JP2001118430A - 油浸電気絶縁用二軸配向ポリプロピレンフィルム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 膨潤性と油の流通性不良の双方を改良したポ
リプロピレンフィルムを生産性良く提供せんとするもの
である。 【解決手段】 メソペンタッド分率が９７．５〜９９．
５％のホモポリプロピレンからなり、面配向係数が０．
０１０〜０．０１５であり、かつマイクロメータ厚みＭ
ＭＶ（μｍ）と重量平均厚みＷＭＶ（μｍ）の比ＭＭＶ
／ＷＭＶが１．２〜１．６である油浸電気絶縁用二軸配
向ポリプロピレンフィルム。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気絶縁油に浸さ
れた状態で電気絶縁層として使用されるポリプロピレン
フィルムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】油浸電気機器（トランス、ケーブル、モ
ーター、ジュネレーターなど）の油浸絶縁層（または誘
電体層）として、従来は電気絶縁紙や電気絶縁紙とポリ
プロピレンフィルムを貼り合わせたものが使われてき
た。一方でポリプロピレンフィルムは優れた耐電圧性を
有することから、コンデンサーの誘電体として広く用い
られている。ポリプロピレンフィルムは電気絶縁紙より
も耐熱がはるかに高いというだけでなく、誘電正接が小
さいこと、あるいは誘電率が絶縁油の誘電率に近いこと
など、いくつかの利点を有している。しかし、従来のポ
リプロピレンフィルムは、絶縁油による膨潤が極めて大
きいという欠点を有しており、そのために油浸電気絶縁
用途に用いる場合、各種の制限があった。例えば、ポリ
プロピレンフィルムを巻いてケーブルを作り、これを絶
縁油に浸す場合、油によってフィルムが膨潤し、素子は
巻き締まって固くなってしまい、層間の絶縁油の流通性
が悪くなってしまうというトラブルを生じる。これを避
ける応急策として、はじめにフィルムを巻く時、緩く巻
いておくという手法があるが、緩く巻くと巻きずれを起
こしやすく、また、巻きじわも発生しやすい。

【０００３】従来のポリプロピレンフィルムのもうひと
つの欠点は、表面の粗さが不十分であるため、これを重
ね巻きした時、その層間で絶縁油の流通性が不十分にな
りやすく、これに起因する絶縁破壊を起こしやすいとい
うことであった。

【０００４】これらの欠点を解消する目的で、特公昭６
１−２６１６８号公報には、密度が０．９０５〜０．９
１５ｇ／ｃｍ³、複屈折が０．０２０〜０．０３５、両
軸方向の強度比（長手方向引張度／幅方向引張強度）が
５〜１５の範囲にあり、かつ、その片面または両面の表
面粗さ（Ｒｍａｘ）が１〜５０μｍの範囲にある油浸電
気絶縁用ポリプロピレンフィルムの開示がある。このフ
ィルムは圧延によって製造されるものであり、圧延とい
うプロセスが生産性に乏しいこと、目的とする用途に合
わせるために長時間のエージングが必要であることか
ら、さらに生産性に優れた油浸電気絶縁用ポリプロピレ
ンフィルムが求められてきている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、上記
した２つの欠点、すなわち、膨潤性と油の流通性不良の
双方について改良したポリプロピレンフィルムを生産性
良く提供せんとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に、本発明に係る油浸電気絶縁用二軸配向ポリプロピレ
ンフィルムは、メソペンタッド分率が９７．５〜９９．
５％のホモポリプロピレンからなり、面配向係数が０．
０１０〜０．０１５であり、かつマイクロメータ厚みＭ
ＭＶ（μｍ）と重量平均厚みＷＭＶ（μｍ）の比ＭＭＶ
／ＷＭＶが１．２〜１．６であることを特徴とするもの
からなる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下に、本発明について、望まし
い実施の形態とともに詳細に説明する。本発明でいうホ
モポリプロピレン（以下、ＰＰと略称することもあ
る。）とは、メソペンタッド分率が９７．５〜９９．５
％のものであり、より好ましくは、９８．５〜９９．５
のものである。メソペンタッド分率は、従来の規則性の
指標であるアイソタクチック度とは異なり、アイソタク
チックの立体構造の割合を直接反映する指標である。メ
ソペンタッド分率が上記範囲未満であると、絶縁油によ
る膨潤性が悪化し、上記範囲を超えると製膜性が著しく
悪化する。

【０００８】本発明におけるアイソタクチック度は９５
〜９９．５％の範囲にあることが好ましく、さらに好ま
しくは９７〜９９％、最も好ましくは９８〜９９％であ
る。アイソタクチック度が上記範囲未満であると絶縁油
による膨潤が大きくなる場合がある。上記範囲を越える
と製膜性が悪くなる場合がある。

【０００９】また、本発明におけるＰＰのメルトインデ
ックスは０．５〜４０ｇ／１０分、好ましくは１〜２０
ｇ／１０分の範囲のものである。メルトインデックスが
上記範囲より小さいと、やはり絶縁油による膨潤が大き
くなり、逆に上記範囲より大きいと絶縁油中への溶出分
が増加し、絶縁油の粘度上昇を起こしたりするので好ま
しくない。上記したＰＰの中でも、特に本発明フィルム
に好ましいものは、溶融結晶化温度（Ｔmc）が１０５〜
１２０℃の範囲、さらに好ましくは１０８〜１１８℃の
範囲にあるものである。Ｔmcが上記範囲より低いＰＰで
は、膨潤性が悪化する場合があり、上記範囲を超える場
合は製膜性が悪化する場合がある。

【００１０】次に本発明フィルムの密度は０．９０５〜
０．９１５ｇ／ｃｍ³が好ましく、さらに好ましくは
０．９０７〜０．９１２ｇ／ｃｍ³の範囲である。密度
が上記範囲より小さい場合は、絶縁油による膨潤が大き
くなり、上記範囲より大きい場合は、フィルムが脆くな
り、絶縁層の機械的強度が不足する。

【００１１】また、本発明フィルムの面配向係数は、
０．０１０〜０．０１５の範囲にあることが必要であ
る。面配向係数が上記範囲より小さいと、絶縁油による
膨潤性が悪化し、上記範囲を超えるとボイドなどの発生
により耐電圧性が悪化する。より好ましくは、０．０１
２〜０．０１４の範囲である。

【００１２】さらに、本発明フィルムにおいては、マイ
クロメータ厚みＭＭＶ（μｍ）と重量平均厚みＷＭＶ
（μｍ）の比ＭＭＶ／ＷＭＶが１．２〜１．６の範囲に
あることが必要である。ＭＭＶ／ＷＭＶが上記範囲以下
であると絶縁油の流通性が悪化し、上記範囲を越える
と、例えばケーブルなどで一定の耐電圧を得るために巻
く厚みが大きくなり、ケーブルそのものが太くなり、取
り扱い性に劣ったものとなってしまう。

【００１３】また、本発明のフィルムの１００℃での長
手方向（機械方向）の熱収縮率は、０．５〜２％の範囲
であることが、油浸電気絶縁用途には好適である。熱収
縮率がこの範囲より大きいと、絶縁層が巻き締まってし
わなどを生じやすいので好ましくなく、また逆にこの範
囲より小さいと、絶縁油の中では長手方向に伸びが生じ
る傾向となり、巻かれた絶縁層が緩むので好ましくな
い。

【００１４】次に本発明フィルムの製造方法の一例を述
べる。本発明のメソペンタッド分率のＰＰ樹脂を準備
し、押出機に供給して２３０〜２９０℃の温度で融解さ
せ、濾過フィルターを経た後、スリット状口金から押し
出し、金属ドラムに巻き付けてシート状に冷却固化せし
め未延伸フィルムとする。この場合、冷却用ドラムの温
度は３０〜６０℃とし、フィルムを結晶化させることが
好ましい。

【００１５】この未延伸フィルムを二軸延伸し、二軸配
向せしめる。延伸方法は、逐次二軸延伸法、または同時
二軸延伸法を用いることができる。逐次二軸延伸法の場
合、未延伸フィルムを１１５〜１４５℃の温度に加熱
し、長手方向に４〜７倍に延伸した後、冷却し、次いで
テンター式延伸機に導入し１４０〜１７０℃で幅方向に
７〜１１倍に延伸した後、１５〜１７０℃で弛緩熱処理
し冷却する。延伸されたフィルム（通常、厚みは１０〜
１００μｍの範囲）を、９０〜１４０℃に加熱されたエ
ンボスロールの間を通して、フィルムの片面または両面
を粗面化し、ＭＭＶ／ＷＭＶを目的とする値とする。

【００１６】以上述べたように、本発明フィルムの製法
としては、二軸延伸とエンボス加工の組み合わせが最も
好ましい方法であるが、その他の方法を用いて作っても
よい。例えば、エンボス加工の代わりにサンドブラスト
加工やエッチング法などで表面を粗面化してもよい。

【００１７】本発明は、ＰＰ樹脂のメソペンタッド分
率、面配向係数、ＭＭＶ／ＷＭＶの指定範囲値を組み合
わせたことによって、次のように優れた効果を生じるも
のである。 （１）絶縁油による膨潤が少ない。 （２）絶縁層間の絶縁油の流通性が良好である。 （３）絶縁層としての機械特性および巻く時の作業性に
優れている。 （４）絶縁層の巻き締まりおよび巻き緩みともに起こり
にくい。 （５）誘電正接、誘電率および耐圧特性も優れている。 従って、本発明フィルムは各種の油浸電気機器例えばト
ランス、ケーブル、モーター、ジェネレーターなどの油
浸絶縁層として好適なものである。

【００１８】［特性値の測定法］本発明で用いられてい
る用語および測定法を以下にまとめて説明する。 （１）メソペンタッド分率 ＰＰ樹脂をｏ−ジクロロベンゼン−Ｄ６に溶解させ、Ｊ
ＥＯＬ社製ＪＮＭ−ＧＸ２７０装置を用い、共鳴周波数
６７．９３ＭＨｚで¹³Ｃ−ＮＭＲを測定した。得られた
スペクトルの帰属、およびメソペンタッド分率の計算に
ついては、Ｔ．Ｈａｙａｓｈｉらが行った方法（Ｐｏｌ
ｙｍｅｒ、２９、１３８〜１４３（１９８８））に基づ
き、メチル基由来のスペクトルについて、ｍｍｍｍｍｍ
ピークを２１．８５５ｐｐｍとして各ピークの帰属を行
い、ピーク面積を求めてメチル基由来全ピーク面積に対
する比率を百分率で表示した。詳細な測定条件は以下の
とおりである。 測定濃度：１５〜２０ｗｔ％ 測定溶媒：ｏ−ジクロロベンゼン（９０wt％）／ベンゼ
ン−Ｄ６（１０wt％） 測定温度：１２０〜１３０℃ 共鳴周波数：６７．９３ＭＨｚ パルス幅：１０μ秒（４５°パルス） パルス繰り返し時間：７．０９１秒 データ点：３２Ｋ 積算回数：８１６８ 測定モード：ノイズデカップリング

【００１９】（２）アイソタクチック度 樹脂を６０℃以下の温度のｎ−ヘプタンで２時間抽出
し、ポリプロピレンへの添加物を除去する。その後１３
０℃で２時間真空乾燥する。これから重量Ｗ（ｍｇ）の
試料を取り、ソックスレー抽出器に入れ沸騰ｎ−ヘプタ
ンで１２時間抽出する。次に、この試料を取り出し、ア
セトンで十分洗浄した後、１３０℃で６時間真空乾燥
し、その後常温まで冷却し、重量Ｗ’（ｍｇ）を測定
し、次式で求めた。 アイソタクチック度＝（Ｗ’／Ｗ）×１００（％）。

【００２０】（３）メルトインデックス ＡＳＴＭ−Ｄ−１２３８に準じて、２３０℃、２．１６
ｋｇの条件で測定した。

【００２１】（４）溶融結晶化温度（Ｔmc）：Ｓｅｉｋ
ｏ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製熱分析装置ＲＤＣ２２
０型に、試料５ｍｇをアルミニウムパンに入れて装填
し、昇温速度２０℃／分で２００℃まで上温させ、この
２００℃の状態で５分間保持する。次いで、２０℃／分
の速度で降温し、試料の結晶化に伴う発熱ピークを描か
せる。このピークの頂上部の温度をＴmcとする。

【００２２】（５）密度 ＡＳＴＭ−Ｄ１５０５に規定の方法にしたがって測定し
た。

【００２３】（６）面配向係数 アッベの屈折計を用いて、フィルムの機械方向の屈折率
（Ｎｙ）、幅方向の屈折率（Ｎｘ）、厚み方向の屈折率
（Ｎｚ）を測定し、下記の式で面配向係数ｆｎを求め
た。なお、測定時の光源には、ナトリウムＤ線を用い、
マウント液としては、サリチル酸メチルを用いた。 ｆｎ＝（Ｎｘ＋Ｎｙ）／２−Ｎｚ

【００２４】（７）ＭＭＶ／ＷＭＶ フィルム１０枚を重ね合わせ、マイクロメータにより厚
みを測定し、１０で割って１枚のマイクロメータ厚みＭ
ＭＶ（μｍ）を計算した。また、フィルムを１００ｍｍ
×１００ｍｍでサンプリングしたものの重さを測定し、
１ｍ² 当たりの重さを計算したものを（５）項で測定し
た密度で割って重量平均厚みＷＭＶ（μｍ）とした。

【００２５】（８）熱収縮率 フィルムから、長さ２００ｍｍ、幅１０ｍｍの試料を切
り取る（熱収縮率を測定する方向を長さ方向とする）。
この試料を１２０℃の熱風循環オーブン中に１５分間保
持した後、室温中に取り出し、その長さを測定する。そ
の長さをＬ（ｍｍ）とすれば、熱収縮率は次式で求めら
れる。 熱収縮率（％）=１００×（２００-Ｌ）／２００

【００２６】（９）絶縁油による膨潤度 フィルムから１００ｍｍ×１００ｍｍの試料を切り取
り、この重量をＷ（ｍｇ）とする。この試料を８０℃の
ドデシルベンゼン油中に浸し、２４時間放置する。次い
で、この試料を取り出し、ろ紙で表面の油をふきとった
後、アセトン中に浸して洗浄し、アセトンを含ませたガ
ーゼでさらに完全に表面の油を除去する。この試料の重
量を測り、これをＷ’（ｍｇ）とすると、膨潤度（％）
は次式で求められる。 膨潤度（％）=１００×（Ｗ’−Ｗ）／Ｗ

【００２７】（１０）絶縁油の流通性 直径２０ｍｍの銅製の棒に３０ｍｍ幅にスリットしたフ
ィルムを、上下のフィルムで幅の４／５がお互い重なる
ように張力２０ｋｇｆで巻き、フィルムがゆるまないよ
う固定する。１００℃で１時間エージングした後、ドデ
シルベンゼン中に浸して、油を真空含浸せしめる。これ
を目視で気泡の有無を観察し、ドデシルベンゼンが行き
渡っているかどうかを次の基準で判定した。 ランクＡ：全面に均一にいきわたっている。 ランクＢ：微かに油のない点が存在する。 ランクＣ：油のない部分が面状に存在する。 油浸絶縁材料としては、ランクＡであることが必要であ
るが、低圧の用途ではランクＢでも使える場合がある。
ランクＣでは、油浸絶縁材料として不適格である。

【００２８】（１１）耐電圧特性 フィルムを３００ｍｍ×３００ｍｍでサンプリングし、
春日電機（株）製直流３０ｋＶ昇圧試験機により、直径
２４ｍｍの真鍮製電極を用いて１００Ｖ／秒で昇圧した
際の１０ｍＡ以上電流が流れた時点の電圧を読みとり、
厚みで換算して耐電圧（Ｖ／μｍ）とした。

【００２９】

【実施例】次に実施例に基づいて、本発明を説明する。 実施例１ メソペンタッド分率９９．１％（アイソタクチック度：
９８．１％、メルトインデックス：３．３ｇ／１０分）
のＰＰ樹脂を押出機に供給し、２７０℃で溶融押出し、
濾過フィルターを経た後、スリット状口金から押し出
し、６０℃に加熱した金属ドラムに巻き付けてシート状
に成形した。

【００３０】このシートを１３０℃で予熱し１３５℃の
温度で縦方向に５倍に延伸して冷却後、引き続きテンタ
ー式延伸機に導き、１５８℃で幅方向に９倍延伸後、１
６５℃の温度で幅方向に１０％の弛緩を与えつつ熱処理
して冷却し、５０μｍの二軸延伸ポリプロピレンフィル
ムを得た。このフィルムを１３０℃に加熱されたエンボ
スロールの間を通して、フィルムの両面に約８０メッシ
ュの絹目パターンを転写せしめた。

【００３１】実施例２ ＰＰ原料をペソペンタッド分率９８．６％（アイソタク
チック度：９８．８％、メルトインデックス：２．７ｇ
／１０分）とした以外は実施例１と同様の条件で作成し
たフィルムを実施例２とした。

【００３２】実施例３ 実施例２と同じＰＰ原料を用い、熱処理温度を１５５℃
とした以外は同じ条件で作成したものを実施例３とし
た。

【００３３】比較例１ ＰＰ原料をペソペンタッド分率９６．５％（アイソタク
チック度：９７．６％、メルトインデックス：２．９ｇ
／１０分）とした以外は実施例１と同様の条件で作成し
たフィルムを比較例１とした。

【００３４】比較例２ 実施例１と同様に二軸延伸ポリプロピレンフィルムを作
成し、フィルム表面に３００メッシュの絹目パターンを
転写したものを比較例２とした。

【００３５】比較例３ 実施例１で、縦延伸温度を１３０℃とし、延伸倍率を６
倍として、幅方向に延伸後の熱処理温度を１５０℃とし
た以外は同じ条件で作成したものを比較例３とした。

【００３６】比較例４ 実施例２で、縦延伸温度を１４５℃とし、延伸倍率を
４．５倍とした以外は同じ条件で作成したものを比較例
４とした。

【００３７】これらの実施例、比較例の特性を表１に示
す。本発明のフィルムはＭＭＶ／ＷＭＶ、熱収縮率、膨
潤度の値が適正であり、絶縁油の流通性も良く、耐電圧
も優れたものであった。一方、比較例１では、メソペン
タッド分率が低いことで膨潤度が大きく、絶縁油の流通
性が悪くなってしまった。比較例２では、ＭＭＶ／ＷＭ
Ｖの値が低いために、やはり絶縁油の流通性が悪くなっ
た。比較例３では面配向係数が高く、熱収も高いことか
ら油の流通性に劣り、またポリプロピレンフィルムの特
長である耐電圧性が損なわれた。比較例４では、配向が
低いために膨潤度が大きく、やはり絶縁油の流通性が損
なわれた。

【００３８】

【表１】

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明フィルム
は、絶縁油による膨潤が小さく、しかも絶縁油の流通性
も優れ、耐電圧にも優れるため、油浸電気絶縁用として
極めて有用である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 メソペンタッド分率が９７．５〜９９．
   ５％のホモポリプロピレンからなり、面配向係数が０．
   ０１０〜０．０１５であり、かつマイクロメータ厚みＭ
   ＭＶ（μｍ）と重量平均厚みＷＭＶ（μｍ）の比ＭＭＶ
   ／ＷＭＶが１．２〜１．６であることを特徴とする油浸
   電気絶縁用二軸配向ポリプロピレンフィルム。
2. 【請求項２】 長手方向の１００℃での熱収縮率が０．
   ５〜２％の範囲にある、請求項１の油浸電気絶縁用二軸
   配向ポリプロピレンフィルム。
3. 【請求項３】 密度が０．９０５〜０．９１５ｇ／ｃｍ
   ³ の範囲にある、請求項１または２の油浸電気絶縁用二
   軸配向ポリプロピレンフィルム。