JP4617513B2 - アラミド紙及びその製造方法、並びにアラミド−樹脂フィルム積層体 - Google Patents
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また、H種ほどの耐熱性を必要としないF種(155℃)用の絶縁材料が求められている。アラミド紙は、もちろんF種に使用しても耐熱特性的には全く問題ないが、高価であり、より安価な材料開発が求められている。その要求に対し、安価なF種材料として、従来から次に示す(A)〜(C)のものなどが提案されている。
(B)アラミド紙とPET系フィルムとを高い温度、圧力で熱接着積層一体化したもの(例えば特許文献1参照)。このものは、m−アラミド紙と二軸延伸PETフィルムを重ね合わせ、温度220〜250℃、線圧50kg/cm以上の条件で加圧・加熱し、熱接着により積層一体化したアラミド積層体である。
(C)アラミド繊維とアラミドパルプからなるアラミド紙層(A層)の表面にPETを溶着または融点以上で含浸させた層とPETフィルムを重ね合わせたあと、ロール温度220〜250℃で、圧力50kg/cm以上でPET間を溶着させ、さらに100℃/分以上の降温速度で急冷して得られる積層体(例えば特許文献2参照)。
即ち、本発明のアラミド−樹脂フィルム積層体は、アラミド紙が、アラミドフィブリッド及びアラミド短繊維を主体として紙状に形成されたものであって、紙表面が低温プラズマ処理されていることにより、PPSフィルムとの間で、直接的に熱接合可能とされているところに特徴を有する(請求項1の発明)。
これは、表面に低温プラズマ処理がなされることにより、表面に酸素原子が取込まれ、具体的にはアラミド紙表面にCOOH基やOH基が付加されるようになり、このことが、アラミド紙同士の熱融着性、あるいはアラミド紙とPPSフィルムとの間での熱融着性を付与するものと推測される。
本発明において、非加水分解性樹脂フィルムは、PPS(ポリフェニレンサルファイド:Poly Phenylene Sulfide)である。PPSは、加水分解を招かず、かつ耐熱性が高い。例えばハイブリッド車両のモータや鉄道車両のトランスの絶縁材料としてアラミド紙を用いる場合、アラミド紙は絶縁油中に浸される。この絶縁油にはわずかに水分が含まれるため、樹脂フィルムは高温の環境下において加水分解を生じる。その結果、ハイブリッド車両のモータや鉄道車両のトランスにおいて長期間用いると、アラミド紙に接合されたフィルムは材質によって加水分解し、絶縁破壊を招くおそれがある。非加水分解性の樹脂フィルムとしてPPSを用いることにより、高い耐熱性と非加水分解性とが両立される。したがって、厳しい環境下でも長期間安定した絶縁性能を維持することができる。
例えば、「ノーメックス:♯411」タイプ(デュポン株式会社製)の場合、ポリ−m−フェニレンイソフタルアミドであるから、C/O/N=14/2/2であり、炭素原子数(C)と、酸素原子数(O)との組成比X(O/C)の理論値は、炭素(C)基準にすると、2/14=0.143である。通常は、表面に炭化水素系のものが微量付着しているため実測値は理論値よりも小さいとされる。
また、上記したようなアラミド紙を製造する方法としては、アラミドフィブリッド及びアラミド短繊維を主体として紙状に形成されたアラミド紙に対し、低温プラズマ処理機により、その表面を低温プラズマ処理する方法を採用することができる。これにより、熱融着性を有するアラミド紙を得ることができる。
本発明のアラミド−樹脂フィルム積層体は高性能な電気絶縁材料として使用することができる。例えば変圧器、モータ、発電機などに好ましく使用できる。特に耐熱性及び加水分解に優れた特性が求められる、ハイブリッド車両などのモータ絶縁材料用途などには好適となる。PPSフィルムの厚みは特に限定されるものではなく、目的、用途に応じて好ましく選定すれば良い。
また、アラミド紙との接着性の面からPPSフィルムの表面には接着性改良の処理がされている方が好ましい。このとき、本発明者らの研究によれば、前記PPSフィルムの熱接合前における表面の、酸素原子(O)と炭素原子(C)との原子数の組成比X(O/C)が、原子数比率の理論値の102.5%以上、110%以下の範囲であることが望ましい。
ところで、本発明のアラミド−樹脂フィルム積層体としては、アラミド紙をA、PPSフィルムをBとすると、2種類の材料の組合せを、A/A、A/B/A、B/A/B、A/A/B/A等の各種のパターンとすることが可能である。
そして、これらPPS樹脂フィルムに関しても、表面に接着性改良の処理を行った。この処理は、上記と同様の内部電極方式の低温プラズマ処理機1を用い、100(W・min/m2)で低温プラズマ処理を行った。このとき、フィルム表面の、酸素原子(O)と炭素原子(C)との原子数の組成比X(O/C)が、原子数比率の理論値の102.5%以上、110%以下の範囲とされている。
上記プラズマ処理したアラミド紙(A)とPPS樹脂フィルム(B)とは、直接熱接合されて、アラミド−PPS樹脂積層体とされる。熱接合するにあたっては、熱プレスを用い、各アラミド紙(A)とPPS樹脂フィルム(B)とを重ね合せたものを、この場合、加熱した熱板間に挟み、10分間加圧(圧力20kg/cm2)し、その後、放圧し積層体を取出して室温まで自然冷却し、サンプル品とした。
(1)層間接着力
層間接着力は、JIS C6481に準拠し、幅10mmの試料の90度剥離力を、引張り試験機を用いて、引張り速度50mm/分で測定した。
評価は、(判定)は、剥離力が、1N/cm〜0.5N/cmであれば、実用レベル以上とし良好(○)と判定し、剥離力が1N/cm以上であれば、特に良好(◎)と判定した。剥離力が0.5N/cm〜0.2N/cmであれば、普通(△)と判定し、剥離力が0.1N/cm以下であれば、不可(×)と判定した。普通(△)以上であれば、合格品である。
幅11mm、長さ30cmに切断した試料を、自動折り曲げ機(自社製)に挿入し、折り曲げ加工を行い、曲げ加工性を評価した。評価は、折り曲げ部における、「浮き」、「はがれ」等の外観変化の有無を目視により判断した。判定基準は、「浮き」、「はがれ」などなく実用レベルにあるものを合格(○)とし、「浮き」、「はがれ」が一部でも発生し、商品とならないものを不可(×)とした。
これに対し、アラミド紙に対する低温プラズマ処理を行わなかった比較例1は、PPS樹脂フィルムとの間の接着力が全く得られなかった。また、アラミド紙に対する低温プラズマ処理の処理強度(出力)が、1500W・min/m2を越え、組成比X(O/C)が理論値の250%を越えた比較例2についても、良好な接着力が得られなかった。
次に、アラミド紙とPPS樹脂フィルムとの層間接着力と、接着時における圧力及び温度との関係を検証した。この結果を表2に示す。
Claims (2)
- PPSフィルムと、前記PPSフィルムの少なくとも片面に直接熱接合してなるアラミド紙と、を備えるアラミド−樹脂フィルム積層体であって、
前記アラミド紙は、アラミドフィブリッド及びアラミド短繊維を主体として紙状に形成され、紙表面が内部電極方式の低温プラズマ処理機により低温プラズマ処理の強度が30W・min/m2〜1500W・min/m2の範囲で低温プラズマ処理されていることにより、処理後の紙表面における酸素原子(O)と炭素原子(C)との原子数の組成比X(O/C)が、原子数比率の理論値の110%以上、250%以下の範囲にあり、100℃以上、200℃以下の範囲の温度にてPPSフィルムとの間で、直接的に熱接合されていることを特徴とするアラミド−樹脂フィルム積層体。 - 前記PPSフィルムの熱接合前における表面は、酸素原子(O)と炭素原子(C)との原子数の組成比X(O/C)が、原子数比率の理論値の102.5%以上、110%以下の範囲とされていることを特徴とする請求項1記載のアラミド−樹脂フィルム積層体。
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