Способ изготовления многослойного бумажного электроизоляционного материала

 

Сущность изобретения: материал формуют из слоев бумаги на основе ароматического полиамида. Перед формированием материала каждый внутренний четный слой бумаги пропитывают водой или водным раствором органических веществ до влажности 6-18% . Нечетные слои перед соединением их с четными подсушивают до остаточной влажности 0-2%. Сформованный материал каландрируют при температуре 240-280°С и давлении 35-40 МПа. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к технологии изготовления многослойных электроизоляционных материалов из волокон на основе ароматических термостойких полимеров и может использоваться в целлюлозно-бумажной промышленности.

Известен способ изготовления многослойного электроизоляционного картона, включающий пропитку бумаги из синтетических волокон на основе ароматических полиамидов водой или водным раствором органических веществ, формирование многослойного полотна из нескольких слоев (листов) бумаги, прессование материала и его термическую обработку. В этом известном способе пропитывают все слои бумаги, из которых формируют многослойное полотно, пропитку ведут до влажности 6-30%.

Прессование ведут при давлении 3-15 МПа (30-150 кг/см²) сначала при комнатной температуре (I ступень), затем при том же давлении проводят термообработку - постепенный разогрев до температуры 150-230^oC (II ступень). Этот процесс длится 10-15 мин. В качестве органических веществ используют диметилформамид, ацетон, метилэтилкетон, метиловый и этиловый спирт, N-метилпирролидон.

Прессование при комнатной температуре и постепенный разогрев до 150-230^oC позволяет исключить резкое образование газов и паров и получить хорошее соединение слоев при сравнительно низкой температуре.

К недостаткам этого способа относятся: низкая скорость изготовления материала, связанная с тем, что для удаления водяного пара и газа из пропитанной бумаги требуется достаточно большое время (10-15 мин) вследствие последовательности операции прессования (сжатия) и длительного процесса разогрева материала до 150-230^oC.

Целью изобретения является повышение скорости изготовления материала при сохранении его качественных показателей.

Поставленная цель достигается тем, что в способе изготовления многослойного бумажного электроизоляционного материала, включающем пропитку слоев бумаги из синтетических волокон на основе ароматических полиамидов водой или водным раствором органических веществ до влажности 6-18%, формирование многослойного полотна, его прессование и термообработку, согласно изобретению, пропитке подвергают только каждый внутренний четный слой бумаги, нечетные слои перед соединением их с пропитанными четными слоями подсушивают до остаточной влажности 0-2%, а прессование и термообработку осуществляют одновременно путем каландрирования при температуре 240-280^oC и давлении 30-40 МПа.

В предлагаемом способе реализуется смешанный механизм адгезии между слоями, связанный со специфической адгезией, обусловленной взаимодействием функциональных групп макромолекул на контактирующих поверхностях, образованных при взаимном перепутывании и зацеплении волокон и фибрилл различных слоев за счет квазимгновенного образования пластифицирующих газов и паров во внутренних четных, а также за счет сегментальной совместимости и образования дополнительных физических связей между волокнами и фибриллами различных слоев путем перевода волокнообразующего полимера в высокоэластическое состояние.

Перевод бумагообразующих полимеров в высокоэластическое состояние на границах увлажненных и подсушенных слоев при температуре ниже температуры стеклования достигается вследствие совместного пластифицирующего воздействия жидкой и газообразной сред и давления.

При указанном чередовании слоев с влажностью 6-18% и 0-2% проблемы отвода паров и газов при каландрировании вообще не возникает, так как суммарная (усредненная) влажность материала после каландрирования близка к его равновесной влажности.

Пропитка четных внутренних слоев до влажности 6-18% является оптимальной, так как при меньшей влажности указанных слоев ухудшается адгезия слоев, а при большей влажности могут образовываться пузыри.

При этом при прессовании при давлении ниже 30 МПа понижается значение плотности и усилия адгезии между слоями; повышение давления выше 40 МПа - приводит к ухудшению физико-механических свойств вследствие чрезмерной монолитизации материала и, возможно, к механодеструкции полимерных компонентов бумаги.

При температуре ниже 240^oC не обеспечивается перевод из стеклообразного в высокоэластическое состояние пластифицированного (увлажненного) внутреннего слоя, при температуре выше 280^oC начинается протекание процессов рекристаллизации, термодеструкции, что приводит к ухудшению физико-механических свойств бумаги.

Предлагаемый способ позволяет получать многослойный материал со скоростью 10-30 м/мин. Выбор пределов скорости определяется временем подсушивания наружных слоев, зависящим от толщины слоев и температуры нагрева, расстоянием от сушильной камеры до каландра и количеством слоев многослойного материала.

В качестве растворимых в воде органических веществ можно использовать диметилформамид (ДМФА), диметилацетамид (ДМАА), метиловый или этиловый спирты при их концентрации в воде до 30%. Использование водных растворов этих веществ при концентрации выше 30% нецелесообразно, так как не приводит к изменению физико-механических характеристик материала.

На чертеже приведена схема реализации способа при получении трехслойной бумаги.

Способ осуществляется следующим образом. Бумагу из синтетических волокон на основе ароматических полиамидов с трех раскатов - 1, 2, 3 подают на прессование на нагретые валы 4,5 каландра. При этом бумага с раската 1, предназначенная для внутреннего четного слоя, проходит через пропиточную ванну (увлажняющее устройство) 6, где увлажняется до влажности выше равновесной влажности бумаги. Бумага с раскатов 2 и 3, предназначенная для нечетных наружных слоев, проходит зоны ИК-сушки 7, где досушивается до влажности ниже равновесной влажности бумаги. Прессование проводят при давлении 30-40 МПа, температуре 240-280^oC, со скоростью 10-30 м/мин.

Количество слоев материала обусловлено предъявляемыми требованиями к толщине материала.

П р и м е р 1. Изготавливают трехслойный материал.

В качестве бумаги на основе ароматических полиамидов используют бумагу промышленного производства, изготовленную из синтетических волокон "Фенилон", полученных из полимера - полиметафенилизофталамида и связующего из того же полимера, имеющую равновесную влажность 5%. Бумагу для внутреннего - четного слоя пропитывают водой до влажности 6-18%, бумагу на наружных - нечетных слоях подсушивают до остаточной влажности 0-2%. Формуют трехслойное полотно путем соединения подсушенных и увлажненных слоев и каландрируют его при 240-280^oC и давлении 30-40 МПа в течение 10-30 мин (опыты 1-5).

П р и м е р 2. Трехслойный материал получают аналогично примеру 1, но для пропитки внутреннего - нечетного слоя используют водный раствор диметилацетамида (ДМАА) концентрацией 10, 30, 40% (опыты 6-8) и водный раствор диметилформамида (ДМФА) той же концентрации (опыты 9-10).

П р и м е р 3 (прототип). Изготавливают трехслойный листовой материал из той же бумаги, что и в примере 1, 2. Для чего все три листа бумаги пропитывают до влажности 7-18%, формируют многослойное полотно - укладывают листы между плитами пресса и прессуют при давлении 15 МПа без нагрева (I ступень). Затем, не снимая давления, осуществляют постепенный разогрев плит до 230^oC (опыты 11-12). Полученные материалы подвергают испытанию.

Условия получения материала и характеристики полученных материалов приведены в таблице.

Как видно из данных, приведенных в таблице, предлагаемый способ, по сравнению со способом по прототипу, позволяет повысить скорость изготовления материала в 10-30 раз при сохранении его адгезионной прочности. Кроме того предлагаемый способ позволяет получать многослойный материал непрерывным способом.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОСЛОЙНОГО БУМАЖНОГО ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННОГО МАТЕРИАЛА, включающий пропитку слоев бумаги из синтетических волокон на основе ароматических полиамидов водой или водным раствором органических веществ до влажности 6 - 18%, формирование многослойного полотна, его прессование и термообработку, отличающийся тем, что пропитке подвергают только каждый внутренний четный слой бумаги, нечетные слои перед соединением их с пропитанными четными слоями подсушивают до остаточной влажности 0 - 2%, а прессование и термообработку сформированного полотна осуществляют одновременно путем его каландрирования при температуре 240 - 280^oС и давлении 35 - 40 МПа.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3