JP2005053165A - エポキシ樹脂組成物の硬化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金型内に注入されたエポキシ樹脂の樹脂硬化時に樹脂が収縮するため、樹脂を加圧補給しながら注型を行う加圧ゲル化法によるエポキシ樹脂組成物の硬化方法では、補給用の樹脂の注入圧力の調整が難しく、硬化完了した製品中に巣、ボイドなどの欠陥が発生しやすい。
【解決手段】エポキシ樹脂を加圧補給する注入圧力を硬化進行に応じて相対的に変化させる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、電気絶縁性や機械的特性に優れ、構造絶縁物に使用されるエポキシ樹脂組成物の硬化方法に関する。

従来から、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂に硬化剤と充填剤とを配合したエポキシ樹脂組成物を金型内で加熱硬化して成るエポキシ樹脂注形品が作られている。このエポキシ樹脂注形品は、固体絶縁物としての電気絶縁性や機械的特性等に優れていることから、構造絶縁物をはじめ、高電圧電気機器など様々な分野で使用されている。
近年では、エポキシ樹脂組成物の硬化方法として、更に高品質で信頼性の高い注形品を、短時間で大量生産することが可能な加圧ゲル化法が適用されるようになってきている。

この加圧ゲル化法とは、反応性の高いエポキシ樹脂（以下単に樹脂と称する）を使用し、注型用の金型の温度を樹脂温度より数段高くした状態で金型内に樹脂を注入していき、樹脂硬化時に収縮する分の樹脂を補うために樹脂の硬化が完了するまで収縮分の樹脂を適度な圧力で加圧補給し続けていく硬化方法である。（例えば、特許文献１参照）
加圧ゲル化法では、金型への樹脂注入硬化時に、金型の樹脂注入口が金型の内部の製品部より先に硬化してしまうと樹脂の供給路が断たれてしまい、製品部に樹脂が補給できなくなる。この結果、注型完了した製品内部にクラック、巣、ボイド等の絶縁性能、機械的強度を著しく低下させる欠陥が発生する恐れがある。

これらを避けるため、加圧ゲル化法では、注入された樹脂が金型温度によって加熱され、樹脂注入口の反対側に位置する製品上部から硬化が開始するように反応性の高い樹脂を使用し、金型の温度を樹脂温度より数段高くした状態で樹脂を注入するようにしている。

また、樹脂注入口周囲の金型温度が製品部より低くなるように温度勾配をつけたり、この温度勾配をつけるために樹脂注入口周囲を冷やすための冷却装置を設けるなどの改良もなされている。
特開平１０−１３０４６４号公報（第２頁、右欄１２−２２行）

前述したように加圧ゲル化法では、高電圧で使用される電気機器の絶縁性能、機械的強度を著しく低下させる注型品の内部欠陥の発生を避けるためには、樹脂の硬化が完了するまで樹脂硬化時の収縮分の樹脂を補うために樹脂の加圧補給をし続けることが重要となる。

しかしながら、金型内に順次注入される樹脂は、硬化過程が進むにつれて、注入されたばかりの液体状態、硬化がある程度進んで液体状態から固体状態に変化するゲル化状態、更に硬化最終段階のゲル化した樹脂に靭性が付与される状態と樹脂の状態が変化し、しかもこの異なった状態の樹脂が金型内で共存する状況となる。
樹脂への補給加圧力が低いと当然のことながら、硬化収縮分の樹脂の補給が不充分となり、巣、ボイド等の絶縁性能、機械的強度を著しく低下させる欠陥が発生する。

一方、液体状態、液体状態から固体状態に変わるゲル化状態、ゲル化した樹脂に靭性が付与される状態とが金型内で共存する状況下で樹脂に過度の圧力を加えると各状態の境界部、特にゲル化部と靭性が付与された部分とに加圧力が集中し、クラックを発生させる恐れがある。特に注型品が大型な場合、また樹脂中に金物等の異種の材料が埋め込まれる場合、これらの現象は、クラックや、埋め込まれた異種材料との剥離を生じ、製品の品質を著しく低下させる恐れがある。

本発明は、このような課題を解決し、絶縁性能、機械的強度を著しく低下させるクラックや剥離発生を抑止し、高品質で信頼性の高いエポキシ樹脂注形品を製造することのできるエポキシ樹脂組成物の硬化方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、金型内にエポキシ樹脂を注入して加熱硬化させ、エポキシ樹脂硬化時に収縮する分の樹脂を補うためにエポキシ樹脂の硬化が完了するまで収縮分のエポキシ樹脂を加圧補給するエポキシ樹脂組成物の硬化方法において、エポキシ樹脂を加圧補給する注入圧力を金型内のエポキシ樹脂の硬化進行に応じて相対的に変化させるようにしたことを特徴とする。
この発明によれば、補給用の樹脂の注入圧力が樹脂の硬化進行に応じて最適な値に保たれ、高品質なエポキシ樹脂注型品が得られる。

本発明によれば、加圧ゲル化法によるエポキシ樹脂組成物の硬化方法において、エポキシ樹脂を加圧補給する注入圧力を金型内のエポキシ樹脂の硬化進行に応じて相対的に変化させるようにしたので、絶縁性能、機械的強度を著しく低下させるクラックや剥離発生を抑止し、高品質で信頼性の高いエポキシ樹脂注形品を製造することのできるエポキシ樹脂組成物の硬化方法を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１および図２は、本発明の第１の実施の形態を示す図で、図１および図２において、１は固定側の金型で、固定側の金型固定板２に固定されている。３は前記固定側の金型１に対向する可動側の金型で、同じく可動側の金型固定板４に固定されている。

可動側の金型３を取り付けた可動側の金型固定板４は、油圧シリンダー５により矢印Ｘに沿って固定側の金型固定板２側に押圧され、可動側の金型３を固定側の金型１に押し付け、図示しないクランプなどによって型締めされ、金型６が形成されている。

７は金型６の下部中央部に形成された樹脂注入口、８は前記樹脂注入口７から金型６内に樹脂９を注入する樹脂注入ノズル、１０は前記樹脂注入ノズル８に図示しない樹脂貯蔵タンクから樹脂９を供給するための注入ホース、１１は金型６内において樹脂９中に埋めこまれ、注型される埋めこみ金物である。

次に本発明の硬化方法について説明する。まず、金型６の温度を樹脂温度より数段高く成るように図示しない加熱装置により加熱しておく。
次に、樹脂注入ノズル８を矢印Ｙに沿って上昇させ、樹脂注入ノズル８の先端を金型６の樹脂注入口７に接続する。樹脂注入ノズル８が樹脂注入口７に接続されると金型６内部に設けた図示しない注入弁が開き樹脂注入が可能な状態となる。

その後、樹脂貯蔵装置またはタンクから圧送される樹脂９が、注入ホース１０、樹脂注入ノズル８を経由して金型６内に注入される。金型６内に注入された樹脂は、樹脂注入口７上部の製品部へと順次注入されていく。

金型６内に樹脂の注入が開始された後は、金型６上部の製品部から順次樹脂の加熱硬化が開始されていく。その樹脂９の加熱硬化の過程において、樹脂の収縮分を補給するため補給用の樹脂を適度な注入圧力で金型６内に加圧補給していく。

本発明では、図３に示すように、樹脂の加圧補給において、製品上部および樹脂９中に注型される埋めこみ金物１１の周囲がゲル化状態になる樹脂硬化開始後約１５分経過後までは４ｂａｒの注入圧力で継続して樹脂の加圧補給を行う。その後、製品上部、および埋め込み金具１１の周囲がゲル化した後注入口７上部がゲル化状態になる樹脂硬化開始後約２０分経過後までは２ｂａｒの注入圧力に変化させて樹脂の加圧補給を継続する。そして、最終的には、樹脂９に金型６から取り出すために必要な外力に耐えうるだけの強度が付与された段階で注入圧力を開放する。

このように補給用の樹脂を金型６内に加圧注入する場合、樹脂９の硬化進行に応じて補給用樹脂の注入圧力をクラック、巣、ボイド等の欠陥が構造または形状的に発生する弱点部が液体状態からゲル化状態に至るまでは相対的に高圧で加圧注入し、その後は、内部欠陥しない程度に注入圧力を相対的に下げて低くなるように段階的に変化させることで、樹脂の硬化過程全般に亘って最適な注入圧力に保つことができ、硬化完了した樹脂内にクラック、巣、ボイドなどの欠陥が発生するのを防ぐことができる。

次に本発明の第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態においては、第1の実施の形態の硬化方法を自動制御で実施するようにしたものである。
金型６内の実際の圧力を樹脂注入ノズル８に設けた圧力センサー１２でモニタリングし、樹脂９の硬化進行に応じた段階的な圧力変化を自動的に制御するようにしている。

即ち、金型６内に注入された樹脂９が硬化する際の熱膨張や硬化収縮に伴う圧力変化がクラックを発生しないような圧力上昇や、巣、ボイドを誘発するような圧力低下が生じないように最適な段階的な圧力変化が行われるように自動制御する。

図３のグラフは、樹脂量１６０００ｃｃの高電圧電気機器用絶縁スペーサを硬化温度１３０℃で製造した際の加圧硬化プログラムの一例である。この結果、第１の実施の形態と同様に硬化完了した樹脂内にクラック、巣、ボイドなどの欠陥が発生することのない高品質の高電圧機器用絶縁スペーサを得ることができた。

また、金型６内と同圧で、かつ樹脂９が最後まで硬化しないように樹脂注入ノズル８の樹脂流路内に圧力センサー１２を設置し、加熱硬化プログラムにより硬化時間に合わせて段階的な圧力の変更を自動制御する。

このように、金型６の樹脂注入ノズル８等の金型内部に圧力センサーを配置すると、樹脂硬化後は収縮により圧力センサーから離れ感知できなくなるのを防ぎ、硬化後まで検知できるようになる。

また、樹脂と線膨張係数の異なる金物等の埋め込み金物１１がある場合、硬化収縮によって発生する界面の剥離やクラックの発生を抑止し、埋め込み金物周囲がゲル化するまで高圧で加圧し、その後段階的に加圧力を下げることにより、硬化収縮により界面の剥離やクラックの発生を防ぐことができる。

本発明の第１の実施の形態によるエポキシ樹脂組成物の硬化方法を示す 縦断側面図。 本発明の第１の実施の形態によるエポキシ樹脂組成物の硬化方法を示す図で、図１をII−II線に沿って切断し、矢印方向に見た縦断正面図。 本発明を高電圧電気機器用絶縁スペーサの硬化方法に適用した場合の樹脂加圧プログラムを示すグラフ。

符号の説明

１…固定側の金型、２…固定側の金型固定板、３…可動側の金型、４…可動側の金型固定板、５…油圧シリンダー、６…金型、７…樹脂注入口、８…樹脂注入ノズル、９…エポキシ樹脂、１０…注入ホース、１１…埋め込み金物、１２…圧力センサ。

Claims (6)

1. 金型内にエポキシ樹脂を注入して加熱硬化させ、エポキシ樹脂硬化時に収縮する分の樹脂を補うためにエポキシ樹脂の硬化が完了するまで収縮分のエポキシ樹脂を加圧補給するエポキシ樹脂組成物の硬化方法において、エポキシ樹脂を加圧補給する注入圧力を金型内のエポキシ樹脂の硬化進行に応じて相対的に変化させるようにしたことを特徴とするエポキシ樹脂組成物の硬化方法。
2. エポキシ樹脂を加圧補給する注入圧力を金型内のエポキシ樹脂の硬化進行に応じて相対的に低くさせるようにしたことを特徴とする請求項１記載のエポキシ樹脂組成物の硬化方法。
3. 金型内の圧力を圧力センサーで検出し、金型内のエポキシ樹脂の硬化進行に応じて注入圧力を相対的に変化させるようにしたことを特徴とする請求項１または２記載のエポキシ樹脂組成物の硬化方法。
4. 金型内の圧力を検出する圧力センサーをエポキシ樹脂を金型内に注入する樹脂注入ノズル内に設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物の硬化方法。
5. エポキシ樹脂内部に埋め込み金具を埋め込んでエポキシ樹脂と一体化することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物の硬化方法。
6. エポキシ樹脂組成物が高電圧電気機器用絶縁スペーサであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物の硬化方法。
   
   

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