Verfahren zur Herstellung durchschlagsfester Papiere. Die als Dielektrikum zur Verwendung kommenden Papiere besitzen alle eine An zahl leitender Stellen. Beim Anlegen einer gewissen Spannung an eine einzelne Papier lage erhält man infolge dieser leitenden Stel len Durchschläge durch das Papier, und zwar wächst die Zahl der Durchschläge je Meter Papierlänge mit ansteigender Feld stärke nach einer Kurve, wie sie in der Ab bildung der beigeordneten Zeichnung als Kurve 1 am Beispiel eines 8 ,u starken Natronpapiers gezeigt ist.
Man erkennt aus dieser Kurve, dass von etwa 400, kV/cm Feldstärke an ein geradliniger Anstieg der Durchschlagszahl pro Meter Papierlänge mit steigender Spannung erfolgt. Unterhalb von 400 kV/cm hat die Kurve einen andern Ver lauf; die Zahl der "archschläge sinkt mit fallender Feldstärke wesentlich langsamer als oberhalb 400 kV/cm und unterhalb eines gewissen. Wertes, der meist in der Nähe von 50 kV/cm liegt, ist. die Zahl der Durch schläge beinahe konstant, und zwar bis auf niedrigste Werte der Feldstärke.
Der obere geradlinige Anstieg zwischen den Punkten c und b ist im wesentlichen ,durch die Porosität des Papiers bestimmt und kann durch nach trägliche Behandlung des Papiers, insbeson dere durch ein- oder zweiseitiges Lackieren beeinflusst werden-. Der Kurvenbereich un terhalb des Punktes b zeigt jedoch auch bei lackierten Papieren den erwähnten Verlauf, das heisst trotz der Verringerung der Durch schläge im Gebiet höherer Feldstärke ge lingt es nicht, die bereits bei sehr geringen Feldstärken einsetzenden Durchschläge völlig zu beseitigen.
Man hat zur Erklärung dieser Erschei nung angenommen, dass im Papier einge schlossene Fremdkörper die Ursache dieser Durchschläge bei niedrigen Feldstärken sind. Danach leiten in das Papier eingeschlossene leitende. Fremdkörper durch Feldverzerrung, das heisst durch Zusammendrängung der Kraftlinien und örtliche Überbeanspruchung des Papiers, die Durchschläge ein. Da die Anzahl der Durchschläge bei maschinen glatten, das heisst nichtsatinierten Papieren geringer war als bei satinierten, glaubte man, dass es sich im wesentlichen um beim Satinierverfahren in das Papier eingelagerte Metallteilchen handeln müsse.
Weiterhin nahm man an,,dass Flugaseheteilchen, die bei der Fabrikation in das Papier gelangen und Wassereinschlüsse, die so fest an die Zellu- losefaser gebunden sind, dass sie ähnlich wie Kristallwasser durch nachträgliche Trock nung nicht mehr entfernt werden können, an der Bildung dieser leitenden Stellen beteiligt seien.
Die Beseitigung dieser Fehlstellen durch eine besondere Vorbehandlung elektrischer Art gelingt nicht in befriedigendem Um fang; das Vorausbrennen des reinen Papiers zwischen Aluminiumbändern oder Metall- walzen, zum Beispiel, die an Spannung ge legt sind, so dass die leitenden Stellen durch schlagen und ihre Leitfähigkeit verlieren oder das Durchführen des Papiers durch ein Hochfrequenzfeld, um durch Erhitzen der im Papier eingeschlossenen leitenden Stellen ihr Verdampfen und damit ihre Beseitigung zu erwirken, bringt nicht den vollen Erfolg.
So weit solche Verfahren, wie das Vorausbrennen zwischen Bändern oder Walzen einen Teil der leitenden Stellen tatsächlich unsehädlieh ma chen, erfordern sie grössere Apparaturen und verhältnismässig viel Zeit. Erfindungsgemäss wird das fertigsatinierte Papier nochmals angefeuchtet und wieder getrocknet, worauf sich zum Beispiel beim in der Zeichnung veranschaulichten Beispiel die in der Abbil dung gezeigte Kurve 2 ergibt.
Die Kurve zeigt, dass unter 450 kV/cm so gut wie keine Durchschläge mehr auftreten, dass auch die Durchschlagszahlen oberhalb 450 kV/ein stark herabgesetzt sind und da,ss unter 200 kV/cm überhaupt keine Durchschläge mehr auftreten. Auch die Durchschläge im Bereich zwischen 200 und 450 kV/cm lassen sich vollständig beseitigen, wenn man zum Anfeuchten des Papiers Wasser benützt, das eine höhere, über 20 C liegende Tempera tur (zirka 80 C) hat.
Das Anfeuchten des Papiers geschieht am besten dadurch, dass man es durch ein Was serbad hindurchzieht, das Trocknen mittels einer geheizten, Walze, über die das Papier unmittelbar nach dem Anfeuchten gezogen wird.
Die Erfahrung hat gezeigt, dass durch diese nachträgliche erfindungsgemässe Be handlung das Papier etwa 5 % dicker wird. Diese Dickenzunahme ist in den wenigsten Fällen störend und kann durch entsprechende Bemessung des Ausgangspapiers völlig un schädlich gemacht werden. Führt man die Behandlung gleich im Anschluss an die Papierfertigung im gleichen Arbeitsgang wie die Satinage durch, so ist der Kosten aufwand für das Verfahren ausserordentlich gering. Ebenso sind die dafür notwendigen Vorrichtungen ausserordentlich leicht und billig zu erhalten, da man praktisch lediglich einen Wasserbehälter und eine Trockenwalze braucht, Elemente, die bei der Papierfabri kation sowieso verwendet werden.
Die Wirkungsweise des erfindungsgemä ssen Verfahrens lässt sich vielleicht auf folgende Art und Weise erklären: Bei der Herstellung des Papiers werden beim Wal zen der nassen Papiermasse und vor allem beim Satinieren Wasserteilchen durch rasch erhärtende Papierbestandteile derart einge kapselt, dass sie durch die sie umgebende harte Haut nicht mehr entweichen können. Durch das nachträgliche Anfeuchten des Papiers werden diese erhärteten Teile wieder so weit aufgelockert, dass die eingeschlosse nen Wasserteilchen bei der darauffolgenden Trocknung entweichen können.
Process for the production of impact resistant papers. The papers used as a dielectric all have a number of leading positions. When a certain voltage is applied to a single layer of paper, these conductive points result in breakdowns through the paper, and the number of breakdowns per meter of paper length increases with increasing field strength according to a curve, as shown in the illustration of the accompanying drawing as Curve 1 is shown using the example of 8-u thick soda paper.
It can be seen from this curve that from about 400 kV / cm field strength onward, the number of breakdowns per meter of paper length increases in a straight line with increasing voltage. The curve has a different course below 400 kV / cm; the number of strikes falls with falling field strength much more slowly than above 400 kV / cm and below a certain value, which is usually in the vicinity of 50 kV / cm. the number of strikes is almost constant, up to lowest values of the field strength.
The upper straight-line rise between points c and b is essentially determined by the porosity of the paper and can be influenced by subsequent treatment of the paper, in particular by one or two-sided lacquering. The curve area below point b, however, shows the course mentioned even with coated papers, i.e. despite the reduction in the breakdowns in the area of higher field strengths, it is not possible to completely eliminate the breakdowns that already occur at very low field strengths.
To explain this phenomenon, it has been assumed that foreign bodies trapped in the paper are the cause of these breakdowns at low field strengths. Thereafter, conductive trapped in the paper conduct. Foreign bodies due to field distortion, i.e. due to the crowding of the lines of force and local overstressing of the paper, cause the carbon copies. Since the number of copies in machine-smooth, i.e. non-calendered, papers was lower than in calendered papers, it was believed that it was essentially metal particles embedded in the paper during the calendering process.
It was also assumed that fly ash particles that get into the paper during manufacture and water inclusions that are so tightly bound to the cellulose fibers that they can no longer be removed by subsequent drying, like water of crystallization, are involved in the formation of these management bodies are involved.
The elimination of these defects by a special electrical pretreatment does not succeed in a satisfactory extent; pre-burning the pure paper between aluminum strips or metal rollers, for example, which are connected to voltage so that the conductive points break through and lose their conductivity, or passing the paper through a high-frequency field by heating the conductive parts enclosed in the paper Setting it to vaporize, and thus its elimination, does not bring complete success.
In so far as such processes as the pre-burning between strips or rollers actually make some of the conductive points unshielded, they require larger equipment and a relatively long time. According to the invention, the finished satined paper is moistened again and dried again, whereupon curve 2 shown in the figure results, for example, in the example illustrated in the drawing.
The curve shows that below 450 kV / cm there are virtually no more breakdowns, that the breakdown numbers above 450 kV / cm are also greatly reduced and that below 200 kV / cm there are no breakdowns at all. The breakdowns in the range between 200 and 450 kV / cm can be completely eliminated if water is used to moisten the paper at a higher temperature than 20 C (approx. 80 C).
The best way to moisten the paper is to pull it through a water bath, drying it by means of a heated roller, over which the paper is pulled immediately after moistening.
Experience has shown that this subsequent treatment according to the invention makes the paper about 5% thicker. This increase in thickness is in very few cases disruptive and can be made completely un harmful by appropriate dimensioning of the starting paper. If the treatment is carried out immediately after the paper production in the same operation as the calendering, the cost of the process is extremely low. Likewise, the devices required for this are extremely easy and cheap to obtain, since you practically only need a water tank and a drying roller, elements that are used in the paper production anyway.
The mode of operation of the method according to the invention can perhaps be explained in the following way: During the production of the paper, when rolling the wet paper pulp and especially when satinizing, water particles are encapsulated by rapidly hardening paper components in such a way that they are encapsulated by the hard skin surrounding them can no longer escape. Subsequent moistening of the paper loosens these hardened parts again to such an extent that the enclosed water particles can escape during the subsequent drying process.