CN110016838A - 一种稳定型复合芳纶绝缘纸的制备方法 - Google Patents

一种稳定型复合芳纶绝缘纸的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种稳定型复合芳纶绝缘纸的制备方法，属于绝缘材料技术领域。本发明先将硅酸酯、醇铝盐、无水乙醇、油酸和改性海泡石混合分散后，加热反应，再于惰性气体保护条件下高温反应后，于空气中退火，制得退火料，再将其与稀酸溶液混合后，水热反应，制得酸浸料；并将酸浸料分散于水中，得酸浸料分散液；随后将芳纶短切纤维经多巴胺预处理后，用硅烷偶联剂极性改性，制得改性芳纶短切纤维分散液；再将酸浸料分散液和改性芳纶短切纤维分散液混合分散后，抄造成型，随后经热压得干纸页，随后进行压光，即得稳定型复合芳纶绝缘纸。本发明技术方案制备的稳定型复合芳纶绝缘纸具有优异的力学性能和热稳定性能的特点。

Description

一种稳定型复合芳纶绝缘纸的制备方法
技术领域
本发明公开了一种稳定型复合芳纶绝缘纸的制备方法，属于绝缘材料技术领域。
背景技术
电力变压器是电力系统中的核心部件，担负着电力系统电能传输的重要任务。油浸式变压器的内绝缘是以绝缘纸和变压器油组成的复合绝缘。近年来随着电压等级的不断提高，对变压器内绝缘的要求也越来越高。因此提高绝缘纸和变压器油所组成的复合绝缘的绝缘性能具有十分重要的实际意义。
目前开展了大量的研究提高变压器油的绝缘性能，如向油中添加纳米粒子、采用各种植物油、采用各种植物油和矿物油的混合油等，取得了不少的成果，而对提高天然纤维素绝缘纸电气性能的改性研究还很少见。
从19世纪90年代开始天然纤维素绝缘纸就被广泛用在油浸式电力设备中，虽然电绝缘材料有了较大的变化和进步，但纤维素绝缘纸具有价格低、机械强度大、尺寸容易控制、浸油后电气性能优良、环境友好等特点，是油浸变压器的首选绝缘材料。在传统的造纸行业当中为了提高纸张的各种性能，在造纸的过程中加入不同的无机填料以增强纸张的性能，但关于无机填料对绝缘纸绝缘性能的影响研究却很少。这是由于绝缘纸作为一种特种纸，除了对其绝缘性能有比较高的要求外，对其力学性能也有比较高的要求，而采用传统的微米级别的无机粒子对纸进行填充改性会大大降低纸张的力学性能。随着纳米技术的发展，近年来纳米级别的无机粒子的制备取得了很大的发展，而利用无机纳米粒子来增强改性聚合物的各项性能也成为了近年来的研究热点。纳米粒子粒径小，比表面积大，利用纳米粒子来改性聚合物在一定的含量内不但不会降低材料的力学性能，反而会使材料的力学性能有所提高。两者化学结构相似，但性能差异却很大，应用领域各有不同。芳纶1313以其出色的耐高温绝缘性，成为高品质功能性纤维的一种，而芳纶1414极好的力学性能使之在高性能纤维中占据着重要核心地位。
目前，很多领域应用最多的是芳纶1313。这是一种柔软洁白、纤细蓬松、富有光泽的纤维，外观与普通化纤并无二致，却集众长于一身，拥有超乎寻常的"特异功能"。持久的热稳定性。芳纶1313最突出的特点就是耐高温，可在220℃高温下长期使用而不老化，其电气性能与机械性能可保持10年之久，而且尺寸稳定性极佳，在250℃左右时，其热收缩率仅为1%;短时间暴露于300℃高温中也不会收缩、脆化、软化或者熔融;在超过370℃的强温下才开始分解;400℃左右才开始碳化––如此高的热稳定性在目前有机耐温纤维中是很少有的。
材料在空气中燃烧所需氧气体积的百分比叫做极限氧指数，极限氧指数越大，其阻燃性能就越好。通常空气中氧气含量为21%，而芳纶1313的极限氧指数大于29%，属于难燃纤维，所以不会在空气中燃烧，也不助燃，具有自熄性。这种源于本身分子结构的固有特性使芳纶1313永久阻燃，因此有"防火纤维"之美称。
芳纶1313介电常数很低，固有的介电强度使其在高温、低温、高湿条件下均能保持优良的电绝缘性，用其制备的绝缘纸耐击穿电压可达到40KV/mm，是全球公认的最佳绝缘材料。芳纶1313的化学结构异常稳定，可耐大多数高浓无机酸及其他化学品的腐蚀，抗水解和蒸汽腐蚀。芳纶1313是柔性高分子材料，低刚度高伸长特性使之具备与普通纤维相同的可纺性，可用常规纺机加工成各种织物或无纺布，而且耐磨抗撕裂，适用范围十分广泛。芳纶1313耐α、β、χ射线以及紫外光线辐射的性能十分优异。用50Kv的χ射线辐射100小时，其纤维强度仍保持原来的73%，而此时的涤纶或锦纶则早已成了粉末。
传统芳纶绝缘纸力学性能和热稳定性能不佳，导致其使用过程中，绝缘寿命有限的弊端，为获取更高综合性能的提升，是其推广与应用于更广阔的领域，满足工业生产需求亟待解决的问题。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是：针对传统芳纶绝缘纸力学性能和热稳定性能不佳，导致其使用过程中，绝缘寿命有限的弊端，提供了一种稳定型复合芳纶绝缘纸的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种稳定型复合芳纶绝缘纸的制备方法，具体制备步骤为：
（1）按重量份数计，依次取60～80份硅酸酯，15～30份醇铝盐，150～200份无水乙醇，30～40份油酸，8～10份改性海泡石，混合分散后，加热回流反应，再经离心分离，干燥，随后于惰性气体保护状态下，升温至1500～1520℃，高温反应2～5h后，于空气气氛中退火10～30min，再经冷却，得退火料；
（2）将退火料和稀酸溶液混合后，水热反应，再经过滤，洗涤和干燥，得酸浸料，再将所得酸浸料和去离子水按质量比为1：3～1：5混合分散，得酸浸料分散液；
（3）将芳纶短切纤维和水按质量比为1：5～1：8搅拌分散，再加入芳纶短切纤维质量1～3%的多巴胺，搅拌反应1～2h后，再滴加芳纶短切纤维质量10～15%的硅烷偶联剂乙醇溶液，待滴加完毕后，继续搅拌反应3～5h，得改性芳纶短切纤维分散液；
（4）将酸浸料分散液和改性芳纶短切纤维分散液按质量比为1：4～1：8混合分散，得混合浆料；
（5）将混合浆料抄造成型，再经热压得干纸页，随后进行压光，即得稳定型复合芳纶绝缘纸。
步骤（1）所述硅酸酯为正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯中的任意一种。
步骤（1）所述醇铝盐为乙醇铝、异丙醇铝中的任意一种。
步骤（1）所述改性海泡石的改性方法为：按重量份数计，依次取30～50份海泡石，6～8份铝酸酯偶联剂，80～100份无水乙醇，混合球磨后，真空干燥至恒重，出料，即得改性海泡石。
步骤（1）所述惰性气体为氮气、氦气、氩气中的任意一种。
步骤（2）所述稀酸溶液为质量分数为3～5%的稀盐酸溶液，质量分数为4～8%的稀硫酸溶液、质量分数为4～6%的稀硝酸溶液中的任意一种。
步骤（3）所述芳纶短切纤维为长度为2～6mm，直径为8～15μm的芳纶短切纤维。
步骤（3）所述硅烷偶联剂乙醇溶液是由硅烷偶联剂和无水乙醇按质量比为1：4～1：5复配而成；所述硅烷偶联剂可选用硅烷偶联剂KH-550，硅烷偶联剂KH-560或硅烷偶联剂KH-570中的任意一种。
步骤（1）所述于空气气氛中退火为：停止通入惰性气体，改为以200～220mL/min速率通入压缩空气，控制降温速率为4～8℃/min条件下，进行退火。
步骤（3）所述多巴胺溶液中还可以加入多巴胺溶液质量10～20%的碱液；所述碱液可选择质量分数为2～4%的氢氧化钠溶液，质量分数为2～4%的氢氧化钾溶液，质量分数为8～10%的碳酸钠溶液，质量分数为8～10%的碳酸氢钠溶液，质量分数为8～10%的尿素溶液或质量分数为8～10%的氨水中的任意一种。
本发明的有益效果是：
（1）本发明技术方案通过自行制备酸浸料，通过对原料和制备工艺的相互配合，实现了对酸浸料物理结构的改变，在制备过程中，首先利用改性海泡石为载体，无水乙醇和油酸的脱水缩合反应提供水分，该脱水缩合反应为缓慢均匀的可逆反应，保障了硅酸酯和醇铝盐的水解反应缓慢均匀进行，一旦有水解产物晶体产生，即可被海泡石吸附固定，保障水解产物尺寸在纳米级，且两者均匀混合，在后续高温反应过程中，内部有机质炭化后与水解产生的二氧化硅反应，使部分二氧化硅转变为碳化硅，实现对骨架的加固，且随着有机质的炭化，使内部形成中空结构，而在酸浸过程中，一方面，酸可使沉积的纳米氧化铝溶解，从而形成空心微孔结构，空心微孔结构的存在，有利于在体系内部引入空气，提高产品内部绝缘性能；另一方面，酸中氢离子可取代海泡石骨架结构中的镁离子，使骨架中Si-O转变为Si-OH，导致海泡石内部通道连通，使海泡石中微孔发展为中孔，比表面积得到提升，从而得到以海泡石中孔结构和二氧化硅/碳化硅微孔结构复合的酸浸料；再与芳纶纤维混合过程中，表面硅羟基与芳纶纤维形成化学键合，而中孔和微孔复合结构的存在可有效提高其粗糙度，可与芳纶纤维表面吸附的二氧化硅形成齿合结构，有效避免在受力过程中，芳纶短纤和酸浸料之间发生相对位移，从而提高两者之间的机械结合力，使产品力学性能得到有效提升；再者，得益于中空的微孔结构以及中孔结构的存在，可在体系中引入更多的空气，空气的引入可有效提高产品的绝缘性能，使产品介电常数降低；
（2）本发明技术方案通过使产品内部结构形成中孔和微孔结构的复合结构，使内部形成良好的空气滞留效应，而空气不仅仅是电的不良导体，同时也是热的不良导体，空气的有效滞留可提升产品对热量的屏蔽和缓冲效果，对产品的热稳定性能提升做出技术贡献。
具体实施方式
按重量份数计，依次取30～50份海泡石，6～8份铝酸酯偶联剂，80～100份无水乙醇，倒入球磨罐中，并按球料质量比为20：1～30：1加入氧化锆球磨珠，球磨混合4～6h后，出料，得球磨料，再将所得球磨料转入真空干燥箱中，于温度为85～95℃，压力为60～80Pa条件下，真空干燥至恒重，出料，得改性海泡石；按重量份数计，依次取60～80份硅酸酯，15～30份醇铝盐，150～200份无水乙醇，30～40份油酸，8～10份改性海泡石，混合倒入三口烧瓶中，并将三口烧瓶转入超声分散仪中，于超声频率为45～55kHz条件下超声分散45～60min后，再将三口烧瓶移至数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为85～95℃条件下，加热回流反应4～6h后，将三口烧瓶中物料转入离心机中，于转速为8000～12000r/min条件下，离心分离15～20min，收集下层沉淀物，并将所得下层沉淀物置于烘箱中，于温度为105～110℃条件下干燥至恒重，得干燥沉淀物；再将所得干燥沉淀物转入管式炉中，以600～800mL/min速率向炉内通入惰性气体，于惰性气体保护状态下，加热升温至1500～1520℃，保温反应2～5h后，停止通入惰性气体，改为以200～220mL/min速率通入压缩空气，控制降温速率为4～8℃/min条件下，进行退火10～30min，再经冷却，得退火料；将所得退火料和稀酸溶液按质量比为1：3～1：5混合倒入水热釜中，于温度为140～160℃，压力为2.0～2.6MPa，转速为300～500r/min条件下，水热搅拌反应2～4h后，出料，过滤，得滤饼，并用去离子水洗涤滤饼3～5次，再将洗涤后的滤饼转入烘箱中，于温度为100～105℃条件下干燥至恒重，得酸浸料；再将所得酸浸料和去离子水按质量比为1：3～1：5混合倒入烧杯中，于超声频率为55～60kHz条件下，超声分散45～60min，得酸浸料分散液；将芳纶短切纤维和水按质量比为1：5～1：8加入反应釜中，用搅拌器以400～600r/min转速搅拌分散10～30min后，再加入芳纶短切纤维质量1～3%的多巴胺，并加入多巴胺溶液质量10～20%的碱液；继续搅拌反应1～2h后，以8～10mL/min速率向反应釜中滴加芳纶短切纤维质量10～15%的硅烷偶联剂乙醇溶液，待硅烷偶联剂乙醇溶液滴加完毕，继续搅拌反应3～5h，得改性芳纶短切纤维分散液；将酸浸料分散液和改性芳纶短切纤维分散液按质量比为1：4～1：8混合倒入混料机中，用搅拌器以800～1200r/min转速搅拌分散45～60min，得混合浆料；再用纸样抄取器将混合浆料抄造成型，并经热压，得干纸页，随后用压光机进行压光，即得稳定型复合芳纶绝缘纸。所述硅酸酯为正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯中的任意一种。所述醇铝盐为乙醇铝、异丙醇铝中的任意一种。所述惰性气体为氮气、氦气、氩气中的任意一种。所述稀酸溶液为质量分数为3～5%的稀盐酸溶液，质量分数为4～8%的稀硫酸溶液、质量分数为4～6%的稀硝酸溶液中的任意一种。所述芳纶短切纤维为长度为2～6mm，直径为8～15μm的芳纶短切纤维。所述硅烷偶联剂乙醇溶液是由硅烷偶联剂和无水乙醇按质量比为1：4～1：5复配而成；所述硅烷偶联剂可选用硅烷偶联剂KH-550，硅烷偶联剂KH-560或硅烷偶联剂KH-570中的任意一种。所述碱液可选择质量分数为2～4%的氢氧化钠溶液，质量分数为2～4%的氢氧化钾溶液，质量分数为8～10%的碳酸钠溶液，质量分数为8～10%的碳酸氢钠溶液，质量分数为8～10%的尿素溶液或质量分数为8～10%的氨水中的任意一种。
实例1
按重量份数计，依次取50份海泡石，8份铝酸酯偶联剂，100份无水乙醇，倒入球磨罐中，并按球料质量比为30：1加入氧化锆球磨珠，球磨混合6h后，出料，得球磨料，再将所得球磨料转入真空干燥箱中，于温度为95℃，压力为80Pa条件下，真空干燥至恒重，出料，得改性海泡石；按重量份数计，依次取80份硅酸酯，30份醇铝盐，200份无水乙醇，40份油酸，10份改性海泡石，混合倒入三口烧瓶中，并将三口烧瓶转入超声分散仪中，于超声频率为55kHz条件下超声分散60min后，再将三口烧瓶移至数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为95℃条件下，加热回流反应6h后，将三口烧瓶中物料转入离心机中，于转速为12000r/min条件下，离心分离20min，收集下层沉淀物，并将所得下层沉淀物置于烘箱中，于温度为110℃条件下干燥至恒重，得干燥沉淀物；再将所得干燥沉淀物转入管式炉中，以800mL/min速率向炉内通入惰性气体，于惰性气体保护状态下，加热升温至1520℃，保温反应5h后，停止通入惰性气体，改为以200mL/min速率通入压缩空气，控制降温速率为4℃/min条件下，进行退火30min，再经冷却，得退火料；将所得退火料和稀酸溶液按质量比为1：5混合倒入水热釜中，于温度为160℃，压力为2.6MPa，转速为500r/min条件下，水热搅拌反应4h后，出料，过滤，得滤饼，并用去离子水洗涤滤饼5次，再将洗涤后的滤饼转入烘箱中，于温度为105℃条件下干燥至恒重，得酸浸料；再将所得酸浸料和去离子水按质量比为1：1：5混合倒入烧杯中，于超声频率为60kHz条件下，超声分散60min，得酸浸料分散液；将芳纶短切纤维和水按质量比为1：8加入反应釜中，用搅拌器以600r/min转速搅拌分散30min后，再加入芳纶短切纤维质量3%的多巴胺，并加入多巴胺溶液质量10%的碱液；继续搅拌反应2h后，以10mL/min速率向反应釜中滴加芳纶短切纤维质量15%的硅烷偶联剂乙醇溶液，待硅烷偶联剂乙醇溶液滴加完毕，继续搅拌反应5h，得改性芳纶短切纤维分散液；将酸浸料分散液和改性芳纶短切纤维分散液按质量比为1：8混合倒入混料机中，用搅拌器以1200r/min转速搅拌分散60min，得混合浆料；再用纸样抄取器将混合浆料抄造成型，并经热压，得干纸页，随后用压光机进行压光，即得稳定型复合芳纶绝缘纸。所述硅酸酯为正硅酸甲酯。所述醇铝盐为乙醇铝。所述惰性气体为氮气。所述稀酸溶液为质量分数为5%的稀盐酸溶液，质量分数为8%的稀硫酸溶液。所述芳纶短切纤维为长度为6mm，直径为15μm的芳纶短切纤维。所述硅烷偶联剂乙醇溶液是由硅烷偶联剂KH-560和无水乙醇按质量比为1：4复配而成。所述碱液选择质量分数为2%的氢氧化钠溶液。
实例2
按重量份数计，依次取50份海泡石，8份铝酸酯偶联剂，100份无水乙醇，倒入球磨罐中，并按球料质量比为30：1加入氧化锆球磨珠，球磨混合6h后，出料，得球磨料，再将所得球磨料转入真空干燥箱中，于温度为95℃，压力为80Pa条件下，真空干燥至恒重，出料，得改性海泡石；按重量份数计，依次取80份硅酸酯，200份无水乙醇，40份油酸，10份改性海泡石，混合倒入三口烧瓶中，并将三口烧瓶转入超声分散仪中，于超声频率为55kHz条件下超声分散60min后，再将三口烧瓶移至数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为95℃条件下，加热回流反应6h后，将三口烧瓶中物料转入离心机中，于转速为12000r/min条件下，离心分离20min，收集下层沉淀物，并将所得下层沉淀物置于烘箱中，于温度为110℃条件下干燥至恒重，得干燥沉淀物；再将所得干燥沉淀物转入管式炉中，以800mL/min速率向炉内通入惰性气体，于惰性气体保护状态下，加热升温至1520℃，保温反应5h后，停止通入惰性气体，改为以200mL/min速率通入压缩空气，控制降温速率为4℃/min条件下，进行退火30min，再经冷却，得退火料；将所得退火料和稀酸溶液按质量比为1：5混合倒入水热釜中，于温度为160℃，压力为2.6MPa，转速为500r/min条件下，水热搅拌反应4h后，出料，过滤，得滤饼，并用去离子水洗涤滤饼5次，再将洗涤后的滤饼转入烘箱中，于温度为105℃条件下干燥至恒重，得酸浸料；再将所得酸浸料和去离子水按质量比为1：1：5混合倒入烧杯中，于超声频率为60kHz条件下，超声分散60min，得酸浸料分散液；将芳纶短切纤维和水按质量比为1：8加入反应釜中，用搅拌器以600r/min转速搅拌分散30min后，再加入芳纶短切纤维质量3%的多巴胺，并加入多巴胺溶液质量10%的碱液，继续搅拌反应2h后，以10mL/min速率向反应釜中滴加芳纶短切纤维质量15%的硅烷偶联剂乙醇溶液，待硅烷偶联剂乙醇溶液滴加完毕，继续搅拌反应5h，得改性芳纶短切纤维分散液；将酸浸料分散液和改性芳纶短切纤维分散液按质量比为1：8混合倒入混料机中，用搅拌器以1200r/min转速搅拌分散60min，得混合浆料；再用纸样抄取器将混合浆料抄造成型，并经热压，得干纸页，随后用压光机进行压光，即得稳定型复合芳纶绝缘纸。所述硅酸酯为正硅酸甲酯。所述惰性气体为氮气。所述稀酸溶液为质量分数为5%的稀盐酸溶液，质量分数为8%的稀硫酸溶液。所述芳纶短切纤维为长度为6mm，直径为15μm的芳纶短切纤维。所述硅烷偶联剂乙醇溶液是由硅烷偶联剂KH-560和无水乙醇按质量比为1：4复配而成。所述碱液选择质量分数为2%的氢氧化钠溶液。
实例3
按重量份数计，依次取80份硅酸酯，30份醇铝盐，200份无水乙醇，40份油酸，10份海泡石，混合倒入三口烧瓶中，并将三口烧瓶转入超声分散仪中，于超声频率为55kHz条件下超声分散60min后，再将三口烧瓶移至数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为95℃条件下，加热回流反应6h后，将三口烧瓶中物料转入离心机中，于转速为12000r/min条件下，离心分离20min，收集下层沉淀物，并将所得下层沉淀物置于烘箱中，于温度为110℃条件下干燥至恒重，得干燥沉淀物；再将所得干燥沉淀物转入管式炉中，以800mL/min速率向炉内通入惰性气体，于惰性气体保护状态下，加热升温至1520℃，保温反应5h后，停止通入惰性气体，改为以200mL/min速率通入压缩空气，控制降温速率为4℃/min条件下，进行退火30min，再经冷却，得退火料；将所得退火料和稀酸溶液按质量比为1：5混合倒入水热釜中，于温度为160℃，压力为2.6MPa，转速为500r/min条件下，水热搅拌反应4h后，出料，过滤，得滤饼，并用去离子水洗涤滤饼5次，再将洗涤后的滤饼转入烘箱中，于温度为105℃条件下干燥至恒重，得酸浸料；再将所得酸浸料和去离子水按质量比为1：1：5混合倒入烧杯中，于超声频率为60kHz条件下，超声分散60min，得酸浸料分散液；将芳纶短切纤维和水按质量比为1：8加入反应釜中，用搅拌器以600r/min转速搅拌分散30min后，再加入芳纶短切纤维质量3%的多巴胺，并加入多巴胺溶液质量10%的碱液，继续搅拌反应2h后，以10mL/min速率向反应釜中滴加芳纶短切纤维质量15%的硅烷偶联剂乙醇溶液，待硅烷偶联剂乙醇溶液滴加完毕，继续搅拌反应5h，得改性芳纶短切纤维分散液；将酸浸料分散液和改性芳纶短切纤维分散液按质量比为1：8混合倒入混料机中，用搅拌器以1200r/min转速搅拌分散60min，得混合浆料；再用纸样抄取器将混合浆料抄造成型，并经热压，得干纸页，随后用压光机进行压光，即得稳定型复合芳纶绝缘纸。所述硅酸酯为正硅酸甲酯。所述醇铝盐为乙醇铝。所述惰性气体为氮气。所述稀酸溶液为质量分数为5%的稀盐酸溶液，质量分数为8%的稀硫酸溶液。所述芳纶短切纤维为长度为6mm，直径为15μm的芳纶短切纤维。所述硅烷偶联剂乙醇溶液是由硅烷偶联剂KH-560和无水乙醇按质量比为1：4复配而成。所述碱液选择质量分数为2%的氢氧化钠溶液。
实例4
按重量份数计，依次取80份硅酸酯，30份醇铝盐，200份无水乙醇，40份油酸，混合倒入三口烧瓶中，并将三口烧瓶转入超声分散仪中，于超声频率为55kHz条件下超声分散60min后，再将三口烧瓶移至数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为95℃条件下，加热回流反应6h后，将三口烧瓶中物料转入离心机中，于转速为12000r/min条件下，离心分离20min，收集下层沉淀物，并将所得下层沉淀物置于烘箱中，于温度为110℃条件下干燥至恒重，得干燥沉淀物；再将所得干燥沉淀物转入管式炉中，以800mL/min速率向炉内通入惰性气体，于惰性气体保护状态下，加热升温至1520℃，保温反应5h后，停止通入惰性气体，改为以200mL/min速率通入压缩空气，控制降温速率为4℃/min条件下，进行退火30min，再经冷却，得退火料；将所得退火料和稀酸溶液按质量比为1：5混合倒入水热釜中，于温度为160℃，压力为2.6MPa，转速为500r/min条件下，水热搅拌反应4h后，出料，过滤，得滤饼，并用去离子水洗涤滤饼5次，再将洗涤后的滤饼转入烘箱中，于温度为105℃条件下干燥至恒重，得酸浸料；再将所得酸浸料和去离子水按质量比为1：1：5混合倒入烧杯中，于超声频率为60kHz条件下，超声分散60min，得酸浸料分散液；将芳纶短切纤维和水按质量比为1：8加入反应釜中，用搅拌器以600r/min转速搅拌分散30min后，再加入芳纶短切纤维质量3%的多巴胺，并加入多巴胺溶液质量10%的碱液，继续搅拌反应2h后，以10mL/min速率向反应釜中滴加芳纶短切纤维质量15%的硅烷偶联剂乙醇溶液，待硅烷偶联剂乙醇溶液滴加完毕，继续搅拌反应5h，得改性芳纶短切纤维分散液；将酸浸料分散液和改性芳纶短切纤维分散液按质量比为1：8混合倒入混料机中，用搅拌器以1200r/min转速搅拌分散60min，得混合浆料；再用纸样抄取器将混合浆料抄造成型，并经热压，得干纸页，随后用压光机进行压光，即得稳定型复合芳纶绝缘纸。所述硅酸酯为正硅酸甲酯。所述醇铝盐为乙醇铝。所述惰性气体为氮气。所述稀酸溶液为质量分数为5%的稀盐酸溶液，质量分数为8%的稀硫酸溶液。所述芳纶短切纤维为长度为6mm，直径为15μm的芳纶短切纤维。所述硅烷偶联剂乙醇溶液是由硅烷偶联剂KH-560和无水乙醇按质量比为1：4复配而成。所述碱液选择质量分数为2%的氢氧化钠溶液。
实例5
按重量份数计，依次取50份海泡石，8份铝酸酯偶联剂，100份无水乙醇，倒入球磨罐中，并按球料质量比为30：1加入氧化锆球磨珠，球磨混合6h后，出料，得球磨料，再将所得球磨料转入真空干燥箱中，于温度为95℃，压力为80Pa条件下，真空干燥至恒重，出料，得改性海泡石；按重量份数计，依次取80份硅酸酯，30份醇铝盐，200份无水乙醇，40份油酸，10份改性海泡石，混合倒入三口烧瓶中，并将三口烧瓶转入超声分散仪中，于超声频率为55kHz条件下超声分散60min后，再将三口烧瓶移至数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为95℃条件下，加热回流反应6h后，将三口烧瓶中物料转入离心机中，于转速为12000r/min条件下，离心分离20min，收集下层沉淀物，并将所得下层沉淀物置于烘箱中，于温度为110℃条件下干燥至恒重，得干燥沉淀物；再将所得干燥沉淀物转入管式炉中，以800mL/min速率向炉内通入惰性气体，于惰性气体保护状态下，加热升温至1520℃，保温反应5h后，停止通入惰性气体，改为以200mL/min速率通入压缩空气，控制降温速率为4℃/min条件下，进行退火30min，再经冷却，得退火料；将芳纶短切纤维和水按质量比为1：8加入反应釜中，用搅拌器以600r/min转速搅拌分散30min后，再加入芳纶短切纤维质量3%的多巴胺，继续搅拌反应2h后，以10mL/min速率向反应釜中滴加芳纶短切纤维质量15%的硅烷偶联剂乙醇溶液，待硅烷偶联剂乙醇溶液滴加完毕，继续搅拌反应5h，得改性芳纶短切纤维分散液；将改性芳纶短切纤维分散液倒入混料机中，用搅拌器以1200r/min转速搅拌分散60min，得混合浆料；再用纸样抄取器将混合浆料抄造成型，并经热压，得干纸页，随后用压光机进行压光，即得稳定型复合芳纶绝缘纸。所述硅酸酯为正硅酸甲酯。所述醇铝盐为乙醇铝。所述惰性气体为氮气。所述稀酸溶液为质量分数为5%的稀盐酸溶液，质量分数为8%的稀硫酸溶液。所述芳纶短切纤维为长度为6mm，直径为15μm的芳纶短切纤维。所述硅烷偶联剂乙醇溶液是由硅烷偶联剂KH-560和无水乙醇按质量比为1：4复配而成。
对比例：按重量份数计，依次取80份硅酸酯，200份无水乙醇，40份油酸，混合倒入三口烧瓶中，并将三口烧瓶转入超声分散仪中，于超声频率为55kHz条件下超声分散60min后，再将三口烧瓶移至数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为95℃条件下，加热回流反应6h后，将三口烧瓶中物料转入离心机中，于转速为12000r/min条件下，离心分离20min，收集下层沉淀物，并将所得下层沉淀物置于烘箱中，于温度为110℃条件下干燥至恒重，得干燥沉淀物；再将所得干燥沉淀物转入管式炉中，以800mL/min速率向炉内通入惰性气体，于惰性气体保护状态下，加热升温至1520℃，保温反应5h后，于空气气氛中退火30min，再经冷却，得退火料；将芳纶短切纤维和水按质量比为1：8加入反应釜中，用搅拌器以600r/min转速搅拌分散30min后，再加入芳纶短切纤维质量3%的多巴胺，继续搅拌反应2h后，以10mL/min速率向反应釜中滴加芳纶短切纤维质量15%的硅烷偶联剂乙醇溶液，待硅烷偶联剂乙醇溶液滴加完毕，继续搅拌反应5h，得改性芳纶短切纤维分散液；将改性芳纶短切纤维分散液按质量比为1：8混合倒入混料机中，用搅拌器以1200r/min转速搅拌分散60min，得混合浆料；再用纸样抄取器将混合浆料抄造成型，并经热压，得干纸页，随后用压光机进行压光，即得稳定型复合芳纶绝缘纸。所述硅酸酯为正硅酸甲酯。所述惰性气体为氮气。所述稀酸溶液为质量分数为5%的稀盐酸溶液，质量分数为8%的稀硫酸溶液。所述芳纶短切纤维为长度为6mm，直径为15μm的芳纶短切纤维。所述硅烷偶联剂乙醇溶液是由硅烷偶联剂KH-560和无水乙醇按质量比为1：4复配而成。
将实例1至实例5所得的稳定型复合芳纶绝缘纸及对比例产品进行性能检测，具体检测方法如下：
绝缘纸工频击穿场强按照GB/T1408进行，采用25号矿物油作为周围媒质，测试上述绝缘纸连续升压时样品的短时快速（10～20s）击穿强度。试验变压器容量为50kVA/50kV，试验电压220V，升压速度为500V/s。每次测量试样数量6个，最后求取平均值。试验环境温度25℃，相对温度50%。
玻璃化转变温度是具有无定形态物质的一项基本特性，是高分子材料从玻璃态转到高弹态的一个转折温度。对绝缘纸来说，玻璃态的转变过程是一个热力学过程，可以反映出绝缘纸的热性能。
表1稳定型复合芳纶绝缘纸具体检测结果
由表1检测结果可知，本发明技术方案制备的稳定型复合芳纶绝缘纸具有优异的力学性能和热稳定性能的特点，在绝缘材料技术行业的发展中具有广阔的前景。

Claims (10)

1.一种稳定型复合芳纶绝缘纸的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）按重量份数计，依次取60～80份硅酸酯，15～30份醇铝盐，150～200份无水乙醇，30～40份油酸，8～10份改性海泡石，混合分散后，加热回流反应，再经离心分离，干燥，随后于惰性气体保护状态下，升温至1500～1520℃，高温反应2～5h后，于空气气氛中退火10～30min，再经冷却，得退火料；
（2）将退火料和稀酸溶液混合后，水热反应，再经过滤，洗涤和干燥，得酸浸料，再将所得酸浸料和去离子水按质量比为1：3～1：5混合分散，得酸浸料分散液；
（3）将芳纶短切纤维和水按质量比为1：5～1：8搅拌分散，再加入芳纶短切纤维质量1～3%的多巴胺，搅拌反应1～2h后，再滴加芳纶短切纤维质量10～15%的硅烷偶联剂乙醇溶液，待滴加完毕后，继续搅拌反应3～5h，得改性芳纶短切纤维分散液；
（4）将酸浸料分散液和改性芳纶短切纤维分散液按质量比为1：4～1：8混合分散，得混合浆料；
（5）将混合浆料抄造成型，再经热压得干纸页，随后进行压光，即得稳定型复合芳纶绝缘纸。
2.根据权利要求1所述的一种稳定型复合芳纶绝缘纸的制备方法，其特征在于步骤（1）所述硅酸酯为正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种稳定型复合芳纶绝缘纸的制备方法，其特征在于步骤（1）所述醇铝盐为乙醇铝、异丙醇铝中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的一种稳定型复合芳纶绝缘纸的制备方法，其特征在于步骤（1）所述改性海泡石的改性方法为：按重量份数计，依次取30～50份海泡石，6～8份铝酸酯偶联剂，80～100份无水乙醇，混合球磨后，真空干燥至恒重，出料，即得改性海泡石。
5.根据权利要求1所述的一种稳定型复合芳纶绝缘纸的制备方法，其特征在于步骤（1）所述惰性气体为氮气、氦气、氩气中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的一种稳定型复合芳纶绝缘纸的制备方法，其特征在于步骤（2）所述稀酸溶液为质量分数为3～5%的稀盐酸溶液，质量分数为4～8%的稀硫酸溶液、质量分数为4～6%的稀硝酸溶液中的任意一种。
7.根据权利要求1所述的一种稳定型复合芳纶绝缘纸的制备方法，其特征在于步骤（3）所述芳纶短切纤维为长度为2～6mm，直径为8～15μm的芳纶短切纤维。
8.根据权利要求1所述的一种稳定型复合芳纶绝缘纸的制备方法，其特征在于步骤（3）所述硅烷偶联剂乙醇溶液是由硅烷偶联剂和无水乙醇按质量比为1：4～1：5复配而成；所述硅烷偶联剂可选用硅烷偶联剂KH-550，硅烷偶联剂KH-560或硅烷偶联剂KH-570中的任意一种。
9.根据权利要求1所述的一种稳定型复合芳纶绝缘纸的制备方法，其特征在于步骤（1）所述于空气气氛中退火为：停止通入惰性气体，改为以200～220mL/min速率通入压缩空气，控制降温速率为4～8℃/min条件下，进行退火。
10.根据权利要求1所述的一种稳定型复合芳纶绝缘纸的制备方法，其特征在于步骤（3）所述多巴胺溶液中还可以加入多巴胺质量10～20%的碱液；所述碱液可选择质量分数为2～4%的氢氧化钠溶液，质量分数为2～4%的氢氧化钾溶液，质量分数为8～10%的碳酸钠溶液，质量分数为8～10%的碳酸氢钠溶液，质量分数为8～10%的尿素溶液或质量分数为8～10%的氨水中的任意一种。
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