专利摘要:

公开号:WO1991015860A1
申请号:PCT/JP1991/000441
申请日:1991-04-02
公开日:1991-10-17
发明作者:Hiroaki Suzuki;Kenji Uesugi
申请人:The Furukawa Electric Co., Ltd.;
IPC主号:H01B9-00
专利说明:
[0001] 明 細 書
[0002] 半導電性樹脂組成物およびそれを用いた
[0003] ゴム ·プラスチック絶縁電力ケーブル 技術分野
[0004] 本発明は半導電性樹脂組成物とそれを用いたゴム ·プ ラスチック絶縁電力ケーブルに関し、 更に詳しくは、 高 圧用のゴム ·プラスチク絶縁電力ケーブルの内部半導電 層または/および外部半導電層の材料として有用な半導 電性樹脂組成物とそれを用いたゴム ·プラスチック絶縁 電力ケーブルに関する。
[0005] 背景技術
[0006] ゴム ·プラスチック絶縁電力ケーブル (以下、 単に 「 電力ケーブル」 という) は、 通常、 導体の外周に、 内部 半導電層および絶縁体層を設けたケーブルコア、 または 内部半導電層、 絶縁体層および外部半導電層を設けたケ —ブルコアを有する。
[0007] そして、 上記した内部半導電層、 外部半導電層は、 ォ レフィ ン系樹脂に所望量の導電性カーボンブラックを配 合してなる樹脂組成物またはその架橋体で形成されてい るのが通例である。 例えば、 特開昭 5 6 - 7 9 8 0 6 5 号公報、 特開昭 6 0— 2 0 6 8 5 5号公報、 特開平 1 一 2 4 6 7 0 7号公報には、 ケーブル用半導電性樹脂組成 物として、 エチレン一酢酸ビニル共重合体とポリエチレ ンとの混和物をべ一ス樹脂とし、 これにカーボンブラッ クを配合した組成物が開示されている。 これらの組成物 は、 熱変形防止, 絶縁体との密着性の向上, あるいは押 出加工性の向上を目的として開発されたもので、 いずれ も後述する本発明の目的達成に不可欠なベース樹脂の結 晶融点および結晶化度についての言及はなされていない。
[0008] また、 特開昭 5 5 — 1 1 1 0 1 0号公報には、 導電性 安定化のためにケッチェンブラックのような特定の力一 ボンブラックをアセチレンブラックと併用して配合した 半導電性樹脂組成物が開示されている。 しかし、 ケツチ ェンブラックは分散性が悪く、 また異物が多いため、 押 出成形体の表面平滑性に難点があり、 電気トリ一発生を 起こし易いという欠点がある。
[0009] また、 特開昭 5 9 — 5 6 4 4 1号公報には、 結晶融点 9 0〜 1 2 0。Cのエチレン系ポリマーとエチレン · ひ一 ォレフイ ン . ポリェン共重合ゴムとの混合物をベース樹 脂として使用した半導電性樹脂組成物が開示されている。 しかし、 ベース樹脂にゴムを用いると、 ペレツ ト化が困 難でハンドリ ングが難しくなるため異物が混入し易く、 また、 溶融粘度が高く成形加工性が悪いため、 押出成形 体の表面平滑性を損なう原因となる。
[0010] ところで、 半導電性樹脂組成物においては、 配合され た導電性力一ボンブラックが、 マトリツクスであるォレ フィ ン系樹脂の中にネッ トワークを形成して存在し、 そ の結果、 所望の導電性が付与されている。 なお、 前記した導電性力一ボンブラックのネッ トヮ一 クとは、 隣接したカーボンブラック粒子の粒子間距離が 短くなつていて、 カーボンブラック粒子がォレフ ィ ン系 樹脂の中に全体として密な立体構造をとつて分布してい る状態をいう。 このようなネッ トワークが形成されてい ると、 ト ンネル効果、 すなわち電荷のホッピング現象に 基づく電気伝導が引き起こされ、 得られた樹脂組成物に は導電性が発現する。
[0011] 電力ケーブルにおける内 ·外部半導電層を構成する上 記ォレフィ ン系樹脂組成物は、 電力ケーブルの使用時温 度である約 9 0 °C付近で、 その樹脂組成物の軟化または 融解に伴う熱膨張によって前記導電性カーボンブラック のネッ トワークが崩れ、 その結果、 体積抵抗率の上昇率 が増大するということが知られている。
[0012] 電力ケーブルの使用時に半導電層の体積抵抗率が上昇 すると、 それら内 ·外部半導電層の導電性が不安定にな るとともに、 t a n Sが上昇することによって送電エネ ルギ一の損失が増加し、 結果として、 電力ケーブルの性 能低下を引き起こす。
[0013] 本発明は上記した問題を解決し、 電力ケーブルの使用 温度においてもその体積抵抗率の上昇が小さく、 したが つて導電性が安定している内 ·外部半導電層の材料とし て好適な半導電性樹脂組成物、 ならびにそれを用いたゴ ム ·プラスチック絶縁電力ケーブルの提供を目的とする。 発明の開示
[0014] 本発明においては、 結晶融点が 8 6 °C未満のォレフィ ン系重合体、 または前記結晶融点が 8 6 °C未満のォレフ ィ ン系重合体と結晶融点が 1 0 0 °C以上のォレフィ ン系 重合体との混和物から成り、 8 6 °C以上 1 0 0 °C未満の 範囲に実質的に結晶融点をもたず、 かつ、 その結晶化度 が 2 0〜 3 5 %であるベース樹脂 1 0 0重量部; ならび に、 アセチレンブラックおよびファーネスブラックのい ずれか 1種またはそれらの混合物から成る導電性カーボ ッブラック 4 0〜 8 0重量部を必須として成ることを特 徵とする半導電性樹脂組成物が提供される。 また、 導体 の外周に、 内部半導電層、 絶縁体層、 必要に応じて外部 半導電層が順次形成されているゴム ·プラスチック絶縁 電力ケーブルにおいて、 内部半導電層および Zまたは外 部半導電層が、 前記半導電性樹脂組成物またはその架橋 体で形成されていることを特徴とするゴム ·プラスチッ ク絶縁電力ケ一ブルが提供される。
[0015] 本発明の半導電性樹脂組成物は、 上記したベース樹脂 と導電性力一ボッブラックを必須成分として構成される まず、 上記ベース樹脂は、 ォレフィン系重合体の 1種 または 2種以上の混和物からなり、 8 6 °C以上 1 0 0 °C 未満の範囲に結晶融点を実質的に持たず、 かつその結晶 化度が 2 0〜 3 5 %であることが必要である。
[0016] 本発明でいう結晶融点、 結晶化度は、 いずれも、 示差 走査型熱量測定法(Differential scanning calorimetry 、 以下 D S C法という) を適用して、 以下のように規定さ れる値をいう。
[0017] すなわち、 今、 測定対象の試料を 1 0 °C/m i nの昇 温速度で加熱して示差熱量曲線を描き、 試料中の結晶成 分の融解に伴って発現する前記曲線の吸熱ピークを与え る温度をもって結晶融点 (°C) とする。
[0018] また、 前記曲線の吸熱量を積分して試料中結晶の融解 に要する熱量を算出し、 この熱量から試料中結晶の融解 潜熱 A (Jonl/g) を求め、 この A値を、 次式: B=0.344 X Aに代入して得られた値をもって結晶化度 (%) とす o
[0019] ベース樹脂の結晶化度が 2 0 %未満である場合には、 これに後述する導電性カーボンブラックを配合して目的 とする樹脂組成物を調製したときに、 樹脂組成物内にお ける導電性カーボンブラックのネッ トワークが充分に形 成されないため、 満足すべき導電性を有する樹脂組成物 が得られない。 また、 結晶化度が 3 5 %を超える場合は、 調製した樹脂組成物の押出成形性が低下して、 例えば、 この樹脂組成物を導体の外周に押出被覆して半導電層を 形成する場合に不都合となる。
[0020] ベース樹脂の好ましい結晶化度は 2 5〜 3 0 %である。 このベース樹脂は、 その結晶融点が 8 6 °C以上 1 0 0
[0021] 。C未満の範囲に実質的に存在しないものを用いる。 その 理由は、 ベース樹脂の結晶融点が 8 6 °C未満の場合、 そ の結晶融点付近では結晶の融解による熱膨張により体積 抵抗率は増大するが、 電力ケーブルの使用時温度である 9 0 °C付近では結晶がほとんど融解しているためカーボ ンのモピリティが増大することにより、 カーボンネッ ト ワークの再構築が起こるからである。 それに伴って体積 抵抗率も低下するため、 導電性は安定したものになりケ 一ブル性能の低下を抑えることができる。
[0022] また、 結晶融点 8 6 °C未満のォレフィン系重合体に結 晶融点 1 0 0 °C以上のォレフィン系重合体を混和して使 用することが好ましいが、 これは、 結晶融点が電力ケー ブルの使用温度より高いため、 ケーブル使用時温度付近 での結晶融解に伴う熱膨張による体積抵抗率の大幅な増 加がないうえ、 この結晶融点 1 0 0。C以上のォレフィ ン 系重合体がベース樹脂全体の結晶化度の調整に寄与する 力、らである。
[0023] 結晶融点が 86°C未満の重合体としては、 例えば、 密度 0. 940g/ml 以上のエチレン—酢酸ビニル共重合体, ァク リル酸ェチル含量 17重量%以上のェチレンーァクリル酸 ェチル共重合体, アクリル酸メチル含量 2 5重量%以上 のエチレンーァクリル酸メチル共重合体, 密度 0. 940g/m 1 以上のエチレンーメタクリル酸共重合体, 密度 0. 940g /ml 以上のエチレンーメタクリル酸メチル共重合体, 好 ましくは密度 0. 9 4 0〜0. 9 4 5 g/mlのエチレン一酢酸 ビニル共重合体をあげることができ、 これらはそれぞれ 単独で用いてもよいし 2種以上を組み合わせて用いても よい。
[0024] また、 結晶融点 1 0 0 °C以上の重合体としては、 例え ば、 密度 0. 940g/ml 以下の、 低密度ポリエチレン, 超低 密度ポリエチレン, 直鎖状低密度ポリエチレン, 好まし くは、 密度 92g/ml以下の高圧重合法低密度ポリェチレ ン, 密度 0. 90g/ml以下の超低密度ポリエチレンをあげる ことができ、 これらはそれぞれ単独で用いてもよいし、 適当に 2種以上を組合わせて用いてもよい。
[0025] ベース樹脂としては、 結晶融点 8 6 '°C未満のォレフィ ン系重合体の単独、.もしくは結晶融点 8 6 °C未満のォレ フィ ン系重合体と結晶融点 1 0 0 °C以上のォレフィ ン系 重合体との混和物のいずれであつてもよいが、 混和物を 用いるとベース樹脂における結晶化度の調整がしゃすく、 成形加工性, 力一ボンブラックのネッ トワーク構築の容 易性等にバランスがとれた組成物となるので好ましい。
[0026] この場合、 前記エチレン一酢酸ビニル共重合体 5 0〜 1 0 0重量部に対し、 5 0重量部以下の前記低密度ポリ エチレンを混和することが好ましい。
[0027] また、 上記したベース樹脂に、 更に、 結晶融点が 8 6 °C以上 1 0 0 °C未満であるエチレン系重合体であっても、 その配合量をベース樹脂 1 0 0重量部に対し 2 0重量部 以下に制限するならば、 配合しても差し支えない。 これ らの共重合体は、 その配合量が 2 0重量部未満であるな らば、 得られたベース樹脂の D S Cチヤ一トにおける結 晶融点ピークは 8 6 °C以上 1 0 0 °C未満の範囲に実質的 に表れていないからである。
[0028] このようなベース樹脂に導電性カーボンブラックを配 合して本発明の半導電性樹脂組成物が得られる。
[0029] 用いる導電性カーボンブラックとしては、 アセチレン ブラックとファーネスブラックのいずれか 1種またはこ れらの混合物をあげることができる。
[0030] 導電性カーボンブラックの配合量は、 ベース樹脂 1 0 0重量部に対し、 4 0〜 8 0重量部に設定される。
[0031] なお、 ベース樹脂に導電性カーボンブラックを配合す ると、 その配合量にもよるが、 得られた半導電性樹脂組 成物の D S Cチヤ一卜に表れる結晶融点ピークは低温側 に若干シフ 卜する。
[0032] 配合量が 4 0重量部未満の場合は、 得られた樹脂組成 物の導電性が低くなりすぎて、 また 8 0重量部を超える 場合は、 溶融時の粘度が高くなり、 成形加工性, カーボ ンブラックの分散性が著しく低下するため、 いずれも半 導電層用の材料として不適当になるからである。 好まし い配合量は、 ベース樹脂 1 0 0重量部に対し 5 0〜 7 0 重量部である。
[0033] 本発明の樹脂組成物は以上の成分を必須とするが、 更 に、 本発明の目的を阻害しない範囲で、 架橋剤、 抗酸化 剤、 滑剤などの各種の充塡剤を添加することができる。 架橋剤としては、 例えば、 1, 3 —ビス ( t _ブチル ぺノレオキシー i 一プロピル) ベンゼン、 t ーブチルー . —ク ミルペルォキシ ド、 ジク ミルペルォキシ ド、 2, 4 一ジフヱ二ルー 4 ーメチルー 1 一ペンテンをあげること ができ、 抗酸化剤としては、 例えば、 4, 4 ' —ビス ( 3 —メチル一 6— t 一ブチルフエノール) 、 ビス [ 2 — メチルー 4 一 ( 3 — n —アルキルチオプロピオ二ルォキ シ) 一 5 _ t —ブチルフエニル] スルフィ ド、 2, 5 — ジ一 t —ブチルヒ ドロキノ ン、 2, 6 —ジー t 一ブチル — P —ク レゾ一ル、 2, 2 ' ーチオジェチレンビス一 [ 3 — ( 3, 5 —ジー t 一ブチル一 4—ヒ ドロキシフエ二 ル) プロピオネー ト] 、 ジラウ リルチオジプロビオネ一 ト、 ジステアリルチオジプロビオネ一 トをあげること力 できる。
[0034] また、 滑剤と しては、 例えば、 ステアリ ン酸亜鉛、 ス テアリ ン酸マグネシウム、 ステアリ ン酸、 ォキシ脂肪酸 、 ォレイン酸ァミ ド、 ェシル酸ァミ ド、 ェチレングリ コ ールモノステアレー ト、 セチルアルコール、 ステアリノレ アルコール、 ハロゲン化ケィ素をあげることができる。 本発明の電力ケーブルは、 その内部半導電層または外 部半導電層が上記半導電性樹脂組成物またはその架橋体 で構成されている。
[0035] これら半導電層は、 上記樹脂組成物を導体の外周に押 出被覆し、 必要に応じてその後に架橋処理を施して形成 される。 また、 上記樹脂組成物でテープを成形しこのテ ープを導体外周に巻回し、 必要に応じてその後に架橋処 理を施して形成されてもよい。
[0036] 架橋処理を施すと、 上記樹脂組成物は、 その結晶融点 が 8 1 °C未満または 9 5 °C以上となり、 また、 結晶化度 は 1 8〜 3 2 %となる。 本発明の最終目的は電力ケ一ブ ルの性能を安定化させることであり、 ケーブル状態で半 導電層が上記結晶融点および結晶化度を有していればそ の目的を充分達成できる。
[0037] 図面の簡単な説明
[0038] 第 1図は、 実施例 4のベース樹脂の示差熱量曲線を示す チャート図;
[0039] 第 2図は、 電力ケーブルの断面構造を示す断面図; 第 3図は、 電力ケーブルの t a n 5特性を示すグラフで あ 。
[0040] 実施例
[0041] 第 1表に表示の成分を表示の割合 (重量部) でオーブ ンロールを用いて混練して各種の樹脂組成物を調製した これらの樹脂組成物を押出設定温度 1 3 0 °Cで押出成形 してシー トにした。
[0042] これらの各シー トにつき、 A S T M D 9 9 1 に準拠し て温度 2 0 °Cと 9 0 °Cにおける体積抵抗率を測定し、 ま た、 各シー トにおけるベース樹脂につき、 昇温速度 1 0 °C/m i nの条件で D S C法を行ない、 その結晶融点と 結晶化度を算出した。 また、 樹脂組成物の押出成形時に おける押出成形性を、 設定温度 1 2 0 °Cにおいて良好な 押出外観が得られる場合を良, 押出外観が劣る場合を否 として判定した。 以上の結果を一括して第 1表に示した。 なお、 実施例 4のベース樹脂の示差熱量曲線を第 1図 に示した。
[0043] 第 1 表
[0044]
[0045] * 1 密度 0. 94 g/m 1、結晶 80 °C * 2 密度 0.95 g/m 1、結晶 ¾_ 70°C
[0046] * 3 密度 0.92 g/m 1 結晶 ϋ 1 05°C * 密度 0.95 g/m 1、桔識 1 36 °C
[0047] * 5 密度 0. 93 g/m 1、結晶 ϋ 90 °C * 6 密度 0.9 1 /m 1、結晶亂 1 20°C
[0048] * 7 密度 0.92 g/m 1、桔晶酿 1 24°C * 8 商品名、 デンカブラック (¾ ^匕学工 Htt^!)
[0049] ' — — ー
[0050] つぎに、 実施例 1, 3, 4, 5、 比較例 2, 3, 7の 各樹脂組成物 1 0 0重量部に対し、 1, 3 —ビス ( t 一 ブチルペルォキシ一 i —プロピル) ベンゼン (架橋剤)
[0051] 0. 5重量部を配合し、 これらを用いて公知の方法で内部 半導電層と外部半導電層を形成して、 第 2図で示したよ うな断面構造の電力ケーブルを製造した。
[0052] すなわち、 導体 1 1の断面積は 1 5 0 mm2 、 その外周 に形成されている内部半導電層 1 2は厚み 1 mmの上記各 樹脂組成物の架橋体、 絶縁体層 1 3 は厚み 6 mm、 密度 0. 920g/m l の架橋低密度ポリエチレン、 外部半導電層 1 4は厚み 1 mmの上記各樹脂組成物の架橋体から成り、 そ の外周に、 半導電性布テープ 1 5、 金属遮蔽層 1 6、 押 さえテープ 1 7およびシース層 1 8が順次形成されてい o
[0053] これらの電力ケーブルのうち、 実施例 1, 3, 4、 比 較例 3, 7に上記架橋剤を配合した樹脂組成物の架橋体 からなる内部半導電層にっき、 その結晶融点と結晶化度 を D S C法に基づいて求めた。 その結果を第 2表に示し た。 第 2 表
[0054] また、 実施例 1, 実施例 5, 比較例 2に上記架橋剤を 配合した樹脂組成物の架橋体で内 ·外部半導電層を形成 した電力ケーブルについては、 4 O K V Zmmの条件で t a n (5特性を測定した。 その結果を第 3図に示した。 図 中、 □印は実施例 1に相当するもの、 +印は実施例 5に 相当するもの、 ◊印は比較例 2に相当するものを表す。 産業上の利用可能性
[0055] 本発明の半導電性樹脂組成物は、 その結晶融点が電力ケ —ブルの使用時温度付近から外れているので、 電力ケー ブルの使用時にこの樹脂組成物で形成した内 ·外部半導 電層の導電性の低下はなく、 安定した状態を保持する。 しかも、 押出成形性は良好である。 また、 結晶化度が 2 0〜 3 5 %であることによって、 配合された導電性力一 ボンブラックのネッ トワークは良好に構築され、 適正な 導電性を発現することができる。
[0056] したがって、 本発明の半導電性樹脂組成物で内部半導 電層または外部半導電層を形成した電力ケーブルは、 実 用時にあってもこれら半導電層の体積抵抗率は上昇せず 安定しているのでその t a n (5も上昇せず、 性能の安定 した電力ケーブルとして機能する。 本発明の電力ケープ ルは、 とくに高圧用の電力ケーブルとして有用である。
权利要求:
Claims

請求の範囲
. 結晶融点が 8 6 °C未満のォレフィ ン系重合体、 または 前記結晶融点が 8 6 °C未満のォレフィ ン系重合体と結晶 融点が 1 0 0 °C以上のォレフィ ン系重合体との混和物か ら成り、 8 6 °C以上 1 0 0 °C未満の範囲に実質的に結晶 融点をもたず、 かつ、 その結晶化度が 2 0〜 3 5 %であ るベース樹脂 1 0 0重量部; ならびに、 アセチレンブラ ックおよびファーネスブラックのいずれか 1種またはそ れらの混合物から成る導電性力一ボッブラック 4 0〜 8 0重量部を必須として成ることを特徴とする半導電性樹 脂組成物。
. 前記結晶融点 8 6 °C未満のォレフィ ン系重合体がェチ レン—酢酸ビニル共重合体であるクレーム 1の半導電性 樹脂組成物。
. 前記結晶融点 1 0 0 °C以上であるォレフィ ン系重合体 が低密度ポリエチレン, 超低密度ポリエチレン, 直鎖状 低密度ポリエチレンの群から選ばれる少なく とも 1種で あるク レーム 1 の半導電性樹脂組成物。
. 前記結晶融点 8 6 °C未満のォレフィ ン系重合体がェチ レン一酢酸ビニル共重合体であり、 前記結晶融点 1 0 0 °C以上のォレフィ ン系重合体が低密度ポリェチレンであ り、 かつ前記混和物中の前記エチレン一酢酸ビニル共重 合体が 5 0重量%以上でぁるクレーム 1の半導電性樹脂 組成物。
. 導体の外周に、 内部半導電層, 絶縁体層, 必要に応じ て外部半導電層が順次形成されているゴム ·プラスチッ ク絶縁電力ケーブルにおいて、 前記内部半導電層および . Zまたは外部半導電層が、 結晶融点が 8 6 °C未満のォレ フィ ン系重合体, または前記結晶融点が 8 6 °C未満のォ レフィ ン系重合体と結晶融点が 1 0 0 °C以上のォレフィ ン系重合体との混和物から成り、
8 6 °C以上 1 0 0 °C未 満の範囲に実質的に結晶融点をもたず、 かつ、 その結晶 化度が 2 0〜 3 5 %であるべ一ス樹脂 1 0 0重量部; な らびに、 アセチレンブラックおよびフアーネスブラック のいずれか 1種またはそれらの混合物から成る導電性力 —ボッブラック 4 0〜 8 0重量部を必須として成る半導 電性樹脂組成物またはその架橋体で形成されていること を特徵とするゴム ·プラスチッグ絶縁電力ケーブル。
. 前記結晶融点 8 6 °C未満のォレフィ ン系重合体が、 ェ チレン一酢酸ビニル共重合体であるクレーム 5のゴム · プラスチック絶縁電力ケーブル。
. 前記結晶融点 1 0 0 °C以上であるォレフィ ン系重合体 力 低密度ポリエチレン, 超低密度ポリエチレン, 直鎖 状低密度ポリエチレンの群から選ばれる少なく とも 1種 であるク レーム 5のゴム · プラスチック絶縁電力ケ一ブ ル。
. 前記結晶融点 8 6 °C未満のォレフィ ン系重合体が、 ェ チレン一酢酸ビニル共重合体であり、 前記結晶融点 1 0 0 °c以上のォレフィ ン系重合体が低密度ポリェチレンで あり、 かつ前記混和物中の前記エチレン—酢酸ビニル共 重合体が 5 0重量%以上であるクレーム 5のゴム · ブラ スチック絶縁電力ケーブル。
9. 前記架橋体は、 8 1 °C以上 9 5 °C未満の範囲に実質的 に結晶融点を持たず、 かつ結晶化度が 1 8〜 3 2 %であ るクレーム 5のゴム . プラスチック絶縁電力ケーブル。
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优先权:
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