JPH06136683A

JPH06136683A - フラッシュスピニング製法による合成樹脂パルプ繊維製のコンデンサ用紙

Info

Publication number: JPH06136683A
Application number: JP4287936A
Authority: JP
Inventors: Hurley Raymond; ハーレイレイモンド
Original assignee: MHD ELECTRICS Inc
Current assignee: MHD ELECTRICS Inc
Priority date: 1991-08-26
Filing date: 1992-10-26
Publication date: 1994-05-17

Abstract

(57)【要約】【目的】合成樹脂パルプ繊維から、コンデンサーグレ
ードの誘電体ティッシュ若しくは電解コンデンサー用紙
を得る。【構成】基本的に２０乃至１００重量％のフラッシュ
スピニング製法による合成樹脂パルプ繊維と０乃至８０
重量％のクラフト加工された、針葉樹系の非漂白硫酸塩
パルプ及び／又は茎、葉、又は種子の毛による非漂白セ
ルロース繊維から成る混合物から製紙機で製造される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般的にフラッシュス
ピニング(flash-spinning)製法によって製造された合成
パルプ繊維から造られる、コンデンサー用に適切な電気
用紙に関する。より詳細には、本発明は、フラッシュス
ピニング製法によって製造された合成パルプ繊維から製
紙機によって造られるコンデンサーグレード誘電体ティ
ッシュ若しくは電解コンデンサー用紙に関する。

【０００２】

【従来の技術】商業的に利用できるコンデンサーは、基
本的に、外部端子に接続された２つの金属製電極を含む
封止されたユニットであり、その電極は、通常ロールに
絡み合って巻取されているプラスチックフィルムか、コ
ンデンサ用紙か、フィルムと紙のコンビネーションの単
独のシート、又は複層にしたものによって分離されてい
る。コンデンサーは、通常ユニットを封止する以前に、
真空下において絶縁流体で満たされる。充満する絶縁流
体は、コンデンサー内のガス電離によるコロナ放電の可
能性を減少し、ユニットの静電容量を増やすために使わ
れる。

【０００３】以前に商業上利用できるコンデンサーの誘
電体若しくはセパレーターとして使用された主な材料
は、一般に製紙機で木材パルプから造られた純粋な紙で
あった。この紙は、比較的高度の物理的な均一性があ
り、米国材料検査協会（ＡＳＴＭ）の規格に記載された
精密な化学的、物理的、電気的な諸条件に合致しなけれ
ばならない。電解コンデンサーのセパレーターとして使
用するのに適切な紙は、ＡＳＴＭ規格Ｄ２７５３に記載
されている。コンデンサーの誘電体として使用されるテ
ィッシュのための規格は、ＡＳＴＭ規格Ｄ１９３０に記
載されている。例えば、これらのコンデンサーグレード
のティッシュは、周知の「硫酸塩」パルプ法（クラフト
法）に従い、針葉樹系の非漂白硫酸塩パルプからのみ作
られねばならなず、いかなる着色剤や他の添加剤をも含
んではならない。

【０００４】電解コンデンサーにおいては、セパレータ
ー紙は、機械的要素としても役立つと共に、特に、（４
５０Ｖ以上の）高電圧範囲では絶縁耐力にも寄与する。
このタイプの主なコンデンサーの誘電体は、電極の１つ
として役立つ金属フォイルのシート上に酸化物の薄いコ
ーティングを施したものであり、充填された流体、即
ち、電解液は、導電体として作用し電流を増加する。他
のタイプのコンデンサー、静電タイプのコンデンサーに
おいては、ティッシュは、主に誘電体として役立つが、
電極間の絶縁体としても作用する。

【０００５】上記の規格を満足する紙は、製紙機に起因
する残留水分という欠点を有する。この残留水分を取り
除くのに各種の乾燥手段が必要であり、これは、時間と
エネルギーの浪費となり、製造コストの増加につなが
る。更に、最高の製造条件の下でも、これらの紙には、
特別な条件の範囲内において微量の導電粒子が含まれ、
電極間の漏電回路を作りだし、コンデンサーを短絡する
ことになりかねない。一般的に２重の紙シートを使用す
ることがこのような漏電に対する保証となるけれども、
それはコンデンサーの更なるコスト上昇となる。

【０００６】最近、絶縁紙が、徐々に、例えば、ポリエ
チレン、ポリプロピレン、ポリエステル等の合成プラス
チックフィルムに置き換えられて来た。しかし、これら
の合成フィルムは、コンデンサーグレードの紙に必要な
コストのかかる乾燥工程を必要としないけれども、絶縁
流体を吸収できないという欠点がある。絶縁流体は、コ
ンデンサーユニットの使用期間を非常に長くし、明らか
に、例えば、静電容量や絶縁耐力や誘電率のようなその
電気的特性を向上するものなので、この流体の含浸は非
常に望ましい。更に、非吸液性のフィルムは必ずしも含
浸による利益を得るものではないので、静電容量は主に
フィルムの誘電率によって決定される。従って、ある種
のコンデンサーでは、フィルムシートと組み合わせた紙
を利用しており、そこでは、吸液力のある紙が誘電体を
含浸保持するための芯として役立っている。

【０００７】合成フィルムは、非吸液性であることに加
えて、フィルムが互いに密着巻回された場合、フィルム
シート間にガスポケットが形成される。このことはコン
デンサー内でコロナ放電を引き起こし、温度を上昇さ
せ、不必要なエネルギー損失を生じさせ、誘電減少も生
じうる。更に、フィルムには、一般に樹脂の内に含まれ
た不純物により生じる脆弱なスポットが含まれており、
特に、高電圧コンデンサーの場合には電極間に多重のフ
ィルムシートを使用する必要がある。

【０００８】木材パルプ繊維と、バルク剤として２乃至
１０％の比較的大きな直径のレーヨン繊維、又はホルマ
ル化ポリビニル繊維から成る、コンデンサーの電極間に
使用される絶縁紙が、米国特許No.3,385,752に開示され
ている。しかしながら、開示された仕上げシートは、主
に、木材系であり、従って、先行技術の製紙機に関連し
て同様にコスト高の残留水分除去工程を必要とする。
又、この特許公報に記載された紙は、比較的高密度であ
り、孔度も全く低く、絶縁流体の含浸をよりさせにくく
する。

【０００９】それとは別に、このような電解コンデンサ
ー用紙が、米国特許No.4,914,548に記載されている。こ
の電解コンデンサー用紙は、その膨潤度を改良するため
に化学処理によって誘導される有機置換基を具備するセ
ルロース繊維製である。この特許公報に記載された紙
は、吸液率を増加し、密度を減少したものであるが、明
らかに紙の製造コストに化学処理工程が加り、更に、誘
導された置換基が処理紙の物理的並びに電気的特性に悪
い影響を与える。

【００１０】更に、以下のような先行技術が、様々な電
気的用途に用いるための合成繊維を含むセルロース製品
を開示している。例えば、米国特許No.4,196,044はトラ
ンス用の絶縁紙を造る場合に天然繊維と合成繊維を混ぜ
合わせることを記載し、米国特許No.4,833,011は電気用
紙を製造するために使用される熱可塑性プラスチック樹
脂製の合成パルプ繊維と高分子量の界面活性剤を開示し
ている。又、米国特許No.4,595,457と米国特許No.4,75
2,355は、絶縁特性を有する芳香族ポリアミド繊維製の
油含浸プレスボードに関する。しかしながら、現在特許
文献に記載された電気用紙のいずれもコンデンサーグレ
ードの誘電体ティッシュや電解コンデンサー用紙の工業
的規格仕様の重要な化学的並びに物理的諸条件に合致し
ない。又、先行技術の電気用紙の殆どは、着色剤や他の
添加剤のような成分又は米国特許No.4,833,011のような
界面活性剤を含んでいるが、それは誘電体又はセパレー
ターとして使用するのに適切なコンデンサーグレード紙
のＡＳＴＭ規格によって厳重に禁止されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明の主目的は、ク
ラフト誘電体ティッシュと電解コンデンサー用紙の上記
の全規格に合致する合成繊維製のコンデンサー用紙を提
供することにある。

【００１２】本発明の他の目的は、絶縁流体に高含浸性
で、ＡＳＴＭ規格Ｄ１９３０とＤ２７５３のそれぞれに
規定された化学的、物理的、電気的な諸条件を完全に満
足する、合成パルプ繊維から作られたコンデンサーグレ
ードのティッシュとセパレーター紙を提供することにあ
る。

【００１３】更に、本発明の別の目的は、高度にフィブ
リル化された多孔性材料を製造するために特に加工され
た合成樹脂パルプ繊維から製紙機で造られた、コンデン
サに使用されるのに適切な電気用紙を提供することであ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】これらの目的は、フラッ
シュスピニング製法によって得られた合成樹脂パルプか
ら製紙機で製造された、改良されたコンデンサーグレー
ドの誘電体ティッシュと電解液セパレーター用紙を提供
することで達成される。

【００１５】更には、本発明の他の側面に関しては、フ
ラッシュスピニング製法による合成パルプ繊維と非漂白
硫酸塩木材パルプの混合物から造られたＡＳＴＭ規格に
合致した誘電体ティッシュと電解コンデンサー用紙が提
供される。組み合わされた繊維の混合物は、高純度に処
理されて、コンデンサ内で誘電体又はセパレーターとし
て使用されるのに適切な不可欠の特性を有する高吸液度
シート材を生み出す。

【００１６】特に、本発明の誘電体ティッシュは、静電
コンデンサー内で誘電体として使われる約０．５０乃至
１．２０ｇ／ｃｍ³の密度と約４．５乃至５３μｍの厚
みを有するコンデンサーグレードの誘電体ティッシュで
あって、基本的に２０乃至１００重量％のフラッシュス
ピニング製法による合成樹脂パルプ繊維と０乃至８０重
量％のクラフト加工された、針葉樹系の非漂白硫酸塩パ
ルプから成る混合物から製紙機で製造された。

【００１７】また、本発明の電解コンデンサー用紙は、
電解コンデンサー内でセパレーターとして使われる約
０．２０乃至０．７５ｇ／ｃｍ³の密度と約２０乃至１
１２μｍの厚みを有する電解コンデンサーグレードのコ
ンデンサー用紙であって、基本的に２０乃至１００重量
％のフラッシュスピニング製法による合成樹脂パルプ繊
維と０乃至８０重量％の針葉樹系の非漂白硫酸塩パルプ
若しくは茎、葉、又は種子の毛による非漂白セルロース
繊維から成る混合物から製紙機で製造された。

【００１８】

【作用】製造されたコンデンサー用紙は、非常に高度の
物理的均一性と純度、非常に高い孔度、比較的低い密
度、並びに、コンデンサ内で誘電体又はセパレーターと
して使用されるのに必要な不可欠な他の特性を有する。

【００１９】本発明の誘電体ティッシュと電解液セパレ
ーター用紙の特性は、コンデンサー材料のＡＳＴＭ規格
に規定された基本的な条件を全て満たす。

【００２０】

【実施例】本発明に関して、コンデンサーグレードの誘
電体ティッシュと電解コンデンサー用紙は、フラッシュ
スピニング製法によって得られた合成樹脂のパルプ繊維
からなる混合物から製紙機で造られた。適切な合成樹脂
としては、例えば、オレフィン、エステル、アクリロニ
トリルとアクリル酸のポリマーが挙げられる。アクリル
酸共重合体樹脂とポリアクリレートが、本願発明のフラ
ッシュスピニング製法によって得られたパルプ繊維を造
るのに特に適切である。しかしながら、ポリエチレン、
ポリプロピレン、又はエチレンとプロピレンの共重合体
のような結晶化オレフィンポリマーも好ましい。これら
樹脂の比較的に低い融点が次の製紙工程中の加工を容易
にするからである。

【００２１】本願発明の合成樹脂パルプ繊維を造るのに
用いられるフラッシュスピニング製法は、業界では周知
であり、好ましくは、高温高圧で低沸点の溶剤で結晶化
したプラスチック樹脂の溶液を造る工程からなる。溶液
は、特別に設計された噴出ノズル又はスピナレットに圧
入され、そこで圧力降下制御が行われる。溶液は、高剪
断力で小オリフィスから排出され、低温で殆ど大気圧に
調整されたチャンバーに入り完全に溶剤を蒸発させてか
ら分離したパルプ繊維を形成する。パルプ繊維は、クリ
ーニングの為に脱イオン水中に運ばれ、更に、別のクリ
ーニングのため、そして、繊維の長さを調整するための
リファイナー及び／又はデフラッカーを通過し、次い
で、更に通常の装置で脱水される。フラッシュスピニン
グの前後に、樹脂溶液に無機充填剤や他の添加剤が加え
られることはない。

【００２２】本発明のフラッシュスピニング製法により
造られた合成樹脂パルプ繊維は、容易に脱水され、長網
抄紙機又はそれと均等な製紙機で製紙され、乾燥後に均
一な厚さと密度のシートに形成される。本発明のシート
は、任意に、滑らかにするか、又は、光沢加工するため
に、若しくは、更にシート厚を減少させるために従来の
カレンダーでプレスしてもよい。結果として生じたシー
トの外見と寸法は、セルロースパルプ製のシートに近似
するが、しかし、固体ポリマーの滑らかな棒状物からな
るプラスチック繊維の押出成型されたフィルムとは明ら
かに区別できる。

【００２３】本発明のシートには、高度にフィブリル化
し、多孔質で水和可能なような特徴があり、非常に低密
度で比較的に大きな表面積を有する。乾燥したシートの
物理的特性は、その特定の用途に応じて変えることがで
きる。例えば、コンデンサーグレードの誘電体ティッシ
ュは、約０．５０乃至１．２０ｇ／ｃｍ³、好ましく
は、０．５０乃至０．７０ｇ／ｃｍ³の密度と共に約
４．５μｍの最小厚を有し、約５３μｍの最大厚を有す
ることができる。電解コンデンサー用紙は、約０．２０
乃至０．７５ｇ／ｃｍ³の密度と共に約２０μｍの最小
厚を有し、約１１２μｍの最大厚を有することができ
る。しかしながら、本発明の両タイプのコンデンサー用
紙ともＡＳＴＭ規格Ｄ１９３０とＤ２７５３の夫々に記
載された他の全ての基準を満足する。

【００２４】本発明の他の実施例において、本発明のフ
ラッシュスピニング製法による合成パルプ繊維は、天然
繊維と共に組み合わせて用いることもでき、製紙機で製
紙され静電コンデンサー内で誘電体として使用するのに
適切なシートを形成する。満足な誘電体ティッシュを構
成するために、天然パルプ成分は従来のクラフト加工法
によって造られた、針葉樹系の非漂白硫酸塩パルプから
のみ得られるものでなくてはならない。この製法におい
て、針葉樹系の木材は、苛性ソーダと硫化ナトリウムの
溶液内で、例えば、４乃至６時間、１６５乃至１７５℃
の温度で蒸解される。製紙機での製紙の前に、結合した
パルプ繊維は、望ましくは、脱イオン水で浄化され、
０．３％の濃度に希釈され、更に、別のクリーニングの
ために約９０乃至１００℃に加熱される。仕上がったテ
ィッシュは、非常に高度に浄化され、数多くのボイドが
含まれている。このボイドは、斜めにシートを貫通し、
染色剤の助けなしには検知することができない。このボ
イドの高い割合の為に、このティッシュは誘電体物質の
高度の吸収体となる。よって、より少ない誘電体とより
小さな電極材料を使ってある量の静電容量を作り出すこ
とができ、コンデンサーのサイズを明らかに減少するこ
とができる。

【００２５】別の実施例において、本発明のフラッシュ
スピニング製法による合成樹脂パルプ繊維は、針葉樹系
の非漂白硫酸塩パルプ若しくは茎、葉、又は種子の毛に
よる非木材の非漂白セルロース長繊維と混合され、その
混合物は、電解コンデンサーのセパレーターとして使用
するのに適切な低密度シートを造るために製紙機で製紙
される。ここでは、混合されたパルプ繊維の密度を尚一
層更に有効に減少する為に、電解液中におかれた場合
に、膨潤するセパレータ紙を得ることが望ましい。合成
パルプ繊維と天然パルプ繊維の双方の膨潤可能性は、電
解コンデンサーの等価直列抵抗（ＥＳＲ）を減少する傾
向がある。

【００２６】本発明の仕上がったコンデンサー用紙は、
２０乃至１００重量％のフラッシュスピニング製法によ
る合成樹脂パルプ繊維と０乃至８０重量％の針葉樹系、
若しくは、特定の用途に応じてそれと同等の系の非漂白
硫酸塩パルプを含むことができる。好ましくは、本発明
のコンデンサー用紙は、約６０重量％のフラッシュスピ
ニング製法による合成樹脂パルプ繊維と約４０重量％の
針葉樹系パルプ成分から成る。本発明の誘電体ティッシ
ュと電解液セパレーター用紙がＡＳＴＭ規格で禁止され
た全ての材料や添加物と無縁なことと、これらのタイプ
のコンデンサー用紙のためにＡＳＴＭに規定された規格
明細に完全に合致することは重要である。

【００２７】以下の具体的な実施例は本発明を更に例示
するために記載する。他に特別な指示のない限り、全て
の相対的容積は重量％で記載され、密度はｇ／ｃｍ³で
与えられ、厚さはμｍで与えられている。

【００２８】実施例１上記の発明に従って、コンデンサーグレードの誘電体テ
ィッシュが、約６０重量％のフラッシュスピニング製法
によるポリプロピレン繊維と約４０重量％のクラフト加
工された、針葉樹系の非漂白硫酸塩パルプを混合するこ
とによって長網抄紙機で製造された。仕上がったティッ
シュは、２８．５μｍの厚みと０．６３ｇ／ｃｍ³の密
度を有した。

【００２９】実施例２仕上がったティッシュがスーパーカレンダーを通過した
ことを除き、実施例１に記載の方法でシートが作成され
た。最終的なティッシュは、２６．２μｍの厚みと０．
７１ｇ／ｃｍ³の密度を有した。

【００３０】実施例３仕上がったティッシュが４００°Ｆ、４００ｐｓｉの圧
力でホットカレンダーを通過したことを除き、実施例１
に記載の方法でティッシュが作成され、最終的なティッ
シュは、２６．４μｍの厚みと０．７１ｇ／ｃｍ³の密
度を有した。

【００３１】上記のティッシュの試験結果を押し出しポ
リプロピレンの代表的な特性値と共に以下の表１に示
す。

【００３２】

【表１】

【００３３】多孔度の測定は、ガレイ(Gurley)多孔度で
あり、１インチ平方の試料を１００ｃｃの空気が通過す
るのに必要な時間を秒で測定したものである。静電容量
は、ヂオクチルフタレート（ＤＯＰ）を充填物として、
更に、大略同じ厚さの誘電体を用い、３０．２ｃｍ²の
面積の２枚の電極を使用して測定された。

【００３４】表１は、本発明のティッシュが静電コンデ
ンサー内で誘電体として使用されたとき絶縁流体を増や
してコンデンサーを充満することにより、本発明のティ
ッシュが静電容量を非常に増加することがあることを示
している。ＡＳＴＭ規格Ｄ１９３０に基づいて試験した
とき、実施例１乃至３のティッシュはここに記載された
ようにコンデンサーグレードの誘電体ティッシュの必須
の条件を満たした。

【００３５】実施例４約６０重量％のフラッシュスピニング製法による低密度
ポリプロピレン繊維と約４０重量％の軟質木材繊維の混
合物が、脱イオン水と混合された。その混合物の精製を
制限した後に、６３．５μｍの厚さと０．５５ｇ／ｃｍ
³の密度のシートが長網抄紙機で製造された。上記のシ
ートは、電解質中に置かれた時に膨潤し、ＡＳＴＭ規格
Ｄ２７５３に従って試験した場合、電解コンデンサーグ
レードのコンデンサー用紙の為の規格の必須条件を維持
していることが判明した。本発明のシートが電解コンデ
ンサー内の電極間でセパレーターとして使われた場合の
コンデンサーは、８０℃乾燥状態で６０Ｈｚ、２５０Ｖ
ｒｍｓでシェーリング(Schering)ブリッジによって測定
した時に、８．０Ω／μｍのＥＳＲを有した。

【００３６】本発明の本質と範囲を逸脱しない限り、表
示のために選択された上記の代表的な実施例の改良や変
更があり得ることを理解すべきである。従って、上記の
実施例を必要以上に制限的に解釈すべきでない。

【００３７】

【発明の効果】本発明のコンデンサー用紙は、静電コン
デンサーでは誘電体として、又、電解コンデンサーでは
セパレーターとして非常に有効に使用される。更に、厳
格なＡＳＴＭ規格Ｄ１９３０とＤ２７５３をも満足する
性能を有する。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】静電コンデンサー内で誘電体として使わ
れる約０．５０乃至１．２０ｇ／ｃｍ³の密度と約４．
５乃至５３μｍの厚みを有するコンデンサーグレードの
誘電体ティッシュであって、基本的に２０乃至１００重
量％のフラッシュスピニング製法による合成樹脂パルプ
繊維と０乃至８０重量％のクラフト加工された、針葉樹
系の非漂白硫酸塩パルプから成る混合物から製紙機で製
造された誘電体ティッシュ。
【請求項２】合成樹脂がポリエチレン、ポリプロピレ
ン又はエチレンとプロピレンの共重合体であることを特
徴とする請求項第１項に記載の誘電体ティッシュ。
【請求項３】合成樹脂がポリプロピレンであることを
特徴とする請求項第１項に記載の誘電体ティッシュ。
【請求項４】混合物が基本的に約６０重量％のフラッ
シュスピニング製法による合成樹脂パルプ繊維と約４０
重量％のクラフト加工された、針葉樹系の非漂白硫酸塩
パルプから成ることを特徴とする請求項第１項に記載の
誘電体ティッシュ。
【請求項５】電解コンデンサー内でセパレーターとし
て使われる約０．２０乃至０．７５ｇ／ｃｍ³の密度と
約２０乃至１１２μｍの厚みを有する電解コンデンサー
グレードのコンデンサー用紙であって、基本的に２０乃
至１００重量％のフラッシュスピニング製法による合成
樹脂パルプ繊維と０乃至８０重量％の針葉樹系の非漂白
硫酸塩パルプ若しくは茎、葉、又は種子の毛による非漂
白セルロース繊維から成る混合物から製紙機で製造され
た電解コンデンサー用紙。
【請求項６】合成樹脂がポリエチレン、ポリプロピレ
ン又はエチレンとプロピレンの共重合体であることを特
徴とする請求項第５項に記載の電解コンデンサー用紙。
【請求項７】合成樹脂がポリプロピレンであることを
特徴とする請求項第５項に記載の電解コンデンサー用
紙。
【請求項８】混合物が基本的に約６０重量％のフラッ
シュスピニング製法による合成樹脂パルプ繊維と約４０
重量％の針葉樹系の非漂白硫酸塩パルプ若しくは茎、
葉、又は種子の毛による非漂白セルロース繊維から成る
ことを特徴とする請求項第５項に記載の電解コンデンサ
ー用紙。