特高壓復(fù)合絕緣紙的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開的一種特高壓復(fù)合絕緣紙的制備方法，其包括如下步驟：1）芳綸漿泊的接枝改性步驟；2）芳綸紙制備步驟。本發(fā)明利用芳綸纖維的耐高溫性（220℃），使本發(fā)明的絕緣紙的耐溫溫度提高到140～150℃；本發(fā)明利用芳綸纖維的低介電常數(shù)（1.6～3.7之間），減少特高壓變壓器油的局放，使特高壓變壓器油、紙絕緣的電氣強度得到充分利用，降低紙中的介電常數(shù)。本發(fā)明對芳綸纖維進(jìn)行表面修飾技術(shù)，以達(dá)到與木槳纖維充分相容。
【專利說明】特高壓復(fù)合絕緣紙的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種絕緣紙板的制備方法，特別涉及一種特高壓復(fù)合絕緣紙的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]特高壓電網(wǎng)是指1000千伏交流和正負(fù)800千伏直流輸電網(wǎng)絡(luò)，具有遠(yuǎn)距離、大容量、低損耗輸送電力和節(jié)約土地資源等特點。特高壓電網(wǎng)的絕緣實踐表明:電網(wǎng)電氣停電事故主要原因是絕緣的閃落或擊穿，為了保證電網(wǎng)具備一個可以接受的合理性指標(biāo)，科學(xué)合理的選擇絕緣水平至關(guān)重要。電網(wǎng)中電氣裝置的絕緣，在運行中會受到(a)工作電壓(b)暫時過電壓(C)操作過電壓(d)雷電過電壓作用。電網(wǎng)中電氣設(shè)備的絕緣，在上述電壓作用下要有相應(yīng)的絕緣強度，要科學(xué)合理的選擇電網(wǎng)中電氣裝置的絕緣水平。
[0003]高性能復(fù)合絕緣紙板是特高壓最主要的絕緣材料之一，是一種新型特種功能關(guān)鍵材料，具有高強度、高電壓、耐高溫、高阻燃、重量輕、節(jié)能環(huán)保等特點，利用該絕緣紙板可加工成端圈、撐條、角環(huán)、螺栓、螺桿、壓環(huán)、絕緣筒等各種異型絕緣支撐件和結(jié)構(gòu)件，國際國內(nèi)市場前景廣闊。
[0004]絕緣材料又稱電介質(zhì)，是電阻率高、導(dǎo)電能力低的材料。絕緣材料可用于隔離帶電或不同電位的導(dǎo)體，使電流按一定方向流通。在變壓器產(chǎn)品中，絕緣材料還起著散熱、冷卻、支撐、固定、滅弧、改善電位梯度、防潮、防霉和保護(hù)導(dǎo)體等作用。
[0005]絕緣材料是特高壓輸變電設(shè)備中最重要的材料之一，其性能和質(zhì)量直接影響特高壓輸變電設(shè)備運行的可靠性和特高壓輸變電設(shè)備的使用壽命。
[0006]按運行電壓高低，我國輸電分為高壓(60?220KV)、超高壓(330?750KV)和特高壓(750KV以上)輸電。由于交流特高壓設(shè)備尺寸比較大，雜散分布電容和局部發(fā)熱等因素對絕緣的長期穩(wěn)定運行形成威脅。特高壓輸電工程對絕緣材料提出了更高的要求，如高機械強度、防污閃、提高過電壓耐受能力和降低電線電干擾等。
[0007]特高壓油浸式變壓器的固體絕緣材料主要是絕緣紙，而絕緣的主要成份是纖維素。在變壓器運行中，受溫度、水份、氧及油中酸性化合物的共同作用，纖維素發(fā)生降解。試驗表明，絕緣紙的熱穩(wěn)定性很差，在溫度105°C以上即發(fā)生分解:放出水份、一氧化碳和二氧化碳。纖維素耐熱老化性差是絕緣紙的最大缺點。變壓器主要是A級絕緣，規(guī)定最高使用溫度為105°C。溫度過高會加快絕緣紙板和絕緣油的劣化，影響其使用壽命。在105°C時設(shè)計使用的變壓器使用壽命20?30年；當(dāng)溫度升高6?7°C后，使用壽命大大降低，將只有幾年的時間。
[0008]目前，我國生產(chǎn)的絕緣紙板以B級、F級為主，在某些性能方面存在不足，如性能不穩(wěn)定、機械強度差(加工時發(fā)現(xiàn)分層、潰邊)、耐熱性不夠、對環(huán)境造成污染等問題，尤其是不耐高溫，嚴(yán)重影響了輸變電設(shè)備向小型化、大容量化、特高壓發(fā)展的前景。近年來，人工合成絕緣材料性能優(yōu)異，在電工【技術(shù)領(lǐng)域】得到許多應(yīng)用，特別是耐熱性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出電工紙板，大大提高了特高壓輸變電設(shè)備絕緣材料的耐高溫、耐熱老化性能。[0009]目前，在特高壓輸變電設(shè)備中常用的固體絕緣材料有電話紙、皺紋紙和絕緣紙板，其中的主要成份是纖維素。其分子結(jié)構(gòu)中含有大量的無水右旋糖環(huán)和弱的碳——氧鍵。熱穩(wěn)定性比油中的碳?xì)滏I弱。在105°C時即熱解，溫度高于300°C時生成C0、C02、H20和糖醛內(nèi)化合物。
[0010]特高壓高性能復(fù)合絕緣紙板，是近幾年國際上研究的熱點課題。為了提高絕緣紙的耐熱性，國外在絕緣紙(或紙板)方面進(jìn)行了大量的研發(fā)，如將紙槳在有堿性觸媒的條件下使纖維素與氰乙烯起化學(xué)反應(yīng)可得到耐熱性大為提高的絕緣紙。研究表明，經(jīng)氰化處理的絕緣紙，使用溫度可提高20°c。如果使用溫度不變，則可延長使用壽命，并且采用這種紙可減少輸變電設(shè)備的重量。還有，在紙槳中添加一系列安定劑的方法提高絕緣紙的熱穩(wěn)定性，如用一種或多種含氮化合物改性天然纖維中的含氮量，使天然纖維穿上一層含氮的隔熱服，從而防止纖維素氧化降解。如特變電工衡陽變壓器有限公司現(xiàn)使用從美國丹尼森公司進(jìn)口的皺紋紙就屬于后者。
[0011]考慮到絕緣紙和絕緣紙板的介電常數(shù)為4?5左右，比變壓器油的介電常數(shù)(2.2?2.4)高出I倍以上。在電場作用下，復(fù)合絕緣中分擔(dān)的場強與介電常數(shù)成反比，故油中場強比紙板中場強高得多，而油的電氣強度低于紙板，因此，易在油中發(fā)生局部放電、劣化油的品質(zhì)。為了使變壓器油、紙絕緣的電氣強度得到充分利用，降低紙板中的介電常數(shù)，可在本質(zhì)纖維中摻合適當(dāng)?shù)暮铣蓸渲w維制成紙板。目前，日本采用的合成樹脂為聚甲烯戊烷(介電常數(shù)為2.12)纖維與木質(zhì)纖維摻合成原料制成白紙板，稱為PMP紙板，商品名為PB-T及PB-TC兩種紙板，已使用于1000KV特高壓變壓器中作絕緣材料。國內(nèi)輸變電設(shè)備制造業(yè)從1993年ABB公司、GEC — ALST0NE公司、SIEMENS公司、日本TOSHIBA公司等相繼與我國有關(guān)企業(yè)合資生產(chǎn)超高壓、特高壓變壓器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種特高壓復(fù)合絕緣紙的制備方法，其制備的特高壓復(fù)合絕緣紙采用低維芳綸漿泊改性天然的木漿纖維，提供纖維中的含氮量，使天然纖維穿上一層含氮的“隔熱服”，從而防止纖維素氧化降解。
[0013]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0014]一種特高壓復(fù)合絕緣紙的制備方法，包括如下步驟:
[0015]I)芳綸漿泊的接枝改性步驟
[0016]a)將芳綸漿柏置于索氏抽提器中先用乙醇提取10?12h，再用蒸餾水提取10?12h，然后將芳綸漿柏置于真空環(huán)境中，在100?120°C條件下干燥2.5?3.5h ;
[0017]b)在氮氣保護(hù)下，將140?160ml的二甲基亞砜和0.5?0.7g氫化鈉加入三口燒瓶，在28?32°C的條件下攪拌28?32min。然后將溫度升至70?74°C攪拌38?42min，冷卻至28?32°C后，再向三口燒瓶中加入0.024?0.026mol步驟a)處理后的芳綸漿柏，并攪拌反應(yīng)8?12min ；
[0018]c)在氮氣保護(hù)下，將步驟2處理后的芳綸漿柏從三口燒瓶中濾出，移入另一個含有0.00025?0.00125mol接枝單體和140?160ml的二甲基亞砜的三口燒瓶中，在28?32°C的條件下反應(yīng)2?10h，其中所述的接枝單體由接枝單體A和/或接枝單體B組成，其中接枝單體A的結(jié)構(gòu)式為CH2=CH- (CH2) n-Cl,接枝單體B的結(jié)構(gòu)式為Cl- (CH2) n_Si (OCH3) 3或CH2=CH-(CH2) n-(OCH3CH3)3,接枝單體A的結(jié)構(gòu)式和接枝單體B的結(jié)構(gòu)式中的n=l、2、3或4 ；
[0019]d)再將步驟c)接枝后的芳綸漿柏用丙酮和蒸餾水交替清洗2?4次，丙酮和蒸餾水的清洗時間均為2?lOmin，然后將接枝后的芳綸漿柏置于索氏抽提器中用丙酮提取
1.8?2.2h，最后在室溫下真空干燥22?26h，即得到接枝改性芳綸漿柏；
[0020]2)芳綸紙制備步驟
[0021]a)分別配制質(zhì)量百分比濃度為3?7%接枝改性芳綸漿柏漿料和質(zhì)量百分比濃度為2?7%木漿漿柏漿料；
[0022]b)將所述接枝改性芳綸漿柏漿料和木漿漿柏漿料按照給定的比例混合和打漿疏解，制成所需要的濃度的造紙漿料，其中所述接枝改性芳綸漿柏漿料占所述造紙漿料質(zhì)量百分比為20?70%，所述木漿漿柏漿料占所述造紙漿料質(zhì)量百分比為30?80% ；
[0023]c)將所述造紙漿料送入包括流漿箱的抄紙機上網(wǎng)成型并抄紙，獲得原漿紙；
[0024]d)將所述原漿紙壓榨脫水和干燥以及將干燥后的紙頁高溫壓光，獲得特高壓復(fù)合絕緣紙；其中干燥采用兩段干燥，第一段干燥的溫度為105?115°C，第二段干燥的溫度為145 ?155°C。
[0025]由于采用了如上的技術(shù)方案，本發(fā)明利用芳綸纖維的耐高溫性(220°C)，使本發(fā)明的絕緣紙的耐溫溫度提高到140?150°C ;本發(fā)明利用芳綸纖維的低介電常數(shù)(1.6?3.7之間)，減少特高壓變壓器油的局放，使特高壓變壓器油、紙絕緣的電氣強度得到充分利用，降低紙中的介電常數(shù)。本發(fā)明對芳綸纖維進(jìn)行表面修飾技術(shù)，以達(dá)到與木槳纖維充分相容。
[0026]本發(fā)明的主要技術(shù)指標(biāo)見表I
[0027]表I
[0028]
【權(quán)利要求】
1.一種特高壓復(fù)合絕緣紙的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: .1)芳綸漿泊的接枝改性步驟 a)將芳綸漿柏置于索氏抽提器中先用乙醇提取10?12h，再用蒸餾水提取10?12h，然后將芳綸漿柏置于真空環(huán)境中，在100?120°C條件下干燥2.5?3.5h ; b)在氮氣保護(hù)下，將140?160ml的二甲基亞砜和0.5?0.7g氫化鈉加入三口燒瓶，在28?32°C的條件下攪拌28?32min。然后將溫度升至70?74°C攪拌38?42min，冷卻至28?32°C后，再向三口燒瓶中加入0.024?0.026mol步驟a)處理后的芳綸漿柏，并攪拌反應(yīng)8?12min ； c)在氮氣保護(hù)下，將步驟2處理后的芳綸漿柏從三口燒瓶中濾出，移入另一個含有.0.00025?0.00125mol接枝單體和140?160ml的二甲基亞砜的三口燒瓶中，在28?32°C的條件下反應(yīng)2?10h，其中所述的接枝單體由接枝單體A和/或接枝單體B組成，其中接枝單體A的結(jié)構(gòu)式為CH2=CH-(CH2)n-Cl,接枝單體B的結(jié)構(gòu)式為Cl-(CH2)n_Si (OCH3) 3或CH2=CH-(CH2) n-(OCH3CH3)3,接枝單體A的結(jié)構(gòu)式和接枝單體B的結(jié)構(gòu)式中的η=1、2、3或4 ； d)再將步驟c)接枝后的芳綸漿柏用丙酮和蒸餾水交替清洗2?4次，丙酮和蒸餾水的清洗時間均為2?lOmin，然后將接枝后的芳綸漿柏置于索氏抽提器中用丙酮提取1.8?.2.2h，最后在室溫下真空干燥22?26h，即得到接枝改性芳綸漿柏； .2)芳綸紙板制備步驟 a)分別配制質(zhì)量百分比濃度為3?7%接枝改性芳綸漿柏漿料和質(zhì)量百分比濃度為.2?7%木漿漿柏漿料； b)將所述接枝改性芳綸漿柏漿料和木漿漿柏漿料按照給定的比例混合和打漿疏解，制成所需要的濃度的造紙漿料，其中所述接枝改性芳綸漿柏漿料占所述造紙漿料質(zhì)量百分比為20?70%，所述木漿漿柏漿料占所述造紙漿料質(zhì)量百分比為30?80% ； c)將所述造紙漿料送入包括流漿箱的抄紙機上網(wǎng)成型并抄紙，獲得原漿紙； d)將所述原漿紙壓榨脫水和干燥以及將干燥后的紙頁高溫壓光，獲得特高壓復(fù)合絕緣紙；其中干燥采用兩段干燥，第一段干燥的溫度為105?115°C，第二段干燥的溫度為.145 ?155°C。
【文檔編號】D21H27/12GK103485241SQ201310418719
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月14日
【發(fā)明者】高祿生 申請人:湖南新科絕緣材料有限公司