JPH0781012B2 - 加熱硬化型エポキシ樹脂の硬化方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明はエポキシ樹脂による、電気絶縁物の製造法に
関する。

［従来の技術］ 加熱硬化型のエポキシ樹脂を成形する場合、高温のある
一定の温度で硬化させる方法が通常採用されている。

例えば、ビスフェノールＡ型または環状脂肪族系のエポ
キシ樹脂に、無水フタノール酸などの酸無水物硬化剤お
よびアルミナ粉または石英粉を混合した配合物を硬化さ
せるとき、100度Ｃの温度で50時間あるいは130度Ｃの温
度で24時間などのように、ある一定の温度で硬化させれ
ば所定の特性を持つ電気絶縁物を得ることができる。

しかし、前者のように比較的低い温度では、硬化時間が
かかり過ぎ、生産性が悪く不利である。逆に130度Ｃの
ような高い温度では、時間が短くてすむので生産性は上
がるが、硬化反応が急激に起こることに起因する局部的
な硬化歪みの発生や、大型品とか金属製の埋め込み物が
ある場合には硬化反応の際の収縮および金属とエポキシ
樹脂との膨張係数の差による過大な残留歪みが発生し、
成形品は所定の性能を発揮しない場合がある。

そこで、第一段階として100度Ｃの温度で16時間程度、
第二段階で130度Ｃの温度で20時間程度というように、
二段階で加熱硬化させる方法が取られる場合がある。し
かし、この方法でも、生産性は上がるものの残留歪みが
発生し、それによりクラックが起こる場合がある。

この発明の目的は、このような点に鑑みてなされたもの
で、上述した従来技術の欠点を解消し、残留応力が少な
く局部的な凹みその他の外観上の欠陥を無くすことがで
きる改良された加熱硬化型エポキシ樹脂の硬化方法を提
供することにある。

［発明が解決しようとする課題および作用］ この発明の要旨は、液状のエポキシ樹脂を硬化させる
際、ゲル化が始まる時間近辺から、連続的または段階的
に温度を上昇させていき、所定の温度に達した後、一定
の温度で硬化させることにあり、それにより残留応力を
少なくし、外観上の欠陥を無くそうとしたものである。

［実施例］ 液状のエポキシ樹脂配合品を金型に注入し、これを加熱
することにより化学反応を起こさせて硬化させて成形品
を得る製造法において、所定の特性、例えば熱変形温
度，機械的強度などを得るためには、所定の温度で所定
の時間加熱しなければならない。

ここで、エポキシ樹脂配合品とは、通常電気絶縁物に使
用される場合、例えば、ビスフェノールＡ型または環状
脂肪族系のエポキシ樹脂に無水フタノール酸などの酸無
水物硬化剤およびアルミナ粉または石英粉を混合した配
合物である。

エポキシ樹脂は時間の経過とともに次第に低分子から高
分子になり、さらに、網目構造に分子の反応が進んで行
く。この時、当初液状だった樹脂は反応が進むにつれ流
動性を失い、固体になっていく。同時に、樹脂は反応が
進むにつれ体積の収縮が起こる。この樹脂の収縮量と硬
化温度との関係を調査したところで、最終段階の所定の
温度で最初から硬化させる場合よりも、ゲル化する近辺
までは低い温度で反応させ、その後、温度を上昇させ所
定の温度に達するようにして硬化させる場合の方が、最
終的な収縮量が小さいことが発明者の鋭意の研究結果か
ら分った。

エポキシ樹脂の中に、熱膨張係数の小さい金属が埋め込
まれている場合、この収縮量が小さい方が成形途中での
割れの発生が妨げ、最終成形品の残留応力が小さくな
る。また、低い温度で反応させることにより反応がゆっ
くりになり、反応に伴う収縮分を金型の注入口部の押し
湯から補充することが容易になり、外観上の凹みなどの
欠陥のない成形品を得ることができる。ゲル化が始まる
時間は配合によっても異なるが、上記の配合品の場合、
110度Ｃの温度では９時間、120度Ｃの温度では６時間、
140度Ｃの温度では４時間程度である。

ゲル化する近辺から温度を上昇させていくことによる効
果は、次のとおりである。

すなわち、エポキシ樹脂が収縮するとき、金属が埋め込
まれていると収縮の邪魔になるが、エポキシ樹脂が液状
の時は何等応力は発生しない。エポキシ樹脂がゲル化し
て流動性を失った時点から応力が発生する。この時、収
縮量が大きいとまだ強度が十分に得られていない樹脂に
割れが発生する可能性がある。そこで、温度を上昇させ
ることによりエポキシ樹脂が熱膨張するようにして、収
縮分と熱膨張分が打ち消すようにすれば応力を低減させ
ることができ、割れの発生のない成形品を得ることがで
きる。

温度上昇の方法はある一定の勾配で連続的に上昇させて
いってもよいし、段階的に上昇させていってもよい。

以下、具体的な実施例を説明する。例えば、まず最初は
炉温度100度Ｃ〜110度Ｃで５〜９時間加熱し、ゲル化し
て収縮が進む時点で炉温度を５度Ｃ高くして、この状態
で２時間保持する。型の中の配合品は、硬化収縮分を補
償するように、温度上昇による膨張をし歪みは発生しな
い。これを順次繰り返していけば、最終硬化温度120度
Ｃ〜130度Ｃに達するときには、全硬化収縮の大半がこ
の時点で終了しており、しかも、機械的強度は十分に得
られておりクラックの発生の危険性はない。最終硬化温
度で20時間以上保持すれば、硬化反応が完全に終了し、
所定の特性を有する成形品が得られることになる。

次に、第１表に硬化条件とそれによる成形品の結果を示
す。成形品はエポキシ樹脂の中心部に曲率半径の異なる
部位をもつ金具を埋め込んだ電気絶縁物である。実施例
１〜３のものは本発明によりいずれも上述した指定の温
度、時間条件に合致するものである。そして、この条件
に合致したこれらの成形品は何ら問題なく十分な特性を
持つ製品が得られた。

これ対し、比較例１のものは第一段階の温度、時間がい
ずれも不足のため、硬化反応が遅く段階的に温度を上げ
る時点ではエポキシ樹脂はまた液状であり、本発明の目
的とする硬化収縮を補償する膨張が寄与できない。ま
た、最終段階の温度、時間も不足のため、成形品の機械
的強度が十分ではない。

また、比較例２のものは第一段階の温度が高く時間が長
いため硬化反応が速く進み、ゲル化が進んでしまってか
ら段階的に温度を上げることになり、温度上昇による膨
張が遅れてしまう。また、最終効果温度も高いため室温
に冷却したときの温度差が大きくなる。これらの相乗効
果により、埋め込み金具の曲率半径の小さいところか
ら、クラックが発生してしまった。

この発明の方法によれば、硬化初期には反応が比較的穏
やかに進むので、注入口からの樹脂の補充も十分に行わ
れ、局部的凹みのない成形品が得られる。また、比較的
早い時期に温度を上げていくので、全体の硬化時間が短
縮され、生産性を余り落さずに成形できる利点がある。

［発明の効果］ 以上説明したとおり、この発明の加熱硬化型エポキシ樹
脂の硬化方法によれば、硬化の初期においては反応がゆ
っくり進むので、硬化収縮分を補償するための注入口か
らの樹脂の補充が十分にゆきわたり、表面に凹みなどの
欠点のない成形品が得られる。

ゲル化時に合せて、炉の温度を上げていくことにより、
収縮分と温度膨張分は打ち消し合い歪みが発生しないた
め、クラックの心配のない成形品が得られる。

そして、全体の硬化時間が短縮され、生産性が向上する
ことになる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エポキシ樹脂を硬化させる際、100度Ｃ〜1
   10度Ｃの温度でゲル化が始まる時間までの５〜９時間加
   熱した後、段階的に温度を上昇させていき、120度Ｃ〜1
   30度Ｃの温度に達した後、この温度で20時間以上保持さ
   せて、硬化させることを特徴とする加熱硬化型エポキシ
   樹脂の硬化方法。