JP3229351B2 - 耐熱性絶縁体の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電気機器、送・配電
設備等の電気絶縁性材料として用いられる耐熱性絶縁体
の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、無機質の材料を主要成分とする
耐熱性絶縁体の製造方法としては、粘結剤として硼酸と
酸化亜鉛または硼酸と酸化カルシウムを配合した材料
と、基材である石綿を混合し、金型に導入して加熱加圧
成形する方法が知られている。

【０００３】また、汎用の耐熱性無機質絶縁体として知
られる石綿セメントは、解綿された石綿とセメントを乾
式混合した後、水を添加してスラリー状に混合し、抄取
機のロール上で所要の厚さになるまで重ね合わせ、平板
または金型で押圧して所要の形状の成形体に製造されて
いる。

【０００４】一方、有機質の絶縁材料として、たとえば
塩化ビニル樹脂、ポリアミド、ポリエチレン、フェノー
ル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド等の合成樹脂があ
る。

【０００５】上記熱硬化性樹脂は、金型を用いた加熱・
加圧成形法によって、所要形状の絶縁体に製造されてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した耐熱
性絶縁体の製造方法は、いずれも原材料を一括して混合
した後、金型等を用いて平板状の他、所要形状の絶縁性
素材に成形するものであるから、製造工程が複雑で生産
効率が低く、したがって生産コスト面でも充分に満足で
きないものであった。

【０００７】また、耐熱性無機絶縁材料として汎用され
ている石綿は、製造者および需要者の健康を阻害するも
のと懸念されており、その使用が制約される傾向にあ
る。また、水和反応で固化するセメントは、乾燥後も若
干の水分を保有し、吸湿性もあるため、高湿度または浸
水状態では絶縁性が充分に発揮できない。一方、前記し
た絶縁基材および粘結剤のスラリー状混合物から得られ
る成形体では、粘結剤の物性が強く現われ易く、特に高
温状態で曲げ強度や圧縮強度等の機械的強度が充分に満
足できないという問題点がある。

【０００８】この発明は、上記したような問題点を解決
し、有機材料からなる絶縁体と同等の絶縁性を有すると
共に諸種の無機質絶縁基材材料を採用し得て製造環境の
改善に貢献でき、しかも、絶縁性ばかりでなく曲げ強度
や圧縮強度等の機械的強度も充分に満足できる耐熱性絶
縁体を所要の厚さで生産効率を高めて製造することを課
題としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、この発明においては、フィルム上に、燐酸アルミニ
ウム、酸性または中性の無機粉末、粉末状の無機増粘
剤、熱硬化性樹脂および溶媒からなる無機・有機質複合
の流動性組成物を所要厚さで仮着させ、ついでこの流動
性組成物を無機繊維製の連続シート状補強材に転写含浸
してシート状材料とし、このシート状材料を切断し複数
枚積層して加熱加圧下で一体化する手段を採用したので
ある。

【００１０】また、無機繊維製の連続シート状補強材
に、燐酸アルミニウム、酸性または中性の無機粉末、熱
硬化性樹脂および溶媒からなる無機・有機質複合の流動
性組成物を含浸させてシート状材料とし、ついでこのシ
ート状材料を乾燥した後切断し、複数枚積層して加熱加
圧下で一体化する手段を採用することもできる。以下、
その詳細を述べる。

【００１１】まず、この発明に用いる無機繊維製補強材
は、耐熱分解性に優れた無機材料からなる連続したシー
ト状の編織布または不織布であり、成形後の絶縁体に所
要の機械的強度を付与する。特に絶縁性に優れた無機繊
維性補強材としては、ガラス繊維、ロックウールなどが
挙げられる。また、特に断熱性に優れた無機繊維性補強
材としては、金属繊維、カーボン繊維などが挙げられ
る。このような無機繊維性補強材は、当初ロール状とし
たものを製造ラインの進行速度で巻き戻して供給する。

【００１２】つぎに、この発明に用いる燐酸アルミニウ
ムは、粘結剤として用いられるものであって、第一燐酸
アルミニウム、第二燐酸アルミニウムなどの単独または
変成したもので水溶性のものが挙げられる。第三燐酸ア
ルミニウムは水に不溶のため、溶媒が水である場合には
不適当である。また、溶媒として水およびメタノール、
エタノールなどのアルコール類または有機溶剤が例示で
きる。有機溶剤については、水と相溶性があるものが作
業上好ましく、更に人体に著しく有害なものは好ましく
ないのはいうまでもない。そして水が取扱上無害であり
作業性を考慮したばあい最良であると考えられる。

【００１３】また、この発明で用いる酸性または中性の
無機粉末は、燐酸アルミニウムの高湿度下での電気絶縁
性を一層確実にすることを主目的として添加されるが、
これらは常温で燐酸アルミニウムと反応せず、凝固もし
ないものであるから、加熱・加圧下での粘結性、成形性
が阻害されずに好ましい。このような酸性の無機粉末と
しては、その代表的なものにシリカが例示でき、中性の
無機粉末としては、アルミナ、水酸化アルミニウム、カ
オリン等、一般に市販されているものが例示される。

【００１４】このような酸性または中性の無機粉末と燐
酸アルミニウムの配合割合は、燐酸アルミニウム１００
重量部に対し、酸性または中性の無機粉末１５〜１３０
重量部が好ましい。なぜなら、１５重量部未満の少量で
は、高湿度下での絶縁性に効果がなく、１３０重量部を
越える多量では機械的強度が低下することとなって好ま
しくないからである。

【００１５】また、この発明に用いる粉末状の無機増粘
剤は、流動性組成物をフィルム上に所要厚さで仮着でき
るように粘性を付与し、かつ耐熱性および絶縁性のある
ものが好ましく、例えば酸化マグネシウム、酸化カルシ
ウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、珪酸マ
グネシウム、珪酸カルシウム、タルクなどの粉末状の塩
基性無機増粘剤が例示できる。

【００１６】また、特に無機増粘剤としては塩基性のも
のが好ましく、例えば珪酸マグネシウムは１〜２５重量
部程度が好ましい。その他の増粘剤、例えば酸化マグネ
シウムの場合は凝固し易いため１重量部で充分であり、
それ以上であると凝固が進みワニス状の粘性ある溶液が
得られなくなる。このような増粘剤は、水を増量するこ
とにより混合溶液が希釈されるため、その比率に応じ増
量が可能となる。そのため上記範囲を越えても使用は可
能で適宜配合割合で使用する。

【００１７】前記した酸性および中性の無機粉末、そし
て増粘剤としての粉末類は、その粒径を特に限定するこ
となく使用できるが、例えば２００メッシュ〜３００メ
ッシュ程度のものが適当である。また、粒度分布の範囲
が狭く、より小さい物ほど溶解が容易になり、作業時間
が短縮できるため作業上好都合である。

【００１８】この発明に用いる熱硬化性樹脂は、特に限
定せずに用いることができ、たとえば、フェノール樹
脂、シリコーン樹脂、メラミン樹脂、熱硬化性ポリイミ
ド等が挙げられる。

【００１９】このような熱硬化性樹脂の配合割合は、２
〜１５重量部程度が好ましく、２重量部未満であると絶
縁特性および強度特性が付加される効果がなく混入する
意味がなくなり、１５重量部を越えると耐熱特性が低下
することとなる。

【００２０】また、フィルム上に仮着させる場合の流動
性組成物に配合される溶媒としての水は、１０〜３０重
量部程度の範囲が好ましい。なぜなら水が１０重量部以
下であると粘度が高く転写シートへ均一な仮着ができ
ず、３０重量部以上であると粘度が低くなりすぎて転写
シートに必要量を仮着することが難しくなり、補強材に
均一、且つ必要量を転写含浸することができなくなり、
ひいては所望の成形体を得られなくなる。

【００２１】一方、転写工程を含まず、直接に含浸させ
る流動性組成物中の溶媒としての水の配合割合は、５０
〜１００重量部である。なぜなら、５０重量部未満であ
ると粘度が高すぎて補強材に均一な含浸ができなくな
り、１００重量部を越える多量であると反対に粘度が低
くなりすぎて必要量の含浸ができない。

【００２２】

【作用】この発明に係る耐熱性絶縁体の製造方法では、
無機繊維製の連続シート状補強材に所定の流動性ある無
機・有機複合の組成物を、浸漬等による含浸またはフィ
ルム上から転写含浸して、その含浸量は均一かつ充分で
あり、加熱加圧成形後の絶縁体の機械的特性は前記した
無機繊維で充分に補強され得る。また、原材料の一括混
合工程がなく、連続シート状補強材の成形を簡単に行な
い得て、生産効率が向上する。

【００２３】

【実施例】この発明の実施例を以下、図面に基づいて説
明する。

【００２４】〔実施例１〕図１に示すように、実施例１
（いわゆる湿式法）では、ウエブ状のガラス繊維不織布
からなる補強材Ｐを３〜４ｍ／分の一定速度でロール体
１から繰り出し、平板２上を進行させている。このとき
補強材Ｐの下面にはロール体３から引き出されたポリエ
ステル製剥離フィルム３ａを密接させ、補強材Ｐと同じ
速度で移送した。一方、補強材Ｐの上方からポリエステ
ル製転写フィルム４ａをロール体４から繰り出し、流動
性組成物Ｌが収容された上・下面開口の枠型容器５の下
面に沿わせて通過させ、ロール６で上下反転させた後、
テンションがかかる状態で補強材Ｐの上面に密着させて
剥離フィルム３ａと同じ速度で移送した。

【００２５】枠型容器５の上方には、回転式混合機６が
設置されており、第一燐酸アルミニウム１００重量部に
対しアルミナ１００重量部、珪酸マグネシウム１０重量
部、フェノール樹脂１０重量部、そして水２０重量部を
配合した無機・有機複合の流動性組成物Ｌを枠型容器５
内に連続的に供給した。

【００２６】枠型容器５内の下流側の端部には、ポリエ
ステル製転写フィルム４ａの幅方向にわたって均一な高
さ（０．５〜１ｍｍ）に調整した厚み制御ギャップ５ａ
が形成されており、進行するポリエステル製転写フィル
ム４ａの表面に厚さ約０．８ｍｍの流動性組成物Ｌをそ
の粘性により均一に仮着させた。厚み制御ギャップ５ａ
は、枠型容器５の下流側の側面を上下方向にスライド可
能として、その高さを変えることにより、所要の厚みに
混合溶液層を適宜調整してもよい。制御ギャップ５ａの
幅方向の寸法は、補強材Ｐの幅寸法と等しく或いはやや
大きめとし、剥離フィルム３ａおよび転写フィルム４ａ
の幅寸法は、補強材Ｐの幅よりも更に大きくしておけ
ば、溶液がフローした場合にフィルム上に保持でき、周
辺を汚さずに好都合である。

【００２７】このようにして、上面に流動性組成物Ｌを
仮着したポリエステル製転写フィルム４ａを反転させて
補強材Ｐの上面に流動性組成物Ｌを転写含浸させた。こ
のときの補強材Ｐと流動性組成物Ｌの割合は、補強材４
０重量部に対して流動性組成物６０重量部になるよう補
強材Ｐの進行速度ならびに流動性組成物の粘度を調整し
た。なお、許容できる割合の範囲としては、４０〜８０
重量部程度が好ましく４０重量部未満であると補強材Ｐ
との結合力が低下し、８０重量部を越える多量であると
成形性が悪くなる。

【００２８】そして、転写含浸後の連続したシート状の
補強材Ｐは、剥離フィルム３ａおよび転写フィルム４ａ
に上下面を挾まれた状態で、平板２上面とこれに圧接す
る２本のロール８の間を通過させ、さらにロール９、１
０で狭圧し、さらに複数のロール１１に係回して補強材
Ｐの全部分に均一に混合溶液がいき渡るようにして含浸
精度を高め、半硬化状態のシート状材料（プリプレグ）
Ｐ１を形成した。

【００２９】次に、シート状材料Ｐ１は２枚の刃が対抗
して接離する切断装置１２によって、所定の大きさ（１
０００ｍｍ角）の方形状に切断して、ついで剥離フィル
ム３ａおよび転写フィルム４ａを剥がしてから複数枚を
積層して、ホットプレス１４に収容して融着一体成形し
た。

【００３０】ホットプレス１４は、複数の加熱・加圧盤
１５を積み重ねた構造であり、それぞれの間に上下一対
の鏡板あるいは耐熱フィルムを介在させ、その介在させ
た鏡板あるいは耐熱フィルムの間にシート状材料Ｐ１を
複数枚積層配置して、１００kg／ｃｍ² の圧力下で１７
０℃に加熱し、溶着一体化した。また、このとき離形性
を高めるために、所要数積層したシート材料Ｐ１の上下
面と前記鏡板の間に耐熱性フィルムを介在させてもよ
い。

【００３１】上記成形条件における圧力の範囲は８０〜
１５０kg／ｃｍ² が適当で、８０kg／ｃｍ² 未満である
と高密度品が得られず、１５０kg／ｃｍ² を越える高圧
であると、それ以下の圧力のものとの比較において特性
的には差異がないため、過剰な圧力を加えることはエネ
ルギーの無駄となり、また製品に変形を生じたりするた
め好ましくない。また、温度の範囲は１５０〜２００℃
程度が適当で、１５０℃未満であると混合物の特性が得
難く、又、２００℃を越える高温であると、上記と同様
にエネルギーの無駄につながり経済的ではない。

【００３２】厚板の成形に際しては、シート状材料Ｐ１
を所望の成形品に重量換算し、その換算量に相当するシ
ート状材料Ｐ１を重ねて加熱・加圧盤１５間に収容し
た。このようにして加熱、加圧成形を経たシート状材料
Ｐ１の成形体は、つぎに切断機１６によって所定の大き
さに切断され、最終製品である耐熱性絶縁体Ａとした。

【００３３】上記した実施例では、作業の簡素化を図る
ため補強材Ｐの上面から片面転写含浸方法を示したが、
補強材Ｐの下面からも併せて行う両面転写含浸も可能で
あることは勿論である。また上記した剥離フィルム３
ａ、転写フィルム４ａは、ポリエステル製のものを示し
たが、その他の合成樹脂製または紙であってよいのはも
ちろんである。

【００３４】〔実施例２〕図２に示すように、実施例２
（いわゆる乾式法）では、まず、ウエブ状のガラス繊維
織布からなる補強材Ｑを５ｍ／分の一定速度でロール体
２０から繰り出し、溶解槽２１内を通過させた。この溶
解槽２１内には、第一燐酸アルミニウム１００重量部に
対しアルミナ１００重量部、フェノール樹脂１０重量部
そして水８０重量部を配合した流動性組成物Ｍを収容し
た。補強材Ｑはロール間でテンションがかかるように移
送され、その状態で上記溶液中に浸漬して均等な含浸を
行なった。このときの補強材Ｑの速度は３〜１０ｍ／分
の範囲で適宜調整するとよい。

【００３５】つぎに、第一燐酸アルミニウム溶液含浸後
の補強材Ｑは、溶解槽２１から引きあげられて、熱風循
環式乾燥機２２内に導入され溶媒を除去した。熱風循環
式乾燥機２２は、その入口から出口に至るに従って徐々
に高温となるよう、例えば、８０℃〜１５０℃の範囲で
温度設定しており、溶媒が完全に除去され、かつ第一燐
酸アルミニウムが補強材Ｑに含浸された半硬化状態のシ
ート状材料（プリプレグ）Ｑ１が形成された。

【００３６】その後は、実施例１と全く同様にして、切
断装置１２、ホットプレス１４、切断機１６を経由して
最終製品である耐熱性無機質絶縁体Ａとした。

【００３７】なお、上記実施例では増粘剤の使用を示し
ていないが、ごく少量の増粘剤を混合することにより固
化を促進させ、作業効率が上がることが確認された。

【００３８】

【効果】この発明は、以上説明したように、所定の粘結
剤と熱硬化性樹脂またはこれらと増粘剤とからなる無機
・有機質複合の流動性組成物を無機繊維製の連結シート
状補強材に含浸したものを加熱加圧成形するので、連続
する生産工程中に煩雑または複雑な成型工程がなく、生
産効率を高めて生産コストを低減でき、かつ適当な絶縁
基材を用いて製造環境の改善にも貢献でき、しかも、耐
熱性、絶縁性が顕著で、機械的強度にも充分に優れた耐
熱性絶縁体を提供できるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の製造工程を模式化して示す説明図

【図２】第２実施例の製造工程を模式化して示す説明図

【符号の説明】

Ｐ、Ｑ 補強材 Ｐ₁ 、Ｑ₁ シート状材料 Ｌ、Ｍ 流動性組成物 ４ａ 転写フィルム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭50−76600（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−17334（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−68900（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−84899（ＪＰ，Ａ) 特公 昭35−14982（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01B 19/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】フィルム上に、燐酸アルミニウム、酸性ま
   たは中性の無機粉末、粉末状の無機増粘剤、熱硬化性樹
   脂および溶媒からなる無機・有機質複合の流動性組成物
   を所要厚さで仮着させ、ついでこの流動性組成物を無機
   繊維製の連続シート状補強材に転写含浸してシート状材
   料とし、このシート状材料を切断し複数枚積層して加熱
   加圧下で一体化する耐熱性絶縁体の製造方法。
2. 【請求項２】無機繊維製の連続シート状補強材に、燐酸
   アルミニウム、酸性または中性の無機粉末、熱硬化性樹
   脂および溶媒からなる無機・有機質複合の流動性組成物
   を含浸させてシート状材料とし、ついでこのシート状材
   料を乾燥した後切断し、複数枚積層して加熱加圧下で一
   体化する耐熱性絶縁体の製造方法。