CN107354808A - 一种抗击穿性能优异的芳纶/聚酰亚胺纤维复合绝缘纸及其制备方法 - Google Patents

一种抗击穿性能优异的芳纶/聚酰亚胺纤维复合绝缘纸及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗击穿性能优异的芳纶/聚酰亚胺纤维复合绝缘纸,其制备首先将氮化铝进行表面氧化热处理,提高其抗水化性能;然后将聚酰亚胺短纤维经质子化预处理后进行打浆,之后与芳纶短切纤维混合置于纤维解离器中疏解处理,加入氮化铝悬浮液混合在纸页成型器上抄造得原纸,经等温升压热压处理即得。本发明使用氧化气氛下热处理氮化铝粉末,使其表面形成致密的Al2O3膜,有效地阻止了氮化铝的水解反应,之后与混合纤维浆粕混合,使小尺寸的氮化铝粉末均匀地分散在绝缘纸中,填补了纤维纸结构中存在的大量空隙,在纳米粒子与纤维之间形成界面陷阱,实现了对电荷的有效束缚,提高了绝缘纸的击穿强度。

Description

一种抗击穿性能优异的芳纶/聚酰亚胺纤维复合绝缘纸及其 制备方法
技术领域
本发明涉及聚酰亚胺材料领域,具体涉及一种抗击穿性能优异的芳纶/聚酰亚胺纤维复合绝缘纸及其制备方法。
背景技术
绝缘纸广泛用作电机、电缆、电容器和变压器等设备的绝缘材料,也是层压制品、复合材料和预浸材料等绝缘材料的主要组成材料。由于绝缘纸的特殊用途,要求其必须具备一些不同于其它纸种的特性,主要包括机械性能、电气性能和热稳定性。
绝缘纸是变压器内绝缘的主要组成部分,在长期运行过程中受到电场、温度、水分等因素的联合作用而发生老化,引起变压器绝缘性能的下降,然而,绝缘纸缠绕在变压器绕组上,在变压器运行过程中无法进行更换,因此绝缘纸的老化终点也就意味着变压器的寿命终点,这使得绝缘纸材料成为了限制电力变压器内绝缘系统运行年限的主要因素。
柏舸、廖瑞金等人在其《纳米氮化铝改性对芳纶1313绝缘纸介电特性的影响》一文中,将纳米氮化铝(AlN)添加到芳纶1313中,将改性后的绝缘纸进行浸油处理,研究了AlN对油浸芳纶1313介电性能的影响,结果表明,纳米AlN能有效降低绝缘纸的电导电流,以及提升其交流击穿电场强度。
然而氮化铝粉末的表面极为活泼,在潮湿的环境极易与空气中的水蒸气发生水解反应,在氮化铝粉末表面形成氧化铝层,氮化铝晶格溶入大量的氧,降低其热导率,给氮化铝的储存、运输及后续的工艺过程带来很大困难。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供一种抗击穿性能优异的芳纶/聚酰亚胺纤维复合绝缘纸及其制备方法,可大幅度提高纤维纸的击穿强度,同时具有良好的抵抗光老化的性能和绝缘性能。
一种抗击穿性能优异的芳纶/聚酰亚胺纤维复合绝缘纸,其制备首先将氮化铝进行表面氧化热处理,提高其抗水化性能;然后将聚酰亚胺短纤维经质子化预处理后进行打浆,之后与芳纶短切纤维混合置于纤维解离器中疏解处理,加入氮化铝悬浮液混合在纸页成型器上抄造得原纸,经等温升压热压处理即得。
具体步骤如下:
(1)氮化铝的热处理:
取4-8份粒径在50-200nm的氮化铝粉末,置于干燥箱内过夜去除水分,然后放在真空管式炉中,通入氧气排尽空气,以加热速率为5℃/min条件,由室温加热至先加热到200℃保温10分钟,再加热到300℃保温10分钟,之后以6-10℃/min的加热速率加热到850-950℃,保温50-70分钟后自然冷却,将样品取出,加入去离子水中超声振荡2-3小时,制成氮化铝悬浊液备用;
(2)聚酰亚胺短纤维打浆处理:
使用槽式打浆机对20-40份聚酰亚胺短切纤维进行分散处理,之后使用180-260份浓度为1mol/L的氢氧化钾溶液处理30-50分钟,再使用180-260份0.1mol/L的乙酸水溶液质子化处理8-15分钟,之后对聚酰亚胺短切纤维进行打浆处理,打浆浓度2%,打浆完成后取出纤维,经过甩干机脱水处理后平衡水分备用;
(3)将35-55份芳纶短切纤维分散到去离子水中,再加入0.5-3份聚氧化乙烯,在纤维解离器中疏解20-40分钟后,加入上述聚酰亚胺短纤维浆粕,继续疏解20-30分钟,再将上述氮化铝悬浊液倒入纤维解离器中继续搅拌5-15分钟,混合搅拌均匀后,然后在纸页成型器上得到原纸;
(4)热压处理:
使用双辊压光机对上述原纸进行热压处理,热压工艺如下等温升压过程:热压温度150-210℃,热压速度1m/min,热压压力60-180N/mm。
其中,所述步骤(1)中氮化铝悬浊液中氮化铝与去离子水的质量比为1:1000。
其中,所述步骤(2)中打浆处理时间为30-60分钟。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
(1)本发明使用氧化气氛下热处理氮化铝粉末,使其表面形成致密的Al2O3膜,有效地阻止了氮化铝的水解反应,之后与混合纤维浆粕混合,使小尺寸的氮化铝粉末均匀地分散在绝缘纸中,填补了纤维纸结构中存在的大量空隙,在纳米粒子与纤维之间形成界面陷阱,实现了对电荷的有效束缚,提高了绝缘纸的击穿强度。
(2)本发明对聚酰亚胺纤维进行预处理后,与芳纶短切纤维浆粕混合抄造制备芳纶/聚酰亚胺纤维复合原纸,之后经热压处理,有效提高了纤维纸的抗张指数和撕裂指数,另外混合纤维纸具有良好的热稳定性能,相较于单纯的芳纶1313纤维纸而言具有更好的抵抗光老化的性能。
具体实施方式
一种抗击穿性能优异的芳纶/聚酰亚胺纤维复合绝缘纸,其制备首先将氮化铝进行表面氧化热处理,提高其抗水化性能;然后将聚酰亚胺短纤维经质子化预处理后进行打浆,之后与芳纶短切纤维混合置于纤维解离器中疏解处理,加入氮化铝悬浮液混合在纸页成型器上抄造得原纸,经等温升压热压处理即得。
具体步骤如下:
(1)氮化铝的热处理:
取5份粒径在50-200nm的氮化铝粉末,置于干燥箱内过夜去除水分,然后放在真空管式炉中,通入氧气排尽空气,以加热速率为5℃/min条件,由室温加热至先加热到200℃保温10分钟,再加热到300℃保温10分钟,之后以6℃/min的加热速率加热到900℃,保温60分钟后自然冷却,将样品取出,加入去离子水中超声振荡3小时,制成氮化铝悬浊液备用;
(2)聚酰亚胺短纤维打浆处理:
使用槽式打浆机对30份聚酰亚胺短切纤维进行分散处理,之后使用220份浓度为1mol/L的氢氧化钾溶液处理40分钟,再使用220份0.1mol/L的乙酸水溶液质子化处理10分钟,之后对聚酰亚胺短切纤维进行打浆处理,打浆浓度2%,打浆完成后取出纤维,经过甩干机脱水处理后平衡水分备用;
(3)将45份芳纶短切纤维分散到去离子水中,再加入2份聚氧化乙烯,在纤维解离器中疏解30分钟后,加入上述聚酰亚胺短纤维浆粕,继续疏解25分钟,再将上述氮化铝悬浊液倒入纤维解离器中继续搅拌10分钟,混合搅拌均匀后,然后在纸页成型器上得到原纸;
(4)热压处理:
使用双辊压光机对上述原纸进行热压处理,热压工艺如下等温升压过程:热压温度210℃,热压速度1m/min,热压压力120N/mm。
其中,所述步骤(1)中氮化铝悬浊液中氮化铝与去离子水的质量比为1:1000。
其中,所述步骤(2)中打浆处理时间为30分钟。

Claims (4)

1.一种抗击穿性能优异的芳纶/聚酰亚胺纤维复合绝缘纸,其特征在于,其制备首先将氮化铝进行表面氧化热处理,提高其抗水化性能;然后将聚酰亚胺短纤维经质子化预处理后进行打浆,之后与芳纶短切纤维混合置于纤维解离器中疏解处理,加入氮化铝悬浮液混合在纸页成型器上抄造得原纸,经等温升压热压处理即得。
2.根据权利要求书1所述的一种抗击穿性能优异的芳纶/聚酰亚胺纤维复合绝缘纸的制备方法,其特征在于,具体步骤如下:
(1)氮化铝的热处理:
取4-8份粒径在50-200nm的氮化铝粉末,置于干燥箱内过夜去除水分,然后放在真空管式炉中,通入氧气排尽空气,以加热速率为5℃/min条件,由室温加热至先加热到200℃保温10分钟,再加热到300℃保温10分钟,之后以6-10℃/min的加热速率加热到850-950℃,保温50-70分钟后自然冷却,将样品取出,加入去离子水中超声振荡2-3小时,制成氮化铝悬浊液备用;
(2)聚酰亚胺短纤维打浆处理:
使用槽式打浆机对20-40份聚酰亚胺短切纤维进行分散处理,之后使用180-260份浓度为1mol/L的氢氧化钾溶液处理30-50分钟,再使用180-260份0.1mol/L的乙酸水溶液质子化处理8-15分钟,之后对聚酰亚胺短切纤维进行打浆处理,打浆浓度2%,打浆完成后取出纤维,经过甩干机脱水处理后平衡水分备用;
(3)将35-55份芳纶短切纤维分散到去离子水中,再加入0.5-3份聚氧化乙烯,在纤维解离器中疏解20-40分钟后,加入上述聚酰亚胺短纤维浆粕,继续疏解20-30分钟,再将上述氮化铝悬浊液倒入纤维解离器中继续搅拌5-15分钟,混合搅拌均匀后,然后在纸页成型器上得到原纸;
(4)热压处理:
使用双辊压光机对上述原纸进行热压处理,热压工艺如下等温升压过程:热压温度150-210℃,热压速度1m/min,热压压力60-180N/mm。
3.根据权利要求书2所述的一种抗击穿性能优异的芳纶/聚酰亚胺纤维复合绝缘纸的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中氮化铝悬浊液中氮化铝与去离子水的质量比为1:1000。
4.根据权利要求书2所述的一种抗击穿性能优异的芳纶/聚酰亚胺纤维复合绝缘纸的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)中打浆处理时间为30-60分钟。
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