绝缘材料以及使用该绝缘材料的高电压设备制造技术

提高绝缘材料特定方向的耐电压强度以及与该方向垂直的方向的韧性，使用该绝缘材料来提高高电压设备的可靠性。对于本发明专利技术，在含有母材树脂51、层状化合物53和微粒52的绝缘材料中，层状化合物53和微粒52为分散在母材树脂51中的状态，层状化合物53使用板状或棒状物质，其长轴在一定的方向上取向，微粒52为多个凝集而形成枝状结构，并且分散在相邻的层状化合物53之间的状态。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】绝缘材料以及使用该绝缘材料的高电压设备
本专利技术涉及绝缘材料以及将该绝缘材料用于需要电绝缘位置的高电压设备。
技术介绍
对于以模铸变压器、开关装置和电动机为代表的高电压设备，从节能、节省资源以及高效率化的观点考虑，正在推进设备的小型化。随着设备的小型化，如果构成设备的绝缘材料薄膜化，则绝缘材料的低韧性值化、低绝缘耐压化以及因内部产生的热而导致的温度上升会成为问题。为了提高绝缘材料的特性，在绝缘材料中添加无机材料和有机材料是有效的。特别是为了提高绝缘材料的绝缘耐压，通常已知有添加粘土等绝缘性高的层状化合物的方法。专利文献1中公开了通过在离聚物树脂中配合有机化粘土并挤出成型，从而形成有机化粘土取向的结构，由此提高弹性模量和机械强度的技术。专利文献2中公开了含有环氧树脂、环氧树脂用固化剂以及由层状粘土矿物构成的无机纳米粒子，并且该无机纳米粒子均匀分散在环氧树脂中的耐部分放电性树脂组合物。专利文献3中公开了在含有环氧树脂、环氧树脂用固化剂以及层状粘土化合物的环氧树脂组合物中，在层状粘土化合物的层间插入季铵离子，从而增大层间距离，使层间为亲油性的技术。另外，在非专利文献1中记载了树脂韧性值由于网眼结构而提高的现象的分析结果。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2009－235149号公报专利文献2：日本特开2009－191239号公报专利文献3：日本特开2005－179569号公报非专利文献非专利文献1：A.Sano,A.Ohtake,K.Kobayashi,H.Matsumoto:DevelopmentofSimulationTechniquesforMechanicalStrengthofNanocompositeInsulatingMaterials,ISEIM2011
技术实现思路
专利技术要解决的问题在树脂中添加层状化合物，并使层状化合物在树脂内部取向时，能够提高层状化合物的层叠方向的阻气性、绝缘性等特性。一般而言，异种材料间的粘接界面与同种材料的粘接强度相比，容易产生剥离以及裂纹扩展。在产生热的条件下，除了粘接强度的效果外，还容易因热膨胀率的差异而产生剥离。因此，在使用电子显微镜观察在绝缘材料内部添加了层状化合物的树脂的断裂面时，多在其断裂面上观察到层状化合物。进一步，如果层状化合物在内部取向，则由于层状化合物的裂纹容易扩展的层平面方向在一个方向上排列，因此与层状化合物的层叠方向垂直的方向上的韧性下降。在专利文献1中，关于裂纹扩展的各向异性以及在其中扩展的裂纹，没有适当记载，并且对于韧性值和绝缘耐压性高的绝缘材料也没有记载。另外，在专利文献2和3中，将层状粘土矿物或层状粘土化合物均匀分散是效果之一。然而，仅仅均匀分散，无法充分地抑制裂纹的扩展。在非专利文献1中，虽然描述了通过网眼结构来抑制裂纹扩展，但没有形成取向结构，并且对于发挥取向结构特有的优点，也没有记载。本专利技术的目的在于，提高绝缘材料特定方向的耐电压强度以及与该方向垂直的方向的韧性，并且使用该绝缘材料来提高高电压设备的可靠性。解决问题的方法本专利技术的特征在于，在含有为树脂的母材、层状化合物和微粒的绝缘材料中，层状化合物和微粒为分散在母材中的状态，层状化合物使用板状或棒状物质，其长轴在一定的方向上取向，微粒为多个凝集而形成枝状结构，并且分散在相邻的层状化合物之间的状态。专利技术效果根据本专利技术，由于取向的层状化合物提高绝缘性，同时与母材树脂的亲和性低的微粒形成枝状结构而提高韧性，因此能够得到绝缘耐压高并且韧性值高的绝缘材料。附图说明图1A是表示裂纹扩展路径的示意图。图1B是表示裂纹扩展路径的示意图。图2是表示剥离路径长度与剥离能量的关系的图。图3是表示用于测定试验片的韧性值的实验体系的概略立体图。图4是表示实施例的树脂固化物的截面SEM图像。图5是表示实施例的树脂固化物的微细结构的示意图。图6是表示微粒的数量比例相对于层状化合物与微粒的极性差的图。图7A是表示实施例的树脂固化物的微细结构的示意图。图7B是表示实施例的树脂固化物的微细结构的示意图。图8是表示电动机等中使用的电线的截面图。图9是表示模铸变压器概略的部分截面立体图。图10是表示电动机定子部概略的部分截面立体图。具体实施方式本专利技术特征在于，在含有为树脂的母材、层状化合物和微粒，并且层状化合物取向的绝缘材料中，微粒在层状化合物的周围凝集，形成了枝状结构(以下，也称为“树枝状结构”)。此处，所谓“取向”是指在成型品任意位置的1.5μm×1.5μm视野中，用透射型电子显微镜观察到的层状化合物的90％以上、优选95％以上与特定的方向(取向方向)大致平行。所谓“大致平行”是指层状化合物中可视作长度方向的轴线与特定方向的轴线之间的角在0°(轴线一致)～45°以内。另外，所谓层状化合物的层叠方向，是指与层状化合物的取向方向垂直的方向。以下，对本专利技术实施方式的绝缘材料进行说明。所述绝缘材料含有为树脂的母材、层状化合物和微粒，层状化合物和微粒为分散在母材中的状态，层状化合物为板状或棒状，其长轴在一定的方向上取向，微粒多个凝集而形成枝状结构，并且分散在相邻的层状化合物之间。在所述绝缘材料中，优选微粒的分布带在层状化合物的长轴层叠的方向上形成线状结构。在所述绝缘材料中，优选微粒凝集于以将层状化合物的两个端部连结的线为边所构成的多边形的重心。在所述绝缘材料中，优选母材和层状化合物是亲水性的，微粒是疏水性的。在所述绝缘材料中，优选母材和层状化合物是疏水性的，微粒是亲水性的。在所述绝缘材料中，优选层状化合物的长轴具有90％以上落入－45°～45°的范围内的方向。在所述绝缘材料中，优选层状化合物包含选自由硅酸盐、蒙脱土、石墨和氮化硼组成的组中的至少一种。在所述绝缘材料中，优选微粒的一次粒径的平均值为1～100nm。所述绝缘材料可以适用于模铸变压器、开关装置、电动机等高电压设备。作为绝缘材料的母材，可以适用在侧链具有羟基的环氧树脂、以在侧链具有羧基的聚甲基丙烯酸甲酯为代表的丙烯酸树脂、以及具有酰胺键的尼龙这样具有亲水性侧链的树脂。作为微粒，有无机化合物、有机化合物或有机无机复合物。作为无机化合物，可以列举二氧化硅、硅酮等硅化合物；氧化铝、氧化钛等无机氧化物；以氮化铝、氮化硼等氮化物为代表的无机氮化物等。作为有机化合物，可以列举丁苯橡胶、丁腈橡胶等有机弹性体等。作为有机无机复合物，是用有机盐修饰云母等无机矿物表面所得的有机粘土等有机无机复合物。上述微粒的表面优选用以甲基、甲氧基、烷基和烷氧基为代表的疏水基进行了修饰。微粒的形状优选为球形，也可以包括无定形微粒。在本专利技术中，“球形”的用语，不仅包括圆球形状，也包括圆球略微变形的形状，例如，长径与短径之比可以为3：1左右。对于微粒的添加量，以母材成分的质量基准计，优选为2～8质量％，特别优选为2.5～6质量％。本专利技术中的疏水性微粒，与一般的填充剂不同，虽然相比于填充剂以少量添加，但是由于粒径小，比表面积非常大，因此也起到填充剂的效果。作为层状化合物，可以列举粘土矿物、硅酸盐、石墨(graphite)、氮化硼等。其中，粘土矿物可以分为天然粘土矿物和合成粘土矿物。作为天然粘土矿物，可以列举蒙脱土等。作为合成粘土矿物，可以列举合成氟化云母、合成蒙脱石等。层状化合物的表面优选用亲水本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种绝缘材料，其特征在于，含有为树脂的母材、层状化合物和微粒，所述层状化合物和所述微粒为分散在所述母材中的状态，所述层状化合物为板状或棒状，且其长轴在一定方向上取向，所述微粒多个凝集而形成枝状结构，并且分散在相邻的所述层状化合物之间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种绝缘材料，其特征在于，含有为树脂的母材、层状化合物和微粒，所述层状化合物和所述微粒为分散在所述母材中的状态，所述层状化合物为板状或棒状，且其长轴在一定方向上取向，所述微粒多个凝集而形成枝状结构，并且分散在长轴取向方向上相邻的所述层状化合物之间，所谓“取向”是指在成型品任意位置的1.5μm×1.5μm视野中，用透射型电子显微镜观察到的层状化合物的90％以上与特定方向即取向方向大致平行；所谓“大致平行”是指层状化合物中可视作长度方向的轴线与特定方向的轴线之间的角在0°～45°以内。2.如权利要求1所述的绝缘材料，其特征在于，所述微粒的分布带在所述层状化合物的所述长轴层叠的方向上形成线状结构。3.如权利要求1所述的绝缘材料，其特征在于，所述微粒凝集于以将所述层状化合物的两个端部连结的线为边所构成的多边形的重心。4.如权利要求1～3中任一项所述的绝缘材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：加藤哲司，佐野彰洋，大岳敦，小林金也，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，
类型：发明
国别省市：日本;JP