JP6661993B2 - 耐部分放電性塗料および絶縁電線 - Google Patents
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Description
ポリイミド前駆体および有機溶媒を含むポリイミド塗料と、
シリカ粒子、および当該シリカ粒子を前記ポリイミド塗料に分散させる分散媒を含むオルガノシリカゾルと、を含み、
前記シリカ粒子に含まれるナトリウムイオンの含有量が前記シリカ粒子の重量に対して5×10-3wt%以下であり、前記シリカ粒子が前記ポリイミド前駆体100質量部に対して1質量部以上100質量部以下となるように前記オルガノシリカゾルを含む、耐部分放電性塗料が提供される。
導体と、前記導体の外周上に配置される絶縁層と、を備え、
前記絶縁層は耐部分放電性塗料から形成され、
前記耐部分放電性塗料は、
ポリイミド前駆体および有機溶媒を含むポリイミド塗料と、
シリカ粒子、および当該シリカ粒子を前記ポリイミド塗料に分散させる分散媒を含むオルガノシリカゾルと、を含み、
前記シリカ粒子に含まれるナトリウムイオンの含有量が前記シリカ粒子の重量に対して5×10-3wt%以下であり、前記シリカ粒子が前記ポリイミド前駆体100質量部に対して1質量部以上100質量部以下となるように前記オルガノシリカゾルを含む、絶縁電線が提供される。
以下、本発明の一実施形態に係る耐部分放電性塗料について説明をする。
ポリイミド塗料は、ポリイミド前駆体が有機溶媒に溶解してなるものであり、例えば、有機溶媒に酸無水物成分とジアミン成分とを溶解させ、これらを反応させることにより合成される。
オルガノシリカゾルは、シリカ粒子が分散媒中に分散して構成されるものである。オルガノシリカゾルは、ポリイミド塗料への分散性に優れており、ポリイミド塗料中にシリカ粒子を微細に分散させることができる。これにより、シリカ粒子の凝集を抑制し、絶縁層の可とう性を高く維持しつつ、絶縁層の耐部分放電性を向上させることができる。
一般に、分散性の観点からは有機溶媒の種類が同一であるとよいと考えられる。しかし、本発明者らの検討によると、種類が同一であると、親和性が高すぎて、かえってオルガノシリカゾルの表面エネルギーが不安定となるため、シリカ粒子の分散性が低下することがわかった。そのため、例えば、ポリイミド塗料の有機溶媒としてDMAcを用いる場合は、シリカ粒子の分散媒として、シクロヘキサノン(CHO)、メチルイソブチルケトン(MIBK)、又はこれらの混合溶媒を用いることが好ましい。このような分散媒によれば、ポリイミド塗料中にシリカ粒子を凝集させることなく(塗料を懸濁させることなく)、微細に分散させることができる。
上述したように、耐部分放電性塗料は、ポリイミド前駆体および有機溶媒を含むポリイミド塗料と、シリカ粒子および分散媒を含むオルガノシリカゾルと、を含有している。耐部分放電性塗料において、有機溶媒は、有機溶媒と分散媒との合計に対して70%以上90%以下であることが好ましい。つまり、耐部分放電性塗料における全溶媒のうち、ポリイミド塗料に含まれる有機溶媒が70%以上90%以下となるように、ポリイミド塗料とシリカゲルとを含有するとよい。より好ましくは、80%以上90%以下とするとよい。ポリイミド塗料に含まれる有機溶媒を全溶媒の70%以上とすることにより、ポリイミド前駆体の析出を抑制することができる。一方、有機溶媒を90%以下として、所定量の分散媒を用いることにより、シリカ粒子の凝集を抑制し、絶縁層の可とう性を高く維持することができる。
続いて、上述の耐部分放電性塗料を用いて形成されるポリイミド樹脂について説明をする。
本実施形態では、ナトリウムイオンの含有量がシリカ粒子の重量に対して5×10−3wt%以下であるシリカ粒子を分散媒で分散させてオルガノシリカゾルとし、このオルガノシリカゾルをポリイミド塗料に添加することで、耐部分放電性塗料を構成している。オルガノシリカゾルによれば、ポリイミド塗料にシリカ粒子を凝集させることなく、微細に分散させることできる。そのため、耐部分放電性塗料を加熱して得られるポリイミド樹脂は、耐部分放電性に優れるとともに、シリカ粒子が均一に分散した状態であるため可とう性にも優れることになる。さらに、シリカ粒子をナトリウムイオンの含有量が少なくなるように構成しているので、ポリイミド樹脂における吸湿による絶縁抵抗および絶縁破壊電圧の低下を抑制し、吸湿前後で高い絶縁特性を維持することができる。
続いて、上述の耐部分放電性塗料を用いて形成された絶縁層を備える絶縁電線について図1を参照しながら説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る絶縁電線の断面を示す図である。
本実施形態によれば、以下に示す1つ又は複数の効果を奏する。
(実施例1)
まず、有機溶媒としてのジメチルアセトアミド(DMAc)280gに、ジアミン成分としての4,4’−ジアミノジフェニルエーテル34.0gを溶解させた。その後、溶液に酸無水物成分としてのピロメリト酸二無水物を36.0g投入し、100rpmで撹拌することにより、ポリイミド前駆体を含むポリイミド塗料を得た。なお、このポリイミド塗料の粘度は3.7Pa・sであった。
続いて、メチルイソブチルケトン(MIBK)を分散媒としたオルガノシリカゾルを、ポリイミド塗料中のポリイミド前駆体100質量部に対してシリカ粒子が25質量部となるように、添加した。そして、15時間撹拌することにより、実施例1の耐部分放電性塗料を得た。なお、オルガノシリカゾルとしては、シリカ粒子の平均粒子径が50nm、シリカ粒子の濃度が30wt%、ナトリウムイオンの含有量がシリカ粒子の重量に対して5×10−3wt%のものを用いた。
得られた耐部分放電性塗料を銅導体に塗布し、焼付けを行い、厚さ33μmの絶縁層を形成し、実施例1の絶縁電線を作製した。製造条件を下記表1に示す。
比較例1では、表1に示すように、シクロヘキサノン(CHO)を分散媒として、シリカ粒子の平均粒子径が25nm、シリカ粒子の濃度が30wt%、ナトリウムイオン含有量が20×10−3wt%であるオルガノシリカゾルを用いた以外は、実施例1と同様に耐部分放電性塗料を調製し、絶縁電線を作製した。
作製した絶縁電線について、以下の方法により評価した。評価結果を表1にまとめる。
絶縁層の可とう性を評価するため、JISC3216−3「5.1巻付け試験」に準拠した方法で可とう性試験を実施した。具体的には、絶縁電線を30%伸長した後、当該絶縁電線の導体径の1〜10倍の直径を有する巻き付け棒へJISC3216−3「5.1巻付け試験」に準拠した方法で巻き付け、光学顕微鏡を用いて絶縁層に亀裂の発生が見られない最小巻き付け倍径(d)を測定した。亀裂を生じない巻付径が小さいほど、可とう性に優れていることを示す。本実施例では、1倍であれば、合格(○)と評価した。
絶縁層の絶縁特性を評価するため、JISC3216−5「4.4.1常温試験」に準拠した方法で絶縁破壊電圧を測定した。具体的には、JISC3216−5「4.4.1常温試験」に準拠した方法で2個撚り試料を作製し、昇圧速度500V/sで0Vから印可し、吸湿前の絶縁破壊電圧V1を測定した。また、2個撚り試料を、高温高湿環境下(大気温度40℃、湿度95%)に72時間放置し、絶縁層を吸湿させた後、吸湿後の絶縁破壊電圧V2を測定した。本実施例では、絶縁破壊電圧の保持率(V2/V1)が70%以上であれば、吸湿による絶縁破壊電圧の低下が抑制されているものと評価した。
実施例1では、30%伸長後の可とう性において、最小巻き付け倍径が1倍であり、可とう性に優れることが分かった。また、吸湿前の絶縁破壊電圧が10kV、吸湿後の絶縁破壊電圧が7.4kVであって、絶縁破壊電圧の保持率が74%であり、絶縁層は吸湿後であっても、絶縁破壊電圧が高く、絶縁特性を高く維持できることが確認された。
これに対して、比較例1では、吸湿前の絶縁破壊電圧が14.4kVと高いものの、吸湿後の絶縁破壊電圧が5.5kVであって、絶縁破壊電圧の保持率が38.2%であり、吸湿により絶縁破壊電圧が著しく低下することが確認された。つまり、比較例1では、吸湿させた場合に高い絶縁特性を維持できないことが確認された。
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
本発明の一態様によれば、
ポリイミド前駆体および有機溶媒を含むポリイミド塗料と、
シリカ粒子、および当該シリカ粒子を前記ポリイミド塗料に分散させる分散媒を含むオルガノシリカゾルと、を含み、
前記シリカ粒子に含まれるナトリウムイオンの含有量がシリカ粒子の重量に対して5×10−3wt%以下である、耐部分放電性塗料が提供される。
付記1の耐部分放電性塗料において、好ましくは、
前記有機溶媒がジメチルアセトアミドであり、
前記分散媒がシクロヘキサノンおよびメチルイソブチルケトンの少なくとも1つである。
付記1又は2の耐部分放電性塗料において、好ましくは、
前記有機溶媒は、前記有機溶媒と前記分散媒との合計に対して70%以上である。
付記1〜3のいずれかの耐部分放電性塗料において、好ましくは、
前記オルガノシリカゾルを、前記シリカ粒子が前記ポリイミド前駆体100質量部に対して1質量部以上100質量部以下となるように、含有する。
付記1〜4のいずれかの耐部分放電性塗料において、好ましくは、
前記シリカ粒子の平均粒子径が100nm以下である。
付記1〜5のいずれかの耐部分放電性塗料において、好ましくは、
前記ポリイミド塗料における前記有機溶媒と、前記オルガノシリカゾルにおける前記分散媒とが異なる。
付記1〜6のいずれかの耐部分放電性塗料において、好ましくは、
前記ポリイミド塗料における前記有機溶媒が、ジメチルアセトアミドであり、
前記オルガノシリカゾルにおける前記分散媒が、シクロヘキサノンおよびメチルイソブチルケトンの少なくとも1つである。
本発明の他の態様によれば、
導体と、前記導体の外周上に配置される絶縁層と、を備え、
前記絶縁層は耐部分放電性塗料から形成され、
前記耐部分放電性塗料は、
ポリイミド前駆体および有機溶媒を含むポリイミド塗料と、
シリカ粒子、および当該シリカ粒子を前記ポリイミド塗料に分散させる分散媒を含むオルガノシリカゾルと、を含み、
前記シリカ粒子に含まれるナトリウムイオンの含有量がシリカ粒子の重量に対して5×10−3wt%以下である、絶縁電線が提供される。
付記8の絶縁電線において、好ましくは、
前記絶縁電線を30%伸長させて巻き付け棒に巻き付けたときに、前記絶縁層に亀裂の発生が見られない前記巻き付け棒の最小巻き付け径が前記導体の1倍以上となるような可とう性を有し、かつ、
前記絶縁層を温度40℃、湿度95%の空気環境下で吸湿させたときの絶縁破壊電圧が、吸湿前の絶縁破壊電圧の70%以上となるような絶縁特性を有する。
11 導体
12 絶縁層
13 オーバーコート層
Claims (6)
- ポリイミド前駆体および有機溶媒を含むポリイミド塗料と、
シリカ粒子、および当該シリカ粒子を前記ポリイミド塗料に分散させる分散媒を含むオルガノシリカゾルと、を含み、
前記シリカ粒子に含まれるナトリウムイオンの含有量が前記シリカ粒子の重量に対して5×10-3wt%以下であり、前記シリカ粒子が前記ポリイミド前駆体100質量部に対して1質量部以上100質量部以下となるように前記オルガノシリカゾルを含む、耐部分放電性塗料。 - 前記有機溶媒がジメチルアセトアミドであり、
前記分散媒がシクロヘキサノンおよびメチルイソブチルケトンの少なくとも1つである、請求項1に記載の耐部分放電性塗料。 - 前記有機溶媒は、前記有機溶媒と前記分散媒との合計に対して70%以上である、請求項1又は2に記載の耐部分放電性塗料。
- 前記シリカ粒子の平均粒子径が100nm以下である、請求項1〜3のいずれかに記載の耐部分放電性塗料。
- 導体と、前記導体の外周上に配置される絶縁層と、を備え、
前記絶縁層は耐部分放電性塗料から形成され、
前記耐部分放電性塗料は、
ポリイミド前駆体および有機溶媒を含むポリイミド塗料と、
シリカ粒子、および当該シリカ粒子を前記ポリイミド塗料に分散させる分散媒を含むオルガノシリカゾルと、を含み、
前記シリカ粒子に含まれるナトリウムイオンの含有量が前記シリカ粒子の重量に対して5×10-3wt%以下であり、前記シリカ粒子が前記ポリイミド前駆体100質量部に対して1質量部以上100質量部以下となるように前記オルガノシリカゾルを含む、絶縁電線。 - 前記絶縁電線を30%伸長させて巻き付け棒に巻き付けたときに、前記絶縁層に亀裂の発生が見られない前記巻き付け棒の最小巻き付け径が前記導体の1倍以上となるような可とう性を有し、かつ、
前記絶縁層を温度40℃、湿度95%の空気環境下で吸湿させたときの絶縁破壊電圧が、吸湿前の絶縁破壊電圧の70%以上となるような絶縁特性を有する、請求項5に記載の絶縁電線。
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