CN109024094B - 一种微纳米纤维素纤维/芳纶复合绝缘纸及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于绝缘纸制备技术领域，公开了一种微纳米纤维素纤维/芳纶复合绝缘纸及其制备方法。所述复合绝缘纸包含30～70wt.％的芳纶短纤维、20～50wt.％的芳纶浆粕和10～20wt.％的微纳米纤维素纤维。分别将芳纶短纤维、芳纶浆粕和微纳米纤维素纤维与水混合疏解，打浆，稀释，得到浆料；将浆料流送至造纸机，抄造成形，干燥，热压后得到微纳米纤维素纤维/芳纶复合绝缘纸。本发明采用微纳米纤维素纤维与芳纶复合制备绝缘纸，介电损耗可以达到1.5～2，横幅定量不匀率降至3％以下，抗张强度、撕裂强度能提高10％以上。

Description

一种微纳米纤维素纤维/芳纶复合绝缘纸及其制备方法
技术领域
本发明属于绝缘纸制备技术领域，具体涉及一种微纳米纤维素纤维/芳纶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。制备高性能绝缘纸，常用的原材料是芳纶纤维和浆粕。制造工艺，采用造纸工艺制备出原纸，再进行热压处理。
目前中低档绝缘纸在某些性能方面存在不足，如性能不稳定、机械强度差、耐高温性不够、耐老化性能差、对环境造成污染等问题，严重影响了变压器设备向大容量化、特高压发展的前景。特别是绝缘纸的介电性较差，导致产品的寿命大大降低。
发明内容
针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种微纳米纤维素纤维/芳纶复合绝缘纸。本发明针对绝缘纸的介电性，选择微纳米纤维素纤维与芳纶纤维复合对绝缘纸进行改性，达到改善绝缘纸性能，降低介电损耗，延长绝缘纸寿命的目的。
本发明的另一目的在于提供上述微纳米纤维素纤维/芳纶复合绝缘纸的制备方法。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种微纳米纤维素纤维/芳纶复合绝缘纸，所述复合绝缘纸包含30～70wt.％的芳纶短纤维、20～50wt.％的芳纶浆粕和10～20wt.％的微纳米纤维素纤维。
优选地，所述复合绝缘纸的定量为10～200g/m2，更优选为40～100g/m2；厚度为15～2000μm，更优选为60～150μm；紧度>0.6g/m3，定量不均匀率≤3％，介电常数<2。
优选地，所述芳纶短纤维的纤维长度为3～6mm；芳纶浆粕打浆度在40～80°SR；微纳米纤维素纤维的纤维直径为500nm～3μm。
优选地，所述芳纶短纤维和芳纶浆粕中的芳纶是指对位芳纶(1414)或间位芳纶(1313)。
优选地，所述微纳米纤维素纤维的来源为针叶木浆或阔叶木浆。
上述微纳米纤维素纤维/芳纶复合绝缘纸的制备方法，包括如下制备步骤：
(1)分别将芳纶短纤维、芳纶浆粕和微纳米纤维素纤维与水混合疏解，打浆，稀释，得到浆料；
(2)将浆料流送至造纸机，抄造成形，干燥，热压后得到微纳米纤维素纤维/芳纶复合绝缘纸。
优选地，步骤(1)中所述稀释后得到的浆料浓度为0.005～0.1wt.％。
优选地，步骤(2)中所述抄造成形是指采用湿法造纸单层或多层成形方法抄造成形。更优选采用如下方法抄造成形：
分别将芳纶短纤维浆料、芳纶浆粕浆料和微纳米纤维素纤维浆料送至造纸机的三个相邻流道，使三层浆料先后在同一区域层叠抄造成形，得到湿纸页。
优选地，步骤(2)中所述抄造成形前，对浆料进行整流，使浆料呈现高强微湍的流动状态。
优选地，步骤(2)中所述热压的温度为400～450℃。
相对于现有技术，本发明的复合绝缘纸及制备方法具有如下优点及有益效果：
(1)本发明采用微纳米纤维素纤维与芳纶复合制备绝缘纸，由于微纳米纤维素纤维尺寸小，能很好的填充纸张内部的空隙，从而使绝缘纸紧度大幅度提高，同时各项物理强度和表面光洁度也有了明显的提高，更有利于提高加工性能和使用寿命；
(2)本发明所得微纳米纤维素纤维/芳纶复合绝缘纸与现有产品相比，材料的介电性能大幅提升，介电损耗可以达到1.5～2；
(3)本发明所得微纳米纤维素纤维/芳纶复合绝缘纸具有更好的定量分布均匀性，横幅定量不匀率降至3％以下；
(4)本发明所得微纳米纤维素纤维/芳纶复合绝缘纸具有良好的物理性能，抗张强度、撕裂强度能提高10％以上。
附图说明
图1为本发明实施例中所用造纸机的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
以下实施例中所采用的造纸机的结构示意图如图1所示。图1中A为造纸机的布浆器，B为整流区。B的作用是把来自于布浆器A的浆料整流，产生高强微湍的流动状态，不产生涡流，从而使浆料的流态稳定，以保证浆料在成形的时候得到很好的均匀度。浆料通过整流区B之后到达造纸机的脱水成形区C处，通过自由脱水或者一定的真空脱水使浆料先后在脱水成形区C处脱水成形，得到湿纸页。D为压榨部，湿纸页进过压榨至适当的干度。最后经过压榨后的纸页通过杨克烘缸或多缸烘缸进行烘干，得到绝缘纸原纸。原纸再通过热压机对表面进行热压处理，最后通过分切机切至需要的宽度(图1中未示出造纸机的干燥部、热压及分切机，这些设备均可采用常用的装备)。
实施例1
本实施例的一种微纳米纤维素纤维/芳纶复合绝缘纸，通过如下方法制备：
(1)分别将60wt.％芳纶短纤维(纤维长度为3～6mm)、30wt.％芳纶浆粕(打浆度在40～80°SR)和10wt.％微纳米纤维素纤维(纤维直径为500nm～3μm)与水混合疏解，打浆，稀释至0.005wt％，得到浆料；
(2)将浆料流送至图1所示的造纸机，一次抄造成形，得到湿纸页；将湿纸页经压榨、干燥及400～450℃热压处理后，得到微纳米纤维素纤维/芳纶复合绝缘纸。
实施例2
本实施例的一种微纳米纤维素纤维/芳纶复合绝缘纸，通过如下方法制备：
(1)分别将60wt.％芳纶短纤维(纤维长度为3～6mm)、30wt.％芳纶浆粕(打浆度在40～80°SR)和10wt.％微纳米纤维素纤维(纤维直径为500nm～3μm)与水混合疏解，打浆，稀释至0.05wt％，得到浆料；
(2)将浆料流送至图1所示的造纸机，一次抄造成形，得到湿纸页；将湿纸页经压榨、干燥及400～450℃热压处理后，得到微纳米纤维素纤维/芳纶复合绝缘纸。
实施例3
本实施例的一种微纳米纤维素纤维/芳纶复合绝缘纸，通过如下方法制备：
(1)分别将60wt.％芳纶短纤维(纤维长度为3～6mm)、30wt.％芳纶浆粕(打浆度在40～80°SR)和10wt.％微纳米纤维素纤维(纤维直径为500nm～3μm)与水混合疏解，打浆，稀释至0.01wt％，得到浆料；
(2)将浆料流送至图1所示的造纸机，一次抄造成形，得到湿纸页；将湿纸页经压榨、干燥及400～450℃热压处理后，得到微纳米纤维素纤维/芳纶复合绝缘纸。
实施例4
本实施例的一种微纳米纤维素纤维/芳纶复合绝缘纸，通过如下方法制备：
(1)分别将60wt.％芳纶短纤维(纤维长度为3～6mm)、30wt.％芳纶浆粕(打浆度在40～80°SR)和10wt.％微纳米纤维素纤维(纤维直径为500nm～3μm)与水混合疏解，打浆，稀释至0.1wt％，得到浆料；
(2)将浆料流送至图1所示的造纸机，一次抄造成形，得到湿纸页；将湿纸页经压榨、干燥及400～450℃热压处理后，得到微纳米纤维素纤维/芳纶复合绝缘纸。
实施例5
本实施例的一种微纳米纤维素纤维/芳纶复合绝缘纸，通过如下方法制备：
(1)分别将50wt.％芳纶短纤维(纤维长度为3～6mm)、40wt.％芳纶浆粕(打浆度在40～80°SR)和10wt.％微纳米纤维素纤维(纤维直径为500nm～3μm)与水混合疏解，打浆，稀释至0.05wt％，得到浆料；
(2)将浆料流送至图1所示的造纸机，一次抄造成形，得到湿纸页；将湿纸页经压榨、干燥及400～450℃热压处理后，得到微纳米纤维素纤维/芳纶复合绝缘纸。
实施例6
本实施例的一种微纳米纤维素纤维/芳纶复合绝缘纸，通过如下方法制备：
(1)分别将40wt.％芳纶短纤维(纤维长度为3～6mm)、40wt.％芳纶浆粕(打浆度在40～80°SR)和20wt.％微纳米纤维素纤维(纤维直径为500nm～3μm)与水混合疏解，打浆，稀释至0.05wt％，得到浆料；
(2)将浆料流送至图1所示的造纸机，一次抄造成形，得到湿纸页；将湿纸页经压榨、干燥及400～450℃热压处理后，得到微纳米纤维素纤维/芳纶复合绝缘纸。
实施例7
本实施例的一种微纳米纤维素纤维/芳纶复合绝缘纸，通过如下方法制备：
(1)分别将60wt.％芳纶短纤维(纤维长度为3～6mm)、20wt.％芳纶浆粕(打浆度在40～80°SR)和20wt.％微纳米纤维素纤维(纤维直径为500nm～3μm)与水混合疏解，打浆，稀释至0.05wt％，得到浆料；
(2)将浆料流送至图1所示的造纸机，一次抄造成形，得到湿纸页；将湿纸页经压榨、干燥及400～450℃热压处理后，得到微纳米纤维素纤维/芳纶复合绝缘纸。
实施例8
本实施例的一种微纳米纤维素纤维/芳纶复合绝缘纸，通过如下方法制备：
(1)分别将70wt.％芳纶短纤维(纤维长度为3～6mm)、20wt.％芳纶浆粕(打浆度在40～80°SR)和10wt.％微纳米纤维素纤维(纤维直径为500nm～3μm)与水混合疏解，打浆，稀释至0.05wt％，得到浆料；
(2)将浆料流送至图1所示的造纸机，一次抄造成形，得到湿纸页；将湿纸页经压榨、干燥及400～450℃热压处理后，得到微纳米纤维素纤维/芳纶复合绝缘纸。
以上实施例1～8所得微纳米纤维素纤维/芳纶复合绝缘纸的性能测试数据如表1所示：
表1实施例1～8制备的复合绝缘纸性能测试数据
Figure BDA0001762453600000061
Figure BDA0001762453600000071
从表1结果可以看出，本发明实施例1～8制备的复合绝缘纸的定量为78～80g/m2，厚度为0.09～0.12mm，定量分布不均匀率CV值在3％以下，介电常数在2.0以下，抗张强度为60～68N/50mm。复合绝缘纸的定量与现有的绝缘纸产品相当，其厚度、介电常数及定量不均匀率均低于现有的产品，而紧度及抗张强度均高于现有的产品。结果表明本发明的复合绝缘纸具有较小的介电损耗、较好的定量分布均匀性、较高的紧度及抗张强度。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种微纳米纤维素纤维/芳纶复合绝缘纸，其特征在于：所述复合绝缘纸包含30～70wt.％的芳纶短纤维、20～50wt.％的芳纶浆粕和10～20wt.％的微纳米纤维素纤维；
所述复合绝缘纸的定量为10～200g/m2；厚度为15～2000μm；紧度>0.6g/ m3，定量不均匀率≤3％，介电常数<2；
所述的一种微纳米纤维素纤维/芳纶复合绝缘纸的制备包括如下制备步骤：
(1)分别将芳纶短纤维、芳纶浆粕和微纳米纤维素纤维与水混合疏解，打浆，稀释，得到浆料；
(2)将浆料流送至造纸机，抄造成形，干燥，热压后得到微纳米纤维素纤维/芳纶复合绝缘纸；
步骤(1)中所述稀释后得到的浆料浓度为0.005～0.1wt.％；
步骤(2)中所述抄造成形步骤如下：分别将芳纶短纤维浆料、芳纶浆粕浆料和微纳米纤维素纤维浆料送至造纸机的三个相邻流道，使三层浆料先后在同一区域层叠抄造成形，得到湿纸页；
步骤(2)中所述抄造成形前，对浆料进行整流，使浆料呈现高强微湍的流动状态；所述热压的温度为400～450℃。
2.根据权利要求1所述的一种微纳米纤维素纤维/芳纶复合绝缘纸，其特征在于：所述芳纶短纤维的纤维长度为3～6mm；芳纶浆粕打浆度在40～80°SR；微纳米纤维素纤维的纤维直径为500nm～3μm。
3.根据权利要求1所述的一种微纳米纤维素纤维/芳纶复合绝缘纸，其特征在于：所述芳纶短纤维和芳纶浆粕中的芳纶是指对位芳纶或间位芳纶。
4.根据权利要求1所述的一种微纳米纤维素纤维/芳纶复合绝缘纸，其特征在于：所述微纳米纤维素纤维的来源为针叶木浆或阔叶木浆。
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