淺談高密度絕緣紙板生產工藝的改進

周建華，周克友

（泰州新源電工器材有限公司，江蘇 泰州 225300）

高密度絕緣紙板是電阻率高，導電能力低的紙質絕緣材料，是變壓器、電抗器等輸變電設備油紙復合絕緣結構中最重要的材料之一，其性能和質量直接影響變壓器運行的可靠性和使用壽命。

絕緣紙板制造業在電力工業中屬于十分專業的行業，全球主要生產絕緣紙板的只有十幾個廠家，而國內專業生產廠家生產的絕緣紙板只能用于500kV電壓等級及以下的輸變電設備，500kV電壓等級、直流±200kV以上的變壓器用絕緣紙板只能依賴進口。在現行生產工藝中，使用的生產工藝技術是十年前國外的相關工藝技術和設備，生產用水的凈化只采用高壓過濾，沒有對水中重金屬離子等導電雜質進行去除，導致絕緣紙板的電導率指標偏高；打漿時采用了重切斷、大通過量的方法，纖維的分絲帚化程度不好，濕法抄造時細小纖維少，架橋作用不強。采用的固定真空度抽吸的方法，真空度不能適應濕紙水分波動。最終體現在產品的機械性能和電氣性能上不能滿足變壓器使用要求。

隨著國家超、特高壓大型變壓器的發展，對絕緣紙板的需求量越來越大，對其性能和質量要求也越來越高，特別是對高密度絕緣紙板（生產工藝流程圖1）的電氣性能（如電導率、灰分）、機械性能（如抗張強度、壓縮性）提出了更高的要求。

針對上述問題，泰州新源電工作為生產紙質絕緣材料的專業廠家，從生產工藝和生產設備等方面進行了改進。

圖1 高密度絕緣紙板產生工藝流程

1 凈化生產用水以改善其電導率

高密度絕緣紙板是用優質的未漂硫酸鹽針葉木漿為原料，在木漿中加水進行打漿、抄造、壓制成型。整個生產流程中不加其他物質，水是高密度絕緣紙板生產過程中的唯一介質，在生產過程中，對漿料的稀釋、處理都需要水的摻和，其使用量是木漿原料的幾十倍，甚至是上百倍，生產1噸干紙板約需50噸水。所以生產用水純凈度的好與差決定了絕緣紙板電氣性能和電導率的指標。

現在國內生產絕緣紙板的企業，紙板的生產用水都是直接使用城市自來水，經過雙管高壓水過濾器對水進行凈化，但城市自來水取源于河水、長江水，水中礦物質成分復雜，氯含量高，受汛期影響水中離子組成及組份多變，水的凈化程度不是十分理想。經反復試驗、比較，我們把城市自來水，經過一套水凈化系統凈化后，用來生產絕緣紙板。

純水凈化工藝路線：

圖2 純凈水工藝路線

純水凈化主要是利用反滲透原理，除去水中的鹽、有機物和細菌，截留99%的水污染物。反滲透采用進口膜元件，利用反滲透膜的半滲透，即只透過水，不透過鹽的原理，外加高壓克服水中淡水透過膜后濃縮成鹽水的滲透壓，將水“擠過”膜，脫除原水中的鹽分，可使滲透水的脫鹽率達到99%以上，有效去除水中雜質，降低了水中導電離子。

經過對高密度絕緣紙板的性能檢測，用純水裝置處理后的凈化水作為生產用水生產的高密度絕緣紙板，其電導率和灰分得到明顯改善。純水凈化效果見表1。

表1 生產用水凈化對比表

2 選用新型磨片以提高絕緣紙板的性能

紙成于漿，良好的漿料是抄造高密度絕緣紙板的根本保證。打漿是紙漿纖維通過兩個作相對運動的機械元件(如盤磨機的兩個磨盤)的微小間隙時機械元件表面的齒紋對纖維的直接作用，以及纖維與纖維之間的內摩擦作用，結果使纖維束分解、單根纖維橫斷、縱裂、分絲、帚化直至細纖維化的過程。在這一過程中以上這些作用是同時發生的。其中打漿元件磨片齒型的布置不同，分絲帚化程度不同，打漿的效果就不一樣，成漿質量也不一樣。

磨盤齒形包括齒寬、槽寬、齒高關鍵指標，槽寬要依據處理的纖維種類、打漿強度的不同來確定，對于長纖維漿，由于纖維長度比較長，槽寬可選擇纖維長度的2-3倍［1］。齒高影響漿料在磨區的通過量和磨片的使用壽命。齒高過高，不利于漿料在打漿時擠至兩磨片之間，降低了纖維之間的摩擦作用，影響打漿質量；齒高過低，磨片的使用壽命短，不經濟。合理的齒寬、槽寬和齒高，有利于打漿的內摩擦效應和漿料適中的通過量。

在我公司的高密度紙板生產流程中采用了2臺盤磨進行打漿。選用的雙盤磨磨片齒形為：出漿側齒寬3.5mm、槽寬6.2mm、齒高7.1mm；進漿側齒寬4.3mm、槽寬5.5mm、齒高8.1mm。經過實際生產運行后，我們發現此種形狀的磨片槽寬較寬、深,在打漿時通過量大，磨盤的“泵出”能力強，溝槽內漿料得不到充分打漿，使磨漿質量不均勻，甚至有生漿產生，同時在打漿時兩個磨片之間的纖維少或幾乎沒有，形成對單個纖維的作用力小，纖維相互擠壓小，分絲帚化程度不夠，成紙時纖維交織不好，形成的濕紙坯的濕強度不高，導致紙板層間結合率、抗張強度等指標在標準的邊緣。

我們對盤磨的磨片重新選型，經過對磨片齒形的反復研究，結合未漂硫酸針葉木漿纖維長的特點，選用了齒寬和槽寬相對窄、齒高相對低的盤磨磨片。該磨片出漿側齒寬2.7mm、槽寬3.6mm、齒高6.3mm；進漿側齒寬3.1mm、槽寬4.1mm、齒高7.0mm。此磨片齒形比原來的磨片齒形適當增強了對纖維的切斷，成漿纖維達到我們工藝要求的長度，同時加強了纖維與纖維之間的內摩擦作用，利于纖維束的分解，使單根纖維的橫斷、縱裂、分絲、帚化直至細纖維化程度有了提高，易使漿料在成紙時形成纖維交織網，提高了濕紙坯的濕強度，使高密度絕緣紙板的層間結合力和抗張強度等性能指標超過國際電工IEC60641-3-31-2008標準［2］中規定，達到預期的效果。

3 真空泵選用變頻控制

成漿通過圓網造紙機形成含水量很大的單層濕紙頁，濕紙頁附著在毛毯上經真空箱抽吸，除去一定量的水，脫離毛毯后的濕紙頁一圈圈地纏繞在冷缸上，形成一定厚度的濕紙坯。濕紙在冷缸上纏繞時經過三段托輥擠壓，水分被擠出，水分越高濕紙內部纖維的自由度也越高，隨著水分的脫出，濕紙內部的纖維也發生z向的位移，增加了濕紙纖維層與層之間的交織，從而增加了紙板的層間結合。但是如果濕紙在經真空箱時由于真空度的問題使濕紙中有過大的水分，在冷缸纏繞時濕紙會產生壓花等紙頁缺陷。我們使用變頻裝置控制濕抄部真空泵運行，使其真空度適應濕紙的水分要求，控制濕紙的水份，從而提高紙板的層間結合強度，同時降低20%左右的能耗。

4 利用氣浮機，回收細小纖維

一般來講，造紙原料中的那些通過直徑為75μm的圓孔或者纖維篩分儀的200目篩的顆粒，會被看作是細小纖維［3］。紙漿細小纖維是造紙纖維原料的重要組成部分，細小纖維可通過在纖維之間“架橋”增加結合力，對紙張性能有系統性的影響。從紙漿細小纖維形態來看，纖絲狀細小纖維可以顯著改善紙張的抗張強度。P. A. Moss的研究也表明，細小纖維的加入可以使長纖維級分產生某些彎曲和變形，可以拉近纖維，從而產生更多的結合。細小纖維的存在還可以防止干燥過程造成的纖維反彈和松動［4］。我們選用的硫酸鹽木漿細小纖維中纖絲狀細小纖維含量高，比較柔順，對改善紙板強度非常有利。紙頁隨著硫酸鹽漿細小纖維含量上升，抗張指數得到提升。纖絲狀細小纖維可以通過三種方式改善纖維結合：(1)比結合強度（類似膠水的作用）；(2)纖維交叉部分的鍵合面積（結合邊界的累加）；(3)纖維之間的結合數量（拉近纖維）。紙頁中細小纖維含量的多少對絕緣紙板強度等性能有顯著影響［5］。

但在打漿和流送上網過程中會有大量纖絲狀的細小纖維隨白水而流失，造成漿料的損失，如處理不妥對環境還會造成影響。在我們生產高密度絕緣紙板的流程中，利用氣浮機，回收白水中的細小纖維，并把細小纖維回送到漿料系統中，合理增加漿料中的細小纖維含量，提高濕紙頁的強度，從而改善高密度紙板層間結合等物理性能，每噸紙板漿耗由1.09噸下降到1.06噸，廢水中SS含量由250mg/L下降到95mg/L。

5 改進前、后高密度紙板綜合性能對比

表2 性能對比表（以≤1.6mm高密度絕緣紙板為例）

6 結語

通過上述幾項工藝改進,我司生產的高密度絕緣紙板質量有了大幅提高，經機械工業電工材料產品質檢中心檢測，各項性能超過了IEC60641-3-1標準規定的要求，特別是電氣性能和機械性能均達到了國際同類產品的水平。并于2009年通過了國家級技術鑒定，產品已用于國家高壓、超高壓和直流輸變電工程中。至此，徹底打破了國內高壓超高壓變壓器用絕緣紙板依賴進口的局面。

［1］朱小林,付永清.中濃磨片設計［J］.造紙科學與技術,2003,22(5):48-50.

［2］IEC60641-3-1-2008,電工用壓紙板和薄紙板規范［S］.

［3］R. S. Seth. The measurement and significance of fines［J］.Pulp and Paper Canada,2003,104(2):41-44 .

［4］P. A. Moss,E.Retulainen. The effect of fines on fibre bonding:cross-sectional dimensions of TMP fibres at potential bonding sites［J］. Journal of pulp and paper science,1997,(23):382-388.

［5］J. Sirvi?,I.Nurminen. Systematic changes in paperproperties caused by fines ［J］.Pulp and Paper Canada,2004,105(8):39-42 .