JP2004204187A

JP2004204187A - 耐部分放電性絶縁塗料及び絶縁電線

Info

Publication number: JP2004204187A
Application number: JP2002378024A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Kikuchi; 英行菊池
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2002-12-26
Filing date: 2002-12-26
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2022-12-26
Also published as: JP4131168B2

Abstract

【課題】オルガノシリカゾルを樹脂塗料に均一に分散させた耐部分放電性絶縁塗料及びそのような塗料を導体上に塗布した絶縁電線を提供する。
【解決手段】溶剤に耐熱性絶縁樹脂を溶解した樹脂塗料と、フェノール類またはベンジルアルコール類５〜８０質量％及び炭素数３〜７の１価アルコール１〜４０質量％を含む混合溶媒にシリカを分散させてオルガノシリカゾルを得て、そのオルガノシリカゾルを樹脂塗料に分散させて耐部分放電性絶縁塗料を得た。その塗料を導体１上に塗布、焼付けして絶縁導線を得る。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐部分放電性絶縁塗料及び絶縁電線に関し、特にフェノール類又はベンジルアルコールの混合分散媒にシリカを分散させたオルガノシリカゾルを均一に分散した耐部分放電性絶縁塗料及びそのような耐部分放電性絶縁塗料により導体上に被膜を形成した絶縁電線に関する。
【０００２】
【従来の技術】
部分放電は、電線・ケーブルなどの絶縁体中あるいは線間に微小な空隙があると、その部分に電界が集中し、微弱な放電が発生するものである。部分放電が発生すると絶縁体が劣化され、劣化が進行すると絶縁破壊に至るおそれがある。
【０００３】
部分放電劣化を制御するには、電線・ケーブルなどの絶縁体として部分放電劣化を起こし難い絶縁材料を用いて導体を均一に被覆する必要がある。従来、導体の外周に絶縁体として樹脂塗料を塗布焼付けした耐部分放電性エナメル線において、有機溶剤に溶解した樹脂塗料中にシリカなどの無機絶縁材料微粉末を分散させた樹脂塗料により絶縁体を形成したものが知られている。シリカは、耐部分放電性を有するほか、熱伝導度の向上、熱膨張の低減、強度の向上に寄与する。
【０００４】
一般に樹脂溶液にシリカの微粒子を分散させるためには、シリカの粉末を添加分散する方法または樹脂溶液とシリカゾルを混合する方法などが知られている。粉末を添加した場合に比べ、シリカゾルを用いると、混合が容易でシリカが高度に分散した塗料が得られる。ただし、この場合シリカゾルは樹脂溶液との相溶性がよいものであることが必要である。
【０００５】
耐熱高分子樹脂、特にポリイミドやポリアミドイミドなどの絶縁材料を溶解する溶剤としては、Ｎ−メチルピロドリン（ＮＭＰ）やジメチルアセトアミド（ＤＭＡＣ）等が用いられる。また、ポリアミドは、ＮＭＰよりクレゾールに対して溶解性が高い。さらに、ポリエステルイミド、ポリエステル、ポリウレタン等の熱硬化性樹脂もクレゾールが最も溶解性が高いことが知られている（例えば特許文献１）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−４３３１９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来フェノール類を溶剤とする耐熱性樹脂にシリカ微粒子を分散する際にはシリカ微粒子粉末の分散が行われているが、この方法ではシリカ微粒子が凝集し、分散が不十分である。電線被膜の耐部分放電性と電線被膜内のシリカ粒子の個数とは相関関係があり、分散が不十分である、すなわち、凝集物の多いシリカ分散樹脂塗料により被膜を形成した電線は、耐部分放電性が不十分である。従って、シリカ微粒子を被膜中に凝集なく均一に存在させるため、シリカ分散樹脂塗料の製造には非常に高度な分散が必要になる。
【０００８】
オルガノシリカゾルとしては、アルコール、ケトンなどの有機溶媒にシリか微粒子が分散したものが公知であるが、これらのオルガノシリカゾルはフェノール類に溶解した樹脂との相溶性が悪く、凝集物ができやすい。
【０００９】
クレゾール等を溶媒とした耐熱性樹脂溶液に混合するにはフェノール類に分散したシリカゾルが望ましいと考えられるが、フェノール類は融点が高いため常温で固化しやすく、またシリカとの親和性が不足していることもあり、これらを分散媒とする安定なオルガノシリカゾルが得られていない、また、フェノール類とＳＰ値が近いベンジルアルコールに分散したシリカゾルも安定なものが得られない。
【００１０】
従って、本発明の目的は、フェノール類又はベンジルアルコールを主溶剤とする樹脂塗料に均一に分散することができるとともに、安定したオルガノシリカゾルを得、そのオルガノシリカゾルを樹脂塗料に分散させた耐部分放電性絶縁塗料及びそのような塗料を導体上に塗布した絶縁電線を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するために、請求項１記載の発明において、溶剤に耐熱性絶縁塗料を溶解した樹脂塗料と、オルガノシリカゾルを混合して得られる耐部分放電性絶縁塗料において、前記オルガノシリカゾルは、フェノール類又はベンジルアルコール５〜８０質量％と、炭素数３〜７の１価アルコール１〜４０質量％を含む混合分散媒にシリカを分散させたオルガノシリカゾルであることを特徴とする耐部分放電性絶縁塗料を提供する。
【００１２】
本発明は、前記目的を達成するために、請求項２記載の発明において、溶剤に耐熱性絶縁塗料を溶解した樹脂塗料と、オルガノシリカゾルを混合して得られる耐部分放電性絶縁塗料において、前記オルガノシリカゾルは、フェノール類又はベンジルアルコール５〜８０質量％、芳香族炭化水素５〜９０質量％及び炭素数３〜７の１価アルコール１〜４０質量％を含む混合溶媒にシリカを分散させたオルガノシリカゾルであることを特徴とする耐部分放電性絶縁塗料を提供する。
【００１３】
樹脂塗料の溶剤に近い性質を有する溶剤を含む分散媒により分散されたオルガノシリカゾルを用いるため、相溶性が良好となりシリカ同士の凝集が起こらなくなり、樹脂塗料中にオルガノシリカゾルが均一に分散する。
【００１４】
本発明は、前記目的を達成するために、請求項４記載の発明において、請求項１から３のいずれかに記載の耐部分放電性絶縁塗料により導体上に被膜を形成したことを特徴とする絶縁電線を提供する。
【００１５】
オルガノシリカゾルが均一に分散された樹脂塗料を導体の被膜としたので、シリカが均一に分散された状態で被膜が形成され、部分放電劣化が生じにくくなる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明による耐部分放電性絶縁塗料及び絶縁電線の実施の形態を説明する。
【００１７】
本発明の耐部分放電性絶縁塗料は、フェノール類などが主溶剤となっているポリアミド、ポリエステルイミド、ポリエステルアミドイミド、ポリエステル、ポリウレタン等の樹脂塗料に対し、その溶剤とシリカゾルの分散媒とが同等又は同類の性質を持たせたことによって相溶性が良好となり、シリカ粒子同士の凝集が起こらないため、透明性を有する良好な耐部分放電性絶縁塗料が得られる。無着色の高分子材料は、透明性を有していることが多く、簡易的には、溶解した高分子材料とオルガノシリカゾルを混合したときに、混合液が透明性を有しているか否かでオルガノシリカゾルが生成したかどうかが判断できる。
【００１８】
オルガノシリカゾルは、例えば、シリカのアルコキシドを加水分解して得られたシリガゾルを適当な溶媒に置換させる。あるいは水ガラスをイオン交換して得たシリカゾルを溶媒置換して得る。オルガノシリカゾルは、上記の製造方法に限定されることなく、既知のいずれの製造方法によって製造しても良い。
【００１９】
シリカは、樹脂塗料にオルガノシリカゾルを分散したものを導体に塗布、焼付けして被膜を形成したときに樹脂塗料中の樹脂成分に対する配合比として１〜１００ｐｈｒとなる量を用いる。
【００２０】
フェノール類をシリカゾル分散媒に用いた理由は、樹脂塗料の溶剤がｍ−クレゾールを主体とするフェノール類となっており、シリカゾルと樹脂塗料との相性が良いためである。分散媒の成分としてのフェノール類は、フェノール、クレゾール、キシレノールなどがあげられる。
【００２１】
また、ベンジルアルコールは、ｍ−クレゾールと性質（沸点、粘度等）、ＳＰ値、化学構造などが似ており、樹脂塗料にベンジルアルコールを多量に加えても、樹脂の析出などがまったく見られず、相性が良いためである。
【００２２】
オルガノゾルの分散溶媒が上記フェノール類またはベンジルアルコールを含有することにより、ゾルと樹脂溶液との親和性がよくなり、混合時の凝集や増粘を抑制することができる。しかし、これらの成分の溶媒に対する比率が８０質量％を超えると、オルガノシリカゾル自体の安定性が悪くなり、凝集しやすくなる。
【００２３】
炭素数３〜７の１価アルコールとしては、ｎ−プロパノール、ｎ−ブタノールなどのアルコール類、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ等のエチレングリコールのモノエーテル類などが好適である。これらのアルコールは、オルガノシリカゾルの分散安定化作用を示し、溶媒に対し１質量％以上含まれる。しかし、分散溶媒中のアルコール類含有量が４０質量％を超えると樹脂溶液との親和性が低下し、混合した際の分散性が悪化するため好ましくない。
【００２４】
芳香族炭化水素は、樹脂液との混合において分散性を阻害することなく、またゾル自体の粘度を低下させる効果があるため併用して好ましい溶媒である。しかし、芳香族炭化水素の割合が多くなりすぎるとゾルが不安定となり、凝集を生じることがある。好ましい炭化水素の例としては、トルエン、キシレン、ソルベントナフサなどがあげられる。
【００２５】
メタノール、またはエタノールは、少量含有させることにより、ゾルの分散安定性を上げたり、フェノール類の凝固点を上げ、ゾルの低温での安定化効果を示す。溶液中に５質量％を超える量添加すると樹脂溶液との混合の際に影響を及ぼすことがあり、好ましくない。
【００２６】
上記の混合溶媒に分散したオルガノシリカゾルは、例えばアルコキシシランの加水分解によって得られたシリカゾルを溶媒置換して、あるいは水ガラスをイオン交換して得たシリカゾルを溶媒置換して得ることができる。また、炭素数３〜７の１価アルコールを含有するオルガノシリカゾルにフェノール類またはベンジルアルコールを添加する方法によっても得ることができる。オルガノシリカゾルは、上記の製造方法に限定されることなく、既知のいずれの方法によって製造してもよい。
【００２７】
オルガノシリカゾル中の水分量は、分散させる混合溶媒の組成により適切な範囲が変化するが、一般には多すぎるとゾルの安定化、あるいは樹脂塗料との混合性が悪化するためゾル中０．５質量％以下が好ましい。
【００２８】
上記の組成の溶媒に分散されたオルガノシリカゾルは、分散性が優れているため、シリカ濃度２０質量％以上の高濃度のオルガノゾルを得ることができる。
【００２９】
本発明のオルガノシリカゾルは、耐熱性樹脂溶液との相溶性が良好であり、混合した際のシリカ同士の凝集、樹脂の析出、シリカと樹脂の凝集が起こらず、透明性を揺する均一な塗料溶液が得られ、塗膜にした際も緻密で平滑性のある良好な被膜が得られる。
【００３０】
本発明におけるオルガノシリカゾルは、分散媒自体が樹脂の溶解性を有しているため、高分子材料の溶剤として用いることも可能である。従って、前述したフェノール類又はベンジルアルコールで溶解した樹脂塗料に用いられるだけでなく、無溶剤型絶縁ワニスへの混合、アクリル樹脂などの各種樹脂の溶解などに用いることができる。
（実施例）
【００３１】
図１は、本発明に係る耐部分放電性絶縁塗料を塗布した電線を示す図である。導体１上に耐部分放電性絶縁塗料を塗布した後、焼付けすることにより導体１の周囲に耐部分放電性絶縁体の被膜２が得られる。
【００３２】
実施例１〜４の各実施例において、次のように行った。
フェノール類を主体とした溶剤で溶解した樹脂塗料と、オルガノシリカゾルを混合して耐熱部分放電性絶縁塗料を製造するに際し、まず、分散媒成分１００重量部に対してシリカ（平均粒径１２ｎｍ）を２０重量部含有するオルガノシリカゾルを作成し、上記樹脂塗料中の樹脂分１００重量部に対してシリカ量が３０重量部含有するように上記樹脂塗料と上記オルガノシリカゾルの量を調製したものを、攪拌し、耐部分放電性絶縁塗料を得た。
【００３３】
また、それを１．０ｍｍφの銅導体上に塗布した後、焼付けし、被膜厚３０μｍのエナメル線を得た。
【００３４】
なお、Ｖ−ｔ特性は、絶縁破壊電圧と破壊時間の関係を示す特性であり、正弦波１０ｋＨｚ−１ｋＶの電圧を、対撚りしたエナメル線間に印加し、絶縁破壊に至るまでの時間を測定したものである。
【００３５】
実施例及び比較例における性状、得られたエナメル線の特性等については、表１に示す。
【００３６】
（実施例１）
樹脂塗料は、フェノール及びクレゾール異性体を主成分とする合成クレゾールで溶解したＴＨＥＩＣ変性ポリエステルイミド樹脂又はその前駆体とした。合成クレゾールの量は、ＴＨＥＩＣ変性ポリエステルイミド樹脂１００質量部に対して、２５０質量部となるようにした。オルガノシリカゾルの分散媒組成は、ベンジルアルコール５０質量％・トルエン２９質量％・イソプピルアルコール２１質量％としてオルガノシリカゾルを作成した。この樹脂塗料とオルガノシリカゾルを上述した配合比で混合して耐部分放電性絶縁塗料を作成した。
【００３７】
（実施例２）
樹脂塗料は、フェノール及びクレゾール異性体を主成分とする合成クレゾールで溶解した６‐６ナイロンを樹脂塗料とした。合成クレゾールの量は、６‐６ナイロン樹脂１００質量部に対して、３５０質量部となるようにした。オルガノシリカゾルの分散媒組成は、ｍ−クレゾール２７質量％・ソルベントナフサ６２質量％・メタノール１質量％としてオルガノシリカゾルを作成した。この樹脂塗料とオルガノシリカゾルを上述した配合比で混合して耐部分放電性絶縁塗料を作成した。
【００３８】
（実施例３）
樹脂塗料は、フェノール及びクレゾール異性体を主成分とする合成クレゾールで溶解したポリエステル樹脂又はその前駆体とした。合成クレゾールの量は、ポリエステル樹脂１００質量部に対して、２５０質量部となるようにした。オルガノシリカゾルの分散媒組成は、ｍ‐クレゾール２３質量％・キシレン５０質量％・ｎ−ブタノール２７質量％としてオルガノシリカゾルを作成した。この樹脂塗料とオルガノシリカゾルを上述した配合比で混合して耐部分放電性絶縁塗料を作成した。
【００３９】
（実施例４）
樹脂塗料は、フェノール及びクレゾール異性体を主成分とする合成クレゾールで溶解したポリウレタン樹脂又はその前駆体とした。合成クレゾールの量は、ポリウレタン樹脂１００質量部に対して、３００質量部となるようにした。オルガノシリカゾルの分散媒組成は、ｍ−クレゾール６９質量％・イソプロピルアルコール３１質量％としてオルガノシリカゾルを作成した。この樹脂塗料とオルガノシリカゾルを上述した配合比で混合して耐部分放電性絶縁塗料を作成した。
【００４０】
（比較例１）
樹脂塗料は、フェノール及びクレゾール異性体を主成分とする合成クレゾールで溶解したＴＨＥＩＣ変性ポリエステルイミド樹脂又はその前駆体とした。合成クレゾールの量は、ＴＨＥＩＣ変性ポリエステルイミド樹脂１００質量部に対して、２５０質量部となるようにした。オルガノシリカゾルの分散媒組成は、ｍ−クレゾール９０質量％・イソプロピルアルコール１０質量％としてオルガノシリカゾルを作成した。この樹脂塗料とオルガノシリカゾルを上述した配合比で混合して絶縁塗料を作成した。
【００４１】
（比較例２）
樹脂塗料は、フェノール及びクレゾール異性体を主成分とする合成クレゾールで溶解した６、６ナイロン樹脂とした。合成クレゾールの量は、６、６ナイロン樹脂１００質量部に対して、３５０質量部となるようにした。オルガノシリカゾルの分散媒は、メタノール１００質量％としてオルガノシリカゾルを作成した。この樹脂塗料とオルガノシリカゾルを上述した配合比で混合して絶縁塗料を作成した。
【００４２】
（比較例３）
樹脂塗料は、フェノール及びクレゾール異性体を主成分とする合成クレゾールで溶解したポリエステル樹脂又はその前駆体とした。合成クレゾールの量は、ポリエステル樹脂１００質量部に対して、２５０質量部となるようにした。シリカ粉末は、０．０５ｍｍ径のものを用いた。この樹脂塗料とシリカ粉末を樹脂塗料中の樹脂分１００重量部に対し、シリカが３０質量部となる配合比で混合して絶縁塗料を作成した。
【００４３】
（比較例４）
樹脂塗料は、フェノール及びクレゾール異性体を主成分とする合成クレゾールで溶解したＴＨＥＩＣ変性ポリエステルイミド樹脂又はその前駆体とした。合成クレゾールの量は、ＴＨＥＩＣ変性ポリエステルイミド樹脂１００質量部に対して、３００質量部となるようにした。この樹脂塗料に何も加えず絶縁塗料とした。
【００４４】
【表１】

本発明のオルガノシリカゾルを樹脂塗料に混合した場合、いずれの実施例も透明性を有し、安定性も良好であった。
本発明の塗料を導体に塗布して被膜を形成したエナメル線とした場合、いずれの実施例においても耐部分放電性の指標となるＶ−ｔ特性において大幅な寿命向上が認められた。
【００４５】
比較例１は、ｍ−クレゾールの比率を上げた場合であるが、ゾルとして存在できず白色のゲルとなってしまった。
比較例２は、オルガノシリカゾルとしては良好な正常を有しているが、樹脂塗料と混合する際、分散媒のバランスが崩れ、粒子同士の凝集による白色化が認められ、一部沈降した。Ｖ−ｔ特性も大幅に悪化している。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、溶剤に耐熱性絶縁塗料を溶解した樹脂塗料と、オルガノシリカゾルを混合して得られる耐部分放電性絶縁塗料において、前記オルガノシリカゾルは、フェノール類又はベンジルアルコール５〜８０質量％と、炭素数３〜７の１価アルコール１〜４０質量％を含む混合分散媒にシリカを分散させたオルガノシリカゾルとしたため、樹脂塗料中にオルガノシリカゾルを均一に分散することができる。
【００４７】
また、本発明によれば、溶剤に耐熱性絶縁塗料を溶解した樹脂塗料と、オルガノシリカゾルを混合して得られる耐部分放電性絶縁塗料において、前記オルガノシリカゾルは、フェノール類又はベンジルアルコール５〜８０質量％と、炭素数３〜７の１価アルコール１〜４０質量％を含む混合分散媒にシリカを分散させたオルガノシリカゾルである耐部分放電性絶縁塗料により導体上に被膜を形成することとしたため、被膜中にシリカが均一に分散され、部分放電が生じにくくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る樹脂塗料を塗布した電線を示す図である。
【符号の説明】
１導体
２耐部分放電性絶縁体の被膜

Claims

溶剤に耐熱性絶縁塗料を溶解した樹脂塗料と、オルガノシリカゾルを混合して得られる耐部分放電性絶縁塗料において、
前記オルガノシリカゾルは、フェノール類又はベンジルアルコール５〜８０質量％と、炭素数３〜７の１価アルコール１〜４０質量％を含む混合分散媒にシリカを分散させたオルガノシリカゾルであることを特徴とする耐部分放電性絶縁塗料。
溶剤に耐熱性絶縁塗料を溶解した樹脂塗料と、オルガノシリカゾルを混合して得られる耐部分放電性絶縁塗料において、
前記オルガノシリカゾルは、フェノール類又はベンジルアルコール５〜８０質量％、芳香族炭化水素５〜９０質量％及び炭素数３〜７の１価アルコール１〜４０質量％を含む混合溶媒にシリカを分散させたオルガノシリカゾルであることを特徴とする耐部分放電性絶縁塗料。
前記シリカは、前記樹脂塗料の樹脂成分に対し配合比が１〜１００ｐｈｒであることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の耐部分放電性絶縁塗料。
請求項１から３のいずれかに記載の耐部分放電性絶縁塗料により導体上に被膜を形成したことを特徴とする絶縁電線。