JPH06271711A - 屋外用絶縁高分子材料組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 樹脂材料を用いた高分子絶縁材の耐候性及び
耐トラッキング性を高めた軽量な絶縁高分子材料組成物
を得ることを目的とする。 【構成】 高分子材料としてＥＰＤＭゴムを選択すると
ともに、該ＥＰＤＭゴムに充填材としての水酸化アルミ
ニウムとカーボンブラックを添加し、上記３成分系の混
練物を射出成形手段によって成形した屋外用絶縁高分子
材料組成物の構成にしてある。カーボンブラックとして
は、比表面積／粒子径が１７．３，揮発分が９．０％の
もの、比表面積／粒子径が１７．３，揮発分が２．０％
のもの、比表面積／粒子径が１７．３，揮発分が１０．
０％のもの、比表面積／粒子径が１１．７，揮発分が
３．５％のファーネス方式による高級カーボンブラック
を採用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高電圧機器で屋外に直接
暴露される絶縁高分子材料を用いた成形品、例えば碍
子，碍管，スペーサ，ブッシング等の組成物に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】高電圧機器で屋外に直接暴露される成形
品、例えば碍子，碍管，スペーサ，ブッシング等を構成
する絶縁材組成物として、下記の技術文献に記載された
例が知られている。

【０００３】（１）電気・電子先端技術展と技術セミナ
ー：「屋外用高分子碍子の現状」 電力中央研究所 横須賀研究所 新素材研究室 渡辺、
高橋他 （２）ＥＩＭ−９０−３「屋外碍子用ポリマーの長期特
性について」 日本ガイシ 国枝、篠窪、中井 （３）ゴム技術シンポジウム：ゴム練り〜理論と実学
１，２，３（日本ゴム協会技術部会） 上記の技術文献に記載されているように、高電圧機器で
屋外に直接暴露される絶縁材料及び構造材料は、従来か
ら電気，機械的に劣化しない磁器製品が使用されてい
る。

【０００４】しかしながらこのような従来の絶縁材料及
び構造材料、例えば碍子に代表されるように、磁器は比
重が大きいことから製品自体が重くなって鉄塔の強度に
制限が生じる上、コンパクト化及び美化を妨げていると
いう難点がある。又、磁器自体が硬く且つ脆い性質を有
しているため、碍子外側での気中閃絡時の電気エネルギ
ーによる衝撃で碍子の笠が割れてしまい、鉄塔から部品
が落下したり、ソレスター素子を内在する碍管では過大
な雷サージを吸収する場合に生じる素子の貫通または素
子外側の閃絡によるエネルギーで素子と碍管との隙間に
ある空気が膨張，爆発して碍管が飛散することがあると
いう問題点がある。

【０００５】上記に鑑みて、磁器と比べて相対的に耐衝
撃性が高く、且つ軽量である高分子材料による磁器製品
との置き換えが以前から検討されている。そして初期段
階では、高分子材料としてエポキシ樹脂が選択されてい
る。このエポキシ樹脂には低粘度の液体のものから固体
のものまであり、硬化剤又は触媒の存在で室温或は加熱
下で容易に硬化する。そして硬化時の収縮が少なく、水
とかガスを発生しないという特徴があり、且つ反応性に
富んだ硬化物を与えることで知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の高
分子材料、特に初期に検討されたエポキシ樹脂は、耐屋
外性，耐トラッキング性等が不十分であり、又、フラッ
シュオーバー時に笠割れが生じるという問題点がある。

【０００７】上記の問題点に対処するため、例えば高分
子材料として採用したエポキシ樹脂にシリコーン樹脂等
の表面コーティングを行う方法が考慮されるが、この方
法は時間と手間が多くかかる工程を採らざるを得ず、ま
た本質的にエポキシ樹脂の改良も求められている現状に
ある。しかしエポキシ樹脂として耐候性の高いグレード
のものを選択しても所詮エポキシ樹脂の中の相対順位の
問題であり、抜本的な問題解決とはなっていない。

【０００８】そこで本発明はこのような従来の絶縁材料
及び構造材料が有している課題を解消して、耐候性及び
耐トラッキング性に優れ、耐湿性及び絶縁抵抗特性が改
良された軽量な絶縁高分子材料組成物を得ることを目的
とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために、先ず請求項１により、高分子材料として
ＥＰＤＭゴムを選択するとともに、該ＥＰＤＭゴムに充
填材としての水酸化アルミニウムと、比表面積／粒子径
が１７．３，揮発分が９．０％のファーネス方式による
高級カーボンブラックとを添加し、上記３成分系の混練
物を射出成形手段によって成形した屋外用絶縁高分子材
料組成物の構成にしてある。

【００１０】請求項２により、カーボンブラックとして
比表面積／粒子径が１７．３，揮発分が２．０％のもの
を採用しており、請求項３により、カーボンブラックと
して比表面積／粒子径が１７．３，揮発分が１０．０％
のものを採用している。

【００１１】更に請求項４により、カーボンブラックと
して比表面積／粒子径が１１．７，揮発分が３．５％の
ものを採用している。

【００１２】実施に際しては、ＥＰＤＭゴム１００重量
部に対して水酸化アルミニウムを８０〜２４０重量部、
高級カーボンブラックを０．５〜１０重量部添加する。

【００１３】

【作用】かかる高分子材料組成物によれば、ＥＰＤＭゴ
ムに充填材として水酸化アルミニウムと前記各種ファー
ネス方式による高級カーボンブラックとを添加すること
により、これらカーボンブラックの持つ耐候性改質剤と
しての作用が有効に生かされて、得られた組成物の耐候
性及び耐トラッキング性を高め、耐屋外絶縁性が良好と
なる。得られた組成物の比重は磁器の比重の半分以下で
あり、製品化した場合の重量が大幅に軽減される。

【００１４】

【実施例】以下、本発明にかかる屋外用絶縁高分子材料
組成物の具体的な実施例を説明する。本実施例における
上記組成物は、高電圧機器で屋外に直接暴露される成形
品、例えば碍子，碍管，スペーサ，ブッシング等に採用
される材料及び材料組成を提供するものである。

【００１５】通常屋外用絶縁高分子材料として求められ
る要件は、太陽光，特に紫外線の照射と、温度変化及び
風雨等の自然環境の元で電圧が常時かかっている状態、
所謂屋外暴露課電状態で材料の変質がなく、且つ壊れた
りしないという本質的な要求の外に、材料自体が難燃性
を有し、且つ軽量化されていることが大きな要件となっ
ている。

【００１６】本実施例では上記の要件を満足するため、
高分子材料としてエチレンプロピレンジエンモノマーラ
バー（Ethylen Propylene Diene Monomer Rubber,以下
ＥＰＤＭゴムと略称する）を選択し、充填材として耐屋
外絶縁性に優れ、難燃性を合わせ持つ水酸化アルミニウ
ムを用いた。上記の２成分が耐候性と耐トラッキング性
を高めるための特性中心となるものであるが、本実施例
では更に耐候性を向上させるため高級カーボンブラック
を添加して、このカーボンブラックの添加効果を得られ
た組成物の耐候性試験におけるクラック発生の点から確
認した。

【００１７】更に本実施例では、成形時の離型性を高め
るために適量のステアリン酸を加え、強度向上のために
亜鉛華を加えるとともに、これらのコンパウンドを加硫
させるための加硫剤と加硫促進剤とを加えた。

【００１８】実施に際し、ＥＰＤＭゴムとして住友化学
製エスプレン６７０Ｆを使用し、水酸化アルミニウムと
して昭和電工製ハイジライトシリーズであるＨ−４３Ｍ
を使用した。

【００１９】カーボンブラックとして三菱化成の＃２３
５０を採用した。この＃２３５０は、比表面積／粒子径
が１７．３，揮発分が９．０％のファーネス方式による
高級カラーブラックの一つである。一般には高級チャン
ネル代替用ブラックとして用いられ、特に塗料系として
利用した際に優れた漆黒度を与え、調色用ブラックとし
て用いられている。本実施例ではこの高級カーボンブラ
ックの持つ改質剤としての性能を積極的に利用して絶縁
高分子材料の耐候性を高めたことが主眼点となってい
る。

【００２０】ＥＰＤＭゴムとは共役二重結合が二つある
化合物の総称であり、一般にエチレンとプロピレンのゴ
ム状共重合体をＥＰＭといい、この重合体と側鎖に不飽
和基を持たせたものが前記ＥＰＤＭゴムである。尚、こ
れらを総称してＥＰＲ（エチレンプロピレンラバー）と
いうこともある。

【００２１】又、上記ハイジライトシリーズはバイヤー
法で製造される代表的な水酸化アルミニウムであり、中
でも本実施例で採用したＨ−４３Ｍは微粒ハイジライト
に属している。このＨ−４３Ｍは２００〜３５０℃で大
きな吸熱反応を伴って激しく脱水分解し、ゴムに添加す
ることによって加熱時の温度上昇が抑えられるとともに
自己消火性を促して発煙が抑制され、有害ガスが発生し
ない上、耐アーク，耐トラッキング性が向上するという
特長を有している。

【００２２】以下に本発明の具体的な実施例を説明す
る。即ち、上記のエスプレン６７０ＦとＨ−４３Ｍ及び
＃２３５０を適量のステアリン酸，亜鉛華，加硫剤及び
加硫促進剤とともに半減期１０時間程度の温度下ニーダ
ー（混練機）で十分に混練し、射出成形手段によって試
料を作成した。この射出成形手段とは周知のように成形
材料を射出シリンダの中で加熱溶融し、流動化した成形
材料を射出プランジャ又はスクリューによって固く閉じ
た金型の中に圧入して成形する方法である。成形後、半
減期１分程度の温度で５分間加硫を行った。加硫剤とし
ては有機過酸化物を用いた。

【００２３】上記のように加硫処理した平板状の試料に
キセノンアークを照射し、目視観察におけるクラック発
生までの時間を測定して、この時間が長いものほど耐候
性が良いものと判断した。

【００２４】実施に先立って、３種の比較例となる試料
を作成して、上記クラック発生時間（ｈ）を測定した結
果を表１に示す。

【００２５】

【表１】

【００２６】表１における比較例１，２，３は、ＥＰＤ
Ｍゴムに水酸化アルミニウム（ＡＴＨ）をそれぞれ８０
ｐｈｒ，１６０ｐｈｒ，２４０ｐｈｒ添加して、カーボ
ンブラックは添加していない試料のクラック発生時間
（ｈ）を測定した結果を示している。比較例１，２，３
のクラック発生時間はそれぞれ２００ｈ，２８０ｈ，３
５０ｈであった。

【００２７】次に本実施例を適用した試料を作成して、
上記クラック発生時間を測定した結果を表２〜表６に示
す。

【００２８】

【表２】

【００２９】

【表３】

【００３０】

【表４】

【００３１】

【表５】

【００３２】

【表６】

【００３３】表２に示す実施例１，２，３，４によれ
ば、エスプレン６７０Ｆに充填材として水酸化アルミニ
ウム（ＡＴＨ）Ｈ−４３Ｍを８０ｐｈｒ（per hundred
resin）添加し、カーボンブラック＃２３５０をそれぞ
れ０．５ｐｈｒ，３ｐｈｒ，７ｐｈｒ，１０ｐｈｒ添加
して、前記した成形手段により成形した各試料について
クラック発生時間（ｈ）を測定した結果であり、クラッ
ク発生時間は、それぞれ５００ｈ，９６０ｈ，１６００
ｈ，１７００ｈであった。

【００３４】表３に示す実施例５．６．７，８の場合
は、水酸化アルミニウムＨ−４３Ｍの添加量を１２０ｐ
ｈｒとし、カーボンブラック＃２３５０を前記例と同様
にそれぞれ０．５ｐｈｒ，３ｐｈｒ，７ｐｈｒ，１０ｐ
ｈｒ添加した各試料のクラック発生時間は、６２０ｈ，
１０１０ｈ，１８８０ｈ，１９００ｈであった。

【００３５】表４に示す実施例９，１０，１１，１２の
場合、水酸化アルミニウムＨ−４３Ｍの添加量を１６０
ｐｈｒとし、カーボンブラック＃２３５０をそれぞれ
０．５ｐｈｒ，３ｐｈｒ，７ｐｈｒ，１０ｐｈｒ添加し
た各試料のクラック発生時間は、７２０ｈ，１２２０
ｈ，２２００ｈ，２３００ｈであった。

【００３６】表５に示す実施例１３，１４，１５，１６
の場合、水酸化アルミニウムＨ−４３Ｍの添加量を２０
０ｐｈｒとし、カーボンブラック＃２３５０をそれぞれ
０．５ｐｈｒ，３ｐｈｒ，７ｐｈｒ，１０ｐｈｒ添加し
た各試料のクラック発生時間は、９５０ｈ，１３３０
ｈ，２４５０ｈ，２５５０ｈであった。

【００３７】更に表６に示す実施例１７，１８，１９，
２０の場合、水酸化アルミニウムＨ−４３Ｍの添加量を
２４０ｐｈｒとし、カーボンブラック＃２３５０をそれ
ぞれ０．５ｐｈｒ，３ｐｈｒ，７ｐｈｒ，１０ｐｈｒ添
加した各試料のクラック発生時間は、９８０ｈ，１４８
０ｈ，２６００ｈ，２７００ｈであった。

【００３８】尚、上記８０ｐｈｒとは、エスプレン６７
０Ｆ１００重量部に対してＨ−４３Ｍが８０重量部の添
加割合であることを表している。

【００３９】表２〜表６によれば、Ｈ−４３Ｍを８０ｐ
ｈｒ〜２４０ｐｈｒ、カーボンブラック＃２３５０を
０．５ｐｈｒ〜１０ｐｈｒ添加した各試料のクラック発
生時間は、比較例１，２，３と較べて充分に長くなって
おり、特にカーボンブラック＃２３５０の添加量は１ｐ
ｈｒ〜１０ｐｈｒの範囲にあることが好ましいことが確
認された。

【００４０】次に上記実施例におけるカーボンブラック
＃２３５０に代えて、他のカーボンブラック＃２３００
を用いた場合の各試料のクラック発生時間を測定したと
ころ、前記表２〜表６に示した測定値と基本的には同様
な測定結果が得られた。

【００４１】この＃２３００は、比表面積／粒子径が１
７．３，揮発分が２．０％のファーネス方式による高級
カラーブラックの一つである。

【００４２】次にカーボンブラックとして＃２４００Ｂ
を用いた場合の各試料のクラック発生時間を測定したと
ころ、前記表２〜表６に示した測定値と基本的には同様
な測定結果が得られた。

【００４３】この＃２４００Ｂは、比表面積／粒子径が
１７．３，揮発分が１０．０％のファーネス方式による
高級カラーブラックの一つである。

【００４４】次にカーボンブラックとして＃２２００Ｂ
を用いた場合の各試料のクラック発生時間を測定結果を
表７〜表１１に示す。この＃２２００Ｂは、比表面積／
粒子径が１１．７，揮発分が３．５％のファーネス方式
による高級カラーブラックの一つである。

【００４５】

【表７】

【００４６】

【表８】

【００４７】

【表９】

【００４８】

【表１０】

【００４９】

【表１１】

【００５０】表７に示す実施例２１，２２，２３，２４
によれば、エスプレン６７０Ｆに充填材として水酸化ア
ルミニウム（ＡＴＨ）Ｈ−４３Ｍを８０ｐｈｒ（per hu
ndred resin）添加し、カーボンブラック＃２２００Ｂ
をそれぞれ０．５ｐｈｒ，３ｐｈｒ，７ｐｈｒ，１０ｐ
ｈｒ添加して、前記した成形手段により成形した各試料
についてクラック発生時間（ｈ）を測定した結果であ
り、クラック発生時間は、それぞれ４２０ｈ，８２０
ｈ，１３４０ｈ，１４９０ｈであった。

【００５１】表８に示す実施例２５．２６．２７，２８
の場合は、水酸化アルミニウムＨ−４３Ｍの添加量を１
２０ｐｈｒとし、カーボンブラック＃２２００Ｂを前記
例と同様にそれぞれ０．５ｐｈｒ，３ｐｈｒ，７ｐｈ
ｒ，１０ｐｈｒ添加した各試料のクラック発生時間は、
４９０ｈ，９００ｈ，１６６０ｈ，１７２０ｈであっ
た。

【００５２】表９に示す実施例２９，３０，３１，３２
の場合、水酸化アルミニウムＨ−４３Ｍの添加量を１６
０ｐｈｒとし、カーボンブラック＃２２００Ｂをそれぞ
れ０．５ｐｈｒ，３ｐｈｒ，７ｐｈｒ，１０ｐｈｒ添加
した各試料のクラック発生時間は、６２０ｈ，１１１０
ｈ，１８９０ｈ，１９９０ｈであった。

【００５３】表１０に示す実施例３３，３４，３５，３
６の場合、水酸化アルミニウムＨ−４３Ｍの添加量を２
００ｐｈｒとし、カーボンブラック＃２２００Ｂをそれ
ぞれ０．５ｐｈｒ，３ｐｈｒ，７ｐｈｒ，１０ｐｈｒ添
加した各試料のクラック発生時間は、７９０ｈ，１１８
０ｈ，１８６０ｈ，２１００ｈであった。

【００５４】更に表１１に示す実施例３７，３８，３
９，４０の場合、水酸化アルミニウムＨ−４３Ｍの添加
量を２４０ｐｈｒとし、カーボンブラック＃２２００Ｂ
をそれぞれ０．５ｐｈｒ，３ｐｈｒ，７ｐｈｒ，１０ｐ
ｈｒ添加した各試料のクラック発生時間は、８５０ｈ，
１３５０ｈ，２２００ｈ，２４３０ｈであった。

【００５５】表７〜表１１によれば、Ｈ−４３Ｍを８０
ｐｈｒ〜２４０ｐｈｒ、カーボンブラック＃２２００Ｂ
を０．５ｐｈｒ〜１０ｐｈｒ添加した各試料のクラック
発生時間は、比較例１，２，３と較べて充分に長くなっ
ており、特にカーボンブラック＃２２００Ｂの添加量は
１ｐｈｒ〜１０ｐｈｒの範囲にあることが好ましいこと
が確認された。

【００５６】又、従来用いられている磁器の比重が２．
７であるのに対して、本実施例によって得られた試料の
比重は１．０〜１．３であって磁器の比重の半分以下で
あり、製品化した場合の重量を大幅に軽減することが可
能となる。

【００５７】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明にか
かる屋外用絶縁高分子材料組成物によれば、ＥＰＤＭゴ
ムに充填材として水酸化アルミニウムと、耐候性改質剤
としてファーネス方式による高級カーボンブラックを添
加することにより、耐候性，耐トラッキング性に優れ、
且つ耐屋外絶縁性が良好で実用性が高い絶縁高分子材料
組成物を得ることが出来る。そして製作時に多くの時間
と手間がかからず、得られた組成物の比重は磁器の比重
の半分以下であり、製品化した場合の重量が大幅に軽減
されるという効果が得られる。

【００５８】特にＥＰＤＭゴムに添加する充填材として
微粒体で成る水酸化アルミニウムを用いることにより、
加熱時の温度上昇が抑えられるとともに耐湿性及び絶縁
抵抗特性が改良される上、自己消火性が促進された絶縁
性組成物を得ることができる。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高分子材料としてＥＰＤＭゴムを選択す
   るとともに、該ＥＰＤＭゴムに充填材としての水酸化ア
   ルミニウムと、比表面積／粒子径が１７．３，揮発分が
   ９．０％のファーネス方式による高級カーボンブラック
   とを添加し、上記３成分系の混練物を射出成形手段によ
   って成形したことを特徴とする屋外用絶縁高分子材料組
   成物。
2. 【請求項２】 高分子材料としてＥＰＤＭゴムを選択す
   るとともに、該ＥＰＤＭゴムに充填材としての水酸化ア
   ルミニウムと、比表面積／粒子径が１７．３，揮発分が
   ２．０％のファーネス方式による高級カーボンブラック
   とを添加し、上記３成分系の混練物を射出成形手段によ
   って成形したことを特徴とする屋外用絶縁高分子材料組
   成物。
3. 【請求項３】 高分子材料としてＥＰＤＭゴムを選択す
   るとともに、該ＥＰＤＭゴムに充填材としての水酸化ア
   ルミニウムと、比表面積／粒子径が１７．３，揮発分が
   １０．０％のファーネス方式による高級カーボンブラッ
   クとを添加し、上記３成分系の混練物を射出成形手段に
   よって成形したことを特徴とする屋外用絶縁高分子材料
   組成物。
4. 【請求項４】 高分子材料としてＥＰＤＭゴムを選択す
   るとともに、該ＥＰＤＭゴムに充填材としての水酸化ア
   ルミニウムと、比表面積／粒子径が１１．７，揮発分が
   ３．５％のファーネス方式による高級カーボンブラック
   とを添加し、上記３成分系の混練物を射出成形手段によ
   って成形したことを特徴とする屋外用絶縁高分子材料組
   成物。
5. 【請求項５】 ＥＰＤＭゴム１００重量部に対して水酸
   化アルミニウムを８０〜２４０重量部、カーボンブラッ
   クを０．５〜１０重量部添加して成る請求項１，２，
   ３，４記載の屋外用絶縁高分子材料組成物。