JPH08199044A - 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、フッ化アルミ
ニウム、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム単独又
はそれらの混合物からなる無機充填剤とコア部がスチレ
ン−ブタジエンゴムからなるコア−シェル形ゴム粒子と
を添加してなるエポキシ樹脂組成物。無機充填剤の添加
量はエポキシ樹脂混合物 100重量部に対して50〜300 重
量部であると共に、コア−シェル形ゴム粒子の添加量は
エポキシ樹脂混合物 100重量部に対して 3〜30重量部で
あることが好ましい。 【効果】低誘電率、低誘電損失で、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）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り、低誘電率化が
強く要求されている。エポキシ樹脂組成物の誘電率が比
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、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、フッ化カルシウム、フッ化マグネシ
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、
金属導体や取り付け金具等を埋め込んだエポキシ注型品
において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、ガラス短繊維等の無機物繊維を混入
することやタルク粉、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、これらはクラックの
防止には有効ではあるものの、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、低誘電率、低誘電損失で、
しかも良好な耐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、フッ化アルミニウ
ム、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム単独又はそ
れらの混合物からなる無機充填剤とコア部がスチレン−
ブタジエンゴムからなるコア−シェル形ゴム粒子とを添
加してなるものである。

【０００９】前記無機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50〜300 重量部であると共に、
コア−シェル形ゴム粒子の添加量はエポキシ樹脂混合物
100重量部に対して 3〜30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）に無機充填
剤とコア−シェル形ゴム粒子とを添加してなり、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。無
機充填剤としては、低誘電率で耐ＳＦ₆ 放電分解ガス性
にずぐれたフッ化アルミニウム、フッ化カルシウム、フ
ッ化マグネシウム単独又はそれらの混合物が用いられ
る。

【００１３】無機充填剤の添加量は、エポキシ樹脂、酸
無水物硬化剤からなるエポキシ樹脂ベース 100重量部に
対して50〜300 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
樹脂の熱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50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】クラック防止用強化剤として使用されるコ
ア−シェル形ゴム粒子としては、低誘電率・低誘電損失
化と耐クラック性の改善を図るため、コア部がスチレン
−ブタジエンゴムからなるコア−シェル形ゴム粒子が適
している。

【００１５】外側のシェル部はポリメチルメタクリレー
ト、ポリ（メチルメタクリレート−アクリロニトリ
ル）、ポリ（メチルメタクリレート−グリシジルメタク
リレート）等エポキシ樹脂マトリックスへの分散性を向
上させる樹脂層で構成され、一般に平均粒径 0.1〜 1μ
ｍ程度の微小な球状粒子となっている。

【００１６】工業的には呉羽化学工業（株）より「パラ
ロイドＥＸＬ2655」、鐘淵化学工業（株）より「カネエ
ースＢ−12」、日本ゼオン（株）より「ハイブレンＢ−
208Ｘ」等の商品名で市販されているものである。

【００１７】コア−シェル形ゴム粒子の添加量は、エポ
キシ樹脂、酸無水物硬化剤からなるエポキシ樹脂ベース
100重量部に対して 3〜30重量部が好ましく、添加量が
3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、30重量部よりも多い場合機械的強度の低下
が大きくなる。

【００１８】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。

【００１９】また本来の目的を損わない限りにおいて、
注型作業時における充填剤の沈降を防止したり、機械的
強度を向上させるため、酸化アルミニウム、炭酸カルシ
ウム粉末やウィスカー等耐ＳＦ₆ 放電分解ガス性にすぐ
れた他の無機充填剤を併用することもできる。

【００２０】同じように液晶性芳香族ポリアミド繊維、
液晶性芳香族ポリエステル繊維等の耐ＳＦ₆ 放電分解ガ
ス性にすぐれた高強度・高弾性率の強化用有機短繊維を
添加することもできる。

【００２１】したがって、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、フッ化アルミニウム、フッ化カルシウム、フッ
化マグネシウム単独又はそれらの混合物からなる耐ＳＦ
₆ 放電分解ガス性にすぐれた低誘電率の無機充填剤と低
誘電率、低誘電損失で、ＳＦ₆ 放電分解ガスに侵されな
いコア部がスチレン−ブタジエンゴムからなるコア−シ
ェル形ゴム粒子とを添加することで、コア−シェル形ゴ
ム粒子が耐クラック性の改善に寄与するので、低誘電
率、低誘電損失で、しかも良好な耐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。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。

【００２３】表１の実施例１〜５および比較例１〜５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。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〔油化シェルエポキシ（株）製〕を使用した。
硬化剤としては無水テトラヒドロ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〕、硬化
促進剤にはベンジルジメチルアミンＢＤＭＡ〔日本化薬
（株）製〕を使用した。コア部がスチレン−ブタジエン
ゴムからなるコア−シェル形ゴム粒子にはパラロイドＥ
ＸＬ2655〔呉羽化学工業（株）製〕を用いた。比較用に
使用したコア部がアクリルゴムからできているコア−シ
ェル形ゴム粒子はカネエースＦＭ−21〔鐘淵化学工業
（株）製〕である。有機短繊維としては液晶性芳香族ポ
リエステル繊維ベクトランＨＴ〔（株）クラレ製〕を使
用した。

【００２４】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。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。

【００２５】硬化樹脂の特性は、常温および高温におけ
る電気特性耐ＳＦ₆ 放電分解ガス性、耐クラック性につ
いて調べた。 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。

【００２６】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 、
ＳＯ₂ Ｆ₄ 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、Ｓ
Ｆ₄ 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。

【００２７】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（ＨＦ）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。

【００２８】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。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【表２】

【００３１】表１からも明らかな通り、本発明に係る実
施例１〜５のエポキシ樹脂組成物は、いずれも誘電率、
誘電正接が小さく、また耐ＨＦ性試験における電気特性
の低下が小さく、さらに耐クラック性が向上しておりＳ
Ｆ₆ ガス絶縁機器用として有用なものである。

【００３２】これに対して、コア−シェル形ゴム粒子の
配合量が規定値より少ない比較例１および無形充填剤の
配合量が規定値より少ない比較例２は以下ずれも耐クラ
ック性に劣る。

【００３３】コア部がアクリルゴムよりなるコア−シェ
ル形ゴム粒子を配合した比較例３は高温における誘電正
接が大きくなっている。

【００３４】アルミナを配合した比較例４は誘電率が高
く、石英粉を配合した比較例５は耐ＨＦ性が極めて劣悪
である。

【００３５】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、低誘電
率、低誘電損失で、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、フッ化ア
   ルミニウム、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム単
   独又はそれらの混合物からなる無機充填剤とコア部がス
   チレン−ブタジエンゴムからなるコア−シェル形ゴム粒
   子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】前記無機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50〜300 重量部であると共
   に、前記コア−シェル形ゴム粒子の添加量がエポキシ樹
   脂混合物 100重量部に対して 3〜30重量部である請求項
   １記載の組成物。