СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННОЙ БУМАГИ
METHOD TO PRODUCE ELECTRIC INSULATION PAPER

Изобретение относится к электротехнической и целлюлозно-бумажной промышленности и может быть использовано в производстве электроизоляционных видов бумаги повышенного качества, предназначенных для изоляции различных электротехнических устройств, преимущественно - силовых трансформаторов и кабелей.
Известны способы изготовления электроизоляционных видов бумаги из 100% растительной целлюлозы. Среди них: трансформаторная бумага (ГОСТ 24874-86), а также кабельная - для изоляции силовых кабелей на напряжение до 35 кВ (ГОСТ 23436-83) и на напряжение до 500 кВ (ГОСТ 645-89). Однако существенным недостатком целлюлозных диэлектриков из 100% растительной целлюлозы и бумажно-пропитанной изоляции (БПИ) на их основе являются относительно невысокие электрофизические характеристики, включая нагревостойкость.
В патенте СА №1.279.450. описан способ использования бактериальной целлюлозы в качестве связующего для получения нетканых и бумагоподобных материалов из различных волокон, в том числе из волокон растительного происхождения. Определено оптимальное количество вводимой в массу бактериальной целлюлозы - 20%. Также заявлен способ культивирования бактериальной целлюлозы в динамических условиях. Однако влияние бактериальной целлюлозы на электрофизические свойства электроизоляционных видов бумаги в данном патенте не рассматривалась, как и не производилась электроизоляционная бумага.
В настоящей заявке бактериальную целлюлозу, предлагаемую к использованию в качестве композиционной добавки в основу бумаги из растительной электроизоляционной целлюлозы, получают путем поверхностного культивирования штамма Acetobacter xylinum BKM В 880. Наногель-пленка бактериальной целлюлозы (НГП ЦАХ) получена на питательных средах, содержащих в качестве источника углерода отходы или полуотходы производств, имеющих моносахара, например, гидролизат древесины или щелока целлюлозно-бумажного производства (патент RU №2189394, опубл. 20.09.2002). Способ реализован на модельной установке для производства НГП ЦАХ.
Наиболее близким по технической сущности и техническому результату является способ изготовления электроизоляционной бумаги (SU 1565928, опубл. 23.05.90), включающий роспуск целлюлозы, последующий размол массы, введение химической добавки и отлив бумажного полотна, при этом в качестве химической добавки используют соединение, выбранное из группы, содержащей малеиновый ангидрид, изопропиловый спирт, этиловый спирт и пропионовую кислоту, в количестве 0,001-3% от массы абсолютно сухого волокна. Известная добавка обеспечивает улучшение качества конденсаторной бумаги за счет повышения пробивного напряжения до 700-800 В, при этом значительно интенсифицируется процесс обезвоживания бумажной массы. Однако известный способ не является экологически безопасным и не обеспечивает таких электрофизических характеристик, как нагревостойкость, сорбционная способность и механическая прочность.
Технической задачей и положительным результатом данного способа являются повышение электрической и механической прочности электроизоляционных целлюлозных материалов (на примере кабельной бумаги). Также повышается нагревостойкость пропитанных целлюлозных диэлектриков вследствие замедления процессов разрушения целлюлозного компонента и пропитывающей диэлектрической среды за счет сорбционной очистки электроизоляционной жидкости от продуктов старения, ионогенных примесей и ионов металлов, способствующих развитию деструктивных процессов в изоляции.
Указанная задача и положительный результат достигаются за счет того, что способ получения электроизоляционной бумаги включает роспуск и размол целлюлозы, введение композиционной добавки и отлив бумажного полотна, при этом в композицию бумаги вводят бактериальную целлюлозу (ЦАХ), культивированную штаммом Acetobacter xylinum BKM В-880 в количестве 2-10% от массы абсолютно сухой растительной целлюлозы, бумагу изготавливают трехслойной, а бактериальную целлюлозу вводят в каждый слой. Способ характеризуется тем, что ЦАХ предварительно подвергают роспуску в течение 100-120 минут с последующим размолом: рафинирующий размол 20-30 минут, рубка 1-3 минуты при концентрации массы 0,2%.
Реализация предлагаемого способа получения электроизоляционной бумаги иллюстрируется следующими примерами его осуществления.
3
Пример 1-4. Подготовку бумажной массы проводят следующим способом: сульфатную небеленую хвойную целлюлозу марки ЭКБ распускают и размалывают до 45°ШР, затем в размолотую массу добавляют подготовленную ЦАХ в количестве 0-10% к массе абсолютно сухого волокна, перемешивают в течение 10-15 минут и осуществляют отлив бумаги. ЦАХ подвергают роспуску в течение 100-120 минут с последующим размолом (рафинирующий размол в течение 20-30 минут и рубка в течение 1-3 минут). Роспуск и размол проводят при концентрации 0,2%. Кабельную бумагу толщиной 120±7 мкм и плотностью 0,78±0,05 г/см получают трехслойной, бактериальную целлюлозу вводят в каждый слой. Результаты определения электрофизических характеристик бумаги представлены в таблице 1.
Анализ экспериментальных результатов, представленных в таблице 1, показывает, что введение ЦАХ в состав целлюлозной основы кабельной бумаги (примеры 1-3) способствует повышению ее электрофизических свойств. Так, по мере увеличения процентного содержания ЦАХ в основе из растительной целлюлозы механическая и кратковременная электрическая прочность кабельной бумаги (№1-№3) повышаются по сравнению с кабельной бумагой без добавки ЦАХ (№4).
Таблица 1
Показатели кабельной бумаги
Показатели кабельной бумаги
Примеры
№1
№2
№3
№4
№5 прототип
Состав основы бумажного полотна
сульфатная хвойная небеленая целлюлоза марки ЭКБ
Вид композиционной добавки
ЦАХ
ЦАХ
ЦАХ
НЕТ
Малеиновый ангидрид
Количество комп. добавки, в % к целлюлозе ЭКБ
2,0
5,0
10,0
0
3,0
Толщина бумаги, мкм
120±7
120±7
120±7
120±7
12,0
Плотность, г/см<sup>3</sup>
0,78±0,05
0,78±0,05
0,78±0,05
0,78±0,05
1,05
Разрушающее усилие - σ<sub>р</sub>, мПа (до термического старения)
78,3±4,0
86,0±4,0
96,3±2,0
75,0±1,8
-
Разрушающее усилие - σ<sub>р</sub>, мПа (после термического старения при 140°С в течение 120 ч)
74,0±1,5
76,0±2,0
86,6±1,8
60,0±2,5
-
Кратковременная электрическая прочность - Е<sub>пр</sub>, кВ/мм (до термического старения)
8,5±0,2
10,3±0,5
13,1±0,5
7,2±0,5
-
Кратковременная электрическая прочность - Е<sub>пр</sub>, кВ/мм (после термического старения при 140°С в течение 120 ч)
8,7±0,2
9,8±0,3
13,2±0,5
7,0±0,8
-
К<sub>ос 425</sub>, % предварительно состаренного нефтяного масла:
до контакта с бумагой - 51;
после контакта с бумагой в течение 200 часов (при 10°С)
-
-
57
55
-
Массовая доля золы, % не более
0,2
0,2
0,2
0,2
0,18
Удельная электрическая проводимость водной вытяжки, мкСм/см, не более
-
-
15
16
17
пр
p
p
Введение в композицию бумаги ЦАХ положительно сказывается и на нагревостойкости компонентов пропитанного диэлектрика. После термического старения в течение 120 часов при температуре 140°С кратковременная электрическая прочность (Е) бумаги (№1-4) практически не меняется. При этом механические показатели (σ) снижаются у всех рассмотренных образцов бумаги, вследствие термоокислительной деструкции макромолекул целлюлозы. Однако при введении в целлюлозную основу ЦАХ (№1-3), даже в минимальном количестве - 2% (№1), значения σ остаются более высокими, чем у кабельной бумаги, не содержащей в своем составе ЦАХ (№4).
ос
Определение коэффициента относительного светопропускания (К, %) предварительно состаренного нефтяного масла (содержащего продукты деструкции, примеси и ионы меди) до и после выдержки в контакте с кабельной бумагой №3 и №4 показало, что введение в состав основы из растительной целлюлозы ЦАХ усиливает сорбционную активность электроизоляционного материала. Так, после контакта с бумагой №3 светопропускание масла оказалось несколько выше, чем после контакта с бумагой №4 (табл.1). Погрешность измерения при помощи микроколориметра МКМФ-1 составляла 1%. Следовательно, введение ЦАХ в состав электроизоляционной бумаги способствует замедлению процессов разрушения жидкого диэлектрика за счет более интенсивной сорбционной очистки масла целлюлозным компонентом.
Введение в композицию бумаги ЦАХ (пример 1-5) не вызывает повышения зольности бумаги, которая может ухудшить диэлектрические свойства, и снижает удельную электрическую проводимость водной вытяжки (пример 3-5).