一、我国云母纸的需求与生产能力
云母抄制的云母纸力学强度较低, 一般不能直接使用, 常需用胶粘剂、补强材料制成各种制品, 才能满足各方面不同的需求, 其主要是用于制造绝缘云母制品和耐高温云母制品。
云母纸在市场上具有较大的需求量, 现今世界上对云母纸总的需求量逐年增长, 而我国现今的生产能力较低; 由于国外对云母纸的需求量较大, 我国云母纸出口价格同比国内价格要高出15%左右, 所以我国应加大对云母纸的生产规模, 提高对高档云母纸生产的水平, 满足国内市场需求的同时, 加大对外出口的力度, 使我国云母纸生产为我国国民经济发展做出更大的贡献。
二、云母粉碎与剥片
2.1高温煅烧化学处理法
将云母碎片, 经高温煅烧脱去云母结构中的部分结晶水, 使云母碎片沿垂直于解理面的方向膨胀、分层, 质地变软; 再用化学方法处理, 酸溶液均匀地浸润各个层间, 使云母片充分地分裂解离成细小的云母鳞片。
煅烧云母纸的鳞片薄而细, 相同厚度的煅烧云母纸和非煅烧云母纸相比所用云母鳞片层数较多,加之细小鳞片填充空隙, 使得煅烧云母的介电强度比非煅烧型云母纸高出一倍; 但煅烧云母纸水溶液抽出物的电导率及离子含量比非煅烧云母纸的要高。这些导电离子, 使得绝缘材料的电性能降低, 介质损耗增大。由于煅烧云母纸质地柔软, 吸胶量大,适宜做多胶云母带、柔软云母板和云母箔。
2.2 高压水力破碎法
高压水力破碎法, 是利用高压水在特殊的腔体内将云母粉碎为细小的鳞片, 而且喷嘴水流的压力和流量均可按工艺要求进行调节, 从而可提高云母的分剥效率并避免过度粉碎。这种物理粉碎的方法除了保证云母鳞片维持天然云母的特性外, 还可以获得优良的表面光洁度和大径厚比的云母鳞片, 为云母纸抄造提供了优质的浆料, 制成的云母纸绝缘性较好, 且生产工艺简单。
在国家科技部的大力支持下, 十一五期间武汉理工大学承担了国家科技支撑计划项目非金属矿资源综合利用技术项目的子课题“云母粉的提纯与剥片关键技术”的研究。通过三年来的努力,成功地研制出了内聚靶式水射流磨和超细空化靶式水射流磨的试验样机, 并进行云母粉碎的实验室试验和半工业试验。试验结果表明: 内聚靶式水射流磨压力为6~13MPa可调, 流量为50~70L /min, 处理能力80~120kg /h; 超细空化靶式水射流磨压力为16~ 30MPa可调, 水流量15~35 L /min, 处理能力80~ 200 kg /h。研究表明: 这两种水流磨可提高我国云母纸行业的整体产品的质量等级, 使云母纸行业的产品升级换。
从以上两类云母粉碎和剥片方法来看, 高压水力破碎方法保持了天然云母的物理特性, 而且具有优良的剥片效果, 可得到大径厚比的云母鳞片, 而高温煅烧化学处理法工艺复杂, 设备需要防腐蚀, 导致生产成本较高。所以在现今的云母纸生产企业多采用高压水力破碎法对天然云母进行粉碎。
径厚比是云母粉碎效果的重要物理指标之一,此参数越大, 其工艺性能越好, 生产出的云母纸产品质量越佳。径厚比是指具有层状结构的非金属矿物经超细粉碎后, 片状微粒单体的直径与其厚度之比值。研究表明: 大径厚比的云母粉对提高云母纸张性能有直接的影响, 但是测定云母鳞片的直径则比较简单, 且容易实现, 而厚度测定则很困难, 一直没有很好的测定方法。
而我国现今在如何衡量云母鳞片好坏上没有一套系统的测试方法和标准, 一般采用的径厚比这个指标也比较含糊, 没有规范化的测试方法和标准, 导致我国云母纸生产企业没有一个统一的产品标准, 所生产出的产品一直停留在中低档水平, 高档云母纸的生产一直被国外的企业垄断。
2.3 云母粉的分级与制浆
2.3.1云母粉的分级
云母碎片经粉碎后, 除了包含有符合抄纸要求的云母粉外, 还混有部分大而厚的鳞片、结石、砂粒,必须通过水力分级进一步除去, 得到符合造纸要求的云母粒级。所以对粉碎后的云母粉进行分级是云母纸生产中的关键步骤, 其中如何实现云母粉的有效分级是云母纸生产中急需解决的难题, 只有通过一定方法、设备和手段实现了云母粉的有效分级, 才能获得云母纸抄造过程中所需要的各个级别的云母粉, 为下阶段的云母粉级配制浆提供基材。主要的分级设备和方法有: 湿法筛分、水力旋流器分级、离心分级机分级。
湿法筛分
该种分级技术是采用一系列的标准筛在水介质中对云母粉进行分级, 袁领群通过自行研制的立式筒形筛分机, 对于云母粉进行筛分分级, 分级粒度范围在100-500目。由于该机是用水流携带物料进行筛分, 云母片与筛面不作强烈碰撞, 这样云母片的表面与棱角均未遭破损。但是对于云母这种特殊的层状物质, 用湿法筛分分级效率较低, 而且容易堵塞筛网。所以湿法筛分严重影响了云母纸生产的效率, 直接影响了云母纸的经济效益。
水力旋流器分级
水力旋流器是一种用途十分广泛的湿式机械分离分级设备, 它具有结构简单、无运动部件、设备紧凑、占地面积小、设备成本低和处理量大等许多优点。
黄鸿采用水力旋流器分级水力破碎成浆的云母浆, 一般选择在直径250mm、锥角为20的锥形水力旋流器中分两段进行。第一段分级后0.3mm以上的粗厚片、砂粒从沉砂口排出, 而小于0. 3mm的较薄较细的浆料从溢流口流出, 然后进入第二段锥形水力旋流器进行分级精选, 分选出适合造纸的云母浆料。分级效率和分级质量与沉砂口的直径有很大关系; 沉砂口直径过小, 易造成堵塞, 同时导致良浆中粗浆片含量增高, 分级效率、分级质量均下降; 沉砂口直径过大, 排出的渣浆中良浆含量高。故应正确选择沉砂口的大小, 使出口呈伞状喷出。
水力旋流器可广泛地应用在湿磨云母粉的分级中, 但是由于旋流器分级一般采用多段处理, 才能实现云母粉的窄级别分级, 从而导致云母纸生产中工序的复杂化。同时分级中容易出现薄而粗和厚而细的云母鳞片同等地从沉砂口排出而不是从溢流口流出, 导致许多大径厚比的云母鳞片的流失, 不利于云母纸的生产, 这也是水力旋流器分级所存在的局限性。
离心分级机分级
离心分级机是利用重力和离心力对云母粉进行分级的方法, 但还未见到在云母纸浆的分级中应用的报道。离心分级机主要针对超细云母粉的分级,因为微细粒分级需要很高的分离因素, 所以必须流体产生高速旋转形成较强的离心力场, 才能达到较高的分离因素, 微米级的分级需要的分离因素为103级。
近年来, 云母粉的湿式分级设备有了很大的进展。武汉理工大学大径厚比窄级别高档云母粉加工关键技术和装备研究课题, 完成了超细分级机的带料试验。试验中将超细空化靶式水射流磨粉碎后的云母浆料送入超细分级机进行精细分级, 超细分级机是采用差速离心分级, 通过控制主转轮和次转轮的速度差实现云母粉的精细分级, 提高了云母超细颗粒的分级效率。分级后的云母通过镜下统计的方法获得其粒度分布, 可获得平均粒度为25μm、22μm、19μm 三个级别的产品, 其径厚比分别为91. 5、71. 1和61. 0。其产品质量达到国际先进水平。
可见, 离心分级机用于超细云母粉分级效率高, 分级精度高, 但是离心分级机用于云母纸浆的分级会存在薄而粗和厚而细的云母鳞片同等对待的情况, 所以如何使离心分级机应用于云母纸浆的分级, 提高云母纸浆分级的效率和精度也是个有待解决的问题。
2.3.2 云母粉的制浆
朱宝贤等通过研究指出, 对任何造纸厂来说, 制浆总是关键, 抄造云母纸更是如此。云母纸的质量主要取决于云母浆中云母鳞片尺寸分布、滤水度和浆料的酸度, 其中云母鳞片尺寸分布与云母纸的电气强度和拉伸强度关系最大。并且他们就云母鳞片尺寸分布对纸质的影响程度经过多次反复的试验, 寻找出云母鳞片尺寸分布状况的最佳比例, 确定了+ 40目、+ 60目、+80目、+100目的云母鳞片含量的比例标准, 并以此指导生产
同样黄鸿通过研究发现, 据不同品种的要求, 把握好8目、16目、40目、60目、80目、100目云母鳞片尺寸分布的最佳比例, 就能抄出符合质量要求的云母纸。可见云母纸中鳞片尺寸的分布情况是影响云母纸质量的核心, 要想抄造出符合各种要求的云母纸,就要在云母粉分级成窄级别后, 通过复配各个级别的云母粉进行制浆, 为抄造各种用途的云母纸提供相应的浆料。
2.4 云母纸的抄造
云母纸的抄造一般是在圆网造纸机上以较慢的车速进行, 多采用双网单缸或多网单缸造纸机, 可抄造出不同厚薄的云母纸。在圆网造纸机上云母纸浆脱水后, 靠洁净的云母鳞片之间存在的范德华力和静电引力, 使云母鳞片相互联结成纸, 也有部分产品加入少量胶粘剂制成。圆网造纸机结构简单, 操作方便, 但要特别注意网部成型与脱水, 确保云母纸厚薄均匀。烘缸温度控制在90温度过高容易脱缸、起泡, 过低也会粘缸。同时纸浆的浓度也直接影响纸张的质量和厚薄, 要严格控制好云母纸浆的浓度, 来抄造出不同质量和厚薄的云母纸。
(2)现今我国还没有统一的径厚比测定方法和标准, 导致我国云母生产企业没有得到规范化生产和管理, 生产出的云母纸产品良莠不齐, 缺少必要的衡量标准。所以我国应尽快开展云母鳞片径厚比测定方法的研究, 并制定出统一的云母径厚比测试标准, 指导我国云母纸的生产, 抄造出高质量的云母纸产品, 规范我国云母纸市场.
(3)在保证现有云母纸质量的基础上, 开展云母鳞片粒度级配、云母纸类型及云母含量对云母绝缘电气性能、机械性能的影响的研究, 进一步提高云母纸性能, 瞄准国际先进水平, 开发薄规格、厚规格、高介电强度、高拉伸强度、混抄、高透气性以及芳香聚酰胺云母纸等, 为我国电气工业的发展做出新的贡献。
(4)当前, 我国现有云母纸生产厂家和云母生产线生产的云母纸产量很大, 但云母纸的质量和稳定性能都比不上国外同类产品。其主要原因在于我国生产的云母纸在纸的厚度以及均匀度上达不到要求。云母纸要求厚度在0.08mm, 但国内产品的厚度范围在0.08±0.015 mm, 厚度浮动接近20%, 直接影响其电绝缘性能和耐高温性能。产生这种情况的因素除抄造槽的结构等外, 其主要原因是自动化程度低下, 许多工序都是人工完成, 不仅控制不够精确, 而且效率也低。纸浆浓度与纸厚度又是紧密相连的, 因此, 要提高云母纸的质量和产量, 今后的研究主要内容就是生产设备的改造, 使纸浆浓度和纸的厚度能被在线测试, 实现自动测试纸厚及调节纸浆浓度, 使生产工艺连续化、自动化。
（中国粉体技术网）
3. 存在的问题与建议
(1)云母纸的平整度和纵向拉力不均匀是云母纸产品质量不高的关键, 也是我国的云母纸产品无法参加国际市场竞争的主要因素。其主要原因在于我国现阶段云母生产配套装备的落后, 不能生产出云母鳞片表面光洁、径厚比大且粒度均匀的云母纸,严重影响了我国云母纸的质量。
湿法粉碎是一种有效的物理粉碎方法, 在不破坏云母晶体结构和物理性质的同时, 因为在水介质的冲击下使云母解离和剥片, 获得的云母鳞片具有光洁的表面和较大的径厚比, 所以湿法粉碎相关设备的研制是今后云母纸生产的发展方向。
(2)现今我国还没有统一的径厚比测定方法和标准, 导致我国云母生产企业没有得到规范化生产和管理, 生产出的云母纸产品良莠不齐, 缺少必要的衡量标准。所以我国应尽快开展云母鳞片径厚比测定方法的研究, 并制定出统一的云母径厚比测试标准, 指导我国云母纸的生产, 抄造出高质量的云母纸产品, 规范我国云母纸市场.
(3)在保证现有云母纸质量的基础上, 开展云母鳞片粒度级配、云母纸类型及云母含量对云母绝缘电气性能、机械性能的影响的研究, 进一步提高云母纸性能, 瞄准国际先进水平, 开发薄规格、厚规格、高介电强度、高拉伸强度、混抄、高透气性以及芳香聚酰胺云母纸等, 为我国电气工业的发展做出新的贡献。
(4)当前, 我国现有云母纸生产厂家和云母生产线生产的云母纸产量很大, 但云母纸的质量和稳定性能都比不上国外同类产品。其主要原因在于我国生产的云母纸在纸的厚度以及均匀度上达不到要求。云母纸要求厚度在0.08mm, 但国内产品的厚度范围在0.08±0.015 mm, 厚度浮动接近20%, 直接影响其电绝缘性能和耐高温性能。产生这种情况的因素除抄造槽的结构等外, 其主要原因是自动化程度低下, 许多工序都是人工完成, 不仅控制不够精确, 而且效率也低。纸浆浓度与纸厚度又是紧密相连的, 因此, 要提高云母纸的质量和产量, 今后的研究主要内容就是生产设备的改造, 使纸浆浓度和纸的厚度能被在线测试, 实现自动测试纸厚及调节纸浆浓度, 使生产工艺连续化、自动化。
（中国粉体技术网）
