JP2015101601A - ポリマー碍子用外被ゴム - Google Patents
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Abstract
【課題】ポリマー碍子として必要な高電圧電気絶縁特性および機械的特性を具備する外被ゴムを、高電圧電気絶縁特性の向上に資する添加剤の添加量を、従来の３質量％より更に低減させて、かつ、超音波撹拌等、特殊な追加設備を用いることなく、製造する技術を提供すること。
【解決手段】ゴム組成物に、高電圧電気絶縁特性の向上に資する添加剤を添加して得られたポリマー碍子用外被ゴムであって、前記添加剤を、セラミックスの水和物を１００ｎｍ以下に粉砕して得た微粉末とし、その添加量を、ポリマー碍子用外被ゴムの全原料中、０．５〜２．５質量％とした。
【選択図】なし
【解決手段】ゴム組成物に、高電圧電気絶縁特性の向上に資する添加剤を添加して得られたポリマー碍子用外被ゴムであって、前記添加剤を、セラミックスの水和物を１００ｎｍ以下に粉砕して得た微粉末とし、その添加量を、ポリマー碍子用外被ゴムの全原料中、０．５〜２．５質量％とした。
【選択図】なし
Description
本発明は、ポリマー碍子用外被ゴムに関するものである。
ポリマー碍子は、ガラス繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）等よりなる絶縁ロッドと、絶縁ロッドの外周にモールド成形された外被ゴムと、絶縁ロッドの両端部に、かしめ固定された把持金具から構成され、軽量でかつ高い強度を有するため、これらの特性が要求される各種用途に使用されている。
ポリマー碍子を構成する外被ゴムは、耐トラッキング性、耐アーク性、耐エロージョン性等の高電圧電気絶縁特性に優れたものであることが求められ、この高電圧電気絶縁特性の向上に資する各種の添加剤が検討されている。
例えば、多量のアルミニウム水酸化物を添加材として使用する技術（特許文献１）や、ナノサイズのシリカ（ＳｉＯ２）を添加材として使用する技術（非特許文献１、２）が開示されている。
特許文献１の技術は、ゴム組成物１００重量部に対し、粒径７〜５０μｍと粒径０．１〜７μｍのアルミニウム水酸化物を併用して、１００〜９００重量部添加することにより、耐トラッキング性、耐アーク性、耐エロージョン性等の高電圧電気絶縁特性の向上を図るものであるが、一方で、多量のアルミニウム水酸化物の添加により、ゴムの粘度が低下したり、加硫後のゴムの引き裂き強度が低下するなど、ゴムの機械的特性が低下するという問題があった。
非特許文献１、２は、本発明者らの研究に基づくものであり、粒径７ｎｍもしくは４０ｎｍのシリカ（ＳｉＯ２）を添加することにより、ゴムの高電圧電気絶縁特性および機械的特性の双方の向上が実現されているデータを開示している。しかし、前記サイズのシリカは、一般的な自転公転式ミキサーによる撹拌だけでは、ゴム中に十分に分散させることができず、超音波撹拌を追加する必要があり、従来設備での製造ができないという問題があった。
また、ポリマー碍子の外被ゴム製造工程における添加剤の添加量は、原料コストの観点からより少なくすることが好ましいのに対し、非特許文献１、２の技術において、ポリマー碍子として必要な高電圧電気絶縁特性および機械的特性を具備するためには、前記サイズのシリカ（ＳｉＯ２）の添加量を、少なくとも、３〜５質量％とすることが求められるのに対し、更なる添加量の削減はできないという問題があった。
２０１２年 電気学会誘電・絶縁材料研究会 ＤＥＩ−１２−１０４
２０１３ ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｓｏｌｉｄ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｓ ＰＯＳＴ−０２：１９
本発明の目的は前記の問題を解決し、ポリマー碍子として必要な高電圧電気絶縁特性および機械的特性を具備する外被ゴムを、高電圧電気絶縁特性の向上に資する添加剤の添加量を、従来の３質量％より更に低減させて、かつ、超音波撹拌等、特殊な追加設備を用いることなく、製造する技術を提供することである。
上記課題を解決するためになされた本発明のポリマー碍子用外被ゴムは、ゴム組成物に、高電圧電気絶縁特性の向上に資する添加剤を添加して得られたポリマー碍子用外被ゴムであって、前記添加剤が、セラミックスの水和物を１００ｎｍ以下に粉砕して得た微粉末であって、その添加量が、ポリマー碍子用外被ゴムの全原料中、０．５〜２．５質量％未満であることを特徴とするものである。なお、本明細書における添加剤の粒径は、「レーザー回折法」を用いた粒度分布測定により求めた値とする。
請求項２記載の発明は、請求項１記載のポリマー碍子用外被ゴムであって、前記セラミックスが、酸化アルミニウムであることを特徴とするものである。
請求項３記載の発明は、請求項１記載のポリマー碍子用外被ゴムであって、前記セラミックスの水和物が、Ａｌ２Ｏ３・Ｈ２Ｏであることを特徴とするものである。
本発明では、ポリマー碍子用外被ゴムの添加剤として、セラミックスの水和物を１００ｎｍ以下に粉砕して得た微粉末を使用している。このように、セラミックスの水和物を、ナノサイズにした添加剤は、ポリマー碍子用外被ゴムの全原料中への分散性に優れるため、超音波撹拌等、特殊な追加設備を用いることなく、一般的な自転公転式ミキサーによる撹拌により、全原料中に分散させることができる。
更に、このように、セラミックスの水和物を、ナノサイズにした添加剤は、ゴム組成物との間に、非常に大きな界面領域を有するため、０．５質量％（非特許文献１、２において、ベストモード値として開示された添加量の１／６）程度の極微量な添加量によって、ポリマー碍子用外被ゴムに、従来の非特許文献１、２と同等の高電圧電気絶縁特性を具備させることができるとともに、従来の非特許文献１、２よりもすぐれた機械的特性を具備させることができる。その詳細なメカニズムは解明されていないが、本発明者らは、これらの効果は、ナノサイズの粒子や結晶水とベースゴムとの界面領域増大によって、界面領域で働く相互作用が、より強く発現するようになったことに起因するものと推測している。
以下に本発明の好ましい実施形態を示す。
本実施形態では、ベースゴムとして、付加反応硬化型の液状シリコーンゴム組成物（モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ製）を使用し、添加剤として、ベーマイト（Ａｌ２Ｏ３・Ｈ２Ｏ）を１００ｎｍ以下に粉砕して得た微粉末（大明化学工業製または関東電化工業製）を使用した。添加剤の撹拌は、自転公転式ミキサーのみを使用して行った。
付加反応硬化型の液状シリコーンゴム組成物とは、下記の（イ）〜（ハ）を主成分とする高電圧電気絶縁体用シリコーンゴム組成物である。
（イ）平均組成式が、Ｒ1 aＳｉＯ(4-a)/2で示され、１分子中に少なくとも平均２個以上のアルケニル基を有するオルガノポリシロキサン１００重量部。（式中Ｒ1は置換又は非置換の一価炭化水素基であり、Ｒ1の０．０１〜２０モル％はアルケニル基である。ａは１．９〜２．４の正数である。）
（ロ）平均組成式が、Ｒ2 bＨcＳｉＯ(4-b-c)/2で示され、常温で液体のオルガノハイドロジェンポリシロキサン０．１〜１００重量部。（式中Ｒ2は炭素数１〜１０の置換又は非置換の一価炭化水素基でり、ｂは０．７〜２．１、好ましくは１〜２、ｃは０．００２〜１、好ましくは０．０１〜０．５で、かつｂ＋ｃは０．８〜３、好ましくは１．５〜２．６を満足する正数である。）
（ハ）触媒量（１〜１００ｐｐｍ）の付加反応触媒
（イ）平均組成式が、Ｒ1 aＳｉＯ(4-a)/2で示され、１分子中に少なくとも平均２個以上のアルケニル基を有するオルガノポリシロキサン１００重量部。（式中Ｒ1は置換又は非置換の一価炭化水素基であり、Ｒ1の０．０１〜２０モル％はアルケニル基である。ａは１．９〜２．４の正数である。）
（ロ）平均組成式が、Ｒ2 bＨcＳｉＯ(4-b-c)/2で示され、常温で液体のオルガノハイドロジェンポリシロキサン０．１〜１００重量部。（式中Ｒ2は炭素数１〜１０の置換又は非置換の一価炭化水素基でり、ｂは０．７〜２．１、好ましくは１〜２、ｃは０．００２〜１、好ましくは０．０１〜０．５で、かつｂ＋ｃは０．８〜３、好ましくは１．５〜２．６を満足する正数である。）
（ハ）触媒量（１〜１００ｐｐｍ）の付加反応触媒
ベーマイト（Ａｌ２Ｏ３・Ｈ２Ｏ）としては、具体的には、平均粒径（メジアン径）７０ｎｍで、板状の結晶構造を有するものと、平均粒径（メジアン径）１００ｎｍで、斜方晶状の結晶構造を有するものの２種類を使用した。
本発明のポリマー碍子用外被ゴムの成形方法は、混合物の粘度により自由に選択することができ、注入成形、圧縮成形、射出成形、押し出し成形、トランスファー成形等いずれの方法を採用しても良い。その硬化条件は、通常８０〜２００℃で３分〜３時間加熱することができる。
添加剤を添加しないベースゴムのみからなるサンプル（比較例１）と、下記の表１のように添加剤を添加したサンプル（実施例１〜５、比較例２〜７）を作成し、耐トラッキング特性試験（ＩＥＣ６０５８７に準拠、試験条件：４．５ｋＶ,６時間）と、耐アーク特性試験（ＪＩＳ Ｋ６９１１に準拠）と、機械特性試験（ＪＩＳ Ｋ６２５１に準拠）を行った。なお、比較例２，３は添加剤のサイズをμサイズとしたもの、比較例４，５は添加剤の種類を、結晶水を有さない無水シリカとしたものである。
（耐トラッキング特性および耐エロージョン特性）
比較例１，３，４は何れも、上記試験条件をクリアすることができず、エロージョン深さ６ｍｍ（＝試料貫通）、エロージョン長さ２５ｍｍ以上であった。実施例１〜５および比較例２，５，６，７は、何れも、上記試験条件をクリアし、平均エロージョン深さ１．５ｍｍ、平均エロージョン長さ５〜６ｍｍに抑制された。
（耐アーク特性）
比較例１では２００秒、比較例３では３００秒であったのに対し、実施例１〜５および比較例２，４，５，６，７では、何れも、検出上限である４２０秒以上と、比較例に対し大幅な向上が確認された。
（機械的特性）
ＪＩＳ Ｋ６２５１の引き裂き強度試験において、実施例１〜５では、何れも、比較例１に対し、引き裂き強度の向上が確認された。一方、比較例２〜４および比較例７の引き裂き強度は、比較例１に比して、ほぼ同等か若干低下しており、引き裂き強度の向上効果は認められなかった。
比較例１，３，４は何れも、上記試験条件をクリアすることができず、エロージョン深さ６ｍｍ（＝試料貫通）、エロージョン長さ２５ｍｍ以上であった。実施例１〜５および比較例２，５，６，７は、何れも、上記試験条件をクリアし、平均エロージョン深さ１．５ｍｍ、平均エロージョン長さ５〜６ｍｍに抑制された。
（耐アーク特性）
比較例１では２００秒、比較例３では３００秒であったのに対し、実施例１〜５および比較例２，４，５，６，７では、何れも、検出上限である４２０秒以上と、比較例に対し大幅な向上が確認された。
（機械的特性）
ＪＩＳ Ｋ６２５１の引き裂き強度試験において、実施例１〜５では、何れも、比較例１に対し、引き裂き強度の向上が確認された。一方、比較例２〜４および比較例７の引き裂き強度は、比較例１に比して、ほぼ同等か若干低下しており、引き裂き強度の向上効果は認められなかった。
以上より、
・添加剤をセラミックスの水和物を１００ｎｍ以下に粉砕して得た微粉末とし、その添加量を、０．５〜２．５質量％とすることにより、ポリマー碍子用外被ゴムに、従来技術（非特許文献１、２）と同等の高電圧電気絶縁特性を具備させることができるとともに、前記従来技術よりもすぐれた機械的特性を具備させることができることが確認された。
・添加剤をμサイズにした場合、添加剤の大量添加によって、ポリマー碍子に必要とされる高電圧電気絶縁特性を具備させることができるが、添加剤の大量添加によって、機械的特性が低下することが確認された。
・添加剤の種類を無水シリカとした場合、ポリマー碍子に必要とされる高電圧電気絶縁特性を具備させるためには、添加剤の添加量を３質量％以上とすることが必要であることが確認された。
・添加剤をセラミックスの水和物を１００ｎｍ以下に粉砕して得た微粉末とし、その添加量を、０．５〜２．５質量％とすることにより、ポリマー碍子用外被ゴムに、従来技術（非特許文献１、２）と同等の高電圧電気絶縁特性を具備させることができるとともに、前記従来技術よりもすぐれた機械的特性を具備させることができることが確認された。
・添加剤をμサイズにした場合、添加剤の大量添加によって、ポリマー碍子に必要とされる高電圧電気絶縁特性を具備させることができるが、添加剤の大量添加によって、機械的特性が低下することが確認された。
・添加剤の種類を無水シリカとした場合、ポリマー碍子に必要とされる高電圧電気絶縁特性を具備させるためには、添加剤の添加量を３質量％以上とすることが必要であることが確認された。
Claims (3)
- ゴム組成物に、高電圧電気絶縁特性の向上に資する添加剤を添加して得られたポリマー碍子用外被ゴムであって、
前記添加剤が、セラミックスの水和物を１００ｎｍ以下に粉砕して得た微粉末であって、
その添加量が、ポリマー碍子用外被ゴムの全原料中、０．５〜２．５質量％である
ことを特徴とするポリマー碍子用外被ゴム。 - 前記セラミックスが、酸化アルミニウムであることを特徴とする請求項１記載のポリマー碍子用外被ゴム。
- 前記セラミックスの水和物が、Ａｌ２Ｏ３・Ｈ２Ｏであることを特徴とする請求項１記載のポリマー碍子用外被ゴム。
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