JPH04163042A - 電気物品用ポリプロピレンフィルム - Google Patents

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〕 本発明は優れた絶縁油含浸性と電気絶縁耐力を有する電
気物品用ポリプロピレンフィルムに関する。さらに詳し
くは油含浸型コンデンサ用フィルムに関する。

〔従来の技術〕

二軸延伸ポリプロピレンフィルムは誘電正接が小さく、
絶縁耐力か高いことから電気物品用フィルム、特に油含
浸型コンデンサとして広く用いられている。これに関し
ては例えば、特開昭４８−８３３６１号公報、特開昭５
１−６３５００号公報、特開昭６２−７１２１１号公報
などが知られている。

〔発明か解決しようとする課題〕

従来の方法によって得られるフィルム、すなわち特開昭
４８−８３３６１号公報に開示された０゜２〜２．５重
量％のエチレンを含むプロピレン−エチレンランダム共
重合体フィルムでは、表面粗さが少なく、例えばポリプ
ロピレンフィルムと電極用金属箔を重ね巻きして作った
コンデンサ素子に絶縁油を含浸させても、その含浸性が
悪く、未含浸部分ができ、その部分で早期絶縁破壊が生
じる。また金属箔を重ね巻きしてコンデンサ素子とした
ときに、滑りか悪いため皺を巻き込み十分な素子を得る
ことができず（素子巻き加工性不良）、コンデンサの寿
命を大幅に低下させることが多い。

特開昭５１−６・３５００号公報に記載された溶融シー
トの冷却工程で生成させたβ晶球晶による網目状構造を
有する粗面フィルムは、誘電特性は優れているか、フィ
ルム表面の凹凸密度が小さく、絶縁油の浸透が不十分で
ある。

さらにかかる網目状構造を有したフィルムは結晶化度が
低いためにフィルムの非結晶部分に絶縁油が拡散し、次
いてこの拡散した油によってフィルムが部分的に厚さ方
向に膨潤変形を起こし、フィルム層間が密着して油の補
給路を遮断し、素子中にボイドを発生しやすく、このた
めにコロナ放電開始電圧が低下し短時間で破壊する傾向
が見られる。

また特開昭６２−７１２１１号公報に記載された粗面フ
ィルム（片面のみ積層された複合フィルム）では、絶縁
油の含浸性が優れるものの、コンデンサの素子巻加工性
に劣り十分な素子を得ることができない。また両面に積
層された複合フィルムでは十分な油含浸性、素子巻加工
性が得られても大きな凹凸がフィルム両面に有るため実
質上厚みが減少し絶縁破壊電圧が低いという欠点がある
。

９本発明はかかる課題を解決し、優れた絶縁油含浸性を
有し、素子巻加工性に優れ、絶縁耐力を向上させたコン
デンサ寿命の優れた電気物品用ポリプロピレンフィルム
を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明はベース層と該ベース層の両面に積層された複合
層とからなる二軸延伸ポリプロピレンフィルムであって
、複合層表面は独立した粒状突起が形成された粗面を備
えており、該フィルムの一方の面（Ｂ面）の表面粗さＲ
ａが０．１５〜０゜７μｍ、反対面（Ａ面）の表面粗さ
Ｒａが０．０５〜０．１３μｍであり、かつＡ面とＢ面
の摩擦係数が０．７０以下であり、前記ポリプロピレン
フィルムのベース層の結晶サイズが１４ｎｍ以下である
ことを特徴とするものである。

本発明におけるポリプロピレンフィルムとは、二軸延伸
されたポリプロピレンフィルムをベース層とし、このベ
ース層の両面に積層された複合層とからなる。ベース層
は、必ずしもプロピレンホモポリマーである必要はなく
、本発明の目的が達成される範囲内であれは他種オレフ
ィンが共重合されまたは他種ポリオレフィンが混合され
ていても良い。さらに公知の各種添加剤類、例えば安定
剤、充填剤、酸化防止剤、耐電圧向上剤などを添加する
こともできる。

複合層はベース層の表面形状を改善する機能を有してい
る。

本発明における複合層（Ｂ面）は、表面粗さＲａが０．
１５〜０．７μｍで独立した粒状突起が形成されていな
ければならない。表面粗さＲａが０．１５μｍ未満であ
ると、絶縁油の含浸性が劣り、コンデンサの寿命が低下
する。一方、０．７μｍをこえると面粗度が大きくなり
過ぎてフィルムの実質的な厚み低下によってコンデンサ
の寿命が低下する。

また本発明における複合層（Ｂ面）の表面突起数は、高
さ０．０８μｍ以上の突起が１０個／ｍｍ〜３０個／　
ｍ　ｍ存在すると、絶縁油の含浸性及び層間への油層確
保が改良されるのでとくに好ましい。

本発明において複合層（Ｂ面）のポリマーとしては、エ
チレン含有量１．２〜２．５重量％、好ましくは１．５
〜２．０重量％のエチレン・プロピレンランダム共重合
体７５〜８５重量％と、エチレン１５〜２５重量％を重
合させて得られたアイソタクチック度９０％以上のエチ
レン・プロピレンブロック共重合体から形成されている
のが好ましい。この複合層がベース層の延伸の結果、エ
チレン部とエチレン・プロピレンランダム共重合体部の
溶融粘度差およびそれぞれのエチレン量によって生じた
粗面を有する。

ここでエチレン・プロピレンランダム共重合体における
エチレン含有量が１．２重量％よりも少な（なると複合
層表面における高さ０，０８μｍ以上の粒状突起１０個
／　ｍ　ｍ以上を得ることが困難になり、すなわち十分
な粗面形状が得られにくくなるので好ましくない。また
ランダム共重合体のエチレン含有量か２．５重量％をこ
えるとエチレン・プロピレンブロック共重合体のアイソ
タクチック成分の絶縁油への溶出か犬となり、コンデン
サ寿命低下の原因となりやすく好ましくない。

またエチレン・プロピレンブロック共重合体のエチレン
量か２５重量％を越えると、大きな突起比率が増加し、
粗れの程度が大きくなり、フィルム自体に耐電圧特性を
低下させることきなるので好゛ましくない。

エチレン・プロピレンブロック共重合体におけるアイソ
タクチック度が９０％に満たないと、アイソタクチック
成分の溶出か大きくなり、寿命低下の原因となるので好
ましくない。

本発明における複合層（Ａ面）は表面粗さＲａが０．０
５〜０．１３μｍの独立した粒状突起か形成されていな
ければならない、表面粗さＲａが０．０５μｍ未満であ
るとコンデンサ素子巻加工性が悪く、皺が発生したりコ
ンデンサの寿命を大幅に低下させる。また表面粗さＲａ
が０．１３μｍを越えると絶縁破壊電圧が低下する。

複合層（Ａ面）のポリマーとしては、Ｂ面側のポリマー
そのものを使用できるか、さらにＢ面側ポリマーよりも
、エチレン・プロピレンランダム共重合体のエチレン含
有量を減少させたもの、エチレン・プロピレンブロック
共重合体のエチレン量を減少したものは表面粗度を減少
てきるのて好ましい。なお上記複合ポリマーを用いて積
層厚みを変更すること、あるいは延伸温度を変更するこ
とによっても表面粗さを適宜コントロールできる。

また本発明における複合層（Ａ面）の表面突起数は、高
さ０．０２５μｍ以上の突起か１０個〜３０個／　ｍ　
ｍ存在すると、素子巻加工性か改良されるのでとくに好
ましい。

なお本発明における複合層の表面は独立した粒状突起で
形成されていなければならない。従来のβ晶球晶による
網目状構造とはことなる形状である。表面か独立した粒
状突起てないと絶縁油の含浸性及び、素子巻加工性に劣
ったものとなる。

さらに本発明フィルムは、Ａ面／Ｂ面の摩擦係数か０．
７０以下、好ましくは０．６５以下である必要がある。

摩擦係数が０，７０好ましくは０゜６５を越えるとコン
デンサでの素子巻性に劣り、コンデンサの寿命が低下す
る。なお摩擦係数の下限は特に限定されないか、おおよ
そ０．４０程度が限界である。

さらに本発明ポリプロピレンフィルムのベース層の結晶
サイズとしては１４ｎｍ以下好ましくは１３．５層ｍ以
下である。１４ｎｍを越えるとフィルム内の非晶部のセ
グメント密度の低下や分子長さが短くなり、絶縁耐力の
低下につながり寿命が短くなる。なお結晶サイズの下限
は特に限定されないがおおよそ７層ｍ程度である。

また本発明フィルムは、フィルムの灰分が７０ｐｐｍ以
下、好ましくは５０ｐｐｍ以下で、かつボイドレスであ
ると絶縁耐力の低下が少ないのでとくに好ましい。

本発明のポリプロピレンフィルムの製造方法について説
明するが、これに限定されるものではない。３台の押出
機を用意し、−台の押出機からベース層（０層）のポリ
プロピレンを２２０〜２８０℃の温度で押出、三層複合
口金へ導き、他の二つの押出機から複合層用のブロック
共重合体を２００〜２８０℃で押出（Ａ面側、Ｂ面側）
、三層複合口金へ導き、口金内で（Ａ／Ｃ／Ｂ構成）積
層したのち表面温度３０〜９７℃のキャスティングドラ
ムで冷却し未延伸シートを得る。次にこの未延伸シート
を長さ方向に４〜６倍に１２８〜１５１℃の温度で延伸
を行った後、幅方向に１５９〜１６９℃の温度で７．５
〜１１．０倍延伸を行い、次いで熱処理を施して二軸延
伸フィルムとする。

なお複合方法として、Ａ面側、Ｂ面側の複合層ポリマー
を同じとして２台の押出機を用いて三層複合構成とする
こともできる。他の方法としては、未延伸ポリプロピレ
ンシート（ベース層）の上に、複合層樹脂を溶融押出ラ
ミネートして、これを二軸延伸しても良い。さらに他の
方法としては、−軸延伸されたベース層の上に複合層を
溶融押出ラミネートし、これを前記−軸方向と直角に延
伸することもできる。

いずれの場合でもポリプロピレンのへ−ス層と複合層は
特別な処理なして十分接合するか、もし必要とあれば、
コロナ放電処理などの表面活性化処理、あるいは適当な
アンカーコート剤を塗布したのち、積層させても良い。

なお複合層の厚みは、延伸温度とともに表面粗さを決定
する意味で重要であり、本発明の場合二軸延伸後０．　
５〜３μｍにすることが特に好ましい。

本発明の特性値の測定方法並びに効果の評価方法は次の
通りである。

（１）表面粗さＲａ、突起の数、突起の高さＪＩＳ　Ｂ
　０６０１に準じて測定した。

小板研究所■製の解析装置付三次元万能表面形状測定機
Ｍｏｄｅｌ　５Ｅ−３ＦＫＳを用いて測定した。

測定長・・・・１ｍｍ 縦倍率・・・・５０００倍 横倍率・・・・２００倍 送り速度・・・０．１ｍｍ／ＳｅＣ フィルター・・０．２５ｍｍ 測定間隔・・・１０μｍ 測定数・・・・２０個 上記条件によって得られた山数より、高さ０゜０８μｍ
以上の突起の数または高さ０．０２５μｍ以上の突起の
数を求める。ここでの高さとは、表面凹凸の中心線より
の高さをいう。

（２）フィルムシートの絶縁破壊電圧 Ｊ　Ｉ　Ｓ−２２３０に準じ、春日電機■製直流耐圧試
験機を用い、レンジ２０ｋＶにセットし、１００Ｖ／ｓ
ｅｅの電圧上昇でフィルムに印加を行い、破壊電圧を測
定し、１０枚重ねのマイクロメーター厚みを１枚当たり
に換算し、次式で算出した。

絶縁破壊電圧（Ｖ／μｍ）　　＝　　破壊電圧（Ｖ）／
マイクコメーターフィルム厚さ（μｍ）そして、５２０
Ｖ／μｍ以上を　　　　◎５００Ｖ／μｍ以上 ５２０Ｖ／μｍ未満を　　　　０ ４８０Ｖ／μｍ以上 ５００Ｖ／μｍ未満を　　　　△ ４８０Ｖ／μｍ未満を　　　　× で表した。

（３）コンデンサ寿命 １０μｍのフィルムを３枚重ねて誘電体層とし電極とし
て６μｍ厚みのＡＩ箔を用いて０．　２μＦのコンデン
サを作製し、フェニルキシリルエタンを絶縁油に用いて
真空下８０°Ｃで２４時間含浸を行い、誘電体層のフィ
ルムに絶縁油を含浸させた油含浸型コンデンサとした。

ここでフィルム厚さ（μｍ）は１０枚重ね時のマイクロ
メーター厚みを１枚当たりに換算して求めた。

（ａ）短期寿命 上記コンデンサを用いて室温で２．４ｋＶ−ＡＣを課電
し破壊に至るまでのコンデンサの寿命比較を行った。

そして、１２００秒以上を　　　　０ ７２０秒以上 １２００秒未満を　　　　０ ７２０秒未満を　　　　　△ で表した。

（ｂ）長期耐圧寿命 上記コンデンサを用いて８０℃で１．６ｋＶ・ＡＣを課
電し破壊にいたるまでのコンデンサ寿命比較を行った。

１０００ｈｒ以上を　　　　　　　◎ ６００ｈｒ以上 １０００ｈｒ未満を　　　　　　　０ ６００ｈ　ｒ未満を　　　　　　　　△で表した。

（４）素子巻加工性 １０μｍのフィルムを３枚重ねて誘電体層とし、電極と
して６μｍ厚みのＡ１箔を用いて０．　２μＦコンデン
サを作成した。コンデンサ作成時の速度は３５０ｍ／分
で実施し、コンデンサを抜き取り平板状にプレス後下記
基準により評価を行った。

○　コンデンサのずれがなく　（端面ずれ１．　０ｍｍ
以下）、Ａ１箔の巻き込み折れ皺がない。

×　コンデンサ端面のずれを生じるもの（５）摩擦係数 ２３°Ｃ１５０％ＲＨ雰囲気下に２４ｈ　ｒ放置したフ
ィルムをＡＳＴＭ　Ｄ　１８９４に準じて測定し、動摩
擦係数（Ａ層とＢ層の間についての摩擦係数）で示した
。

（６）結晶サイズ Ｘ線広角法を用い、１１０格子面のサイズで結晶サイズ
を代替させ、下記の式より求めることかできる。

Ｄ＝（Ｋ・λ）／（β・ＣＯ８θ） Ｄ：結晶サイズ にニジエラー常数（ここではに＝１） λ：入射Ｘ線の波長（０，１５４１８ｎｍ）β：半値幅 θ：ピーク角度（入射角） 〔実施例〕 本発明を実施例に基づいて説明する。

但し１本発明は以下の実施例に限定されるものではない
。

実施例１ ３台の押出機を用意し、１台の押出機からベース層（０
層）の樹脂としてアイソタクチック度９８．２％のポリ
プロピレンを２６０℃で押し出し、他の２つの押出機か
らＡ層及びＢ層の樹脂としてエチレン含有量１．５重量
％のエチレン・プロピレンランダム共重合体８３重量％
と高密度ポリエチレン１７重量％の配合割合で重合して
得られたアイソタクチック度９３．５％のエチレン・プ
ロピレンブロック共重合体を押出し温度２５０°Ｃで溶
融し、三層複合口金に導いて三層積層シートとしたのち
、３０℃のキャスティングドラムで冷却固化させた後に
、１４５℃の温度で長さ方向に４゜８倍の延伸を行い、
次いで幅方向に１６８℃の温度で９．０倍延伸し、その
後１５０℃で弛緩処理を行い巻取った。得られたフィル
ムの厚みはＡ層１．０μｍＸＢ層１．１４ｍ、総厚み１
０μｍであった。そのフィルム特性を第１表に示した。

またこのフィルムを用いて３枚重ねによるコンデンサを
作成し、８０℃で２４時間乾燥し、８０℃で２４時間フ
ェニルキシリルエタンを含浸させた。

このコンデンサを１０個作成して短期及び長期耐圧寿命
を測定した。結果を第１表に示した。

実施例２ キャスティングドラムの温度を４０°Ｃ，Ａ層厚み０．
８μｍ、Ｂ層厚み１．５μｍとした以外は実施例１とま
ったく同様にしてフィルムを作成し評価した。結果を第
１表に示した。

実施例３ ３台の押出機を用意し、１台の押出機からベース層（０
層）の樹脂としてとしてアイソタクチック度９８６３％
のポリプロピレンを２６０℃で押出し、他の押出機から
Ａ層の樹脂として、エチレン含有量１．２重量％のエチ
レン・プロピレンランダム共重合体８３重量％と高密度
ポリエチレン１７重量％の配合割合で重合して得られた
アイソタクチック度９４％のエチレン・プロピレンブロ
ック共重合体を２５０℃の押出し温度で溶融し、また他
の押出機からＢ層の樹脂として実施例１で用いた複合樹
脂を２５０℃で押出し、三層複合口金に導いて三層積層
シートとしたのち、４５°Ｃのキャスティングドラムで
冷却固化させた後に、１４６℃の温度で長さ方向に４．
８倍の延伸を行い、次いで幅方向に１６９℃の温度で９
．０倍延伸し、その後１５２℃で弛緩処理を行い巻き取
った。得られたフィルムの厚みは、Ａ層０．８μｍ、Ｂ
層１．８μｍ１総厚み１０μｍであった。このフィルム
の特性を第１表に示した。またこのフィルムを用いて３
枚重ねによるコンデンサを作成し８００Ｃて２４時間で
乾燥、８０℃で２４時間フェニルキシリルエタンを含浸
させた。このコンデンサを１０個作成して短期及び長期
耐圧寿命を測定した。

結果を第１表に示した。

比較例Ｉ Ｂ層の樹脂として、エチレン含有量１．７重量％のエチ
レン・プロピレンランダム共重合体８２重量％と高密度
ポリエチレン１８重量％の配合割合で重合して得られた
アイソタクチック度９３％のエチレン・プロピレンブロ
ック共重合体とした以外は実施例３とまったく同様にし
てフィルムを作成し評価した。結果を第１表に示した。

比較例２ 実施例１のＡ層の樹脂として、エチレン含有量１．２重
量％のエチレン・プロピレンランダム共重合体８５重量
％と高密度ポリエチレン１７重量％の配合で重合して得
られたアイソタクチック度９４％のエチレン・プロピレ
ンブロック共重合体とし、厚み構成をＡ層０．　６μｍ
、Ｂ層１．１μｍ、総厚み１０μｍとした以外は実施例
１とまったく同じにしてフィルムを作成し評価した。結
果を第１表に示した。

比較例３ 実施例１のＡ層の樹脂として、エチレン含有量１．０重
量％のエチレン・プロピレンランダム共重合体８５重量
％と高密度ポリエチレン１５重量％の配合割合で重合し
て得られたアイソタクチック度９４％のエチレン・プロ
ピレンブロック共重合体とし、幅方向に延伸温度１６５
°Ｃとし、Ａ層厚み０．７μｍ、Ｂ層厚み１．１μｍ、
総厚み１０μｍとした以外は実施例１とまった（同様に
してフィルム特性及びコンデンサ特性を評価した。

結果を第１表に示した。

比較例４ 冷却固化するキャスティグドラム温度を９５℃とした以
外は実施例１とまったく同様にしてフィルムを作成し評
価した。結果を第１表に示した。

比較例５ Ｂ層の樹脂として、アイソタクチック度９７゜３％のポ
リプロピレンを２６０℃で押出し、キャスティングドラ
ムの温度を７５℃とした以外は実施例１とまったく同様
にしてフィルムを作成し評価した。結果を第１表に示し
た。

比較例６ Ａ層の樹脂として、アイソタクチック度９７゜３％のポ
リプロピレンを２６０℃で押出し、キャスティングドラ
ムの温度を８０℃とした以外は実施例１とまったく同様
ににてフィルムを作成し評価した。結果を第１表に示し
た。

比較例７ Ａ層、Ｂ層の樹脂として、アイソタクチック度９７．３
％のポリプロピレンを２６０℃で押出し、キャスティン
グドラムの温度を８０℃とした以外は実施例１とまった
く同様にしてフィルムを作成し評価した。結果を第１表
に示した。

比較例８．９ 比較例８は、Ａ層の厚みを０．　８μｍ、Ｂ層の厚みを
０．７μｍとし、比較例９ではＡ層の厚み１．５μｍ、
Ｂ層の厚みを１．１μｍとした以外は実施例１とまった
く同様にしてフィルムを作成し評価した。結果を第１表
に示した。

第１表から明らかなように、ポリプロピレンベース層の
片面に粒状でＲａか０．１５〜０．７μｍであり、他面
は粒状てＲａが０．０５〜０．１３μｍであり、かつＡ
面とＢ面の摩擦係数が０６７以下、結晶サイズが１４ｎ
ｍ以下であるもの、すなわち実施例１、実施例２及び実
施例３は、素子巻加工性が良く、絶縁破壊電圧も高くコ
ンデンサ特性（寿命）に優れていることが分かる。

一方比較例１てはＢ面の表面粗さＲａが大きすぎると絶
縁破壊電圧、コンデンサ寿命に劣る。また表面粗さＲａ
が小さすぎたり（比較例２）、突起密度が少なくて摩擦
係数の高いもの（比較例３）は素子巻加工性劣ることか
分かる。

比較例４のように結晶サイズが大きくなると、絶縁破壊
電圧とコンデンサの長期寿命に劣る。

また表面にβ晶球晶による網目状構造を有する粗面フィ
ルム（比較例５．６．７）では、絶縁油の浸透が不十分
であり、コンデンサの短期寿命に劣り、またフィルム表
面の凹凸密度が小さいため素子巻加工性にも劣る。

比較例８ではＢ面の表面粗さＲａが小さすぎるため、コ
ンデンサの短期寿命に劣るとともに素子巻加工性も悪い
、また比較例９ではＡ面の表面粗さか大きすぎるため絶
縁破壊電圧が低下する。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明のフィルムはベース層ポリプロ
ピレンの両表面に特定粗さの粒状突起か形成され、フィ
ルムの滑りと結晶サイズを限定したことにより素子巻加
工性に優れ、絶縁油の含浸が十分であり、短期及び長期
寿命が向上し、絶縁破壊電圧に優れたコンデンサを得る
ことができた。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ベース層と該ベース層の両面に積層された複合層
   とからなる二軸延伸ポリプロピレンフィルムであって、
   複合層表面は独立した粒状突起が形成された粗面を備え
   ており、該フィルムの一方の面（Ｂ面）の表面粗さＲａ
   が０．１５〜０．７μｍ、反対面（Ａ面）の表面粗さＲ
   ａが０．０５〜０．１３μｍであり、かつＡ面とＢ面の
   摩擦係数が０．７０以下であり、前記ポリプロピレンフ
   ィルムのベース層の結晶サイズが１４ｎｍ以下であるこ
   とを特徴とする電気物品用ポリプロピレンフィルム。