NO128373B - - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte for å oke celluloseholdige materialers dimensjonsstabilitet, og mer spesielt en fremgangsmåte for å oke dimensjonsstabiliteten til cellulosepresspapp som anvendes som isolering i elektrisk utstyr, som krafttransformatorer.

Et av de storste problemer ved fremstilling av krafttransformatorer er den dimensjonsforandring som forekommer i isoleringer av cellulosepresspapp. Cellulose er meget hygroskopisk, og forandringer fra dag til dag av den relative fuktighet i anlegget er tilboyelig til . å forårsake at presspappen slår seg, hvorved arbeidsomkostningene og omkostningene ved montering av transformatorene oker. Det or dessuten for tiden en tendens til å fremstille krafttransformatoror Por hoycre spenninger samtidig med en minskning av vekten og storrelso. Dutte Kfr.kl. 21c-2/21

gjor det ennu■viktigere med en dimensjonsstabil cellulosepresspapp.

Det er blitt gjort forsok på å forbedre presspapps dimensjonsstabilitet ved å impregnere presspappen med forskjellige tilsetnings-midler eller impregneringsmidler. Det stilles flere krav til et aksepterbart tilsetningsmiddel for å oke dimensjonsstabiliteten til celluloseholdige materialer, som presspapp som anvendes for isolering. Tilsetningsmidlet bor være forenelig med transformatorkompon-enten og bor ikke nedsette oljeimpregneringen av presspappen. Dessuten bor et hvilket som helst tilsetningsmiddel som anvendes for å oke presspappens dimensjonsstabilitet, ikke bevirke en nedsettelse av presspappens fysikalske eller elektriske egenskaper og en okning av slamdannelsen.

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte for å oke celluloseholdige materialers, som isoleringspresspapps, dimensjonsstabilitet ved å impregnere cellulosen med et materiale omfattende et cellulosesvellings-middel og en forbindelse som er istahd til å inngå tverrbinding med cellulosemolekylene. Svelningsmidlet bevirker en intrakrystallinsk svelling av cellulosen utover dens på grunn av vann svellede tilstand, og på grunn av denne svellingsvirkning eksponeres flere reaktive om-råder på cellulosen for omsetning med tverrbindingsmidlet. Efter tverrbinding har produktet en hoy dimensjonsstabilitet, og med dette menes at cellulosematerialets dimensjoner ikke i vesentlig grad vil oke når det utsettes for en hoy relativ fuktighet eller fuktige betingelser. Dessuten påvirker behandlingsmaterialet ikke presspappens oljeimpreg-neringsegenskaper og forurenser ikke oljen. Materialet gir dessuten presspappen varmestabilitet og dielektrisk fasthet.

Svellingsmidlene som kan anvendes i materialet, er forbindelser som er istand til å svelle cellulosen utover den fullstendige med vann svellede tilstand. Svellingsmidlet danner svellingsforbindelser eller krystallinske addisjonsforbindelser med cellulosemolekylets anhydroglucosegrupper, og dette bevirker en interkrystallinsk svelling av cellulosegitteret. Svellingsforbindelsene antaes som regel å være dannet ved en reaksjon mellom de sekundære valensbindinger, som regel av typen O-H-0 eller N-H-0, med cellulosemolekylets polare grupper.

Det antaes at svellingsmidlet hovedsakelig virker slik at flere hydroxylsteder på cellulosemolekylet eksponeres eller avdekkes for en efterfolgende omsetning med tverrbindingsmidlet, og dessuten som en katalysator for omsetningen mellom tverrbindingsmidlet og cellulosen.

De svellingsmidler som kan anvendes er dimethylformamid, thiourea, lavere alkylmonoaminer som methylamin, ethylamin og propyl-amin, lavere alkyldiaminer som ethylendiamin og tetramethylendiamin, eller blandinger derav. Alkylaminer inneholdende h- 7 carbonatomer i alkylgruppene, som n-butylamin og n-heptylamin, kan anvendes dersom cellulosen til å begynne med forhåndssvelles med de ovenfor anforte lavere alkylaminer.

Tverrbindingsforbindelsen er en monomer eller delvis polymer som er istand til å reagere med cellulosemolekylets hydroxylgrupper. Ved omsetning av hydroxylgruppene med tverrbindingsmidlet minskes antallet vannabsorberende steder på cellulosemolekylet, hvorved cellulosen blir mindre tilboyelig til å absorbere fuktighet og å

oke sine dimensjoner når den utsettes for sterkt fuktige betingelser. Tverrbindingsmidlet kan være dimethylolethylenurea, dihydroxyethylen-urea, dimethylolpropylenurea, melamin-formaldehyd og urea-formaldehyd etc.

Svellingsmidlet og tverrbindingsforbindelsen påfores fortrinns-vis på cellulosematerialet i form av en opplosning med vann som det foretrukne opplosningsmiddel. Andre opplosningsmidler eller bærer-materialer kan anvendes, men det foretrekkes å anvende vann fordi det er rimelig og lett tilgjengelig. Den prosentuelle mengde av vann eller et annet bærermateriale i behandlingsopplosningen eller -suspensjonen er ikke kritisk og kan variere innen vide grenser. For de fleste anvendelser inneholder behandlingsopplosningen 9,0 - 100% aktive bestanddeler. Det er mulig å anvende 100% konsentrasjoner av svellingsmidlet og tverrbindingsforbindelsen, men i praksis.er dette ikke foretrukket, og det er betraktelig kostbarere enn å anvende oppløsninger, som en vandig opplosning.

Uavhengig av den måte som de aktive bestanddeler påfores cellulosen på, bor den samlede vekt av svellingsmidlet og tverrbindingsforbindelsen, basert på 100% konsentrasjoner, være minst 3,7 vekt% av den torre cellulose for å oppnå gode resultater.

Mengden av svellingsmiddel i forhold til tverrbindingsforbindelsen kan også variere innen vide grenser, men i de fleste tilfeller

■anvendes svellingsmidlet og tverrbindingsmidlet i et vektforhold av 33:1-1:10, basert på 100% konsentrasjoner.

Cellulosematerialet, som sulfatcellulosepresspapp, impregneres med behandlingstim terialet på en hvilken som helst onsket nm to, som

•ved dypping, stryking og påsprbyting etc. Som et oksompo.l kan det-

angis at dersom en presspapp med en tykkelse av ca. 3,18 mm ned-dykkes i en behandlingsopplosning i ca. 0,5 - 20 minutter, trenger opplosningen inn ca. 0,30 mm på hver overflate av presspappen. På den annen side kan cellulosefibrene impregneres med behandlingsopplosningen ved fremstillingen av presspappen, og behandlingsmaterialet vil da ha gjennomimpregnert hele presspappen.

Efter at presspappen eller et annet celluloseholdig materiale er blitt impregnert med behandlingsopplosningen, torkes presspappen som regel i luft for å fordampe vannet eller et annet bærermateriale og oppvarmes derefter til en temperatur av Il8-260°C og holdes ved denne temperatur i 0,5 - 1^- minutter for å påskynde tverrbindingen. I enkelte tilfeller kan den behandlede cellulose straks oppvarmes uten lufttorking, og det fåes ved oppvarmningen den dobbeltvirkning at bærermaterialet fordamper og tverrbindingsreaksjonen påskyndes.

Selv om det foretrekkes å impregnere det celluloseholdige materiale med et behandlingsmateriale inneholdende både svellingsmidlet og -tverrbindingsforbindelsen, kan cellulosen behandles adskilt med de enkelte bestanddeler. Cellulosen kan f.eks. forst behandles med svellingsmidlet og derefter med tverrbindingsforbindelsen, eller cellulosen kan alternativt forst behandles med tverrbindingsforbindelsen og derefter med svellingsmidlet. I det sistnevnte tilfelle gir behandlingen med tverrbindingsforbindelsen en tverrbindingsreaksjon mellom tverrbindingsforbindelsen og de eksponerte hydroxylgrupper på cellulosemolekylene. Ved den efterfolgende behandling med svellingsmidlet eksponeres ytterligere reaksjonssteder på cellulosemolekylene, og overskuddet av tverrbindingsforbindelse i cellulosestrukturen vil da reagere med de nyeksponerte reaktive steder. I begge tilfeller gjor svellingsmidlet at cellulosegitteret ekspanderer, hvorved eksponeres flere reaktive steder som reagerer med tverrbindingsforbindelsen under minskning av antallet potensielle vannabsorberings-steder, og cellulosen blir derved mer dimensjonsstabil.

Ved behandlingen okes ikke bare cellulosens dimensjonsstabilitet sterkt, men behandlingen har ingen virkning på presspappens olje-impregneringsegenskaper, og de aktive bestanddeler som anvendes ved behandlingen, spaltes ikke slik at oljen forurenses. Ved behandling av cellulosen ifolge oppfinnelsen oker dessuten cellulosens varmestabilitet og dens dielektriske fasthet.

Eksemplene omhandler behandling av cellulosepresspapp ifolge oppfinnelsen og bestemmelse av den behandlede presspapps fysikalske egenskaper.

Fremstilling av prover

6,35 cm kvadratiske prøvestykker av 3,18 mm tykk sulfatcellu-losepapp ble sproytet med en behandlingsopplosning bestående av 25% dimethylolethylenurea, 50% N,N-dimethylformamid og 25% vann. Prøve-stykkene ble derefter torket i luft og oppvarmet i en ovn i 5 minutter ved 20<1>+oC for å påskynde tverrbindingsreaks jonen.

Dimens jonsstabilitet

For å bestemme den behandlede presspapps. dimensjonsstabilitet og for å sammenligne den behandlede presspapps dimensjonsstabilitet med ubehandlede prover ble hvert provestykke i 1<*>+ dager utsatt for en relativ fuktighet av 70%. Dette ble oppnådd ved å opphenge hvert provestykke over en mettet opplosning av natriumcarbonat i en lukket beholder. Et samlet antall av 29 målinger ble tatt for hver prove for og efter forsøksperioden på lh dager. De 29 målinger om-fattet en vektmåling, 19 tykkelsesmålinger og 9 breddemålinger. ;Resultatene av dimensjonsstabilitetsundersokelsene var: ;;Det fremgår av tabellen at de ubehandlede presspapp-provestykker hadde en tykkelsesokning av 17,32-18,10% under behandlingstiden. i motsetning hertil utviste prøvestykkene, behandlet ved fremgangsmåten ifolge oppfinnelsen, en tykkelsesokning av bare 0,60-1,92%. ;De i tabellen angitte ubehandlede prøvestykker hadde på lign-ende måte en breddeokning av 0,99-l,<1>+6% mens de ifolge oppfinnelsen behandlede prøvestykker hadde en breddeokning av bare 0,0^-0,21%. ;De ubehandlede prøvestykker hadde en vektøkning av 11, h6- lh,51% og de ifolge oppfinnelsen behandlede prøvestykker en vektøkning innen det samme område, dvs. 13,70-1^,22%. De i tabellen angitte resultater viser tydelig den vesentlige forbedring av cellulosematerialets dimensjonsstabilitet som oppnås ved behandling med materialet ifolge oppfinnelsen. ;Varmestabilitet ;For å bestemme varmestabiliteten for cellulosemateriale behandlet ifolge oppfinnelsen, ble prøvestykker av 0,25<*>+ mm tykt sulfatcellulosepapir behandlet med en opplosning bestående av 25% dimethylolethylenurea, 50% N,N-dimethylformamid og 25% vann. Prøve-stykkene ble torket i luft og derefter oppvarmet i 5 minutter ved 20<!>+°C. Prøvestykkene ble derefter impregnert under vakuum med transformatorolje og eldet i 8 dager i en ovn ved l50°C. Ved slutten av denne forsøksperiode ble de behandlede prøvestykker og ubehandlede kontrollprovestykker undersokt for å fastslå i hvor sterk grad de hadde beholdt sin opprinnelige bruddstyrke ved anvendelse av en "Instron-bruddtestmaskin" ved en hastighet av 1,27 cm pr. minutt.

Varmestabilitetsforsokene viste at det ubehandlede kraftpapir efter impregnering og eldning i transformatorolje hadde en gjennomsnittlig strekkfasthet av 3j80 kg/cm 2 med et maksimum og minimum av hhv. k , 22 kg/cm 2 og 3 ? 3 5 kg/cm 2. De ifolge oppfinnelsen behandlede prøvestykker hadde en gjennomsnittlig strekkfasthet av ^,90 kg/cm med et maksimum av 5?77 kg/cm 2 og et minimum av 3 ?9^ kg/cm 2. Dette representerer en gjennomsnittlig styrkeokning efter varmeeldnings-behandlingen av 29,0%.

Dielektrisk fasthet

Forsok ble også utfort for å bestemme den dieleketriske fasthet til et cellulosemateriale behandlet med materialet ifolge oppfinnelsen. Ved dette forsok ble 0,25'+ mm tykke provestykker av sulf atcellu-losepapir med en dimensjon av 25,'+ cm x 1,5 cm behandlet ifolge oppfinnelsen som angitt i forbindelse med det ovenfor angitte varme-stabilitetsforsok. De behandlede provestykker og ubehandlede prøve-stykker ble undersokt i overensstemmelse med prøvemetoden ifolge ASTMD-1^9 under anvendelse av elektroder med en diameter av 5,08 cm og med kantene avrundet til en radius av 6,35 mm. Prøvestykkene ble undersokt i en ny transformatorolje ved spenningsokning av 3000 volt pr. sekund. Prøvestykkenes tykkelse ble fastslått- ved gjennomslagsstedene for å bestemme antall volt pr. mm.

Resultatene av undersøkelsene for å bestemme den dielektriske fasthet anga en dkning av den dielektriske fasthet for sulfatpapir behandlet ifolge oppfinnelsen sammenlignet med de ubehandlede provestykker. Den gjennomsnittlige gjennomslagsfasthet for det ubehandlede kraftpapir var 81890 volt pr. mm mens den" gjennomsnittlige gjen-nomslagsf asthet for kraftpapir behandlet ifolge oppfinnelsen var 87165 volt pr. mm. Dette er en gjennomsnittlig okning av 5275 volt pr. mm eller 6,5%.

Oljeforurensning

Sulfatcellulosepresspapp behandlet med den under varmestabili-tetsforsoket angitte opplosning ble også underkastet et oljeforurens-ningsforsok. Efter 20 timer ved værelsetemperatur og 13 dager ved 105°C hadde oljeprover inneholdende behandlede og ubehandlede sulfatcellulosepresspapp-prbvestykker den samme grenseflatespenning av U- 0 , k dyn/cm ved 25°C, 1,5 National Petroleum Association farve-nummer og en likestromslekkasje av 0,01 ^ampere.

Disse forsok viste at sulfatcellulosepresspapp behandlet ifolge oppfinnelsen ikke ga noen forurensning av transformatoroljen.

Claims (3)

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av et arkformig celluloseholdig materiale med forbedret dimensjonsstabilitet for anvendelse som et elektrisk isolasjonsmateriale, hvor det arkformige cellulosemateriale i vilkårlig rekkefølge behandles med et svelningsmiddel og en tverrbindende, herdbar aminoharpiks,fortrinnsvis i form av vandige opp-løsninger, eller blandinger derav, hvorefter harpiksen herdes ved oppvarmning, karakterisert ved at det som svelningsmiddel anvendes dimethylformamid, thiourea, lavere alkylmonoaminer, lavere alkyldiaminer eller blandinger derav, og at herdingen utføres i fravær av en sur katalysator.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at svelningsmidlet og aminoharpiksen anvendes i et vektforhold av 33:1 - 1:10, basert på 100% konsent rasjoner.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1-2, karakterisert ved at den samlede anvendte vekt av svelningsmidlet og aminoharpiksen, basert på 100% konsentra-. sjoner, er minst 3,7 vekt% av det tørre celluloseholdige materiale.