレフィン絶縁電線と通常のゴム絶縁電線の両方の利点を兼ね備えています。
A. 柔らかく、柔軟で、弾力性があり、高温でも焦げ付きにくく、長期老化に強く、過酷な気象条件（-60～125℃）にも耐性があります。
B. オゾン耐性、紫外線耐性、電気絶縁耐性、および化学腐食耐性。
C. 耐油性および耐溶剤性は、汎用クロロプレンゴム絶縁材と同等です。通常の熱押出装置で加工され、照射架橋を採用しているため、加工が簡単でコストも低く抑えられます。架橋エチレンプロピレンジエンモノマー（EPDM）ゴム絶縁電線は、上記のような多くの利点を有し、冷凍コンプレッサーリード線、防水モーターリード線、変圧器リード線、鉱山、掘削、自動車、医療機器、船舶、電気機器の一般内部配線などの分野で幅広く使用されています。
XLEPDMワイヤの主な欠点は以下のとおりです。
A. XLPEやPVCの電線と同様に、比較的引裂抵抗が低い。
B. 接着性および自己接着性が低いと、その後の加工性に影響を及ぼします。
5. フッ素樹脂製の電線およびケーブル
一般的なポリエチレンケーブルやポリ塩化ビニルケーブルと比較して、フッ素樹脂ケーブルには次のような顕著な特徴があります。
A. 耐熱フッ素樹脂は優れた熱安定性を持ち、フッ素樹脂ケーブルは150℃から250℃までの高温環境に対応できます。断面積が同じ導体の場合、フッ素樹脂ケーブルはより大きな許容電流を流すことができ、このタイプの絶縁電線の適用範囲を大幅に拡大します。この独自の特性により、フッ素樹脂ケーブルは航空機、船舶、高温炉、電子機器の内部配線やリード線として広く使用されています。
B. 優れた難燃性：フッ素樹脂は酸素指数が高く、燃焼時の炎の広がり範囲が狭く、煙の発生量も少ない。そのため、フッ素樹脂製の電線は、難燃性が厳しく求められる工具や場所に適している。例えば、コンピュータネットワーク、地下鉄、車両、高層ビルなどの公共施設など。火災が発生した場合でも、濃い煙に巻き込まれることなく避難する時間を確保できるため、貴重な救助時間を稼ぐことができる。
C. 優れた電気特性：ポリエチレンと比較して、フッ素樹脂は誘電率が低い。そのため、同様の構造の同軸ケーブルと比較して、フッ素樹脂ケーブルは減衰が少なく、高周波信号伝送に適している。近年、ケーブルの使用頻度は増加傾向にある。また、フッ素樹脂は耐熱性に優れているため、伝送・通信機器の内部配線、無線伝送フィーダーと送信機間のジャンパー線、映像・音声ケーブルなどに広く用いられている。さらに、フッ素樹脂ケーブルは絶縁耐力と絶縁抵抗にも優れているため、重要な計測機器の制御ケーブルとしても適している。
D. 優れた機械的・化学的特性：フッ素樹脂は、高い化学結合エネルギーと高い安定性を持ち、温度変化の影響をほとんど受けず、優れた耐候性と機械的強度を備えています。また、様々な酸、アルカリ、有機溶剤の影響を受けません。そのため、石油化学、石油精製、油井計器制御など、気候変動が大きく腐食性の高い環境に適しています。
E. 溶接接続を容易にする 電子機器では、多くの接続が溶接によって行われます。一般的なプラスチックは融点が低いため、高温で溶けやすく、熟練した溶接技術が求められます。さらに、溶接箇所によっては一定の溶接時間が必要となる場合があり、これがフッ素樹脂ケーブルが広く使用されている理由の一つです。例えば、通信機器や電子機器の内部配線などが挙げられます。
もちろん、フッ素樹脂には使用を制限するいくつかの欠点も存在する。
A. 原材料価格が高い。現在、国内生産は依然として主に輸入品（日本のダイキンとアメリカのデュポン）に依存している。近年、国内のフッ素樹脂は急速に発展しているものの、生産される製品の種類は依然として限られている。輸入材料と比較すると、耐熱性をはじめとする総合的な特性において、依然として一定の差がある。
B. 他の絶縁材料と比較すると、製造工程がより困難で、生産効率が低く、印刷された文字が剥がれやすく、損失が大きいため、製造コストが比較的高くなります。
結論として、上記すべての種類の絶縁材料、特に105℃を超える耐熱性を持つ高温特殊絶縁材料の中国における応用は、依然として過渡期にある。電線製造であれ、ワイヤーハーネス加工であれ、成熟したプロセスが存在するだけでなく、この種の電線の長所と短所を合理的に理解するプロセスも存在する。
投稿日時: 2025年5月27日