JPH08208219A

JPH08208219A - 断熱電気絶縁体組成物

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Publication number: JPH08208219A
Application number: JP1175695A
Authority: JP
Inventors: Masao Sakaguchi; 正夫坂口
Original assignee: NIKKO KASEI KK
Current assignee: NIKKO KASEI KK
Priority date: 1995-01-27
Filing date: 1995-01-27
Publication date: 1996-08-13
Anticipated expiration: 2015-02-07
Also published as: JP3007548B2

Abstract

(57)【要約】【目的】容器内に保持された状態で適当な強度を有し
て保形されており、しかも優れた体積抵抗および耐電圧
特性のある断熱電気絶縁体とする。【構成】絶縁砂１００重量部に対して、ホウ酸：金属
酸化物：酸化ホウ素を重量比で１６〜７５：１６〜６
０：０〜６７の範囲で混合した無機結合剤を、前記ホウ
酸が１．０〜３０重量部となるように配合して砂状の材
料組成物とし、これを１４０〜５００℃に加熱し硬化し
た断熱電気絶縁体組成物とする。または、前記無機結合
剤に、さらにシリコーン樹脂を０．０５〜０．８重量部
配合して砂状の材料組成物とし、これを１４０〜５００
℃に加熱し硬化した断熱電気絶縁体組成物とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電気配線を熱から保
護する必要のある電気炉や電気機器その他の絶縁を要す
る容器内に用いる断熱電気絶縁体組成物に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、不定形断熱絶縁材料として、絶
縁性の無機材料からなる砂に絶縁性の有機材料であるフ
ェノール樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂などの
熱硬化性樹脂、または耐熱性の四フッ化エチレン樹脂な
どの熱可塑性樹脂を混合したものが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記したよう
な熱硬化性・熱可塑性樹脂からなる従来の不定形断熱絶
縁材料は、複雑な形状の容器内に均一に収容することが
困難であること、高温の使用条件では分解ガスが発生す
ること、長期間高温状態で使用すると強度劣化して保形
性がなくなること、またはその有機質成分がカーボン化
して絶縁性が低下するという問題点がある。

【０００４】そして、このような状態で断熱絶縁材料を
収容した機器を使用すると、絶縁性不良や断熱不良が起
こり、機器本来の機能が低下するという問題が発生す
る。

【０００５】そこで、この発明の課題は上記した問題点
を解決して、断熱電気絶縁体を、容器内に保持された状
態で例えば輸送した場合でも容器内で偏らず、すなわち
適当な強度の保形性があり、しかも優れた体積抵抗およ
び耐電圧特性のある断熱電気絶縁体として使用できるも
のとすることである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、この発明においては、絶縁砂１００重量部に対し
て、ホウ酸：金属酸化物：酸化ホウ素を重量比で１６〜
７５：１６〜６０：０〜６７の範囲で混合した無機結合
剤を、前記ホウ酸が１．０〜３０重量部となるように配
合して砂状の材料組成物とし、これを１４０〜５００℃
に加熱し硬化してなる断熱電気絶縁体組成物としたので
ある。

【０００７】または、絶縁砂１００重量部に対して、ホ
ウ酸：金属酸化物：酸化ホウ素を重量比で１６〜７５：
１６〜６０：０〜６７の範囲で混合した無機結合剤を、
前記ホウ酸が１．０〜３０重量部となるように配合し、
さらにシリコーン樹脂を０．０５〜０．８重量部配合し
て砂状の材料組成物とし、これを１４０〜５００℃に加
熱し硬化してなる断熱電気絶縁体組成物としたのであ
る。

【０００８】

【作用】この発明の断熱電気絶縁体材料は、主成分の絶
縁砂に対して、ホウ酸、金属酸化物および酸化ホウ素を
それぞれ所定量配合して砂状の組成物（混合物）を材料
とする。このものは適当な砂状であって流動性があり、
任意形状の容器内に充填することができる。

【０００９】そして、上記した砂状の混合物は、所定温
度に加熱すると、ホウ酸、金属酸化物および酸化ホウ素
が化学的かつ物理的に絶縁砂同士を結合する。すなわち
これらの無機結合剤は、溶融すると共に絶縁砂の表面と
の化学的結合および物理的作用で、所要形状の断熱電気
絶縁体材料を一定の形状に硬化させるのである。

【００１０】

【実施例】この発明に用いる絶縁砂は、絶縁性を有する
無機物であり、電気絶縁性に悪影響を与える物質、すな
わち鉄、銅、ニッケルなどの金属成分、水酸化物、また
は熱処理によってカーボン化して導電性物質に変化する
成分を含まないものである。そして、このような絶縁砂
は、通常、電気機器などの使用時の内部温度が３１０〜
３３０℃程度の高温となることから、３００℃程度で軟
化しない流動性のある粉粒状のものを採用する。このよ
うな絶縁砂は、高温２次電池の集合電池において、各単
電池間に充填して固定する材料にも適用できる。

【００１１】このような物性を有する絶縁砂の具体例と
しては、珪石砂、フラタリーサンド、ムライト、マグネ
シウムクリンカー、ジルコンサンド、ガラスビーズ、シ
リカサンドなどが挙げられる。

【００１２】このような絶縁砂の好適に使用できる絶縁
砂の平均粒径は、５０〜２０００μｍ程度の粉末状のも
のである。５０μｍ未満の微粉末では、流動性が悪くな
って形状複雑な容器の細部まで充填できないことがあ
り、２０００μｍを越える大径では、空隙が多くなり、
強度、絶縁性、断熱特性のバラツキが大きくなって好ま
しくないからである。

【００１３】この発明に用いる無機結合剤は、ホウ酸、
金属酸化物、酸化ホウ素である。このうち、ホウ酸とし
ては、オルトホウ酸、メタホウ酸、四ホウ酸などであ
り、これらは三酸化二ホウ素が水化して生ずる酸素酸と
して総称されるものである。

【００１４】金属酸化物は、ホウ酸と化合する酸化物で
あって、例えば酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化カル
シウム、酸化バリウム、酸化鉛などが挙げられる。この
うち、酸化マグネシウム、酸化亜鉛については特に好ま
しい結果を得ている。

【００１５】ホウ酸：金属酸化物：酸化ホウ素の配合割
合は、絶縁砂１００重量部に対して１６〜７５：１６〜
６０：０〜６７の範囲である。なぜなら、ホウ酸が所定
量未満では結合力がなくなり、保形性が保てないので好
ましくなく、また所定量を越えて多量に配合すると、ホ
ウ酸から発生する水分によって発泡現象が現れ、絶縁砂
と結合剤の層分離が起こるので好ましくない。

【００１６】金属酸化物が所定量未満では、結合力は発
現するが高温時に軟化して好ましくなく、所定量を越え
て多量に配合すると、結合剤が溶融せず所要の結合力が
得られないので好ましくない。

【００１７】ホウ酸は、同量のメタホウ酸を置き換えて
用いてもよいが、この場合には所要の強度は得難い。

【００１８】以上のような組成からなる無機結合剤は、
絶縁砂１００重量部に対して、前記ホウ酸が１．０〜３
０重量部となるように配合する。このような所定配合範
囲未満では、硬化後の絶縁体組成物に保形性を維持する
強度が得られない。また、所定量を越えて多量に配合す
ると、絶縁砂と無機結合剤、またはシリコーン樹脂を添
加した結合剤（無機有機結合剤）と絶縁砂が分離して均
質な成形体がえられない。

【００１９】また、上記の機結合剤には、さらにシリコ
ーン樹脂を０．０５〜０．０８重量部添加してもよい。
このような所定量の配合により、無機結合剤のみを配合
した場合に比べて絶縁性および強度は向上する。０．０
５重量部未満の少量では、そのような絶縁性の向上はな
く、０．０８重量部を越える多量を配合すると形状が維
持できず、すなわち所要の保形性が得られなかった。

【００２０】〔実施例１〜９、比較例１〜６〕表１また
は表２に示す配合割合（重量部）で原材料を混合し、ス
テンレス性の容器に充填し、常温から３３０℃まで８時
間かけて昇温し、３３０℃で２時間加熱状態を保持した
後、常温まで自然冷却して断熱電気絶縁体組成物を得
た。

【００２１】また、全く同様の条件で製造した断熱電気
絶縁体組成物の試験片について、以下の試験を行ない結
果を表１または表２中に併記した。

【００２２】（ａ）圧縮強度直径４５ｍｍ、長さ３０ｍｍの試験片を用い、その軸方
向からクロスヘッドを１ｍｍ／分の速度で圧接させ、オ
ートグラフによって負荷した荷重を測定し、圧縮強度
（ｋｇｆ／ｃｍ²）を求めた。

【００２３】（ｂ）体積抵抗ＳＵＳ製で厚さ１ｍｍ×φ６０ｍｍの円板状電極間に断
熱電気絶縁体の材料を厚さ２ｍｍとなるように挟持し、
常温から３３０℃まで８時間かけて昇温し、３３０℃で
２時間加熱状態を保持した後、常温まで自然冷却して断
熱電気絶縁体の試料とし、絶縁抵抗計によって両極間の
２０℃、３２０℃、４００℃における体積抵抗値（Ω−
ｃｍ）を測定した。

【００２４】（ｃ）耐電圧ＳＵＳ製で厚さ１ｍｍ×φ６０ｍｍの円板状電極間に断
熱電気絶縁体の材料を厚さ５ｍｍとなるように挟持し、
常温から３３０℃まで８時間かけて昇温し、３３０℃で
２時間加熱状態を保持した後、常温まで自然冷却して断
熱電気絶縁体の試料とし、耐電圧計によって両極間の２
０℃、３２０℃、４００℃における耐電圧（Ｖ）を測定
した。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【表２】

【００２７】表２の結果からも明らかなように、ホウ酸
を含有しない比較例１は、成形体が得られなかった。無
機結合剤として酸化ホウ素を単独で使用した比較例２、
３または酸化ホウ素と金属酸化物（酸化マグネシウム）
を５〜１２重量部の範囲で配合した比較例４では、加熱
時に成形体が軟化する（比較例２、３）か、または成形
体がえられなかった（比較例３）。

【００２８】また、ホウ酸を単独で５〜１０重量部使用
した比較例５、６は、強度は発現するが、絶縁砂とホウ
素が分離発泡し、均一な成形体を得ることが困難であ
り、この場合は強度が発現しても感熱された場合に軟化
して、形状を維持できず使用に耐えないものであった。

【００２９】これに対して無機結合剤を用いた場合の全
ての条件を満足する実施例１〜９は、表１の結果からも
明らかなように、適当な強度を有して保形されており、
しかも優れた体積抵抗および耐電圧特性を有した。

【００３０】〔実施例１０〜１５、比較例７、８〕表３
に示す配合割合（重量部）で原材料を混合し、ステンレ
ス性の容器に充填して常温から３３０℃まで８時間かけ
て昇温し、３３０℃で２時間加熱状態を保持した後、常
温まで自然冷却して断熱電気絶縁体組成物を得た。

【００３１】また、全く同様の条件で製造した断熱電気
絶縁体組成物の試験片について、前記した試験（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）を行ない結果を表３中に併記した。

【００３２】

【表３】

【００３３】表３の結果からも明らかなように、ホウ酸
を含有しない比較例７、８は成形体が得られなかった。

【００３４】これに対して無機結合剤を用いた場合の全
ての条件を満足する実施例１０〜１５は、適当な強度を
有して保形されており、しかも優れた体積抵抗および耐
電圧特性を有した。

【００３５】〔実施例１６、１７、比較例９〜１１〕表
４に示す配合割合（重量部）で原材料を混合し、ステン
レス性の容器に充填して常温から３３０℃まで８時間か
けて昇温し、３３０℃で２時間加熱状態を保持した後、
常温まで自然冷却して断熱電気絶縁体組成物を得た。

【００３６】また、全く同様に製造した断熱電気絶縁体
組成物の試験片について、前記した試験（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）を行ない結果を表３中に併記した。

【００３７】

【表４】

【００３８】表４の結果からも明らかなように、酸化ホ
ウ素を含有しない比較例９、１０または金属酸化物を有
しない比較例１１は成形体が得られなかった。

【００３９】これに対してシリコーン樹脂を添加した無
機結合剤（無機有機結合剤）を用いた場合の全ての条件
を満足する実施例１６、および１７は、適当な強度を有
して保形されており、しかも優れた体積抵抗および耐電
圧特性を有した。

【００４０】

【効果】この発明は、以上説明したように、絶縁砂に対
して、ホウ酸、金属酸化物および酸化ホウ素をそれぞれ
所定量配合した砂状の断熱電気絶縁体組成物としたの
で、これを適当な流動性を有して任意形状の容器内に充
填することができる。そして、加熱硬化した絶縁体は、
容器内に保持された状態で輸送しても偏らず、すなわち
適当な強度を有して保形されており、しかも優れた体積
抵抗および耐電圧特性を有するという利点がある。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁砂１００重量部に対して、ホウ酸：
金属酸化物：酸化ホウ素を重量比で１６〜７５：１６〜
６０：０〜６７の範囲で混合した無機結合剤を、前記ホ
ウ酸が１．０〜３０重量部となるように配合して砂状の
材料組成物とし、これを１４０〜５００℃に加熱し硬化
してなる断熱電気絶縁体組成物。
【請求項２】絶縁砂１００重量部に対して、ホウ酸：
金属酸化物：酸化ホウ素を重量比で１６〜７５：１６〜
６０：０〜６７の範囲で混合した無機結合剤を、前記ホ
ウ酸が１．０〜３０重量部となるように配合し、さらに
シリコーン樹脂を０．０５〜０．８重量部配合して砂状
の材料組成物とし、これを１４０〜５００℃に加熱し硬
化してなる断熱電気絶縁体組成物。