JP2665537B2 - High heat resistant oil impregnated insulation board - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明の技術分野 本発明は芳香族ポリアミドフィブリド及びセルロース
を事実上含まないポリテトラフルオロエチレン（PTFE）
のフロック（floc）又はパルプ（pulp）から耐熱性の高
い油含浸性絶縁ボードを成形する方法、及び得られる絶
縁ボードに関する。Description: TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to polytetrafluoroethylene (PTFE) substantially free of aromatic polyamide fibrids and cellulose.
The present invention relates to a method for forming an oil-impregnated insulating board having high heat resistance from floc or pulp of the present invention, and an obtained insulating board.

本発明の技術的背景 耐熱性の高い絶縁材料に対する需要は益々増大してい
る。ポリ（ｍ−フェニレンイソフタルアミド）（MPD−
Ｉ）はその耐熱性が高いために充分適していることが認
められている。しかし、油−含浸性絶縁ボードを成形す
る際には、誘電率の値が非常に重要である。鉱物油は約
2.2の好都合な優電率を有すると考えられている。油に
含浸されたボードは一般にもっと高い値を有している
が、その設備に必要な機械的強度を提供する。誘電率の
差は液相及び固相の電気応力の配分に不均衡をもたら
す。応力の処理に一段と適したボード中に電気応力を再
分配することは望ましいことである。ボードの誘電率は
理想的には油の誘電率に等しくあるべきである。TECHNICAL BACKGROUND OF THE INVENTION The demand for insulating materials having high heat resistance is increasing. Poly (m-phenylene isophthalamide) (MPD-
I) has been found to be well suited due to its high heat resistance. However, when forming an oil-impregnated insulating board, the value of the dielectric constant is very important. Mineral oil is about
It is believed to have a favorable dominance of 2.2. Oil impregnated boards generally have higher values, but provide the mechanical strength required for the equipment. The difference in the dielectric constants causes an imbalance in the distribution of electrical stresses in the liquid and solid phases. It is desirable to redistribute electrical stress into a board that is more suitable for handling stress. The dielectric constant of the board should ideally equal the dielectric constant of the oil.

1982年３月、“変圧器プレスボードの誘電率及び機械
的強度についての進歩概念（Advance Concepts for
Transformers Pressboard Dielectric Constant an
d Mechanical Strength）”と題した米国エネルギー
省の報告は、ボードと油の間の誘電率の差の問題の一つ
の研究を詳細に述べている。該報告はセルロース/MPD−
Ｉ及びセルロース/PTFEの組み合わせを開示し、ボード
の誘電率を低下させて油の誘電率に接近させることを示
している。March 1982, "Advance Concepts for the dielectric constant and mechanical strength of transformer press boards.
Transformers Pressboard Dielectric Constant an
The US Department of Energy report, entitled “d Mechanical Strength), details one study of the problem of dielectric constant differences between board and oil.
A combination of I and cellulose / PTFE is disclosed, demonstrating lowering the dielectric constant of the board to approach that of the oil.

高い耐熱性を有する油含浸性絶縁ボードに芳香族ポリ
アミド及び特にMPD−Ｉを使用することは、米国特許第
4,595,457号に開示されている。しかし、鉱物油に含浸
されたMPD−Ｉプレスボードは約3.4の誘電率を持ってい
る。油の誘電率に一層近い誘電率を持つ耐熱性の高い絶
縁ボードを有することは願わしいことである。The use of aromatic polyamides and especially MPD-I in oil impregnated insulating boards with high heat resistance is disclosed in U.S. Pat.
No. 4,595,457. However, MPD-I pressboard impregnated with mineral oil has a dielectric constant of about 3.4. It would be desirable to have a high heat resistant insulating board with a dielectric constant closer to that of oil.

本発明の総括 鉱物油中で2.7よりも小さい誘電率を有する耐熱性の
高い油含浸性絶縁ボードが新規に見出だされた。該ボー
ドは35−60重量％の芳香族ポリアミド繊維状材料、好適
にはMPD−Ｉ、及び40−65重量％のセルロースを事実上
含まないPTFE繊維状材料、好適には漂白されたPTFEフロ
ックを有している。該ボードは更に油中の平均誘電正接
（dissipation factor）が0.01より小で、平均破壊強
度が少なくとも幅1m当たり500kNであるという特徴を有
している。好適には０−20重量％がMPD−Ｉフロックで
あり、且つ少なくとも35重量％がMPD−Ｉフィブリドで
ある。Summary of the Invention A new heat-resistant, oil-impregnated insulating board having a dielectric constant of less than 2.7 in mineral oil has been newly discovered. The board comprises 35-60% by weight of an aromatic polyamide fibrous material, preferably MPD-I, and 40-65% by weight of a PTFE fibrous material substantially free of cellulose, preferably bleached PTFE floc. Have. The board is further characterized in that the average dielectric loss tangent in oil is less than 0.01 and the average breaking strength is at least 500 kN / m width. Preferably 0-20% by weight is MPD-I floc and at least 35% by weight is MPD-I fibrids.

ボードを製造する方法は下記の： ａ）40−65重量％のポリテトラヒドロフルオロエチレン
フロックを、35−60重量％の芳香族ポリアミドフィブリ
ドと混合し、水でスラリーを形成する； ｂ）該スラリーを製紙工程に従って処理して湿潤したウ
ェブを形成する； ｃ）該湿潤ウェブから水を除いて水分含量を70−90％と
する； ｄ）多数のウェブを堆積する； ｅ）堆積したウェブに５−106kg/cm²の圧力及び125−19
0℃の温度をかける； 工程から成る。The method of making the board is as follows: a) mixing 40-65% by weight of polytetrahydrofluoroethylene floc with 35-60% by weight of aromatic polyamide fibrids and forming a slurry with water; b) the slurry Is processed according to the papermaking process to form a wet web; c) water is removed from the wet web to 70-90%; d) multiple webs are deposited; e) 5 to the deposited web −106 kg / cm ² pressure and 125−19
Apply a temperature of 0 ° C .;

繊維状材料はフロック、パルプ及びフィブリドを含
む。ボードを製造する工程で使用されるPTFE繊維状材料
は事実上セルロースを含まないPTFEフロック又はパルプ
でなければならない。好適な形態は“漂白された"PTFE
である。PTFEパルプ及びフロックは“ナチユラル（natu
ral）"PTFEとして知られる形態で普通販売されている。
ナチユラルPTFEはセルロースを含んでいる。比較的低温
では、絶縁ボードとして最も普通な材料であるセルロー
スの混入は問題とならない。しかし高温には暴露される
高耐熱性の絶縁ボードにおいては、セルロースは分解さ
れ、副生物は水である。水は変圧器において問題を起こ
す伝導体であり、且つ水は油を分解する。Fibrous materials include flocs, pulp and fibrids. The PTFE fibrous material used in the board manufacturing process must be a virtually cellulose-free PTFE floc or pulp. The preferred form is "bleached" PTFE
It is. PTFE pulp and floc are “Natural (natu
ral) is commonly sold in a form known as "PTFE.
Natural PTFE contains cellulose. At relatively low temperatures, the incorporation of cellulose, the most common material for insulating boards, is not a problem. However, on high heat resistant insulating boards exposed to high temperatures, cellulose is decomposed and the by-product is water. Water is a conductor that causes problems in transformers, and water breaks down oil.

“漂白された"PTFEは、PTFEから全部又は殆んど全部
のセルロースを除去したPTFEの名称である。MPD−Ｉフ
ロックを含み又は含まないMPD−Ｉフィブリド、及び漂
白したPTFEフロック又はパルプを組み合わせると、油の
誘電率に一段と近い誘電率を持った高耐熱性の絶縁ボー
ドが得られる。漂白されたPTFEはナチユラルPTFEの価格
の約二倍であり、漂白されたPTFEは、絶縁ボードが高耐
熱性絶縁ボードの遭遇するような高温に暴露されない場
合には、ナチユラルPTFEよりも優れた利点を与えるもの
ではない。“Bleached” PTFE is the name for PTFE that has all or almost all of the cellulose removed from the PTFE. Combining MPD-I fibrids with or without MPD-I flocs and bleached PTFE flocs or pulp results in a high heat resistant insulating board having a dielectric constant closer to that of oil. Bleached PTFE is about twice the price of Natural PTFE, and bleached PTFE has advantages over Natural PTFE when the insulation board is not exposed to the high temperatures encountered by high heat resistant insulation boards. Does not give.

本発明の絶縁ボードは、変圧器に使用される油の存在
において、鉱物油の温度よりも幾分か高い最高約200℃
の温度で長期使用するのに適している。この温度で使用
するのに適した特製の油が使用できる。The insulation board of the present invention can be used in the presence of oil used in transformers, up to about 200 ° C., somewhat above the temperature of mineral oil.
Suitable for long-term use at temperatures. Specialized oils suitable for use at this temperature can be used.

試験方法 実施例中で報告された破断強度（引張破断強度）デー
タは、1971年再承認、1984年７月編集変更（editorial
change）されたASTM D828−60に記載された標準試験
方法に従って測定された。Test method The breaking strength (tensile breaking strength) data reported in the examples were reapproved in 1971 and edited and modified in July 1984 (editorial
measured according to the standard test method described in ASTM D828-60.

スイス国、ジュネーブ、国際電気技術委員会中央事務
局（Bureau Central de la Commission Electrote
chnique Internationale）発行の国際電気化学委員会
（Internatinal Electrochemical Commission）、IEC
標準、出版物641−２、第１版（1979）、“電気用を目
的とするプレスボード及びプレス紙の仕様書（Specific
ation for pressboard and presspaper for elec
trical purpose）、第２部：試験方法”、29ないし31
頁（17節）に記載された方法に従って、ボード試料を油
で含浸した。油含浸ボードの誘電率（permittivity）及
び誘電正接は、ASTM呼称Ｄ 150−81に記載された方法
に従って測定された。Geneva, Switzerland, Bureau Central de la Commission Electrote
chnique Internationale), International Electrochemical Commission, IEC
Standards, Publication 641-2, First Edition (1979), "Specifications for Press Boards and Press Papers for Electrical Applications (Specific
ation for pressboard and presspaper for elec
trical purpose), Part 2: Test methods ", 29-31
Board samples were impregnated with oil according to the method described on page (section 17). The permittivity and the dielectric loss tangent of the oil-impregnated board were measured according to the method described in ASTM designation D150-81.

実施例 1.5のインヒーレント粘度を有するポリ（ｍ−フェニ
レンイソフタルアミド）（MPD−Ｉ）のフィブリドを、
米国特許第3,756,908号、第５欄、34−54行にグロス（G
ross）により事実上記載されたようにして、精製工程を
省略して製造した。The fibrid of poly (m-phenyleneisophthalamide) (MPD-I) having an inherent viscosity of Example 1.5 was
No. 3,756,908, column 5, lines 34-54, gross (G
ross) and was prepared with the purification step omitted.

長さ0.63cm（1/4インチ）で、事実上白色の市販のポ
リテトラフルオロエチレン（PTFE）フロック（E.I.デュ
ポン・デ・ニモアス［duPont de Nemours］社により
漂白された“テフロン［Teflon］"PTFE繊維として市販
されている）を多量に入手した。このPTFEフロックは、
ビスコース・レーヨン紡糸溶液中でPTFE粒子の分散物を
紡糸し、紡糸したフィラメントを370℃（700゜F）で焼
結し、フィラメントを始めの長さの6.3倍に延伸し、焼
結した繊維のかせを温度が徐々に６時間にわたって261
℃（502゜F）に上昇する炉内で加熱し、更に６時間その
温度にかせを保持し、最後に再度310℃（590゜F）でか
せを加熱することにより工業的に製造された。装置は湿
式の20cm（８インチ）平方の手動シート用金型（ノーブ
ル・アンド・ウツド社製）から構成され、39.4/cm（100
/インチ）メッシュのステンレス鋼篩により過され
た。A commercially available polytetrafluoroethylene (PTFE) floc, 0.63 cm (1/4 inch) in length, bleached by "EI duPont de Nemours", a virtually white commercial "Teflon" PTFE (Commercially available as fiber). This PTFE floc
Spinning a dispersion of PTFE particles in a viscose / rayon spinning solution, sintering the spun filament at 370 ° C (700 ° F), stretching the filament to 6.3 times its initial length, and sintering the fiber The temperature is 261 over 6 hours
Manufactured industrially by heating in an oven rising to 502 ° F. (° C.), holding the skein at that temperature for an additional 6 hours, and finally heating the skein again at 590 ° F. (310 ° C.). The device consisted of a wet 20 cm (8 inch) square manual sheet mold (manufactured by Noble & Woods) with a 39.4 / cm (100
/ Inch) mesh passed through a stainless steel sieve.

シート成形用スラリーは0.64cm（1/4インチ）のPTFE
フロック52.69g（乾燥重量として）を、52.69gのMPD−
Ｉフィブリド（同様乾燥重量として）と2400mlの水と共
に混合することによって製造された。これを製紙用のパ
ルプ分散用の混合装置（英国標準砕解機）中で５分間分
散させ、その後更に600mlの水を追加した。得られたス
ラリーを完全に混合するまで容器中で浸盪した。スラリ
ーを各々300mlづつ10個の容器に分け、11個目には残り
（普通100−200ml）を入れた。11個の容器の各々のスラ
リーを用いて一枚の無サイズ紙（waterleaf）を抄き、
ステンレス鋼篩からはがし、多数の吸い取り紙の層の間
にサンドイッチし、次いでめん棒で圧搾して余分の水分
を除いた。11枚の層を堆積し、次いで70kg/cm²（1000ps
i）及び140℃（284゜F）で90分間定盤プレスを掛けた。Sheet forming slurry is 0.64cm (1/4 inch) PTFE
52.69 g (as dry weight) of floc are combined with 52.69 g of MPD-
It was prepared by mixing I fibrid (also as dry weight) with 2400 ml of water. This was dispersed in a pulp dispersing mixer for papermaking (British standard disintegrator) for 5 minutes, after which an additional 600 ml of water was added. The resulting slurry was agitated in the vessel until thoroughly mixed. The slurry was divided into 10 vessels of 300 ml each and the 11th contained the remainder (usually 100-200 ml). Making one sheet of non-sized paper (waterleaf) using the slurry of each of the 11 containers,
The stainless steel sieve was peeled off, sandwiched between multiple layers of blotter paper, and then pressed with a rolling pin to remove excess moisture. Deposit 11 layers, then 70kg / cm ² (1000ps
A platen press was applied for 90 minutes at i) and 140 ° C (284 ° F).

この方法によって製造された一連の試料は、2165g/平
方ｍ（63.82オンス／平方ヤード）の平均坪量及び0.87g
/ccの平均密度を有し、厚さ約98ミルであった。ボード
の平均破断強度は522.9kN/m（2986ポンド／インチ）幅
であることが見出だされた。1000Hzにおける誘電率は平
均2.58（25℃の油中）で、平均誘電正接は0.00339（25
℃の油中で）であった。A series of samples produced by this method had an average basis weight of 2165 g / sq. M (63.82 oz / sq. Yard) and 0.87 g.
It had an average density of / cc and was about 98 mils thick. The average break strength of the board was found to be 522.9 kN / m (2986 pounds / inch) wide. The dielectric constant at 1000 Hz is 2.58 on average (in oil at 25 ° C), and the average dielectric loss tangent is 0.00339 (25
C in oil).

本発明の主なる特徴及び態様は以下の通りである。 The main features and aspects of the present invention are as follows.

1. 35−60重量％の芳香族ポリアミド繊維状材料及び40
−65重量％のセルロースを事実上含まないポリテトラフ
ルオロエチレン繊維状材料から成り、少なくとも500kN/
m幅の平均破断強度、2.7以下の誘電率及び0.01より小さ
い油中の平均誘電正接を有することを特徴とする耐熱性
油含浸性絶縁ボード。1. 35-60% by weight of aromatic polyamide fibrous material and 40%
-Consisting of a polytetrafluoroethylene fibrous material substantially free of cellulose by 65% by weight, at least 500 kN /
A heat-resistant oil-impregnated insulating board having an average breaking strength of m width, a dielectric constant of 2.7 or less, and an average dielectric loss tangent in oil of less than 0.01.

2. 芳香族ポリアミドがポリ−（ｍ−フェニレンイソフ
タルアミド）である上記１に記載の生成物。2. The product of claim 1, wherein the aromatic polyamide is poly- (m-phenylene isophthalamide).

3. ポリ−（ｍ−フェニレンイソフタルアミド）繊維状
材料の少なくとも35％がフィブリドである上記２に記載
の生成物。3. The product of claim 2, wherein at least 35% of the poly- (m-phenylene isophthalamide) fibrous material is fibrids.

4. ポリ−（ｍ−フェニレンイソフタルアミド）繊維状
材料の０−20％がフロックである上記２に記載の生成
物。4. The product of claim 2 wherein 0-20% of the poly- (m-phenylene isophthalamide) fibrous material is floc.

5. ａ）セルロースを事実上含まない40−65重量％のポ
リテトラヒドロフルオロエチレン繊維状材料を、35−60
重量％の芳香族ポリアミドフィブリド繊維状材料と混合
し、水でスラリーを形成し； ｂ）該スラリーを製紙工程に従って処理して湿潤したウ
ェブを形成し； ｃ）該湿潤ウェブから水を除いて水分含量を70−90％と
し； ｄ）多数のウェブを堆積し；及び ｅ）堆積したウェブに５−106kg/cm²の圧力及び125−19
0℃の温度をかける 工程から成る、少なくとも500kN/m幅の平均破断強度、
2.7以下の誘電率及び0.01より小さい油中の平均誘電正
接を有することを特徴とする耐熱性油含浸性絶縁ボード
の製造方法。5. a) 40-65% by weight of polytetrahydrofluoroethylene fibrous material substantially free of cellulose
By weight with the aromatic polyamide fibrid fibrous material and forming a slurry with water; b) treating the slurry according to a papermaking process to form a wet web; c) removing water from the wet web D) depositing multiple webs; and e) applying a pressure of 5-106 kg / cm ² and 125-19 to the deposited webs.
Average breaking strength of at least 500 kN / m width, comprising the step of applying a temperature of 0 ° C.
A method for producing a heat-resistant oil-impregnated insulating board, having a dielectric constant of 2.7 or less and an average dielectric loss tangent in oil of less than 0.01.

6. 芳香族ポリアミドがポリ−（ｍ−フェニレンイソフ
タルアミド）である上記５に記載の方法。6. The method according to the above item 5, wherein the aromatic polyamide is poly- (m-phenylene isophthalamide).

7. ポリ−（ｍ−フェニレンイソフタルアミド）繊維状
材料の０−20％がフロックである上記６に記載の方法。7. The method of claim 6, wherein 0-20% of the poly- (m-phenylene isophthalamide) fibrous material is floc.

8. ポリ−（ｍ−フェニレンイソフタルアミド）繊維状
材料の少なくとも35％がフィブリドである上記６に記載
の方法。8. The method of claim 6, wherein at least 35% of the poly- (m-phenylene isophthalamide) fibrous material is fibrids.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 キム・ルシエン・フリード アメリカ合衆国バーモント州05832イー ストバーク・ピーオーボックス244 (72)発明者 レランド・アラン・テイラー アメリカ合衆国バーモント州05849リン ドン・ピーオーボックス 51 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing the front page (72) Inventor Kim Lucien Fried 05832 East Bark Piobox, Vermont, USA 244 (72) Inventor Leland Alan Taylor 05849, Lyndon Piobox, Vermont, USA 51

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】35−60重量％の芳香族ポリアミド繊維状材
料及び40−65重量％のセルロースを事実上含まないポリ
テトラフルオロエチレン繊維状材料から成り、少なくと
も500kN/m幅の平均破断強度、2.7以下の誘電率及び0.01
より小さい油中の平均誘電正接を有することを特徴とす
る耐熱性油含浸性絶縁ボード。1. A fibrous material comprising 35-60% by weight of an aromatic polyamide fibrous material and 40-65% by weight of a cellulose-free polytetrafluoroethylene fibrous material having an average breaking strength of at least 500 kN / m width. Dielectric constant less than 2.7 and 0.01
A heat-resistant oil-impregnated insulating board having a smaller average dielectric loss tangent in oil. 【請求項２】ａ）セルロースを事実上含まない40−65重
量％のポリテトラフルオロエチレン繊維状材料を、35−
60重量％の芳香族ポリアミドフィブリド繊維状材料と混
合し、水でスラリーを形成し； ｂ）該スラリーを製紙工程に従って処理して湿潤したウ
ェブを形成し； ｃ）該湿潤ウェブから水を除いて水分含量を70−90％と
し； ｄ）多数のウェブを堆積し；及び ｅ）堆積したウェブに５−106kg/cm²の圧力及び125−19
0℃の温度をかける 工程から成る、少なくとも500kN/m幅の平均破断強度、
2.7以下の誘電率及び0.01より小さい油中の平均誘電正
接を有することを特徴とする耐熱性油含浸性絶縁ボード
の製造方法。2. a) 40-65% by weight of a polytetrafluoroethylene fibrous material which is substantially free of cellulose;
Mixing with 60% by weight of the aromatic polyamide fibrid fibrous material and forming a slurry with water; b) treating the slurry according to a papermaking process to form a wet web; c) removing water from the wet web D) depositing multiple webs; and e) applying a pressure of 5-106 kg / cm ² and 125-19 to the deposited webs.
Average breaking strength of at least 500 kN / m width, comprising the step of applying a temperature of 0 ° C.
A method for producing a heat-resistant oil-impregnated insulating board, having a dielectric constant of 2.7 or less and an average dielectric loss tangent in oil of less than 0.01.