JPS5925327B2

JPS5925327B2 - マイカプリプレグ材料

Info

Publication number: JPS5925327B2
Application number: JP52091045A
Authority: JP
Inventors: 秀次「くわ」島; 武美渡辺; 英八石崎
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 1977-07-28
Filing date: 1977-07-28
Publication date: 1984-06-16
Also published as: JPS5425498A

Description

【発明の詳細な説明】従来マイカプリプレグ材料としては、マスコバイトを８
００℃付近に加熱して膨積させ、ついでこれを水中で粉
砕して平均粒径が約０．２〜０．４ｗＬ程度の小さなマ
イカーん片に粉砕したのちこれを抄造してマイカ箔とし
たいわゆる焼成集成マイカを用いこれにエポキシ樹脂な
どの接着剤を含浸させるとともに接着剤でガラスクロス
、不織布等の裏打材を片面或いは両面に接着してシート
状としたもの、もしくはこれをさらに切断してテープ状
にしたものがほとんどであり他には平均粒径約Ｏ、２Ｔ
ｍ程度の小さな無焼成のマイカーん片から成るマイカ箔
を用いたものがあるのみであつた。

これらの製品はマイカプリプレグ材料中の接着剤量が約
４０重量％と高く、これを導体に巻いて加熱、成形して
、絶縁層としたコイルはその機械強度も低いものしか得
られなかつた。この原因は、マイカ箔として焼成集成マ
イカを用いた場合には、粒径１、Ｏｗｎ以上の大きなマ
イカリん片を含む集成マイカを作ることがむずかしく、
たとえ用いたとしてもそのシートの密度は１．３〜１．
４Ｖ／ｃｒｌｌと低く空隙が多いものしか得られないた
めに、プリプレグ化する際には、多くの接着剤を必要と
し、コイルに成形した際にも樹脂が多くコイル中に残る
ため機械強度は低下し、また膨積したマイカーん片は容
易に粉砕できるが得られるマイカーん片の機械強度が無
焼成のマイカーん片に比して低いからである。接着剤量
を３５重量％以下に減少させると裏打材との接着不良を
起こし、導体に巻きつけるときの作業性を著しく損なう
ばかりでなく、コイルを形成した際に導体との接着不良
を起こし、誘電正接特性を著しく損なう。接着性を改良
するために樹脂テープ等を使用すれば改良できるが、こ
の方法では作業が繁雑になる欠点がある。一方、はがし
マイカを裏打材とともに少量の接着剤で貼り合わせたマ
イカ材料（以下ドライ材料と略す）を導体に巻きつけた
のち真空で排気しエポキシ樹脂などを注入する方法（以
下真空注入法と略す）で絶縁層を形成したものは、コイ
ルの機械強度は高いが、その絶縁破壊電圧（以下ＢＤＶ
と略す）が低い。またはがしマイカを使うためドライ材
料のコストも高く、コイル形成の作業もプリプレグ材料
を使用した場合に比較すると繁雑となる。コイルのＢＤ
を向上させるためにはがしマイカと焼成集成マイカを組
み合わせたものが考案されたが、これではプリプレグ材
料に比して作業性は改善されていない。本発明になるマ
イカプリプレグ材料は以上述べた従来の製品の欠点を著
しく改良したものであり、無焼成マイカを粉砕して得ら
れたマイカリん片を、粒径１．０Ｗｒ１ｎ以上のマイカ
リん片を２０〜９５重量％、粒径０．２５Ｔｍ以上１．
０未満のマイカリん片を５〜８０重量％として含むスラ
リーを抄造して得られる無焼成集成マイカに接着剤を含
浸させ裏打材に接着してなるマイカプリプレグ材料に関
する。

無焼成マイカとしては、マスコバイト、プロコパート等
が用いられる。本発明における無焼成マイカを粉砕して
得られたマイカりん片を粒径１．０ＴｒｒｆｒＬ以上の
マイカりん片を２０〜９５重量％、粒径０．２５Ｔｒｒ
ｍ以上１．０未満のマイカリん片を５〜８０重量％、必
要に応じて粒径０．２５Ｔｍ未満のマイカリん片を３０
重量％未満として含むスラリーは例えば次のようにして
製造される。

無焼成のマスコバイト１０蛇を容器（１０ｔ〜５０ｔぐ
らいの円筒型で良い）に入れ、この容器の底に接線方向
にとりつけノズルから５０幻ｆ／Ｃｒ！ｉの圧力で５０
ｔ／分の速度で噴射させた水により１０分間粉砕する。

マイカの投入方法は一度に投入しても、また徐徐に投入
してもよい。この容器から溢流した砕製物を目開き６．
７ｍ，１．０ｗｎ，０．２５Ｔｍの振動ふるいを用いて
ふるい分けてそれぞれ粒径１．０ｉ上、０．２５？以上
１．０？未満、０．２５未満のスラリーとし、このスラ
リーをそれぞれ所定量混合して目的とするスラリーとさ
れる。得られた無焼成集成マイカに所定量の接着剤（必
要に応じてメチルエチルケトンなどの溶剤で希釈）をハ
ケ、スプレー、ブラシロールなどで塗布し、ついでこの
両面または片面に裏打材を貼り合わせ接着し、８０℃程
度の温度で乾燥させてシート状のマイカプリプレグ材料
とする。

巻きとる際にマイカプリプレグ材料間のベタツキを防ぐ
ために、ポリエチレンフイルム、ポリエステルフイルム
などをセパレーターとして使用すると扱いやすくなる。
無焼成マイカを粉砕して得られた粒径１，０Ｔｒｍ以上
のマイカリん片を２０〜９５重量％とするのは、この範
囲外では得られるマイカプリプレグ材料の曲げ強さ、Ｂ
Ｄが低くなるからである。

また無焼成マイカを粉砕して得られた粒径０．２５ｗｍ
以上１．０Ｔｍ未満のマイカリん片を５〜８０重量％と
するのは、この範囲外では、ＢＤＶが低くなるからであ
る。粒径０．２５Ｔｆｒｍ未満のマイカリん片は、マイ
カプリプレグ材料の空隙を少なくする働きをするため、
３０重量％未満含まれていても差支えない。

本発明者らは鋭意研究の結果、粒径１．０ｉ上のマイカ
リん片を２０〜９５重量％、粒径０．２５？以上１．０
ｗｒｍ未満のマイカリん片を５〜８０重量％、必要に応
じて粒径０．２５ＷｒｆｒＬ未満のマイカリん片を３０
重量％未満含む時に、無焼成集成マイカとしての・特徴
を発揮し７てコイルの特性が機械的、電気的ともにすぐ
れることを見出したものである。無焼成集成マイカとし
ては粒径１，０ｗｒｍ以上のマイカリん片を抄造した大
粒子層（大粒子層と略す）と粒径０．２５Ｔｍ１以上１
．０ｍ未満のマイカリん片を抄造した小粒子層（もしく
は０．２５Ｔｍ未満の微細な粒子からなる微粒子層を含
んでも良い。）を貼り合わせたものでも良く、また粒径
１．０？ｍ以上のマイカリん片を２０〜９５重量％好ま
しくは２５〜８５重量％含み、粒径０．２５７ｍ以上１
．０Ｔｆｒｍ未満のマイカリん片を５〜８０重量％好ま
しくは１５〜７５重量％含む（場合によつて０．２５７
ｍ未満の微細な粒子を３０重量％未満含む）スラリーを
抄造してえたマイカ箔でも良い。焼成集成マイカではマ
イカ層の含水率が高いため坪量２００７／ｄ以上のシー
トを抄造することはむずかしいが、無焼成集成マイカで
はマイカ層の含水率が焼成集成マイカに比して少ないた
め坪量３００７／ｄのシートを抄造することも可能であ
り、坪量１５０ｔ／ｄ以上の厚抄きでは大粒子層と小粒
子層がより明確に区分できるのでそれぞれを別別に抄造
してから貼り合わせる必要もなくなるなどの利点がある
。

また本発明においては、無焼成のマイカをそのまま粉砕
して用いるため、マイカ箔の密度が１．６〜１．８ｆ／
Ｃｄと高く、空隙率が低いため少ない接着剤量でプリプ
レグシート化が可能であり、また無焼成のマイカりん片
は前述の焼成したマイカリん片に比較して機械強度は高
い。

一般にＦＲＰなどの複合材料では空隙を生じない範囲で
はエポキシ樹脂などの接着剤量が少ない程その機械特性
は向上する。

したがつて本発明になるプリプレグ材料は従来のものが
接着剤量を約４０重量％含んでいるのに比してマイカリ
ん片が強く、接着剤量も２５〜３５重量％と少ない量で
プリプレグ材料とできそれを導体に巻いて成形硬化させ
た絶縁層の接着剤量も約２２〜２８重量％となり、従来
のものが３０〜３８重量％であつたものを８〜１６重量
％低減することが可能となるので機械特性を大幅に向上
させることができる。大粒子層と小粒子層を貼り合わせ
て無焼成集成マイカとした場合にも、また大きいマイカ
りん片と小さいマイカリん片を含むスラリーを抄造して
大粒子層と小粒子層から構成される無焼成集成マイカと
した場合のどちらにおいても主として粒径０．２５？以
上１．０ｗｍ未満および必要に応じて０．２５ｗｔ未満
を含むマイカりん片からなる層はマイカりん片が小さい
ため単位重量当りの表面積が大きくプリプレグ材料とし
たときに大粒子層に比して接着剤を多く含む。したがつ
て導体に巻きつけて、これを圧縮成形してコイルとする
時、この小粒子層に含まれている接着剤が裏打材の空隙
やテープ相互の空隙を埋めテープ相互間の接着を高める
とともにコイルの電気特性を高くする。一方、大粒子層
はマイカリん片が大きいので、単位重量当りの表面積が
小さく、小粒子層に比して少ない接着剤量で良いプリプ
レグ材料となり、コイルに加工した際には、その機械特
性を向上させる役割を果す。

以上述べたように本発明では、大粒子層にはコイルに加
工された時の機械特性を高める役割をまた小粒子層には
コイルに加工された時のテープ相互の接着性向上、空隙
をうめる接着剤の保持、および電気特性の向上の役割を
分担させている。

このようにプリプレグ材料に要求される機械特性、電気
特性をそれぞれ大粒子層、小粒子層に分担させているた
め単一のプリプレグ材料のみで高いコイル特性が得られ
るようになつた。また裏打材と貼り合わせる面は、片面
の場合は、大粒子層側で貼り合わせても、小粒子側で貼
り合わせてもどちらでも良い。

本発明における裏打材としては、特に制限はなく例えば
ポリエステル、ポリアミド、ガラス等の有機材料または
無機材料の織布、不織布、フイルム等が必要ならば組み
合わせて用いられ、またこれらとガラスヤーン、ポリエ
ステル繊維ヤーン等と組み合わせても差支えない。

本発明における接着剤も特に制限はなく、例えばシエル
化学社製エピコート１００１，１００４，１００７，１
００９，１５２，１５４やタウケミカル製ＤＥＲ３３ｌ
，ＤＥＮ４３ｌ，ＤＥＮ４３８，チバガイギ一社製ＥＰ
Ｎｌｌ３８などのエポキシ樹脂に硬化剤としてＢＦ３−
モノエチルアミンなどのアミン類をエポキシ樹脂に対し
て０．５〜１０重量％加えた接着剤が用いられる。

本発明の実施例を説明する。

実施例１無焼成のマスコバイト１０ｋｆを５０蛇ｆ／とｄの圧力
で５０ｔ／分の速度で噴射させた水により１０分間で粉
砕した。

砕製物を含むスラリーを振動ふるいを用いて分級し抄造
スラリーとした。抄造スラリーの粒度分布は、粒径１．
０７ｍ以上６．７Ｔｍ以下のマイカリん片が２７重量％
、粒径０．２５ｉ上１．０Ｔｒｍ未満のマイカりん片が
６７重量％、粒径０．２５ｗ！ｎ未満のマイカリん片が
６重量％であつた。この抄造スラリーを一般の抄紙機に
より抄造して坪量２２０７／ｄの無焼成集成マイカとし
、これに接着剤としてエポキシ樹脂（シエル化学製エピ
コート１００１、硬化剤ＢＦ３４ＯＯを２重量％使用）
を１３７７／ｄ（約３５重量％）塗布し、含浸させると
ともに裏打材（ガラスクロス３５Ｖ／ｍ−）と接着させ
、８０℃で１０分間乾燥してシート状のマイカプリプレ
グ材料とした。これを３０ＴｒｔｒｒＬ幅のテープに切
断したのち９．５ＴＷＬ×３６．５ｗｍ１の導体（銅製
）に半分ラツプさせながら８回巻きつけたのち、加熱し
て押しつけマイカプリプレグテープ中の上記のエポキシ
樹脂を流しながら硬化させて３Ｔｒｍ厚さの絶縁層を有
するコイルを製造した。

゛このコイルの曲げ強さは４
点法（外スパン５５０簡、内スパン２５０Ｔ！ｍ）で１
５３０ｋｆｆ／ＣｄでありＢＤＶは１０５ＫＶ，Δ『δ
は０．２．％であつた。注 Δ伽δ二如δ１一如δ２伽
δ１は１１．２ＫＶにおける誘電正接『δ２は２ＫＶにおける誘電正接比較例１従来から知られている焼成集成マイカプリプレグ材料を
用いて実施例１と同様にしてコイルを形成し、特性を評
価したところ曲げ強さ１２５０炸ｆ／Ｃｄ，ＢＤＶｌＯ
ＯＫＶ，Δ伽δ０．５（ｆ）であつた。

なおマイカプリプレグ材料中の接着剤量は３９重量％で
あつた。また、焼成集成マイカを用いて実施例１と同様
にして接着剤量３５重量％でマイカプリプレグ材料を作
成した。

これを３０ｍｍ幅に切断し実施例１と同様にコイルを形
成してその特性を測定したところ曲げ強さ１１００幻ｆ
／Ｃｄ，ＢＤＶ８５ＫＶ，Δ論δ１．４％であり、マイ
カプリプレグ材料は接着剤量が少ないため裏打材のガラ
スクロスとマイカ箔の接着が悪く作業性が悪かつた。実
施例２実施例１と同様にして粉砕したスラリーを分級し、粒径
１．０ｍ以上６．７Ｔｍ以下のマイカりん片が８１重量
％、粒径０．２５７ｍ以上１．０ｗｎ未満のマイカリん
片が１３重量％、粒径０．２５Ｔｍ未満のマイカリん片
が６重量％のスラリとし、これを一般の抄紙機により抄
造して坪量２６０ｔ／ｄの無焼成集成マイカとし、これ
に接着剤（エポキシ樹脂、シエル化学製、エピコート１
００１、硬化剤ＢＦ３４ＯＯを２重量％使用）を１２６
ｔ／ｄ（約３０重量％）塗布、含浸させるとともに裏打
材（ガラスクロス３５ｔ／７７１−）と接着させ、８０
℃で１０分間乾燥してシート状のマイカプリプレグ材料
とした。

これを実施例１と同様にしてコイルを形成して特性を測
定した。曲げ強さは１６７０炸ｆ／Ｃｌｉ，ＢＤＶｌｌ
２ＫＶ，Δ櫛δは０．１５％であつた。実施例２で得た
マイカプリプレグ材料を用いて得たコイル（実施例品２
）の特性を比較品２および３の特性と比較して表１に示
す。

比較品２は、１．０ｍ以上の無焼成マイカを６重量％，
０．２５〜１．０ｗｔ１ｎ未満の無焼成マイカを９４重
量％とし、実施例２で用いた接着剤量を約４０重量％と
した以外は実施例２と同一の条件でコイルとしたもので
ある。

比較品３は、１０７ｍ角以上の無焼成はがしマイカをガ
ラスクロス３５７／ｄの上に坪量２６０７／ｄとなるよ
うにならべ、これに実施例２で用いた接着剤を約１０重
量％塗布、含浸させて８０℃で１０分間乾燥させてはが
しマイカ材料とした。

これを３０Ｔｍ幅のテープに切断したのち、９．５７ｍ
×３６．５Ｔｍの導体（銅製）に半分ラツプさせながら
８回巻きつけたのち、１１０℃で１ｎＩｒＩ１Ｈｇ以下
で２時間乾燥し、ついで上記の接着剤を３蛇／Ｃｄで加
圧含浸硬化させて３１ｒｍ厚さの絶縁層を有するコイル
としたものである。コイル絶縁層のマイカ含有量は、コ
イルから絶縁層をはく離し、６００℃で２時間加熱して
、接着剤を燃焼させて、燃焼後のマイカの重量を求めて
として測定した。

コイル絶縁層の樹脂含有量は、コイルから絶縁層をはく
離し、６００℃で２時間加熱して接着剤を燃焼させて燃
焼後の重量の減少を求めてとして測定した。

コイルの曲げ強さは、実施例１と同様にして測定した。

コイル絶縁破壊電圧は、１分あたり１５０の昇圧速度と
して測定した。

上記のコイルについて、信頼性評両の尺度となる長期課
電特性を第１図に、タービン発電機にコイルが実装され
て応力と電界を同時に受ける使用状態をモデル化したコ
イルの曲げ応力と絶縁破壊電圧の関係を第２図に示した
。

第１図および第２図において１は実施例２で得たコイル
の特性、２は比較品２の特性および３は比較品３の特性
を示す。

無焼成マイカリん片の粒度分布を規定した本願発明のマ
イカプリプレグ材料により、比較品に比べて少ないコイ
ル絶縁層の樹脂含有量で空隙の少ないち密な絶縁層を形
成することができ、表１に示すように初期のコイルの曲
げ強さおよび絶縁破壊電圧において、第１図および第２
図に示すように長期のコイルの課電特性および曲げ応力
下における絶縁破壊電圧において、比較品より優れたコ
イルを製造することが可能になる。実施例により詳細に
説明したように、本発明になるマイカプリプレグ材料は
無焼成のマイカを原料とし、粒径１．０Ｔｒｒｆｎ以上
のマイカリん片と粒径０．２５ＴＷＬ以上１．０？ｍ未
満のマイカリん片からなるマイカ箔を含むため接着剤量
が２５〜３５重量％と従来の約４０重量％に比して少な
いにもかかわらず、それを成形して得たコイルの電気特
性はＢＤＶが１０５〜１１２０，Δ―δは０．１〜０．
２％であり、機械特性も曲げ強さが１５００〜１７００
蛇ｆ／Ｃｒｉと従来のものに比して著しく向上させるこ
とができた。

なお、０．２５ＴＷＬ未満の微細なマイカりん片がマイ
カ箔に含まれていても特性を損なうことはほとんどない
。

また本発明になるマイカプリプレグ材料は、コイル成形
時に接着剤を押し流して硬化させるので接着剤量を本発
明の範囲より多くしてもコイルの特性は低下しないが価
格的に不利益を招くので好ましくない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例で得たマイカプリプレグ材料
を用いて得られたコイルと比較品の電界の強さと長期課
電特性との関係を示す図および第２図は、それらの絶縁
破壊電圧と曲げ応力との関係を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

１無焼成マイカを粉砕して得られたマイカりん片を、
粒径１．０ｍｍ以上のマイカりん片を２０〜９５重量％
、粒径０．２５ｍｍ以上１．０ｍｍ未満のマイカりん片
を５〜８０重量％として含むスラリーを抄造して得られ
る無焼成集成マイカに接着剤を含浸させ裏打材に接着し
てなるマイカプリプレグ材料。