JP2023010288A - 電力機器用樹脂組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】 異なる樹脂を積層することなく樹脂組成物の誘電率が傾斜可能に構成され、かつ絶縁耐性を備える傾斜機能材料を実現する。
【解決手段】 熱硬化性樹脂と無機充填材とを含み、前記無機充填材が反強誘電性充填材を含む、電力機器用樹脂組成物。
【選択図】 なし

Description

本発明は電力機器用樹脂組成物に関する。本発明は、特には、絶縁性に優れ、電界強度の増加に伴い誘電率が変化する電力機器用樹脂組成物に関する。

開閉装置、配電盤、モールド変圧器などの電力機器においては、エポキシ樹脂などの注型樹脂組成物が用いられている。エポキシ樹脂は、高強度、高靱性、耐熱性、電気絶縁性の点において特に優れている

近年、電力機器の小型化に伴い、高電圧導体の表面の電界強度が上昇する傾向がある。このような電力機器において絶縁性能を確保するため、高電圧導体に樹脂を被覆する複合絶縁が採用されている。また、電力機器における支持絶縁物に対して抵抗率や誘電率を傾斜された傾斜機能材料などが開発されている。

ところで、誘電率を傾斜させる傾斜機能材料には、母材中に誘電率の異なる無機フィラーの比率を変化させて充填させる方法と、電界強度の変化に対して母材中の無機フィラーの誘電率が変化することにより樹脂材料の誘電率を傾斜させる方法がある。

高電圧導体を接地タンク内で支持する絶縁スペーサであって、非線形誘電率材料がコーティングされている絶縁スペーサが知られている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１に開示される非線形誘電率材料は、エポキシ母材にチタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム及びチタン酸カルシウムから選択される充填材を充填してなり、これにより、金属異物が付着しても電界強調の抑制が可能とされている。

特開2016-101080号公報

母材中に誘電率の異なる無機フィラーの比率を変化させて充填した傾斜機能材料は、遠心力を負荷する必要がある場合や、複数の混合液を複数の貯蔵漕から注入するため、誘電率の異なる樹脂が混ざり合うなどして複数の誘電率を有する樹脂の傾斜積層が難しい課題がある。

特許文献１に開示された非線形誘電率材料は、絶縁耐性が十分ではなく、例えば開閉装置のスペーサなど絶縁耐性が必要な電力機器に使用するには問題があった。

複数の誘電率を有する異なる樹脂を積層することなく樹脂組成物の誘電率が傾斜可能に構成され、かつ絶縁耐性を備える傾斜機能材料を実現することが求められる。

本発明者らは鋭意検討の結果、電界強度の変化に対して誘電率が変化する反強誘電体化合物を母材樹脂に充填することに想到し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、一実施形態によれば、電力機器用樹脂組成物であって、熱硬化性樹脂と充填材とを含み、前記充填材が反強誘電性充填材を含む。

前記電力機器用樹脂組成物において、前記反強誘電性充填材が、ジルコン酸鉛、ハフニウム酸鉛、ランタン添加チタン酸ジルコン酸鉛、リン酸二水素アンモニウム、ニオブ酸ナトリウム、ニオブ酸カリウム、酸化タングステン、ギ酸銅四水和物から選択される１種以上の化合物であることが好ましい。

前記電力機器用樹脂組成物において、前記反強誘電性充填材が、電力機器用樹脂組成物全体の体積を１００％とした場合に、１０～８０体積％含まれることが好ましい。

前記電力機器用樹脂組成物において、前記反強誘電性充填材の平均粒子径が５００μｍ以下であることが好ましい。

前記電力機器用樹脂組成物において、前記熱硬化性樹脂が、エポキシ樹脂主剤及び硬化剤を含むことが好ましい。

前記電力機器用樹脂組成物において、前記充填材が、アルミナ、溶融シリカ、結晶性シリカ、水和アルミナ、タルク、ドロマイト、酸化マグネシウム、ベーマイト、酸化チタン、炭酸マグネシウム、窒化ホウ素、炭酸カルシウム、炭化ケイ素、ガラス繊維から選択される１種以上の無機充填材をさらに含むことが好ましい。

本発明によれば、従来の積層法や遠心力を負荷する製法を用いることなく、電気絶縁性および電界緩和性に優れた樹脂組成物を得ることができる。

以下に、本発明の実施の形態を説明する。ただし、本発明は、以下に説明する実施の形態によって限定されるものではない。

本発明は一実施形態によれば、電力機器用樹脂組成物に関する。本実施形態による電力機器用樹脂組成物は、熱硬化性樹脂と充填材とを含む。また、電力機器用とは、モールド変圧器、絶縁塗料、配電盤、半導体装置などの電力機器の一部を構成する樹脂として用いられることをいう。したがって、本実施形態による電力機器用樹脂組成物は、所定の誘電特性と、絶縁特性を備えることが好ましい。

電力機器用樹脂組成物を構成する熱硬化性樹脂は、特に限定されず、電力機器の仕様に適合する任意の熱硬化性樹脂を用いることができる。熱硬化性樹脂の例としては、例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、シアネート樹脂、マレイミド樹脂、メミラン樹脂、尿素樹脂、シリコーン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等を挙げることができるがこれらには限定されない。特には、エポキシ樹脂を用いることが好ましい。絶縁性に優れ、硬化収縮性が小さいためである。

熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を用いる場合、エポキシ樹脂主剤と、エポキシ樹脂の硬化剤と、任意選択的に硬化促進剤とを用いることができる。

エポキシ樹脂主剤は、脂肪族エポキシ樹脂であってよく、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、ビスフェノールＡＤ型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、３官能以上の多官能型エポキシ樹脂等が挙げられるが、これらには限定されない。これらを単独で、または２種類以上混合して使用することができる。

エポキシ樹脂主剤はまた、脂環式エポキシ樹脂であってよく、単官能型脂環式エポキシ樹脂、２官能型脂環式エポキシ樹脂、３官能以上の多官能型脂環式エポキシ樹脂等が挙げられるが、これらには限定されない。脂環式エポキシ樹脂も、単独で、または異なる２種以上の脂環式エポキシ樹脂を混合して用いることができる。

硬化剤としては、エポキシ樹脂主剤と反応し、硬化しうるものであれば特に限定されない。硬化剤の例としては、酸無水物系硬化剤、フェノール系硬化剤、アミン系硬化剤を挙げることができる。中でも、酸無水物系硬化剤を用いることが好ましい。酸無水物系硬化剤としては、例えば芳香族酸無水物、具体的には無水フタル酸、無水ピロメリット酸、無水トリメリット酸等が挙げられる。あるいは、環状脂肪族酸無水物、具体的にはテトラヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、無水メチルナジック酸等、もしくは脂肪族酸無水物、具体的には無水コハク酸、ポリアジピン酸無水物、ポリセバシン酸無水物、ポリアゼライン酸無水物等を挙げることができる。

硬化剤の配合量は、エポキシ樹脂主剤１００質量部に対し、５０質量部以上であって１７０質量部以下程度とすることが好ましく、８０質量部以上であって１５０質量部以下程度とすることがより好ましい。

硬化性樹脂には、さらに、任意選択的な成分として、硬化促進剤を含めることができる。硬化促進剤としては、イミダゾールもしくはその誘導体、三級アミン、ホウ酸エステル、ルイス酸、有機金属化合物、有機酸金属塩等を適宜配合することができる。硬化促進剤の添加量は、熱硬化性樹脂主剤１００質量部に対して、０．０１質量部以上であって５０質量部以下とすることが好ましく、０．１質量部以上であって２０質量部以下とすることがより好ましい。

電力機器用樹脂組成物は、必須成分として充填材を含む。充填材は、反強誘電性充填材を含み、任意選択的に反強誘電体ではない無機充填材を含んでもよい。反強誘電性充填材は、特には限定されないが、ジルコン酸鉛、ハフニウム酸鉛、ランタン添加チタン酸ジルコン酸鉛、リン酸二水素アンモニウム、ニオブ酸ナトリウム、ニオブ酸カリウム、酸化タングステン、ギ酸銅四水和物から選択することができ、これらの２種類以上の組み合わせであってもよい。

反強誘電性充填材の形状は特には限定されず、球状、粒状、針状、扁平形状、楕円状、板状、破砕された形状などを挙げることができる。反強誘電性充填材の形状は、電力機器用樹脂組成物の使用態様によっても異なるが、電力機器用樹脂組成物の増粘を防止し、かつ比較的多量に反強誘電性充填材を樹脂中に含める観点からは、球状とすることができる。

反強誘電性充填材は、粒子径が５００μｍ以下であることが好ましく、１μｍ程度以上であって、５００μｍ以下であることがさらに好ましい。反強誘電性充填材の粒子径とは、レーザー回折法により測定した平均粒子径をいうものとする。また、球状以外の充填材についての粒子径とは、最も長い径をいうことができる。反強誘電性充填材の好ましい粒子径は、電力機器用樹脂組成物の使用態様によっても異なり、使用態様に適合するように、当業者が適宜設定することができる。したがって、例えば、電力機器用樹脂組成物を薄膜状のコーティングとして電力機器に適用する場合には、１μｍ程度以上であって、５０μｍ以下程度とすることができる。

反強誘電性充填材の充填量は、電力機器用樹脂組成物全体の体積を１００％とした場合に、反強誘電性充填材の体積が１０～８０％となるように充填することが好ましく、１０～６０％となるように充填することがさらに好ましい。

任意選択的な充填材としては、特には限定されず、絶縁性を備え、反強誘電性充填材ではない一般的な充填材を用いることができる。例えば、アルミナ、溶融シリカ、結晶性シリカ、水和アルミナ、水酸化アルミニウム、タルク、ドロマイト、酸化マグネシウム、ベーマイト、酸化チタン、炭酸マグネシウム、ジルコニア、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、炭酸カルシウム、炭化ケイ素、クレー、マイカ、ガラス繊維などの無機充填材から選択することができるが、これらには限定されない。チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウムなども絶縁耐性を低下させない程度に少量であれば含んでもよい場合がある。これらの無機充填材は、単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。

反強誘電性充填材以外の無機充填材の粒子形状は特に限定されず、反強誘電性充填材の形状と同様の選択肢から適宜選択することができる。ある実施形態においては、無機充填材の粒子形状は球状とすることができる。無機充填材の粒子径も、特に限定されず、マイクロフィラー、ナノフィラー、あるいはこれらの混合物を含むことができる。

反強誘電性充填材以外の無機充填材の充填量は、特には限定されず、電力機器に適用する樹脂組成物の所望の特性に合わせて当業者が適宜選択することができる。無機充填材の充填量は、例えば、電力機器用樹脂組成物全体の体積を１００％とした場合に、反強誘電性充填材以外の無機充填材の充填量の体積分率が、８０％以下程度となるように充填することが好ましく、３０～７０％となるように充填することがさらに好ましい。また、反強誘電性充填材と、反強誘電性充填材以外の無機充填材との総量が、電力機器用樹脂組成物全体の体積を１００％とした場合に、１０～８０％とすることが好ましく、３０～７０％とすることがさらに好ましい。

電力機器用樹脂組成物には、その特性を阻害しない範囲で、任意選択的な添加剤を含んでいてもよい。添加剤としては、例えば、難燃剤、樹脂を着色するための顔料、耐クラック性を向上するための可塑剤やシリコンエラストマーが挙げられるが、これらには限定されない。これらの任意成分、およびその添加量は、当該樹脂に要求される仕様に応じて、当業者が適宜決定することができる。また、電力機器用樹脂組成物には、導電性の成分等は含まないことが好ましい。

電力機器用樹脂組成物は、上記の成分を適宜混合することにより得ることができる。得られた電力機器用樹脂組成物は、必要な形状に成形し、加熱硬化することができる。成形は、例えば、注型法により成型することや、塗布法により電力機器の適切な部位に層状に塗布することにより実施することができる。また、加熱硬化は使用する樹脂の種類に適合した加熱温度、加熱時間、加熱方法にて、適宜実施することができる。

本発明に係る電力機器用樹脂組成物によれば、電界強度の変化に対して誘電率が傾斜する傾斜機能材料を提供することができる。特には、本発明に係る電力機器用樹脂組成物は、反強誘電性充填材を用いることにより、樹脂の絶縁性に影響を与えることなく所望の誘電率特性を付与することができる点で、電力機器の構成部材として特に有利である。

本発明に係る電力機器用樹脂組成物は、電気絶縁性および電界緩和性に優れているため開閉装置の絶縁スペーサや、高圧導体への被覆樹脂などに使用される。また、モールド変圧器、絶縁塗料、配電盤、半導体装置などの注型樹脂において適用することができる。

Claims (6)

1. 熱硬化性樹脂と充填材とを含み、前記充填材が反強誘電性充填材を含む、電力機器用樹脂組成物。
2. 前記反強誘電性充填材が、ジルコン酸鉛、ハフニウム酸鉛、ランタン添加チタン酸ジルコン酸鉛、リン酸二水素アンモニウム、ニオブ酸ナトリウム、ニオブ酸カリウム、酸化タングステン、ギ酸銅四水和物から選択される１種以上の化合物である、請求項１に記載の電力機器用樹脂組成物。
3. 前記反強誘電性充填材が、電力機器用樹脂組成物全体の体積を１００％とした場合に、１０～８０体積％含まれる、請求項１または２に記載の電力機器用樹脂組成物。
4. 前記反強誘電性充填材の平均粒子径が５００μｍ以下である、請求項１～３のいずれか１項に記載の電力機器用樹脂組成物。
5. 前記熱硬化性樹脂が、エポキシ樹脂主剤及び硬化剤を含む、請求項１～４のいずれか１項に記載の電力機器用樹脂組成物。
6. 前記充填材が、アルミナ、溶融シリカ、結晶性シリカ、水和アルミナ、タルク、ドロマイト、酸化マグネシウム、ベーマイト、酸化チタン、炭酸マグネシウム、窒化ホウ素、炭酸カルシウム、炭化ケイ素、ガラス繊維から選択される１種以上の無機充填材をさらに含む、請求項１～５のいずれか１項に記載の電力機器用樹脂組成物。