通信ケーブル用PEコンパウンド: 種類と特性

通信ケーブル用PEコンパウンド 特別に配合されたポリエチレンベースの材料で、電話、データ、および光ファイバーケーブルの絶縁体およびジャケットとして使用されます。これらは、通信インフラストラクチャが要求する低誘電損失、耐湿性、機械的靭性、および長期的な熱安定性の正確な組み合わせを実現し、多くの場合、埋設、架空、および海底ケーブル環境において PVC や他のポリマー代替品を上回ります。

PE コンパウンドが通信ケーブルの材料として選ばれる理由

ポリエチレンは 1950 年代以来、通信ケーブルの絶縁材の中心となってきました。その優位性は、代替材料が同時に適合させるのが難しい測定可能な電気的および物理的特性に帰着します。

プロパティ	PEコンパウンド	PVCコンパウンド	なぜそれが重要なのか
誘電率（1MHz時）	2.2 – 2.4	3.5～6.0	値を低くすると、信号の減衰とクロストークが減少します。
誘電正接 (tanδ)	0.0002 – 0.0005	0.05～0.15	熱として失われるエネルギーが少ない。高周波データにとって重要
体積抵抗率(Ω・cm)	10^16 以上	10^12 – 10^14	湿気の多い条件下での断熱性の向上
吸水（24時間）	0.01%未満	0.1～0.4%	直埋ケーブルや海底ケーブルでも安定したインピーダンス
使用温度範囲	-60℃～90℃	-15℃～70℃	北極、砂漠、高負荷条件でも信頼性を発揮

これらの図は、IEC 60189、ITU-T K.52、ASTM D1248 などの電気通信規格が信号伝送導体の基準絶縁材料として PE 化合物を参照している理由を説明しています。

通信ケーブルに使用されるPEコンパウンドの種類

すべてのポリエチレンが同じというわけではありません。各グレードは特定のケーブル構造要件に対応するように設計されており、間違ったタイプを選択すると、早期故障、信号劣化、または押出ラインでの処理上の問題が発生します。

高密度ポリエチレン (HDPE)

HDPE の結晶化度は 60 ～ 80% で、標準の PE グレードの中で最も高い剛性と耐薬品性を備えています。これは、土壌ストレス、げっ歯類の攻撃、および機械的影響が主な懸念事項となる、直接埋設ケーブルおよびダクト設置ケーブルの外側ジャケットとして使用されます。一般的な引張強さは 20 ～ 37 MPa で、破断点伸びは 500% を超えます。 HDPE ジャケットは、テルコーディア GR-20 に準拠したゲル充填電話分配ケーブルおよび HDPE ダクト光ファイバーケーブルに標準装備されています。

低密度ポリエチレン (LDPE)

LDPE は、誘電率が 2.25 と低く、誘電正接が 0.0003 未満であるため、マルチペア電話ケーブルや同軸ケーブルの誘電体における個々のツイストペアの絶縁材として適しています。その柔らかさ（ショア D 硬度 44 ～ 48）により、絶縁壁に亀裂を入れることなく強くねじることができます。これは、ペア数が 100 を超えるケーブルでは重要です。

中密度ポリエチレン (MDPE)

MDPE は、LDPE の柔軟性と HDPE の堅牢性の間のギャップを埋めます。密度が 0.926 ～ 0.940 g/cm3 の MDPE コンパウンドは、持続的な引張荷重下での応力亀裂耐性が必要とされる屋外架空ケーブルおよび自立ケーブルの一次シースとして主に選択されています。良好な MDPE コンパウンドの環境応力亀裂耐性 (ESCR) 値は、ASTM D1693 F50 テストで 1,000 時間を超えています。

直鎖状低密度ポリエチレン (LLDPE)

LLDPE は、低密度の電気特性と、その短鎖分岐構造による改善された耐穿刺性および引裂強度を兼ね備えています。カテゴリ 6A およびカテゴリ 8 データケーブルの薄壁絶縁として指定されることが増えており、絶縁壁は 0.15 mm と薄いですが、構造化された配線設備での繰り返しの屈曲に耐える必要があります。

気泡（発泡）PE コンパウンド

空隙率 30 ～ 60% の発泡 PE 絶縁体は、実効誘電率を 1.45 まで下げ、伝播速度を理論上の最大値に直接高めます。ブロードバンドおよび CATV 配信用の同軸ケーブル (SCTE/IEC 61196) では、固体 PE 誘電体は約 66% の伝播速度 (VOP) を達成するのに対し、発泡 PE 誘電体は 82 ～ 89% の VOP を達成します。これは単位長さあたりの帯域幅効率が大幅に向上します。

架橋ポリエチレン (XLPE)

化学的または放射線架橋により、熱可塑性 PE 構造が熱硬化性ネットワークに変換されます。 XLPE 絶縁体は、PE の融点 (HDPE の場合約 110°C) を超えてもその形状を保持し、連続動作温度は 90°C、短絡定格は 250°C までとなります。これは、火災条件下で回路の完全性を維持することが必須である IEC 60332 および UL 910 燃焼試験に基づいて、建物設備内のライザーおよびプレナム定格通信ケーブル用に指定されています。

主要な性能要件と PE コンパウンドがどのように要件を満たすか

長距離にわたるシグナルインテグリティ

壁厚 0.2 mm でLDPE で絶縁された直径 0.4 mm のツイストペアの場合、特性インピーダンスは約 100 オームです。これは、ISO/IEC 11801 に基づく構造化ケーブルの目標インピーダンスです。生産工程全体でプラスまたはマイナス 0.05 という厳密な誘電率許容差を維持することは、インピーダンスの変動を 2 オーム未満に抑えるために不可欠です。これは、測定可能なリターンロスが発生するしきい値です。ギガビットイーサネットリンク。

環境劣化に対する耐性

導管内に設置されたり、直接埋設されたり、空中メッセンジャーワイヤに固定されたりした通信ケーブルは、耐用年数が 20 ～ 40 年間、紫外線、湿気、酸化剤、温度サイクルにさらされます。これらの用途向けの PE コンパウンドは、次のもので安定化されています。

UV 遮蔽用に重量比 2 ～ 3% のカーボンブラック。ブラックジャケットの屋外ケーブルにとって最もコスト効率の高い保護であり、最も過酷な太陽気候でも 20 年以上の耐紫外線性を提供します。
カーボンブラックを使用できない天然または着色化合物用のヒンダードアミン光安定剤 (HALS)。
200 ～ 230°C での押出中およびケーブルの耐用年数中の酸化脆化を防止する酸化防止剤パッケージ (フェノール系および亜リン酸系ブレンド)。
導体界面での金属触媒酸化を抑制する直接接触絶縁内の銅不活性化剤。

高速押出ラインでの加工安定性

最新の通信ケーブル押出ラインは、薄壁ペア絶縁のために 500 ～ 1,500 m/min で稼働します。これらの速度では、PE コンパウンドのメルトフローインデックス (MFI) がツーリングやライン速度に正確に一致する必要があります。通常、断熱材グレードの場合は 0.3 ～ 2.0 g/10 分 (ASTM D1238、190°C/2.16 kg)、ジャケットグレードの場合は 0.2 ～ 0.8 g/10 分です。熱安定性は、押出機バレル内での 3 ～ 8 分間の滞留時間中に、ゲル、変色、または粘度の変動がなく劣化に耐えるのに十分でなければなりません。

屋内ケーブルの炎と煙の性能

プレナムまたはライザースペースの屋内通信ケーブルは、火炎伝播および煙密度のテストに合格する必要があります。標準の PE は本質的に難燃性ではないため、これらの用途向けのコンパウンドにはハロゲンフリー難燃剤 (HFFR)、主にアルミニウム三水和物 (ATH) または水酸化マグネシウムが 40 ～ 65 重量% 配合されています。適切な信号性能を維持するには、得られる化合物が 3.0 未満の誘電率と 0.01 未満の散逸率を達成する必要があり、これには ATH 粒子サイズと表面処理を慎重に選択する必要があります。

一般的に参照されるグレードと規格

標準	範囲	PEコンパウンド Requirement
ASTM D1248	電線・ケーブル用ポリエチレン	密度、MFI、色によって PE を分類します。タイプ I ～ IV のグレードを定義します
IEC 60189-2	PE絶縁を施した低周波ケーブルおよびワイヤー	誘電率最大 2.5、ESCR 最小 24 時間、引張最小 10 MPa
IEC 60840 / 62067	高圧電力・通信用架橋ケーブル	ホットセット伸びが 175% 未満、残留変形が 10% 未満の XLPE
Telcordia GR-20	工場外用光ファイバーケーブル	HDPE ジャケットの耐圧壊性、-30°C での衝撃、耐 UV 性 720 時間
UL 444 / UL 13	通信ケーブル（米国市場）	絶縁耐圧、熱変形、-10℃での冷間曲げ
RoHS / リーチ	有害物質の制限 (EU)	複合添加剤の鉛、カドミウム、ハロゲン含有量の制限

PE コンパウンドを指定する際の実際的な考慮事項

導体の適合性

裸の銅導体が PE と接触すると、高温で酸化劣化が促進される可能性があります。 Irganox MD 1024 など、統合された銅不活性化剤を含むコンパウンドを指定すると、安定化されていない PE と比較して、100°C での加速老化試験で絶縁寿命が 2 ～ 3 倍延長されます。錫メッキ銅導体はこの懸念を軽減しますが、排除することはできません。

色分けとペアの識別

マルチペアケーブルは、色分けされた絶縁体を使用して各導体とペアを識別します。 PE コンパウンドは幅広いマスターバッチ色を受け入れますが、顔料が誘電率に悪影響を及ぼしてはなりません。カーボンブラックは誘電率を大幅に上昇させるため、外側のジャケットに限定されます。ペア絶縁の場合、有機顔料は 1.5% 未満の添加レベルで電気特性を標準許容範囲内に維持します。

リサイクル性と持続可能性

PE コンパウンドは熱可塑性 (XLPE を除く) であり、技術的にはリサイクル可能です。ただし、異なるポリマーの層が結合された多層ケーブル構造には分離の課題があります。ケーブルメーカーは、2026 年以降に発効する EU 循環経済行動計画の要件に準拠して、耐用年数を経た機械的リサイクルを可能にするために、絶縁体とジャケットの両方が PE ベースであるモノマテリアル PE 構造を指定することが増えています。

保管と取り扱い

PE コンパウンドペレットは、密封されたバッグまたはサイロに入れて、温度 40°C 未満、相対湿度 60% 未満で保管する必要があります。 PE の吸湿性は非常に低いですが、ペレットの表面に吸収された水分は、高い押出速度で薄壁断熱材に表面欠陥やボイドを引き起こす可能性があります。ペレットが湿気の多い状態で保管されている場合、またはサイロで長期間保管された後は、60 ～ 70°C で 2 ～ 4 時間予備乾燥することをお勧めします。

通信ケーブル用PEコンパウンドの新たな開発

通信インフラが 5G バックホール、10 ギガビットパッシブ光ネットワーク (XGS-PON)、テラヘルツ周波数の実験リンクに向けて移行するにつれて、誘電体材料の性能基準は上昇しています。

最近の査読試験では、有機粘土またはシリカのナノ粒子を 2 ～ 5% の配合量で組み込んだナノ複合 PE コンパウンドは、誘電率に測定可能な変化がなく、ESCR が 30 ～ 40% 向上し、引張弾性率が 15 ～ 20% 向上することが実証されています。
サトウキビエタノール由来のバイオベース PE (商業的な例には Braskem I'm Green PE など) は、化石由来 PE と同一の電気特性プロファイルを提供し、ポリマー 1 kg あたり約 2.15 kg CO2e の二酸化炭素排出量削減を実現し、ISO 14064 の二酸化炭素削減公約を追求するケーブルメーカーをサポートします。
海底ケーブル用途向けに開発中の自己修復 PE アイオノマーは、繰り返しの機械的ストレスによって引き起こされる絶縁壁の微小亀裂を修復することができ、海底ケーブルの耐用年数を現在の 25 年の設計寿命から 40 年に延長する可能性があります。

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