JP2847936B2 - エポキシ樹脂組成物 - Google Patents

エポキシ樹脂組成物

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【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本発明は、アーク遮断媒質としてSF6ガスを用いたSF6
ガス絶縁開閉装置,SF6ガス遮断器等の超高電圧機器の支
持構造物および支持絶縁物に使用されるエポキシ樹脂組
成物に関するものである。
B.発明の概要 本発明は導体としアルミニウムの成形品を注形埋め込
みする際に用いられ、エポキシ樹脂,硬化剤,無機質充
填材を主とするエポキシ樹脂組成物において、エポキシ
樹脂として脂環型とビスフェノールA型と変性脂環型を
25:55:20の配合比で混合したものを用いるとともに、無
機質充填材としてシラン・カップリング剤で処理された
酸化アルミニウムと苦灰石を35:15の配合比で混合した
ものを用い、その無機質充填材の配合比を全体組成に対
して46vol%とすることにより、成形性に優れ、機械強
度が高く、誘電率が低く、熱膨張率が低く、更にSF6
解ガスに曝されてもモールド品の表面抵抗率の低下を防
止するものである。
C.従来の技術 SF6ガスはアーク遮断媒体として極めて優れ、空気の
数倍に達する絶縁耐力をもつ優秀な安定絶縁物であるこ
とから、回路遮断器等の超高電圧機器の絶縁に使用され
ている。このSF6ガスを用いた超高電圧機器としてガス
絶縁開閉装置(GIS),ガス遮断器(GCB)があり、その
支持構造物および支持絶縁物(例えば碍子,碍管,スペ
ーサー等の固体絶縁物)にはエポキシ樹脂をマトリック
スとした高分子複合物いわゆるモールド注形品が広く使
用されている。
しかし、SF6ガスは極めて安定したガスであるが、遮
断時に発生するアークやコロナ放電等による高エネルギ
ーにより分解され、反応性の強い低フッ化イオウを生成
してしまう。この分解生成物は、気中および絶縁物中の
水分と反応して腐食性の強いフッ酸を生成し、特にフッ
酸は酸化ケイ素(SiO2)を著しく腐食する[「電気・電
子先端材料展と技術セミナー」88講演予稿集(1988
年),第183〜192頁「SF6ガス絶縁機器用低誘電率エポ
キシ絶縁体の特性」の第183頁を参照]。
このため、ガス絶縁開閉装置(GIS),ガス遮断器(G
CB)の支持構造物および支持絶縁物にガラス・シリカ等
を充填したモールド注形品を使用した場合、ガラスの成
分である酸化ケイ素がフッ酸と反応して絶縁抵抗値の低
い電解物質に変質するため、絶縁物は侵されて表面抵抗
が低下し、絶縁劣化を招くおそれがある。
したがって、シリカ充填系のモールド注形品の使用環
境は屋内の気中および絶縁油中に限られ、SF6ガスを使
用した超高電圧機器には使用することができなかった。
このため、従来のSF6ガスを使用する超高電圧機器の
モールド注形品では、SF6分解生成物に対する耐久性を
維持する目的として、充填材にSF6分解ガスに対して化
学反応性の低い酸化アルミニウム(以後、アルミナと呼
ぶ)が多く用いられている。
D.発明が解決しようとする課題 しかしながら、アルミナ充填系のモールド注形品はシ
リカ充填系と比較して以下のような欠点を有している。
(1)機械強度が2割程度低い。
(2)誘電率が4割程度高い。
(3)コストが高い。
(4)多量に充填するとSF6分解ガスの影響を受けモー
ルド品の表面抵抗率が低下する。
これらのことは、近年の機器のコンパクト化、大容量
化の要望に対して何れも阻害要因となるものである。
本発明は上記の問題点に着目してなされたもので、成
形性および機械強度に優れ、誘電率および膨張率が低
く、しかもSF6分解ガスに対する耐性に優れたエポキシ
樹脂組成物を提供することを目的とする。
E.課題を解決するための手段 本発明は上記目的を達成するため、エポキシ樹脂,硬
化剤,無機質充填材及び硬化促進剤を含むエポキシ樹脂
組成物において、前記エポキシ樹脂は少なくとも脂環型
エポキシ樹脂とビスフェノールA型エポキシ樹脂と変性
脂環型エポキシ樹脂の混合物からなり、その配合比を2
5:55:20とし、前記無機質充填材はシラン・カップリン
グ剤で処理された酸化アルミニウムと苦灰石の混合系か
らなり、その配合比を35:15とし、この無機質充填材の
配合比を全体組成に対して46vol%としたことを特徴と
する。
F.作用 本発明者らは、アーク遮断媒質としてSF6ガスを用い
たSF6ガス絶縁開閉装置,SF6ガス遮断器等の超高電圧機
器の支持構造物および支持絶縁物に使用されるエポキシ
樹脂組成物に関して鋭意研究した結果、無機質充填材と
して従来のアルミナ(酸化アルミニウム)充填材に代え
て界面活性剤で処理したアルミナと苦灰石(炭酸マグネ
シウム・カルシウム:以後、ドロマイトと呼ぶ)を用い
ることにより、成形性および機械強度に優れ、誘電率お
よび膨張率が低く、しかもSF6分解ガスに対する耐性に
優れた特長を見い出し、本発明に係るエポキシ樹脂組成
物を完成した。
特に、本発明では、脂環型エポキシ樹脂とビスフェノ
ールA型エポキシ樹脂と変性脂環型エポキシ樹脂を25:5
5:20の配合比で混合したものを使用し、前硬化を100℃,
16時間、後硬化を150℃,8時間の二段硬化条件で硬化さ
せることにより、モールド注形品の成形性を改善するこ
とができる。
また、アルミナの表面を界面活性剤で化学的に処理す
ることにより、エポキシ樹脂組成物に機械強度と耐SF6
分解ガスの両特性を高いレベルで保持し、しかも低コス
ト化を図ることができる。
また、アルミナとドロマイトの混合系からなる無機質
充填剤の配合比を全体組成の46vol%とすることによ
り、アルミニウムの熱膨張率23×10-6/℃よりも多少大
きめの値にすることができ、常にアルミニウム成形品に
適度の締め付け応力が加わる。
さらに、アルミニウムの成形品を注形するモールド注
形品においては、アルミナとドロマイトの配合比を35:1
5とすることにより、機械強度と耐SF6分解ガスの両特性
を改善することができる。
G.実施例 以下、本発明について詳細に説明する。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、脂環型,ビスフェノ
ールA型,変性脂環型の3種類の混合物からなるエポキ
シ樹脂と酸無水物硬化剤と無機質充填剤の主剤に対し
て、硬化促進剤と界面活性剤の補助剤を混合したもので
ある。このエポキシ樹脂組成物はSF6ガス絶縁開閉装置,
SF6ガス遮断器等の超高電圧機器の支持構造物および支
持絶縁物、特にアルミニウム成形品を注形するモールド
注形品に使用される。
本発明に使用されるエポキシ樹脂は、脂環型エポキシ
樹脂とビスフェノールA型エポキシ樹脂と変性脂環型エ
ポキシ樹脂を25:55:20の配合比で混合したもので、硬化
剤との配合比を当モル(1:1)とする。
エポキシ樹脂としては、例えばCT−200(チバ・カギ
ー社製)の商品名で市販されているビスフェノールA型
エポキシ樹脂、CY−175(チバ・ガギー社製)の商品名
で市販されている脂環型エポキシ樹脂、CY−184(チバ
・ガギー社製)の商品名で市販されている変性脂環型エ
ポキシ樹脂などを挙げることができる。また、硬化剤と
しては、例えばHN−2200(日立化成社製)の商品名で市
販されている酸無水物硬化剤を挙げることができる。
また、本発明に使用される無機質充填剤は、アルミナ
(酸化アルミニウム)とドロマイト(苦灰石:炭酸マグ
ネシウム・カルシウム)の混合系からなり、そのアルミ
ナの表面を界面活性剤で化学的に処理したものを使用す
る。その処理方法としては、界面活性剤(シラン・カッ
プリング剤)を水のなかに希釈させ、そこに無機質充填
剤を添加し撹拌し、その後水分を乾燥させるウエット法
が望ましく、シラン・カップリング剤の配合比を無機質
充填剤100に対して1.0重量%とすることが好ましい。
アルミナとしては、例えばLA−1200(太平洋ランダム
社製)の商品名で市販されているものが挙げられる。ド
ロマイトとして、例えばマイクロドール200(ヘキスト
・ジャパン社製)の商品名で市販されているものが挙げ
られる。また、シラン・カップリング剤としては、例え
ばKBM−403(信越シリコーン社製)の商品名で市販され
ているものが挙げられる。
ここで、シラン・カップリング剤の処理対象となる無
機質充填剤をアルミナに限定したのは、機械強度と耐SF
6分解ガスの両特性を高いレベルで保持し、低コスト化
を実現するためである。
このようにしてシラン・カップリング剤で処理された
アルミナとドロマイトの混合系からなる無機質充填剤の
配合比は、全体組成の46vol%とすることが好ましい。
その理由は、アルミニウム成形品に対して常に締め付け
応力が加わるように、アルミニウムの熱膨張率23×10-6
/℃よりも多少大きめの値にするためである。
また、アルミナとドロマイトの配合比は、機械強度と
耐SF6分解ガスとのバランスから35:15とすることが好ま
しい。さらに、アルミナとドロマイトは、樹脂の機械強
度を高めるとともに作業粘度(作業性)を良くするため
に、平均粒径が10μ程度で形状が丸形のものが好まし
い。
さらに、本発明においては、上記したエポキシ樹脂と
硬化剤との反応を促進する目的で第三アミン系の硬化促
進剤を添加し、その配合化をエポキシ樹脂100に対して
0.3%とすることが好ましい。
硬化促進剤としては、例えばDMP−30の商品名で市販
されているものが挙げられる。
本発明に係るエポキシ樹脂組成物は、導体としてアル
ミニウムの成形品を注形埋め込みする際に用いられる。
そのモールド注形品の製造方法としては、一般的に所定
の組成比に選んだエポキシ樹脂組成物の原材料成分を予
熱して十分に混合した後、真空脱泡処理を行ったうえで
金型に注形し、前硬化を100℃で16時間以上加熱し、さ
らに後硬化を150℃で8時間加熱して硬化させる方法が
とられている。
このようにして得られた本発明に係るエポキシ樹脂組
成物は、成形性および機械強度に優れ、誘電率および膨
張率が低く、しかもSF6分解ガスに曝さらてもモールド
注形品の表面抵抗率の低下を防止できることから、SF6
ガス絶縁開閉装置,SF6ガス遮断器等の超高電圧機器の支
持構造物および支持絶縁物のモールド注形品などに好適
に用いられる。
次に、本発明の具体的な実施例と比較例および他社例
を表−1に基づいて説明する。
(実施例) 脂環型エポキシ樹脂(チバ・カギー社製のCY−175)
とビスフェノールA型エポキシ樹脂(チバ・ガギー社製
のCT−200)と変性脂環型エポキシ樹脂(チバ・ガギー
社製CY−184)を25:55:20の配合比で混合し、これに酸
無水物硬化剤(日立化成社製のHN−2200)を当モル(1:
1)になるように配合する。
そして、無機質充填剤100に対して1.0重量%のシラン
・カップリング剤(信越シリコーン社製のKBM−403)に
よりウエット法で処理したアルミナ(太平洋ランダム社
製のLA−1200)とドロマイト(ヘキスト・ジャパン社製
のマイクロドール200)を35:15の配合比で混合し、この
混合系からなる無機質充填剤を全体組成の46vol%とな
るように配合調整する。
上記の組成比に選んだ本発明にかかるエポキシ樹脂組
成物の原材料成分を予熱して十分に混合した後、真空脱
泡処理を行ったうえで金型に注形し、前硬化を100℃で1
6時間、後硬化を150℃で8時間の条件で硬化させ、導体
にアルミニウム成形品を使用したモールド注形品を作成
した。
(比較例) 樹脂種類として脂環型エポキシ樹脂(チバ・ガギー社
製のCY−175)とビスフェノールA型エポキシ樹脂(チ
バ・ガギー社製のCT−200)と変性脂環型エポキシ樹脂
(チバ・ガギー社製CY−184)を使用する。また、充填
剤種類としてシラン・カップリング剤(信越シリコーン
社製のKBM−403)によりウエット法処理したアルミナ
(太平洋ランダム社製のLA−1200)と無処理のアルミナ
(太平洋ランダム社製のLA−1200)および無処理のドロ
マイト(ヘキスト・ジャパン社製のマイクロドール20
0)を使用する。
これらの樹脂種類と充填剤種類を表−1に示すように
ガラス転移温度が140℃程度になるように種々配合調整
して比較例1〜23を作成した。ただし、比較例1〜21に
対しては100℃−16時間と150℃−8時間の二段硬化条件
で行い、比較例22に対しては80℃−16時間の一段硬化条
件で行い、比較例23に対しては120℃−16時間の一段硬
化条件で行った。
(他社例) エポキシ樹脂としてビスフェノールA型エポキシ樹脂
(チバ・ガギー社製のCT−200)と充填剤として無処理
のアルミナを使用し、充填剤の配合比を全体組成の38vo
l%に配合調整して他社例を作成した。
しかして、上記の実施例と比較例と他社例の物性測定
をJIS規定に準じて行ったところ、表−11ないし表−16
に示すような結果が得られた。
表−11ないし表−16に示すように実施例は他社例およ
び比較例1〜23に比し、成形性(ボイ,ド・ヒケ等),
熱膨張係数,機械強度(曲げ強度),比誘電率および表
面抵抗率の全てに優れた特性を有することがわかる。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではな
く、要旨を変更しない範囲において種々変形して実施す
ることができる。
H.発明の効果 本発明に係るエポキシ樹脂組成物は上述のように構成
されることから次のような効果を奏する。
(1)機械強度に優れている。
従って本発明に係るエポキシ樹脂組成物によれば、疲
労,クリープ,クラックに対して強いため超高圧機器の
コンパクト化が可能となる。
(2)誘電率が低い。
従って本発明に係るエポキシ樹脂組成物によれば、閃
絡特性が良くなるため、高電圧化,機器のコンパクト化
が可能となる。
(3)熱膨張率が低い。
従って本発明に係るエポキシ樹脂組成物によれば、ク
ラック性の向上が図れるため、高い信頼性につながる。
(4)耐HF性に優れている。
従って本発明に係るエポキシ樹脂組成物によれば、SF
6分解ガスに曝されてもモールド品の表面抵抗率が低下
しないため、大容量化,コンパクト化を可能とし、高い
信頼性につながる。
(5)成形性に優れている。
従って本発明に係るエポキシ樹脂組成物によれば、実
際の機器に使用されるモールド注形品として、表面のヒ
ケや内外部のボイドおよび樹脂と充填剤等の相分離がな
いため、高い信頼性につながる。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01F 41/12 H01F 41/12 B (C08K 13/02 9:06 3:26) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C08L 63/00 - 63/10 C08K 9/06 C08G 59/20 - 59/30 H01B 3/40 H01F 41/12 C08K 3/26

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】エポキシ樹脂,硬化剤,無機質充填材及び
    硬化促進剤を含むエポキシ樹脂組成物において、 前記エポキシ樹脂は少なくとも脂環型エポキシ樹脂とビ
    スフェノールA型エポキシ樹脂と変性脂環型エポキシ樹
    脂の混合物からなり、その配合比を25:55:20とし、 前記無機質充填材はシラン・カップリング剤で処理され
    た酸化アルミニウムと苦灰石の混合系からなり、その配
    合比を35:15とし、 この無機質充填材の配合比を全体組成に対して46vol%
    としたことを特徴とするエポキシ樹脂組成物。
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