JPH06108400A - 電気絶縁シート - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高圧放電破壊抵抗性、耐コロナ性にすぐれる
ばかりでなく、熱伝導性が高くて電気・電子製品の使用
中に局所高温化トラブルが発生し難い電気絶縁シートを
提供する。 【構成】 ３０〜７０重量％のマイカ粒子と７０〜３０
重量％の芳香族ポリアミド繊維及び芳香族ポリアミドパ
ルプとを混合抄紙し加熱加圧した紙状のシートであり、
かつ、上記芳香族ポリアミドパルプの一部又は全部が熱
伝導率の高い金属類を内包する包含パルプである電気絶
縁シート。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、新規な電気絶縁シート
に関するものである。更に詳しくは、高圧放電破壊抵抗
性あるいは耐コロナ性にすぐれるばかりでなく、熱伝導
性が高いため電気あるいは電子製品の使用中に起る局所
高温化トラブルも防止できる、高性能プリント基板のボ
ード、高圧モールドトランス用絶縁材あるいは各種モー
ター類の高性能巻線テープ基材等として有用な電気絶縁
シートに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、家電製品のみならず産業用の電気
・電子機器でも小型化、軽量化等いわゆる軽薄短小化が
進んできた。このためこれらに使用する絶縁材には電気
絶縁性の一層の改良と同時に局部的蓄熱を抑制するため
熱伝導性の向上も併せて要求されるようになってきた。

【０００３】ところで、耐熱性の電気絶縁材用の素材と
して合成重合体のみからなる紙パルプ粒子（「フィブリ
ッド」とも称される）が提案されている（特公昭３５―
１１８５１号公報）。しかしながら、ここに記載されて
いる紙パルプ粒子（フィブリッド）は、これを加工して
電気絶縁紙として用いる場合、瞬間的な高電圧負荷には
抵抗性があっても、実用上重要な一定負荷電圧下での長
時間抵抗性いわゆる耐コロナ性が充分でない欠点を持っ
ていた。

【０００４】このため、電気絶縁紙の耐コロナ性を改良
するため、種々研究が行われ、提案がなされている。例
えば、粒状のマイカ（雲母）と実質上溶融されていない
芳香族ポリアミドフィブリッドのもつれあった混合物か
らの耐高温性シート状構造物（特公昭４３―２０４２１
号公報参照）、マイカ粒子と芳香族ポリアミド繊維から
なり、上記マイカ粒子を芳香族ポリアミドで被ったいわ
ゆるマイカ包含パルプにすることによる油含浸性改良
（特公昭５２―３５７６３号公報、特公昭５３―７９６
１号公報参照）、合成高分子フィブリッド、ガラス繊
維、集成マイカ箔を混合抄造した後、得られた抄紙に合
成樹脂系ボンドを塗布して自己接着性を付与した層間絶
縁紙（特公昭６２―３７４８３号公報参照）、あるい
は、多孔質高分子材料と合成高分子フィブリッドとを混
入した集成マイカペーパーを熱融着によって貼合せた薄
葉材に樹脂処理を施してプリプレグ状態にした絶縁材料
を素線またはターン絶縁に用いること（特開昭５７―１
４９７０号公報参照）等が知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来公知の電気絶縁シ
ートのように、耐熱性の芳香族ポリアミドフィブリッド
にマイカ粒子を混ぜると、たしかに耐コロナ性の著しい
改良が観察されるが、該絶縁シートの熱伝導率は逆に低
下する欠点がある。これは、一般に電気絶縁性の優れた
物質は熱伝導性が低く、逆に熱伝導性の良好な材料は電
気絶縁性に劣るということから容易に理解される。例外
的に電気絶縁性、熱電導率ともに高いセラミックが知ら
れているが、このようなセラミックは高価なため工業的
に多量使用の望めない欠点がある。

【０００６】それ故、本発明の目的は、良好な電気絶縁
性と熱伝導率とを兼ね備えた、電気・電子製品の使用中
における局所高温化トラブルを防止できる、経済的な電
気絶縁シートを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、芳香族ポ
リアミドのパルプ（フィブリッド）、繊維及びマイカ粒
子の混合系に熱伝導率の高い金属を添加して上述の欠点
を解決すべく鋭意検討した結果、パルプ（フィブリッ
ド）として金属表面を芳香族ポリアミドで完全に被った
パルプ、すなわち金属包含パルプを用いると、芳香族ポ
リアミドの繊維、パルプ及びマイカ粒子からなる混抄紙
本来の電気絶縁性は損われず、熱伝導率はマイカ非含有
紙と同レベルに保たれることを見出し、本発明に到達し
た。

【０００８】すなわち、本発明は、３０〜７０（重量）
％のマイカ粒子と７０〜３０（重量）％の芳香族ポリア
ミド繊維及び芳香族ポリアミドパルプとからなり、かつ
該芳香族ポリアミドパルプの一部又は全部が熱伝導率の
高い金属類を内包する包含パルプである混合素材を、抄
紙した後、加圧加熱してなる電気絶縁シートである。

【０００９】本発明の電気絶縁シートは、実質的に
（ａ）マイカ粒子、（ｂ）芳香族ポリアミド繊維、
（ｃ）特殊な金属包含芳香族ポリアミドパルプ、（ｄ）
更に必要に応じ金属を包含しない芳香族ポリアミドパル
プの各素材を特定割合で混合し、抄紙したものを加熱加
圧加工したものである。

【００１０】本発明に使用するマイカ（雲母）の例とし
ては、カリ雲母、鉄白雲母、絹雲母等の白雲母類あるい
は金雲母、黒雲母等をあげることができる。マイカの粒
子が大きすぎる場合は、必要に応じて公知の方法により
適当な粒径に粉砕して用いるのがよい。本発明におい
て、かかるマイカ粒子は、抄紙用混合素材全重量、すな
わち全混抄紙重量に対し、３０〜７０（重量）％存在さ
せることが必要である。

【００１１】マイカ粒子が３０（重量）％未満では耐コ
ロナ性の効果が充分でなく、７０（重量）％を超えると
混抄紙の機械的性質特に強伸度あるいは絶縁破壊抵抗等
の電気的性質が低下するので好ましくない。

【００１２】これと混抄する繊維及びパルプ（フィブリ
ッド）は、芳香族ポリアミド（いわゆるアラミド）を主
体とするものである。本発明でいう芳香族ポリアミドと
は、主としてポリ（メタフェニレンイソフタルアミド）
で代表されるメタ系アラミドとポリ（パラフェニレンテ
レフタルアミド）で代表されるパラ系アラミドを対象と
しているが、これらの基本性能を損わない範囲で公知の
第３物質を共重合した共重合体でも差支えない。

【００１３】繊維とパルプとの合計量は、抄紙用混合素
材全重量に対して７０〜３０（重量）％とする。つま
り、混抄紙においてマイカ／（繊維＋パルプ）の重量比
が７０／３０〜３０／７０となるように調整する。

【００１４】本発明では、上述の芳香族ポリアミドパル
プの全部又は一部を金属包含パルプとするが、この金属
包含パルプの製造は、芳香族ポリアミドを公知の有機溶
剤に溶解した濃厚ドープに、上記金属類を添加した後、
沈殿剤中に導入し微細なパルプ状粒子（フィブリッド）
として沈殿させる公知のいずれの方法も適用できる。

【００１５】芳香族ポリアミドパルプ（フィブリッド）
中に包含される熱伝導率の高い金属類としては、金（Ａ
ｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ベリリウム
（Ｂｅ）、銅（Ｃｕ）、ケイ素（Ｓｉ）、タングステン
（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、ナトリウム（Ｎａ）の単
体あるいはこれら金属の化合物、合金をあげることがで
きるが、特に好ましい金属はアルミニウム、銅である。
また、好ましい金属化合物、合金の例としては、酸化ベ
リリウム、二酸化アルミニウム、二酸化ケイ素等の酸化
物、水酸化アルミニウム、水酸化第１銅、水酸化第２銅
等の水酸化物、硝酸銀、硝酸ナトリウム、硝酸銅等の硝
化物及び黄銅、ベリリウム青銅等の合金をあげることが
できる。これらは１種のみで用いてもよいが、２種以上
併用してもよい。これらの金属類は、通常の場合、微粒
子または微粉末として用いられる。

【００１６】本発明では、シート中の芳香族ポリアミド
パルプを全て上記の金属包含パルプとしてもよいが、通
常の芳香族ポリアミドパルプと金属包含パルプを混合使
用してもよい。いずれの場合も全混合素材中における上
記金属又はその化合物、合金等の重量比率が、１０〜３
５（重量）％の範囲にあるとき、好ましい効果を生じ
る。１０（重量）％未満の場合は、シートの熱伝導性向
上効果が弱く、３５（重量）％を超えると電気絶縁性が
低下するので好ましくない。

【００１７】一方、芳香族ポリアミド繊維は、本発明シ
ートの補強材として有用である。この芳香族ポリアミド
繊維は２種以上併用することもでき、例えばメタ系アラ
ミド繊維とパラ系アラミド繊維とを混合使用してもよ
い。芳香族ポリアミド繊維の混合比率は、全混合素材重
量すなわち本発明シート重量に対して５〜２０（重量）
％の範囲が好ましい。繊維の混合比率が５（重量）％未
満では、シートの引張り強力、引裂強度等の機械的性質
が劣り、２０（重量）％を超えても機械的性質の著しい
向上が認められない。この繊維は、通常繊維長０．３〜
１０mm程度の短繊維（フィブリル化したものでもよい）
として用いられる。

【００１８】本発明の電気絶縁シートを製造するには、
上記各素材を水中に分散させてスラリーを調製した後、
これを公知の長（短）網抄紙機又は円網抄紙機で抄造
し、得られた湿潤ウエブを乾燥後、加熱加圧加工する方
法を採用できる。湿潤ウエブの乾燥にはヤンキードライ
ヤー又は多筒ドライヤーあるいは両者の組合せ等公知の
いずれの方式も採用することができる。抄造時に、電気
絶縁性に影響しない分散剤や顔料、充填剤等を添加使用
しても差支えない。また、各素材を水中分散して抄造す
る際、比重差からマイカ及び金属包含パルプがウエブの
底面（ワイヤー側）に集り易いので、必要な場合、粘度
調節剤を加えてもよい。

【００１９】抄紙後の加圧・加熱加工は、ペーパー用途
では抄造後のウエブを２層重ね合せ、ボード用途では数
層の重ね合せで実施するが、その際マイカ、金属包含パ
ルプの密集度の高いウエブのワイヤー面が互いに内側に
位置するよう、例えばワイヤー面同士が接する如く、積
層して加熱加圧加工すると、製品（ペーパー、ボード）
の加工／使用時に不用意なマイカ脱落が防止できるので
好ましい。

【００２０】加熱加圧加工は平板プレスで行ってもよい
が、工業的にはカレンダーロールにより行うのが好まし
い。カレンダーロールによる加熱加圧加工の条件は、ペ
ーパー用途の加工では線圧１００〜３００kg／cm、温度
２５０〜３３０℃、ボード用途では圧力３０〜１００kg
／cm² 、温度２５０〜２９０℃が好ましい。

【００２１】

【発明の効果】以上の如き本発明の電気絶縁シートは、
（ａ）マイカ粒子と芳香族ポリアミド繊維、芳香族ポリ
アミドパルプからなるため、従来の耐熱電気絶縁性、耐
コロナ性を保持し、かつ該パルプ中に熱伝導率のよい金
属を含むので放熱し易く、使用中の好ましくない局部昇
温を抑制でき、かつ、（ｂ）シート製造時に、マイカ等
の集積度の高いワイヤー面を内側にして積層プレスした
ものは、以降のシート加工及び使用時にマイカ等が脱落
するトラブルを抑制できる、という効果を有するため、
高集積回路のプリント基板用ボード、高性能（小型化）
モールド、トランス用絶縁ボード、一般油浸トランス用
絶縁ボード、各種小型モーターの巻線用絶縁紙等、「軽
薄短小」化製品用の絶縁材料としての用途展開が可能と
なる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の実施例及び比較例を詳述する
が、例中の「部」及び「％」はそれぞれ特にことわりの
ない限り重量部及び重量％である。

【００２３】また、各実施例及び比較例における主要な
測定値は、次のようにして求めた。 ａ）絶縁破壊電圧（ＢＤＶ）：ＪＩＳ―Ｃ２１１１に準
拠。交流電圧で測定。（単位ＫＶ／mm）。 ｂ）熱伝導率：カトーテック社製「サーモラボＩ型」を
使用。試料上下の温度差（Δｔ）１０℃で測定（単位ｃ
ａｌ／cm・ｓｅｃ・℃）。 ｃ）耐電圧耐久度（Ｖ―ｔ特性）：ＡＳＴＭ―２２７５
に準拠（３６０Ｈｚ、負荷電圧１４ＫＶ／mm）。使用測
定機器は山菱電機（株）ＹＨＨＦ―７．５Ｋ―２０ＭＴ
Ｒ（交流電圧）。 ｄ）固有粘度（ηｉｎｈ）：９５％硫酸中でポリマー濃
度０．５ｇ／１００mlとして３０℃で測定。

【００２４】

【実施例１〜３、比較例１〜２】 （１）ポリメタフェニレンイソフタルアミドパルプの製
造 水分含有率０．２％のＮ―メチル―２―ピロリドン（以
下ＮＭＰと略称）９１０部を容器にとり、攪拌しながら
内温が５℃以下になるまで氷水で冷却した。次いで、ポ
リ（メタフェニレンイソフタルアミド）（ηｉｎｈ＝
１．７８）の粉末９０部を添加し均一なスラリー状とな
した後、直ちに温水で加温を開始し、内温が６０℃にな
るまで攪拌し重合体溶液を得た。

【００２５】バッフルのついているステーターとタービ
ン翼型ローターとの組合せからなり、かつ沈殿剤（ＮＭ
Ｐ３０部と水７０部からなる）供給口、重合体溶液の供
給口及び沈殿後のパルプ状粒子を含有するスラリー排出
口を備えた管路攪拌式連続沈殿機に、上記重合体溶液を
０．５kg／min 、沈殿剤１５kg／min を同時に供給し、
沈殿したパルプ状粒子含有スラリーを排出口から取り出
した。

【００２６】この際、沈殿剤、重合体溶液とも温度は５
０℃に調節し、ローターの回転数は９６００ｒｐｍで実
施した。得られたパルプ状粒子含有スラリーを３５℃に
保って約３０分放置した後、濾過、水洗、乾燥してポリ
（メタフェニレンイソフタルアミド）のパルプ状粒子を
得た。

【００２７】（２）金属包含パルプの製造 水分含有率０．２％のＮＭＰ９１０部に、９０部のポリ
（メタフェニレンイソフタルアミド）（ηｉｎｈ＝１．
７８）を溶解させた重合体溶液に金属として水酸化アル
ミニウム（昭和電工製、商品名「ハイジライトＨ―３
１」平均粒径１８μｍ）２１０部を添加攪拌後、上記
（１）と同様の方法により、包含パルプ状粒子を得た。

【００２８】なお、このパルプ状粒子の一部を絶乾後７
０℃のＮＭＰで処理し、粒子中のポリメタフェニレンイ
ソフタルアミドを溶解し、水酸化アルミニウムのみを取
り出し、粒子中の水酸化アルミニウムの割合を調べたと
ころ、７０（重量）％であり、全く仕込み組成通りであ
った。

【００２９】（３）混抄紙の製造 粒子の大きさが３２〜６０メッシュの硬質焼成集成マイ
カ５０部とポリ（メタフェニレンイソフタルアミド）繊
維（繊度２デニール、繊維長６mm）１０部及び上記
（２）で製造した水酸化アルミニウム包含パルプ４０部
［水酸化アルミニウム２８部、ポリ（メタフェニレンイ
ソフタルアミド）１２部に相当］を約２００倍量の水中
に分散させた後、２５cm×２５cmのＴＡＰＰＩ試験抄紙
機で抄紙した。得られたウエブを１２０℃回転式写真乾
燥機で乾燥した後、抄紙ワイヤー面が内側にくるように
２枚積層し、３１０℃に加熱された一対の金属ロール間
で熱プレス（線圧１５０kg／cm）した。得られたシート
の坪量は３０２ｇ／ｍ² 、厚さ０．２５１mmであった。

【００３０】さらに、水酸化アルミニウム包含パルプと
ポリ（メタフェニレンイソフタルアミド）パルプの比率
を変えることで水酸化アルミニウム混率を２０部又は１
２部としたシートを同様の方法で作成した。

【００３１】比較のため、水酸化アルミニウムを一切含
まないシート（比較例１）、及びマイカ、水酸化アルミ
ニウムを共に含まないポリ（メタフェニレンイソフタル
アミド）繊維とパルプだけからなるシート（比較例２）
も同様の方法で作成した。

【００３２】以上の各シートの特性を表１に示す。

【００３３】

【表１】

【００３４】表１より、本発明のシートは電気特性、熱
伝導率とも良好であるが、比較例１は熱伝導率が低くな
りすぎ、比較例２は電気特性特に耐コロナ性（耐電圧耐
久度）が低く、材料特性として不充分なことが判る。

【００３５】

【実施例４〜５、比較例３〜４】実施例１と同様の方法
でマイカ及び水酸化アルミニウム包含パルプ混率を変化
させて同様にシートを製造した。また、包含パルプの効
果を明確にするため、ポリ（メタフェニレンイソフタル
アミド）で包含されていない水酸化アルミニウム単体を
添加したシート（比較例３〜４）を作成し、それぞれの
電気・熱的特性を調べた。

【００３６】なお、水酸化アルミニウムを単体で添加す
る場合、試験抄紙機底の金網からの脱落を防ぐためマイ
カ／繊維／パルプの系の水切りが殆んど完了に近づいた
時点で、水酸化アルミニウム分散液を添加する方法を採
用した。その結果を表２に示す。

【００３７】

【表２】

【００３８】表２から、包含パルプを用いた実施例４、
５では電気特性は良好であるのに対し、熱伝導率の高い
金属（水酸化アルミニウム）を単体で添加した比較例３
〜４では電気特性が極めて悪く、包含パルプを用いる効
果が確認された。

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 Ｈ０１Ｂ 3/00 Ａ 9059−5Ｇ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ３０〜７０（重量）％のマイカ粒子と７
   ０〜３０（重量）％の芳香族ポリアミド繊維及び芳香族
   ポリアミドパルプとからなり、かつ該芳香族ポリアミド
   パルプの一部又は全部が熱伝導率の高い金属類を内包す
   る包含パルプである混合素材を抄紙後加圧加熱してなる
   電気絶縁シート。
2. 【請求項２】 芳香族ポリアミドが、ポリ（メタフェニ
   レンイソフタルアミド）系又はポリ（パラフェニレンテ
   レフタルアミド）系のポリアミドである請求項１記載の
   電気絶縁シート。
3. 【請求項３】 芳香族ポリアミド繊維の混合比率が、抄
   紙用混合素材全量に対して５〜２０（重量）％である請
   求項１又は２記載の電気絶縁シート。
4. 【請求項４】 芳香族ポリアミドパルプ中に包含される
   金属類の量が、抄紙用混合素材全量に対して１０〜３５
   （重量）％である請求項１又は２記載の電気絶縁シー
   ト。
5. 【請求項５】 熱伝導率の高い金属類が、金、銀、アル
   ミニウム、ベリリウム、銅、ケイ素、タングステン、モ
   リブデン、ナトリウムから選ばれた少くとも１種の金属
   の単体もしくはその化合物又は合金である請求項１又は
   ４記載の電気絶縁シート。
6. 【請求項６】 抄紙後に加圧加熱する際に、複数の抄紙
   ウエブを各抄紙ウエブのワイヤー面が内側に位置するよ
   う積層してプレスし、１枚のシートとしたことを特徴と
   する請求項１〜５のいずれかに記載の電気絶縁シート。