CN110106737B - 一种芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸的制备方法,目的在于通过将宏观芳纶纤维去质子化变成芳纶纳米纤维,再利用原位沉积法实现芳纶纳米纤维对云母的自成膜包覆和界面增强作用,实现了云母粒径适应性广,且匀度、机械强度、介电强度远高于普通芳纶云母绝缘纸的性能,解决了现有芳纶云母绝缘纸湿法造纸过程中:(1)云母粒径受性能影响所限制,(2)机械强度低,(3)云母自由堆积、分布产生空隙与孔径致介电强度低,(4)成纸两面差大,匀度低等问题和缺陷,且操作简单,效果显著,为更高性能的电机绝缘材料的制备提供了新的方法。

Description

一种芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸的制备方法
技术领域
本发明属于造纸工业及绝缘工业交叉领域,具体涉及一种芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸的制备方法。
背景技术
电气绝缘材料是现代电机设备中的重要材料,广泛地应用在航天航空、轨道交通等领域。芳纶云母绝缘纸是一种大型电机中应用较为广泛的绝缘材料。已知的芳纶云母绝缘纸的制备都是通过传统的湿法造纸技术,对芳纶纤维浆料和云母进行混合后,成形、干燥、热压所制备。其最大的问题在于:(1)云母粒径受性能影响所限制(2)云母与纤维界面结合作用弱,机械强度低(3)云母自由堆积、分布产生空隙与孔径致介电强度低(4)成纸两面差大,匀度低。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸的制备方法,以克服现有技术存在的缺陷,本发明通过将宏观芳纶纤维去质子化变成芳纶纳米纤维,再利用原位沉积法实现芳纶纳米纤维对云母的自成膜包覆和界面增强作用,实现了云母粒径适应性广,机械强度、介电强度远高于普通芳纶云母绝缘纸的各项性能。
为达到上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸的制备方法,包括以下步骤:
(1)将对位芳纶短切纤维经十二烷基苯磺酸钠热水洗涤处理,得到预处理后的芳纶纤维;将预处理后的芳纶纤维、氢氧化钾、二甲基亚砜同时置于容器中,密封后持续机械搅拌处理,得到在KOH/DMSO体系中稳定分散存在的芳纶纳米纤维分散液A;
(2)将云母鳞片经超声处理分散于去离子水中,在机械力搅拌作用下配制成云母悬浮液;
(3)在持续机械搅拌下,向芳纶纳米纤维分散液A中加入云母悬浮液,利用原位沉积法得到分散于水相体系中的芳纶纳米纤维/KOH/DMSO/云母混合液B;
(4)将芳纶纳米纤维/KOH/DMSO/云母混合液B进行真空抽滤,得到芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸预制体C;
(5)将芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸预制体C采用去离子水和无水乙醇反复交替洗涤若干次,得到芳纶纳米纤维/云母复合绝缘湿纸幅D;
(6)将芳纶纳米纤维/云母复合绝缘湿纸幅D经干燥后得到芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸。
进一步地,步骤(1)中所述的十二烷基苯磺酸钠热水浓度为1.2×10-3~1.5×10- 3mol/L,热水洗涤条件为:在60~80℃的温度下机械搅拌30~60min。
进一步地,步骤(1)中预处理后的芳纶纤维、氢氧化钾、二甲基亚砜比例为1g:1.5g:500ml。
进一步地,步骤(1)中持续机械搅拌具体要求为:密封条件下,采用磁力搅拌器室温下搅拌5~7天,转速为550~850rpm。
进一步地,步骤(2)中去离子水与芳纶纳米纤维分散液A的质量比为1:2~1:5。
进一步地,步骤(2)中云母鳞片为白云母鳞片,白云母鳞片尺寸为10~200μm,超声处理功率为500~1000W,时间为10~30min。
进一步地,步骤(3)芳纶纳米纤维分散液A中的芳纶纳米纤维和云母悬浮液中的云母鳞片的质量比为(1~5):(5~9)。
进一步地,步骤(4)中将芳纶纳米纤维/KOH/DMSO/云母混合液B通过500目尼龙滤膜真空抽滤。
进一步地,步骤(5)中洗涤用无水乙醇的体积与芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸预制体C中芳纶纳米纤维的质量比为1ml:5mg~1ml:3mg;所述洗涤用去离子水与芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸预制体C的质量比为5:1~2:1。
进一步地,步骤(6)中干燥温度为105℃,干燥时间为8~15min。
与现有技术相比,本发明具有以下有益的技术效果:
本发明方法通过将宏观芳纶纤维在DMSO/KOH溶解作用下去质子化变成芳纶纳米纤维悬浮液,且在机械力搅拌、分散作用下注射云母悬浮液,使得芳纶纳米纤维与水发生质子还原过程并析出在云母表面,芳纶纳米纤维由于比表面积大、活性位点多且相容性好在洗涤、成形、干燥过程中紧密结合,实现了芳纶纳米纤维与云母的层层自组装,增大了云母与云母、云母与纤维、纤维与纤维之间的界面结合,成纸机械强度更高,另外本发明采用原位沉积法,通过在芳纶纳米纤维/DMSO/KOH悬浮液中注射云母悬浮液发生质子还原过程,在机械力搅拌作用下使得析出的芳纶纳米纤维在悬浮云母颗粒的表面析出、包覆、缠绕,由于机械搅拌的分散作用和芳纶纳米纤维的纳米尺度,实现了云母的均匀分散和自成膜全包覆,避免了纤维与纤维、云母与云母、纤维与云母之间产生的空隙和孔径,成纸更加均一、致密,极大地提高了芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸的介电强度,本发明制备的芳纶纳米纤维云母复合绝缘纸与传统湿法造纸技术所制备出来的芳纶云母绝缘纸相比,成纸两面差小,匀度高。
进一步地,本发明采用的云母粒径为10-200μm,该方法对于云母粒径适应性广,使资源得到充分利用。
附图说明
图1为一种芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸的制备方法示意图;
图2为对比实施例得到的普通芳纶纤维/云母绝缘纸扫描电镜(SEM)图像,其中(a)为普通芳纶纤维/云母复合绝缘纸平面扫描电镜(SEM)图像,(b)为芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸截面扫描电镜(SEM)图像。
图3为本发明实施例4得到的芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸平面扫描电镜(SEM)图像。
图4为本发明实施例4得到的芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸截面扫描电镜(SEM)图像。
具体实施方式
下面对本发明的实施方式做进一步详细描述:
一种芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸的制备方法,通过将宏观芳纶纤维去质子化变成芳纶纳米纤维,再利用原位沉积法实现芳纶纳米纤维对云母的自成膜包覆和界面增强作用,实现了云母粒径适应性广,机械强度、介电强度远高于普通芳纶云母绝缘纸的各项性能。解决了现有芳纶云母绝缘纸湿法造纸过程中:(1)云母粒径受性能影响所限制(2)机械强度低(3)云母自由堆积、分布产生空隙与孔径致介电强度低(4)成纸两面差大,匀度低等问题和缺陷,所采用的芳纶纳米纤维是宏观芳纶纤维通过碱溶法辅助机械搅拌去质子化,再经质子还原得到的产物,具有独特的纳米尺度结构、大的长径比和比表面积,表面含有丰富的化学位点和活性基团,且保留了宏观芳纶纤维优异的力学性能和绝缘性能,在本发明制备过程中,作为一种新型的微纳米尺度界面增强材料。
具体包含以下步骤:
(1)芳纶纳米纤维悬浮液的制备:将对位芳纶短切纤维经十二烷基苯磺酸钠(LAS)热水洗涤处理,得到预处理后的芳纶纤维;将该芳纶短切纤维、氢氧化钾、二甲基亚砜同时置于容器中,密封后持续机械搅拌处理,得到在KOH/DMSO体系中稳定分散存在的芳纶纳米纤维分散液A;
其中,LAS浓度为1.2~1.5×10-3mol/L,热水洗涤条件为:温度60~80℃,机械搅拌时间30~60min;对位芳纶短切纤维、氢氧化钾、二甲基亚砜比例为1g:1.5g:500ml;密封条件下,采用磁力搅拌器室温下搅拌5~7天,转速为550~850rpm。
(2)将云母鳞片超声处理并分散于去离子水中,在机械力搅拌作用下配制成云母悬浮液。
其中,芳纶短切纳米纤维与云母鳞片的质量比为(1~5):(5~9);云母原料为白云母鳞片,尺寸为10~200μm;超声分散功率为500~1000w,超声时长为10~30min;去离子水与芳纶纳米纤维分散液A的质量比为5:1~2:1;
(3)在持续机械搅拌下,向上述芳纶纳米纤维分散液A中缓慢注射云母悬浮液,得到分散于水相体系中的芳纶纳米纤维/KOH/DMSO/云母混合液B;
(4)将芳纶纳米纤维/KOH/DMSO/云母混合液B通过500目尼龙滤膜真空抽滤,得到芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸预制体C;
(5)将芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸预制体C采用去离子水和无水乙醇反复交替洗涤3~4次,得到芳纶纳米纤维/云母复合绝缘湿纸幅D;
其中,洗涤用无水乙醇的体积与芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸预制体C中芳纶纳米纤维的质量比为1ml:5mg~1ml:3mg;所述洗涤用去离子水与芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸预制体C的质量比为5:1~2:1。
(6)将芳纶纳米纤维/云母复合绝缘湿纸幅D经干燥后得到芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸。
其中,芳纶纳米纤维/云母复合绝缘湿纸幅D干燥温度为105℃,干燥时间为8~15min。
下面结合实施例对本发明做进一步详细描述:
对比实施例
将芳纶纤维与云母进行混合疏解后,利用纸页成型器制备芳纶/云母绝缘湿纸,经过压榨,干燥步骤得到定量为90g/m2的芳纶云母绝缘纸。
利用抗张强度测试仪和耐压测试仪对本实施所制得的芳纶云母纸进行检测。检测结果表明,芳纶云母纸的断裂强度强度为24.8MPa,自身介电强度为11.2kV/mm。
实施例1
本实施例的一种芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸的制备方法,具体制备步骤如下:
(1)芳纶纳米纤维悬浮液的制备:将对位芳纶短切纤维经含十二烷基苯磺酸钠(LAS)浓度为1.2×10-3mol/L的60℃热水洗涤处理,得到预处理后的芳纶纤维;将该芳纶纤维、氢氧化钾、二甲基亚砜以1g:1.5g:500ml比例同时置于容器中,密封后持续机械搅拌处理,在转速为550rpm下室温下搅拌7天得到KOH/DMSO体系中稳定分散存在的芳纶纳米纤维分散液A;
(2)将尺寸为10~50μm的白云母鳞片按芳纶纳米纤维与云母鳞片的质量比为1:9经500W超声分散处理10min后,在机械力搅拌作用下分散于去离子水中配制成云母悬浮液,去离子水与分散液A的质量比为2:1;
(3)在持续机械搅拌下,向上述分散液A中缓慢注射云母悬浮液,得到分散于水相体系中的芳纶纳米纤维/KOH/DMSO/云母混合液B;
(4)将混合液B通过500目尼龙滤膜真空抽滤,得到芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸预制体C;
(5)将预制体C采用去离子水和无水乙醇反复交替洗涤3~4次,无水乙醇的体积与预制体C中芳纶纳米纤维的质量比为1ml:3mg,去离子水与预制体C的质量比为2:1,得到芳纶纳米纤维/云母复合绝缘湿纸幅D;
(6)将芳纶纳米纤维/云母复合绝缘湿纸幅D经105℃干燥8min后得到芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸。
利用纸张匀度仪、多功能材料试验机和耐压测试仪对本实施所制得的芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸进行检测,检测结果见表1。
实施例2
本实施例的一种芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸的制备方法,具体制备步骤如下:
(1)芳纶纳米纤维悬浮液的制备:将对位芳纶短切纤维经含十二烷基苯磺酸钠(LAS)浓度为1.5×10-3mol/L的80℃热水洗涤处理,得到预处理后的芳纶纤维;将该芳纶纤维、氢氧化钾、二甲基亚砜以1g:1.5g:500ml比例同时置于容器中,密封后持续机械搅拌处理,在转速为800rpm下室温下搅拌5.5天得到KOH/DMSO体系中稳定分散存在的芳纶纳米纤维分散液A;
(2)将尺寸为150~200μm的白云母鳞片按芳纶纳米纤维与云母鳞片的质量比为2:8经1000W超声分散处理30min后,在机械力搅拌作用下分散于去离子水中配制成云母悬浮液,去离子水与分散液A的质量比为5:1;
(3)在持续机械搅拌下,向上述分散液A中缓慢注射云母悬浮液,得到分散于水相体系中的芳纶纳米纤维/KOH/DMSO/云母混合液B;
(4)将混合液B通过500目尼龙滤膜真空抽滤,得到芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸预制体C;
(5)将预制体C采用去离子水和无水乙醇反复交替洗涤3~4次,无水乙醇的体积与预制体C中芳纶纳米纤维的质量比为1ml:5mg,去离子水与预制体C的质量比为5:1,得到芳纶纳米纤维/云母复合绝缘湿纸幅D;
(6)将芳纶纳米纤维/云母复合绝缘湿纸幅D经105℃干燥15min后得到芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸。
利用纸张匀度仪、多功能材料试验机和耐压测试仪对本实施所制得的芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸进行检测,检测结果见表1。
实施例3
本实施例的一种芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸的制备方法,具体制备步骤如下:
(1)芳纶纳米纤维悬浮液的制备:将对位芳纶短切纤维经含十二烷基苯磺酸钠(LAS)浓度为1.3×10-3mol/L的70℃热水洗涤处理,得到预处理后的芳纶纤维;将该芳纶纤维、氢氧化钾、二甲基亚砜以1g:1.5g:500ml比例同时置于容器中,密封后持续机械搅拌处理,在转速为650rpm下室温下搅拌6.5天得到KOH/DMSO体系中稳定分散存在的芳纶纳米纤维分散液A;
(2)将尺寸为50~100μm的白云母鳞片按芳纶纳米纤维与云母鳞片的质量比为3:7经800W超声分散处理15min后,在机械力搅拌作用下分散于去离子水中配制成云母悬浮液,去离子水与分散液A的质量比为3:1;
(3)在持续机械搅拌下,向上述分散液A中缓慢注射云母悬浮液,得到分散于水相体系中的芳纶纳米纤维/KOH/DMSO/云母混合液B
(4)将混合液B通过500目尼龙滤膜真空抽滤,得到芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸预制体C;
(5)将预制体C采用去离子水和无水乙醇反复交替洗涤3~4次,无水乙醇的体积与预制体C中芳纶纳米纤维的质量比为1ml:3mg,去离子水与预制体C的质量比为3:1,得到芳纶纳米纤维/云母复合绝缘湿纸幅D;
(6)将芳纶纳米纤维/云母复合绝缘湿纸幅D经105℃干燥10min后得到芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸。
利用纸张匀度仪、多功能材料试验机和耐压测试仪对本实施所制得的芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸进行检测,检测结果见表1。
实施例4
本实施例的一种芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸的制备方法,具体制备步骤如下:
(1)芳纶纳米纤维悬浮液的制备:将对位芳纶短切纤维经含十二烷基苯磺酸钠(LAS)浓度为1.4×10-3mol/L的70℃热水洗涤处理,得到预处理后的芳纶纤维;将该芳纶纤维、氢氧化钾、二甲基亚砜以1g:1.5g:500ml比例同时置于容器中,密封后持续机械搅拌处理,在转速为750rpm下室温下搅拌6天得到KOH/DMSO体系中稳定分散存在的芳纶纳米纤维分散液A;
(2)将尺寸为100~130μm的白云母鳞片按芳纶纳米纤维与云母鳞片的质量比为4:6经600W超声分散处理250min后,在机械力搅拌作用下分散于去离子水中配制成云母悬浮液,去离子水与分散液A的质量比为4:1;
(3)在持续机械搅拌下,向上述分散液A中缓慢注射云母悬浮液,得到分散于水相体系中的芳纶纳米纤维/KOH/DMSO/云母混合液B
(4)将混合液B通过500目尼龙滤膜真空抽滤,得到芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸预制体C;
(5)将预制体C采用去离子水和无水乙醇反复交替洗涤3~4次,无水乙醇的体积与预制体C中芳纶纳米纤维的质量比为1ml:4mg,去离子水与预制体C的质量比为4:1,得到芳纶纳米纤维/云母复合绝缘湿纸幅D;
(6)将芳纶纳米纤维/云母复合绝缘湿纸幅D经105℃干燥12min后得到芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸。
利用纸张匀度仪、多功能材料试验机和耐压测试仪对本实施所制得的芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸进行检测,检测结果见表1。
实施例5
本实施例的一种芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸的制备方法,具体制备步骤如下:
(1)芳纶纳米纤维悬浮液的制备:将对位芳纶短切纤维经含十二烷基苯磺酸钠(LAS)浓度为1.5×10-3mol/L的60℃热水洗涤处理,得到预处理后的芳纶纤维;将该芳纶纤维、氢氧化钾、二甲基亚砜以1g:1.5g:500ml比例同时置于容器中,密封后持续机械搅拌处理,在转速为800rpm下室温下搅拌5.5天得到KOH/DMSO体系中稳定分散存在的芳纶纳米纤维分散液A;
(2)将尺寸为130~160μm的白云母鳞片按芳纶纳米纤维与云母鳞片的质量比为5:5经900W超声分散处理10min后,在机械力搅拌作用下分散于去离子水中配制成云母悬浮液,去离子水与分散液A的质量比为2:1;
(3)在持续机械搅拌下,向上述分散液A中缓慢注射云母悬浮液,得到分散于水相体系中的芳纶纳米纤维/KOH/DMSO/云母混合液B
(4)将混合液B通过500目尼龙滤膜真空抽滤,得到芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸预制体C;
(5)将预制体C采用去离子水和无水乙醇反复交替洗涤3~4次,无水乙醇的体积与预制体C中芳纶纳米纤维的质量比为1ml:5mg,去离子水与预制体C的质量比为2:1,得到芳纶纳米纤维/云母复合绝缘湿纸幅D;
(6)将芳纶纳米纤维/云母复合绝缘湿纸幅D经105℃干燥10min后得到芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸。
利用纸张匀度仪、多功能材料试验机和耐压测试仪对本实施所制得的芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸进行检测,检测结果见表1。
表1不同实施例芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸性能检测
Figure BDA0002089318430000101
由表1可知,本发明方法能够显著改善匀度,随着芳纶纳米纤维含量增多,芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸的匀度、介电强度和机械强度随之增大,对比实施例与实施例2是芳纶纤维与芳纶纳米纤维含量相同时的成纸机械强度比较,明显看出本发明方法制备出的芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸与传统的芳纶云母绝缘纸在成纸机械强度方面有明显提升,介电强度显著增大,这是由于芳纶纳米纤维含量越多,纸张内部结构越致密,芳纶纳米纤维紧密交织缠绕,孔隙率低,Z向结构紧致,致使电流更难通过,此外芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸厚度较小,施加相同外界电压时击穿强度更高。
由图2中(a)可以看出,普通芳纶纤维/云母复合绝缘纸表面纤维分布不均匀、凹凸不平且有空隙和孔径存在,图2中(b)可明显看出,芳纶纤维和云母之间的界面结合差,存在纤维和云母之间搭积、堆叠产生的空隙和孔径。其中芳纶纤维与云母界面结合作用弱和分布不均是导致成纸机械强度低、匀度差的主要原因,云母与芳纶纤维间的空隙与孔径是导致成纸介电强度低的主要原因。
而图3和图4为本发明得到的芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸平面和截面扫描电镜图像。由图3可以看出,本发明实施例4制备的芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸表面光滑,不同于芳纶云母纸表面粗糙且纤维、云母互相交织、堆积的结构,是由于通过原位沉积法制备芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸时,芳纶纳米纤维具有纳米尺度结构、大的比表面积和丰富的活性位点等,能够对云母产生自成膜包覆作用及氢键结合作用,显著增强云母与与纤维之间的界面结合,极大提升了成纸的机械强度,同时纳米尺度的芳纶纳米纤维,使成纸更加均匀、致密,介电强度显著提升。由图4可知,芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸的两面差小,云母在两侧及Z向均匀分布。本发明方法所制备的芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸同传统方法的芳纶云母绝缘纸相比,云母分布均匀,纸张致密、均一性好且厚度显著降低,是机械强度和介电强度显著提升的重要原因。

Claims (8)

1.一种芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将对位芳纶短切纤维经十二烷基苯磺酸钠热水洗涤处理,得到预处理后的芳纶纤维;将预处理后的芳纶纤维、氢氧化钾、二甲基亚砜同时置于容器中,密封后持续机械搅拌处理,得到在KOH/DMSO体系中稳定分散存在的芳纶纳米纤维分散液A;
(2)将云母鳞片经超声处理分散于去离子水中,在机械力搅拌作用下配制成云母悬浮液;其中,云母鳞片为白云母鳞片,白云母鳞片尺寸为10~200μm,超声处理功率为500~1000W,时间为10~30min;
(3)在持续机械搅拌下,向芳纶纳米纤维分散液A中加入云母悬浮液,利用原位沉积法得到分散于水相体系中的芳纶纳米纤维/KOH/DMSO/云母混合液B;其中,芳纶纳米纤维分散液A中的芳纶纳米纤维和云母悬浮液中的云母鳞片的质量比为(1~5):(5~9);
(4)将芳纶纳米纤维/KOH/DMSO/云母混合液B进行真空抽滤,得到芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸预制体C;
(5)将芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸预制体C采用去离子水和无水乙醇反复交替洗涤若干次,得到芳纶纳米纤维/云母复合绝缘湿纸幅D;
(6)将芳纶纳米纤维/云母复合绝缘湿纸幅D经干燥后得到芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸。
2.根据权利要求1所述的一种芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸的制备方法,其特征在于,步骤(1)中所述的十二烷基苯磺酸钠热水浓度为1.2×10-3~1.5×10-3mol/L,热水洗涤条件为:在60~80℃的温度下机械搅拌30~60min。
3.根据权利要求1所述的一种芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸的制备方法,其特征在于,步骤(1)中预处理后的芳纶纤维、氢氧化钾、二甲基亚砜比例为1g:1.5g:500ml。
4.根据权利要求1所述的一种芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸的制备方法,其特征在于,步骤(1)中持续机械搅拌具体要求为:密封条件下,采用磁力搅拌器室温下搅拌5~7天,转速为550~850rpm。
5.根据权利要求1所述的一种芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸的制备方法,其特征在于,步骤(2)中所采用的去离子水与步骤(1)得到的芳纶纳米纤维分散液A的质量比为1:2~1:5。
6.根据权利要求1所述的一种芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸的制备方法,其特征在于,步骤(4)中将芳纶纳米纤维/KOH/DMSO/云母混合液B通过500目尼龙滤膜真空抽滤。
7.根据权利要求1所述的一种芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸的制备方法,其特征在于,步骤(5)中洗涤用无水乙醇的体积与芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸预制体C中芳纶纳米纤维的质量比为1ml:5mg~1ml:3mg;所述洗涤用去离子水与芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸预制体C的质量比为5:1~2:1。
8.根据权利要求1所述的一种芳纶纳米纤维/云母复合绝缘纸的制备方法,其特征在于,步骤(6)中干燥温度为105℃,干燥时间为8~15min。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110485195B (zh) * 2019-08-26 2020-07-24 湖南大学 一种芳纶纳米纤维基绝缘纸及其制备方法
CN110644225A (zh) * 2019-10-25 2020-01-03 中芳特纤股份有限公司 一种对位芳纶短纤的清洗方法
CN111472193B (zh) * 2020-04-14 2022-05-20 山东聚芳新材料股份有限公司 一种对位芳纶纳米纤维云母纸及其制备方法
CN111945478B (zh) * 2020-08-10 2022-06-24 中国制浆造纸研究院衢州分院 一种等离子体处理改性的芳纶纳米云母绝缘纸的制备方法
CN111926612B (zh) * 2020-08-10 2022-06-21 中国制浆造纸研究院衢州分院 一种高性能芳纶纳米云母绝缘纸的制备方法
CN112647342A (zh) * 2020-12-17 2021-04-13 通城县云水云母科技有限公司 一种芳纶云母纳米复合材料及其工业制备方法
CN113089383B (zh) * 2021-04-01 2022-12-06 陕西科技大学 一种芳纶云母纳米绝缘纸及其制备方法
CN113389080B (zh) * 2021-06-28 2022-11-01 陕西科技大学 一种芳纶纤维改性方法
CN114805923B (zh) * 2022-04-12 2023-09-05 陕西科技大学 一种废弃芳纶云母纸的绿色高效回收工艺
CN116240748B (zh) * 2022-12-29 2024-06-07 陕西科技大学 一种具有自组装层状结构的玄武岩纤维/芳纶纳米纤维复合纸及其制备方法
CN116285340A (zh) * 2023-04-06 2023-06-23 陕西科技大学 一种高耐温白云母基柔性线缆用缆芯包带及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101748647A (zh) * 2010-02-09 2010-06-23 陕西科技大学 一种芳纶沉析纤维增强再生云母纸的方法
CN108265566A (zh) * 2018-02-11 2018-07-10 陕西科技大学 一种利用芳纶纳米纤维自增强的对位芳纶纸及其制备方法
CN108285540A (zh) * 2018-02-11 2018-07-17 陕西科技大学 一种水分散芳纶纳米纤维及芳纶纳米纸的制备方法
CN108316038A (zh) * 2018-02-11 2018-07-24 陕西科技大学 一种利用回用对位芳纶纸制备水分散芳纶纳米纤维的方法
CN108912602A (zh) * 2018-05-30 2018-11-30 中国科学技术大学 一种三维仿贝壳结构材料及其制备方法
CN108978328A (zh) * 2018-07-26 2018-12-11 陕西科技大学 一种导热型芳纶纳米绝缘纸及其制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101748647A (zh) * 2010-02-09 2010-06-23 陕西科技大学 一种芳纶沉析纤维增强再生云母纸的方法
CN108265566A (zh) * 2018-02-11 2018-07-10 陕西科技大学 一种利用芳纶纳米纤维自增强的对位芳纶纸及其制备方法
CN108285540A (zh) * 2018-02-11 2018-07-17 陕西科技大学 一种水分散芳纶纳米纤维及芳纶纳米纸的制备方法
CN108316038A (zh) * 2018-02-11 2018-07-24 陕西科技大学 一种利用回用对位芳纶纸制备水分散芳纶纳米纤维的方法
CN108912602A (zh) * 2018-05-30 2018-11-30 中国科学技术大学 一种三维仿贝壳结构材料及其制备方法
CN108978328A (zh) * 2018-07-26 2018-12-11 陕西科技大学 一种导热型芳纶纳米绝缘纸及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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纳米纤维素增强芳纶云母纸性能的研究;党婉斌 等;《中国造纸》;20170531;第36卷(第5期);第21-24页 *

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