DE112021002006T5

DE112021002006T5 - Kommunikationskabel und Kabelbaum

Info

Publication number: DE112021002006T5
Application number: DE112021002006.4T
Authority: DE
Inventors: Yuta Yasuyoshi; Tatsuya Shimada; Toru Shimizu; Ryoma Uegaki; Kinji Taguchi; Takaki Endo
Original assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd; AutoNetworks Technologies Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd; AutoNetworks Technologies Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2020-03-31
Filing date: 2021-03-17
Publication date: 2023-01-26
Also published as: JPWO2021200146A1; US20230144417A1; CN115298770A; JP7384271B2; WO2021200146A1

Abstract

Es wird ein Kommunikationskabel bereitgestellt, mit dem der Einfluss der Übertragung von Chloratomen im Zuge der Übertragung eines Weichmachers aus angrenzenden Baugliedern auch dann reduziert werden kann, wenn das ausbildende Material ein Flammschutzmittel enthält, das zum Bilden eines Chlorids fähig ist, sowie ein Kabelbaum bereitgestellt, der ein solches Kommunikationskabel umfasst. Ein Kommunikationskabel 1 weist einen Leiter 11 zur Übertragung elektrischer Signale und eine äußere Schicht 15 auf, die außerhalb des Leiters 11 angeordnet ist und ein organisches Polymer enthält. Das Kommunikationskabel 1 hat eine erste Form, in der die äußere Schicht 15 ein chloridbildendes Flammschutzmittel enthält, das zum Bilden eines Chlorids fähig ist, und / oder eine zweite Form, in der ferner eine innere Schicht 13, die ein organisches Polymer und ein chloridbildendes Flammschutzmittel enthält, das zum Bilden eines Chlorids fähig ist, zwischen der äußeren Schicht 15 und dem Leiter 11 vorgesehen ist. Die äußere Schicht 15 enthält ein erstes organisches Polymer und ein zweites organisches Polymer mit einem höheren Elastizitätsmodul als das erste organische Polymer, und die gesamte organische Polymerkomponente, aus der die äußere Schicht 15 gebildet ist, hat einen Elastizitätsmodul von mindestens 100 MPa.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Kommunikationskabel und einen Kabelbaum.
STAND DER TECHNIK
In der Kraftfahrzeugtechnik und auf ähnlichen Gebieten besteht wachsender Bedarf an Hochgeschwindigkeitskommunikation. Zu den wichtigen Eigenschaften von Kabeln gehören flammhemmende Eigenschaften, und als Verfahren, um Kabeln flammhemmende Eigenschaften zu geben, wird oft zu der isolierenden Umhüllung, die einen Leiter bedeckt, oder zu einem außen an der isolierenden Umhüllung vorgesehenen Mantel (einer Kabelhülle) ein Flammschutzmittel zugesetzt. Unter den verschiedenen Flammschutzmitteln weisen Metallhydroxide wie etwa Magnesiumhydroxid hohe Flammhemmung auf, sind dabei preisgünstig und finden als Flammschutzmittel in Kommunikationskabeln breite Verwendung. Das Patendokument 1 offenbart eine Ausbildung eines Kommunikationskabels mit einem Kabel mit paarweiser Verdrillung, das durch Verdrillen eines Paars isolierter elektrischer Kabel gewonnen ist, die jeweils einen Leiter und eine die Außenumfangsfläche des Leiters bedeckende, isolierende Umhüllung aufweisen, und einer Hülle, die eine Außenumfangsfläche des Kabels mit paarweiser Verdrillung bedeckt und aus einem isolierenden Material hergestellt ist, wobei den isolierenden Materialien, aus denen die isolierende Umhüllung und die Hülle gebildet werden, zum Beispiel Magnesiumhydroxid als Flammschutzmittel zugesetzt wird.
VORBEKANNTE DOKUMENTE
Patentdokumente
Patentdokument 1: WO 2018/117204
ABRISS DER ERFINDUNG
Technisches Problem
In der Folge der Einführung autonomer Fahrtechnik und von Leistungsverbesserungen an verschiedenen Vorrichtungen wird in Kraftfahrzeugen eine große Zahl Kommunikationskabel verwendet, die nun auch in Hochtemperaturbereichen des Kraftfahrzeugs vorgesehen werden können, wo Kommunikationskabel bisher nicht vorgesehen wurden, etwa in der Nähe des Motors. Auch in einer solchen Hochtemperaturumgebung müssen die Kommunikationskabel eine stabilere und korrektere Kommunikation ausführen können. Wenn ein Kommunikationskabel in Kontakt mit einem anderen Kabel angeordnet ist, das eine isolierende Umhüllung aus einem weichmacherhaltigen Material hat, kann in einer Hochtemperaturumgebung der Weichmacher aus dem anderen Kabel auf das Kommunikationskabel übertragen werden. Wenn ferner ein Harzmaterial, aus dem das andere Kabel gebildet ist, Polyvinylchlorid oder dergleichen ist und Chloratome enthält, können zusammen mit dem Weichmacher auch die Chloratome auf den Mantel oder die isolierende Umhüllung des Kommunikationskabels übertragen werden.
Wenn ein Kommunikationskabel ein Flammschutzmittel wie etwa ein Metallhydroxid enthält, hat das Flammschutzmittel keinen starken Einfluss auf die Kommunikationseigenschaften des Kommunikationskabels. Außerdem sind Größe und Materialzusammensetzung jedes Bestandteils des Kommunikationskabels so gestaltet, dass die gewünschten Kommunikationseigenschaften auch bei einem Kommunikationskabel erzielt werden, das das Flammschutzmittel enthält. Werden jedoch in der Folge der Übertragung an dem Kommunikationskabel Chloratome auf den Mantel oder die isolierende Umhüllung übertragen, die Teil des Kommunikationskabels ist, und reagieren die Chloratome in einer Hochtemperaturumgebung chemisch mit dem Flammschutzmittel, so können die Kommunikationseigenschaften des Kommunikationskabels beeinflusst werden und möglicherweise nicht die vorgesehenen Kommunikationseigenschaften erreicht werden. Wenn das Flammschutzmittel Chlorid bildet, kann das Chlorid zum Beispiel die dielektrischen Eigenschaften des Mantels und der isolierenden Umhüllung des Kommunikationskabels verändern und so die Kommunikationseigenschaften des Kommunikationskabels verändern.
Angesichts der oben beschriebenen Probleme hat die vorliegende Erfindung zum Ziel, ein Kommunikationskabel bereitzustellen, mit dem der Einfluss der Übertragung von Chloratomen im Zuge der Übertragung eines Weichmachers aus angrenzenden Baugliedern auch dann reduziert werden kann, wenn das ausbildende Material ein Flammschutzmittel mit der Fähigkeit zum Bilden von Chlorid enthält, und einen Kabelbaum bereitzustellen, der ein solches Kommunikationskabel aufweist.
LÖSUNG DER AUFGABE
Ein offenbarungsgemäßes Kommunikationskabel weist einen Leiter zur Übertragung elektrischer Signale und eine äußere Schicht auf, die außerhalb des Leiters angeordnet ist und ein organisches Polymer enthält. Das Kommunikationskabel hat eine erste Form, in der die äußere Schicht ein chloridbildendes Flammschutzmittel enthält, das zum Bilden eines Chlorids fähig ist, und / oder eine zweite Form, in der ferner eine innere Schicht, die ein organisches Polymer und ein chloridbildendes Flammschutzmittel, das zum Bilden eines Chlorids fähig ist, enthält, zwischen der äußeren Schicht und dem Leiter vorgesehen ist. Die äußere Schicht enthält ein erstes organisches Polymer und ein zweites organisches Polymer mit einem höheren Elastizitätsmodul als das erste organische Polymer, und die gesamte organische Polymerkomponente, aus der die äußere Schicht gebildet ist, hat einen Elastizitätsmodul von mindestens 100 MPa.
Ein offenbarungsgemäßer Kabelbaum weist das Kommunikationskabel und ein chlorhaltiges Bauglied auf, das eine Komponente mit Chloratomen und einen Weichmacher enthält, und das chloridhaltige Bauglied ist in Kontakt mit mindestens einem Abschnitt der äußeren Schicht des Kommunikationskabels angeordnet.
VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Mit dem offenbarungsgemäßen Kommunikationskabel kann der Einfluss der Übertragung von Chloratomen im Zuge der Übertragung eines Weichmachers aus angrenzenden Baugliedern auch dann reduziert werden, wenn das ausbildende Material des Kommunikationskabels ein Flammschutzmittel enthält, das zum Bilden eines Chlorids fähig ist, und der offenbarungsgemäße Kabelbaum ein solches Kommunikationskabel aufweist.
Figurenliste

1 ist eine Querschnittsansicht, die eine Ausbildung eines Kabelbaums mit einem Kommunikationskabel gemäß einer Ausführungsform dieser Offenbarung zeigt.
2A ist ein Diagramm, das eine Veränderung der charakteristischen Impedanz beim Erhitzen eines Kommunikationskabel zeigt. 2B ist ein Diagramm, das Veränderungen der erzeugten Menge an Magnesiumchlorid beim Erhitzen eines Kommunikationskabels zeigt.
3 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen den Elastizitätsmoduln und den Weichmacher-Absorptionsverhältnissen verschiedener Materialien zeigt.
4 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Dicke einer isolierenden Umhüllung und der charakteristischen Impedanz zeigt, wenn als Flammschutzmittel sowohl Magnesiumhydroxid als auch ein bromiertes Flammschutzmittel verwendet werden und wenn nur Magnesiumhydroxid als Flammschutzmittel verwendet wird.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Beschreibung von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung
Im Folgenden werden zunächst Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben.
Ein offenbarungsgemäßes Kommunikationskabel weist einen Leiter zur Übertragung elektrischer Signale und eine äußere Schicht auf, die außerhalb des Leiters angeordnet ist und ein organisches Polymer enthält. Das Kommunikationskabel hat eine erste Form, in der die äußere Schicht ein chloridbildendes Flammschutzmittel enthält, das zum Bilden eines Chlorids fähig ist, und / oder eine zweite Form, in der ferner eine innere Schicht, die ein organisches Polymer und ein chloridbildendes Flammschutzmittel, das zum Bilden eines Chlorids fähig ist, enthält, zwischen der äußeren Schicht und dem Leiter vorgesehen ist. Die äu-ßere Schicht enthält ein erstes organisches Polymer und ein zweites organisches Polymer mit einem höheren Elastizitätsmodul als das erste organische Polymer, und die gesamte organische Polymerkomponente, aus der die äußere Schicht gebildet ist, hat einen Elastizitätsmodul von mindestens 100 MPa.
In dem Kommunikationskabel hat die gesamte organische Polymerkomponente, aus der die außerhalb des Leiters angeordnete äußere Schicht gebildet ist, einen Elastizitätsmodul von mindestens 100 MPa und enthält zwei Arten organischer Polymere mit unterschiedlichen Elastizitätsmoduln. Je höher der Elastizitätsmodul der organischen Polymere, aus denen die äußere Schicht gebildet ist, desto härter und dichter ist die Struktur der äußeren Schicht. Der Weichmacher wird also tendenziell nicht aus angrenzenden Baugliedern auf die äußere Schicht übertragen. Da außerdem in der äußeren Schicht zwei Arten organischer Polymere gemischt sind, wird der Weichmacher mit geringerer Wahrscheinlichkeit darauf übertragen als ein Weichmacher, bei dem organisches Polymer nur einer Art verwendet wird. Wenn der Weichmacher mit geringerer Wahrscheinlichkeit übertragen wird, ist auch die Übertragung von Chloratomen im Zuge der Übertragung des Weichmachers weniger wahrscheinlich. Auch wenn die äußere Schicht eines Kommunikationskabels ein Flammschutzmittel enthält, das zum Bilden eines Chlorids fähig ist (erste Form), oder auch wenn die einwärts von der äußeren Schicht vorhandene innere Schicht ein solches Flammschutzmittel enthält (zweite Form), kann daher die Chloridbildung unterdrückt werden, die durch eine Reaktion zwischen dem Flammschutzmittel und den von außen eindringenden Chloratomen erfolgt. Einflüsse auf die Kommunikationseigenschaften durch die Übertragung von Chloratomen und die nachfolgende Chloridbildung, etwa Veränderungen der dielektrischen Eigenschaften, können hierdurch verhindert werden.
Die gesamte organische Polymerkomponente, aus der die äußere Schicht gebildet ist, hat hierbei bevorzugt einen Elastizitätsmodul von mindestens 300 MPa. Hierdurch können die Übertragung eines Weichmachers und die nachfolgende Übertragung von Chloratomen besonders wirksam unterdrückt werden.
Die gesamte organische Polymerkomponente, aus der die äußere Schicht gebildet ist, hat hierbei bevorzugt einen Elastizitätsmodul von nicht mehr als 500 MPa. Eine Verringerung der Flexibilität des Kommunikationskabels durch eine Verhärtung der Struktur der äußeren Schicht kann somit unterdrückt werden.
Ein durch das chloridbildende Flammschutzmittel gebildetes Chlorid ist bevorzugt unter Feuchtigkeitswirkung zerfließendes Chlorid. Wenn das Chlorid, das durch ein Flammschutzmittel nach der Übertragung von Chloratomen in der äußeren Schicht und der inneren Schicht gebildet wird, ein unter Feuchtigkeitswirkung zerfließendes Chlorid ist, wird das Chlorid durch die Feuchtigkeit in der Luft hydriert, und es können sich Wassertröpfchen und eine Wasserdampfatmosphäre in der äußeren Schicht oder der inneren Schicht und an ihrer Oberfläche sowie in dem Raum bilden, den diese Schichten umgeben. Die dielektrischen Eigenschaften der äußeren oder der inneren Schicht verändern sich hierdurch stark, und ein Einfluss auf die Kommunikationseigenschaften des Kommunikationskabels ist wahrscheinlich. Weil jedoch die organische Polymerkomponente, aus der die äußere Schicht gebildet ist, mindestens einen vorbestimmten Elastizitätsmodul hat und zwei Arten organischer Polymere enthält, werden die Übertragung des Weichmachers und die nachfolgende Übertragung von Chloratomen unterdrückt. Unter Feuchtigkeitswirkung zerfließendes Chlorid wird daher tendenziell nicht gebildet, und der Einfluss der Bildung von Hydraten auf die Kommunikationseigenschaften kann wirksam reduziert werden.
Das chloridbildende Flammschutzmittel enthält bevorzugt Magnesiumhydroxid. Magnesiumhydroxid weist eine hohe Flammhemmung auf, ist dabei preisgünstig und wird oft als Flammschutzmittel verwendet, das Kabeln zugesetzt wird. Allerdings ist bekannt, dass Magnesiumhydroxid unter Feuchtigkeitswirkung zerfließendes Chlorid bildet. Wie oben beschrieben, kann jedoch auch dann, wenn die äußere und die innere Schicht des Kommunikationskabels Magnesiumhydroxid enthalten, der Einfluss der Bildung von unter Feuchtigkeitswirkung zerfließendem Chlorid auf die Kommunikationseigenschaften stark reduziert werden, weil die organische Polymerkomponente, aus der die äußere Schicht gebildet ist, einen vorbestimmten Elastizitätsmodul hat und zwei oder mehr Arten organischer Polymere enthält, so dass die Übertragung von Chloratomen im Zuge der Übertragung des Weichmachers unterdrückt wird.
Das erste und das zweite organische Polymer können jeweils unabhängig ein Polyolefin oder ein olefinbasiertes Elastomer sein. Polyolefine und olefinbasierte Elastomere sind preisgünstig und haben zum Beispiel eine niedrige Permittivität, so dass sie vorteilhaft als isolierende Materialien für Kommunikationskabel verwendet werden können. Die Struktur eines Materials, durch das ein Weichmacher nicht leicht hindurchgelangt, kann durch Mischen mehrerer Arten von Polyolefinen und olefinbasierten Elastomeren gebildet werden. Außerdem sind Polyolefine und olefinbasierte Elastomere mit verschiedenen Elastizitätsmoduln bekannt, und eine äußere Schicht mit einem gewünschten Elastizitätsmodul kann leicht gebildet werden, indem spezifische Arten zu mischender Materialien und ein spezifisches Mischungsverhältnis der Materialien gewählt werden.
Das Kommunikationskabel hat sowohl die erste Form als auch die zweite Form, die äußere Schicht enthält bevorzugt das chloridbildende Flammschutzmittel, und bevorzugt ist die innere Schicht, die das chloridbildende Flammschutzmittel enthält, zwischen der äußeren Schicht und dem Leiter vorgesehen. Hierdurch kann die Flammhemmung sowohl in der äußeren als auch in der inneren Schicht sichergestellt werden, da diese Schichten das Flammschutzmittel enthalten. Da die organische Polymerkomponente, aus der die äußere Schicht gebildet ist, einen vorbestimmten Elastizitätsmodul hat und zwei oder mehr Arten organischer Polymere enthält, kann das Hindurchgelangen des Weichmachers unterdrückt werden und die Übertragung von Chloratomen im Zuge der Übertragung des Weichmachers sowie die Chloridbildung aufgrund des zugesetzten Flammschutzmittels nicht nur in der äußeren Schicht wirksam unterdrückt werden, sondern auch in der inneren Schicht, die einwärts von der äußeren Schicht vorhanden ist. Da der Abstand zu dem Leiter in der inneren Schicht kürzer ist, ist bei einer Veränderung der dielektrischen Eigenschaften durch die Chloridbildung oder dergleichen der Einfluss der Veränderung auf die Kommunikationseigenschaften tendenziell größer als in der äußeren Schicht.
Das Kommunikationskabel kann ein Paar isolierter elektrischer Drähte als Signaldrähte aufweisen, die jeweils mit einer isolierenden Umhüllung auf einer Außenumfangsfläche des Leiters als innerer Schicht versehen sind, und ein Mantel kann eine Außenumfangsfläche des Signaldrahts als äußere Schicht bedecken. Kommunikationskabel mit einer Struktur dieser Art werden zur Übertragung von differentiellen Signalen verwendet, und durch Veränderungen der dielektrischen Eigenschaften aufgrund der chemischen Zusammensetzungen der isolierenden Umhüllungen und des Mantels werden tendenziell die Kommunikationseigenschaften beeinflusst. Der Einfluss auf die Kommunikationseigenschaften durch die Übertragung von Chloratomen auf den Mantel oder die isolierenden Umhüllungen kann jedoch wirksam reduziert werden, indem eine Unterdrückung der Übertragung des Weichmachers und der nachfolgenden Übertragung von Chloratomen in dem Mantel ermöglicht wird.
Die äußere Schicht in der ersten Form und die innere Schicht in der zweiten Form können das chloridbildende Flammschutzmittel und ein bromiertes Flammschutzmittel enthalten. Um eine ausreichende Flammhemmung mit einem zur Bildung von Chlorid fähigen Flammschutzmittel zu erreichen, etwa mit Magnesiumhydroxid, muss zu einem organischen Polymermaterial eine vergleichsweise große Menge des Flammschutzmittels zugesetzt werden. Wenn dem organischen Polymermaterial eine große Menge Füllstoffe wie etwa ein Flammschutzmittel zugesetzt wird, kann allerdings die Hitzebeständigkeit, das heißt, die Dauerhaftigkeit in Hochtemperaturumgebungen, abnehmen. Die Menge des zugesetzten chloridbildenden Flammschutzmittels lässt sich jedoch durch die Verwendung eines bromierten Flammschutzmittels reduzieren, das eine hohe flammhemmende Wirkung aufweist. Hierdurch kann die Hitzebeständigkeit des Kommunikationskabels erhöht werden, und durch die Wirkung, die Chloridbildung auch bei hohen Temperaturen zu unterdrücken, kann das Kommunikationskabel vorteilhaft auch in Hochtemperaturumgebungen verwendet werden. Außerdem kann die Chloridbildung im Zuge der Übertragung des Weichmachers und der Chloratome durch die Verwendung von Magnesiumhydroxid und einem bromierten Flammschutzmittel in Kombination verlangsamt werden.
In diesem Fall enthalten die äußere Schicht in der ersten Form und die innere Schicht in der zweiten Form bevorzugt Magnesiumhydroxid, das als chloridbildendes Flammschutzmittel dient, in einer Menge von 30 Massenteilen bis 70 Massenteilen und das bromierte Flammschutzmittel in einer Menge von 20 Massenteilen bis 60 Massenteilen, bezogen auf 100 Massenteile der organischen Polymerkomponente. Durch ausgeglichenes Zusetzen von Magnesiumhydroxid und dem bromierten Flammschutzmittel zu der äußeren Schicht und/oder der inneren Schicht können daher hohe Flammhemmung und hohe Hitzebeständigkeit erreicht werden.
Wenn das Kommunikationskabel ein Paar isolierter elektrischer Drähte als Signaldrähte aufweist, die jeweils mit einer isolierenden Umhüllung auf einer Außenumfangsfläche des Leiters als innerer Schicht versehen sind, und der Mantel, der als äußere Schicht dient, die Außenumfangsfläche der Signaldraht bedeckt, kann das Kommunikationskabel mindestens die zweite Form haben, die isolierende Umhüllung kann das bromierte Flammschutzmittel sowie Magnesiumhydroxid enthalten, das als chloridbildendes Flammschutzmittel dient, die Dicke der isolierenden Umhüllung kann kleiner als 0,18 mm sein, und die charakteristische Impedanz des Kommunikationskabels kann 100 ± 10 Ω betragen. Wenn die isolierende Umhüllung ein bromiertes Flammschutzmittel enthält, ist die Permittivität des Materials der isolierenden Umhüllung geringer, als wenn die isolierende Umhüllung nur Magnesiumhydroxid als Flammschutzmittel enthält, und die charakteristische Impedanz des Kommunikationskabels verringert sich. Eine charakteristische Impedanz von 100 ± 10 Ω, die für die Ethernet-Kommunikation usw. erforderlich ist, kann leicht sichergestellt werden, indem die Dicke der isolierenden Umhüllung auf weniger als 0,18 mm reduziert wird.
Ein offenbarungsgemäßer Kabelbaum weist das Kommunikationskabel und ein chlorhaltiges Bauglied auf, das aus einer Polymerzusammensetzung hergestellt ist, die eine Komponente mit Chloratomen und einen Weichmacher enthält, und das chloridhaltige Bauglied ist in Kontakt mit mindestens einem Abschnitt der äußeren Schicht des Kommunikationskabels angeordnet.
In dem Kabelbaum ist das chlorhaltige Bauglied, das die Komponente mit Chloratomen zusammen mit dem Weichmacher enthält, in Kontakt mit der äußeren Schicht des Kommunikationskabels angeordnet. Da die organische Polymerkomponente, aus der die äußere Schicht des Kommunikationskabels gebildet ist, einen Elastizitätsmodul von mindestens 100 MPa hat und zwei Arten organischer Polymere enthält, können die Übertragung des Weichmachers und die nachfolgende Übertragung der Chloratome unterdrückt werden. Auch wenn die äußere oder die innere Schicht des Kommunikationskabels ein chloridbildendes Flammschutzmittel enthält, kann hierdurch verhindert werden, dass die Übertragung von Chloratomen aus dem chlorhaltigen Bauglied die Kommunikationseigenschaften des Kommunikationskabels beeinflusst.
Hierbei ist das chlorhaltige Bauglied bevorzugt ein Beschichtungsbauglied, mit dem ein anderer bedeckter elektrischer Draht außer dem Kommunikationskabel gebildet ist. Die Kommunikationseigenschaften des Kommunikationskabels können hierdurch auch dann auf hohem Niveau gehalten werden, wenn ein Kabelbaum durch Bündeln eines Kommunikationskabels mit einem universellen, bedeckten elektrischen Draht aufgebaut ist, der durch Umhüllen eines Leiters mit einem Material gewonnen ist, das unter Zusatz eines Weichmachers zu einem chlorhaltigen organischen Polymer wie etwa einem Harz auf Polyvinylchloridbasis gewonnen ist, und in einer Hochtemperaturumgebung verwendet wird.
Details zu Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung
Im Folgenden wird ein Kommunikationskabel gemäß einer Ausführungsform dieser Offenbarung mit Bezug auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben. Sofern nicht anders angegeben, sind in dieser Beschreibung die Werte der Eigenschaften verschiedener Materialien, etwa die Elastizitätsmoduln, durch Messen an der Atmosphäre bei Raumtemperatur gewonnen. Mit Bezug auf eine Materialzusammensetzung beträgt in dieser Beschreibung außerdem, wenn eine bestimmte Komponente die Hauptkomponente ist, die Menge dieser Komponente in der Gesamtmasse des Materials mindestens 50 Masseprozent. Beispiele für organische Polymere sind unter anderem Polymere mit einem relativ niedrigen Polimerisationsgrad wie etwa Oligomere. Mit Bezug auf die Eigenschaften einer Zusammensetzung, wie etwa die Elastizitätsmoduln, bezeichnet in dieser Beschreibung der Ausdruck „die gesamte organische Polymerkomponente“ einen Zustand, in dem nur die organischen Polymere gemischt sind, die die Zusammensetzung enthält, und nicht die vollständige Zusammensetzung, die außer den organischen Polymerkomponenten noch andere Komponenten, etwa ein Flammschutzmittel, enthält.
Gesamtausbildung des Kommunikationskabels und des Kabelbaums
1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Kabelbaums 3 gemäß einer Ausführungsform dieser Offenbarung, wobei der Kabelbaum 3 senkrecht zu seiner axialen Richtung angeschnitten ist. Der Kabelbaum 3 weist ein Kommunikationskabel 1 gemäß einer Ausführungsform dieser Offenbarung und ein paralleles Kabel 2 auf. Der Kabelbaum 3 kann auch weitere Drähte aufweisen.
Das Kommunikationskabel 1 hat einen Signaldraht 10. Der Signaldraht 10 weist ein Paar isolierter elektrischer Drähte 11 und 11 auf. Ferner weist das Kommunikationskabel 1 als äußere Schicht einen Mantel 15 auf, der die Außenumfangsfläche des Signaldrahts 10 bedeckt.
In dem Signaldraht 10 werden auf einem Paar isolierter elektrischer Drähte 11 und 11 differentielle Signale übermittelt. Das Paar isolierter elektrischer Drähte 11 und 11 in dem Signaldraht 10 kann zwar parallel zueinander angeordnet sein, wobei die axialen Richtungen aneinander ausgerichtet sind; unter dem Gesichtspunkt der Rauschreduzierung usw. ist jedoch das Paar isolierter elektrischer Drähte 11 und 11 bevorzugt als verdrilltes Drahtpaar gebildet. Die isolierten elektrischen Drähte 11, die den Signaldraht 10 bilden, weisen jeweils einen Leiter 12 und eine isolierende Umhüllung 13 auf, die die Außenumfangsfläche des Leiters 12 bedeckt. Wenn der Signaldraht 10 als verdrilltes Drahtpaar ausgebildet ist, liegt die Kommunikationsfrequenz in dem Kommunikationskabel 1 bevorzugt im Bereich von circa 1 MHz bis 1 GHz.
Als Material, aus dem die Leiter 12 gebildet werden, sind zwar verschiedene Metallmaterialien verwendbar, jedoch wird bevorzugt eine Kupferlegierung verwendet, zum Beispiel unter dem Gesichtspunkt, Übertragungsverluste der Signale, die über den Signaldraht 10 mit hoher elektrischer Leitfähigkeit übermittelt werden, zu reduzieren und eine ausreichende Festigkeit auch bei reduziertem Durchmesser des Signaldrahts 10 aufrechtzuerhalten. Die Leiter 12 sind zwar jeweils aus einem einzelnen Draht gebildet, jedoch sind beispielsweise unter dem Gesichtspunkt, die Flexibilität bei einem Biegen der Leiter 12 zu erhöhen, die Leiter 12 bevorzugt aus einem verdrillten Draht gebildet, der durch Verdrillen mehrerer Drähte (z.B. von sieben Drähten) gewonnen ist. In diesem Fall werden die Drähte verdrillt und einem Formpressen unterzogen, um einen komprimierten verdrillten Draht zu gewinnen. Wenn die Leiter 12 aus einem verdrillten Draht gebildet sind, kann der verdrillte Draht aus gleichen Drähten oder aus zwei oder mehr Arten von Drähten gebildet sein. Die isolierenden Umhüllungen 13 dienen in dem Kommunikationskabel 1 als innere Schicht. Das ausbildende Material der isolierenden Umhüllungen 13 wird noch ausführlich beschrieben, es enthält jedoch ein organisches Polymer und ein chloridbildendes Flammschutzmittel (ein Flammschutzmittel, das zur Bildung von Chlorid durch Reaktion mit chlorhaltigen Molekülen fähig ist).
Es besteht zwar keine besondere Einschränkung hinsichtlich des Durchmessers der Leiter 12 und der Dicke der isolierenden Umhüllungen 13; unter dem Gesichtspunkt, den Durchmesser der isolierten elektrischen Drähte 11 zu reduzieren, beträgt jedoch die Querschnittsfläche des Leiters bevorzugt weniger als 0,22 mm² und besonders bevorzugt nicht mehr als 0,15 mm². Darüber hinaus ist die Dicke der isolierenden Umhüllungen 13 bevorzugt auf nicht mehr als 0,30 mm und insbesondere auf nicht mehr als 0,20 mm eingestellt. Wenn Leiter mit einer solchen Querschnittsfläche und eine Umhüllung mit einer solchen Dicke verwendet werden, können Außendurchmesser der isolierten elektrischen Drähte 11 von nicht mehr als 1,0 mm und nicht mehr als 0,90 mm gewählt werden. Außerdem kann bei Verwendung von Leitern mit einer solchen Querschnittsfläche und einer Umhüllung mit einer solchen Dicke die charakteristische Impedanz des Kommunikationskabels 1 leicht im Bereich von 100 ± 10 Q gehalten werden, der für die Ethernet-Kommunikation erforderlich ist. Die Verdrillungssteigung eines verdrillten Drahtpaars kann zum Beispiel im Bereich von mindestens 10 mm bis 30 mm liegen.
Der Mantel 15 ist ein Bauglied, das zum Schutz des Signaldrahts 10 wirksam ist und zum Beispiel die verdrillte Struktur in dem Kommunikationskabel 1 aufrechterhält, und unterdrückt die Übertragung des Weichmachers und der Chloratome ins Innere des Kommunikationskabels 1, wie noch beschrieben wird. Der Mantel 15 kann die Außenumfangsfläche eines Bündels von Signaldrähten 10 gemeinsam bedecken oder bedeckt bevorzugt kontinuierlich die Außenumfangsfläche nur eines Signaldrahts 10. Zwischen dem Mantel 15 und dem Signaldraht 10 können zwar auch andere Schichten wie etwa eine Schirmungsschicht angeordnet werden, jedoch wird hier hauptsächlich angenommen, dass die isolierenden Umhüllungen 13, mit denen der Signaldraht 10 gebildet ist, und der Mantel 15 ohne weitere, dazwischen angeordnete Schichten direkt miteinander in Kontakt stehen. Außerhalb des Mantels 15 sind dagegen in dem Kommunikationskabel 1 keine weiteren Schichten vorgesehen, und der Mantel 15 steht direkt mit dem parallelen Kabel 2 in Kontakt. Alternativ kann zwischen dem Mantel 15 und dem parallelen Kabel 2 eine Schicht aus einem Material liegen, durch das der Weichmacher und chlorhaltige Moleküle hindurchgelangen können. Wie in 1 gezeigt, kann der Mantel 15 eine hohle Struktur mit einem Zwischenraum zwischen dem Mantel 15 und dem Signaldraht 10 haben oder kann eine massive Struktur haben, bei der das Innere des Mantels 15 bis fast an den Signaldraht 10 mit dem ausbildenden Material des Mantels 15 gefüllt ist.
Das ausbildende Material des Mantels 15 wird noch ausführlich beschrieben, es enthält jedoch ein organisches Polymer und ein chloridbildendes Flammschutzmittel. Das ausbildende Material enthält zwei oder mehr Arten organischer Polymere mit unterschiedlichen Elastizitätsmoduln, und es wird ein ausbildendes Material verwendet, das insgesamt einen vorbestimmten Elastizitätsmodul hat. Da die organische Polymerkomponente eine solche Struktur hat, unterdrückt der Mantel 15 die Übertragung des Weichmachers und der Chloratome von außen. Obwohl bezüglich der Dicke des Mantels 15 keine besondere Einschränkung besteht, beträgt unter dem Gesichtspunkt, die oben genannten Funktionen ausreichend zu erfüllen, die Dicke des Mantels 15 bevorzugt mindestens 0,2 mm oder noch mehr bevorzugt mindestens 0,3 mm. Andererseits werden unter dem Gesichtspunkt, eine übermäßige Vergrößerung des Durchmessers des Kommunikationskabels 1 zu vermeiden, als Dicke des Mantels 15 möglicherweise bis zu 1,2 mm oder bis zu 1,0 mm gewählt.
Das parallele Kabel 2, das zusammen mit dem Kommunikationskabel 1 den Kabelbaum 3 bildet, hat einen Leiter 21 und eine chlorhaltige Umhüllungsschicht 22 als isolierende Umhüllung, die die Außenumfangsfläche des Leiters 21 bedeckt. Es besteht keine besondere Einschränkung hinsichtlich der spezifischen Art und Form des parallelen Kabels 2, und zwischen dem Leiter 21 und der chlorhaltigen Umhüllungsschicht 22 kann zum Beispiel auch eine weitere Schicht angeordnet werden. Auf der Außenumfangsfläche der chlorhaltigen Umhüllungsschicht 22 ist dagegen keine Schicht vorgesehen, und die chlorhaltige Umhüllungsschicht 22 steht in dem Kabelbaum 3 in direktem Kontakt mit dem Mantel 15 des Kommunikationskabels 1. Alternativ kann zwischen der chlorhaltigen Umhüllungsschicht 22 und dem Kommunikationskabel 1 eine Schicht aus einem Material angeordnet sein, durch das der Weichmacher und die chlorhaltigen Moleküle hindurchgelangen können.
Ähnlich wie die Leiter 12 des Kommunikationskabels 1 ist auch der Leiter 21 des parallelen Kabels 2 aus einem Metallmaterial wie etwa einer Kupferlegierung hergestellt. Das ausbildende Material der chlorhaltigen Umhüllungsschicht 22 wird noch ausführlich beschrieben, es ist jedoch als Polymerzusammensetzung ausgebildet, die eine Komponente mit Chloratomen und einen Weichmacher enthält.
Wie oben beschrieben, weist der Kabelbaum 3 gemäß dieser Ausführungsform das Kommunikationskabel 1 und das parallele Kabel 2 auf. Das Kommunikationskabel 1 hat an seinem äußersten Abschnitt den Mantel 15, der als äußere Schicht dient, und hat die isolierenden Umhüllungen 13, die als innere Schichten dienen, zwischen dem Mantel 15 und den Leitern 12 zur Übertragung elektrischer Signale. Die Ausbildung des Kommunikationskabels mit der inneren Schicht zusätzlich zu der äußeren Schicht ist nicht auf die obige Ausbildung beschränkt, bei der der Mantel 15 auf der Außenumfangsfläche des Signaldrahts 10 vorgesehen ist, der die isolierten elektrischen Drähte 11 aufweist, und es kann zum Beispiel auch eine Ausbildung verwendet werden, bei der die äußere Schicht auf der Außenumfangsfläche eines einzelnen isolierten elektrischen Drahts vorgesehen ist, der mit der als innere Schicht dienenden, isolierenden Umhüllung versehen ist, wie etwa ein Koaxialkabel. Ferner braucht das Kommunikationskabel nicht die innere Schicht zu haben, solange die äußere Schicht außen um die Leiter angeordnet ist, und die isolierende Umhüllung, die als äußere Schicht dient, kann zum Beispiel auch direkt auf der Außenumfangsfläche der Leiter angeordnet sein.
Ferner wird bei der oben beschriebenen Ausführungsform das chloridbildende Flammschutzmittel sowohl zu dem Mantel 15, der als äußere Schicht dient, als auch zu den isolierenden Umhüllungen 13 zugesetzt, die als innere Schicht dienen. Wenn das Kommunikationskabel zusätzlich zu der äußeren Schicht die innere Schicht hat, braucht jedoch das chloridbildende Flammschutzmittel nicht sowohl zu der äußeren Schicht als auch zu der inneren Schicht zugesetzt zu werden, sondern braucht nur zu der äußeren Schicht und / oder zu der inneren Schicht zugesetzt zu werden. Das heißt, das Kommunikationskabel 1 braucht nur eine erste Form, in der die äußere Schicht ein chloridbildendes Flammschutzmittel enthält, und / oder eine zweite Form zu haben, in der ferner die innere Schicht, die ein chloridbildendes Flammschutzmittel enthält, zwischen der äußeren Schicht und den Leitern vorgesehen ist. Wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform hat jedoch das Kommunikationskabel 1 bevorzugt sowohl die erste Form als auch die zweite Form, und eine Ausbildung, bei der die äußere Schicht und die innere Schicht ein chloridbildendes Flammschutzmittel enthalten, wird im Hinblick auf eine Verbesserung der Wirkung bevorzugt, den Einfluss der Chloridbildung auf die Übertragungscharakteristik zu reduzieren, wie noch beschrieben wird. Die äußere Schicht und die innere Schicht können jeweils mehrere Schichten aufweisen. Zum Beispiel können der Mantel 15 und die isolierenden Umhüllungen 13 jeweils mehrere Schichten haben, und alle Schichten, die als Mantel 15 oder isolierende Umhüllungen 13 laminiert sind, können die äußere Schicht oder die innere Schicht bilden, oder die äußere und die innere Schicht können als eine Schicht aneinander laminiert sein, die entweder den Mantel 15 oder die isolierenden Umhüllungen 13 bildet.
Obwohl das Kommunikationskabel 1 gemäß einer Ausführungsform dieser Offenbarung mit dem parallelen Kabel 2 in Kontakt steht, das die chlorhaltige Umhüllungsschicht 22 hat, und ein Bestandteil des Kabelbaums 3 in der oben beschriebenen Ausführungsform ist, braucht das Kommunikationskabel 1 nicht Bestandteil eines solchen Kabelbaums 3 zu sein. Die Wirkung, die Übertragung des Weichmachers und der Chloratome aus dem chlorhaltigen Bauglied zu unterdrücken, kann erzielt werden, indem mindestens ein Abschnitt der äußeren Schicht (des Mantels 15) mit einem chlorhaltigen Bauglied aus einer Polymerzusammensetzung in Kontakt gebracht wird, die eine Komponente mit Chloratomen und einen Weichmacher enthält, und das Kommunikationskabel angeordnet wird. Beispiele für chlorhaltige Bauglieder sind unter anderem isolierende Umhüllungen wie etwa die obige chlorhaltige Umhüllungsschicht 22, äußere Umhüllungsbauglieder wie etwa Klebeband zum Bündeln mehrerer Kabel einschließlich des Kommunikationskabels 1 und schützende Bauglieder wie etwa ein schützendes Flächenelement.
Materialzusammensetzung der Umhüllungsschichten
Wie oben beschrieben, weist der Kabelbaum 3 gemäß dieser Ausführungsform drei Arten von Umhüllungsschichten auf, die aus Polymerzusammensetzungen hergestellt sind, nämlich die äußere Schicht (den Mantel 15) und die innere Schicht (die isolierenden Umhüllungen 13) des Kommunikationskabels 1 sowie die chlorhaltige Umhüllungsschicht 22 des parallelen Kabels 2. Im Folgenden wird das ausbildende Materialien der Schichten beschrieben.
(1) Äußere Schicht des Kommunikationskabels
Wie oben beschrieben, enthält der Mantel 15, der als äußere Schicht des Kommunikationskabels 1 dient, ein organisches Polymer und ein chloridbildendes Flammschutzmittel.
(1-1) Organische Polymerkomponente
Mindestens zwei Polymerarten, nämlich ein erstes organisches Polymer und ein zweites organisches Polymer, sind als die organische Polymerkomponente enthalten, aus der der Mantel 15 gebildet ist, und das zweite organische Polymer hat einen höheren Elastizitätsmodul als das erste organische Polymer. Außerdem hat die gesamte organische Polymerkomponente einen Elastizitätsmodul von mindestens 100 MPa (der Elastizitätsmodul kann im Folgenden einfach als Elastizitätsmodul bezeichnet werden). Der Elastizitätsmodul eines Polymermaterials kann zum Beispiel mit Zugprüfungen entsprechend JIS K 7161-1: 2014 bewertet werden. Es wird angemerkt, dass bei der organischen Polymerkomponente zwischen Elastizitätsmodul und Biegemodul gewöhnlich kein großer Unterschied besteht und dass beim Vergleich der Elastizitätsmoduln des ersten organischen Polymers und des zweiten organischen Polymers miteinander gegebenenfalls auch der Biegemodul anstelle des Elastizitätsmoduls verwendet werden kann.
Wenn die gesamte organische Polymerkomponente einen Elastizitätsmodul von mindestens 100 MPa hat, wie noch beschrieben wird, unterdrückt der Mantel 15 die Übertragung des Weichmachers und der Chloratome. Wenn der Elastizitätsmodul der gesamten organischen Polymerkomponente mindestens 200 MPa, mindestens 300 MPa oder mindestens 350 MPa beträgt, wird die übertragungsunterdrückende Wirkung weiter verstärkt. Es besteht zwar keine besondere Einschränkung hinsichtlich der Obergrenze des Elastizitätsmoduls der gesamten organischen Polymerkomponente; unter dem Gesichtspunkt, eine übermäßig harte Struktur zu verhindern und eine ausreichende Flexibilität der Kabel sicherzustellen, beträgt jedoch beispielsweise die Obergrenze des Elastizitätsmoduls der gesamten organischen Polymerkomponente bevorzugt nicht mehr als 500 MPa oder noch mehr bevorzugt nicht mehr als 450 MPa.
Es besteht zwar keine besondere Einschränkung hinsichtlich der Art der organischen Polymere, die in dem Mantel 15 enthalten sind, jedoch ist als bevorzugte Ausbildung zum Beispiel ein Copolymer mit einer Olefin-Einheit wie etwa ein Polyolefin (z.B. Polypropylen) oder ein olefinbasiertes Elastomer die Hauptkomponente in der organischen Polymerkomponente, aus der der Mantel 15 gebildet ist. Da diese olefinbasierten Polymere niedrige Permittivität haben, preisgünstig sind und gute Kommunikationseigenschaften bieten, sind sie vorteilhaft als das ausbildende Material des Mantels 15 verwendbar. Die organische Polymerkomponente, aus der der Mantel 15 gebildet ist, kann gegebenenfalls auch ein anderes Elastomer außer den olefinbasierten Polymeren enthalten, etwa SEBS neben einem olefinbasierten Polymer.
Obwohl das erste und das zweite organische Polymer, die in dem Mantel 15 als organische Polymerkomponenten enthalten sind, oder die anderen organischen Polymere von gleicher Art oder unterschiedlicher Art sein können, sind unter dem Gesichtspunkt der Verträglichkeit und dergleichen bevorzugt mindestens das erste organische Polymer und das zweite organische Polymer von der gleichen Art. Am meisten bevorzugt sind sowohl das erste als auch das zweite organische Polymer olefinbasierte Polymere. Je nach Art oder Polimerisationsgrad der Monomereinheiten, der Sequenz der Monomereinheiten und dergleichen können organische Polymere verschiedene Elastizitätsmoduln haben, auch wenn sie von gleicher Art sind. Als bevorzugte Ausbildung ist zum Beispiel das erste organische Polymer mit einem niedrigeren Elastizitätsmodul ein olefinbasiertes Elastomer und das zweite organische Polymer mit einem höheren Elastizitätsmodul Polyolefin. Alternativ kann eine Ausbildung verwendet werden, bei der sowohl das erste als auch das zweite organische Polymer Polyolefine oder olefinbasierte Elastomere sind und bei der sie unterschiedliche Elastizitätsmoduln haben.
Es besteht keine besondere Einschränkung auf die spezifischen Elastizitätsmoduln des ersten und des zweiten organischen Polymers. Bevorzugt ist jedoch der Elastizitätsmodul des ersten organischen Polymers niedriger als ein gewünschter Elastizitätsmodul der gesamten organischen Polymerkomponente, der Elastizitätsmodul des zweiten organischen Polymers ist höher als der gewünschte Elastizitätsmodul der gesamten organischen Polymerkomponente, und das erste und das zweite organische Polymer sind miteinander vermischt. Als Ergebnis hat tendenziell die gesamte organische Polymerkomponente, die die gemischten organischen Polymere enthält, einen gewünschten Elastizitätsmodul. Unter dem Gesichtspunkt größerer Freiheit zur Anpassung des Elastizitätsmoduls der gesamten Polymerkomponente und unter dem Gesichtspunkt einer Verstärkung der Wirkung, die Übertragung des Weichmachers und der Chloratome zu unterdrücken, beträgt der Elastizitätsmodul des zweiten organischen Polymers bevorzugt mindestens das Dreifache, mindestens das Fünffache oder mindestens das Zehnfache des Elastizitätsmoduls des ersten organischen Polymers. Ferner beträgt der Elastizitätsmodul des ersten organischen Polymers bevorzugt mindestens 100 MPa und nicht mehr als 500 MPa, und der Elastizitätsmodul des zweiten organischen Polymers beträgt bevorzugt mindestens 1000 MPa und nicht mehr als 3000 MPa.
Es besteht keine besondere Einschränkung in Bezug auf das Verhältnis des gemischten ersten und zweiten organischen Polymers (das Mischungsverhältnis), und dieses Mischungsverhältnis braucht nur so gewählt zu sein, dass die gesamte organische Polymerkomponente einen gewünschten Elastizitätsmodul hat. Als bevorzugtes Mischungsverhältnis beträgt das Massenverhältnis des zweiten organischen Polymers zum ersten organischen Polymer ([zweites organisches Polymer]/[erstes organisches Polymer]) beispielsweise mindestens 1/9 und nicht mehr als 9/1 oder nicht mehr als 5/5. Es besteht zwar keine besondere Einschränkung hinsichtlich der Zustände des ersten organischen Polymers und des zweiten organischen Polymers in der Materialstruktur des Mantels 15; bevorzugt sind jedoch das erste und das zweite organische Polymer sehr einförmig miteinander vermischt. Insbesondere bilden das erste und das zweite organische Polymer bevorzugt jeweils sehr kleine Bereiche, und diese Bereiche werden miteinander vermischt. Ein Beispiel für einen solchen Mischungszustand ist ein Zustand, in dem eine Polymerlegierung gebildet ist. Die organische Polymerkomponente kann in dem Mantel 15 vernetzt oder geschäumt sein.
(1-2) Flammschutzmittel
Wie oben beschrieben, enthält das ausbildende Material des Mantels 15 das chloridbildende Flammschutzmittel. Als „chloridbildendes Flammschutzmittel“ wird hier ein Flammschutzmittel bezeichnet, das zur Bildung von Chlorid durch eine Reaktion mit chlorhaltigen Molekülen fähig ist. Es besteht keine besondere Einschränkung auf eine spezifische Art des chloridbildenden Flammschutzmittels, und Beispiele dafür sind unter anderem anorganische Flammschutzmittel, in denen Metallelemente und andere anorganische Elemente außer Chlor gebunden sind. Wenn diese anorganischen Flammschutzmittel mit chlorhaltigen Molekülen reagieren, können sich Metallchloride bilden. Beispiele für typische anorganische Flammschutzmittel sind unter anderem Flammschutzmittel, die ein Metallhydroxid wie etwa Magnesiumhydroxid, Aluminiumhydroxid oder Zirconiumhydroxid enthalten. Insbesondere wird in Beschichtungsbaugliedern für Kabel oft Magnesiumhydroxid als preisgünstiges Flammschutzmittel verwendet, und es kann auch in dieser Ausführungsform vorteilhaft verwendet werden. Das chloridbildende Flammschutzmittel kann allein oder in Kombination aus zwei oder mehr Flammschutzmitteln verwendet werden.
Wenn als chloridbildendes Flammschutzmittel ein anorganisches Flammschutzmittel wie etwa ein Metallhydroxid verwendet wird, beträgt unter dem Gesichtspunkt, eine Aggregation zu vermeiden, die Partikelgröße des chloridbildenden Flammschutzmittels bevorzugt mindestens 0,5 µm und unter dem Gesichtspunkt einer Erhöhung der Dispergierbarkeit in der organischen Polymerkomponente nicht mehr als 5 µm. Zur Verbesserung der Dispergierbarkeit kann an dem chloridbildenden Flammschutzmittel auch eine Oberflächenbehandlung mit einem Dispersionsmittel wie etwa einem Silanhaftvermittler oder Wachs vorgenommen werden. Außerdem beträgt unter dem Gesichtspunkt eines ausreichenden Flammschutzes zum Beispiel der Gehalt des chloridbildenden Flammschutzmittels in dem ausbildenden Material des Mantels 15 bevorzugt mindestens 30 Massenteile, bezogen auf 100 Massenteile der organischen Polymerkomponente. Andererseits beträgt unter dem Gesichtspunkt, den Einfluss auf mechanische Eigenschaften des Mantels 15 und auf die Kommunikationseigenschaften des Kommunikationskabels 1 zu reduzieren, zum Beispiel der Gehalt des chloridbildenden Flammschutzmittels bevorzugt nicht mehr als 150 Massenteile. Es wird angemerkt, dass der hier genannte Gehalt des chloridbildenden Flammschutzmittels insbesondere dann vorteilhaft anwendbar ist, wenn nicht das unten beschriebene bromierte Flammschutzmittel in Kombination verwendet wird.
Das ausbildende Material des Mantels 15 kann gegebenenfalls eine andere Zusatzkomponente außer dem chloridbildenden Flammschutzmittel enthalten. Beispiele für Zusatzkomponenten außer dem chloridbildenden Flammschutzmittel sind unter anderem Flammschutzmittel anderer Arten, die im Wesentlichen kein Chlorid bilden. Beispiele für Flammschutzmittel, die im Wesentlichen kein Chlorid bilden, sind unter anderem bromierte Flammschutzmittel.
Spezifische Beispiele für bromierte Flammschutzmittel sind unter anderem bromierte Flammschutzmittel mit einer Phthalimidstruktur wie etwa Ethylenbis(tetrabromphthalimid) und Ethylenbis(tribromphthalimid), Ethylenbis(pentabromphenyl), Tetrabrombisphenol A (TBBA), Hexabromcyclododecan (HBCD), TBBA-Carbonat-Oligomer, TBBA-Epoxid-Oligomer, bromiertes Polystyrol, TBBA-Bis(dibrompropylether), Poly(dibrompropylether) und Hexabrombenzol (HBB). Diese bromierten Flammschutzmittel können allein oder in Kombination verwendet werden. Unter dem Gesichtspunkt eines hohen Schmelzpunktes und sehr guter Hitzebeständigkeit werden bevorzugt mindestens eine oder mehrere Substanzen verwendet, die aus phthalimidbasierten Flammschutzmitteln, Ethylenbispentabromphenyl und Derivaten davon ausgewählt sind.
Chloridbildende Flammschutzmittel wie etwa Magnesiumhydroxid können zu relativ geringen Kosten verwendet werden, und die zur Erzeugung des gesamten Kabels erforderlichen Herstellungskosten können reduziert werden, indem diese chloridbildenden Flammschutzmittel als Flammschutzmittel verwendet werden, die der organischen Polymerkomponente hinzuzufügen sind. Es muss jedoch eine vergleichsweise große Menge dieser chloridbildenden Flammschutzmittel zugesetzt werden, um einen ausreichenden Flammschutz zu erreichen. Wenn zu der organischen Polymerkomponente eine große Menge fester Füllstoffpartikel wie etwa eines chloridbildenden Flammschutzmittels zugesetzt wird, vergrößert sich die Gesamtgröße der Grenzfläche zwischen der organischen Polymerkomponente und dem Füllstoff, und unter Hochtemperaturbedingungen erleichtert der Eintrag von Sauerstoff durch die Grenzfläche den Abbau der organischen Polymerkomponente durch Oxidation. Das heißt, die Hitzebeständigkeit des ausbildenden Materials des Mantels 15 verringert sich. Indem ein bromiertes Flammschutzmittels, das relativ teuer ist, aber höhere Flammhemmung als ein chloridbildendes Flammschutzmittel hat, als Teil des Flammschutzmittels zugesetzt wird, kann im Hinblick hierauf die verwendete Menge des chloridbildenden Flammschutzmittels reduziert werden und eine hohe Flammhemmung sowie hohe Hitzebeständigkeit erreicht werden.
Zudem kann die Bildung von Magnesiumchlorid im Zuge der Übertragung des Weichmachers und der Chloratome wirksamer unterdrückt werden, indem Magnesiumhydroxid und das bromierte Flammschutzmittel in Kombination als Flammschutzmittel verwendet werden. Wenn nur Magnesiumhydroxid als Flammschutzmittel verwendet wird, führen in der Polymerkomponente dispergierte Magnesiumhydroxidpartikel tendenziell zu einer sekundären Aggregation. Wenn der Weichmacher und die Chloratome in dieses Aggregat eindringen, kann das gesamte Aggregat auf einmal mit den Chloratomen reagieren, wobei sich Chloride bilden. Wenn dagegen ein Teil des Flammschutzmittels durch ein bromiertes Flammschutzmittel ersetzt wird, verbessert sich die Dispergierbarkeit des Magnesiumhydroxids, und das Magnesiumhydroxid führt tendenziell nicht zu einer sekundären Aggregation. Es ist daher weniger wahrscheinlich, dass eine große Menge Magnesiumhydroxid auf einmal mit Chloratomen zu Chlorid reagiert. Auch wenn Magnesiumhydroxid sich mit einem bromierten Flammschutzmittel zusammen aggregiert, reagiert außerdem das bromierte Flammschutzmittel nicht mit Chloratomen. Es ist daher weniger wahrscheinlich, dass eine große Menge Magnesiumhydroxid auf einmal mit Chloratomen reagiert. Indem Magnesiumhydroxid und ein bromiertes Flammschutzmittel auf diese Weise in Kombination als Flammschutzmittel verwendet werden, kann die Wirkung erzielt werden, die Erzeugung von Magnesiumchlorid zu verlangsamen.
Unter dem Gesichtspunkt, Flammhemmung und Hitzebeständigkeit bei ausreichender Kostensenkung zu erzielen, unter dem Gesichtspunkt einer Verstärkung der Wirkung, die Chloridbildung zu verlangsamen, sowie unter dem Gesichtspunkt, den Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften der organischen Polymerkomponente zu reduzieren, beträgt bei einer Verwendung von Magnesiumhydroxid und einem bromierten Flammschutzmittel in Kombination als Flammschutzmitteln zum Beispiel der Magnesiumhydroxidgehalt bevorzugt mindestens 30 Massenteile und noch mehr bevorzugt mindestens 40 Massenteile, bezogen auf 100 Massenteile der organischen Polymerkomponente. Außerdem beträgt der Magnesiumhydroxidgehalt bevorzugt nicht mehr als 70 Massenteile und noch mehr bevorzugt nicht mehr als 50 Massenteile. Dagegen beträgt der Gehalt an bromiertem Flammschutzmittel bevorzugt mindestens 20 Massenteile und noch mehr bevorzugt mindestens 30 Massenteile, bezogen auf 100 Massenteile der organischen Polymerkomponente. Außerdem beträgt der Gehalt an bromiertem Flammschutzmittel bevorzugt nicht mehr als 60 Massenteile und noch mehr bevorzugt nicht mehr als 40 Massenteile. Das Verhältnis des Gehalts an bromiertem Flammschutzmittel zum Magnesiumhydroxidgehalt ist bevorzugt ein Massenverhältnis ([bromiertes Flammschutzmittel]/[Magnesiumhydroxid]) von mindestens 1/3 und noch mehr bevorzugt ein Massenverhältnis von mindestens 1/2 und bevorzugt nicht mehr als 1/1.
Das ausbildende Material des Mantels 15 kann zusätzlich zu dem bromierten Flammschutzmittel gegebenenfalls einen Flammschutz-Hilfsstoff wie etwa Antimontrioxid enthalten. Der Gehalt an bromiertem Flammschutzmittel beträgt bevorzugt etwa die Hälfte der Masse des bromierten Flammschutzmittels und kann zum Beispiel mindestens 10 Massenteile und nicht mehr als 30 Massenteile, bezogen auf 100 Massenteile der organischen Polymerkomponente, betragen.
(1-3) Weitere Komponenten
Zusätzlich zu den Flammschutzmitteln sind als Zusatzstoffe, die der Mantel 15 enthalten soll, verschiedene Zusatzstoffe verwendbar, die allgemein dem Beschichtungsbauglied des Kabels zugesetzt werden können, wie etwa schlagmodifizierende Mittel, Stabilisatoren, Expansionsmittel, Alterungsschutzmittel, Pigmente und Gleitmittel. Bevorzugt bilden jedoch diese Zusatzstoffe im Wesentlichen kein Chlorid, oder wenn sie Chlorid bilden, ist die Menge des gebildeten Chlorids vernachlässigbar. Der Gesamtgehalt der Zusatzstoffe außer dem Flammschutzmittel beträgt bevorzugt nicht mehr als 30 Massenteile, bezogen auf 100 Massenteile der organischen Polymerkomponente.
Insbesondere wird dem Mantel 15 bevorzugt ein Antioxidationsmittel und/oder ein Alterungsschutzmittel zugesetzt. Durch den Zusatz eines Antioxidationsmittels und/oder Alterungsschutzmittels schreitet die Zersetzung und Alterung der organischen Polymerkomponente durch Oxidation auch bei hohen Temperaturen tendenziell nicht fort, und die Hitzebeständigkeit des Mantels 15 erhöht sich. Als Antioxidationsmittel kann vorteilhaft ein Antioxidationsmittel auf Basis von gehindertem Phenol verwendet werden. Als Alterungsschutzmittel können vorteilhaft Zinkoxid und/oder eine Verbindung auf Imidazolbasis verwendet werden.
(2) Innere Schicht des Kommunikationskabels
Im Folgenden wird die bildende Komponente der isolierenden Umhüllungen 13 beschrieben, die als innere Schicht des Kommunikationskabels 1 dienen. Die isolierenden Umhüllungen 13 sind aus einer Zusammensetzung hergestellt, die gewonnen wird, indem einem organischen Polymer gegebenenfalls ein Zusatzstoff zugesetzt wird.
Es besteht keine besondere Einschränkung hinsichtlich der Art der organischen Polymere, aus denen die isolierenden Umhüllungen 13 gebildet werden. Ähnlich wie bei dem Mantel 15 ist ein bevorzugtes Beispiel für die Zusammensetzung der isolierenden Umhüllungen 13 eine Zusammensetzung, die als Hauptkomponente ein olefinbasiertes Polymer enthält. Ein olefinbasiertes Polymer wie etwa ein Polyolefin hat eine niedrige Permittivität und verleiht dem Kommunikationskabel 1 sehr gute Kommunikationseigenschaften, wenn die isolierenden Umhüllungen 13, die die Außenumfangsflächen der Leiter 12 umgeben, daraus ausgebildet werden. Anders als bei der organischen Polymerkomponente, aus der der Mantel 15 gebildet wird, besteht keine besondere Einschränkung hinsichtlich der Anzahl der Komponenten und des Elastizitätsmoduls der organischen Polymerkomponente, aus der die isolierenden Umhüllungen 13 gebildet werden. Da nicht mehrere Arten organischer Polymere gemischt zu werden brauchen, kann als organische Polymerkomponente, aus der die isolierenden Umhüllungen 13 gebildet werden, zum Beispiel eine beliebige einzelne Art eines Polyolefins verwendet werden. Ähnlich wie bei der organischen Polymerkomponente, aus der der Mantel 15 gebildet wird, kann jedoch als organische Polymerkomponente, aus der die isolierenden Umhüllungen 13 gebildet werden, auch eine organische Polymerkomponente verwendet werden, die zwei oder mehr Arten organischer Polymere mit unterschiedlichen Elastizitätsmoduln enthält. Die organische Polymerkomponente kann in den isolierenden Umhüllungen 13 vernetzt oder geschäumt sein.
Wenn, wie oben beschrieben, das Kommunikationskabel 1 mit einer äußeren Schicht wie etwa dem Mantel 15 versehen ist und die äußere Schicht das chloridbildende Flammschutzmittel enthält, brauchen die isolierenden Umhüllungen 13, die als innere Schicht dienen, nicht das chloridbildende Flammschutzmittel zu enthalten. Als bevorzugte Ausführungsform enthalten jedoch ähnlich wie der Mantel 15 auch die isolierenden Umhüllungen 13 ein Flammschutzmittel als Zusatzstoff, und mindestens ein Teil des Flammschutzmittels kann ein chloridbildendes Flammschutzmittel sein. Insbesondere enthalten die isolierenden Umhüllungen 13 bevorzugt ebenfalls ein chloridbildendes Flammschutzmittel und ein bromiertes Flammschutzmittel. Für eine spezifische Art des jeweiligen Flammschutzmittels und einen bevorzugten Bereich seiner Menge können die gleichen Ausbildungen verwendet werden, wie sie für den Mantel 15 angegeben sind. Die gleichen Zusatzstoffe, wie für den Mantel 15 angegeben, können auch für andere Zusatzstoffe außer den Flammschutzmitteln verwendet werden.
Es wird angemerkt, dass die isolierenden Umhüllungen 13 die Leiter 12 direkt bedecken und die dielektrischen Eigenschaften des ausbildenden Materials der isolierenden Umhüllungen 13 die Kommunikationseigenschaften des Kommunikationskabels 1 mit größerer Wahrscheinlichkeit beeinflussen als der Mantel 15, der an einer von den Leitern 12 weiter entfernten Stelle angeordnet ist. Die Kommunikationseigenschaften des Kommunikationskabels 1 können daher abhängig von Art und Menge des Flammschutzmittels variieren, das zu den isolierenden Umhüllungen 13 zugesetzt wird. Da das bromierte Flammschutzmittel eine niedrigere Permittivität als Magnesiumhydroxid hat, verringert sich beispielsweise die Permittivität des gesamten ausbildenden Materials der isolierenden Umhüllungen 13, wenn ein Teil des Magnesiumhydroxids durch das bromierte Flammschutzmittel ersetzt wird. Das ausbildende Material des Mantels 15 hat bevorzugt eine niedrige Permittivität, da der Einfluss von elektromagnetischem Rauschen auf den Mantel 15 sich bei einer niedrigen Permittivität des Mantels 15 tendenziell verringert. Eine niedrige Permittivität des ausbildenden Materials der isolierenden Umhüllungen 13 hat jedoch tendenziell großen Einfluss auf die charakteristische Impedanz des Kommunikationskabels 1, und die charakteristische Impedanz liegt möglicherweise nicht in einem vorbestimmten Bereich.
Wie in den folgenden Beispielen beschrieben wird, erhöht sich insbesondere die charakteristische Impedanz des Kommunikationskabels 1, wenn die Permittivität der isolierenden Umhüllungen 13 sich durch die Zugabe eines bromierten Flammschutzmittels verringert. Um eine Erhöhung der charakteristischen Impedanz zu unterdrücken, müssen die isolierenden Umhüllungen 13 dünn sein. Eine Reduzierung der Dicke der isolierenden Umhüllungen 13 ist auch unter dem Gesichtspunkt einer Reduzierung des Durchmessers der isolierten elektrischen Drähte 11 vorteilhaft. Wenn die Querschnittsfläche des Leiters an jedem isolierten elektrischen Draht 11 zum Beispiel 0,1475 mm² beträgt und der Gehalt an Magnesiumhydroxid und dem bromierten Flammschutzmittel in dem Mantel 15 im oben genannten bevorzugten Bereich liegt, kann das Kommunikationskabel 1 eine charakteristische Impedanz von 100 ± 10 Ω haben, indem die Dicke der entsprechenden isolierenden Umhüllung 13 kleiner als 0,18 mm ist, zum Beispiel im Bereich von nicht mehr als 0,16 mm liegt.
(3) Chlorhaltige Umhüllungsschicht des parallelen Kabels
Im Folgenden wird das ausbildende Material der chlorhaltigen Umhüllungsschicht 22 des parallelen Kabels 2 beschrieben. Die chlorhaltige Umhüllungsschicht 22 ist aus einer Polymerzusammensetzung hergestellt, die ein organisches Polymer und einen Weichmacher enthält.
Die Polymerzusammensetzung, aus der die chlorhaltige Umhüllungsschicht 22 gebildet ist, enthält eine Chloratome enthaltende Komponente. Obwohl die Komponente mit den Chloratomen ein organisches Polymer oder eine Zusatzkomponente (außer einem Weichmacher) sein kann, die bzw. das zu dem organischen Polymer hinzuzufügen ist, sind die Chloratome bevorzugt in dem organischen Polymer enthalten. Beispiele für organische Polymere mit Chloratomen, die in der chlorhaltigen Umhüllungsschicht 22 verwendbar sind, sind unter anderem Polyvinylchlorid (PVC) und chloriertes Polyethylen (CPE). Kabel, deren Leiter mit einer Zusammensetzung bedeckt sind, die durch Zusetzen eines Weichmachers zu PVC gewonnen ist, finden auf Gebieten wie der Kraftfahrzeugtechnik und dergleichen breite Verwendung. Das organische Polymer kann in der chlorhaltigen Umhüllungsschicht 22 vernetzt oder geschäumt sein.
Zwar besteht keine besondere Einschränkung hinsichtlich der Art des Weichmachers, der in der chlorhaltigen Umhüllungsschicht 22 enthalten ist, jedoch sind Beispiele für Weichmacher, die allgemein zum Weichmachen von PVC zugesetzt werden, unter anderem Weichmacher auf Phthalatbasis wie etwa Diisononylphthalat (DINP) und Dioctylphthalat (DNOP), Weichmacher auf Trimellitatbasis wie etwa Tris(2-ethylhexyl)trimellitat (TOTM) und Weichmacher auf Polyesterbasis. Von diesen Weichmachern werden solche mit niedrigerem Molekulargewicht, etwa Weichmacher auf Phthalatbasis und Weichmacher auf Trimellitatbasis, mit größerer Wahrscheinlichkeit auf das Material übertragen, das mit den Weichmachern in Kontakt steht, als Polymerweichmacher, und die übertragungsunterdrückende Wirkung kann verbessert werden, indem das Kommunikationskabel 1 mit dem Mantel 15 versehen wird, der eine vorbestimmte Materialzusammensetzung und einen vorbestimmten Elastizitätsmodul hat. Der Gehalt des Weichmachers in der chlorhaltigen Umhüllungsschicht 22 beträgt bevorzugt mindestens 10 Massenteile und nicht mehr als 50 Massenteile, bezogen auf 100 Massenteile der organischen Polymerkomponente.
Die chlorhaltige Umhüllungsschicht 22 kann gegebenenfalls einen anderen Zusatzstoff außer den Weichmachern enthalten. Als solcher Zusatzstoff können die gleichen, oben genannten Zusatzstoffe verwendet werden, die dem Mantel 15 zugesetzt werden können. Der Gesamtgehalt der Zusatzstoffe beträgt bevorzugt nicht mehr als 30 Massenteile, bezogen auf 100 Massenteile der organischen Polymerkomponente.
Unterdrückung der Übertragung von Weichmacher und Chloratomen durch die äu-ßere Schicht
In dem Kommunikationskabel 1 hat die organische Polymerkomponente den vorbestimmten Elastizitätsmodul und die vorbestimmte Komponentenzusammensetzung, wie sie oben beschrieben sind, so dass der Mantel 15, der als äußere Schicht dient, die Übertragung des Weichmachers und der Chloratome aus dem chlorhaltigen Bauglied, das mit dem Mantel 15 in Kontakt steht, wie etwa die chlorhaltige Umhüllungsschicht 22 des parallelen Kabels 2, auf den Mantel 15, der als äußere Schicht dient, und die isolierenden Umhüllungen 13, die als innere Schicht dienen, unterdrücken kann. Im Folgenden werden die Übertragung des Weichmachers und der Chloratome sowie die Unterdrückung der Übertragung des Weichmachers und der Chloratome beschrieben.
Der Weichmacher, der in der chlorhaltigen Umhüllungsschicht 22 des parallelen Kabels 2 enthalten ist, kann bei hohen Temperaturen auf den Mantel 15 des Kommunikationskabels 1 übertragen werden, der mit der chlorhaltigen Umhüllungsschicht 22 in Kontakt steht. Wenn der Weichmacher auf den Mantel 15 übertragen wird, kann der Weichmacher in die Schicht des Mantels 15 diffundieren und auch auf die isolierende Umhüllung 13 des Signaldrahts 10 übertragen werden. Wenn der Weichmacher in die Struktur des Polymermaterials diffundiert, bildet sich in einem Abschnitt, an dem der Weichmacher diffundiert ist, ein Weg, auf dem Chloratome mit Affinität zu dem Weichmacher diffundieren können. Hierdurch können Chloratome, die in der chlorhaltigen Umhüllungsschicht 22 enthalten sind, zusammen mit dem Weichmacher ebenfalls auf das Polymermaterial übertragen werden. Die Übertragung der Chloratome ist so vorstellbar, dass sie hauptsächlich in Form von chlorhaltigen Molekülen wie etwa Salzsäuremolekülen (HCl) und Chlormolekülen (Cl₂) erfolgt, und in dieser Beschreibung wird die Übertragung in Form chlorhaltiger Moleküle auch als „Übertragung von Chloratomen“ bezeichnet. Ähnlich wie der Weichmacher können Chloratome durch die Schicht des Mantels 15 gelangen und in die isolierenden Umhüllungen 13 des Signaldrahts 10 übertragen werden.
Wenn im Zuge der Übertragung des Weichmachers Chloratome auf den Mantel 15 übertragen werden und weiter auf die isolierenden Umhüllungen 13 übertragen werden, können diese Chloratome mit dem chloridbildenden Flammschutzmittel, das in dem Mantel 15 und/oder den isolierenden Umhüllungen 13 enthalten ist, Chlorid bilden. Wenn das chloridbildende Flammschutzmittel zum Beispiel Magnesiumhydroxid (Mg(OH)₂) ist, kann durch Reaktion mit den übertragenen chlorhaltigen Molekülen Magnesiumchlorid (MgCl₂) gebildet werden.
Wird in den Schichten des Mantels 15 und/oder der isolierenden Umhüllungen 13 aus dem Flammschutzmittel deriviertes Chlorid gebildet, dann kann das gebildete Chlorid durch Veränderungen der dielektrischen Eigenschaften der Materialien, aus denen die Schichten gebildet sind, und dergleichen die Kommunikationseigenschaften des Kommunikationskabels 1 beeinflussen. Insbesondere wenn das gebildete Chlorid ein unter Feuchtigkeitswirkung zerfließendes Chlorid ist, hat das Chlorid tendenziell starken Einfluss auf die Kommunikationseigenschaften. Magnesiumchlorid, ein aus Magnesiumhydroxid gebildetes Chlorid, ist beispielsweise ein unter Feuchtigkeitswirkung zerfließendes Chlorid. Wenn unter Feuchtigkeitswirkung zerfließendes Chlorid gebildet wird, absorbiert das Chlorid Feuchtigkeit aus der Luft und bildet Hydrate, wodurch in den Schichten des Mantels 15 und der isolierenden Umhüllungen 13 oder an ihren Oberflächen oder in dem Zwischenraum, den diese Schichten umgeben, eine Atmosphäre entsteht, die Wassertröpfchen und Wasserdampf enthält. Wassertröpfchen und Wasserdampf verändern die dielektrischen Eigenschaften der Materialien, etwa als Erhöhung der Permittivität, und beeinflussen dadurch die Kommunikationseigenschaften des Kommunikationskabels 1. Wenn sich in den Schichten des Mantels 15 und/oder der isolierenden Umhüllungen 13 sowie in dem Raum, den diese Schichten umgeben, lokal Wassertröpfchen bilden, wird insbesondere das elektromagnetische Feld um den Bereich dieser Wassertröpfchenbildung lokal verzerrt. Hierdurch verschlechtern sich tendenziell die Kommunikationseigenschaften des Kommunikationskabels 1. Die Bildung von aus dem Flammschutzmittel deriviertem Chlorid hat in den isolierenden Umhüllungen 13, die mit den Leitern 12 in Kontakt stehen, mit größerer Wahrscheinlichkeit starken Einfluss auf die Kommunikationseigenschaften als in dem Mantel 15.
Bei dem Kommunikationskabel 1 gemäß dieser Ausführungsform hat jedoch die organische Polymerkomponente, aus der der Mantel 15 gebildet ist, einen Elastizitätsmodul von mindestens 100 MPa und enthält zwei Arten organischer Polymere mit unterschiedlichen Elastizitätsmoduln. Die Übertragung des Weichmachers aus der chlorhaltigen Umhüllungsschicht 22 auf den Mantel 15 wird daher unterdrückt. Da die Übertragung des Weichmachers unterdrückt wird, bildet sich in der Struktur des organischen Polymers tendenziell nicht der Weg, entlang dessen chlorhaltige Moleküle hindurchgelangen können, und die Übertragung von Chloratomen aus der chlorhaltigen Umhüllungsschicht 22 wird ebenfalls unterdrückt. Wenn die Übertragung des Weichmachers und die nachfolgende Übertragung von Chloratomen in dem Mantel 15 unterdrückt werden, wird auch die Übertragung des Weichmachers und der Chloratome auf die einwärts von dem Mantel 15 vorhandenen, isolierenden Umhüllungen 13 unterdrückt.
Ein hoher Elastizitätsmodul des organischen Polymermaterials bedeutet, dass das Material eine harte und dichte Struktur hat und das Zwischenräume, durch die Fremdmoleküle wie etwa ein Weichmacher gelangen können, klein ist oder die Anzahl solcher Zwischenräume gering ist. Da die organische Polymerkomponente, aus der der Mantel 15 gebildet ist, einen Elastizitätsmodul von mindestens der vorbestimmten Untergrenze hat, etwa mindestens 100 MPa, wird daher tendenziell der Weichmacher nicht auf den Mantel 15 oder weiter auf die isolierenden Umhüllungen 13 übertragen.
Ferner enthält bei dieser Ausführungsform das organische Polymermaterial, aus dem der Mantel 15 gebildet ist, das erste und das zweite organische Polymer mit unterschiedlichen Elastizitätsmoduln. In diesem Fall hat das erste organische Polymer einen niedrigeren Elastizitätsmodul als das zweite organische Polymer. Wenn der Weichmacher in das ausbildende Material des Mantels 15 eindringt, gelangt der Weichmacher also mit höherer Wahrscheinlichkeit in die Struktur, die durch das erste organische Polymer gebildet ist, als in die Struktur, die durch das zweite organische Polymer gebildet ist. Durch die Mischung des ersten und des zweiten organischen Polymers wird jedoch die Kontinuität der Struktur des ersten organischen Polymers durch die Struktur des zweiten organischen Polymers zerteilt, und der Weichmacher diffundiert innerhalb der Struktur des ersten organischen Polymers und erreicht eine vorbestimmte Tiefe, wobei sich der Weg verlängert, den der Weichmacher zurücklegen muss. Die Zeit, die der Weichmacher zum Eindringen und Erreichen der vorbestimmten Tiefe zu braucht, ist daher länger, wenn das zweite organische Polymer in das organische Polymermaterial gemischt ist, als wenn das organische Polymermaterial nur aus dem ersten organischen Polymer hergestellt ist, und der Weichmacher dringt tendenziell nicht ein. Weil in der organischen Polymerkomponente das erste organische Polymer und das zweite organische Polymer gemischt sind, ist außerdem, wie bei späteren Beispielen beschrieben, ein Eindringen des Weichmachers weniger wahrscheinlich als bei der aus nur einem Material hergestellten organischen Polymerkomponente, auch wenn die gesamte organische Polymerkomponente den gleichen Elastizitätsmodul wie eine aus nur einem Material hergestellte organische Polymerkomponente hat. Insbesondere kann das Eindringen des Weichmachers wirksam unterdrückt werden, wenn das erste und das zweite organische Polymer sich im Zustand einer Polymerlegierung befinden.
Wie oben beschrieben, hat die organische Polymerkomponente, aus der der Mantel 15 gebildet ist, einen Elastizitätsmodul von mindestens 100 MPa und enthält das erste und das zweite organische Polymer mit unterschiedlichen Elastizitätsmoduln. Daher können die Übertragung des Weichmachers ins Innere des Mantels 15 und die Übertragung des Weichmachers über den Mantel 15 auf die isolierenden Umhüllungen 13 wirksam unterdrückt werden. Durch die Unterdrückung der Übertragung des Weichmachers kann wirksam die Erscheinung der Übertragung von Chloratomen Übertragung des Weichmachers unterdrückt werden. Wenn die Übertragung von Chloratomen auf den Mantel 15 und die isolierende Umhüllung 13 unterdrückt wird, reagieren die übertragenen Chloratome tendenziell nicht mit dem chloridbildenden Flammschutzmittel zu Chlorid und beeinflussen tendenziell nicht die Kommunikationseigenschaften des Kommunikationskabels 1. Wenn die isolierenden Umhüllungen 13, die mit den Leitern 12 in Kontakt stehen, insbesondere das chloridbildende Flammschutzmittel enthalten, werden bei der Bildung von Chlorid im Zuge der Übertragung von Chloratomen die Kommunikationseigenschaften des Kommunikationskabels 1 tendenziell stark beeinflusst. Der Mantel 15 kann jedoch die Übertragung von Chloratomen auf die isolierenden Umhüllungen 13 und den Einfluss auf die Kommunikationseigenschaften des Kommunikationskabels 1 wirksam unterdrücken.
Die Übertragung des Weichmachers und die nachfolgende Übertragung von Chloratomen treten tendenziell in einer Hochtemperaturumgebung auf. Der Mantel 15 unterdrückt jedoch die Übertragung des Weichmachers und der Chloratome, und somit können das Kommunikationskabel 1 und der Kabelbaum 3 auch in einer Hochtemperaturumgebung, etwa in der Nähe des Motors in einem Kraftfahrzeug, mit hoher Zuverlässigkeit verwendet werden. Auch in einer Umgebung mit einer Temperatur von zum Beispiel mindestens 80°C oder mindestens 100°C kann die Chloridbildung in dem Mantel 15 und den isolierenden Umhüllungen 13 wirksam unterdrückt werden und der Einfluss auf die Kommunikationseigenschaften reduziert werden. Es wird angemerkt, dass eine „hohe Temperatur“ in einem Kraftfahrzeug eine Temperatur von circa 120°C als Höchsttemperatur bedeutet und eine Übertragung des Weichmachers mit nachfolgender Übertragung von Chloratomen bei noch höheren Temperaturen kein Problem darstellen, solange das Kommunikationskabel 1 und der Kabelbaum 3 nicht für Kraftfahrzeuge mit einer Temperatur von mehr als 120°C verwendet werden. Wenn als Flammschutzmittel ein bromiertes Flammschutzmittel in Kombination mit dem chloridbildenden Flammschutzmittel verwendet wird, kann ferner, wie oben beschrieben, die Dauerhaftigkeit der organischen Polymerkomponente auch in einer Hochtemperaturumgebung verbessert werden, und das Kommunikationskabel 1 und der Kabelbaum 3 eignen sich zur Verwendung in einer Umgebung, in der die Temperatur hoch sein kann.
Beispiele
Im Folgenden werden Beispiele beschrieben. Es wird angemerkt, dass die vorliegende Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt ist. Die Eigenschaften wurden in diesen Beispielen bei Raumtemperatur an der Atmosphäre bewertet.
(1) Veränderungen während der Übertragung von Chloratomen
Zunächst wurde untersucht, wie die Komponenten und Kommunikationseigenschaften des Kommunikationskabels sich im Zuge der Übertragung des Weichmachers und der Chloratome veränderten.
Herstellung der Proben
Durch Verdrillen von sieben Kupferlegierungsdrähten mit einem Durchmesser ø von 0,172 mm wurde ein Kabelleiter mit einer Querschnittsfläche von 0,1475 mm² erzeugt. Auf die Außenumfangsfläche des so gewonnenen Kabelleiters wurde ein Material, das die nachfolgend genannten Komponenten enthielt, zu einer isolierenden Umhüllung mit einer Dicke von 0,16 mm extrudiert. Ein Signaldraht wurde gewonnen, indem zwei auf diese Weise gewonnene, isolierte elektrische Drähte mit einer Steigung von 20 mm verdrillt wurden. Ferner wurde ein hohler Mantel mit einer Dicke von 0,47 mm durch Extrudieren eines Materials, das die nachfolgend genannten Komponenten enthielt, auf der Außenumfangsfläche des Signaldrahts gebildet, und es entstand ein Kommunikationskabel.
Die zum Bilden der isolierenden Umhüllung des Signaldrahts und des Mantels verwendeten Materialien wurden durch Verkneten der folgenden Komponenten hergestellt. Es wurden zwei Arten von Proben hergestellt. Bei einer Probenart wurden als Flammschutzmittel zum Zusetzen zu der isolierenden Umhüllung und dem Mantel Magnesiumhydroxid und ein bromiertes Flammschutzmittel verwendet. Bei der anderen Probenart wurde nur Magnesiumhydroxid verwendet. Die Proben, in denen als Flammschutzmittel Magnesiumhydroxid und das bromierte Flammschutzmittel verwendet wurden, hatten die unten angegebene Zusammensetzung. Mit Bezug auf die Proben, in denen als Flammschutzmittel nur Magnesiumhydroxid verwendet wurde, wurde die Gesamtmenge des bromierten Flammschutzmittels mit der folgenden Zusammensetzung für sowohl die isolierende Umhüllung als auch den Mantel durch Magnesiumhydroxid ersetzt. Es wurde jedoch kein Antimontrioxid zugesetzt.
Isolierende Umhüllung

• Organische Polymerkomponente:
- 37,5 Massenteile „NOVATECH EC9GD“ (Polypropylen, Hersteller: Japan Polypropylene Corporation; der Elastizitätsmodul betrug 1189 MPa)
- 37,5 Massenteile „NOVATECH FY6H“ (Polypropylen, Hersteller: Japan Polypropylene Corporation; der Elastizitätsmodul betrug 1800 MPa)
- 12,5 Massenteile „Prime Polypro E701G“ (Polypropylen, Hersteller: Prime Polymer Co., Ltd. und mit einem Elastizitätsmodul von 1250 MPa)
- 12,5 Massenteile „Tuftec M1913“ (SEBS, Hersteller: Asahi Kasei Corp.)
• Flammschutzmittel:
- 30 Massenteile Magnesiumhydroxid („KISUMA 5“, Hersteller: Kyowa Chemical Industry Co., Ltd.)
- 20 Massenteile bromiertes Flammschutzmittel (Ethylenbis(pentabromphenyl) „SAYTEX8010“, Hersteller: Albemarle Corporation)
• Weitere Zusatzstoffe:
- 10 Massenteile Antimontrioxid (Hersteller: Yamanaka & Co., Ltd.)
- 5 Massenteile Zinkoxid („Zinkoxid #2“, Hersteller: HAKUSUI TECH)
- 5 Massenteile imidazolbasierte Verbindung (2-Mercaptoimidazol „ANTAGE MB“, Hersteller: Kawaguchi Chemical Industry Co., Ltd.)
- 3 Massenteile Antioxidationsmittel (Antioxidationsmittel auf Basis von gehindertem Phenol „IRGANOX 1010“, Hersteller: BASF)
- 0,5 Massenteile Metalldesaktivator („CDA-1“, Hersteller: ADEKA Corporation)

Mantel - sofern nicht anders angegeben, ist das spezifische Produkt das gleiche wie oben bei der isolierenden Umhüllung.

• Organische Polymerkomponente:
- 25 Massenteile „NOVATECH EC9GD“ (der Elastizitätsmodul betrug 1189 MPa)
- 30 Massenteile „Santprene 203-40“ (Polyolefin-Elastomer, Hersteller: Exxon Mobil; der Biegemodul betrug 80 MPa)
- 20 Massenteile „Adfex Q200F“ (Polyolefin-Elastomer, Hersteller: Lyondel Basell; der Elastizitätsmodul betrug 155 MPa)
- 12,5 Massenteile „Prime Polypro E701G“ (der Elastizitätsmodul betrug 1250 MPa)
- 12,5 Massenteile „Tuftec M1913“
• Flammschutzmittel:
- 40 Massenteile Magnesiumhydroxid
- 30 Massenteile bromiertes Flammschutzmittel
• Weitere Zusatzstoffe:
- 15 Massenteile Antimontrioxid
- 5 Massenteile Zinkoxid
- 5 Massenteile imidazolbasierte Verbindung
- 3 Massenteile Antioxidationsmittel

Des Weiteren wurde eine chlorhaltige Umhüllungsschicht auf der Außenumfangsfläche eines Kabelleiters gebildet, der der gleiche wie oben war, so dass ein paralleles Kabel gebildet wurde. Verwendet wurde eine chlorhaltige Umhüllungsschicht, die gewonnen wurde, indem 20 Massenteile Tri-n-alkyltrimellitat („TRIMEX N-08“, Hersteller: Kao Corporation) als Weichmacher zu 100 Massenteilen Vinylchlorid zugesetzt wurden.
Bewertungsverfahren
Ein Aufbau, in dem das oben gebildete Kommunikationskabel und das oben gebildete parallele Kabel miteinander in Kontakt standen, wurde für eine vorbestimmte Zeitdauer bei einer vorbestimmten Temperatur erhitzt gehalten. Die Erhitzungstemperatur wurde in Schritten von 10°C im Bereich von 110°C bis 150°C gewählt.
Der für die vorbestimmte Dauer bei der vorbestimmten Temperatur gehaltene Aufbau wurde dann auf Raumtemperatur abkühlen gelassen und anschließend die charakteristische Impedanz des Kommunikationskabels im differentiellen Modus gemessen. Die Messung der charakteristischen Impedanz erfolgte im O-pen/short-Verfahren mit einer LCR-Messvorrichtung.
Des Weiteren wurde der Mantel von dem erhitzten Signalkommunikationskabel entfernt, und die Produkte in dem Mantel wurden analysiert. Die Analyse erfolgte durch Gaschromatographie an dem Mantel, der zuvor gefroren und zerstoßen wurde. Als repräsentative Probe (für 120 Stunden bei 150°C erhitzt, bei Verwendung nur von Magnesiumhydroxid als Flammschutzmittel) wurde außerdem ein Querschnitt des Kommunikationskabels mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) untersucht.
Ergebnisse
Gemäß den Ergebnissen, die aus der Analyse des Produkts in dem Mantel für die erhitzten Kommunikationskabel gewonnen wurden, wurde bei einer Verwendung nur von Magnesiumhydroxid als Flammschutzmittel Magnesiumchlorid (MgCl₂) nachgewiesen, wenn die Erhitzungstemperatur mindestens 130°C betrug. Außerdem wurde als Ergebnis der REM-Untersuchung eine mit sehr kleinen Wassertröpfchen verbundene Struktur in der Schicht und der Oberfläche des Mantels und dem vom Mantel umgebenen Zwischenraum festgestellt. Hieran zeigte sich, dass durch die Erhitzung des Mantels bei einer hohen Temperatur, während das parallele Kabel, das die chlorhaltige Umhüllungsschicht hatte, mit dem Kommunikationskabel in Kontakt stand, Magnesiumchlorid entstand und im Zuge der Entstehung von Magnesiumchlorid Wasser in der Schicht und an der Oberfläche des Mantels sowie in dem vom Mantel umgebenen Zwischenraum erzeugt wurde. Diese Erscheinungen dürften daher rühren, dass der Weichmacher aufgrund der Erhitzung des Mantels in Kontakt mit der chlorhaltigen Umhüllungsschicht aus dieser auf den Mantel übertragen wurde und im Zuge der Übertragung des Weichmachers auch Chloratome aus der chlorhaltigen Umhüllungsschicht auf den Mantel übertragen wurden, was zu der Reaktion mit dem Magnesiumhydroxid führte, das der Mantel als Flammschutzmittel enthielt. Anscheinend ist das durch die Reaktion erzeugte Magnesiumchlorid ein unter Feuchtigkeitswirkung zerfließendes Chlorid, und durch die Absorption von Feuchtigkeit in Form von Hydraten aus der Luft bildeten sich Wassertröpfchen.
2A und 2B zeigen die Veränderungen der charakteristischen Impedanz und die Menge an Magnesiumchlorid, die im Verlauf der Erhitzungszeit erzeugt wurde, wenn die Proben, bei denen nur Magnesiumhydroxid als Flammschutzmittel verwendet wurde, bei den gewählten Temperaturen erhitzt wurden. In 2A ist die Erhitzungszeit auf der horizontalen Achse und die charakteristische Impedanz auf der vertikalen Achse gezeigt (Einheit: SZ). In 2B ist die Erhitzungszeit auf der horizontalen Achse und die Menge an erzeugtem Magnesiumchlorid auf der vertikalen Achse gezeigt (Einheit: Masseprozent). Wie bei allen Messwerten sind in diesen Zeichnungen zusammen mit den Datenpunkten auch Näherungskurven gezeigt, die durch Näherung der Datenpunkte mithilfe eines glatten Polynoms gewonnen wurden.
Gemäß 2B bildete sich bei einer Erhitzungstemperatur von 110°C zunächst keine nachweisbare Menge Magnesiumchlorid. Auch bei einer Erhitzungstemperatur von 120°C wurde nur eine kleine Menge Chlorid erzeugt. Wenn die Erhitzungstemperatur mindestens 130°C betrug, wurde dagegen eine große Menge Magnesiumchlorid erzeugt. Die Menge an erzeugtem Magnesiumchlorid nahm mit erhöhter Erhitzungstemperatur und längerer Erhitzungszeit zu. Es wird angemerkt, dass, wie oben beschrieben, als „hohe Temperatur“ in einem Kraftfahrzeug eine Temperatur von höchstens circa 120°C bezeichnet wird. Wenn der isolierte elektrische Draht für ein Kraftfahrzeug verwendet wird, genügt es, dass eine Chloriderzeugung bei einer Erhitzungstemperatur von 120°C unterdrückt werden kann.
Gemäß der gemessenen charakteristischen Impedanz, die in 2A gezeigt ist, veränderte sich danach die charakteristische Impedanz mindestens bis zu einer Erhitzungszeit von 500 Stunden nicht stark gegenüber dem Anfangswert (circa 95 Q) bei Bedingungen mit 110°C und 120°C, wobei (nahezu) kein Magnesiumchlorid erzeugt wurde. Bei einer Erhitzungszeit von mehr als circa 500 Stunden nahm die charakteristische Impedanz langsam zu. Wenn dagegen die Erhitzungstemperatur mindestens 130°C betrug, verringerte sich die charakteristische Impedanz im Verlauf der Erhitzung. Mit der Erhöhung der Erhitzungstemperatur nahm die charakteristische Impedanz immer schneller ab. Darüber hinaus entspricht die Kurvenform der Verringerung der charakteristischen Impedanz im Wesentlichen der Kurvenform der Erhöhung der Menge an erzeugtem Magnesiumchlorid. Je schneller die Erzeugungsgeschwindigkeit des Magnesiumchlorids, desto schneller verringerte sich die charakteristische Impedanz.
Zwischen der Erzeugung von Magnesiumchlorid und einer solchen Verringerung der charakteristischen Impedanz bestand eine hohe Korrelation, und es wurde festgestellt, dass die Erzeugung des Magnesiumchlorids eine Verringerung der charakteristischen Impedanz bewirkt. Wie oben beschrieben, erhöhen sich die Permittivität des Mantels und die effektive Permittivität des vom Mantel umgebenen Zwischenraums in dem Kommunikationskabel, wenn durch die Übertragung von Chloratomen im Zuge der Übertragung des Weichmachers bei hohen Temperaturen Magnesiumchlorid erzeugt wird und Hydrate gebildet werden. Es ist daher davon auszugehen, dass die charakteristische Impedanz des Kommunikationskabels abnimmt.
Obwohl oben Proben beschrieben wurden, bei denen nur Magnesiumhydroxid als Flammschutzmittel verwendet wurde, wurden auf die gleiche Weise auch die Proben auf 130°C erhitzt, bei denen Magnesiumhydroxid und das bromierte Flammschutzmittel als Flammschutzmittel verwendet wurden, und die Menge an erzeugtem Magnesiumchlorid wurde bewertet. Die Ergebnisse hierzu sind ebenfalls in 2(b) gezeigt (Br-basiertes Flammschutzmittel wurde verwendet (130°C)). Demzufolge reduzierte sich die Menge an erzeugtem Magnesiumchlorid signifikant durch die Verwendung des bromierten Flammschutzmittels in Kombination mit Magnesiumhydroxid, verglichen mit den Proben, bei denen nur Magnesiumhydroxid verwendet wurde und auf dieselbe Temperatur von 130°C erhitzt wurde. Dies hat den Grund, dass durch die Verwendung des bromierten Flammschutzmittels in Kombination mit Magnesiumhydroxid das Magnesiumhydroxid tendenziell nicht zu sekundärer Aggregation führt, wodurch sich die Erzeugung von Magnesiumchlorid durch die Reaktion mit Chloratomen verringert.
(2) Zusammensetzung der organischen Polymerkomponente und Übertragung des Weichmachers
Als Nächstes wurde die Beziehung zwischen Elastizitätsmodul und Zusammensetzung der organischen Polymerkomponente und der Übertragung des Weichmachers untersucht.
Herstellung der Proben
Die Proben A1 bis A7 wurden jeweils hergestellt, indem nur eine Art der unten genannten olefinbasierten Polymere verwendet wurde oder zwei Arten der unten genannten olefinbasierten Polymere in der Mischungsmenge verknetet wurden, die in Table 1 gezeigt ist (Einheit: Masseprozent), und das so entstandene Polymer zu einem Flächenelement geformt wurde.
Verwendete olefinbasierte Polymere

• „Adflex Q100F“: Polyolefin-Elastomer, Hersteller: Lyondel Basell; der Elastizitätsmodul betrug 113 MPa
• „Adflex Q200F“: Polyolefin-Elastomer, Hersteller: Lyondel Basell; der Elastizitätsmodul betrug 155 MPa
• „Adflex Q300F“: Polyolefin-Elastomer, Hersteller: Lyondel Basell; der Elastizitätsmodul betrug 349 MPa
• „TAFMER XM-7080“: Polyolefin-Elastomer, Hersteller: Mitsui Chemicals, Inc.; der Elastizitätsmodul betrug 394 MPa
• „NOVATECH EC9GD“: Polypropylen, Hersteller: Japan Polypropylene Corporation; der Elastizitätsmodul betrug 1189 MPa
• „Newcon NAR6“: Polyolefin-Elastomer, Hersteller: Japan Polypropylene Corporation; der Elastizitätsmodul betrug 574 MPa
• „NOVATECH FL6510G“: Polypropylen, Hersteller: Japan Polypropylene Corporation; der Elastizitätsmodul betrug 2760 MPa

Bewertungsverfahren
Der Elastizitätsmodul wurde bewertet, indem an den wie oben gebildeten Flächenelementen Zugprüfungen entsprechend JIS K 7161-1: 2014 durchgeführt wurden. Es wird angemerkt, dass die oben genannten Elastizitätsmodulwerte für die als Rohmaterial verwendeten olefinbasierten Polymere auch durch tatsächliche Messungen gewonnen wurden, die auf die gleiche Weise durchgeführt wurden (das gleiche gilt für Test (1)).
Die Masse der wie oben erzeugten Flächenelemente wurde gemessen, sie wurden in eine auf 120°C erhitzte Weichmacherlösung (TRIMEX N-08) getaucht und für 4 Stunden bei 120°C dort belassen. Von der Oberfläche jedes Flächenelements, das der Weichmacherlösung entnommen wurde, wurde danach überschüssiger Weichmacher entfernt und dann die Masse des flächenförmigen Bauglieds gemessen. Für jedes Flächenelement wurde das Weichmacher-Absorptionsverhältnis des jeweiligen Materials mit (M1- M0) / M0 × 100% berechnet, wobei die Masse des Flächenelements vor dem Tauchbad im Weichmacher M0 war und die Masse des flächenförmigen Bauglied nach dem Tauchbad im Weichmacher M1 war.
Ergebnisse

Tabelle 1 zeigt die Komponentenzusammensetzungen der Flächenelemente der Proben A1 bis A7 und die Ergebnisse von Messungen ihres Elastizitätsmoduls und ihrer Weichmacher-Absorptionsverhältnisse. Außerdem zeigt 3 die Beziehung zwischen dem Elastizitätsmodul und dem Weichmacher-Absorptionsverhältnis. Das Weichmacher-Absorptionsverhältnis ist auf der horizontalen Achse und der Elastizitätsmodul auf der vertikalen Achse gezeigt. Die Proben (A1 bis A4), bei denen olefinbasiertes Polymer nur einer Art verwendet wurde, sind als schwarze Kreisen dargestellt, und die Proben (A5 bis A7), bei denen zwei oder mehr Arten olefinbasierter Polymere gemischt wurden, sind als weiße Quadrate dargestellt. In 3 sind ebenfalls Probennummern entsprechend den Datenpunkten gezeigt. Tabelle 1

Rohmaterialien		Probennummer
Name	Elastizitätsmodul [MPal	A1	A2	A3	A4	A5	A6	A7
Adflex Q100F (Elastomer)	113	100	0	0	0	80	0	0
Adflex Q200F (Elastomer)	155	0	100	0	0	0	80	80
Adflex Q300F (Elastomer)	349	0	0	100	0	0	0	0
TAFMER XM-7080 (Elastomer)	394	0	0	0	100	0	0	0
NOVATECH EC9GD (PP)	1189	0	0	0	0	0	0	20
Newcon NAR6 (Elastomer)	574	0	0	0	0	0	20	0
NOVATECH FL6510G (PP)	2760	0	0	0	0	20	0	0
GesamtElastizitätsmodul [MPa]	113	155	349	394	321	380	487
Weichmacher-Absorptionsverhältnis [Masseprozent]	30,4	29,3	26,5	25,8	23,4	23,3	18,9

Gemäß Tabelle 1 wurden in den Proben A5 bis A7 zwei Arten olefinbasierter Polymere gemischt, so dass diese Proben jeweils als ganzes Material einen Elastizitätsmodul zwischen den Elastizitätsmoduln dieser beiden Arten olefinbasierter Polymere hatten. Hierdurch bestätigte sich, dass der Elastizitätsmodul des Gesamtmaterials angepasst werden kann, indem die Elastizitätsmoduln der beiden zu mischenden Arten organischer Polymere und das Mischungsverhältnis dieser organischen Polymere angemessen ausgewählt werden.
Gemäß 3 zeigt sich bei den Proben (A1 bis A4), bei denen organisches Polymer nur einer Art verwendet wurde, und den Proben (A5 bis A7), bei denen zwei Arten organischer Polymere gemischt wurden, die Tendenz, dass das Weichmacher-Absorptionsverhältnis eines Materials um so niedriger ist, je höher sein Elastizitätsmodul ist. Diese Tendenz dürfte daher rühren, dass bei einem hohen Elastizitätsmodul des organischen Polymermaterials und einer dichten Struktur des Materials der Weichmacher tendenziell nicht in das Material eindringt. Außerdem ist vorstellbar, dass, wenn das organische Polymermaterial mit dem Material in Kontakt gebracht wurde, das den Weichmacher und Chloratome enthielt, wie etwa die chlorhaltige Umhüllungsschicht beim obigen Test (1), eine Probe mit höherem Elastizitätsmodul mit geringerer Übertragung des Weichmachers eine geringere Übertragung von Chloratomen im Zuge der Weichmacherübertragung aufweist.
Ferner wurde gemäß 3 festgestellt, dass die Proben A5 bis A7, bei denen zwei Arten organischer Polymere verwendet wurden, verglichen mit den Proben A1 bis A4, bei denen organisches Polymer nur einer Art verwendet wurde, insgesamt ein niedrigeres Weichmacher-Absorptionsverhältnis aufwiesen. Vergleicht man die Weichmacher-Absorptionsverhältnisse der Proben A3 und A5 mit nahe beieinanderliegenden Elastizitätsmoduln miteinander und auch die Weichmacher-Absorptionsverhältnisse der Proben A4 und A6 miteinander, dann hatten die Proben A5 und A6 ein signifikant niedrigeres Weichmacher-Absorptionsverhältnis als die Proben A3 und A4. Das heißt, die Übertragung des Weichmachers kann weiter unterdrückt werden, indem zwei Arten organischer Polymere mit verschiedenen Elastizitätsmoduln gemischt werden, als wenn organisches Polymer nur einer Art verwendet wird. Dieses Ergebnis wird darauf zurückgeführt, dass sich der Weg, den der Weichmacher zurücklegen muss, um das Innere des Materials zu erreichen, durch die Bildung einer Struktur verlängert, in der sehr kleine Materialstrukturen gemischt werden, indem zwei Arten organischer Polymere zusammengemischt werden.
(3) Zusammensetzung des Flammschutzmittels und Eigenschaften der Materialien
Als Nächstes wurden die Zusammensetzung eines Flammschutzmittels, das dem organischen Polymermaterial zugesetzt wurde, und die Beziehung zwischen der Flammhemmung und der Hitzebeständigkeit des Materials untersucht.
Herstellung der Proben
Die Proben B1 bis B7 wurden hergestellt, indem die Materialien, die in der untenstehenden Tabelle 2 gezeigt sind, in den in Tabelle 2 gezeigten Massenverhältnissen verknetet wurden, das so entstandene Material zu einem Flächenelement geformt wurde. Die mit „Master-Charge Alterungsschutzmittel“ bezeichneten Komponenten wurden dabei unabhängig im Voraus gemischt und dann mit den anderen Komponenten verknetet. Die verwendeten Komponenten werden unten ausführlich beschrieben.
Basisharz

• PP1: Polypropylen „NOVATECH EC9GD“, Hersteller: Japan Polypropylene Corporation; der Elastizitätsmodul betrug 1189 MPa
• Elastomer 1: Polyolefin-Elastomer „Adflex Q200F“, Hersteller: Lyondel Basell; der Elastizitätsmodul betrug 155 MPa
• Elastomer 2: Polyolefin-Elastomer „Santoprene 203-40“, Hersteller: Exxon Mobil; der Biegemodul betrug 80 MPa
• SEBS: „Tuftec M1913“, Hersteller: Asahi Kasei Corp.

Master-Charge Alterungsschutzmittel

• PP2: Polypropylen „Prime Polypro E701G“, Hersteller: Prime Polymer Co., Ltd.
• SEBS: „Tuftec M1913“, Hersteller: Asahi Kasei Corp.
• Zinkoxid: „Zinkoxid #2“, Hersteller: HAKUSUI TECH
• imidazolbasierte Verbindung: 2-Mercaptoimidazol „ANTAGE MB“, Hersteller: Kawaguchi Chemical Industry Co., Ltd.

Flammschutzmittel

• Magnesiumhydroxid: „KISUMA 5“, Hersteller: Kyowa Chemical Industry Co., Ltd.
• Bromiertes Flammschutzmittel: Ethylenbis(pentabromphenyl) „SAYTEX 8010“, Hersteller: Albemarle Corporation
• Antimonytrioxid, Hersteller: Yamanaka & Co., Ltd.

Weitere Zusatzstoffe

• Antioxidationsmittel: Antioxidationsmittel auf Basis von gehindertem Phenol „Irganox 1010FF“, Hersteller: BASF

Bewertungsverfahren
Flammhemmung und Hitzebeständigkeit der oben gewonnenen Proben B1 bis B7 wurden bewertet.
Die Flammhemmung wurde durch eine Brandprüfung bewertet. Die Bewertung der Flammhemmung erfolgte auf Basis der Brandzeit bis zum Ausbrennen unter Bezugnahme auf die Normen ISO 6722-1(2011) für die Prüfverfahren und Testbedingungen. Wenn die Flamme beim Test innerhalb von 70 Sekunden erlosch und der Brand gut gelöscht war, wurde die Probe mit „A“ für hohe Flammhemmung bewertet. Wenn die Flamme dagegen nicht innerhalb von 70 Sekunden ausging und der Brand sich fortsetzte, wurde die Probe mit „B“ für niedrige Flammhemmung bewertet.
Die Hitzebeständigkeit wurde durch eine Hitzebeständigkeits-Haltbarkeitsprüfung bewertet. Auf gleiche Weise wie beim obigen Test (1) wurde ein Kabelbaum als zusammengesetzte Probe hergestellt, bei der ein paralleles Kabel, das die chlorhaltige Umhüllungsschicht aufwies, mit dem Kommunikationskabel in Kontakt stand, das mit dem Mantel auf der Außenumfangsfläche des als verdrilltes Drahtpaar ausgebildeten Signaldrahts versehen war. Der Kabelbaum wurde dabei gebildet, indem sieben Arten von Kommunikationskabeln mit einer Art der Zusammensetzungen der Proben B1 bis B7 für die isolierende Umhüllung des Signaldrahts und des Mantels erzeugt wurden und das parallele Kabel mit dem entsprechenden Kommunikationskabel in Kontakt gebracht wurde.
Die Prüfverfahren und Prüfungsbedingungen entsprachen der Hitzebeständigkeitsprüfung 2 der JASO-Norm D618 6.9. Die Probe in Form des wie oben erzeugten Kabelbaums wurde für eine vorbestimmte Dauer bei einer vorbestimmten Temperatur erhitzt (100°C×10.000 Stunden). Sodann wurde das Kommunikationskabel aus dem Kabelbaum entfernt, und eine Probe des Kommunikationskabels mit dem Mantel sowie eine Probe des Signaldrahts, von dem der Mantel entfernt war, wurden um den Dorn mit dem entsprechenden Durchmesser gewickelt. Wenn der Leiter nicht freilag, wurde eine Spannungsfestigkeitsprüfung durchgeführt. Wenn der Leiter auch in der Spannungsfestigkeitsprüfung nicht freigelegt wurde, wurde weiterhin die Zugprüfung ausgeführt. Wurde der Leiter bei der Wickelprüfung und der Spannungsfestigkeitsprüfung nicht aus der Probe des Kommunikationskabels oder Signaldrahts freigelegt, so wurden die Proben mit „A“ für hohe Hitzebeständigkeit bewertet. Insbesondere hatten die Proben eine vorteilhafte Nutzungsdauer und wurden daher mit „A+“ für besonders hohe Hitzebeständigkeit bewertet, wenn die in der Zugprüfung gemessene Dehnungsrate mindestens 1/3 des Anfangswerts betrug. Wenn dagegen der Leiter in der Wickelprüfung oder der Spannungsfestigkeitsprüfung aus der Probe des Kommunikationskabels und / oder aus der des Signaldrahts freilag, wurden die Proben mit „B“ für niedrige Hitzebeständigkeit bewertet.
Bewertungsergebnisse

Die Komponentenzusammensetzungen der Materialien der oben gewonnenen Proben B1 bis B7 und die Bewertungsergebnisse für Flammhemmung und Hitzebeständigkeit sind in Tabelle 2 zusammengefasst. In Bezug auf die Komponentenzusammensetzung ist in Tabelle 2 der Gehalt jeder Komponente in Massenteileinheiten aufgeführt. Die Gesamtmenge der gesamten organischen Polymerkomponente, das heißt, die vier bildenden Komponenten des Basiskunstharzes und zwei Arten organischer Polymerkomponenten, die in einer Alterungsschutz-Master-Charge enthalten sind, wurden als 100 Massenteile gesetzt. Die Proben B1 bis B7 unterscheiden sich im Gehalt der Komponenten, die als Flammschutzmittel klassifiziert sind. Tabelle 2 enthält zum leichteren Vergleich zwei Spalten für die Probe B2 mit gleichem Inhalt. Tabelle 2

Rohmaterialien		Probennummer
Rohmaterialien		B1	B2	B3	B4	B5	B2	B6	B7
Basisharz	PP1	22,5	22,5	22,5	22,5	22,5	22,5	22,5	22,5
	Elastomer 1	22,5	22,5	22,5	22,5	22,5	22,5	22,5	22,5
	Elastomer 2	30	30	30	30	30	30	30	30
	SEBS	5	5	5	5	5	5	5	5
Master-Charge Alterungsschutzmittel	PP2	12,5	12,5	12,5	12,5	12,5	12,5	12,5	12,5
	SEBS	7,5	7,5	7,5	7,5	7,5	7,5	7,5	7,5
	Zinkoxid	5	5	5	5	5	5	5	5
	Verbindung auf Imidazolbasis	5	5	5	5	5	5	5	5
Flammschutzmittel	Magnesiumhydroxid	20	40	60	80	40	40	40	40
	Bromiertes Flammschutzmittel	30	30	30	30	10	30	50	70
	Antimontrioxid	15	15	15	15	5	15	25	35
Weitere Zusatzstoffe	Antioxidationsmittel	3	3	3	3	3	3	3	3
Summe		178	198	218	238	168	198	228	258
Flammhemmung		B	A	A	A	B	A	A	A
Hitzebeständigkeit		A+	A+	A	B	A+	A+	A	B

Unter den Flammschutzmitteln unterscheiden sich in Tabelle 2 die Proben B1 bis B4 voneinander im Gehalt an Magnesiumhydroxid. Die Probe B1, die Magnesiumhydroxid in einer Menge von weniger als 30 Massenteilen enthielt, wies eine niedrige Flammhemmung auf, während die Proben B2 bis B4, die Magnesiumhydroxid in einer Menge von mindestens 30 Massenteilen enthielten, eine hohe Flammhemmung aufwiesen. Dagegen wies die Probe B4, die Magnesiumhydroxid in einer Menge von nicht mehr als 70 Massenteilen enthielt, niedrige Hitzebeständigkeit auf, während die Proben B1 bis B3, die Magnesiumhydroxid in einer Menge von nicht mehr als 70 Massenteilen enthielten, hohe Hitzebeständigkeit aufwiesen. Insbesondere hatten die Proben B1 und B2 mit Magnesiumhydroxid in einer Menge von nicht mehr als 50 Massenteilen sehr gute Hitzebeständigkeit.
Unter den Flammschutzmitteln unterscheiden sich die in Tabelle 2 rechts aufgeführten Proben B5, B2, B6 und B7 im Gehalt des bromierten Flammschutzmittels. Die Probe B5, die ein bromiertes Flammschutzmittel in einer Menge von weniger als 20 Massenteilen enthielt, wies eine niedrige Flammhemmung auf, während die Proben B2, B6 und B7, die ein bromiertes Flammschutzmittel in einer Menge von mindestens 20 Massenteilen enthielten, eine hohe Flammhemmung aufwiesen. Dagegen wies die Probe B7, die ein bromiertes Flammschutzmittel in einer Menge von mehr als 60 Massenteilen enthielt, niedrige Hitzebeständigkeit auf, während die Proben B5, B2 und B6, die ein bromiertes Flammschutzmittel in einer Menge von nicht mehr als 60 Massenteilen enthielten, hohe Hitzebeständigkeit aufwiesen. Insbesondere wiesen die Proben B5 und B2 mit einem bromierten Flammschutzmittel in einer Menge von nicht mehr als 40 Massenteilen sehr gute Hitzebeständigkeit auf.
Aus dem Vorangehenden ergibt sich, dass hohe Flammhemmung und hohe Hitzebeständigkeit erreicht werden können, indem als Flammschutzmittel Magnesiumhydroxid in einer Menge von 30 Massenteilen bis 70 Massenteilen und ein bromiertes Flammschutzmittel in einer Menge von 20 Massenteilen bis 60 Massenteilen in Kombination, bezogen auf 100 Massenteile der organischen Polymerkomponente, in der Schicht der Polymerzusammensetzung verwendet werden, mit der das Kommunikationskabel gebildet wird. Insbesondere kann bei einem Magnesiumhydroxidgehalt von nicht mehr als 50 Massenteilen und einem Gehalt an bromiertem Flammschutzmittel von nicht mehr als 40 Massenteilen eine besonders hohe Flammhemmung erzielt werden.
(4) Zusammensetzung des Flammschutzmittels und Dicke der isolierenden Umhüllung
Zuletzt wurden Untersuchungen darüber durchgeführt, wie die Dicke der isolierenden Umhüllung, die für eine vorbestimmte charakteristische Impedanz spezifiziert ist, sich veränderte, wenn die Zusammensetzung der in der isolierenden Umhüllung enthaltenen Flammschutzmittel des Kommunikationskabels verändert wurde.
Herstellung der Proben
Durch Verdrillen von sieben Kupferlegierungsdrähten mit einem Durchmesser ø von 0,172 mm wurde ein Kabelleiter mit einer Querschnittsfläche von 0,1475 mm² erzeugt. Es wurde eine isolierende Umhüllung gebildet, indem auf die Außenumfangsfläche des so gewonnenen Kabelleiters das gleiche Material wie für die Bildung der isolierenden Umhüllung im obigen Test (1) extrudiert wurde. Ein Signaldraht wurde erzeugt, indem zwei auf diese Weise gewonnene, isolierte elektrische Drähte mit einer Steigung von 20 mm verdrillt wurden. Ferner wurde ein hohler Mantel mit einer Dicke von 0,47 mm erzeugt, indem ein im obigen Test (3) erzeugtes Material der Probe B2 auf die Außenumfangsfläche des Signaldrahts extrudiert wurde, und es entstand ein Kommunikationskabel. Dabei wurden mehrere Proben mit isolierenden Umhüllungen unterschiedlicher Dicke erzeugt.
Des Weiteren wurde eine isolierende Umhüllung mit einem Material gebildet, das kein bromiertes Flammschutzmittel, sondern als Flammschutzmittel nur Magnesiumhydroxid in einer Menge von 150 Massenteilen, bezogen auf 100 Massenteile der organischen Polymerkomponente, enthielt, und dann wurde ein ähnliches Kommunikationskabel zum Vergleich erzeugt. Art und Gehalt der organischen Polymerkomponente und der Zusatzstoffe außer dem Flammschutzmittel, aus denen die isolierende Umhüllung gebildet wurde, sowie die Größe der jeweiligen Teile und dergleichen waren die gleichen wie bei den obigen Proben, in denen als Flammschutzmittel Magnesiumhydroxid und ein bromiertes Flammschutzmittel in Kombination verwendet wurden. Es wurde jedoch kein Antimontrioxid zugesetzt.
Bewertungsverfahren
Für die oben erzeugten Proben mit unterschiedlicher Dicke der isolierenden Umhüllungen, bei Verwendung von Magnesiumhydroxid und dem bromierten Flammschutzmittel und nur von Magnesiumhydroxid als Flammschutzmittel, wurde die charakteristische Impedanz der Proben im differentiellen Modus gemessen. Die Messung der charakteristischen Impedanz erfolgte im Open/short-Verfahren mit einer LCR-Messvorrichtung.
Ergebnisse
4 zeigt die Beziehung zwischen der Dicke der isolierenden Umhüllung und der charakteristischen Impedanz, wenn als Flammschutzmittel Magnesiumhydroxid und das bromierte Flammschutzmittel enthalten waren (Mg(OH)2 + Brbasiert) und wenn nur Magnesiumhydroxid enthalten war (nur Mg(OH)2). Die Dicke der isolierenden Umhüllung ist auf der horizontalen Achse und die charakteristische Impedanz auf der vertikalen Achse gezeigt.
Gemäß 4 war bei Verwendung von zwei Flammschutzmitteln die charakteristische Impedanz um so höher, je größer die Dicke der isolierenden Umhüllung war. Bei gleicher Dicke der isolierenden Umhüllungen wurde außerdem die charakteristische Impedanz durch die Verwendung von Magnesiumhydroxid und dem bromierten Flammschutzmittel in Kombination als Flammschutzmittel höher als bei den Proben, bei denen nur Magnesiumhydroxid verwendet wurde. Diese Ergebnisse sind dadurch bedingt, dass das bromierte Flammschutzmittel eine niedrigere Permittivität als Magnesiumhydroxid hatte.
Dies bedeutet, dass verglichen mit der charakteristischen Impedanz, die bei Verwendung nur von Magnesiumhydroxid als Flammschutzmittel erzielt wird, durch die Verwendung von Magnesiumhydroxid und einem bromierten Flammschutzmittel in Kombination auch bei der Bildung einer dünnen isolierenden Umhüllung ein vorbestimmtes höheres Niveau charakteristischer Impedanz erreicht werden kann. Um eine charakteristische Impedanz von 100 Q zu erzielen, muss gemäß 4 die Dicke der isolierenden Umhüllung 0,18 mm betragen, wenn nur Magnesiumhydroxid als Flammschutzmittel verwendet wird, während eine Dicke der isolierenden Umhüllung von 0,16 mm ausreicht, wenn Magnesiumhydroxid und ein bromiertes Flammschutzmittel in Kombination verwendet werden. Auf diese Weise kann eine gewünschte charakteristische Impedanz erzielt werden, indem die Dicke der isolierenden Umhüllung entsprechend der Mischung von Flammschutzmitteln angemessen gewählt wird.
Obwohl die Ausführungsformen dieser Offenbarung oben ausführlich beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt, und es können verschiedene Abwandlungen vorgenommen werden, ohne den wesentlichen Gedanken der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Kommunikationskabel
10: Signaldraht
11: isolierter elektrischer Draht
12: Leiter
13: isolierende Umhüllung (innere Schicht)
15: Mantel (äußere Schicht)
2: paralleles Kabel
21: Leiter
22: chlorhaltige Umhüllungsschicht
3: Kabelbaum

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2018117204 [0003]

Claims

Kommunikationskabel, aufweisend: einen Leiter zur Übertragung elektrischer Signale, und eine äußere Schicht, die außerhalb des Leiters angeordnet ist und ein organisches Polymer enthält, wobei das Kommunikationskabel aufweist: eine erste Form, in der die äußere Schicht ein chloridbildendes Flammschutzmittel enthält, das zum Bilden eines Chlorids fähig ist, und / oder eine zweite Form, in der ferner eine innere Schicht, die ein organisches Polymer und ein chloridbildendes Flammschutzmittel, das zum Bilden eines Chlorids fähig ist, enthält, zwischen der äußeren Schicht und dem Leiter vorgesehen ist, die äußere Schicht ein erstes organisches Polymer und ein zweites organisches Polymer mit einem höheren Elastizitätsmodul als das erste organische Polymer enthält, und die gesamte organische Polymerkomponente, aus der die äußere Schicht gebildet ist, einen Elastizitätsmodul von mindestens 100 MPa hat.
Kommunikationskabel gemäß Anspruch 1, wobei die gesamte organische Polymerkomponente, aus der die äußere Schicht gebildet ist, einen Elastizitätsmodul von mindestens 300 MPa hat.
Kommunikationskabel gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die gesamte organische Polymerkomponente, aus der die äußere Schicht gebildet ist, einen Elastizitätsmodul von nicht mehr als 500 MPa hat.
Kommunikationskabel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein durch das chloridbildende Flammschutzmittel gebildetes Chlorid unter Feuchtigkeitswirkung zerfließendes Chlorid ist.
Kommunikationskabel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das chloridbildende Flammschutzmittel Magnesiumhydroxid enthält.
Kommunikationskabel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das erste organische Polymer und das zweite organische Polymer jeweils unabhängig ein Polyolefin oder ein olefinbasiertes Elastomer sind.
Kommunikationskabel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Kommunikationskabel sowohl die erste Form als auch die zweite Form aufweist, die äußere Schicht das chloridbildende Flammschutzmittel enthält, und die innere Schicht, die das chloridbildende Flammschutzmittel enthält, zwischen der äußeren Schicht und dem Leiter vorgesehen ist.
Kommunikationskabel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Kommunikationskabel ein Paar isolierter elektrischer Drähte als Signaldrähte aufweist, die jeweils mit einer isolierenden Umhüllung als innerer Schicht auf einer Außenumfangsfläche des Leiters versehen sind, und die äußere Schicht eine Außenumfangsfläche des Signaldrahts bedeckt.
Kommunikationskabel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die äußere Schicht in der ersten Form und die innere Schicht in der zweiten Form das chloridbildende Flammschutzmittel und ein bromiertes Flammschutzmittel enthalten.
Kommunikationskabel gemäß Anspruch 9, wobei die äußere Schicht in der ersten Form und die innere Schicht in der zweiten Form Magnesiumhydroxid, das als das chloridbildende Flammschutzmittel dient, in einer Menge von 30 Massenteilen bis 70 Massenteilen und das bromierte Flammschutzmittel in einer Menge von 20 Massenteilen bis 60 Massenteilen, bezogen auf 100 Massenteile der organischen Polymerkomponente, enthalten.
Kommunikationskabel gemäß Anspruch 8, wobei das Kommunikationskabel mindestens die zweite Form aufweist, die isolierende Umhüllung das bromierte Flammschutzmittel sowie Magnesiumhydroxid, das als das chloridbildende Flammschutzmittel dient, enthält, die Dicke der isolierenden Umhüllung kleiner als 0,18 mm ist und die charakteristische Impedanz des Kommunikationskabels 100 ± 10 Ω beträgt.
Kabelbaum, aufweisend: das Kommunikationskabel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 und ein chlorhaltiges Bauglied, das aus einer Polymerzusammensetzung hergestellt ist, die eine Komponente mit Chloratomen und einen Weichmacher enthält, wobei das chlorhaltige Bauglied in Kontakt mit mindestens einem Abschnitt der äußeren Schicht des Kommunikationskabels angeordnet ist.
Kabelbaum gemäß Anspruch 12, wobei das chlorhaltige Bauglied ein Beschichtungsbauglied ist, mit dem ein anderer bedeckter elektrischer Draht außer dem Kommunikationskabel gebildet ist.