СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЛЮДОВОЛОКНИСТОЙ БУМАГИ Российский патент 1995 года по МПК H01B19/00 

Изобретение касается производства изоляционных материалов, в частности слюдоволокнистой бумаги, используемой преимущественно в качестве электроизоляционных прокладок, например, между ламелями коллекторов, изоляции обмоток электрических машин, высоковольтных кабелей и т.п.

Известен волокнистый материал "номекс М", разработанный фирмой "Дюпон", на основе арамидных волокон, изготавливаемый с использованием бумагоделательной машины и коландра, в который в качестве наполнителя добавлена слюда [1] Известный материал изготавливают с использованием отработанных технологий бумажного производства и применением в качестве материала добавки мелкой слюды, что обеспечивает его относительную дешевизну. Волокнистая основа обеспечивает высокую гибкость и механическую прочность, в частности прочность на разрыв.

Недостатком известного материала является относительно низкая стойкость к частным разрядам и коронному разряду, связанная с тем, что слюдяные чешуйки располагаются в волокнистой массе хаотично. Высокие барьерные свойства слюдяной бумаги проявляются только при непрерывном слюдяном слое, когда чешуйки слюды лежат параллельно поверхности и перекрывают друг друга.

Известен способ получения слюдоволокнистой бумаги, при котором на отливной машине из слюдяной пульпы формуют слюдопластовую бумагу, которую затем пропитывают связующим и склеивают с волокнистой подложкой из тканого или нетканого волокнистого материала в частности, из целлюлозы, лавсана, фенилона, стекловолокна и т. п. [2] Может быть несколько чередующихся волокнистых и слюдяных слоев.

При мокром способе формования слюдяного листа отливом слюдяной пульпы на сетку чешуйки слюды при обезвоживании пульпы располагаются параллельно поверхности, что обеспечивает хорошие барьерные свойства. Нанесение слюдопластовой бумаги на волокнистую подложку, пропитка ее связующим, а при необходимости нанесение защитного покрытия, например, термостойким лаком, обеспечивает высокую механическую прочность, в частности, прочность на разрыв.

Недостатками известного способа получения слюдоволокнистого материала с чередующимися слоями волокнистого и слюдяного материала являются трудоемкость процесса в целом и низкая производительность изготовления слюдяного листа, связанная с тем, что слюдяной слой в мокром состоянии имеет нулевую механическую прочность, его сушку производят на сетке электронагревом и горячим воздухом, а не подачей на сушильный барабан, что ограничивает скорость и таким образом производительность изготовления. Трудоемким, требующим дополнительного оборудования и материалов, является процесс пропитки слюдяного слоя и склеивание его с подложкой.

Известен выбранный в качестве прототипа способ получения слюдоволокнистой бумаги, имеющей подложку из волокнистого органического или неорганического материала и нанесенный на нее интегрированный слюдяной лист, полученный из мелких слюдяных чешуек, смешанных с волокнами, например, древесины и скрепленных электроизолирующим связующим, при котором интегрированный слюдяной слой в виде листа наносят на подложку при мокром ее состоянии в процессе ее получения на бумагоделательной машине [3] При этом сцепление слоев происходит частично за счет связующего, которое наносится лишь по периферии листа, и частично за счет адгезии.

Известный способ обеспечивает упрощение и удешевление процесса соединения слюдяного листа с волокнистой подложкой.

Недостатком известного способа является трудоемкость процесса в целом и низкая производительность изготовления слюдяного листового материала, так как обезвоживание и сушка производится непосредственно на сетке без использования сушильного барабана.

Задачей изобретения является повышение производительности и упрощение процесса изготовления слюдоволокнистой бумаги.

Поставленная задача решается за счет того, что при использовании известного способа получения слюдоволокнистой бумаги путем ее формования из чередующихся волокнистых и слюдяных слоев, формование как волокнистого, так и слюдяного слоя производят на бумагоделательной машине путем одновременной послойной подачи волокнистой массы и слюдяной пульпы на движущуюся сетку, при этом волокнистый слой используют в качестве подложки.

При использовании массы из неорганического волокна в нее добавляют органическое бумагообразующее или связующее волокно.

За счет одновременного напуска волокнистой массы и слюдяной пульпы из напускного устройства послойной подачи волокнистой массы и слюдяной пульпы на движущуюся сетку бумагоделательной машины формируется два слоя, из которых нижний волокнистый и служит в качестве несущей подложки, которая по мере продвижения сетки обезвоживается и приобретает механическую прочность, достаточную для ее протягивания в прессовую часть и на сушильный барабан, а также для последующего каландирования. Таким образом исключается необходимость во второй отливной машине и некоторых других устройствах, необходимых при раздельном формовании слоев. Использование прессовой части и сушильного барабана значительно ускоряет процесс изготовления слюдоволокнистой бумаги. Сцепление между слоями обеспечивается за счет адгезии, появляющейся в результате смыливания волокон. Для повышения прочности бумаги и улучшения качества сцепления слоев в неорганическую волокнистую массу целесообразно добавлять органическое бумагообразующее волокно. За счет этого исключается процесс склеивания, что упрощает процесс изготовления.

В предлагаемом способе подаются послойно не волокнистые массы, а два совершенно различных компонента: слюдяная пульпа, состоящая из тонкорасщепленных пластинок слюды, и волокнистая масса. Кроме того, в случае подачи двух волокнистых масс возможно взаимное проникновение и переплетение волокон различного химического состава. В предлагаемом материале такого проникновения не происходит, ведь основная задача получения слюдоволокнистого материала это получение непрерывного барьерного слюдяного слоя, что обуславливает высокую длительную электрическую прочность материала в изделиях. Вероятно, смущает очевидность технического pешения и неуверенность в том, что это решение не было осуществлено ранее. Это как раз то обстоятельство, с которым пришлось столкнуться авторам. Все специалисты по слюдяным и волокнистым бумагам утверждали, что не получится послойного материала из слюдяной и волокнистой массы, что массы при формировании листа будут размываться и проникать один слой в другой и будет получен вариант бумаги типа "номекс М", разработанный фирмой "Дюпон". Второе возражение специалистов не будет контакта между волокнистым и слюдяным слоем, особенно если это неорганические волокна.

Опытным путем авторы убедились, что эти, в общем-то убедительные доводы, не состоятельны. Были получены бумаги достаточно высокого качества, причем в отличие от чисто слюдяных бумаг механически очень прочные на надрыв, отлично пропитываемые на вертикальных пропиточных машинах. Надо отметить, что это не единственный случай, когда практика опровергает теоретические предпосылки. Поэтому мнение, что в предлагаемом способе используется уже известный прием (подача на движущуюся сетку одновременно нескольких масс, образующих слои бумаги) является не состоятельным, поскольку подаваемые массы волокон смешиваются и проникают в толщу не соответствующего ему слоя. В случае же слюдоволокнистой бумаги этого не происходит, чешуйки слюды создают непрерывный барьерный слой только из чешуек слюды, без волокон. Они абсолютно не проникают в волокнистый слой. Это оказалось как раз тем неожиданным эффектом, которым и должно отличаться изобретение.

За счет признаков, характеризующих техническое решение по изобретению, полностью решаются проблемы, составляющие задачу изобретения.

Заявляемое техническое решение с совокупностью характеризующих его признаков на настоящее время неизвестно, поэтому оно отвечает требованиям критерия "новизна".

Заявляемое техническое решение может быть осуществлено промышленным способом с использованием известных технических средств и материалов. Полученная с его помощью бумага имеет широкое применение в электротехнике, радиотехнике, кабельной технике и других отраслях промышленности. Поэтому заявляемое техническое решение отвечает требованиям критерия "промышленная применимость".

Заявляемое техническое решение с характеризующими его признаками является оригинальным, дающим неожиданный эффект, позволяющим решить одновременно несколько проблем, сформулированных в задаче изобретения. Оно не вытекает очевидным образом из существующего уровня техники и отвечает требованиям критерия "изобретательский уровень".

Предлагаемый способ состоит в одновременной подаче на сетку бумагоделательной машины через напускное устройство послойной подачи волокнистой массы и слюдяной пульпы, которые образуют отдельные, не смешивающиеся друг с другом слои, из которых нижний волокнистый слой играет роль несущей подложки. На сетке во время ее движения волокнистая масса и слюдяная пульпа частично обезвоживаются и во влажном состоянии подаются в прессовую часть, где происходит прессование материала, и далее на сушильный барабан. При этом волокнистый материал во влажном состоянии приобретает механическую прочность, достаточную для передачи материала на сушильный барабан. Для дополнительного уплотнения материала и сглаживания поверхности осуществляют его каландрирование. Для обеспечения повышенной механической прочности, например, при использовании слюдяной бумаги вместо непропитанных лент, слюдяной слой может отливаться между двумя волокнистыми слоями в виде пирога.

В качестве волокнистого материала может использоваться как органическое, так и неорганические волокно. При использовании неорганического волокна в волокнистую массу целесообразно добавлять органическое бумагообразующее волокно. Это улучшает сцепление между слоями.

Примеры выполнения.

П р и м е р 1. На промышленной машине фирмы "Брудерхаус" была изготовлена двухслойная бумага из массы на основе арамидных волокон и слюдяной пульпы отклассифицированной при скорости 0,75 см/с. Полученная слюдоволокнистая бумага при толщине 40 мкм (20 мкм волокнистый слой и 20 мкм слюдяной слой) имела механическую прочность 20 Н/мм² и электрическую прочность 25 кВ/мм.

П р и м е р 2. На листоотливном аппарате была отлита двухслойная бумага из массы на основе муллитокремнеземистых волокон и флогопитной слюдяной пульпы с добавлением 2% карбоксиметилцеллюлозы. Полученные образцы была рыхлыми, поэтому на них пульвеpизатором напыляли раствор алюмохромфосфата плотностью 1,34 г/cм³, после чего образцы каландрировали. При толщине 0,3 мм образцы имели механическую прочность 5,4 Н/мм² и электрическую прочность 8 кВ/мм.

П р и м е р 3. На листоотливном аппарате была отлита трехслойная бумага со слоями из муллитокремнеземистого волокна (слюды) муллитокремнеземистого волокна с добавкой 3,2% карбоксиметилцеллюлозы. После каландрирования при толщине 0,26 мм бумага имела механическую прочность 5,5 Н/мм² и электрическую прочность 9,5 кВ/мм.

П р и м е р 4. Двухслойная бумага была изготовлена на машине фирмы "Брудхаус" со слоем подложки из стекловолокнистой массы с добавлением 5% фибридов фенилона. При толщине 80 мкм бумага имела разрывную длину 500 м и электрическую прочность 12 кВ/мм.

П р и м е р 5. Двухслойная бумага, отлитая из массы на основе кремнеземистого волокна с добавлением 5% фибридов фенилона и слюдяной пульпы, при толщине 100 мкм имела разрывную длину 450 м и электрическую прочность 5,4 кВ/мм.

В процессе изготовления всех приведенных в примерах видов слюдоволокнистой бумаги на бумагоделательной машине с напускным устройством послойной подачи волокнистой массы и слюдяной пульпы смешение слоев волокна и слюды не происходило.

Опасение размыва волокнистого слоя напускаемой слюдяной пульпой не подтвердилось. Сцепление слоев было достаточным без клеевого слоя. Чешуйки слюды располагались параллельно поверхности с перекрытием друг друга, образуя сплошной барьерный слой. В любых случаях практического применения слюдоволокнистой бумаги в качестве изоляционного материала расслаивания не происходило. Как видно из примеров, слюдоволокнистая бумага имела высокую механическую и электрическую прочность.

По сравнению с известными способами изготовления слюдоволокнистой бумаги предложенный способ позволяет совместить процесс формирования слоев на одной бумагоделательной машине, отказаться от необходимого в известных способах дополнительного оборудования для формования слюдяного листа и дополнительного процесса склеивания слоев, а также ускорить технологический процесс в целом и процесс сушки, в частности.

Таким образом предложенный способ позволяет повысить производительность, а также упростить и удешевить процесс изготовления слюдоволокнистой бумаги без ухудшения ее качества.

Использование: в производстве изоляционных материалов, в частности слюдоволокнистой бумаги, используемой преимущественно в качестве изоляционных прокладок, например, между ламелями коллекторов, изоляции обмоток электрических машин, высоковольтных кабелей и т.п. Задачей изобретения является повышение производительности и упрощение процесса изготовления слюдоволокнистой бумаги. Сущность изобретения: слюдоволокнистую бумагу получают путем ее формования из чередующихся волокнистых и слюдяных слоев на бумагоделательной машине с одновременной послойной подачей волокнистой массы и слюдяной пульпы на движущуюся сетку, при этом волокнистый слой используется в качестве подложки. 1 з. п. ф-лы.

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЛЮДОВОЛОКНИСТОЙ БУМАГИ из по крайней мере одного волокнистого и одного слюдяного слоев, при котором формование волокнистого слоя производят подачей на движущуюся сетку бумагоделательной машины волокнистой массы и соединение этого слоя с нанесенным поверх него слюдяным осуществляют в процессе формирования волокнистого слоя, отличающийся тем, что одновременно с подачей волокнистой массы производят подачу слюдяной пульпы, образующей указанный слюдяной слой. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при использовании неорганической волокнистой массы в нее добавляют органическое бумагообразующее волокно.