KR100833526B1 - 전해콘덴서용 절연판 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전해 콘덴서에 사용되는 절연판에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 대용량, 고내압의 전해콘덴서의 리드를 고정하기 위하여 사용되는 절연판에 관한 것이다.
본 발명에 따른 전해콘덴서용 절연판은, 전해액으로 함침된 콘덴서소자를 내장하는 외장케이스를 가지며, 양음전극(리드)을 고정하기 위해 사용되는 전해콘데선용 절연판에 있어서, 상기 절연판은 상층, 중간층 및 하층으로 구성되며, 상기 상층은 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트)필름층 또는 불소코팅층으로 이루어지고, 상기 중간층은 열경화성수지로 함침된 크라프트지가 적층된 절연층으로 이루어지고, 상기 하층은 합성고무(EPT, 에틸렌 프로필렌 타포리머)로 이루어지며, 상기 열경화성수지는 염소성분이 제거된 페놀수지, 멜라민수지 및 인산 에스테르가 혼합된 혼합물인 것을 특징으로 하여 이루어진다.
페놀수지, 멜라민 수지, 인산 에스테르, 절연판, 전해콘덴서
Description
본 발명은 전해 콘덴서에 사용되는 절연판에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 대용량, 고내압의 전해콘덴서의 리드를 고정하기 위하여 사용되는 절연판에 관한 것이다.
일반적으로 전해 콘덴서는 절연판 위에 리드가 고정되어 있고, 이러한 리드에 두개의 박막상의 알루미늄전극이 유전체를 사이에 두고 평행하게 권취되어 있는 형상으로 된다.
여기서, 절연판은 전해 콘덴서의 작동과정에서 발생되는 열로 인하여 자체에 함유되어 있는 염소이온이 분리되면서 리드 및 알루미늄 전극에 침투되어 절연을 파괴시키기도 하고 용량을 감퇴시키기도 하며 단선, 단락으로 고장을 일으키게 하는 등의 문제가 있다.
절연판은 상온에서 염소성분이 제거된 페놀을 주성분으로 하는 열경화성 수지 저장조에 0.2㎜ 내지 0.25㎜ 두께의 크라프트지를 담가 함침시켜 고온 건조후 적층하여 적당한 크기로 가공하여 전해 콘덴서의 절연판으로 사용하게 된다.
이와 같은 종래의 전해콘덴서용 절연판에 사용되는 열경화성 페놀 수지만으로는 기계적 강도 및 난연문제 그리고 절연성능의 향상을 가져오지 못하는 문제를 가지고 있다.
상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 절연판에 염소분이 거의 없도록 함으로써 전기적 특성과 고압 대용량의 전해콘덴서용 절연판으로 사용되기 충분한 내압강도를 제공할 수 있도록 하며 또한, 난연성분을 추가하여 난연성을 보강한 전해콘덴서용 절연판을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 전해콘덴서용 절연판은, 전해액으로 함침된 콘덴서소자를 내장하는 외장케이스를 가지며, 양음전극(리드)을 고정하기 위해 사용되는 전해콘데선용 절연판에 있어서, 상기 절연판은 상층, 중간층 및 하층으로 구성되며, 상기 상층은 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트)필름층 또는 불소코팅층으로 이루어지고, 상기 중간층은 열경화성수지로 함침된 크라프트지가 적층된 절연층으로 이루어지고, 상기 하층은 합성고무(EPT, 에틸렌 프로필렌 타포리머)로 이루어지며, 상기 열경화성수지는 염소성분이 제거된 페놀수지, 멜라민수지 및 인산 에스테르가 혼합된 혼합물인 것을 특징으로 하여 이루어진다.
여기서, 상기 멜라민수지는 헥사메틸올 멜라민수지(Hexamethylol Melamine Resin)를 사용하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 열경화성수지의 혼합비율은 전체중량을 기준으로 페놀수지 45중량%, 헥사메틸올 멜라민수지 45중량% 및 인산 에스테르 10중량%인 것이 더욱 바 람직하다.
상술한 본 발명의 구성에 따르면, 절연판에 염소분이 거의 없도록 함으로써 전기적 특성과 고압 대용량의 전해콘덴서용 절연판으로 사용되기 충분한 내압강도를 제공할 수 있도록 하며 또한, 난연성분을 추가하여 난연성을 보강한 전해콘덴서용 절연판을 제공하는 것이 가능하게 된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전해콘덴서용 절연판의 구성 , 공정 및 작용효과를 살펴보기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 절연판이 사용되어지는 전해콘덴서의 구성을 설명하기 위해 도시한 것이며, 도 2는 본 발명에 따른 전해콘덴서용 절연판의 구조를 설명하기 위한 단면도를 도시한 것이고, 도 3은 본 발명에 따른 전해콘덴서용 절연판의 공정을 설명하기 위한 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 전해콘덴서는 내부에 전해액으로 함침된 콘덴서소자(160)를 포함하며, 리드(130)를 콘덴서소자(160)에 연결하기 위한 밀봉구부재(140) 및 밀봉체(150)가 외장케이스(110)에 의해 보호되며, 양극 및 음극의 출력단자인 리드(130)를 고정하기 위한 절연판(120)이 씌워진다.
여기서, 전해콘덴서의 리드(130)를 고정하기 위해 관통구가 형성되는 절연 판(120)의 구조는 도 2에 도시되는데, 하면은 합성고무인 EPT(에틸렌 프로필렌 타포리머, 210)가 약 1.0mm의 두께로 형성되고, 중간되는 0.2mm 내지 0.25mm 두께의 크라프트지가 수지액에 함침된 상태로 대략 8 내지 10장이 적층되어 이루어지는 절연층(220)이 형성되며, 최상단에는 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트) 필름층(230) 또는 불소코팅층(230)이 형성되어 전해콘덴선용 절연판을 형성시킨다.
이러한 본 발명의 전해콘덴서용 절연판(120)의 고정을 도 3를 참조하여 설명한다.
먼저, 염소 성분이 제거된 함침수지를 제조(S310)하여야 하는데, 본 발명에 사용되는 함침수지는 열경화성 수지로서, 페놀 수지와 멜라민 수지와 인산 에스테르계의 혼합물로 이루어진다. 전체중량을 기준으로 페놀수지와 멜라민수지는 1:1 비율로 그리고 인산 에스테르는 10 내지 15중량%로 혼합되며, 바람직하게는 페놀수지 45중량%, 멜라민 수지 45중량% 및 인산 에스테르 10중량%로 혼합된 수지를 사용한다.
페놀 수지의 제조를 위하여 이온교환에 의하여 얻어진 정제수를 포름알데히드 97%에 넣고 교반하여 희석함으로써 포름알데히드 37-38%의 용액을 준비한다.
이어서 포름알데히드 37-38%를 순수한 페놀과1.1몰로 배합한 다음 25%의 암모니아수를 촉매로 유화 반응시켜 탈수시킨다.
이와 같이 탈수시킨 페놀수지를 98%내지 99%의 에탄올로 희석하여 고형분 55% 내지 60%가 되도록 하여 이때의 점도가 60cps 내지 70cps가 되도록 한다.
여기에, 기계적강도 및 절연성능을 향상시키기 위해 페놀수지와 1:1의 비율 로 멜라민 수지가 첨가된다.
멜라민 수지는 포름알데하이드를 염기성 촉매로 반응시키면 최종적으로 무색투명의 액상수지가 얻어진다. 이때 첨가되는 멜라민 수지는 헥사메틸올 멜라민 수지(Hexamethlol Melamine Resin)를 선택하는 것이 바람직하다.
이어서, 절연판(120)의 난연성질을 높이기 위해 인산 에스테르를 전체중량%의 약 10 내지 15중량%을 첨가한다. 인산 에스테르는 트리에틸포스페이트, 트리부틸포스페이트, 트리페닐포스페이트, 트리크레실포스페이트, 크레실디페닐포스페이트, 레조르실디페닐포스페이트, 트리이소프로필페닐포 스페이트 등을 1종 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 인산 에스테르는 난연제 및 가소제로서 작용하기 때문에 전체중량의 10중량% 이하이면 적층판의 난연성이 뒤떨어지고 펀칭시에 박리가 발생하기 쉬워지며, 전체중량의 15중량%을 초과하면 가공시 흡수율, 내열성이 저하되는 경우가 있다.
이어서, 준비된 열경화성 함침수지에 크라프트지를 함침하여야 한다(S320).
상온에서 염소성분이 제거된 함침수지인 열경화성 수지 저장조에 0.2mm 내지 0.25mm 두께의 크라프트지를 담가 수지율 40%-43%, 흐름도 8 내지 10%로 함침시킨다. 특히, 이후 합성고무(EPT, 210)와 접착되는 크라프트지는 수지율 25 내지 28%, 흐름도 3 내지 4%로 함침시킨 후 건조전에 프라이머를 도포(S330)한다.
이어서 내부온도가 150℃ 내지 160℃이고 길이가 30m 내지 40m 인 건조로를 8-11m/min의 속도로 통과시키면서 건조하여(S340) 제단(S350)한 후, 이를 콘덴서의 내압과 용량에 상응하여 사용하고자 하는 두께만큼 적층하고(S360), 하단에는 EPT 합성고무를 상단에는 PET 필름층을 적층하여 열압 프레스에서 140℃ 내지 160℃의 온도와 60내지 70kg/㎠의 압력으로 40 내지 60분간 성형(S370)한 다음 60℃ 내지 70℃의 분위기에서 20분 내지 30분 동안 냉각한 후 원하는 형상으로 절단하여 사용되도록 한다.
여기서, 열압성형(S370) 전에 PET층(230)을 적층하여 열압성형과정을 거칠 수 있으며, PET층(230) 대신에 불소코팅층을 형성하기 위해서는 열압성형(S370) 후 표면층에 불소코팅을 처리하여 불소코팅층을 형성하여 사용될 수 있다(S380).
이와 같이 하여 본 발명의 절연판(120)은 온도변화에 무관하게 안정된 전기적 절연도와 내압성을 유지하여 절연성이 우수하고, 물성이 안정되는 효과를 제공한다.
함침조의 내부는 이물질이 전혀 없는 상태로 되도록 세척되어야 하며 이러한 함침조에 준비된 염소이온이 제거된 열경화성 함침수지를 채운 후 0.2mm 내지 0.25mm 두께의 크라프트지를 롤상태에서 그대로 함침시키면서 크라프트지 롤에 침투한 수지의 함량이 종이무게의 41%내지 43%가 되는 시점까지 수지량을 조정하여 건조로에 투입한다.
이때의 건조로는 내부온도가 150℃내지 160℃가 되도록 하며, 30m 내지 40m 길이의 건조로를 8-11m/min의 속도로 통과시켜 건조 완료한다.
이와 같이 하여 건조 완료된 후에는 일정 길이와 폭으로 적절히 절단하여 준비한다. 준비된 규격의 함침 크라프트지는 원하는 두께에 따라 적당한 매수씩 스테인레스판을 끼워 가면서 적층한다. 스테린레스판은 절연판을 1단씩 구분하기 위한 매개체이며, 절연판 1단은 합성고무층(EPT, 210) 대략 1.0mm, 8 내지 10장의 함침된 크라프트지가 적층된 절연층(220), PET층 또는 불소코팅층(230)으로 구성된다.
이와 같이 하여 적층한 후 가열압착프레스에 넣고 가열, 가압하게 되는데 이때 가열온도는 160℃내지 180℃의 온도로 90분 내지 120분간 60kg/㎠-70kg/㎠의 압력으로 가열, 가압한 다음 60℃ 내지 70℃의 분위기에서 20분 내지 30분 동안 냉각 한 후 소정의 규격과 적절한 형상으로 절단하는 등 가공하여 전해콘덴서용 절연판으로 사용할 수 있게 되는 것이다.
실제로는 이와 같이 제작된 본 발명에 의한 절연판은 절연층 1.5, 1,7, 2.00mm의 두께와 합성고무층 1.0mm를 조합한 2.5mm, 2.7mm, 3.0mm로 제작하는 것이 보편적이며, 이에 알루미늄 단자 고정을 위한 고정공을 뚫어 사용하게 된다.
이와 같이 하여 얻어진 본 발명에 의한 절연판은 85℃의 온도로 2000시간 가열한 후 절연저항이 1.5×107［㏁］이 되어 매우 우수하며, 인장강도는 119N/㎟이 되어 변형율이 매우 적었으며, 굽힘강도는 208N/㎟가 되었고 염소분은 2 내지 3ppm에 불과하여 고용량 전해콘덴서의 절연판으로 요구되는 물성 기준치를 충족시키는 우수한 물성을 나타내었다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명은 전해콘덴서용 절연판에 관한 것으로서, 대용량 고내압의 콘덴서을 사용하는 산업분야에 산업적으로 널리 이용될 수 있는 발명이다.
도 1은 본 발명에 따른 절연판이 사용되어지는 전해콘덴서의 구성을 설명하기 위해 도시한 것이며,
도 2는 본 발명에 따른 전해콘덴서용 절연판의 구조를 설명하기 위한 단면도를 도시한 것이고,
도 3은 본 발명에 따른 전해콘덴서용 절연판의 공정을 설명하기 위한 블록도이다.
Claims (3)
- 전해액으로 함침된 콘덴서소자를 내장하는 외장케이스를 가지며, 양음전극(리드)을 고정하기 위해 사용되는 전해콘데선용 절연판에 있어서,상기 절연판은 상층, 중간층 및 하층으로 구성되며,상기 상층은 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트)필름층 또는 불소코팅층으로 이루어지고, 상기 중간층은 열경화성수지로 함침된 크라프트지가 적층된 절연층으로 이루어지고, 상기 하층은 합성고무(EPT, 에틸렌 프로필렌 타포리머)로 이루어지며,상기 열경화성수지는 염소성분이 제거된 페놀수지, 멜라민수지 및 인산 에스테르가 혼합된 혼합물인 것을 특징으로 하는 전해콘덴서용 절연판.
- 제1항에 있어서,상기 멜라민수지는 헥사메틸올 멜라민수지(Hexamethylol Melamine Resin)인 것을 특징으로 하는 전해콘덴서용 절연판.
- 제2항에 있어서,상기 열경화성수지의 혼합비율은 전체중량을 기준으로 페놀수지 45중량%, 헥사메틸올 멜라민수지 45중량% 및 인산 에스테르 10중량%인 것을 특징으로 하는 전해콘덴서용 절연판.
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