JP3671464B2

JP3671464B2 - Ｆｒｐ筒の製造法

Info

Publication number: JP3671464B2
Application number: JP21457895A
Authority: JP
Inventors: 秀昭佐久間; 克人藤村; 泰男菅原; 忠広木村
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd; Showa Denko Materials Co Ltd
Current assignee: Showa Denko Materials Co Ltd
Priority date: 1995-08-23
Filing date: 1995-08-23
Publication date: 2005-07-13
Anticipated expiration: 2015-08-23
Also published as: JPH0957865A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＦＲＰ筒の製造法に関し、さらに詳しくは電気機器の絶縁および構造材料として特にボイドがなく、表面平滑性に優れたＦＲＰ筒の製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）筒は、所定寸法の巻型に基材を巻付け、これを容器にセットし、該基材に樹脂を真空含浸させたのち硬化して成形されるが、形成されるＦＲＰ筒の基材表面層が平滑な面となるように、基材表面に離型フィルムが巻付けられ、樹脂を含浸硬化させた後にＦＲＰ筒本体の外側の余分な樹脂部と離型フィルムが基材表面から分離される。図７は、従来技術によるＦＲＰ筒の成形中のＦＲＰ筒の成形装置を示す断面図である。図７において、基材２及び離型フィルム３を順に巻付けた巻型１は容器５（２分割可能）にセットされ、該容器５に供給された樹脂４は基材２の内部に真空含浸される。この場合の真空含浸時の樹脂の流れを矢印で示したが、樹脂４のほとんどは基材２の両端部から含浸する。このため、形成するＦＲＰ筒の長さが長くなるほど樹脂の含浸距離が長くなると同時に、基材部空間の残留気体がＦＲＰの中央部分に集まり、この中央部分に大きなボイドが発生し易くなるという問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記した従来技術の問題点を解決し、表面加工することなく、表面平滑性に優れ、長尺、大口径、薄肉であるＦＲＰ筒を容易に製造することができるＦＲＰ筒の製造法を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記課題に鑑み、離型フィルムに設ける穴について鋭意研究した結果、離型フィルムに特定の長さの切り込み状の穴を特定の密度で設けることによって上記目的を達成できることを見出し、本発明に到達した。
すなわち、本発明は、巻型に基材および離型フィルムを順に巻付けて容器にセットした後、該容器に樹脂を供給して上記基材内に該樹脂を真空含浸させ、全体を硬化し、次いで得られた基材内に樹脂が含浸、硬化されたＦＲＰ筒本体と、該ＦＲＰ筒本体の外側の余分な硬化樹脂および離型フィルムとを分離してＦＲＰ筒を製造する方法において、前記離型フィルムに長さ０．５〜１０．０mmの切り込み状穴を０．２〜５ケ/cm²の密度で設け、この複数の切り込み状穴から樹脂を基材内部に浸入させることを特徴とするＦＲＰ筒の製造法に関する。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面により説明する。
図１は、本発明の一実施例を示すＦＲＰ筒の成形中のＦＲＰ筒の成形装置の正面図である。図２は図１の成形装置の右側面図である。図３は図１におけるＡ−Ａ′断面図である。図４は図２におけるＢ−Ｂ′断面図である。
図１〜図４で示される成形装置が図７の成形装置と異なる点は、離型フィルム３として図５に示すような切り込み状穴６を有する離型フィルムを用いた点である。
【０００６】
図１〜図４において、基材２を巻型１に所定寸法に巻付け、その表面に一定ピッチに切り込み状穴６が開けられた薄い離型フィルム３が巻付けられる。この状態の巻型１を容器５にセットし、ついで全体を真空引きし、この状態で該容器５内に樹脂４を供給し樹脂４を基材２内部に真空注入させる。樹脂４は基材２の両端部および離型フィルム３の複数の切り込み状穴６から含浸される。
容器５は、上下に２分割できるようになっており、使用時はボルトとナットで強固に一体に連結される（図示せず）。容器５には適宜、ふた７がボルトとナット（図示せず）で取り付けられる。
樹脂は、基材２および離型フィルム３が巻き付けられた巻型が完全に浸漬する程度に供給され、樹脂が供給された後は、真空を解除して基材内に樹脂を含浸させることが好ましい。
全体を真空にするには、前記容器全体を真空タンク内に収容する方法、前記容器を密閉状態にして真空装置で吸引する方法がある。いずれの場合も、樹脂の供給は真空を保持しながら行うようにされる。
【０００７】
図６は、離型フィルム３に設けられた切り込み状穴６から樹脂４が基材２内部に浸透する様子を拡大して示した図である。基材２内部に真空注入された樹脂４は、離型フィルム３の複数の切り込み状穴６から矢印で示す樹脂の流れで示したように放射状に基材内に浸入し、隣接する穴から含浸した樹脂と交わると含浸が完了する。
基材２内に生じるボイドの量は、基材部空間の残留気体の量となり、ボイドの大きさは隣接する穴間の空間に残留する気体量に左右されるが、本発明においては、隣接する穴間の空間が充分小さく設定されているため、ＦＲＰ本体内に発生するボイドの大きさをきわめて小さなものとすることができる。
【０００８】
すなわち、従来のように穴なしの離型フィルム３を使用した場合は基材部空間の全残留気体が中央部に集中するため、ボイドの大きさは大きくなるが、本発明では基材部空間の残留気体をＦＲＰ筒全面に分散させることができるため、発生するボイドの大きさを小さくすることができる。このため、穴の密度が高いほどボイドの大きさを小さくできることになる。
例えば、直径３００mm、厚さ１．５mm、長さ４０００mmのＦＲＰ筒の基材部分の空間体積が１０，０００cm³ある場合に、樹脂を０．１Torrの真空度のもとで真空含浸すると、離型フィルム３として穴なしの離型フィルムを巻いた場合は樹脂含浸が終了した時点の１気圧のもとでは、ＦＲＰ内に２．６cm³の空間が残ることになる。この空間は含浸する樹脂に押されてＦＲＰ筒の長さの中央部分に集中し、中央部にかなり大きなボイドが点在するＦＲＰ筒が形成される。
【０００９】
一方、本発明のように切り込み状穴６を有する離型フィルム１０を使用した場合には、ボイドはこの穴数に比例して分散される。例えば、１ケ/cm²の密度で切り込み状穴を開けた離型フィルムを使用すると、ボイドは離型フィルムの穴の数に分散され、その１ケ所のボイド量は約７×１０^-5cm³となり、これはおよそ０．５mm直径の球状ボイドに相当する大きさとなる。実際のＦＲＰ製作においては、ボイドが１ケ所に集中することはなく、さらに分散され、また、樹脂真空含浸後に圧力をかけながら硬化すると、その圧力でボイドをより小さくできるとともに、微量の気体は樹脂中に溶け込むので、ボイドはさらに小さくなる。
【００１０】
切り込み状の樹脂含浸穴は、切り込み長さが短いほど目立たなくなるが、短すぎると樹脂の含浸が悪くなり、上述した残留気体の分散の悪いボイドが発生する。従って、本発明において、切り込み状穴の大きさは、使用する離型フィルムの種類によって多少異なるが、樹脂の含浸性および外観の点から、０．５〜１０．０mm、好ましくは２．０〜５．０mmの範囲とされる。また、離型フィルムの穴の密度は、高い方が残留気体の分散がよく、ボイドを小さくすることができるが、実用性の点から０．２〜５．０ケ/cm²、好ましくは１．０〜３．０ケ/cm²の範囲とされる。切り込み状の穴の方向について特に制限はないが、離型フィルムを巻きつけるときに張力がかかる方向にすることが好ましい。
【００１１】
本発明に用いられる基材としては、ガラス、カーボン、有機繊維等が挙げられ、特に制限されるものではないが、電気絶縁用に使用する場合はガラス繊維が好ましい。
本発明に用いられる離型フィルムとしては、ＦＲＰ筒本体と外側の余分な樹脂部との分離が可能であれば特に制限はなく、使用する基材、樹脂等により適宜選定するのが好ましい。一般的にはＦＥＰ（フッ素化エチレンプロピレン）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＴＦＥ（テトラフルオロエチレン）、ＰＶＦ（ポリビニルフルオリド）等のフッ素系フィルムが使用されるが、ポリプロピレン、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等のポリエステル、ポリイミド等のフィルムにシリコーン系離型剤、フッ素系離型剤等により離型処理を施したものを使用してもよい。
本発明に用いられる樹脂としては、一般にＦＲＰの真空含浸に使用されるものであれば特に制限はないが、電気絶縁用に使用される場合はエポキシ樹脂が好ましい。
本発明は２ｍ以上のＦＲＰ筒を製造する場合に特に有効である。
【００１２】
【作用】
従来のように、穴なしの離型フィルムを使用する場合、基材部空間の残留気体が樹脂の含浸に伴いＦＲＰ筒の中央部に集まるため、大きなボイドが形成される。
上記残留気体がＦＲＰの中央部分に集まらないようにする方法としては、打ち抜き穴を多数（例えば０．２〜５ケ/cm²の密度で）有する離型フィルムを使用する方法がある。例えば、図８に示すような離型フィルムを用い、その穴８から樹脂４含浸させて基材内の残留気体を分散させる方法が考えられる。
【００１３】
しかし、離型フィルムに打ち抜き穴８をあけて用いると、樹脂を硬化した後にＦＲＰ筒本体から外側の余分な硬化樹脂および該離型フィルムを分離する際に、穴部分の硬化した樹脂が引きちぎられるため、その引きちぎられた面が平滑でなくなるという問題が生じる。ＦＲＰ筒本体の表面が平滑でないと、特に電気絶縁用として用いる場合には微小クラック、突起、へこみ等が問題となるため、ＦＲＰ筒本体の表面層を機械加工する必要が生じる。またＦＲＰの肉厚が薄い場合にはこの機械加工が非常に困難となる。さらに表面層を加工すると表面の基材が露出して汚れ、吸湿等が問題となるため、樹脂コーティングが必要となるなどの問題が生じる。
【００１４】
本発明において、離型フィルムの穴を線状に切り込みを入れることにより形成すると、離型フィルムの樹脂含浸穴部の体積がほとんどなく、従って、この部分に樹脂がほとんど残らないため、外側の余分な硬化樹脂の分離および離型フィルムの剥離が容易になるとともに、離型後の樹脂含浸穴跡を目立たなくすることができる。従って、上記のような問題は起こらない。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明を実施例により詳しく説明する。
実施例１〜２
直径０．７ｍ、肉厚５mmおよび長さ７ｍの超大型の高電圧絶縁用ＦＲＰ筒を以下に示す方法で製作した。
ＦＲＰ筒の基材には、厚さ０．２mm、幅１００mmのガラスクロスをテープ状に切断したものを用い、これを鉄製の巻型に１００mmのピッチで２５層に巻付けた。離型フィルムとしては、シリコーン系離型剤で表面処理したＰＥＴフィルムに表１に示す形状、長さおよび密度の切り込み状の穴を開けたものを用いた。
【００１６】
この離型フィルムを１００mmのテープ状にして上記基材表面に約１０mmラップしてテープ巻きした。次いでこのものを図１に示すような容器にセットして真空タンクに入れ、加熱した状態で、約０．１Torrまで減圧吸引した。この状態の容器に、充分真空脱泡したエポキシ樹脂組成物を真空注入し、２〜３気圧のもとで加熱硬化させてＦＲＰ筒を成形した。エポキシ樹脂組成物には、エポキシ樹脂としてエピコート８２８（ビスフェノール型エポキシ樹脂、油化シェルエポキシ(株)商品名）１００重量％および酸無水物としてＨＮ−２２００（メチルテトラヒドロ無水フタル酸、日立化成工業(株)商品名）８５重量％の比率で混合したものを使用した。
【００１７】
このようにして製作したＦＲＰ筒の外観（表面状態およびボイド）を目視で確認し、その結果を表１に示したが、表面状態は平滑で、樹脂リッチ、突起、へこみ、クラック等の欠点はなく、表面を機械加工する必要のないＦＲＰ筒が得られた。
ボイドについては、内面から照明で照らして目視で全面検査を実施したが、ボイドの存在は認められなかった。さらに、このＦＲＰ筒の任意の場所から数多くの試料を切り出し、その端面を１００〜１０００倍で拡大観察を行ったが、ボイドの存在は認められなかった。
【００１８】
比較例１〜３
実施例１において、離型フィルムとして表１に示す形状、長さおよび密度の樹脂含浸穴をあけたものを使用した以外は、実施例１と同様にしてＦＲＰ筒を成形し、ＦＲＰ筒の外観（表面状態およびボイド）を目視にて確認した。その結果を表１に示したが、比較例１のＦＲＰ筒は、表面状態は実施例と同等で良好であるが、ＦＲＰ筒中央部にボイドが無数に認められた。また比較例２、３のＦＲＰ筒は、ボイドの存在は認められなかったが、突起、へこみ、クラック等の欠点が発生し、表面を機械加工する必要があった。
【００１９】
【表１】

【００２０】
【発明の効果】
本発明のＦＲＰ筒の製造法によれば、機械加工なしでボイドがなく表面が平滑で、微小クラック、突起、へこみ等の欠点のないＦＲＰ筒を製造することができ、従って、長尺で薄肉の、表面を機械加工する必要のない超大型のボイドレスＦＲＰ筒を容易に製造することができる。本発明の方法は、特に超高電圧機器の絶縁筒としての製造にきわめて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に使用されるＦＲＰ筒の成形装置の一例を示す正面図。
【図２】図１の成形装置の右側面図。
【図３】図１におけるＡ−Ａ′断面図。
【図４】図１におけるＢ−Ｂ′断面図。
【図５】切り込み状穴を有する離型フィルムの平面図。
【図６】切り込み状穴から樹脂が基材内部に浸透する際の部分拡大断面図。
【図７】従来技術によるＦＲＰ筒の成形装置を示す断面図。
【図８】打ち抜き穴を有する離型フィルムの平面図。
【符号の説明】
１…巻型、２…基材、３…離型フィルム、４…樹脂、５…容器、６…切り込み状穴、７…ふた、８…打ち抜き穴。

Claims

巻型に基材および離型フィルムを順に巻付けて容器にセットした後、該容器に樹脂を供給して上記基材内に該樹脂を真空含浸させ、全体を硬化し、次いで得られた基材内に樹脂が含浸、硬化されたＦＲＰ筒本体と、該ＦＲＰ筒本体の外側の余分な硬化樹脂および離型フィルムとを分離してＦＲＰ筒を製造する方法において、前記離型フィルムに長さ０．５〜１０．０mmの切り込み状穴を０．２〜５ケ/cm²の密度で設け、この複数の切り込み状穴から樹脂を基材内部に浸入させることを特徴とするＦＲＰ筒の製造法。