CN104364854B - 绝缘材料以及使用该绝缘材料的高电压设备 - Google Patents

Abstract

提高绝缘材料特定方向的耐电压强度以及与该方向垂直的方向的韧性，使用该绝缘材料来提高高电压设备的可靠性。对于本发明，在含有母材树脂51、层状化合物53和微粒52的绝缘材料中，层状化合物53和微粒52为分散在母材树脂51中的状态，层状化合物53使用板状或棒状物质，其长轴在一定的方向上取向，微粒52为多个凝集而形成枝状结构，并且分散在相邻的层状化合物53之间的状态。

Description

绝缘材料以及使用该绝缘材料的高电压设备

技术领域

本发明涉及绝缘材料以及将该绝缘材料用于需要电绝缘位置的高电压设备。

背景技术

对于以模铸变压器、开关装置和电动机为代表的高电压设备，从节能、节省资源以及高效率化的观点考虑，正在推进设备的小型化。随着设备的小型化，如果构成设备的绝缘材料薄膜化，则绝缘材料的低韧性值化、低绝缘耐压化以及因内部产生的热而导致的温度上升会成为问题。

为了提高绝缘材料的特性，在绝缘材料中添加无机材料和有机材料是有效的。特别是为了提高绝缘材料的绝缘耐压，通常已知有添加粘土等绝缘性高的层状化合物的方法。

专利文献1中公开了通过在离聚物树脂中配合有机化粘土并挤出成型，从而形成有机化粘土取向的结构，由此提高弹性模量和机械强度的技术。

专利文献2中公开了含有环氧树脂、环氧树脂用固化剂以及由层状粘土矿物构成的无机纳米粒子，并且该无机纳米粒子均匀分散在环氧树脂中的耐部分放电性树脂组合物。

专利文献3中公开了在含有环氧树脂、环氧树脂用固化剂以及层状粘土化合物的环氧树脂组合物中，在层状粘土化合物的层间插入季铵离子，从而增大层间距离，使层间为亲油性的技术。

另外，在非专利文献1中记载了树脂韧性值由于网眼结构而提高的现象的分析结果。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009－235149号公报

专利文献2：日本特开2009－191239号公报

专利文献3：日本特开2005－179569号公报

非专利文献

非专利文献1：A.Sano,A.Ohtake,K.Kobayashi,H.Matsumoto:Development ofSimulation Techniques for Mechanical Strength of Nanocomposite InsulatingMaterials,ISEIM 2011

发明内容

发明要解决的问题

在树脂中添加层状化合物，并使层状化合物在树脂内部取向时，能够提高层状化合物的层叠方向的阻气性、绝缘性等特性。

一般而言，异种材料间的粘接界面与同种材料的粘接强度相比，容易产生剥离以及裂纹扩展。在产生热的条件下，除了粘接强度的效果外，还容易因热膨胀率的差异而产生剥离。因此，在使用电子显微镜观察在绝缘材料内部添加了层状化合物的树脂的断裂面时，多在其断裂面上观察到层状化合物。进一步，如果层状化合物在内部取向，则由于层状化合物的裂纹容易扩展的层平面方向在一个方向上排列，因此与层状化合物的层叠方向垂直的方向上的韧性下降。

在专利文献1中，关于裂纹扩展的各向异性以及在其中扩展的裂纹，没有适当记载，并且对于韧性值和绝缘耐压性高的绝缘材料也没有记载。

另外，在专利文献2和3中，将层状粘土矿物或层状粘土化合物均匀分散是效果之一。然而，仅仅均匀分散，无法充分地抑制裂纹的扩展。

在非专利文献1中，虽然描述了通过网眼结构来抑制裂纹扩展，但没有形成取向结构，并且对于发挥取向结构特有的优点，也没有记载。

本发明的目的在于，提高绝缘材料特定方向的耐电压强度以及与该方向垂直的方向的韧性，并且使用该绝缘材料来提高高电压设备的可靠性。

解决问题的方法

本发明的特征在于，在含有为树脂的母材、层状化合物和微粒的绝缘材料中，层状化合物和微粒为分散在母材中的状态，层状化合物使用板状或棒状物质，其长轴在一定的方向上取向，微粒为多个凝集而形成枝状结构，并且分散在相邻的层状化合物之间的状态。

发明效果

根据本发明，由于取向的层状化合物提高绝缘性，同时与母材树脂的亲和性低的微粒形成枝状结构而提高韧性，因此能够得到绝缘耐压高并且韧性值高的绝缘材料。

附图说明

图1A是表示裂纹扩展路径的示意图。

图1B是表示裂纹扩展路径的示意图。

图2是表示剥离路径长度与剥离能量的关系的图。

图3是表示用于测定试验片的韧性值的实验体系的概略立体图。

图4是表示实施例的树脂固化物的截面SEM图像。

图5是表示实施例的树脂固化物的微细结构的示意图。

图6是表示微粒的数量比例相对于层状化合物与微粒的极性差的图。

图7A是表示实施例的树脂固化物的微细结构的示意图。

图7B是表示实施例的树脂固化物的微细结构的示意图。

图8是表示电动机等中使用的电线的截面图。

图9是表示模铸变压器概略的部分截面立体图。

图10是表示电动机定子部概略的部分截面立体图。

具体实施方式

本发明特征在于，在含有为树脂的母材、层状化合物和微粒，并且层状化合物取向的绝缘材料中，微粒在层状化合物的周围凝集，形成了枝状结构(以下，也称为“树枝状结构”)。

此处，所谓“取向”是指在成型品任意位置的1.5μm×1.5μm视野中，用透射型电子显微镜观察到的层状化合物的90％以上、优选95％以上与特定的方向(取向方向)大致平行。所谓“大致平行”是指层状化合物中可视作长度方向的轴线与特定方向的轴线之间的角在0°(轴线一致)～45°以内。另外，所谓层状化合物的层叠方向，是指与层状化合物的取向方向垂直的方向。

以下，对本发明实施方式的绝缘材料进行说明。

所述绝缘材料含有为树脂的母材、层状化合物和微粒，层状化合物和微粒为分散在母材中的状态，层状化合物为板状或棒状，其长轴在一定的方向上取向，微粒多个凝集而形成枝状结构，并且分散在相邻的层状化合物之间。

在所述绝缘材料中，优选微粒的分布带在层状化合物的长轴层叠的方向上形成线状结构。

在所述绝缘材料中，优选微粒凝集于以将层状化合物的两个端部连结的线为边所构成的多边形的重心。

在所述绝缘材料中，优选母材和层状化合物是亲水性的，微粒是疏水性的。

在所述绝缘材料中，优选母材和层状化合物是疏水性的，微粒是亲水性的。

在所述绝缘材料中，优选层状化合物的长轴具有90％以上落入－45°～45°的范围内的方向。

在所述绝缘材料中，优选层状化合物包含选自由硅酸盐、蒙脱土、石墨和氮化硼组成的组中的至少一种。

在所述绝缘材料中，优选微粒的一次粒径的平均值为1～100nm。

所述绝缘材料可以适用于模铸变压器、开关装置、电动机等高电压设备。

作为绝缘材料的母材，可以适用在侧链具有羟基的环氧树脂、以在侧链具有羧基的聚甲基丙烯酸甲酯为代表的丙烯酸树脂、以及具有酰胺键的尼龙这样具有亲水性侧链的树脂。

作为微粒，有无机化合物、有机化合物或有机无机复合物。作为无机化合物，可以列举二氧化硅、硅酮等硅化合物；氧化铝、氧化钛等无机氧化物；以氮化铝、氮化硼等氮化物为代表的无机氮化物等。作为有机化合物，可以列举丁苯橡胶、丁腈橡胶等有机弹性体等。作为有机无机复合物，是用有机盐修饰云母等无机矿物表面所得的有机粘土等有机无机复合物。

上述微粒的表面优选用以甲基、甲氧基、烷基和烷氧基为代表的疏水基进行了修饰。微粒的形状优选为球形，也可以包括无定形微粒。在本发明中，“球形”的用语，不仅包括圆球形状，也包括圆球略微变形的形状，例如，长径与短径之比可以为3：1左右。对于微粒的添加量，以母材成分的质量基准计，优选为2～8质量％，特别优选为2.5～6质量％。

本发明中的疏水性微粒，与一般的填充剂不同，虽然相比于填充剂以少量添加，但是由于粒径小，比表面积非常大，因此也起到填充剂的效果。

作为层状化合物，可以列举粘土矿物、硅酸盐、石墨(graphite)、氮化硼等。其中，粘土矿物可以分为天然粘土矿物和合成粘土矿物。作为天然粘土矿物，可以列举蒙脱土等。作为合成粘土矿物，可以列举合成氟化云母、合成蒙脱石等。

层状化合物的表面优选用亲水基修饰。层状化合物的层可以剥离，也可以未剥离。即使未剥离，也发挥出高韧性化的功能，但发生了剥离时更能够提高性能。

另外，还可以添加在该领域中熟知的常规的有机或无机填充剂。进一步，可以添加除了数mm以下长度的短纤维以外的添加剂，例如阻燃剂、着色剂等。

本发明的优选实施方式之一，是在亲水性的树脂中混合疏水性的微粒和亲水性的层状化合物，并且具有枝状结构(树枝状结构)，所述枝状结构包含微粒在层状化合物的周围连成线状的结构体(线状结构)。由此，能够抑制在与层状化合物的层叠方向垂直的方向上扩展的裂纹。

为了实现该结构，必须使用适当的搅拌装置充分地搅拌树脂成分(在环氧树脂的情况下，可以含有酸固化剂、根据需要的固化促进剂等。)、疏水性微粒以及用亲水基对表面进行了改性的层状化合物。即使暂时混合均匀，过一会之后，微粒也会在层状化合物的周围开始凝集，形成具有层状化合物的层叠方向成分的枝状结构。通过该枝状结构，从而提高固化的绝缘材料(树脂固化物)的机械强度。

在将亲水性的二氧化硅与具有亲水基的树脂(例如，环氧树脂)混合、搅拌时，二氧化硅均匀分散，但不会像本发明绝缘材料这样形成枝状结构。

在后述的实施例中，使用具有亲水性侧链的环氧树脂作为母材，使用二氧化硅作为微粒，使用蒙脱土作为层状化合物。

环氧树脂是在分子内包含2个以上由2个碳原子和1个氧原子构成的环氧基的化合物，其是通过适当的固化剂使该环氧基发生开环反应，形成树脂固化物而得到的。

作为环氧树脂，例如，可以列举通过环氧氯丙烷与双酚类等多元酚类或多元醇的缩合得到的双酚A型环氧树脂、溴化双酚A型环氧树脂、氢化双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、双酚AF型环氧树脂、联苯型环氧树脂、萘型环氧树脂、芴型环氧树脂、酚醛清漆型环氧树脂、苯酚酚醛清漆型环氧树脂、邻甲酚酚醛清漆型环氧树脂、三(羟苯基)甲烷型环氧树脂、四羟苯基乙烷型环氧树脂等缩水甘油醚型环氧树脂；通过环氧氯丙烷与羧酸的缩合得到的缩水甘油酯型环氧树脂；通过三缩水甘油基异氰酸酯或环氧氯丙烷与海因类的反应得到的海因型环氧树脂这样的杂环式环氧树脂作为其优选例子。另外，它们可以单独使用，或者将2种以上混合使用。

还可以与环氧化合物用固化剂并用地添加促进或控制环氧化合物的固化反应的环氧化合物用固化促进剂。特别是在添加酸酐系固化剂时，由于和胺系固化剂等其它固化剂相比，其固化反应慢，因此多使用环氧化合物用固化促进剂。作为环氧化合物用固化促进剂，可以使用叔胺或其盐、季铵化合物、咪唑、碱金属醇盐等。

为了能够根据树脂的亲水性或疏水性提高分散性而将表面的硅烷醇基取代为烷基等的粒径为纳米级的二氧化硅被称为疏水化纳米二氧化硅。

已知在固化前的环氧树脂中分散亲水性的纳米二氧化硅时，粘度的上升不大，而分散表面疏水化二氧化硅(疏水化纳米二氧化硅)时，有粘度升高的倾向，可以观察到触变性。

产生触变性的原因可以认为是，相对于在侧链具有亲水基的环氧树脂，在疏水化二氧化硅彼此之间产生疏水性相互作用(在亲水溶剂中对疏水性粒子彼此起作用的表面力)，形成表面疏水化二氧化硅的结构体(凝胶状态)。

在后述的实施例中，如果这种结构体在固化处理后还可以维持，则表示固化树脂被强韧化。本发明的绝缘材料，还可以在不会阻碍本发明所希望效果的范围内含有防流挂剂、防沉降剂、消泡剂、流平剂、润滑剂、分散剂、基材润湿剂等添加剂。

本发明中使用的树脂材料，以上述各材料为基础，如下进行制造。

首先，一边对作为母体的树脂施加剪切力和拉伸力中的至少一种，一边将微粒和层状化合物混合在该树脂中。需要说明的是，这时还可以根据需要在不会阻碍本发明所希望效果的范围内添加无机氧化物和微细弹性体中的至少任一种。由此，可以使微粒二氧化硅在环氧树脂中的分散变得容易。

作为用于混合的装置，使用自转公转式搅拌装置，而只要是能够一边施加剪切力、拉伸力一边进行混合的装置，就并不限定于此。例如，可以使用珠磨混合机、3辊磨混合机、均质混合机、带搅拌叶的树脂混合机等。

通过挤出成型使层状化合物取向，但也可以根据要求的取向程度、制造难易度，对树脂施加拉伸应力、压缩应力等力，得到层状化合物的取向结构。

此处，对于有关绝缘材料剥离的理论进行说明。

图1A和图1B示意地表示在绝缘材料中扩展的裂纹。

在这些图中，用虚线表示在绝缘材料2的部分截面上产生的裂纹扩展路径3、4。图1A的裂纹扩展路径3为直线。另一方面，图1B的裂纹扩展路径4为弯折的Z字形。

如果分离界面的每单位面积的能量是一定的，则剥离所需的能量(剥离能量)取决于剥离路径。也就是说，如果假定裂纹的宽度相同，则剥离能量取决于裂纹的扩展距离。

比较图1A的裂纹扩展路径3与图1B的裂纹扩展路径4时，裂纹的扩展距离长的后者裂纹扩展路径4的剥离能量更大。

图2表示剥离路径长度与剥离能量的关系。

本图中定性地显示了剥离路径长时，所需的能量(剥离能量)也变大。对于剥离能量而言，不仅取决于表面的修饰情况，而且还存在其方向性、与基体的量子化学相互作用，虽然通常随着路径而增大，但是在理论或实验上唯一地确定其定量值并不容易。然而，已知定性地显示出该倾向。即使在裂纹的生长初期不稳定破坏时，由于裂痕随着卸载而扩展，因此这时图2所示的关系也定性地成立。换句话说，从抑制裂纹扩展的观点考虑，延长裂纹扩展路径对于提高韧性是有效的。

以下，使用实施例进行说明。

实施例1

通过将树脂中的微粒形成线状结构，能够延长裂纹扩展路径，而为了确认韧性值提高，通过以下工艺向侧链具有亲水基的树脂内部添加具有疏水基的微粒，制作树脂材料A。

首先，向作为母材的环氧树脂中投入微粒和固化剂，用自转公转式搅拌装置进行搅拌。然后，使其流入到金属制的模具中，在80℃下保持8小时，在140℃下保持12小时，使树脂固化。经5小时将其缓慢冷却后，从模具中取出，作为试验片。

由于目的是确认通过微粒的线状结构而导致裂纹扩展路径改变的效果，因此不添加层状化合物。作为环氧树脂，使用具有典型的双酚A型结构，并且在1分子单体中具有2个环氧基的材料。作为固化剂，使用作为酸酐的邻苯二甲酸酐。作为微粒，使用通过二甲基硅油进行了疏水化的二氧化硅(Aerosil公司制，制品名：AerosilRY200，一次粒径：12nm)，并且其添加量相对于母材为5质量份。

图3表示用于测定韧性值的实验体系的概略。

对于该测定，根据ASTM D5045－91，通过三点弯曲试验测定破坏韧性。

在本图中，制作的试验片32具有切口34。用剃刀的刀刃在该切口34的最深处形成初期裂纹35。然后，对于试验片32，使切口34朝下，在使用支点33支撑其两端部的状态下，水平设置，并从上方施加规定的荷重，进行测定。

以未添加微粒的试验片，即由环氧树脂和固化剂形成的试验片作为基准，算出相对韧性值。

由添加了疏水化的二氧化硅作为微粒的树脂材料A形成的试验片，其相对韧性值为1.2。与此相对，在分散了等量(5质量份)的亲水微粒(未疏水化的二氧化硅)代替疏水化的二氧化硅的树脂材料的情况下，相对韧性值为1.1。

在通过光学显微镜观察微粒为疏水化的二氧化硅的树脂材料A的断裂面时，可知形成了很多在均匀分散有粒子的树脂材料的截面上看不到的槽结构。由此可以确认，通过由该微粒形成的线状结构，阻碍了裂纹扩展。

图4表示用扫描型电子显微镜(SEM)拍摄由上述工艺制作的树脂材料A的截面的图像。

在本图中，在为环氧树脂的母材树脂46中分散有为疏水化的二氧化硅的微粒47。微粒47在母材树脂46的内部凝集，形成由虚线表示的分布带48。需要说明的是，虚线是本发明人补加的。

分布带48表示在将以大约0.5μm程度以下的间隔存在的微粒47的块连接起来时微粒47的存在区域。分布带48具有枝状结构(树枝状结构)。枝状结构的枝部长度或粗度为1μm以上。其相当于微粒47的粒径12nm的大约100倍。由此可以认为，为了使微粒47形成枝状结构而发挥作用，必须使100个相当微粒包含在凝胶状态的构成物中。为了将分布带48扩展至母材树脂46全体，分布带48彼此之间的最大间隔也必须是为凝胶构成物的枝部长度的100个相当微粒(1μm)以上。

然而，如果多个枝状结构的最小间隔大，则枝状结构成为孤立的凝集体，无法形成扩展至树脂全体的凝胶结构。因此可以认为，该最小间隔优选为100个相当微粒以下。

以下，对于添加了层状化合物的情况进行说明。

图5是表示含有层状化合物的树脂固化物的微细结构的示意图。

在本图中，在母材树脂51的内部分散有长轴在同一方向上取向的层状化合物53和微粒52。母材树脂51在侧链具有亲水基。层状化合物53具有亲水基。微粒52在其表面具有疏水基。区域54(画斜线的部分)是夹在相邻的层状化合物53的长轴之间的区域。

图6表示针对层状化合物53和微粒52的极性差异(极性差)，算出图5中母材树脂51内部所含的微粒52全体中属于区域54的微粒52的数量比例的结果。此处，极性使用Hildebrand的溶解度参数。当该溶解度参数低时，可以说相对为疏水性。

由图6可知，随着极性差变大，图5的微粒52逐渐不属于区域54。

其原因在于，根据极性差而产生自由能的变化，引力和斥力(排斥力)在分子间起作用。也就是说，可以认为其原因是，当极性差变大时，在层状化合物53和微粒52之间产生的斥力变大，微粒52难以进入到相邻的层状化合物53之间。

对于上述计算结果来说，为了观察到层状化合物53与微粒52之间的作用力，将微粒52与母材51之间的相互作用设定为较小，而如果考虑到相互作用，则区域54以外的微粒52凝集起来，形成枝状结构。

为了阻碍裂纹的扩展，将在层状化合物53的取向方向上扩展的裂纹扩展方向向层状化合物53的层叠方向倾斜，延长裂纹的扩展路径是有效的。因此，作为微粒52的分布带的枝状结构，优选在层状化合物53的长轴层叠的方向(层叠方向)上多个相连而形成线状结构。换句话说，优选层状化合物53和线状结构(分布带的相连)形成网眼结构。

以下，使用实施例对有无层状化合物导致的破坏韧性值的差异进行说明。

表1汇总表示了树脂材料B和树脂材料C的共同成分(重量比)。

共同成分中，树脂主剂(母材树脂)为环氧树脂，固化剂为酸酐(邻苯二甲酸酐)，层状化合物为纳米粘土。

此处，纳米粘土是通过聚氧亚丙基甲基二乙基铵实施离子交换处理，从而对表面进行了亲水处理的蒙脱土((Na,Ca)_0.33(Al,Mg)₂(Si₄O₁₀)(OH)₂·nH₂O)。该蒙脱土是面方向的尺寸中长轴和短轴均为0.1～1μm、厚度为1～10nm的层状粘土矿物的一种。将纳米粘土的添加量调整为相对于母材树脂100质量份为10质量份。

表2汇总表示了未添加二氧化硅作为微粒的树脂材料B和添加了二氧化硅的树脂材料C的破坏韧性值。

此处，二氧化硅是通过二甲基硅油进行了疏水化的二氧化硅(Aerosil公司制，制品名：AerosilRY200，粒径：12nm)。二氧化硅的添加量相对于母材树脂100质量份为5质量份。

由本表可知，添加了二氧化硅作为微粒的树脂材料C的破坏韧性值提高。可以认为其原因是，微粒阻碍裂纹的扩展。

[表1]

共同的构成成分	重量比
		树脂主剂：环氧树脂	1.0
固化剂：酸酐	0.8
		层状化合物：纳米粘土	0.1

[表2]

	微粒的添加	破坏韧性值※
			树脂材料B	无	1.0
树脂材料C	有	1.1

※相对于树脂材料A的相对值

树脂材料B和树脂材料C的搅拌工艺与树脂材料A同样。

搅拌后，将固化前的树脂材料挤出成型，使层状化合物在树脂材料的内部取向。反复涂布多次树脂材料后，在80℃下保持8小时，在140℃下保持12小时，使其固化。然后，经5小时将其缓慢冷却。然后，切下固化的树脂材料，得到试验片。在反复涂布树脂材料时，如果粘度过低，则无法维持层状化合物的取向结构，因此希望具有适当的粘度。

图7A示意地表示树脂材料C截面的SEM图像。

在本图中，在母材树脂51的内部分散有长轴在大致相同的方向上取向的层状化合物53和微粒52。用虚线表示的分布带58是多个微粒52凝集形成的树枝状的枝状结构。可以确认到，在相邻的层状化合物53之间微粒52较少以及具有层状化合物53的层叠方向成分的微粒52的线状结构(分布带58的线状结构)。也就是说，层状化合物53与分布带58的相连(线状结构)形成了网眼结构(格子结构)。

当层状化合物的添加量较少时，形成上述图7A所示的结构。

另一方面，在含有较多层状粘土的区域中，形成如下所示的图7B的结构。

图7B示意地表示树脂材料C截面的SEM图像。

在本图中，在母材树脂51的内部分散有长轴在大致相同的方向上取向的层状化合物53和微粒52。用虚线表示的分布带58是多个微粒52凝集形成的树枝状的枝状结构。

连接靠近的层状化合物53或相邻的层状化合物53的两个端部(长轴的端部)的点线59，构成以该端部为顶点的多边形的一边。在仅由点线59构成的多边形中，微粒52聚集，容易形成分布带58。另一方面，在以点线59和层状化合物53的长轴为边的多边形中，难以形成分布带58。

可以认为其原因是，微粒52与层状化合物53互相排斥。因此，分布带58存在于仅由点线59构成的多边形的重心附近的概率提高。

该分布带58成为在仅由点线59构成的多边形区域中扩展的裂纹的障碍物，能够抑制裂纹的扩展。换句话说，能够更有效地使裂纹扩展的路径变窄。这是微粒不凝集而均匀分散时无法获得的效果。

图7A所示的情况也和图7B同样，可以认为在仅由连接靠近的层状化合物53或相邻的层状化合物53的两个端部(长轴的端部)的点线59构成的多边形的重心附近形成有分布带58。

通过该构成，裂纹的扩展路径弯曲而变长，因此剥离能量增大。由此，韧性提高。

在上述的实施例中，使用环氧树脂作为树脂，但即使使用除此以外的丙烯酸树脂、尼龙、高导热导电树脂等亲水性树脂，通过亲水性的层状化合物、疏水性的微粒的组合，也发挥同样的效果。

在上述的实施例中，使用蒙脱土作为层状化合物，但根据耐电压特性、热传导特性等希望的特性，也可以使用硅酸盐、石墨(graphite)、氮化硼等，并且由于即使在层间插入有离子、分子等也能够抑制与层状化合物的层叠方向垂直的方向上的裂纹扩展，因此发挥与上述实施例同样的效果。此处，石墨(graphite)优选使用浸渍在热浓硫酸中使表面成为亲水性的材料。

能够制作的二氧化硅的最小粒径为1nm。另外，在混入粒径超过100nm的微粒时，因布朗运动而妨碍微粒的凝集，无法期待枝状结构的形成。

在上述的实施例中，使用一次粒径为12nm左右的二氧化硅，但只要微粒粒径为1nm以上且100nm以下(1～100nm)，就能够形成具有网眼结构的分布，韧性值提高。

在上述的实施例中，使用纳米二氧化硅作为微粒，但使用无机氧化物或弹性体粒子或者通过甲基、烷基、甲氧基、烷氧基等对它们的表面进行了疏水处理的无机氧化物或弹性体粒子，也能够得到本发明的效果。

在上述的实施例中，树脂、层状化合物和微粒分别使用一种材料，但它们并非必须为一种材料，在不会阻碍本发明效果的范围内使用多种树脂、层状化合物和微粒，也发挥同样的效果。另外，也可以在不会失去本发明效果的范围中添加尺寸(粒径)不同的粒子。作为尺寸不同的粒子，可以列举二氧化硅、橡胶、氧化铝等。

如果在绝缘材料中添加相对于母材超过50质量份的层状化合物，则绝缘材料的粘度提高，成型加工性下降。因此，为了得到本发明的效果，添加的层状化合物的添加量优选为50质量份以下。

作为层状化合物，可以由一次粒径超过毫米级的材料制作纳米尺寸的层状化合物。一般而言，如果减小层状化合物的粒径，则有粘度上升的倾向，因此只要考虑在绝缘材料的母材中的熔解难易度以及成型的难易度来决定层状化合物的粒径即可，这时也发挥与上述实施例相同的效果。

在上述的实施例中，母材、层状化合物和微粒分别为亲水性、亲水性、疏水性，而根据图6的结果，如果母材与层状化合物的极性差小，层状化合物与微粒的极性差大，则存在于层状化合物层间的粒子数少于在此以外区域的粒子数，因此该微粒的分布带具有与层状化合物的层叠方向平行的方向成分。由此，即使母材、层状化合物和微粒的极性分别为疏水性、疏水性、亲水性，也能够得到与上述实施例相同的结果。

作为母材、层状化合物和微粒的极性分别为疏水性、疏水性、亲水性的例子，有氟化环氧树脂、疏水化的蒙脱土和亲水性二氧化硅的组合。

实施例2

图10是电动机的定子部的概略图。

在本图中，电动机的定子部200包括铁芯300、和卷绕安装在该铁芯300上的电线301。

图8是表示电线301的截面图。

在本图中，在施加高电压的导体81的周围设有将导体间和导体－地面间绝缘的绝缘被膜82，进一步，在其周围设有绝缘性的保护被膜83。

通过挤出成型将实施例1的树脂材料C以固化前的状态涂布在铜线的长度方向上，形成绝缘被膜82。在使用树脂材料C作为绝缘被膜82时，绝缘被膜82的破坏韧性提高，能够实现电动机的小型化、轻量化和高寿命化。

为了提高生产率，除了提高挤出成型时的挤出速度以外，还可以增大层状化合物的粒径，这时也可以得到同样的效果。

实施例3

图9是模铸变压器的概略图。

在本图中，模铸变压器90具有铁芯91、卷绕安装在该铁芯91上的形成低电压的一次线圈92、比一次线圈92设置得更靠外侧并且与一次线圈92相比形成高电压的二次线圈93、以及比二次线圈93设置得更靠外侧的外周侧屏蔽模拟线圈95。一次线圈92、二次线圈93和外周侧屏蔽模拟线圈95，通过用绝缘材料94进行树脂铸模而一体化。此处，使用树脂材料C作为绝缘材料94。

绝缘材料94如下形成。

将实施例1的树脂材料C以固化前的状态挤出数十mm并流入到二次线圈93和一次线圈92之间，使树脂材料C内部的层状化合物的取向方向与以最短距离连结一次线圈92和二次线圈93的方向一致。

由此，绝缘材料94的破坏韧性和强度提高。由此，能够实现模铸变压器14的小型化、轻量化和高寿命化。

另外，绝缘材料94能够抑制产生裂纹的劣化部位的放电。因此，模铸变压器90也不会产生部分放电，能够保持长时间的可靠性，能够长期运行。另外，模铸变压器90能够以和以往技术的变压器同等的大小在更高的电压下使用。

在上述的模铸变压器90中，反复涂布20～30mm的绝缘材料94，但只要绝缘材料94的膜厚为100nm以上，就能够得到本发明的效果。

在实施例2和3中，使用实施例1的树脂材料C作为电线被膜和模铸变压器的绝缘材料，但除此以外，树脂材料C也可以适用于开关设备、电动机、逆变器等高电压电气设备中必须绝缘的部位，由此，能够提高该部位的强度，能够提高高电压电气设备的可靠性。

需要说明的是，在使用石墨或氮化硼作为层状化合物时，能够提高绝缘材料的热传导率，如果将该绝缘材料用于高电压设备的适当位置，则能够使该设备小型化。

产业上的可利用性

本发明的绝缘材料，其绝缘耐压和韧性值高，可以用于各种电气设备的铸模材料、绝缘基板等。

符号说明

2、94：绝缘材料，3、4：裂纹扩展路径，32：试验片，33：支点，34：切口，35：初期裂纹，46、51：母材树脂，47、52：微粒，48、58：分布带，53：层状化合物，54：区域，59：点线，81：导体，82：绝缘被膜，83：保护被膜，90：模铸变压器，91：铁芯，92：一次线圈，93：二次线圈，95：外周侧屏蔽模拟线圈，200：定子部，300：铁芯，301：电线。

Claims (11)

1.一种绝缘材料，其特征在于，含有为树脂的母材、层状化合物和微粒，所述层状化合物和所述微粒为分散在所述母材中的状态，所述层状化合物为板状或棒状，且其长轴在一定方向上取向，所述微粒多个凝集而形成枝状结构，并且分散在长轴取向方向上相邻的所述层状化合物之间，

所谓“取向”是指在成型品任意位置的1.5μm×1.5μm视野中，用透射型电子显微镜观察到的层状化合物的90％以上与特定方向即取向方向大致平行；所谓“大致平行”是指层状化合物中可视作长度方向的轴线与特定方向的轴线之间的角在0°～45°以内。

2.如权利要求1所述的绝缘材料，其特征在于，所述微粒的分布带在所述层状化合物的所述长轴层叠的方向上形成线状结构。

3.如权利要求1所述的绝缘材料，其特征在于，所述微粒凝集于以将所述层状化合物的两个端部连结的线为边所构成的多边形的重心。

4.如权利要求1～3中任一项所述的绝缘材料，其特征在于，所述母材和所述层状化合物是亲水性的，所述微粒是疏水性的。

5.如权利要求1～3中任一项所述的绝缘材料，其特征在于，所述母材和所述层状化合物是疏水性的，所述微粒是亲水性的。

6.如权利要求1～3中任一项所述的绝缘材料，其特征在于，所述层状化合物的所述长轴具有90％以上落入－45°～45°的范围内的方向。

7.如权利要求1～3中任一项所述的绝缘材料，其特征在于，所述层状化合物包含选自由硅酸盐、蒙脱土、石墨和氮化硼组成的组中的至少一种。

8.如权利要求1～3中任一项所述的绝缘材料，其特征在于，所述微粒的一次粒径的平均值为1～100nm。

9.一种高电压设备，其特征在于，使用权利要求1～8中任一项所述的绝缘材料。

10.如权利要求9所述的高电压设备，其特征在于，所述高电压设备为模铸变压器。

11.如权利要求9所述的高电压设备，其特征在于，所述高电压设备为电动机。