JP4434790B2 - Structural member for sulfur hexafluoride gas insulation equipment and sulfur hexafluoride gas insulation equipment using the same - Google Patents
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Description
本発明は、絶縁媒体として六弗化硫黄を使用した六弗化硫黄ガス絶縁機器に関するものであり、特に、耐六弗化硫黄分解ガス性の向上を図った構造部材に関する。 The present invention relates to a sulfur hexafluoride gas insulating device using sulfur hexafluoride as an insulating medium, and more particularly, to a structural member that is improved in sulfur hexafluoride decomposition gas resistance.
送変電機器において使用される絶縁構造部材には、電気絶縁性、機械的強度、化学的安定性などに優れた特性を有する材料を使用する必要がある。このような優れた材料としては、エポキシ樹脂が広く使用されているが、例えば、ガス絶縁遮断器において開閉操作を伝達するために使用される絶縁操作棒等のように、大きな衝撃が繰り返し加わるような構造部材の場合、エポキシ樹脂のみでは十分な機械的強度を得ることができない。そのため、そのような構造部材については、従来、エポキシ樹脂を繊維で補強した繊維強化複合材料が使用されている。このような繊維強化複合材料は、各種繊維をベース材料であるエポキシ樹脂で含浸後、加圧硬化することで製造される。 It is necessary to use a material having excellent properties such as electrical insulation, mechanical strength, and chemical stability for an insulating structural member used in a power transmission and transformation device. As such an excellent material, epoxy resin is widely used. For example, a large impact is repeatedly applied, such as an insulating operation rod used for transmitting an opening / closing operation in a gas insulated circuit breaker. In the case of a simple structural member, sufficient mechanical strength cannot be obtained only with an epoxy resin. Therefore, for such a structural member, a fiber-reinforced composite material in which an epoxy resin is reinforced with fibers has been conventionally used. Such a fiber reinforced composite material is manufactured by impregnating various fibers with an epoxy resin which is a base material, and then pressure curing.
また、繊維強化複合材料は、その強化繊維の違いにより、炭素繊維強化複合材料やガラス繊維強化複合材料などに分類される。炭素繊維強化複合材料は、軽量であることから、スポーツ用品、レジャー用品、航空宇宙用途等では広く使用されているが、ガス絶縁遮断器における絶縁操作棒の場合には、電気絶縁性の問題からガラス繊維強化複合材料を用いるのが普通である。 Fiber reinforced composite materials are classified into carbon fiber reinforced composite materials, glass fiber reinforced composite materials, and the like, depending on the difference in the reinforced fibers. Carbon fiber reinforced composite materials are widely used in sports equipment, leisure equipment, aerospace applications, etc. because of their light weight, but in the case of insulating operation rods in gas insulated circuit breakers, they have problems with electrical insulation. It is common to use glass fiber reinforced composite materials.
ガス絶縁遮断器のうち、絶縁媒体として六弗化硫黄ガスを使用した六弗化硫黄ガス絶縁遮断器においては、操作時に六弗化硫黄ガス(SF6)中で発生するアークにより、次の化学式(1)に示すように、SF6ガスが分解してSF4やSOF2等の分解ガスが発生する。これらの分解ガスは、次の化学式(2)(3)に示すように、装置内の微量水分と反応して、最終的には弗化水素(HF)に変化する。
この弗化水素は、ガラス繊維の構成成分である酸化珪素(SiO2)を分解する性質を有する。このため、弗化水素は、次の化学式(4)(5)に示すように、ガラス繊維強化複合材料中のガラス繊維と反応して潮解性のH2SiF6を形成し、ガラス繊維強化複合材料の表面抵抗及び機械強度を大きく低下させる。
従って、絶縁操作棒など、ガス絶縁遮断器内で用いられるガラス強化繊維複合材料を長時間安定した状態で使用するためには、六弗化硫黄分解ガスによるガラス繊維およびガラス繊維強化複合材料の劣化を抑制する必要がある。 Therefore, in order to use glass reinforced fiber composite materials used in gas insulated circuit breakers such as insulation operation rods in a stable state for a long time, deterioration of glass fibers and glass fiber reinforced composite materials due to sulfur hexafluoride decomposition gas It is necessary to suppress.
このような問題を解決する手段としては、例えば、ガラス繊維強化複合材料の表面にエポキシ樹脂の保護膜を設ける方法、あるいは、特許文献1に示されているように、六弗化硫黄分解ガスに対して耐性を有する酸化アルミニウム粒子をエポキシ樹脂に充填した保護膜を設ける方法が知られている。
As a means for solving such a problem, for example, a method of providing a protective film of an epoxy resin on the surface of a glass fiber reinforced composite material, or as disclosed in
また、前述のような保護膜を設ける方法以外には、特許文献2に示されたものが知られている。この特許文献2においては、ガラス繊維強化複合材料の補強材として、硼素および硼素化合物のいずれも含有しない低アルカリガラス繊維を用いることで、六弗化硫黄ガスの分解生成物に対する耐性の向上を図っている。
Moreover, what was shown by
さらに、特許文献3においては、ガラス繊維強化複合材料により構成される電気絶縁材料を、六弗化硫黄分解ガスに対して安定な絶縁材料により構成される絶縁構造物により、包囲・隔離することで、六弗化硫黄分解ガスについての課題の解決を図っている。 Further, in Patent Document 3, an electrical insulating material composed of a glass fiber reinforced composite material is surrounded and isolated by an insulating structure composed of an insulating material stable against sulfur hexafluoride decomposition gas. , To solve the problem of sulfur hexafluoride cracking gas.
しかしながら、上述したような従来の技術には、以下に述べるような課題がある。 However, the conventional techniques as described above have the following problems.
まず、ガラス繊維強化複合材料の表面に、エポキシ樹脂保護膜を形成する方法、あるいは、特許文献1に示すように、酸化アルミニウムを充填したエポキシ樹脂保護膜を形成する方法などでは、保護膜が薄いと、六弗化硫黄分解ガスがエポキシ樹脂皮膜を透過して内部のガラス繊維強化複合材料に達し、ガラス繊維を分解して表面抵抗の低下が生じる。そのため、六弗化硫黄分解ガスに対する耐性を得るためには、保護膜の厚さを十分に確保する必要がある。
First, in the method of forming an epoxy resin protective film on the surface of a glass fiber reinforced composite material, or the method of forming an epoxy resin protective film filled with aluminum oxide as shown in
具体的に、1〜10μmの酸化アルミニウムを充填したエポキシ樹脂保護膜においては、六弗化硫黄分解ガスに対する耐性を得るために、保護膜の厚さを75μm以上にする必要がある。このため、保護膜を重ね塗りして所定の厚さにする必要があり、その結果、作業工程数が増え、効率が悪くなる。一方、保護膜を厚くすると、六弗化硫黄分解ガスの透過を防ぐことはできるが、その反面、皮膜とガラス繊維強化複合材料の線膨張係数が異なるため、冷熱サイクルによって皮膜に剥離や亀裂が発生するという新たな問題を生じる。 Specifically, in an epoxy resin protective film filled with 1 to 10 μm of aluminum oxide, the thickness of the protective film needs to be 75 μm or more in order to obtain resistance to sulfur hexafluoride decomposition gas. For this reason, it is necessary to apply the protective film repeatedly to obtain a predetermined thickness. As a result, the number of work steps increases and the efficiency deteriorates. On the other hand, thickening the protective film can prevent the permeation of sulfur hexafluoride decomposition gas, but on the other hand, the film and glass fiber reinforced composite material have different linear expansion coefficients. A new problem arises.
また、特許文献2に示すように、硼素および硼素化合物のいずれも含有しない低アルカリガラス繊維を使用した場合にも、やはり、六弗化硫黄分解ガスに対する耐性には限界がある。すなわち、低アルカリガラス繊維を使用した場合には、硼素及び硼素化合物を含むガラス繊維を使用した場合よりも、六弗化硫黄ガスの分解生成物に対する耐性の向上を図ることができるが、六弗化硫黄分解ガスが樹脂を通過して酸化珪素を主成分とするガラス繊維まで到達することに変わりはないため、分解ガスに対する耐性を著しく向上することは期待できなかった。また、低アルカリガラス繊維は、一般のガラス繊維よりも価格が高く、コスト面で不利となる。
Further, as shown in
さらに、特許文献3に記載の技術では、構造上、ガラス繊維強化複合材料が六弗化硫黄分解ガスに触れないため、六弗化硫黄分解ガスによる劣化は生じないと考えられる。しかし、ガラス繊維強化複合材料を包囲するための絶縁構造物を機器内に設けるため、機器自体の構造が複雑化・大型化し、機器の製造、保全・管理が難しくなるという問題がある。 Furthermore, in the technique described in Patent Document 3, because of the structure, the glass fiber reinforced composite material does not come into contact with the sulfur hexafluoride decomposition gas, so that it is considered that deterioration due to the sulfur hexafluoride decomposition gas does not occur. However, since an insulating structure for enclosing the glass fiber reinforced composite material is provided in the device, there is a problem that the structure of the device itself becomes complicated and large, and it is difficult to manufacture, maintain and manage the device.
なお、以上のような問題点は、遮断器などの各種開閉器に限らず、絶縁媒体として六弗化硫黄を使用した各種の六弗化硫黄ガス絶縁機器に同様に存在する問題点である。 The above-described problems are not limited to various switches such as circuit breakers, but are also present in various sulfur hexafluoride gas insulation devices using sulfur hexafluoride as an insulating medium.
本発明は、上記のような従来技術の課題を解決するために提案されたものであり、その目的は、六弗化硫黄ガスを絶縁媒体とするガス絶縁機器の構造部材として六弗化硫黄分解ガスに対して優れた耐性を有する、簡略な構成の構造部材を提供すると共に、そのような構造部材を使用することにより、安全性および信頼性に優れ、小型・簡略でコスト面でも有利な六弗化硫黄ガス絶縁機器を提供することである。 The present invention has been proposed in order to solve the above-described problems of the prior art, and its purpose is to decompose sulfur hexafluoride as a structural member of a gas insulating device using sulfur hexafluoride gas as an insulating medium. In addition to providing a structural member with a simple structure that has excellent resistance to gas, the use of such a structural member provides excellent safety and reliability, and is small, simple, and advantageous in terms of cost. It is to provide sulfur fluoride gas insulation equipment.
本発明は、上記のような目的を達成するために、絶縁媒体として六弗化硫黄を使用した六弗化硫黄ガス絶縁機器中で使用される六弗化硫黄ガス絶縁機器用構造部材であって、ガラス繊維強化複合材料の外面が、層状シリケート化合物が充填された絶縁性塗料により被覆されるとともに、前記層状シリケート化合物は、その層間に四級アンモニウムイオンが存在し、スメクタイト群、マイカ群、バーミキュライト群、からなる鉱物群の中から選択された少なくとも1種、またはこれらの混合物であるとともに、前記層間で剥離し、この剥離した層が前記絶縁性塗料中に分散する一方、前記層状シリケート化合物の表面は、カップリング剤、界面活性剤、両親媒性化合物、の中から選択された少なくとも1種により改質されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention is a structural member for sulfur hexafluoride gas insulation equipment used in sulfur hexafluoride gas insulation equipment using sulfur hexafluoride as an insulation medium. The outer surface of the glass fiber reinforced composite material is coated with an insulating paint filled with a layered silicate compound, and the layered silicate compound contains quaternary ammonium ions between the layers, and the smectite group, mica group, vermiculite And at least one selected from the group of minerals, or a mixture thereof, and peeling between the layers, and the peeled layer is dispersed in the insulating paint, while the layered silicate compound The surface is modified with at least one selected from a coupling agent, a surfactant, and an amphiphilic compound. .
したがって、そのような構造部材を使用することにより、安全性および信頼性に優れた六弗化硫黄ガス絶縁機器を提供することができる。また、構造部材の絶縁性塗料の厚さは、それほど厚くする必要はないため、絶縁性塗料の被覆作業は一回程度で十分である。また、シリケート化合物を塗料の一部に使用するだけであるため、低アルカリガラス繊維などを使用した場合に比べてコスト面でも有利である。 Therefore, by using such a structural member, it is possible to provide a sulfur hexafluoride gas insulating device excellent in safety and reliability. In addition, since the thickness of the insulating coating material of the structural member does not need to be so thick, it is sufficient to cover the insulating coating only once. Further, since the silicate compound is only used as a part of the paint, it is advantageous in terms of cost as compared with the case where low alkali glass fiber or the like is used.
本発明によれば、ガラス繊維強化複合材料の外面を、層状シリケート化合物が充填された絶縁性塗料により被覆することにより、六弗化硫黄ガスを絶縁媒体とするガス絶縁機器の構造部材として六弗化硫黄分解ガスに対して優れた耐性を有する、簡略な構成の構造部材を提供すると共に、そのような構造部材を使用することにより、安全性および信頼性に優れ、小型・簡略でコスト面でも有利な六弗化硫黄ガス絶縁機器を提供することができる。 According to the present invention, the outer surface of a glass fiber reinforced composite material is coated with an insulating paint filled with a layered silicate compound, thereby forming a hexafluoride as a structural member of a gas insulating apparatus using sulfur hexafluoride gas as an insulating medium. In addition to providing a structural member with a simple structure that has excellent resistance to sulfurized gas, and using such a structural member, it is excellent in safety and reliability, and is small, simple, and low in cost. An advantageous sulfur hexafluoride gas insulation device can be provided.
以下には、上記のような本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention as described above will be described with reference to the drawings.
[1.基本構成]
図1は、本発明による六弗化硫黄ガス絶縁機器用構造部材の1つの形態を示す模式的断面図である。この図1において、六弗化硫黄ガス絶縁機器用構造部材1は、母材である樹脂2aをガラス繊維2bで補強してなるガラス繊維強化複合材料2の外面を、絶縁性塗料3により被覆することで構成されており、絶縁性塗料3には、層状シリケート化合物4が均一に分散されている。また、図2は、図1の形態の変形例であり、絶縁性塗料3には、層状シリケート化合物4および電気絶縁性無機物5が均一に分散されている。以下には、各構成要素2〜5についてより詳細に説明する。
[1. Basic configuration]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing one embodiment of a structural member for sulfur hexafluoride gas insulation equipment according to the present invention. In FIG. 1, the
[2.ガラス繊維強化複合材料]
ガラス繊維強化複合材料2の母材となる樹脂2aは、六弗化硫黄分解ガスに対する耐性を有し、使用環境において必要とされる電気絶縁性と機械的強度を満たすことが可能であれば、どのような樹脂でもよく、具体的には、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド樹脂等が考えられる。
[2. Glass fiber reinforced composite material]
If the resin 2a serving as the base material of the glass fiber reinforced
また、ガラス繊維強化複合材料2中のガラス繊維2bについても、使用環境において必要とされる電気的特性と機械的強度を満たすことが可能であれば、どのようなガラス繊維でもよいが、一般的に、電気・電子用繊維強化複合材料においては、電気的特性の優れたEガラス繊維を使用する場合が多い。また、ガラス繊維の形態についても、何ら限定されるものではなく、織物、一方向に引き揃えたもの、マット等、任意の形態が使用可能である。
Further, the glass fiber 2b in the glass fiber reinforced
[3.絶縁性塗料]
絶縁性塗料3は、1分子当たり2個以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂を、エポキシ樹脂用硬化剤で硬化させたものである。エポキシ樹脂は、炭素原子2個と酸素原子1個からなる三員環を1分子中に2個以上持った硬化し得る化合物であれば、適宜使用可能であり、その種類は限定されるものではないが、例えば、次に挙げるような化合物が使用可能である。
[3. Insulating paint]
The insulating paint 3 is obtained by curing an epoxy resin having two or more epoxy groups per molecule with an epoxy resin curing agent. The epoxy resin can be used as long as it is a curable compound having two or more three-membered rings consisting of two carbon atoms and one oxygen atom in one molecule, and the kind thereof is not limited. For example, the following compounds can be used.
すなわち、具体的なエポキシ樹脂としては、エピクロルヒドリンとビスフェノール類などの多価フェノール類や、多価アルコールとの縮合によって得られるビスフェノールA型エポキシ樹脂、臭素化ビスフェノールA型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、ビスフェノールAF型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、フルオレン型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、トリス(ヒドロキシフェニル)メタン型エポキシ樹脂、テトラフェニロールエタン型エポキシ樹脂などのグリシジルエーテル型エポキシ樹脂や、エピクロルヒドリンとガルボン酸との縮合によって得られるグリジジルエステル型エポキシ樹脂、トリグリシジルイソシアネートやエピクロルヒドリンとヒダントイン類との反応によって得られるヒダントイン型エポキシ樹脂のような複素環式エポキシ樹脂、などが挙げられる。これらの化合物は、少なくとも1種類単独で、あるいは2種以上の混合物として使用することができる。 That is, specific epoxy resins include polyphenols such as epichlorohydrin and bisphenols, bisphenol A type epoxy resins obtained by condensation with polyhydric alcohols, brominated bisphenol A type epoxy resins, and hydrogenated bisphenol A types. Epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, bisphenol S type epoxy resin, bisphenol AF type epoxy resin, biphenyl type epoxy resin, naphthalene type epoxy resin, fluorene type epoxy resin, novolac type epoxy resin, phenol novolac type epoxy resin, orthocresol novolak Type epoxy resins, tris (hydroxyphenyl) methane type epoxy resins, tetraphenylolethane type epoxy resins and other glycidyl ether type epoxy resins, and epichlor Dorin and glycidyl obtained by condensing Garubon acid Jijiru ester epoxy resins, heterocyclic epoxy resins such as hydantoin epoxy resin obtained by the reaction of triglycidyl isocyanate or epichlorohydrin with hydantoins, and the like. These compounds can be used alone or as a mixture of two or more.
また、エポキシ樹脂用硬化剤は、エポキシ樹脂と化学反応してエポキシ樹脂を硬化させるものであり、例えは、次に挙げるような材料が使用可能である。 Moreover, the curing agent for epoxy resin is a material that chemically reacts with the epoxy resin to cure the epoxy resin. For example, the following materials can be used.
すなわち、具体的なエポキシ樹脂用硬化剤としては、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、メタキシリレンジアミン、イソホロンジアミン、1,3−ビスアミノメチルシクロヘキサン、ジアミノジフェニルメタン、メタフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルスルホン、ジシアンジアミド、有機酸ジヒドラジド等のアミン系硬化剤、無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、4−メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、4−メチルテトラヒドロ無水フタル酸、テトラブロモ無水フタル酸、無水ナジック酸、無水メチルナジック酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、無水ヘッド酸、無水メチルハイミック酸、ドデセニル無水コハク酸、無水ポリアゼライン酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸等の酸無水物硬化剤、2−メチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール、2−ヘプタデシルイミダゾール等のイミダゾール系硬化剤、ポリサルファイド、チオエステルなどのポリメルカプタン系硬化剤、ポリアミド系硬化剤、フェノール系硬化剤、ルイス酸系硬化剤、イソシアネート系硬化剤、などが挙げられる。これらの硬化剤は、少なくとも1種類単独で、あるいは2種類以上の混合物として使用することができる。さらに、エポキシ樹脂用硬化剤と併用して、エポキシ樹脂の硬化反応を促進あるいは制御可能なエポキシ樹脂用硬化促進剤を使用してもよい。 That is, specific curing agents for epoxy resins include diethylenetriamine, triethylenetetramine, metaxylylenediamine, isophoronediamine, 1,3-bisaminomethylcyclohexane, diaminodiphenylmethane, metaphenylenediamine, diaminodiphenylsulfone, dicyandiamide, organic Amine curing agents such as acid dihydrazide, phthalic anhydride, hexahydrophthalic anhydride, 4-methylhexahydrophthalic anhydride, tetrahydrophthalic anhydride, 4-methyltetrahydrophthalic anhydride, tetrabromophthalic anhydride, nadic anhydride, anhydrous Methyl nadic acid, trimellitic anhydride, pyromellitic anhydride, head acid anhydride, methyl hymic anhydride, dodecenyl succinic anhydride, polyazelenic anhydride, benzophenone tetracarboxylic Acid anhydride curing agents such as 2-methylimidazole, 2-ethyl-4-methylimidazole, imidazole-based curing agents such as 2-heptadecylimidazole, polymercaptan-based curing agents such as polysulfide and thioester, polyamide-based curing agents, Examples thereof include phenol-based curing agents, Lewis acid-based curing agents, and isocyanate-based curing agents. These curing agents can be used alone or as a mixture of two or more. Further, in combination with an epoxy resin curing agent, an epoxy resin curing accelerator capable of accelerating or controlling the curing reaction of the epoxy resin may be used.
[4.層状シリケート化合物]
層状シリケート化合物4としては、スメクタイト群、マイカ群、バーミキュライト群、雲母群からなる鉱物群から選択された少なくとも一種であればよい。ここで、スメクタイト群に属する層状シリケート化合物としては、モンモリロナイト、ヘクトライト、サポナイト、ソーコナイト、バイデライト、ステブンサイト、ノントロナイト等が挙げられる。また、マイカ群に属する層状シリケート化合物としては、クロライト、フロゴパイト、レピドライト、マスコバイト、バイオタイト、パラゴナイト、マーガライト、テニオライト、テトラシリシックマイカ等が挙げられる。さらに、バーミキュライト群に属する層状シリケート化合物としては、トリオクタヘドラルバーミキュライト、ジオクタヘドラルバーミキュライトが挙げられる。そしてまた、雲母群に属する層状シリケート化合物としては、白雲母、黒雲母、パラゴナイト、レビトライト、マーガライト、クリントナイト、アナンダイト等が挙げられる。いずれの層状シリケート化合物も選択可能であるが、エポキシ樹脂への分散性の点からは、特に、スメクタイト群に属する層状シリケート化合物が望ましい。なお、これらの層状シリケート化合物は、少なくとも1種類単独で、あるいは2種類以上の混合物として使用することができる。
[4. Layered silicate compound]
The layered
また、これらの層状シリケート化合物は、シリケート層が積層した構造を有しており、イオン交換により、その層間にイオン、分子、クラスター等の種々の物質を保持することできるため、シリケート層の層間に種々の有機化合物を挿入することができる。層状シリケート化合物の層間に挿入する有機化合物としては、エポキシ樹脂に対する親和性を層状シリケート化合物に付与できる有機化合物であれば適宜使用可能であり、その種類は限定されるものではないが、イオン交換処理により層間挿入される度合を考慮すると、四級アンモニウムイオンが望ましい。 Further, these layered silicate compounds have a structure in which silicate layers are laminated, and various substances such as ions, molecules, clusters, etc. can be held between the layers by ion exchange. Various organic compounds can be inserted. The organic compound inserted between the layers of the layered silicate compound can be used as long as it is an organic compound that can impart affinity to the epoxy resin to the layered silicate compound, and the type thereof is not limited, but ion exchange treatment Considering the degree of intercalation between the quaternary ammonium ions, it is desirable.
この場合、四級アンモニウムイオンとしては、テトラブチルアンモニウムイオン、テトラヘキシルアンモニウムイオン、ジヘキシルジメチルアンモニウムイオン、ジオクチルジメチルアンモニウムイオン、ヘキサトリメチルアンモニウムイオン、オクタトリメチルアンモニウムイオン、ドデシルトリメチルアンモニウムイオン、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムイオン、ステアリルトリメチルアンモニウムイオン、ドコセニルトリメチルアンモニウムイオン、セチルトリメチルアンモニウムイオン、セチルトリエチルアンモニウムイオン、ヘキサデシルアンモニウムイオン、テトラデシルジメチルベンジルアンモニウムイオン、ステアリルジメチルベンジルアンモニウムイオン、ジオレイルジメチルアンモニウムイオン、N−メチルジエタノールラウリルアンモニウムイオン、ジプロパノールモノメチルラウリルアンモニウムイオン、ジメチルモノエタノールラウリルアンモニウムイオン、ポリオキシエチレンドデシルモノメチルアンモニウムイオン、ジメチルヘキサデシルオクタデシルアンモニウムイオン、トリオクチルメチルアンモニウムイオン、テトラメチルアンモニウムイオン、テトラプロピルアンモニウムイオン、等が挙げられる。このうち、特に、ジメチルヘキサデシルオクタデシルアンモニウムイオン、トリオクチルメチルアンモニウムイオンが望ましい。これらの四級アンモニウムイオンは、少なくとも1種類単独で、あるいは2種類以上の混合物として使用することができる。 In this case, quaternary ammonium ions include tetrabutylammonium ion, tetrahexylammonium ion, dihexyldimethylammonium ion, dioctyldimethylammonium ion, hexatrimethylammonium ion, octatrimethylammonium ion, dodecyltrimethylammonium ion, hexadecyltrimethylammonium ion. , Stearyltrimethylammonium ion, dococenyltrimethylammonium ion, cetyltrimethylammonium ion, cetyltriethylammonium ion, hexadecylammonium ion, tetradecyldimethylbenzylammonium ion, stearyldimethylbenzylammonium ion, dioleyldimethylammonium ion, N-methyldie Norlauryl ammonium ion, dipropanol monomethyl lauryl ammonium ion, dimethyl monoethanol lauryl ammonium ion, polyoxyethylene dodecyl monomethyl ammonium ion, dimethyl hexadecyl octadecyl ammonium ion, trioctyl methyl ammonium ion, tetramethyl ammonium ion, tetrapropyl ammonium ion, Etc. Of these, dimethyl hexadecyl octadecyl ammonium ion and trioctyl methyl ammonium ion are particularly desirable. These quaternary ammonium ions can be used alone or as a mixture of two or more.
[5.電気絶縁性無機物]
図2の形態で絶縁性塗料3中に分散させている電気絶縁性無機物5は、六弗化硫黄分解ガスに対する耐性を有し、かつ、電気絶縁特性に優れた無機物である必要がある。このような電気絶縁性無機物としては、具体的には、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、弗化アルミニウム、弗化マグネシウム、弗化カルシウム、等が挙げられ、少なくとも1種類単独で、あるいは2種類以上の混合物として使用することができる。
[5. Electrically insulating inorganic material]
The electrically insulating
[6.層状シリケート化合物および電気絶縁性無機物の表面改質]
また、層状シリケート化合物、電気絶縁性無機物の表面を改質し、エポキシ樹脂と層状シリケート、電気絶縁性無機物の接着性を改善する、或いは分散した層状シリケート化合物、電気絶縁性無機物が樹脂中で再凝集するのを抑制する目的で、カップリング剤、界面活性剤、両親媒性化合物を使用することが可能である。
[6. Surface modification of layered silicate compounds and electrically insulating inorganic materials]
In addition, the surface of the layered silicate compound and the electrically insulating inorganic material is modified to improve the adhesion between the epoxy resin and the layered silicate and the electrically insulating inorganic material, or the dispersed layered silicate compound and the electrically insulating inorganic material are re-introduced in the resin. In order to suppress aggregation, a coupling agent, a surfactant, and an amphiphilic compound can be used.
具体的には、カップリング剤として、γ−グリシドオキシ−プロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピル−トリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、3−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシジルオキシプロピル−トリメトキシシラン等のシランカップリング剤、チタネート系カップリング剤、アルミニウム系カップリング剤、等が使用可能である。また、界面活性剤および両親媒性化合物として、ドデシル硫酸ナトリウム、n−ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ビス(2−エチルヘキシルスルホこはく酸ナトリウム)(Aerosol OT)、オレイン酸ナトリウム、ポリアクリル酸ナトリウム、アルギン酸ナトリウム、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリりん酸ナトリウム、ヘキサメタりん酸ナトリウム、セチルトリメチルアンモニウムブロミド(CTAB)、等が使用可能である。さらに、その他の分散助剤として、アセトン、メチルエチルケトン、メタノール、エタノール、プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、N−メチル−2−ピロリドン、アセトニトリル、等が使用可能である。これらのカップリング剤、界面活性剤、両親媒性化合物は、少なくとも1種類単独で、あるいは2種類以上の混合物として使用することができる。 Specifically, γ-glycidoxy-propyltrimethoxysilane, γ-aminopropyl-trimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidyloxypropyl-trimethoxy are used as coupling agents. Silane coupling agents such as silane, titanate coupling agents, aluminum coupling agents, and the like can be used. Further, as surfactants and amphiphilic compounds, sodium dodecyl sulfate, sodium n-dodecylbenzenesulfonate, bis (sodium 2-ethylhexylsulfosuccinate) (Aerosol OT), sodium oleate, sodium polyacrylate, sodium alginate Carboxymethylcellulose (CMC), sodium polyphosphate, sodium hexametaphosphate, cetyltrimethylammonium bromide (CTAB), and the like can be used. Furthermore, acetone, methyl ethyl ketone, methanol, ethanol, propyl alcohol, isopropyl alcohol, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, N-methyl-2-pyrrolidone, acetonitrile, etc. can be used as other dispersing aids. These coupling agents, surfactants, and amphiphilic compounds can be used alone or as a mixture of two or more.
[7.構造部材の具体例]
以下には、構造部材の具体例として、本発明により作製した六弗化硫黄ガス絶縁機器用構造部材の望ましい実施例と、対照的な差異を持たせて作製した構造部材の比較例を示し、これらの実施例および比較例の対照評価を行う。
[7. Specific examples of structural members]
In the following, as a specific example of the structural member, a preferred example of the structural member for sulfur hexafluoride gas insulation equipment manufactured according to the present invention and a comparative example of the structural member manufactured with a contrasting difference are shown, A comparative evaluation of these examples and comparative examples is performed.
[実施例1]
絶縁性塗料の材料であるビスフェノールA型エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン社製、商品名:エピコート828)100重量部に、充填材として、四級アンモニウムイオンが層間に挿入されている層状シリケート化合物(コープケミカル社製、商品名:STN)10重量部を添加すると共に、カップリング剤として、チタネート系カップリング剤(味の素社製、商品名:KR−TTS)1重量部を添加した。この混合材料に対して、3本ロールミル混合機(井上製作所社製、型式:S−2×6)を用いて高剪断力混合を行った後、エポキシ樹脂用硬化剤(ジャパンエポキシレジン社製、商品名:エポメートB−001)22重量部を添加・混合して、本発明に係る絶縁性塗料を作製した。この絶縁性塗料を、ガラス繊維強化複合材料の表面に30μmの厚さで塗布して、図1に示すような構造部材を作製した。
[Example 1]
A layered silicate compound (corpe) in which quaternary ammonium ions are inserted as a filler in 100 parts by weight of bisphenol A type epoxy resin (trade name: Epicoat 828, manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd.), which is a material for insulating coatings. While adding 10 parts by weight of Chemical Co., Ltd. (trade name: STN), 1 part by weight of titanate coupling agent (Ajinomoto Co., Ltd., trade name: KR-TTS) was added as a coupling agent. After mixing this material with high shear using a three roll mill mixer (Inoue Seisakusho, model: S-2 × 6), a curing agent for epoxy resin (manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd., Product name: Epomate B-001) 22 parts by weight were added and mixed to produce an insulating paint according to the present invention. This insulating paint was applied to the surface of the glass fiber reinforced composite material with a thickness of 30 μm to produce a structural member as shown in FIG.
[実施例2]
実施例1と同様のビスフェノールA型エポキシ樹脂100重量部に、実施例1と同様の四級アンモニウムイオンが層間に挿入されている層状シリケート化合物10重量部、チタネート系カップリング剤1重量部を添加し、さらに、実施例1で添加していない絶縁性無機物(酸化アルミニウム、太平洋ランダム社製、商品名:TG)110重量部、を充填材として添加した。そして、この混合材料に対して、実施例1とは異なり、万能混合攪拌機(ダルトン社製、商品名:5DMV−r型)を用いて高剪断力混合を行った後、実施例1と同様のエポキシ樹脂用硬化剤22重量部を添加・混合して、本発明に係る絶縁性塗料を作製した。この絶縁性塗料を、実施例1と同様に、ガラス繊維強化複合材料の表面に30μmの厚さで塗布して、図2に示すような構造部材を作製した。
[Example 2]
To 100 parts by weight of the same bisphenol A type epoxy resin as in Example 1, 10 parts by weight of a layered silicate compound in which a quaternary ammonium ion similar to that in Example 1 is inserted between layers and 1 part by weight of a titanate coupling agent are added. Furthermore, 110 parts by weight of an insulating inorganic material (aluminum oxide, manufactured by Taiheiyo Random Co., Ltd., trade name: TG) not added in Example 1 was added as a filler. Then, unlike Example 1, this mixed material was mixed with a high shear force using a universal mixing stirrer (trade name: 5DMV-r type, manufactured by Dalton), and then the same as in Example 1. An insulating coating according to the present invention was prepared by adding and mixing 22 parts by weight of a curing agent for epoxy resin. As in Example 1, this insulating paint was applied to the surface of the glass fiber reinforced composite material to a thickness of 30 μm to produce a structural member as shown in FIG.
[比較例1]
実施例1と同様のビスフェノールA型エポキシ樹脂100重量部に、硬化剤として実施例1と同様のエポキシ樹脂用硬化剤22重量部のみを添加し、実施例2と同様の万能混合攪拌機を用いて混合して、従来技術に係る絶縁性塗料を作製した。この絶縁性塗料を、実施例1,2と同様に、ガラス繊維強化複合材料の表面に30μmの厚さで塗布して、従来技術に係る構造部材を作製した。
[Comparative Example 1]
To 100 parts by weight of the same bisphenol A type epoxy resin as in Example 1, only 22 parts by weight of the curing agent for epoxy resin similar to that in Example 1 was added as a curing agent, and the same universal mixing stirrer as in Example 2 was used. The insulating paint according to the prior art was prepared by mixing. This insulating paint was applied to the surface of the glass fiber reinforced composite material at a thickness of 30 μm in the same manner as in Examples 1 and 2 to produce a structural member according to the prior art.
[比較例2]
実施例1と同様のビスフェノールA型エポキシ樹脂100重量部に、充填材として、実施例2と同様の絶縁性無機物110重量部のみを添加し、実施例2と同様の万能混合攪拌機(ダルトン製社,商品名:5DMV−r型)を用いて混合後、実施例1と同様のエポキシ樹脂用硬化剤22重量部を添加・混合して、従来技術に係る絶縁性塗料を作製した。この絶縁性塗料を、実施例1と同様に、ガラス繊維強化複合材料の表面に30μmの厚さで塗布して、従来技術に係る構造部材を作製した。
[Comparative Example 2]
Only 110 parts by weight of the same insulating inorganic material as in Example 2 was added as a filler to 100 parts by weight of the same bisphenol A type epoxy resin as in Example 1, and the same universal mixer as in Example 2 (Dalton Co., Ltd.) Then, 22 parts by weight of the epoxy resin curing agent similar to that in Example 1 was added and mixed to prepare an insulating paint according to the prior art. In the same manner as in Example 1, this insulating paint was applied to the surface of the glass fiber reinforced composite material with a thickness of 30 μm to produce a structural member according to the prior art.
[比較例3]
実施例1と同様のビスフェノールA型エポキシ樹脂100重量部に、従来技術に係る充填材として、ナトリウムイオンが層間に存在する(四級アンモニウムイオンが挿入されていない)層状シリケート化合物(コープケミカル社製,商品名:SWN)10重量部を添加し、実施例2と同様の万能混合攪拌機(ダルトン製社,商品名:5DMV−r型)を用いて混合後、実施例1と同様のエポキシ樹脂用硬化剤22重量部を添加・混合して、実施例1とは異なる種類の層状シリケート化合物を充填した絶縁性塗料を作製した。この絶縁性塗料を、実施例1と同様に、ガラス繊維強化複合材料の表面に30μmの厚さで塗布して構造部材を作製した。
[Comparative Example 3]
A layered silicate compound in which sodium ions are present between layers (no quaternary ammonium ions are inserted) as a filler according to the prior art in 100 parts by weight of the same bisphenol A type epoxy resin as in Example 1 (manufactured by Coop Chemical Co., Ltd.) , Trade name: SWN) 10 parts by weight were added and mixed using the same universal mixer as in Example 2 (Dalton, trade name: 5DMV-r type). 22 parts by weight of a curing agent was added and mixed to prepare an insulating paint filled with a layered silicate compound of a type different from Example 1. In the same manner as in Example 1, this insulating paint was applied to the surface of the glass fiber reinforced composite material with a thickness of 30 μm to produce a structural member.
次の表1は、上記のような実施例1,2および比較例1〜3の絶縁性塗料における配合組成物および混合方法をまとめたものである。
[8.各構造部材の評価結果]
以下には、上記のような実施例1,2および比較例1〜3の構造部材、に対する数値的な評価結果および状態評価結果について説明する。
[8. Evaluation results of each structural member]
Hereinafter, numerical evaluation results and state evaluation results for the structural members of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3 will be described.
[耐六弗化硫黄分解ガス性の評価結果]
耐六弗化硫黄分解ガス性を評価するため、実施例1,2により作製した構造部材、および比較例1〜3により作製した各構造部材を、六弗化硫黄分解ガス(15000ppm)と水分(1000ppm)を含む六弗化硫黄ガスが充填されたタンク内で暴露し、JIS―K6691「熱硬化性プラスッチック一般試験方法(表面抵抗)」に従い、試験片樹脂表面の絶縁抵抗を測定した。図3は、実施例1,2および比較例1〜3に係る各構造部材の耐六弗化硫黄分解ガス性の評価結果として、各構造部材の表面抵抗率の時間変化を示すグラフである。
[Results of evaluation of sulfur hexafluoride decomposition gas resistance]
In order to evaluate the resistance to sulfur hexafluoride decomposition gas, the structural members prepared in Examples 1 and 2 and the structural members prepared in Comparative Examples 1 to 3 were subjected to sulfur hexafluoride decomposition gas (15000 ppm) and moisture ( The test piece was exposed in a tank filled with sulfur hexafluoride gas containing 1000 ppm), and the insulation resistance of the resin surface of the test piece was measured in accordance with JIS-K6691 “Thermosetting Plastic General Test Method (Surface Resistance)”. FIG. 3 is a graph showing the time change of the surface resistivity of each structural member as an evaluation result of the sulfur hexafluoride decomposition gas resistance of each structural member according to Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3.
この図3から明らかなように、本発明の実施例1,2においては、六弗化硫黄分解ガス曝露後の構造部材における表面絶縁抵抗の低下が、比較例1〜3に比べて格段に抑制されており、六弗化硫黄分解ガスに対して優れた耐性を有していることが分かる。 As is apparent from FIG. 3, in Examples 1 and 2 of the present invention, the decrease in surface insulation resistance in the structural member after exposure to the sulfur hexafluoride decomposition gas is significantly suppressed as compared with Comparative Examples 1 to 3. It can be seen that it has excellent resistance to sulfur hexafluoride cracked gas.
[層状シリケート化合物の分散状態評価結果]
絶縁性塗料中における層状シリケートの分散状態や層剥離状態を確認する手段の一つとして、広角X線回折(XRD)測定がある。層状シリケート化合物は、SiO4四面体が二次元状に配列したシート(シリケート層)からできており、このシートが積層した構造を有している。一般に、XRD測定での2θ=3〜10°の範囲にある強い反射ピークは、層状シリケート化合物が層構造を維持したまま、樹脂中に分散していることを示し、また、2θ=3〜10°の範囲に明瞭な反射ピークが存在しない場合、層状シリケート化合物が層間で剥離し、剥離したシリケート層が均一に分散していることを示している。
[Results of dispersion state evaluation of layered silicate compound]
One of the means for confirming the dispersion state and delamination state of the layered silicate in the insulating paint is wide angle X-ray diffraction (XRD) measurement. The layered silicate compound is made of a sheet (silicate layer) in which SiO 4 tetrahedrons are arranged two-dimensionally, and has a structure in which the sheets are laminated. In general, a strong reflection peak in the range of 2θ = 3 to 10 ° in XRD measurement indicates that the layered silicate compound is dispersed in the resin while maintaining the layer structure, and 2θ = 3 to 10 When there is no clear reflection peak in the range of °, it indicates that the layered silicate compound peels between the layers, and the peeled silicate layer is uniformly dispersed.
このような前提の下に、実施例1および比較例3において作製した絶縁性塗料を、XRD測定用のガラス板に30μmの厚さで塗布した測定用試料を作製し、XRD測定(理学社製、型式:XRD−B)を行った。図4は、このXRD測定の測定結果を示すグラフである。 Under such a premise, a measurement sample in which the insulating paint prepared in Example 1 and Comparative Example 3 was applied to a glass plate for XRD measurement at a thickness of 30 μm was prepared, and XRD measurement (manufactured by Rigaku Corporation) , Model: XRD-B). FIG. 4 is a graph showing the measurement results of this XRD measurement.
この図4から明らかなように、比較例3においては、2θ=7°に強い反射ピークが存在しており、したがって、層状シリケート化合物が層構造を維持したまま、樹脂中に分散していることが分かる。これに対して、本発明の実施例1においては、2θ=3〜10°の範囲に明瞭な反射ピークが存在せず、したがって、層状シリケート化合物が層間で剥離し、剥離したシリケート層が均一に分散していることが分かる。 As is apparent from FIG. 4, in Comparative Example 3, there is a strong reflection peak at 2θ = 7 °, and therefore the layered silicate compound is dispersed in the resin while maintaining the layer structure. I understand. On the other hand, in Example 1 of the present invention, there is no clear reflection peak in the range of 2θ = 3 to 10 °. Therefore, the layered silicate compound peels between the layers, and the peeled silicate layer is uniform. It can be seen that they are dispersed.
[電子顕微鏡(TEMおよびSEM)による絶縁性塗料の断面観察結果]
絶縁性塗料中における層状シリケートおよび電気絶縁性無機物の分散状態を確認するため、実施例1,2により作製した各絶縁性塗料、および比較例1〜3により作製した絶縁性塗料の断面を電子顕微鏡(TEM:日立製作所社製、型式:H−7100FA、および、SEM:日本電子社製、型式:JSM−5400LV)により観察した。図5は、このような電子顕微鏡による観察結果とXRD測定の結果から作成した絶縁性塗料中における層状シリケート化合物および電気絶縁性無機物の分散状態を示す絶縁性塗料断面の模式図を示している。
[Results of cross-sectional observation of insulating paint by electron microscope (TEM and SEM)]
In order to confirm the dispersion state of the layered silicate and the electrically insulating inorganic substance in the insulating coating, the cross sections of the insulating coatings prepared in Examples 1 and 2 and the insulating coatings prepared in Comparative Examples 1 to 3 were observed with an electron microscope. (TEM: manufactured by Hitachi, Ltd., model: H-7100FA, and SEM: manufactured by JEOL Ltd., model: JSM-5400LV). FIG. 5 shows a schematic diagram of a cross-section of the insulating paint showing the dispersion state of the layered silicate compound and the electrically insulating inorganic substance in the insulating paint prepared from the observation result by the electron microscope and the result of the XRD measurement.
この図5から明らかなように、比較例3においては、絶縁性塗料中に層状シリケート化合物を充填しているものの、層状シリケート化合物は層剥離しておらず、凝集さえ生じていることが分かる。これに対して、本発明に係る実施例1,2においては、いずれも、絶縁性塗料中の層状シリケート化合物が層剥離して均一に分散していることが分かる。 As can be seen from FIG. 5, in Comparative Example 3, although the layered silicate compound was filled in the insulating coating, the layered silicate compound was not delaminated and even agglomerated. On the other hand, in Examples 1 and 2 according to the present invention, it can be seen that the layered silicate compound in the insulating coating is separated and uniformly dispersed.
[9.具体例の比較による作用効果の説明]
以下には、上記のような実施例1,2および比較例1〜3を比較することにより、本発明の作用効果についてより詳細に説明する。
[9. Explanation of effects by comparison of specific examples]
Hereinafter, the effects of the present invention will be described in more detail by comparing Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3 as described above.
[実施例1と比較例1,2の比較]
表1および図5から明らかなように、実施例1と比較例1,2の構造部材の差異は、絶縁性塗料中における層状シリケート化合物の有無である。したがって、実施例1と比較例1,2を比較することで、絶縁性塗料中に層状シリケート化合物を充填したことによる作用効果を説明することができる。
[Comparison between Example 1 and Comparative Examples 1 and 2]
As is clear from Table 1 and FIG. 5, the difference between the structural members of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 is the presence or absence of the layered silicate compound in the insulating paint. Therefore, by comparing Example 1 with Comparative Examples 1 and 2, it is possible to explain the effect of filling the insulating paint with the layered silicate compound.
まず、比較例1により作製した構造部材においては、図3に示すように、六弗化硫黄分解ガス暴露の表面抵抗値が暴露時間と共に低くなっており、これは、表1および図5に示すように、比較例1の構造部材の絶縁性塗料中に層状シリケート化合物が充填されていないためであると考えられる。すなわち、絶縁性塗料の厚さは30μmと薄いため、六弗化硫黄分解ガスは、層状シリケート化合物が充填されていない絶縁性塗料を透過してガラス繊維強化複合材料に達する。その結果、六弗化硫黄分解ガスと水分の反応により弗化水素が生成し、この弗化水素が、ガラス繊維と反応して潮解性のH2SiF6を生じることで電導パスを形成し、比較例1により作製した構造部材の絶縁抵抗を低下させているものと考えられる。 First, in the structural member produced by Comparative Example 1, as shown in FIG. 3, the surface resistance value of the sulfur hexafluoride decomposition gas exposure decreases with the exposure time, which is shown in Table 1 and FIG. Thus, it is thought that it is because the layered silicate compound is not filled in the insulating paint of the structural member of Comparative Example 1. That is, since the thickness of the insulating paint is as thin as 30 μm, the sulfur hexafluoride decomposition gas passes through the insulating paint not filled with the layered silicate compound and reaches the glass fiber reinforced composite material. As a result, hydrogen fluoride is generated by the reaction of sulfur hexafluoride decomposition gas and moisture, and this hydrogen fluoride reacts with the glass fiber to produce deliquescent H 2 SiF 6 , thereby forming a conductive path. It is thought that the insulation resistance of the structural member produced by Comparative Example 1 is reduced.
また、比較例2により作製した構造部材においても、図3に示すように、六弗化硫黄分解ガス暴露の表面抵抗値が暴露時間と共に低くなっており、これは、表1および図5に示すように、比較例2の構造部材の絶縁性塗料中に電気絶縁性無機物である酸化アルミニウムは充填されているものの、層状シリケート化合物は充填されていないためであると考えられる。すなわち、比較例1と異なり、比較例2の構造部材の絶縁性塗料中には酸化アルミニウムが充填されているため、六弗化硫黄分解ガスの透過が抑制され、酸化アルミニウムが有する弗化水素に対する耐性により、比較例1と比較した場合、表面絶縁抵抗の低下がある程度は抑制されている。しかしながら、絶縁性塗料の厚さは30μmと薄いため、六弗化硫黄分解ガスの透過を完全に抑制することはできず、暴露時間が長くなるにつれて徐々に絶縁抵抗が低下しているものと考えられる。 Further, in the structural member produced in Comparative Example 2, as shown in FIG. 3, the surface resistance value of the sulfur hexafluoride decomposition gas exposure decreases with the exposure time, which is shown in Table 1 and FIG. Thus, although it is filled with the aluminum oxide which is an electrically insulating inorganic substance in the insulating paint of the structural member of the comparative example 2, it is thought that it is because the layered silicate compound is not filled. That is, unlike Comparative Example 1, since the insulating paint of the structural member of Comparative Example 2 is filled with aluminum oxide, the permeation of sulfur hexafluoride decomposition gas is suppressed, and the hydrogen fluoride contained in aluminum oxide is reduced. When compared with Comparative Example 1, due to the resistance, a decrease in surface insulation resistance is suppressed to some extent. However, since the thickness of the insulating paint is as thin as 30 μm, the permeation of sulfur hexafluoride decomposition gas cannot be completely suppressed, and the insulation resistance gradually decreases as the exposure time increases. It is done.
これらの比較例1,2に対し、実施例1により作製した本発明に係る構造部材は、図3に示すように、六弗化硫黄分解ガス暴露後も絶縁抵抗がほとんど低下していない。これは、表1および図5に示すように、実施例1の構造部材の絶縁性塗料中に層状シリケート化合物が充填されているためであると考えられる。以下には、絶縁性塗料中に層状シリケート化合物を充填したことによる作用効果についてより詳細に説明する。 In contrast to these Comparative Examples 1 and 2, the structural member according to the present invention produced according to Example 1 has almost no reduction in insulation resistance even after exposure to sulfur hexafluoride decomposition gas, as shown in FIG. This is considered to be because the layered silicate compound is filled in the insulating paint of the structural member of Example 1 as shown in Table 1 and FIG. Below, the effect by having filled the layered silicate compound in the insulating coating material is demonstrated in detail.
まず、層状シリケート化合物は、シリケート層が積み重なった層状構造を有した粒径50〜150nmの微細な粒子である。実施例1の絶縁性塗料においては、この層状シリケート化合物を絶縁性塗料の材料であるエポキシ樹脂と3本ロール混合機を用いて高剪断混合することにより、層状シリケート化合物はその層間で剥離し、剥離したシリケート層をエポキシ樹脂(絶縁性塗料)中に均一に分散させることができる(図5を参照)。均一に分散したシリケート層は、絶縁性塗料中へのガスの進入および絶縁性塗料中おけるガスの拡散を抑制する効果(ガスバリア性)を有している。このため、実施例1の構造部材においては、六弗化硫黄分解ガスが絶縁性塗料を透過し、ガラス繊維強化複合材料に達することがないため、六弗化硫黄分解ガスに対して優れた耐性を有する構造部材を提供することができる。 First, the layered silicate compound is a fine particle having a particle size of 50 to 150 nm having a layered structure in which silicate layers are stacked. In the insulating paint of Example 1, the layered silicate compound is peeled between the layers by high shear mixing of the layered silicate compound with an epoxy resin as a material of the insulating paint using a three-roll mixer. The peeled silicate layer can be uniformly dispersed in the epoxy resin (insulating paint) (see FIG. 5). The uniformly dispersed silicate layer has an effect (gas barrier property) of suppressing the ingress of gas into the insulating paint and the diffusion of gas in the insulating paint. For this reason, in the structural member of Example 1, sulfur hexafluoride decomposition gas permeates the insulating paint and does not reach the glass fiber reinforced composite material. Therefore, it has excellent resistance to sulfur hexafluoride decomposition gas. The structural member which has can be provided.
[実施例1と比較例3の比較]
表1および図5から明らかなように、実施例1と比較例3の構造部材の差異は、絶縁性塗料中における層状シリケート化合物の種類、絶縁性塗料の材料であるエポキシ樹脂と層状シリケート化合物との混合方法、層状シリケート化合物の表面処理の有無、である。したがって、実施例1と比較例3を比較することで、これらの差異として示される実施例1の特徴による作用効果を説明することができる。
[Comparison between Example 1 and Comparative Example 3]
As is clear from Table 1 and FIG. 5, the difference between the structural members of Example 1 and Comparative Example 3 is that the type of layered silicate compound in the insulating coating, the epoxy resin and the layered silicate compound that are the materials of the insulating coating, And the presence or absence of surface treatment of the layered silicate compound. Therefore, by comparing Example 1 and Comparative Example 3, it is possible to explain the operational effects of the features of Example 1 that are indicated as these differences.
まず、表1および図5に示すように、比較例3により作製した構造部材の絶縁性塗料には、種類は異なるものの、実施例1と同様に層状シリケート化合物が充填されている。しかしながら、図3に示すように、比較例3により作製した構造部材の絶縁抵抗は、六弗化硫黄分解ガスに曝露後、著しく低下している。これは、図5に示すように、比較例3においては、絶縁性塗料中に層状シリケート化合物を充填しているものの、図4にも示すように、層状シリケート化合物が層構造を維持したまま、樹脂中に分散しているためであると考えられる。 First, as shown in Table 1 and FIG. 5, the insulating paint of the structural member produced in Comparative Example 3 is filled with a layered silicate compound as in Example 1, although the type is different. However, as shown in FIG. 3, the insulation resistance of the structural member produced in Comparative Example 3 is significantly reduced after exposure to sulfur hexafluoride decomposition gas. As shown in FIG. 5, in Comparative Example 3, although the insulating paint is filled with a layered silicate compound, as shown in FIG. 4, the layered silicate compound maintains the layer structure, This is considered to be because it is dispersed in the resin.
すなわち、図4に示すように、実施例1および比較例3により作製した絶縁性塗料のXRD測定結果において、実施例1により作製した構造部材の絶縁性塗料においては、2θ=3〜10°の範囲に明瞭な反射ピークは確認されなかった。これは、充填した層状シリケート化合物が層間で剥離し、その剥離したシリケート層がランダムかつ均一に分散していることを示している。一方、比較例3により作製した構造部材の絶縁性塗料においては、2θ=7°に強い反射ピークが確認された。これは、層状シリケートの層構造を維持したまま、樹脂中に分散していることを示している。 That is, as shown in FIG. 4, in the XRD measurement results of the insulating paint produced in Example 1 and Comparative Example 3, in the insulating paint of the structural member produced in Example 1, 2θ = 3 to 10 °. A clear reflection peak in the range was not confirmed. This indicates that the filled layered silicate compound is peeled between the layers, and the peeled silicate layer is randomly and uniformly dispersed. On the other hand, in the insulating paint of the structural member produced in Comparative Example 3, a strong reflection peak was confirmed at 2θ = 7 °. This indicates that the layer structure of the layered silicate is dispersed in the resin while maintaining the layer structure.
このような実施例1と比較例3における層状シリケート化合物の分散状態の差異は、前述したように、層状シリケート化合物の種類、絶縁性塗料の材料であるエポキシ樹脂と層状シリケート化合物との混合方法、層状シリケート化合物の表面処理の有無、に起因しているものと考えられる。以下には、これらの差異として示される実施例1の個々の特徴による作用効果について順次説明する。 As described above, the difference in the dispersion state of the layered silicate compound in Example 1 and Comparative Example 3 is as follows. The type of the layered silicate compound, the method of mixing the epoxy resin and the layered silicate compound that are the materials of the insulating paint, This is considered to be due to the presence or absence of surface treatment of the layered silicate compound. Below, the effect by each characteristic of Example 1 shown as these differences is demonstrated one by one.
まず、比較例3により作製した構造部材の絶縁性塗料には、層状シリケート化合物としてスメクタイト(SWN:コープケミカルの商品名)が充填されている。このSWNにおいては、積層したシリケート層の層間に、四級アンモニムイオンではなく、ナトリウムイオンが存在しているため、エポキシ樹脂に対する親和性が低く、絶縁性塗料中で均一に分散することができない。 First, the insulating coating material of the structural member produced in Comparative Example 3 is filled with smectite (SWN: trade name of Coop Chemical) as a layered silicate compound. In this SWN, since sodium ions, not quaternary ammonium ions, are present between the laminated silicate layers, the affinity for the epoxy resin is low, and it cannot be uniformly dispersed in the insulating paint.
これに対し、実施例1により作製した構造部材の絶縁性塗料には、層状シリケート化合物としてスメクタイト(STN:コープケミカルの商品名)が充填されており、このSTNにおいては、積層したシリケート層の層間に四級アンモニムイオンが存在している。このSTNは、SWNの層間に存在するナトリウムイオンを、四級アンモニウムイオンで置換することにより得られる。このSTNは、その層間に四級アンモニウムイオンが存在することにより、SWNと比べて、シリケート層間の距離が長く、かつ、層間の雰囲気が新油性となるため、絶縁性塗料の材料であるエポキシ樹脂に対する親和性が高くなり、その結果、絶縁性塗料中で均一に分散することができるものと考えられる。 On the other hand, the insulating paint of the structural member produced in Example 1 is filled with smectite (STN: trade name of Coop Chemical) as a layered silicate compound. In this STN, the interlayer of the laminated silicate layers There is a quaternary ammonium ion. This STN can be obtained by substituting sodium ions existing between SWN layers with quaternary ammonium ions. This STN has an quaternary ammonium ion between the layers, so that the distance between the silicate layers is longer than that of SWN, and the atmosphere between the layers becomes new oily. As a result, it is considered that the resin can be uniformly dispersed in the insulating paint.
また、比較例3に示した絶縁性塗料の作製方法においては、エポキシ樹脂と層状シリケート化合物を万能混合攪拌機で混ぜているだけであるため、エポキシ樹脂と層状シリケート化合物の混合工程で層間を剥離させる力を加えることはできない。これに対して、実施例1に示した絶縁性塗料の作製方法においては、絶縁性塗料の材料であるエポキシ樹脂と層状シリケート化合物とを3本ロール混合機を用いて高剪断力混合しているが、高剪断力混合では、積層したシリケート層(層状シリケート化合物)を、その層間を引き剥がそうとする力が働くため、実施例1では層剥離させたシリケート層を絶縁性塗料中で均一分散させることができる。 Moreover, in the method for producing the insulating paint shown in Comparative Example 3, since the epoxy resin and the layered silicate compound are simply mixed with a universal mixing stirrer, the layers are separated in the mixing step of the epoxy resin and the layered silicate compound. You cannot add power. On the other hand, in the method for producing the insulating paint shown in Example 1, the epoxy resin which is the material of the insulating paint and the layered silicate compound are mixed with a high shear force using a three-roll mixer. However, in mixing with high shear force, a force is applied to peel the laminated silicate layer (layered silicate compound) between the layers, so in Example 1, the separated silicate layer is uniformly dispersed in the insulating paint. Can be made.
さらに、比較例3では、カップリング剤を添加していないため、層状シリケート化合物は凝集体、もしくは層剥離していない状態で絶縁性塗料中に存在している。これに対して、実施例1に示した絶縁性塗料では、層状シリケート化合部の表面処理剤としてチタネート系カップリング剤が添加されている。このようにカップリング剤を添加することにより、分散したシリケート層のエポキシ樹脂に対する濡れ性を向上させると共に、分散したシリケート層の再凝集を抑制することができる。このため、実施例1では、前述した四級アンモニウムイオンと高剪断力混合の効果により絶縁性塗料中で均一分散したシリケート層が、再凝集することなく、その均一な分散状態を維持することができる。 Furthermore, in Comparative Example 3, since no coupling agent is added, the layered silicate compound is present in the insulating paint in a state of not being aggregated or delaminated. On the other hand, in the insulating paint shown in Example 1, a titanate coupling agent is added as a surface treatment agent for the layered silicate compound part. Thus, by adding a coupling agent, the wettability with respect to the epoxy resin of the disperse | distributed silicate layer can be improved, and reaggregation of the disperse | distributed silicate layer can be suppressed. For this reason, in Example 1, the silicate layer uniformly dispersed in the insulating paint by the effect of mixing the quaternary ammonium ions and the high shear force described above can maintain the uniform dispersed state without re-aggregation. it can.
以上のように、比較例3では、層間に四級アンモニムイオンが存在しない層状シリケート化合物を充填し、エポキシ樹脂と層状シリケート化合物とを単純に混合しているにすぎず、層状シリケート化合物の表面処理を行っていないことから、層状シリケート化合物が層剥離していない状態、あるいは、凝集体として絶縁性塗料中に存在しているため(図5参照)、耐六弗化硫黄分解ガス性を構造部材に付与することができない。これに対して、実施例1では、層間に四級アンモニムイオンが存在する層状シリケート化合物を充填し、エポキシ樹脂と層状シリケート化合物とを高剪断力混合し、カップリング剤により層状シリケート化合物の表面処理を行っていることにより、層状シリケート化合物を絶縁性塗料中で均一に分散させることができるため(図5参照)、六弗化硫黄分解ガスに対するガスバリア効果を発現し、優れた耐性を構造部材に付与することができる。 As described above, in Comparative Example 3, the layered silicate compound in which the quaternary ammonium ion does not exist between the layers is filled, and the epoxy resin and the layered silicate compound are simply mixed, and the surface treatment of the layered silicate compound is performed. Therefore, since the layered silicate compound is not peeled off or is present in the insulating coating as an aggregate (see FIG. 5), the sulfur hexafluoride decomposition gas resistance is structural member. Cannot be granted. On the other hand, in Example 1, a layered silicate compound in which quaternary ammonium ions exist between layers is filled, an epoxy resin and a layered silicate compound are mixed with high shear force, and the surface treatment of the layered silicate compound is performed with a coupling agent. Since the layered silicate compound can be uniformly dispersed in the insulating paint (see FIG. 5), the gas barrier effect against the sulfur hexafluoride decomposition gas is expressed, and excellent resistance is applied to the structural member. Can be granted.
[実施例2と比較例2,3の比較]
表1および図5から明らかなように、実施例2と比較例2,3の構造部材の差異は、絶縁性塗料中における層状シリケート化合物の有無または種類、絶縁性塗料の材料であるエポキシ樹脂と層状シリケート化合物との混合方法、層状シリケート化合物の表面処理の有無、である。したがって、実施例2と比較例2,3を比較することで、これらの差異として示される実施例2の特徴による作用効果を説明することができる。
[Comparison between Example 2 and Comparative Examples 2 and 3]
As is clear from Table 1 and FIG. 5, the difference between the structural members of Example 2 and Comparative Examples 2 and 3 is the presence or absence or type of the layered silicate compound in the insulating paint, and the epoxy resin that is the material of the insulating paint. The mixing method with the layered silicate compound and the presence or absence of surface treatment of the layered silicate compound. Therefore, by comparing the second embodiment with the second and third comparative examples, it is possible to explain the operational effects of the features of the second embodiment shown as the difference between them.
まず、比較例2により作製した構造部材では、前述したように、絶縁性塗料中に電気絶縁性無機物である酸化アルミニウムは充填されているものの、層状シリケート化合物は充填されていないため、優れた耐六弗化硫黄分解ガス性を発現することができない。また、比較例3により作製した構造部材においても、前述したように、層間に四級アンモニムイオンが存在しない層状シリケート化合物を充填し、エポキシ樹脂と層状シリケート化合物とを単純に混合しているにすぎず、層状シリケート化合物の表面処理を行っていないことから、絶縁性塗料中に層状シリケート化合物が凝集体或いは層剥離していない状態で存在しているため、優れた耐六弗化硫黄分解ガス性を発現することができない。 First, in the structural member produced by Comparative Example 2, as described above, although the insulating paint is filled with aluminum oxide, which is an electrically insulating inorganic substance, the layered silicate compound is not filled. It cannot exhibit sulfur hexafluoride cracking gas properties. Also, in the structural member produced in Comparative Example 3, as described above, the layered silicate compound in which the quaternary ammonium ion does not exist between the layers is filled, and the epoxy resin and the layered silicate compound are simply mixed. In addition, since the surface treatment of the layered silicate compound is not performed, the layered silicate compound is present in the insulating coating in a state of not being aggregated or delaminated. Cannot be expressed.
これに対して、図3から分かるように、実施例2により作製した構造部材は、六弗化硫黄分解ガスに曝露後も表面絶縁抵抗の低下がほとんどなく、優れた耐六弗化硫黄分解ガス性を有している。実施例2では、万能混合攪拌機を使用しているが、絶縁性塗料の材料であるエポキシ樹脂と層状シリケート化合物および電気絶縁性無機物である酸化アルミニウムを一緒に混合しているため、この酸化アルミニウムにより、層状シリケート化合物に高剪断力を加えて均一に分散させることができるものと考えられる。 On the other hand, as can be seen from FIG. 3, the structural member produced according to Example 2 has almost no reduction in surface insulation resistance after exposure to sulfur hexafluoride decomposition gas, and is excellent in sulfur hexafluoride decomposition gas. It has sex. In Example 2, a universal mixing stirrer is used, but the epoxy resin, which is the material of the insulating paint, and the layered silicate compound and aluminum oxide, which is an electrically insulating inorganic substance, are mixed together. It is considered that the layered silicate compound can be uniformly dispersed by applying a high shearing force.
すなわち、実施例2において、混合は、比較例1,2と同様の万能混合攪拌機を用いて行っているが、一緒に混合する酸化アルミニウムにより層状シリケート化合物に高剪断力が加わり、凝集体であった層状シリケート化合物をエポキシ中で分散した状態とし、さらに、層状シリケート化合物を層間で剥離させ、剥離したシリケート層をエポキシ樹脂中に均一分散することができるものと考えられる(図5)。この場合、酸化アルミニウム自体もまた、絶縁性塗料中で均一に分散する。実施例2においては、さらに、実施例1と同様に、カップリング剤を添加することにより、絶縁性塗料中で均一分散したシリケート層および酸化アルミニウムを再凝集させることなく、その均一な分散状態を維持することができる。 That is, in Example 2, mixing was performed using the same universal mixing stirrer as in Comparative Examples 1 and 2, but high shear force was applied to the layered silicate compound by the aluminum oxide mixed together, resulting in an aggregate. It is considered that the layered silicate compound is dispersed in the epoxy, the layered silicate compound is peeled between the layers, and the peeled silicate layer can be uniformly dispersed in the epoxy resin (FIG. 5). In this case, the aluminum oxide itself is also uniformly dispersed in the insulating paint. In Example 2, as in Example 1, by adding a coupling agent, the silicate layer uniformly dispersed in the insulating coating and the aluminum oxide can be uniformly dispersed without re-aggregation. Can be maintained.
以上のように、実施例2では、絶縁性塗料の材料であるエポキシ樹脂と層状シリケート化合物および電気絶縁性無機物である酸化アルミニウムを一緒に混合しているため、実施例1に示した3本ロール混合機のような特別な混合装置を使用しなくても、酸化アルミニウムにより層状シリケート化合物に高剪断力を加え、層剥離した状態で絶縁性塗料中に均一分散させることができるため、六弗化硫黄分解ガスに対するガスバリア効果が発現し、優れた耐性を構造部材に付与することができる。さらに、特別な混合装置が不要であるため、コスト面でも有利である。 As described above, in Example 2, since the epoxy resin that is the material of the insulating paint, the layered silicate compound, and the aluminum oxide that is the electrically insulating inorganic material are mixed together, the three rolls shown in Example 1 are used. Even without using a special mixing device such as a mixer, high shear force can be applied to the layered silicate compound by aluminum oxide, and it can be uniformly dispersed in the insulating paint in a state of delamination. The gas barrier effect with respect to sulfur decomposition gas expresses, and the outstanding tolerance can be provided to a structural member. Furthermore, since no special mixing device is required, it is advantageous in terms of cost.
[実施例1,2の効果]
以上のように、実施例1,2によれば、ガラス繊維強化複合材料の外面を、層状シリケート化合物が充填された絶縁性塗料により被覆することにより、絶縁性塗料中に分散したシリケート層によって六弗化硫黄分解ガスの透過を抑制できるため、六弗化硫黄分解ガスに対して優れた耐性を有する、簡略な構成の構造部材を提供することができる。
[Effects of Examples 1 and 2]
As described above, according to Examples 1 and 2, the outer surface of the glass fiber reinforced composite material is covered with the insulating paint filled with the layered silicate compound, so that the six silicate layers dispersed in the insulating paint are used. Since the permeation of the sulfur fluoride decomposition gas can be suppressed, a structural member having a simple structure having excellent resistance to the sulfur hexafluoride decomposition gas can be provided.
したがって、そのような構造部材を使用することにより、安全性および信頼性に優れた六弗化硫黄ガス絶縁機器を提供することができる。また、構造部材の絶縁性塗料の厚さは、30μmと薄いため、絶縁性塗料の被覆作業は一回程度で十分である。また、シリケート化合物を塗料の一部に使用するだけであるため、低アルカリガラス繊維などを使用した場合に比べてコスト面でも有利である。 Therefore, by using such a structural member, it is possible to provide a sulfur hexafluoride gas insulating device excellent in safety and reliability. Moreover, since the thickness of the insulating paint of the structural member is as thin as 30 μm, it is sufficient to cover the insulating paint once. Further, since the silicate compound is only used as a part of the paint, it is advantageous in terms of cost as compared with the case where low alkali glass fiber or the like is used.
[10.他の実施形態]
なお、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で他にも多種多様な変形例が実施可能である。すなわち、前記実施形態で示した具体的な材料の種類や組成、配合、絶縁性塗料の厚さ等は、一例にすぎず、具体的な材料の種類や組成、配合、絶縁性塗料の厚さ等は、自由に選択可能である。
[10. Other Embodiments]
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various other modifications can be implemented within the scope of the present invention. That is, the specific material types, compositions, blends, insulating paint thicknesses, etc. shown in the embodiment are merely examples, and the specific material types, compositions, blends, insulating paint thicknesses are only examples. Etc. can be freely selected.
1…六弗化硫黄ガス絶縁機器用構造部材
2…ガラス繊維強化複合材料
2a…樹脂
2b…ガラス繊維
3…絶縁性塗料
4…層状シリケート化合物
5…電気絶縁性無機物
DESCRIPTION OF
Claims (3)
ガラス繊維強化複合材料の外面が、層状シリケート化合物が充填された絶縁性塗料により被覆されるとともに、
前記層状シリケート化合物は、その層間に四級アンモニウムイオンが存在し、スメクタイト群、マイカ群、バーミキュライト群、からなる鉱物群の中から選択された少なくとも1種、またはこれらの混合物であるとともに、前記層間で剥離し、この剥離した層が前記絶縁性塗料中に分散する一方、
前記層状シリケート化合物の表面は、カップリング剤、界面活性剤、両親媒性化合物、の中から選択された少なくとも1種により改質されている、
ことを特徴とする六弗化硫黄ガス絶縁機器用構造部材。 A structural member for sulfur hexafluoride gas insulation equipment used in sulfur hexafluoride gas insulation equipment using sulfur hexafluoride as an insulation medium ,
The outer surface of the glass fiber reinforced composite material is covered with an insulating paint filled with a layered silicate compound ,
The layered silicate compound includes quaternary ammonium ions between the layers, and is at least one selected from a mineral group consisting of a smectite group, a mica group, a vermiculite group, or a mixture thereof, and the interlayer While the peeled layer is dispersed in the insulating paint,
The surface of the layered silicate compound is modified with at least one selected from a coupling agent, a surfactant, and an amphiphilic compound.
A structural member for sulfur hexafluoride gas insulation equipment, characterized in that
ことを特徴とする請求項1に記載の六弗化硫黄ガス絶縁機器用構造部材。 The insulating paint is at least one selected from aluminum oxide, magnesium oxide, aluminum nitride, boron nitride, aluminum fluoride, magnesium fluoride, calcium fluoride, or a mixture thereof . Filled with inorganic matter,
The structural member for a sulfur hexafluoride gas insulating device according to claim 1 .
請求項1または請求項2に記載の六弗化硫黄ガス絶縁機器用構造部材を備えた、
ことを特徴とする六弗化硫黄ガス絶縁機器。 In sulfur hexafluoride gas insulation equipment using sulfur hexafluoride as the insulation medium,
The sulfur hexafluoride gas insulating device structural member according to claim 1 or 2 ,
Sulfur hexafluoride gas insulation equipment characterized by that.
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