KR810000646B1 - 수지 모울드 회전전기(樹脂 Mold 回轉電機) - Google Patents

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Description

수지 모울드 회전전기(樹脂 Mold 回轉電機)

제1도는 본 발명에 따른 회전전기의 부분 절개 사시도

제2도는 수지 분리량과 굵은 충전재대 고운 충전재의 조성 비 사이의 관계를 나타낸 그래프.

제3a도-제3i도는 배합물을 반죽한후의 유리섬유의 상태를 나타낸 수지-충전재 배합상태사진.

제4도는 수지 분리로 인한 핀(fin)의 길이사이와 고운 충전재의 양 사이의 관계를 나타낸 그래프.

제5도는 경화된 물체의 이죠드 -충격치와 유리섬유의 함량 사이의 관계를 나타낸 그래프.

제6도는 점토의 함량에 따라 구성된 최소 토르크와 수지분리에 기인한 핀의 길이 사이의 관계를 나타낸 그래프.

제7도는 점토분말의 함량에 의해 구성된 임펄스브레이크다운(impulse breakdown)전압과 수지분리에 기인한 핀의 최소길이 사이의 관계를 나타내는 그래프.

제8a도는 제8b도의 권선 간격내에 들어가는 수지-충전재 배합물의 침적특성을 나타낸 그래프.

본 발명은 회전전기(dynamoelectric machines)의 고정자에 적합한 성형 특성을 가진 수지-충전재 배합방법을 사용하여 제작된 열-소산(消散)이 잘되고 전기 절연성이 좋은 하우징(housing)으로 권선을 캡슐화 시킨 고정자를 가진 회전전기에 관한 것이다.

미국특허 3 758 799호로 수지-충전재 배합방법으로 고정자 권선 및 철심을 캡슐화한 하우징을 가진 회전전기가 발표되었다.

상술한 특허에서 발표한 하우징은 금속케이스나 껍데기는 포함하지 않고 불활성물질의 단단한 구조의 멤버(member)를 포함한다. 불포화 폴리에스터 수지 같은 접착성 물질은 몸체의 간격을 메꾸고 불활성 입자들과 구조체의 나머지를 접착시킨다.

상술한 특허는 이러한 형태의 회전전기에 가장 중요한 몇가지 수지-충전재 배합 방법을 기술하였는데 실제적 견지에서 회전전기는 사출(injection)또는 이송 성형(transfer molding)에 의하여 제각되므로 여러가지 수지-충전제 배합방법의 특성을 충분히 조사하여 적합한 방법을 찾아야하는 한편 이러한 형태의 회전전기는 공업적으로 제작할 수 있다.

예컨대 소형 모타 또는 발전기에서 가는 권선은 하우징의 성형 작업중 쉽게 변형된다.

또한 모타 또는 발전기에서 고정자 철심의 내원주내에 형성된 슬롯(slot)은 폭이 대단히 좁으므로 만일 수지-충전재 배합물의 유동성이 적으면 슬롯을 충분히 메꾸지 못한다. 또한 수지-충전재 배합물의 검도가 낮으면 수지 분리가 커서 회전전기 고정자의 전기적 특성이 좋지 못하다.

미국 특허에 발표된 전동기의 고정자를 사출 또는 이송 성형에 의하여 제작할때는 고려하여야 할 기타 요소가 많이 있다. 미국특허 3, 658, 750(Tsukui와 “가열 경화성 수지 배합물 및 이를 이용한 전기적 용도”) 및 미국특허 3, 763, 080호에 (Deuter의 “가압 성형물건 및 성형 조성물”)에 기술한 바와 같이 여러가지 수지-충전재 배합물이 제안되었다. 수쿠이(Tsukui)등은 모타 및 변압기의 회전자 코일의 이송성형에 유용한 수지-충전재 배합 방법을 발표하였는데 이 배합물은 열 경화성 수지이며 100㎛이상의 입도를 가진 굵은 분말 충전재 및 6㎛이하의 입도를 가진 고운 충전재로 구성되었으며 충전재의 체적은 총 체적의 40-80%이다. 수쿠이등은 또한 침전 억제제로서 미세한 납 테트라옥사이드 분말의 첨가 방법을 발표하였다.

본 발명자의 조사에 의하면 수쿠이의 특허에 발표된 수지-충전재 배합방법은 소형의 회전전기의 고정자에 대한 성형물질로써 사용할 수 없었다.

배합물의 경화된 제품은 회전전기의 고정자에 사용하였을때 작은 내균열성이 나타나고 유동성이 좋지못하다. 듀터(Deuter)는 가열 경화성이며 얄 95-100%가 30메쉬 체를 통과하고 적어도 50%가 40메쉬체를 통과한후 100메쉬 체 상에 남은 입자물질 및 분리억제제를 포함한 성형 배합물을 발표하였다.

듀터는 분리 억제제로서 콜로이드형 실리카, 에어로졸 그레이드 200, 분말 실리카, 분말석면, 극히 짧은 유리섬유 및 분말광물 올라스토나이트를 예로 들었다.

또한 입자 물질로서는 크롬광석, 스레트, 백코, 지르코니아, 알루미나, 탄산칼슘, 활석, 산화베륨, 산화마그네슘 및 모래를 예로 들었다. 입자 물질은 분리액제제 보다 큰 입자여야한다.

다시 말하면 입자 물질의 입도는 40-100메쉬(직경이 149㎛)이상이고 분리 억제제의 입도는 클로이드형 실리카의 경우 (Cab-O-sil M-5)약 0.012㎛이다.

두터의 발표에 의하면 적당한 분리 억제제는 325메쉬 이하(44㎛)의 입도를 가져야 하는데 이특허에 발표되 성형 배합물을 조사해 본 결과 성형 특성이 만족스럽지 못하여 결과적으로 고정자 하우징의 전기적 성질이 나쁘다.

미국특허 3, 567, 201호(Crowe의 “불포화 폴리에스테르수지/단량체 성형조성물”는 불포화폴리에스터 수지 및 일차 흡수 충전재, 이차 충전재로 구성된 배합물을 발표하였다. 일차 흡수충전재는 디아토마이트, 벤토나이트등이며 폴리에스터/단량체 방법으로 액체를 흡수할 수 있어 배합물의 유동성을 개량한다.

배합물에 필수적인 것은 아니나 이차 충전재는 유리섬유,광물 즉 미세 탄산칼슘,진흙, 3수화 알루미나, 도리마이트, 석면이나 합성 섬유등을 포함한다.

크로우등은 일차 흡수 충전재의 입도를 기술하지 않았으나 일차 흡수 충전재로서 사용된 ＂디카라이트＂는 극히 작은 입도를 가지므로 본 발명인은 이것의 입도가 대단히 작은 것이라 믿는다. 그러나 이 배합물은 유동성과 성형 특성이 좋지못해 회전전기 특히 소형 회전전기의 고정자 사출이나 이송 성형에 사용할 때 적당치 못함을 발견하였다.

따라서 본 발명의 목적은 고정자 권선 및 철심이 새로운 수지-충전재 배합물로 판단하고 빈틈 없이 성형된 열소산이 잘 되고 전기 절열성이 좋은 하우징을 가진 회전전기를 제공하는데 있다.

본 발명의 목적은 다른 고정자 권선과 철심을 캡슐화하기위한 하우징을 가진 개량된 회전전기를 제공하기 위한 것으로 하우징은 새로운 수지-충전재 배합물의 경화된 물체로 만들어지며 새로운 수지-충전재 배함물의 성형 특성은 매우 우수하다.

본 발명의 또다른 목적은 전기적 특성이 향상된 전기 절연성이 좋은 하우징을 가진 개량된 회전전기를 제공하는데 있다.

본 발명에 의하여 하기 성분들로 수지-충전재 배합물의 경화된 물체로 제작된 새로운 열소산이 잘되고 전기 절연성이 좋은 하우징을 가진 회전전기를 제공한다.

〔Ⅰ〕에티렌적 불포화 화합물 및 경화제를 포함한 액체 불포화 폴리에스터수지.

〔Ⅱ〕하기 성분들로 구성된 무기 충전재를 배합물

(a)325메쉬체를 통과하는 미세 탄산칼슘분말.

(b)적어도 95%가 12메쉬체를 통과하여 200메쉬체 상에는 남는 무기광물입자.

(c)200㎛ 이상의 길이 및 150㎕ 이하 직경의 유리섬유,

각 성분들의 중량비는 하기와 같다.

(a)/ (b)=0.3-4

(c) /배합물의 총량=0.05-0.25

[Ⅰ]/배합물의 총량=0.1-0.4

[Ⅰ]/배합물의 총량=0.6-0.9

본 발명의 또한 44㎛ 이하의 입도를 가진점토 분말을 비합물의 총량당 0.05-0.15의 비로 상술한 총전재-수주배합물에 혼합시킨 충전재-수지 배합 방법에 관한 것이다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들을 첨부된 도면에 따라 설명하면 다음과 같다.

(1)불포화 폴리에스터 수지

본 발명에서 불포화 폴리에스터 수지는 경제적 성형특성등의 관점에서 볼때 유용하다.

불포화 폴리에스터 수지는 스티렌(styrene)과 같은 에티렌식 불포화 화합물 단량체와 디큐밀 퍼옥사이드(dicumyl peroxide) 같은 경화촉매를 포함하는데, 불포화 폴리에스터의 예로는 미국특어 3,562,201호에 발표된 바와 같은 것이다.

불포화 폴리에스터 수진중에서 적당한 것은 비스페놀(bisphenol) A형 또는 노볼락(novolac)형의 에폭시 화합물을 메티아크리레이트나 아크리레이트와 반응시켜 얻은 것이다.

이들은 스티렌 같은 중량비 30-45%의 에티렌식 폴포화 화합물 단량체와 혼합 하였을때 실온에서 적당한 점도 즉 50-50,000 쎈티포아즈(Centpoises)를 갖는다.

에티렌적 불포화 단량체는 불포화 폴리에스터에 대한 가교결합제라 하며 불포화 폴리에스터와 에티렌식불포화 단량체는 가열할때 적당한 경화촉배의 존재하에 상호 반응한다.

본 발명에 사용한 불포화 폴리에스터 수지는 촉매의 존재 또는 부재하에 불포화 또는 포화 다가산(poly-basicacids)과 하이드록실화합물(hydroxyl compound)로부터 합성된 폴리축합물 또는 축합물을 포함한다.

배합물내에의 ＂불포화 폴리에스터 수지＂는 축합물, 스티렌 같은 에티렌식 불포화 화합물 및 과산화 벤조일(benzoyl peroxide) 같은 경화촉매를 포함한 혼합물을 의미한다.

대표적인 불포화 및 포화 다가산은 마래산, 마래무수물, 푸마르산, 크로토마래산, 디크로토마래산, 메타코산, 이타코산, 아디프산, 세바신산, 프탈산, 프탈무수물, 이소프탈산, 피로메트리트산, 헤트산 등이다.

하이드록실 화합물은 에티렌 글리콜, 디에티렌 글리콜, 트리에티렌 글리콜, 폴리에티렌글리콜, 프로피렌 글리콜, 디프로피렌 글리콜, 트리케티렌 글리콜, 테트라메티렌 글리콜, 헥사이메테렌 글리콜 2.2-디에틸프로판디옥-1.3, 네오펜틸 글리콜, 브로모네오핀틸 글리콜, 비스펜올 디올시에틸에티르, 수소화 비스페닐 A, 2.2-디(4-하이드록시프로폭시페닐) 프로판, 에티렌옥사이드, 프로피렌 옥사이드, 3.3.3-트리크로로피렌 옥사이드, 페닐글리시딜에테르, 아릴그리시딜 에테르 등의 디올을 포함한다.

3 또는 그 이상의 카테복실군을 가진 다가 산이 2 가산과 배합하여 사용할 수 있으며 유사하게 3 또는 그 이상의 하이드로실군을 가진 폴리하이드록실 화합물이 글리콜과 배합하여 사용될 수 있다.

여러가지 종류의 에티렌적 불포화 화합물 단량체가 불포화 폴리에스터 수지와 혼합하기 위하여 사용되는데 예를 들면 스티렌, 비닐톨루엔,

-메틸스티렌, 디비닐벤젠, 디아릴프타레이트, 크로로스티렌, 디크로로스티렌, 브로모스티렌, 디브로모스티렌, 디아릴벤젠포스포네이트, 디아릴 아릴포스피레이트 에스테르, 트리아릴시아뉴레이트, 트리브로모펜을 아릴에테르등이 있다.

불포화 화합물 단량체 중에서 경제적 관점에서 스티렌값은 비닐 단량체가 적당하다.

불포화 단량체는 결과적인 혼합물의 총량의 중량비 20-50%로써 불포화 폴리에스터와 혼합한다.

불포화 폴리에스터와 불포화 단량체 혼합물의 점도는 대단히 중요한 역활을 한다.

점도가 너무나 클때 수지-충전재 배합물의 유동성은 회전전기의 고정자의 사출 또는 이송성형에 부적당하므로 권선의 작은 공동 및 간격들이 배합물로 충분히 채워지지 않는다.

한편 점도가 너무 낮으면 혼합물과 충전재의 분리가 일어나서 회전전기의 바람직한 전기 및 기계적 성질을 얻을 수 없다.

상기 및 기타의 관점에서 수지와 불포화 단량체로 구성된 혼합물은 실온에서 50-50,000센티포아즈를 가져야 한다. 혼합물의 점도가 너무 낮으면 점도를 증가시키기 위한 적당한 작용제의 첨가가 사용된다.

그러한 작용제는 예컨데 디아릴프타레이트 예비 중합체(diallyphthalate preplymer)이다.

특히 혼합물은 실온에서 500 센티포아즈이하의 점도를 갖는다. 배합물의 연구에 따르면 디아릴프타레이트 예비 중합체의 적당향은 배합물의 점도를 조절하는데 유용하다. 배합물내에 사용된 불포화 폴리에스터의 점도가 너무 작을때 수지와 충전제의 분리가 지나쳐서 경화된 물건의 기계적 및 전기적 특성이 좋지 않다.

디아릴프타레이트 예비 중합체의 첨가량은 조성물의 총량을 기준으로 중량비 0.5-5% 범위이다.

이때 첨가양이 5%를 초과할때 경화된 물체의 내균열성이 감소하고 첨가양이 0.5% 이하이면 예비중합체의 효과는 기대할 수 없다.

예비중합체는 오리고머(oligomers)와 예비 중합체를 포함한다.

혼합물을 위한 경화 촉매로는 과산화벤조일, 파라크로로벤질 퍼옥사이드, 2.4-디크로로벤조일 퍼옥하이드, 카프릴 퍼옥사이드, 라우로일 퍼옥사이드, 아세틸퍼옥사이드, 메틸에틸케톤 파옥사이드, 싸이크로 헥사논 퍼옥사이드, 비스(1-하이드록시-싸이크로헥실) 퍼옥사이드, 큐멘히드로 퍼옥사이드, 하이드록시 헵틸퍼옥사이드, t-부틸 하이드록시 퍼옥사이드, P-메탄하이드록 퍼옥사이드, 2.5-디메틸헥실-2.5-디하이드로퍼옥사이드, 디-t-부틸 퍼옥사이드, 디큐밀퍼옥사이드, 2.5-디메틸-2.5-디(t-부틸 퍼옥하이드) 헥산, 2.5-디메틸헥실-2.5-디(퍼옥시벤조에이트), t-부틸퍼벤조에이트, t-부틸퍼아세테이크, t-부틸퍼옥시 부티레이트, 디-t-부틸-디-퍼프타레이트, 1.1-비스(t-부틸퍼옥시)-3.3.5-트리메틸싸이크로 헥산등을 포함한다.

촉매는 조성물의 총중량의 0.2-0.6%의 양으로 첨가할 수 있다.

경화촉매에 부가하여 종래의 가속제가 혼합물에 첨가된다. 라우릴 메르카프탄, N-부틸술파이트, 디페닐 술피이트, P-토루엔 술포네이트, 4가 아모니움염, β-디케톤, 퍼아세트 형에 폭시 화합물, 술포니움염, 황산무수물, 유화수소, 망간나프토 에이트, 바나딜옥토에이트, 카퍼나트토에이트, 칼슘 나프토 에이트, 금속 키페이트, 아민, 다른 인-포함화합물 및 유황포함 화합물등의 가속제가 있다.

수지-충전재 배합물의 수명을 연장시키기 위하여 적당한 중합 억제제가 첨가된다.

중합 억제제는 P-벤조페닐, 나트토퀴논, 안트라퀴논, 파라실로퀴논, 2.5-디페닐-P-벤조퀴논, 하이드로퀴논, P-t-부틸 카테콜, 2.5-디-t-부틸히드로퀴논, 모노-t-부틸히드로퀴논, 디-t-부틸파라크레졸, 알파나프톨, 아세토아미진 아세테이트, 페닐하이드라진의 염화수소염등을 포함한다.

[Ⅱ]충전제

(a)탄산 칼슘 분말

불 포화 폴리에스테를 수지에 화학적으로 불활성인 탄산칼슘분말은 순수한 탄산칼슘 및 주성분이 탄산 칼슘인 기타 입자를 포함하는데 후자는 탄산칼슘 광석 즉 라임스톤을 포함한다.

탄산칼슘 분말은 44㎛보다 크지 않은 입도 특히 20㎛ 이하의 입도를 가져야 하는데 환원하면 100%의 탄산칼슘 분말이 325메쉬체를 통과한다.

본 명세서에서 ＂메쉬＂는 미국 메쉬수이다.

탄산칼슘 분말은 수지조성물내에서 대단히 중요한 역활을 한다.

본 발명자의 조사에 의하면 미세석영 유리분말같은 종래의 대표적인 고운 충전제들은 회전 전기의 고정자의 성형에 적합치 못하다. 석영유리분말을 사용할 때 유리 섬유가 조성물을 반죽하는중 곱게마쇄 또는 짧아져서 경화된 물건의 보강에 대한 유리섬유의 기능이 상실되는 반면 탄산칼슘 분말을 사용할때 유리섬유의 원하는 기능이 조성물을 반죽후에도 유지.

탄산칼슘 분말은 라임스톤 광석을 선별하여 라임스톤 이외의 성분들은 제거하고 선별된 라임스톤을 물로 세척한다음 라임스톤을 거칠게 마쇄하여 결과적으로 미새한 라임스톤을 체로 쳐서 고운 라임스톤 분말을 거친 라임스톤 분말로부터 분리하여 고운라임스톤 분말을 더 곱게 마쇄한후 미쇄 라임스톤분말을 체로쳐서 모두가 325메쉬를 통과하는 분말을 수득하는 공지된 방법에 의하여 제조된다.

상술한 공정에 의하여 제조한 대표적 탄산칼슘의 조성 및 성질은 하기와 같다.

상술한 칼슘 분말은 회전전기용 배합물에 대한 충분한 질을 가지나 필요에 따라 침전 탄산칼슘 분말같은 보다 고운 탄산칼슘 분말을 사용할수도 있다.

침전 탄산칼슘의 제조 공정은 공지되었으며 하기 단계들로 구성되었다.

(1)CaCO₃를 CaO로 변환하기 위해 라임스톤을 하고(瑕燒),

(2)CaO를 선별,

(3)CaC(OH)₂를 형성하기 위해 CaO에 물을 첨가,

(4)불순한 CaC(OH)₂를 정제,

(5)CaCO₃를 형성하기 위해 Ca(CH)₂에 CO₂를 붙어넣음,

(6)CaCO₃를 탈수 및 건조,

(7)순수하고 고운 CaCO₃분말을 얻기위해 건조된 CaCo₃를 마쇄 침전된 탄산칼슘 분말은 라임스톤 분말보다 비싸므로 미세한 라임스톤 분말이 경제적면에서 본 발명의 배합물에 더 적합하다.

상술한 바와 같이 고운 라임스톤으로부터 분리하여 얻은 비교적 거친 라임스톤 분말은 거친 충전재로 적당한 입자중의 하나인데 이 거친 라임스톤 분말은 고운 탄산칼슘 분말과 거의 동일한 조성을 갖는다.

(b)광물질 입자

거친 충전재로써의 무기 광물질 입자는 활석 분말, 알루미나분말, 스레트분말, 실리카분말, 모래등과 같은 여러가지 종류의 분말을 포함한다.

이러한 광물질 입자들은 불포화 폴리에스터 수지에 대하여 화학적으로 불활성이다.

경제적 및 기타면에서 강모래, 산모래, 해변모래 및 라임스톤 분말이 적당한 물질이다.

적어도 95%의 광물질 입자들이 12메쉬 체는 통과하고 200메쉬 체상에는 남으므로 이것의 입도는 74㎛-1,400범위인데 특히 12메쉬 체는 통과하고 150메쉬 체상에는 남는 것이 좋다.

본 명세서에 사용된 체의 수는 메쉬수로 나타낸 것이다.

메쉬수와 입도간의 관계는 하기와 같다.

광물질 입자의 입도가 1,500㎛를 초과하면 배합물은 고정자의 작은 공동 및 간격내에 흘러들어가지 않는 반면 이것의 입도가 70㎛보다 작다면 배합물의 점도가 증가하여 배합물의 유동성이 나쁘게 된다.

결과적으로 사출 또는 이송 성형기의 장치에 의한 배합물의 성형은 어렵게 되고 동시에 경화된 물건의 기계적 성질 특히 내충격성은 저하되는 경향이 있다.

강모래 및 산모래가 충전재 물질로서 일본에서 공업적으로 이용되고 있으며 강모래는 A-4, A-5, A-6 및 A-7급으로 분류가 되고 산모래는 N-40. N-50, N-60 및 N-80급으로 분류된다.

각 급은 하기 입도분포를 가짐이 발견되었다.

[표 1]

＂-12메쉬+32메쉬＂란 표현은 입자가 12메쉬 체는 통과하고 32메쉬 체상에는 남는 것을 의미한다.

A-4, A-5, A-6 및 A-7급 강모래는 이들이 모두 1500㎛-70㎛의 입도를 가지므로 본 발명에 유용하며 이급들중 A-4, A-5 및 A-6이 보다 적당하다.

A-7급은 약 100㎛ 이하의 입도를 가진 입자를 2% 포함하므로 다른 급에서보다 배합물의 점도를 증가시키는 경향이 있다. N-40, N-50, 및 N-60의 강모래는 적어도 91%가 105㎛보다 큰 입도를 가지기 때문에 본 발명에 적당하다.

N-80급은 200메쉬 체를 통과하는 상당량의 입자를 포함하고 이것의 평균입자가 다른 급수의 것보다 작으므로 N-80급은 본 발명에 사용할 수 없다.

(C)유리섬유

수지-충전재 배합물에 대한 보강 충전재로서 사용되는 여러 가지 종류의 유리섬유가 있다.

본 발명에서는 어떤 종류의 종래 유리섬유도 사용할 수 있다. 유리섬유의 길이 및 직경은 본 발명에 있어서 중요한 요소이다. 본 발명자에 의한 많은 실험은 유리섬유가 수지-충전재 배합물내에서 적어도 200㎛를 가져야 한다는 것을 발견하였다. 비록 유리섬유가 배합물을 반죽중 마쇄 및 짧게 될지라도 탄산칼슘 분말의 적당량이 배합물내에 존재하면 200㎛의 길이를 가진 짧은 유리섬유가 더 이상 짧아지지 않는다. 유리섬유가 1,000㎛-100,000㎛의 길이를 갖는 것이 좋은 반면 길이의 상한은 한계가 없다.

일본에서 25,000㎛-65,000㎛의 길이를 가진 유리섬유가 충전대로서 사용된다.

상술한 바와 같이 유리섬유는 반죽중 짧아지며 본 발명인이 반죽된 배합물내의 유리섬유의 길이를 측정하였을때 유리 섬유가 200㎛-5,000㎛의 길이를 갖는 한편 상기 범위 이외의 길이를 가진 약간의 유리 섬유가 반죽된 배합물내에서 발견되었다.

상술한 바와 같이 특정 입도를 가진 탄산칼슘 분말과 거친 충전재를 사용함으로써 반죽중 유리섬유의 과잉 절단을 피할수 있었다.

유리섬유는 150㎛ 이하의 직경은 가져야 한다.

직경이 너무 크면 이것의 유동성이 불충분하여 유리섬유가 반죽중 지나치게 짧아진다.

유리섬유는 50-수 마이크론의 직경을 갖는 것이 좋으며 9㎛~13㎛의 직경을 가진 유리섬유가 일본에서 시판되고 있다.

유리섬유의 스피닝(spinning) 단계에서 폐물로서 얻어진 폐기유리섬유도 사용될 수 있으며 또한 부직 유리천이 썰은 형태로 사용될 수 있다.

요약하면 유리섬유를 수지배합물 내에 첨가하기 전에는 1,000-100,000㎛의 길이를 가지며 조성물을 반죽한 후에는 200-5,000㎛의 길이를 가져야 한다.

[Ⅲ] 점토 분말

본 발명에서 점토 분말을 분리 억제제로서 사용한다.

점토분말은 충전재-수지 배합물이 충분한 성형특성을 갖거나 종래의 억제제로 치환되었을 때 생략될 수 있다.

점토 분말은 불포화 폴리에스터 수지 및 충진재 사이의 분리를 조절한다.

비록 점토가 충전재로서 사용하였을 때 일지라도 본 발명자는 분리 억제제 또는 분리 조절에로서 점토 분말의 기능이 충전재보다 더 중요하다는 것을 발견하였다.

조성물에 점토분말의 첨가량을 변화시킴에 의하여 수지의 분리정도 또는 수지분리로 인한 핀(fin)의 길이가 적당히 조절된다.

일반적으로 말해서 검토는 수지분리를 방지한다. 그러나 고정자의 사출 또는 이송 성형의 경우 어느 정도의 수지분리가 우수한 전기적 성질을 가진 회전전기를 제작하는데 필요하다는 것을 발견하였다.

만일 수지 분리가 없다면 대단히 작은 동공 및 간격 특히 권선 사이의 간격들은 수디-충전재 배합물로 충분히 충진될 수 없다는 것을 발견하였다.

점토 분말은 약 40㎛이하의 입도를 가지며 만일 입도가 40㎛ 보다 크다면 분리 억제제로서의 기능은 기대할 수 없다.

따라서 모든 점토 분말은 325메쉬를 통과한다.

본 발명에 의한 실험에 따르면 미국특허 3,763,080에 기술된 바와 같은 종래의 분리억제제는 회전 전기에 대한 수지-충전 재배합물에 사용할 없음에 발견하였다.

먼저 콜로이드형 실리카(입도 0.012㎛), 무정형 실리카(입도 0.012㎛) 및 석면(입도 0.00025㎛)이 극히 작은 입도를 가지므로 이들은 대기에 분산되는 경향이 있다.

대기내 고운 분말의 부유는 작업자의 건강에 나쁘며 상술한 바와같이 종래의 분리억제제가 수지 분리의 방지에 대단히 효과적이므로 예컨데 배합물의 총량의 0.5%의 콜로이드형 실리카만으로 충분하다.

이 분리 억제제가 효과가 지나쳐 수지 분리의 정도가 너무 작아져 수지-충전재 배합물로써 작은 동공 및 간격간의 충전이 충분치 못하다.

콜로이드형 실리카 또는 기타 종래의 억제제의 첨가량이 수지분리의 점도를 조절하기 위하여 극히 감소되었을 때 배합물내 억제제의 균일한 분산이 쉽지 않다.

상술한 이유 때문에 점토 분말만이 본 발명의 분리억제제로서 선택될 수 있다.

성분들의 비

각 성분들의 중량비는 본 발명의 목적달성에 매우 중요한다.

1. 광물질 입자에 대한 탄산 칼슘의 비(a)/(b)는 중량비 0.3~4 범위이다.

중량비가 4 보다 크면 수지-충전재 배합물의 경화된 물체의 충격치는 낮다.

현미경을 통한 반죽된 배합물의 상태 관찰에 의하면 광물질입자에 대한 탄산칼슘 분말의 비가 0.3보가 작다면 배합물은 반죽중 마쇄 및 짧게되어 이것의 보강 기능을 상실하는 반면 비가 4보다 크면 배합물의 유동성이 나쁘고 고정자 내 작은 동공 및 간격들이 충분히 충전될 수 없다.

2. 조성물의 총 중량에 대한 충전재의 중량비([Ⅱ]/조성물의 총중량)는 0.6-0.9 범위내이다.

중량비가 0.6 보다 작으면 배합물의 경화된 물체의 기계적 강도 및 열-소산성이 나쁜 한편 중량비가 0.9를 초과하면 배합물의 유동성이 나쁜다.

그러므로 이러한 배합물은 높은 성형 압력을 필요로 하므로 권선 변형이 일어나기 때문에 이 배합물은 저압(200kg/㎠ 이하)하에서 이송 또는 사출 성형기에 의하여 성형에 사용하기 곤란하다.

점토분말이 배합물내에 배합되었을 때 상술한 바([Ⅱ]/조성물의 총량)는 0.45~0.85 범위로 된다.

3. 수지-충전재 배합물의 총량에 대한 유리섬유의 비(c)/조성물 시스템의 총중량)는 0.05∼0.23 범위내에 있어야 한다.

중량비가 0.55(즉 5%)이하라면 유리섬유에 의한 충분한 보장이 기대될 수 없고 중량비가 0.23(즉 25%)를 초과하면 배합물의 유동성이 적당치 않고 배합물의 값이 비싸게 된다.

고정자 하우징에 요하는 최소치로 간주되는 약 2.5kgcm/㎠보다 큰 이 죠드 충격치를 가진 경화된 물체를 얻기 위하여 적어도 5%의 유리섬유가 필요하다.

4. 수지-충전재 배합물의 총중량에 대한 폴리에스터 수지의 중량비([Ⅱ]/조성물의 총중량)는 0.1∼0.4(즉 10∼40%)범위이어야 한다.

비가 10%보다 작다면 충전재 입자들의 접착이 충분치 못하여 권선 사이의 간격들이 배합물로 채워지지 않는 한편 비가 40%보다 크면 경화된 물체로 만들어진 하우징의 열-소산 특성이 좋지않고 경화된 물체의 선 열 팽창계수가 너무커서 경화된 물체내에 균열이 일어나고 경화된 물체와 고정자의 금속 성분 사이의 분리가 일어난다.

중량비가 0.15∼0.3 범위내에 있으면 경화된 물체의 선 열팽창계수는 3×10^-5㎝/㎝/℃ 보다 작아지며 특히 중량비가 2×10^-5㎝/㎝/℃일때 경화된 물건의 기계적 성질, 특히 내충격성이 좋다.

5. 수지-충전재 배합물의 총중량에 대한 점토분말의 중량비([Ⅱ]/조성물의 총중량)는 0.05∼0.15의 범위내에 있어야 한다.

만일 중량비가 0.05(즉 5%) 보다 적으면 성형중 수지 분리다 지나치게 되는 반면 중량비가 0.15(즉 15%) 보다 크다면 수지분리가 너무 작다.

환언하면 분리 억제제로서 점토분말의 기능이 너무 강하여 결과적으로 배합물로 고정자내 동공 및 간격들의 충진이 분충분하여 회전전기의 전기적 성질이 불만족스럽게 된다.

다른 첨가물

성형 배합물로 사용되는 많은 종류의 첨가물들이 있다.

공지된 바와 같이 아크릴 섬유, 포리아마이드 섬유, 비니론섬유 같은 짧은 함성섬유가 수지-충전재 배합물에 배합된다. 폴리부타디엔, 풀리에티렌, 폴리스티렌, 페놀수지, 에폭시 수지, 메라민 수지, 요소수지 등과 같은 것이 배합물에 첨가될 수 있다.

또한 칼슘 스테아레이트, 징크 스테아레이트, 스테아린산, 포리 결정성 왁스 등 같은 적당한 분리제가 배합물의 총량당 중량비 0.4∼1.2%의 양으로 배합물에 첨가된다.

수지와 충전재 사이의 습윤성을 개량하기 위하여 비닐시란, 에폭시 시란, 아미노시란 등과 같은 적당한 카프링제가 배합물의 총중량당 중량비 0.2∼1.0%의 양으로 배합물에 배합된다. 티타니아, 산화코롬, 카본 브랙 등과 같은 여러 종류의 색소가 배합물의 총중량당 0.2∼2 중량%의 양으로 배합물에 첨가된다.

성형 공정

사출 성형기 및 이것의 공정은 당해 분야에 공지되었다.

고정자 권성의 변형을 피하기 위하여 내부 라이너형 사출이송 성형기가 본 발명에 사용된다.

200㎏/㎠ 이하의 성형 압력 특히 75∼20㎏/㎠가 본 발명에 사용되고 성형온도는 120∼180℃의 범위내에 적당하고 성형시간은 1∼10분이다.

도면 및 실시예의 상세한 기술

제1도는 본 발명에 따른 모타의 부분 절개된 사시도를 나타낸 것으로 여기에서 권선(2)과 철심(4)은 회전자(14) 둘레에 동심적으로 배열되었다.

권선(2)과 철심(4)은 수지-충전재 배합물의 경화된 물체로 캡술화 하여 열-소산 및 전기 절연성 하우징(8)을 형성시킨다.

5㎜의 폭을 가진 고정자(1)의 홈(10)을 경화된 물체로 충진시킨다.

따라서 권선을 포함한 고정자 부품들로 또한 경화된 물건으로 채워진다.

하우징(1)을 고정시키기 위하여서는 베아링 장치(18)가 장치된 첨단 브라케트(20)가 있다.

회전자(14)의 축(12)은 베아링 장치(18)상에 지지되었다.

[실시예 1]

고운 충전재와 유리섬유의 최적 배합을 찾기 위하여 몇가지 실험을 실시하였다.

실험에 사용된 물질 및 배합물은 하기와 같다.

(1)불포화 폴리에스터 수지 : 중량비 20%의 DER-331의 비닐에스테르를 디메틸아크리레이트와 그리고 중량으로 80% ㅍ-664를 디메틸아크릴레이트와의 혼합물 DER-331 및 DER-664는 비스페놀 A형 에폭시 수지이다.

혼합물은 혼합물의 총중량을 기준으로 하여 중량비 30%의 스티렌 단량체와 1%의 과산화 디규밀을 포함한다.

(2) 강모래 : A-4, A-5, A-6, A-7

(3) 고운 충전재

ⅰ) 탄산칼슘 분말 : -325메쉬, 평균입도 2.22um

ⅱ) 점토분말 : 99.5%의 점토가 325메쉬 체를 통과하고 평균입자도가 3.2um이다.

ⅲ) 석영 유리 분말 : -325메쉬, 평균 입도는 1.9um 이다.

(4) 유리 섬유 : 길이가 6,000um 및 직경이 9um

(5) 분리제 : 징크 스테아레이트(Zn-st).

(6) 카프링제 : 메타이크릴옥시 시란

[표 2]

열 싸이클 :130℃×2h

20℃×2h

열 싸이클의 수:50싸이클

○ :균열무 ×:균열

[실시예 2]

고운 충전제와 유리 섬유의 가장 좋은 배합을 찾기 위하여 -32메쉬+100메쉬의 입도를 가진 실리카 모래만을 사용하여 실험을 실시하였다.

비교 목적으로 수지-충전재 배합물의 경화된 물건의 이조드 충격치를 측정하였다.

제2도에서 상술한 시험에서 얻은 충전재 배합물에 대한 이죠드 충격치(Kg.㎝/㎠)사이의 관계를 나타낸 것이다.

고운 충전재로서 탄산칼슘 분말을 유리 섬유와 배합한 것만이 우수한 내 충격성을 나타낸다는 것이 제2도에 의해 확실하다. 본 발명자는 이러한 결과의 이유를 밟히지는 못하였으나 탄산칼슘 분말은 배합물을 반죽하는 중 유리섬유를 보호하여 유리섬유의 과잉 마쇄나 짧아짐을 방지한다는 것이 제3a~3i도에 나타난 사실로 부터 확실하다.

제3a도~3i도의 사진은 반죽후 배합물의 상태를 나다낸 것이다.

각 배합물이 로울 반죽기에 의하여 반죽된후 약2g의 시료를 재취하여 이 시료를 테트라하이드로푸란으로 추출하여 유리섬유를 회수한 수 처리된 시료의 상태를 현미경으로 관찰한다.

실리카 모래의 양보다 탄산칼슘 분말의 양이 많으면 만을수록 유리섬유의 손상은 보다 적어진다는 것이 제3a~3c도에 의해 확실하다.

환언하면 유리섬유에 대한 실리카 모래의 작은 경우보다 많은 양의 긴 유리섬유가 관찰되었다.

또한 실라카 모래를 석영 유리분말 빛 점토 분말과 배합하였을 때 짧은 유리섬유가 관찰됨을 제3d~3i도로부터 명확하다.

탄산나트륨 분말에 대한 모래의 비가 감소할 때 충격치가 감소한다는 것이 제2도 및 제3a~3c도에 의해 확인되었다. 환언하면 탄산칼슘 분말의 양은 너무 적지 않아야 하므로 본 발명에서 (b)에 대한 (a)의 비는 0.3~4이다.

제4도는 성형으로부터 수지에 의하여 형성된 핀의 길이로 나타낸 수지분리의 점도를 나타낸다.

이송성형 온도는 150℃이고 성형 압력은 50kg/cm²및 성형시간은 4분이다.

제4도에 따르면 탄산칼슘 분말의 경우 핀 길이가 3가지 고온 총전재중에서 최대이다.

이 실험에 사용된 배합물은 제2도 및 제3a도~3i-에 나타낸 것과 동일하다.

제5도는 이죠드 충격치 및 유리섬유의 첨가량 사이의 관계를 나타낸 것이다.적어도 2kg/cm²의 충격치가 소형 회전전기의 고정가 하우징에 요하므로 약5%가 유리섬유의 최소 첨가량이다. 유리섬유의 첨가량의 증가와 함께 충격치가 증가하나 이것의 첨가량은 배합물의 총량의 중량비 25% 이하이어야 한다.

제6도는 점토 분말의 첨가량에 대하여 구성된 최소 토르크(ηmin, g.m)로써 표시된 배합물의 용융점도 및 핀길이 사이의 관계를 나타낸 것이다.

최소 토르크(ηmin)은 PLV 151 type Blankender plasticordermixer Tg 30에 의하여 측정되고 로울러 회전수는 30 r.p.m이며 30g의 시료를 7분/50℃의 가열조건하에서 경화시킨다.

경화 반응중 플라스틱-코더의 토르크를 측정하여 제6도에 도시하였다.

토르크의 변화를 배합물의 점도변화로 간주하였다.

점토분말의 첨가량이 증가할 때 점도(ηmin)는 증가하고 핀 길이는 감소한다는 것이 제6도에 나타나 있다. 검토 분말의 첨가량이 5% 이하일 때 점도(ηmin)는 13(g.m)보다 크며 핀 길이는 25mm 이하이다.

제7도는 성형된 고정자의 임펄스 브레이크다운 전압과 배합물의 점토함량에 대하여 구성된 최소 토르크 (ηmin, g.m)사이의 관계를 나타낸다.

5~15%의 진흙 분말의 범위내에서 임펄스 브레이크다운 전압은 브레이크다운전압의 낮은 한계이상이고 최소 토르크는 5~15%의 점토분말 범위내에서 13(g.m)이상이다.

따라서 점토 분말의 함량은 회전전기를 우수한 전기적 성질을 갖도록 하기 위하여 중량분 5~15% 이어야 한다.

제8a 및 8b도는 수지-충전제 배합물로 함침(含浸)시킨 권선의 간격상태를 나타낸 사진이다.

제8a도는 분리 억제제로서 18%의 점토 분말을 포함한 배합물의 함침을 나타내고 제8d도는 7.6%의 점토 분말을 포함한 배합물의 함침을 나타낸다.

점토 분말의 함량을 증가시킴으로써 수지 분리를 방지할 수 있으나 수지분기의 과잉방지로 인하여 배합물에 의한 간격의 함침이 제8a도에 나타낸 바와 같이 불충분한 함침을 나타낸다.

환언하면 점토함량이 7.6%일 때 권선 사이의 간격들이 제8b도에 나타낸 바와같이 수지-충전제 배합물로 충분히 함침된다.

[실시예 3]

하기조성물을 가진 수지-충전재 배합물이 제조된다.

충진재

ⅲ)유리섬유(길이 5,000μmin, 직경(μm)60)

표 3에 나타낸 각 배합물의 5가지 시험물을 내부 라이너형 성형기의 방법에 의하여 성형시키고 이 시험물들의 교류 브레이크다운 전압(전압의 증분은 1KV/sec임)을 측정하여 결과를 표 3에 나타냈다.

[표 3]

표 3에 나타난 결과로부터 실리카 모래가 - 100메쉬+250메쉬 같은 작은 입도를 갖고 고운 신리카 모래에 대한 탄산칼슘의 중량분가 0.3~4 범위 이외라면 경화된 물체의 임펄스 브레이크 다운 전압은 항상 좋지 않다.

또한 탄산 칼슘과 실리카 모래는 경화된 물체가 우수한 전기적 성질을 갖도록 하기 위해 배합물에 필수적인 것임을 나타낸다.

[실시예 4]

하기 조성을 가진 배합물을 제조한다.

충진재

ⅰ)실리카 모래(-32메쉬+60메쉬)

ⅱ)탄산칼슘(10μm 이하)

ⅲ)유리섬유(길에 6,000μm, 직경 9μm))

충전재의 중량분는 45/45/10이고 충전재의 총량은 제4도에 나타낸 바에 따라 변한다.

점토분말 44μm이하의 입도, 3.2μm의 평균입도) 40실험물의 임펄스 브레이크다운 전압은 실시예 1에서와 동일한 방법으로 측정된다.

[표 4]

표 4에 나타난 결과로부터 배합물의 총량에 대한 수지의 비는 0.1보다 커야 한다.

[실시예 5]

하기 조성을 가진 배합물은 하기와 같이 제조한다.

충전재

ⅰ) 실리카 모래(-12메쉬+60메쉬) 202.5

ⅱ) 탄산칼슘(10μm이하) 162.5

ⅲ) 유리섬유(길이 6,000μm, 직경 9μm) 45

실시예 4에서 사용된 점토분말 40

상기 배합물을 반죽하여 제1도에 나타낸 바와 같은 30고정자를 상술한 배합물을 사용하여 사출 성형에 의하여 제조한다.

권선의 단자 6사이의 임펄스 브레이크다운 전압을 측정한다.

고정자의 평균 임펄스전압은 7KV

[실시예 6]

실리카 모래를 -60메쉬+100메쉬의 입도를 가진 라임스톤의 분말로 치환시키는 것 이외에는 실시예 4에서와 동일한 시험을 실시한다.

결과는 하기 표 5에 나타냈다.

[표 5]

[실시예 7]

충전재와 점토분말을 하기조성을 갖게하여 실시예 5에서와 동일한 시험을 실시한다.

라임스톤 분말(-60메쉬+100메쉬) 202.5부

탄산칼슘 분말(10μm메쉬 이하) 150

유리섬유(길이 6,000μm, 직경 9μm) 45

점토 분말(-325메쉬) 52.5

상술한 배합물로 생성된 30고정자의 평균 임펄스 브레이크다운 전압은 8.5KV이다.

[실시예 8]

무기 광물질 입자로서 -60메쉬+100메쉬의 입도를 가진 라임스톤 분말을 사용한다.

배합물을 하기성분으로 하여 실시예 1에서와 동일한 실험을 실시한다.

(1)실시예 1에서 사용한 불포화 폴리에스터수지 100부

(2)DCPO 1

(5)유리섬유(길이 6,000μm, 직경 9μm) 27

(6)메타아크릴옥시 시란 2

라임스톤 분말에 대한 탄산칼슘 분말의 비를 하기 표 6에 나타냈다.

배합물로 성형한 고정자는 열-싸이클 시험을 받고 이것의 결과는 표 6에 나타냈다.

[표 6]

Claims (1)

1. [Ⅰ] 하우징이 에티렌적 불포화 화합물 단량체와 경화촉매를 포함하여 25℃에서 50~50,000쎈티포아즈의 점도를 가진 액체 불포화 폴리에스터 수지와

   [Ⅱ] 하기 성분들로 구성된 무기 전기절연성 충전제,

   (a) 325메쉬를 통화하는 입도를 가진 탄산칼슘 분말,

   (b) 12메쉬체를 통과하나 200메쉬 체상에는 남는 입도를 가진 무기광물질 입자,

   (c) 배합물을 반죽한후 길이가 200μm이상, 직경이 150μm 이하인 썰은유리 섬유,

   상기 성분들이(a)/(b)=0.3~4,(c)/배합물의 총량=0.05~0.25,[Ⅰ]/배합물의 총량=0.1~0.4 및 [Ⅱ]/배합물의 총량=0.6~0.9의 중량비로 구성된 수지 충전재배합물의 경화된 물체로 제작됨을 특징으로하는 열-소산 및 전기절연성 하우징으로 캡술화된 권선 및 철심을 갖춘 고정자 장치와, 중심에 배열된 축을포함한 회전자장치 및 축을 회전할 수 있게 지지하기 위한 고정자장치에 배열된 베아링 장치로 구성된 수지 모울드 회전전기.

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