FI58703C - Ytbelagt elektriskt isolerande papper och foerfarande foer dess framstaellning - Google Patents

Description

ΓβΊ rm KUULUTUSJULKAISU conn 7 jgljft LBJ (11) UTLÄGGNINCSSKIUFT 3 8 /0 3 ^ (45) Patentti syönnetty 10 03 1931 ^ v ** (51) Hv.ik?/»nt.a.3 H 01 B 3/52 SUOMI —FINLAND (21) P«MnttH»k#mu*-Ptt««>t«6knln| TU6/T2 (22) HakemltpUvi—AiwIMcnlnisdag 20.03.72 (23) AltaipIM—GIM|h«t*d*f 20.03.72 (41) Tullut ]ulklMk*l — Riivit off«ntll| q£ ^0 J2 j· rekisterihallitus (44) NShttviMp^oo ]. kuuLNHutaun pvm.-

Petent· oeh registerstyrelsan Amekan uthgd oeh utUkrifun puUk«nd 28.11.80 (32)(33)(31) «uolk·**—Bejlrd priorkM 05.0^4.71 USA(US) 13106o Toteennäytetty-Styrkt (71) Kimberly-Clark Corporation, Delaware, US; Neenah, Wisconsin, USA(US) (72) Kurt Suter, Carlisle, Pennsylvania, John H. Mathews, Lee, Massachusetts, USA(US) (7*0 Oy Jalo Ant-Wuorinen Ab (5M Päällystetty sähköeristyspaperi ja menetelmä sen valmistamiseksi -Ytbelagt elektriskt isolerande papper oeh förfarande för dess fram-ställning Tämä keksintö koskee paperia, ja erityisesti sellaista paperia, jota käytetään sähköeristeenä.

Papereita, joita käytetään sähköeristyksiin joissa vaaditaan suurta läpi-lyöntilujuutta kuten kondensaattoreissa, valmistetaan Fourdrinier-paperikoneilla, käyttäen erityisen puhdasta, pitkälle jauhettua sulfaattipuumassaa. Tällainen paperi on luonteeltaan olennaisesti kalvomaista, ts. siinä ei ole reikiä eikä ontelolta ja se läpäisee erittäin huonosti nesteitä. Kuitenkin, verrattuna kalvoihin, jotka on valmistettu homogeenisista systeemeistä, ts, sellofaaniin ja valettuun tai suulakepuristettuun muovikalvoon, kondensaattoripaperin pinta on karkea tai 'Vo8oinen"mikroskooppisesti tarkastettuna. Tällä hienolla karheudella on suuri merkitys käytettäessä paperia sähköeristeenä, koska se sallii nestemäisten kyllästysaineiden pääsyn eristyskerrosten väliin. Jos kuitenkin kaksi mikroskooppista "laaksoa" paperin vastakkaisilta puolilta sattuu kohdakkain, seurauksena on ohut kohta, jossa eristys on heikko ja jossa ilmenee läpilyöntivaara.

Tämän keksinnön kohteena on lisätä sähköeristyspaperin läpilyöntilujuutta lisäämättä kuitenkaan sen paksuutta. On tärkeätä että paperi on ohut kun sitä aiotaan käyttää eristysvälikerroksena kondensaattorissa koska, kuten tiedetään, 2 58703 mitä pienempi eristysvälys kondensaattorin elektrodien välissä on, aitä suurempi on sen kapasitanssi. Mahdollisimman suuren läpi lyönti lujuuden omaavien ja samanaikaisesti mahdollisimman ohuiden eristyspapereiden edut eivät rajoitu vain kondensaattoreihin, vaan niitä voidaan yleisesti käyttää sähkölaitteiden valmistuksessa. Esimerkiksi käärimällä tällaista paperia transformaattoreiden käämityksen muodostavien johtimien ympärille voidaan muuntajan kokoa pienentää ilman että sen kapasiteetti alenee.

Tämä keksintö perustuu siihen havaintoon että jos paperin pintaa käsitellään tiettyjen vesiliukoisten, kalvoamuodostavien polymeerien laimeilla liuoksilla, paperin läpilyöntilujuus huomattavasti lisääntyy, Esimerkiksi sellainen määrä päällystettä, joka nostaa paperin pintapainoa vain alle neljän prosentin, voi nostaa läpilyöntilujuutta jopa 25%:11a. Toisin sanoen, määrätyn kokonais-pintapainon omaava parannettu paperi, mukaanluettuna sekä kuituaine että keksinnön mukainen pintapäällyste, on läpilyöntilujuudeltaan ylivoimaisesti parempi kuin samanpainoinen tavanomainen paperi, joka koostuu pelkästään kuiduista.

Tämä varsin odottamaton tulos tällaisten pienten päällystemäärien käyttämisestä, viittaa todennäköisesti siihen, että polymeeriliuoksella on taipumus kerääntyä paperin pinnassa oleviin "laaksoihin", mutta jos niin on laita, "tasoitusvaikutus" ei ole sellainen että pinnassa olevat "huiput" pienenisivät niin paljon että se haittaisi eristyspaperin impregnoimista nestemäisillä eristeillä.

Näinollen tämä keksintö on erotettava nk. lakkaeristys- tai kondensaattori-papereista, joissa käytetään jatkuvaa paperipinnan eristyskerrosta, jolloin alkuperäisen paperin effektiivinen paksuus kasvaa.

On tietenkin olemassa suuri joukko aineita, jotka ovat sekä vesiliukoisia että kalvoamuodostavia. Ollakseen kuitenkin käyttökelpoinen tämän keksinnön yhteydessä, aineen pitää olla liukenematon niihin nestemäisiin eristysaineisiin, joita yleisesti käytetään eristepapereiden impregnoimiseen, kuten kloonattuihin bifenyyleihin, mineraaliöljyihin ym.; se ei saa itsessään korottaa paperi-eristeen häviökerrointa liian paljon ja sen pitää olla olennaisesti vapaa alkalimetalleista, koska näiden metallien läsnäolo lisää paperin sähköjohto-kykyä. Koska on todettu kaikkien muuten sopivien aineiden sisältävän liikaa natriumia, kehitettiin kaupallisesti käytännöllinen prosessi alkalimetallien poistamiseksi eräistä käyttökelpoisista, vesiliukoisista, kalvoamuodostavista aineista, ja poistamisprosessin asettamat vaatimukset määrittävät ja rajoitta'· vat ne aineet jotka ovat tässä käyttökelpoisia, edellä selostettujen ehtojen ohella.

Niinpä tämän keksinnön tarkoitusten saavuttamiseksi kalvoamuodostavan aineen tulee olla liukenematon veteen eräällä lämpötila-alueella, mutta siihen liuke- 3 58703 neva toisella lämpötila-alueella, Prosessin helpottamiseksi ovat nämä molemmat lämpötila-alueet mieluimmin, mutta ei välttämättömästä alle 100°C» "Liukenemattomalla" tarkoitetaan tässä että aine ei saa huomattavasti turvota (gelatinoitua) tai tulla tahmeaksi, mutta sen tulee läpäistä vettä niin että ionit pääsevät diffundoitumaan kiinteästä faasista vesifaasiin. Aineista, joilla on nämä tärkeät ominaisuudet, voidaaii alkalimetallit helposti poistaa yksinkertaisesti pesemällä niitä vedellä, jonka alkalimetallipitoisuus on alhainen, pitäen lämpötila sellaisella alueella jossa liukenemista ei tapahdu, Pesupro-sessin tehokkuutta voidaan parantaa lisäämällä pesuveteen pieniä määriä "harmittomia" kationeja, kuten vety- tai maa-alkali-ioneja. Nämä kationit eivät vaikuta kalvoamuodostavan aineen sähköominaisuuksi in kuten alkalimetalli-ionit, ja ne korvaavat alkalimetalli-ionit aineessa kationinvaihdon kautta, täten suuresti vähentäen sitä pesumäärää joka on tarpeen alkalimetallipitoisuuden vähentämiseksi haluttuun arvoon, On todettu edulliseksi lisätä kationit pesu-prosessin varhaisessa vaiheessa, lisäämällä magnesiumsulfaattia tai rikkihappoa pesuveteen n. 0,01 - 0,1 paino-% vedestä laskettuna, Pesuprosessia edistää myös se että pestävä aine on hienojakoinen (pinta/tilavuus suhde suuri), niin että ionien diffuusionopeus kiinteästä faasista nestefaasiin on suuri.

Pesu voidaan suorittaa millä tahansa tunnetulla hienojakoisille aineille tarkoitetulla pesumenetelmällä, kuten panoksittain toistuvalla dispergoinnilla, selkeyttämällä ja dekantoimalla; jatkuvalla pesulla ja sentrigoimalla; sekä vastavirtaperiaatteella käyttäen pyöriviä suotimia. Olkoon käytetty tekniikka mikä tahansa, uuttamista on jatkettava kunnes kalvoamuodostavan aineen alkalimetallipitoisuus, joka tavallisesti on n, 1000 ppra ennen pesua, on saatu alenemaan korkeintaan n. 200 ppmtään, ja mieluimmin korkeintaan n. 20 npmrään.

Kun pesu on suoritettu loppuun lämpötilassa, jossa aine ei liukene, aine dis-pergoidaan haluttuun määrään vettä, joka on olennaisesti vailla alkalimetalleja, minkä jälkeen lämpötila nostetaan tai lasketaan tapauksesta riippuen sellaiseen arvoon, jossa liukenemista tapahtuu. Kun aine on liuennut, tehdään tarvittavat konsentraatio- ja lämpötilakorjsukset, ja liuos on valmis käytettäväksi tämän keksinnön mukaisen parannetun paperin valmistukseen.

Neljä tämän keksinnön tarkoitukseen käytettäväksi sopivaa ainetta ovat metyyliselluloosa, tärkkelys, polyvinyylialkoholi ja proteiini.

Selluloosan metyylieettereitä valmistaa U,S,A]ssa Dow Chemical Company kauppanimellä "Methocel", Nämä tuotteet valmistetaan joko puuvillalintteristä tai puumassasta ja niitä on saatavissa viskositeetiltaan ja metoksylaatioas-teeltaan hyvin monia laatuja. Parhaina pidetään sellaisia laatuja, joiden 4 58703 viskositeetti on 10-25 centipoisea (22;nen vesipitoinen liuos, 20°C) ja substituutioaete 1,64 - 1,92, Tämäntyyppinen metyyliselluloosa on liukenematon orgaanisiin liuottimiin ja sillä on se poikkeuksellinen ominaisuus että se on liukenematon kuumaan veteen mutta on helppoliukoinen kylmään veteen, Näinollen pesuprosessi tämän aineen kanssa suoritetaan n, 80°C:ssa, minkä jälkeen pestyn metyyliselluloosan liete jäähdytetään 0° - 10°C:seen geelittömän liuoksen aikaansaamiseksi. Kun metyyliselluloosa on liuennut, se pysyy liuoksessa jos lämpötilaa nostetaan n. 35°C:seen, ja liuoksen viskositeetti alenee, Paras lämpötila paperin käsittelyyn on n, 30°C,

Sopivimpia tärkkelyksiä ovat hapetetut ja kemiallisesti substituoidut tyypit, kuten hydroksyetyloitu tärkkelys, asetyloitu tärkkelys ym,, joita yleisesti käytetään pintaliimauksessa ja päällystesideaineina paino- ja kirjoituspapereiden valmistuksessa. Entsyymillä muunnettuja helmitärkkelyksiä voidaan myös käyttää mutta ne ovat hankalampia ja niiden liuosten juoksevuusominaisuudet eivät ole yhtä hyviä kuin kemiallisesti modifioitujen tärkkelysten. Nämä tärkkelykset ovat tavallisesti peräisin viljasta, mutta niitä valmistetaan myös perunasta, hirssistä, (engl. milo), tapiokasta ym. Parhaina pidetään alhais- ja keskiviskoo-sisia laatuja, joiden viskositeetti on alle n. 200 centipoisea (102:nen vesipitoinen liuos, 20°C). Nämä tärkkelykset ovat liukenemattomia kylmään tai lämpimään veteen, mutta liukenevat keitettäessä niitä n. 90OC;ssa 20-30 minuuttia. Kerran liuettuaan tärkkelys pysyy liuoksessa jäähdytettäessä, ja liuoksen lämpötila voidaan alentaa paperin käsittelylämpötilaan. Käsittelyn optirailämpö-tila voi olla mikä tahansa välillä 30°C - 90°C, liuoksen väkevyydestä ja tärkkelyksen viskositeetista riippuen.

Polyvinyylialkoholia on saatavana laatuina, jotka ovat veteenliukoisia koko lämpötila-alueella 0° - 100°C, mutta laatu jota tässä keksinnössä on käytetty on nk. "täysin hydrolysoitu" josta 982 tai enemmän alkuperäisistä ase-tyyliryhmistä on poistettu hydrolyysillä, Tällainen polyvinyylialkoholi vastaa liukoisuusominaisuuksiltaan tärkkelystä, ts. se on liukenematon veteen kohtalaisissa lämpötiloissa mutta liukenee keitettäessä 80°C:ssa, molekyylipainosta ja jäljellä olevien asetyyliryhmien määrästä riippuen. Sopivimpina pidetään tuotteita, joiden viskositeetti on n. 25 - 125 centipoisea (42:nen vesipitoinen liuos, 20°C). Jos viskositeetti tai hydrolyysiaste ovat alemmat, jonkin verran liukoisuutta kylmään veteen voi esiintyä, mikä vaikeuttaa pesuprosessia.

Parannetussa eristyspaperissa käytetty proteiini voi olla peräisin mistä lähteestä hyvänsä, edellyttäen että se on sellaisessa muodossa että se liukoisuudeltaan käyttäytyy pesun vaatimalla tavalla. Parhaimpana pidetään puhdis- 5 58703 tettua soija-proteiinia, joka on yleisesti tunnettu nimellä ’’alfa-proteiini". Tämän aineen alhaisviskoosinen muoto on sopivin, Toisin kuin muut kolme edellä-esitettyä ainetta, on proteiinin liuottamiseksi lisättävä ammoniumhydroksidia pH-arvoon n. 8-9, sekä kuumennettava n, 50°C:seen tai korkeampaan lämpötilaan. Kaikki nämä neljä vesiliukoista, kalvoamuodostavaa ainetta ovat suunnilleen yhdenveroiset mitä tulee niiden kykyyn lisätä eristyspaperin läpilyöntilujuutta. Polyvinyylialkoholi ja proteiini lisäävät kuitenkin hieman käsitellyn paperin häviökerrointa, minkä johdosta nämä kaksi ainetta ovat vähemmän sopivia kuin metyyliselluloosa ja tärkkelys esimerkiksi kondensaattoreiden valmistamiseksi, joissa tämä sähköeristeiden ominaisuus on tärkeä.

Metyyliselluloosalla on, paitsi että se lisää paperin läpilyöntilujuutta, myös ainutlaatuinen kyky ehkäistä koronapurkausta ja pitkittää paperieristeiden kestoikää olosuhteissa joissa käytetään korkeita lämpötiloja ja suuria sähköisiä kuormituksia. Metyyliselluloosalla käsiteltyjä paperieristäjiä käyttämällä valmistettujen kondensaattoreiden parantunutta toimintaa käsitellään jälempänä. Vesiliukoinen, kalvoamuodostava aine voidaan liittää paperiin käyttämällä mitä tahansa yleisesti käytettyä paperin päällystys- tai pintakäsittely-tekniikkaa, kuten liimauspuristin-, lapa-, tela-, ilmaveitsipäällystystä ym.

Se voidaan suorittaa joko paperikoneella tai jälkeenpäin, vaikkakin edellietä pidetään taloudellisista syistä parempana.

Päällystysaine voidaan liittää joko vain paperin toiselle, tai sen molemmille puolille. Yleensä pidetään parempana käsitellä molempia puolia parhaimman käsittelytuloksen aikaansaamiseksi ja poimuilemisen välttämiseksi. Eräissä erikoistapauksissa, kuten valmistettaessa kondensaattoripaperia tyhjömetalloi-mista varten, on kuitenkin edullista käsitellä voimakkaasti vain paperin toista puolta jotta metalloitava pinta tulisi mahdollisimman tasaiseksi, ja jättää toinen puoli "rosoiseksi" niin että kyllästysnesteet helposti pääsevät tunkeutumaan kondensaattorin käämitykseen,

Se määrä pintakäsittelyainetta, joka tarvitaan aikaansaamaan merkittävä parannus läpilyöntilujuuteen, on vähintään n. 2%, kuiva-aineesta laskettuna, käsitellyn paperin kokonaispainosta, Suurinta määrää, jota voidaan käyttää, rajoittaa vain käsittely- ja kuivaamistekniikka, mutta ei pidetä suotavana tai käytännöllisenä käyttää suurempia määriä kuin n, 15% käsitellyn paperin kokonaispainosta, ja parhaina pidetään n. 3% - 10%:n määriä,

Seuraavat esimerkit havainnollistavat keksinnön käyttömahdollisuuksia ja saavutettuja päämääriä.

6 58703

Esimerkki I:

Metyyliselluloosaa, jonka substituutioaate oli 1,64 - 1,92, pestiin edellä selostetulla tavalla kunnes se natriumpitoisuus oli alentunut 12 ppm:ään.

Sitten se liuotettiin veteen 4 paino-%:seksi liuokseksi jäähdyttämällä 5°C:seen.

Tämän liuoksen viskositeetti oli n. 120 cps 20°C:ssa. Liuoksella käsiteltiin kondensaattoripaperirainaa käyttämällä paperikoneelle sijoitettua tavanomaista liimauspuristinta. Saadun käsitellyn paperituotteen pintapaino säädettiin sellaiseksi, että paino oli sama kuin ennen metyyliselluloosaliuoksella käsittelyä. Sekä käsitellyt että käsittelemättömät paperit superkalanteroitiin 0,5 mil:in (0,0127 mm) paksuuteen ja 1,0 g /crn^ tiheyteen.

Todettiin että tavanomaisen kondensaattori-paperin, jonka pintapaino oli n. 1,24 kg/100 m^ (5,3 lbs/2000 ft^) ja paksuus 0,51 mil'iä, läpilyönti- lujuus oli 1540 V/mil kun se testattiin ASTM-D-202-70 standardin mukaan. Kä- 2 2 sitellyn paperin, jonka kuiva pintapaino oli n, 1,24 kg/100 m (5,3 lhs/2000 ft ), josta 3,8% oli metyyliselluloosaa, ja jonka paksuus oli 0,50 mil, läpilyönti-lujuus oli 1850 V/mil.

Esimerkki II: Käsitelty paperi valmistettiin esimerkin I mukaisesti paitsi että käytettiin 3,8 paino-Z:sta metyyliaelluloosaliuosta paperin päällystykseen, jonka paksuus superkalanteroinnin jälkeen oli 0,4 milliä. Ennen päällystystä paperin pintapaino oli n. 0,98 kg/100 m^ (4,2 lbs/2000 ft^), paksuus 0,41 mil’iä ja läpilyöntilujuus 1770 V/mil. Päällystetyn paperin, jonka pintapaino myös oli 2 2 n. 0,98 kg/100 m (4,2 lbs/2000 ft ), josta 3,7% oli metyyliselluloosaa ja jonka paksuus oli 0,40 mil’iä, läpilyöntilujuus oli 2080 V/mil.

Päällystettyjä ja päällystämättömiä papereita käytettiin myös tavanomaisten askarel-impregnoitujen 5,0 pF:n kondensaattoreiden valmistamiseksi, jotka kuormitettiin vaurioitumiseen asti tasavirtajännitteellä. Kukin kondensaattori valmistettiin käämimällä paperi-välilehdillä varustetut lehtimetallielektrodit ja sijoittamalla käämitty kappale koteloon, joka evakuoitiin ja täytettiin askarellilla. Tavanomaisella, käsittelemättömällä paperilla valmistettujen kondensaattorien keskimääräinen läpilyöntijännite (engl. breakdown voltage) oli 1690 volttia DC, kun taas käsitellyllä paperilla valmistettujen yksikköjen keskimääräinen läpilyöntijännite oli 2140 volttia DC,

Esimerkki III: Käsitelty paperi valmistettiin esimerkin I mukaisesti paitsi että valmistettiin hydroksietyloitu tärkkelys pesemällä 10 ppm:n natriumpitoisuuteen käyttäen edellä selostettua menetelmää ja joka sitten liuotettiin veteen kuumentamalla 90°C:ssa 30 minuuttia, jolloin saatiin 8 paino-%:nen liuos.

Liuoksen lämpötila asetettiin 50°C:seen ennenkuin sillä käsiteltiin paperia, jossa lämpötilassa sen viskositeetti oli 65 centipoisea. Paperituotteella, 7 58703 2 ennen tärkkelysliuoksella käsittelyä, todettiin olevan n, 0,94 kg/100 m :n (4,0 lbs./2000 ft^) pintapaine ja sen paksuus oli 0,4 mil'iä ja läpilyönti- 2 lujuus 1520 volttia/mil. Käsitellyn paperin kuiva pintapaino oli n, 0,96 kg/100 m (4,1 lbs/2000 ft^), josta 7,8% oli tärkkelystä, paksuus 0,4 mil'iS ja läpi-lyöntilujuus 2030 V/mil.

Tavanomaiset 5,0 pF:n kondensaattorit jotka oli impregnoitu askarelilla kuten edellä, valmistettiin käyttäen sekä käsiteltyä että käsittelemätöntä paperia ja kuormitettiin sähköisesti vaurioitumiseen asti, Niiden yksiköiden, joissa oli käytetty käsittelemätöntä paperia, keskimääräinen läpilyöntijännite oli 1600 volttia DC, kun taas käsitellyillä yksiköillä keskimääräinen läpi-lyöntijännite oli 1910 volttia DC.

Esimerkki IV:

Käsitelty paperi valmistettiin kuten esimerkissä I käyttäen esimerkin III

mukaista hydroksietyloitua tärkkelystä. Ennen tämän liuoksen liittämistä valmis- 2 2 tetun paperin pintapaino oli n. 1,17 kg/100 m (5,0 lbs/2000 ft ), paksuus 0,5 mil'iä) ja läpilyöntilujuus 1365 V/mil, Käsitellyn paperin kuiva pintapaino oli n. 1,19 kg/100 m^ (5,1 lbs/2000 ft^), josta 7,7% oli tärkkelystä, sen paksuus 0,5 mil'iä ja läpilyöntilujuus 1855 V/mil.

Esimerkki V: Käsitelty paperi valmistettiin kuten esimerkissä I paitsi että käytettiin alfa-proteiinin 7 paino-%:sta liuosta. Tämä 7Z:nen liuos valmistettiin edellä-selitetyllä tavalla pesten natriumpitoisuus 14 ppm:ään ja sitten liuoksen pH asetettiin ammoniumhydroksidilla arvoon 8-9 ja kuumennettiin 60°C:seen.

2

Ennen käsittelyä tällä liuoksella oli paperin pintapaino n. 0,96 kg/100 m (4,1 lbs/2000 ft^) ja paksuus 0,42 mil'iä ja läpilyöntilujuus 1620 V/mil. Käsitellyn paperin kuiva pintapaino oli n. 0,96 kg/100 m (4,1 lbs/2000 ft ), josta oli 6,5% proteiinia, paksuus 0,42 mil'iä ja läpilyöntilujuus 1960 V/mil.

Tavanomaisia edellä selitettyjä 5,0 pF:n askarel-impregnoituja kondensaattoreita valmistettiin käyttäen näitä papereita. Käsittelemättömillä papereilla valmistetuilla yksiköillä keskimääräinen läpilyöntijännite oli 2340 volttia DC. Käsitellyillä papereilla valmistettujen yksiköiden keskimääräinen läpilyönti-jännite oli 2650 volttia DC.

Esimerkki VI:

Tavallista kondeneaattoripaperia käsiteltiin käyttäen jälkipäällystys-telaa ja "täyshydrolysoidun" polyvinyylialkoholin liuosta. Liuos valmistettiin etukäteen pesemällä natriumpitoisuus 8 ppm:Män ja kuumentamalla 90°C;seen.

8 58703

Saadun liuoksen viskositeetti oli 35 cps (20°C), ja väkevyys 3,9 paino-% kiinteitä aineita. Käsittelemättömän paperin kuiva pintapaino oli n. 1,01 kg/ 100 m1 (A,3 lbs/2000 ft1), paksuus 0,5 mil’iä, ja läpilyöntilujuus 1780 V/mil. Käsitelty paperi sisälsi 1,8% polyvinyylialkoholia, sen paksuus oli 0,5 mil'iä, ja sen läpilyöntilujuus 1950 V/mil.

Kaikissa edelläesitetyissä esimerkeissä oli päällystetyn paperin pintapaino ja paksuus olennaisesti sama kuin päällystämättömän paperin. Tästä huolimatta päällystettyjen näytteiden läpilyöntilujuus oli jokaisessa tapauksessa korkeampi kuin päällystämättömien arkkien, Tästä seuraa, että jos valmistettaisiin päällystämättömiä ja päällystettyjä arkkeja, joiden läpilyöntilujuus on sama, päällystetyt arkit tulisivat olemaan ohuempia kuin päällystämättömät.

Edelläolevista esimerkeistä voidaan päätellä myös, että päällystetyn paperin läpilyöntilujuuden prosentuaalinen nousu mukanakäytetyn päällysteen johdosta on suurempi kuin paperin painon prosentuaalinen nousu mukanakäytetyn päällysteen johdosta. Seuraavat esimerkit havainnollistavat tämän välittömästi:

Esimerkki VII:

Valmistettiin käsitelty paperi käyttäen esimerkin lii mukaisesti valmistettua asetyloidun tärkkelyksen 15%:sta liuosta. Tämä liuos kuumennettiin 50°C:seen ja liitettiin paperikoneen liimauspuristimessa kondensaattoripaperiin, jonka 2 2 pintapaino oli n. 0,97 kg/100 m (A,15 lbs/2000 ft ), Saadun käsitellyn tuotteen 2 pintapaino oli n. 1,08 kg/100 m (A,61 lbs/2000 ft ). Kun oli valmistettu määrätty määrä käsiteltyä paperia, tärkkelysliuoksen lisääminen keskeytettiin ji sellu-loosakuidun määrää arkissa lisättiin, jolloin saatiin pintapainoksi n.

1,075 kg/100 m1 (A,60 lbs/2000 ft1).

Kaikki kolme kondensaattoripaperia superkalanteroitiin ja testattiin kuten esimerkissä I paitsi että kustakin paperista kuormitettiin kaksi eri paksuutta kunnes ne vaurioituivat käyttäen kasvavaa vaihtovirtajännitettä. Alkuperäisen 2 2 paperin, jonka pintapaino oli n, 0,97 kg/100 m (A,15 lbs/2000 ft ) je paksuus 0,A mil'iä keskimääräinen läpilyöntijännite (kaksi arkkia) oli 1285 volttia AC.

Käsitellyn paperin pintapaino oli n. 1,08 kg/100 m (A,61 lbs/2000 ft ), josta 13% oli tärkkelystä, paksuus 0,A5 mil’iä, ja keskimääräinen läpilyöntijännite 1850 volttia AC. Tämä merkitsee, alkuperäiseen paperiin verrattuna, AA%:n läpilyöntilujuuden lisäystä pintapainon lisäyksen ollessa 13%, Kolmannen paperin 2 2 pintapaino oli n. 1,09 kg/J.00 m (A,65 lbs/2000 ft ) josta kaikki oli sellu-loosakuitua, paksuus 0,A5 mil'iä ja keskimääräinen läpilyöntivahvuus 1A50 volttia AC. Tämä merkitsee alkuperäiseen paperiin verrattuna 13%sn lisäystä läpilyöntijännitteeseen pintapainon lisäyksen ollessa 12%, 9 58703

Esimerkki VIII;

Valmistettiin käsitelty paperi käyttäen 4Zsn metyyliselluloosaliuosta kuten esimerkissä I. Metyyliselluloosaliuos liitettiin kondensaattoripaperiin, 2 joka oli valmistettu sellaiseksi» että sen pintapaino oli n, 0,86 kg/100 m (3,65 lbs/2000 f t ). Käsitellyn paperin pintapaino oli n. 0,89 kg/100 m (3,8 lbs/2000 ft2). Kun oli valmistettu määrätty määrä käsiteltyä paperia, käsittely keskeytettiin ja selluloosakuitua lisättiin kunnes pintapainoksi tuli n. 0,89 kg/100 m2 (3,8 lbs/2000 ft2).

Kaikki kolme valmistettua paperia superkalariteroitiin, ja kunkin paperin kahden paksuuden sähköinen läpilyöntilujuus mitattiin käyttämällä vaihtovirta- 2 jännitettä. Alkuperäisen paperin, jonka pintapaino oli n, 0,86 kg/100 m (3,65 lbs) ja paksuus 0,35 mil'iäj keskimääräinen läpilyöntijännite (kaksi 2 arkkia) oli 1030 volttia AC. Käsitellyn paperin pintapaino oli n. 0,89 kg/100 m (3,8 lbs), oaksuus 0,36 mil'iä, ja keskimääräinen läpilyöntijännite 1270 volttia. Tämä merkitsee, alkuperäiseen paperiin verrattuna, 23%:n lisäystä läpilyönti jännitteeseen verrattuna 4Z:n lisäykseen pintapainossa. Kolmannen koko- 2 naan selluloosakuiduista koostuvan paperin pintapaino oli n. 0,89 kg/100 m (3,8 lbs), paksuus 0,36 mil'iä, ja keskimääräinen läpilyöntilujuus 1080 volttia, Tämä merkitsee alkuperäiseen paperiin verrattuna, 5Z:n lisäystä läpilyönti-jännitteeseen pintapainon lisäyksen ollessa 4%.

Oheiset piirustukset havainnollistavat eräitä tämän keksinnön etuja, Piirustuksessa kuvio 1 esittää käsittelemättömän erityspaperin ja keksinnön mukaisesti käsitellyn eristyspaperin läpilyöntilujuutta; kuvio 2 sekä käsiteltyjä että käsittelemättömiä papereita käyttäen valmistettujen kondensaattorien keskoiän välistä suhdetta; kuvio 3 käsiteltyjen ja käsittelemättömien papereiden häviökerrointa; ja kuvio 4 käsittelemättömillä papereilla ja metyyliselluloosalla päällystetyillä papereilla valmistettujen kondensaattoreiden koronavastusta.

Kuvio 1 esittää kahden kondensaattoripaperiarkin sähköistä läpilyöntilujuutta paksuuden vaihdellessa 0,3 mil'istä 0,5 mil'iin. Käyrä 1 esittää tavanomaisen paperin läpilyöntilujuutta paksuuden funktiona, ja käyrä II 4 paino-Z:sella metyyliselluloosaliuoksella käsitellyn paperin vastaavaa suhdetta, Läpilyöntikokeet suoritettiin 60-jakaoiaella AC-jännitteellä, käyttäen ASTM D-149-64 standardin mukaista laitetta.

Kuvio 2 havainnollistaa graafisesti edelläesitattyjen käsiteltyjen paperien kykyä vastustaa korkeiden sähköisten kuormitusten huonontavaa vaikutusta.

ίο 5 87 0 3

Tavanomaiset 0,5 pF;n kondensaattorit konstruoitiin käyttäen kulloinkin eristeenä kondensaattoripaperin kahta eri paksuutta, Käytettiin kolmea erilaista kondensaattoripaperia. Kaksi valituista papereista oli tavanomaisia kaupallisia, erityisen korkealaatuisia kondensaattoripapereita, kun taas kolmas paperi oli käsitelty esimerkeissä selostetun prosessin mukaan käyttäen 4 paino-%:sta metyyliselluloosaliuosta. Kondensaattorit kyllästettiin samanaikaisesti modifioi-mattomalla askarel'illa tavanomaisessa astiassa tavanomaisten menetelmien mukaisesti. Impregnoimisen jälkeen kappaleet käämittiin sähkökuormituskoetta varten ja sijoitettiin suojakoteloon niiden kestoajan määrittämiseksi. Ne kuormitettiin kaikki yhtä aikaa 800 voltilla AC ja annettiin olla siinä kunnes kaikki yksiköt olivat vaurioituneet. Vaurioitiimiseen kulunut aika määritettiin ja on esitetty kuviossa 2.

Kuvio 3 havainnollistaa edelläselostettujen esimerkkien mukaisten käsittelyjen vaikutusta kuivien papereiden häviökertoimeen. Päällekkäin olevat käyrät 1, 11 ja III edustavat tyypillisiä arvoja, jotka saatiin kun kondensaattori-paperit oli käsitelty 4Z:sella metyyliselluloosaliuoksella, 8%:seila tärkkelys-liuoksella, ja käyttämällä käsittelemättömiä kondensaattoripapereita. Päällekkäiset käyrät IV ja V edustavat 3,8Z:sella polyvinyylialkoholi- ja 7%isella alfa-proteiiniliuoksilla käsitellyillä kondensaattoripaperilla saatuja koetuloksia. Huomattakoon että keksinnön mukaisella metyyliselluloosa- ja tärkkelyspäällys-tyksellä ei ole mitään vaikutusta häviökertoimeen.

Kuvio 4 havainnollistaa metyyliselluloosalla käsiteltyjen papereiden ainutlaatuista kykyä vaimentaa koronapurkausta korkean jännitteen alaisina olevissa kondensaattoreissa,

Kuviossa 4 käyrät I, Il ja III esittävät sähköisen kuormituksen vaikutusta normaalien, absorbenttiä sisältävien vastaavasti metyyliselluloosakäsiteltyjen kondensaattoripaperien häviökertoimeen.

Käytetyt kondensaattorit olivat tavanomaisia, 1,0 uF:n askarel-impregnoi-tuja yksiköitä, joissa eristeenä oli käytetty kaksi arkkia 0,4 mil'in paperia. Käyrä I (tavallinen kondensaattoripaperi) osoittaa kondensaattorien häviöker-toimen tyypillistä riippuvuutta kuormituksesta. Aluksi korkeat häviökerroin-arvot johtuvat sellaisten ionisten epäpuhtauksien liikkeistä, joita esiintyy pieninä määrinä kondensaattorien kyllästysnestefaasissa, AC-kuormituksen aikana. Kun kuormitusta lisätään, ionien liikkumanopeus kasvaa jolloin häviö-kerroin on pienempi. Kuvion 4 käyrä I osoittaa että tavallisia papereita käyttäen valmistettujen kondensaattoripapereiden häviökerroin on pienin välillä 300-400 V/mil. Kun AC-kuormitusta on lisätty yli 400 V/mil normaalipapereilley il 58703 häviökerroin kasvaa, mikä osoittaa että eriste ei kestä tyydyttävästi käytettyä kuormitusta ja että koronapurkausta pienessä määrin tapahtuu, minkä seurauksena on että muodostuu lisää ionisia epäpuhtauksia sähköpurkauksista.

Kun tämä prosessi jatkuu, häviökerroin kasvaa kiihtyvällä nopeudella.

Kuviossa 4 käyrä II edustaa uudempia,kaupallisesti käytettyjä "additiivi"-kondensaattoripapereita, joita valmistetaan U.S.A-patenttien 3,090,705, 3,480,847, ja 3,555,377 mukaan. Nämä paperit ovat tavanomaisia kondensaattori-papereita, joihin on liitetty pieniä prosenttimääriä hienojakoista mineraali-adsorbenttia. Näillä aineilla on se toivottu ominaisuus että ne adsorptiivisten voimien avulla puhdistavat ja pidättävät edellämainittuja ionisia epäpuhtauksia nestemäisestä eristeestä, täten poistaen ne kondensaattorin nestefaasista ja tehden ne liikkumattomiksi alhaisia AC-kuormituksia käytettäessä. Tästä johtuu käyrän 11 litteä muoto. Kuitenkaan tämä suotuisa puhdistusvaikutus ei estä sähköpurkauksia tapahtumasta silloin kun kuormitus nousee yli 400 V/mil, Näin ollen, vaikkakin additiivipapereilla valmistettujen kondensaattoreiden häviökerroin ei ole kuormituksesta riippuvainen alhaisissa kuormituksissa ja vaikkakin kondensaattorin nestefaasissa todetaan "puhdistumista",on hyvin vähän todisteita siitä, että additiivipaperit voisivat vastustaa koronapurkauk-sia.

Käyrä III esittää sähköisen kuormituksen vaikutusta kondensaattoreiden häviökertoimeen käytettäessä keksinnön mukaista metyyliselluloosalla käsiteltyä paperia. Voidaan todeta, että hieman korkeammasta häviökertoimen alkuarvosta käyrä nopeasti putoaa alhaisimpaan häviökerroinarvoonsa 300 V/mil. Kuormituksen lisääminen aina 500 V/mil:iin asti ei nosta häviökerrointa ja siitä edelleen vain hyvin vähän äärimmäisiin suuriin kuormituksiin 800 V/mil ja sen yli mentäessä .

Keksintö on esimerkkinä esitetty ja selostettu vain sen parhaana pidetyssä muodossa ja monia muunnoksia voidaan tehdä, jotka silti kuuluvat keksinnön puitteisiin. Täten on ymmärrettävä ettei keksintö ole rajoitettu mihinkään erityiseen suoritusmuotoon paitei siinä tapauksessa että nämä rajoitukset sisältyvät patenttivaatimuksiin.

Claims (20)

58703

1. Sähköeristyspaperi, jonka pintapäällysteenä on sellaista ainetta, joka on liukenematon nestemäisiin dielektrisiin aineisiin, kuten kloorattuihin bifenyyleihin ja mineraaliöljyihin, on olennaisesti vapaa alkalimetalleista, ja on liukenematon veteen yhdellä lämpötila-alueella, tunnettu siitä, että päällysteaine on liukoinen veteen toisella lämpötila-alueella, että päällysteainetta on 2-15 % päällystetyn paperin kokonaispainosta laskettuna, jolloin pääl-lytetty paperi on ohuempi kuin muutoin identtinen päällystämätön paperi, jolla on sama läpilyöntilujuus ja että päällystetyn paperin läpilyöntilujuuden prosentuaalinen lisäys on suurempi kuin päällysteestä aiheutunut paperin painon prosentuaalinen lisäys.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sähköeristyspaperi, tunnettu siitä, että vain paperin toinen puoli on päällystetty.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sähköeristyspaperi, tunnettu siitä, että paperin molemmat puolet ovat päällystetyt.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sähköeristyspaperi, tunnettu siitä, että mainittu päällystysaine ei sisällä enempää kuin 200 ppm alkali-metalleja.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sähköeristyspaperi, tunnettu siitä, että mainittu päällystysaine ei sisällä enempää kuin 20 ppm alkalime-talleja.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sähköeristyspaperi, tunnettu siitä, että mainittua päällystysainetta on läsnä 3% - 10% päällystetyn paperin kokonaispainosta.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sähköeristyspaperi, tunnettu siitä, että mainittu päällystysaine on metyyliselluloosaa.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen sähköeristyspaperi, tunnettu siitä, että mainitun metyyliselluloosan 2%:sen vesipitoisen liuoksen viskositeetti 20°C:ssa on noin 10-25 centipoisea, ja substituutioaste 1,64 - 1,92,

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sähköeristyspaperi, tunnettu siitä, että mainittu päällystysaine on tärkkelystä,

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen sähköeristyspaperi, tunnettu siitä, että mainitun tärkkelyksen 10%:sen vesipitoisen liuoksen viskositeetti 20°C:ssa on alle noin 200 centipoisea.

11. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sähköeristyspaperi, tunnettu siitä, että mainittu päällystysaine on polyvinyylialkoholia. 13 58703

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen sähköeristyspaperi, tunnettu siitä, että mainittu polyvinyylialkoholi on täysin hydrolysoitu ja että sen 4%:sen vesipitoisen liuoksen viskositeetti 20°C:ssa on noin 25 - 125 centipoisea.

13. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sähköeristyspaperi, tunnettu siitä, että mainittu päällystysaine on proteiinia,

14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen sähköeristyspaperi, tunnettu siitä, että mainittu proteiini on alfa-proteiini,

15. Menetelmä patenttivaatimuksen 1 mukaisen sähköeristyspaperin valmistamiseksi tunnettu seuraavista vaiheista: (a) käytetään ainetta, joka on liukenematon nestemäisiin dielektrisiin aineisiin, kuten kloorattuihin bifenyyleihin ja mineraaiiöljyihin, ja joka aine on liukoinen veteen ensimmäisellä lämpötila-alueella mutta liukenematon veteen toisella lämpötila-alueella, (b) aine pestään vedellä mainitulla toisella lämpötila-alueella olennaisesti kaikkien alkalimetallien poistamiseksi siitä, (c) pesty aine liuotetaan veteen mainitulla ensimmäisellä lämpötila-alueella vesipitoisen liuoksen muodostamiseksi, ja (d) sähköeristyspaperiraina päällystetään vesiliuoksella siten, että päällys-tysainetta tulee olemaan 21 - 15% päällystetyn paperin kokonaiskuivapainosta laskettuna.

16. Patenttivaatimuksen 15 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaiheessa (b) käytettyyn pesuveteen lisätään kationeja.

17. Patenttivaatimuksen 16 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kationeja lisätään lisäämällä magnesiumsulfaattia tai rikkihappoa noin 0,01 - 0,1 paino-Z pesuveden painosta.

18. Patenttivaatimuksen 15 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu aine hienojakoistetaan ennen pesua.

19. Patenttivaatimuksen 15 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pesua vaiheessa (b) jatketaan niin kauan kunnes aineen alkalimetaliipitoi-suus on laskenut niin että se on korkeintaan 200 ppm.

20. Patenttivaatimuksen 15 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pesua vaiheessa (b) jatketaan niin kauan kunnes aineen alkalimetallipitoi-suus on laskenut niin että se on korkeintaan 20 ppm. 14 58703