MXPA04009912A

MXPA04009912A - Papel resistente a altas temperaturas.

Info

Publication number: MXPA04009912A
Application number: MXPA04009912A
Authority: MX
Inventors: Cornbower Tyrone
Original assignee: Fibermark Inc
Priority date: 2002-04-10
Filing date: 2002-11-29
Publication date: 2005-11-17
Also published as: US20030192663A1; EP1495187A1; CA2481840A1; WO2003087474A1; US7112259B2; US6537424B1; EP1495187A4; JP2005522598A; AU2002352963A1

Abstract

Se proporciona una estructura de papel que consiste de dos capas externas y por lo menos una capa interna. Las dos capas externas consisten de fibra de pulpa sustancialmente celulosica y la capa interna consiste de una fibra resistente a altas temperaturas y un aglutinante polimerico y preferiblemente fibra de de pulpa celulosica. En una modalidad preferida, la estructura comprende por lo menos tres capas internas, todas consisten de fibra de pulpa celulosica, fibra resistente a altas temperaturas y un aglutinante polimerico. La estructura de papel resultante encuentra uso particular como un papel transformador resistente a altas temperaturas en la manufactura de transformadores.

Description

PAPEL RESISTENTE A ALTAS TEMPERATURAS CAMPO DE LA INVENCIÓN Se proporciona una estructura de papel resistente a alta temperatura que consiste de dos capas externas y por lo menos una capa interna. Las dos capas externas consisten en general de fibra de pulpa sustancialmente celulósica y la capa interna consiste de fibra de pulpa celulósica, una fibra resistente a alta temperatura y un aglutinante polimérico. La estrutura de papel puede ser usada como un tablero E resistente a altas temperaturas para aplicación en transformadores y ofrece resistencia térmica mejorada. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN El tablero E resistente a altas temperaturas es usado en transformadores y lleva a cabo dos funciones. En primer lugar, el tablero E proporciona aislamiento eléctrico. Esto impide que los devanados en el transformador se pongan en corto circuito. En segundo lugar, el tablero proporciona resistencia mecánica. Cuando hay un gran paso de corriente a través del transformador, haya una fuerza sobre las capas del devanado para mover el tablero, que está pegado a los devanados. El pegado del tablero al devanado impide que los varios devanados se compenetren. Cada devanado actúa como un solenoide y trata de moverse. Es el tablero E el que impide esta compenetración.

Reí: 159353 La mejora de la resistencia mecánica del tablero E ayudaría a evitar problemas con la compenetración de los devanados. El tener un tablero E reforzado para reforzar el papel ayudaría a proporcionar la resistencia mecánica necesaria. Sin embargo el papel tendría que ser fabricado de una manera eficiente y efectiva. También hay interés en incrementar la resistencia a la temperatura del tablero E para uso en transformadores, de tal manera que se pudiera diseñar un transformador menos caro. Al reducir los diámetros de los alambres en el transformador, los devanados se volverían más pequeños. Los devanados más pequeños requieren núcleos más pequeños y contenedores de metal más pequeños. Los contenedores más pequeños contienen menos aceite y esto significa que menos cobre para el alambre, acero para los núcleos y aceite para el aislamiento son necesarios. Sin embargo, debido al alambre más delgado, el transformador tendría más resistencia eléctrica y funcionaría a una temperatura más alta. Así, el tablero E tendría que exhibir resistencia térmica mejorada antes de que tal transformador fuese práctico. Un papel que exhibe tal resistencia térmica mejorada, también como resistencia mecánica mejorada, permitiría a la industria diseñar transformadores que pueden reconocer los beneficios económicos y beneficios de desempeño discutidos anteriormente.

Así, es un objeto de la presente invención proporcionar una estructura de papel que exhiba resistencia térmica mejorada. Todavía otro objeto de la presente invención es proporcionar una estructura de papel que exhiba resistencia mecánica mejorada. Estos y otros objetos de la presente invención se harán evidentes para aquel experimentado en la técnica en la revisión de la siguiente descripción y las reivindicaciones adjuntas a la presente. BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN De acuerdo con los objetivos anteriores, se proporciona una estructura de papel que consiste de dos capas externas y por lo menos una capa interna. Las dos capas externas consisten preferiblemente de fibra de pulpa sustancialmente celulósica (madera) . La capa interna consiste de fibra de papel celulósica, una fibra resistente a altas temperaturas y un aglutinante polimérico. En una modalidad preferida, la estructura comprende por lo menos tres capas internas, todas consisten de fibra de papel celulósica, fibra resistente a altas temperaturas y un aglutinante polimérico. El aglutinante polimérico más preferido es alcohol polivinílico . La presente invención también proporciona un proceso para la fabricación de la estructura de papel de la presente invención. Una máquina de cilindro, como es conocida en la técnica, es empleada con por lo menos tres cilindros diferentes. Una composición de materia prima que consiste sustancialmente de fibra de pulpa celulósica es alimentada a los cilindros correspondientes a las capas externas y una solución de materia prima que consiste de la fibra de pulpa celulósica, fibra resistente a altas temperaturas y un aglutinante polimérico es alimentada al otro cilindro, que corresponde a la capa interna de la estructura de papel . La estructura de papel resultante proporciona un papel bastante útil como tablero E en transformadores debido a su resistencia térmica mejorada. Además, la fibra resistente a altas temperaturas también ayuda a reforzar el papel, para evitar los problemas en la compenetración de los devanados. El proceso usado para preparar el papel también permite preparar eficiente y efectivamente la estructura de papel, en tanto que se evitan los problemas con la adhesión debido a la presencia del. aglutinante de alcohol polivinílico . DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS La estructura de papel de la presente invención es bastante útil como un tablero E resistente a altas temperaturas. El papel exhibe resistencia térmica mejorada, también como buena resistencia mecánica. La buena resistencia térmica permitiría el uso del papel en un transformador con devanados de tamaño más pequeño ya que permitiría que los devanados funcionen a una temperatura más alta. Además, el papel es también reforzado, de tal manera que cuando es pegado a los devanados, impediría que los varios devanados se compenetren. En uso real en un transformador, el papel es recubierto con un adhesivo, tal como un adhesivo epoxi y pegado térmicamente a la superficie de devanado de alambre. Es este pegado a los devanados que permite que el tablero impida que los varios devanados se compenetren. La resistencia mecánica de la estructura de papel de la presente invención, incluyendo su fibra reforzada resistente a altas temperaturas, en combinación con el aglutinante polimérico, permite que el tablero E actúe eficiente y efectivamente con respecto a impedir que los devanados se compenetren. La estructura de papel de la presente invención comprende en general dos capas externas y por lo menos una capa interna. Las dos capas externas consisten de fibra de pulpa sustancialmente de madera, pero pueden contener una cantidad menor de fibra sintética. Tal fibra sintética puede ser por ejemplo fibra de poliéster o nylon. Cantidad menor significa menos de 50% en peso de fibra y preferiblemente menos de 10% en peso de fibra. Es más preferido que la fibra de pulpa celulósica (madera) usada sea una fibra Kraft . La capa interna comprende en general fibra de pulpa celulósica (madera) , fibra resistente a altas temperaturas y un aglutinante polimérico. La fibra resistente a altas temperaturas es en general una fibra que tiene una Tg de por lo menos 400°C y más preferiblemente más alta de 550°C. Las fibras resistentes a altas temperaturas preferidas incluyen las fibras de poliaramida disponibles comercialmente, tales como NO EX®. En general, la fibra es de aproximadamente 0.635 cm (1/4 de pulgada) de longitud y tiene aproximadamente un denier de 2. El aglutinante polimérico preferido es alcohol polivinílico. Puede ser agregado en forma de una fibra sintética o como un polvo seco. Si el aglutinante es agregado como una fibra, es importante que la fibra tenga las características químicas apropiadas. La fibra de alcohol polivinílico está disponible con un amplio intervalo de temperaturas de solubilización en agua. La temperatura a la cual el polímero se vuelve soluble depende de las propiedades del polímero, tales como el grado de polimerización, grado de hidrólisis y cristalinidad . Esta temperatura de solubilización puede fluctuar de aproximadamente 60°C a más de 100 °C. Es importante hacer coincidir esta temperatura de solubilización con el proceso de fabricación de papel. Para ser más efectivo, la fibra de alcohol polivinílico se debe comportar como aglutinante en tanto que se encuentra en forma de fibra. No se debe permitir que se disuelva completamente. La aglutinación más fuerte ocurre cuando la superficie de la fibra se comienza a disolver. Luego, después del secado, la fibra de alcohol polivinílico se pegará a todas las otras fibras, tanto sintéticas como naturales, con las que se pone en contacto. Esto significa que una fibra de alcohol polivinílico con una baja temperatura de solubilización debe ser usada con un papel de peso base bajo a medio (aproximadamente 25 a 120 libras/3000 pies cuadrados) que se pone en operación comúnmente a altas velocidades de la máquina. Debido a la velocidad más alta de la máquina y baja masa de hoja, la evaporación enfriará el papel. Secará antes de que se caliente mucho. Es probable que la temperatura máxima que alcance el papel sea menor de 70°C. Con estos papeles de ' alto peso base (200 libras/3000 pies cuadrados y mayores) una fibra de alcohol polivinílico con una temperatura de solubilización más alta puede ser usada . Estos papeles se ponen en operación comúnmente a velocidades de la máquina más lentas, de tal manera que la temperatura de la hoja es mucho más alta. Cuando se usa la forma en polvo del aglutinante de alcohol polivinílico, el polímero debe ' ser plenamente hidrolizado (99% o más alto) y el polímero debe ser molido a un tamaño de partícula de malla 100 o más pequeño. Él polvo puede ser agregado a la fibra de madera antes de la refinación o puede ser agregado al sistema después de la refinación. Es importante que se permita que el polímero pulverizado se hinche antes de que se agregue al sistema de fabricación de papel. El tiempo de hinchamiento depende de la temperatura del agua. El agua fría (0 - 14 °C) requiere un período de hinchamiento de aproximadamente una hora. El agua caliente (40 - 50 °C) hinchará las partículas en aproximadamente 20 minutos. Es esencial que el agua de proceso usada ya sea con . las fibras o polvo de alcohol polivinílico no esté a más de 60°C, ya que el agua caliente disolverá el polímero y se perderán la mayoría de las características de adhesión. Es ventajoso usar una ducha de vapor con la forma de polvo del aglutinante de alcohol polivinílico. Esta ducha chocará con el papel antes de la sección del secador. La ducha de vapor es particularmente útil con papeles de bajo peso base. Calentará la hoja en tanto que todavía está húmeda, permitiendo así que el exterior de las partículas de polímero hinchadas se comiencen a disolver. El uso de fibra de pulpa celulósica, fibra resistente a altas temperaturas y aglutinante polimérico en proporciones en peso relativas para la capa interna es preferiblemente de alrededor de 70:10:20, respectivamente. La cantidad de fibra de pulpa de madera fluctúa en general de 60 a 80o' en peso, la cantidad de la fibra resistente a altas temperaturas fluctúa preferiblemente de 5 a 15% en peso y la cantidad de aglutinante polimérico o alcohol polivinílico fluctúa en general de 10 a 25% en peso. En el proceso de la presente invención para fabricar la estructura de papel, se emplea una máquina de cilindro, como es bien conocida en la técnica. La máquina de cilindro permite la creación de diferentes capas usando diferentes composiciones de materia prima y permitiendo así que la estructura de papel sea adaptada como sea necesario dentro de la presente invención. El proceso de la presente invención comprende alimentar una composición de materia prima que consiste sustancialmente de una fibra de pulpa de madera a los cilindros correspondientes a las capas externas. Así, las dos capas externas de la estructura de papel resultante comprenden fibras de pulpa, preferiblemente de madera, sustancialmente celulósicas. Como se indica previamente, una cantidad menor de fibras sintéticas puede ser incluida en las composiciones de materia prima. Un cilindro correspondiente a la capa interna es luego alimentado con una solución concentrada que consiste de fibra de pulpa celulósica, fibra resistente a altas temperaturas y un aglutinante polimérico, de tal manera que la capa interna de la estructura de papel consiste de la fibra de pulpa celulosita, la fibra resistente a altas temperaturas y aglutinante polimérico. Así, la estructura de papel de la presente invención es de tal manera que solamente la capa interna contiene el aglutinante polimérico, mientras que las capas externas no y así se evitan los problemas de adherencia cuando la estructura de papel es secada, preferiblemente sobre latas más secas y el aglutinante polimérico es activado debido a la alta temperatura. Después de la activación del aglutinante polimérico, el aglutinante actúa para enlazar la fibra resistente a altas temperaturas conjuntamente con la fibra de pulpa de madera y puesto que se encuentra sobre la capa interna, no provocará problemas de adherencia . También es preferido que la estructura de papel sea recubierta con un retardante térmico, por ejemplo en la prensa de apresto. Más preferiblemente, la estructura de papel es recubierta con una solución de dicianamida, tal compuesto ayuda a retardar la degradación térmica que ocurre en un transformador. En una 'modalidad preferida, la estructura de papel consiste de cinco capas diferentes. Las dos capas externas consisten sustancialmente de fibra de pulpa celulósica, preferiblemente de madera. Las tres capas internas consisten todas de fibra de pulpa celulósica, fibra resistente a altas temperaturas y un aglutinante polimérico. Opcionalmente, lasa capas internas pueden ser de composiciones diferentes. Por ejemplo, pueden contener diferentes cantidades relativas de fibra de pulpa celulósica, fibra resistente a altas temperaturas y aglutinante polimérico, puesto que diferentes composiciones de materia prima pueden ser alimentadas a los varios cilindros correspondientes. También, puede ser deseable tener solamente una capa que contiene la fibra resistente a altas temperaturas y el aglutinante polimérico. Luego las capas restantes consistirían principalmente de fibras de pulpa celulósicas. En otra modalidad, la estructura de papel comprende las dos capas externas que consisten sustancialmente de fibra de pulpa celulósica y la capa interna consiste de la fibra resistente a altas temperaturas y aglutinante polimérico. La presencia de la fibra resistente a altas temperaturas y el aglutinante polimérico conjuntamente es importante, en por lo menos una capa interna de la estructura de papel. Las capas restantes pueden diferir en composición, en tanto que las dos capas externas no contengan el aglutinante polimérico. La estructura de papel resultante, preparada más eficiente y efectivamente utilizando la máquina de cilindro de acuerdo con la presente invención, proporciona un papel bastante útil como papel resistente a altas temperaturas para transformadores. El papel exhibe resistencia térmica mejorada, también como excelente resistencia mecánica para llevar a cabo todas las funciones necesarias de un tablero E de transformador.

EJEMPLO Se preparó una estructura de papel de tres capas de acuerdo con la presente invención. Se usó la máquina de cilindro en donde se emplearon materias primas separadas para las capas externas y la capa interna. Las capas externas fueron alimentadas a una materia prima de fabricación de papel que consiste de pulpa celulósica. La materia prima de fabricación de papel para la capa interna consistía de 70% en peso . de una pulpa celulósica, 20% en peso de un aglutinante polimérico, esto es, alcohol polivinílico y 10% en peso de una fibra de poliaramida. El aglutinante polimérico consistía de alcohol polivinílico de Celvol 165 F y la fibra resistente a altas temperaturas consistía de fibra NOMEX®, de 0.635 cm (1/4 de pulgada) de longitud y 2.0 denier. Una vez que la materia prima de fabricación de papel para las capas externas y la capa interna había sido provista a cada uno de los respectivos cilindros, se preparó una estructura de papel de tres capas. Las capas externas consistían solamente de pulpa celulósica y la capa interna consistía de la pulpa celulósica en combinación con la fibra resistente a altas temperaturas y el aglutinante polimérico. La estructura de papel resultante fue luego prensada, secada y calandrada de manera convencional. El secado se llevó a cabo a una temperatura suficiente para activar el aglutinante polimérico de alcohol polivinílico . La estructura de papel resultante exhibía buenas propiedades de resistencia y se cree útil como aislamiento eléctrico en devanados de transformador. Habiendo ahora descrito plenamente la invención, será evidente para aquel de habilidad ordinaria en la técnica que se pueden efectuar cualesquier cambios y modificaciones a la misma sin desviarse del espíritu y alcance de la invención como se resume . Se hace constar que, con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad, lo contenido en las siguientes reivindicaciones : 5 1. Una estructura de papel que consiste de dos capas externas y por lo menos una capa interna, caracterizada porque las dos capas externas consisten de fibra de pulpa sustancialmente celulósica y la capa interna consiste de 60 a 80 por ciento en peso de fibra de pulpa celulósica, de 5 a 15 d0 por ciento en peso de una fibra resistente a altas temperaturas y de 10 a 25 por ciento en peso de un aglutinante polimérico. 2. La estructura de papel de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la estructura 15 comprende por lo menos tres capas internas, todas consisten de fibra de pulpa celulósica, fibra resistente a altas temperaturas y un aglutinante polimérico. 3. La estructura de papel de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el aglutinante 20 polimérico consiste de alcohol polivinílico . . La estructura de papel de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque las capas externas comprenden además una cantidad menor de fibra sintética. 5. La estructura de papel de conformidad con la 25 reivindicación 1, caracterizada porque la fibra resistente a altas temperaturas tiene una Tg de por lo menos 400°C. 6. La estructura de papel de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la fibra resistente a altas temperaturas consiste de fibras de poliaramida. 7. La estructura de papel de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque las cantidades en peso relativas de la fibra de pulpa celulósica, la fibra resistente a altas temperaturas y aglutinante polimérico en la capa interna es de aproximadamente 70:10:20. 8. La estructura de papel de conformidad con la reivindicación 3, caracterizada porque las cantidades relativas en por ciento en peso de las tres capas internas para la fibra de pulpa celulósica, fibra resistente a altas temperaturas y aglutinante polimérico es de aproximadamente 70:20:20. 9. Un proceso para la fabricación de la estructura de papel de conformidad con la reivindicación 1, que comprende utilizar una máquina de cilindro con por lo menos tres cilindros diferentes, el proceso está caracterizado porque comprende alimentar una composición de materia prima que consiste sustancialmente de fibra de pulpa celulósica a los cilindros correspondientes a las capas externas, de tal manera que las dos capas externas de la estructura de papel resultante consisten sustancialmente de fibras de pulpa celulósicas y con el otro cilindro siendo alimentado de una solución de materia prima que consiste de fibra de pulpa celulósica, fibra resistente a altas temperaturas y aglutinante polimérico, de tal manera que la capa interna de la estructura de papel consiste de la fibra de pulpa celulósica, fibra resistente a altas temperaturas y aglutinante polimérico. 10. El proceso de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque se emplean cinco cilindros, los cilindros correspondientes a las capas externas de la estructura de papel siendo alimentados con soluciones de materia prima que consisten sustancialmente de fibra de pulpa celulósica y los tres cilindros internos siendo alimentados de soluciones que consisten de fibra de pulpa celulósica, fibra resistente a altas temperaturas y un aglutinante polimérico . 11. El proceso de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque el aglutinante polimérico en la solución de materia prima alimentada al cilindro correspondiente a la capa interna consiste de alcohol polivinílico . 12. El proceso de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque la fibra resistente a altas temperaturas en la solución de materia prima alimentada al cilindro correspondiente a la capa interna consiste de una fibra de poliaramida. 13. El proceso de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque la solución de materia prima alimentada al cilindro correspondiente a la capa interna comprende, en por ciento en peso de fibra de pulpa celulósica, fibra resistente a altas temperaturas y aglutinante polimérico en cantidades relativas de aproximadamente 70:10:20. 14. Un papel, para transformador, resistente a altas temperaturas, caracterizado porque consiste de la estructura de papel de conformidad con la reivindicación 1. 15. Un papel para transformador, resistente a altas temperaturas, caracterizado porque consiste de la estructura de papel de conformidad con la reivindicación 2. 16. Un papel para transformador, resistente a altas temperaturas, caracterizado porque consiste de la estructura de papel de conformidad con la reivindicación 3. 17. Un papel para transformador, resistente a altas temperaturas, caracterizado porque consiste de la estructura de papel de conformidad con la reivindicación 6. 18. La estructura de papel de conformidad con la reivindicación 2, caracterizada porque el aglutinante polimérico consiste de alcohol polivinílico, la fibra resistente a altas temperaturas consiste de fibra de poliaramida y la estructura comprende tres capas internas que consisten todas de fibra de pulpa celulósica, fibra de poliaramida y alcohol polivinílico. 19. La estructura de papel de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el aglutinante polimérico consiste de alcohol polivinílico, la fibra resistente a altas temperaturas consiste de fibra de poliaramida y la estructura comprende tres capas internas que consisten todas de fibra de pulpa celulósica, con solamente una capa interna que comprende además alcohol polivinílico y fibra de poliaramida. 20. Una estructura de papel caracterizada porque comprende dos capas externas y por lo menos una capa interna, las dos capas externas consisten sustancialmente de fibra de pulpa celulósica y la capa interna consiste de una fibra resistente a altas temperaturas y un aglutinante polimérico. 21. La estructura de papel de conformidad con la reivindicación 20, caracterizada porque la fibra resistente a altas temperaturas consiste de fibras de poliaramida. 22. La estructura de papel de conformidad con la reivindicación 20, caracterizada porque el aglutinante polimérico consiste de alcohol polivinílico. 23. La estructura de papel de conformidad con la reivindicación 21, caracterizada porque el aglutinante polimérico consiste de alcohol polivinílico. 24. Un transformador caracterizado porque comprende el papel de conformidad con la reivindicación 14. 25. Un transformador caracterizado porque comprende el papel de conformidad con la reivindicación 15. 26. Un transformador caracterizado porque comprende el papel de conformidad con la reivindicación 16. 27. Un transformador caracterizado porque comprende el papel de conformidad con la reivindicación 17.