CN113622214B - 一种提高层间结合能力的绝缘纸板生产方法 - Google Patents

一种提高层间结合能力的绝缘纸板生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提高层间结合能力的绝缘纸板生产方法,通过采用一次打浆方式，经装有双阻挡磨片的磨浆机的切断、挤压、揉搓与摩擦得到浆料，然后经超成型部上网脱水后得到横幅挂浆量均匀的湿纸板，再将湿纸板进行一段加压、三段降压的加压后降温静置，最后根据要求分切得到产品。本发明生产方法能够克服现有技术中3.0mm及以上绝缘纸板加工绝缘件产品时产生的层间或端部开裂问题，提高产品加工性能，从而稳定产品品质。

Description

一种提高层间结合能力的绝缘纸板生产方法
技术领域
本发明属于绝缘纸板生产技术领域，具体涉及一种提高层间结合能力的绝缘纸板生产方法。
背景技术
绝缘纸板具有密度高、机械强度好、电气强度高、压缩系数小的特点，是优良的固体绝缘材料，广泛用于变压器、电抗器、互感器等输变电设备中，特别是特高压油浸式变压器的绝缘部件例如纸筒、围屏、垫块、撑条、端圈等绝缘材料。
目前，绝缘纸板的生产是采用进口未漂硫酸盐针叶木浆作为原材料，用碎浆机碎解，经磨浆机循环多次的切断、挤压、揉搓与摩擦等作用形成适于抄造的浆料；抄造好的浆料输送至纸机超成型器进行纸张成型，经过三段托辊加压后一层层缠绕到成型缸上，湿纸板达到要求厚度后进行裁切，将湿纸板输送到热压机进行压制烘干，达到厚度、水分要求后，从压机内卸出，再进行降温静置、分切、包装成客户要求尺寸的绝缘纸板成品。
绝缘纸板因为是由多层湿纸页在成型缸复合成湿纸板，然后经过热压干燥而成的，所以在加工绝缘件过程中有时会发生层间开裂，端部开裂等(特别是在3.0mm及以上厚度纸板时)问题，影响产品使用。并且这个问题广泛发生在国内外绝缘纸板厂家生产的产品中，一直没有得到很好的解决。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是：提供一种提高层间结合能力的绝缘纸板生产方法，有效解决了目前产品普遍存在的层间或端部开裂问题，提高了产品加工性能，从而稳定了产品品质。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种提高层间结合能力的绝缘纸板生产方法，包括以下步骤：
a.打浆：采用进口未漂硫酸盐针叶木浆作为原材料，以重量比为1:16～32的比例加入水，然后用碎浆机碎解，采用一次打浆方式，经装有双阻挡磨片的磨浆机的切断、挤压、揉搓与摩擦，得到浆料；
b.纸张成型：将步骤a中打好的浆料输送至湿抄成型工序，通过选择合适的浆网速比，浆料在超成型部上网脱水后，通过流浆箱上唇板调节装置在线调整横幅挂浆，形成横幅挂浆量均匀的湿纸板；
c.纸张压制：将湿纸板输送到热压机工序进行压制，采用一段加压、三段降压的加压工艺，根据纸板厚度控制热压压力、全程压制时间和热压机的压板温度。
d.降温静置：将热压烘干后的绝缘纸板进行降温静置，并保持环境温度；
e.纸张成品：将静置好的绝缘纸板通过纵横锯机分切、分选，包装成客户要求尺寸的绝缘纸板成品。
优选的，所述的步骤a中双阻挡磨片参数：磨片厚度：39.8～40.0mm,齿宽：3.5～3.7mm,槽深：9.5～10.0mm：槽宽：3.4～3.57mm，每道槽内带两道阻挡环。具体磨浆工艺参数指标与现有的直齿磨片相比较，如表1所示：
表1双阻挡磨片与直齿磨片磨浆工艺参数指标
Figure BDA0003229377830000021
使用双阻挡磨片后，浆料湿重略有降低，浆料分丝帚化较好，纤维间起毛较多，手撕干纸板起毛变好，说明纸板层间结合力增加。
优选的，所述的步骤a中进口未漂硫酸盐针叶木浆与水的重量百分比为1:21，浆料叩解度控制在32～36°SR。
优选的，所述的步骤a中的打浆采用一次成浆方式，克服了现有生产循环中部分浆料纤维过度打浆，部分纤维未得到有效打浆，打浆电耗高等缺陷，提高打浆匀度、打浆效率和稳定性。
其中，步骤a的打浆方式形成适于抄造的浆料，浆料打浆均匀，分丝帚化和润涨效果改善，使浆料在抄造过程中，纤维间的相互搭桥更加密切，除了纵横向外，特别是厚度方向的交织得到加强，压制后的纸板层间结合力得到了较好的改善。具体工作原理为：
磨浆机磨片采用双阻挡磨片，由于磨片的磨齿弧度大，特别是磨齿之间的磨沟中又增加了两道阻挡环，使浆料在打浆过程中受到的阻力相对较大，在打浆过程中，磨片之间通过的浆料，除了受到切断、挤压而外，进一步加大了搓揉与摩擦，使纤维分丝帚化及润涨的效果得到很大的提高，这就使浆料在抄造过程中，纤维间的相互搭桥更加密切，除了纵横向外，特别是厚度方向的交织得到加强，压制后的纸板层间结合力得到了较好的改善。另外，材质为沉淀硬化不锈钢，硬度高韧性较强，磨损少，磨片使用寿命长(约2年)，减少了更换磨片成本。
打浆方式：根据未漂硫酸盐针叶浆打浆工艺指标和设备硬件条件，充分考虑用浆量、打浆时间、设备动力配置及管线分布等方面因素，配给双阻档沉淀不锈钢磨片安装于两台DD720双盘磨，处理针叶木浆，带浆档磨片齿型，杜绝生浆泵出，且有助于打浆匀度和打浆度提升，此磨片齿型打浆面积大，打浆度上升较快，分丝帚化效果良好；因此使用两台DD720双盘磨浆机，不需要循环打浆即可一次成浆，达到叩后打浆度35°SR，湿重9.5～11g的指标，节省了打浆时间和大量电耗成本。
优选的，所述的步骤b中纸张成型为湿抄成型工序，工序设备由流浆箱、超成型部、成形缸、压榨部、接纸平台、压缩空气设备、电控系统等组成，流浆箱为敞开式流浆箱，进浆总管采用方锥管形式，经过阶梯扩散孔板布浆，匀浆辊匀浆、上唇板调节装置等形成横幅均匀的浆流；超成型部为成形网、胸辊、成型板、案辊、吸水箱和圆网笼、毛毯、导网辊、喷水管、承水盘等组成，其中成型网由胸辊和网笼支撑；成型板、案辊、吸水箱等组成的胸辊与网笼之间的成形区。本湿抄成型优点：浆料纤维良好的分散和纸机整个横幅均匀的浓度可以从流浆箱获得，在通过抄成型部时浆料被脱水而不会破坏它的良好的成形。
而现有的技术普遍采用的圆网纸机上网方式，由于圆网造纸机的网笼在网槽中挂浆时，不能像长网造纸机那样使纤维在纵横两个方向比较均匀地“取向”，就是说，纤维在长网造纸机上形成纸页时，横向排列数量与纵向排列数量较接近，而在圆网造纸机上形成纸页时纤维绝大多数是纵向排列，从而导致圆网纸的纵横均匀度比长网纸差得多。圆网造纸机的网笼在挂浆过程中有较强的“选分作用”和“冲刷作用”，使纸的网面粗大，纤维较多。另外在圆网纸机上，还没有成熟的横幅定量差调节装置，操作人员一般依靠自身经验来粗略调节，效果不好。
优选的，所述的步骤b中湿纸页成型采用流浆箱进浆、超成型部成形脱水，其浆网速比为(1.02～1.08)，纵横向拉力差小(≤1.5:1)；湿纸页横幅挂浆量偏差控制在±1.5％，且两侧横幅挂浆量为正偏差；以此控制生产成品厚度、紧度、水分偏差，生产出的纸板层间结合改善明显；不同厚度纸板的偏差范围为：
3毫米纸板：厚度偏差mm(最大值-最小值)≤0.14，水分偏差值％(最大值-最小值)≤1.5，紧度偏差g/cm3(最大值-最小值)≤0.02；
4毫米纸板：厚度偏差mm(最大值-最小值)≤0.16，水分偏差值％(最大值-最小值)≤1.8，紧度偏差g/cm3(最大值-最小值)≤0.03；
5毫米纸板：厚度偏差mm(最大值-最小值)≤0.18，水分偏差值％(最大值-最小值)≤2.0，紧度偏差(最大值-最小值)≤0.03；
6毫米纸板：厚度偏差mm(最大值-最小值)≤0.25，水分偏差值％(最大值-最小值)≤2.5，紧度偏差(最大值-最小值)≤0.03。
其中，步骤b的湿纸成型采用流浆箱进浆、超成型部成形脱水得到的成纸湿纸页匀度好，纵横向拉力差小，湿纸页层间结合横幅均匀，无薄弱点。
优选的，所述的步骤c中的一段加压、三段降压的加压工艺为先对湿纸板进行加压，然后分三次进行逐步降压的方式对湿纸板进行加压处理；其中一段加压是将压机热压压力控制在24～30Mpa之间，然后第一次降压比初始降低10～12MPa后，保持2～30min；第二次降压再降低3～7MPa，保持4～20min；第三次降压则一直缓慢降压直到最终压力为3MPa，再保持2～30min；整个压制时间控制在40～280分钟，压板温度控制在135～144℃之间(不同纸板厚度的生产中控制指标差异较大)。
优选的，所述的步骤c中不同厚度纸板的压制工艺参数如下：
3毫米纸板：热压压力：24～26Mpa，热压时间：37～42分钟，热压温度：135～138℃；
4毫米纸板：热压压力：24～26Mpa，热压时间：68～74分钟，热压温度：138～142℃；
5毫米纸板：热压压力：26～28Mpa，热压时间：145～160分钟，热压温度：140～144℃；
6毫米纸板：热压压力：26～28Mpa，热压时间：250～280分钟，热压温度：140～144℃。
优选的，所述的步骤d中降温静置是将热压烘干后的绝缘纸板从100℃以上降低到20～30℃，并用塑料膜密封后(热压烘干后的绝缘纸板含水量约在5％左右，为避免环境湿度对纸张的影响)维持该温度至静置结束；不同厚度绝缘纸板静置时间为：3.0～5.0mm纸板：静置时间：≥48小时；5.0mm厚度以上纸板：静置时间：≥72小时。
其中，静置是为了平衡下热压机后绝缘纸板的内部应力，降低裁切时的纸板温度，同时减少纸板内部压力不平衡可能引起的层间开裂的现象；这现象主要就是因为绝缘纸板内外温度的差异和外界湿度的影响引起的，所以一定要慢慢降温，降温后采用塑料膜密封，保证使绝缘纸板内外温度平衡，并不受外界湿度的影响，使绝缘纸板层间充分贴合。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明打浆中通过采用双阻挡磨片和一次成浆方式，使得浆料打浆均匀，分丝帚化和润涨效果改善，使浆料在抄造过程中，纤维间的相互搭桥更加密切，除了纵横向外，特别是厚度方向的交织得到加强，压制后的纸板层间结合力得到了较好的改善；
本发明纸张成型中采用的流浆箱进浆、超成型部成形脱水的湿纸页成形方式，浆料纤维能够获得良好的分散和整个横幅均匀的浓度，在通过成型网时浆料被脱水而不会破坏它的良好的成形，得到的成纸湿纸页匀度好，纵横向拉力差小，湿纸页层间结合横幅均匀，无薄弱点；通过控制湿纸页横幅挂浆量偏差，偏差控制在±1.5％，且湿纸板两侧横幅挂浆量控制为正偏差；以此控制生产成品厚度、紧度、水分偏差，生产出的纸板层间结合力改善明显。
本发明纸张压制中采用一段加压、三段降压的加压工艺，加压初期纤维首先变形，互相靠拢，纸板的密度开始增加，而后随着不断加压，纤维的间隙迅速减小，纤维的细胞腔也逐渐受到强烈压溃，其接触表面显著增大，当纸板的密度增大到一定程度时，相邻纤维表面上的游离羟基通过水分子脱除时产生的表面张力不断形成氢键，将纤维彼此紧密的拉拢绞织在一起，直至纤维细胞腔被压到最小限度，从而，使纸板获得了很大的层间结合力和机械强度。热压后期，纸板已经被压缩得十分致密，其厚度不再变化，外加压力和温度均稳定在最高值。在这种情况下，水蒸汽很难甚至不能向外扩散，因此，纸板内部仍残存着一些过剩的高压水蒸汽，如立即卸压启板将压力直接降至零。这些水蒸汽就会因突然失压而急剧膨胀，并在瞬间借助卸压时产生的压力梯度向纸板表层冲击，轻则使纸板鼓泡，重则使纸板分层破裂，故卸压启板分三次进行。以上加压工艺使湿纸页层间结合更均匀，紧密。
本发明降温静置过程可以平衡下机绝缘纸板内部应力，有效防止层间开裂。
总之，本发明生产方法能够克服现有技术中3.0mm及以上绝缘纸板加工绝缘件产品时产生的层间或端部开裂问题，提高产品加工性能，从而稳定产品品质。
附图说明
图1是现有技术打浆工艺得到的浆料纤维分丝帚化图；
图2是本发明实施例打浆工艺得到的浆料纤维分丝帚化图；
图3是现有技术纸板剥离时干纸板起毛示意图；
图4是本发明实施例纸板剥离时干纸板起毛示意图；
图5是现有技术5mm厚纸板裁切端面示意图；
图6是本发明实施例5mm厚纸板裁切端面示意图；
图7是现有技术6mm厚纸板端部4cm处开裂示意图；
图8是本发明实施例6mm厚纸板端部示意图；
图9是采用现有技术5mm厚纸板制作的绝缘筒示意图；
图10是采用本发明实施例5mm厚纸板制作的绝缘筒示意图；
图11是采用现有技术6mm厚纸板制作的绝缘筒端部示意图；
图12是采用本发明实施例6mm厚纸板制作的绝缘筒端部示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案进一步描述：
实施例一:3.0mm绝缘纸板的生产
a.打浆：采用进口未漂硫酸盐针叶木浆(70％瑞典阿斯巴电子级木浆+30％加拿大乔治王子电子级木浆)作为原材料，然后加入白水(加入的重量百分比是94.5进行碎浆，其余用水在磨浆时添加)进行打浆，用碎浆机碎解，经过磨浆机的切断、挤压、揉搓与摩擦等作用形成适于抄造的浆料；
b.纸张成型：将步骤a中打好的浆料输送至湿抄成型工序进行纸张成型，调整合适的浆网速比(1.02～1.08)，纵横向拉力差小(≤1.5:1)；调整湿纸页横幅挂浆量，横幅挂浆量偏差控制控制在±1.5％，且两侧横幅挂浆量为正偏差，成纸厚度偏差mm(最大值-最小值)≤0.14，水分偏差值％(最大值-最小值)≤1.5，紧度偏差g/cm3(最大值-最小值)≤0.02。
c.纸张压制：将湿纸板输送到纸板热压机工序进行压制，控制热压机热压压力、全程压制时间和热压机的压板温度；根据生产情况，3毫米纸板：热压压力：24～26Mpa，热压时间；37～42分钟，热压温度：135～138℃。
d.降温静置：热压烘干后的绝缘纸板在湿度100℃以上，环境下自然降温至20～30℃，并用塑料膜密封后维持上述条件静置48小时。
e.纸张成品：将降温静置48小时后的绝缘纸板通过纵横锯机分切、分选，未发现纸板断面开裂问题；在后期制作绝缘筒、撑条、垫块等绝缘件过程中也未发现层间开裂。
实施例二:4.0mm绝缘纸板的生产
a.打浆：采用进口未漂硫酸盐针叶木浆(70％瑞典阿斯巴电子级木浆+30％加拿大乔治王子电子级木浆)作为原材料，然后加入白水(加入的重量百分比是94.5进行碎浆，其余用水在磨浆时添加)进行打浆，用碎浆机碎解，经过磨浆机的切断、挤压、揉搓与摩擦等作用形成适于抄造的浆料；
b.纸张成型：将步骤a中打好的浆料输送至湿抄成型工序进行纸张成型，调整合适的浆网速比(1.02～1.08)，纵横向拉力差小(≤1.4:1)；调整湿纸页横幅挂浆量，横幅挂浆量偏差控制控制在±1.5％，且两侧横幅挂浆量为正偏差，成纸厚度偏差mm(最大值-最小值)≤0.16，水分偏差值％(最大值-最小值)≤1.8，紧度偏差g/cm3(最大值-最小值)≤0.03。
c.纸张压制：将湿纸板输送到纸板热压机工序进行压制，控制热压机热压压力、全程压制时间和热压机的压板温度；根据生产情况，4毫米纸板：热压压力：24～26Mpa，热压时间；68～74分钟，热压温度：138～142℃；
d.降温静置：热压烘干后的绝缘纸板在湿度100℃以上，环境下自然降温至20～30℃，并用塑料膜密封后维持上述条件静置48小时。
e.纸张成品：将降温静置48小时后的绝缘纸板通过纵横锯机分切、分选，未发现纸板断面开裂问题；在后期制作绝缘筒、撑条、垫块等绝缘件过程中也未发现层间开裂。
实施例三:5.0mm绝缘纸板的生产
a.打浆：采用进口未漂硫酸盐针叶木浆(70％瑞典阿斯巴电子级木浆+30％加拿大乔治王子电子级木浆)作为原材料，然后加入白水(加入的重量百分比是94.5进行碎浆，其余用水在磨浆时添加)进行打浆，用碎浆机碎解，经过磨浆机的切断、挤压、揉搓与摩擦等作用形成适于抄造的浆料；
b.纸张成型：将步骤a中打好的浆料输送至湿抄成型工序进行纸张成型，调整合适的浆网速比(1.02～1.08)，纵横向拉力差小(≤1.3:1)；调整湿纸页横幅挂浆量，横幅挂浆量偏差控制控制在±1.5％，且两侧横幅挂浆量为正偏差，成纸厚度偏差mm(最大值-最小值)≤0.18，水分偏差值(最大值-最小值)≤2.0，紧度偏差(最大值-最小值)≤0.03。
c.纸张压制：将湿纸板输送到纸板热压机工序进行压制，控制热压机热压压力、全程压制时间和热压机的压板温度；根据生产情况，5毫米纸板：热压压力：26～28Mpa，热压时间；145～160分钟，热压温度：140～144℃。
d.降温静置：热压烘干后的绝缘纸板在湿度100℃以上，环境下自然降温至20～30℃，并用塑料膜密封后维持上述条件静置48小时。
e.纸张成品：将降温静置48小时后的绝缘纸板通过纵横锯机分切、分选，未发现纸板断面开裂问题；在后期制作绝缘筒、撑条、垫块等绝缘件过程中也未发现层间开裂。
实施例四:6.0mm绝缘纸板的生产
a.打浆：采用进口未漂硫酸盐针叶木浆(70％瑞典阿斯巴电子级木浆+30％加拿大乔治王子电子级木浆)作为原材料，然后加入白水(加入的重量百分比是94.5进行碎浆，其余用水在磨浆时添加)进行打浆，用碎浆机碎解，经过磨浆机的切断、挤压、揉搓与摩擦等作用形成适于抄造的浆料；
b.纸张成型：将步骤a中打好的浆料输送至湿抄成型工序进行纸张成型，调整合适的浆网速比(1.02～1.08)，纵横向拉力差小(≤1.3:1)；调整湿纸页横幅挂浆量，横幅挂浆量偏差控制控制在±1.5％，且两侧横幅挂浆量为正偏差，成纸厚度偏差mm(最大值-最小值)≤0.25，水分偏差值(最大值-最小值)≤2.5，紧度偏差(最大值-最小值)≤0.03。
c.纸张压制：将湿纸板输送到纸板热压机工序进行压制，控制热压机热压压力、全程压制时间和热压机的压板温度；根据生产情况，热压压力：26～28Mpa，热压时间；250～280分钟，热压温度：140～144℃。
d.降温静置：热压烘干后的绝缘纸板在湿度100℃以上，环境下自然降温至20～30℃，并用塑料膜密封后维持上述条件静置72小时。
e.纸张成品：将降温静置72小时后的绝缘纸板通过纵横锯机分切、分选，未发现纸板断面开裂问题；在后期制作绝缘筒、撑条、垫块等绝缘件过程中也未发现层间开裂。
总结：
从以上实施例得到的产品与现有工艺制备的产品进行比较可以看出，实施本发明工艺后，浆料分丝帚化较好，纤维间起毛较多，纤维交织更加紧密；浆料上网后，匀度较好，纵横向偏差小、横幅定量偏差小，横幅均匀无层间薄弱点，通过合理的压制工艺、降温静置等，纸板层间结合力明显改善，未发生端间开裂、层间开裂问题，具体情况如表2：
表2本发明与现有技术制备过程及产品等各项指标比较
Figure BDA0003229377830000101
Figure BDA0003229377830000111
应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (6)

1.一种提高层间结合能力的绝缘纸板生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.打浆：采用进口未漂硫酸盐针叶木浆作为原材料，以重量比为1:16～32的比例加入水，然后用碎浆机碎解，采用一次打浆方式，经装有双阻挡磨片的磨浆机的切断、挤压、揉搓与摩擦，得到浆料；
b.纸张成型：将步骤a中打好的浆料输送至湿抄成型工序，浆料在超成型部上网脱水后，通过流浆箱上唇板调节装置在线调整横幅挂浆，形成横幅挂浆量均匀的湿纸板；
c.纸张压制：将湿纸板输送到热压机工序进行压制，采用一段加压、三段降压的加压工艺，根据纸板厚度控制热压压力、全程压制时间和热压机的压板温度；其中一段加压、三段降压的加压工艺为先对湿纸板进行加压，然后分三次进行逐步降压的方式对湿纸板进行加压处理；其中一段加压是将压机热压压力控制在24～30MPa 之间，然后第一次降压比初始降低10～12MPa后，保持2～30min；第二次降压再降低3～7MPa，保持4～20min；第三次降压则一直缓慢降压直到最终压力为3MPa，再保持2～30min；整个压制时间控制在40～280分钟，压板温度控制在135～144℃之间；
d.降温静置：将热压烘干后的绝缘纸板进行降温静置，并保持环境温度；
e.纸张成品：将静置好的绝缘纸板通过纵横锯机分切、分选，包装成客户要求尺寸的绝缘纸板成品。
2.如权利要求1所述的提高层间结合能力的绝缘纸板生产方法，其特征在于：所述步骤a中双阻挡磨片参数：磨片厚度：39.8～40.0mm,齿宽：3.5～3.7mm,槽深：9.5～10.0mm：槽宽：3.4～3.57mm，每道槽内带两道阻挡环。
3.如权利要求1所述的提高层间结合能力的绝缘纸板生产方法，其特征在于：所述步骤a中进口未漂硫酸盐针叶木浆与水的重量百分比为1:21，浆料叩解度控制在32～36°SR。
4.如权利要求1所述的提高层间结合能力的绝缘纸板生产方法，其特征在于：所述步骤b中纸张成型为湿抄成型工序，工序设备由流浆箱、超成型部、成形缸、压榨部、接纸平台、压缩空气设备和电控系统组成。
5.如权利要求1所述的提高层间结合能力的绝缘纸板生产方法，其特征在于：所述步骤b中湿纸页成型采用流浆箱进浆、超成型部成形脱水，其浆网速比为1:1.02～1.08，纵横向拉力差≤1.5:1；湿纸页横幅挂浆量偏差控制在±1.5％，且两侧横幅挂浆量为正偏差。
6.如权利要求1所述的提高层间结合能力的绝缘纸板生产方法，其特征在于：所述步骤d中降温静置是将热压烘干后的绝缘纸板从100℃以上降低到20～30℃，并用塑料膜密封后维持该温度至静置结束。
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