JP2011142782A - Gas insulated switch and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
【課題】耐防爆性と施工容易性の両立を図ったガス絶縁開閉装置の高圧ガス容器およびその製造方法を提供する。
【解決手段】ガス絶縁開閉装置１０は、高圧ガス容器11と、当該高圧ガス容器１１を被覆する繊維強化熱可塑性プラスチック層１２とからなり、当該繊維強化熱可塑性プラスチック層１２は、熱可塑性エポキシ樹脂と強化用繊維シートとからなり、当該熱可塑性エポキシ樹脂組成物が含浸された、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維のいずれか１つを含む当該強化用繊維シートを加熱して接着させる。
【選択図】図１A high-pressure gas container for a gas-insulated switchgear that achieves both explosion resistance and ease of construction and a method for manufacturing the same.
A gas insulated switchgear 10 includes a high pressure gas container 11 and a fiber reinforced thermoplastic layer 12 covering the high pressure gas container 11. The fiber reinforced thermoplastic layer 12 is made of a thermoplastic epoxy resin. The reinforcing fiber sheet including any one of glass fiber, carbon fiber, and aramid fiber, which is made of glass fiber, carbon fiber, and aramid fiber impregnated with the thermoplastic epoxy resin composition, is heated and bonded.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は，ガス絶縁開閉装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a gas insulated switchgear and a manufacturing method thereof.
ガス絶縁開閉装置は，電力の送配電・変電システムにおいて用いられ，高電圧の絶縁媒体（例えば，六弗化硫黄ガス（以下，ＳＦ６ガス））を加圧充填した高圧ガス容器（圧力容器）内に，電気を流す通電用導体が配置される。 A gas insulated switchgear is used in a power transmission / distribution / transformation system, and is a high-pressure gas container (pressure vessel) pressurized and filled with a high-voltage insulating medium (for example, sulfur hexafluoride gas (hereinafter referred to as SF 6 gas)). Inside, an energizing conductor for supplying electricity is arranged.
高圧ガス容器には，溶接構造と鋳物構造の２通りが考えられる。前者は，耐久性に優れ，後者は量産性に優れる。溶接構造の高圧ガス容器では，各部品の靭性（粘り）によって，鋳物構造の高圧ガス容器よりも脆性破壊し難い。また，仮に破裂した場合でも，多数の構造破片が周囲に飛散し難い（特許文献１参照）。一方，鋳物構造の高圧ガス容器は，同一形状を多量に製造することが容易であり，市場に安価な製品を提供できる（特許文献２参照）。 There are two types of high-pressure gas containers: a welded structure and a cast structure. The former is excellent in durability, and the latter is excellent in mass production. Welded high-pressure gas containers are less prone to brittle fracture than cast-structured high-pressure gas containers due to the toughness (stickiness) of each part. Moreover, even if it ruptures, many structural fragments are difficult to scatter around (see Patent Document 1). On the other hand, a high-pressure gas container having a cast structure can easily produce a large amount of the same shape, and can provide an inexpensive product on the market (see Patent Document 2).
高圧ガス容器内で爆発に類する現象が発生した場合，内部に存在する莫大な電気エネルギーによって，高圧ガス容器内の圧力が著しく上昇する。このとき，鋳物構造の高圧ガス容器では，靭性（粘り）がないという，鋳物の特性に起因して，潜在的欠陥部から脆性破壊が発生し，多数の構造破片が周囲に飛散する可能性がある。 When a phenomenon similar to an explosion occurs in a high-pressure gas container, the pressure in the high-pressure gas container increases significantly due to the enormous electrical energy present inside. At this time, in a high-pressure gas container with a cast structure, there is a possibility that a brittle fracture occurs from a potential defect and a large number of structural fragments are scattered around due to the characteristic of the cast that there is no toughness (stickiness). is there.
潜在的欠陥部には，ブローホール，すくわれ，ポロシティ等を挙げることができる。「ブローホール」は，鋳物構造物内に発生する空隙である。「すくわれ」は，構造物の一部が剥ぎ取られて凸凹となった金属の塊である。「ポロシティ」は，鋳造のため溶解されたアルミニウム合金（以下アルミ合金と称す）が凝固する鋳塊内に残留する気泡である。 Potential defects can include blowholes, scrapes, porosity, and the like. A “blow hole” is a void generated in a cast structure. “Sukukure” is a lump of metal that has been roughened by peeling off part of the structure. “Porosity” is air bubbles remaining in an ingot where an aluminum alloy melted for casting (hereinafter referred to as an aluminum alloy) solidifies.
アルミ合金製品の鋳塊中に存在するポロシティ等の欠陥は，圧延，押出し，熱処理などの後工程の後でも残存し，各種特性（引張強度，耐力，曲げや張出成形性，延性，靱性など）に悪影響を及ぼすことがある。これらの欠陥を検出するため，種々の非破壊検査（例えば，主として表面欠陥の検出のための目視検査や浸透探傷試験，主として内部欠陥の検出のための放射線検査や超音波検査）が実施される。しかし，全ての欠陥の検出は容易でないことから，高圧ガス容器の破裂防止と共に，万が一破裂した場合の構造破片の飛散防止が要求される。 Porosity and other defects present in the ingots of aluminum alloy products remain after subsequent processes such as rolling, extrusion, and heat treatment, and various properties (tensile strength, proof stress, bending and bulging formability, ductility, toughness, etc.) ) May be adversely affected. In order to detect these defects, various nondestructive inspections (for example, visual inspection and penetrant inspection mainly for detecting surface defects, radiation inspection and ultrasonic inspection mainly for detecting internal defects) are performed. . However, since it is not easy to detect all defects, it is necessary to prevent the high-pressure gas container from bursting and to prevent the structural fragments from scattering in the event of a burst.
ガス絶縁開閉装置の鋳物製高圧ガス容器が破裂して，構造破片が飛散することを防止するため，合成繊維で強化した熱硬化性樹脂からなる繊維強化プラスチック層で，高圧ガス容器を覆う技術が開示されている（特許文献３，段落００２３，００３５参照）。即ち，ハンドレイアップ法による形成方法（高圧ガス容器に合成繊維を貼り付け，その後に熱硬化性樹脂を塗布する），プリプレグシートを用いる形成方法（半硬化状態の熱硬化性樹脂を含む合成繊維を高圧ガス容器に巻き付ける）が提案されている。 Technology to cover high pressure gas containers with a fiber reinforced plastic layer made of a thermosetting resin reinforced with synthetic fibers in order to prevent the casting high pressure gas container of the gas insulated switchgear from rupturing and scattering structural fragments. (See Patent Document 3, paragraphs 0023 and 0035). That is, a forming method using a hand lay-up method (synthetic fiber is applied to a high-pressure gas container, and then a thermosetting resin is applied); Is wrapped around a high pressure gas container).
しかし，熱硬化性樹脂からなる繊維強化プラスチック層を形成する手法は，次の（１），（２）のような施工上の問題を有する。 However, the method of forming a fiber reinforced plastic layer made of a thermosetting resin has the following construction problems (1) and (2).
（１）ハンドレイアップ法では，設置済みのガス絶縁開閉装置の高圧ガス容器に液状の熱硬化性樹脂材料を塗布することになる。このため，熱硬化性樹脂材料による悪臭等で作業環境が低下する。また，無圧成形のため合成繊維の含有率が低い。さらに，人的に熱硬化性樹脂材料を塗布するため，製品の品質が作業者の熟練度に左右される。 (1) In the hand lay-up method, a liquid thermosetting resin material is applied to a high-pressure gas container of an installed gas insulated switchgear. For this reason, the working environment is deteriorated due to bad odor caused by the thermosetting resin material. In addition, the content of synthetic fibers is low due to pressureless molding. Furthermore, since the thermosetting resin material is manually applied, the quality of the product depends on the skill level of the operator.
（２）プリプレグシート（半硬化状態の熱硬化性樹脂を含む繊維強化プラスチックのシート）を用いる手法では，半硬化状態の熱硬化性樹脂の品質保持，施工時の硬化が必要となる。このプリプレグシートの貯蔵安定性は必ずしも十分ではない。また，プリプレグシートの硬化のために，高温が必要となり，強力な熱源の確保等，加熱硬化の段取りに多くの工数が必要となる。 (2) In the technique using a prepreg sheet (a fiber reinforced plastic sheet containing a semi-cured thermosetting resin), it is necessary to maintain the quality of the semi-cured thermosetting resin and cure at the time of construction. The storage stability of this prepreg sheet is not always sufficient. In addition, high temperatures are required to cure the prepreg sheet, and many man-hours are required to prepare for heat curing such as securing a strong heat source.
本発明は，耐防爆性と施工容易性の両立を図ったガス絶縁開閉装置およびその製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a gas-insulated switchgear and a method for manufacturing the same that are both explosion-proof and easy to install.
本発明の一態様に係るガス絶縁開閉装置は，高圧ガス容器と，前記高圧ガス容器を被覆し，かつ強化用繊維シートと，前記強化用繊維シートに含浸される熱可塑性樹脂と，を有する，繊維強化熱可塑性プラスチック層と，を具備する。 A gas insulated switchgear according to an aspect of the present invention includes a high-pressure gas container, a reinforcing fiber sheet that covers the high-pressure gas container, and a thermoplastic resin impregnated in the reinforcing fiber sheet. A fiber reinforced thermoplastic layer.
本発明の一態様に係るガス絶縁開閉装置の製造方法は，熱可塑性エポキシ樹脂を含む熱可塑性エポキシ樹脂組成物が含浸される強化用繊維シートによって，高圧ガス容器の少なくとも一部を被覆するステップと，前記強化用繊維シートを加熱して，前記高圧ガス容器に接着させるステップと，を具備する。 A method of manufacturing a gas insulated switchgear according to one aspect of the present invention includes a step of covering at least a part of a high-pressure gas container with a reinforcing fiber sheet impregnated with a thermoplastic epoxy resin composition containing a thermoplastic epoxy resin; Heating the reinforcing fiber sheet and bonding it to the high-pressure gas container.
本発明によれば，耐防爆性と施工容易性の両立を図ったガス絶縁開閉装置およびその製造方法を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a gas-insulated switchgear that achieves both explosion-proof properties and ease of construction and a method for manufacturing the same.
以下，図面を参照して，本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は，本発明の一実施形態におけるガス絶縁開閉装置１０を表す一部断面図である。ガス絶縁開閉装置１０は，高圧ガス容器１１，繊維強化熱可塑性プラスチック層１２を備える。なお，図１は，繊維強化熱可塑性プラスチック層１２の断面状態を表している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a gas insulated
高圧ガス容器１１は，鋳物製である。鋳物製の高圧ガス容器１１は，ポロシティ等の欠陥を内在する可能性があり，繊維強化熱可塑性プラスチック層１２による防爆性の向上が図られる。
The high-pressure gas container 11 is made of a casting. The high-pressure gas container 11 made of casting may have defects such as porosity, and the explosion-proof property is improved by the fiber-reinforced
繊維強化熱可塑性プラスチック（Fiber Reinforced Thermo Plastics：ＦＲＴＰ）層１２は，強化用繊維シートと，この強化用繊維シートに含浸された熱可塑性樹脂と，を有し，この高圧ガス容器１１の表面を覆う。繊維強化熱可塑性プラスチック（ＦＲＴＰ）層１２は，複数枚の高強度，耐熱性を有する強化用繊維シートを有する。
A fiber reinforced thermoplastic (FRTP)
強化用繊維は，ガラス繊維，炭素繊維，アラミド繊維など，強化用繊維として通常使用される高強度或いは高弾性率の繊維を使用できる。これらの強化用繊維から構成される強化用繊維シートとしては，強化用繊維編組物，例えば，織物，組物，編物，不織布，チョップドストランドマット等が挙げられる。 The reinforcing fiber may be a high-strength or high-modulus fiber that is usually used as a reinforcing fiber, such as glass fiber, carbon fiber, or aramid fiber. Examples of the reinforcing fiber sheet composed of these reinforcing fibers include reinforcing fiber braids such as woven fabrics, braids, knitted fabrics, nonwoven fabrics, and chopped strand mats.
強化用繊維は，ガラス繊維からなるものが好適である。この場合，用いるガラスの種類として，Ｅガラス，Ａガラス，Ｄガラス，Ｓガラス等が挙げられる。ガラス繊維織物の織り方としては，平織り，朱子織り，綾織り，ななこ織り等が挙げられる。 The reinforcing fiber is preferably made of glass fiber. In this case, examples of the glass used include E glass, A glass, D glass, and S glass. Examples of the weaving method of the glass fiber fabric include plain weave, satin weave, twill weave and nanako weave.
強化用繊維シートがガラス繊維織物である場合，織り密度は好ましくは１０〜２００本／２５ｍｍ，より好ましくは１５〜１００本であり，質量は好ましくは１〜４００ｇ／ｍ２であり，より好ましくは５〜３００ｇ／ｍ２である。 When the reinforcing fiber sheet is a glass fiber fabric, the weave density is preferably 10 to 200/25 mm, more preferably 15 to 100, and the mass is preferably 1 to 400 g / m 2 , more preferably. 5 to 300 g / m 2 .
繊維強化熱可塑性プラスチック層１２の全重量に対するガラス繊維の割合は，２０〜７５重量％とすることが好ましい。この割合が２０重量％未満であると，繊維強化熱可塑性プラスチック層１２の強度が不充分となる可能性がある。この割合が７５重量％を超えると，繊維強化熱可塑性プラスチック層１２の接着力が低下する可能性がある。
The ratio of the glass fiber to the total weight of the fiber reinforced
炭素繊維は，コールタールピッチや石油ピッチを原料にした「ピッチ系」と，ポリアクリロニトリルを原料とする「ＰＡＮ系」と，セルロース繊維を原料とする「レーヨン系」の３種類がある。いずれの炭素繊維でも本実施形態に用いることができる。 There are three types of carbon fibers: “pitch-type” made from coal tar pitch or petroleum pitch, “PAN-type” made from polyacrylonitrile, and “rayon-type” made from cellulose fiber. Any carbon fiber can be used in the present embodiment.
かかる強化用繊維シートの厚さは，繊維強化熱可塑性プラスチック層１２の薄型化を図る観点から１００μｍ以下が好ましく，５０μｍ以下がより好ましい。
The thickness of the reinforcing fiber sheet is preferably 100 μm or less, and more preferably 50 μm or less, from the viewpoint of reducing the thickness of the fiber-reinforced
熱可塑性樹脂としては，「エポキシ基を２つ有する第１の２官能化合物」と，「フェノール性水酸基，アミノ基，カルボキシル基，メルカプト基，イソシアネート基及びシアネートエステル基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を２つ有する第２の２官能化合物」と，を重付加して得られる熱可塑性エポキシ樹脂を利用できる。エポキシ樹脂は，単独または２種以上の混合物として使用される。 The thermoplastic resin is at least one selected from the group consisting of “first bifunctional compound having two epoxy groups” and “phenolic hydroxyl group, amino group, carboxyl group, mercapto group, isocyanate group and cyanate ester group” A thermoplastic epoxy resin obtained by polyaddition with a “second bifunctional compound having two functional groups” can be used. Epoxy resins are used alone or as a mixture of two or more.
「エポキシ基を２つ有する第１の２官能化合物」としては，例えば，ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂，ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂，脂環式エポキシ樹脂，水添ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂，ノボラック型エポキシ樹脂，トリグリシジルイゾシアネートや，あるいは，ヒダントイン型エポキシ樹脂のような複素環式樹脂等が挙げられる。 Examples of the “first bifunctional compound having two epoxy groups” include bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, alicyclic epoxy resin, hydrogenated bisphenol A type epoxy resin, novolak type epoxy resin, Examples include triglycidyl isocyanate and heterocyclic resins such as hydantoin type epoxy resins.
「フェノール性水酸基，アミノ基，カルボキシル基，メルカプト基，イソシアネート基及びシアネートエステル基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を２つ有する第２の２官能化合物」として，フェノール性水酸基を有する２官能化合物が好ましい。この例として，次の化合物類が挙げられる。 2 having a phenolic hydroxyl group as a “second bifunctional compound having at least one functional group selected from the group consisting of a phenolic hydroxyl group, amino group, carboxyl group, mercapto group, isocyanate group and cyanate ester group” Functional compounds are preferred. The following compounds are mentioned as this example.
・カテコール等のベンゼン環１個を有する一核体芳香族ジヒドロキシ化合物類
・ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン（ビスフェノールＡ），ビス（４−ヒドロキシフェニル）メタン（ビスフェノールＦ），ビス（４−ヒドロキシフェニル）エタン（ビスフェノールＡＤ）等のビスフェノール化合物類
・ジヒドロキシナフタレン等の縮合多環ジヒドロキシ化合物類
・ジアリルレゾルシン，ジアリルビスフェノールＡ，トリアリルジヒドロキシビフェニル等のアリル基を有する２官能フェノール化合物類
-Mononuclear aromatic dihydroxy compounds having one benzene ring such as catechol-Bis (4-hydroxyphenyl) propane (bisphenol A), bis (4-hydroxyphenyl) methane (bisphenol F), bis (4-hydroxy Bisphenol compounds such as phenyl) ethane (bisphenol AD) ・ Condensed polycyclic dihydroxy compounds such as dihydroxynaphthalene ・ Bifunctional phenol compounds having an allyl group such as diallyl resorcin, diallyl bisphenol A, triallyl dihydroxybiphenyl
特に，「エポキシ基を２つ有する第１の２官能化合物」と，「フェノール性水酸基を２つ有する第２の２官能化合物」を重付加して得られる熱可塑性エポキシ樹脂は，強化用繊維シートに確実に含浸することから，均一性が良好な繊維強化熱可塑性プラスチック層１２が得られる。従来の繊維強化熱可塑性プラスチック（ＦＲＴＰ）では，高分子量の熱可塑性樹脂（高粘度の樹脂材料）を用いるため，強化用繊維への熱可塑性樹脂の含浸が不十分となる可能性がある。これに対して，本実施形態に係る繊維強化熱可塑性プラスチック層１２では，低粘度の樹脂材料（高分子量化前の熱可塑性エポキシ樹脂の前駆体である「低粘度のエポキシ基を２つ有する第１の２官能化合物と，低粘度のフェノール性水酸基を２つ有する第２の２官能化合物の混合物」）を用いることから，強化用繊維に容易に含浸する。
In particular, a thermoplastic epoxy resin obtained by polyaddition of “first bifunctional compound having two epoxy groups” and “second bifunctional compound having two phenolic hydroxyl groups” is a reinforcing fiber sheet. Therefore, the fiber-reinforced
繊維強化熱可塑性プラスチック（ＦＲＴＰ）層１２の引張り強さとして，平織りガラス繊維強化熱可塑性プラスチック（Ｇ−ＦＲＴＰ）では３００ＭＰａ以上，平織り炭素繊維強化熱可塑性プラスチック（Ｇ−ＦＲＴＰ）では８００ＭＰａ以上が得られる。即ち，繊維強化熱可塑性プラスチック（ＦＲＴＰ）層１２によって，熱硬化性樹脂を用いた従来の繊維強化プラスチック（Fiber Reinforced Plastics：ＦＲＰ）と同等以上の機械的特性を得ることができる。
The tensile strength of the fiber reinforced thermoplastic (FRTP)
本実施形態によれば，繊維強化熱可塑性プラスチック層１２によって，ガス絶縁開閉装置１０の鋳物製の高圧ガス容器１１の破裂時による周囲への飛散を防止できる。
According to this embodiment, the fiber-reinforced
ここで，繊維強化熱可塑性プラスチック（ＦＲＴＰ）層１２の表面に，耐食性塗料を塗布し，耐食層を形成しても良い。耐食性の塗料として，フッ素樹脂塗料，水系ウレタン樹脂塗料，弱溶剤系シリコン樹脂塗料，水性アクリル樹脂塗料等を用いることができる。特に，繊維強化熱可塑性プラスチック（ＦＲＴＰ）への付着性が強い水系溶剤を用いた塗料が望ましい。
Here, a corrosion-resistant coating may be applied to the surface of the fiber-reinforced thermoplastic (FRTP)
このように，繊維強化熱可塑性プラスチック層１２の表面に耐食層を形成することで，ガス絶縁開閉装置１０が屋外に設置される場合に対応し，耐食，耐候及び耐紫外線性能を高めることができる。この結果，ガス絶縁開閉装置１０の信頼性向上並びに長寿命化を図ることができる。
Thus, by forming a corrosion-resistant layer on the surface of the fiber-reinforced
（ガス絶縁開閉装置１０の製造方法）
以下，ガス絶縁開閉装置１０の製造方法を説明する。例えば，次のようにして，高圧ガス容器１１，繊維強化熱可塑性プラスチック層１２を備えるガス絶縁開閉装置１０を製造できる。
(Manufacturing method of gas insulated switchgear 10)
Hereinafter, a method for manufacturing the gas insulated
（１）高圧ガス容器１１の設置
先に，高圧ガス容器１１を設置する。即ち，高圧ガス容器１１を設置し，その後，次に示すように繊維強化熱可塑性プラスチック層１２を形成する。但し，高圧ガス容器１１上に繊維強化熱可塑性プラスチック層１２を形成してから，高圧ガス容器１１を設置することも可能である。
(1) Installation of the high-pressure gas container 11 First, the high-pressure gas container 11 is installed. That is, the high pressure gas container 11 is installed, and then a fiber reinforced
（２）強化用繊維シート硬化物（ＦＲＴＰ）による高圧ガス容器１１の被覆
高圧ガス容器１１を強化用繊維シート硬化物（ＦＲＴＰ）で被覆する。強化用繊維シート硬化物は，単一または複数枚の強化用繊維シートに熱可塑性樹脂（例えば，熱可塑性エポキシ樹脂）を含浸し，マトリックス状として硬化させた複合体である。
(2) Coating of high-pressure gas container 11 with cured fiber sheet cured product (FRTP) The high-pressure gas container 11 is coated with a cured fiber sheet cured product (FRTP). The cured fiber sheet cured product is a composite in which a single or a plurality of reinforcing fiber sheets are impregnated with a thermoplastic resin (for example, a thermoplastic epoxy resin) and cured as a matrix.
既述のように，熱可塑性樹脂として，「エポキシ基を２つ有する第１の２官能化合物」と，「フェノール性水酸基，アミノ基，カルボキシル基，メルカプト基，イソシアネート基及びシアネートエステル基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を２つ有する第２の２官能化合物」と，を重付加して得られる熱可塑性エポキシ樹脂を用いることができる。エポキシ樹脂は，単独または２種以上の混合物として使用される。 As described above, as a thermoplastic resin, a group consisting of “first bifunctional compound having two epoxy groups” and “phenolic hydroxyl group, amino group, carboxyl group, mercapto group, isocyanate group and cyanate ester group” A thermoplastic epoxy resin obtained by polyaddition with “a second bifunctional compound having two at least one functional group selected from the above” can be used. Epoxy resins are used alone or as a mixture of two or more.
ここで，この熱可塑性エポキシ樹脂は，重合，硬化が十分に進んだものおよび重合，硬化の途中の熱可塑性エポキシ樹脂組成物（プリプレグ）の双方を用いることができる。プリプレグとして，重合，硬化が十分に進んだ熱可塑性エポキシ樹脂のＴｇより，低いＴｇの熱可塑性エポキシ樹脂を挙げることができる。プリプレグを用いると，高圧ガス容器１１への接着力をより大きくすることができる。 Here, as the thermoplastic epoxy resin, both those sufficiently polymerized and cured and the thermoplastic epoxy resin composition (prepreg) in the middle of polymerization and curing can be used. Examples of the prepreg include a thermoplastic epoxy resin having a Tg lower than that of a thermoplastic epoxy resin that has been sufficiently polymerized and cured. When the prepreg is used, the adhesive force to the high-pressure gas container 11 can be further increased.
（３）強化用繊維シート硬化物の加熱
高圧ガス容器１１を強化用繊維シート硬化物で被覆した後に，強化用繊維シート硬化物の熱可塑性樹脂を加熱溶融し，高圧ガス容器１１に圧着させる。熱風，ヒータにより，強化用繊維シート硬化物を加熱する。例えば，ドライヤ，加熱ベルト，ベルトプレス等を用いて，強化用繊維シート硬化物を熱可塑性エポキシ樹脂の溶融温度以上（ガラス転移温度Ｔｇ以上の温度）に加熱する。この結果，強化用繊維シート硬化物が高圧ガス容器１１と接着される（繊維強化熱可塑性プラスチック層１２の形成）。
(3) Heating of the reinforced fiber sheet cured product After the high pressure gas container 11 is coated with the reinforced fiber sheet cured product, the thermoplastic resin of the reinforced fiber sheet cured product is heated and melted and pressed against the high pressure gas container 11. The cured fiber sheet cured product is heated with hot air and a heater. For example, using a dryer, a heating belt, a belt press or the like, the cured fiber sheet cured product is heated to a temperature higher than the melting temperature of the thermoplastic epoxy resin (a temperature equal to or higher than the glass transition temperature Tg). As a result, the reinforcing fiber sheet cured product is bonded to the high pressure gas container 11 (formation of the fiber reinforced thermoplastic layer 12).
なお，高圧ガス容器１１への被覆の前に，強化用繊維シート硬化物を加熱しても良い。強化用繊維シート硬化物が軟化し，高圧ガス容器１１への密着が容易となる。 In addition, you may heat the fiber sheet hardened | cured material for reinforcement | strengthening before the coating | cover to the high pressure gas container 11. FIG. The reinforcing fiber sheet cured product is softened, and adhesion to the high-pressure gas container 11 is facilitated.
ここで，高圧ガス容器１１への強化用繊維シート硬化物の部分的な被覆，加熱を繰り返すことで，高圧ガス容器１１を繊維強化熱可塑性プラスチック層１２で全体的に被覆することが可能である。
Here, the high-pressure gas container 11 can be entirely covered with the fiber-reinforced
例えば，高圧ガス容器１１を覆うように，矩形の強化用繊維シート硬化物をオーバーラップさせながら加熱接着し，繊維強化熱可塑性プラスチック層１２を形成する。あるいは，高圧ガス容器１１に短冊状（スリットテープ状）の強化用繊維シート硬化物を巻き付けながら加熱接着し，繊維強化熱可塑性プラスチック層１２を形成する。
For example, the fiber-reinforced
また，矩形および短冊状の強化用繊維シート硬化物を組み合わせて用いても良い。例えば，高圧ガス容器１１の全体を覆うように，矩形の強化用繊維シート硬化物をオーバーラップさせながら加熱接着する。その後に，短冊状（スリットテープ状）の強化用繊維シート硬化物を巻き付けながら加熱接着する。この結果，矩形および短冊状の強化用繊維シート硬化物によって，高圧ガス容器１１が被覆される。 Also, rectangular and strip-shaped reinforcing fiber sheet cured products may be used in combination. For example, heat bonding is performed while overlapping rectangular reinforcing fiber sheet cured products so as to cover the entire high-pressure gas container 11. After that, heat-bonding is performed while winding a reinforcing fiber sheet cured in the form of a strip (slit tape). As a result, the high-pressure gas container 11 is covered with rectangular and strip-shaped reinforcing fiber sheet cured products.
このように，硬化済み，および半硬化の熱可塑性樹脂を含む強化用繊維シート硬化物を用いることで，高圧ガス容器１１が設置された現地において，高圧ガス容器１１と，強化用繊維シート硬化物を容易に熱融着できる。強化用繊維シート硬化物は，悪臭の発生が小さく，取り扱いが容易である。また，貯蔵安定性に優れ，それほどの高温を用いずに，施工可能である。 In this way, by using a reinforced fiber sheet cured product containing a cured and semi-cured thermoplastic resin, the high pressure gas container 11 and the reinforced fiber sheet cured product at the site where the high pressure gas container 11 is installed. Can be easily heat-sealed. The cured fiber sheet cured product is less likely to cause malodor and easy to handle. In addition, it has excellent storage stability and can be constructed without using such a high temperature.
以下，本発明の実施例を説明する。実施例では，熱可塑性エポキシ樹脂を母材とした炭素繊維強化熱可塑性エポキシ樹脂（以下，「Ｃ−ＦＲＴＰ」という。）のせん断強度を測定する。Ｃ−ＦＲＴＰの成形条件は下記のとおりである。 Examples of the present invention will be described below. In Examples, the shear strength of a carbon fiber reinforced thermoplastic epoxy resin (hereinafter referred to as “C-FRTP”) using a thermoplastic epoxy resin as a base material is measured. The molding conditions for C-FRTP are as follows.
（１）強化用繊維シートへの熱可塑性エポキシ樹脂組成物の含浸
強化用繊維シートに熱可塑性エポキシ樹脂組成物を含浸させる。
(1) Impregnation of the thermoplastic epoxy resin composition into the reinforcing fiber sheet The reinforcing fiber sheet is impregnated with the thermoplastic epoxy resin composition.
熱硬化性エポキシ樹脂組成物炭素繊維織物（平織りカーボンクロス，東レ株式会社製Ｃ０６３４３，厚さ：０．２５ｍｍ，重量：１９５ｇ／ｍ２）４枚から構成される強化用繊維シートを用いる。 A reinforcing fiber sheet composed of four thermosetting epoxy resin composition carbon fiber fabrics (plain weave carbon cloth, C06343 manufactured by Toray Industries, Inc., thickness: 0.25 mm, weight: 195 g / m 2 ) is used.
熱可塑性エポキシ樹脂組成物として，熱可塑性エポキシ樹脂前駆体であり，「エポキシ基を２つ有する第１の２官能化合物」と，「フェノール性水酸基を２つ有する第２の２官能化合物」からなる熱可塑性エポキシ樹脂組成物（ナガセケムテックス社製ＸＮＲ６８５０）を用いる。 As a thermoplastic epoxy resin composition, it is a thermoplastic epoxy resin precursor and consists of “a first bifunctional compound having two epoxy groups” and “a second bifunctional compound having two phenolic hydroxyl groups”. A thermoplastic epoxy resin composition (XNR6850 manufactured by Nagase ChemteX Corporation) is used.
炭素繊維織物４枚を金型にセットして強化用繊維シートとし，熱可塑性エポキシ樹脂組成物を注入，含浸させる。 Four carbon fiber fabrics are set in a mold to form a reinforcing fiber sheet, and a thermoplastic epoxy resin composition is injected and impregnated.
（２）熱可塑性エポキシ樹脂組成物の加熱硬化
熱可塑性エポキシ樹脂組成物が含浸された強化用繊維シートを１６０℃×１０分加熱し，熱可塑性エポキシ樹脂組成物を硬化させる。この結果，マトリックス樹脂のガラス転移温度：Ｔｇが４０℃，厚さｔ＝０．９ｍｍ，樹脂含有率が５０体積％の炭素繊維強化熱可塑性プラスチック（実施例Ａ）を得る（Ｃ−ＦＲＴＰ積層板の形成）。この場合，Ｃ−ＦＲＴＰ積層板中の熱可塑性エポキシ樹脂組成物は，硬化途中の状態であり，熱可塑性エポキシ樹脂の他に，その前駆体（熱可塑性エポキシ樹脂前駆体）を含む。
(2) Heat curing of the thermoplastic epoxy resin composition The reinforcing fiber sheet impregnated with the thermoplastic epoxy resin composition is heated at 160 ° C. for 10 minutes to cure the thermoplastic epoxy resin composition. As a result, a glass fiber reinforced thermoplastic (Example A) having a glass transition temperature: Tg of 40 ° C., a thickness t = 0.9 mm, and a resin content of 50% by volume is obtained (C-FRTP laminate). Formation). In this case, the thermoplastic epoxy resin composition in the C-FRTP laminate is in the middle of curing, and contains a precursor (thermoplastic epoxy resin precursor) in addition to the thermoplastic epoxy resin.
また，熱可塑性エポキシ樹脂組成物が含浸された強化用繊維シートを１６０℃×６０分加熱し，熱可塑性エポキシ樹脂組成物を硬化させる。硬化を十分に進めるため，加熱時間を長くしている。この結果，マトリックス樹脂のガラス転移温度：Ｔｇが１００℃，厚さｔ＝０．９ｍｍ，樹脂含有率が５０体積％の炭素繊維強化熱可塑性プラスチック（実施例Ｂ）を得る（Ｃ−ＦＲＴＰ積層板の形成）。この場合，Ｃ−ＦＲＴＰ積層板中の熱可塑性エポキシ樹脂組成物は，硬化が進んだ状態であり，熱可塑性エポキシ樹脂前駆体のほとんどが反応し，エポキシ樹脂となっている。 Further, the reinforcing fiber sheet impregnated with the thermoplastic epoxy resin composition is heated at 160 ° C. for 60 minutes to cure the thermoplastic epoxy resin composition. The heating time is lengthened in order to sufficiently cure. As a result, a carbon fiber reinforced thermoplastic (Example B) having a glass transition temperature: Tg of 100 ° C., a thickness t = 0.9 mm, and a resin content of 50% by volume is obtained (C-FRTP laminate). Formation). In this case, the thermoplastic epoxy resin composition in the C-FRTP laminate is in a cured state, and most of the thermoplastic epoxy resin precursor reacts to become an epoxy resin.
（比較例）
本発明の比較例では，熱硬化性エポキシ樹脂を母材とした炭素繊維強化熱硬化性エポキシ樹脂（以下，「Ｃ−ＦＲＰ」という。）のせん断強度を測定する。Ｃ−ＦＲＰの成形条件は下記のとおりである。
(Comparative example)
In the comparative example of the present invention, the shear strength of a carbon fiber reinforced thermosetting epoxy resin (hereinafter referred to as “C-FRP”) using a thermosetting epoxy resin as a base material is measured. The molding conditions for C-FRP are as follows.
（１）強化用繊維シートへの熱硬化性エポキシ樹脂組成物の含浸
強化用繊維シートに熱硬化性エポキシ樹脂組成物を含浸させる。
(1) Impregnation of the thermosetting epoxy resin composition into the reinforcing fiber sheet The reinforcing fiber sheet is impregnated with the thermosetting epoxy resin composition.
強化用繊維シートとして，実施例と同様に，炭素繊維織物（平織りカーボンクロス，東レ株式会社製Ｃ０６３４３，厚さ：０．２５ｍｍ，重量：１９５ｇ／ｍ２）４枚から構成される強化用繊維シートを用いる。 Reinforcing fiber sheet comprising four sheets of carbon fiber fabric (plain weave carbon cloth, C06343 manufactured by Toray Industries, Inc., thickness: 0.25 mm, weight: 195 g / m 2 ), as in the example, as the reinforcing fiber sheet. Is used.
熱硬化性エポキシ樹脂組成物として，油化シェルエポキシ株式会社製ビスフェノールＡ型液状エポキシ樹脂（商品名：エピコート８２８）：日立化成工業社製メチルテトラヒドロフタル酸無水物（商品名：ＨＮ−２２００）：日本油脂社製硬化促進剤テトラデシルメチルベンジルアンモニウムクロライド（商品名：Ｍ２−１００）を重量部で１００：８０：０．９の比率で混合・攪拌した混合液を用いる。 As a thermosetting epoxy resin composition, bisphenol A type liquid epoxy resin (trade name: Epicoat 828) manufactured by Yuka Shell Epoxy Co., Ltd .: methyltetrahydrophthalic anhydride (trade name: HN-2200) manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd .: A mixed solution prepared by mixing and stirring 100 parts by weight of a part of 100 parts by weight of a curing accelerator tetradecylmethylbenzylammonium chloride (trade name: M2-100) manufactured by Nippon Oil & Fats Co., Ltd. is used.
ＨＬＵ（ハンドレイアップ成形）法にて，ドライの状態の炭素繊維織物（平織りカーボンクロス，東レ株式会社製Ｃ０６３４３，厚さ：０．２５ｍｍ，重量：１９５ｇ／ｍ２）４枚に熱硬化性エポキシ樹脂組成物を含浸させる。 Thermosetting epoxy on 4 sheets of dry carbon fiber fabric (plain weave carbon cloth, C06343 manufactured by Toray Industries, Inc., thickness: 0.25 mm, weight: 195 g / m 2 ) by HLU (hand lay-up molding) method Impregnation with resin composition.
（２）加熱プレス
熱硬化性エポキシ樹脂組成物を含浸させた強化用繊維シートを加熱プレスの平板にセット，１２０℃にて１時間，成形圧力１．０ＭＰａでプレス成形する（Ｃ−ＦＲＰ積層板の形成）。
(2) Heating press A reinforcing fiber sheet impregnated with a thermosetting epoxy resin composition is set on a flat plate of a heat press and press-molded at 120 ° C. for 1 hour at a molding pressure of 1.0 MPa (C-FRP laminate) Formation).
Ｃ−ＦＲＰ積層板の仕上がり厚さは，実施例のＣ−ＦＲＴＰ積層板と同じｔ＝０．９ｍｍになるように調整し，樹脂体積含有率は５０％，マトリックス樹脂のガラス転移温度：Ｔｇが４０℃の炭素繊維強化熱可塑性プラスチック（比較例）を得た。このＣ−ＦＲＰ積層板は，熱硬化性エポキシ樹脂組成物が硬化途中のプリプレグ状態である。 The finished thickness of the C-FRP laminate was adjusted to be the same t = 0.9 mm as the C-FRTP laminate of the example, the resin volume content was 50%, and the glass transition temperature of the matrix resin: Tg A 40 ° C. carbon fiber reinforced thermoplastic (comparative example) was obtained. This C-FRP laminate is in a prepreg state where the thermosetting epoxy resin composition is being cured.
（接着強度の試験）
得られたＣ−ＦＲＴＰ積層板，Ｃ−ＦＲＰ積層板を平坦部でカットした平板を用いて，アルミニウムとのせん断強度（接着強度）を試験する。
(Adhesion strength test)
Shear strength (adhesive strength) with aluminum is tested using a flat plate obtained by cutting the obtained C-FRTP laminate and C-FRP laminate at a flat portion.
図２にせん断強度の試験体を示す。アルミニウム板Ｂ１，Ｂ２の間に，接着層Ｌａとして，Ｃ−ＦＲＴＰ積層板，Ｃ−ＦＲＰ積層板（実施例Ａ，Ｂ，比較例）を配置し，２０ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力で，１６０℃×１時間硬化させ，試験体を作製する。試験体をインストロン（モデル１１８６型）により５ｍｍ／ｍｉｎの速度で変位を与え，各温度（室温，６０℃，８０℃，１００℃，１２０℃，１４０℃）に於けるせん断強度（接着強度）を測定した。図３は，温度とせん断強度の関係を表すグラフであり，グラフＥａ，Ｅｂ，Ｅｘがそれぞれ，実施例Ａ，Ｂ，比較例に対応する。 FIG. 2 shows a specimen having shear strength. Between the aluminum plates B1 and B2, a C-FRTP laminate plate and a C-FRP laminate plate (Examples A and B, comparative examples) are arranged as an adhesive layer La, and a pressure of 20 kgf / cm 2 is applied at 160 ° C. Cure for 1 hour to make a specimen. The specimen was displaced by Instron (model 1186 type) at a speed of 5 mm / min, and shear strength (adhesion strength) at each temperature (room temperature, 60 ° C., 80 ° C., 100 ° C., 120 ° C., 140 ° C.). Was measured. FIG. 3 is a graph showing the relationship between temperature and shear strength. Graphs Ea, Eb, and Ex correspond to Examples A and B and Comparative Examples, respectively.
図３から判るように，ガラス転移温度Ｔｇが４０℃のＣ−ＦＲＴＰ（実施例Ａ）は，ガラス転移温度Ｔｇが４０℃のプリプレグ状態のＣ−ＦＲＰ（比較例）と同等のアルミニウムとの接着強度を有する。即ち，高圧ガス容器１１に強化用繊維シート硬化物（Ｃ−ＦＲＴＰ）を接触させた後に，加熱することで，強化用繊維シート硬化物中の反応性化合物の重合反応を進行させて熱可塑性エポキシ樹脂を形成させることで，高圧ガス容器１１との十分な接着強度を確保できる。 As can be seen from FIG. 3, C-FRTP (Example A) having a glass transition temperature Tg of 40 ° C. is bonded to aluminum equivalent to C-FRP in a prepreg state having a glass transition temperature Tg of 40 ° C. (Comparative Example). Has strength. That is, the cured fiber sheet cured product (C-FRTP) is brought into contact with the high-pressure gas container 11 and then heated to advance the polymerization reaction of the reactive compound in the cured fiber sheet cured product, so that the thermoplastic epoxy By forming the resin, sufficient adhesive strength with the high-pressure gas container 11 can be secured.
このときの加熱温度は，アルミニウム鋳物材の物性を変化させないように，１６０℃以下が望ましい。ナガセケムテックス社製ＸＮＲ６８５０をマトリックス樹脂とした場合，そのガラス転移温度Ｔｇが５０℃以下であっても，図３に示されるように，１６０℃×１時間以内の加熱硬化で高圧ガス容器１１との十分な接着強度が得られる。１６０℃×１時間程度で，繊維強化シート硬化物の加熱硬化はほぼ飽和する。 The heating temperature at this time is preferably 160 ° C. or lower so as not to change the physical properties of the cast aluminum material. When XNR6850 manufactured by Nagase ChemteX is used as a matrix resin, even if the glass transition temperature Tg is 50 ° C. or less, as shown in FIG. Sufficient adhesive strength can be obtained. In about 160 ° C. × 1 hour, the heat-cured fiber reinforced sheet is almost saturated.
ナガセケムテックス社製ＸＮＲ６８５０をマトリックス樹脂とした平織り炭素繊維強化シート硬化物（Ｃ−ＦＲＴＰ）では８００ＭＰａ以上，この樹脂をマトリックス樹脂とした炭素繊維強化シート硬化物（Ｇ−ＦＲＴＰ）では３００ＭＰａ以上と，熱硬化性樹脂をマトリックスにした炭素繊維強化シート硬化物（Ｃ−ＦＲＰ，比較例）と同等の機械的特性が得られる。 A plain weave carbon fiber reinforced sheet cured product (C-FRTP) using XNR6850 made by Nagase ChemteX Corporation as a matrix resin is 800 MPa or more, and a carbon fiber reinforced sheet cured product (G-FRTP) using this resin as a matrix resin is 300 MPa or more. Mechanical properties equivalent to those of a cured carbon fiber reinforced sheet (C-FRP, comparative example) using a thermosetting resin as a matrix can be obtained.
更に図３からは，強化用繊維に含浸した熱可塑性エポキシ樹脂（ナガセケムテックス社製ＸＮＲ６８５０）の重合反応を完全に進めた，ガラス転移温度Ｔｇ：１００℃の繊維強化シート硬化物（実施例Ｂ）でも，高圧ガス容器１１との十分な接着強度を確保できることが判る。 Further, from FIG. 3, a cured fiber reinforced sheet having a glass transition temperature Tg of 100 ° C. (Example B) in which a polymerization reaction of a thermoplastic epoxy resin impregnated in a reinforcing fiber (XNR6850 manufactured by Nagase ChemteX Corporation) has been completely advanced. However, it can be seen that sufficient adhesive strength with the high-pressure gas container 11 can be secured.
強化用繊維に含浸した熱可塑性エポキシ樹脂をそのガラス転移温度：Ｔｇ（実施例Ｂでは，１００℃）以上の温度で加熱溶融し，流動性を大きくすることで，被着体への濡れが充分となる。この結果，繊維強化シート硬化物の高圧ガス容器１１表面への接着性を確保できる。 The thermoplastic epoxy resin impregnated in the reinforcing fiber is heated and melted at a temperature equal to or higher than its glass transition temperature: Tg (100 ° C. in Example B), and the fluidity is increased to sufficiently wet the adherend. It becomes. As a result, the adhesiveness of the cured fiber reinforced sheet to the surface of the high-pressure gas container 11 can be ensured.
以上のように，本実施形態によれば，高圧ガス容器１１の破裂による周囲への飛散を簡便な方法で防止可能な，ガス絶縁開閉装置１０及び，現地施工が容易な製造方法を提供することができる。
As described above, according to this embodiment, it is possible to provide a gas-insulated
（その他の実施形態）
本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張，変更可能であり，拡張，変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
(Other embodiments)
Embodiments of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and can be expanded and modified. The expanded and modified embodiments are also included in the technical scope of the present invention.
１０ ガス絶縁開閉装置
１１ 高圧ガス容器
１２ 繊維強化熱可塑性プラスチック層
10 Gas Insulated Switchgear 11 High
Claims (9)
前記高圧ガス容器を被覆し，かつ強化用繊維シートと，前記強化用繊維シートに含浸される熱可塑性樹脂と，を有する，繊維強化熱可塑性プラスチック層と，
を具備することを特徴とするガス絶縁開閉装置。 A high pressure gas container;
A fiber-reinforced thermoplastic layer that covers the high-pressure gas container and has a reinforcing fiber sheet and a thermoplastic resin impregnated in the reinforcing fiber sheet;
A gas insulated switchgear characterized by comprising:
ことを特徴とする請求項１記載のガス絶縁開閉装置。 The gas insulated switchgear according to claim 1, wherein the thermoplastic resin is a thermoplastic epoxy resin.
ことを特徴とする請求項２に記載のガス絶縁開閉装置。 The thermoplastic epoxy resin is at least one selected from the group consisting of a first bifunctional compound having two epoxy groups, a phenolic hydroxyl group, an amino group, a carboxyl group, a mercapto group, an isocyanate group, and a cyanate ester group. The gas insulated switchgear according to claim 2, wherein the gas insulated switchgear is obtained by polymerizing a second bifunctional compound having two functional groups.
をさらに具備することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のガス絶縁開閉装置。 The gas insulated switchgear according to any one of claims 1 to 3, further comprising a corrosion-resistant layer that covers the fiber-reinforced thermoplastic layer.
前記強化用繊維シートを加熱して，前記高圧ガス容器に接着させるステップと，
を具備することを特徴とするガス絶縁開閉装置の製造方法。 Coating at least a portion of the high-pressure gas container with a reinforcing fiber sheet impregnated with a thermoplastic epoxy resin composition comprising a thermoplastic epoxy resin;
Heating and reinforcing the reinforcing fiber sheet to the high-pressure gas container;
A method for manufacturing a gas insulated switchgear, comprising:
ことを特徴とする請求項６記載のガス絶縁開閉装置の製造方法。 The method of manufacturing a gas insulated switchgear according to claim 6, wherein the thermoplastic epoxy resin composition contains a precursor of the thermoplastic epoxy resin.
ことを特徴とする請求項６または７記載のガス絶縁開閉装置の製造方法。 The method for manufacturing a gas insulated switchgear according to claim 6 or 7, wherein a temperature for heating the reinforcing fiber sheet is equal to or higher than a glass transition temperature of the thermoplastic epoxy resin.
前記高圧ガス容器の少なくとも一部を矩形状の前記強化用繊維シートで被覆するステップ，または
前記高圧ガス容器の少なくとも一部に短冊状の前記強化用繊維シートを巻き付けるステップ，を含む
ことを特徴とするガス請求項６乃至８のいずれか１項に記載の絶縁開閉装置の製造方法。 The coating step comprises:
Covering at least a part of the high-pressure gas container with the rectangular reinforcing fiber sheet, or winding the strip-like reinforcing fiber sheet around at least a part of the high-pressure gas container. A method for manufacturing an insulated switchgear according to any one of claims 6 to 8.
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