Введение к работе
Актуальность темы.
Электропроводящая кабельная бумага (ЭПКБ) имеет большое значение для кабельной индустрии и представляет собой потенциальный экранирующий слой, позволяющий существенно повысить надежность изоляции силовых кабелей.
Существующая технология производства этого вида бумаги заключаются во введении технического углерода в состав целлюлозной композиции на стадии размола. Однако из-за низкой удерживаемости углерода на волокне при формовании бумаги происходит вымывание большого количества углерода с оборотной водой и попадание его в сточные воды. Такая технология требует установки дорогостоящих очистных сооружений, что приводит к низкой экономической эффективности производства этих видов бумаги. По этой причине электропроводящая бумага в России не производится, а импортируется из стран дальнего зарубежья (Финляндии и Германии). Потребность кабельной промышленности России в данной бумаге составляет около 1200 т в год.
Предлагаемый в данной работе вид бумаги, предназначенный заменить импортные аналоги ЭПКБ в составе кабелей с бумажной пропитанной изоляцией, - двухслойная кабельная бумага с электропроводящим полимерным покрытием. Способ изготовления этой бумаги лишен недостатков, связанных с загрязнением окружающей среды и ранее в мире нигде не применялся.
Весьма актуальной с экономической и экологической точек зрения является также проблема использования отходов джутового волокна (джутовых очесов), образующихся в большом количестве при производстве джутовой пряжи и канатов на предприятиях текстильной промышленности России. Химический состав и морфологическая структура джутовых очесов являются предпосылками использования их для производства целлюлозы для кабельных видов бумаги.
Работа выполнялась в соответствии с программой Министерства образования и науки Российской Федерации «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники», подпрограмма «Экология и рациональное природопользование».
Цель и задачи исследования.
Целью настоящего исследования является разработка экологически безопасной экономически целесообразной научно-обоснованной технологии изготовления двухслойной кабельной бумаги с электропроводящим полимерным покрытием с использованием традиционной сульфатной сосновой целлюлозы и целлюлозы из недревесного сырья-джута.
Основные задачи исследования:
изучить химический состав и дать физическую характеристику джута;
определить наиболее подходящий способ варки джутовых волокон исходя из требований, предъявляемых к полуфабрикатам для производства кабельной бумаги;
разработать оптимальный режим варки джута (отходов производства джутовой пряжи и канатов);
исследовать бумагообразующие свойства джутовой целлюлозы, полученной по оптимальному режиму варки, в сравнении с бумагообразующими свойствами промышленной сульфатной электроизоляционной целлюлозы; .
провести опытно-промышленную выработку образцов бумасн из указанных.целлюлоз;
разработать состав электропроводящего покрытия, обеспечивающий ЭПКБ требуемые свойства; с целью поиска оптимального состава электропроводящего покрытия исследовать влияние его на основные показатели образцов ЭПКБ, полученных из сравниваемьк целлюлоз;
провести опытно-промышленную выработку ЭПКБ с оптимальным составом покрытия;
показать возможность использования джутовой целлюлозы для производства ЭПКБ;
провести опытно-промышленную выработку кабеля на напряжение 10 кВ с использованием ЭПКБ, полученной на основе промышленной сульфатной древесной целлюлозы;
оценить технико-экономические показатели производства двухслойной кабельной бумаги с электропроводящим полимерным покрытием и рассчитать экономический эффект от производства кабеля на 10 кВ с использованием этой бумаги для предприятия ОАО «Кам-кабель».
Научная новизна. Впервые разработан и применен в промышленном масштабе научно-обоснованный экологически безопасный способ изготовления двухслойной кабельной бумаги с электропроводящим полимерным покрытием. Впервые показана возможность использования джутовой натронно-содовой целлюлозы для изготовления кабельных видов бумаги. Впервые разработан состав электропроводящего полимерного покрытия, ЭПКБ с которым удовлетворяет требованиям кабельной промышленности по всем показателям, то есть по энергии разрыва, электрическому сопротивлению, адгезии, эластичности при изгибе, стойкости к истиранию, вымываемости технического углерода в кабельном масле, стойкости к навиванию кабеля, прочности после ускоренного старения.
Практическая ценность. На основании результатов лабораторных исследований и опытно-промышленных выработок двухслойная кабельная бумага с электропроводящим полимерным покрытием по предложенной (разработанной) технологии внедрена в серийное производство вместо импортного аналога (получено разрешение комитета по стандартизации о возможности использования данной бумаги в составе силовых кабелей с бумажной пропитанной изоляцией, выпущены технические условия) и с 2004 г. успехом используется на крупнейших кабельных предприятиях России - ОАО «Камкабель», ОАО «Иркутсккабель», ОАО «Севкабель».
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на стадии внедрения ЭПКБ на заводах кабельной промышленности ОАО «Камкабель» и ОАО «Севкабель» и на Всероссийской научно-технической конференции «Аэрокоемическая техника и высокие технологии - 2004» (Пермь, 2004).
Публикации. По материалам диссертации получено 3 патента, опубликовано 4 статьи и тезисы доклада.
На защиту выносятся следующие основные положения:
результаты делигнификации джута различными способами с определением способа, наиболее рационального с экологической и экономической точек зрения;
режим варки джута для получения целлюлозы, соответствующей требованиям к полуфабрикатам для производства кабельных видов бумаги;
закономерности изменения бумагообразующих свойств и физико-механических показателей традиционной сульфатной и джутовой целлюлоз в процессе размола, установленные в лабораторных и опытно-промышленных условиях;
технология экологически безопасного способа производства электропроводящей кабельной бумаги, заключающаяся в нанесении электропроводящего покрытия на бумагу-основу;
разработанный впервые состав электропроводящего покрытия для получения двухслойной кабельной бумаги с этим покрытием, удовлетворяющей требованиям кабельной промышленности;
закономерности изменения качественных показателей двухслойной кабельной бумаги с электропроводящим полимерным покрытием в зависимости от состава покрытия и вида бумаги-основы (из древесной и джутовой целлюлозы), исследованные в лабораторных, опытно-промышленных я промышленных условиях.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и списка использованных источников. Общий объем работы 222 страницы, включая 52 таблицы, 39 рисунков, список использованных источников, содержащий 114 наименований отечественной и зарубежной литературы и 8 приложений.
