JPS59209209A - 油浸電気絶縁用ポリプロピレンフイルム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電気絶縁油に浸された状態で電気絶縁層とし
て使用されるポリプロピレンフィルムの改良に関するも
のである。

〔従来技術〕

油浸電気機器（コンデンサー、トランス、ケーブル、モ
ーター、ジェネレーターなど）の油浸絶縁層Ｃまたは誘
電層）として、従来は電気絶縁紙が使われてきたが、最
近に外って、ポリプロピレンフィルムがイ吏われるケー
スが出てきた。このフィルムは電気絶縁紙よりも耐圧が
はるかに高いというだけでなく、誘電正接が小さいこと
、あるいは誘電率が絶縁油の誘電率に近いことなど、い
くつかの利点を有している。

しかし、従来のポリプロピレンフィルムハ、絶縁油によ
る膨潤が極めて太きいという欠点を有しており、そのた
めに油浸絶縁用途に用いる場合。

各種の制限があった。例えば、ポリプロピレンフィルム
を巻いてコンデンサー素子を作り、これを絶縁油に浸す
場合、油によってフィルムが膨潤し。

素子は巻き締って固くなってし１い１層間の絶縁油の流
通性が悪く々ってしまうというトラブルを生じる。これ
を避ける応急策として、はじめに素子を巻く時、緩く巻
いておくという手法があるが緩く巻くと９巻きずれを起
しやすく、また１巻きしわも発生しやすい。

そこで本発明者らは、絶縁油にょる膨潤を小さくするた
め融点の高いポリプロピレンフィルムを用いればよいこ
とを知見した。しかし、このような特定のポリプロピレ
ンフィルムでも膨潤を起こさず充分に高い面１電圧を有
し、かつ長期間安定な絶縁層とはなりえないことが判っ
た。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記欠点、すなわち油浸で膨潤しやす
い特性をさらに改良したのみならず、高い耐電圧を有し
、しかも長期間使用しても安定な絶縁層となシうるポリ
プロピレンフィルムを提供せんとするものである。

〔発明の構成〕

本発明は」二記目的を達成するために１次の構成すなわ
ち、ポリプロピレンを主体としたフィルムであって、該
フィルムはエツジ方向からの小角Ｘ線散乱像が層線状四
点散乱像を示し、かつ該フィルム中に実質的にボイドが
存在しないことを特徴とする油浸電気絶縁用ポリプロピ
レンフィルムを特徴とするものである。

ここでいうポリプロピレン（以下ＰＰと略称する）とは
、アイソタクチック度９０チ以上、好壕しくに９５％以
上、さらに好捷しくは９７％以」二有するものおよびタ
ルトインデックスが０．１〜１００ｇ／１０分、好寸し
くは１〜４０ｇ７１０分の範囲のものが絶縁油による膨
潤が小さくなり好ましい。

また、メルトインデックスが上記範囲内の場合。

絶縁油中への溶出分が減少し、絶縁油の粘度」二昇を起
さ々いので好捷しい。上記したＰＰＯ中でも特に本発明
フィルムに好ましいものけ、溶融結晶化温度（Ｔ、ｎｏ
）が９５〜１３０’０の範囲、さらに好ましくは１０５
〜１２４°Ｃの範囲にあるものである”　ｍａが上記範
囲内にある場合は、絶縁油にょる油膨潤が小さくなり、
さらに製膜性が良好となるため、均質々フィルムを作る
ことができ、その結果として、絶縁欠陥などが減少する
ので好ましい０ もちろんＰＰ［は適描な量、好１しくけ６０モル係以下
の共重合成分、たとえばエチレン、ブテン、ペンテン、
ヘキセンナトのオレフィンヲ共重したものも含む。この
ように共重合成分が含まれるとＰＰフィルム中のボイド
の数は減少するが。

逆に油浸での膨潤が犬きくなることから、共重合成分ｉ
１０モル係以下が望ましい。なお、ＰＰに公知の任意の
添加剤、たとえば酸化防止剤、すべり剤、ブロッキング
防止剤、結晶核剤、増（減）粘剤などを必要に応じて含
有させていても良い。

また、ＰＰ１Ｃは本発明の目的を阻害しない範囲で他の
ポリオレフィン系樹脂が６０重量係以下。

好ましくは１０重量係以下混合されていてもよい。

本発明のフィルムは、」二記のごときＰＦを主体とした
組成物からなるＰＰフィルムである。

ればならない。これは高次構造が結晶と非晶とから々る
市松模様の秩序構造を取ることによシ、油浸でのポリプ
ロピレンフィルムの膨潤を防止あるいは小さくすること
が出来るためである。なお層線状四点散乱像の定義につ
いては「高分子Ｘ線回折」角戸正夫、笠井暢民著、丸善
■ｐ、２９８〜２９９などに詳述されている通りであシ
、散乱ピークが鏡面対称に４ケ所出現するものである。

なおその市松模様のくり返し単位、すなわちＢｒａｇｇ
Ｏ式から求めた長周期の大きさは、長手方向、厚さ−５
−、ハ 方向とも２６０久以下、好ましくｕ２５０〜１８０Ａの
範囲にあるのが望ましく、この範囲内にあると、油浸で
のポリプロピレンフィルムの膨潤全防止することが出来
るのである。

また本発明ＰＰフィルムの場合、フィルム中に実質的に
ボイドが存在してはいけない。ボイド。

すなわち空間、空隙といわれるものでＰＰからなる媒体
中に空気などの非常に密度の低い別の媒体が存在するこ
とであり、このボイドは皆無である事が充分に高い耐電
圧を有した。長期間安定な絶縁体層となシうるための必
要条件である。ボイドの有無はＸ線小角散乱の散漫散乱
の有無如よっても判るが、より正確には、フィルム両表
面を流動パラフィンなどの屈折率がＰＰに近い液体でマ
ウントして、光学顕微鏡で観察した時強く光る部分の有
無で判断する。光学顕微鏡の偏斜光下で観察したボイド
の数は９本発明フィルムの場合１個７１０ｍｍ２以下、
好ましくは０．６個７１０　ｍｍ’以下であるのが充分
高い耐電圧を有した。長期間安定な絶縁体層となりえる
ための必要条件である。

６− また９本発明フィルムの油浸後の密度は０．８８５〜０
．９１５　ｇ　／　ｃｍ’、特に好ましくは０８９５〜
０９１２ｇ／ｃＩｎ１の範囲にある帛とが好ましい。密
度が」二記範囲内にある場合は、絶縁油による膨潤が小
さくなシ。

絶縁層の機械的強度が維持できる。

また１本発明フィルムの油浸後の複屈折は。

００２０〜０．０３５．好ましくは０．０２５〜０．０
３２の範囲にあることが好寸しい。複屈折がこの範囲内
にある場合は、絶縁油による膨潤が小さくなり、しかも
フィルムが割れにくくなって、絶縁破壊がしにくくなる
。

ｔた１本発明ＰＰフィルムの油浸後の結晶融点は１６６
°Ｃ以上、好壕しくは１６８°Ｃ以」二であるのが好ま
しい。該フィルムの油浸後の結晶融点（Ｔｏ）が１６６
°Ｃ未満、好ましくは１６８°Ｃ未満のときは、該ＰＰ
フィルムが油浸中に油によって大きな膨潤を起すため、
コンデンサーやケーブルなでの油浸電気機器用の油浸気
絶層として利用した場合、ＰＰフィルムの膨潤によって
絶縁層間の絶縁油の流通性が悪くなり、絶縁破壊をおこ
すためである。

さらに１本発明フィルムの場合、油浸前の長手方向の熱
収縮率を０，１〜５係、好ましくは０．５〜６係の範囲
にすることによって、さらに油浸電気絶縁に適したフィ
ルムとすることができる。熱収縮率がこの範囲内にある
場合は、絶縁層が巻き締ってしわなどを発生することが
なく、また絶縁油の中で長手方向に伸びないため２巻か
れた絶縁層が緩むことがない。長手方向の熱収縮率をこ
の範囲に納めるための方法の一例をあげると、製膜工程
中に付与しても良いが、ＰＰフィルムをロール状に巻い
たまま、長手方向に弛緩させながら長時間（１〜５０時
間）８０〜１４０°Ｃでエージング処理する方法が好ま
しい。

次に、ＰＰフィルム単独で用いる場合は本発明フィルム
の片面または両面の表面粗さく　Ｒｍａｘ　）を１〜５
０μｍ、好ましくは２〜４０μｍの範囲にしておくのが
好ましい。この範囲内にある場合は、絶縁油の層間流通
性が良くなって、絶縁破壊を起こしにくくなり、さらに
耐圧特性が良く々る。もちろん、ＰＰフィルムに電気絶
縁紙を積層して層間流通性をよくしても良＜、また必要
に応じて」二記表面粗さにしてもよいことは明らかであ
る０このＰＰフィルムの片面才たは両面に電気絶縁紙ｃ
以下１紙と略称する）を積層する場合、その紙はセルロ
ースを主成分とする天然紙（ＪＩＳ　Ｃ２５（１１，２
５０２，２５０５，２’５Ｑ４，２５０６．２５０７お
よび２３０８に定められているものなど）および合成紙
などであるのが望ましい。なお、特に好ましい紙は、密
度０．６〜０．９　ｇ／　ｃｍ　”　、厚さ１０〜５０
ｍμの範囲のものである。

次に９本発明ＰＰフィルムの製造方法の一例を述べる。

ＰＰ樹脂を溶融押出して９口金からシート状に押出し、
これを８０〜１２０°Ｃ点高温に保たれた冷却ドラムに
巻きつけ、該ポリマーの溶融結晶化温度Ｔ、。近傍に保
温したのち、冷却固化せしめる。このＰＰシートを一組
の圧延ロールの間に挿入して、圧延倍率（圧延前のシー
ト厚さを圧延後のシート厚さで割った値）５〜１２倍、
好ましくは７〜１０倍になるように高線圧下で圧延する
。

圧延圧力は、１，０００〜ろ、０００ｋｇ／ｃｍ、より
好ましくは１，１００〜２，０００リムの範囲が好適で
あシ、圧延ロールの温度は１０５〜１６０°０．好まし
くは１２５〜１５０℃の範囲が好適である。圧延時にＰ
Ｐシート表面を液体（水、界面活性剤水溶液。

アルキレングリコール、ポリアルキレンクリコール、グ
リセリン、電気絶縁油など）で濡らしてから圧延すると
、均一な高倍率圧延が容易になる。

圧延されて得られたフィルム（通常、厚さは１０−３０
０　μｍの範囲）を、１００〜１５０℃に再加熱して長
手方向に原寸の０５〜１０％弛緩を与えつつ、１〜２０
秒間熱処理する。また必要なら。

このフィルムの表面に６００〜６．　ＯＯＯＪ　／　ｍ
”程度の電気エネルギー量でコロナ放電処理を行なって
もよい。この処理は空気中、窒素中、炭酸ガス中などの
雰囲気下で行なうと９表面張力が向上し、接着性にすぐ
れるようになる。

次に、必要に応じてこのフィルムを９０〜１４０°Ｃに
加熱されたエンボスロールの間を通して、フイルムの片
面または両面を粗面化して１表面粗さくＲｍａｘ）が１
〜５０μｍ、好ましくは２〜４０μｍの範囲になるよう
にする。

以」二述べたように１本発明フィルムの製法としては、
圧延だけで行なうのが最も好ましい方法であるが、圧延
後に延伸を組み合わせてもよい。

また、エンボス加工のかわりに、ザンドブラスト加工や
エツチング法などで表面を粗面化してもよいことは明ら
かである。

ＰＰフィルムと紙との積層体とする場合には。

その積層方法は、特に限定され力いが接着剤を用いた積
層であってもよく、接着剤を使う時に好ましいのは、熱
硬化性接着剤による積層である。熱硬化性接着剤を用い
ることにより、積層フィルムの油による膨潤、特に、油
による膨潤によって積層フィルムが長手方向や幅方向に
伸びるという欠点を抑制することができる。熱硬化性接
着剤としては、アミノ系、フェノール系、レゾルシノー
ル拳ホルムアルデヒド系、キシレン系、フラン系。

エポキシ系、ポリインシアネート系、不飽和ポリエステ
ル系および熱硬化性アクリル系の各樹脂を使用すること
ができるが、これらの中でも特に好捷しいのは、ポリイ
ソシアネート系接着剤およびエポキシ系接着剤であり、
さらに最も好ましいのは、ポリニステルルポリイソシア
ネート系接着剤である。この両者は油の中へ溶は出して
、油の電気特性を悪くする程度が極めて少ないという点
において、特にすぐれているのである。積層のために用
いる接着剤の量は、０５〜５ｇ／ｌｎ’（接着剤の乾い
た状態での重量）の範囲がよく、特に好寸しいのは、１
〜４　ｇ　／　ｍ”の範囲である。この範囲内にある場
合は、積層フィルムの電気特性（特に誘電正接）が悪化
せず、！ｆ、た油の中で、フィルムと紙が剥がれなくな
る。

代表的な積層方法について述べると、コロナ放電処理さ
れたＰＰフィルム表面に、熱硬化性接着剤の有機溶媒溶
液を塗布し、これを５０〜１００°Ｃの熱風で予備乾燥
し、この表面に紙を合せ加熱プレスロールで押圧して積
層フィルムにする。これを５０゛Ｃ々ら１０〜５０時間
、室温なら１〜７日はどエージングする。

〔発明の効果〕

本発明は、特定の高次構造を有し、かつ実質的にボイド
のないポリプロピレンフィルムを油浸電気絶縁用とした
ので９次のような優れた効果を生ずるものである。

（１１絶縁油による膨潤が少ない。

（２）絶縁層の巻き締シ、および巻き緩みとも起こりに
くい。

（３）０〜１００°０の誘電正接が小さく、シたがって
誘電体損も小さく１発熱ロスが少ない。

（４）低圧および高圧での長時間電気絶縁破壊特性にす
ぐれている。

（５）　８０〜１２０℃の高温での電気絶縁特性にもす
ぐれている。

（６）絶縁油が本発明ＰＰフィルムに含浸しやすく、精
度の高い、信頼性の高い電気絶縁体になる。

（７）　　低膨潤性、易含浸性、優れた電気絶縁特性を
有するためプラスチック材料のみで電気絶縁材料を形成
しうる。したがって従来よりも高電圧用の絶縁材料に利
用できる。

従って１本発明フィルムは各種の油浸電気機器。

例エバコンデンサー、トランス、ケーブル、モーター、
ジェネレーターなどの油浸絶縁層として好適なものであ
る。

なお２本発明で用いている用語および測定法を以下にま
とめて説明しておく。

（１）　　アイソタクチック度 ＰＰを沸騰ｎ−ヘプタンで抽出して、抽出残分重量を原
重量で割り、１００を乗じて係表示する。

（２）メルトインデックス：　Ａ　Ｓ　Ｔ　Ｍ　　Ｄ−
１２３８−７６の条件りで測定する。

（３）溶融結晶化温度（Ｔ、、、。）：パーキンエルマ
ー社製ＤＳＣ−に型に試料５ｍｇを入れ、雰囲気を窒素
置換する。次に、昇温速度２０“０７分で２００’ｏ　
ｉで昇温させ、この２　［１［１’Ｏの状態で５分間保
持する。次いで、２０°Ｃ／分の速度で降温し、試料の
結晶化に伴なう発熱ピークを描かせる。このピークの頂
上部の温度をＴ、、、。ｄも（４）結晶融点（Ｔｍ）　
：パーキンエルマー社製ＤＳＣＨ型に試料５ｍｇを入れ
、窒素気流下１０°Ｃ／分で昇温させ、ＰＰの結晶融解
に伴なう吸熱ピークの頂上部の温度を　Ｔｍとする。頂
上が他のヒ。

−クにかくれて肩となった場合は面積配分して頂上を分
解作成する。

（５）　　密度：　ＡＳＴＭ　　Ｄ　　１５０５　　に
よる。

（６）　　複屈折：アツベの屈折計を用いて、フィルム
の長手方向の屈折率（Ｎｙ）および幅方向の屈折率（Ｎ
Ｘ）　ｋ測定し、ＮｙからＮｘを差し引いた値を複屈折
とする。なお、測定時の光源には、ナトリウムＤ線を用
い、マウント液としては、サリチル酸メチルを用いる。

（７）　　表面粗さくＲｍａｘ）：Ｊ工Ｓ　　Ｂ　　０
６０１−１９７６記載の方法により、　ＲｍｌＬＸを測
定する。カットオフ値は０．８肛とする。

（８）　　熱収縮率：フィルムから、長さ２００ｍｍ。

幅１０ｍｍの試料を切りとる（熱収縮率を測定する方向
を長さ方向とする）。この試料を１２０’ａの熱風循環
オーブン中に１５分間保持した後、室温中隙り出し、そ
の長さを測定する。その長さをＬ（ｍｍ　）とすれば、
熱収縮率は次式で求められる。

熱収縮率部）＝１００ｘ（２００−Ｌ）／２００（９）
絶縁油による膨潤度：フィルムから、１０１００ｍｍＸ
１００の試料を切りとり、これの重量をＷ（ｍｇ）とす
る。この試料を８０°０のアルキルベンゼン油中に浸し
、２４時間放置する。

次いで、この試料を取９出し、ろ紙で表面の油をふきと
った後、アセトン中に浸して洗浄し、アセトンを含ませ
たガーゼで、さらに完全に表面の油を除去する。この試
料の重量を測り、これをＶ（ｍｇ）とすると、膨潤度（
係）は次式で求められる。

膨潤度（係）＝１００ｘ（Ｖｌｌ’−ｗ　）／ｗａ〔絶
縁油の流通性：フィルムとアルミニウム箔とを交互巻き
にして、コンデンサー素子を作る。

これを絶縁油中に浸して、油を真空含浸せしめる。

しかる後、素子を解体して、素子のあらゆる層間に、絶
縁油がいきわたっているかどうかを肉眼で判定する。

ランクＡ：全面に均一にいきわたっているランクＢ：微
かに油のない点が存在するランクＣ：油のない部分が面
状に存在する油浸絶縁材料としては、ランクＡであるこ
とが必要であるが、低圧の用途ではランクＢでも使える
場合がある。ランクＣでは、油浸絶縁材料として不適格
である。

０１）　　電気絶縁油：鉱油、ヒマシ油、綿実油、アル
キルベンゼン（例えばドデシルベンゼン）、ジアリルア
ルカン、ポリブテン油など、各種公知の電気絶縁油の総
称である。々お、　Ｊ工ＳＣ２３２０に規定された特性
を有する電気絶縁油が好ましい。

０２　　長周期Ｌ エツジ方向のＸ線小角散乱像からＢｒａｇｇの式により
算出する。

λ ただしＲはカメラ半径、Ｌｏは長手方向（厚さ方向）の
赤道線（子午線）から散乱の中心までの距離である。

１７− （１渇　小角Ｘ線散乱像 試料にＸ線を照射して得られるＸ線小角散乱写真に写さ
れた像を指し、その写真の測定条件は次の通シ。

出力５０ｋＶ−２００ｍＡ、ＣｕＫａ線Ｎ１フィルター
使用、０．３ｍｍφコリメーター、カメラ半径４００匝
、露出時間１時間である。なお１層線状四点散乱像の有
無は、上記の写真で判定する。

（＋４１　　ボイド サンプルの両面に流動パラフィンをマウントし。

光学顕微鏡を用い、側斜光で観察する。その時。

ピントをフィルムの表側から裏側まで変更し、異物とし
てみえるものがボイドであシ、その数を１０Ｉ″当りに
換算してカウントする。視野は少なくとも１０以上みる
必要があり、ボイド数はその算術平均値で表わす。

ボイドの数が１個／　１０ｍｍ”以下の場合、ボイドが
実質的にないものとする。

〔実施例〕

次に実施例に基づいて１本発明の実施態様を説１８− 明する。

実施例１ アイソタクチック構造含有率９８．５　％　、メルトイ
ンデックス６ｇ／１０分、　　Ｔ、ｎｏｌ　１０．５’
ｃのＰＰ樹脂ベレットを、押出機に供給して、２４０’
Ｏで溶融押出し、Ｔ字型口金からシート状に吐出せしめ
た。この溶融シートを、９８’ｃの冷却ドラムに巻きつ
けたのち、１１５°Ｃに保たれたロール上で約６秒間保
持させたのち、冷却し、厚さ約２皿のシートを作った。

このシートを一組の圧延ロール（ロール直径２５０　ｍ
ｍ　）　（７）間に挿入して、１０倍に圧延した。

圧延圧力は１．２００ｋｇ／ｃ、圧延ロールの温度１４
６°Ｃとし、エチレングリコールでシート表面を濡らし
つつ圧延した。得られた２００μｍ厚みのフィルムを、
１４０’ａの雰囲気中に入れ、長手方向に１係の弛緩を
与えつつ、１０秒間熱処理した。

次に、このフィルムを１３０’ｃに加熱されたエンボス
ロールの間を通して、フィルムの両面に約１００メツシ
ユのサンドブラスト加エバターンを転写せしめた。次に
、このフィルムを緊張状態の−ｊｔ、１２０“Ｃの雰囲
気中に１０時間保持して。

エージング熱処理し、これを室温寸で徐冷した。

かくして得られたフィルムの諸特性を表１にまとめて示
したが１本発明フィルムは１層線状四点散乱像を示し、
しかもそのくり返し周期が２００Ａ程度と小さく、また
フィルム中にボイドが存在し々いことから、絶縁油によ
る膨潤が１．２％と小さく、絶縁油（ドデシルベンゼン
）の流通性にもすぐれているので油浸電気絶縁用フィル
ムとして極めて優れたものであることが判る。

表　　１ 〔比較例〕 実施例１で用いたキャストシートを用いて、圧延圧力を
５００ｋｇ／ｃＩｎ、圧延ロール温度を９０　’Ｏテ２
段階に分けてトータル１０倍の圧延を行なったほかは、
全〈実施例１と同様にして厚さ２ｏｏＩ１ｍの２１− フィルムを得た。

かぐして得られたフィルムの諸特性を表２にまとめて示
した。

表　　２ 以上のように、圧延条件、すなわち線圧や圧延温度を変
えると高次構造やボイドの状態が大巾に変り、高温・高
圧下での圧延が油浸電絶用フィルムとして必須の条件で
あることが判る。

特許出願人　　東　し　株　式　会　社９９−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　ポリプロピレンを主体としたフィルムであっ
   て、該フィルムはエツジ方向からの小角Ｘ線散乱像が層
   線状四点散乱像を示し、かつ該フィルム中に実質的にボ
   イドが存在１−ないことを特徴とする油浸電気絶縁用ポ
   リプロピレンフィルム。