【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
本発明は油浸絶縁用ポリオレフイン系フイルム
の接合方法に係る。さらに詳細には油浸絶縁用一
軸延伸ポリオレフイン系フイルムを特性の低下を
引起すことなく溶融接着する方法に関する。
プラスチツクフイルム相互の接着方法は通常、
糊材を使うもの、局所的に溶融一体化する方法が
従来から採られている。糊材を用いる場合は対象
となるフイルム層間に、糊材が介在することによ
り一体化する。局所的に溶融一体化する方法によ
れば、通常接続部分が一時的に溶融し冷却固化す
るので、例えば膨潤が起る場合は熱履歴によるわ
ずかな微細構造の差が、顕著に影響することが多
い。
特に、プラスチツクフイルムが配向フイルムで
ある場合、局所的に溶融接着すると、加熱時に熱
収縮が現われるため接着できないことが多い。さ
らに延伸配向フイルムの場合、加熱による半溶融
状態を示す温度域が極度に狭いために熱融着でき
ないことがほとんどである。
近年、トランスなどの電気機器、又はケーブル
などにおいて、使用温度を高くし、省ロス化を効
果的に行なう例が多くなつている。さらに使用電
圧の上昇にともなつて、長期信頼性を得るため絶
縁油など、プラスチツクスと相溶性の優れた有機
媒体と前記プラスチツクフイルムと共存させてし
ばしば使用される。この場合、フイルム材料の高
温油中特性、特に膨潤による寸法変化、ヤング率
変化を小さくおさえることが必要となる。交流電
場下で用いられるプラスチツクスは、誘電損失に
起因する発熱が材料の使用温度範囲を制限する。
これに対応して、ポリオレフインなど、無極性
材料が有望であるにもかかわらず耐油性が劣るた
め使用できない。これらの欠点を補なうため延伸
材料が注目される。これらの材料は未配向材料と
異なり密度の大きい非晶質領域で構成されている
ために、耐油性がすぐれている。
この延伸材料を電力ケーブルなどの絶縁体とし
て用いる場合テープ状又は、フイルム状とし長尺
化して導体周囲に巻き付けることが多い。このと
き、材料テープ相互の接続が是非必要となる。
しかもこの場合接続部分の物理特性が、非接続
部分と大巾に異なることを回避しなければならな
い。
本発明は、結晶性ポリオレフイン系油浸絶縁用
延伸フイルムをオレフインと相溶性のある有機媒
体あるいは、芳香族炭化水素系絶縁油で、膨潤さ
せ、しかるのち溶融加圧により一体化することに
より形成される接着部分は強固でかつ絶縁油中で
の膨潤挙動は、非接着部分と差異がないものが得
られることを見いだしたことに基づくものであ
る。
特に、本発明方法にて接着して形成され接着個
所は電気的にも安定した性能を示し従来、接続部
分で多く見られた破壊が起らなくなつた。
本発明方法により接着させた個所が上述の如き
優れた効果を発揮する理由は、以下の如く推量さ
れる。結晶性ポリオレフインの延伸物を非膨潤状
態で融解させると、昇温途中で見られる部分融解
の起る温度域が、通常狭い（約10〜15℃）もので
あるに対し、該ポリオレフイン延伸物を相溶性の
よい溶剤又は、類似機能を保持する絶縁油で膨潤
した場合、上記部分融解域が極端に広くなる（約
20〜30℃）。この結果、材料相互の加熱融着の好
適温度域が広くなり優れた接続部分を形成させる
ことができるのであろう。
本発明で云うポリオレフインとは、結晶性炭化
水素系ポリオレフインであり、例えば低密度ポリ
エチレン、高密度ポリエチレン、アイソタクテイ
ツクポリプロピレン、ポリ−４−メチルペンテン
−１、ポリブテン、ポリイソブチレンなどが挙げ
られ、またこれの２つ以上の組成からなる混合
物、及びこれらポリオレフインを主体として、そ
の100重量部に対し、10重量部以下の弗素系樹脂、
芳香族系樹脂からなる誘電ロスの小さい樹脂成分
の１種又は２種以上の混合物をも含む。これらの
中でもアイソタクテイツクポリプロピレンが最適
材料の一つであり、特に沸とうヘプタン中におけ
る不溶成分が95％以上のアイソタクテイツクポリ
プロピレンが好い。
本発明で云う一軸配向延伸フイルムとは、Ｔダ
イシート、インフレーミヨンフイルムなどの押出
フイルムをマシン方向に４倍以上、好ましくは６
倍以上一軸延伸したものであり、厚さ50μ以上
500μ以下、ヤング率は15000Kg／cm2以上、好まし
くは30000〜50000Kg／cm2のものである。
一般に延伸フイルムはその構成要素としてミク
ロフイブリルと称される繊維状結晶が存在する。
ポリオレフイン系延伸フイルムを相溶性ある有機
媒体で膨潤させると、前記ミクロフイブリル間及
びミクロフイブリル内非晶部分に有機溶媒を介在
させることができる。
延伸フイルムは膨潤によつて、ヤング率の低下
が起り、長周期の増大が認められる。これと呼応
して、マクロ的な測定結果によれば膨潤によつ
て、フイルムの長さが増大する。膨潤したフイル
ムを低沸点溶剤を用いて抽出除去することによ
り、原長への復帰を見ることができる。
本発明で行なう膨潤処理は、当該膨潤処理フイ
ルムの引張ヤング率が、膨潤処理前のフイルムの
引張ヤング率の75〜90％に入るまで処理を続ける
ものとする。
この場合、エーテル抽出前の延伸フイルムの長
周期と、常温において測定に得られる膨潤フイル
ムの長周期との比が0.900〜0.998に入る。
本発明で用いるポリオレフインと相溶性のある
有機液体はそのソルビリテイーパラメーター（S.
P.）が用いるポリオレフインと一致することが望
ましい。しかしながら、これに拘わることなく広
く一般に電気絶縁性低損失性絶縁油が該当し中で
もアルキルベンゼン系オイル、パラフイン系オイ
ル、鉱油系絶縁油が望ましい。これらの中にはS.
P.が必ずしもポリオレフインのそれらと一致する
とは限らない。とりわけ、S.P.値として６〜10に
入るものが特に好ましいと言える。中でもS.P.値
として8.4程度であるアルキルベンゼンは最も好
適である。
本発明で行う加圧溶融接着の操作は、加熱され
た金属面で一様圧力で加圧し、膨潤フイルム相互
の接触面で融着を起こさせる。このとき用いられ
る膨潤フイルムの温度は、膨潤媒体として用いら
れている有機溶媒中で測定して得られる融点附近
が望ましく、その温度域は前記融点を中心として
±15℃である。この温度より高い温度域では延伸
フイルムの無配向化が起こり仕上り部分の膨潤挙
動が著るしく相違するので好ましくない。前記融
点は通常液体セルを用いて示差熱量計又は、これ
に類する差動走査熱量計により測定できる。因み
にアルキルベンゼン油中で、アイソタクテイツク
ポリプロピレン延伸フイルムの融点を測定すると
135℃〜155℃附近に分布することが多く、高密度
ポリエチレンの場合120℃〜130℃附近に分布す
る。
上記温度条件で膨潤フイルムを加圧接着する場
合、その面圧は通常50〜200Kg／cm2が好適である。
過度に面圧をかけるとフイルムがたて裂けを起こ
すので好ましくない。
本発明方法によれば、接続部分の強度を大きく
することができ、接続部分を高温油中で使用して
も膨潤が不均一に起らないことも特徴がありプラ
スチツク絶縁紙など、特殊な延伸配向材料を絶縁
油などの有機溶媒と共存させて用いる場合、長尺
体形成のためのプラスチツクフイルム接続方法と
して有用である。
以下に示す実施例によつて本発明をさらに説明
する。
実施例 １
アイソタクテイツクポリプロピレン（MI＝20）
に対し、3Phrのポリテトラフロロエチレンのデ
イスパージヨンをブレンドしこれを乾燥后、十分
混練し0.8ｍ／ｍ厚のＴダイシートを成形した。
これをロール圧延タイプ延伸装置を用いて、延伸
温度が145℃、延伸倍率８倍となるよう調整しな
がら一軸方向に延伸した。この結果厚さ110μ、
引張ヤング率32000Kg／cm2の延伸フイルムを得た。
このフイルムを張力をかけることなく120℃の
アルキルベンゼン油（DDB）中に10分間浸漬し
ところ、10％の重量増加が見られた。この膨潤処
理したフイルムの表面に付着したDDB油を濾紙
で拭き取つて融着部分の形成に供した。
而して得たフイルムを互いに配向方向が平行に
なるよう二枚重ね合せこれを170℃の加熱金属片
により、80Kg／cm2の圧力でフイルム面を溶融接着
した。このときのフイルムの加熱温度は160℃で
ある。前記、膨潤フイルムのDSCピーク温度は
150℃であつた。
表１に本発明の膨潤溶融接着法で得られた部分
についての特性を示した。比較例として、予め膨
潤処理を施こすことなく加熱融着により前記、配
向フイルムを接着した場合（比較例１）のものを
併記する。
比較項目として、接着部分の強度材料の膨潤
度、接着時の好適加熱温度域、膨潤処理部分の寸
法安定性等の値を示した。
The present invention relates to a method for joining polyolefin films for oil-immersed insulation. More specifically, the present invention relates to a method for melt-bonding uniaxially oriented polyolefin films for oil-immersed insulation without causing deterioration of properties. The method of adhering plastic films to each other is usually
Conventionally, methods using glue and local melting and integration have been adopted. When a glue material is used, the glue material is interposed between the target film layers to integrate them. According to the method of locally melting and integrating, the joints are usually temporarily melted and then cooled and solidified, so if swelling occurs, for example, slight differences in microstructure due to thermal history will not have a significant effect. many. In particular, when the plastic film is an oriented film, if it is locally melted and bonded, it often cannot be bonded because thermal shrinkage appears when heated. Furthermore, in the case of a stretched oriented film, the temperature range in which it reaches a semi-molten state upon heating is extremely narrow, so in most cases it is impossible to heat-seal the film. 2. Description of the Related Art In recent years, there have been many cases in which electrical equipment such as transformers or cables are used at higher operating temperatures to effectively reduce loss. Furthermore, as the working voltage increases, in order to obtain long-term reliability, the plastic film is often used in combination with an organic medium having excellent compatibility with the plastic, such as insulating oil. In this case, it is necessary to suppress the properties of the film material in high-temperature oil, particularly dimensional changes and Young's modulus changes due to swelling. For plastics used under an alternating current electric field, heat generation due to dielectric loss limits the temperature range in which the material can be used. Correspondingly, non-polar materials such as polyolefins, although promising, cannot be used due to poor oil resistance. In order to compensate for these drawbacks, drawn materials are attracting attention. Unlike unoriented materials, these materials are composed of amorphous regions with high density, and therefore have excellent oil resistance. When this stretched material is used as an insulator for power cables and the like, it is often made into a tape or film shape, made into a long length, and wrapped around a conductor. At this time, it is absolutely necessary to connect the material tapes to each other. Moreover, in this case, it must be avoided that the physical characteristics of the connected portion differ greatly from those of the non-connected portion. The present invention is formed by swelling a crystalline polyolefin-based oil-immersed insulating stretched film with an organic medium or aromatic hydrocarbon-based insulating oil that is compatible with olefin, and then integrating the film by melting and pressing. This is based on the discovery that the adhesive part is strong and the swelling behavior in insulating oil is the same as that of the non-adhesive part. In particular, the bonded areas formed by bonding using the method of the present invention exhibited electrically stable performance and no breakage, which was often seen in connection areas in the past, occurred. The reason why the parts bonded by the method of the present invention exhibit the above-mentioned excellent effects is surmised as follows. When a drawn product of crystalline polyolefin is melted in a non-swelled state, the temperature range in which partial melting occurs during heating is usually narrow (approximately 10 to 15°C). When swollen with a compatible solvent or an insulating oil with similar functionality, the above partial melting region becomes extremely wide (approximately
20-30℃). As a result, the suitable temperature range for heat-sealing the materials to each other becomes wider, making it possible to form an excellent connection. The polyolefin referred to in the present invention is a crystalline hydrocarbon polyolefin, such as low density polyethylene, high density polyethylene, isotactic polypropylene, poly-4-methylpentene-1, polybutene, polyisobutylene, etc. A mixture consisting of two or more of these, and a fluorine-based resin in an amount of 10 parts by weight or less based on 100 parts by weight of these polyolefins,
It also includes one type or a mixture of two or more types of resin components with small dielectric loss made of aromatic resins. Among these, isotactic polypropylene is one of the most suitable materials, and isotactic polypropylene with an insoluble content of 95% or more in boiling heptane is particularly preferred. The uniaxially oriented stretched film referred to in the present invention refers to an extruded film such as a T-die sheet or blown film that is 4 times or more, preferably 6 times more, in the machine direction.
It is uniaxially stretched at least twice as long and has a thickness of 50μ or more.
500μ or less, Young's modulus is 15,000 Kg/cm 2 or more, preferably 30,000 to 50,000 Kg/cm 2 . Generally, a stretched film has fibrous crystals called microfibrils as its constituent elements.
When a stretched polyolefin film is swollen with a compatible organic medium, the organic solvent can be interposed between the microfibrils and in the amorphous portions within the microfibrils. Due to swelling of the stretched film, the Young's modulus decreases, and an increase in the long period is observed. Correspondingly, macroscopic measurements show that swelling increases the length of the film. By extracting and removing the swollen film using a low boiling point solvent, return to its original length can be observed. The swelling treatment carried out in the present invention is continued until the tensile Young's modulus of the swelling-treated film reaches 75 to 90% of the tensile Young's modulus of the film before the swelling treatment. In this case, the ratio of the long period of the stretched film before ether extraction to the long period of the swollen film measured at room temperature is between 0.900 and 0.998. The organic liquid that is compatible with the polyolefin used in the present invention has a solubility parameter (S.
P.) preferably matches the polyolefin used. However, without being limited to this, a wide range of electrically insulating and low-loss insulating oils are applicable, and among them, alkylbenzene oils, paraffin oils, and mineral oil-based insulating oils are preferred. Among these are S.
P. do not necessarily correspond to those of polyolefins. In particular, those having an SP value of 6 to 10 are particularly preferred. Among them, alkylbenzene having an SP value of about 8.4 is most suitable. In the pressure melt bonding operation performed in the present invention, a heated metal surface is pressurized with uniform pressure to cause fusion at the mutual contact surfaces of the swollen films. The temperature of the swollen film used at this time is preferably around the melting point measured in the organic solvent used as the swelling medium, and the temperature range is ±15° C. around the melting point. A temperature range higher than this temperature is not preferred because the stretched film will become non-oriented and the swelling behavior of the finished portion will be markedly different. The melting point can usually be measured by a differential calorimeter or similar differential scanning calorimeter using a liquid cell. Incidentally, when measuring the melting point of isotactic polypropylene stretched film in alkylbenzene oil,
It is often distributed around 135°C to 155°C, and in the case of high-density polyethylene, it is distributed around 120°C to 130°C. When the swollen film is bonded under pressure under the above temperature conditions, the surface pressure is usually preferably 50 to 200 kg/cm 2 .
Excessive surface pressure is undesirable because it may cause longitudinal tearing of the film. According to the method of the present invention, the strength of the connection part can be increased, and even if the connection part is used in high-temperature oil, swelling will not occur unevenly. When the alignment material is used in coexistence with an organic solvent such as insulating oil, it is useful as a method for connecting plastic films to form a long body. The invention will be further illustrated by the following examples. Example 1 Isotactic polypropylene (MI=20)
Then, 3Phr of polytetrafluoroethylene dispersion was blended, dried, and thoroughly kneaded to form a T-die sheet with a thickness of 0.8 m/m.
This was stretched in the uniaxial direction using a roll rolling type stretching device while adjusting the stretching temperature to 145° C. and the stretching ratio to 8 times. As a result, the thickness is 110μ,
A stretched film with a tensile Young's modulus of 32000 Kg/cm 2 was obtained. When this film was immersed in alkylbenzene oil (DDB) at 120°C for 10 minutes without applying tension, a 10% weight increase was observed. The DDB oil adhering to the surface of this swelling-treated film was wiped off with a filter paper to form a fused portion. Two of the films thus obtained were stacked so that their orientation directions were parallel to each other, and the film surfaces were melt-bonded using a metal piece heated at 170° C. at a pressure of 80 kg/cm 2 . The heating temperature of the film at this time was 160°C. As mentioned above, the DSC peak temperature of the swollen film is
It was 150℃. Table 1 shows the characteristics of the parts obtained by the swelling melt bonding method of the present invention. As a comparative example, a case (comparative example 1) in which the above-mentioned oriented film was bonded by heat fusing without performing a swelling treatment in advance is also shown. As comparison items, values such as the degree of swelling of the strength material of the bonded portion, the preferred heating temperature range during bonding, and the dimensional stability of the swelling treated portion are shown.
【表】
実施例 ２
高密度ポリエチレン（MI＝５）を用いてＴ・
ダイ押出機により0.8ｍ／ｍ厚のシートを成形し
た。これをロール圧延タイプ延伸装置を用いて延
伸温度が135℃、延伸倍率9.5倍となるよう調整し
ながら一軸延伸した。この結果厚さ80μ、引張ヤ
ング率34500Kg／cm2の延伸フイルムを得た。
このフイルムに200ｇ／15mmの張力をかけなが
ら110℃のアルキルベン油（DDB）中に８分間浸
漬した。このような膨潤処理したフイルムの表面
に附着したDDB油を拭き取り計量したところ11
％の重量増加が見られた。
而して得たフイルムを互いに配向方向が平行に
なるよう二枚を重ね合せ、これを150℃の加熱金
属片により80Kg／cm2の圧力でフイルム面を溶融接
着した。このときのフイルム相互の接触部分温度
は126℃である。前記膨潤フイルムのDSCピーク
温度は112℃であつた。表２に、膨潤溶融接着法
が得られた接着部分について特性を示した。比較
例として、予め膨潤処理を施こすことなく加熱融
着により、前記フイルムを接着した場合（比較例
２）の値を併記した。
比較項目として接着部分の強度膨潤処理部分の
寸法安定性等の値を示した。[Table] Example 2 Using high-density polyethylene (MI=5)
A sheet with a thickness of 0.8 m/m was molded using a die extruder. This was uniaxially stretched using a roll rolling type stretching device while adjusting the stretching temperature to 135° C. and the stretching ratio to 9.5 times. As a result, a stretched film with a thickness of 80 μm and a tensile Young's modulus of 34,500 Kg/cm 2 was obtained. This film was immersed in alkylben oil (DDB) at 110° C. for 8 minutes while applying a tension of 200 g/15 mm. When we wiped off the DDB oil adhering to the surface of such a swelling-treated film and weighed it, we found that 11
% weight increase was observed. Two of the thus obtained films were stacked so that their orientation directions were parallel to each other, and the film surfaces were melt-bonded using a metal piece heated at 150° C. under a pressure of 80 kg/cm 2 . At this time, the temperature of the contact portion between the films was 126°C. The DSC peak temperature of the swollen film was 112°C. Table 2 shows the characteristics of the bonded parts obtained by the swelling melt bonding method. As a comparative example, the values obtained when the film was bonded by heat fusion without being subjected to swelling treatment in advance (Comparative Example 2) are also shown. As a comparison item, values such as strength and dimensional stability of the adhesive part and swelling treated part are shown.
【表】
以上、実施例から明らかな如く、本発明方法に
よれば油浸絶縁用一軸延伸ポリオレフイン系フイ
ルム相互を何ら特性の低下を引起すことなく溶融
接着できるものであり、その実用的価値は極めて
大きいものである。[Table] As is clear from the examples above, according to the method of the present invention, uniaxially stretched polyolefin films for oil-immersed insulation can be melt-bonded to each other without causing any deterioration of properties, and its practical value is It is extremely large.