JPH08193164A - 六フッ化硫黄ガス絶縁機器用エポキシ樹脂組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】六フッ化硫黄ガス絶縁機器用エポキシ注型品の
製造に使用されるエポキシ樹脂混合物に、充填剤と、液
晶ポリエステル短繊維とを添加してなるエポキシ樹脂組
成物。充填剤の添加量はエポキシ樹脂混合物 100重量部
に対して 100〜300 重量部であると共に、液晶ポリエス
テル短繊維の添加量はエポキシ樹脂混合物100重量部に
対して 1〜20重量部であることが好ましい。 【効果】良好な耐ＳＦ₆ 放電分解ガス性と耐クラック性
を有したＳＦ₆ ガス絶縁機器用として好適なエポキシ樹
脂組成物が得られる。

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。）を充填したガス絶縁機器用
エポキシ注型品の製造に使用されるエポキシ樹脂組成物
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、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）が使
用されている。

【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って所期
の絶縁破壊特性を満足しえないことがある。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、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
脂硬化物は概して機械的強度に劣り、金属導体や電極、
取り付け金具等を埋め込んだエポキシ注型品はクラック
を発生しやすい欠点があった。

【０００５】また、電気機器の高電圧化、大容量化、小
型化に伴い、電気機器の発熱温度上昇が大きくなるた
め、エポキシ樹脂硬化物には従来以上に高い耐熱性が要
求されるようになってきた。一般に、エポキシ樹脂硬化
物の高温の機械的、電気的特性は樹脂の熱変形温度を越
えると著しく低下する傾向を示すので、これらの電気機
器には従来以上に高い熱変形温度を有するエポキシ樹脂
硬化物が必要になるが、この種のエポキシ樹脂硬化物は
一層クラックを発生しやすい傾向になり、耐クラック性
と耐熱性の両立が極めて難しい技術課題となっていた。

【０００６】エポキシ樹脂硬化物の耐クラック性を向上
させる手段として、ガラス繊維を混入することやタルク
粉やマイカ粉のような鱗片状充填剤を添加することが提
案されているが（特開平2-97553 号公報）、これらは成
分としてシリカを含有しているため、耐ＳＦ₆ 放電分解
ガス性を低下させることが認められた。

【０００７】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、良好な耐ＳＦ₆ 放電分解ガ
ス性と耐クラック性を有するＳＦ₆ ガス絶縁機器用エポ
キシ樹脂組成物を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明のＳＦ₆ ガス絶縁機器用エポキシ樹脂組成物
は、六フッ化硫黄ガス絶縁機器用エポキシ注型品の製造
に使用されるエポキシ樹脂混合物に、充填剤と、液晶ポ
リエステル短繊維とを添加してなるものである。

【０００９】前記充填剤の添加量はエポキシ樹脂混合物
100重量部に対して 100〜300 重量部であると共に、液
晶ポリエステル短繊維の添加量はエポキシ樹脂混合物 1
00重量部に対して 1〜20重量部であることが好ましい。

【００１０】すなわち、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、酸無水物系硬化剤からなる
エポキシ樹脂混合物（エポキシ樹脂ベース）に充填剤と
液晶ポリエステル短繊維とを添加してなり、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。

【００１１】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好ましく、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、ノボラック
型エポキシ樹脂、ナフタレン系エポキシ樹脂等があげら
れ、必要に応じて２種類以上の樹脂を混合して使用する
こともできる。

【００１２】酸無水物系エポキシ樹脂硬化剤としては、
無水フタル酸、無水テトラヒドロフタル酸、無水ヘキサ
ヒドロフタル酸、メチル無水テトラヒドロフタル酸、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、無水トリメリット酸等があ
げられ、これらの２種以上を併用することもできる。充
填剤としては、ホウ素化合物，ケイ素化合物を除いた無
機化合物の粉末が適しており、フッ化カルシウム、フッ
化マグネシウム、フッ化アルミニウム、酸化マグネシウ
ム、酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、硫酸カルシウ
ム等があげられ、これらの２種以上を併用することもで
きる。

【００１３】充填剤の添加量は、エポキシ樹脂、酸無水
物硬化剤等からなるエポキシ樹脂ベース 100重量部に対
して 100〜300 重量部であることが好ましく、特に注型
作業性や機械的強度の低下が許容される範囲内でできる
だけ多量に充填剤を使用した方が硬化時の収縮量、硬化
樹脂の膨張係数が小さくなり、耐クラック性、放熱性が
向上する。充填剤の添加量が 100重量部より少ない場
合、耐クラック性が不十分になり、 300重量部よりも多
い場合、注型作業が困難になる。

【００１４】本発明においてクラック防止用補強材とし
て使用される液晶ポリエステル短繊維はパラーヒドロキ
シ安息香酸と２，６−ヒドロキシナフトエ酸を主成分と
する単量体を共重合させて得られた液晶ポリマーを溶融
紡糸および熱処理することによってつくられた高強度・
高弾性率繊維であり、（株）クラレから「ベクトラン」
の商品名で市販されている。

【００１５】この短繊維は電気絶縁特性、引張特性、耐
クリープ特性、吸湿性、耐薬品性にすぐれ、ＳＦ₆ ガス
の分解生成物に対しても十分な安定性を有することが判
明した。

【００１６】液晶ポリエステル短繊維の添加量は、エポ
キシ樹脂、酸無水物硬化剤等からなるエポキシ樹脂ベー
ス 100重量部に対して 1〜20重量部が好ましく、添加量
が 1重量部よりも少ない場合クラック防止用補強効果が
不十分となり、20重量部よりも多い場合粘度上昇が大き
くなり注型作業が困難になる。

【００１７】本発明のエポキシ樹脂組成物には必要に応
じて硬化促進剤、着色剤、酸化防止剤等を配合すること
ができる。

【００１８】したがって、エポキシ樹脂、酸無水物系硬
化剤等からなるエポキシ樹脂混合物（エポキシ樹脂ベー
ス）に、充填剤と液晶ポリエステル短繊維とを添加する
ことで、液晶ポリエステル短繊維が耐ＳＦ₆ 放電分解ガ
ス性と耐クラック性の改善に寄与するので、良好な耐Ｓ
Ｆ₆ 放電分解ガス性と耐クラック性を有するＳＦ₆ ガス
絶縁機器用として好適なエポキシ樹脂組成物が得られる
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１〜３および比較例１〜３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】エポキシ樹脂は、ビスフェノール系液状樹
脂エピコート 828［シェル化学（株）製］80重量部とゴ
ム分散ビスフェノール系液状樹脂エポセット BPA-328
［（株）日本触媒製］20重量部からなる混合樹脂を使用
した。

【００２２】酸無水物系硬化剤としては、テトラヒドロ
無水フタル酸系硬化剤アラルダイトHT903［日本チバガ
イギー（株）製］を使用した。

【００２３】硬化促進剤にはベンジルジメチルアミンを
用いた。液晶ポリエステル短繊維は（株）クラレ製ベク
トラン短繊維で、直径２２μｍ、長さ０．５mmと直径２
２μｍ、長さ１．０mmの２種の短繊維を使用した。

【００２４】比較用に用いたガラス繊維はＥガラス繊維
で、直径９μｍ、長さ０．５mmの短繊維である。

【００２５】表１における配合剤の比率は重量部であ
る。

【００２６】前述のように配合した組成物を、減圧脱泡
後金型に注入、加熱硬化して硬化樹脂を作製した。この
際の注型作業性および硬化樹脂の特性について調べ、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。

【００２７】注型作業性は、 120℃における流動性と減
圧脱泡時の消泡性を観察し、優、良、可の三段階に判別
した。

【００２８】硬化樹脂の特性は、耐ＳＦ₆ 放電分解ガス
性と耐クラック性とについて評価した。 120℃で減圧脱
泡した組成物を金型に注入し、 120℃、20ｈ一次硬化
後、 150℃、20ｈ二次硬化して作製した試験片について
試験した。

【００２９】ＳＦ₆ ガス絶縁機器に使用される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、ＳＦ₂ 、ＳＦ₄ 、Ｓ₂ Ｆ₂ 、ＳＯＦ₂ 、ＳＯＦ₄ 等
の反応性の強い分解物を生成する。これらの分解物の中
で最も多く生成するのはＳＦ₄ であり、ＳＦ₄ の場合、
水または水蒸気と接触すると、 ＳＦ₄ ＋Ｈ₂ Ｏ→ＳＯＦ₂ ＋２ＨＦ ＳＯＦ₂ ＋Ｈ₂ Ｏ→ＳＯ₂ ＋２ＨＦ のような分解反応を行い、腐蝕性の強いフッ化水素酸を
生成する。

【００３０】従って、絶縁材料の耐ＳＦ₆ 放電分解ガス
性と耐フッ化水素酸性とは密接な相関性があり、耐ＨＦ
性試験によって耐ＳＦ₆ 放電分解ガス性を予測できる。
ここでは、室内のプラスチック製デシケーターの底にバ
ットに入れた濃度４６％の試薬特級フッ化水素酸を置い
て、デシケーター内部をフッ化水素雰囲気とした棚の上
に 100mmφ×3mmtの試験片を 120時間静置してから取り
出し、この表面を拭いた後ドラフト内で24時間乾燥して
から、誘電率、誘電正接、体積抵抗率を測定し、耐ＨＦ
性試験前の初期値と比較した。誘電率、誘電正接、体積
抵抗率はJIS K6911 に準拠し、誘電率、誘電正接はシェ
ーリングブリッジにより、60Ｈｚ、1000Ｖで測定し、体
積抵抗率は超絶縁計によりDC 500V １分値を測定した。

【００３１】耐クラック性は、Ｍ12、長さ40mmの鋼製ボ
ルトを中心に埋め込んだ径28mm、長さ50mmの試験片につ
いて表２に示すヒートサイクル試験を実施してクラック
を発生した段数を求めた。ヒートサイクル試験の低温側
は冷凍機で冷却したエタノール槽を、高温側は空気恒温
層をそれぞれ使用した。

【００３２】

【表１】

【００３３】

【表２】

【００３４】表１からも明らかな通り、本発明に係る実
施例１〜３のエポキシ樹脂組成物は、いずれも耐クラッ
ク性が向上しているとともに耐ＨＦ性試験における電気
特性の低下が小さく、ＳＦ₆ ガス絶縁機器用として有用
なものである。これに対して液晶ポリエステル短繊維が
規定値より少ない比較例１は耐クラック性に劣り、配合
量が多い比較例２は注型作業性が不十分である。また、
比較例３はガラス短繊維を使用したもので耐ＨＦ性試験
後の電気特性の低下が実施例１〜３に比べ大きく、シェ
ーソングブリッジの測定限界（誘電正接：１００％）を
越えて実測値を求められなかった。

【００３５】

【発明の効果】以上本発明によれば、良好な耐ＳＦ₆ 放
電分解ガス性と耐クラック性を有したＳＦ₆ ガス絶縁機
器用として好適なエポキシ樹脂組成物が得られる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 学 茨城県日立市日高町５丁目１番１号 日立 電線エフエム株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】六フッ化硫黄ガス絶縁機器用エポキシ注型
   品の製造に使用されるエポキシ樹脂混合物に、充填剤
   と、液晶ポリエステル短繊維とを添加してなることを特
   徴とする六フッ化硫黄ガス絶縁機器用エポキシ樹脂組成
   物。
2. 【請求項２】前記充填剤の添加量が前記エポキシ樹脂混
   合物 100重量部に対して 100〜300重量部であると共
   に、前記液晶ポリエステル短繊維の添加量がエポキシ樹
   脂混合物 100重量部に対して 1〜20重量部である請求項
   １記載の組成物。