CN102760513B - 纤维云母纸及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于绝缘材料领域，具体涉及纤维云母纸及其生产方法。本发明解决的技术问题是提供了一种纤维云母纸及其生产方法。本发明的纤维云母纸由下述重量配比的成分制成：6～15%的芳纶纤维1313、85～94%的云母。本发明纤维云母纸的生产方法，包括如下步骤：a、云母浆料的制备；b、芳纶纤维1313的分散；c、配浆；d、抄纸。本发明方法制备的纤维云母纸厚度薄、抗张力强、介电强度高，为机电领域提供了新的绝缘材料。
Description
技术领域
本发明属于绝缘材料领域，具体涉及纤维云母纸及其生产方法。
背景技术
云母是一类含水铝硅酸盐类的总称。云母的电气强度高，介质损耗低，表面电阻和体积电阻高，具有耐热性、耐水性、化学稳定性、富有弹性、高剥离性、很大的耐剪切力和抗张强度等优异性能，目前被广泛应用于电机电气绝缘领域。云母中最有工业价值的是白云母[KAl2(AISi3010)(OH)2]和金云母[KMg3(AISi3010)(OH)2]。
由云母原料通过打浆、抄造形成的云母纸被广泛用于机电领域。随着大型电机向小型化方向发展，特别是风电、核电、高铁牵引电机等设备都要求电机体积小、绝缘强度高、使用寿命长、安全可靠，因此对云母纸也提出了更高的要求，急需介电强度更高的云母纸。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种纤维云母纸，这种云母纸具有更高的介电强度。
本发明提供了一种纤维云母纸，由下述重量配比的成分制成：6~15%的芳纶纤维1313、85~94%的云母。
其中，所述的云母为白云母。
本发明还提供了纤维云母纸的生产方法，其特征在于：包括如下步骤：
a、云母浆料的制备：选取原料，清洗原料，焙烧原料，打浆，配制成质量浓度为8～10%的云母浆料；
b、芳纶纤维1313的分散：将芳纶纤维1313在水中分散，使其质量浓度为20~30%；
c、配浆：按芳纶纤维1313占6～15%、云母占85～94%的重量配比，将步骤b得到的芳纶纤维1313和步骤a得到的云母浆料混合均匀，得浓浆；
d、抄纸：将步骤c得到的浓浆抄造成纸。
其中，步骤a所述的选取原料是指：选取面积为5~7cm2，厚度为2~5mm的云母片为原料。
其中，步骤a所述的清洗原料包括粗洗和精洗；粗洗是指将云母片置于浮选槽，每立方米体积的浮选槽投料量不大于80kg，加水搅拌，粗洗至少两次；精洗是指将粗洗后的云母片投入洗料机清洗，投料量≤300kg/h。
进一步的，清洗原料后进行检验：取精洗后云母片，放入云母片质量4~5倍的清水中，搅拌后取水检查浊度，浊度应≤12°，并无杂质存在视为合格。
其中，步骤a焙烧原料是指将清洗后原料投入焙烧炉焙烧，焙烧温度850~900℃，焙烧时间40~60min。
进一步的，每0.5~0.7m3的焙烧炉内腔投料15~20kg。
其中，步骤a所述的打浆是指：将焙烧得到的云母片制浆、过滤脱水、分级；其中，制浆是指使用高压水力将云母片剥离成云母鳞片，水压为55~60kg/cm2；其中，过滤采用120目滤网，脱水60~70%；其中，分级是指去除径厚比小于80的云母鳞片。
本发明的有益效果是：
本发明的纤维云母纸厚度薄，介电强度高，抗张力强，为机电领域提供了新的绝缘材料。本发明方法制造的纤维云母纸，综合纤维和云母这两种材料的优良特性，解决云母纸自身强度较低的问题，同时提高了产品介电强度及整体性能；为机电（特别是风电、核电、高铁牵引电机等）领域提供了新的高介电强度的绝缘材料，具有重大的现实意义和经济效益。
具体实施方式
本发明提供了一种纤维云母纸，由下述重量配比的成分制成：6～15%的芳纶纤维1313、85～94%的云母浆料。
其中，所述的云母为白云母。
本发明还提供了纤维云母纸的生产方法，其特征在于：包括如下步骤：
a、云母浆料的制备：选取原料，清洗原料，焙烧原料，打浆，配制成质量浓度为8～10%的云母浆料；
b、芳纶纤维1313的分散：将芳纶纤维1313在水中分散，使其质量浓度为20~30%；
c、配浆：按芳纶纤维1313占6～15%、云母占85～94%的重量配比，将步骤b得到的芳纶纤维1313和步骤a得到的云母浆料混合均匀，得浓浆；
d、抄纸：将步骤c得到的浓浆抄造成纸。
其中，步骤a所述的选取原料是指：选取面积为5~7cm2，厚度为2~5mm的云母片为原料。
其中，步骤a所述的清洗原料包括粗洗和精洗；粗洗是指将云母片置于浮选槽，每立方米体积的浮选槽投料量不大于80kg，加水搅拌，粗洗至少两次；精洗是指将粗洗后的云母片投入洗料机清洗，投料量≤300kg/h。
进一步的，清洗原料后进行检验：取精洗后云母片，放入云母片质量4~5倍的清水中，搅拌后取水检查浊度，浊度应≤12°，并无杂质存在视为合格。
其中，步骤a焙烧原料是指将清洗后原料投入焙烧炉焙烧，焙烧温度850~900℃，焙烧时间40~60min。
进一步的，每0.5~0.7m3的焙烧炉内腔投料15~20kg。
其中，步骤a所述的打浆是指：将焙烧得到的云母片制浆、过滤脱水、分级；其中，制浆是指使用高压水力将云母片剥离成云母鳞片，水压为55~60kg/cm2；其中，过滤采用120目滤网，脱水60~70%；其中，分级是指去除径厚比小于80的云母鳞片。
本发明中，芳纶纤维1313和云母的配比关系会对制备得到的纤维云母纸的性能产生很大的影响，特别是介电强度。本发明人研究发现，按芳纶纤维1313占6～15%、云母占85～94%的重量配比，所得到的纤维云母纸的性能可到达最佳，介电强度稳定在22KV/mm以上。当芳纶纤维1313和云母的配比不在前述范围内时，纤维云母纸的介电强度会有所下降。
本发明中，选取面积为5~7cm2，厚度为2~5mm的云母片为原料。云母片大小较均匀，有利于打浆。原料内不允许有风化云母、水锈云母、斑污云母及外来杂质。风化云母是指云母长期露天堆置，受空气、水及其它因素的作用，使其质地松软、无弹性，部份性能发生变化；水锈云母是指云母长期受水的浸蚀、吸潮及空气中氧的作用，云母晶体中的FeO变成Fe2O3，出现赤色斑痕。斑污云母是指云母片中斑点点径大于3mm且较密集的云母；外来杂质主要是指在选矿、运输过程中，参杂的木屑、竹屑、木炭、碎纸、碎布、果皮、卷发、铁丝、铁钉等非云母杂质。在选取原料后清洗原料可以去除原料中呈粉末状的泥沙等外来杂质。
本发明中，焙烧原料是将云母原料投入到焙烧炉中，加热到一定的温度，恒温保持一定的时间，以脱去云母晶体中的部分结晶水，使云母沿解理面的垂直方向产生显著的膨胀而分层，变得疏松而柔软，再通过打浆过程中使云母沿解理面产生分裂和破碎，形成尽可能大而薄的云母鳞片，从而提高制浆的成浆率和成纸后云母纸的介电强度。为了使焙烧效果更好，本发明人又通过多次对比实验优选了焙烧温度和焙烧时间。在试验中，本发明人发现焙烧温度太高、时间太长易形成云母焦片，用云母焦片制浆抄出的云母纸介电强度等性能指标显著降低；反之焙烧温度太低或焙烧时间太短易形成生料，在制浆过程中不易分剥成好的云母鳞片，纸张电气性能不好。经本发明人研究发现，控制焙烧温度850~900℃、焙烧时间40~50min可以使制备得到的云母纸电气性能较好。
本发明人还发现，投料量对焙烧质量有一定的影响，焙烧炉大投料量少能耗高不经济，焙烧炉小投料量多原料焙烧不均匀，焙烧质量不好。本发明人又对投料量进行了进一步的研究，发现在控制焙烧温度和焙烧时间的基础上，将投料量控制为每0.5~0.7m3的煅烧炉内腔投料15~20kg，可以使制备得到的云母纸电气性能更优。
本发明中，水压的大小主要根据打成浆后的鳞片质量及分布确定，压力太大鳞片破碎太小，反之压力太小，大鳞片多。径厚比是云母鳞片直径与厚度之比，是衡量云母鳞片质量的一个技术指标，其比值大表明云母鳞片大而薄，云母鳞片好，搭接后成纸结构好，有利于提高云母纸的电气性能。在分级去除径厚比小于80的云母鳞片时可以采用旋流分级器等设备。滤网脱水是为了提高云母浆料的质量浓度。
本发明中，控制云母浆料的质量浓度为8~10%，将芳纶纤维1313分散，使其质量浓度为20~30%，可使云母纸厚度均匀。云母浆料和分散后芳纶纤维1313的质量浓度太低或太高易造成云母纸的成纸结构不好，影响云母纸的定量和匀度，即云母纸厚薄不匀。配浆是指将云母浆料和分散后芳纶纤维1313混合。但应注意，所述的按芳纶纤维1313占6～15%、云母占85～94%的重量配比，是按分散前的芳纶纤维1313与制成浆料前云母之间的配比。将浓浆抄造成纸可采用园网纸机等设备。
本发明中，芳纶纤维1313即聚间苯二甲酰间苯二胺，属芳香族聚酰胺纤维，用于提高云母纸的强度。分散芳纶纤维1313可采用分散设备，将呈束状的芳纶纤维1313分离成单根状态。在现有技术中，也有采用聚氧乙烯作为纤维分散剂来分散芳纶纤维1313，但是聚氧乙烯会影响产品的耐温性，使用化学分散剂后续工业污水处理量大，还会增加生产成本贵。
本发明下述实施例中所用的芳纶纤维1313密度为1.37~1.38g/cm3，炭化起始温度为400℃，极限氧指数≥28%。
实施例1采用本发明方法制备纤维云母纸
原料精选优质白云母作为原料，面积大小5cm2左右，厚度2~5mm。原料内不允许有风化云母﹑水锈云母﹑斑污云母﹑矿石及外来杂质。将原料投入浮选槽中进行粗洗，每立方米体积的浮选槽投料量不大于80kg，并不断加水、搅拌翻动，充分浮去轻杂质，粗洗不得少于二次。将粗洗后的原料投入洗料机中进行精洗，其投料量不得大于300kg/h。清洗后的原料进行检验，抽取原料1kg放入盛有4~5kg清水的容器中，经搅拌后取水检查其浊度，浊度应≤12°，并无杂质存在视为合格。将焙烧炉（上海电炉厂生产的工业电阻炉，型号：RG2-24-9）预热升温至850℃左右，开启炉盖倒入一包15kg原料并关闭炉盖，在炉体旋转状态下焙烧时间50分钟后倒出。冷却至常温通过滚筒式筛对焙烧后原料进行筛选，去除其中粉沫。
焙烧后原料通过给料机均匀投入专用水力制浆机进行制浆浮选，由高压水泵产生压力为55kg/cm2高压水射流，将云母片剥离成云母鳞片，并通过120目滤网脱水60%，再通过旋流分级器分级，去除径厚比小于80的云母鳞片，通过管路输送至储浆池，在直径2米，高度2.5米的圆形储浆池内，配制质量浓度为8%的云母浆料；同时在纤维分散机中对芳纶纤维1313进行分散，分散后质量浓度为20%。用电磁调节阀控制调节流量，按6%芳纶纤维1313、94%云母的重量比例，将分散后芳纶纤维1313加入储浆池，并混合均匀。通过浓浆泵输送到园网纸机，在园网纸机上抄造成型，过滤干燥成纸，卷取成卷筒状。
实施例2采用本发明方法生产纤维云母纸
原料精选优质白云母作为原料，面积大小5cm2左右，厚度2~5mm。原料内不允许有风化云母﹑水锈云母﹑斑污云母﹑矿石及外来杂质。将原料投入浮选槽中进行粗洗，每立方米体积的浮选槽投料量不大于80kg，并不断加水、搅拌翻动，充分浮去轻杂质，粗洗不得少于二次。将粗洗后的原料投入洗料机中进行精洗，其投料量不得大于300kg/h。清洗后的原料进行检验，抽取原料1kg放入盛有4~5kg清水的容器中，经搅拌后取水检查其浊度，浊度应≤12°，并无杂质存在视为合格。将焙烧炉（上海电炉厂生产的工业电阻炉，型号：RG2-24-9）预热升温至875℃左右，开启炉盖倒入一包15kg原料并关闭炉盖，在炉体旋转状态下焙烧时间40分钟后倒出。冷却至常温通过滚筒式筛对焙烧后原料进行筛选，去除其中粉沫。
焙烧后原料通过给料机均匀投入专用水力制浆机进行制浆浮选，由高压水泵产生压力为58kg/cm2高压水射流，将云母片剥离成云母鳞片，并通过120目滤网脱水65%，再通过旋流分级器分级，去除径厚比小于80的云母鳞片，通过管路输送至储浆池，在直径2米，高度2.5米的圆形储浆池内，配制质量浓度在9%的云母浆料；同时在纤维分散机中对芳纶纤维1313进行分散，分散后质量浓度为25%。用电磁调节阀控制调节流量，按15%芳纶纤维1313、85%云母的重量比例，将分散后芳纶纤维1313加入储浆池，并混合均匀。通过浓浆泵输送到园网纸机，在园网纸机上抄造成型，过滤干燥成纸，卷取成卷筒状。
实施例3采用本发明方法生产纤维云母纸
原料精选优质白云母作为原料，面积大小5cm2左右，厚度2~5mm。原料内不允许有风化云母﹑水锈云母﹑斑污云母﹑矿石及外来杂质。将原料投入浮选槽中进行粗洗，每立方米体积的浮选槽投料量不大于80kg，并不断加水、搅拌翻动，充分浮去轻杂质，粗洗不得少于二次。将粗洗后的原料投入洗料机中进行精洗，其投料量不得大于300kg/h。清洗后的原料进行检验，抽取原料1kg放入盛有4~5kg清水的容器中，经搅拌后取水检查其浊度，浊度应≤12°，并无杂质存在视为合格。将焙烧炉（上海电炉厂生产的工业电阻炉，型号：RG2-24-9）预热升温至900℃左右，开启炉盖倒入一包15kg原料并关闭炉盖，在炉体旋转状态下焙烧时间60分钟后倒出。冷却至常温通过滚筒式筛对焙烧后原料进行筛选，去除其中粉沫。
焙烧后原料通过给料机均匀投入专用水力制浆机进行制浆浮选，由高压水泵产生压力为60kg/cm2高压水射流，将云母片剥离成云母鳞片，并通过120目滤网脱水70%，再通过旋流分级器分级，去除径厚比小于80的云母鳞片，通过管路输送至储浆池，在直径2米，高度2.5米的圆形储浆池内，配制质量浓度为10%的云母浆料；同时在纤维分散机中对芳纶纤维1313进行分散，分散后质量浓度为30%。用电磁调节阀控制调节流量，按10%芳纶纤维1313、90%云母的重量比例，将分散后芳纶纤维1313加入储浆池，并混合均匀。通过浓浆泵输送到园网纸机，在园网纸机上抄造成型，过滤干燥成纸，卷取成卷筒状。
对比例1
采用人工精选原料﹑精选优质白云母片作原料，面积大小5~7cm2，厚度2~5mm。将原料投入浮选槽中进行粗洗，每立方米体积的浮选槽投料量不大于80kg，并不断加水、搅拌翻动，充分浮去轻杂质，粗洗不得少于二次。将粗洗后的原料投入洗料机中进行精洗，其投料量不得大于300kg/h。清洗后的原料进行检验，抽取原料1kg放入盛有4~5kg清水的容器中，经搅拌后取水检查其浊度，浊度应≤12°，并无杂质存在视为合格。将焙烧炉（上海电炉厂生产的工业电阻炉，型号：RG2-24-9）预热升温至870℃左右，开启炉盖倒入一包15kg原料并关闭炉盖，在炉体旋转状态下焙烧时间40分钟后倒出。冷却至常温通过滚筒式筛对焙烧后原料进行筛选，去除其中粉沫。
焙烧后原料通过给料机均匀投入专用水力制浆机进行制浆浮选，由高压水泵产生压力为58kg/cm2高压水射流，将云母片剥离成云母鳞片，并通过120目滤网脱水60%，再通过旋流分级器分级，去除径厚比小于80的云母鳞片。将分级得到的云母鳞片通过管路输送至储浆池，在直径2米，高度2.5米的圆形储浆池内，配制质量浓度为10%的云母浆料；同时在纤维分散机中对芳纶纤维1313进行分散，分散后质量浓度为30%。用电磁调节阀控制调节流量，按3%芳纶纤维1313、97%云母的重量比例（不在本发明的芳纶纤维1313占6~15%、云母占94~85%的重量配比范围之内），将分散后芳纶纤维1313加入储浆池，并混合均匀。通过浓浆泵输送到园网纸机，在园网纸机上抄造成型，过滤干燥成纸，卷取成卷筒状。
对比例2
原料精选优质白云母作为原料，面积大小5cm2左右，厚度2~5mm。原料内不允许有风化云母﹑水锈云母﹑斑污云母﹑矿石及外来杂质。将原料投入浮选槽中进行粗洗，每立方米体积的浮选槽投料量不大于80kg，并不断加水、搅拌翻动，充分浮去轻杂质，粗洗不得少于二次。将粗洗后的原料投入洗料机中进行精洗，其投料量不得大于300kg/h。清洗后的原料进行检验，抽取原料1kg放入盛有4~5kg清水的容器中，经搅拌后取水检查其浊度，浊度应≤12°，并无杂质存在视为合格。将焙烧炉（上海电炉厂生产的工业电阻炉，型号：RG2-24-9）预热升温至875℃左右，开启炉盖倒入一包15kg原料并关闭炉盖，在炉体旋转状态下焙烧时间40分钟后倒出。冷却至常温通过滚筒式筛对焙烧后原料进行筛选，去除其中粉沫。
焙烧后原料通过给料机均匀投入专用水力制浆机进行制浆浮选，由高压水泵产生压力为58kg/cm2高压水射流，将云母片剥离成云母鳞片，并通过120目滤网脱水65%，再通过旋流分级器分级，去除径厚比小于80的云母鳞片，通过管路输送至储浆池，在直径2米，高度2.5米的圆形储浆池内，配制质量浓度在9%的云母浆料；同时在纤维分散机中对芳纶纤维1313进行分散，分散后质量浓度为25%。用电磁调节阀控制调节流量，按18%芳纶纤维1313、82%云母的重量比例（不在本发明的芳纶纤维1313占6~15%、云母占94~85%的重量配比范围之内），将分散后芳纶纤维1313加入储浆池，并混合均匀。通过浓浆泵输送到园网纸机，在园网纸机上抄造成型，过滤干燥成纸，卷取成卷筒状。
对比例3
云母片不进行焙烧。
采用人工精选原料﹑精选优质白云母片作原料，面积大小5~7cm2，厚度2~5mm。将原料投入浮选槽中进行粗洗，每立方米体积的浮选槽投料量不大于80kg，并不断加水、搅拌翻动，充分浮去轻杂质，粗洗不得少于二次。将粗洗后的原料投入洗料机中进行精洗，其投料量不得大于300kg/h。清洗后的原料进行检验，抽取原料1kg放入盛有4~5kg清水的容器中，经搅拌后取水检查其浊度，浊度应≤12°，并无杂质存在视为合格。将洗涤干净后的原料通过给料机均匀投入专用水力打浆机进行制浆，由高压水泵产生压力为58kg/cm2高压水射流，将云母片剥离成云母鳞片，并通过120目滤网脱水60%，再通过旋流分级器分级，去除径厚比小于80的云母鳞片，通过管路输送至储浆池，在直径2米，高度2.5米的圆形储浆池内，配制质量浓度为10%的云母浆料；同时在纤维分散机中对芳纶纤维1313进行分散，分散后质量浓度为30%。用电磁调节阀控制调节流量，按10%芳纶纤维1313、90%云母的重量比例，将分散后芳纶纤维1313加入储浆池，并混合均匀。通过浓浆泵输送到园网纸机，在园网纸机上抄造成型，过滤干燥成纸，卷取成卷筒状。
表1实施例1~3以及对比例1~3中纤维云母纸的性能指标
注：表1中性能指标按GB7195-87云母纸检验方法检测；定量是指单位面积上纤维云母纸的重量。
从表1中数据可以看出：采用本发明方法制备的纤维云母纸的介电强度高、抗张力强、纸张薄，为机电领域提供了新的绝缘材料。从实施例1~3数据看出，在本发明芳纶纤维1313与云母的重量配比范围内，芳纶纤维1313含量高则有利于增强纸张的抗张力（接近对比例2中芳纶纤维1313占18%时的抗张力），云母含量高则介电强度高。从对比例3的数据可以看出，经过焙烧可以明显提高纤维云母纸的介电强度。
综上所述，按照本发明中芳纶纤维1313和云母的重量配比，采用本发明方法生产的纤维云母纸不仅介电强度高，且抗张力强。
Claims (6)
1.纤维云母纸的生产方法，其特征在于：包括如下步骤：
a、云母浆料的制备：选取原料，清洗原料，焙烧原料，打浆，配制成质量浓度为8～10％的云母浆料；
b、芳纶纤维1313的分散：将芳纶纤维1313在水中分散，使其质量浓度为20～30％；
c、配浆：按芳纶纤维1313占6～15％、云母占85～94％的重量配比，将步骤b得到的芳纶纤维1313和步骤a得到的云母浆料混合均匀，得浓浆；
d、抄纸：将步骤c得到的浓浆抄造成纸；
步骤a所述的选取原料是指：选取面积为5～7cm2，厚度为2～5mm的云母片为原料；所述的云母为白云母。
2.根据权利要求1所述的纤维云母纸的生产方法，其特征在于：步骤a所述的清洗原料包括粗洗和精洗；粗洗是指将云母片置于浮选槽，每立方米体积的浮选槽投料量不大于80kg，加水搅拌，粗洗至少两次；精洗是指将粗洗后的云母片投入洗料机清洗，投料量≤300kg/h。
3.根据权利要求1所述的纤维云母纸的生产方法，其特征在于：步骤a清洗原料后进行检验：取精洗后云母片，放入云母片质量4～5倍的清水中，搅拌后取水检查浊度，浊度≤12°，且无杂质存在视为合格。
4.根据权利要求1所述的纤维云母纸的生产方法，其特征在于：步骤a焙烧原料是指将清洗后原料投入焙烧炉焙烧，焙烧温度850～900℃，焙烧时间40～60min。
5.根据权利要求4所述的纤维云母纸的生产方法，其特征在于：每0.5～0.7m3的焙烧炉内腔投料15～20kg。
6.根据权利要求1～5任一项所述的纤维云母纸的生产方法，其特征在于：步骤a所述的打浆是指：将焙烧得到的云母片制浆、过滤脱水、分级；其中，制浆是指使用高压水力将云母片剥离成云母鳞片，水压为55～60kg/cm2；其中，过滤采用120目滤网，脱水60～70％；其中，分级是指去除径厚比小于80的云母鳞片。
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