JP2003266453A - Manufacturing method for epoxy cast article - Google Patents

Manufacturing method for epoxy cast article

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JP2003266453A
JP2003266453A JP2002075542A JP2002075542A JP2003266453A JP 2003266453 A JP2003266453 A JP 2003266453A JP 2002075542 A JP2002075542 A JP 2002075542A JP 2002075542 A JP2002075542 A JP 2002075542A JP 2003266453 A JP2003266453 A JP 2003266453A
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JP
Japan
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matrix resin
curing
resin
epoxy
cast product
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2002075542A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshiyuki Nakano
俊之 中野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method for an epoxy cast article not having a fine flaw such as voids, a crack, a sink, peeling or the like and excellent in reliability. <P>SOLUTION: An epoxy casting resin is injected in a mold as a matrix resin under vacuum and subsequently cured under heating to manufacture the epoxy cast article. In this manufacturing method, a curing condition is set so that the shrink quantity of the matrix resin due to curing reaction is set off by the volumetric expansion of the matrix resin itself due to a temperature rise. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、高電圧機器の絶縁
構造用材料や航空宇宙機器の構造材料として好適な、ボ
イド、クラック、ひけ、剥離等の微小欠陥がなく、信頼
性に優れたエポキシ注型品の製造方法に関するものであ
る。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an epoxy which is suitable as an insulating structural material for high-voltage equipment and a structural material for aerospace equipment, and which is free of minute defects such as voids, cracks, sink marks, and peeling and has excellent reliability. The present invention relates to a method for manufacturing a cast product.

【0002】[0002]

【従来の技術】エポキシ注型品は、無機充填剤、有機充
填剤、金属充填剤等の強化基材をエポキシ樹脂と予備混
合して、予熱した金型に真空下で注入し、大気圧下ある
いは加圧しながら硬化するのが一般的である。なかで
も、注型される製品のボイド、クラック、ひけ、剥離等
の微小欠陥を排除するために、加圧硬化方法が用いられ
ている。
2. Description of the Related Art Epoxy cast products are prepared by premixing a reinforcing base material such as an inorganic filler, an organic filler, or a metal filler with an epoxy resin and injecting it into a preheated mold under a vacuum. Alternatively, it is common to cure while applying pressure. Above all, a pressure curing method is used in order to eliminate minute defects such as voids, cracks, sink marks, and peeling of cast products.

【0003】しかしながら、上記のような従来の製造方
法では、大型の加圧用金型や、真空及び加圧ライン、そ
して樹脂の計量、混合、注型装置等からなる大掛かりな
設備が必要である。
However, the conventional manufacturing method as described above requires large-scale pressurizing dies, a vacuum and pressurizing line, and large-scale equipment including a resin measuring, mixing, and casting apparatus.

【0004】また、上記のような大型の金型では、注型
品の温度コントロールが難しいという欠点がある。すな
わち、金型内において注型樹脂を理想的に硬化させるた
めには、注型口より最も遠い部位を固めつつ、ゲル化中
に生じる収縮を遂次補償して行き、注型口を最後に固め
ることが肝要である。しかし、大型の注型金型では、注
型樹脂自体の対流や樹脂肉厚部の硬化発熱により、硬化
の順序付けに支障をきたし、ひけ、クラック、寸法不良
等を引き起こしやすいという欠点がある。
Further, the large mold as described above has a drawback that it is difficult to control the temperature of the cast product. That is, in order to ideally cure the casting resin in the mold, while hardening the part farthest from the casting port, the shrinkage that occurs during gelation is sequentially compensated, and the casting port is finally set. It is essential to solidify. However, in a large-sized casting mold, convection of the casting resin itself and heat generated by hardening of the resin thick portion hinder the ordering of hardening, and are liable to cause sink marks, cracks, dimensional defects, and the like.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上述したような問題点
に対し、注型品の製造方法として、マトリックス樹脂の
硬化収縮分を基本的に成形品の外部に存在する含浸樹脂
で補償するという方法が提案されているが、注型品の大
きさや厚みが大きくなるにしたがって、硬化収縮分を外
部の樹脂で補償することが基本的に困難となる。その結
果、注型品が大きく、厚くなるに従って内部の欠陥数が
増大し、注型品の機械的特性や電気的特性が低下してい
くという問題が生じていた。そのため、注型樹脂の硬化
収縮補償を注型品の大きさによらず完全なものとし、大
掛かりな製造装置を必要とせず、かつ容易にボイドレス
の注型品を製造する方法の開発が切望されていた。
In order to solve the above problems, as a method for producing a cast product, a method in which the curing shrinkage of the matrix resin is basically compensated by an impregnating resin existing outside the molded product. However, as the size and thickness of the cast product increase, it becomes basically difficult to compensate the curing shrinkage with an external resin. As a result, there has been a problem that the number of internal defects increases as the cast product becomes large and becomes thick, and the mechanical properties and electrical properties of the cast product deteriorate. Therefore, it has been earnestly desired to develop a method for completely completing the cure shrinkage compensation of the casting resin regardless of the size of the casting product, without requiring a large-scale manufacturing device, and easily manufacturing the voidless casting product. Was there.

【0006】本発明は、上述したような従来技術の問題
点を解決するために提案されたものであり、その目的
は、ボイド、クラック、ひけ、剥離等の微小欠陥がな
く、信頼性に優れたエポキシ注型品の製造方法を提供す
ることにある。
The present invention has been proposed in order to solve the above-mentioned problems of the prior art, and its purpose is to have no microdefects such as voids, cracks, sink marks, and peeling, and to be excellent in reliability. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing an epoxy cast product.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の目的
を達成するために鋭意研究を重ねた結果、注型樹脂の硬
化収縮に対する樹脂補償を、樹脂自体の昇温による体積
膨張を用いて補償、相殺することにより、上記の目的が
達成されることを見い出し、本発明を完成するに至った
ものである。
As a result of intensive studies to achieve the above-mentioned object, the present inventor has used resin compensation for curing shrinkage of a casting resin and volume expansion due to temperature rise of the resin itself. It has been found that the above-mentioned object can be achieved by compensating and offsetting by the above-mentioned method, and the present invention has been completed.

【0008】(エポキシ注型品の製造方法)本発明に係
るエポキシ注型品の製造方法は、金型にマトリックス樹
脂としてエポキシ注型樹脂を真空注入し、次いで加熱硬
化させてエポキシ注型品を製造する場合に、その硬化条
件を、硬化反応によるマトリックス樹脂の収縮量が、温
度上昇によるマトリックス樹脂自体の体積膨張によって
相殺されるように設定したものである。続いて、本発明
の製造方法における硬化条件について説明する。
(Production Method of Epoxy Casting Product) In the production method of the epoxy casting product according to the present invention, the epoxy casting product is vacuum-injected as a matrix resin into the mold and then cured by heating to obtain the epoxy casting product. In the production, the curing conditions are set so that the shrinkage amount of the matrix resin due to the curing reaction is offset by the volume expansion of the matrix resin itself due to the temperature rise. Next, the curing conditions in the manufacturing method of the present invention will be described.

【0009】(マトリックス樹脂のゲル化までの硬化条
件)一般にマトリックス樹脂を等速昇温させて硬化させ
る場合、硬化反応に起因する体積収縮変化は、硬化時間
に対してほぼ直線的に上昇し、マトリックス樹脂がゲル
化するまでの体積収縮変化は、マトリックス樹脂が完全
に硬化するまでに到達する体積収縮率の60%程度に相
当する。
(Curing conditions until gelation of matrix resin) In general, when the matrix resin is heated at a constant rate to be cured, the change in volume shrinkage due to the curing reaction increases almost linearly with the curing time, The change in volumetric shrinkage until the matrix resin gels corresponds to about 60% of the volumetric shrinkage rate that is reached until the matrix resin is completely cured.

【0010】ここで、マトリックス樹脂がゲル化するま
での体積収縮率を比体積収縮率V1、マトリックス樹脂
がゲル化するまでの硬化時間をT1、マトリックス樹脂
の液相での体積膨張率をα(1/℃)、硬化開始温度か
ら等速昇温させてマトリックス樹脂がゲル化するまでの
温度上昇値をA℃とした場合、マトリックス樹脂の硬化
収縮分をマトリックス樹脂の温度上昇に基づく体積膨張
により相殺するためには、A×α=V1を満足する必要
がある。
Here, the volumetric shrinkage rate until the matrix resin gels is the specific volumetric shrinkage rate V1, the curing time until the matrix resin gelates is T1, and the volume expansion rate of the matrix resin in the liquid phase is α ( 1 / ° C.), if the temperature increase value from the curing start temperature to the gelation of the matrix resin at a constant rate is A ° C., the curing shrinkage of the matrix resin is caused by the volume expansion based on the temperature increase of the matrix resin. In order to cancel, it is necessary to satisfy A × α = V1.

【0011】言い換えれば、硬化開始温度から等速昇温
させて、温度上昇幅がV1/α(℃)になった時点でマ
トリックス樹脂はゲル化するため、[V1/(T1×
α)](℃/分)以上の昇温速度で等速昇温させること
により、硬化収縮分をマトリックス樹脂の温度上昇に基
づく体積膨張により相殺することができる。
In other words, the matrix resin is gelated when the temperature rise width reaches V1 / α (° C.) at a constant temperature increase from the curing start temperature, so that [V1 / (T1 ×
[alpha])] ([deg.] C./minute) or more at a constant heating rate, the curing shrinkage can be offset by the volume expansion due to the temperature rise of the matrix resin.

【0012】(マトリックス樹脂のゲル化〜完全硬化ま
での硬化条件)一般にゲル化後のマトリックス樹脂を等
速昇温させて硬化させる場合、硬化反応に起因する体積
収縮変化は、硬化時間に対してほぼ直線的に上昇する。
マトリックス樹脂のガラス転移温度が硬化温度と等しく
なると硬化反応は拡散律速となり、この結果マトリック
ス樹脂の比体積収縮率V2の変化は飽和傾向を示すよう
になる。
(Curing conditions from gelling to complete curing of matrix resin) Generally, when the matrix resin after gelling is cured by heating at a constant rate, the change in volume shrinkage due to the curing reaction is relative to the curing time. It rises almost linearly.
When the glass transition temperature of the matrix resin becomes equal to the curing temperature, the curing reaction becomes diffusion-controlled, and as a result, the change in the specific volume contraction rate V2 of the matrix resin becomes saturated.

【0013】そのため、マトリックス樹脂のゲル化後か
ら完全硬化までの体積収縮率を比体積収縮率V2、マト
リックス樹脂のゲル化後から完全硬化までの硬化時間を
T2、マトリックス樹脂の固相での体積膨張率をβ(1
/℃)、ゲル化温度から等速昇温させてマトリックス樹
脂が完全に硬化するまでの温度上昇値をB℃とした場
合、マトリックス樹脂の硬化収縮分をマトリックス樹脂
の温度上昇に基づく体積膨張により相殺するためには、
B×β=V2を満足する必要がある。
Therefore, the volumetric shrinkage ratio from the gelation of the matrix resin to the complete curing is the specific volume contraction ratio V2, the curing time from the gelation of the matrix resin to the complete curing is T2, and the volume of the matrix resin in the solid phase is T2. The expansion rate is β (1
/ ° C), and the temperature rise value until the matrix resin is completely cured by heating at a constant rate from the gelation temperature is B ° C, the curing shrinkage of the matrix resin is caused by volume expansion based on the temperature rise of the matrix resin. To offset
It is necessary to satisfy B × β = V2.

【0014】言い換えれば、ゲル化温度から等速昇温さ
せて、温度上昇幅がV2/β(℃)になった時点でマト
リックス樹脂は完全に硬化するため、[V2/(T2×
β)](℃/分)以上の昇温速度で等速昇温させること
により、硬化収縮分をマトリックス樹脂の温度上昇に基
づく体積膨張により相殺することができる。
In other words, the matrix resin is completely cured when the temperature rise width reaches V2 / β (° C.) after the gelation temperature is raised at a constant rate, so that [V2 / (T2 ×
[beta]]] ([deg.] C./minute) or more at a constant heating rate, the curing shrinkage can be offset by the volume expansion due to the temperature rise of the matrix resin.

【0015】(充填剤)本発明に用いる充填剤として
は、通常ボイドレス注型品で使用される無機あるいは有
機充填剤であれば良く、特に制限されるものではない。
例えば、アルミナ、シリカ、ドロマイト等を用いること
ができる。また、これらの充填剤は、単独あるいは混合
して使用することができる。
(Filler) The filler used in the present invention is not particularly limited as long as it is an inorganic or organic filler usually used in voidless castings.
For example, alumina, silica, dolomite, etc. can be used. Further, these fillers can be used alone or as a mixture.

【0016】(マトリックス樹脂)本発明に用いるマト
リックス樹脂としては、充填剤の混合の容易さを考慮し
て、低粘度のエポキシ樹脂を用いることが望ましい。こ
のエポキシ化合物としては、炭素原子2個と酸素原子1
個からなる三員環を1分子中に2個以上持った、硬化し
得る化合物であれば適宜使用可能であり、その種類は特
に限定されるものではなく、例えば、ビスフェノールA
型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、脂
環式エポキシ樹脂、水添ビスフェノールA型エポキシ樹
脂、ノボラック型エポキシ樹脂、トリグリシジルイソシ
アネートやヒダントイン型エポキシ樹脂のような複素環
式樹脂等、ヒダントイン型エポキシ樹脂のような複素環
式樹脂等が挙げられ、これらの化合物は単独または2種
以上の混合物として使用される。
(Matrix Resin) As the matrix resin used in the present invention, it is desirable to use an epoxy resin having a low viscosity in consideration of the ease of mixing the filler. This epoxy compound has two carbon atoms and one oxygen atom.
Any curable compound having two or more three-membered rings in one molecule can be appropriately used, and the kind thereof is not particularly limited. For example, bisphenol A
Type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, alicyclic epoxy resin, hydrogenated bisphenol A type epoxy resin, novolac type epoxy resin, heterocyclic resin such as triglycidyl isocyanate and hydantoin type epoxy resin, and hydantoin type epoxy resin And the like. These compounds are used alone or as a mixture of two or more kinds.

【0017】また、本発明においては、硬化反応による
マトリックス樹脂の収縮が、マトリックス樹脂の温度上
昇に基づく体積膨張によって相殺される必要がある。一
般に平均エポキシ当量が小さい程、硬化収縮が大きい
が、エポキシ樹脂の体積膨張率に対しては大きく変化を
与えることはない。
Further, in the present invention, the contraction of the matrix resin due to the curing reaction needs to be offset by the volume expansion of the matrix resin due to the temperature rise. Generally, the smaller the average epoxy equivalent is, the larger the curing shrinkage is, but the volume expansion coefficient of the epoxy resin is not significantly changed.

【0018】そこで、本発明者は、平均エポキシ当量が
異なる種々のエポキシ樹脂について、樹脂の体積膨張に
よって硬化収縮分を補償することが可能であるか否かに
ついて検討したところ、平均エポキシ当量が185以上
のエポキシ樹脂であれば、樹脂の体積膨張によって硬化
収縮分を補償することが可能であるが、エポキシ当量が
185未満の場合は、硬化収縮が大きく、樹脂の体積膨
張のみで硬化収縮分を補償することは困難であることが
判明した。
Therefore, the present inventor examined various epoxy resins having different average epoxy equivalents to determine whether the curing shrinkage can be compensated by the volume expansion of the resins, and the average epoxy equivalent was 185. With the above epoxy resins, it is possible to compensate for the curing shrinkage due to the volume expansion of the resin. However, when the epoxy equivalent is less than 185, the curing shrinkage is large, and the curing shrinkage is obtained only by the volume expansion of the resin. It has proven difficult to compensate.

【0019】なお、本発明に用いるマトリックス樹脂と
しては、上記のエポキシ樹脂に限らず、低粘度でかつ硬
化収縮分を樹脂の体積膨張で補償することができるもの
であれば特に限定されるものではなく、ポリエステル系
樹脂、ウレタン系樹脂、ビニルエステル系樹脂、フェノ
ール系樹脂、イミド系樹脂等の熱硬化性樹脂を用いるこ
とができる。
The matrix resin used in the present invention is not limited to the above-mentioned epoxy resin, and is not particularly limited as long as it has a low viscosity and is capable of compensating the curing shrinkage by the volume expansion of the resin. Alternatively, a thermosetting resin such as a polyester resin, a urethane resin, a vinyl ester resin, a phenol resin, or an imide resin can be used.

【0020】(マトリックス樹脂の硬化剤)上述したよ
うに、本発明においては、充填剤の混合の容易さを考慮
して、マトリックス樹脂として低粘度のエポキシ樹脂を
用いることが望ましいが、このエポキシ樹脂の硬化剤と
しては、液状の酸無水物、特にメチルヘキサヒドロ無水
フタル酸を用いることが望ましい。このメチルヘキサヒ
ドロ無水フタル酸は、エポキシ樹脂との組み合わせで、
低粘度の含浸樹脂システムを構成することができるから
である。また、この他の酸無水物としては、メチルテト
ラヒドロ無水フタル酸、無水メチルナジック酸、水添無
水メチルナジック酸、またはその他の室温で液状の酸無
水物を用いることができる。なお、これらの酸無水物硬
化剤は単一で用いても、混合して用いても良い。
(Hardening agent for matrix resin) As described above, in the present invention, it is desirable to use a low-viscosity epoxy resin as the matrix resin in consideration of the ease of mixing the filler. It is desirable to use a liquid acid anhydride, especially methylhexahydrophthalic anhydride, as the curing agent. This methyl hexahydrophthalic anhydride, in combination with epoxy resin,
This is because a low-viscosity impregnated resin system can be constructed. As the other acid anhydride, methyl tetrahydrophthalic anhydride, methyl nadic acid anhydride, hydrogenated methyl nadic acid anhydride, or other acid anhydride liquid at room temperature can be used. Note that these acid anhydride curing agents may be used alone or in combination.

【0021】(エポキシ樹脂を用いた場合の硬化条件)
ここで、マトリックス樹脂として平均エポキシ当量が1
85のエポキシ樹脂を用いた場合の硬化条件について説
明する。すなわち、平均エポキシ当量が185のエポキ
シ樹脂と液状の酸無水物硬化剤からなるマトリックス樹
脂の液体状態での体積膨張率αは0.07%(1/℃)
であり、このマトリックス樹脂がゲル化する前の比体積
収縮率V1は硬化温度によらず3%である。従って、比
体積収縮率V1が3%に到達する時間をt(分)とすれ
ば、上記[V1/(T1×α)](℃/分)により、平
均エポキシ当量が185以上のエポキシ樹脂/酸無水物
系マトリックス樹脂の場合は、3/(t×0.07)
(℃/分)となり、高温側に43/t(℃/分)以上の
昇温速度で等速昇温し硬化させることにより、硬化収縮
分をマトリックス樹脂の温度上昇に基づく体積膨張によ
り相殺することが可能となる。
(Curing conditions when epoxy resin is used)
Here, the average epoxy equivalent as the matrix resin is 1
The curing conditions when the 85 epoxy resin is used will be described. That is, the volume expansion coefficient α in the liquid state of the matrix resin composed of an epoxy resin having an average epoxy equivalent of 185 and a liquid acid anhydride curing agent is 0.07% (1 / ° C).
The specific volume shrinkage V1 before the matrix resin gels is 3% regardless of the curing temperature. Therefore, assuming that the time required for the specific volume shrinkage V1 to reach 3% is t (minutes), the above-mentioned [V1 / (T1 × α)] (° C./minute) gives an epoxy resin having an average epoxy equivalent of 185 or more / 3 / (t × 0.07) in case of acid anhydride matrix resin
(° C / min), and the temperature is increased at a constant rate of 43 / t (° C / min) or more on the high temperature side to cure, and the curing shrinkage is offset by the volume expansion due to the temperature rise of the matrix resin. It becomes possible.

【0022】また、平均エポキシ当量が185のエポキ
シ樹脂と液状の酸無水物硬化剤からなるマトリックス樹
脂のゲル化後の体積膨張率βは0.05%(1/℃)で
あり、また、このマトリックス樹脂はゲル化後の比体積
収縮率V2が1.5%に到達すると、強化基材と十分な
接着力と機械的強度を持ち、その後の硬化は成形物の機
械的、電気的特性に影響しない。従って、ゲル化後の比
体積収縮率V2が1.5%に到達する時間をt(分)と
すれば、上記[V2/(T2×β)](℃/分)によ
り、平均エポキシ当量が185以上のエポキシ樹脂/酸
無水物系マトリックス樹脂においては、1.5/(t×
0.05)(℃/分)となり、高温側に30/t(℃/
分)以上で等速昇温し硬化させることにより、硬化収縮
分をマトリックス樹脂の温度上昇に基づく体積膨張によ
り相殺することが可能となる。
Further, the volume expansion coefficient β of the matrix resin comprising the epoxy resin having an average epoxy equivalent of 185 and the liquid acid anhydride curing agent after gelation is 0.05% (1 / ° C.). When the specific volume contraction rate V2 after gelling reaches 1.5%, the matrix resin has sufficient adhesive strength and mechanical strength with the reinforcing base material, and subsequent curing has the mechanical and electrical characteristics of the molded product. It does not affect. Therefore, assuming that the time required for the specific volume contraction rate V2 after gelation to reach 1.5% is t (minutes), the average epoxy equivalent is determined by the above [V2 / (T2 × β)] (° C./minute). In the epoxy resin / acid anhydride matrix resin of 185 or more, 1.5 / (t ×
0.05) (° C / min), and 30 / t (° C / min) on the high temperature side.
(Min) By raising the temperature at a constant rate and curing, the curing shrinkage can be offset by the volume expansion due to the temperature rise of the matrix resin.

【0023】(作用・効果)上述したような本発明の製
造方法によれば、マトリックス樹脂の硬化収縮分を、注
型品の大きさや、厚みの大きさによらず、マトリックス
樹脂自体の体積膨張で補償することが可能になる。その
結果、マトリックス樹脂に発生する内部欠陥を大幅に低
減することが可能となり、エポキシ注型品の機械的特性
を支配する初期欠陥を大幅に低減することができるの
で、エポキシ注型品の機械的強度を大幅に改善すること
ができる。さらに、本発明の製造方法においては、従来
のような加圧タンク等の大型装置を必要とせずに機械的
特性や電気的特性に優れた大型のエポキシ注型品を製造
することが可能となる。
(Operation / Effect) According to the manufacturing method of the present invention as described above, the volumetric shrinkage of the matrix resin is determined by the volume expansion of the matrix resin itself, regardless of the size and thickness of the casting. It will be possible to compensate. As a result, it is possible to significantly reduce the internal defects that occur in the matrix resin, and it is possible to significantly reduce the initial defects that control the mechanical properties of the epoxy casting product. The strength can be greatly improved. Further, in the manufacturing method of the present invention, it is possible to manufacture a large epoxy cast product having excellent mechanical properties and electrical properties without requiring a large device such as a conventional pressure tank. .

【0024】[0024]

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説
明する。 (1)第1実施例 図1は、第1実施例で用いられる金型の構成を示す概略
説明図である。この金型は、金型内の硬化収縮量をモニ
ターするためのダイヤフラム付き圧力容器を兼ねたもの
である。すなわち、金型1は分割できるようになってお
り、Oリング11を用いてシールし、固定金具12で固
定する。エポキシ注型樹脂3は、金型上部の注入口13
から注入する。また、ダイヤフラム部2は、金型1の底
部に接続され、エポキシ注型樹脂3と油4を隔壁5で隔
てて、油圧ユニット6の圧力を隔壁5を介して伝える構
成となっている。なお、この隔壁5はテフロン(登録商
標)シートから構成され、ダイヤフラム部2の樹脂側空
間の容積は、エポキシ注型樹脂3の熱膨張量および硬化
収縮量より算出される。
EXAMPLES The present invention will be specifically described below based on examples. (1) First Example FIG. 1 is a schematic explanatory view showing the structure of a mold used in the first example. This mold also serves as a pressure vessel with a diaphragm for monitoring the curing shrinkage amount in the mold. That is, the mold 1 can be divided and is sealed with the O-ring 11 and fixed with the fixing fitting 12. Epoxy casting resin 3 is the injection port 13 on the upper part of the mold.
Inject from. Further, the diaphragm portion 2 is connected to the bottom portion of the mold 1, and is configured so that the epoxy casting resin 3 and the oil 4 are separated by a partition wall 5 and the pressure of the hydraulic unit 6 is transmitted through the partition wall 5. The partition wall 5 is made of a Teflon (registered trademark) sheet, and the volume of the resin-side space of the diaphragm portion 2 is calculated from the thermal expansion amount and curing shrinkage amount of the epoxy casting resin 3.

【0025】また、金型温度の制御は、金型1に埋設さ
れたヒーター7を、加熱制御装置20による所定のプロ
グラム制御によって調節することにより行われ、これに
よりエポキシ注型樹脂3を硬化させるようになってい
る。なお、このプログラム制御は、上述したように、エ
ポキシ注型樹脂3のゲル化までは[V1/(T1×
α)](℃/分)以上の昇温速度で等速昇温させ、ゲル
化後〜完全硬化までは[V2/(T2×β)](℃/
分)以上の昇温速度で等速昇温させるように設定されて
いる。
Further, the mold temperature is controlled by adjusting the heater 7 embedded in the mold 1 by a predetermined program control by the heating control device 20, whereby the epoxy casting resin 3 is cured. It is like this. As described above, this program control is carried out by [V1 / (T1 ×
[alpha])] ([deg.] C./min) or more at a constant heating rate, and [V2 / (T2 * [beta])] ([deg. C /
It is set so that the temperature is raised at a constant rate at a heating rate equal to or higher than (min).

【0026】また、測長シリンダー8は、ダイヤフラム
部2と油圧ユニット部6との間に接続され、エポキシ注
型樹脂3の硬化収縮量に追従して変位する。その変位量
を電気信号に変換し、ハイブリットレコーダー9に記録
することにより、硬化収縮量を測定することができるよ
うになっている。また、本実施例においては、圧力媒体
としてタービン油を用いた。
Further, the length measuring cylinder 8 is connected between the diaphragm portion 2 and the hydraulic unit portion 6 and is displaced in accordance with the curing shrinkage amount of the epoxy casting resin 3. By converting the displacement amount into an electric signal and recording it in the hybrid recorder 9, the curing shrinkage amount can be measured. In this example, turbine oil was used as the pressure medium.

【0027】また、上記エポキシ注型樹脂3としては、
エポキシ樹脂(油化シェルエポキシ株式会社製、商品
名:EP828、エポキシ当量185)100重量部に
対して、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸(新日本理化
社製、商品名:MH700)が、(酸無水物モル/エポ
キシ当量)=0.9になるように配合したマトリックス
樹脂Aを用いた。さらに、硬化促進剤としてトリス−
2,4,6−ジメチルアミノメチルフェノール(商品
名:K−54、油化シェル社製)を90℃におけるゲル
タイムが20時間になるようにその添加量を調整して配
合した。
As the epoxy casting resin 3,
Methylhexahydrophthalic anhydride (manufactured by Shin Nippon Rika Co., Ltd., product name: MH700) is (acid anhydride) based on 100 parts by weight of an epoxy resin (produced by Yuka Shell Epoxy Co., Ltd., product name: EP828, epoxy equivalent 185). Matrix resin A was used in such a manner that the product mole / epoxy equivalent) = 0.9. Furthermore, Tris- as a curing accelerator
2,4,6-Dimethylaminomethylphenol (trade name: K-54, manufactured by Yuka Shell Co., Ltd.) was added and mixed so that the gel time at 90 ° C. was 20 hours.

【0028】また、マトリックス樹脂Aの反応速度パラ
メータを示差走査熱量計(DSC)を用いて、マトリッ
クス樹脂Aのガラス転移温度Tgの時間及び温度依存性
のデータから求め、式(1)の速度式モデルでの反応速
度パラメータを算出した。
Further, the reaction rate parameter of the matrix resin A was obtained from the data of the time and temperature dependence of the glass transition temperature Tg of the matrix resin A using a differential scanning calorimeter (DSC), and the rate equation of equation (1) was used. The kinetic parameters in the model were calculated.

【数1】 [Equation 1]

【0029】また、エポキシ注型樹脂の充填剤として
は、平均粒径が約15μmの溶融シリカを用い、この溶
融シリカを55体積%、真空下、温度80℃でマトリッ
クス樹脂Aと混合して、エポキシ注型樹脂Bを得た。金
型は80℃で予熱し、真空度0.3〜0.8Torrの
条件で前記エポキシ注型樹脂Bを注入口より注入した。
真空注入終了後、この注入口を密封し、ダイヤフラム部
に接続された測長シリンダーを介して、油圧ユニットか
ら1kg/cm2で加圧保持した。また、金型に埋設さ
れたカートリッジヒーターを用いて、88℃から100
℃まで4.3時間で到達するように等速昇温し、その後
100℃から120℃までは2時間で到達するように等
速昇温して硬化した。そして、測長シリンダーの変位量
を電気信号に変換し、ハイブリットレコーダーに記録し
た。なお、上記等速昇温条件は、本発明の硬化条件に合
致したものである。
As the filler for the epoxy casting resin, fused silica having an average particle size of about 15 μm was used, and this fused silica was mixed with the matrix resin A at a temperature of 80 ° C. under vacuum at 55% by volume, Epoxy cast resin B was obtained. The mold was preheated at 80 ° C., and the epoxy casting resin B was injected from the injection port under the condition of a vacuum degree of 0.3 to 0.8 Torr.
After the vacuum injection was completed, the injection port was sealed, and pressure was maintained at 1 kg / cm 2 from the hydraulic unit via a length measuring cylinder connected to the diaphragm. In addition, by using the cartridge heater embedded in the mold
The temperature was raised at a constant rate so that the temperature reached to 4.3 ° C. in 4.3 hours, and thereafter, the temperature was increased at a constant rate so that the temperature reached from 100 ° C. to 120 ° C. in 2 hours and the resin was cured. Then, the displacement of the length measuring cylinder was converted into an electric signal and recorded in a hybrid recorder. In addition, the constant-velocity temperature raising conditions are in agreement with the curing conditions of the present invention.

【0030】硬化収縮量は測長シリンダーの変位量とし
て表されるが、本実施例においては、硬化収縮が温度上
昇による体積膨張によって相殺されるため、測長シリン
ダーの変位はほとんど検出されなかった。そして、硬化
終了したエポキシ注型品は、ひけ、かすれ、ボイド、ク
ラック等がなく良好な外観が得られた。また、通常、ボ
イドレス注型品では、2kg/cm2〜4kg/cm2
加圧硬化させることが必要であるが、本実施例において
は、高々1kg/cm2で加圧保持すれば良いことが分
かった。
The amount of curing shrinkage is expressed as the amount of displacement of the measuring cylinder. In this embodiment, however, the displacement of the measuring cylinder was hardly detected because the curing contraction was canceled by the volume expansion due to the temperature rise. . The cured epoxy cast product had a good appearance without sink marks, scratches, voids, cracks and the like. Also, usually, in the void-less casting, it is a necessary to pressure curing at 2kg / cm 2 ~4kg / cm 2 , in this embodiment, it is sufficient to dwell at most 1 kg / cm 2 I understood.

【0031】(2)本実施例における樹脂組成物の硬化
収縮と体積膨張との関係 次に、本実施例における樹脂組成物の硬化収縮と体積膨
張との関係を、図2を参照して説明する。なお、ここに
示した体積収縮率は、88℃から120℃までの所定の
温度で等温硬化させた時のエポキシ注型樹脂Bの硬化体
積収縮率を、ディラトメーターにより測定したものであ
る。この図2においては、エポキシ注型樹脂Bの硬化体
積収縮率を○で示し、また、温度上昇によるエポキシ注
型樹脂Bの体積膨張率を■で示している。
(2) Relationship between Curing Shrinkage and Volume Expansion of Resin Composition in this Example Next, the relationship between curing shrinkage and volume expansion of the resin composition in this example will be described with reference to FIG. To do. The volume shrinkage ratio shown here is a cured volume shrinkage ratio of the epoxy casting resin B when isothermally cured at a predetermined temperature of 88 ° C. to 120 ° C., measured by a dilatometer. In FIG. 2, the cured volume shrinkage of the epoxy casting resin B is indicated by ◯, and the volume expansion coefficient of the epoxy casting resin B due to temperature rise is indicated by ▪.

【0032】図2に示したように、硬化体積収縮が樹脂
温度の上昇による体積膨張で補償されていることが示さ
れた。なお、本実施例に示したマトリックス樹脂Aの体
積膨張率は、液体状態で0.0712%/℃、ゲル化後
で0.05%/℃であった。
As shown in FIG. 2, it was shown that the curing volume shrinkage was compensated by the volume expansion due to the rise of the resin temperature. The volume expansion coefficient of the matrix resin A shown in this example was 0.0712% / ° C. in the liquid state and 0.05% / ° C. after gelation.

【0033】このように本実施例によれば、酸無水物硬
化エポキシ樹脂からなるマトリックス樹脂中に生じるゲ
ル化後の硬化収縮分が、樹脂の温度を上昇させることに
より生じる樹脂自身の体積膨張によって相殺されるた
め、硬化収縮に起因する内部応力増大によってマトリッ
クス樹脂自身に生じる微小欠陥や、シリカ充填剤とマト
リックス樹脂との接着界面に生じる欠陥の発生を大幅に
低減することができる。その結果、従来の製造方法のよ
うに大掛かりな装置を必要とせずに、容易にボイドレス
のエポキシ注型品を製造することができることが分かっ
た。
As described above, according to the present embodiment, the curing shrinkage after gelling, which occurs in the matrix resin composed of the acid anhydride-cured epoxy resin, is caused by the volume expansion of the resin itself generated by increasing the temperature of the resin. Since they cancel each other out, it is possible to greatly reduce the generation of minute defects that occur in the matrix resin itself due to an increase in internal stress due to curing shrinkage and defects that occur at the adhesive interface between the silica filler and the matrix resin. As a result, it has been found that a voidless epoxy cast product can be easily manufactured without requiring a large-scale device unlike the conventional manufacturing method.

【0034】[0034]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、ボ
イド、クラック、ひけ、剥離等の微小欠陥がなく、信頼
性に優れたエポキシ注型品の製造方法を提供することが
できる。
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a method for producing an epoxy cast product which is free from minute defects such as voids, cracks, sink marks and peeling and which is excellent in reliability.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明のエポキシ注型品の製造方法に用いる加
熱制御装置を備えた金型の縦断面図
FIG. 1 is a vertical cross-sectional view of a mold including a heating control device used in a method for manufacturing an epoxy cast product according to the present invention.

【図2】本発明の製造方法を適用した場合の樹脂組成物
の硬化収縮と体積膨張との関係を示すグラフ
FIG. 2 is a graph showing the relationship between curing shrinkage and volume expansion of a resin composition when the production method of the present invention is applied.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…金型 2…ダイヤフラム部 3…樹脂 4…油 5…隔壁 6…油圧ユニット 7…ヒーター 8…測長シリンダー 9…ハイブリットレコーダー 11…Oリング 12…固定金具 13…注入口 20…加熱制御装置 1 ... Mold 2 ... Diaphragm part 3 ... Resin 4 ... oil 5 ... Partition 6 ... Hydraulic unit 7 ... Heater 8 ... Measuring cylinder 9 ... Hybrid recorder 11 ... O-ring 12 ... Fixing bracket 13 ... Filling port 20 ... Heating control device

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 金型にマトリックス樹脂としてエポキシ
注型樹脂を真空注入し、次いで加熱硬化させるエポキシ
注型品の製造方法において、 硬化反応によるマトリックス樹脂の収縮量が、温度上昇
によるマトリックス樹脂自体の体積膨張によって相殺さ
れるように硬化条件を設定することを特徴とするエポキ
シ注型品の製造方法。
1. A method for producing an epoxy cast product, in which an epoxy cast resin as a matrix resin is vacuum-injected into a mold and then cured by heating, wherein the shrinkage amount of the matrix resin due to a curing reaction is the A method for producing an epoxy cast product, characterized in that curing conditions are set so as to be offset by volume expansion.
【請求項2】 前記硬化条件が、前記マトリックス樹脂
がゲル化するまでの間、前記マトリックス樹脂がゲル化
するまでの体積収縮率を比体積収縮率V1、マトリック
ス樹脂がゲル化するまでの硬化時間をT1、マトリック
ス樹脂の液相での体積膨張率をα(1/℃)とした場合
に、前記マトリックス樹脂を硬化開始温度から出発し
て、高温側に[V1/(T1×α)](℃/分)以上の
昇温速度で等速昇温して硬化させるものであることを特
徴とする請求項1に記載のエポキシ注型品の製造方法。
2. The curing condition is that until the matrix resin gels, the volume shrinkage rate until the matrix resin gels, the specific volume shrinkage rate V1, and the curing time until the matrix resin gels. Where T1 is the volume expansion coefficient of the matrix resin in the liquid phase is α (1 / ° C.), the matrix resin is started from the curing start temperature, and [V1 / (T1 × α)] ( 2. The method for producing an epoxy cast product according to claim 1, wherein the epoxy cast product is cured by heating at a constant rate at a temperature rising rate of (° C./min) or more.
【請求項3】 前記硬化条件が、前記マトリックス樹脂
がゲル化後、完全硬化するまでの間、マトリックス樹脂
のゲル化後から完全硬化までの体積収縮率を比体積収縮
率V2、マトリックス樹脂のゲル化後から完全硬化まで
の硬化時間をT2、マトリックス樹脂の固相での体積膨
張率をβ(1/℃)とした場合に、前記マトリックス樹
脂をゲル化温度から出発して、高温側に[V2/(T2
×β)](℃/分)以上の昇温速度で等速昇温して硬化
させるものであることを特徴とする請求項1又は請求項
2に記載のエポキシ注型品の製造方法。
3. The curing condition is that, after the gelation of the matrix resin until it is completely cured, the volumetric shrinkage ratio from the gelation of the matrix resin to the complete curing is the specific volume shrinkage ratio V2, the gel of the matrix resin. When the curing time from the curing to the complete curing is T2, and the volume expansion coefficient of the matrix resin in the solid phase is β (1 / ° C), the matrix resin starts from the gelation temperature and is heated to the high temperature side [ V2 / (T2
Xβ)] (° C / min) or more and a constant rate of temperature rise to cure the epoxy cast product according to claim 1 or 2.
【請求項4】 前記マトリックス樹脂が、平均エポキシ
当量が185以上のエポキシ樹脂であることを特徴とす
る請求項1乃至請求項3のいずれか一に記載のエポキシ
注型品の製造方法。
4. The method for producing an epoxy cast product according to claim 1, wherein the matrix resin is an epoxy resin having an average epoxy equivalent of 185 or more.
【請求項5】 前記マトリックス樹脂の硬化剤として液
状酸無水物を用いたことを特徴とする請求項4に記載の
エポキシ注型品の製造方法。
5. The method for producing an epoxy cast product according to claim 4, wherein a liquid acid anhydride is used as a curing agent for the matrix resin.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010021408A1 (en) * 2008-08-21 2010-02-25 株式会社豊田自動織機 Method for producing thermally conductive resin molding
JP2012153768A (en) * 2011-01-24 2012-08-16 Panasonic Corp Method for manufacturing thermosetting resin molded product

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