JPH02121203A

JPH02121203A - 電気絶縁充填材料及びその製造方法

Info

Publication number: JPH02121203A
Application number: JP27372888A
Authority: JP
Inventors: Masabumi Ofune; 正文小舟; Hisashi Tsuri; 釣　久司
Original assignee: Tateho Chemical Industries Co Ltd
Current assignee: Tateho Chemical Industries Co Ltd
Priority date: 1988-10-28
Filing date: 1988-10-28
Publication date: 1990-05-09
Anticipated expiration: 2011-03-06
Also published as: JPH0824005B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、汎用シーズヒータの電気絶縁充填材料に関し
、特に高充填性が要求され、かつ中温および高温域で使
用される電気絶縁充填材料及びその製造方法に関する。

（従来技術及び発明が解決しようとする課題）従来より
、マグネシアは高い熱伝導率および適当な硬度を有する
ことから、シーズヒータ用電気絶縁充填材料として使用
されている。

しかしながら、結晶成長したマグネシアは角柱状或いは
鱗片状の非球状体であるため、これをシーズヒータの電
気絶縁充填材料として使用した際には下記の問題点があ
った。すなわち、（１）　　マグネシア粉末の流動性が
悪いため、充填に要する時間が長（かかり、必然的にシ
ーズヒータの生産能率が低く、（２）充填工程のみによっては高密度な充填状態を得る
ことは困難であり、（３）上述した角柱状或いは鱗片状のマグネシア粉末で
は粒子が粒子エツジを有するために、充填および圧延工
程において金属パイプの内壁および発熱線をｔｉ傷して
しまうことがある等の欠点があった。

この問題を解消するための方法として従来より、機械的
手法或いは化学的手法による球状もしくは略球状のマグ
ネシア粉体の製造方法（特開昭６２−−８６ｆ３０４号
）、或いはさらに、球状もしくは略球状のマグネシア粉
体と非球状のマグネシア粉体とを混合してなる電気絶縁
充填材料が前記の技術的課題に対し、工業的規模の生産
に有用な材料であることが提案なされている（特開昭６
１−２１４３８９号）。

一方、前記したマグネシアからなる充填材料は高温多湿
な雰囲気下で容易に吸湿してその絶縁性能が低下するた
めに、その取扱いには慎重な注意が必要とされている。

これを解決するための方法としては、従来より、マグネ
シア粒子表面に活性アルミナの被覆層を形成した後、熱
処理によって耐湿性に優れたα−アルミナ層を得る方法
（特開昭６０−２４０００５号）がある。

また、電気絶縁充填材料の絶縁性能に関してはこれまで
、初期の絶縁抵抗値、および通電サイクル試験において
絶縁劣化速度の点から問題があった。これを解決するた
めの方法として従来より、■　化学組成の改善、高充填
密度化および粒子の球状化（特開昭５９−２１５６９０
号）、■酸素含有量の高いニッケル酸化物Ｎｉ　ｚｏ３
を添加して効果を向上せしめてなる方法（特開昭６０−
７７３０５号）等がある。

上記した従来技術の方法で得られた電気絶縁充填材料は
それぞれ、従来品と比較して、高密度充填性能、吸湿性
或いは絶縁性に関してはそれぞれ改良されているが、こ
の全ての特性が同時に改良なされた電気絶縁充填材料お
よびその製造方法は未だ発明なされていない。

さらに、シーズヒータの使用温度としては、現在のとこ
ろ低温から高温へ徐々に移行しており、このため電気絶
縁充填材料の熱時絶縁抵抗値を改善する必要も要求され
ているのが実情である。

本発明は、上述の課題に鑑み発明なされたものであって
、その目的とするところは、高密度充填性能、耐湿性お
よび絶縁性（特に熱時絶縁抵抗値）の全てが格段に改善
された電気絶縁充填材料およびその製造方法を提供しよ
うとするものである。

（課題を解決するための手段）本発明の電気絶縁充填材料は上述した課題および目的に
鑑み発明なされたものであって、ムライト（３Ａ１ｚＯ
ｔ　　・２ＳｉＯｚ）粉末、ならびに球状、略球状及び
非球状粒子から構成したマグネシア粉末との混合粉体表
面を、シリコーンオイルで被覆したことを特徴とする電
気絶縁充填材料である。

また、本発明の電気絶縁充填材料は、前記マグネシア粉
末が、５重量％以上の球状若しくは略球状粒子と、残部
の非球状粒子とから構成した電気絶縁充填材料である。

さらに、本発明の電気絶縁充填材料は、前記ムライトの
添加酸が、マグネシア粉末に対して０．１〜３０重量％
、シリコーンオイルの添加量が、ムライトとマグネシア
粉末との混合粉末に対して０．００１〜２重量％である
電気絶縁充填材料である。

また、本発明の電気絶縁充填材料の製造方法は、球状、
略球状及び非球状粒子から構成したマグネシア粉末にム
ライト（３Ａｌｚ０３　　・２ＳｉＯ２）粉末を混合し
た後、この混合粉体にシリコーンオイルを添加混合して
、混合粉体表面をシリコーンオイルで被覆することを特
徴とする電気絶縁充填材料の製造方法である。

さらに、本発明の電気絶縁充填材料の製造方法は、前記
マグネシア粉末が、５重量％以上の球状若しくは略球状
粒子と、残部の非球状粒子とから構成した電気絶縁充填
材料の製造方法である。

さらにまた、本発明の電気絶縁充填材料の製造方法は、
上記製造方法において、前記ムライトの添加量が、マグ
ネシア粉末に対して０．１〜３０重量％、シリコーンオ
イルの添加量が、ムライトとマグネシア粉末との混合粉
末に対して０゜００１〜２重量％である電気絶縁充填材
料の製造方法である。

本発明者は、上述した高充填性を有する球状、略球状及
び非球状粒子から構成したマグネシア粉末を基材とし、
高温において高い絶縁抵抗値を示すムライト粉末の添加
効果と、１發水性および流動性の改善を付与するシリコ
ーンオイルの添加効果とによる相互作用により、マグネ
シアを主成分とする電気絶縁充填材料の高充填性、耐湿
性および絶縁性の全てが格段に改善されることを知見し
て本発明を完成したものである。すなわち、上記基材、
添加剤のいずれかが欠如した状態、或いは混合操作が不
十分なため、撥水性の発現が均一に行われていない状態
では、初期の目的とする高充填性、耐湿性および絶縁性
を得ることは困難である。

以下、本発明の電気絶縁充填材料及びその製造方法につ
いて、より具体的に説明する。

まず、予め電気絶縁充填材料として球状、略球状及び非
球状粒子から構成したマグネシア粉末を調製するのであ
るが、この構成割合としては、５重量％以上の球状若し
くは略球状粒子と、残部の非球状粒子とから構成するの
が好ましい。その理由は、５重量％以下では非球状粒子
のみからなる電気絶縁充填材料と物性面（充填性能）に
おいて顕著な差がみられないからである。

ここで、本発明において用いる球状もしくは略球状のマ
グネシア粒子とは、完全に球状となった粒子ならびに球
状に近似する粒子をも含めたものを意味し、単結晶或い
は多結晶からなるものである。

この球状もしくは略球状のマグネシア粒子を得る方法と
しては、公知の機械的或いは化学的な製造方法から、適
宜選択すれば良い。例えば、機械的方法として、バッジ
式ミルを用い粒子間の衝突を利用し摩砕する方法（特開
昭５９−２１５６９０号）、流動層造粒機および回転ミ
キサーを用いる方法と火炎溶射による方法（特開昭６１
２１４３８９号）など、また、化学的方法として、市販
の非球状マグネシア粒を酸処理或いは酸処理後アルカリ
処理する方法（特開昭６２−３８６０４号）などの中か
ら適宜選択して使用すれば良い。

尚、上述した製法以外でも得られた球状もしくは略球状
体が、要するに前述した技術課題を解決できるようなマ
グネシア粒子であれば、本発明の材料として使用可能で
ある。

また、このマグネシア粉末としては、その純度が９０重
量％以上であれば良く、電融マグネシア粉末、及び／又
は焼結マグネシア粉末が使用可能である。

次に、この予め電気絶縁充填材料として調製したマグネ
シア粉末に、ムライト（３Ａ１２０３　　・２Ｓｉ０ｔ
）粉末を混合するのであるが、この絶縁性能の改良剤と
して使用するムライト粉末としては、好ましくは、シリ
マナイト族鉱物（シリマナイト、アンダリュサ、イト及
びカイヤナイト）を高温焼成しムライト化したもの、或
いはカオリン族鉱物とアルミナとの混合物から合成した
ものを焼成してムライト化したものの中から適宜選択さ
れるが、これ以外の方法で得られるムライトを用いるこ
とも勿論可能である。

このムライトとしては、成分的には特に、アルカリ成分
（Ｎａ２０　＋に２０）が０．１重量％以下、好ましく
は０．０５重量％以下、粒度的には、最大粒子径が１５
０μｍかつ４５μｍ以下の微粉が３０％以内で含まれる
ことが好ましい。

また、このムライトの添加量としては、マグネシア粉末
に対して０．１〜３０重量％であるのが、絶縁性および
シーズヒータとして本来要求される特性の観点から好ま
しい、すなわち、その添加量が、０．１重量％以下では
、絶縁性能において十分な効果を得ることが困難であり
、３０重量％以上では、熱伝導率の低下をきたしてしま
い、ひいてはシーズヒータ性能を劣化させるからである
。

次に、この混合粉末にシリコーンオイルを添加混合して
、粉末粒子表面を均一にシリコーンオイルで被覆するの
であるが、この撥水性および流動性の改良剤として使用
するシリコーンオイルとしては、ジメチル系でその分子
構造は下記の通りである。

また、このシリコーンオイルは、撥水性以外にも充填材
料の流動性を改善するため、その粘性が重要であり、粘
度（２５°Ｃ）１０〜１００　ｃｓ、比重（２５°Ｃ）
０．９３０〜０．９７０　、及び粘度温度係数０゜５４
〜０．６０の範囲にあるのが好ましい。

さらにまた、このシリコーンオイルの添加量としては、
上記ムライトとマグネシア粉末との混合粉末に対して０
．００１〜２重量％であるのが、撥水性、流動性、絶縁
性の観点から好ましい。すなわち、添加量が０．００１
重量％以下では、撥水性および流動性について十分な効
果を得ることが困難であり、２重量％以上では、常温に
おける粉体の流動性が著しく低下し、高温で加熱分解さ
れる時に発生する炭素による絶縁抵抗値の劣化が著しい
からである。

上記したシリコーンオイルの添加によって、マグネシア
を主成分とする充填材料の常温付近における吸湿を防止
できるともに、これ自体シーズヒータ用充填物として用
いられ、シーズヒータ製造時において高温加熱された後
に、無機質充填物の表面にＳｉＯ□被膜が形成される。

従って、シリコーンオイルに含まれる有機質の分解後も
、このＳｔｏｗ被膜の形成により充填材料の耐湿性が失
われないため、このシリコーンオイルを添加して調製し
た充填材料を用いれば、初期および通電サイクル後の電
気絶縁抵抗値の変化が極めて低く、理想的なシーズヒー
タを提供できるものである。

（実施例）電気絶縁充填材料の主成分として、鉱石系電融マグネシ
ア粉末を７０重量％、海水系焼結マグネシア粉末を３０
重量％の比率で混合し、これをマグネシア粉末とした。

その化学組成を下記の第１表に示した。尚、このマグネ
シア粉末は、摩砕処理による球状もしくは略球状粒子２
０重量％と、未処理の非球状粒子８０重量％とから構成
され、さらに、最大粒子径３５５μ層、充＠密度２．４
０　ｇ／ｃｍ３、及び麹動度１８０　ｓｅｃ／１００ｇ
に調整されている。

ｌ　　　　マグネシアのつづいて、この調製した電融マグネシア粉末からそれぞ
れ下記の電気絶縁充填材料を調製した。

Ａ・・・カイヤナイト粉末を約１６５０°Ｃで１時間焼
成してムライト化した後、１５０μ鳳以下の粒度に粉砕
したムライト粉末２．０重量％を、上記の電融マグネシ
ア粉末に加えて混合し、さらに、この混合粉末にジメチ
ルシリコーンオイルを０．０３重量％加えて混合して調
製したものＢ・・・カイヤナイト粉末を約１６５０’Ｃで１時間焼
成してムライト化した後、１５０μ腸以下の粒度に粉砕
したムライト粉末２．０重量％を、上記の電融マグネシ
ア粉末に加えて混合して調製したものＣ・・・上記の電融マグネシア粉末にジメチルシリコー
ンオイルを０．０３重量％加えて混合して調製したものＤ・・・上記の電融マグネシア粉末のみで調製したものこれら４種類の電気絶縁充填材料Ａ、Ｂ、Ｃ１およびＤ
についてそれぞれ、充填密度ならびに流動度の測定を実
施した。この結果を下記の第２表に示す。尚、この測定
にはＢｏｅｈ　Ｍｏｄｅｌ　ＡＰ９０１１２２タップ密
度測定装置（ＡＳＴＭ、Ｄ、３４７７に準する）を使用
した。

第２表から明らかなように、本発明の電気絶縁充填材料
は、従来の電気絶縁充填材料と比較しても、添加処理を
行うことによっても基材の充填性を損なうことがない。

２　　マグネシア　　の次に、これら４種類の電気絶縁充填材料Ａ。

Ｂ、Ｃ，およびＤをそれぞれ、発熱線にクロム線、商品
名「ニクロム５」）と、外径７．５１１０１、肉厚０．
５　ｍｍ、長さ７００　ｍｍの金属パイプ（ＮＣＦ２Ｐ
、商品名［インコロイ８００　Ｊ　）との間隙に充填し
、圧延減径、焼鈍の各工程を経た後、金属パイプの両端
を低融点ガラスで封口した。このようにしてそれぞれ、
外径６．５　ｉｍ＋、ヒータ全長７８５１１１１１、有
効発熱長５８５１１Ｉｌの試料Ａ、Ｂ、Ｃ，およびＤを
作成した。

次に、この各試料を用いて以下に示す通電サイクル゛試
験を実施した。すなわち、電力密度１０Ｗ／ｃｍ２、金
属パイプ表面温度的９００°Ｃで、（２０分通電−１Ｏ
分休止）／サイクルの条件での熱時絶縁抵抗値をそれぞ
れ測定した。この結果を第１図に示した。

第１図から明らかなように、本発明の電気絶縁充填材料
（すなわちムライトおよびシリコーンオイルを添加して
調製したもの）を用いて作成した試料Ａは、ムライトの
みを添加して調製した充填材料を用いて作成した試料Ｂ
、シリコーンオイルのみを添加して調製した充填材料を
用いて作成した試料Ｃ１および電融マグネシアのみから
なる従来の充填材料を用いて作成した試料りと比較して
、初期の絶縁抵抗値が高く、かつ２０００サイクルを経
た後も絶縁劣化が少なく掻めて高い値を示した。また、
試料Ｂ及びＣの結果から、本発明の材料特性は、二種類
の添加剤、すなわち、ムライトとシリコーンオイルとの
相互作用によって発揮されることが明らかである。

尚、本実施例においては、電気絶縁充填材料の主成分と
して、電融マグネシアと焼結マグネシアとの混合粉末を
用いたが、これに代えて、電融マグネシア粉末単独、或
いは焼結マグネシア単独でも、上記実施例と同様な傾向
があり、本発明に使用可能であることが判明している。

また、本実施例において用いた主成分のマグネシアは、
９６．０〜９７．０重量％と掻めて高純度のものを用い
たが、これに代えて、使用するマグネシア粉末の純度が
９０重量％以上であれば、上記実施例と同様な傾向があ
り、本発明に使用可能であることが判明している。

さらにはまた、ムライト添加剤として、上記実施例に用
いたカイヤナイト以外でも、アンダリエサイトおよびシ
リマナイトの焼成品、およびカオリン族鉱物とアルミナ
との混合物から合成した焼成品の中から選択したムライ
ト粉末を用いても同様な傾向があり、本発明に使用可能
であることが判明している。

（作用・効果）上述したように、本発明の電気絶縁充填材料及びその製
造方法によれば、高い熱伝導率のマグネシアを主成分と
して、このマグネシアを柱状、略球状及び非球状粒子か
ら構成し、これに熱時の絶縁性に優れたムライトを添加
し、この混合粒子表面に、１發水性を有しかつ流動性の
改善を付与するシリコーンオイルを添加して被覆してい
るので、基材の形状及び前記添加剤の添加効果による相
互作用により、マグネシアを主成分とする電気絶縁充填
材料の充填性能、耐湿性および絶縁性の全てが格段に改
善された優れた電気絶縁充填材料を簡単に提供できるも
のである。

すなわち、本発明の電気絶縁充填材料及びその製造方法
によれば、（１）　　シーズヒータの製造工程における金属、バイ
ブならびに発熱線の損傷がなく、かつ高充填密度が可能
で、（２）長期間の材料の保管においても吸湿による品質の
劣化がなく、初期および通電サイクル後の絶縁抵抗値が
格段に優れた電気絶縁充填材料を簡単に提供でき、（３）　　さらには、主成分のマグネシアがその純度が
９０重量％以上であれば使用可能であるので、価格的に
安価な鉱石系原料が使用可能となりコスト的にも安価な
充填材料を提供できる等の幾多の作用効果を奏する優れ
た発明である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の電気絶縁充填材料を用いて作成した
シーズヒータと、従来の′は気絶様充填材料を用いて作
成したシーズヒータとにおける熱時絶縁抵抗値と通電サ
イクルとの関係を示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　ムライト（３Ａｌ＿２Ｏ＿３・２ＳｉＯ＿２）
粉末、ならびに球状、略球状及び非球状粒子から構成し
たマグネシア粉末との混合粉体表面を、シリコーンオイ
ルで被覆したことを特徴とする電気絶縁充填材料。
（２）　前記マグネシア粉末が、５重量％以上の球状若
しくは略球状粒子と、残部の非球状粒子とから構成した
請求項１に記載の電気絶縁充填材料。
（３）　前記ムライトの添加量が、マグネシア粉末に対
して０．１〜３０重量％、シリコーンオイルの添加量が
、ムライトとマグネシア粉末との混合粉末に対して０．
００１〜２重量％である請求項１ないし２に記載の電気
絶縁充填材料。
（４）　球状、略球状及び非球状粒子から構成したマグ
ネシア粉末にムライト（３Ａｌ＿２Ｏ＿３・２ＳｉＯ＿
２）粉末を混合した後、この混合粉体にシリコーンオイ
ルを添加混合して、混合粉体表面をシリコーンオイルで
被覆することを特徴とする電気絶縁充填材料の製造方法
。
（５）　前記マグネシア粉末が、５重量％以上の球状若
しくは略球状粒子と、残部の非球状粒子とから構成した
請求項４に記載の電気絶縁充填材料の製造方法。
（６）　前記ムライトの添加量が、マグネシア粉末に対
して０．１〜３０重量％、シリコーンオイルの添加量が
、ムライトとマグネシア粉末との混合粉末に対して０．
００１〜２重量％である請求項４ないし５に記載の電気
絶縁充填材料の製造方法。