一种防止开裂的绝缘层压纸板制造工艺的制作方法

1.本发明涉及变压器技术领域，特别是涉及一种防止开裂的绝缘层压纸板制造工艺。


背景技术：

2.绝缘层压纸板广泛运用于超特高压领域，在变压器内部起到支撑与绝缘作用。绝缘层压纸板制造工艺一般为在单张绝缘纸板上施胶，然后通过压机对叠积的纸板进行压制而成。由于变压器工艺复杂，通常绝缘材料都需要经过干燥处理。因为绝缘层压材料在加工过程中必须暴露在自然环境下，均有一定的吸湿情况发生，为了提升绝缘材料性能，绝缘层压纸板只有通过干燥彻底排除水分才能使用。而绝缘纸板本质是纸纤维构成，在干燥过程中很容易由于纸纤维的收缩导致层间开裂，严重影响产品的机械性能。该情况长期困扰着变压器及绝缘件制造厂家。如何避免绝缘层压材料经过干燥后不开裂也是各厂家急需解决的问题。目前对于主流的解决方案为在绝缘件的绝缘层压纸板层间使用螺杆4或铆钉方式进行机械性的防止开裂措施(如图3和图4所示)，但从对绝缘材料的研究发现，机械性的增加螺杆或铆钉，由于材料在干燥后的收缩率不一致，很可能会加剧层压材料的开裂，该措施仅能确保层压材料开裂以后不再继续大范围蔓延或扩大开裂程度。根本上未杜绝绝缘层压材料干燥后开裂情况的发生。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是：为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种防止开裂的绝缘层压纸板制造工艺。
4.为了清楚的说明技术方案，给出以下术语定义：
5.绝缘单板：指用于制造绝缘层压纸板的绝缘单张纸板，简称绝缘单板。
6.本发明解决其技术问题所要采用的技术方案是：一种防止开裂的绝缘层压纸板制造工艺，包括以下步骤：
7.步骤1：干燥
8.在涂胶前，采用单板真空干燥工艺，对绝缘单板进行干燥，将绝缘单板的含水率控制在0.5％以下；
9.步骤2：冷却
10.将干燥后的绝缘单板放置在独立、密封的冷却房内进行冷却，冷却房内的温度控制在20℃～30℃，湿度控制在30％以下，绝缘单板冷却后温度＜40℃；
11.步骤3：涂胶
12.将冷却后的绝缘单板通过自动涂胶机上胶，每张绝缘单板均进行双面上胶，并将上胶后的绝缘单板按需要的数量进行堆垛，涂胶结束后，对堆垛的绝缘纸板静置24小时以上，静置结束后进入压机热压，形成绝缘层压纸板毛胚件；
13.步骤4：机械加工
14.热压完成后的绝缘层压纸板毛胚件，根据客户图纸要求利用机加工设备进行尺寸切割，然后对切割完成后的绝缘层压纸板进行外观检查，检查外观是否存在尖角、毛刺、污染或开裂的情况，并剔除外观不合格的产品；
15.步骤5：二次干燥
16.采用热风循环、缓慢升温的干燥方式，对机械加工的绝缘层压纸板进行干燥，干燥工艺：初始设定温度60℃，每2小时上升5℃，直至升温到80℃，在温度80℃下维持4小时，使绝缘层压纸板的含水率控制在2％以下；
17.步骤6：侧面涂蜡
18.在经过二次干燥后的绝缘层压纸板侧面涂58号全精炼石蜡，完成绝缘层压纸板的加工。
19.为了降低吸水率，步骤3中采用非水性粘结剂进行上胶。
20.为了控制含水率，步骤4整个机械加工过程需要在24小时内完成。
21.具体的，步骤4中的机加工设备包括立车、数控机床、铣床和钻床中的一种或多种。
22.本发明的有益效果是：本发明提供的一种防止开裂的绝缘层压纸板制造工艺，通过对绝缘层压材料在制造过程中的含水率控制来解决绝缘层压材料开裂问题，有效避免了绝缘层压纸板的开裂。
附图说明
23.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
24.图1是本发明制造工艺的流程示意图。
25.图2是纸板内部纤维排列结构。
26.图3是绝缘件的传统防开裂措施示意图。
27.图4是图3中绝缘件的侧面示意图。
28.图中：1-上表面，2-下表面，3-端部，4-螺杆，5-绝缘层压纸板。
具体实施方式
29.现在结合附图对本发明作详细的说明。此图为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
30.绝缘层压材料开裂本质上是由于纸纤维在不同的含水率情况下纸纤维会产生收缩涨大，在这个过程中在层压材料内部会产生很大的内应力。一旦这个内应力大于纸板或胶层的层间粘结力，那么必然会产生开裂情况。所以一般开裂常出现在真空干燥后，在真空干燥过程中纸纤维中水份大量排出，材料层间会产生较大的内应力。本发明是通过对绝缘层压材料在制造过程中的水份控制工艺来彻底解决绝缘层压材料开裂问题。
31.首先，通过测试得出如表1所示数据：
32.表1含水率与开裂分险对照表
33.材料含水率开裂风险＞6％高3～6％中＜3％低
34.对于绝缘层压纸板根据iec60763定义出厂合格标准为：含水率≤5％(非水性胶)和含水率≤8％(水性胶)。但实际绝缘材料经过制造、运输、保管和使用很容易受到自然环境影响导致含水率上升，并且该情况目前很难有监测手段对绝缘成品进行准确监控。很多时候绝缘层压材料在干燥前受到环境影响含水率已经远超过该标准。如何确保绝缘层压材料在干燥前仍保持较低的含水率是本发明的核心内容。
35.如图1所示，本发明的一种防止开裂的绝缘层压纸板制造工艺，包括以下步骤：
36.步骤1：干燥
37.绝缘层压纸板由绝缘单张纸板构成，绝缘单张纸板受到存放环境的影响。在涂胶前如不经过干燥处理必然导致绝缘层压纸板含水率过高。因此，在涂胶前，采用单板真空干燥工艺，对绝缘单板进行干燥，将绝缘单板的含水率控制在0.5％以下。
38.步骤2：冷却
39.经过步骤1的干燥后的绝缘单板在冷却过程中如与自然环境接触，必然会再次吸湿，内部含水率提升，大大降低了前期干燥效果。因此，将干燥后的绝缘单板放置在独立、密封的冷却房内进行冷却，冷却房内的温度控制在20℃～30℃，湿度控制在30％以下，绝缘单板冷却后温度＜40℃；绝缘单板在独立的冷却房内冷却可以确保在此过程中含水率保持较低水平。
40.步骤3：涂胶
41.将冷却后的绝缘单板通过自动涂胶机上胶，每张绝缘单板均进行双面上胶，并将上胶后的绝缘单板按需要的数量进行堆垛，涂胶结束后，对堆垛的绝缘纸板静置24小时以上，静置结束后进入压机热压，形成绝缘层压纸板毛胚件；本实施例中涂胶采用非水性粘结剂，可以大大降低由于涂胶导致整体含水率的上升。非水性粘结剂还有一个显著特征就是可以在层间隔离水分。在涂胶后，绝缘层压纸板材料的上表面、下表面由于受到粘结剂的隔离不宜产生吸湿，仅加工后侧面端部会少量吸湿。绝缘单板的厚度一般都比较薄，如3mm，如果客户需要的厚度是30mm，则需要根据这个厚度将10张涂胶后的绝缘单板进行堆叠。
42.步骤4：机械加工
43.产品在加工过程中无法避免的接触自然环境，为此我们监测了在湿度60，温度25℃环境下材料水分的变化规律。如表2所示：
44.表2裸露时间与含水率变化对照表
[0045][0046]
通过以上监测，发现绝缘材料每裸露存放24小时含水率均会以低于1％的含水率增长速度增长。再比对之前测试的绝缘层压材料整体含水率在＜3％的时候，开裂风险是大大降低的。所以设定绝缘制品的加工周期不得＞24小时。通过该措施可以保证绝缘材料整体含水率＜3％。
[0047]
因此，机械加工的步骤具体包括：热压完成后的绝缘层压纸板毛胚件，根据客户图
纸要求利用机加工设备进行尺寸切割，然后对切割完成后的绝缘层压纸板进行外观检查，检查外观是否存在尖角、毛刺、污染或开裂的情况，并剔除外观不合格的产品；整个机械加工过程需要在24小时内完成。作为优选，机加工设备包括但不限于立车、数控机床、铣床和钻床。
[0048]
步骤5：二次干燥
[0049]
通过步骤4的实验可知，产品在24小时内加工过程完成后虽然理论上含水率可以＜3％，但实际可能受到高湿度环境影响含水率仍超过3％(如江南的梅雨季节)。因此，对产品采用了二次干燥工艺，既成品加工完成后再次进行干燥，该工艺的目的为降低产品的整体含水率，区别于变压器厂家干燥目的(厂家干燥目的是将绝缘材料内部水份完全脱离，使变压器油充分浸渍绝缘材料，纸质的绝缘材料与油充分浸渍后有更好的绝缘性能：介电常数会下降，电气强度会提升。)
[0050]
因此，采用热风循环、缓慢升温的干燥方式，对机械加工的绝缘层压纸板进行二次干燥，干燥工艺：初始设定温度60℃，每2小时上升5℃，直至升温到80℃，维持4小时，使绝缘层压纸板的含水率控制在2％以下；采用缓慢升温的方式既降低了含水率又不容易导致材料在此过程开裂。
[0051]
步骤6：侧面涂蜡
[0052]
产品经过二次干燥后整体的含水率可控制在＜2％，与加工车间、运输、保管、使用环境的含水率有了很大差异。如不进行特殊的防止吸湿工艺将会导致材料的含水率再次上升。如图2所示为纸板内部纤维排列结构，由于在涂胶时，纤维壁上会包裹一层非水性粘结剂，因此，由纤维壁形成的上表面1和下表面2不容易吸湿，而纤维的两侧端部3裸露在环境中，容易吸湿，吸湿后纤维壁膨胀导致开裂，所以根据绝缘材料的侧面吸湿特性，在经过二次干燥后的绝缘层压纸板侧面端部3涂58号全精炼石蜡，完成绝缘层压纸板的加工。最后进行产品的密封包装。本实施例中采用58号蜡是变压器行业内通用并且允许的，其他型号可能会影响产品的性能。该工艺可以有效防止材料的二次吸湿。在客户干燥时石蜡又可以通过气态的煤油完全脱离绝缘材料。
[0053]
本发明通过以上工艺措施，绝缘层压材料可以确保在变压器厂家干燥前整体含水率控制在＜3％，基本解决了层压纸板材料干燥后开裂的问题。
[0054]
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关的工作人员完全可以在不偏离本发明的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。