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注入含浸樹脂のポットライフ（粘度寿命）管理技術 |
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反応次数の算出・粘度上昇管理に実際-- |
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電気機器は多くの絶縁材料が使用されている。特にこれらの絶縁材料は有機材料が多く、 |
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電圧が高いと空隙のある部分で放電が発生してこれらの有機材料{特に薄葉材料）を |
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放電劣化させて 電気機器の寿命を短くする。この防止のために 樹脂を空隙部に樹脂を |
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含浸する手法が多く採られる。一般的には 含浸しやすい､液状で、電気的に熱的に優れた |
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樹脂としてエポキシ樹脂が注入含浸樹脂として使用されている。 |
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大型の電気機器等のへの注入含浸樹脂 は含浸タンク内で繰り返し使用される。 |
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繰り返し使用されると絶縁材中の硬化触媒の混入や微量水分などの吸湿などで 注入樹脂 |
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の一部が反応して粘度の上昇を招く（いわゆるポットライフが短くなる）現象が生じる。 |
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このために 注入樹脂の粘度がある程度大きくなった時点で 新たな注入樹脂を追加して |
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粘度低下を復旧させて 再度含浸に適した粘度に調整する。 |
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このように 注入樹脂の粘度管理は とても重要な管理技術である。 |
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この粘度の変化には注入樹脂の反応状況が関係するので 反応速度係数の把握が |
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理論的に必要で それに従った 取り扱い規準等が必要である。 |
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そこで、注入含浸樹脂の反応速度係数の算出とその適用法について整理してみました。 |
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実践的に 活用される事を望みます。 |
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１．注入樹脂の 反応速度係数の算出 |
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エポキシ樹脂などの注入樹脂は 硬化剤や硬化触媒の存在で主成分が反応して |
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高分子化が進みます。このときのこの進み方は反応速度係数という、樹脂固有の |
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特性を有します。従って この反応速度係数を把握することがとても重要です。 |
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さらに この反応形態は 反応次数という、反応の進み方の早さを示す指数を |
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把握すると その後の粘度管理に有効です。 |
そこでこの反応次数を調べましょう。 |
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1.1 反応次数の実測 |
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含浸樹脂の含浸タンク内保管時の粘度上昇反応の次数を求め、この次数に従う反応 |
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速度係数の算出をする。 |
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一般の含浸樹脂 (概ね 注入含浸樹脂は２成分系のエポキシ樹脂が主体) |
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で次数は１次又は２次である。これらの反応速度係数は下記で示される。 |
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1 |
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ａ |
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１次反応の場合 |
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Ｋ1＝ 1n
････････ ① |
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t |
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ａ－x |
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1 |
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x |
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２次反応の場合 |
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Ｋ2＝
・・････････ ② |
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ａt |
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ａ－x |
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ここで |
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t ：保管日数 |
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a ：含浸レジン初濃度(未反応量) |
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x ：t時間後の含浸レジン反応量 |
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K1,K2：反応速度係数 |
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この反応次数の簡易決定法として 反応量が3/4に至る時間(t3/4)と1/2に至る時間(t1/2) |
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との比を採ればよい。 |
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反応量が3/4に至る時間(t3/4) というのは 実務では 粘度の経日変化で |
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初期値とある時点での粘度変化状況から その期間で 粘度が３/４変化するに至った |
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時間を求めればよいのです。 |
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1 |
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a |
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１次反応の場合 |
t3/4＝ －1n |
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K1 |
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a-(3/4)a |
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1 |
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a |
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t1/2＝ －1n |
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K1 |
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a-(1/2)a |
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ですから これらの比は |
(t3/4)／(t1/2)＝2 |
と 一定値に成ります。 |
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一方で |
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２次反応の場合
も同様に計算すると |
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(t3/4)／(t1/2)＝3 |
となります。 |
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これらにより この比の値を目安にしてゆけば 注入樹脂が 一次反応系か ２次反応系か |
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判断できるわけです。これは理論的にいえるので 経験など一切不要です。 |
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従って、反応量表示を反応粘度に置き換えて、実用の注入含浸樹脂の粘度上昇データ |
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(図1)を例として (t3/4)／(t1/2)を求めて見ましょう。 |
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粘度 |
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t3/4(η)／t1/2(η)＝45日／30.5日＝1.5≒2 |
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(ただし図1で初期粘度をη＝3.3ポイズ，寿命粘度を16ポイズとした) |
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従って、図1の注入含浸樹脂の粘度上昇反応は 1次反応であるといえます。 |
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反応次数が 2次である場合には 粘度の上昇傾向が加速するので より粘度管理に |
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留意することが必要である。 |
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１．２ 反応速度係数の決定 |
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含浸樹脂の粘度上昇反応は一般にη＝η0exp(kt)で示される。 |
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従って、反応速度係数K1は |
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1 |
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η |
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1 |
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16 |
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K1＝ 1n ＝ 1n ＝0.028 |
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t |
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η0 |
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56 |
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3.3 |
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反応速度係数K1の管理限界は K1＝0.028以下である。 |
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K１をある保管時点で測定してみて 0.028周辺になると 反応が加速的に進む恐れがある |
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と考えて この反応係数よりも小さいときに新たな注入樹脂を加えて粘度低下を図ること |
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が必要である。 |
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２．含浸レジンの粘度上昇管理の実際 |
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1 |
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η |
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K1＝ 1n 式を用いて、K1と 1n (η／η0)
の関係を図示化する。 |
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t |
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η0 |
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この実例を図2に示す。 |
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図２ 反応係数Ｋと 粘度変化比 (η／η0)の関係 |
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実例１ |
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図２で10日経過後の粘度変化がη／η0＝4.0／3.3＝1.21とすると |
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η／η0軸で1.21を求め、これから K1を求める。この結果、 |
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K1＝0.0192でK1＝0.028以下でありまだ新たな含浸レジンを追加せずにこのまま |
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使用してよいと言える。 |
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