JPS62115609A - 電気絶縁材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は耐熱性、機械的特性に優れ、且つフィルムの平
面性、取扱い作業性及び電気的緒特性に優れた電気絶縁
材料に関する。

従来、電気絶縁材料としてはその優れた耐熱性、機械的
特性、電気特性、加工性の故にポリエチレンテレフタレ
ートフイルムカ広り用いられている。

しかしながら、近年電気及び電子機器の小型化、軽量化
、高性能化が切望されるようになり、このためＫはポリ
エチレンテレフタレートの耐熱性（Ｗａ、連続許容温度
ｌ−□℃）では不充分でより優れた耐熱性を有する絶縁
材料が望まれている。

ポリエチレンナフタレートフィルムハコノ目的に適合し
た（２種、連続許容温度ｉｓｒ℃）比較的安価な絶縁材
料であり、例えば、特公昭！１３−３Ａ；コｔｏ号公報
、特公昭ｊｌＩ−１９コＱ号公報、特開昭グｔ−ＩＩＪ
ｉｑｔ号公報、特開昭４１　ｇ　−Ｑ　、？　：２００
号公報、特開昭ｌざ一！Ｊコタデ号公報、特開昭ダｆ−
／Ｊコ１００号公報、特開昭１Ｉ９−Ｊｊコ００号公報
、特開昭よ□−１３３コ７り号公報等にその特性が記載
されている。

このようにポリエチレンナフタレートフィルムは基本的
に優れた耐熱性、機械的特性及び電気的特性を有するこ
とは広く知られているが、フィルムの平面性、特にフィ
ルム厚みが薄くなった時顕在化してくるフィルム取扱い
時の作業性の改良及び高温例えば１２ｏｒ）。

における体積抵抗率で代表される電気特性の改良に関し
てはほとんど触れるところがない。

従ってポリエチレンナフタレートフィルムにおいてかか
る諸特性が高度に満足されるならば、より優れた電気絶
縁材料として広範囲に用いることができるためこれらの
諸特性の改良が望まれている。

（ハ）問題点を解決するための手段 本発明者らは上記実情に鑑みて、ポリエチレンナフタレ
ートフィルムについて鋭意検討を進めた結果、フィルム
の表面粗度及び該フィルムの溶融時の比抵抗がある特定
範囲にあるポリエチレンナフタレートフィルムを用いた
時これらの諸特性、即ちフィルムの平面性、フィルムの
取り扱い時の作業性の改良及び電気特性の改良が高度に
達成されることを知見し、本発明に到達したものである
。

即ち、本発明はフィルム表面の中心線平均粗さがｏ、ｏ
　ｏ　ｔ〜θ、０１μで、且つ溶融時の比抵抗がｊ　Ｘ
　１０’　〜、５−　Ｘ　１０”Ω−のである二軸配向
ポリエチレンナフタレートフィルムより成る電気絶縁材
料に存する。

以下本発明を更て詳細に説明する。

本発明でいうポリエチレンナフタレートとはその構成単
位が実質的にエチレンーコ、６−ナフタレート単位から
構成されているポリマーを指すが、少量例えば１０モル
チ以下好ましくはｊモルチ以下の第三成分くよって変性
されたエチレンーユ、６−ナフタレートポリマーも含ま
れる。

ポリエチレンナフタレートは一般にナフタレンーコ、６
−ジカルボ／酸又はその機能的誘導体例えばナフタレン
−，２，６−ジカルボン酸ジメチルとエチレングリコー
ルとを触媒の存在下で、適当な反応条件の下に縮合せし
めることによって製造される。この場合第三成分として
例えばアジピン酸、セバシン酸、フタル酸、イソフタル
酸、テレフタル酸、ナフタレンーコ、７−ジカルボン酸
等のジカルボン酸又はその低級アルキルエステル、Ｐ−
オキシ安息香酸の如きオキシカルボン酸又はその低級ア
ルキルエステル、あるいはプロピレングリコール、トリ
メチレングリコール、テトラメチレングリコール、ペン
タメチレングリコール、ヘキサメチレングリコール等の
コ価アルコール等ヲ挙げることができる。

本発明で用いるポリエチレンナフタレートは重合度が低
すぎると、機械的特性が低下するので、その極限粘度は
ｏ、ｌＩｏ以上好ましくはｏ、ｅｓ〜０．９０のものが
好ましい。

本発明においてはかかるポリエチレンナフタレートから
電気絶縁材料としてのフィルムを得るが、このためには
次のような方法を採用する。

即ち、通常、２ｇＯ〜３ユＯ℃の範囲の温度でポリエチ
レンナフタレートを押出機よりシート状に押し出し、ｇ
ｏｃ以下の温度に冷却して実質的に無定形のシートとし
、次いで該シート状物を縦及び横方向て少くとも面積倍
率でダ倍になる程度まで延伸して二軸配向フィルムを得
、更に該フィルムを１４０〜２５０℃の範囲の温度で熱
処理することＫよシ得ることができる。

本発明においてはこのようにして電気絶縁用二軸延伸ポ
リエチレンナフタレートフィルムを得るが、本発明にお
いてはかかるフィルムの溶融時の比抵抗はｊｘｌＯ？〜
ｓ×１ｏ１０Ω−αでなければならない。

即ち、本発明者らの知見によれば、従来知られているポ
リエチレンナフタレートフィルムの長期的なうねシ、即
ち平面性は必ずしも充分でなく、電気的特性例えば耐電
圧特性においてしばしばバラツキが生じるため信頼性に
欠けることがある。この平面性を改良する手段としては
ポリエチレンテレフタレートの場合には溶融ポリマーか
ら無定型シートを得るに際し、該シートて静電荷を与え
該シートを静電的に回転冷却ドラムて強く押しつける方
法、即ち静電印加冷却法が有効であることが知られてお
り、この効果を充分に発揮するため【は溶融ポリエチレ
ンテレフタレートの比抵抗を減ずれば良いこともまた良
く知られている。

しかしながらこれまでポリエチレンナフタレートについ
てはその有効性は具体的に確認されておらず、またその
好適な範囲についての言及もない。

一方ポリエチレンナフタレートフイルムの電気絶縁材料
としての特徴の一つはその優れた耐熱性廻あるが、本発
明者らは鋭意検討を重ねた結果、電気絶縁材料として必
要欠くべからざる特性の一つである高温時、例えばｌコ
ｏｃｖｃおける電気特性の代表値である体積抵抗率が溶
融時の比抵抗と強い相関性があることを見い出した。

本発明者らはこのフィルムの平面性と高温時における体
積抵抗率という電気絶縁材料として具備すべき重要な特
性が、いずれも溶融時の比抵抗と深い係シがあることを
知見し本発明に到達したものである。

即ち、本発明においてはポリエチレンナフタレートフィ
ルムの溶融時の比抵抗は５Ｘｉｏ７〜ｊ　Ｘ　／　０１
０Ｑ−”　、好Ｉ　Ｌ／＜　Ｉｔｉｔｏ”　〜ｓ　×ｔ
ｏ”Ω−鋸、更に好ましくはＡ　Ｘ　１０”　−ｊ　Ｘ
　１０１００−鋸でなければならない。

この値が！Ｘ１０’Ω−百未満の場合には、静電印加冷
却法を効果的に適用することができフィルムの平面性は
優れるものの、高温時だおける体積抵抗率が小さくなシ
ミ気絶縁材料としての価値を損ねるようになる。

一方この値が！；Ｘ１０”Ω−傭を越えるようになると
、高温時における体積抵抗率は著しく改良されるものの
、静電印加冷却法の効果が不充分でフィルムの平面性は
ほとんど改良されない。

ポリエチレンナフタレートにおいてこの比抵抗を所望の
値に調節するためには次のような方法を採用すれば良い
。

即ち、比抵抗を減するためにはポリエチレンナフタレ−
）Ｋ金属成分を可溶化せしめれば良く、このためには例
えばエステル交換反応触媒として用いられた金属元素あ
るいは必要に応じエステル交換反応又はエステル化反尾
、後に添加した金属元素て対し比較的少量例えば当モル
以下のリン化合物を添加する手段が好ましく採用される
。

一方、比抵抗を高めるためにはポリエチレンナフタレー
トに溶は込んでいる金属元素の量を減ずれば良く、具体
的には反応系に可溶な金属化合物の添加量を減するか、
あるいは金属化合物をかなυ多く用いたとしてもその大
部分をポリエチレンナフタレートに不溶の金属塩、例え
ばカルボン酸塩やリン酸塩、亜リン酸塩として沈殿せし
めれば良い。より具体的には、例えばエステル交換触媒
として用いたカルシウム、マンガン等の金属元素に対し
当モル以上のリン化合物を作用せしめることにより達成
することができる。

本発明においてはこのように特定範囲の比抵抗を有する
ポリエチレンナフタレートを得るために、製膜に供する
ポリエチレンナフタレートの比抵抗を予め調節しておく
必要があるが、このようにして得られたフィルムは無定
型シート作成時静電印加冷却法が効果的に適用できるた
め二軸延伸フィルムの平面性に優れ、また該フィルムは
高温時における電気特性特に体積抵抗率の改良に著しい
効果を発揮する。

次に本発明のポリエチレンナフタレートフィルムは、そ
の表面の平均線中心粗さがｏ、ｏ　ｏ　ｔ〜ｏ、ｏ　ｇ
μである必要がある。

従来ホＩＪ−１−チレンナフタレートフィルムを電気絶
縁材料として用いることは知られているものの、その化
学構造に由来する機械的特性、熱的特性及び電気的特性
に着目するあまり、実用上級も重要な特性である取り扱
い時の作業性についてはほとんど触れられていない。

本発明者らはポリエチレンナフタレートフィルムの取り
扱い作業性、即ちフィルム同志のブロッキングや工程通
過性について鋭意検討を進めた結果、この作業性はフィ
ルム表面の中心線平均粗さＲａ　（μ）と特に関係が深
いこと、またこのＲ＆の好ましい範囲はポリエチレンナ
フタレートフィルムの厚みと共に変化しフィルム厚みＴ
（μ）が薄くなればなるほど大きい値を必要とすること
を知見した。

即ち、本発明においてはフィルム表面の平均線中心粗さ
Ｒａ（μ）がｏ、ｏ　ｏ　ｔ　−ｏ、ｏ　ｒ好ましくは
０．０２〜０．０６である必要があるが。

更に好ましくは該フィルムの厚さＴ（μ）との間に次の
関係式が満足されることが望ましい。

０．０．７　　　　　　　　　　　　ｏ、ｉ　　ｒ□≦
Ｒａ≦□ ＴＯｄ　　　　　　７０．２ より好ましくは、Ｒａ　（μ）とＴ（μ）との間に次の
関係式が満たされることが望ましい。

０．０　’Ｉ　　　　　　　　　　　　Ｏ，／１丁≦８
“≦］π Ｒａ　　の値が０．００　ｇ　ｐ未満になると、フィル
ム同志のブロッキングが許容し得ない程度にまで大きく
なるし、またフィルムと基材との間の滑υ性が悪化し工
程通過性が著しく悪化してしまう。

一方Ｒ＆　の値が０．０　ｔμを越えるようになると取
シ扱い作業性は最早よシ改良されることはないばかシか
、フィルム表面の荒れが大きくなシ過ぎるために電気絶
縁材料として備えておくべき電気特性、例えば耐電圧特
性が悪化するようになる。

なお本発明におりては、通常フィルム厚みは二〇〜３０
０μ、好ましくは３０〜コ５゜μ、更に好ましくは！θ
〜−〇〇μの範囲から選定される。

このように本発明においてはフィルム表面の中心線平均
粗さがある特定の範囲にある必要があり、好ましくはフ
ィルム厚みとの関係で決る更に限定された範囲にあるこ
とが望ましいが、かかる表面粗さを得るためには次のよ
うな方法を採ると良い。

即ち、一般的には製膜に供するポリエチレンナフタレー
トに微細な不活性化合物を配合する方法が好ましく採用
される。かかる方法の中の一つにポリエチレンナフタレ
ート製造時て反応系内に溶存している金属化合物、例え
ばエステル交換反応後系内に溶存している金属化合物に
リン化合物等を作用させて微細な粒子を析出させる方法
、いわゆる析出粒子法がある。この方法は簡便で工業的
に容易に採用し得るが、同時にポリマーの溶融時の比抵
抗が変化するため、本発明においてはフィルム表面の適
度な表面粗さと両立させることがかなり困難であり、ま
た析出粒子量には限りがあるため今一つのいわゆる添加
粒子法が好ましく用いられる。

添加粒子法とはポリエステル製造工程から製欣前の押出
工程のいずれかの工程でポリエステルに不活性な微細゛
粒子を配合せしめる方法であり、この不活性微粒子とし
ては例えば、カオリン、メルク、炭酸マグネシウム、炭
酸カルシウム、炭酸バリウム、硫酸カルシウム、硫酸バ
リウム、リン酸リチウム、リン酸カルシウム、リン酸マ
グネシウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ累酸化チタン
等から選ばれた１種以上の金属化合物あるいはカーボン
ブラック等を挙げることができるがこれらに限定される
ものではない。

この不活性化合物の形状は球状、塊状あるいは偏平状の
いずれであっても良く、またその硬度、比重、色等につ
いても特に制限はない。該不活性化合物の平均粒径は通
常等価球直径で０．／−１０μ、好ましくは０．３〜３
μの範囲から選ばれる。またそのフィルムに対する配合
量は０．０１−／重量％、好ましくはθ、ｏ　ｓ〜ｏ、
ｇ重量％、更に好ましくはｏ、ｉ〜０．５重量％の範囲
から選択される。

以上詳述した通り、本発明はポリエチレンテレフタレー
トに比べ機械的特性、熱的特性に優れたポリエチレンナ
フタレートフィルムを電気絶縁材料として用いるに際し
、従来認識されていなかった緒特性、即ちフィルムの平
面性、高温における電気特性及び特にフィルム厚みが薄
くなった時顕在化してくるフィルム取り扱い時の作業性
の改良について検討を加えた結果、フィルムの平均線中
心粗さと溶融時の比抵抗をある特定範囲に保つならば。

これらの特性が一挙に改良され電気絶縁材料として極め
て優れ友ものとなることを見い出したものであって、本
発明の工業的価値は大きい。

（ホ）実施例 以下本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発
明はその要旨を越えない限り以下の実施例に限定される
ものではない。

なお諸物性の測定法は次の方法によった。

中心線平均粗さＲａ　（μ）：小板研究所社製表面粗さ
測定器（８Ｅ−ＪＦＫ）によって次のようｋして求めた
。即ちフィルム断面曲線からその中心線の方向に基準長
さＬ（コ、ｊｓｍ）の部分を抜き取り、この抜き取シ部
分の中心線をＸ軸、縦倍率の方向をＹ軸として粗さ曲線
ｙｗｔ００で表わした時、次の式で与えられた値をμ（
ミクｎン）で表わす。但し、触針の先端半径は一μ、荷
重は３０ｍ９とし、カットオフ値はｇｏμである。　Ｒ
ａは縦方向に５点、横方向に５点の計ｉｏ点の平均値を
求めた。

作業性；製膜工程における巻き取シ作業性及びその後の
工程通過性を総合し、次の三ランクに分けた。

Ａ　スムース圧巻き取ることができ、その後の工程通過
性も良好である。

Ｂ　はぼ問題なく巻き取ることができ、その後の工程通
過性も概ね良好であるが、人に比ベスムースさに劣る。

Ｃ巻き取シ工程でシワが入っ友り、端面が不揃いてなっ
たシすることがある。また工程通過性が不良でしばしば
ラインがストラグしたシすることがある。

溶融時の比抵抗：ブリティッシジアーナルオブアプライ
ドフィジックス（Ｂｒ１ｔ、　Ｊ、　ＡｐｐＬ　Ｐｈｙ
ｓ　）＠ｌ’ｙ巻、第１／ダデ〜１ｔｓｔＩ頁（１９１
，４年）に記載しである方法。但しこの場合ポリマーの
７６融温度はユｑ５℃とし直流／、０００　Ｖを印加し
た直後の値を溶融時の比抵抗とする。

フィルムの平面性：フィルムの縦方向１０００ｍ毎のｉ
ｏケ所の各々について、横方向ｉ。

−毎に１０点、合計ｉｏｏ点のフィルム厚みを測定する
。

フィルムの厚みの測定は安置電子製マイクロメーターを
用いて行ない、該当する箇所の周辺のフィルムを１０枚
重ねて測定し１枚尚りに換算する。

すべての測定値のうち最大値をＸｍａｘ、最この値は小
さいほど好ましい。

絶縁破壊の強さ：　ＪＩＳ　ＣＺＪ／！ニー／９４＆　
　交流短時間昇圧法によった。

体積抵抗率：　ＪＩＳ　Ｃコ、３ｔｇ−ｔｑｂ／、　　
Ｋ基づき振動容ｉ型を用いて測定した。測定温度はｌコ
。

Ｃである。

実施例／ （ポリエチレンナフタレートの製造） ナフタレンーー、６−ジカルボン酸ジメチルｉｏｏ部、
エチレングリコール６ｏ部及び酢酸カルシウム−水塩０
．１部を反応器にと９工ステル交換反応を行なった。即
ち反応開始温度を！ＩＱ℃とし、メタノールの留出と共
に徐々に反応温度を上昇せしめＶ時間後ユ３ｏｃに達せ
しめ実質的にエステル交換反応を終了せしめた。

次いでリン酸θ、θダ部を添加した後、平均粒径Ｏｇμ
のカオリン０．．３０部及び三酸化アンチモンｏ、ｏｔ
Ｉ部を添加し常法によシ重縮合反応を行なった。即ち温
度を徐々に高めると共に圧力を常圧よシ徐々に減じ、二
時間後温度は−デ□Ｃ１圧力は０．３圏Ｈ？とした。

反応開始後亭時間を経た時点で反応を停止し、窒素加圧
下ポリエチレンナツタＶ−）を吐出せしめた。

得られたポリエチレンナフタレートの極限粘度は０．＆
Ｊ、溶融時の比抵抗はハユ×ｉｏ”Ω−譚であシ、その
一部をとって顕微鏡下校子の分散状態を観察したところ
、添加したカオリンが極めて均一に分散していることが
確認された。

（ポリエチレンナフタレートフィルムの製造）次に得ら
れたポリエステルをユｑｓｃで押出機よりシート状に押
出し静電印加冷却法を用いて無定形シートとした。この
時の静電印加の条件は次の通シである。即ち、プラス電
極として直径０，１ｍのタングステン線を用い、これを
回転冷却ドラムの上面にシートの流れと直角方向Ｉｃ張
り、これに直流電圧的９　ＫＶ　　を印加した。

回転冷却ドラムの速度をＪ　Ｏｍ　７分とし、得られた
無定形フィルムを縦方向ｖｃ３．ｌ１倍、横方向に、７
．７倍延伸し厚さＳＯμのフィルムを得、たが、該二軸
延伸フィルムの厚みむらはｏ、ｉｒと小さく充分に満足
し得るものであった。

また該フィルムの中心線平均粗さは０．０　／　３μで
手触υも良く工程通過性に富むものであった。

これらの結果を電気特性の測定結果と共に第１表に示す
が、電気絶縁材料として優れた特性を有していた。

実施例コ、３及び比較例／　−４ 実施例１においてエステル交換反応終了後添加するリン
酸及び無機化合物の条件を変える他は実施例１と同様に
してポリエチレンナフタレートを得た。

次いで該ポリエステルを用い実施例１と同様にして二軸
延伸フィルムを得、特性を評価した。

得られた結果を第１表に示す。

実施例−１Ｊは実施例／と同様、溶融時の比抵抗及びフ
ィルムの中心線平均粗さが適正な範囲にめる二軸配向ポ
リエチレンナフタレートフィルムの例であるが、この場
合フィルムの取り扱い作業性に優れており、しかもフィ
ルムの平面性及び電気特性も良好であるため電気絶縁材
料として極めて適したものであった。

これに対し比較例１は溶融時の比抵抗は適正な範囲にあ
るものの、フィルムに適度な表面粗度を与える不活性微
粒子が配合されておらず、フィルムの中心線平均粗さが
小さ過ぎるため、フィルム同志のブロッキングが著しく
また工程通過性が著しく悪く実用に耐えないものであっ
た。

地紋例コは溶融時の比抵抗が低過ぎるため、高温時の体
積抵抗率が極めて低く、ま之比較例３は逆に溶融時の比
抵抗が高過ぎるため静電印加冷却法が有効に適用できず
フィルムの平面性が悪化することを示している。この場
合柱々にして絶縁破壊電圧が低下してしまう。

また比較例ダはフィルムの中心線平均粗さが所望の値上
り高過ぎる場合の例であるが、絶縁級ｆｌｉ電圧が低下
してしまい、電気絶縁材料としては不適切なものとなっ
てしまう。

実施例弘 実施例１においてフィルム厚みを５μ、ｌＯμ、ｉｏｏ
μと変えて二軸延伸フィルムを得、その中心線平均粗さ
を測定したところいずれもθ、０　／　！；μであった
。しかしながら実施例１のＳＯμ厚みのフィルムを含め
たこれらのフィルムの取り扱い作業性には差異が認めら
れた。

即ち、ＳＯμ及び１００μのフィルムの取シ扱い作業性
は良好で、フィルム同志のブロッキングもほとんど認め
られなかったが、５μ及びｌＯμのフィルムの場合はフ
ィルム同志のブロッキングが大きく工程通過性もやや劣
るものであった。

従って、本願発明で明らかにした中心線平均粗さＲａ　
（μ）とフィルム厚さＴ（μ）との関係が満たされてい
ることが好ましいことが判る。

出願人　　ダイアホイル株式会社 代理人　　弁理士　長谷用　　− ほか１名

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）フィルム表面の中心線平均粗さが０．００８〜０
   ．０８μで、且つ溶融時の比抵抗が５×１０＾７〜５×
   １０＾１０Ω−ｃｍである二軸配向ポリエチレンナフタ
   レートフィルムより成る電気絶縁材料。