特高壓復合絕緣紙的制備方法
【專利摘要】本發明公開的一種特高壓復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。本發明利用芳綸纖維的耐高溫性（220℃），使本發明的絕緣紙的耐溫溫度提高到140～150℃；本發明利用芳綸纖維的低介電常數（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。本發明對芳綸纖維進行表面修飾技術，以達到與木槳纖維充分相容。
【專利說明】特高壓復合絕緣紙的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種絕緣紙板的制備方法，特別涉及一種特高壓復合絕緣紙的制備方法。
【背景技術】
[0002]特高壓電網是指1000千伏交流和正負800千伏直流輸電網絡，具有遠距離、大容量、低損耗輸送電力和節約土地資源等特點。特高壓電網的絕緣實踐表明:電網電氣停電事故主要原因是絕緣的閃落或擊穿，為了保證電網具備一個可以接受的合理性指標，科學合理的選擇絕緣水平至關重要。電網中電氣裝置的絕緣，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。電網中電氣設備的絕緣，在上述電壓作用下要有相應的絕緣強度，要科學合理的選擇電網中電氣裝置的絕緣水平。
[0003]高性能復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鍵材料，具有高強度、高電壓、耐高溫、高阻燃、重量輕、節能環保等特點，利用該絕緣紙板可加工成端圈、撐條、角環、螺栓、螺桿、壓環、絕緣筒等各種異型絕緣支撐件和結構件，國際國內市場前景廣闊。
[0004]絕緣材料又稱電介質，是電阻率高、導電能力低的材料。絕緣材料可用于隔離帶電或不同電位的導體，使電流按一定方向流通。在變壓器產品中，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、防霉和保護導體等作用。
[0005]絕緣材料是特高壓輸變電設備中最重要的材料之一，其性能和質量直接影響特高壓輸變電設備運行的可靠性和特高壓輸變電設備的使用壽命。
[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。由于交流特高壓設備尺寸比較大，雜散分布電容和局部發熱等因素對絕緣的長期穩定運行形成威脅。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，纖維素發生降解。試驗表明，絕緣紙的熱穩定性很差，在溫度105°C以上即發生分解: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時設計使用的變壓器使用壽命20?30年；當溫度升高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，如性能不穩定、機械強度差(加工時發現分層、潰邊)、耐熱性不夠、對環境造成污染等問題，尤其是不耐高溫，嚴重影響了輸變電設備向小型化、大容量化、特高壓發展的前景。近年來，人工合成絕緣材料性能優異，在電工【技術領域】得到許多應用，特別是耐熱性能遠遠高出電工紙板，大大提高了特高壓輸變電設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。其分子結構中含有大量的無水右旋糖環和弱的碳——氧鍵。熱穩定性比油中的碳氫鍵弱。在105°C時即熱解，溫度高于300°C時生成C0、C02、H20和糖醛內化合物。
[0010]特高壓高性能復合絕緣紙板，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)方面進行了大量的研發，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反應可得到耐熱性大為提高的絕緣紙。研究表明，經氰化處理的絕緣紙，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使用從美國丹尼森公司進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為4?5左右，比變壓器油的介電常數(2.2?2.4)高出I倍以上。在電場作用下，復合絕緣中分擔的場強與介電常數成反比，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，易在油中發生局部放電、劣化油的品質。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，可在本質纖維中摻合適當的合成樹脂纖維制成紙板。目前，日本采用的合成樹脂為聚甲烯戊烷(介電常數為2.12)纖維與木質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。國內輸變電設備制造業從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企業合資生產超高壓、特高壓變壓器。
【發明內容】
[0012]本發明所要解決的技術問題在于提供一種特高壓復合絕緣紙的制備方法，其制備的特高壓復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]本發明所要解決的技術問題可以通過以下技術方案來實現:
[0014]一種特高壓復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境中，在100?120°C條件下干燥2.5?3.5h ;
[0017]b)在氮氣保護下，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8?12min ；
[0018]c)在氮氣保護下，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的結構式為CH2=CH- (CH2) n-Cl,接枝單體B的結構式為Cl- (CH2) n_Si (OCH3) 3或CH2=CH-(CH2) n-(OCH3CH3)3,接枝單體A的結構式和接枝單體B的結構式中的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)分別配制質量百分比濃度為3?7%接枝改性芳綸漿柏漿料和質量百分比濃度為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量百分比為20?70%，所述木漿漿柏漿料占所述造紙漿料質量百分比為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方案，本發明利用芳綸纖維的耐高溫性(220°C)，使本發明的絕緣紙的耐溫溫度提高到140?150°C ;本發明利用芳綸纖維的低介電常數(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。本發明對芳綸纖維進行表面修飾技術，以達到與木槳纖維充分相容。
[0026]本發明的主要技術指標見表I
[0027]表I
[0028]
【權利要求】
1.一種特高壓復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境中，在100?120°C條件下干燥2.5?3.5h ; b)在氮氣保護下，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8?12min ； c)在氮氣保護下，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的結構式為CH2=CH-(CH2)n-Cl,接枝單體B的結構式為Cl-(CH2)n_Si (OCH3) 3或CH2=CH-(CH2) n-(OCH3CH3)3,接枝單體A的結構式和接枝單體B的結構式中的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)分別配制質量百分比濃度為3?7%接枝改性芳綸漿柏漿料和質量百分比濃度為.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量百分比為20?70%，所述木漿漿柏漿料占所述造紙漿料質量百分比為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 優先權日:2013年9月14日
【發明者】高祿生 申請人:湖南新科絕緣材料有限公司