JPS6054912B2 - 電気絶縁用無機質シ−ト - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は、電気絶縁用無機質シートに係り、不燃性、耐
熱性、電気絶縁性を有し、電気絶縁紙、電気部品その他
に用いられる無機質シートに関する。

従来技術及びその問題点 従来、電気部品として例えば開閉器などのアークエネル
ギーを消滅させ、電流を遮断する材料としては主として
アスベストが使用されていた。

しカルアスベストは特定化学物質に指定され、公害防止
、労働環境衛生面から製造、二次加工分野においても取
扱いが難しく、一部の国では使用禁止となるなどの傾向
がある。また従来用いられた電気絶縁紙は繊維材料とし
てパルプを用いていたため耐熱性、不燃性の点で問題が
あつた。

発明の目的 本発明は、上述の問題を解決するために、アスベストを
用いず、ロックウール５０〜卯重量％と、他の材料即ち
ガラス繊維、セラミック繊維の少なくとも何れか一種と
、パルプ、有機結合剤の少なくとも何れか一種とよりな
る抄紙原料組成物を抄紙して成形することにより、アス
ベスト繊維のような毒性がなく、不燃性、耐熱性、良好
な電気絶縁性を有するものを得ようとするものである。

発明の概要本発明は、実質的に非繊維粒子を含有しない
繊維長７０〜７００μのロックウール５０〜９喧量％と
、繊維長２５０〜７０００ｐのガラス繊維、セラミック
繊維の少なくとも何れか一種よりなる繊維材料とパルプ
、有機質結合剤の少なくとも何れか一種よりなる結合材
料とが５０〜Ｗ重量％からなり、有機質含有量が１５重
量％以下である抄紙原料組成物を抄紙して得られたもの
であり、アスベスト繊維を含有せず、含有する無機質成
分の不燃性、耐熱性、良好な電気絶縁性より、不燃性、
耐熱性を必要とされる分野、あるいは不燃性、耐熱性で
かつ電気絶縁性を必要とする分野において使用するに有
利であり、更に通常の抄紙機を用いて廉価に製造し得る
のである。

発明の実施例本発明の構成成分及びその製造方法につい
て説明する。

構成の概略を説明すると、実質的に非繊維粒子を含有し
ない繊維長７０〜７００μのロックウール５０〜９鍾量
％と、繊維長２５０〜７０００μのＥガラス組成又はＣ
ガラス組成のガラス繊維、シリカ又はシリカ●アルミナ
組成のセラミック繊維の少なくとも何れか一種よりなる
繊維材料とクラフトバルブ、再生バルブ、アクリル樹脂
エマルジョン、粉末フェノール樹脂等の有機質結合剤の
少なくとも何れか一種よりなり必要に応じてポリアクリ
ルアミド、硫酸バンド、ポリアミドポリアミンエピクロ
ルヒドリン樹脂等の結合助剤を加えた結合材料とが５０
〜１鍾量％からなり、有機物含有量が１５重量％以下で
ある抄紙原料組成物を抄紙して成形されるものである。
ロックウールは、通常、玄武岩、鉄鉱スラグ、銅スラグ
、珪石、ドロマイト、石灰等の原料を、ＳｌＯ２３５〜
５０％，Ａｌ２Ｏ３ｌＯ〜１５％，ＣａＯ２Ｏ〜４０％
，ＭｇＯ５〜２５％，ＴｉＯ２，ＭｎＯ，ＦむＯ等の微
量成分１〜６％の組成成分（以上何れも重量％）となる
ように配合し、この原料混合物を、キユポラ炉や電気炉
等で１５００〜１６００℃の温度て熔融し、得られた均
一融液を遠心力を利用した高速回転体、又は高温高圧フ
レーム中に落下させ、１２００〜１４００℃の温度域で
繊維化させることによつて得られる。得られたロックウ
ールは、繊維長数１ｈ１非繊維粒子３０〜５唾量％を含
有しているから、これを繊維長７０〜７００μに切断処
理し、続いて非繊維粒子が分離除去される。ロックウー
ルは実質的に非繊維粒子を含有しな．い繊維長７０〜７
００μの範囲内で選択されたものでなければならない。

ロックウール中に非繊維粒子が混入したり、あるいは７
０μ未満の微細繊維や、７００μを越える繊維が混入す
ると、抄紙原料中のロックウールの沈降速度が他の繊維
と比較し速く！なりすぎたり、又はロックウールの未解
繊により毛玉等が発生する。さらにロックウールの非繊
維粒子には元来原料成分中に含されている金属Ｆｅや、
その熔融工程で介入するキユポラ炉のコークスが電気炉
の電極からのＣ等導電性物質を含んでくいる。しかし繊
維状のものはこれらの物質を含んでいると繊維が切断さ
れたしまうから、繊維長７０μ以上のロックウールには
ＦｅやＣは殆んど含有されていない。したがつて電気絶
縁性を高めるためには導電性物質を含んだ非繊維粒子や
７０μ以下の、短繊維を除き、繊維長７０μ以上の電気
絶縁性繊維を選択する必要がある。繊維長７０〜７００
μのロックウールを得る切断処理方法は、例えば加圧二
ーダーに乾燥状態のロックウールを投入して処理する方
法や、約１鍾量％ロックウール含有の水性分散液をスー
パーミキサー、又はパルパーに投入し１０００〜２００
０ｒｐｍの高速で処理する方法等で、その処理時間を変
化させる）ことにより、繊維長７０〜７００μの範囲で
任意に切断処理をすることができる。

非繊維粒子の分離除去方法としては、例えば前記切断処
理したロックウールを固形分で約１鍾量％含有する水性
分散液を、繊維と非繊維粒子にかかる遠心力の違いを利
用した水流速１５０〜２００ｅ／分の湿式サイクロンに
投入して分離し、非繊維粒子を除去することができる。
この場合、ロックウール水性分散液に、固形分に対し０
．１重量％程度のカチオン界面活性剤を添加すると、短
時間は非繊維粒子を分離することができるので効率的で
ある。このようにして得られる実質的に非繊維粒子を含
有しない繊維長７０〜７００μのロックウールを含有す
る種々の濃度に調整した水性分散液を、ミキサーで約１
０００ｒｐｍ１５分間攪拌し毛玉の発生の有無を基準に
観察したところ、繊維長１００μ以下の場合、分散濃度
５〜１睡量％、繊維長１００〜３００μの場合、分散濃
度３〜５重量％、繊維長３００〜５００μの場合、分散
濃度１〜３重量％、繊維長５００〜７００μの場合、カ
チオン界面活性剤を固形分に対し０．１重量％添加した
ものの分散濃度１重量％以下で良好な分散性を示し、抄
紙性に支障のないことが判明した。又繊維長７００μ以
上では適当な分散方法がなく、結局良好な分散性を示す
繊維長は７００ｐとしなければならないが、安価で工業
的規模で分散させる好ましい繊維長は、５００μ以下と
することが望ましい。一方、繊維長が７０μ以下では、
〔繊維長／繊維径〕比が１５〜２０と小さく、分散性は
良好であるものの、水中での繊維の沈降速度が速くなり
、抄紙工程で他の繊維と分離しやすく、不均一なシート
状物になりやすいことと、非繊維粒子の分離工程におけ
る分離効率が悪くなることから、繊維長の下限値として
７０μにおさえなければならない。好ましくは、繊維長
を１００μ以上とすることが望ましい。抄紙原料組成物
中のロックウールは５０〜９鍾量％が適当である。

ロックウールが５踵量％未満になると平滑で均一なシー
ト状物が得られなくなるばかりかロックウールと比較し
高価なガラス繊維、セラミック繊維の配合割合が増大す
ることにより廉価なシート状物を得ることが困難となる
。又ロックウールが９鍾量％以上になると、抄紙機での
ウェットシートの強度が不足し、抄紙歩留の低下及び連
続抄紙が不可能になるため、その配合割合を９唾量％以
下としなければならないが、抄紙歩留も良く、平滑で均
一なシート状物を得る好ましいロックウールの配合割合
は６０〜８５重量％である。抄紙原料組成物中の他の繊
維物質としてはガラス繊維、セラミック繊維、バルブが
あり、それらの繊維長を２５０〜７０００μとすること
は、前記ロックウールの分散性評価と同様な方法で評価
したところ、良好な分散性を示す繊維長が２５０〜７０
００μの範囲にあること、ロックウールを主成分とする
抄紙原料を抄紙した場合の抄紙機におけるウェットシー
トの強度が保持され抄紙歩留が低下しないこと、得られ
るシート状物が不燃性、耐熱性を繊維しつつ充分な引張
強度を有するようにすることのためである。

又ロックウールを除いた他の繊維物質の好ましい添加量
は、９〜４唾量％である。ガラス繊維においては、その
組成が、ＳｉＯ２５５〜６５％，Ａｆ２Ｏ３Ｏ〜１５％
，Ｎａ２ＯＯ〜１５％，Ｂ２Ｏ３４〜１２％，ＢａＯＯ
〜５％，ＺｎＯＯ〜５％，ＣａＯｌ〜１８％，ＭｇＯｌ
〜６％，Ｋ２ＯＯ〜４％，ＴｉＯ２，ＦｅＯ等の微量成
分１％以下の組成（以上何れも重量％）であり、前記ロ
ックウールと同様な方法により分散性を評価したところ
、繊維径０．２〜２．７ｐで繊維長２０００μ以下の楊
合、分散濃度２〜３重量％、繊維径７〜１４μで繊維長
７０００μ以下の場合、分散濃度２〜３重量％で良好な
分散性を示すが、繊維長７０００μ以上では、分散性も
悪く、かつシートの他合も悪くなるため繊維長の上限値
として７０００μとしなければならない。一方、繊維長
を２５０μ以上とする理由は、抄紙機におけるウェット
シートの強度を保持すること、得られるシート状物に充
分な引張強度を付与することによるもので、繊維長２５
０μ以下では、微細ロックウールの働きと同等になり、
意味をなさなくなることによるものである。セラミック
繊維としては、その組成が、ＳｉＯ２５〜４９％，Ａ′
２０３９４〜５０％，ＣａＯ，ＭｇＯ，Ｂ２Ｏ３，Ｎａ
２Ｏ，Ｋ２Ｏ，ＴｉＯ３，ＦｅＯ等の微量成分１％以下
（以上何れも重量％）であり、前記ロックウールと同様
な方法により分散性を評価したところ、繊維径１〜４μ
で繊維長２０００μ以下で分散濃度２〜３重量％で良好
な分散性を示した。

繊維長２０００μ以上、又は２５０μ以下では、前記ガ
ラス繊維と同等の理由により、良好な分散性及び良好な
シートの地合を示さない。バルブとしては、サラシ、未
ザラシ、ＮＬ型クラフトバルブ、リンタパルプ、再生バ
ルブ等で繊維長５００〜２０００μ、叩解度（シツパー
リグラー）３０〜６哩度の一般バルブが使用できること
は製紙の場合と同様である。

有機質質結合剤としては、アクリル樹脂、ブチレンブタ
ジエンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、塩化ビ
ニリデン樹脂、エチレン酢酸ビニル樹脂等のエマルジヨ
ンン、ポリアミド樹脂等の熱可塑性樹脂や、フェノール
樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂等の熱硬化性樹脂を
添加配合することが可能であるが、これらの有機質結合
剤を抄紙原料組成物に添加する場合、有機質結合をウェ
ットシートに効果的に固着させるために、結合助剤とし
てのアニオン系の凝集剤、又はカチオン系の凝集剤を少
量添加することが望ましい。

例えばアニオン系凝集剤たるポリアクリルアミド、又は
ポリアクリル酸ソーダ０．１〜１．０重量％に硫酸バン
ド０．５〜１．５重量％の範囲て添加すると、有機質結
合剤がほぼ１００％ウェットシートに固着する。又カチ
オン系凝集剤としては、ポリアミドポリアンエピクロル
ヒドリン樹脂０．１〜１Ｊ重量％添加すると、前記アニ
オン系凝集剤と同様な効果が得られる。なお有機質結合
剤を内添しない場合は、抄紙後これをシートに塗布する
場合もある。

抄紙原料組成物中の有機物含有量は、１５％以下とした
が、この範囲内において、有機物含有量が比較的高いも
のには不燃性をよソー層高めるため゛に、リン酸グアニ
ジン、臭化アンモン、三酸化アンチモン、塩素化パラフ
ィン、又は高温脱水反応を利用した水酸化アルミニウム
、水酸化マグネシウム等の難燃剤を抄紙原料に少量添加
したり、又は抄紙後のウェット又はドライシートに含浸
、又は塗布する場合もある。

抄紙原料組成物の水性分散液の調整は、固形分て３重量
％程度含有する水性分散液を、ミキサー、ヒーター、パ
ルパー等によつて容易になし得る。

抄紙は、円網式、長網式いずれの抄紙機によつてもでき
るが、得られるシート状物の均一性の面から、前記抄紙
原料を更に１重量％程度に希釈した水性分散液を使用し
た方が望ましい。以上のような抄紙工程で得られる無機
質シートにオンマシーン（０ｎＭａｃｈｉｎｅ）、オフ
マシーン（０ｆｆＭａｃｈｉｒ１ｅ）工程で、必要に応
じて前記の如き難燃処理、又は撥水処理等適宜付加処理
を施す。次に本発明の効果を確認するために、以下の実
験を行つた。（ａ）ロックウール 鉄鉱スラグ、珪石、ドロマイト等の原料を配合した、Ｓ
ｌＯ２４Ｏ％，Ａｅ２Ｏ３ｌ３％，ＣａＯ３６％，Ｍｇ
Ｏ６％，ＴｌＯ３，ＭｎＯ，ＦｅＯ等の微量成分５％の
組成（以上何れも重量％）からなる原料混合物を、電気
炉中、１５００〜１６００℃加熱熔融し、得られた均一
融液を、１４００℃で高速回転体に落下させ繊維化を行
つた。

得られたロックウールは、繊維径４．２μ、繊維長０〜
５０ｍ１非繊維粒子３．４重量％含有していた。次に前
記乾燥状態のロックウールを加圧二ーダー（森山製作所
製）に投入し、１分間；処理して繊維長１５０μに切断
した。このものを湿式サイクロン（大石機械製作所製）
に水流速１５０ｅ／分の条件て繊維を連続的に排出させ
、脱水後、１１０℃，５時間乾燥させ、非繊維粒子を含
有しない繊維長１５０μのロックウールを得た。又前こ
記繊維化で得られたロックウールの１鍾量％、水分散液
１０ｋ９をスーパーミキサー（川田製作所製）に投入し
、１５００ｒ′Ｐｍ、２秒処理して繊維長５００μのも
のを得た。続いて、非繊維粒子の分離、除去は、前記と
同等の方法て行い、非繊維粒子を含有壬しない繊維長５
００μのロックウールを得た。（ｂ）ガラス繊維ＳｌＯ
２５７．９％，Ｂ２Ｏ３ｌＯ．７％，Ｎａ２Ｏｌ４．６
％，ＣａＯ６．ｌ％，ＭｇＯ３．Ｏ％，Ａｌ２Ｏ３，Ｋ
２Ｏ，ＦｅＯ等の微量成分７．７％のＣガラス成分（何
れも重量４％）、及びＳｌＯ２５４．４％，Ｂ２Ｏ３８
．Ｏ％，Ａｅ２Ｏ３ｌ４．４％，ＣａＯｌ７．４％，Ｍ
ｇＯ４．７％，Ｎａ２Ｏ，Ｋ２Ｏ，ＺｎＣ等の微量成分
１．１％のＥガラス組成（何れも重量％）で、繊維径０
．２９〜０．３２μて繊維長３００μ、繊維長０．３９
〜０．５３μで繊維長８００μ、繊維長１．２〜２．４
μで繊維長１９００μとしては、ＴｅｍｐｓｔｒａｎＦ
ｉｂｅｒＥ．Ｃ（ジヨンス・マルピン社製）を使用した
。繊維長６０００μのガラス繊維としては、Ｅガラス組
成のガラスローピング田東紡社製）を、歯間距離６Ｔｆ
ｒ！ｎのローピングカッターにより、６０００μに切断
したものを使用した。（ｃ）セラミック繊維 ＳｉＯ２９踵量％以上含有する組成で、かつ繊維”径０
．６９〜１．１μで繊維長１２００μのセラミック繊維
としては、ＴｅｍｐｓｔｒａｎＦｉｂｅｒＱ（ジヨンス
●マンビル社製）を使用した。

ＳｉＯ２５５重量％，Ａｅ２Ｏ３４５重量％の組成のセ
ラミック繊維としては、繊維径２．８ｐ１繊維長２５０
〜５０『のセラミック繊維（イソライト工業社製）約１
鍾量％含有する水分散液１０ｋ９を、前記ロックウール
を得たのと同様の方法により、スーパーミキサーで３＠
処理し、続いて乾燥して繊維長１５００μにしたものを
使用した。（ｄ）バルブ 市販Ｌ型、Ｎ型クラフトバルブを、乾燥重量で水３０ｅ
に１５０ｆ投入し、小型ヒーターで２時間叩解度４０の
バルブスラリーを調整した。

（２）抄紙原料組成物の配合 配合例１ ロックウール（５００μ） ５０セラ
ミック繊維（カオウール１５００μ） ４０変性アク
リル樹脂エマルジョン ９ポリアクリルアミド
０．１硫酸バンド
０．９配合例２ロックウール（５００μ
） ５０ガラス繊維（テンプストラン
Ｃ，３ＯＯμ） ４０エチレン酢酸ビニル樹脂エマルジ
ョン ９ポリアクリルアミド ０
．１硫酸バンド ０．９配
合例３ロックウール（１５０μ） ７
５セラミック繊維（テンプストランＱ，ｌ２ＯＯμ）
１０ガラス
繊維（６０００ｐ） ５Ｌ型クラフ
トバルブ １０配合例４ロックウー
ル（１５０μ） ７５セラミック繊維
（カオウール１５００μ） １０Ｎ型クラフトバルブ
１０変性アクリル樹脂エマルジョ
ン ４ポリアクリルアミド
０．１硫酸バンド ０．
９配合例５ロックウール（１５０μ）
８０ガラス繊維（テンプストランＥ，ｌ９ＯＯμ）１
０Ｌ型クラフトバルブ ６粉末フェ
ノール樹脂 ３ポリアミドポリアミ
ンエピクロルヒドリン樹樹脂
１配合例６ロックウール（１５０μ）
９０ガラス繊維（テンプストランＥ，
ｌ９ＯＯｐ）７Ｎ型クラフトバルブ
２ポリアミドポリアミンエピクロルヒドリン樹脂
１以上の配合割
合は何れも重量％である。

使用した有機質結合剤及び結合助剤は下記の通りである
。ポリアクリルアミド 荒川化学工業社製、商品名Ａ−１１７ エチレン酢酸ビニル樹脂エマルジョン カネボウＮＳＣｌ商品名ベルタツクＦ 変性アクリル樹脂エマルジョン 東亜合成化学社製、商品名Ａｐ−５９５０ポリアミド
ポリアミンエピクロルヒドリン樹脂 荒川化学工業社製
、商品名アラフイツクス粉末フェノール樹脂 昭和ユニ
オン合成社製、ノボラック型フェノール樹脂、 商品名
ＢＲＰ （３）抄紙 配合例１〜６に示した抄紙原料組成物を固形成分として
それぞれを最終的に０．５重量％、水性分散液としてパ
ルパーで調合し、長網式抄紙機により抄紙し、続いて乾
燥して試料シートｌ〜６を得た。

以上のようにして得られた試料シート１〜８につき、次
の実験を行つてその物性を測定した。

実験１引張強度試験巾２０ＴｆＴ；Ｆｎｌ長さ１０ｈの
試料を相対湿度６５％、温度２０℃で一昼夜処理した後
、引張強度試験機（東洋ボールドウイン社製、テンジロ
ン）を用いて、クロスヘッドのスピード５−／分で測定
した。

実験２酸素指数の測定酸素指数方式燃焼試験機（スガ試
験機株式会社製）を用いて、ＪＩＳＫ７２Ｏｌに準拠し
評価した。

実験３耐熱性試験引張強度の測定と同サイズの試料を、
１５０゜Ｃ±２℃の恒温槽に入れ２時間処理し、続いて
相対湿度６５％、温度２０℃で一昼夜放置し、引張試験
と同等の方法により引張強度を求め、処理前と処理後の
強度保持率で評価した。

実験１，２，３の結果を表に示す。

試料３は、バルブ、セラミック繊維、ガラス繊維の合計
配合量が多いため、有機質結合剤を添加しなくても比重
を高くすれば強度を出すことができる。

しかし他の試料に比べて吸水、吸湿による強度低下があ
るが、抄紙後の樹脂処理によりこの点を解消することが
できる。実験４酸素指数の測定 試料１と４を用い、リン酸グアニジン水溶液をそれぞれ
の試料に対し１鍾量％固形分て処理して得られたそれぞ
れの試料の酸素指数は９５〜１００となり、高酸素濃度
の雰囲気でも燃焼しなかつた。

実験５電気絶縁性試験配合例３と５に示す抄紙原料組成
物３０ｆをそれぞれφ＝１７０Ｔ１ｒｍ丸型のタツピ戸
水試験機で成形し、１３０℃，３０分乾燥し比重０．４
４、厚み３Ｔｓｆｔの板状物よりなる試験片を試作した
。

続いて、相対湿度６５％、温度２０℃、％時間処理し、
絶縁抵抗計（安藤電気社製、■ＭＧ−１００）を用い、
ＪＩＳＣ６４８ｌに準拠て、３０℃における電気絶縁抵
抗値を測定した。配合例３による試験片は０．５×１０
１１Ω、配合例５による試験片は０．６×１０１１Ωで
、良好な電気絶縁性を有することを示した。以上の実験
の結果から本発明によるものが不燃性、耐熱性、良好な
電気絶縁性を有することがわかる。

したがつて各種電気部品、ヒーター部品、ガスケット、
バッキング等の高温で不燃又は高温て不燃かつ電気絶縁
性を必要とする分野に使用するに好適てあるとがわかる
。発明の効果 本発明によれば、実質的に非繊維粒子を含有しない繊維
長７０〜７００μのロックウールと、何れも繊維長２５
０〜７０００μのガラス繊維、セラミック繊維の少なく
とも一種よりなる繊維材料と、バルブ、有機質結合例の
少なくとも一種よりなる結合材料とよりなり、前記ロッ
クウールが５０〜９鍾量％、前記繊維材料と結合材料と
の合計が１０〜５踵量％で、全体の有機物含有量が１５
重量％以下である抄紙原料組成物を抄紙成形して成り、
抄紙原料組成物中のロックウール、ガラス繊維、セラミ
ック繊維は何れも無機質繊維であるがアスベストを使用
しないため、アスベストによる毒性の障害を排除するこ
とができ、取扱いが容易になる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 実質的に非繊維粒子を含有しない繊維長７０〜７０
   ０μのロックウールと、何れも繊維長２５０〜７０００
   μのガラス繊維、セラミック繊維の少なくとも一種より
   なる繊維材料と、パルプ、有機質結合剤の少なくとも一
   種よりなる結合材料とよりなり、前記ロックウールが５
   ０〜９０重量％、前記繊維材料と結合材料との合計が１
   ０〜５０重量％で、全体の有機物含有量が１５重量％以
   下である抄紙原料組成物を抄紙成形して成ることを特徴
   とする電気絶縁用無機質シート。 ２ 有機質結合剤が結合助剤を含むことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の電気絶縁用無機質シート。