JPH053084B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

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
製造方法に関するものである。 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、従来は電気絶縁紙
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
絶油による膨潤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。 本発明の目的は、上記欠点、すなわち膨潤しや
すい性質を改良したポリプロピレンフイルムを提
供せんとするものである。 本発明は、上記目的を達成するため、次の構成
すなわち、ポリプロピレンを溶融押出後、80〜
120℃に保たれた冷却ドラムに巻きつけて冷却固
化した後、油浸後の結晶融点が166℃以上になる
ように圧延する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の製造方法とするもので
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。 本発明の製造方法によつて得られるPPフイル
ムは、PPフイルム単独あるいはPPフイルムに電
気絶縁紙を積層して一体化した油浸電気絶縁体と
して使用されるものである。 このPPフイルムの片面または両面に積層して
一体化せしめる電気絶縁紙（以下、紙と略称す
る）は、セルロールを主成分とする天然紙（JIS
Ｃ 2301、2302、2303、2304、2306、2307および
2308に定められているものなど）および合成紙で
ある。特に好ましい紙は、密度0.6〜0.9ｇ／cm³、
厚さ10〜50μｍの範囲のものである。 本発明ポリプロピレンフイルムの油浸後の結晶
融点は166℃以上、好ましくは168℃以上でなけれ
ばならない。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、該ポリプロピレン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
ブルなどの油浸電気機器用の油浸気絶層として利
用した場合、ポリプロピレン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。もちろん油浸前のT_nが166℃以上
あることが必要だが、油浸によつてT_nの低下の
度合は、ポリプロピレンフイルムの配向状態、結
晶状態などの微細構造によつて大幅に異なり、例
えば、ドデシルベンゼン油を用いた場合は、表１
のごとくなる。

【表】 この表１より明らかなように、たとえ油浸前に
高いT_nを有していても、油浸すれば大巾にT_nが
低下し、しかも油浸後のT_nが166℃未満の二軸酢
向ポリプロピレンの場合は、油中で大きな油膨潤
をおこし、油浸絶縁用フイルムとしては利用でき
ないことになる。このように油浸前のT_nではな
く、油浸後のT_nが油膨潤と密接な相関にあるこ
とがわかる。 なお、油浸後とはポリプロピレンフイルムを80
℃の絶縁油に24時間以上浸漬したものをいう。ま
た、絶縁油はドデシルベンゼン油その他の使用希
望の絶縁油を適用して測定する。 また、本発明フイルムの油浸後の密度は0.885
〜0.915ｇ／cm³、特に好ましくは0.895〜0.912ｇ／
cm³の範囲にあることが好ましい。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。 次に、ポリプロピレン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、ポリプロピレンフイルムと電気
絶縁紙とを積層して一体化した場合でも必要に応
じて上記表面粗さにしてもよいことは明らかであ
る。 さらに本発明フイルムの場合、油浸後の結晶と
非晶とからなる高次構造が市松模様的な配置を取
ることが好ましい。このような配置は大変リジツ
ドな構造であり、油浸後のフイルムの膨潤を防止
する点で効果的である。この市松模様的な配置
は、Ｘ線小角散乱の四点干渉からその存在を確認
できる。 なお、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、ポリプロピレンフイルムを
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、本発明プリプロピレン（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。このようにポリマーの
T_nc近傍の高温で冷却固化することによりPPシー
トに多くの結晶が生成され、PPシートの結晶化
度が大きくなり、密度も大きいものとなる。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
になるように圧延する。圧延工程によりPPシー
トは分子配向を施され、非晶部の一部が配向結晶
化される。このとき、油浸後の結晶融点が166℃
以上となるように圧延することが必要である。な
お、上記の高温では冷却固化され、結晶化度が大
きいPPシートは、圧延後も結晶部分が多く存在
し、前述の油浸後の結晶と非晶とからなる高次構
造が市松模様的な配置を採りやすくなる。 圧延圧力は、10〜3000Kg／cm、より好ましくは
100〜1000Kg／cmの範囲が好適であり、圧延ロー
ルの温度は60〜160℃、好ましくは80〜150℃の範
囲が好適である。圧延時に、PPシート表面の液
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の粗面化して、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。以下述べたように、本発
明フイルムの製法としては、ポリプロピレンを溶
融押出した後、80〜120℃と高温に保たれた冷却
ドラムに巻きつけて冷却固化し、その後圧延によ
つて得られるものである。このとき圧延とともに
密間隔ロールなどによる延伸を組み合わせること
は差支えない。なお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方法と
しては特に限定しないが、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。 本発明は、油浸後のポリプロピレンフイルムの
結晶融点をある特定範囲としたので、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、しかも誘電
率も通常ポリプロピレンより大きい。 (4) 低圧および高圧での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すぐれ
ている。 (6) 絶縁油が本発明ポリプロピレンフイルムに含
浸しやすく、精度の高い、信頼性の高い電気絶
縁体になる。 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、ポリプロピレンの結晶融解に伴な
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、Rmax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の試料の切りとり、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。 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97.6％、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、260℃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500Kg／cm、圧延ロールの温度146℃
とし、ポリ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、130℃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メツシユのサンドブ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２にま
とめて示したが本発明フイルムのように油浸後の
結晶融点T_nが169℃と高いを絶縁油による膨潤が
小さく、しかも絶縁油の流通性にすぐれているの
で油浸電気絶縁用フイルムとして極めて有用であ
ることがわかる。

【表】 なお絶縁油としてはドデシルベンゼン（DDB）
を用いた。 比較例 １ 実施例１に用いたPP樹脂ペレツトを押出機に
供給して260℃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30℃の
冷却ドラムに巻きつけ、冷却固化させ、厚さ２mm
のシートを作つた。このシートを実施例１と同様
に圧延し、熱処理した後、エンボス加工及びエー
ジング処理を施した。 かくして得られた比較例１のフイルムの油浸前
の結晶融点は、168℃、油浸後の結晶融点は165℃
であり、絶縁油による膨潤度は3.0％であつた。
このように、溶融押出したPPシートを急冷固化
させた比較例１のPPフイルムはPP内部の結晶構
造がマイルドになり、実施例１のPPフイルムよ
り絶縁油の膨張度が大きいものとなつた。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ポリプロピレンを溶融押出後、80〜120℃に
   保たれた冷却ドラムに巻きつけて冷却固化した
   後、油浸後の結晶融点が166℃以上になるように
   圧延することを特徴とする油浸電気絶縁用ポリプ
   ロピレンフイルムの製造方法。