(57)【要約】  本発明は、比較的高い耐食性を示し、かつ発電機、モータ、及び／又は回転機における通電導体のための導体絶縁材及び／又は壁絶縁材として、注型樹脂及び／又はプレス樹脂の形態で使用することができる絶縁系のための新規調製物に関する。この調製物は、有機割合及び無機割合を有する、等方性で球状のナノフィラー粒子を最大２５質量％で含有する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
等方性で球状のフィラー画分を１種以上有するベース樹脂である、絶縁系のための調製物であって、前記フィラー画分は、少なくとも部分的に、無機割合及び有機割合が必ず同時に存在する無機・有機粒子であるナノフィラー粒子を含み、前記ナノフィラー粒子は、調製物中に最大２５質量％の合計割合で存在する前記調製物。
【請求項２】
ナノフィラー画分のナノフィラー粒子が、ポリマー状で存在する、請求項１に記載の前記調製物。
【請求項３】
ナノフィラー画分のナノフィラー粒子が、無機・有機材料に基づくものである、請求項１又は２に記載の調製物。
【請求項４】
前記無機・有機材料が、スチレン・ブタジエン成分及び／又はシロキサン・ブタジエン成分を含む、請求項１から３までのいずれか一項に記載の調製物。
【請求項５】
前記無機・有機材料が、スチレン・ブタジエンコポリマー及び／又はシロキサン・ブタジエンコポリマーを含む、請求項４に記載の調製物。
【請求項６】
前記無機・有機材料を有するナノフィラー画分が、１〜１０質量％の量で存在する、請求項３から５までのいずれか一項に記載の調製物。
【請求項７】
二酸化ケイ素から構成されるナノフィラー画分を含有する、請求項１から６までのいずれか一項に記載の調製物。
【請求項８】
二酸化ケイ素から構成される前記ナノフィラー粒子が、７〜１７ｎｍ、殊に８〜１５ｎｍの範囲にある平均直径を有する、請求項１から７までのいずれか一項に記載の調製物。
【請求項９】
電流・電圧を伝える金属製導体のための絶縁系であって、請求項１から８までのいずれか一項に記載の調製物から製造される前記絶縁系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、比較的高い耐食性を示し、かつ発電機、モータ、及び／又は回転機における通電導体のための導体絶縁材及び／又は壁絶縁材として、注型樹脂及び／又はプレス樹脂の形態で使用することができる絶縁系のための新規調製物に関する。
【０００２】
電子機器（例えば、モータ又は発電機）において、絶縁系の信頼性には、その稼働の安全性に対して重大な責任が伴う。絶縁系には、導電体（ワイヤ、コイル、ロッド）を相互に、かつステータ積層鉄心又はその周囲に対して持続的に絶縁する役割がある。高圧用絶縁材は、サブ導体同士の間の絶縁材（サブ導体用絶縁材）、導体同士若しくは巻線同士の間の絶縁材（導体用絶縁材及び／又は巻線用絶縁材）、並びに溝及び巻線頂部領域における導体と接地電位との間の絶縁材（主絶縁材）に区別される。主絶縁材の厚さは、機械の公称電圧と同様に、稼動条件及び製造条件にも適合されている。エネルギー生産のための将来的な設備における競争力、その流通性、及び利用性は、絶縁に使用される材料及び適用される技術に依るところが大きい。このように電気的に負荷が掛かる絶縁材における基本的な問題は、部分放電により侵食が誘発されることであり、それとともにいわゆる「トリーイング（Ｔｒｅｅｉｎｇ）」チャネルが形成され、このチャネルによって最終的に絶縁材の絶縁破壊がもたらされる。
【０００３】
ステータ巻線の絶縁系は殊に、ステータ巻線における主絶縁材と積層鉄心との界面において、高い熱的、熱機械的、動的、及び電気機械的な作動応力によって強い負荷がかかっており、このことにより、ターボ発電機稼働の際に途切れることなく発生する部分放電によってステータ巻線の絶縁系が損傷するリスクが高くなり、それによって、電気的に強い負荷がかかる高圧用絶縁材では、その界面において、部分放電により誘発された侵食によって材料の劣化が起こる。
【０００４】
これまでに、破壊力学的に回復力のある高圧用絶縁材としては、スチレンマトリックス及び／又はブタジエンマトリックスが、相応するフィラーとともに使用されている。
【０００５】
さらに、耐食性が最適化されている絶縁系を作製する必要がある。
【０００６】
従って本発明の課題は、改善された侵食安定性を示し、破壊力学的に回復力のある高圧用絶縁系を作製することである。
【０００７】
よって前記課題の解決手段及び本発明の対象は、絶縁系のための調製物、つまり等方性で球状のフィラー成分を１種以上有するベース樹脂であり、前記フィラー成分は、ナノ粒子であり、無機粒子及び有機粒子を含有し、かつ調製物中に最大２５質量％の合計割合で存在する。
【０００８】
ナノ粒子の無機表面改質によって、好ましくはマトリックス・フィラーの十分な相互作用がもたらされる。
【０００９】
本発明の有利な実施形態によると、ベース樹脂は、熱可塑性プラスチック、熱硬化性プラスチック、及び／又はエラストマーを含む群から選択されている。このベース樹脂は、紫外線硬化性樹脂、低温硬化性樹脂、若しくは高温硬化性樹脂、フタル酸無水物により硬化する樹脂、及び／又はアミンにより硬化する樹脂、殊に例えばエポキシ樹脂の群から選択されていてよい。有利な実施形態によると、このベース樹脂は、ジグリシジルエーテル、例えば、ビスフェノールＡジグリシジルエーテル若しくはビスフェノールＦジグリシジルエーテル、又は脂環式エポキシ樹脂若しくはフェノール性ノボラックである。さらにベース樹脂は、ポリウレタン、ポリエーテルイミド、ポリエテン、ポリプロピレン、ポリブタジエン、ポリスチレン、ポリアクリレート、ポリ塩化ビニル、及びこれらの任意の混合物、例えば、先に挙げた成分のブロックポリマー若しくはブロックコポリマー及びブレンドの群（エポキシ樹脂も含まれる）から選択されていてよい。
【００１０】
上記の等方性フィラーは、無機粒子、例えば、金属粒子、つまり金属酸化物の粒子及び／又は半金属酸化物の粒子の群から選択されていてよい。
【００１１】
またフィラーの粒子は殊に、セラミック材料からなるものであってもよく、例えば、金属酸化物又は混合金属酸化物からなるもの（例えば、酸化アルミニウム及び／又は二酸化ケイ素からのもの）である。
【００１２】
無機ナノフィラー粒子によって、調製物に必要な耐食性が付与される。
【００１３】
またフィラー粒子は、有機化合物の群から選択されていてもよく、例えばスチレン、ブタジエンなどのポリマーナノ粒子であってもよい。有機ナノフィラー粒子によって、調製物に一定の延性が付与される。
【００１４】
本発明の有利な実施形態によると、ナノフィラー粒子の有機割合はなるべく低く維持される。
【００１５】
ナノフィラー粒子としては、いわゆるＣＳ、つまりコアシェル粒子も使用することができる。これは様々な材料からのシェル及びコアを有する粒子である。一般的にコアシェル粒子は、放射状に勾配を有する、様々な材料の層状構造を示す。
【００１６】
適した表面改質によって、ナノフィラー粒子がマトリックスと適切に結合する。表面改質物は例えば、被覆の形態で存在していてもよい。
【００１７】
調製物は好ましくは、低粘性材料及び／又は等方性材料として使用され、ここでナノフィラー粒子は、５〜５００ｎｍ、殊に７〜３５０ｎｍの範囲、極めて好ましくは８〜３００ｎｍの範囲にあるサイズで存在する。
【００１８】
二酸化ケイ素に基づくナノフィラー粒子、及び／又は無機・有機材料に基づくナノフィラー粒子、例えばスチレン・ブタジエン及び／又はシロキサン・ブタジエンに基づくナノフィラー粒子が殊に好ましい。
【００１９】
本発明の有利な実施形態によると、調製物における無機・有機材料から構成されるナノフィラー画分は、１〜１０質量％の量、特に好ましくは３〜８質量％の量、殊に好ましくは４〜６質量％の量である。
【００２０】
１例として、図１に示されている調製物を試験した：
図１の表１から、無機ナノフィラー粒子を組み込むよりも有機ナノフィラー粒子を組み込む方が、ポリマーの延性及び弾性の向上がより効果的であることが分かる。
【００２１】
ここで注目すべきは、有機ナノフィラー粒子画分の場合に、無機ナノフィラー粒子の半分を有機の類似物質と取り替えたことである。有機ナノフィラー粒子を組み込むことによって、ポリマーの耐食性が減少する。というのも、このナノフィラー画分におけるポリマーの性質により、部分放電の負荷のもとで材料の劣化が起こるからである。
【００２２】
ここで、合計質量割合１０％のナノ粒子状フィラーが添加されたポリマーのパッシベーション層（Passivierungsschicht）を横から観察したＴＥＭ写真により、このパッシベーション層が、融合した凝集体(Fusionsaggregate)を有しており、この凝集体がさらに、焼結ブリッジ（Sinterbruecken）を介して結合された無機フィラーから構成されていることが判明した。
【００２３】
破壊力学的な回復力を向上させるために、有機フィラーを調製物に組み込んだ。
【００２４】
図２にも、耐食性に関する試験結果が示されている。図２は、有機ナノフィラー粒子の質量割合が連続的に増加するにつれて耐食性が減少することを示している。
【００２５】
１つのナノフィラー画分（ＣＰ−Ｓｉ−Ｂｄ＝シロキサン・ブタジエン）を除いて、ここで試験した有機フィラーにより耐食性が減少する。
【００２６】
引き続き、１０％の無機ナノフィラー粒子に加えてさらにスチレン・ブタジエンナノフィラー粒子を含有するポリマー絶縁層のＴＥＭ写真を撮影した。一つ目のＴＥＭ写真と比較して、明らかに不均質で多孔質の絶縁層がはっきりと見て取れた。スチレン・ブタジエンナノフィラー粒子は、無機融合凝集体の形成に対して障壁として機能し、それによって絶縁層の機械的安定性が明らかに低くなるが、とりわけ有機フィラーでは部分放電の負荷のもとで材料の劣化が生じることが要因と言える。
【００２７】
最後に、無機・有機ナノフィラー粒子を使用し、絶縁層のＴＥＭ写真を再び撮影した。観察した絶縁層は、二酸化ケイ素ナノフィラー粒子及びシロキサン・ブタジエンナノフィラー粒子を合計２０％の割合で含有する。
【００２８】
ここでナノフィラー粒子のための無機・有機材料とは、一方ではその有機割合によって調製物に延性及び耐破壊性を付与し、他方では調製物におけるその無機割合によって絶縁層の無機融合凝集体とともに焼結ブリッジを形成することができる材料であると理解される。ここでベース樹脂に応じて様々な材料が好ましく、これは試験で容易に調べることができる。
【００２９】
ここでは例えば、スチレン・ブタジエン材料及び／又はシロキサン・ブタジエン材料を使用することができる。殊にエポキシ樹脂ベースポリマーでは市販のシロキサン・ブタジエンコポリマーによって首尾よく試験が行われた。
【００３０】
ＴＥＭ写真では、無機・有機ナノフィラー粒子、例えば、ここに示されるシロキサン・ブタジエンナノフィラー粒子は共生関係的に、融合凝集体を含有する絶縁層に統合できることがはっきりと認識できる。というのも、前記ナノフィラー粒子は、純粋に無機のナノフィラー粒子と同様に、その無機割合によって焼結ブリッジを介して、絶縁層全体の十分な結合を保証するからである。ナノフィラー粒子中に有機成分が存在するにも拘わらず、無機・有機ナノフィラー粒子を有する調製物は、無機ナノフィラー粒子及び有機ナノフィラー粒子が別個の画分として、つまり分離して存在する調製物よりも明らかに稠密で均質な絶縁層を示す。
【００３１】
シロキサン・ブタジエンナノフィラー粒子の無機割合によって、このフィラー画分が焼結ブリッジにより無機融合凝集体を含有する絶縁層内に共生関係的に統合されることが認識できる。このフィラー画分の耐食性によって稠密で均質な絶縁層が生じ、ここで有機粒子では部分放電の負荷のもと材料の劣化は起こらず、したがって耐食性が向上しているだけでなく、同様に破壊力学的に回復力があり、かつ延性のある高圧用絶縁ポリマー系が生成する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】合計質量割合２０％における様々なフィラー画分の破壊力学的パラメータを示す。
【図２】耐食性に関する試験結果を示す。
【００３３】
実施例：
樹脂：ビスフェノールＦジグリシジルエーテル、
硬化剤：メチルヘキサヒドロフタル酸無水物、比（樹脂対硬化剤）１：０．９、
促進剤：Ｎ，Ｎ−ジメチルベンジルアミン、促進剤割合：１質量％、
フィラー：ＳｉＯ２（ｄ５０＝１５ｎｍ）、ＳｉＯ２（ｄ５０＝８ｎｍ）、Ｋａｎｅｋａ−ＡＣＥ  ＭＸ−９６０（シロキサン−ブタジエンコポリマー）
第一の実施例：２０質量％のＳｉＯ２（ｄ５０＝１５ｎｍ）＋５質量％のＭＸ−９６０
第二の実施例：２０質量％のＳｉＯ２（ｄ５０＝８ｎｍ）＋５質量％のＭＸ−９６０
第三の実施例：１５質量％のＳｉＯ２（ｄ５０＝１５ｎｍ）＋５質量％のＳｉＯ２（ｄ５０＝８ｎｍ）＋５質量％のＭＸ−９６０。
【００３４】
本発明は、比較的高い耐食性を示し、かつ発電機、モータ、及び／又は回転機における通電導体のための導体絶縁材及び／又は壁絶縁材として注型樹脂及び／又はプレス樹脂の形態で使用することができる絶縁系のための新規調製物に関する。この調製物は、有機割合及び無機割合を有する、等方性で球状のフィラー粒子を最大２５質量％で含んでいる。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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