JPS639323B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、電気絶縁用ポリオレフイン系フイル
ムの製造方法に係り、特に、超々高圧OFケーブ
ル用などに好適な低損失電気絶縁用ポリオレフイ
ン系フイルムの製造方法に関するものである。更
に詳しくは、低誘電損失プラスチツク100％から
構成される電気絶縁用ポリオレフイン系フイルム
の製造方法に関するものである。 従来、OFケーブルなどに用いられる電気絶縁
紙はケーブルの送電容量を大きくする必要のない
時代においては専らクラフト紙が使われてきた。
しかしながら、最近、大都市周辺で電力需要量が
増大するにつれて、単一の電力輸送路で超高圧大
容量送電せざるを得なくなつてきている。このと
きの問題点として考えなければならないことは、
ケーブル仕上り外径の上限が管路などの関係から
限度があるために、送電々圧が高くなつても無制
限に絶縁体層を増大させることができないことが
第一に挙げられる。このことから、単位厚さあた
りの耐電圧の高い絶縁材料が必要となる。環境条
件など大都市周辺での大容量発電所の建設が困難
になつている現在、遠隔地から都市まで長距離の
送電をすることになる。このような長距離大容量
送電を実現しようとする場合絶縁体の誘電損失を
おさえケーブルの発熱を低く保つ必要がある。こ
れを達成するため、小さなε・tanδ値をもつ謂ゆ
る低損失材を用いることが優利な条件となる。さ
らにOFケーブルの絶縁体層は、鉱油、パラフイ
ン油、アルキルベンゼン系油、シリコーン系オイ
ルなど絶縁油と共存するので、常温では勿論高温
においても絶縁体の膨潤、容解を極力避けなけれ
ばならない。特に我国では、アルキルベンゼン系
オイル例えばDDB（ドデシルベンゼン油）が賞用
されているので、耐油性のある低損失材料あるい
は無極性材料の必要性がでてくる。さらに絶縁材
料についてのもう一つの重要な物性値として、引
張ヤング率がある。これは、ケーブルをドラムに
巻取るときや、洞道からの立上り部分での曲げに
対して、多数層巻かれた絶縁層が「層間のすべ
り」により座屈を起こさないという条件から考え
なければならない物性値である。この物理量は、
セルローズ紙とくらべるとプラスチツクスは小さ
いのでガラス転移温度の高い材料や主鎖にベンゼ
ン環を含む有極性物質が専ら使われ、解決の方向
が探索されてきたが一部の例外を除いて低損失性
能と矛盾する結果を見てきた。耐電圧性能につい
て、クラフト紙とプラスチツク材料と比べるとク
ラフト紙は、特に油浸して用いると極めて安定し
た優れた値が得られる。しかるに、プラスチツク
の場合、特に、これを積層体とした場合、単一シ
ートと比較すると破壊電圧が急速に低下すること
がしばしば見られた。 これまで、述べたように、OFケーブルなどに
用いられる電気絶縁紙の備えるべき特性上ポイン
トを考慮すると、超々高圧送電用OFケーブルの
絶縁材料として、クラフト紙のもつε＝3.3，
tanδ＝0.15％という物質固有の限界値は、これか
らの大容量電力輸送用ケーブルへ適用し得る材料
は新規材料であることが是非とも必要である。 ここに、プラスチツクスのもつ低誘電損失特性
を基礎として、高耐電圧性耐油性高ヤング率を同
時に備えた新材料の登場が望まれる理由がでてく
る。 この問題についてこれまで多くの工夫がなされ
てきた。例えば、絶縁油と相溶性が少なく、低損
失性の劣る材料（例えば、ポリエチレンテレフタ
レート、ポリカーボネートなど）、を従来の加工
方法による押出成形によりシート化し、これをク
ラフト紙の代替品として用いることがしばしば行
なわれてきた。この場合は耐油性は問題がないと
しても、やはり低損失性に欠けるところがあり、
ケーブルからの発熱が大きく、プラスチツク特有
の低い伝熱特性も不利な条件として重なり、超々
高圧OFケーブル用材料としては不適当であつた。
また、こうした材料はケーブルの曲げ特性を満足
させることを目的として引張ヤング率を上昇させ
る。このため、しばしば二軸延伸処理がされる。
この方法は、機械強度、引裂強度を上げることに
は効果的であるが絶縁紙用途に適した高ヤング率
の材料にまで、加工が達成された例は見当らな
い。 また低損失材料であるポリプロピレンシートを
前記と同様、二軸延伸フイルムとなしその特性評
価をしたが、耐油性、引張ヤング率の目標値を達
成することはできなかつた。 上記の如き二軸延伸フイルムの加工とは別のア
プローチの仕方として溶融ポリマーをノズルから
高速で吐出し、これを平面状に集積一体化した不
織布タイプのプラスチツク絶縁紙が検討された。
ところがこれらは、一般に、耐電圧性能が劣るの
で強力なカレンダー加工により、高気密化を達成
し、耐電圧特性の改良策を試みたものの、ヤング
率、耐油性など総合的に評価するとプラスチツク
絶縁紙としては不適当であることが明確になつて
きた。また、このような不織布タイプの加工様式
を採らず従来のクラフト紙の製造プロセスがその
まま使えるプラスチツクフアイバーとパルプとの
混抄紙あるいは、フイブリツドとプラスチツクフ
アイバーを組合せて抄紙する方法など、プラスチ
ツクの紙化加工について研究されたが、実用化さ
れた例を見るに至つていない。 発明者らは上記の如きプラスチツク絶縁紙の問
題点を考慮して、鋭意研究の結果、典型的な低損
失材料であるポリオレフインを主体として、これ
にポリテトラフロロエチレンをブレンドした組成
から成る押出シートに特殊延伸加工を施した後、
高圧力処理を与えることにより超々高圧送電用
OFケーブル材料に好適な複合材料が得られるこ
とを見出し、本発明を確立したものである。 本発明者らは、前記発明プロセスにおいて、高
圧処理を施こさないプロセスについて、すぐれた
低損失、耐油性材料が得られることについてすで
に特許出願をした。 すなわち、MI値が10以上の結晶性ポリオレフ
インをマトリツクスとし、これに0.5〜20重量部
の未焼成ポリテトラフロロエチレン繊維を、マト
リツクスの配向方向と一致するように均一分散さ
せた厚さ80〜250μの配向フイルムで引張り弾性
率が２×10⁴Kg／cm²以上で、100℃のドデシルベン
ゼン中の厚さ変化率が10％以下であることを特徴
とする電気絶縁用ポリオレフイン系フイルムを、
特定発明とし、シート成形性を持たない程度の極
めて大きなメルトフローインデツクスを有する結
晶性ポリオレフインの粉末に粉末状の未焼成ポリ
テトラフロロエチレンを均一に分散させ、これを
高剪断力の得られる押出成形装置により押出シー
トとして成形し、しかるのち、圧延又は延伸など
により厚さを特定の範囲内まで減少させ、ポリオ
レフインマトリツクスの分子配向方向と平行に無
数のポリテトラフロロエチレン繊維を配置せしめ
た配向フイルとなすことを特徴とする電気絶縁用
ポリオレフイン系フイルムの製造方法を２番目の
発明とするものである。 しかるに、上記発明により得られる材料は、加
工プロセスにおいて、未焼成テトラフロロエチレ
ンを焼成することなく用いているために、材料の
弾性率、特に高温ヤング率がポリプロピレンの延
伸物以上に改善できないことや、延伸フイルムの
耐電圧性能が、向上しないことなどの欠点があつ
た。 本発明は、ポリオレフインマトリツクス中に分
散された未焼成ポリテトラフロロエチレンの相を
高密度化させ、電気的、機械的、性質を著しく改
良しようとするものである。すなわち、先願発明
で得られる一軸配向フイルムを、例えば、油媒体
中に置いて高圧力を与えることにより処理する。
この加圧処理により、材料の耐電圧性能と弾性率
が著しく改良される理由については、明らかでな
いが、マトリツクスポリマー自体が、圧力によつ
て変態すると同時にポリオレフインよりはるかに
高融点を有する未焼成ポリテトラフロロエチレン
が等方的な圧力場に置かれる結果、より高密度に
変態することが推論される。 本発明により得られる電気絶縁用シートは、低
誘電損失の性能を備え、耐油性、耐電圧性、高ヤ
ング率を同時に有する特殊な機能材料であり、従
つて、これまで500KV送電用OFケーブルがクラ
フト紙を用いることのできる限界とされているに
もかかわらず、本発明方法により製造された材料
をOFケーブルに適用することにより技術的限界
を一気に上回ることができ、例えば、750KVあ
るいは1000KV級OFケーブルの製造も容易に実
現することが考えられる。さらに、500KV以下
の従来タイプのOFケーブルに対しても本発明方
法により製造した新規な材料を用いることによ
り、発熱量減少に伴なう送電容量の増大、あるい
はリアクトルなどのケーブル附属設備の容量縮小
による設備コストの軽減など、この新材料の波及
効果には著しいものがある。 かかる本発明をさらに、詳述すれば、粉末状
で、MI値が10以上の値を有する結晶性ポリオフ
イン100重量部に対し、粉末状の未焼成ポリテト
ラフロロエチレン0.5〜20重量部を混合し、粉末
粒子相互の実質的な凝集を起こさせることなく分
散せしめた後、この分散混合物を二軸押出機など
高剪断力を発生しうる装置を用いた成形方法によ
りシートに成形し、次いで用いたポリオレフイン
の融点よりも20゜〜50℃低い温度域で、その厚さ
を1/2〜1/10になるようにマシン方向に圧延加工
又は延伸加工あるいはこれらを同時に行ない、し
かる後、300Kg／cm²〜3000Kg／cm²の圧媒体中に前
記加工シートを置き加圧処理することを特徴とす
る。高圧力雰囲気としては、液体、気体の何れで
もよいが、特に高沸点を有する耐熱オイル類、例
えば、シリコーンオイルなどが好ましい。あるい
は、本発明で得られる合成絶縁紙をOFケーブル
などに用いる場合、ケーブル絶縁油を用いても何
ら支障はない。又高圧容器としてはピストンＷリ
ングなどの加圧方式による高圧セルにより目的を
達成させることができる。又、本発明で高圧力処
理をする場合の温度は、マトリツクスとなるポリ
オレフインの高圧下での融点以下であれば、特に
問題ではない。通常60℃〜100℃の間の温度域が
選ばれる。この理由としては、100℃以上の場合、
圧力を除いたときにマトリツクスが、熱変形を起
こす場合があるからである。60℃以下では、マト
リツクスの硬さが、未焼成ポリテトラフロロエチ
レンを高密度化させるのに十分でない場合がある
ためである。ここで用いる圧力の大きさは、通常
300気圧以上であれば十分であるが、過度に大き
くすることは圧力容器の設計において材料強度に
制限を受けるので経済的に不利である。従つて通
常300気圧〜3000気圧の領域が用いられて、望ま
しくは500〜1500気圧の静圧力が使用される。 圧力容器はフイルムを装填する場合、通常は金
属製の巻き芯にコンパクトに巻いても何ら支障は
ない。高圧処理を終了してからは、これを温水、
又は場合によつては、圧力媒体と相溶性を有する
有機溶剤で処理することにより、例えば、紙巻き
などの後の工程での取扱い上好都合であつたり、
シートの汚損を防ぐこともできる。 本発明における高圧処理は、未焼成ポリテトラ
フロロエチレンを高密度化することだけが主目的
であり、マトリツクスとなるポリオレフインには
何ら影響を及ぼさない条件を選ぶべきである。 ポリオレフインを高圧力下に置くと、3000気圧
附近からは固相／液相転移が隣接して行なわれる
のではなく、固相が一旦結晶変態を起こしてから
液相に変わる。好都合なことには、本発明はこの
ような臨界領域の雰囲気を利用するのではないの
で、マトリツクスは単なる圧力伝達媒体である。 本発明方法を用いることによりポリオレフイン
のマトリツクス中に密度の高い未焼成ポリテトラ
フロロエチレンをフアイバー状に分散させること
ができ、特に高耐電圧、高ヤング率を有する材料
を得ることができる。プラスチツクの破壊電圧は
材料に含まれる空隙部に特に敏感に影響を受ける
ので、本発明の処理方法を用いることにより、合
成絶縁紙に限らず、高電圧下で用いるプラスチツ
ク成形品の仕上げ処理にも有効に利用できる。 以下本発明をさらに実施例により説明する。 実施例 １〜５ メルトフローインデツクス（MI）20のアイソ
タクテイツクポリプロピレンの粉末100重量部に、
室温にて未焼成テフロンデイスパージヨン未焼成
テフロン濃度60％を３重量部添加し、これを万能
ミキサーにて60r.m.pにて５分間かき混ぜて、十
分に均一に分散せしめた。これを48時間、10^-2mm
Hgの真空度にて96℃の温度の真空乾燥器中に置
き、完全に、水分を除去した。この状態では、ブ
レンドされた混合粉末は自己凝集することなく微
粉末の状態である。これをシートに成形するため
に、一旦ペレタイズ装置で造粒処理する。すなわ
ち、30mmの異方向回転の二軸押出機（押出温度
210℃、シリンダー温度190℃〜230℃）により直
径２mmのストランドを得、これを造粒機にかけ
て、ポリプロピレン／ポリテトラフロロエチレン
ブレンド組成から成るペレツトを得た。このとき
ポリテトラフロロエチレンはすでにポリプロピレ
ンマトリツクス中で微細な繊維状に分散されてお
り、未焼成ポリテトラフロロエチレンのまま存在
している。この様子はペレツトの薄片を加熱装置
を備えた偏光顕微鏡下でポリプロピレンの溶融点
以上の温度域に加熱して容易に観察することがで
きる。 前記ペレツトを、40mmフルフライト型単軸押出
機により、Ｔダイと冷却ロールと巻取ロールとを
附属させた装置を用いて、厚さ1.2mm、幅300のシ
ートを成形した。次にこのシートを直径８cmの二
段圧延ロール（ロール表面温度135℃）を用いて、
バツクテンシヨン15Kg／cmを負荷しながら30cm／
分の送り速度で、透明な圧延シートを得た。この
ときのシート厚は0.2mmである。シートの幅方向
の寸法変化は、殆んど、無視できた。 次に、こうして得られたシートを表−１に示す
ような条件でドデシルベンゼン中で加圧処理を施
し、耐電圧、引張ヤング率を測定し、これらの値
も表−１に示した。圧力容器は、シリンダー径35
mm、長さ500mmのグリツジマンシールによるピス
トンシリンダー型の気密容器を用いた。

【表】 以上実施例から明らかな如く本発明方法によれ
ば、優れた諸特性を有する電気絶縁性プラスチツ
クフイルムが得られるものでその工業的価値は極
めて大きいものである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 粉末状で、10以上MI値を有する結晶性ポリ
   オレフイン100重量部に対し、粉末状の未焼成ポ
   リテトラフロロエチレン0.5〜20重量部を混合し、
   粉末同志を実質的な凝集を起こさせることなく分
   散せしめた後、この分散混合物を高剪断力を発現
   させることのできる成形方法によりシートに成形
   し、次いで用いたポリオレフインの融点よりも
   20゜〜50℃低い温度域で、厚さの変化がもとのシ
   ートの厚さの1/2〜1/10なるようにマシン方向に
   圧延加工又は延伸加工あるいはこれらを同時に行
   ない、しかる後、300Kg／cm²〜3000Kg／cm²の圧媒
   体中に前記加工シートを置き加圧処理することを
   特徴とする電気絶縁用ポリオレフイン系フイルム
   の製造方法。