Przedmiotem wynalazku jest nowego rodzaju papier mikowy o wytrzymalosci na zerwanie wy¬ starczajacej dla przetwórstwa bez nosnika i o po¬ lepszonej porowatosci i impregnowalnosci, oraz sposób wytwarzania papieru mikowego.Znane jest wytwarzanie z miki pulpy, sklada¬ jacej sie z drobnych luseczek miki, na drodze mechanicznej obróbki w fazie cieklej lub na dro¬ dze czesciowego odwadniania wobec ogrzewania z kolejno nastepujaca sama obróbka mechaniczna lub z kolejno nastepujaca obróbka chemiczna i mechaniczna w srodowisku wodnym. Z takiej pulpy mikowej mozna na drodze odsaczenia wody pod zmniejszonym cisnieniem na sicie wytworzyc papier. Do wazniejszych opisów patentowych, do¬ tyczacych obróbki mechanicznej bez odwadniania, zaliczaja sie opisy patentowe St. Zjedn. Am. nr 2 405 576 i nr 2 659 412. W drugim przypadku, to znaczy w . przypadku czesciowego, odwadniania i rozdrabniania mechanicznego^ nalezy wskazac szwajcarskie opisy patentowe nr nr 274 605 i 280 071, a dla ostatniego ze wskazanych sposo¬ bów, to znaczy dla czesciowego odwadniania i obróbki chemicznej z nastepna obróbka mecha¬ niczna, nalezy podac francuskie opisy patentowe nr nr 982 402, 984 969, 1 004 775 i 1 005 600.Na podstawie tych wszystkich trzech sposobów rozwinely sie techniczne procesy przemyslowego wytwarzania mikopapierów. 10 Tak wytworzone papiery zawieraja tylko mike bez zadnych dodanych srodków wiazacych. Wla¬ sciwosci tych papierów, takie jak wytrzymalosc na zerwanie, przepuszczalnosc powietrza i impreg- nowalnosc lakierami, sa rózne w zaleznosci od spo¬ sobu wytwarzania. W kazdym razie wytrzymalosc na zerwanie nie jest wystarczajaca, by papier taki stosowac do celów elektroizolacyjnych. W przy¬ padku cietych tasm jest dla obecnych urzadzen technicznych wymagana wytrzymalosc na rozry¬ wanie okolo 14 N na 1 cm szerokosci paska.W wiekszosci przypadków laczono zatem papier mikowy z nosnikami, takimi jak tkaniny, zwlasz¬ cza tkaniny szklane, jak substancje uksztaltowane w postaci blon, np. blon poliestrowych, lub jak nietkane materialy wlókniste, aby dorównywal on wymaganiom mechanicznym (por. szwajcarski opis patentowy nr 272 688). W przypadku stosowania tych wszystkich nosników jest ponadto niezbedny srodek wiazacy, aby laczyl on oba materialy.Przewaznie omawiane materialy nosnikowe sta¬ nowia zlo konieczne, zwlaszcza w tych izolacjach, w których tasma mikowa nawijana na przewod¬ niku elektrycznym ma byc przepojona bezrozpusz- czalnikowa zywica na drodze procesu impregnacji.Poniewaz zywica ta podczas impregnacji powinna przede wszystkim wnikac w poprzek do warstwy papieru mikowego, totez blony z tworzyw sztucz¬ nych stanowia dla tej zywicy prawie nieprze¬ puszczalna bariere. Jedwab szklany daje sie latwo 112 5723 przesycac. Jednak tworza sie wyrazne struktury warstwowe, które w przypadku starzenia termicz¬ nego, zwiazanego z pomiarami wytrzymalosci na zginanie, stanowia powierzchnie graniczna. Nie¬ tkane materialy wlókniste sa z tego punktu wi¬ dzenia jeszcze korzystniejszymi nosnikami, pomi¬ nawszy odpornosc cieplna, która w przypadku cenowo korzystniejszych roztworów jak i w przy- padiku blon jest niekorzystna.Jak wspomniano, papier mikowy i nosnik musza byc zlaczone srodkiem wiazacym. Dobór srodka wiazacego nie jest latwy, gdyz musi on tolerowac sie z pózniej stosowanym srodkiem impregnacyj¬ nym i w ilosciach najmniejszych zapewnic wy¬ starczajace sklejenie. ^V kazdym przypadku jednak srodek ten wywiera niekorzystny wplyw na im- pregnowalnosc tasmy i z niej wytworzonej izo¬ lacji.Nie brakowalo zatem prób, by juz podczas wy¬ twarzania dodawac do papieru mikowego srodki wiazace lub wlókna w celu wzmocnienia. Odnosnie srodków wiazacych we francuskim opisie paten¬ towym nr 964 359 proponowano koloidalny kwas krzemowy lub hydrolizaty estrów kwasu krzemo¬ wego, w szwajcarskim opisie patentowym nr 272 687 omawiano zywice fenolowe, we francuskich opisach patentowych nr nr 984 969 i l(ft)4 775 po¬ dano nieorganiczne srodki wiazace, takie jak bo¬ rany, a w szwajcarskim opisie patentowym nr 274 605 proponowano zywice melaminowe.Dla wszystkich tych sposobów wspólne jest po¬ wstawanie papieru mikowego o znacznie wyzszej wytrzymalosci mechanicznej. Dla pewnych zasto¬ sowan, w których papier mikowy mozna w prasie sprasowac do postaci tworzywa warstwowego, tak wytwarzane papiery mikowe okazaly sie przydat¬ nymi, poniewaz w tych przypadkach juz obecne lub nastepnie dodane srodki wiazace przyczynialy sie tylko do sklejania warsitw; w przypadku ta¬ kich produktów jak tarcze dystansowe, kolekto¬ rowe plytki mikanitowe, mikanit do urzadzen grzejnych itp. nawet obecnosc zamknietych peche¬ rzy powietrza nie stanowi zadnego problemu. (Mi¬ kanit jak wiadomo sklada sie ze sklejonych za pomoca srodka wiazacego jedna na* drugiej warstw lupków miki). Jezeli nalezy wykonac pelna im¬ pregnacje nawojowej izolacji z papieru mikowego za pomoca zywicy bezrozpuszczalnikowej, to omó¬ wione ostatnio papiery mikowe nie daja sie sto¬ sowac, gdyz srodek impregnacyjny wnika tylko do najbardziej zewnetrznych warstw, nie wnikajac juz dalej.Bo papieru mikowego dodawano tez wlókna np. wlókna szklane (patrz francuski opis paten¬ towy nr 1058 676).Zasadniczo jednak wmieszanie dotychczas sto¬ sowanych, wyplawionych wlókien do miki konczy sie tym, ze wlókna te jako czastki obce lub ele¬ menty zaklócajace ukladaja sie pomiedzy czast¬ kami miki i dzieki temu latwo podwyzszaja po¬ rowatosc lecz pogarszaja mechaniczna spójnosc tak, ze nie jest mozliwe przetwórstwo otrzyma¬ nego papieru mikowego. Pod tym wzgledem wlók¬ na z tworzyw sztucznych nie zachowuja sie lepiej niz wlókna szklane. Dzieki procesowi mielenia 2 572 4 stosowanemu w przemysle celulozowo-papierni- czym równiez nie mozna osiagnac zadnych ulep¬ szen, poniewaz nieznacznie hydrofilowe wlókna oczywiscie nie wykazuja zadnego powinowactwa 5 do czastek miki.W przypadku wlókien celulozowych do wytwa¬ rzania papieru wlókna te speczniajac w wodzie rozszczepia sie w procesie mielenia na struktury molekularne. Tworza sie przy tym tak zwane 10 micele Fransen'a. Przyczyniaja sie one podczas suszenia do spajania struktur molekularnych po¬ przez boczne wartosciowosci, tak ze bez dodatko¬ wego klejenia tworzy sie papier o wystarczajacej wytrzymalosci. Dotychczas jednak z powodu wy- 15 sokiej temperatury, na jaka papier mikowy pod¬ czas uzytkowania go jako materialu elektroizola- cyjnego bylby narazony w urzadzeniach wysoko¬ napieciowych, uwazano za niecelowe wprowadza¬ nie do niego wlókien celulozowych. Z indyjskiego 20 opisu patentowego nr 91430 i z publikacji autorów: T. Yamamoto, S. Nakamoto, M. Yamamoto i Y.Take w „IEEE Transaction on Power Apparatus and Systems" tom PAS-88, strony 890—896 (1969) pt. „Mica-Loaded Paper for EHV Power Cable" 25 znane jest wprowadzanie powyzej 30% wagowych pulpy celulozowej w celu wytwarzania papieru mikowego o wysokiej wytrzymalosci na rozerwa-, nie. Tak otrzymane papiery mikowe wykazuja jed¬ nak niedostateczna impregnowalnosc, porowatosc 30 i wytrzymalosc na przebicie.Nieoczekiwanie stwierdzono, ze z odpowiednio rozbitych (to znaczy z rozdzielonych na pojedyncze wlókna) wlókien celulozowych, co odpowiada stop¬ niowi zmielenia 20—60 w skali Schopper-Riegle^a, 35 i miki otrzymuje sie pulpe, która tworzy papier o wytrzymalosci wystarczajacej dla dalszego prze¬ twórstwa, przy czym wbrew oczekiwaniom prze¬ puszczalnosc powietrza i impregnowalnosc nowego papieru mikowego osiaga wysokie wartosci. 40 Papier mikowy wedlug wynalazku charaktery¬ zuje sie tym, ze obok miki zawiera 20—30% wa¬ gowych wlókien celulozowych o stopniu zmielenia 20—60 w skali Schopper-Riegle^a, liczonych na laczna mase miki i celulozy.Sposób wytwarzania takiego papieru mikowego polega wedlug wynalazku na tym, ze do pulpy mi¬ kowej, wytworzonej bez stosowania chemikaliów, dodaje sie 20—30% wagowych wlókien celulozo¬ wych o stopniu zmielenia 20—60 w skali Schop- per-Riegle^a, liczac na laczna mase miki i celu- 50 lozy, a wymieszana pulpe w znany sposób prze¬ twarza sie do postaci papieru.Wytrzymalosc na rozrywanie jest tak wysoka, ze jest odpowiednia dla prac nawijania, a wpro¬ wadzenie dodatkowego nosnika jest zbyteczne. 55 Dodanie 20—30% wagowych wlókien celulozowych, w przeliczeniu na laczna mase miki i celulozy, wystarcza, by przewyzszyc wytrzymalosc na roz¬ rywanie równa 14 N na 1 cm czerokosci paska.Pomiary wytrzymalosci na rozrywanie mozna 60 prowadzic ria zwyklej, przeznaczonej do tych ce¬ lów zrywarce rejestrujacej.Porowatosc lub przepuszczalnosc powietrza moz¬ na okreslic za pomoca róznych aparatów. War¬ tosci podane nizej otrzymano za pomoca aparatu 65 Bekk'a, produkcji firmy A. van Korput, Baarn/\ 5 /Holland. Za pomoca elektrycznego sekundomie¬ rza rejestrujacego mierzy sie czas w sekundach, w ciagu którego przy podcisnieniu 49 kPa przez po¬ wierzchnie 100 mm2 badanego papieru zasysa sie 10 ml powietrza. Duza wartosc liczbowa (wyrazona w sekundach) oznacza, ze badany papier .jest malo porowaty. Korzystna jest mala wartosc liczbowa (wyrazona w sekundach) dla czasu trwania zas¬ sania.Impregnowalnosc mierzy sie metoda Williams'a, opisana w amerykanskiej normie ASTM nr 202-73.Mierzy sie czas, który mija do chwili, w której ciecz sprawdzianowa przeniknie przez papier roz¬ piety w aparacie. Norma ta jako ciecz sprawdzia¬ nowa przewiduje olej rycynowy, dopuszcza jednak inne ciecze, jezeli sa one korzystniejsze. W ni¬ niejszym przypadku wybrano dlatego mieszanine 60 czesci objetosciowych oleju rycynowego i 40 czesci objetosciowych toluenu (d = 917 kg/m8). Po¬ dobnie jak we wspomnianej metodzie okreslania porowatosci mierzy sie stoperem czas w sekun¬ dach, który mija od chwili, gdy powierzchnia- bedaca w zetknieciu z ciecza stanie sie calkowicie przeswiecajaca, czyli gdy bedzie przepojona ciecza sprawdzianowa. Równiez w tym przypadku niskie wartosci liczbowe (wyrazone w sekundach) ozna¬ czaja dobra impregnowalnosc.P rz y k l a d I. W serii prób zbadano wplyw stopnia zmielenia na wlasciwosci papieru miko¬ wego, otrzymanego z pulpy mikowej, zawierajacej 25—30% wagowych celulozy siarczanowej z drew-, na iglastego lub celulozy siarczynowej z drewna iglaistego, wszystkie papiery wykazywaly grama-' ture 120 g/m2. Stopien zmielenia okreslano wedlug skali Schopper-Riegler^.Wyniki zebrano w podanej nizej tablicy.Tablica Celuloza siarczanowa Celuloza siarczynowa Dla porów¬ nania: pa¬ pier o jed¬ nakowej grubosci z samej pul¬ py mikowej i Stopien zmielenia (Schopper-Riegler) i 13 15 26 44 75 14 20 40 60 Porowatosc (Bekk) 1 5 6 12 24 2 5 10 13 30 Jmpregnowalnosc {Williams) 22 52 50 78 152 23 29 44 69 93 Wytrzymalosc na rozrywanie (N na 1 cm szerokosci paska) 8 24 30 33 33 8 19 21 27 7 2 572 6 Z tych liczb wynika, ze dzieki dodatkowi celu¬ lozy o stopniu zmielenia 20—60 w skali Schopper- -Riegler'a znacznie polepszaja sie wlasciwosci o- trzymanego mieszanego papieru, to znaczy rosnie 5 wytrzymalosc na rozrywanie, a równoczesnie po¬ lepsza sie porowatosc i impregnowalnosc.Wydaje sie, ze przy stopniu zmielenia 20—60 w skali Schopper-Riegler^ wlasciwosci papieru sa najkorzystniejsze, przy wyzszych stopniach zmie- 10 lenia porowatosc osiaga takie wartoscia jakie ma czysty papier mikowy. Podobne wlasciwosci moz¬ na osiagnac za, pomoca drozszego linteru bawel¬ nianego lub innych wlókien celulozowych stoso¬ wanych technicznie. i5 Nie jest celowe podwyzszanie zawartosci wlókien celulozowych w mikowym papierze elektroizola- cyjnym powyzej wartosci wymaganej dla wlasno¬ sci mechanicznych. Zazwyczaj nalezy wytwarzac izolacje, która w ponad polowie sklada sie z miki. 20 Poniewaz zawierajacy celuloze papier mikowy przy uzywaniu do izolacji impregnuje sie dalej zywica, to w przypadku stosowania papieru skladajacego sie z 30% wagowych celulozy i 70% wagowych miki laczna zawartosc materialów organicznych 25 (celulozy + zywicy) w izolacji przewyzszalaby wartosc 30% wagowych. Dlatego nalezy dazyc do tego, aby zawartosc celulozy byla nie wieksza niz 30% wagowych. Dla latwo dajacych sie impreg¬ nowac tasm korzystna zawartosc wlókien celulo- 30 zowych wynosi wlasnie 20—30%, wagowych.Mozliwe jest zatem, dzieki dodatkowi 20—30% wagowych wlókien celulozowych o odpowiednim stopniu zmielenia, osiagniecie polepszenia wytrzy¬ malosci na zerwanie papieru mikowego oraz rów- 35 noczesnie lepszej porowatosci i impregnowalnosci, niz mierzone w przypadku czystych papierów mi¬ kowych o takiej samej gramaturze.Przyklad II. Odpadki miki potasowej wy¬ pala sie w temperaturze 780°C w ciagu 30 minut, 40 dodaje do wody i rozluszcza droga energicznego mieszania, takiego jak podano w szwajcarskich opisach patentowych nr nr 274605 i 280071. Wiel¬ kosc czastek rozluszczonej miki wynosi 100—1000 mikronów. Sporzadza sie mieszanine wody i ce¬ lulozy siarczanowej z drewna iglastego (o stopniu 45 zmielenia 44 w skali Schopper-Riegle^a) i dodaje sie do niej rozluszczona mike dla otrzymania za¬ wiesiny o 1% zawartosci substancji stalej i o sto¬ sunku wagowym mika : celuloza = 70 : 30. Zawie¬ sine te doprowadza sie nastepnie do laboratoryj- 50 . . . . nej maszyny papierniczej (maszyna papiernicza z sitem plaskim) w celu utworzenia arkusza pa¬ pieru. Tak otrzymany gotowy arkusz izolacyjny ma gramature 120 g/m2, wytrzymalosc na rozry¬ wanie 33 N na 1 cm szerokosci i impregnowalnosc 55 78 sekund (wedluga merykanskiej normy ASTM 202-73).Zastrzezenia patentowe 60 1. Papier mikowy o wytrzymalosci na zerwanie wystarczajacej dla przetwórstwa bez nosnika i o polepszonej porowatosci i impregnowalnosci, znamienny tym, ze obok miki zawiera 20—30% 65 wagowych wlókien celulozowych o stopniu zmie-112 572 7¦ " '• 8 lenia 20—60 w skali Schopper-Riegler'a, liczonych i impregnowalnosci, znamienny tym, ze do pulpy na laczna mase miki i celulozy. mikowej dodaje sie 20—30% wagowych wlókien celulozowych o stopniu zmielenia 20—60 w skali 2. Sposób wytwarzania papieru mikowego o wy- Schopper-Riegler'a, liczac na laczna mase miki trzymalosci na zerwanie wystarczajacej dla prze- 5 i celulozy, a wymieszana pulpe przetwarza sie do twórstwa bez nosnika i o polepszonej porowatosci postaci papieru.RSW Zakl. Graf. W-wa, Srebrna 16, z. 290-81/O — 105+20 egz.Cena 45 at PL