JPH05331296A - 注型用エポキシ樹脂組成物の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 大型の電気絶縁構造部材に使用が可能な程度
に硬化収縮が抑えられ、ヒートサイクル下での耐クラッ
ク性に優れるとともに、絶縁破壊強度が向上された注型
用エポキシ樹脂組成物の製造方法。 【構成】 エポキシ当量２００以下の常温で液状のエポ
キシ樹脂（Ａ）に平均粒径８μｍ以下で最大粒径５０μ
ｍ以下の溶融シリカをセラミックロールを用いて混練し
た後、熱溶融したエポキシ当量３５０以上の常温で固形
のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（Ｂ）を混練し、さ
らに酸無水物系硬化剤及び必要に応じて硬化促進剤を混
練するとともに、前期エポキシ樹脂（Ａ）と前期エポキ
シ樹脂（Ｂ）との配合割合を前記エポキシ樹脂（Ａ）１
００重量部に対して前記エポキシ樹脂（Ｂ）２５〜２０
０重量部の範囲とし、かつ前記溶融シリカの配合量を５
５〜７０重量％の範囲とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気機器の絶縁構造部
材に用いらる注型用エポキシ樹脂組成物の製造方法に関
する。詳しくは、大型電気機器の絶縁構造部材に用いら
れ、特に、電気的ストレスの高い部分に用いられる注型
用エポキシ樹脂組成物の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】エポキシ樹脂組成物は、その優れた電気
特性、機械特性、耐熱特性のため電気機器の絶縁構造部
材として種々の機器に利用されている。

【０００３】大型電気機器の絶縁構造部材に使用するエ
ポキシ樹脂組成物には、硬化過程における収縮やヒート
サイクルによるクラックを防止するため、エポキシ当量
４００程度の常温において固形のビスフェノールＡ型エ
ポキシ樹脂が用いられるのが一般的である。

【０００４】また、電気絶縁用途に使用されるエポキシ
樹脂組成物は、一般に、良好な電気特性を与える酸無水
物系硬化剤と組み合わされて使用されることが多い。さ
らに、硬化物の機械特性向上や線膨張係数低減を目的と
して、エポキシ樹脂組成物には種々の充填剤が配合され
るのが一般である。代表的な充填剤としては、シリカ、
アルミナ、ドロマイト等が挙げられるが、低誘電率、低
誘電正接及び低線膨張係数を可能にする充填剤として、
溶融シリカが知られている。一般に充填剤の粒径が小さ
くなるにつれて、粒子の凝集が著るしくなるとともにエ
ポキシ樹脂組成物の粘度を上昇させ、注型作業性を低下
させる傾向にあるため、電気機器の絶縁構造部材用の注
型用エポキシ樹脂組成物には平均粒径１０μｍ以上、最
大粒径１００μｍ程度の溶融シリカが用いられることが
多い。

【０００５】これら常温で固形のエポキシ樹脂に充填剤
を混練するには、該エポキシ樹脂を１２０〜１４０℃程
度に加熱しながら、充填剤を配合し万能混合撹拌機等に
より混練するのが一般的である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】近年の電気機器の小型
化に伴い、電気絶縁構造部材に対してもコンパクト化が
要請されている。これにより、電気絶縁構造部材に加え
られる電気的ストレスも増加する傾向にあり、従来は問
題にならなかったエポキシ樹脂組成物の絶縁破壊強度を
向上させることが必要になってきている。エポキシ樹脂
組成物の絶縁破壊強度を向上するには、配合する溶融シ
リカを小径化することが有効な手法である。そのため、
大型電気機器の絶縁構造部材に用いられる固形のエポキ
シ樹脂をベース樹脂とするエポキシ樹脂組成物について
も小粒径の溶融シリカを配合することが考えられるが、
固形のエポキシ樹脂は加熱溶融しても粘度が高く小粒径
の溶融シリカの凝集を抑えることが困難であり、このま
ま硬化させると欠陥を含むことになり、絶縁破壊の原因
となるおそれがある。また、小粒径の溶融シリカの凝集
を抑えるためには、液状のエポキシ樹脂へ配合すること
が有効と考えられるが、液状のエポキシ樹脂は固形のエ
ポキシ樹脂に比較して硬化収縮が大きく、ヒートサイク
ルによる耐クラック性に劣るため大型電気機器の絶縁構
造部材に使用することは困難である。

【０００７】本発明はかかる点に鑑みてなされたもので
あり、大型の電気絶縁構造部材に使用が可能な程度に硬
化収縮が抑えられ、ヒートサイクル下での耐クラック性
に優れるとともに、絶縁破壊強度が向上された注型用エ
ポキシ樹脂組成物の製造方法を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、注型用エポキシ樹脂組成物の製造方法に
おいて、エポキシ当量２００以下の常温で液状のエポキ
シ樹脂（Ａ）に平均粒径８μｍ以下で最大粒径５０μｍ
以下の溶融シリカをセラミックロールを用いて混練し混
練物（１）とする工程、該混練物（１）に熱溶融したエ
ポキシ当量３５０以上の常温で固形のビスフェノールＡ
型エポキシ樹脂（Ｂ）を混練し混練物（２）とする工
程、該混練物（２）に酸無水物系硬化剤及び必要に応じ
て硬化促進剤を混練し混練物（３）とする工程を少なく
とも具備するとともに、前期エポキシ樹脂（Ａ）と前期
エポキシ樹脂（Ｂ）との配合割合を前記エポキシ樹脂
（Ａ）１００重量部に対して前記エポキシ樹脂（Ｂ）２
５〜２００重量部の範囲とし、かつ前記混練物（３）に
おける前記溶融シリカの配合量を５５〜７０重量％の範
囲とすることを特徴とする注型用エポキシ樹脂組成物の
製造方法を提供する。

【０００９】本発明においては、常温で液状のエポキシ
樹脂（Ａ）に充填剤である小粒径の溶融シリカを混練し
た後、これに常温で固形のビスフェノールＡ型エポキシ
樹脂（Ｂ）を混練することにより、平均粒径８μｍ以下
で最大粒径５０μｍ以下の小粒径の溶融シリカは凝集す
ることなく混練される。

【００１０】本発明において、液状のエポキシ樹脂
（Ａ）に小粒径の溶融シリカを混練するには、セラミッ
ク製のロールを用いる。これは金属製のロールを用いる
と、金属異物がエポキシ樹脂組成物中に混入するおそれ
があるからである。混練物（１）に固形のビスフェノー
ルＡ型エポキシ樹脂（Ｂ）を混練するのは一般の万能混
合撹拌機による方法で可能である。

【００１１】本発明において、溶融シリカは平均粒径８
μｍ以下で最大粒径５０μｍ以下である必要があり、好
ましくは平均粒径０．５〜１μｍで最大粒径２０μｍ以
下である。平均粒径が８μｍ、最大粒径が５０μｍを越
えると、エポキシ樹脂組成物の絶縁破壊強度を向上させ
る効果に乏しく望ましくない。さらに、シラン系表面処
理剤、中でも特に３−メタクリロキシプロピルメトキシ
シランで表面処理した溶融シリカを用いるのが好まし
い。

【００１２】また、本発明において、混練物（３）にお
ける溶融シリカの配合量は５５〜７０重量％の範囲とす
ることが必要であり、５５重量％未満では硬化収縮が大
きく、耐クラック性におとり、７０重量％を越えると樹
脂組成物の粘度が高くなり、注型作業に支障をきたすた
め好ましくない。

【００１３】さらに、本発明において、液状のエポキシ
樹脂（Ａ）と固形のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂
（Ｂ）との配合割合は、液状のエポキシ樹脂（Ａ）１０
０重量部に対して固形のエポキシ樹脂（Ｂ）２５〜２０
０重量部の範囲とする必要がある。固形のビスフェノー
ルＡ型エポキシ樹脂（Ｂ）が２５重量部より少ないと硬
化収縮が大きくなり耐クラック性に劣る。固形のビスフ
ェノールＡ型エポキシ樹脂（Ｂ）はできるだけ多く配合
することが好ましいが、液状のエポキシ樹脂（Ａ）に溶
融シリカをセラミクロールを用いて混練する工程におい
て、混練できる溶融シリカの量が限定されること、及び
溶融シリカの配合量が５５重量％以上であることから２
００重量部以下にに制限される。

【００１４】本発明において、常温で液状のエポキシ樹
脂（Ａ）としては、エポキシ当量２００以下のビスフェ
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、脂環式エポキシ樹脂等が挙げられる。

【００１５】また、本発明において、常温で固形のビス
フェノールＡ型エポキシ樹脂（Ｂ）は、エポキシ当量３
５０以上である必要がある。

【００１６】本発明において使用される酸無水物系硬化
剤としては、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルテトラ
ヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル
酸、無水メチルナジック酸、テトラヒドロ無水フタル酸
等をあげることができるが、特に限定されるものではな
い。ただし、注型作業性を考慮した場合、常温において
液状であるものが望ましい。また、酸無水物系硬化剤の
配合量は全エポキシ樹脂に対して０．８〜０．９当量が
好ましく、０．８当量未満では硬化が不十分となり熱変
形温度の低下がみられ、０．９当量より多いと絶縁破壊
強度の値にバラツキがみられるため好ましくない。

【００１７】本発明において必要に応じて添加される硬
化促進剤は、通常酸無水物硬化の場合に用いるものでよ
く、例えばベンジルジメチルアミンのような３級アミン
が好ましい。

【００１８】本発明の注型用樹脂組成物を硬化させると
きには、硬化による収縮の影響を避け、本発明の効果を
有効に達成するために、硬化速度を小さくすることが望
ましい。硬化速度は硬化温度または硬化促進剤の添加量
によって調整され、具体的には製造するエポキシ注型品
の形状や大きさ、使用する材料の種類により決められ
る。大型の電気機器の場合には、硬化温度は１００℃程
度であり硬化には数十時間を要される。

【００１９】

【作用】本発明は、平均粒径８μｍ以下で最大粒径５０
μｍ以下という小粒径の溶融シリカと常温で固形のエポ
キシ樹脂を用いるにもかかわらず、所定の配合割合でか
つ所定の混練順序で配合を行うことにより、小粒径の溶
融シリカは凝集することなくエポキシ樹脂に分散性良く
配合され、これにより、絶縁破壊強度が高く大型の電気
機器においても使用可能なエポキシ樹脂組成物が得られ
る。すなわち、液状のエポキシ樹脂に小粒径の溶融シリ
カをセラミックロールを用いて混練した後、それに熱溶
融した常温で固形のエポキシ樹脂を混練するため、小粒
径の溶融シリカは凝集することなくエポキシ樹脂に分散
性良く配合され、これにより、絶縁破壊強度が高く大型
の電気機器においても使用可能なエポキシ樹脂組成物が
得られる。得られた樹脂組成物は、従来の注型用エポキ
シ樹脂組成物と同様に加熱下、真空下で脱泡しながら撹
拌し注型に使用できる。

【００２０】

【実施例】次に本発明のエポキシ樹脂組成物の製造方法
の実施例を示す。

【００２１】実施例１ 液状のエポキシ樹脂（製品名：アラルダイトＧＹ２５
０、チバガイギー社製、ビスフェノールＡ型エポキシ樹
脂、エポキシ当量１８５）１００重量部に平均粒径５μ
ｍで最大粒径４５μｍの溶融シリカ（製品名：ヒューズ
レックスＹ−６０、（株）龍森製、溶融シリカ）３００
重量部をセラミックロールを用いて混練した後、固形の
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（製品名：アルダイト
ＣＴ２００、チバガイキー社製、エポキシ当量４００）
３０重量部を万能混合撹拌機により、１２０℃に加熱、
真空引きをしながら混練した。その後、酸無水物系硬化
剤（製品名：ＨＴ９０３、チバガイギー社製）７５重量
部を混練して本発明による注型用エポキシ樹脂組成物を
得た。得られた注型用エポキシ樹脂組成物を真空注型法
により、金型内に注型し１２０℃で１６時間、１３０℃
で３０時間硬化後、常温まで−５℃／hrの速度で冷却
し、耐クラック性評価試料としてＭ１０ナットを埋め込
んだ直径５０mmΦ×高さ２０mm円板状試料及び絶縁破壊
強度測定用試料として２mmｔシートを作成した。

【００２２】実施例２ 小粒径溶融シリカとして平均粒径４μｍで最大粒径４０
μｍの球形溶融シリカ（製品名：ＳＨ−４、日鉄鉱業
（株）製）３００重量部を用いた他は実施例１と同様に
してシートを作成した。

【００２３】実施例３ 小粒径溶融シリカとして平均粒径４μｍで最大粒径４０
μｍの球形溶融シリカ（製品名：ＳＨ−４、日鉄鉱業
（株）製）４００重量部を用いた他は実施例１と同様に
してシートを作成した。

【００２４】実施例４ 小粒径溶融シリカの配合量を４００重量部、固形のビス
フェノールＡ型エポキシ樹脂の配合量を５０重量部、硬
化剤の配合量を８３重量部とした他は実施例１と同様に
してシートを作成した。

【００２５】実施例５ 小粒径溶融シリカとして３−メタクリロキシピロピルメ
トキシシランで表面処理した平均粒径０．７μｍで最大
粒径１８μｍの溶融シリカ（製品名：アドマファインＳ
Ｏ−２５Ｒ、（株）龍森製）３００重量部を用いた他は
実施例１と同様にしてシートを作成した。

【００２６】実施例６ 無水酸化物硬化剤ＨＴ９０３の配合量を８０重量部とし
た他は実施例５と同様にしてシートを作成した。

【００２７】実施例７ 固形のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂ＣＴ２００の配
合量を４０重量部とする以外は実施例６と同様にしてシ
ートを作成した。

【００２８】比較例１ 液状のエポキシ樹脂（製品名：アラルダイトＧＹ２５
０、チバガイギー社製、ビスフェノールＡ型エポキシ樹
脂、エポキシ当量１８５）１００重量部に平均粒径５μ
ｍで最大粒径４５μｍの溶融シリカ（製品名：ヒューズ
レックスＹ−６０、（株）龍森製、溶融シリカ）２５０
重量部をセラミックロールを用いて混練した後、万能混
合撹拌機により、１２０℃に加熱、真空引きをしながら
混合した。その後、酸無水物系硬化剤（製品名：ＨＴ９
０３、チバガイギー社製）６０重量部を混練して比較例
の注型用エポキシ樹脂組成物を得た。得られた樹脂組成
物を真空注型法により、金型内に注型し１２０℃で１６
時間、１３０で℃３０時間硬化後、常温まで−５℃／hr
の速度で冷却し、耐クラック性評価試料としてＭ１０ナ
ットを埋め込んだ直径５０mmΦ×高さ２０mm円板状試料
及び絶縁破壊強度測定用試料として２mmｔシートを作成
した。

【００２９】比較例２ 固形のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（製品名：アラ
ルダイトＣＴ２００、チバガイギー社製、ビスフェノー
ルＡ型エポキシ樹脂、エポキシ当量４００）１００重量
部に平均粒径１５μｍで最大粒径１００μｍの溶融シリ
カ（製品名：ヒューズレックスＲＤ−８、（株）龍森
製、溶融シリカ）２００重量部を万能混合撹拌機によ
り、１２０℃に加熱、真空引きをしながら混合した後、
酸無水物系硬化剤（製品名：ＨＴ９０３、チバガイギー
社製）３０重量部を配合して比較例の注型用エポキシ樹
脂組成物を得た。得られた樹脂組成物を真空注型法によ
り、金型内に注型し１２０℃１６時間、１３０℃３０時
間硬化後、常温まで−５℃／hrの速度で冷却し、耐クラ
ック性評価試料としてＭ１０ナットを埋め込んだ直径５
０mmΦ×高さ２０mm円板状試料及び絶縁破壊強度測定用
試料として２mmｔシートを作成した。

【００３０】比較例３ 固形のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（製品名：アラ
ルダイトＣＴ２００、チバガイギー社製、ビスフェノー
ルＡ型エポキシ樹脂、エポキシ当量４００）１００重量
部に平均粒径５μｍで最大粒径４５μｍの溶融シリカ
（製品名：ヒューズレックスＹ−６０、（株）龍森製溶
融シリカ）２００重量部を万能混合撹拌機により、１２
０℃に加熱、真空引きをしながら混合したが充填剤の凝
集をなくすことはできなかった。

【００３１】比較例４ 小粒径シリカの配合量を２００重量部とした他は実施例
１と同様にしてシートを作成した。

【００３２】比較例５ 小粒径シリカの配合量を３００重量部、固形のビスフェ
ノールＡ型エポキシ樹脂の配合量を２０重量部、硬化剤
の配合量７０重量部とした他は実施例１と同様にしてシ
ートを作成した。

【００３３】比較例６ 小粒径シリカとそて、平均粒径１５μｍで最大粒径１０
０μｍの溶融シリカ（製品名ヒューズレックスＲＤ−
８、（株）龍森製）を用い配合量を３００重量部とした
他は実施例１と同様にしてシートを作成した。

【００３４】比較例７ ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂アラルダイトＣＴ２０
０の配合量を２０重量部とした他は実施例６と同様にし
てシートを作成した。

【００３５】比較例８ ３−メタクリロキシピロピルメトキシシランで表面処理
した平均粒径０．７μｍで最大粒径１８μｍの溶融シリ
カ（製品名：アドマファインＳＯ−２５Ｒ、（株）龍森
製）の配合量を２４０重量部とした他は実施例５と同様
にしてシートを作成した。

【００３６】以上、実施例１〜７、比較例１〜８で作成
したシートについて、ヒートサイクルによる耐クラック
性試験およびＡＣ絶縁破壊試験を行った結果を表１に示
す。

【００３７】ヒートサイクルよる耐クラック性試験につ
いては、供試試料は５個とし、クラックの発生したサイ
クル番号におけるクラック数を数え、その平均値を指数
として用いた。指数の大きい方が耐クラック性が良好と
なる。また、ヒートサイクルの条件を表２に示す。

【００３８】また、絶縁破壊試験はＪＩＳ Ｃ２１１０
に準拠して行った。

【００３９】

【表１】

【００４０】

【表２】

【００４１】

【効果】本発明の製造方法によれば、平均粒径８μｍ以
下で最大粒径５０μｍ以下という小粒径の溶融シリカと
常温で固形のエポキシ樹脂を用いるにもかかわらず、小
粒径の溶融シリカは凝集することくエポキシ樹脂に配合
されるため、硬化収縮が抑えられ、耐クラック性に優れ
るとともに、絶縁破壊強度が向上された注型用エポキシ
樹脂組成物を得ることができる。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０８Ｌ 63/00 ＮＪＷ 8830−4Ｊ Ｈ０１Ｂ 3/40 Ｃ 9059−5Ｇ Ｎ 9059−5Ｇ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 注型用エポキシ樹脂組成物の製造方法に
   おいて、エポキシ当量２００以下の常温で液状のエポキ
   シ樹脂（Ａ）に平均粒径８μｍ以下で最大粒径５０μｍ
   以下の溶融シリカをセラミックロールを用いて混練し混
   練物（１）とする工程、該混練物（１）に熱溶融したエ
   ポキシ当量３５０以上の常温で固形のビスフェノールＡ
   型エポキシ樹脂（Ｂ）を混練し混練物（２）とする工
   程、該混練物（２）に酸無水物系硬化剤及び必要に応じ
   て硬化促進剤を混練し混練物（３）とする工程を少なく
   とも具備するとともに、前期エポキシ樹脂（Ａ）と前期
   エポキシ樹脂（Ｂ）との配合割合を前記エポキシ樹脂
   （Ａ）１００重量部に対して前記エポキシ樹脂（Ｂ）２
   ５〜２００重量部の範囲とし、かつ前記混練物（３）に
   おける前記溶融シリカの配合量を５５〜７０重量％の範
   囲とすることを特徴とする注型用エポキシ樹脂組成物の
   製造方法。