KR960002475B1 - 전기절연용 열경화성 수지 조성물 - Google Patents

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내용 없음.

Description

전기절연용 열경화성 수지 조성물

본 발명은 전기ㆍ전자기기의 전기 절연물로 사용 가능한 열경화성 수지 조성물에 관한 것으로서 특히, 난연성, 내열성등 열적성질이 우수하며 내습성, 전기절연 특성 및 외부의 주기적인 온도변화에 대한 내습성이 강해 가혹한 사용 조건하에서도 전기절연 특성이 우수하게 유지되는 전기절연용 열경화성 수지 조성물에 관한 것이다.

열경화성 수지는 각종 전기ㆍ전자부품의 전기절연 재료로 응용하는 방법은 일찍부터 널리 알려져 왔다.

이 열경화성 수지를 기본 바인더로 하여 난연성 및 기계즉 특성 전기적 특성과 열특성을 강화시켜주는 무기물 충진제그리고 경화제와 혼합한 콤파운드(Compound)는 가공방법 및 성형에 따라 각종 전기ㆍ전자 부품에 사용되고 있다.

그러나 과학기술의 발달과 함께 우리 생활과 밀접한 관계를 갖고 있는 전기ㆍ전자기기의 사용범위가 다양해짐에 따라 다양한 사용조건하에서의 전기절연 특성 및 기계적 특성, 난연성, 내열성, 내습성을 갖춘 수지 조성물이 요구되었다.

그러나 수지 조성물의 제조에 있어 디글리시딜 에테르계 에폭시 수지와 지환족 에폭시 수지를 기본 바인더로 하여 여기에 각종 무기를 충전제를 첨가해 콤파운드를 제조함에 있어서 무엇보다도 요구되는 것은 충전제와 수지와의 상용성이며, 각 충진제가 가지고 있는 특성이 각 조건에 맞도록 기능이 유지될 수 있도록 하는 것이다.

특히, 전기ㆍ전자 제품에 있어 난연성 문제는 현재 우리생활에 사용되고 있는 가전제품 및 그외 각종 전기ㆍ전자 제품등의 사용량을 볼때 UL의 난연성 규격인 V-0를 획득함을 원칙으로 할때 실로 중요한 문제가 아닐 수 없다. 상기 난연성 부여를 위해서는 할로겐 난연제를 첨가하는 방법이 공지되어 왔으나, 이경우, 기계적 특성 및 열특성이 저하되는 경우가 있다. 이경우 노볼락형 에폭시 수지와 지환족 에폭시 수지를 혼합하여 바인더로 사용하는 방법이 있으나 이경우 반응물의 점도가 높아 작업성이 저하되고 이 컴파운드 조성물이 사용되어지는 케이스 등의 접촉면과의 접착력을 저하시키는 결과를 초래한다.

난연제선택에 있어 액상 성분이며 Br함량이 50~60%인 브롬화 크레졸의 글리시딜 에테르(glycidyl ether of Brominated Cresol)를 바인더 조성물에 대해 20~25%중량으로 혼합했을 경우 유리전이온도가 낮아 내열성이 낮아진다. 또한 Br 함량이 55~50%인 테트라 브로모 비스페놀 에이(Tetra Bromo BisPhenol A, TBBA)를 사용했을 경우 TBBA의 함량이 증가함에 따라 조성물의 점도는 약간씩 상승하고 양을 줄였을 경우는 CaSe와 접착력이 증가한다. 이것은 TBBA자체가 혼합물 중에서 가소제격으로 존재하기 때문이며, 가교 밀도(Cross link density)를 떨어뜨리는 단점이 있다. 그러나 조성물이 코일 함침용으로 사용될 경우, 불량이 원인이 되는 것으로 보아 수지와의 상용성이 불량하고, 에폭시에 용해될때 일부용해분이 충전제와 응집현상을 일으켜 흐름성을 저해하는 단점이 있다.

본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하여 높은 신뢰성을 지니는 전기ㆍ전자용 열경화성 수지조성물을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하고자 본 발명의 조성물은 상온에서 액상인 비스페놀 A형 에폭시 수지와 작업성 내열성 면에서 우수한 싸이클로 헥산 고리와 지방측쇄의 균형이 이상적인 지환족 에폭시 수지 및 1개의 활성 에폭시기를 지니는 에폭시 수지계 반응성 희석제를 유기성분으로 하고 여기에 최소한 둘이상으로 구성되는 복합 무기 충진제, Br함량이 높은 난연성 에폭시, 산무수물 경화제와 경화촉진제를 배합하여 제조하였다.

본 발명에서 사용한 지환족 에폭시 수지는 그 당량인 150~300, 25℃에서 점도가 500~1500센티 포이즈인 것이 유용하며, 특히 3,4-에폭시 싸이클로 헥실 메틸(3,4-에폭시) 사이클로 헥산 카르복실 레이트가 바람직한 데, 이는 일반 지환족 에폭시 수지에 비해 내열성 및 전기 절연성이 우수하며, 가수분해성 염소나 무기이온을 함유하지 않아 유전특성이 양호하다. 그 함량은 전체 유기 에폭시수지 100중량부에 대해 5~20중량부의 범위가 적당하며 함량이 한정범위보다 작은 경우에는 경화물의 수축이 커지고 이로 인하여 내열충격성이 저하된다.

난연성 에폭시는 브롬함량이 70~90%인 것이 적당하며, 이는 무기물 형태로 무기물의 50%이상이 2~7㎛의 입도를 갖고 있어 무기물 충진제와 혼합 사용했을 때 우수하며 에폭시 수지와의 사용성이 뛰어나다. 또한 Br함량이 일반 난연제보다 현저히 높아 난연성이 우수하고 가격면에서도 상당한 잇점이 있고, 그 함량은 전체무기 충진제100중량부에 대하여 5~25중량부의 범위가 적당하다. 함량이 상기 한정한 범위보다 과량인 경우는 점도가 높아져 가공성이 나빠지며, 비중이 높아 충진제가 침강할 우려가 있다. 에폭시 수지는 상온에서 액상이며 에폭시 당량이 180~200인 비스페놀 A형 에폭시 수지로 그 첨가량은 전체 유기 에폭시수지 조성 혼합물 100중량부에 대하여 50~90중량부의 범위가 제반특성 면에서 유리하다.

반응성 희석제로는 반응기내에 1개의 활성 에폭시기를 지니는 에폭시계 반응성 희석제로서 에폭시 당량이 150~300인 것이 사용되며, 함량은 전체 유기 에폭시 수지 혼합물 100중량부에 대하여 10~20중량부의 범위가 적당하다. 함량이 한정한 범위보다 과량인 경우 에폭시 수지와 경화제와 사이에 반응속도를 감소시켜 경화중 발열이 많게 된다. 함량이 한정한 범위보다 적을 경우에는 함침시 침투성이 떨어져 작업성 및 가사시간에 나쁜 영향을 준다. 또한 본 발명에 사용되는 충진제는 둘이상의 무기물을 혼합한 것으로 무기물 충진제중 수산화 알루미나 30~60%중량, 결정성 실리카 15~35%중량, 산화안티몬 5~15중량%으로 혼합한 것을 최종 전체 조성물 무게에 대하여 40~70중량%를 배합하는 것이 적당하다. 충진제가 40중량% 이하인 경우 내열충격성 및 기계적 특성이 불량하게 되고 70중량% 이상인 경우 점도가 높아져 가공성이 나빠지게 된다.

경화제는 작업공정 면에서 상온에서 액상인 산무수물계 경화제가 유리하다. 구체적인 예로는 메틸 핵사하이드로 프탈릭 안하이드라이드, 메틸 테트라 하이드로 프탈릭 안하이드라이드 및 이들의 혼합 변성물이 사용가능하며, 그 첨가량은 유기 에폭시 수지 혼합물 100중량부에 대하여 10~40중량부의 범위가 제반 특성면에서 가장 유리하다.

경화 촉진제로는 3급 아민계 화합물, 이미다졸계 화합물, 3불화붕소-아민 착염계 화합물등의 일반적인 경화 촉진제가 적용가능하다. 이들 경화촉진제의 함량은 유기 에폭시 수지 혼합물 100중량부에 대하여 0.5~10중량부의 범위가 적당하며 0.5중량부 이하에서는 경화속도가 늦어 경화물의 내열성, 내습성이 저하될 우려가 있으며 10중량부 이상에서는 경화중 발열에 의해 제품의 특성이 떨어질 우려가 있다.

본 발명의 수지 조성물의 경화조건은 성형품의 크기와 요구되는 특성에 따라 다를수 있으나, 일반적으로 97℃~115℃에서 2~6시간 1차 경화후 120~150℃에서 1~4시간 후 경화하여 원하는 경화물성을 얻을 수 있다.

본 발명에 의한 구체적인 제조예는 다음의 실시예에 따르고 비교예는 다음과 같다. 그러나, 다음의 실시예가 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.

[실시예 1~2]

비스페놀 A형 에폭시수지, 지환족 에폭시 및 반응희석제를 1차로 하기 표 1에 표기된 중량대로 혼합한 다음, 20℃에서 교반후, 여기에 난연제및 무기물 충진제를 투입하여 50℃에서 2차 교반하여 주제를 제조한 후 여기에다 산무수물계 경화제와 경화촉진제를 50℃에서 교반하여 얻은 경화제를 요구되는 특성에 맞게 하기 표 1에 표기된 각각의 중량대로 혼합한 다음, 100℃에서 4시간 1차 경화후 130℃에서 3시간 2차 경화하여 원하는 경화물성을 제조하였다.

[비교예 1~3]

각각의 첨가 조성물을 하기 표 1에 표기된 중량대로 첨가한 것을 제외하고는 실시예와 동일하게 실시하였다.

[표 1]

(단위 : 중량부)

* 주

(1) 에폭시 당량 180~200의 비스페놀 A형 에폭시 수지

(2) 3,4-에폭시 싸이클로 핵실 메틸-(3,4-에폭시) 싸이클로 헥산 카르복실레이트

(3) 브롬함량 50%와 70~90%인 난연성 에폭시 무기물

(4) 메틸테트라 하이드로 프탈릭 안하이드라이드

(5) 3급 아민계화합물 또는 이미다졸계화합물

(6) 에폭시 당량이 150~300이고, 1개의 활성 에폭시를 가진 에폭시 수지 상기 제조된 각각의 경화물을 이용 아래항목에 대하여 평가하였으며, 그 결과는 [표 2]에 표시하였다.

(1) 내열성

ASTM D 648에서 규정하는 시편 및 시험방법 조건에 의거하여 열변형 온도를 측정평가 하였다. 이때 하중은 18.6㎏/㎠이었다.

(2) 난연성

두께 3.2㎜, 폭 12㎜의 시편의 상단에 메탄가스 버너를 이용 10초간 점화한 후 소화되는지 여부를 관찰하였다.

(3) 전기 특성 및 내습성

전기적 특성의 대표치로 체적저항율을 측정하였다.

고온에서의 전기절연 특성 및 흡수후의 전기절연 특성의 평가를 위해 150℃에서의 체적저항 및 비등수에서 24시간 처리후의 체적저항율을 측정하였다. 이때 전압은 500볼트이었다.

(4) 함침성

폴리부틸렌 테레프탈레이트로 제조된 12슬리이트형 코일보빈에 직경 0.05㎜의 에나멜 동선을 슬리트당 350~400회 감은뒤 위의 조성물을 함침하여 경화 후 중앙을 절단하여 절단면을 현미경 관찰에 의해 미 충진 부분 및 내부공극(VOID)의 존재여부를 측정판단 하였다.

[표 2]

Claims (2)

1. 전기절연용 열경화성 수지 조성물에 있어서, 상온에서 액상인 비스페놀 A형 에폭시 수지 100중량부, 싸이클로 헥산 고리와 지방 측쇄의 균형이 이상적이고, 당량이 150~300, 25℃에서 점도가 500~1500센티 포이즈이며, 함량이 전체 유기 에폭시수지 100중량부에 대하여 5~20중량부인 지환족 에폭시수지, 및 1개의 활성 에폭시기를 가지며, 에폭시 당량이 150~300이고, 함량이 전체 유기 에폭시 수지 100중량부에 대하여 10~20중량부인 에폭시수지계 반응성 희석제를 유기성분으로 하고, 여기에 최소한 둘이상의 성분으로 구성되는 무기충진제, Br함량이 70~90%의 무기물 형태(고상)로 무기물의 50%이상이 2~7㎛의 입도를 가지며, 함량이 전체 무기충진제100중량부에 대하여 5~25중량부인 난연성 에폭시, 산무수물 경화제및 경화촉진제로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기절연용 열경화성 수지 조성물.
2. 제1항에 있어서, 상기 무기충진제가 수산화 알루미나 30~60중량%, 결정성 실리카 15~35중량% 및 산화안티몬 5~15중량%로 이루어지고, 최종 수지조성물에 대하여 40~70중량%로 사용됨을 특징으로 하는 전기절연용 열경화성 수지조성물.