JP2001516136A - 電気絶縁性材料及びその製造方法、そしてその材料からなる絶縁性物体 - Google Patents

電気絶縁性材料及びその製造方法、そしてその材料からなる絶縁性物体

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− イエンセン、ブヨルン ヴィンター
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Abstract

(57)【要約】 熱可塑性ポリマーの連続相、及びその中に完全に又は部分的に相互に貫入する網目構造の形態で配合された液体の又は容易に溶融しうる誘電体の付加的な相から成る電気絶縁材料であって、そしてポリマーと誘電体の重量比が、95:5〜25:75の間である電気絶縁材料。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 (技術分野) 本発明は、熱可塑性のポリマー及び誘電体からなる、電気的に絶縁性の材料に
関する。
【0002】 (背景技術) 誘電性オイルを含浸した紙を用いた、絶縁性の高電圧直流ケーブルはすでに知
られている。このような絶縁性ケーブルの製造法は、電気伝導体の周囲を紙で包
み、乾燥し、紙を加熱して含浸し、そして周囲の温度まで絶縁体を冷却するよう
な多くの工程を含有するので、扱いにくくそして時間の掛かる方法である。この
ようなケーブルはまた、交流にも用いることができる。
【0003】 すでに知られた絶縁体を用いることによって、絶縁破壊を起こす部分的なチャ
ージ効果を避けることができるが、しかし得られたケーブルはケンチング(quen
ching)に対し敏感であり、そして操作の温度は約80℃を越えてはいけない。
【0004】 GB特許第1,371,991号は、多孔性の、電気的に絶縁性のポリマーフィルムを誘 電体流体で含浸し、続いて誘電体流体の封入を考慮してポリマーフィルムを熱- 収縮することによって製造される絶縁材料を開示している。このすでに知られた
絶縁材料を絶縁のため例えば高-電圧ケーブルに用いることは、含浸ポリマーフ ィルムが電気導体の周囲に巻かれていることが前提とされているので、最初に記
載の絶縁方法のように手間がかかってしまう。
【0005】 高-電圧交流ケーブルを、ポリエチレン、又は架橋ポリエチレンのようなポリ マーの押し出し成形によって作られた絶縁層で絶縁することがまた知られている
【0006】 高-電圧直流ケーブルを絶縁するため、このようなポリマーの絶縁層を用いる ことは不可能であった。即ち、動作条件の周囲の温度に冷却する間に、部分的な
チャージ効果が累積し、かくて絶縁破壊の恐れを必然的に伴うからである。
【0007】 また、絶縁及び/又はフィールド等化(field equalization)に、各種タイプの ゲルを用いることが知られている。
【0008】 米国特許4,943,685は、ゲルが導体の周囲の空隙を充たし、そして絶縁体とし て作用するように、例えばケーブルの接続、又はケーブルのシューの部分に注入
するため、軽く架橋したポリマー、及び鉱物油のような、絶縁性流体から形成さ
れたゲルを使用することを開示している。
【0009】 米国特許5,218,011は、空洞や電気ケーブル中の充填材として組み込む、流体 、増粘剤、及び水吸収性ポリマーを含有するゲル組成物の使用を開示している。
このようなゲルの存在の主な目的は、水が入ることを防止することにあり、換言
すればゲルはそれ自身で隔壁を形成しているのである。もし水がこの隔壁を通過
して侵入するなら、水吸収性ポリマーは活性化され、そして水を吸収する。この
タイプのゲルは主に、低い直流電圧に関連して用いられる。
【0010】 WO 86/01634は、電気機器に関連してフィールドの等化に対して、その中に流 体がそして所望により充填材が分散されている、ポリマーを含有するゲロイド(g
elloid)組成物の使用を開示している。この組成物は、高電圧に対する使用に特 によく適合している。
【0011】 機械的な強度を有していないことがこれらのタイプのゲルの共通な特徴であり
、この理由のため、寸法安定性のある絶縁層を形成するためには最も不適任なの
である。ゲルの目的は、概して、空気が絶縁性に乏しいので、空気を立ち退かす
素材として作用することにある。米国特許5,218,011、及びWO 86/01634に記載の
ゲルに関しては、特定のゲルは本質的には特別の絶縁効果を有していないという
付加的な欠点があり、この理由のため追加の絶縁層を一般的に用いなければなら
ない。
【0012】 JP 8302113Aは、ポリブテン、ポリブタジエン、ポリシオプレン(polysioprene
)、及びブチルラバー、無機充填材、及び有機パーオキサイドから選ばれる、少 なくとも一種の化合物と調合されたエチレン-プロピレンラバーの使用を開示し ており、追加の油を使用することなく絶縁材料を調製している。
【0013】 最後に、WO 96/27885は、ワイヤーやケーブルの絶縁材又は外装として、ポリ プロピレンのポリマー、又はコポリマー、ポリエチレンワックス、及び被覆水酸
化マグネシウムを含有する組成物の使用を開示している。このような組成物は容
易に押し出し成形され、そしてワックスの含有率は滑らかな、そして耐摩耗性の
表面を保証している。
【0014】 高電圧に対し上記組成物の使用は、しかしながら、物質の難燃効果の観点で添
加された水酸化マグネシウムの高含有量のために、不都合である。
【0015】 (発明の開示) 本発明の目的とするところは、高電圧に関して直流及び交流の両者の絶縁に対
して使用するに充分な絶縁容量を有し、そして望みの絶縁層を形成するために容
易に改造される材料を提供することにある。
【0016】 この目的、及び以下に記載される他の目的は、本発明に従う絶縁材料と共に得
られるものであり、この絶縁材料は、熱可塑性のポリマーが連続相を形成し、液
体又は容易に溶融しうる誘電体は、全体に又は部分的に互いに貫き合った網状構
造の形で付加的な相としてポリマー相に組み入れられており、ポリマーと誘電体
との重量比が、95 : 5、と25 : 75の間であるものである。
【0017】 例えば、高-電圧絶縁に対して電気絶縁材料を用いる場合、温度上昇が通常発 生し、もしすでに液体でなければ、それによって誘電体は溶融する。この結果、
固体のポリマー網目構造中の可動性相として行動するようになり、液体誘電体で
満たされた固体のポリマー網目構造から成る構造が出現する。
【0018】 この可動性の相の存在は、すでに知られている材料では絶縁破壊の原因となる
局所的なチャージ効果の発生を防止し、そしてこの相なしでは主な構造にそして
その結果として絶縁材料の強度に与える不都合な影響を防止しているように思わ
れる。
【0019】 有用な熱可塑性ポリマーの例としては、ポリオレフィン、アセテートポリマー
、セルロースポリマー、ポリエステル、ポリケトン、ポリアクリレート、ポリア
ミド、及びポリアミンを含む。ポリマーはhomo-、co-、又はter-ポリマーをであ
ることができる。コモノマーを用いると、エポキサイド、ビニル、アミン、アン
ハイドライド、イソシアネート、及びニトリルのような官能基を有する種々の化
合物を作ることができる。二種以上のポリマーの混合物もまた、用いることがで
きる。
【0020】 絶縁材料の調製後、誘電体の浸出を回避するため低結晶性ポリマーを用いるこ
とが好ましい。
【0021】 液体の誘電体は好ましくは、鉱物又は合成のオイル、又は両者の混合物である
。高粘性オイルと同様に低粘性オイルも使用される。
【0022】 誘電体オイルの使用例としては、シリコン油と同様に、ポリイソブチレン、ナ
フテニック、ポリアロマチック、及びアルファ-オレフィン含有のオイルが含ま れる。容易に溶融しうる誘電体の例としては、ワックス及び低分子量のポリマー
がある。
【0023】 この文脈において、“容易に溶融しうる”という表現は、熱可塑性ポリマーの
溶融/軟化温度よりも低い温度で、誘電体が溶融/軟化することを意味するととる
べきである。
【0024】 本発明はまた、上記の電気絶縁材料の製造方法に関する。この方法は、熱可塑
性ポリマーと液体又は容易に溶融しうる誘電体を、ポリマー対誘電体を95 : 5 〜 25 : 75の重量比で、ポリマーと誘電体の両者が溶融する充分に高い温度に加
熱して混合し、混合物を所望により造形品に形成し、そして周囲の温度に冷却す
ることを特徴とする。ここで使用する温度で寸法的に安定な絶縁材料が得られる
。そしてその結果として例えば、高-電圧ケーブル上の絶縁材料として架橋する ことなく用いることができる。
【0025】 熱可塑性ポリマー、及び液体又は溶融しうる誘電体の、混合と加熱の間に、液
-中-液の懸濁液が得られ、ポリマーはその比較的高い粘度の結果として主に連続
相を形成し、その中で液体誘電体は同様に連続の互いに貫き合う相を形成する。
再び固体状態をとった後にポリマーは、全体的又は部分的に、固化した誘電体液
体の互いに貫き合ったネットワークを含んだ網目構造を形成すると言う差はある
けれども、対応する骨格構造は混合物を周囲の温度に冷却した後に得られると推
定される。
【0026】 前記の互いに貫き合う網目構造は微視的なレベルで形成されると理解されるが
、しかし実状は、例えばポリマー鎖の架橋、及び/又はゲル構造の形成によって 与えられるような、分子レベルでの網目構造に匹敵しうるものではない。
【0027】 ポリマーと誘電体の重量比は記載の如く、95 : 5 〜 25 : 75である。特に好 ましい比率は、90 : 10 〜 50 : 50であり、そして特に90 : 10 〜 75 : 25であ
る。
【0028】 本発明に従う絶縁材料中のポリマーの網目構造を、前記混合物中でポリマーに
架橋を誘発させ補強することが有利である。このような架橋は、例えば放射線処
理によって、又は例えばトリアリルシヌレート、シラン又はパーオキサイドの形
での架橋剤の混合によって得ることができる。
【0029】 ポリマーと誘電体の混合物に、一種又はそれ以上の添加剤、及び/又は充填材 を添加することができる。例えば、カーボンブラック、二酸化チタニウム、木材
粉末、又はセルロース誘導体が、電場を均等にするため用いられる。
【0030】 混合物を加熱する温度は、熱可塑性のポリマーの溶融/軟化点に依存し、そし てこの温度より10℃以上高いことが好ましい。α-オレフィンに対し、160℃まで
の温度が一般に用いられ、そして例えばポリアミド、セルロースポリマー、及び
ポリケトンには230℃までの温度が用いられる。
【0031】 熱可塑性ポリマー及び誘電体は、バッチ方式で、又は例えば押出機を用いて連
続的に、混合、加熱することができる。混合された素材は粒状化され、そして望
みの絶縁層形成のための出発原料として用いられる。例えば、絶縁層をその上に
形成するように電導体上に直接押出成形され、或いは所望によりカーボンブラッ
ク又は他の添加剤を添加した電導体材料の多-工程押出によって成形される。添 加剤はまた、誘電体と混合する前にポリマーに添加することができる。
【0032】 造形に対し、射出成形、熱成形、又は同類の方法がまた用いられる。導体上へ
の押出と同様に、混合及び加熱もまた、一工程で行われる。
【0033】 本発明は更に、上記電気絶縁性材料で絶縁されたケーブルのような目的物に関
する。このような絶縁ケーブルは直流、交流いずれにも使用することができるが
、好ましくは直流で、そして220 V〜10MVの電圧で用いられる。高電界強度で材 料は良好な電気特性を保持することが可能であるので、好ましくは5 KV以上の電
圧で用いられる。
【0034】 ここに記載の絶縁材料はまた、他の絶縁の目的に、例えば絶縁端子、ケーブル
接続、ケーブル端末、変圧器の絶縁に用いられ、誘電体成分調製の目的に対し、
X-線発生器、そして他の高-電圧の目的に対し用いることができる。
【0035】 (発明を実施するための最良の形態) 以下に実施例を引用して、本発明を以下に更に詳細に説明する。実施例 1 25℃で12cpの粘度を有するナフテン系のオイル40容量部を、30rpm/分の回転速
度を有する攪拌機で撹拌しつつ150℃に加熱した。次に0.6g/10分のMFI、及び142
℃の溶融温度を有するポリマーを含む、60容量部のアルファ-オレフィンを添加 した。150℃で4分間混合した。かくて得られた混合物を冷却し、そして周囲の温
度下で粒状化した。粒質物を押出機に導き、140〜160℃の温度で電導体上に被覆
する形で押し出した。
【0036】 このように調製された絶縁被覆は熱的に安定であり、そして約80℃までの温度
で機械的に安定であった。二種の相互貫入の網目構造から成る被覆物は80℃の温
度で、そして1barのスーパー圧(superpressure)で、オイルを浸出することはな かった。
【0037】 絶縁被覆の絶縁破壊強度を調査することによって、この強度は少なくともオイ
ル含浸紙から成る絶縁被覆と同程度に高いことが立証された。
【0038】実施例 2 絶縁被覆を電導体上に、実施例1に記載のそれに対応する方法で調製したが、 ナフテン系オイルの代わりにポリイソブチレンオイルを用いた。 得られた被覆は、本質的に実施例1に従う被覆と同一の性質を有していた。
【0039】実施例 3 絶縁被覆を電導体上に、70容量部のポリマーと30容量部のオイルを用いたこと
を除外しては、実施例1に記載のそれに対応する方法で調製した。
【0040】実施例 3a 絶縁被覆を電導体上に、実施例1に記載のそれに対応する方法で調製したけれ ども、80容量部のポリマーと20容量部のオイルを用いた。 得られた被覆は、実施例1に記載の被覆と同一の性質を、本質的に有していた 。
【0041】 実施例1、3、及び3aで調製した絶縁材料の、局所的なチャージング(charging)
及びデチャージング(decharging)の速度の測定を、Pulsed Electro Accoustic M
ethod(PEA)の方法に従って行った。試験試料は半導体から調製し、2mmの厚さを 有していた。チャージングは20KVのDC電圧で行われ、そしてチャージングとデチ
ャージングは24時間である。測定は試験試料上への印加電圧なしに行われる。
【0042】 実施例1、3、及び3aからの材料に対する標準デチャージング速度を表1述べ、 通常のAC PEX絶縁、及びオイル含浸紙絶縁性と比較する。
【表1】
【0043】実施例4 絶縁被覆は、電導体上に実施例1に記載のそれと対応する方法で調製されたが 、メルク(Merck)製で57〜60℃の溶融間隔を有する10容量部のパラフィンワック ス、80部の押出可能のLDPE(Dow製)、及び65μmの最大直径を有する10部の木 材粉末添加剤を用いる。 得られた絶縁材料は本質的に実施例1の絶縁材料と同一の特性を有している。
【0044】実施例5 絶縁被覆層は、電導体上に実施例1に記載のそれに対応する方法で調製された が、1.04/cm3の密度を有する10容量部の多環式のオイル、3 g/10分のMFI(2.16k
g/190℃、ASTM D1238)を有する89部のエチレンビニルアセテート(24%ビニルア
セテート)、及び約1.5μmの粒子サイズ径を有する、アルミナトリハイドレート
(Nabaltec製Apyral 40)から成る粉末添加剤1部を用いる。 得られた絶縁材料は、本質的に実施例1の絶縁材料と同一の性質を有している 。
【0045】実施例6 絶縁被覆層は、電導体上に実施例1に記載のそれに対応する方法で調製された が、5容量部の化学的に純粋なオレイン酸、2%の無水マレイン酸を有する94.8部 のエチレンアクリレート( Elf Atochem製のLotader 2100)、及び化学的に純粋
な二酸化チタニウムからなる0.2部の粉末添加剤を用いる。 得られた絶縁材料は本質的に実施例1の絶縁材と同一の性質を有している。
【0046】実施例7 15容量部のエポキシ化大豆油を、その中に1.5%のジクミルパーオキサイドがプ
レミックスされている85部のLDPEケーブル絶縁ポリエチレンと混合した。混合は
135℃であったけれども、混合は実施例1に記載のように行った。このように調製
された絶縁材料を圧力下(10bar)、180℃に加熱して架橋した。 得られた被覆材料は実施例1における絶縁材と本質的に同一の性質を有してい る。
【手続補正書】特許協力条約第34条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成12年3月9日(2000.3.9)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SZ,UG,ZW),EA(AM ,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM) ,AL,AM,AT,AU,AZ,BA,BB,BG, BR,BY,CA,CH,CN,CU,CZ,DE,D K,EE,ES,FI,GB,GE,GH,GM,HR ,HU,ID,IL,IS,JP,KE,KG,KP, KR,KZ,LC,LK,LR,LS,LT,LU,L V,MD,MG,MK,MN,MW,MX,NO,NZ ,PL,PT,RO,RU,SD,SE,SG,SI, SK,SL,TJ,TM,TR,TT,UA,UG,U S,UZ,VN,YU,ZW (72)発明者 グレユボル、クリスチャン デンマーク国 アルベルトスルンド、フィ スケルフセネ 8 Fターム(参考) 4J002 AB01W AB013 AE03X AE05X AH003 BB00W BB16X BB18X BF02W BG03W CD00W CF00W CH09W CL00W CP03X DA036 DE136 DE146 EK007 EU187 EU197 EX007 FD147 GQ01 5G305 AA02 AA04 AB36 BA12 BA13 BA14 CA01 CA11 CA42 CA45 CB28 CC01 CC02 CC03 CD01 CD05 CD13 CD16

Claims (27)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 95 : 5 〜 25 : 75の間のポリマーと誘電体の重量比を有す る、熱可塑性ポリマーと誘電体とから成る電気的に絶縁性の材料であって、熱可
    塑性ポリマーは、液体の又は容易に溶融しうる誘電体で充填された固体のポリマ
    ーの網目構造を形成し、前記誘電体は固体のポリマー網目構造中で移動性相とし
    て行動することが可能であることを特徴とする電気絶縁材料。
  2. 【請求項2】 熱可塑性ポリマーは連続相を形成し、完全に又は部分的に相
    互に貫入している網目構造の形態で誘電体が含浸されていることを特徴とする、
    請求項1に記載の電気絶縁材料。
  3. 【請求項3】 熱可塑性ポリマーが、ポリオレフィン、アセテートポリマー
    、セルロースポリマー、ポリエステル、ポリケトン、ポリアクリレート、ポリア
    ミド、ポリアミン、及びエポキサイド、又はこれらポリマーの二種以上の混合物
    から成るグループから選ばれることを特徴とする、請求項1又は2に記載の電気絶
    縁材料。
  4. 【請求項4】 熱可塑性ポリマーが、低-結晶性であることを特徴とする、 請求項1、2、又は3に記載の電気絶縁材料。
  5. 【請求項5】 液体の誘電体が、鉱物又は合成オイルから成るグループから
    選ばれることを特徴とする、請求項1〜4の任意の一項に記載の電気絶縁材料。
  6. 【請求項6】 材料が約75重量%までのオイルを含有することを特徴とする
    、請求項5に記載の電気絶縁材料。
  7. 【請求項7】 誘電体オイルが、ポリイソブチレンオイル、ナフタレン系オ
    イル、アルファ-オレフィン系オイル、及びシリコンオイルから成るグループか ら選ばれることを特徴とする、請求項5、又は6に記載の電気絶縁材料。
  8. 【請求項8】 容易に溶融しうる誘電体が、ワックスであることを特徴とす
    る、請求項1〜4に記載の電気絶縁材料。
  9. 【請求項9】 ポリマーと誘電体の重量比が90 : 10 〜 50 : 50の間、好ま
    しくは90 : 10 〜 75 : 25の間であることを特徴とする、前記請求項の任意の一
    項に記載の電気絶縁材料。
  10. 【請求項10】 材料が寸法的に安定であることを特徴とする、前記請求項
    の任意の一項に記載の電気絶縁材料。
  11. 【請求項11】 95 : 5 〜 25 : 75の間のポリマーと誘電体の重量比を有 する、熱可塑性ポリマーと誘電体から成る電気的に絶縁性の材料であって、熱可
    塑性ポリマーは誘電体で充填された固体のポリマーの網目構造を形成し、前記の
    誘電体は液体の又は容易に溶融しうる相から成り、固体のポリマー網目構造中で
    移動性相として行動することが可能であることを特徴とする電気絶縁材料。
  12. 【請求項12】 熱可塑性ポリマーと誘電体から電気的に絶縁性の材料を製
    造する方法であって、熱可塑性のポリマーと液体の又は容易に溶融しうる誘電体
    が、95 : 5 〜 25 : 75の間のポリマーと誘電体の重量比で、熱可塑性ポリマー を溶融するに充分高い温度に加熱した下で混合され、混合物が所望により造形さ
    れ、そしてそれが周囲の温度に冷却されることを特徴とする前記の製造方法。
  13. 【請求項13】 熱可塑性のポリマーの架橋が、混合と加熱に関連して誘発
    されることを特徴とする、請求項12に記載の方法。
  14. 【請求項14】 架橋剤が、熱可塑性ポリマーと誘電体の混合物に導入され
    ることを特徴とする、請求項13に記載の方法。
  15. 【請求項15】 添加剤、例えばカーボンブラック、二酸化チタニウム、水
    酸化アルミニウム、セルロース誘導体、又は木材粉末が、熱可塑性ポリマーと誘
    電体の混合物に加えられることを特徴とする、請求項12〜14に記載の方法。
  16. 【請求項16】 熱可塑性ポリマーが、誘電体と混合される前に、添加剤又
    は充填材と共に加えられることを特徴とする、請求項12〜15に記載の方法。
  17. 【請求項17】 混合物が押出しによって造形されることを特徴とする、請
    求項12〜16の任意の一項に記載の方法。
  18. 【請求項18】 混合物が、絶縁層として電気導体上に押し出されることを
    特徴とする、請求項17に記載の方法。
  19. 【請求項19】 導体及び絶縁材から成る電気的に絶縁された物体であって
    、絶縁材料が、請求項1〜11の任意の一項に記載の絶縁材料によって構成されて いることを特徴とする物体。
  20. 【請求項20】 絶縁材が、36KVより大きい電圧用の電気導体を取り囲んで
    いることを特徴とする、請求項19に記載の電気絶縁物体。
  21. 【請求項21】 絶縁材が、150KVより大きい電圧用の電気導体を取り囲ん でいることを特徴とする、請求項19に記載の電気絶縁物体。
  22. 【請求項22】 絶縁材が、400KVより大きい電圧用の電気導体を取り囲ん でいることを特徴とする、請求項19に記載の電気絶縁物体。
  23. 【請求項23】 導体が直流用に意図されていることを特徴とする、請求項
    19〜22に記載の電気絶縁物体。
  24. 【請求項24】 ケーブルを絶縁するための、請求項1〜11に記載の電気絶 縁材料の使用。
  25. 【請求項25】 末端端子、フィッティング、ケーブルスプライス、そして
    ケーブルターミナルのようなケーブル集成部品を絶縁するための、請求項1〜11 に記載の電気絶縁材料の使用。
  26. 【請求項26】 X-線発生装置のような、高-電圧装置に用いる誘電体成分 を製造するための、請求項1〜11に記載の電気絶縁材料の使用。
  27. 【請求項27】 請求項12〜18に記載の方法によって得られる電気絶縁材料
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