JPH09272155A - 積層板およびその製造方法 - Google Patents

積層板およびその製造方法

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JPH09272155A
JPH09272155A JP8082367A JP8236796A JPH09272155A JP H09272155 A JPH09272155 A JP H09272155A JP 8082367 A JP8082367 A JP 8082367A JP 8236796 A JP8236796 A JP 8236796A JP H09272155 A JPH09272155 A JP H09272155A
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久之 平井
Kiyoko Murata
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Abstract

(57)【要約】 【課題】積層板の温度変化に対する収縮率、特に極低温
にしたときの収縮率を低下させ、かつ機械的強度を向上
させて、超電導機器の構造材料として適したものとす
る。 【解決手段】熱硬化性樹脂を含浸した繊維基材を複数枚
積層してなる積層板において、熱硬化性樹脂に例えば平
均粒径が0.3〜5μmのシリカのような球状または亜
球状の無機質充填材あるいはこれに短繊維状または針状
ガラスのような短繊維無機質充填材を加えたもの添加す
ることによって、広範な温度差でも層方向の収縮率が低
く、かつ機械的強度の向上したものとする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は絶縁構造物として使
用される積層板、特に極低温で使用される超電導機器の
構成材料として適した積層板およびその製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】強化繊維または強化繊維の織布(クロ
ス)に熱硬化樹脂を含浸し、その複数枚を積層して加圧
・加熱した積層板は、各種強化繊維と各種熱硬化性樹脂
が複合されており、一般に積層板あるいはFRPと呼称
されて各方面で重用されている。この内、電機機器では
ガラス強化繊維エポキシ樹脂積層板が最も広く用いられ
ている。
【0003】このエポキシ樹脂積層板は、電機絶縁性や
機械特性に優れ、また耐熱的にも幅広く対応できるバラ
ンスのとれた特性を有しており、かつ経済的である。し
かしながら、積層しているために貫層方向の膨脹・収縮
が大きく、また機械的にも層を剥離する方向の強度にさ
らに高いものが望まれている。
【0004】そこで、特に貫層方向の膨脹・収縮を小さ
く抑えるために、樹脂量を通常の30〜40wt%から
極限まで低下させる研究が行われている。一方、含浸樹
脂に充填材を複合してクロスの間を埋めることで樹脂量
を低下させる試みもある。例えば、CEC/ICMC i
n Albuque Arb-8 “GLASSFIBER REINFORCED PLASTICSFO
R CRYOGENIC USE IMPROVEMENT OF THEMAL CONTRACTION
AND ELASTICMODULUSIN THICKNESS DIRECTION”および1
994年度電絶展予稿集“極低温用高性能積層板の開
発”によれば、室温から液体チッ素温度までの収縮率を
0.3%程度にするには樹脂量を30wt%以下にしな
ければならないが、これを実際のヘリウム温度にまで拡
張すると収縮率をさらに低下させることが望まれる。
【0005】しかしながら、上記文献のうち、前者の文
献で充填材を複合した結果を見ると、樹脂マトリックス
では収縮率、圧縮強さのいずれにも効果が出ているが、
これを強化繊維と共に積層板として成形すると、収縮率
にはほとんど効果がなく、しかも曲げ強さが大幅に低下
している。
【0006】このように、積層板をさらに低収縮・高強
度へとその特性を向上させることはこれまで達成するこ
とができなかった。それにも拘らず、近年超電導機器の
製品が拡大しており、このような特性向上の要求はさら
に高まっている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記状況に対
してなされたもので、絶縁構造物として使用される積層
板において、室温から極低温にしたときの貫層方向の収
縮率を低下させ、かつ機械的強度を向上させることを目
的とするもので、特に極低温で使用される超電導機器に
適用できる積層板を提供することを目的とするものであ
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、熱硬化性樹脂
を含浸した繊維基材を複数枚積層してなる積層板におい
て、熱硬化性樹脂に球状または亜球状の無機質充填材を
添加したことを特徴とする。また、熱硬化性樹脂を含浸
した繊維基材を複数枚積層してなる積層板において、熱
硬化性樹脂に球状または亜球状の無機質充填材および短
繊維無機質充填材を添加したことを特徴とする。
【0009】上記において、球状または亜球状の無機質
充填材は、平均粒径が0.3〜5μmの範囲であること
が好ましく、特にシリカを主成分とするものが好まし
い。これらは溶融した後、粒状化して得られる。また、
短繊維無機質充填材は短繊維状または結晶針状(ウイス
カー)のガラスが好ましい。さらに、ガラスの短繊維は
直径2〜20μm、長さが3〜300μmで平均長さ1
00μm以下がよい。
【0010】球状または亜球状の無機質充填材と短繊維
無機質充填材との両方を添加する場合には、両者の比は
前者が20〜80重量%、後者が80〜20重量%であ
り、球状または亜球状の無機質充填材の平均直径が短繊
維無機質充填材の平均直径の1/2以下がよい。
【0011】また本発明は上記積層板の製造方法に関す
るもので、球状または亜球状の無機質充填材またはこれ
と短繊維無機質充填材を添加した熱硬化性樹脂を繊維基
材に含浸させ、これを乾燥してプリプレグリシートと
し、プリプレグリシートを複数枚重ねて加圧加熱硬化す
ることを特徴とする。ここで、繊維基材に熱硬化性樹脂
を含浸させた後に、その両面をバーコーターを使用して
塗布面および塗布量の調整をするとよい。これは、特に
短繊維無機質充填材を使用した場合に、積層板を成型す
るときの加圧によって繊維基材を損傷することがあり、
これを防ぐ必要からである。バーコーターを使用する
と、繊維基材の凸部にのった短繊維無機質充填材をクロ
スの織り目あるいは繊維に沿った方向に矯正することが
でき、繊維基材を損傷することがない。なお、バーコー
ターの代わりにスキージーを用いてもよい。
【0012】現在一般に使用されている積層板は、強化
繊維または強化繊維の織布(クロス)に樹脂を塗布して
積層したもので、クロスの織り目が樹脂として形成され
ているので、積層方向の膨脹や収縮が繊維方向に比べて
非常に大きく、問題となっている。そこで樹脂に充填材
を入れることで膨脹・収縮の低減を図ることができる
が、従来使用されていた充填材は粉砕品であって、その
粒子形状や粒径によっては積層板を形成するときの加圧
によって基材繊維を損傷する。
【0013】本発明では球状または亜球状の無機質充填
材を使用したので、クロス目に適合し、基材繊維を損傷
する危惧が少ない。また、その粒径も、繊維径よりも小
さく、0.3〜5μmとしたので、繊維の間やクロスの
織り目によく含浸する。0.3μmより小さいと、含浸
樹脂の粘度が高くなり、十分な含浸ができないので好ま
しくない。
【0014】また、本発明において短繊維無機質充填材
を上記球状または亜球状の無機質充填材に配合すると、
積層したときの層と層との接着力を高めることができ
る。その場合、短繊維無機質充填材として直径2〜20
μm、長さが3〜300μmで平均長さ100μm以下
のものを使用すると、クロスの織り目に含浸が容易で、
積層板を成形するときの加圧によって基材繊維を損傷す
る危惧が少ない。また、球状または亜球状の無機質充填
材との配合比を前者が20〜80重量%、後者が80〜
20重量%とすると、含浸樹脂を低粘度化する効果があ
り、含浸性の優れたものとなる。この場合の球状または
亜球状の無機質充填材は、平均直径が短繊維無機質充填
材の平均直径の1/2以下とする必要があり、これ以上
では粘性低下の効果がほとんどない。
【0015】一般に積層板は極低温で使用されると、室
温から約300Kも冷却されることになるので、そのと
きの収縮率が熱歪みとして機器の信頼性に影響を与える
ことになる。従来の積層板では収縮率が0.4〜0.5
%であるので、多用されるステンレス材の0.3%に比
べるとその差は大きい。超電導機器では電磁力が強く、
大型であり、かつ寸法精度の要求も厳しいので、収縮率
の信頼性に与える影響はさらに大きくなる。したがって
少なくともステンレス材程度の収縮率が必要となる。本
発明の積層板はこのような要求に答えることができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
(実施例1)ビスフェノールA型エポキシ樹脂100
部、ジシアンジアミド3部、2−エチル−4−メチルイ
ミダゾール0.1部およびアセトン60部を加えて攪拌
溶融し、次に無機質充填材として球状シリカ(平均粒径
1.5μm)を100部加えてエポキシ樹脂ワニスを調
製した。このワニスを厚さ190μmのガラスクロスに
塗布含浸し、130℃の温度で乾燥してプリフレグを作
成した。
【0017】これを24枚重ねて、熱プレスで170
℃、40kg/cm2 で60分間で一体に成形して、厚
さ約3mmの積層板を作成した。比較例として、表1に
示すように、充填材の入らない積層板、破砕シリカまた
は破砕アルミナを添加した積層板を同様の方式で作成し
た。
【0018】(実施例2)無機質充填材として球状シリ
カ(平均粒径1.5μm)を50部およびガラス短繊維
(直径12μm、平均長70μm)を50部用いた以外
は実施例1と同様な方法で、積層板を作成した。
【0019】(実施例3)実施例2において、エポキシ
樹脂ワニスをガラスクロスに塗布するとき、直径5mm
のステンレス棒をバーコーターとして両面を調整してプ
リフレグを作成した。それ以外は上記のとうりに積層板
を作成した。
【0020】上記実施例1〜3および比較例の各積層板
をそれぞれ室温〜4.2K、室温〜液体チッ素温度に置
いて、収縮率(%)を調べた。また、層方向圧縮強さお
よび曲げ強さ(MPa)を調べた。結果は以下のとうり
である。
【0021】
【表1】
【0022】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の積層板は
極低温まで温度変化した場合でも層方向への収縮率が低
く、かつ機械的強度も低下しない。したがって、極低温
で使用される機器、特に超電導機器の絶縁および構造材
料として有用である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C08K 7:14 7:18

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 熱硬化性樹脂を含浸した繊維基材を複数
    枚積層してなる積層板において、熱硬化性樹脂に球状ま
    たは亜球状の無機質充填材を添加したことを特徴とする
    積層板。
  2. 【請求項2】 熱硬化性樹脂を含浸した繊維基材を複数
    枚積層してなる積層板において、熱硬化性樹脂に球状ま
    たは亜球状の無機質充填材および短繊維無機質充填材を
    添加したことを特徴とする積層板。
  3. 【請求項3】 球状または亜球状の無機質充填材の平均
    粒径が0.3〜5μmの範囲である請求項1および2記
    載の積層板。
  4. 【請求項4】 球状または亜球状の無機質充填材がシリ
    カを主成分とするものである請求項1および2記載の積
    層板。
  5. 【請求項5】 短繊維無機質充填材が短繊維状または結
    晶針状のガラスである請求項2記載の積層板。
  6. 【請求項6】 短繊維状または結晶針状のガラスが直径
    2〜20μm、長さが3〜300μmで平均長さ100
    μm以下である請求項5記載の積層板。
  7. 【請求項7】 球状または亜球状の無機質充填材または
    これと短繊維無機質充填材を添加した熱硬化性樹脂を繊
    維基材に含浸させ、これを乾燥してプリプレグリシート
    とし、このプリプレグリシートを複数枚重ねて加圧加熱
    硬化することを特徴とする積層板の製造方法。
  8. 【請求項8】 球状または亜球状の無機質充填材または
    これと短繊維無機質充填材を添加した熱硬化性樹脂を繊
    維基材に含浸させた後、その両表面をバーコーターまた
    はスキージーで調整する請求項7記載の積層板の製造方
    法。
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