CN109664379A - 一种纯净的电工层压木及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种纯净的电工层压木及其制备方法，通过采用无断点的旋切单板为原料，能够利用木材管孔的生物特性增加层压木与变压器油的相容性，以及抽提原料中木质素改变木材的酸碱度等工艺，从而提高层压木的绝缘性能和变压器的使用寿命；采用去离子的纯净水作为基础蒸煮液，通过氧碱法和化学抽提法，去除了旋切单板纤维中的有机物和无机物质，降低了金属类矿物质和灰分的含量，提高了层压木的耐电强度，再加上调节层压木旋切单板的酸碱性，使本发明制造的层压木安装到变压器中能够杜绝对变压器设备的腐蚀，增强设备的绝缘性能，从而延长变压器、互感器设备的使用寿命。

Description

一种纯净的电工层压木及其制备方法

技术领域

本发明属于电力行业，具体涉及一种电工层压木及其制备方法。

背景技术

层压木的发展和使用，为变压器制造业增加了效益缩减成本。然而随着电力行业的发展，变压器在往小体积高电压等级的方向发展，品种也在不断地增加。从而需要高绝缘性及高机械强度的绝缘层压板。目前市场上常用的有电工层压木和层压纸板两种绝缘层压板，其中电工层压木具有良好的机械性能，但是根据目前的加工技术，生产的电工层压木绝缘性差，不能满足高等级变压器使用的要求；现在市面上生产的绝缘纸板虽然能够满足绝缘性的需求，但是其具有机械强度低、可塑性弱、易降解、价格高等的特点，从而阻碍了电力行业中变压器的发展。

目前，行业内很多企业在为提高电工层压木绝缘性的技术上做了大量的研发投入，但是由于技术的限制，无法克服层压木对变压器油浸透率低和使用过程中产生氢气的问题，以及木材中的灰分杂质过多对高等级变压器制造中频繁出现击穿等事故的发生，现急需在技术上做研发突破。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，经过反复试验和尝试，本发明提供一种电工层压木及其该层压木的制备方法，通过使用无断点的旋切单板能够在增加层压木机械性能的同时，更能够利用木材本身属性中的无断点管孔充分吸收变压器油，从而能够达到更好的绝缘性能；另外通过对电工层压木制作工艺的改进，使其经过加工化学提纯后压制的层压木呈碱性，从而避免了层压木安装在变压器中与金属接触产生氢气，从而达到了国标中对层压木氢含量检测的标准，而且通过该方法制备的电工层压木价格相对纸板的造价便宜很多，更适于在大、小变压器中使用，成为部分纸板绝缘件的替代产品。

本发明所采用的技术方案为：一种电工层压木，至少有5层旋切单板制成，且所述旋切单板的层数为多层，优选为奇数层，组成层压木的旋切单板上无断点，其主要目的是使层压木在浸油时能够充分利用其木材本身属性中的管孔，使层压木浸透变压器油，且通过多层旋切单板的纵横交错排列压制成层压木，从而达到更好的绝缘效果，该技术方案中旋切单板的厚度在1.5-3mm之间优选的2-2.5mm，旋切单板的材料优选为桦木或者榉木等高寒地区的木材。

针对上述电工层压木本发明采用的制备方法为：一种上述电工层压木的制备方法，包括如下步骤：

S1：首先将选取的木材切段去皮，然后使用去离子水进行蒸煮，得到待加工木段；

S2：将S1中得到的所述木段进行通过旋切机进行旋切，得到旋切单板，然后将旋切单板进行第一次烘干；

S3：将S2中烘干的旋切单板放入含有氢氧化钠的溶液中进行蒸煮，直至蒸煮液的PH值不小于14，温度达到90℃，蒸煮12小时以上，取样使蒸煮后旋切单板的电导率不超过8.32ms/m，且该旋切单板经过去离子水高压喷刷后的PH值在7-8之间，然后第二次烘干得到偏碱性的旋切单板；

S4：在S3得到的旋切单板中选择板面上无断点的旋切单板，进行涂胶，交错层叠压制成电工层压木。

本发明技术方案的进一步优化，所有蒸煮容器均为不锈钢容器，且干燥承托物均为不锈钢材料制成。

本发明技术方案的进一步优化，在所述步骤S1中，对木段的加热方式为蒸汽加热，且使溶液每小时增加1℃，直至水温达到35-45℃，然后进行步骤S2。

本发明技术方案的进一步优化，在所述步骤S3和步骤S4之间还包含步骤S31:将步骤S3中加工后的旋切单板放入去离子水中蒸煮至40℃，均匀加入六偏磷酸钠，加热至60℃，蒸煮12个小时，然后均匀加入固体氢氧化钠调节PH，多次测试使清洗并烘干后的旋切单板的PH值在7-8之间，金属粒子染色污点少于5个\m²，悬浮在单板表面的灰分降至0.9％一下，再进行步骤S4的处理。

本发明技术方案的进一步优化，在所述步骤S31中，蒸煮后旋切单板的清洗方法为使用水温为30℃-40℃的去离子水，进行均匀的高压喷洗10-20分钟。

本发明技术方案的有益效果为：通过使用无断点的旋切单板，能够增加电工层压木的机械性能和可塑性，同时由于无断点的旋切单板能够增加层压木的吸油率，避免浸泡变压器油的过程中，层压木内有气泡存在，从而降低了在使用的过程中被击穿的风险，单个旋切单板的厚度在1.5-3mm之间，能够保证横截面上的管孔数量，从而在浸油的过程中能够充分吸油，从而使层压木的介电常数接近变压器油，绝缘性能更好；另外，使用桦木或者榉木等高寒地区的树木，其枝杈少，无断点旋切单板的出板率高，且油脂和木酸含量少。

在电工层压木制作的工艺中，通过去离子水蒸煮和化学抽提能够将旋切单板中木质素和灰分清除，使木材的管孔保持畅通，便于提高变压器油和层压木的相容性，从而能够增加旋切单板的绝缘性；在蒸煮和烘干的过程中均使用不锈钢的材料能够防止金属离子污染旋切单板；另外，通过加入六偏磷酸钠和氢氧化钠进行蒸煮，能够改变木材本身的酸碱度，因为我国木材中有95％以上的木材为酸性，其中的醋酸根、树脂酸、甲酸、丙酸、丁酸、木乙酸等多种酸性成份。如成品电工层压木呈酸性，就会污染变压器油，油中所含酸性产物与变压器中的铁离子等金属离子产生化学反应会使油中的氢气大幅度提升，从而导致导电性能增高，降低绝缘油的绝缘性能，极易引发爬电现象的发生。在运行温度较高时(如80摄氏度)以上还会促使固体纤维质的绝缘材料老化和造成腐蚀，通过将木材碱化发或者微弱的酸性，能够避免层压木在使用中与变压器内金属接触长期接触产生氢气，发生安全事故，进而能够延长设备使用寿命。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

实施例1

一种电工层压木，至少有5层旋切单板制成，一般为奇数层，这样方便压制不会开裂，且组成层压木的旋切单板上无断点，其主要目的是使层压木在浸油时能够充分利用其木材本身属性中的管孔，使层压木浸透变压器油，且通过多层旋切单板的纵横交错排列压制成层压木，从而达到更好的绝缘效果，该技术方案中旋切单板的厚度在1.5-3mm之间优选的2-2.5mm，旋切单板的材料优选为桦木或者榉木等高寒地区的木材，因为该种材料多生长在高寒地区，可塑性和机械性都比较强，密度均匀易加工，另外针对该发明技术方案中的层压木板，可以加工成变压器中使用的各种绝缘零件，如铆钉、绝缘垫等。

木材是树木通过本体的纵行导管细胞，充份吸收地下的水份、矿物质、无机盐类而生长，纵行的导管细胞也称为“管孔”，我们常用的桦木压制的电工层压木，它属中等“管孔”，直径在0.1-0.3mm，树根吸收的水份和矿物营养通过管孔上行输送到树冠。根据这一原理变压器油是起绝缘、散热、消弧作用，为了使变压器油充分浸入层压木中，就必须要重视层压木细胞壁中“管孔”的畅通。如果纵行管孔被横断或重叠搭接，造成严重挤压堵塞，或斜磨被胶膜隔断，使绝缘油的顺畅浸入受阻，油未能浸入间接的纤维管孔内，或管孔内仍充满空气，这样搭接造成的断面重叠、密度局部过高，又极易造成针孔或空腔气室。当油不能将管孔细胞充分浸透，由于气腔的介电常数小，它就会承受比油和层压木，以及层压木胶层，高的多的场强，于是当对变压器进行局放测量时，它就开始局部放电，造成绝缘事故。首先我们改变了目前国内普遍通常采用的电工层压木3米长、纵向横断面短板搭接和斜磨搭接的传统方式。我们经过定制专用超长旋木机，将3.1米长的原木，直接旋切加工成纵向3.1米通长无间断的层压单板，和横向1.6米长的通长单板，通过下述的制备方法使我厂生产的电工层压木层层纵横交错贯通排列。纤维管孔通长无间断、无挤压、密度均匀、结构合理、管孔顺畅、吸油饱满均衡。在压制层压木板时避免了气室和纤维空腔的产生。同时又避免了，搭接点局部密度过大、韧性受损、和对层压木机械强度的损害。经实测我厂制造的纯净电工层压木密度在1.1g/cm3,浸油48小时，浸油深度＞69mm。

实施例2

针对实施例1中的电工层压木本发明采用的制备方法，包括如下步骤：

S1：首先将选取高寒地区的木材优选桦木和榉木，切段去皮，然后使用去离子水在不锈钢的容器中通入蒸汽进行加热蒸煮，且使溶液每小时增加1℃，直至水温达到35-45℃，优选是加热到40℃，得到待加工木段进行下一步的处理；

S2：将S1中得到的所述木段进行通过旋切机进行旋切，在旋切的过程使用不锈钢承托网，避免金属离子感染旋切单板，然后将旋切单板进行第一次烘干，同样在每次烘干的过程中也要用不锈钢承托网和支架；

S3：将S2中烘干的旋切单板继续放入去离子水中进行蒸煮，优选的达到40℃以后，加入99％含量的氢氧化钠继续加热，直至蒸煮液的PH值不小于14，温度达到90℃，蒸煮12小时以上，取样使蒸煮后旋切单板的电导率不超过8.32ms/m，且该旋切单板经过去离子水高压喷刷后的PH值在7-8之间，金属粒子染色污点少于5个/m2灰份不高于0.85％，然后第二次烘干得到偏碱性的旋切单板；为了保障旋切单板的PH值属于碱性，且金属离子的含量在预定标准之下，对第二次烘干后的旋切单板在去离子水中进行再次蒸煮，并加入出去金属离子后的六偏磷酸钠和固体氢氧化钠，加热至90℃蒸煮2小时以上，优选的加工后的旋切单板放入去离子水中蒸煮至40℃，均匀加入六偏磷酸钠，加热至60℃，蒸煮12个小时，然后均匀的加入氢氧化钠溶液进行调节PH，并同时多次检测使清洗并烘干后旋切单板的PH值在7-8之间；取出旋切单板使用水温为30℃-40℃的去离子水，进行均匀的高压喷洗10-20分钟，或者放入去离子水中按照步骤S1的方式蒸煮至40℃。

S4：在S3得到的旋切单板中选择板面上无断点的旋切单板，检测的含水率在6％以下的单板在常温下用酚醛绝缘树脂胶浸渍25min-30min后，将浸胶单板在45℃-50℃的条件下进行干燥，经过低温干燥的绝缘胶板，再经修补及金属杂物检测无误后，进行纵横交错组坯并热压得到电工层压木。

变压器在运行中氢气的产生其主要原因是因为层压木呈酸性(有95％以上的木材为酸性，其中的醋酸根、树脂酸、甲酸、丙酸、丁酸、木乙酸等多种酸性成份)，酸会与变压器支架上的金属接触后发生化学反应产生氢气，使变压器油的老化速度，大大降低绝缘材料的使用寿命，导致变压器的散热及冷却效果，从而造成安全事故。氢气超标还会造成变压器发电机的转子护环产生应力腐蚀，变压器内的氢气对变压器接触的金属表面产生强烈的腐蚀，从而使护环产生裂纹，导致变压器绝缘瓦发生松动、引起转子线圈接地或短路等。同时空气中氢气含量过大，水分就大，这样降低了物体的介电强度，使电子绕阻受潮，降低绝缘电阻，也会降低变压器绝缘表面放电的电压数值，出现变压器，闪络以及绝缘击穿的事故。国家规定，变压器油出厂氢气含量10ppm以内。变压器油在运行中不得超出150uL/L。而目前市场上在使用的电工层压木的氢气含量经测试少的70uL/L，高的达到了125uL/L—210uL/L，而通过本发明中S3步骤对电工层压木单板的化学处理和PH值调节，使其呈中心或者弱碱性，能够从根本上避免绝缘层压木与变压器上的金属发生反应，从而杜绝了氢气的产生，经过测试本发明制造的层压木，使用过程中在100度的变压器油中，氢气释放量为0uL/L。甚至在检测过程中还发现我们的电工层压木在100度的变压器油中还有吸附油中氢气的现象。

另外，木材是在粗放的自然环境中生长，吸收了更多的金属类矿物质如：钙、镁、钾、铜、锌、铁、磷……等。他们在固体的绝缘体中以微量的“金属离子”，以“附着灰分”或“游离灰份”存在。这些导电离子微粒都会影响绝缘性能。要想提高电工层压木的绝缘性能，必须要降低层压木中的“灰份”，减少灰份中金属离子的含量，特别是“一价碱金属离子”和“二价金属离子”。这是解决电工层压木的高温介损和提高耐电强度的关键。所以本发明针对该问题，在步骤S3中，进行了化学抽取，主要方法是通过多次加六偏磷酸钠和氢氧化钠的调和，将木材中的金属离子抽离沉淀去除。从而保证了层压木的绝缘性能。

根据上述工艺制作的电工层压木，经过浸泡变压器油之后，可以用以变压器中的绝缘支撑，由于本发明中技术方案的电工层压木为一体压制无断点的旋切单板制成，所以其可塑性较强，能够加工成变压器中使用的绝缘环、绝缘铆钉等常用的零件。

综上，本发明的电工层压木纤维管孔通长无间断、无挤压、密度均匀、结构合理、管孔顺畅、吸油饱满均衡。极少产生纤维针孔和不贯通孔，避免了气室和纤维空腔的产生，同时又避免了搭接点局部密度过大、韧性受损和对层压木机械强度的损害。在制备过程中，清除了金属类矿物质和灰份等，提高了其耐电强度，降低了其高温介损和电导率，具有很好的应用前景。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种电工层压木，其特征在于，包括至少5层旋切单板组成，且所述旋切单板的层数为奇数层，多层所述旋切单板之间纵横交错排列，单个所述旋切单板上无断点。

2.根据权利要求1所述的电工层压木，其特征在于，所述旋切单板的厚度为1.5-3mm，所述旋切单板的材料为桦木或者榉木。

3.一种权利要求1-2中任一项所述电工层压木的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：首先将选取的木材切段去皮，然后使用去离子水进行蒸煮，得到待加工木段；

S2：将S1中得到的所述木段进行通过旋切机进行旋切，得到旋切单板，然后将旋切单板进行第一次烘干；

S3：将S2中烘干的旋切单板放入含有氢氧化钠的溶液中进行蒸煮，直至蒸煮液的PH值不小于14，温度达到90℃，蒸煮12小时以上，取样使蒸煮后旋切单板的电导率不超过8.32ms/m，且该旋切单板经过去离子水高压喷刷后的PH值在7-8之间，然后第二次烘干得到偏碱性的旋切单板；

S4：在S3得到的旋切单板中选择板面上无断点的旋切单板，进行涂胶，交错层叠压制成电工层压木。

4.根据权利要求3所述的电工层压木的制备方法，其特征在于，所有蒸煮容器均为不锈钢容器，且干燥承托物均为不锈钢材料制成。

5.根据权利要求3所述的电工层压木的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1中，对木段的加热方式为蒸汽加热，且使溶液每小时增加1℃，直至水温达到35-45℃，然后进行步骤S2。

6.根据权利要求3所述的电工层压木的制备方法，其特征在于，在所述步骤S3和步骤S4之间还包含步骤S31:将步骤S3中加工后的旋切单板放入去离子水中蒸煮至40℃，均匀加入六偏磷酸钠，加热至60℃，蒸煮12个小时，然后均匀加入固体氢氧化钠调节PH，多次测试使清洗并烘干后旋切单板的PH值在7-8之间，金属粒子染色污点少于5个\m²，悬浮在单板表面的灰分降至0.9％一下，再进行步骤S4的处理。

7.根据权利要求6所述的电工层压木的制备方法，其特征在于，在所述步骤S31中，蒸煮后旋切单板的清洗方法为使用水温为30℃-40℃的去离子水，进行均匀的高压喷洗10-20分钟。