JPH0831287B2 - 油浸ケ−ブル用絶縁材料 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は改良された天然または合成繊維を用いてなる
電気絶縁紙と二軸配向ポリプロピレンフィルムとを貼り
合せ積層してなる油浸ケーブル用絶縁材料に関するもの
である。

（従来技術とその問題点） 油浸ケーブル用絶縁材料として、二軸配向ポリプロピ
レンフィルムの両面にセルローズ繊維、プラスチック合
成紙、プラスチック繊維と天然繊維との混抄紙等の天然
または合成繊維を用いてなる電気絶縁紙を接着せしめた
絶縁材料が知られている。

特に、先に出願（特開昭61−183819号）した二軸配向
ポリプロピレンフィルムと該電気絶縁紙との接着に、融
点100〜150℃のポリオレフィンを用い、しかも該ポリオ
レフィン層の表面から100Åまでの表層部に、イミノ型
および／またはアミノ型の窒素原子を炭素原子100個当
り３個以上有する構成の絶縁材料は、油による層間接着
力の低下や膨潤が極めて小さく、しかもtanδなどの電
気特性に優れており、油浸ケーブル用絶縁材料として有
用である。

ところで、高電圧ケーブル、例えば500kV級ケーブル
にこれら油浸ケーブル用絶縁材料を適用する場合、誘電
体損失はε・tanδ＜2.7×0.07％以下が望まれており、
この場合、プラスチックの比率は60％以上が必要とな
る。例えば150μｍ厚さの絶縁材料で90μｍ以上、200μ
ｍ厚さの絶縁材料で120μｍ以上の厚さのプラスチック
フィルムが必要である。このように高電圧油浸ケーブル
用電気絶縁材料に使用するプラスチックフィルムとして
は、かなり厚いものが要求されるのであるが、二軸配向
ポリプロピレンフィルムは通常、チューブラー法、テン
ター法で製造され、チューブラー法で30μｍ、テンター
法で80μｍ程度の厚さ迄が、現在の製造設備では限界で
ある。これ以上の厚さのフィルムを製造する場合は、延
伸するための設備として非常に大型のものが、必要とな
り、設備費が増大となる。したがって、厚肉の二軸配向
ポリプロピレンフィルムを工業的に製造し、使用するこ
とは現状では無理が多い。

更に、耐電圧のより一層の向上及び油浸特性の向上が
望まれていた。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、上記問題点を解決した特に高電圧用途に適
する油浸ケーブル用絶縁材料を提供するものである。

即ち、本発明は、二軸配向ポリプロピレンフィルムの
両面に、天然または合成繊維を用いてなる電気絶縁紙を
貼り合せ積層した絶縁材料において、該ポリプロピレン
フィルムが、少なくとも２枚以上の二軸配向ポリプロピ
レンフィルムを融点100〜150℃のポリオレフィンを介し
て積層接着した積層二軸配向ポリプロピレンフィルムか
らなり、該積層二軸配向ポリプロピレンフィルムと該電
気絶縁紙との接着に、融点100〜150℃のポリオレフィン
を用い、しかも該ポリオレフィン層の該電気絶縁紙に向
く表面から100Åまでの表層部に、イミノ型および／ま
たはアミノ型の窒素原子を炭素原子100個当り３個以上
有することを特徴とする油浸ケーブル用絶縁材料であ
る。

本発明における二軸配向ポリプロピレンフィルムの極
限粘度〔η〕は1.2〜2.8dl/g、好ましくは1.3〜2.2dl/g
であるのが良い。〔η〕の値が、1.2未満、好ましくは
1.3未満の場合には、得られたフィルムが脆く、クラッ
クが入りやすく、電気絶縁材料として使用に耐えない。
また〔η〕の値が2.8を超える場合には、得られたフィ
ルムの油による膨潤の程度が従来のポリプロピレンフィ
ルムよりほとんど改良されず、大きな膨潤値、即ち膨潤
度として３％以上の値を示すために好ましくない。

また、重量平均分子量Mwと数平均分子量Mnとの比Mn/M
nは３以上であるのが良い。Mw/Mnの比が前記値より小さ
くなると油による膨潤の程度が大きくなり、絶縁性も低
下するので好ましくない。また、製膜時にフィルム破れ
が多発するのみならず、厚さむらも大きくなる。

本発明における二軸配向ポリプロピレンフィルムの場
合、アイソタクチック度は93％以上、好ましくは96％以
上、更に好ましくは98％以上であると、油による膨潤の
程度が小さく好ましい。また、該ポリプロピレンフィル
ムには、帯電防止剤、すべり剤、熱安定剤、ブロッキン
グ防止剤、核剤、粘度調整剤などの添加剤を含有させな
いことが好ましいが、電気特性を低下させない範囲内で
小量添加しても良い。

該ポリプロピレンフィルムの１枚の厚さは、10μｍ〜
80μｍの範囲、特に10μｍ〜60μｍの範囲が好ましい。
本発明における二軸配向ポリプロピレンフィルムに積層
する電気絶縁紙（以下、紙と言う）とは、JIS C2301〜
2308に定められているようなセルローズを主成分とする
天然繊維紙、あるいはセルローズの如き天然繊維とプラ
スチックのフィブリルとを混抄した混抄紙、あるいは、
プラスチックのみからなる合成紙のいずれでも良いが、
特に本発明に適したものは、セルローズを主成分とする
天然繊維紙である。

電気絶縁紙の表面最大あらさRmaxは、５〜25μｍ、見
掛け密度は0.6〜1.2g/cm、厚さは15〜150μｍの範囲の
ものが、電気特性、油通性などに優れ、よく用いられ
る。

本発明の場合は、電気絶縁紙はカレンダーリング等
で、表面を平滑化した紙が耐電圧や層間接着力等が大き
くて好ましいが、必ずしもこれに限定されない。

二軸配向ポリプロピレンフィルム間の積層および積層
二軸配向ポリプロピレンフィルムの電気絶縁紙との積層
に使用する接着剤として用いるポリオレフィンは、プロ
ピレンを50モル％以上含有したプロピレン共重合体で、
例えばエチレン、プロピレン、ブテン、ヘキセンなどか
らなる二元あるいは三元共重合体（ランダム、グラフ
ト、ブロック）が代表的なものであるが、必ずしもこれ
に限定されるものではない。

本発明に用いるポリオレフィンとしては、特にエチレ
ン・プロピレン（エチレン量１〜10モル％）ランダム共
重合体、エチレン・プロピレン（エチレン量10〜50モル
％）ブロック共重合体が好ましい。

該ポリオレフィンの融点は100〜150℃、好ましくは11
0〜145℃でなければならない。

この融点が100℃未満、好ましくは110℃未満である
と、電気的なtanδが大きくなり、また油浸中での膨潤
度が大きくなって電気的欠陥となり、油浸ケーブル用の
絶縁材料として使用できない。

また、該融点が150℃、好ましくは145℃を超えるとき
は、電気絶縁紙と二軸配向ポリプロピレンフィルムとの
接着力が劣り、油浸中で剥離し、更に経済的な速度でラ
ミネートできない。

該ポリオレフィンの極限粘度〔η〕は、0.4〜2.5、好
ましくは0.6〜1.8、更に好ましくは0.7〜1.4（dl/g）と
低粘度であれば、油浸等の膨潤を小さく押え、しかも層
間の接着力を向上させることができる。

更に、本発明においては、積層二軸配向ポリプロピレ
ンフィルムと電気絶縁紙との接着剤となるポリオレフィ
ン層の該電気絶縁紙側に向く表面から100Åまでの表層
部に、イミノ型および／またはアミノ型の窒素原子を炭
素原子100個当り３個以上、好ましくは７個以上有さな
ければならない。

上記窒素原子数が３個未満、好ましくは７個未満のと
きは、電気絶縁紙と二軸配向ポリプロピレンフィルムと
の接着開始温度が高く、しかも接着に必要なラミネート
圧力も大きくなり、ラミネート経済性も悪くなるのみな
らず、得られたラミネート物が熱変形によりカールしや
すくなったり、シワが発生したりして電気絶縁用ラミネ
ート物としては種々の欠陥を含むようになるばかりか、
油浸すると電気記録紙と二軸配向ポリプロピレンフィル
ムとの層間接着力が低下し、クリーズの発生やシワの発
生を誘引し、電気的性質、特に耐電圧が大巾に低下す
る。

なお、窒素原子数の上限は、特に限定されないが、接
着性の点から30個以下が好ましく、25個以下がより好ま
しい。

上記イミノ型および／またはアミノ型の窒素原子はポ
リプロピレンポリマー鎖の炭素に直接結合しており、そ
の量はESCA法の測定値を用いるもので、アミノ基、イミ
ノ基に代表されるESCAで測定される結合窒素のIS軌道
（Ｎ）スペクトルの結合エネルギーが397.0〜402.5eVの
範囲（但しポリプロピレンにおけるＣのメインピークを
285.0eVとする）にピークを有するものである。

電気絶縁紙側に向く該ポリオレフィン表面の表面ぬれ
張力は、38dyn/cm以上、好ましくは40dyn/cm以上である
のが本発明には好ましい。

接着層を形成するそれぞれのポリオレフィン層の厚さ
は0.5〜８μｍ、好ましくは0.8〜3.0μｍがあるのが良
い。この層の厚さが0.5μｍ未満、好ましくは0.8μｍ未
満のときは、二層配向ポリプロピレン間および電気絶縁
紙と積層二軸配向ポリプロピレンフィルムとの接着性が
劣り、逆に該層の厚さが８μｍを越えるとき、好ましく
は３μｍを越えるときは、電気的tanδが大きくなり、
更に油浸中での膨潤度が大きくなって電気的な欠陥とな
ることが多い。

また、該ポリオレフィン層は無配向であるよりも、分
子鎖が配向しているほうが絶縁油に対する膨潤性、機械
的性質、電気的性質の点から好ましい。配向の程度は、
該ポリオレフィン層の長手方向と巾方向の屈折率（それ
ぞれNmd、Ntdで示す）の相加平均値（Nmd＋Ntd）/2か
ら、厚さ方向の屈折率Nzdを引いた値が0.01以上あるの
が好ましい。

本発明においては、積層体の中層部（両表面の絶縁紙
及びポリオレフィン接着層を除いた内層）において、少
なくとも２枚の二軸配向ポリプロピレンフィルムがポリ
オレフィン接着層を介して積層されているため、単に１
枚の二軸配向ポリプロピレンフィルムを介在させる場合
（絶縁紙／ポリオレフィン接着層/PP/ポリオレフィン接
着層／絶縁紙）に比較し、耐電圧が高くなる。即ち、全
厚みを同じとした場合に、これを複数のポリプロピレン
フィルムで構成する方が絶縁欠陥の重なる確率が極めて
小さくなるため、結果的に耐電圧が大きくなる。逆に言
えば、同じ耐電圧を得るためには、全厚みを減少させる
ことが可能となる。

また、ポリプロピレンフィルム同士を接着させるポリ
オレフィン層が介在するために、このポリオレフィン層
からポリプロピレンフィルムへの含浸があるため、ポリ
プロピレンフィルム内部のボイドが早期に油によって置
換し得るという効果も有する。

次に本発明に係る絶縁材料の製造方法についてその一
例を示す。

本発明に使用する二軸配向ポリプロピレンフィルム用
原料の製造方法は特に限定されないが、好ましい一例を
挙げれば、公知の種々の塩化マグネシウムに担持した四
塩化チタン触媒と有機アルミニウム化合物、およびエス
テル系化合物等の第３成分からなる触媒系を用いて、プ
ロピレン自身を溶媒とする塊状重合法でプロピレンを重
合し、次いでプロピレン等の低沸点炭化水素で、プロピ
レンに可溶の低立体規則性のポリプロピレンを除去する
ことによって得られる。

前記ポリプロピレンポリマー原料（Ａ）および接着ポ
リマーとしてのポリオレフィンにエチレンを10〜40％ブ
ロック共重合させたエチレン・プロピレンブロック共重
合体（Ｂ）とをそれぞれシート押出機に供給し、BABな
る三相積層の溶融体を口金から吐出させ、冷却ドラム上
にキャストする。

このシートを外部加熱法で予熱したのち、長手方向に
120〜150℃で４〜８倍延伸し、更に幅方向に120〜170℃
で６〜12倍に延伸し、100〜170℃で２〜10秒間熱処理
し、炭酸ガスｐと窒素ガスｑとの混合ガス（体積比率p/
qが1/99ないし10/90のもの）下で片面のみコロナ放電処
理し、三層積層の二軸延伸ポリプロピレンフィルムを得
る。

かくして得られた三層積層ポリプロピレンフィルムの
全厚さは20〜80μｍであり、そのうちエチレン・プロピ
レンブロック共重合体層の片面のみ、表面は窒素と酸素
が取り込まれており、その厚さは0.5〜８μｍになるよ
うにするのが好ましい。

この三層積層フィルム２枚以上を、両最外層となる三
層積層フィルムのコロナ放電処理面が外側になるよう重
ね合わせ、更にコロナ処理面に電気絶縁紙を重ね合わせ
て100〜220℃に加熱されたホットプレスロール間に、線
圧0.01〜1t/cmで短時間押圧し、絶縁紙／三層積層フィ
ルム／………／三層積層フィルム／絶縁紙からなる絶縁
材料を得る。

尚、上記絶縁材料において、積層二軸配向ポリプロピ
レンフィルムにおけるポリプロピレンフィルムが２枚か
ら構成されているものを得るには、前記三層積層フィル
ムを２枚使用すればよいが、積層二軸配向ポリプロピレ
ンフィルムにおけるポリプロピレンフィルムが３枚以上
から構成されている絶縁材料を製造する場合、前記三層
積層フィルムの所望枚のうち、内層を構成する三層積層
フィルムは、前記コロナ放電処理を省略した三層積層フ
ィルムであっても良い。

（実施例） 以下、本発明の実施例を述べる。

（実施例１） ポリプロピレンとして〔η〕＝2.0、アイソタクチッ
クインデックスII＝98％のチップとエチレンを20モル％
ブロックに共重合させたエチレンプロピレンブロック共
重合体（〔η〕＝1.4、DSCによる融解ピーク温度は118
℃、147℃、160℃にでるが、融点としては、前二者の平
均として133℃）とを、それぞれ別の口金に導入し、ブ
ロック共重合体層／ポリプロピレン層／ブロック共重合
体層からなる三層積層シートを口金から押出し、長手方
向に５倍延伸し、その直後に幅方向に10倍延伸し、その
片面に炭酸ガス／窒素2/98容積比の混合ガス下でコロナ
放電処理して圧さ60μｍの三層積層ポリプロピレンフィ
ルムを得た。

ここで、ブロック共重合体層の厚さは、それぞれ２μ
ｍずつであり、ポリプロピレン層の厚さは56μｍであっ
た。該ブロック共重合体のコロナ処理面の表層から100
Åまでの炭素原子数100個当り、窒素原子数を８個含ん
でいた。

前記三層積層ポリプロピレンフィルムを２枚、コロナ
放電処理面を35μｍ厚さの電気絶縁紙側に重ね合せ、カ
レンダーリングによりラミネートし、190μｍ厚さのラ
ミネート絶縁紙を得た。

得られたラミネート絶縁紙を絶縁油ドデシルベンゼン
中に浸漬したところ、100℃24時間後の厚さ増加率は2.3
％であった。また、ドデシルベンゼンを含浸した油浸紙
のεは2.68tanδは0.06％であった。また、AC破壊電圧
は120kV/mm インパルス破壊電圧は250kV/mmであった。

（実施例２） 実施例１と同様にして、ブロック共重合体層／ポリプ
ロピレン層／ブロック共重合体層からなる三層積層シー
トを口金から押出、長手方向に５倍延伸し、その直後に
幅方向に８倍延伸し、その片面に炭酸ガス／窒素＝2/98
容積比の混合ガス下でコロナ放電処理して厚さ40μｍの
三層積層ポリプロピレンフィルムを得た。ここで、ブロ
ック共重合体層の厚さは、それぞれ２μｍずつであり、
ポリプロピレン層の厚さは36μｍであった。該ブロック
共重合体のコロナ処理面の表層から100Åまでの炭素原
子数100個当り、窒素原子数を８個含んでいた。

前記三層積層ポリプロピレンフィルムを２枚、コロナ
放電処理面を25μｍ厚さの電気絶縁紙側になるよう重ね
合せ、カレンダーリングによりラミネートし130μｍ厚
さのラミネート絶縁紙を得た。

得られたラミネート絶縁紙を絶縁油ドデシルベンゼン
中に浸漬した時の特性値を表１に示した。

（実施例３） 実施例１と同様にして厚さ200μｍの三層積層ポリプ
ロピレンフィルムを得た。

ここで、ブロック共重合体層の厚さは、それぞれ1.5
μｍずつであり、ポリプロピレン層の厚さは17μｍであ
った。該ブロック共重合体のコロナ処理面の表層から10
0Åまでの炭素原子数100個当り窒素原子数を８個含んで
いた。

前記三層積層ポリプロピレンフィルムを３枚、コロナ
放電処理面を20μｍ厚さの電気絶縁紙側になるよう重ね
合せ、カレンダーリングによりラミネートし、100μｍ
厚さのラミネート絶縁紙を得た。

得られたラミネート絶縁紙を絶縁油ドテジルベンゼン
中に浸漬した時の特性値を表１に示した。

比較例１ 実施例２と同様にして厚さ80μｍの三層積層ポリプロ
ピレンフィルムを得た。ここで、ブロック共重合体層の
厚さはそれぞれ２μｍずつであり、ポリプロピレン層の
厚さは76μｍであった。該ブロック共重合の両コロナ処
理面の表層から100Åまでの炭素原子数100個あたり、窒
素原子数を８個含んでいた。この三層積層ポリプロピレ
ンフィルムの両面に実施例２と同様にして電気絶縁紙を
重ね合せ、ラミネートし、絶縁紙／三層積層フィルム
（１枚）／絶縁紙からなる130μｍ厚みの絶縁材料を得
る。かくして得られた絶縁材料をドデシルベンゼン中に
浸漬した時の特性値を表１に示す。

表１から明らかな実施例２との比較に於いて、同じ厚
みの絶縁材料を得る場合、三層積層フイルムを１枚使う
場合よりも２枚使用した方がAC破壊電圧を大きくするこ
とができることがわかった。

比較例２ 実施例３と同様にして厚さ60μｍの三層積層ポリプロ
ピレンフィルムを得た。ここでブロック共重合体層の厚
さはそれぞれ1.5μｍずつであり、該ブロック共重合体
の両コロナ処理面の表層から100Åまでの表層部は炭素
原子数100個当り窒素原子数を８個含んでいた。この三
層積層ポリプロピレンフィルムの両面に実施例３と同様
にして電気絶縁紙を重ね合せ、ラミネートし、絶縁紙／
三層積層フィルム（１枚）／絶縁紙からなる100μｍ厚
みの絶縁材料を与える。かくして得られた絶縁材料をド
デシルベンゼン中に浸漬した時の特性値を表１に示す。

表１から明らかなように実施例３との比較に於いて同
じ厚みの絶縁材料を得る場合、三層積層フイルムを１枚
使う場合よりも３枚使用した方がAC破壊電圧を大きくす
ることができることがわかった。

更に、本発明の実施例１のラミネート絶縁紙を2,000m
m²の撚線導体上に絶縁厚さ25mmになるように巻きつけ真
空乾燥後、アルミ被を施し、絶縁油DDBを含浸し、500kV
OFケーブルを得た。本ケーブルのεは2.62、tanδは0.
06％であった。AC破壊電圧は700kVインパルス破壊電圧
は2,360kVと良好であった。

一方、従来のクラフト紙を用いて同様に製造した500k
V OFケーブルはε3.41、tanδ0.21％、AC破壊電圧610k
V、インパルス破壊電圧1,420kVであった。

（発明の効果） 本発明の絶縁材料は、電気絶縁紙と、特定のポリオレ
フィン系接着剤を介して積層した十分な厚さを有する二
軸配向ポリプロピレンフィルムとを、特定のポリオレフ
ィン系接着剤でラミネートした構造を有するため、実施
例に示すごとく、高圧用を油浸ケーブルに使用して十分
な電気特性を発揮し、工業的に極めて有用である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 達也 滋賀県大津市園山１丁目１番１号 東レ株 式会社滋賀事業場内 (72)発明者 河上 憲市 茨城県土浦市北神立町２番１号 東レ株式 会社土浦工場内 審査官 辻 徹二 (56)参考文献 特開 昭61−183819（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−176013（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】二軸配向ポリプロピレンフィルムの両面
   に、天然または合成繊維を用いてなる電気絶縁紙を貼り
   合せ積層した絶縁材料において、該ポリプロピレンフィ
   ルムが、少くとも２枚以上の二軸配向ポリプロピレンフ
   ィルムを融点100〜150℃のポリオレフィンを介して積層
   接着した積層二軸配向ポリプロピレンフィルムからな
   り、該積層二軸配向ポリプロピレンフィルムと該電気絶
   縁紙との接着に、融点100〜150℃のポリオレフィンを用
   い、しかも該ポリオレフィン層の該電気絶縁紙側に向く
   表面から100Åまでの表層部に、イミノ型および／また
   はアミノ型の窒素原子を炭素原子100個当り３個以上有
   することを特徴とする油浸ケーブル用絶縁材料。