JP6348401B2 - 含浸注形用エポキシ樹脂組成物、コイル部品及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、かかる知見に基づいて完成したものである。
[1](A)エポキシ樹脂、(B)酸無水物、(C)硬化促進剤、(D)シリカ粉、及び(E)液状重合禁止剤を含み、前記(A)エポキシ樹脂100質量部中に、(A−1)液状ビスフェノール型エポキシ樹脂を40〜80質量部、(A−2)脂環式エポキシ樹脂を20〜60質量部含み、且つ、前記(A−2)脂環式エポキシ樹脂全量に対して、前記(E)液状重合禁止剤を0.06〜0.30%含む、含浸注形用エポキシ樹脂組成物。
[2]前記(E)液状重合禁止剤が、液状リン酸エステル又はその塩である、上記[1]に記載の含浸注形用エポキシ樹脂組成物。
[3]前記(A)エポキシ樹脂、前記(D)シリカ粉、及び前記(E)液状重合禁止剤が主剤成分で、前記(B)酸無水物、及び前記(C)硬化促進剤が硬化剤成分である、上記[1]又は[2]に記載の含浸注形用エポキシ樹脂組成物。
[4]上記[1]〜[3]のいずれか一項に記載の含浸注形用エポキシ樹脂組成物をコイルに含浸させ、次いで、加熱硬化させてなる、コイル部品。
[5]コイルを金型内に固定して金型内を真空状態とし、上記[1]〜[3]のいずれか1項に記載の含浸注形用エポキシ樹脂組成物を金型内に注形し加熱硬化させる、コイル部品の製造方法。
成分(A)
本発明で用いる成分(A)のエポキシ樹脂100質量部中に、(A−1)液状ビスフェノール型エポキシ樹脂を40〜80質量部、(A−2)脂環式エポキシ樹脂を20〜60質量部含み、(A−1)を好ましくは50〜80質量部、より好ましくは60〜80質量部、更に好ましくは65〜75質量部含み、(A−2)を好ましくは20〜50質量部、より好ましくは20〜40質量部、更に好ましくは25〜35質量部含む。エポキシ樹脂100質量部中に、(A−2)を上記の範囲で含むことにより、コイルへの含浸性が良くなり、絶縁信頼性を向上させることができる。
3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3′,4′−エポキシシクロヘキサンカルボキシレートの市販品としては〔(株)ダイセル製、商品名:セロキサイド#2021P、エポキシ当量:128〜140〕、〔サンケミカル(株)製、商品名:TTA21、エポキシ当量:252〕などが挙げられる。
本発明で用いる成分(B)の酸無水物としては、通常、エポキシ樹脂の硬化剤として用いられる分子中に酸無水物基を有するものであれば特に制限なく用いることができ、例えば、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸(Me−HHPA)、メチルテトラヒドロ無水フタル酸(Me−THPA)、テトラヒドロ無水フタル酸(THPA)等の脂環式酸無水物、無水フタル酸等の芳香族酸無水物、脂肪族二塩基酸無水物(PAPA)等の脂肪族酸無水物等が挙げられる。中でも、脂環式酸無水物が好ましく用いることができる。
本発明で用いる成分(C)の硬化促進剤は、一般的に用いられるもの、例えば、第3級アミン、4級アンモニウム塩、イミダゾール類、有機ホスフィン、ルイス酸触媒等が挙げられる。
第3級アミンとしては、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、ベンジルジメチルアミン、2,4,6−トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール等、4級アンモニウム塩としては、DBU〔1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン−7〕のオクチル酸塩〔サンアプロ(株)製、商品名:SA102)、DBN〔1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]−5−ノネン〕や3級アミンとカルボン酸との塩である4級アンモニム塩系〔サンアプロ(株)製、商品名:U−CAT2313〕、オクタデシルトリメチルアンモニウムクロライド〔日油株式会社製、商品名:ニッサンカチオンRAB−600、凝固点60〜66℃〕、テトラアルキル(各アルキル基の炭素数1〜18)アンモニウム塩[例えばテトラエチルアンモニウムブロマイド、テトラブチルアンモニウムブロマイド、テトラアルキルアンモニウムカルボン酸塩(カルボン酸の炭素数1〜12)]、イミダゾール類としては、1−ベンジル−2−メチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール、2−ウンデシルイミダゾール、1,2−ジメチルイミダゾール、1−ベンジル−2−フェニルイミダゾール等、有機ホスフィンとしては、トリフェニルホスフィン、トリフェニルホスフィン−トリフェニルボレート、トリス(p−メトキシフェニル)ホスフィン、テトラフェニルホスフォニウム・テトラフェニルボレート等、ルイス酸触媒としては、具体的には、例えば、三フッ化ホウ素アミン錯体、三塩化ホウ素アミン錯体、三フッ化ホウ素エチルアミン錯体などのルイス酸触媒などが挙げられる。
中でも、硬化性の観点からベンジルジメチルアミン又は4級アンモニム塩を使用することが好ましい。
これらは単独又は2種類以上を混合して使用することができる。
本発明で用いる成分(D)のシリカ粉としては、溶融シリカ、溶融球状シリカ、及び破砕シリカが好ましく用いることができ、例えば、ヒューズレックスRD−8、ヒューズレックスRD−120、ヒューズレックスE−1、ヒューズレックスE−2、MRS−15、MRS−3500(以上、株式会社龍森製、商品名)等が挙げられる。これらは単独又は2種以上混合して使用することができる。
シリカ粉の平均粒径は、通常、1〜30μm程度、好ましくは5〜20μmである。なお、この平均粒径は、レーザ回折散乱方式(たとえば、島津製作所製、装置名:SALD-3100)により測定された値である。
カップリング剤としては、シランカップリング剤、チタン系カップリング剤、アルミニウム系カップリング剤等を用いることができ、耐湿性等の特性向上に優れていることから、シランカップリング剤を用いることが好ましく、特に、エポキシシランカップリング剤を用いることが好ましい。
エポキシシランカップリング剤の具体例としては、例えば、γ−グリシドキシプロピルメチルトリエトキシシラン(日本ユニカー(株)製、商品名:A−1871)、γ−グリシドキシプロピルメチルトリメトキシシラン(日本ユニカー(株)製、商品名:A−187)、γ−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン(信越化学工業(株)製、商品名:KBM−402)、β−(3,4−エポキシシクロへキシル)エチルトリメトキシシラン(日本ユニカー(株)製、商品名:A−186)等が挙げられ、これらは単独又は2種以上混合して使用することができる。
本発明で用いる成分(E)の液状重合禁止剤は、樹脂組成物中に前記成分(A−2)の脂環式エポキシ樹脂全量に対して、600〜3000ppm含まれ、好ましくは700〜2500ppm、より好ましくは800〜2000ppm、更に好ましくは900〜1500ppm含まれる。600ppm以上とすることで、脂環式エポキシ樹脂の自己重合を抑制し、加熱攪拌時の樹脂の粘度上昇を抑えることができ、3000ppm以下とすることで、樹脂の粘度低下を抑制し、成分(D)のシリカ粉の沈降を抑えることができる。
固体の重合禁止剤は、樹脂中に分散させることが難しく、樹脂中での分散に偏りが生じやすいが、液状の重合禁止剤は、樹脂中の分散に偏りが生じ難く、樹脂の自己重合を抑制することができる。よって、液状の重合禁止剤であれば、成分(A−2)の脂環式エポキシ樹脂にあらかじめ添加することなく使用時に常温で分散可能である。
液状重合禁止剤の具体例としては、DOP−8NV、TOP−OV、TLP−4、TDP−2、DDP−2(以上、日光ケミカルズ(株)製、商品名)等が挙げられる。
通常は、主剤成分と硬化剤成分の2液型として注形直前に両者を混合することが好ましい。その一例として、前記成分(A)のエポキシ樹脂、成分(D)のシリカ粉、及び成分(E)の液状重合禁止剤を混合して調製した主剤成分と、別途前記成分(B)の酸無水物、及び成分(C)の硬化促進剤を混合して調製した硬化剤成分の2液型として注形直前に両者を混合するのが好ましい。
なお、成分(D)のシリカ粉を主剤成分、及び硬化剤成分に配分してもよく、その場合には、主剤成分、及び硬化剤成分を混合した後のシリカ粉配合量が、上記で説明したシリカ粉の配合量となるように調製すればよい。こうして得られた含浸注形用エポキシ樹脂組成物は、自動車用点火コイル等の含浸注形用樹脂組成物として使用することができる。
また、本発明によれば、上記主剤成分のコイルへの含浸性は、好ましくは60〜90%、より好ましくは65〜85%とすることができる。
まず、コイルを金型内に固定して金型内を真空状態とし、本発明の含浸注形用エポキシ樹脂組成物を金型内に注形してコイル内に含浸させ、100〜300℃、好ましくは150〜200℃程度の温度で、0.5〜5時間、好ましくは1〜3時間程度加熱硬化させることにより本発明のコイル部品を得ることができる。含浸率は80%以上であることが好ましい。
成分(A−1)として、液状のビスフェノールAジグリシジルエーテル型エポキシ樹脂〔三井化学(株)製、商品名:R−14OP、エポキシ当量180〜190〕70部、成分(A−2)として、脂環式エポキシ樹脂〔(株)ダイセル製、商品名:セロキサイド#2021P、エポキシ当量:128〜140〕30部、成分(E)の液状重合禁止剤として、液状リン酸エステル塩〔日光ケミカルズ(株)製、商品名:DOP−8NV〕0.03部、成分(D)として、溶融シリカ〔(株)龍森製、品番E−2、平均粒径7μm〕180部、消泡剤〔モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ(株)製、商品名:TSA720〕0.1部、エポキシシランカップリング剤〔日本ユニカー(株)製、製品名:A−187〕0.5部を配合して1時間、真空下、万能混合機を用いて混合することにより主剤成分を調製した。
これとは別に、成分(B)の酸無水物としてメチルヘキサヒドロ無水フタル酸〔日立化成(株)製、商品名:HN5500E〕100部、成分(C)の硬化促進剤としてベンジルアミン〔花王(株)製、商品名:カオーライザーNO.20〕0.5部を配合して1時間、真空下、万能混合機を用いて混合することにより硬化剤成分を調製した。
次いで、上記主剤成分100部に対して、上記硬化剤成分34質量部を、万能混合機を用いて混合して含浸注形用エポキシ樹脂組成物を調製した。
表1に示した配合組成によって実施例1と同様に含浸注形用エポキシ樹脂組成物および比較用のエポキシ樹脂組成物を調製した。
<評価項目>
(1)主剤成分の粘度
主剤成分の粘度を、B型粘度計を用いて、100℃、回転速度60rpmの条件で測定した。
(2)主剤成分の沈降性
1L丸缶(直径110mm)に、主剤成分を1Kg注入し、100℃にて2時間放置した。放置後、ステンレス製の定規を用いて、丸缶の底部に沈降したシリカ粉の層厚みを底面からの高さとして計測した。
沈降性の評価基準
○:沈降なし
×:1mm以上の沈降あり
(3)ゲルタイム
樹脂組成物10gを注入した試験管を140℃のオイルバスに入れ、樹脂組成物が硬化した時間を測定した。
(4)樹脂組成物のコイルへの含浸性(含浸率)
樹脂組成物のコイル巻き線部への含浸率の測定を行なった。測定温度は25℃である。
直径55μmのマグネットワイヤーをアルミナ製ボビンに22000回巻きつけたものについて、樹脂組成物の含浸性を、コイル巻き線部に樹脂が浸透した部位(含浸部位)の割合(含浸率)を下記式により計算して数値化して下記の基準で評価した。
使用したボビンの幅は10mm、コイル巻き線部のボビン直径方向の厚さは5mmである。ボビンを入れる容器の高さはボビンの幅10mmより高い約15mmである。容器の内径はボビンのコイル巻き線部の外径30mmより大きい50mmである。ボビンの中心孔の上部を真空ラインに連結して、樹脂組成物を容器の高さまで流し込み、約2分真空ラインを稼動させて樹脂組成物をコイル巻き線部に含浸させた。
含浸率=(含浸部位面積)×100/(含浸部位面積+未含浸部位面積)
(5)ガラス転移点
樹脂組成物を100℃で3時間、次いで150℃で3時間加熱硬化後、TMA法により、昇温速度15℃/分として室温から185℃まで昇温させて測定した。
(6)熱膨張率
樹脂組成物を100℃で3時間、次いで150℃で3時間加熱硬化後、TMA法により、昇温速度15℃/分として室温から185℃まで昇温させて測定した。
(7)曲げ強さ、曲げ弾性率
樹脂組成物を90℃で2時間、次いで120℃で2時間、更に150℃で2時間、加熱硬化させて得られた硬化物についてJIS C2105に準じ、温度25℃において測定した。
(8)絶縁信頼性
東京精電(株)製の絶縁破壊試験機を用いて硬化物の絶縁破壊電圧をJIS C2110に準じ、温度25℃において測定した。
表1から、実施例1〜5の成分(E)を特定の割合で含む樹脂組成物は、比較例の樹脂組成物に比べて、樹脂の粘度上昇を抑えることができ、コイルへの含浸性が良く、作業性に優れていた。また、実施例1〜5の樹脂組成物では、シリカ粉の沈降はみられず、硬化物の機械的強度、及び絶縁信頼性に優れることがわかった。
Claims (5)
- (A)エポキシ樹脂、(B)酸無水物、(C)硬化促進剤、(D)シリカ粉、及び(E)アルキル基の炭素数12〜18のアルキルリン酸エステル、アルキル基の炭素数12〜18のポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸エステル、アルキル基の炭素数12〜18のアルキルリン酸エステル塩、およびアルキル基の炭素数12〜18のポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸エステル塩から選ばれる液状重合禁止剤を含む、含浸注形用エポキシ樹脂組成物であって、
前記(A)エポキシ樹脂100質量部中に、(A−1)液状ビスフェノール型エポキシ樹脂を40〜80質量部、(A−2)脂環式エポキシ樹脂を20〜60質量部含み、且つ、
前記(E)液状重合禁止剤を、前記含浸注形用エポキシ樹脂組成物中に、前記(A−2)脂環式エポキシ樹脂全量に対して0.06〜0.30%含む、含浸注形用エポキシ樹脂組成物。 - 前記(E)液状重合禁止剤が、アルキル基の炭素数12〜18のアルキルリン酸エステル、およびアルキル基の炭素数12〜18のポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸エステル塩から選ばれる、請求項1記載の含浸注形用エポキシ樹脂組成物。
- 前記(A)エポキシ樹脂、前記(D)シリカ粉、及び前記(E)液状重合禁止剤を含む主剤成分と、前記(B)酸無水物、及び前記(C)を含む硬化剤成分とからなる2液型である、請求項1又は2に記載の含浸注形用エポキシ樹脂組成物。
- 請求項1〜3のいずれか一項に記載の含浸注形用エポキシ樹脂組成物をコイルに含浸させ、次いで、加熱硬化させてなる、コイル部品。
- コイルを金型内に固定して金型内を真空状態とし、請求項1〜3のいずれか1項に記載の含浸注形用エポキシ樹脂組成物を金型内に注形し加熱硬化させる、コイル部品の製造方法。
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