JPS6228166B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は電気絶縁用特に注型用などの用途に適
したエポキシ樹脂組成物に関するものである。 エポキシ樹脂は硬化物の電気的性質、機械的性
質が優れていることに加え多くの被着体に対して
高い接着力を有し、さらに硬化時の収縮が小さく
クラツクを生じにくいなどの特長を有するため電
気絶縁材料として賞用されている。特にフライバ
ツクトランス（以下FBTとする）やイグニツシ
ヨンコイルなど高圧電気部品の絶縁処理即ち含浸
注型用としては、無機質充てん剤を30〜50重量％
含有するエポキシ樹脂組成物が広く用いられてい
る。 このような高圧電気部品の分野では、絶縁性
能、巻線間への含浸性、耐クラツク性など従来か
ら要求されている特性に加えて、最近では部品の
小型軽量化を目的に放熱性能の優れた樹脂あるい
は硬化時間を大幅に短縮できる樹脂の開発が強く
望まれるようになつてきた。一般に、無機質充て
ん剤はエポキシ樹脂などの有機物に比べて熱伝導
率が１桁大きいので、エポキシ樹脂組成物の放熱
性能を向上させるには無機質充てん剤（以下充て
ん剤とする）を大量に配合することが有効であ
る。しかしながら、従来の技術では充てん剤を大
量に配合すると粘度が上昇するため含浸性が悪化
し、粘度上昇を少なくするため粒径の大きい充て
ん剤を用いると、樹脂が硬化するまでに充てん剤
が著しく沈降するため硬化物の上部と下部とで組
成の差を生じ、ひいてはクラツクを生じやすくな
るという問題があつた。 また、従来技術では樹脂の硬化時間を大幅短縮
しようとすると、硬化時の発熱が大きくなるた
め、クラツクを生じたり、あるいは耐熱性の観点
から使用部品が制限されるなどの問題があつた。 本発明はこのような背景のもとになされたもの
であり、その目的とするところは巻線間への含浸
性、放熱性能に優れしかも硬化時に生じる充てん
剤の沈降が極めて少なく、更には樹脂の硬化時間
を大幅に短縮でき、加えて絶縁性即ち電気的性質
の優れたエポキシ樹脂組成物を提供することにあ
る。 本発明者らは、上述の目的を達成するべく鋭意
検討した結果、エポキシ樹脂に特殊な化学構造を
有する反応性希釈剤を併用し、更に特定の充てん
剤を特定の範囲内で配合することによつて上記の
ような互に相反する特性をいずれも満足できるこ
とを見出し、本発明に至つた。 即ち本発明は、(A)分子内に１個より多くのエポ
キシ基を有するエポキシ樹脂、(B)式(1)で表わされ
る反応性希釈剤及び／又は式(2)で表わされる反応
性希釈剤、 （但し、Ｒはアルキル基、アルケニル基又はアリ
ール基である） (C)水和アルミナ（C1）及び／又は二酸化珪素
（C2）からなる充てん剤成分（ただし（C1）＋
（C2）＝(C)）、(D)炭酸カルシウム系充てん剤および
(E)エポキシ樹脂と反応性希釈剤の混合物を硬化さ
せるのに十分な量の酸無水物系硬化剤を含有する
エポキシ樹脂組成物であつて、 0.04＜(B)／(A)＋(B)＜0.3 (3) 1.1＜(C)＋(D)／(A)＋(B)＋(E)＜3.0(4) 0.03＜(D)／(C)＋(D)＜0.25 (5) を満足する範囲内に配合されてなるエポキシ樹脂
組成物に関するものである。 本発明において用いられる分子内に１個より多
くのエポキシ基を有するエポキシ樹脂としては例
えばビスフエノールＡとエピハロヒドリンとから
得られるビスフエノールＡ型エポキシ樹脂、ビス
フエノールＦとエポハロヒドリンとから得られる
ビスフエノールＦ型エポキシ樹脂、フタル酸、テ
トラヒドロフタル酸、ヘキサヒドロフタル酸、セ
バチン酸、ドデカン二酸等のポリカルボン酸のグ
リシジルエステル、１・４−ブタンジオール、
１・６−ヘキサンジオール、ポリエチレングリコ
ール、ポリプロピレングリコール、トリメチロー
ルプロパン等の多価アルコールのグリシジルエー
テル、３・４−エポキシシクロヘキサメチル
（３・４−エポキシシクロヘキサン）カルボキシ
レートで代表される脂環族エポキシ樹脂、液状ポ
リブタジエンのエポキシ化物等を挙げることがで
きる。 本発明で用いられる反応性希釈剤は式(1)又は式
(2)で表わされる化学構造を有することが必要であ
る。 （但し、Ｒはアルキル基、アルケニル基又はアリ
ール基である） 式(1)又は式(2)で表わされる反応性希釈剤として
は例えばブチルグリシジルエーテル、アリルグリ
シジルエーテル、フエニルグリシジルエーテル、
オレイン酸グリシジルエステル、第３級カルボン
酸グリシジルエステル等を挙げることができる。
式(1)で表わされる反応性希釈剤と式(2)で表わされ
る反応性希釈剤とは併用してもよい。 本発明において反応性希釈剤の化学構造が限定
される理由は、エポキシ樹脂組成物の含浸性に影
響を与えるからである。即ち、各種ジオールのジ
グリシジルエーテルあるいは各種カルボン酸のジ
グリシジルエステル等の多官能性の反応性希釈剤
では、含浸性が悪化するため不適当である。これ
は多官能性希釈剤の場合にはエポキシ樹脂と反応
性希釈剤との混合物が示す表面張力が高いためと
推定される。 本発明で用いられる酸無水物系硬化剤としては
例えばメチルテトラヒドロ無水フタル酸、メチル
ヘキサヒドロ無水フタル酸、無水フタル酸、ヘキ
サヒドロ無水フタル酸、エンドメチレンテトラヒ
ドロ無水フタル酸、ドデセニル無水コハク酸、オ
クテニル無水コハク酸、ポリアゼライン酸ポリ無
水物等が挙げられる。その使用量は本発明のエポ
キシ樹脂と反応性希釈剤の混合物を硬化させるの
に必要にして十分な量であればよい。即ち、エポ
キシ樹脂と反応性希釈剤に含まれるエポキシ基１
当量に対して0.6〜1.2当量の範囲が好ましく、0.7
〜1.0当量の範囲がより好ましい。 なお、本発明においては、硬化反応を促進する
ためにイミダゾール及びその誘導体、第３級アミ
ン類などの硬化剤促進剤を必要に応じて用いても
よい。その添加量は特に制限されない。 次に充てん剤成分について説明する。 本発明においては水和アルミナ及び／又は二酸
化珪素からなる充てん剤成分と炭酸カルシウム系
充てん剤とを含有することが必要である。本発明
において、水和アルミナは市販品を用いることが
でき、好ましくは平均粒径が20〜80μｍのもので
あり、更に好ましくは平均粒径が20〜80μｍで、
かつ５〜100μｍの範囲内に水和アルミナ全体の
うちの80重量％以上が含まれるような粒度分布を
有するものである。平均粒径が20μｍより小さく
なると組成物の粘度が上昇する傾向がある。一
方、平均粒径が80μｍより大きくなると硬化中の
充てん剤成分の沈降を生じる傾向がある。また、
５〜100μｍの範囲内の粒子径を有するものが水
和アルミナ全体のうちの80重量％より少なくなる
と組成物の流動性が劣る傾向にある。これは５μ
ｍ未満の微粒子が原因で80％未満となる場合に観
察されるばかりでなく、100μｍを超える粗粒子
が原因で80％未満となる場合にも同様な現象が観
察されることから、充てん剤の粒度分布のバラン
スが崩れるため、流動性が劣るものと考えられ
る。 本発明で用いられる二酸化珪素には結晶性シリ
カ、溶融シリカ、珪砂などがあり、いずれも市販
のものを用いることができる。好ましくは平均粒
径が15〜50μｍであり、更に好ましくは平均粒径
が15〜50μｍで、かつ3.5〜80μｍの範囲内に二
酸化珪素全体のうちの80重量％以上が含まれるよ
うな粒度分布を有するものである。二酸化珪素の
平均粒径及び粒度分布に好ましい範囲がある理由
は、上述の水和アルミナの場合と同様である。 本発明で用いられる炭酸カルシウム系充てん剤
とは炭酸カルシウムを95重量％以上含有するもの
で市販のいわゆる炭酸カルシウムはそのほとんど
が該当する。好ましくは平均粒径が0.5〜10μｍ
のものであり、更に好ましくは平均粒径が0.5〜
10μｍであり、かつ0.2〜25μｍの範囲内に全体
のうちの80重量％以上が含まれるような粒度分布
を有するものである。平均粒径が0.5μｍ未満と
なると組成物の粘度が上昇し、また含浸性に劣る
ので好ましくない。一方、平均粒径が10μｍを超
えると充てん剤成分の沈降を抑制する効果が失わ
れる傾向がある。 本発明になるエポキシ樹脂組成物においては、
水和アルミナ、二酸化珪素及び炭酸カルシウム系
充てん剤のいずれもが上記の好ましい範囲の平均
粒径を有することが好ましい。また、本発明にな
るエポキシ樹脂組成物においてこれらのいずれも
が、上記の粒度分布を有することが更に好まし
い。 本発明において炭酸カルシウム系充てん剤を使
用する最大の目的は、充てん剤成分の沈降を抑制
することにある。従来、樹脂成分中に分散された
充てん剤成分の沈降を防止するには超微粒子のコ
ロイダルシリカ、タルク、アスベストなどが用い
られてきた。本発明者らはこれらの沈降抑制につ
いても検討したが、コロイダルシリカを用いると
沈降抑制に大きな効果を発揮するが、反面巻線間
への樹脂の含浸性が著しく悪くなるという重大な
欠点を有し、また、本発明で用いる炭酸カルシウ
ム系充てん剤と同一配合量のタルクを用いた場合
には組成物の粘度が高くなるにも拘らず沈降抑制
効果は小さいものしか得られず、更にアスベスト
系の充てん剤は安全上の見地から好ましくない。 ところが、本発明者らは、特定の粒子径を有す
る炭酸カルシウム系充てん剤を比較的少量用いる
ことによつて、粘度上昇が少なく、優れた沈降抑
制効果を示し、かつ、含浸性に影響を与えること
がないという特性バランスが極めて優れたエポキ
シ樹脂組成物が得られることを見出し、本発明を
完成するに至つた。 次に、本発明を構成する各成分の量について説
明する。本発明で用いられるエポキシ樹脂を(A)、
反応性希釈剤を(B)、水和アルミナ（C1）及び／
又は二酸化珪素（C2）からなる充てん剤成分を
(C)（ただし（C1）＋（C2）＝(C)）、炭酸カルシウム
系充てん剤を(D)、酸無水物系硬化剤を(E)とすると
きに、各成分の量は次の式(3)、式(4)、式(5)で表わ
される範囲内にあることが必要である。 0.04＜(B)／(A)＋(B)＜0.3 (3) 1.1＜(C)＋(D)／(A)＋(B)＋(E)＜3.0(4) 0.03＜(D)／(C)＋(D)＜0.25 (5) 式(3)は反応性希釈剤成分の量を規定するもので
あり、この値が0.04以下になると表面張力を小さ
くする効果が少なくなるため含浸性を悪化させる
ので不適当であり、一方、0.3以上になると樹脂
の架橋密度が低下して電気的な性質が著しく悪く
なるため不適当である。これらの点から式(3)の好
ましい値は0.05以上0.25以下である。 式(4)は充てん剤成分の量を規定するものであ
る。本発明の主要な目的の一つは放熱性能を高め
ることにあり、この点から式(4)の値は1.1より大
きいことが必要である。しかしながらこの値が
3.0以上になると組成物の流動性即ち作業性が著
しく悪くなり、また、含浸性が悪化するため不適
当である。 式(5)は炭酸カルシウム系充てん剤の量を規定し
たものであり、この値が0.03以下になると充てん
剤の沈降を抑制する効果が小さくなるため不適当
であり、一方、0.25以上になると得られる硬化物
の比誘電率が高くなり、特に高圧電気部品用とし
ては不適当となる。 次に水和アルミナ（C1）の好ましい配合量に
ついて説明する。水和アルミナは得られる組成物
を難燃化し、また硬化物の耐アーク性、耐トラツ
キング性を向上させるのに著しい効果があるがそ
の反面、配合量過多の場合には硬化物の誘電特
性、特に比誘電率が悪くなるのに加えて耐湿性が
悪くなる。上述の諸特性は組成物中に占める充て
ん剤量によつても変化するため、本発明において
水和アルミナ（C1）の好ましい配合量は、横軸
に式(4)の値、縦軸に｛（C1）／（C1）＋（C2）｝の
値をとりこれらを（(C)＋(D)／(A)＋(B)＋(C)、（Ｃ１
）／（Ｃ１）＋（Ｃ２））で 表わすとき、（1.1、0.27）、（2.0、0.16）、（3.0、
0.11）、（3.0、0.20）、（2.0、0.50）、（1.4、1.0）
、
（1.1、1.0）の各点を結んで得られる範囲内、即
ち第１図のａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇを結んだ
範囲内である。この範囲外では上述した難燃性、
耐アーク性、耐トラツキング性、誘電特性、耐湿
性のバランスが劣る傾向がある。 本発明になるエポキシ樹脂組成物には必要に応
じて他の充てん剤、難燃剤、カツプリング剤、硬
化促進剤、着色剤などを加えてもよい。他の充て
ん剤としては例えば、クレー、タルク、水酸化マ
グネシウム等があり、難燃剤としてはハロゲン化
合物、酸化アンチモン化合物、赤リン、リン酸エ
ステル類、メラミン誘導体等があり、カツプリン
グ剤としては例えばエポキシシランなどのシラン
カツプリング剤があり、硬化促進剤としては例え
ば２−エチル−４−メチルイミダゾール、１−シ
アノエチル−２−エチル−４−メチルイミダゾー
ル、２−フエニル−４−メチルイミダゾールなど
のイミダゾール類、ベンジルジメチルアミン、
２・４・６−トリス（ジメチルアミノメチル）フ
エノールなどの第三級アミン類があり、着色剤と
してはベンガラ、カーボンブラツク等が例示され
る。 本発明になるエポキシ樹脂組成物はFBT、イ
グニツシヨンコイル、各種電源トランス、ソレノ
イドコイル、電磁クラツチ用コイルなどの注型用
として使用することができる。この際１〜20mm
Hgの真空下、樹脂温度50〜90℃で真空注入する
のが好ましく、その後90〜120℃の温度で２〜10
時間かけて硬化させることが好ましい。 以下、本発明の内容を実施例で示す。実施例中
「部」は重量部、「％」は重量％を示すものとす
る。各特性項目はそれぞれ以下に示す方法で測定
したものである。 (1) 充てん剤の粒度分布：島津製作所製セデイグ
ラフ5500Lで測定した。 (2) 粘度：Ｂ型回転粘度計で測定した。 (3) 表面張力：協和科学製表面張力測定器Ａ−１
型で測定した。 (4) 硬化発熱：200mlのガラスビーカに試料200ｇ
を注入し、その中心部に熱電対をセツトし、70
℃で２時間、ついで30分間で110℃に昇温し試
料が硬化するまで最高発熱温度を測定した。 (5) 硬化物の沈降性：10cmの深さに試料を注型
し、上記の硬化条件で硬化させた後、硬化物の
上端及び下端各１cmの部分の灼熱残渣を測定
し、上下間の差を求めた。差が大きいほど硬化
中の充てん剤の沈降が大きいことを示す。 (6) 含浸率：変性ポリフエニレンオキサイド製の
ボビンに直径0.05mmのエナメル線を300ターン
巻付けたモデルコイルを試料で注型し、(4)に示
した条件で硬化させた後、中央部を切断、研磨
し、巻線間への試料の含浸率を顕微鏡で観察し
て求めた。 (7) 電気特性：JIS C2104に従つて比誘電率及び
誘電正接は周波数10KHzで測定した。体積抵
抗率は直流500V印加して測定した。 (8) 熱伝導率：厚さ10mmの試料を用いてダイナテ
ツク社製TCHN−１型で測定した。 (9) 難燃性：UL規格に準じ、厚さ1.55mmの試料
で評価した。 (10) 耐湿性：厚さ２mmの試験片を沸とう水中に４
時間浸漬した後、表面の水分を拭きとつて電気
特性を測定した。 参考例 １ 表１に示す配合でNo.1〜８の組成物（数字の
単位は重量部である。以下同じ）を作成し、特に
充てん剤量及び炭酸カルシウム量と組成物の粘
度、硬化物の沈降性を評価した。

【表】

【表】 参考例 ２ 表２に示す配合でNo.9〜13の組成物を作成
し、特に充てん剤量と硬化発熱の関係を評価し
た。また、一部の組成物については熱伝導率を測
定した。

【表】

【表】 参考例 ３ エポキシ樹脂エピコート828を各種反応性希釈
剤で希釈した場合の表面張力を測定し、その結果
を表３に示す。

【表】 参考例 ４ 表４に示す配合でNo.21〜No.27の組成物を作
成し、充てん剤の組成及び量と硬化物の誘電特
性、耐湿性の関係を評価した。

【表】

【表】 参考例 ５ 表５に示す配合でNo.28〜No.33の組成物を作
成し、充てん剤の粒度と粒度及び流動性の関係を
評価した。

【表】 実施例 １ 表６に示す配合でNo.34〜No.39の組成物を作
成し、諸特性を評価した。なお、No.38、No.39
は比較例である。

【表】 実施例 ２ 表７で示す配合でNo.40〜No.45の組成物を作
成し、諸特性を評価した。なお、No.43〜45は比
較例である。

【表】

【表】 上記の説明、参考例及び実施例から明らかなよ
うに本発明になる樹脂組成物は充てん剤が大量に
配合されているにもかかわらず粘度が低く、巻線
間への含浸性が優れ、しかも硬化中の充てん剤の
沈降を極めて少なくすることができる。更に本発
明になる樹脂組成物は熱伝導率が大きく、放熱性
能が優れているため硬化中の発熱を小さくするこ
とができるので、硬化時間を大幅に短縮できると
ともに、本樹脂組成物によつて含浸、注型処理さ
れた高圧電気部品は動作中の熱の蓄積が少ないと
いう特長を有する。 従つて、フライバツクトランス、イグニツシヨ
ンコイルなどの高圧電気部品の含浸、注型用とし
て特に好ましい他、高い放熱性能が要求される電
気、電子部品の注型用として有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、横軸に式(4)の値即ち充てん剤量を、
縦軸に水和アルミナと二酸化珪素の量の和に対す
る水和アルミナの量をとり、本発明における水和
アルミナ量の好ましい範囲を示したものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (A)分子内に１個より多くのエポキシ基を有す
   るエポキシ樹脂、(B)式(1)で表わされる反応性希釈
   剤及び／又は式(2)で表わされる反応性希釈剤、 （但し、Ｒはアルキル基、アルケニル基又はアリ
   ール基である） (C)水和アルミナ（C1）及び／又は二酸化珪素
   （C2）からなる充てん剤成分（ただし（C1）＋
   （C2）＝(C)）、(D)炭酸カルシウム系充てん剤および
   (E)エポキシ樹脂と反応性希釈剤の混合物を硬化さ
   せるのに十分な量の酸無水物系硬化剤を含有する
   エポキシ樹脂組成物であつて、 0.04＜(B)／(A)＋(B)＜0.3 (3) 1.1＜(C)＋(D)／(A)＋(B)＋(E)＜3.0(4) 0.03＜(D)／(C)＋(D)＜0.25 (5) を満足する範囲内に配合されてなるエポキシ樹脂
   組成物。 ２ 水和アルミナ（C1）の配合量が第１図の
   ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇを結んだ範囲内にあ
   る特許請求の範囲第１項記載のエポキシ樹脂組成
   物。 ３ 水和アルミナ（C1）の平均粒径が20〜80μ
   ｍ、二酸化珪素（C2）の平均粒径が15〜50μ
   ｍ、かつ(D)炭酸カルシウム系充てん剤の平均粒径
   が0.5〜10μｍである特許請求の範囲第１項又は
   第２項記載のエポキシ樹脂組成物。 ４ 水和アルミナ（C1）の平均粒径が20〜80μ
   ｍであり、かつ５〜100μｍの範囲内に80重量％
   以上が含まれ、二酸化珪素（C2）の平均粒径が
   15〜50μｍであり、かつ3.5〜80μｍの範囲内に
   80重量％以上が含まれ、(D)炭酸カルシウム系充て
   ん剤の平均粒径が0.5〜10μｍであり、かつ0.2〜
   25μｍの範囲内に80重量％が含まれる特許請求の
   範囲第１項又は第２項記載のエポキシ樹脂組成
   物。