充填材料
本発明は、電気ケーブルおよび光ケーブルなどの通信ケーブルに有用な充填材に関する。１つの実施形態において、（ａ）約５０〜９５重量パーセントの鉱油と、（ｂ）スチレン−エチレン／ブチレン、スチレン−エチレン／プロピレン、スチレン−ブタジエン−スチレン、スチレン−イソプレン−スチレン、スチレン−エチレン／ブチレン−スチレン、スチレン−エチレン／プロピレン−スチレン、およびそれらの組合せからなる群から選択された約１０重量パーセント未満のブロックコポリマーと、（ｃ）約３５重量パーセント未満の石油ワックスと、（ｄ）約２０重量パーセント未満の中空ガラス微小球と、（ｅ）粘土、コロイド金属酸化物、ヒュームド金属酸化物、およびそれらの組合せからなる群から選択された約１０重量パーセント未満のチキソトロープ剤と、を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気ケーブルおよび光ケーブルなどの通信ケーブルに使用するための充填材料に関する。特に、充填材が低い誘電率を示し、高温度において加工可能である。
【背景技術】
【０００２】
現在、多くの通信ケーブルが地中に埋設されている。このような適用において、通信ケーブルは、水がケーブルの性能に非常に影響を与える場合があるので、ケーブル中への水浸透に耐える必要がある。例えば、電気ケーブルにおいて、水は、電気導体のキャパシタンスのバランスを崩す。光ケーブルにおいて、水は、光ケーブルの結合性に悪影響を与える場合がある。
【０００３】
ケーブル中への水浸透を最小にするために当業者によって考案された１つの解決法は、ケーブルの内部を乾燥空気で加圧することを必要とする。加圧乾燥空気ケーブルはケーブルへの水の移入を止めるのに有用であるが、維持するのに費用がかかることがわかっており、地下に埋設されたケーブルのための広く受け入れられた解決法ではない。
【０００４】
別の、より広く実施される解決法は、ケーブルを塞いで水の移動を止める、シーラントなどの水不溶性充填材料をケーブルの内部隙間に充填することを必要とする。充填材料が用いられるとき、例えば、その誘電率、密度、老化および温度安定性、組成物の疎水性の性質、加工および取扱特性、冷却時の充填材料の収縮、毒性、およびコストなどのいろいろな要因が通常、考慮される。
【０００５】
前述の技術は有用である場合があるが、前の欄に記載した要因を考慮しながら、より低い誘電率を有する異なった充填材料に対する必要性がある。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
電気ケーブルまたは光ケーブルなどの電気または光学系に使用できる充填材が本明細書に開示される。１つの例示的な実施形態において、充填材は、（ａ）約５０〜９５重量パーセントの鉱油と、（ｂ）スチレン−エチレン／ブチレン、スチレン−エチレン／プロピレン、スチレン−ブタジエン−スチレン、スチレン−イソプレン−スチレン、スチレン−エチレン／ブチレン−スチレン、スチレン−エチレン／プロピレン−スチレン、およびそれらの組合せからなる群から選択された、約１０重量パーセント未満のブロックコポリマーと、（ｃ）約２５重量パーセント未満の石油ワックスと、（ｄ）約２０重量パーセント未満の中空ガラス微小球と、（ｅ）粘土、コロイド金属酸化物、ヒュームド金属酸化物、およびそれらの組合せからなる群から選択された、約１０重量パーセント未満のチキソトロープ剤と、を含む。別の例示的な実施形態において、表面改質ヒュームド金属酸化物、特に、表面改質ヒュームドシリカが用いられる。本明細書において、用語「約」は全ての数値を修飾するとみなされる。
【０００７】
別の例示的な実施形態において、充填材は、（ａ）約７０．０〜７５．０重量パーセントの鉱油と、（ｂ）約２．５重量パーセントのスチレン−エチレン／ブチレン−スチレンブロックコポリマーと、（ｃ）約１０．０重量パーセントの石油ワックスと、（ｄ）約５．０〜１３．０重量パーセントの中空ガラス微小球と、（ｅ）約２．０重量パーセントの表面改質ヒュームドシリカと、（ｆ）約０．２重量パーセントの酸化防止剤または安定剤と、を含む。
【０００８】
当業者はすぐに理解するように、ヒュームドシリカは、１０００℃を超える気相中で四塩化ケイ素を加水分解し、高純度の非常に微細な、非孔質、非晶質シリカを生じさせることによって製造される。例えば、ポリマー科学および工学の百科事典（Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）、第７巻、ジョン・ワイリー・アンド・サンズ（Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ａｎｄ Ｓｏｎｓ）、１９８７年、５７ページを参照のこと。用語「表面改質ヒュームドシリカ」は概して、化学反応によるかまたは他の機構によるかどちらかでヒュームドシリカが変化されていることを意味する。以下に詳細に説明するように充填材を製造する間のように、ヒュームドシリカがｉｎ ｓｉｔｕ変化させられることは本発明の範囲内である。
【０００９】
本発明の例示的な実施形態の１つの利点は、充填材が、１．８５以下の誘電率である低い誘電率を有し、必要とされる相互キャパシタンスを維持したまま電気ケーブルのための導体絶縁の厚さを低減できることである。より小さい絶縁体を使用し、得られたケーブルはより小さくなり、軽量になる。この利点は、その性能を損なうことなく、より低コストの電気ケーブルを可能にする。
【００１０】
本発明において、中空ガラス微小球は、充填材の誘電率を低くするのに役立つ。しかしながら、微小球は問題を生じることがある。中空ガラス微小球の密度は充填材中で用いられる他の成分の密度より低いので、中空ガラス微小球は特に高温条件において相分離することがある。本明細書中で用いられるとき、語句「高温」は、充填材が９０℃を超える温度、典型的に約１１０℃に暴露される時を意味するために用いられる。本発明の１つの実施形態の１つの利点は、充填材が、他の要因の中でも、粘土、コロイド金属酸化物、ヒュームド金属酸化物、およびそれらの組合せなどのチキソトロープ剤の使用のために相分離しないことである。
【００１１】
ケーブルにおいて使用されるとき、充填材は、それがケーブルから流出しないように十分に高い溶融落下温度を有するのがよい。本発明の１つの実施形態の利点は、それが高い溶融落下温度を示すということである。高い溶融落下温度は、ＡＳＴＭ Ｄ−１２７によって測定した時に典型的に９０℃を超える温度である。本発明の１つの実施形態の別の利点は、それが高温条件において低粘度を示すことである。低粘度は、ＡＳＴＭ Ｄ−３２３６によって測定した時に１１０℃および４０ｓｅｃ−１の剪断速度において２００ｃＰ（０．２Ｐａ・ｓ）より小さい粘度である。低粘度の充填材は、取扱および加工を容易にできるという点において望ましい。例えば、低粘度の充填材は、ケーブルに存在する隙間をより簡単に充填することができる。低粘度はまた、充填材を高温で加工することを可能にする。電気ケーブルを製造する間、本発明の充填材を冷却することができるがその必要はない。本発明の１つの実施形態のさらに別の利点は、充填材が低密度を有するということである。低密度は、０．８ｇ／ｃｍ３より小さい密度であり、いくつかの用途において０．５ｇ／ｃｍ３より小さくてもよい。密度の変化は、中空ガラス微小球の含有量に依存する。低密度の充填材は、ケーブルに使用されるとき、充填材が同じだけの重量をケーブルに加えず、従ってより軽量のケーブルをもたらすので望ましい。
【００１２】
本発明の充填材を様々な電気、光電気（すなわち、光学部品と電子部品との組合せ）、および光学用途において使用できる。このような用途の具体例には、ケーブル、コネクタ、およびクロージャーなどがある。具体的なコネクタには、分散コネクタ、モジュラーコネクタ、コネクタボックスおよびグリースボックスなどがあるがそれらに限定されない。具体的なクロージャーには、ドロップワイヤークロージャー、充填クロージャー、埋設クロージャー、およびターミナルブロックなどがあるがそれらに限定されない。
【００１３】
本発明の上記の要約は、本発明の各々の開示された実施形態または全ての実装例ついて記載することを意図していない。以下の図および詳細な説明は、具体的な実施形態をより詳しく例示する。
【００１４】
本発明は以下の図面を参照して、より良く説明することができる。
【００１５】
図は縮尺通りに描かれておらず、例示目的のためであるにすぎない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、本発明の充填材を用いる例示的な電気ケーブルを示す。電気ケーブル１０は、典型的に一緒に撚り合せられて対を形成する、銅ワイヤーなどの２つの電気導体１２を含む。各電気導体を囲むのはポリエチレンなどのポリマー絶縁体１４である。外部ケーブル構造体１８は、電気導体の撚り合せられた対および充填材１６を密閉する。図１は一対の電気導体を示すが、当業者は、任意の数の電気導体を用いることができることを理解するであろう。本発明の焦点は充填材にあり、それは、（ｉ）鉱油、（ｉｉ）ジブロックコポリマー、トリブロックコポリマー、およびそれらの組合せからなる群から選択されたブロックコポリマー、（ｉｉｉ）石油ワックス、（ｉｖ）中空ガラス微小球、および（ｖ）チキソトロープ剤を含むかまたは本質的に成る。場合により、酸化防止剤または安定剤または機能化ポリマーを充填材に添加することができる。充填材は、バルク相および不連続相を有するとして説明することができる。バルク相は、全体積の５０体積パーセントまで存在し、鉱油、ブロックコポリマー、石油ワックス、およびチキソトロープ剤などが挙げられる。不連続相は全体積の５０体積パーセントまで存在し、中空ガラス微小球などが挙げられる。上に記載された成分の各々は以下に詳細に考察される。以下の説明において、全ての記載された重量パーセントは、充填材の全重量に基づいている。
【００１７】
鉱油は最大の成分であり、最小限５０重量％において存在する。鉱油は最大９５重量％において存在する。鉱油は、パラフィン系鉱油またはナフテン系鉱油のどちらであってもよい。鉱油は、１５％未満の芳香族含有量を有する。ナフテン系鉱油は、ナフテン基を含有する鉱油であり（より適切にはシクロパラフィンと命名される）、ＡＳＴＭ Ｄ−２５０１によって、３５％より多いナフテン系および６５％未満のパラフィン系である。本発明において用いることができる適した市販の鉱油は、コネチカット州、ミドルバーグのクロンプトン・コーポレーション（Ｃｒｏｍｐｔｏｎ Ｃｏｒｐ．，Ｍｉｄｄｌｅｂｕｒｇ，Ｃｏｎｎｅｃｔｉｃｕｔ）製のカイドル（ＫＡＹＤＯＬ）（登録商標）ホワイト・ミネラル・オイル（Ｗｈｉｔｅ Ｍｉｎｅｒａｌ Ｏｉｌ）である。クロンプトンのウェブサイトｗｗｗ．ｃｒｏｍｐｔｏｎｃｏｒｐ．ｃｏｍによって、カイドル（登録商標）ホワイト・ミネラル・オイルは、飽和脂肪族および脂環式無極性炭化水素からなる高精製油であり、疎水性、無色、無味、無臭、および化学的に不活性である。別の有用な市販されている鉱油は、同じくクロンプトン・コーポレーション製のセムトル（ＳＥＭＴＯＬ）（登録商標）４０ホワイト・ミネラル・オイルである。
【００１８】
充填材は、ジブロックコポリマー、トリブロックコポリマー、およびそれらの組合せからなる群から選択されたブロックコポリマーを含有する。ブロックコポリマーは、最大１０重量％において存在する。適したジブロックコポリマーには、スチレン−エチレン／ブチレンおよびスチレン−エチレン／プロピレンなどがあるがそれらに限定されない。適したトリブロックコポリマーには、スチレン−ブタジエン−スチレン（ＳＢＳ）、スチレン−イソプレン−スチレン（ＳＩＳ）、スチレン−エチレン／ブチレン−スチレン（ＳＥＢＳ）、およびスチレン−エチレン／プロピレン−スチレン（ＳＥＰＳ）などがあるがそれらに限定されない。本発明において用いることができる適した市販のＳＥＢＳブロックコポリマーには、共にテキサス州、ヒューストンのクラトンポリマーズ（Ｋｒａｔｏｎ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ，Ｈｏｕｓｔｏｎ，Ｔｅｘａｓ）から入手可能なクラトン（ＫＲＡＴＯＮ）（商標）Ｇ−１６５０ブロックコポリマーおよびクラトン（商標）Ｇ−１６５２ブロックコポリマーがある。ｗｗｗ．ｋｒａｔｏｎ．ｃｏｍのウェブサイトによって、両方のポリマーは、質量分光分析法で３０％のブロックスチレン含有量を有する直鎖状ＳＥＢＳブロックコポリマーである。ウェブサイトは、クラトン（商標）Ｇ−１６５０ブロックコポリマーについて２５℃のトルエン中２５％の質量において、８Ｐａ・ｓの溶液粘度および１ｇ／１０分未満の溶融流量を報告した。ウェブサイトは、クラトン（商標）Ｇ−１６５２ブロックコポリマーについて２５℃のトルエン中２５％の質量において、１．３５Ｐａ・ｓの溶液粘度および５ｇ／１０分の溶融流量を報告した。別の有用な市販されているブロックコポリマーは、クラトン（商標）Ｇ−１７２６ブロックコポリマーである。
【００１９】
充填材は、最大２５重量％において存在する石油ワックスを含有する。石油ワックスの１つの機能は、充填材の溶融落下温度を改良すること、すなわち、増加させることである。石油ワックスの融点は９０℃より高い。適した石油ワックスは、９０℃より高い融点を有するポリエチレンワックスである。本発明において用いることができる適した市販の石油ワックスには、融点が９７．８℃であると報告されているパラフリント（ＰＡＲＡＦＬＩＮＴ）（登録商標）Ｃ１０５パラフィン・ワックス（Ｐａｒａｆｆｉｎ Ｗａｘ）、融点が１０７．８℃であると報告されているパラフリント（登録商標）Ｈ１パラフィン・ワックスなどがある。上に記載された両方のパラフリント（登録商標）パラフィン・ワックスは、フィッシャー−トロプシュ方法によって製造された合成ワックスであると考えられ、コネチカット州、シェルトンのムーア・アンド・ミュンガー社（Ｍｏｏｒｅ＆Ｍｕｎｇｅｒ，Ｉｎｃ．，Ｓｈｅｌｔｏｎ，Ｃｏｎｎｅｃｔｉｃｕｔ）から入手可能である。
【００２０】
充填材は、最大２０重量％において存在する中空ガラス微小球を含有する。有用な中空ガラス微小球は、（体積による、および有効トップサイズ（９５％）において）１０〜１４０マイクロメートルの粒度および０．１ｇ／ｃｍ３〜０．４ｇ／ｃｍ３の真密度を有する。本発明において用いることができる適した市販の中空ガラス微小球には、ミネソタ州、セントポールの３Ｍカンパニー（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ）製の３Ｍ（商標）スコッチライト（ＳＣＯＴＣＨＬＩＴＥ）（商標）ガラス・バブル（Ｇｌａｓｓ Ｂｕｂｂｌｅｓ）のＳシリーズ、Ｋシリーズ、およびＡシリーズなどがある。例えば、Ｓ２２、Ｋ１、Ｋ１５、Ｋ２０およびＡ１６タイプ中空ガラス微小球を用いることができ、以下の表１は、それらの真密度および粒度を記載する。用語「真密度」は、単位体積当たりの質量（重量）によって測定した時の物質の濃度である。機能化中空ガラス微小球を使用することは本発明の範囲内である。
【００２１】
表１
【００２２】
本発明において用いられる中空ガラス微小球は、誘電率が１．０である大きな体積分率の空気（例えば、９０％〜９５％のオーダーの空気）を含有するので、それらは、充填材の全誘電率を低減するように機能する。中空ガラス微小球は低密度を有するので、充填材の成分の残りに比べたとき、微小球は、充填材が加工温度において溶融される時に相分離する傾向がある。当業者はすぐに理解するように、充填材が溶融状態にある時に中空ガラス微小球がそれから相分離することは、加工上の問題を生じ、不均一な性能充填材をもたらす。チキソトロープ剤の使用は中空ガラス微小球の相分離の問題を除かないにしても最小にするのに役立つ場合があることが知られている。
【００２３】
中空微小球などの粒子の沈降または浮遊（すなわち、相分離）をストークスの法則として公知の以下の式：
Ｖ０＝［ｄ２（ρｂρｍ）］÷（１８ηｍ）
（式中、「Ｖ０」は、粘度「ηｍ」および密度「ρｍ」の流体媒体を通して、重力場ｇにおいての直径「ｄ」および密度「ρｂ」を有する単一中空球の末端浮遊速度である）
によって記述することができる。希釈分散体中の中空球の沈降または浮遊に対する安定性を予想するためにストークスの法則が用いられるが、このコンセプトを本発明の充填材に拡張することができる。ストークスの法則を用いて、中空球が相分離しないようにするために必要とされる最小流体粘度を、所与の中空球直径および密度について推定することができる。充填材の流体粘度をチキソトロープ剤を使用して制御することができる。
【００２４】
充填材は、最大１０重量％において存在するチキソトロープ剤を含有する。本発明において有用なチキソトロープ剤を粘土、コロイド金属酸化物、ヒュームド金属酸化物、およびそれらの組合せからなる群から選択することができる。有用な金属酸化物には、コロイドであるかヒュームドであるかにかかわらず、シリカ、アルミナ、ジルコニア、およびチタニアなどがあるがそれらに限定されない。適したチキソトロープ剤は、図２に示されるのと同様な剪断粘度対剪断速度応答を有する充填材を生じるのがよい。すなわち、所与の温度について、低い剪断速度においての充填材の粘度は、高い剪断速度においての粘度より高い。このタイプの相互作用が望ましいのは、低い剪断速度において、粘度は、中空ガラス微小球が相分離しないようにそれらを溶液中に閉じ込めるために十分に高いのがよく、高い剪断速度において、粘度は、充填材溶液が加工目的のために流れることができ、例えば、充填材をポンプで送ることができるように十分に低いからである。当業者は理解するように、定応力レオメーター（デラウェア州、ニューキャッスルのＴＡインストルメンツ（ＴＡ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｎｅｗ Ｃａｓｔｌｅ，Ｄｅｌａｗａｒｅ）製のアドバンスト・レオメーター（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｒｈｅｏｍｅｔｅｒ）２０００）を用いて所与の温度において充填材の剪断速度の関数として粘度を連続的に測定して、図２に示されるグラフを作ることができる。
【００２５】
図２に示された剪断粘度（Ｖ）対剪断速度応答は、ベキ乗則流体として公知の以下の式：
Ｖ＝ｋＳ−（ｎ−１）
（式中、「ｋ」は定数であり、１ｓｅｃ−１においての粘度の指標であり、「ｎ」はベキ指数（ＰＬＩ）として公知であり、剪断が粘度に及ぼす効果の指標である）
によって関連づけられる。図２のグラフから、特定のチキソトロープ剤がレオロジー、すなわち、充填材の流れ性質に及ぼす効果を定量することができる。例えばニュートン流体におけるように、充填材の剪断粘度（Ｖ）が剪断速度（Ｓ）に対して敏感でない場合、ＰＬＩは１である。粘度が剪断によって減少する充填材は、非ニュートン流体であり、「チキソトロープ」として公知である。チキソトロープ材料のＰＬＩは、０＜ｎ＜１の範囲である。
【００２６】
本発明において、充填材において、チキソトロープ剤の量が増加するとき、充填材の「ｋ」値が増加し、「ｎ」値が減少する。本発明の充填材の最小粘度は、ベキ乗則流体パラメーターによって規定されるとき、０．８の「ｎ」値および０．２５Ｐａ・ｓの「ｋ」値において生じる。本発明の充填材の最大粘度は、ベキ乗則流体パラメーターによって規定されるとき、０．２の「ｎ」値および７．０Ｐａ・ｓの「ｋ」値において生じる。粒状チキソトロープ充填材の粒度、表面親液性／疎液性、および濃度などの要因が充填材の粘度（「ｋ」値）および剪断減粘（「ｎ」値）の程度に影響を与えることが指摘されるべきである。１つの実施形態において、チキソトロープ剤は、ヒュームドシリカなどのヒュームド金属酸化物である。
【００２７】
異なったタイプのヒュームドシリカは中空ガラス微小球の相分離を異なった程度に最小化するが、表面処理ヒュームドシリカは本発明において特に有用でありうることが知られている。他の理由のなかでも、表面処理ヒュームドシリカは吸湿性であり、それは、未処理ヒュームドシリカに比べて剪断による粘度の低下を速める。本発明において用いることができる適した市販の表面処理ヒュームドシリカには、イリノイ州、ツスコラのキャボット・コーポレーション（Ｃａｂｏｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｔｕｓｃｏｌａ，Ｉｌｌｉｎｏｉｓ）製のキャブ−Ｏ−シル（ＣＡＢ−Ｏ−ＳＩＬ）（登録商標）ＴＳ−５３０処理済みヒュームドシリカ（ヘキサメチルジシラザン処理済み疎水性ヒュームドシリカ）、キャブ−Ｏ−シル（登録商標）ＴＳ−６１０処理済みヒュームドシリカ（ジメチルジクロロシラン処理済み疎水性ヒュームドシリカ）、およびキャブ−Ｏ−シル（登録商標）ＴＳ−７２０処理済みヒュームドシリカ（ジメチルシリコーン流体処理済み疎水性ヒュームドシリカ）などがある。他の適した市販の表面処理ヒュームドシリカには、ニュージャージー州、アレンデールのデガッサ・コーポレーション（Ｄｅｇｕｓｓａ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ａｌｌｅｎｄａｌｅ，Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙ）製のエアロシル（ＡＥＲＯＳＩＬ）（登録商標）Ｒ−１０４およびＲ−１０６ヒュームドシリカ（オクタメチルシロテトラシロキサン処理済み疎水性ヒュームドシリカ）、およびエアロシル（登録商標）Ｒ−９７２およびＲ−９７４ヒュームドシリカ（ジメチルジクロロシラン処理済み疎水性ヒュームドシリカ）などがある。上に記載されたヒュームドシリカは、表面処理した後に実質的に疎水性である。
【００２８】
充填材は場合により、酸化防止剤または安定剤を１重量％未満において含有して、加工を改良するか、または熱に起因する環境老化に対して保護する。適した酸化防止剤または安定剤には、フェノール、ホスフィット、燐灰土、チオ共力剤（ｔｈｉｏｓｙｎｅｒｇｉｓｔ）、アミン、ベンゾエート、およびそれらの組合せがある。有用な、市販されているフェノール系酸化防止剤には、ニューヨーク州、タリータウンのチバ・スペシャルティ・ケミカルズ・コーポレーション（Ｃｉｂａ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ Ｃｏｒｐ．，Ｔａｒｒｙｔｏｗｎ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ）製の、ワイヤーおよびケーブル用途のためのイルガノックス（ＩＲＧＡＮＯＸ）（登録商標）１０３５、イルガノックス（登録商標）１０１０、イルガノックス（登録商標）１０７６酸化防止剤および熱安定剤などがある。
【００２９】
１つの実施形態において、充填材は以下の機能的性質を示す。１メガヘルツにおいて、それは、共にＡＳＴＭ Ｄ−１５０によって測定した時に２．０より小さい誘電率および０．００１より小さい誘電正接を有する。別の実施形態において、充填材は、１メガヘルツにおいて１．８５より小さい誘電率を有する。さらに別の実施形態において、充填材は、１メガヘルツにおいて１．６５より小さい誘電率を有する。それは、ＡＳＴＭ Ｄ−２５７によって測定した時に５００ボルトにおいて、１０１３ｏｈｍ−ｃｍより大きい体積抵抗率を有する。それは、ＡＳＴＭ Ｄ−１２７によって測定した時に９０℃より高い溶融落下点を有する。充填材は、１１０℃において２００ｃＰ（０．２Ｐａ・ｓ）の最大溶液粘度および４０ｓｅｃ−１の剪断速度を有する。別の実施形態において、充填材は、１１０℃において７５ｃＰ（０．０７５Ｐａ・ｓ）の溶液粘度および４０ｓｅｃ−１の剪断速度を有する。ＳＣ４−２７スピンドルを有し、１００ｒｐｍの回転速度のブルックフィールド（Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ）ＲＶＴサーモセル（Ｔｈｅｒｍｏｃｅｌ）粘度計を用いてＡＳＴＭ Ｄ−３２３６によって溶液粘度を測定することができる。
【００３０】
以下の例示的な方法を用いて充填材を作製することができる。鉱油、ブロックコポリマー、および石油ワックスを、成分が実質的に分散されるまで少なくとも１１０℃まで加熱された容器内で混合する。１１０℃の溶液温度を維持したまま、チキソトロープ剤を添加し、それが溶液中で実質的に分散されるまで均質化する。均質化の間に閉じ込められた可能性がある気泡を除去するために、溶液を、１１０℃〜１２０℃に加熱された真空炉内に置く。３０インチＨｇ（１０２ｋＰａ）の真空が用いられる。その後、その温度を１１０℃に維持したまま、中空ガラス微小球を溶液に添加する。
【００３１】
本発明の充填材は、中空ガラス微小球を相分離することなく少なくとも１時間、少なくとも１１０℃の温度において溶液の形に維持されうることがわかった。１つの例示的な実施形態において、充填材は、相分離することなく２４時間、少なくとも１１０℃の温度において溶液中に維持されうる。中空ガラス微小球の相分離を様々な方法を用いて測定することができる。１つの例示的な方法は、充填材を溶液の形で集めることおよびそれを１１０℃において、ガラス瓶などの容器内に貯蔵することを必要とする。特定量の時間が経過後、例えば、１時間、４時間、８時間、１２時間等の後、ガラス瓶を炉から取り出し、内容物を室温に冷却した。次に、固化された充填材を半分に分け、上半分の密度を下半分の密度と比較する。０．０１より小さい密度の差において上半分と下半分との間の密度単位は分離を示さない。
【００３２】
１つの適用において、本発明の充填材は電気ケーブルにおいて用いられる。例示的な電気ケーブルは、撚り合せられた金属（銅など）ワイヤーの２５対を含有する。１つの例示的なケーブル製造方法において、撚り合せられたワイヤーの個々の対を本発明の充填材を含有するホッパーに供給する。撚り合せられたワイヤー対がホッパー中を移動する時に充填材がワイヤー間の隙間を充填する。ホッパーの出口端において、撚り合せられたワイヤー対を互いに接近して配置し、ポリマーシースを用いて撚り合せられたワイヤー対を一緒に束にする。この時点で、充填材は、ワイヤー間の隙間を占めるだけでなくワイヤー対の間の隙間をも占める。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の例示的な電気ケーブルの略断面図である。
【図２】汎用チキソトロープ材料について溶液粘度と剪断速度との間の相互作用を示すグラフである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気ケーブルおよび光ケーブルなどの通信ケーブルに使用するための充填材料に関する。特に、充填材が低い誘電率を示し、高温度において加工可能である。
【背景技術】
【０００２】
現在、多くの通信ケーブルが地中に埋設されている。このような適用において、通信ケーブルは、水がケーブルの性能に非常に影響を与える場合があるので、ケーブル中への水浸透に耐える必要がある。例えば、電気ケーブルにおいて、水は、電気導体のキャパシタンスのバランスを崩す。光ケーブルにおいて、水は、光ケーブルの結合性に悪影響を与える場合がある。
【０００３】
ケーブル中への水浸透を最小にするために当業者によって考案された１つの解決法は、ケーブルの内部を乾燥空気で加圧することを必要とする。加圧乾燥空気ケーブルはケーブルへの水の移入を止めるのに有用であるが、維持するのに費用がかかることがわかっており、地下に埋設されたケーブルのための広く受け入れられた解決法ではない。
【０００４】
別の、より広く実施される解決法は、ケーブルを塞いで水の移動を止める、シーラントなどの水不溶性充填材料をケーブルの内部隙間に充填することを必要とする。充填材料が用いられるとき、例えば、その誘電率、密度、老化および温度安定性、組成物の疎水性の性質、加工および取扱特性、冷却時の充填材料の収縮、毒性、およびコストなどのいろいろな要因が通常、考慮される。
【０００５】
前述の技術は有用である場合があるが、前の欄に記載した要因を考慮しながら、より低い誘電率を有する異なった充填材料に対する必要性がある。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
電気ケーブルまたは光ケーブルなどの電気または光学系に使用できる充填材が本明細書に開示される。１つの例示的な実施形態において、充填材は、（ａ）約５０〜９５重量パーセントの鉱油と、（ｂ）スチレン−エチレン／ブチレン、スチレン−エチレン／プロピレン、スチレン−ブタジエン−スチレン、スチレン−イソプレン−スチレン、スチレン−エチレン／ブチレン−スチレン、スチレン−エチレン／プロピレン−スチレン、およびそれらの組合せからなる群から選択された、約１０重量パーセント未満のブロックコポリマーと、（ｃ）約２５重量パーセント未満の石油ワックスと、（ｄ）約２０重量パーセント未満の中空ガラス微小球と、（ｅ）粘土、コロイド金属酸化物、ヒュームド金属酸化物、およびそれらの組合せからなる群から選択された、約１０重量パーセント未満のチキソトロープ剤と、を含む。別の例示的な実施形態において、表面改質ヒュームド金属酸化物、特に、表面改質ヒュームドシリカが用いられる。本明細書において、用語「約」は全ての数値を修飾するとみなされる。
【０００７】
別の例示的な実施形態において、充填材は、（ａ）約７０．０〜７５．０重量パーセントの鉱油と、（ｂ）約２．５重量パーセントのスチレン−エチレン／ブチレン−スチレンブロックコポリマーと、（ｃ）約１０．０重量パーセントの石油ワックスと、（ｄ）約５．０〜１３．０重量パーセントの中空ガラス微小球と、（ｅ）約２．０重量パーセントの表面改質ヒュームドシリカと、（ｆ）約０．２重量パーセントの酸化防止剤または安定剤と、を含む。
【０００８】
当業者はすぐに理解するように、ヒュームドシリカは、１０００℃を超える気相中で四塩化ケイ素を加水分解し、高純度の非常に微細な、非孔質、非晶質シリカを生じさせることによって製造される。例えば、ポリマー科学および工学の百科事典（Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）、第７巻、ジョン・ワイリー・アンド・サンズ（Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ａｎｄ Ｓｏｎｓ）、１９８７年、５７ページを参照のこと。用語「表面改質ヒュームドシリカ」は概して、化学反応によるかまたは他の機構によるかどちらかでヒュームドシリカが変化されていることを意味する。以下に詳細に説明するように充填材を製造する間のように、ヒュームドシリカがｉｎ ｓｉｔｕ変化させられることは本発明の範囲内である。
【０００９】
本発明の例示的な実施形態の１つの利点は、充填材が、１．８５以下の誘電率である低い誘電率を有し、必要とされる相互キャパシタンスを維持したまま電気ケーブルのための導体絶縁の厚さを低減できることである。より小さい絶縁体を使用し、得られたケーブルはより小さくなり、軽量になる。この利点は、その性能を損なうことなく、より低コストの電気ケーブルを可能にする。
【００１０】
本発明において、中空ガラス微小球は、充填材の誘電率を低くするのに役立つ。しかしながら、微小球は問題を生じることがある。中空ガラス微小球の密度は充填材中で用いられる他の成分の密度より低いので、中空ガラス微小球は特に高温条件において相分離することがある。本明細書中で用いられるとき、語句「高温」は、充填材が９０℃を超える温度、典型的に約１１０℃に暴露される時を意味するために用いられる。本発明の１つの実施形態の１つの利点は、充填材が、他の要因の中でも、粘土、コロイド金属酸化物、ヒュームド金属酸化物、およびそれらの組合せなどのチキソトロープ剤の使用のために相分離しないことである。
【００１１】
ケーブルにおいて使用されるとき、充填材は、それがケーブルから流出しないように十分に高い溶融落下温度を有するのがよい。本発明の１つの実施形態の利点は、それが高い溶融落下温度を示すということである。高い溶融落下温度は、ＡＳＴＭ Ｄ−１２７によって測定した時に典型的に９０℃を超える温度である。本発明の１つの実施形態の別の利点は、それが高温条件において低粘度を示すことである。低粘度は、ＡＳＴＭ Ｄ−３２３６によって測定した時に１１０℃および４０ｓｅｃ−１の剪断速度において２００ｃＰ（０．２Ｐａ・ｓ）より小さい粘度である。低粘度の充填材は、取扱および加工を容易にできるという点において望ましい。例えば、低粘度の充填材は、ケーブルに存在する隙間をより簡単に充填することができる。低粘度はまた、充填材を高温で加工することを可能にする。電気ケーブルを製造する間、本発明の充填材を冷却することができるがその必要はない。本発明の１つの実施形態のさらに別の利点は、充填材が低密度を有するということである。低密度は、０．８ｇ／ｃｍ３より小さい密度であり、いくつかの用途において０．５ｇ／ｃｍ３より小さくてもよい。密度の変化は、中空ガラス微小球の含有量に依存する。低密度の充填材は、ケーブルに使用されるとき、充填材が同じだけの重量をケーブルに加えず、従ってより軽量のケーブルをもたらすので望ましい。
【００１２】
本発明の充填材を様々な電気、光電気（すなわち、光学部品と電子部品との組合せ）、および光学用途において使用できる。このような用途の具体例には、ケーブル、コネクタ、およびクロージャーなどがある。具体的なコネクタには、分散コネクタ、モジュラーコネクタ、コネクタボックスおよびグリースボックスなどがあるがそれらに限定されない。具体的なクロージャーには、ドロップワイヤークロージャー、充填クロージャー、埋設クロージャー、およびターミナルブロックなどがあるがそれらに限定されない。
【００１３】
本発明の上記の要約は、本発明の各々の開示された実施形態または全ての実装例ついて記載することを意図していない。以下の図および詳細な説明は、具体的な実施形態をより詳しく例示する。
【００１４】
本発明は以下の図面を参照して、より良く説明することができる。
【００１５】
図は縮尺通りに描かれておらず、例示目的のためであるにすぎない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、本発明の充填材を用いる例示的な電気ケーブルを示す。電気ケーブル１０は、典型的に一緒に撚り合せられて対を形成する、銅ワイヤーなどの２つの電気導体１２を含む。各電気導体を囲むのはポリエチレンなどのポリマー絶縁体１４である。外部ケーブル構造体１８は、電気導体の撚り合せられた対および充填材１６を密閉する。図１は一対の電気導体を示すが、当業者は、任意の数の電気導体を用いることができることを理解するであろう。本発明の焦点は充填材にあり、それは、（ｉ）鉱油、（ｉｉ）ジブロックコポリマー、トリブロックコポリマー、およびそれらの組合せからなる群から選択されたブロックコポリマー、（ｉｉｉ）石油ワックス、（ｉｖ）中空ガラス微小球、および（ｖ）チキソトロープ剤を含むかまたは本質的に成る。場合により、酸化防止剤または安定剤または機能化ポリマーを充填材に添加することができる。充填材は、バルク相および不連続相を有するとして説明することができる。バルク相は、全体積の５０体積パーセントまで存在し、鉱油、ブロックコポリマー、石油ワックス、およびチキソトロープ剤などが挙げられる。不連続相は全体積の５０体積パーセントまで存在し、中空ガラス微小球などが挙げられる。上に記載された成分の各々は以下に詳細に考察される。以下の説明において、全ての記載された重量パーセントは、充填材の全重量に基づいている。
【００１７】
鉱油は最大の成分であり、最小限５０重量％において存在する。鉱油は最大９５重量％において存在する。鉱油は、パラフィン系鉱油またはナフテン系鉱油のどちらであってもよい。鉱油は、１５％未満の芳香族含有量を有する。ナフテン系鉱油は、ナフテン基を含有する鉱油であり（より適切にはシクロパラフィンと命名される）、ＡＳＴＭ Ｄ−２５０１によって、３５％より多いナフテン系および６５％未満のパラフィン系である。本発明において用いることができる適した市販の鉱油は、コネチカット州、ミドルバーグのクロンプトン・コーポレーション（Ｃｒｏｍｐｔｏｎ Ｃｏｒｐ．，Ｍｉｄｄｌｅｂｕｒｇ，Ｃｏｎｎｅｃｔｉｃｕｔ）製のカイドル（ＫＡＹＤＯＬ）（登録商標）ホワイト・ミネラル・オイル（Ｗｈｉｔｅ Ｍｉｎｅｒａｌ Ｏｉｌ）である。クロンプトンのウェブサイトｗｗｗ．ｃｒｏｍｐｔｏｎｃｏｒｐ．ｃｏｍによって、カイドル（登録商標）ホワイト・ミネラル・オイルは、飽和脂肪族および脂環式無極性炭化水素からなる高精製油であり、疎水性、無色、無味、無臭、および化学的に不活性である。別の有用な市販されている鉱油は、同じくクロンプトン・コーポレーション製のセムトル（ＳＥＭＴＯＬ）（登録商標）４０ホワイト・ミネラル・オイルである。
【００１８】
充填材は、ジブロックコポリマー、トリブロックコポリマー、およびそれらの組合せからなる群から選択されたブロックコポリマーを含有する。ブロックコポリマーは、最大１０重量％において存在する。適したジブロックコポリマーには、スチレン−エチレン／ブチレンおよびスチレン−エチレン／プロピレンなどがあるがそれらに限定されない。適したトリブロックコポリマーには、スチレン−ブタジエン−スチレン（ＳＢＳ）、スチレン−イソプレン−スチレン（ＳＩＳ）、スチレン−エチレン／ブチレン−スチレン（ＳＥＢＳ）、およびスチレン−エチレン／プロピレン−スチレン（ＳＥＰＳ）などがあるがそれらに限定されない。本発明において用いることができる適した市販のＳＥＢＳブロックコポリマーには、共にテキサス州、ヒューストンのクラトンポリマーズ（Ｋｒａｔｏｎ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ，Ｈｏｕｓｔｏｎ，Ｔｅｘａｓ）から入手可能なクラトン（ＫＲＡＴＯＮ）（商標）Ｇ−１６５０ブロックコポリマーおよびクラトン（商標）Ｇ−１６５２ブロックコポリマーがある。ｗｗｗ．ｋｒａｔｏｎ．ｃｏｍのウェブサイトによって、両方のポリマーは、質量分光分析法で３０％のブロックスチレン含有量を有する直鎖状ＳＥＢＳブロックコポリマーである。ウェブサイトは、クラトン（商標）Ｇ−１６５０ブロックコポリマーについて２５℃のトルエン中２５％の質量において、８Ｐａ・ｓの溶液粘度および１ｇ／１０分未満の溶融流量を報告した。ウェブサイトは、クラトン（商標）Ｇ−１６５２ブロックコポリマーについて２５℃のトルエン中２５％の質量において、１．３５Ｐａ・ｓの溶液粘度および５ｇ／１０分の溶融流量を報告した。別の有用な市販されているブロックコポリマーは、クラトン（商標）Ｇ−１７２６ブロックコポリマーである。
【００１９】
充填材は、最大２５重量％において存在する石油ワックスを含有する。石油ワックスの１つの機能は、充填材の溶融落下温度を改良すること、すなわち、増加させることである。石油ワックスの融点は９０℃より高い。適した石油ワックスは、９０℃より高い融点を有するポリエチレンワックスである。本発明において用いることができる適した市販の石油ワックスには、融点が９７．８℃であると報告されているパラフリント（ＰＡＲＡＦＬＩＮＴ）（登録商標）Ｃ１０５パラフィン・ワックス（Ｐａｒａｆｆｉｎ Ｗａｘ）、融点が１０７．８℃であると報告されているパラフリント（登録商標）Ｈ１パラフィン・ワックスなどがある。上に記載された両方のパラフリント（登録商標）パラフィン・ワックスは、フィッシャー−トロプシュ方法によって製造された合成ワックスであると考えられ、コネチカット州、シェルトンのムーア・アンド・ミュンガー社（Ｍｏｏｒｅ＆Ｍｕｎｇｅｒ，Ｉｎｃ．，Ｓｈｅｌｔｏｎ，Ｃｏｎｎｅｃｔｉｃｕｔ）から入手可能である。
【００２０】
充填材は、最大２０重量％において存在する中空ガラス微小球を含有する。有用な中空ガラス微小球は、（体積による、および有効トップサイズ（９５％）において）１０〜１４０マイクロメートルの粒度および０．１ｇ／ｃｍ３〜０．４ｇ／ｃｍ３の真密度を有する。本発明において用いることができる適した市販の中空ガラス微小球には、ミネソタ州、セントポールの３Ｍカンパニー（３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ）製の３Ｍ（商標）スコッチライト（ＳＣＯＴＣＨＬＩＴＥ）（商標）ガラス・バブル（Ｇｌａｓｓ Ｂｕｂｂｌｅｓ）のＳシリーズ、Ｋシリーズ、およびＡシリーズなどがある。例えば、Ｓ２２、Ｋ１、Ｋ１５、Ｋ２０およびＡ１６タイプ中空ガラス微小球を用いることができ、以下の表１は、それらの真密度および粒度を記載する。用語「真密度」は、単位体積当たりの質量（重量）によって測定した時の物質の濃度である。機能化中空ガラス微小球を使用することは本発明の範囲内である。
【００２１】
表１
【００２２】
本発明において用いられる中空ガラス微小球は、誘電率が１．０である大きな体積分率の空気（例えば、９０％〜９５％のオーダーの空気）を含有するので、それらは、充填材の全誘電率を低減するように機能する。中空ガラス微小球は低密度を有するので、充填材の成分の残りに比べたとき、微小球は、充填材が加工温度において溶融される時に相分離する傾向がある。当業者はすぐに理解するように、充填材が溶融状態にある時に中空ガラス微小球がそれから相分離することは、加工上の問題を生じ、不均一な性能充填材をもたらす。チキソトロープ剤の使用は中空ガラス微小球の相分離の問題を除かないにしても最小にするのに役立つ場合があることが知られている。
【００２３】
中空微小球などの粒子の沈降または浮遊（すなわち、相分離）をストークスの法則として公知の以下の式：
Ｖ０＝［ｄ２（ρｂρｍ）］÷（１８ηｍ）
（式中、「Ｖ０」は、粘度「ηｍ」および密度「ρｍ」の流体媒体を通して、重力場ｇにおいての直径「ｄ」および密度「ρｂ」を有する単一中空球の末端浮遊速度である）
によって記述することができる。希釈分散体中の中空球の沈降または浮遊に対する安定性を予想するためにストークスの法則が用いられるが、このコンセプトを本発明の充填材に拡張することができる。ストークスの法則を用いて、中空球が相分離しないようにするために必要とされる最小流体粘度を、所与の中空球直径および密度について推定することができる。充填材の流体粘度をチキソトロープ剤を使用して制御することができる。
【００２４】
充填材は、最大１０重量％において存在するチキソトロープ剤を含有する。本発明において有用なチキソトロープ剤を粘土、コロイド金属酸化物、ヒュームド金属酸化物、およびそれらの組合せからなる群から選択することができる。有用な金属酸化物には、コロイドであるかヒュームドであるかにかかわらず、シリカ、アルミナ、ジルコニア、およびチタニアなどがあるがそれらに限定されない。適したチキソトロープ剤は、図２に示されるのと同様な剪断粘度対剪断速度応答を有する充填材を生じるのがよい。すなわち、所与の温度について、低い剪断速度においての充填材の粘度は、高い剪断速度においての粘度より高い。このタイプの相互作用が望ましいのは、低い剪断速度において、粘度は、中空ガラス微小球が相分離しないようにそれらを溶液中に閉じ込めるために十分に高いのがよく、高い剪断速度において、粘度は、充填材溶液が加工目的のために流れることができ、例えば、充填材をポンプで送ることができるように十分に低いからである。当業者は理解するように、定応力レオメーター（デラウェア州、ニューキャッスルのＴＡインストルメンツ（ＴＡ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｎｅｗ Ｃａｓｔｌｅ，Ｄｅｌａｗａｒｅ）製のアドバンスト・レオメーター（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｒｈｅｏｍｅｔｅｒ）２０００）を用いて所与の温度において充填材の剪断速度の関数として粘度を連続的に測定して、図２に示されるグラフを作ることができる。
【００２５】
図２に示された剪断粘度（Ｖ）対剪断速度応答は、ベキ乗則流体として公知の以下の式：
Ｖ＝ｋＳ−（ｎ−１）
（式中、「ｋ」は定数であり、１ｓｅｃ−１においての粘度の指標であり、「ｎ」はベキ指数（ＰＬＩ）として公知であり、剪断が粘度に及ぼす効果の指標である）
によって関連づけられる。図２のグラフから、特定のチキソトロープ剤がレオロジー、すなわち、充填材の流れ性質に及ぼす効果を定量することができる。例えばニュートン流体におけるように、充填材の剪断粘度（Ｖ）が剪断速度（Ｓ）に対して敏感でない場合、ＰＬＩは１である。粘度が剪断によって減少する充填材は、非ニュートン流体であり、「チキソトロープ」として公知である。チキソトロープ材料のＰＬＩは、０＜ｎ＜１の範囲である。
【００２６】
本発明において、充填材において、チキソトロープ剤の量が増加するとき、充填材の「ｋ」値が増加し、「ｎ」値が減少する。本発明の充填材の最小粘度は、ベキ乗則流体パラメーターによって規定されるとき、０．８の「ｎ」値および０．２５Ｐａ・ｓの「ｋ」値において生じる。本発明の充填材の最大粘度は、ベキ乗則流体パラメーターによって規定されるとき、０．２の「ｎ」値および７．０Ｐａ・ｓの「ｋ」値において生じる。粒状チキソトロープ充填材の粒度、表面親液性／疎液性、および濃度などの要因が充填材の粘度（「ｋ」値）および剪断減粘（「ｎ」値）の程度に影響を与えることが指摘されるべきである。１つの実施形態において、チキソトロープ剤は、ヒュームドシリカなどのヒュームド金属酸化物である。
【００２７】
異なったタイプのヒュームドシリカは中空ガラス微小球の相分離を異なった程度に最小化するが、表面処理ヒュームドシリカは本発明において特に有用でありうることが知られている。他の理由のなかでも、表面処理ヒュームドシリカは吸湿性であり、それは、未処理ヒュームドシリカに比べて剪断による粘度の低下を速める。本発明において用いることができる適した市販の表面処理ヒュームドシリカには、イリノイ州、ツスコラのキャボット・コーポレーション（Ｃａｂｏｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｔｕｓｃｏｌａ，Ｉｌｌｉｎｏｉｓ）製のキャブ−Ｏ−シル（ＣＡＢ−Ｏ−ＳＩＬ）（登録商標）ＴＳ−５３０処理済みヒュームドシリカ（ヘキサメチルジシラザン処理済み疎水性ヒュームドシリカ）、キャブ−Ｏ−シル（登録商標）ＴＳ−６１０処理済みヒュームドシリカ（ジメチルジクロロシラン処理済み疎水性ヒュームドシリカ）、およびキャブ−Ｏ−シル（登録商標）ＴＳ−７２０処理済みヒュームドシリカ（ジメチルシリコーン流体処理済み疎水性ヒュームドシリカ）などがある。他の適した市販の表面処理ヒュームドシリカには、ニュージャージー州、アレンデールのデガッサ・コーポレーション（Ｄｅｇｕｓｓａ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ａｌｌｅｎｄａｌｅ，Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙ）製のエアロシル（ＡＥＲＯＳＩＬ）（登録商標）Ｒ−１０４およびＲ−１０６ヒュームドシリカ（オクタメチルシロテトラシロキサン処理済み疎水性ヒュームドシリカ）、およびエアロシル（登録商標）Ｒ−９７２およびＲ−９７４ヒュームドシリカ（ジメチルジクロロシラン処理済み疎水性ヒュームドシリカ）などがある。上に記載されたヒュームドシリカは、表面処理した後に実質的に疎水性である。
【００２８】
充填材は場合により、酸化防止剤または安定剤を１重量％未満において含有して、加工を改良するか、または熱に起因する環境老化に対して保護する。適した酸化防止剤または安定剤には、フェノール、ホスフィット、燐灰土、チオ共力剤（ｔｈｉｏｓｙｎｅｒｇｉｓｔ）、アミン、ベンゾエート、およびそれらの組合せがある。有用な、市販されているフェノール系酸化防止剤には、ニューヨーク州、タリータウンのチバ・スペシャルティ・ケミカルズ・コーポレーション（Ｃｉｂａ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ Ｃｏｒｐ．，Ｔａｒｒｙｔｏｗｎ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ）製の、ワイヤーおよびケーブル用途のためのイルガノックス（ＩＲＧＡＮＯＸ）（登録商標）１０３５、イルガノックス（登録商標）１０１０、イルガノックス（登録商標）１０７６酸化防止剤および熱安定剤などがある。
【００２９】
１つの実施形態において、充填材は以下の機能的性質を示す。１メガヘルツにおいて、それは、共にＡＳＴＭ Ｄ−１５０によって測定した時に２．０より小さい誘電率および０．００１より小さい誘電正接を有する。別の実施形態において、充填材は、１メガヘルツにおいて１．８５より小さい誘電率を有する。さらに別の実施形態において、充填材は、１メガヘルツにおいて１．６５より小さい誘電率を有する。それは、ＡＳＴＭ Ｄ−２５７によって測定した時に５００ボルトにおいて、１０１３ｏｈｍ−ｃｍより大きい体積抵抗率を有する。それは、ＡＳＴＭ Ｄ−１２７によって測定した時に９０℃より高い溶融落下点を有する。充填材は、１１０℃において２００ｃＰ（０．２Ｐａ・ｓ）の最大溶液粘度および４０ｓｅｃ−１の剪断速度を有する。別の実施形態において、充填材は、１１０℃において７５ｃＰ（０．０７５Ｐａ・ｓ）の溶液粘度および４０ｓｅｃ−１の剪断速度を有する。ＳＣ４−２７スピンドルを有し、１００ｒｐｍの回転速度のブルックフィールド（Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ）ＲＶＴサーモセル（Ｔｈｅｒｍｏｃｅｌ）粘度計を用いてＡＳＴＭ Ｄ−３２３６によって溶液粘度を測定することができる。
【００３０】
以下の例示的な方法を用いて充填材を作製することができる。鉱油、ブロックコポリマー、および石油ワックスを、成分が実質的に分散されるまで少なくとも１１０℃まで加熱された容器内で混合する。１１０℃の溶液温度を維持したまま、チキソトロープ剤を添加し、それが溶液中で実質的に分散されるまで均質化する。均質化の間に閉じ込められた可能性がある気泡を除去するために、溶液を、１１０℃〜１２０℃に加熱された真空炉内に置く。３０インチＨｇ（１０２ｋＰａ）の真空が用いられる。その後、その温度を１１０℃に維持したまま、中空ガラス微小球を溶液に添加する。
【００３１】
本発明の充填材は、中空ガラス微小球を相分離することなく少なくとも１時間、少なくとも１１０℃の温度において溶液の形に維持されうることがわかった。１つの例示的な実施形態において、充填材は、相分離することなく２４時間、少なくとも１１０℃の温度において溶液中に維持されうる。中空ガラス微小球の相分離を様々な方法を用いて測定することができる。１つの例示的な方法は、充填材を溶液の形で集めることおよびそれを１１０℃において、ガラス瓶などの容器内に貯蔵することを必要とする。特定量の時間が経過後、例えば、１時間、４時間、８時間、１２時間等の後、ガラス瓶を炉から取り出し、内容物を室温に冷却した。次に、固化された充填材を半分に分け、上半分の密度を下半分の密度と比較する。０．０１より小さい密度の差において上半分と下半分との間の密度単位は分離を示さない。
【００３２】
１つの適用において、本発明の充填材は電気ケーブルにおいて用いられる。例示的な電気ケーブルは、撚り合せられた金属（銅など）ワイヤーの２５対を含有する。１つの例示的なケーブル製造方法において、撚り合せられたワイヤーの個々の対を本発明の充填材を含有するホッパーに供給する。撚り合せられたワイヤー対がホッパー中を移動する時に充填材がワイヤー間の隙間を充填する。ホッパーの出口端において、撚り合せられたワイヤー対を互いに接近して配置し、ポリマーシースを用いて撚り合せられたワイヤー対を一緒に束にする。この時点で、充填材は、ワイヤー間の隙間を占めるだけでなくワイヤー対の間の隙間をも占める。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の例示的な電気ケーブルの略断面図である。
【図２】汎用チキソトロープ材料について溶液粘度と剪断速度との間の相互作用を示すグラフである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）約５０〜９５重量パーセントの鉱油と、
（ｂ）スチレン−エチレン／ブチレン、スチレン−エチレン／プロピレン、スチレン−ブタジエン−スチレン、スチレン−イソプレン−スチレン、スチレン−エチレン／ブチレン−スチレン、スチレン−エチレン／プロピレン−スチレン、およびそれらの組合せからなる群から選択された、約１０重量パーセント未満のブロックコポリマーと、
（ｃ）約２５重量パーセント未満の石油ワックスと、
（ｄ）約２０重量パーセント未満の中空ガラス微小球と、
（ｅ）粘土、コロイド金属酸化物、ヒュームド金属酸化物、およびそれらの組合せからなる群から選択された、約１０重量パーセント未満のチキソトロープ剤と、
を含む充填材。
【請求項２】
前記鉱油がパラフィン系鉱油またはナフテン系鉱油である、請求項１に記載の充填材。
【請求項３】
前記パラフィン系鉱油またはナフテン系鉱油が約１５％未満の芳香族含有量を有する、請求項２に記載の充填材。
【請求項４】
前記石油ワックスが、約９０℃より高い融点を有する、請求項１に記載の充填材。
【請求項５】
前記石油ワックスが、約９０℃より高い融点を有するポリエチレンワックスである、請求項１に記載の充填材。
【請求項６】
前記石油ワックスが、約９０℃より高い融点を有する合成ワックスである、請求項１に記載の充填材。
【請求項７】
前記中空ガラス微小球の粒度が約１０〜１４０マイクロメートルである、請求項１に記載の充填材。
【請求項８】
前記中空ガラス微小球の真密度が約０．１〜０．４ｇ／ｃｍ３である、請求項１に記載の充填材。
【請求項９】
前記ヒュームド金属酸化物が表面改質ヒュームドシリカである、請求項１に記載の充填材。
【請求項１０】
前記表面改質ヒュームドシリカが実質的に疎水性の表面を有する、請求項９に記載の充填材。
【請求項１１】
ＡＳＴＭ Ｄ−３２３６によって測定した時に１１０℃において約０．２Ｐａ・ｓより小さい粘度および４０ｓｅｃ−１の剪断速度を有する、請求項１に記載の充填材。
【請求項１２】
ＡＳＴＭ Ｄ−１５０によって測定した時に１メガヘルツにおいて２．０以下の誘電率を有する、請求項１に記載の充填材。
【請求項１３】
ＡＳＴＭ Ｄ−１２７によって測定した時に９０℃より高い溶融落下温度を有する、請求項１に記載の充填材。
【請求項１４】
ＡＳＴＭ Ｄ−１５０によって測定した時に１メガヘルツにおいて、０．００１より小さい誘電正接を有する、請求項１に記載の充填材。
【請求項１５】
ＡＳＴＭ Ｄ−２５７によって測定した時に５００ボルトにおいて、１０１３ｏｈｍ−ｃｍより大きい体積抵抗率を有する、請求項１に記載の充填材。
【請求項１６】
ベキ乗則流体パラメーターによって記述した時に「ｎ」値が０．８であり、「ｋ」値が０．２５Ｐａ・ｓである最小粘度を有する、請求項１に記載の充填材。
【請求項１７】
ベキ乗則流体パラメーターによって記述した時に「ｎ」値が０．２であり、「ｋ」値が７．０Ｐａ・ｓである最大粘度を有する、請求項１に記載の充填材。
【請求項１８】
請求項１に記載の充填材を含む電気ケーブル。
【請求項１９】
（ａ）約７０．０〜７５．０重量パーセントの鉱油と、
（ｂ）約２．５重量パーセントのスチレン−エチレン／ブチレン−スチレンブロックコポリマーと、
（ｃ）約１０．０重量パーセントの石油ワックスと、
（ｄ）約５．０〜１３．０重量パーセントの中空ガラス微小球と、
（ｅ）約３．０重量パーセントの表面改質ヒュームドシリカと、
（ｆ）約０．２重量パーセントの酸化防止剤または安定剤と、
を含む充填材。
【請求項２０】
前記中空ガラス微小球の真密度が約０．１２５〜０．２２０ｇ／ｃｍ３である、請求項１９に記載の充填材。
【請求項２１】
前記中空ガラス微小球の粒度が６５〜１２０マイクロメートルである、請求項１９に記載の充填材。
【請求項２２】
前記酸化防止剤または安定剤が、フェノール、ホスフィット、燐灰土、チオ共力剤、アミン、ベンゾエート、およびそれらの組合せからなる群から選択される、請求項１９に記載の充填材。
【請求項２３】
請求項１９に記載の充填材を含む電気ケーブル。
【請求項１】
（ａ）約５０〜９５重量パーセントの鉱油と、
（ｂ）スチレン−エチレン／ブチレン、スチレン−エチレン／プロピレン、スチレン−ブタジエン−スチレン、スチレン−イソプレン−スチレン、スチレン−エチレン／ブチレン−スチレン、スチレン−エチレン／プロピレン−スチレン、およびそれらの組合せからなる群から選択された、約１０重量パーセント未満のブロックコポリマーと、
（ｃ）約２５重量パーセント未満の石油ワックスと、
（ｄ）約２０重量パーセント未満の中空ガラス微小球と、
（ｅ）粘土、コロイド金属酸化物、ヒュームド金属酸化物、およびそれらの組合せからなる群から選択された、約１０重量パーセント未満のチキソトロープ剤と、
を含む充填材。
【請求項２】
前記鉱油がパラフィン系鉱油またはナフテン系鉱油である、請求項１に記載の充填材。
【請求項３】
前記パラフィン系鉱油またはナフテン系鉱油が約１５％未満の芳香族含有量を有する、請求項２に記載の充填材。
【請求項４】
前記石油ワックスが、約９０℃より高い融点を有する、請求項１に記載の充填材。
【請求項５】
前記石油ワックスが、約９０℃より高い融点を有するポリエチレンワックスである、請求項１に記載の充填材。
【請求項６】
前記石油ワックスが、約９０℃より高い融点を有する合成ワックスである、請求項１に記載の充填材。
【請求項７】
前記中空ガラス微小球の粒度が約１０〜１４０マイクロメートルである、請求項１に記載の充填材。
【請求項８】
前記中空ガラス微小球の真密度が約０．１〜０．４ｇ／ｃｍ３である、請求項１に記載の充填材。
【請求項９】
前記ヒュームド金属酸化物が表面改質ヒュームドシリカである、請求項１に記載の充填材。
【請求項１０】
前記表面改質ヒュームドシリカが実質的に疎水性の表面を有する、請求項９に記載の充填材。
【請求項１１】
ＡＳＴＭ Ｄ−３２３６によって測定した時に１１０℃において約０．２Ｐａ・ｓより小さい粘度および４０ｓｅｃ−１の剪断速度を有する、請求項１に記載の充填材。
【請求項１２】
ＡＳＴＭ Ｄ−１５０によって測定した時に１メガヘルツにおいて２．０以下の誘電率を有する、請求項１に記載の充填材。
【請求項１３】
ＡＳＴＭ Ｄ−１２７によって測定した時に９０℃より高い溶融落下温度を有する、請求項１に記載の充填材。
【請求項１４】
ＡＳＴＭ Ｄ−１５０によって測定した時に１メガヘルツにおいて、０．００１より小さい誘電正接を有する、請求項１に記載の充填材。
【請求項１５】
ＡＳＴＭ Ｄ−２５７によって測定した時に５００ボルトにおいて、１０１３ｏｈｍ−ｃｍより大きい体積抵抗率を有する、請求項１に記載の充填材。
【請求項１６】
ベキ乗則流体パラメーターによって記述した時に「ｎ」値が０．８であり、「ｋ」値が０．２５Ｐａ・ｓである最小粘度を有する、請求項１に記載の充填材。
【請求項１７】
ベキ乗則流体パラメーターによって記述した時に「ｎ」値が０．２であり、「ｋ」値が７．０Ｐａ・ｓである最大粘度を有する、請求項１に記載の充填材。
【請求項１８】
請求項１に記載の充填材を含む電気ケーブル。
【請求項１９】
（ａ）約７０．０〜７５．０重量パーセントの鉱油と、
（ｂ）約２．５重量パーセントのスチレン−エチレン／ブチレン−スチレンブロックコポリマーと、
（ｃ）約１０．０重量パーセントの石油ワックスと、
（ｄ）約５．０〜１３．０重量パーセントの中空ガラス微小球と、
（ｅ）約３．０重量パーセントの表面改質ヒュームドシリカと、
（ｆ）約０．２重量パーセントの酸化防止剤または安定剤と、
を含む充填材。
【請求項２０】
前記中空ガラス微小球の真密度が約０．１２５〜０．２２０ｇ／ｃｍ３である、請求項１９に記載の充填材。
【請求項２１】
前記中空ガラス微小球の粒度が６５〜１２０マイクロメートルである、請求項１９に記載の充填材。
【請求項２２】
前記酸化防止剤または安定剤が、フェノール、ホスフィット、燐灰土、チオ共力剤、アミン、ベンゾエート、およびそれらの組合せからなる群から選択される、請求項１９に記載の充填材。
【請求項２３】
請求項１９に記載の充填材を含む電気ケーブル。
【図１】
【図２】
【図２】
【公表番号】特表２００７−５２２２８２（Ｐ２００７−５２２２８２Ａ）
【公表日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５５１１０２（Ｐ２００６−５５１１０２）
【出願日】平成１７年１月４日（２００５．１．４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０００１０５
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０７３９８３
【国際公開日】平成１７年８月１１日（２００５．８．１１）
【出願人】（５９９０５６４３７）スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー (1,802)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１月４日（２００５．１．４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０００１０５
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０７３９８３
【国際公開日】平成１７年８月１１日（２００５．８．１１）
【出願人】（５９９０５６４３７）スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー (1,802)
【Ｆターム（参考）】
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