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Verfahren zum Verbessern der dielektrischen Eigenschaften eines cellulosehaltigen
elektrischen Faserstoff-Isoliermaterials Die Erfindung bezieht sich auf die Reinigung
von elektrischen Faser-Isolierstoffen aus üblichen Cellulosearten; sie bezieht sich
im besonderen auf die Verbesserung der dielektrischen Eigenschaften von Isolierpapier
aus Holzcellulose oder aus gewöhnlichem, aus dieser hergestelltem Papier.
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Es ist bekannt, daß besondere elektrische Eigenschaften in Faserstoff-Isoliermaterialien
für mit hohen Spannungen arbeitende Kondensatoren, Transformatoren, elektrische
Kabel und andere elektrische Apparate notwendig sind, um den Verlust an elektrischer
Energie und die entsprechende Erzeugung von Wärme in dem beanspruchten Dielektrikum
auf einem Geringstmaß zu halten. Es ist vorgeschlagen worden, Papier mit einem hohen
Reinheitsgrad durch Waschen mit reinem Wasser herzustellen, um Salzverunreinigungen
von Fasern in einem solchen Ausmaß zu entfernen, daß der Leistungsfaktor des getrockneten
Papiers bei ioo° C nicht größer als 0,0025, gemessen bei technischen Frequenzen,
ist.
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Das Reinigen durch Waschen mit Wasser ist in bestimmten Fällen mit
Erfolg ausgeführt worden, wo eine unbegrenzte Zufuhr an Wasser zur Verfügung steht,
das tatsächlich frei von anorganischen Substanzen ist, so daß der gesamte Herstellungsprozeß
des Papiers von der Breistufe aufwärts durchgeführt werden konnte, indem Wasser
mit einem hohen Reinheitsgrad
benutzt wurde. Ein wenig Erfolg ist
ebenfalls dadurch erzielt worden, daß für die Anfangsstufen bei der Herstellung
gewöhnliches Verfahrenswasser verwendet wurde und daß schließlich, wenn der Hauptteil
des Verfahrenswassers auf der Papiermaschine aus dem Papier herausgezogen worden
ist, das Papier mit Strahlen von reinem Wasser besprüht wurde, das besonders vorbereitet
und für diesen Zweck auf Vorrat gehalten wurde.
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In dem letzteren Fall sind die Schwierigkeiten der Aufbewahrung einer
genügenden Wassermenge von der notwendigen Reinheit und die gelegentliche Verunreinigung
des Papierbreis mit Salzen in solcher Menge oder solcher Art, daß das Waschen durch
Sprühen unwirksam ist, schwerwiegende Nachteile; welche das Verfahren nachteilig
und in seinen Ergebnissen ungewiß machen.
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Es ist auch schon ein Reinigungsverfahren der Zellstoffe bekannt,
nach welchem die Zellstoffe mit alkalischen Erden, gegebenenfalls auch mit Bariumhydroxyd
oder Strontiumhydroxyd, bei hohen Temperaturen digeriert werden. Es handelt sich
jedoch bei diesem Verfahren um eine grobe Reinigung eines sehr unreinen Materials.
Durch dieses Verfahren wäre es nicht ohne weiteres möglich, ein Isoliermaterial
mit kleinem Leistungsfaktor zu erhalten, das für hohe Arbeitsspannungen geeignet
sein würde.
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Die Erfindung bezweckt ein Verfahren zur Verbesserung der dielektrischen
Eigenschaften eines Isoliermaterials oder Isolierkörpers aus Cellulose-Faserstoff,
welches den üblichen, gegebenenfalls auch dem oben angegebenen Reinigungsverfahren
schon unterworfen worden ist und noch Spuren von löslichen Salzen der Schwefelsäure
oder der schwefligen Säure enthält, so daß es einen Leistungsfaktor nicht kleiner
als o,003 besitzt. Das Verfahren derErfindunggestattet die Verbesserung des Isoliermaterials
bzw. Isolierkörpers bis zu einem Leistungsfaktor, der 0,0025 und noch kleiner
ist, was bei Apparaten, z. B. Kabeln, für sehr hohe Spannungen einen großen Vorteil
darstellt.
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Gemäß der Erfindung wird das Cellulosematerial zuerst mit einem Reagenzmittel
behandelt, welches aus einer Lösung in destilliertem Wasser einer solchen Menge
von Bariumhydroxyd oder einem anderen löslichen Bariumsalz besteht, daß diese Menge
der zu beseitigenden Verunreinigung entspricht und nicht i °/o des Gewichts des
zu behandelnden Cellulosematerials erreicht und daß dann das Material ohne irgendeine
vorhergehendeWaschbehandlung getrocknet wird. Auf diese Weise werden die vorgenannten,
in dem Material enthaltenen verunreinigenden Salze in inerte, unlösliche, nicht
hygroskopische Stoffe und lösliche, alkalische Stoffe übergeführt, welche verhältnismäßig
unschädlich sind.
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Eine zweckmäßige Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung
besteht darin, das anfänglich unreine cellulosehaltige Material mit einer Lösung
von Bariumhydroxyd oder einem löslichen Bariumsalz einer Carboxylsäure, z. B. Bariumacetat,
zu behandeln, wodurch lösliche Salze der Schwefelsäure und/oder der schwefligen
Säure, welche fast unverändert in der Holzcellulosefaser vorhanden sind, die durch
das eine oder das andere der üblichen chemischen Verfahren hergestellt worden ist,
einem basischen Austausch unterworfen werden, um praktisch unlösliche und nichthygroskopische
Bariumsalze und verhältnismäßig unschädliche lösliche Verbindungen zu bilden.
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Bei der Ausführung des Verfahrens ist es besonders vorteilhaft, wenn
die Konzentration der Lösung der Bariumverbindung; mit welcher das Anfangsmaterial
behandelt wird, in bezug auf die Menge des reaktiven Stoffes (d. h. die vorgenannten
verunreinigenden löslichen Salze) in der Cellulosefaser so eingestellt wird, daß
die Vollendung der Reaktion gewährleistet wird, jedoch das Vorhandensein eines unerwünschten
Überschusses des benutzten Reagens in dem Enderzeugnis vermieden wird.
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Die Behandlung der Cellulosefaser mit dem Reagens, z. B. einer wäßrigen
Lösung von Bariumhydroxyd, kann während einer beliebigen Herstellungsstufe ausgeführt
werden. Beispielsweise können bei der Verwendung von Holzcellulose die Cellulosetafeln
oder Bahnen in geeignetem reinem Wasser zerkleinert werden, welchem die notwendige
Menge der Bariumverbindung zugegeben worden ist, woraufhin die üblichen Herstellungsvorgänge
beendet werden. Vorkehrung wird getroffen, um die Verwendung von ungeeignetem Verfahrenswasser
zu vermeiden, welches die Cellulosefaser wieder verschmutzen könnte. Wahlweise können
die verschiedenen Verfahren bis zur und einschließlich der Stufe der Herstellung
der Cellulosefaser in Schichtform in üblicher Weise mit den üblichen Materialien
ausgeführt werden, und die Bahn kann dann der erforderlichen Behandlung unterworfen
werden, indem sie beispielsweise mit einer Lösung des Reagens besprüht wird, welche,
um ihre Wirksamkeit zu erhöhen, erhitzt werden kann. Ein vollständiges Ersetzen
der verunreinigenden löslichen Salze der Schwefelsäure und/oder schwefligen Säure,
die in den Schichten vorhanden sein können, durch unschädliche 7 Stoffe kann dadurch
vorgenommen werden, daß durch Saugwirkung der größte Teil des ursprünglichen Verfahrenswassers,
welches in den Schichten verbleibt (die aus Cellulosefaser in der üblichen Weise
hergestellt worden sind), entfernt wird und die Schichten dann j mit einer Lösung
des Reagens, z. B. Bariumhydroxyd oder Bariumacetat, gesättigt werden. Die weiteren
Arbeitsvorgänge, Entfernen des überschüssigen Wassers, Trocknen unter Wärme und
Kalandrieren, folgen dann in einer der üblichen Weisen.
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Bemerkt sei, daß die vorliegende Erfindung auch die Behandlung von
an sich fertigem Isoliermaterial, beispielsweise Papier, einschließt, um den dielektrischen
Leistungsfaktor des trockenen Materials durch die Verwendung eines Reagens, z. B.
Bariumhydroxyd, der vorbezeichneten Art zu verbessern, das mit den verunreinigenden
löslichen Salzen in dem Papier auf die vorbeschriebene Weise reagiert. Im nachstehenden
wird ein Beispiel der zuletzt genannten Anwendungsmöglichkeit der Erfindung gegeben:
Eine Rolle von Isolierpapier von der Dicke von etwa o,127 mm (0,005 Zoll), welches
bei iöo° C in trockenem Zustande, gemessen bei einer niedrigen Spannung und bei
Industriefrequenz, einen Leistungsfaktor von 0,005 besitzt, wurde langsam
durch ein Bad hindurch abgewickelt, das eine Lösung von Bariumhydroxyd
in
destilliertem Wasser von der Stärke o,o5 g Ba(OH)2 je Liter enthält und das auf
einer Temperatur von etwa 6o' C gehalten wurde. Der Überschuß an Lösung wurde aus
der Schicht oder Bahn herausgepreßt, die dann auf geheizten Zylindern getrocknet
und in der üblichen Weise kalandriert wurde. Auf diese Weise wurde ein Leistungsfaktor
in dem Enderzeugnis von o,oo2, gemessen unter den gleichen Bedingungen, erhalten,
ein Wert, der sonst nur durch die Verwendung der sehr weitgetriebenen Waschbehandlung
mit sehr reinem Wasser erhalten werden konnte.
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Die Erfindung wurde im vorstehenden in bezug auf die Herstellung von
Isoliermaterial in Schicht- oder Bahnform beschrieben, jedoch ist die Erfindung
auf dieses Anwendungsgebiet nicht beschränkt; die Erfindung kann mit Erfolg bei
der Herstellung von anderen Formen von cellulosehaltigem, elektrischem Faserstoff-Isoliermaterial,
z. B. Fäden, Garnen, Buchsen oder Rohren, benutzt werden.