JPH0421965B2

JPH0421965B2 -

Info

Publication number: JPH0421965B2
Application number: JP8279383A
Authority: JP
Inventors: Kenji Tsunashima; Satoru Horiuchi; Shinichi Watanabe
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1983-05-13
Filing date: 1983-05-13
Publication date: 1992-04-14
Also published as: JPS59209209A

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕本発明は、電気絶縁油に浸された状態で電気絶
縁層として使用されるポリプロピレンフイルムの
改良に関するものである。〔従来技術〕油浸電気機器（コンデンサー、トランス、ケー
ブル、モーター、ジエネレーターなど）の油浸絶
縁層（または誘電層）として、従来の電気絶縁紙
が使われてきたが、最近になつて、ポリプロピレ
ンフイルムが使われるケースが出てきた。このフ
イルムは電気絶縁紙よりも耐圧がはるかに高いと
いうだけでなく、誘電正接が小さいこと、あるい
は誘電率が絶縁油の誘電率に近いことなど、いく
つかの利点を有している。しかし、従来のポリプロピレンフイルムは、絶
縁油による膨滑が極めて大きいという欠点を有し
ており、そのために油浸絶縁用途に用いる場合、
各種の制限があつた。例えば、ポリプロピレンフ
イルムを巻いてコンデンサー素子を作り、これを
絶縁油に浸す場合、油によつてフイルムが膨潤
し、素子は巻き締つて固くなつてしまい、層間の
絶縁油の流通性が悪くなつてしまうというトラブ
ルを生じる。これを避ける応急策として、はじめ
に素子を巻く時、緩く巻いておくという手法があ
るが緩く巻くと、巻きずれを起しやすく、また、
巻きじわも発生しやすい。そこで本発明者らは、絶縁油による膨潤を小さ
くするため融点の高いポリプロピレンフイルムを
用いればよいことを知見した。しかし、このよう
な特定のポリプロピレンフイルムでも膨潤を起こ
さず充分に高い耐電圧を有し、かつ長期間安定な
絶縁層とはなりえないことが判つた。〔発明の目的〕本発明の目的は、上記欠点、すなわち油浸で膨
潤しやすい特性をさらに改良したのみならず、高
い耐電圧を有し、しかも長期間使用しても安定な
絶縁層となりうるポリプロピレンフイルムを提供
せんとするものである。〔発明の構成〕本発明は上記目的を達成するために、次の構成
すなわち、ポリプロピレンを主体としたフイルム
であつて、該フイルムはエツジ方向からの小角Ｘ
線散乱像が層線状四点散乱像を示し、かつ該フイ
ルム中に実質的にボイドが存在しないことを特徴
とする油浸電気絶縁用ポリプロピレンフイルムを
特徴とするものである。ここでいうポリプロピレン（以下PPと略称す
る）とは、アイソタクチツク度90％以上、好まし
くは95％以上、さらに好ましくは97％以上有する
ものおよびメルトインデツクスが0.1〜100ｇ／10
分、好ましくは１〜40ｇ／10分の範囲のものが絶
縁油による膨潤が小さくなり好ましい。また、メ
ルトインデツクスが上記範囲内の場合、絶縁油中
への溶出分が減少し、絶縁油の粘度上昇を起さな
いので好ましい。上記したPPの中でも特に本発
明フイルムに好ましいものは、溶融結晶化温度
（T_nc）が95〜130℃の範囲、さらに好ましくは
105〜124℃の範囲にあるものである。T_ncが上記
範囲内にある場合は、絶縁油による油膨潤が小さ
くなり、さらに製膜性が良好となるため、均質な
フイルムを作ることができ、その結果として、絶
縁欠陥などが減少するので好ましい。もちろんPPには適当な量、好ましくは30モル
％以下の共重合成分、たとえばエチレン、ブテ
ン、ペンテン、ヘキセンなどのオレフインを共重
したものも含む。このように共重合成分が含まれ
るとPPフイルム中のポイドの数は減少するが、
逆に油浸での膨潤が大きくなることから、共重合
成分は10モル％以下が望ましい。なお、PPに公
知の任意の添加剤、たとえば酸化防止剤、すべり
剤、ブロツキング防止剤、結晶刻剤、増（減）粘
剤などを必要に応じて含有させていても良い。また、PPには本発明の目的を阻害しない範囲
で他のポリオレフイン系樹脂が30重量％以下、好
ましくは10重量％以下混合されていてもよい。本発明のフイルムは、上記のごときPPを主体
とした組成物からなるPPフイルムである。本発明PPフイルムのエツジ（Edge）方向から
の小角Ｘ線散乱像は、層線状四点散乱像を示さな
ければならない。これは高次構造が結晶と非晶と
からなる市松模様の秩序構造を取ることにより、
油浸でのポリプロピレンフイルムの膨潤を防止あ
るいは小さくすることが出来るためである。なお
層線状四点散乱像の定義については「高分子Ｘ線
回折」角戸正夫、笠井暢民著、丸善(株)P.298〜299
などに詳述されている通りであり、散乱ピークが
鏡面対称に４ケ所出現するものである。なおその
市松模様のくり返し単位、すなわちBraggの式か
ら求めた長周期の大きさは、長手方向、厚さ方向
とも260Å以下、好ましくは250〜180Åの範囲に
あるのが望ましく、この範囲内にあると、油浸で
のポリプロピレンフイルムの膨潤を防止すること
が出来るのである。また本発明PPフイルムの場合、フイルム中に
実質的にボイドが存在してはいけない。ボイド、
すなわち空間、空隙といわれるものでPPからな
る媒体中に空気などの非常に密度の低い別の媒体
が存在することであり、このボイドは皆無である
事が充分に高い耐電圧を有した、長期間安定な絶
縁体層となりうるための必要条件である。ボイド
の有無はＸ線小角散乱の散慢散乱の有無によつて
も判るが、より正確には、フイルム両表面を流動
パラフインなどの屈折率がPPに近い液体でマウ
ントして、光学顕微鏡で観察した時強く光る部分
の有無で判断する。光学顕微鏡の偏斜光下で観察
したボイドの数は、本発明フイルムの場合１個／
10mm²以下、好ましくは0.3個／10mm²以下であるの
が充分高い耐電圧を有した、長期間安定な絶縁体
層となりえるための必要条件である。また、本発明フイルムの油浸後の密度は0.885
〜0.915ｇ／cm²、特に好ましくは0.895〜0.912ｇ／
cm²の範囲にある帛とが好ましい。密度が上記範囲
内にある場合は、絶縁油による膨潤が小さくな
り、絶縁層の機械的強度が維持できる。また、本発明フイルムの油浸後の複屈折は、
0.020〜0.035、好ましくは0.025〜0.032の範囲に
あることが好ましい。複屈折がこの範囲内にある
場合は、絶縁油による膨潤が小さくなり、しかも
フイルムが割れにくくなつて、絶縁破壊がしにく
くなる。また、本発明PPフイルムの油浸後の結晶融点
は166℃以上、好ましくは168℃以上であるのが好
ましい。該フイルムの油浸後の結晶融点（T_n）
が166℃未満、好ましくは168℃未満のときは、該
PPフイルムが油浸中に油によつて大きな膨潤を
起すため、コンデンサーやケーブルなでの油浸電
気機器用の油浸気絶層として利用した場合、PP
フイルムの膨潤によつて絶縁層間の絶縁油の流通
性が悪くなり、絶縁破壊をおこすためである。さらに、本発明フイルムの場合、油浸前の長手
方向の熱収縮率を0.1〜５％、好ましくは0.5〜３
％の範囲にすることによつて、さらに油浸電気絶
縁に適したフイルムとすることができる。熱収縮
率がこの範囲内にある場合は、絶縁層が巻き締つ
てしわなどを発生することがなく、また絶縁油の
中で長手方向に伸びないため、巻かれた絶縁層が
緩むことがない。長手方向の熱収縮率をこの範囲
に納めるための方法の一例をあげると、製膜工程
中に付与しても良いが、PPフイルムをロール状
に巻いたまま、長手方向に弛緩させながら長時間
（１〜50時間）80〜140℃でエージング処理する方
法が好ましい。次に、PPフイルム単独で用いる場合は本発明
フイルムの片面または両面の表面粗さ（Rmax）
を１〜50μｍ、好ましくは２〜40μｍの範囲にし
ておくのが好ましい。この範囲内にある場合は、
絶縁油の層間流通性が良くなつて、絶縁破壊を起
こしにくくなり、さらに耐圧特性が良くなる。も
ちろん、PPフイルムに電気絶縁紙を積層して一
体化し層間流通性をよくしても良く、また必要に
応じて上記表面粗さにしてもよいことは明らかで
ある。このPPフイルムの片面または両面に電気絶縁
紙（以下、紙と略称する）を積層して一体化する
場合、その紙はセルロースを主成分とする天然紙
（JIS C2301、2302、2303、2304、2306、2307お
よび2308に定められているものなど）および合成
紙などであるのが望ましい。なお、特に好ましい
紙は、密度0.6〜0.9ｇ／cm³、厚さ10〜50ｍμの範
囲のものである。次に、本発明PPフイルムの製造方法の一例を
述べる。PP樹脂を溶融押出して、口金からシー
ト状に押出し、これを80〜120℃と高温に保たれ
た冷却ドラムに巻きつけ、該ポリマーの溶融結晶
化温度T_nc近傍に保温したのち、冷却固化せしめ
る。このPPシートを一組の圧延ロールの間に挿
入して、圧延倍率（圧延前のシート厚さを圧延後
のシート厚さで割つた値）５〜12倍、好ましくは
７〜10倍になるように高線圧下で圧延する。圧延圧力は、1000〜3000Kg／cm、より好ましく
は1100〜2000Kg／cmの範囲が好適であり、圧延ロ
ールの温度は105〜160℃、好ましくは125〜150℃
の範囲が好適である。圧延時にPPシート表面を
液体（水、界面活性剤水溶液、アルキレングリコ
ール、ポリアルキレングリコール、グリセリン、
電気絶縁油など）で濡らしてから圧延すると、均
一な高倍率圧延が容易になる。圧延されて得られ
たフイルム（通常、厚さは10−300μｍの範囲）
を、100〜150℃に再加熱して長手方向に原寸の
0.5〜10％弛緩を与えつつ、１〜20秒間熱処理す
る。また必要なら、このフイルムの表面に600〜
6000J／m²程度の電気エネルギー量でコロナ放電
処理を行なつてもよい。この処理は空気中、窒素
中、炭酸ガス中などの雰囲気下で行なうと、表面
張力が向上し、接着性にすぐれるようになる。次に、必要に応じてこのフイルムを90〜140℃
に加熱されたエンボスロールの間を通して、フイ
ルムの片面または両面を粗面化して、表面粗さ
（Rmax）が１〜50μｍ、好ましくは２〜40μｍの
範囲になるようにする。以上述べたように、本発明フイルムの製法とし
ては、圧延だけで行なうのが最も好ましい方法で
あるが、圧延後に延伸を組み合わせてもよい。また、エンボス加工のかわりに、サンドブラス
ト加工やエツチング法などで表面を粗面化しても
よいことは明らかである。 PPフイルムと紙を積層して一体化する場合に
は、その積層して一体化する方法は、特に限定さ
れないが接着剤を用いた積層であつてもよく、接
着剤を使う時に好ましいのは、熱硬化性接着剤に
よる積層である。熱硬化性接着剤を用いることに
より、積層フイルムの油による膨潤、特に、油に
よる膨潤によつて積層フイルムが長手方向や幅方
向に伸びるという欠点を抑制することができる。
熱硬化性接着剤としては、アミノ系、フエノール
系、レゾルシノール・ホルムアルデヒド系、キシ
レン系、フラン系、エポキシ系、ポリイソシアネ
ート系、不飽和ポリエステル系および熱硬化性ア
クリル系の各樹脂を使用することができるが、こ
れらの中でも特に好ましいのは、ポリイソシアネ
ート系接着剤およびエポキシ系接着剤であり、さ
らに最も好ましいのは、ポリエステル〜ポリイソ
シアネート系接着剤である。この両者は油の中へ
溶け出して、油の電気特性を悪くする程度が極め
て少ないという点において、特にすぐれているの
である。積層して一体化するために用いる接着剤
の量は、0.5〜５ｇ／m²（接着剤の乾いた状態で
の重量）の範囲がよく、特に好ましいのは、１〜
４ｇ／m²の範囲である。この範囲内にある場合
は、積層して一体化したフイルムの電気特性（特
に誘電正接）が悪化せず、また油の中で、フイル
ムと紙が剥がれなくなる。代表的な積層して一体化する方法について述べ
ると、コロナ放電処理されたPPフイルム表面に、
熱硬化性接着剤の有機溶媒溶液を塗布し、これを
50〜100℃の熱風で予備乾燥し、この表面に紙を
合せ加熱プレスロールで押圧して積層一体化フイ
ルムにする。これを50℃なら10〜50時間、室温な
ら１〜７日ほどエージングする。〔発明の効果〕本発明は、特定の高次構造を有し、かつ実質的
にボイドのないポリプロピレンフイルムを油浸電
気絶縁用としたので、次のような優れた効果を生
ずるものである。 (1) 絶縁油による膨潤が少ない。 (2) 絶縁層の巻き締り、および巻き緩みとも起こ
りにくい。 (3) ０〜100℃の誘電正接が小さく、したがつて
誘電体損も小さく、発熱ロスが少ない。 (4) 低圧および高圧での長時間電気絶縁破壊特性
にすぐれている。 (5) 80〜120℃の高温での電気絶縁特性にもすぐ
れている。 (6) 絶縁油が本発明PPフイルムに含浸しやすく、
精度の高い、信頼性の高い電気絶縁体になる。 (7) 低膨潤性、易含浸性、優れた電気絶縁特性を
有するためプラスチツク材料のみで電気絶縁材
料を形成しうる。したがつて従来よりも高電圧
用の絶縁材料に利用できる。従つて、本発明フイルムは各種の油浸電気機
器、例えばコンデンサー、トランス、ケーブル、
モーター、ジエネレーターなどの油浸絶縁層とし
て好適なものである。なお、本発明で用いている用語および測定法を
以下にまとめて説明しておく。 (1) アイソタクチツク度 PPを沸騰ｎ−ヘプタンで抽出して、抽出残
分重量を原重量で割り、100を乗じて％表示す
る。 (2) メルトインデツクス：ASTM Ｄ−1238−73
の条件Ｌで測定する。 (3) 溶融結晶化温度（T_nc）：パーキンエルマー
社製DSC−型に試料５mgを入れ、雰囲気を
窒素置換する。次に、昇温速度20℃／分で200
℃まで昇温させ、この200℃の状態で５分間保
持する。次いで、20℃／分の速度で降温し、試
料の結晶化に伴なう発熱ピークを描かせる。こ
のピークの頂上部の温度をT_ncとする。 (4) 結晶融点（T_n）：パーキンエルマー社製DSC
−型に試料５mgを入れ、窒素気流下10℃／分
で昇温させ、PPの結晶融解に伴なう吸熱ピー
クの頂上部の温度をT_nとする。頂上が他のピ
ークにかくれて肩となつた場合は面積配分して
頂上を分解作成する。 (5) 密度：ASTM Ｄ 1505による。 (6) 複屈折：アツベの屈折計を用いて、フイルム
の長手方向の屈折率（Ny）および幅方向の屈
折率（Nx）を測定し、NyからNxを差し引い
た値を複屈折とする。なお、測定時の光源に
は、ナトリウムＤ線を用い、マウント液として
は、サリチル酸メチルを用いる。 (7) 表面粗さ（Rmax）：JIS Ｂ 0601−1976記
載の方法により、Ramxを測定する。カツトオ
フ値は0.8mmとする。 (8) 熱収縮率：フイルムから、長さ200mm、幅10
mmの試料を切りとる（熱収縮率を測定する方向
を長さ方向とする）。この試料を120℃の熱風循
環オーブン中に15分間保持した後、室温中に取
り出し、その長さを測定する。その長さをＬ
（mm）とすれば、熱収縮率は次式で求められる。熱収縮率（％）＝100×（200−Ｌ）／200 (9) 絶縁油による膨潤度：フイルムから、100mm
×100mmの試料を切りとり、これの重量をＷ
（mg）とする。この試料を80℃のアルキルベン
ゼン油中に浸し、24時間放置する。次いで、この試料を取り出し、ろ紙で表面の
油をふきとつた後、アセトン中に浸して洗浄
し、アセトンを含ませたガーゼで、さらに完全
に表面の油を除去する。この試料の重量を測
り、これをW′（mg）とすると、膨潤度（％）は
次式で求められる。膨潤度（％）＝100×（W′−Ｗ）／Ｗ (10) 絶縁油の流通性：フイルムとアルミニウム箔
とを交互巻きにして、コンデンサー素子を作
る。これを絶縁油中に浸して、油を真空含浸せ
しめる。しかる後、素子を解体して、素子のあ
らゆる層間に、絶縁油がいきわたつているかど
うかを肉眼で判定する。ランクＡ：全面に均一にいきわたつているランクＢ：微かに油のない点が存在するランクＣ：油のない部分が面状に存在する油浸絶縁材料としては、ランクＡであること
が必要であるが、低圧の用途ではランクＢでも
使える場合がある。ランクＣでは、油浸絶縁材
料として不適格である。 (11) 電気絶縁油：鉱油、ヒマシ油、棉実油、アル
キルベンゼン（例えばドデシルベンゼン）、ジ
アリルアルカン、ポリブテン油など、各種公知
の電気絶縁油の総称である。なお、JIS Ｃ
2320に規定された特性を有する電気絶縁油が好
ましい。 (12) 長周期Ｌエツジ方向のＸ線小角散乱像からBraggの式に
より算出する。長周期Ｌ＝λ／2sin（１／２tan^-1L₀／Ｒ）ただしＲはカメラ半径、L₀は長手方向（厚
さ方向）の赤道線（子午線）から散乱の中心ま
での距離である。 (13) 小角Ｘ線散乱像試料にＸ線を照射して得られるＸ線小角散乱
写真に写された像を指し、その写真の測定条件
は次の通り。出力50kV−200ｍＡ、CuKα線 Niフイルタ
ー使用、0.3mmφコリメーター、カメラ半径400
mm、露出時間１時間である。なお、層線状四点
散乱像の有無は、上記の写真で判定する。 (14) ボイドサンプルの両面に流動パラフインをマウント
し、光学顕微鏡を用い、偏斜光で観察する。そ
の時、ピントをフイルムの表側から裏側まで変
更し、異物としてみえるものがボイドであり、
その数を10mm²当りに換算してカウントする。視
野は少なくとも10以上みる必要があり、ボイド
数はその算術平均値で表わす。ボイドの数が１個／10mm²以下の場合、ボイド
が実質的にないものとする。〔実施例〕次に実施例に基づいて、本発明の実施態様を説
明する。実施例１アイソタクチツク構造含有率98.5％、メルトイ
ンデツクス６ｇ／10分、T_nc110.5℃のPP樹脂ペ
レツトを、押出機に供給して、240℃で溶融押出
し、Ｔ字型口金からシート状に吐出せしめた。こ
の溶融シートを、98℃の冷却ドラムに巻きつけた
のち、115℃に保たれたロール上で約３秒間保持
させたのち、冷却し、厚さ約２mmのシートを作つ
た。このシートを一組の圧延ロール（ロール直径
250mm）の間に挿入して、10倍に圧延した。圧延圧力は1200Kg／cm、圧延ロールの温度146
℃とし、エチレングリコールでシート表面を濡ら
しつつ圧延した。得られた200μｍ厚みのフイル
ムを、140℃の雰囲気中に入れ、長手方向に１％
の弛緩を与えつつ、10秒間熱処理した。次に、このフイルムを130℃に加熱されたエン
ボスロールの間を通して、フイルムの両面に約
100メツシユのサンドプラスト加工パターンを転
写せしめた。次に、このフイルムを緊張状態のま
ま、120℃の雰囲気中に10時間保持して、エージ
ング熱処理し、これを室温まで徐冷した。かくして得られたフイルムの諸特性を表１にま
とめて示したが、本発明フイルムは、層線状四点
散乱像を示し、しかもそのくり返し周期が200Å
程度と小さく、またフイルム中にボイドが存在し
ないことから、絶縁油による膨潤が1.2％と小さ
く、絶縁油（ドデシルベンゼン）の流通性にもす
ぐれているので油浸電気絶縁用フイルムとして極
めて優れたものであることが判る。

【表】

〔比較例〕

実施例１で用いたキヤストシートを用いて、圧
延圧力を500Kg／cm、圧延ロール温度を90℃で２
段階に分けてトータル10倍の圧延を行なつたほか
は、全く実施例１と同様にして厚さ200μｍのフ
イルムを得た。かくして得られたフイルムの諸特性を表２にま
とめて示した。

【表】以上のように、圧延条件、すなわち線圧や圧延
温度を変えると高次構造やボイドの状態が大巾に
変り、高温・高圧下での圧延が油浸電絶用フイル
ムとして必須の条件であることが判る。

Claims

【特許請求の範囲】

１ポリプロピレンを主体としたフイルムであつ
て、該フイルムはエツジ方向からの小角Ｘ線散乱
像が層線状四点散乱像を示し、かつ該フイルム中
に実質的にポイドが存在しないことを特徴とする
油浸電気絶縁用ポリプロピレンフイルム。