JPH0770411A - 六フッ化硫黄ガス絶縁機器用エポキシ注型品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低誘電率で、機械的強度に優れる六フッ化硫
黄ガス絶縁機器用エポキシ注型品を提供することを可能
とする。 【構成】 六フッ化硫黄ガスの分解生成物に対する耐性
を向上させる充填剤を添加したエポキシ樹脂組成物より
なるエポキシ注型品において、前記充填剤が、アルミナ
より比誘電率が低いと共に表面処理された無機化合物で
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、六フッ化硫黄ガス（以
下「ＳＦ₆ ガス」という。）を充填した電気機器に使用
されると共にＳＦ₆ ガスと共存するＳＦ₆ ガス絶縁機器
用エポキシ注型品に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＳＦ₆ ガスは、電気絶縁性と消弧性に優
れ、化学的にも安定であり、機器の小型軽量化を図るこ
とができるため、遮断器、断路器、変圧器、ケーブル端
末ブッシング、母線等の電気機器の絶縁に広く使われて
いる。このＳＦ₆ ガスは、機器内で発生するアークやコ
ロナ放電によって分解し、極めて反応性の強い分解物を
生成する。このため、電気機器に使用されるエポキシ注
型品においては、その分解生成物に侵食されたり、変質
を受けたりせず、長年月に亙って安定した特性を維持す
る必要がある。そのエポキシ注型品の絶縁ガス分解生成
物に対する耐久性に関しては、エポキシ注型品の主要成
分の一つである充填剤の特性が大きく関係しており、通
常、耐久性を維持する目的で充填剤として酸化アルミニ
ウム（アルミナ）を使用することが多い。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、最近、電気
機器の高電圧化、小型化のため、従来よりも厳しい条件
に耐えることができるエポキシ注型品が要望されてい
る。特に、使用されるエポキシ樹脂組成物の比誘電率が
大きい場合、電気機器の絶縁設計或いは当該エポキシ注
型品の形状等によっては局部的な電界集中が起こって所
期の絶縁破壊特性を満足しえないことがある。そのエポ
キシ樹脂組成物の比誘電率が比較的大きな値になる理由
は、エポキシ樹脂組成物においてアルミナが70重量％程
度含有されているためである。

【０００４】このため、比誘電率がアルミナよりも小さ
くて、絶縁ガス分解生成物に耐性のある充填剤として、
フッ化アルミニウム、フッ化マグネシウム、フッ化カル
シウム、水和アルミナ、水酸化マグネシウム、炭酸カル
シウム、硫酸カルシウム等があげられている。しかし、
これらの充填剤を添加したエポキシ樹脂硬化物は機械的
強度に劣る問題があった。

【０００５】本発明は、これらの事情を考慮してなされ
たものであり、その目的は、低誘電率で、機械的強度に
優れるＳＦ₆ ガス絶縁機器用エポキシ注型品を提供する
ことにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するために、ＳＦ₆ ガスの分解生成物に対する耐性を
向上させる充填剤を添加したエポキシ樹脂組成物よりな
るエポキシ注型品において、前記充填剤が、アルミナよ
り比誘電率が低いと共に表面処理された無機化合物であ
るものである。無機化合物の表面処理液には、コロイド
状アルミナまたはアルミニウムアルコキシド液を用いる
ことが好ましい。

【０００７】本発明に使用されるエポキシ樹脂組成物
は、エポキシ樹脂、酸無水物系硬化剤、および必要に応
じて硬化促進剤からなるエポキシ樹脂ベースに充填剤を
添加してなり、このエポキシ樹脂組成物を減圧脱泡後、
金型に注入し、これを加熱硬化してエポキシ注型品が得
られる。

【０００８】エポキシ樹脂としては、分子内に２個以上
のエポキシ基を有するものがよく、ビスフェノール系エ
ポキシ樹脂、環状脂肪族エポキシ樹脂、グリシジルエス
テル型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ
樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂等があげら
れる。

【０００９】酸無水物系硬化剤としては、無水フタル
酸、無水テトラヒドロフタル酸、メチル無水テトラヒド
ロフタル酸、無水ヘキサヒドロフタル酸、メチル無水ヘ
キサヒドロフタル酸、メチルエンドメチレン無水テトラ
ヒドロフタル酸等があげられ、これらの２種以上を併用
することもできる。

【００１０】硬化促進剤としては、ベンジルジメチルア
ミン、トリジメチルアミノメチルフェノール、２−エチ
ル−４−メチルイミダゾール等があげられる。

【００１１】充填剤は、アルミナより比誘電率が低いと
共に表面処理された無機化合物にする必要があり、無機
化合物としては、水和アルミナ、水酸化マグネシウム、
炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、フッ化アルミニウ
ム、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウムがあげら
れ、これらの２種以上を併用することもできる。また、
必要に応じて従来使用されているアルミナを併用するこ
ともできる。

【００１２】充填剤（無機化合物）の表面処理は、コロ
イド状アルミナ（アルミナゾル）またはアルミニウムア
ルコキシド液を用いることがよく、アルミナゾルの場合
には、アルミナゾルと充填剤とを混合した後、これを乾
燥することで充填剤の表面処理を行える。アルミニウム
アルコキシド液の場合には、アルミニウムアルコキシド
液と充填剤とを混合し加水分解後、これを乾燥すること
で充填剤の表面処理を行える。これらの表面処理液を用
いることで、従来行われているシランカップリング剤、
チタネートカップリング剤、脂肪酸金属塩等による表面
処理に比べて機械的強度と耐クラック性の改善されたエ
ポキシ樹脂硬化物が得られた。これは、アルミナゾルま
たはアルミニウムアルコキシド液を用いた表面処理によ
れば、充填剤の表面にアルミナの薄い被膜が形成され
て、この被膜がエポキシ樹脂硬化物の特性向上に寄与し
ているものと推定されるからである。

【００１３】アルミナゾルは、水を分散媒としたアルミ
ナ水和物のコロイド液であり、アルミナ分10〜20％濃度
の市販品をそのまま又は水、アルコール等で希釈して使
用する。アルミナゾルには、粒子径（羽毛状、棒〜粒
状）、粒子の大きさ（10ｍμ×100ｍμ、10〜20ｍ
μ）、結晶形（無定形、ベーマイト）、安定剤（Ｃ
ｌ^- 、ＣＨ₃ ＣＯＯ^- 、ＮＯ₃ ^- ）の異なる銘柄品があ
り、いずれも本発明に使用できるが、10〜20ｍμのベー
マイト系の棒〜粒状コロイド粒子を含む低粘度の銘柄品
が好適である。

【００１４】アルミニウムアルコキシド液は、アルミニ
ウム・トリイソプロピレート、アルミニウム・トリセカ
ンダリブチレート等があり、常温で固体であるものはｎ
−ヘキサン等の溶媒に溶かした溶液とし、常温液状品は
そのまま又は溶媒で希釈した溶液として使用される。

【００１５】前述の充填剤と表面処理液の混合に際して
は、液の濃度（アルミニウム含有量）および充填剤粉末
の比率を適宜設定して行うことが好ましい。設定に当た
っては最終的に表面処理により付加される充填剤のアル
ミナ含有量が 0.5〜30重量％の範囲になるように計算し
て選定する。表面処理により付加される充填剤のアルミ
ナ含有量が 0.5重量％よりも少ないと、処理の硬化が不
十分になり、30重量％を越えると充填剤の比誘電率が大
きくなり、経済的にも不利になるので好ましくない。

【００１６】表面処理液の濃度および充填剤粉末と表面
処理液の混合比は、前記条件のほかに両者の混合時の粉
末の湿潤の容易さと乾燥作業工程に適した流動性を勘案
して最適条件を選定する。表面処理における充填剤の乾
燥に際しては処理液中のアルミナ微粒子が充填剤表面の
被覆形成に効率良く寄与する乾燥方法と条件を選定する
必要があり、表面処理液で湿潤された均一な充填剤スラ
リーを噴霧乾燥装置（スプレードライヤー）で乾燥する
ことが望ましい。噴霧乾燥装置の主要部はスラリーを噴
霧する噴霧器、空気加熱器、噴霧の乾燥室、乾燥粒子の
捕集分離装置および排風機からなり、熱風と噴霧とは向
流または並流に接触せられる。熱風温度は 150〜550 ℃
程度まで任意に設定でき、乾燥時間は５〜20秒程度であ
る。噴霧乾燥装置では条件を適切に設定することにより
凝集を抑制し、処理前の粒度分布を著しく変化させるこ
となくスラリーを乾燥できる利点がある。噴霧乾燥装置
により乾燥された粉末は表面処理液と再び混合し繰り返
し処理を行っても良い。噴霧乾燥装置により乾燥された
粉末は必要に応じてさらに高温炉で熱処理を行っても良
い。アルミニウムアルコキシド液で処理されたスラリー
の乾燥に際しては、熱風中に水蒸気を導入して加水分解
と乾燥を同時に行うか、またはスラリーを予め加温高湿
雰囲気において加水分解後、乾燥する。

【００１７】本発明において充填剤の添加量は、機械的
強度と耐クラック性を改善するためにはエポキシ樹脂ベ
ース 100重量部に対して、アルミナを併用する場合のア
ルミナの配合量を含めて 150〜350 重量部の範囲から注
型作業性等の特性を勘案して選定することが好ましい。
本発明のエポキシ注型品には通常アルミニウム導体や電
極が埋め込まれるので、充填剤の添加量がアルミナを併
用する場合のアルミナの配合量を含めて 150重量部より
も少ないと耐クラック性が不十分になり、また350重量
部よりも多いと注型作業性を満足することが困難にな
る。

【００１８】したがって、ＳＦ₆ ガスの分解生成物に対
する耐性を向上させる充填剤として、アルミナより比誘
電率が低いと共に表面処理された無機化合物を用いるこ
とで、無機化合物の表面がエポキシ樹脂硬化物の機械的
特性向上に寄与すべく改質されるので、低誘電率で、機
械的強度にも優れるＳＦ₆ ガス絶縁機器用として好適な
エポキシ注型品が得られることになる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。

【００２０】表１の実施例１〜７および比較例１〜７の
各欄に示すような配合組成に従って、各種成分を配合し
た。

【００２１】実施例１〜７において使用した７種の充填
剤表面処理品はそれぞれ次の処理を行ったものである。

【００２２】表面処理前の充填剤６種（水和アルミナ、
水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、硫酸カルシウ
ム、フッ化カルシウム、フッ化アルミニウム）は、平均
粒子径15〜20μｍ、45μｍ以下の粒子の累積重量％が90
％以上に粒度調整したものを使用し、フッ化マグネシウ
ムは平均粒子径５μｍ、45μｍ以下の粒子の累積重量％
が 100％のものを使用した。

【００２３】表面処理液としては、コロイド状アルミナ
液 [商品名アルミナゾル−520(日産化学工業株式会社
製、分散媒：水、アルミナ含有量：20重量％）を希釈せ
ずにそのまま使用] とアルミニウム・トリセカンダリブ
チレート[ 郡山化成株式会社製略称ASB]のｎ−ヘキサン
溶液(ASB濃度75重量％）を使用した。

【００２４】水和アルミナ、水酸化マグネシウム、炭酸
カルシウム、硫酸カルシウムの４種の充填剤について
は、充填剤1000重量部とコロイド状アルミナ液 300重量
部を撹拌混合して均一なスラリーとし、ついで噴霧乾燥
装置を使用し、これを乾燥粉末とし、さらに 200℃、４
時間熱処理した。これらを表面処理品としてそれぞれエ
ポキシ樹脂ベースに配合し、減圧脱泡後金型に注入、 1
30℃、40時間加熱硬化して試験片を作製した。

【００２５】フッ化カルシウム、フッ化アルミニウム、
フッ化マグネシウムの３種の充填剤については、充填剤
1000重量部とASB のｎ−ヘキサン溶液450 重量部を撹拌
配合して均一なスラリーとし、ついでこれを80℃相対湿
度 100％の雰囲気に４時間置いて加水分解後、上記と同
様にして表面処理品としてそれぞれエポキシ樹脂ベース
に配合し、試験片を作製した。

【００２６】比較例１〜７においては無処理の充填剤を
使用し、前記実施例と同様にして試験片を作製した。

【００２７】前述のように作製した試験片の評価を比誘
電率、曲げ強度および耐クラック性について行い、その
結果を表１の下欄に示す。各評価法は下記の通りであ
る。

【００２８】比誘電率、曲げ強度はＪＩＳ Ｋ6911に準
じて試験した。

【００２９】耐クラック性はM12,長さ50mmのボルトを埋
め込んだ径25mm、長さ60mmのエポキシ樹脂硬化試験片に
ついて表２に示すヒートサイクル試験を実施した。低温
側は冷凍機で冷却したエタノール槽を、高温側は空気恒
温槽をそれぞれ使用した。

【００３０】

【表１】

【００３１】

【表２】

【００３２】表１からも明らかな通り、本発明に係る実
施例１〜７の試験片（エポキシ注型品）は、いずれも比
誘電率が小さく、曲げ強度および耐クラック性が向上し
ている。これに対して、充填剤がアルミナのみの比較例
２は比誘電率が大きく、無処理充填剤を使用した比較例
１および３〜７は曲げ強度および耐クラック性が劣って
いる。

【００３３】なお、表１の実施例１〜７のエポキシ注型
品の耐ＳＦ₆ 放電分解ガス性はいずれも良好であり、Ｓ
Ｆ₆ ガス絶縁機器用として有用なものであった。

【００３４】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、低誘電率
で機械的強度にも優れるＳＦ₆ ガス絶縁機器用として好
適なエポキシ注型品が得られる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 六フッ化硫黄ガスの分解生成物に対する
   耐性を向上させる充填剤を添加したエポキシ樹脂組成物
   よりなるエポキシ注型品において、前記充填剤が、アル
   ミナより比誘電率が低いと共に表面処理された無機化合
   物であることを特徴とする六フッ化硫黄ガス絶縁機器用
   エポキシ注型品。
2. 【請求項２】 前記無機化合物を表面処理する液とし
   て、コロイド状アルミナまたはアルミニウムアルコキシ
   ド液を用いたことを特徴とする六フッ化硫黄ガス絶縁機
   器用エポキシ注型品。