(57)【要約】２つの外層および少なくとも１つの内層で構成される紙構造物を提供する。その２つの外層は、実質的にセルロース系パルプ繊維で構成され、内層は、耐熱繊維およびポリマーバインダー、好ましくはセルロース系パルプ繊維で構成される。好ましい実施形態において、その構造物は、少なくとも３つの内層を含み、そのすべてがセルロース系パルプ繊維、耐熱繊維およびポリマーバインダーで構成される。得られた紙構造物は、変圧器の製造において変圧器用耐熱紙として特に用途が見出される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの外層および少なくとも１つの内層で構成される紙構造物であって、前記の２つの外層が実質的にセルロース系パルプ繊維で構成され、かつ前記内層がセルロース系パルプ繊維６０〜８０重量％、耐熱繊維５〜１５重量％およびポリマーバインダー１０〜２５重量％で構成される、紙構造物。
【請求項２】
前記構造物が少なくとも３つの内層を含み、そのすべてがセルロース系パルプ繊維、耐熱繊維およびポリマーバインダーで構成される、請求項１に記載の紙構造物。
【請求項３】
前記ポリマーバインダーがポリビニルアルコールで構成される、請求項１に記載の紙構造物。
【請求項４】
前記外層が少量の合成繊維をさらに含む、請求項１に記載の紙構造物。
【請求項５】
前記耐熱繊維が少なくとも４００℃のＴgを有する、請求項１に記載の紙構造物。
【請求項６】
前記耐熱繊維がポリアラミド繊維で構成される、請求項１に記載の紙構造物。
【請求項７】
内層におけるセルロース系パルプ繊維、耐熱繊維およびポリマーバインダーの相対重量が約７０：１０：２０である、請求項１に記載の紙構造物。
【請求項８】
３つの内層に対する、セルロース系パルプ繊維、耐熱繊維およびポリマーバインダーの相対量（重量％）が約７０：１０：２０である、請求項３に記載の紙構造物。
【請求項９】
少なくとも３つの異なるシリンダーを有する円網抄紙機を用いることを含む、請求項１に記載の紙構造物を製造する方法であって、得られる紙構造物の２つの外層が実質的にセルロース系パルプ繊維で構成されるように、外層に対応するシリンダーに、実質的にセルロース系パルプ繊維で構成されるストック組成物を供給することを含み、かつ
紙構造物の内層がセルロース系パルプ繊維、耐熱繊維およびポリマーバインダーで構成されるように、セルロース系パルプ繊維、耐熱繊維およびポリマーバインダーで構成されるストック溶液が他のシリンダーに供給される、方法。
【請求項１０】
５つのシリンダーが用いられ、紙構造物の外層に対応するシリンダーに、実質的にセルロース系パルプ繊維で構成されるストック溶液が供給され、かつセルロース系パルプ繊維、耐熱繊維およびポリマーバインダーで構成される溶液が３つの内シリンダー（inner cylinder）に供給される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
内層に対応するシリンダーに供給されるストック溶液中の前記ポリマーバインダーが、ポリビニルアルコールで構成される、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
内層に対応するシリンダーに供給されるストック溶液中の前記耐熱繊維が、ポリアラミド繊維で構成される、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
内層に対応するシリンダーに供給される前記ストック溶液が、相対量（重量％）約７０：１０：２０でセルロース系パルプ繊維、耐熱繊維およびポリマーバインダーを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
請求項１に記載の紙構造物で構成される、変圧器用耐熱紙。
【請求項１５】
請求項２に記載の紙構造物で構成される、変圧器用耐熱紙。
【請求項１６】
請求項３に記載の紙構造物で構成される、変圧器用耐熱紙。
【請求項１７】
請求項６に記載の紙構造物で構成される、変圧器用耐熱紙。
【請求項１８】
前記ポリマーバインダーがポリビニルアルコールで構成され、前記耐熱繊維がポリアラミド繊維で構成され、かつ前記構造物がセルロース系パルプ繊維、ポリアラミド繊維およびポリビニルアルコールですべて構成される３つの内層を含む、請求項２に記載の紙構造物。
【請求項１９】
前記ポリマーバインダーがポリビニルアルコールで構成され、前記耐熱繊維がポリアラミド繊維で構成され、かつ前記構造物がセルロース系パルプ繊維ですべて構成される３つの内層を含み、ただ１つの内層がポリビニルアルコールおよびポリアラミド繊維をさらに含む、請求項１に記載の紙構造物。
【請求項２０】
２つの外層および少なくとも１つの内層で構成される紙構造物であって、前記の２つの外層が実質的にセルロース系パルプ繊維で構成され、かつ前記内層が耐熱繊維およびポリマーバインダーで構成される、紙構造物。
【請求項２１】
前記耐熱繊維がポリアラミド繊維で構成される、請求項２０に記載の紙構造物。
【請求項２２】
前記ポリマーバインダーがポリビニルアルコールで構成される、請求項２０に記載の紙構造物。
【請求項２３】
前記ポリマーバインダーがポリビニルアルコールで構成される、請求項２１に記載の紙構造物。
【請求項２４】
請求項１４に記載の紙で構成される、変圧器。
【請求項２５】
請求項１５に記載の紙で構成される、変圧器。
【請求項２６】
請求項１６に記載の紙で構成される、変圧器。
【請求項２７】
請求項１７に記載の紙で構成される、変圧器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の背景
発明の分野
２つの外層および少なくとも１つの内層で構成される耐熱紙を提供する。２つの外層は一般に、実質的にセルロース系パルプ繊維で構成され、内層は、セルロース系パルプ繊維、耐熱繊維およびポリマーバインダーで構成される。この紙構造物は、変圧器で適用される耐熱Ｅボードとして使用することができ、改善された耐熱性が提供される。
【０００２】
関連分野の説明
耐熱Ｅボードは変圧器で使用され、２つの機能を果たす。第一に、Ｅボードは、電気絶縁を付与する。これは、変圧器のコイルが短絡するのを防ぐ。第二に、このボードは、機械的強度を付与する。変圧器を通る電流の大きな流れがある場合、コイルの層上に力が働き、コイルに接着されたボードが移動する。コイルへのボードの接着は、様々なコイルが伸縮（telescoping）するのを防ぐ。それぞれのコイルは、ソレノイドのような働きをし、移動しようとする。この伸縮を防ぐのがＥボードである。
【０００３】
Ｅボードの機械的強度を高めることは、伸縮するコイルの問題を回避する助けとなるだろう。その紙を強化するためにＥボードを強化することは、必要な機械的強度を付与する助けとなるだろう。しかしながら、その紙は、効率的かつ有効な手法で製造しなければならないだろう。
【０００４】
費用の安い変圧器が設計できるように、変圧器で使用されるＥボードの熱抵抗を向上させることにも関心が集められている。変圧器におけるワイヤーの直径を小さくすることによって、コイルはより小さくなるだろう。コイルが小さいほど、必要とされるコア（core）は小さく、必要とされる金属容器も小さくなる。容器が小さいと、保持されるオイルが少なくなり、これは、必要とされるワイヤーのための銅、コアのための鋼が少なくなり、必要とされる絶縁のためのオイルが少なくなることを意味する。しかしながら、ワイヤーが細くなるため、変圧器はより高い電気抵抗を有し、より熱く動作するだろう。したがって、かかる変圧器が実用的である前に、Ｅボードは、改善された耐熱性を示さなければならないだろう。
【０００５】
改善された耐熱性、ならびに向上した機械的強度を示す紙によって、この産業において、上述の経済的利益および性能利益を認めることができる変圧器を設計することが可能となるだろう。
【０００６】
したがって、改善された耐熱性を示す紙構造物を提供することが本発明の目的である。
【０００７】
本発明のもう１つの目的は、向上した機械的強度を示す紙構造物を提供することである。
【０００８】
本発明のこれらの目的および他の目的は、以下の説明および添付の特許請求の範囲を検討すれば、当業者には明らかとなるだろう。
【発明の開示】
【０００９】
発明の概要
前述の目的に従って、２つの外層および少なくとも１つの内層で構成される紙構造物を提供する。２つの外層は、実質的にセルロース系（木材）パルプ繊維で構成されることが好ましい。内層は、セルロース系パルプ繊維、耐熱繊維およびポリマーバインダーで構成される。好ましい実施形態において、その構造物は、少なくとも３つの内層を含み、すべてがセルロース系パルプ繊維、耐熱繊維およびポリマーバインダーで構成される。最も好ましいポリマーバインダーはポリビニルアルコールである。
【００１０】
本発明は、本発明の紙構造物を製造する方法もまた提供する。当技術分野で知られているように、少なくとも３つの異なるシリンダーを有する円網抄紙機が用いられる。実質的にセルロース系パルプ繊維で構成されるストック組成物が、紙構造物の外層に対応するシリンダーに供給され、セルロース系パルプ繊維、耐熱繊維およびポリマーバインダーで構成されるストック溶液が、紙構造物の内層に対応する他のシリンダーに供給される。
【００１１】
得られた紙構造物は、その改善された耐熱性のために、変圧器においてＥボードとして非常に有用な紙を提供する。さらに、耐熱繊維もまた、コイルが伸縮する問題を回避するために紙を強化する助けとなる。紙を製造するために使用される方法は、紙構造物を効率的かつ有効に製造することも可能にし、ポリビニルアルコールバインダーが存在するために、スティッキング（sticking）の問題が回避される。
【００１２】
好ましい実施例の詳細な説明
本発明の紙構造物は、耐熱Ｅボードとして非常に有用である。その紙は改善された耐熱性ならびに優れた機械的強度を示す。優れた熱抵抗によって、コイルがより熱い温度で動作することが可能となるであろうことから、小さなサイズのコイルを有する変圧器で紙を使用することが可能となるだろう。さらに、コイルに接着された場合に、様々なコイルが伸縮するのを防ぐように、その紙は強化もされる。変圧器での実際の使用において、その紙は、エポキシ接着剤などの接着剤でコーティングされ、ワイヤーコイル表面に熱接着される。ボードが様々なコイルが伸縮するのを防ぐことを可能にするのが、コイルへのこの接着である。ポリマーバインダーと組み合わせられたその耐熱性強化繊維を含む、本発明の紙構造物の機械的強度によって、Ｅボードが、コイルが伸縮するのを防ぐことに関して効率的かつ有効に働くことが可能となる。
【００１３】
本発明の紙構造物は一般に、２つの外層および少なくとも１つの内層を含む。その２つの外層は、実質的に木材パルプ繊維で構成されるが、少量の合成繊維を含み得る。かかる合成繊維は例えば、ポリエステルまたはナイロン繊維であり得る。少量とは、５０重量％未満の繊維、好ましくは１０重量％未満の繊維を意味する。使用されるセルロース系（木材）パルプ繊維はクラフト（Ｋｒａｆｔ）繊維であることが最も好ましい。
【００１４】
内層は一般に、セルロース系（木材）パルプ繊維、耐熱繊維およびポリマーバインダーを含む。その耐熱繊維は一般に、少なくとも４００℃、最も好ましくは５５０℃を超えるＴgを有する繊維である。好ましい耐熱繊維としては、ＮＯＭＥＸ（登録商標）などの市販のポリアラミド繊維が挙げられる。一般に、繊維は、長さ約１／４インチであり、約２デニールを有する。
【００１５】
好ましいポリマーバインダーはポリビニルアルコールである。それは、合成繊維の形で、または乾燥粉末として添加することができる。バインダーが繊維として添加される場合、その繊維が適切な化学的特性を有することが重要である。ポリビニルアルコール繊維は、広範な水可溶化温度(water solublization temperature)で利用可能である。ポリマーが可溶性となる温度は、重合度、加水分解度、および結晶化度などのポリマーの特性に応じて異なる。この可溶化温度は、約６０℃から１００℃を超える範囲であり得る。紙を製造する方法にこの可溶化温度を調和させることが重要である。最も有効であるために、ポリビニルアルコール繊維はバンダーのように挙動するはずであるが、それは繊維状であり、完全に溶解されるべきではない。繊維表面がまさに溶解し始めた時に、最も強い結合が生じる。次いで乾燥させると、ポリビニルアルコール繊維は、他の繊維のすべてに、それが接触する合成および天然繊維の両方に、結合するだろう。
【００１６】
これは、低い可溶化温度を有するポリビニルアルコール繊維が、高い機械速度で通常運転される低い坪量ないし中程度の坪量の紙（およそ２５〜１２０ポンド／３０００平方フィート）で使用されるはずであることを意味する。機械速度が高く、シート質量が低いために、蒸発によって紙が冷却される。非常に熱くなる前に紙は乾燥するだろう。紙が達する最高温度は、おそらく７０℃未満であるだろう。
【００１７】
高い坪量の紙（２００ポンド／平方フィート以上）の場合には、より高い可溶化温度を有するポリビニルアルコール繊維を使用することができる。これらの紙は通常、遅い機械速度で運転され、その結果として、シート温度がかなり高くなる。
【００１８】
粉末状のポリビニルアルコールバインダーを使用する場合、ポリマーを完全に（９９％以上）加水分解すべきであり、ポリマーを粒径１００メッシュ以下に粉砕すべきである。粉末は、精製（refining）前に木部繊維に添加するか、または精製後にシステムに添加することができる。紙を製造するシステムに添加した後に、粉末ポリマーを膨潤させることが重要である。膨潤時間は水の温度によって異なる。冷水（０〜１４℃）では、約１時間の膨潤時間が必要である。温かい水（４０〜５０℃）の場合には、約２０分で粒子が膨潤するだろう。熱水はポリマーを溶解し、結合特性の大部分が失われるであろうことから、ポリビニルアルコール繊維または粉末のいずれかと共に使用されるプロセス水は、６０℃を超えないことが必須である。
【００１９】
粉末状のポリビニルアルコールバインダーと共にスチームシャワー（steam shower）を使用するのが有利である。このシャワーは、乾燥機セクション前に紙に当たるほうがよい。スチームシャワーは、低い坪量の紙で特に有用である。それはシートを熱するが、まだ濡れており、このため膨潤ポリマー粒子の外側が溶解し始める。
【００２０】
内層に対する相対重量比でのセルロース系パルプ繊維、耐熱繊維およびポリマーバインダーの使用は、好ましくはそれぞれ約７０：１０：２０である。木材パルプ繊維の量は一般に、６０〜８０重量％の範囲であり、耐熱繊維の量は好ましくは、５〜１５重量％、ポリマーバインダーまたはポリビニルアルコールの量は一般に、１０〜２５重量％の範囲である。
【００２１】
紙構造物を製造するための本発明の方法において、当技術分野でよく知られている円網抄紙機が用いられる。円網抄紙機は、異なるストック組成物を使用して異なる層を作製することができ、したがって、本発明内で必要とされるように紙構造物を製造することができる。
【００２２】
本発明の方法は、外層に対応するシリンダーに、木材パルプ繊維で実質的に構成されるストック組成物を供給することを含む。このように、得られた紙構造物の２つの外層は、実質的にセルロース系繊維、好ましくは木材パルプ繊維を含む。前述のように、少量の合成繊維が、ストック組成物中に含まれ得る。
【００２３】
次いで、紙構造物の内層がセルロース系パルプ繊維、耐熱繊維およびポリマーバインダーで構成されるように、内層に対応するシリンダーに、セルロース系パルプ繊維、耐熱繊維およびポリマーバインダーで構成されるストック溶液を供給する。このように、本発明の紙構造物は、内層のみがポリマーバインダーを含有し、外層はポリマーバインダーを含有せず、このため、紙構造物を好ましくはドライヤー缶で乾燥させる際にスティッキングの問題が避けられ、ポリマーバインダーは高温のために活性化される。ポリマーバインダーを活性化させると、バインダーは、耐熱繊維を木材パルプ繊維と結合させる働きをし、それが内層上にあるために、スティッキングの問題が生じないだろう。
【００２４】
紙構造物は、例えばサイズプレスでは熱遅延剤（thermal retardant）でコーティングされることもまた好ましい。さらに好ましくは、紙構造物は、ジシアナミドの溶液でコーティングされ、その化合物は、変圧器で生じる熱劣化を遅らせるのに役立つ。
【００２５】
好ましい実施形態において、紙構造物は、５つの異なる層で構成される。２つの外層は、セルロース系パルプ繊維、好ましくは木材パルプ繊維で実質的に構成される。３つの内層はすべて、セルロース系パルプ繊維、耐熱繊維およびポリマーバインダーで構成される。任意に、内層は異なる組成の内層であり得る。例えば、対応する様々なシリンダーに異なるストック組成物を供給することができるため、それらは、異なる相対量のセルロース系パルプ繊維、耐熱繊維およびポリマーバインダーを含有することができる。それに加えて、耐熱繊維およびポリマーバインダーを含有する、ただ１つの層を有することが望ましい場合がある。次に、残りの層は、主にセルロース系パルプ繊維で構成されるであろう。
【００２６】
その他の実施形態では、紙構造物は、実質的にセルロース系パルプ繊維で構成される２つの外層と、耐熱繊維およびポリマーバインダーで構成される内層と、を含む。紙構造物の少なくとも１つの内層中に、耐熱繊維およびポリマーバインダーが共に存在することが重要である。２つの外層ポリマーバインダーを含有しない限り、残りの層は組成が異なってもよい。
【００２７】
本発明に従って円網抄紙機を用いて、最も効率的かつ有効に製造された紙構造物は、変圧器用の耐熱紙として非常に有用な紙を提供する。その紙は、改善された耐熱性ならびに優れた機械的強度を示し、変圧器のＥボードに必要な機能のすべてを果たす。
【実施例】
【００２８】
本発明に従って、３層紙構造物を製造した。円網抄紙機を使用し、別々のストックを外層および内層に用いた。
【００２９】
セルロースパルプで構成される完成紙料(furnish)を外層に供給した。内層の完成紙料は、セルロースパルプ７０重量％、ポリマーバインダー、つまりポリビニルアルコール２０重量％、ポリアラミド繊維１０重量％を含んだ。ポリマーバインダーは、Ｃｅｌｖｏｌ １６５ＳＦポリビニルアルコールで構成され、耐熱繊維は、長さ１／４インチおよび２．０デニールのＮＯＭＥＸ（登録商標）繊維であった。
【００３０】
外層および内層の完成紙料をそれぞれのシリンダーに供給した後、３層紙構造物が作製された。外層はセルロースパルプのみで構成され、内層は、耐熱繊維およびポリマーバインダーと組み合わせてセルロースパルプで構成された。次いで、得られた紙構造物を従来の手法でプレスし、乾燥させて、カレンダー処理した。ポリビニルアルコールポリマーバインダーを活性化するのに十分な温度で乾燥を行った。
【００３１】
得られた紙構造物は良好な強度特性を示し、変圧器コイルにおいて電気絶縁として有用であると思われる。
【００３２】
ここで、本発明が完全に説明されたので、記述される本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本発明にいずれかの変更および修正を加えることができることは、当業者には明らかであるだろう。
【国際調査報告】
2005522598.tif 000002