CN110205862B - 一种芳纶纳米纤维自增强芳纶云母纸的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种芳纶纳米纤维自增强芳纶云母纸的制备方法，提高芳纶云母纸湿法造纸抄造过程中云母的留着率，进一步提升芳纶云母纸的介电强度和机械强度；解决现有芳纶云母纸湿法造纸过程中，云母留着率低、受大粒径云母随机堆叠、任意搭积产生空隙和孔径致机械强度和介电强度提升受限等问题和缺陷；同时该方法通过简单操作，使得芳纶云母纸的介电强度和机械强度得到显著增强，绝缘性能明显提升。

Description

一种芳纶纳米纤维自增强芳纶云母纸的制备方法
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自增强芳纶云母纸的制备方法。
背景技术
电气绝缘材料是现代电机设备中的重要材料，广泛地应用在牵引电机、高压发电输电设备以及电器电子、家电，新能源等领域。芳纶云母纸由于具有良好的绝缘性能而广泛地应用于大型电机主绝缘材料中，是一种应用较为广泛的绝缘材料。芳纶云母纸由天然矿物云母与芳纶纤维通过湿法造纸抄造热压成形所制备，通过添加芳纶纤维改善其机械强度，解决纯云母纸结合强度差的问题，同时保留材料的绝缘性能。中国发明专利CN105544285A中提出了“一种间位芳纶纤维云母纸及其制备方法”，通过添加间位芳纶沉析纤维作为粘结剂，对其热压熔融产生变形使云母和芳纶短切纤维镶嵌其中，提高其机械强度和介电强度。中国发明专利CN105568750A中提出“一种对位芳纶纤维云母纸及其制备方法”，将对位芳纶纤维浆料和云母浆料混合后进行湿法成形、干燥、热压得到对位芳纶云母纸，具有孔隙率小，机械强度、介电强度高的特点。
目前，已知芳纶云母纸的制备方法都是通过湿法造纸技术，对芳纶纤维浆料和云母进行混合后，成形、干燥、热压所制备。其最大的缺点在于湿法造纸成形时，较小粒径的云母流失导致云母留着率低，进一步降低云母在二维平面的分布均一性，同纯云母纸相比降低了其绝缘性能，同时由于较小粒径云母的流失，大粒径云母片之间相互堆叠、任意搭积，产生了较大的空隙和孔径，降低机械强度的同时严重降低了芳纶云母纸的介电强度，限制了其绝缘性能的提升。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种芳纶纳米纤维自增强芳纶云母纸的制备方法，以克服现有芳纶云母纸湿法造纸过程中，云母留着率低、受大粒径云母随机堆叠、任意搭积产生空隙和孔径致机械强度和介电强度提升受限等问题，本发明使得芳纶云母纸的介电强度和机械强度得到显著增强，绝缘性能明显提升。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种芳纶纳米纤维自增强芳纶云母纸的制备方法，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，得到芳纶纤维；将芳纶纤维、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)在持续机械搅拌下，向芳纶纳米纤维分散液中注入去离子水，得到分散于水相体系中的芳纶纳米纤维/KOH/DMSO/H2O混合液；
(3)将步骤(2)中得到的芳纶纳米纤维/KOH/DMSO/H2O混合液通过500目尼龙滤膜真空抽滤，抽滤过程中采用去离子水和无水乙醇反复交替洗涤若干次，得到凝胶芳纶纳米纤维；
(4)将步骤(3)中得到的凝胶芳纶纳米纤维在机械搅拌作用下重新分散于去离子水中，配制成芳纶纳米纤维分散液B；
(5)将云母鳞片超声分散处理后均匀分散于步骤(4)中得到的芳纶纳米纤维分散液B中配制成混合浆料；将混合浆料在剪切力作用下湿法研磨，得到芳纶纳米纤维/云母共磨复合体；
(6)将芳纶纤维短切纤维和沉析纤维混合进行疏解分散后，制备成混合均匀的芳纶纤维悬浮液；将芳纶纳米纤维/云母共磨复合体加入芳纶纤维悬浮液中，机械搅拌混合均匀后，上网成形，经压榨、干燥后得到芳纶纳米纤维自增强芳纶云母纸。
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)中芳纶纤维、氢氧化钾、二甲基亚砜之间的比例为1g：1.5g：500mL，持续机械搅拌具体要求为：密封条件下，采用磁力搅拌器在室温下搅拌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5:1～2:1。
进一步地，步骤(3)中洗涤用无水乙醇的体积与芳纶纳米纤维/KOH/DMSO/H2O混合液中芳纶纳米纤维的质量比为1mL:5mg～1mL:3mg；洗涤用去离子水与芳纶纳米纤维/KOH/DMSO/H2O混合液的质量比为5:1～2:1。
进一步地，步骤(4)中芳纶纳米纤维水分散液B质量浓度为2％～10％，机械搅拌转速为200～500rpm。
进一步地，步骤(5)中所述云母鳞片为白云母鳞片，白云母鳞片尺寸100～170μm；将云母鳞片配置成质量浓度为5％～10％的浆液后超声分散，超声分散功率为500～1000w，时间为10～30min；云母鳞片与芳纶纳米纤维分散液B中芳纶纳米纤维的质量比为(80～98):(20～2)。
进一步地，步骤(5)中湿法研磨采用球磨或者PFI磨浆机实现；采用球磨进行研磨时，条件为：研磨介质与物料质量比为4：1，球磨机运行转速为300r/min，研磨时长10min；采用PFI磨浆机研磨时，条件为：磨浆转数1000r～15000r，磨浆质量浓度为5％～15％。
进一步地，步骤(6)中芳纶纤维为间位芳纶纤维或对位芳纶纤维；芳纶纳米纤维/云母共磨复合体与芳纶纤维的质量比为(6～8)：(2～4)，沉析纤维与短切纤维质量比(5～9)：(1～5)，在配置芳纶纤维悬浮液时，将沉析纤维配成浆料悬浮液后置于标准纤维疏解机中，加入相对芳纶纤维绝干总质量0.5％的聚氧化乙烯对浆料进行分散，浆料在纤维疏解机中疏解转数为20000r～30000r，而后加入短切纤维继续疏解10000r～20000r分散，最终得到芳纶纤维悬浮液。
进一步地，步骤(6)中上网质量浓度为0.005％～0.02％，干燥条件为：温度105℃，压力0.4Mpa，时间8min。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明方法能够提高芳纶云母纸湿法造纸抄造过程中云母的留着率，进一步提升芳纶云母纸的介电强度和机械强度，同时该方法通过简单操作，使得芳纶云母纸的介电强度和机械强度得到显著增强，绝缘性能明显提升，原因有三：(1)芳纶纳米纤维由于其大比表面积和大长径比对小粒径云母均匀包覆同时吸附固定于宏观芳纶纤维上，提高了云母留着率，(2)小粒径云母的留着，使得大小粒径云母均匀分布，填充并减少了单一大粒径云母堆积、搭接、不均一分布产生的空隙和纤维间孔径，显著提升成纸的介电强度，(3)芳纶纳米纤维独特的纳米结构、相容性、大长径比和比表面积，显著增强了云母与纤维间的界面结合，使得成纸机械强度明显提升。
附图说明
图1为一种芳纶纳米纤维自增强芳纶云母纸的制备方法示意图；
图2为本发明实施例5得到的芳纶云母纸的扫描电镜(SEM)图像，其中(a)为芳纶纳米纤维自增强芳纶云母纸微观形貌图，(b)为芳纶纳米纤维自增强芳纶云母纸微观形貌局部放大图。
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：
一种芳纶纳米纤维自增强芳纶云母纸的制备方法，通过设计芳纶纳米纤维和云母在机械力作用下形成复合体，实现芳纶纳米纤维对云母的包覆效果，在湿法成形时，芳纶纳米纤维/云母复合体能够很好地吸附在芳纶纤维表面，提高云母的留着率，同时由于芳纶纳米纤维的纳米尺度、较大的比表面积、较多的活性基团与活性位点且与芳纶纤维很好的相容性、吸附性，能够自增强纤维与纤维、纤维与复合体、复合体与复合体之间的界面结合并填充空隙和孔径，形成更加均匀、致密的芳纶云母纸，降低了芳纶云母纸的厚度，在增强芳纶云母纸机械性能的同时，极大提升了芳纶云母纸的介电强度，解决了现有芳纶云母纸制备方法过程中，云母留着率低、受大粒径云母随机堆叠、任意搭积产生空隙和孔径致机械强度和介电强度提升受限等问题，所采用的芳纶纳米纤维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，同时保留了宏观芳纶纤维优异的力学性能和绝缘性能，作为一种新型的“构筑单元”在本发明制备过程中起着重要的界面增强作用。
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，得到芳纶纤维；将该芳纶纤维、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，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。
(2)在持续机械搅拌下，向上述分散液中缓慢注射去离子水，得到分散于水相体系中的芳纶纳米纤维/KOH/DMSO/H2O混合液；
其中，注射去离子水与芳纶纳米纤维分散液质量比为5:1～2:1。
(3)将步骤(2)中得到的混合液通过500目尼龙滤膜真空抽滤，抽滤过程中采用去离子水和无水乙醇反复交替洗涤3～4次，得到凝胶芳纶纳米纤维；
其中，所述洗涤用无水乙醇的体积与混合液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混合液的质量比为5:1～2:1。
(4)将步骤(3)中得到的凝胶芳纶纳米纤维在机械搅拌作用下重新分散于去离子水中，配制成一定浓度的芳纶纳米纤维分散液B；
其中，芳纶纳米纤维水分散液B配制质量浓度为2％～10％，机械搅拌转速为200～500rpm。
(5)将云母鳞片超声分散处理后均匀分散于步骤(4)中得到的芳纶纳米纤维分散液B中配制成一定浓度的混合浆料C；将混合浆料C在剪切力作用下湿法研磨，得到芳纶纳米纤维/云母复合体D；
其中，所述云母鳞片为白云母，尺寸100～170μm；云母配置成质量浓度为5％～10％的浆液，超声分散功率为500～1000w，超声时长为10～30min；云母鳞片与芳纶纳米纤维分散液B中芳纶纳米纤维的质量比为80～98:20～2；湿法研磨可以采用球磨或者PFI磨浆机实现。采用球磨进行研磨时，条件为研磨介质与物料质量比为4：1(中球、小球各18颗，质量分别为4.0g、0.5g)，球磨机运行转速为300r/min，研磨时长10min；采用PFI磨浆机研磨时，条件为磨浆转数1000r～15000r，磨浆质量浓度为5％～15％，采用高浓研磨时需要对混合浆料C进行浓缩。
(6)制备芳纶纤维悬浮浆料。将芳纶纤维短切纤维和沉析纤维按照一定比例进行疏解分散后，制备成混合均匀的芳纶纤维悬浮液E。
其中，芳纶纳米纤维/云母复合体与芳纶纤维的质量比为(6～8)：(2～4)，芳纶纤维为间位芳纶纤维和对位芳纶纤维。所用芳纶沉析纤维与短切纤维质量比(5～9)：(1～5)。在配置芳纶纤维悬浮液时，将芳纶沉析纤维配成一定浓度的浆料悬浮液后置于标准纤维疏解机中，加入相对芳纶纤维绝干总质量0.5％的聚氧化乙烯对浆料进行分散，浆料在纤维疏解机中疏解转数为20000r～30000r，而后加入芳纶短切纤维继续疏解10000r～20000r分散，最终得到芳纶纤维悬浮浆料
(7)将上述复合体D加入芳纶纤维悬浮液E中，机械搅拌混合均匀后，上网成形，经压榨、干燥后得到芳纶纳米纤维自增强芳纶云母纸。
其中，上网质量浓度为0.005％～0.02％，干燥条件为：温度：105℃，压力：0.4Mpa，时间：8min。
下面结合实施例对本发明做进一步详细描述：
对比实施例
利用纸页成型器制备芳纶云母湿纸，经过压榨，干燥步骤得到定量为90g/m2的芳纶云母纸。
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，芳纶云母纸的抗张强度为21.5N/cm，自身介电强度为9.8kV/mm(未热压)。
实施例1
本实施例的一种芳纶纳米纤维自增强芳纶云母纸的制备方法，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，得到芳纶纤维；将该芳纶纤维、氢氧化钾、二甲基亚砜以1g：1.5g：500ml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)在持续机械搅拌下，向上述分散液中缓慢注射去离子水，去离子水与芳纶纳米纤维分散液质量比为2:1，得到分散于水相体系中的芳纶纳米纤维/KOH/DMSO/H2O混合液；
(3)将步骤(2)中得到的混合液通过500目尼龙滤膜真空抽滤，抽滤过程中采用去离子水和无水乙醇反复交替洗涤3～4次后，得到凝胶芳纶纳米纤维；无水乙醇的体积与混合液中芳纶纳米纤维的质量比为1ml:3mg；去离子水与混合液的质量比为2:1。
(4)将步骤(3)中得到的凝胶芳纶纳米纤维在机械搅拌速度为200rpm作用下重新分散于去离子水中，配制成浓度为2％的芳纶纳米纤维分散液B；
(5)将尺寸为100～130μm的白云母鳞片配成10％的浆液，在500w超声分散功率下超声分散10min，超声分散处理后按照云母鳞片与芳纶纳米纤维分散液B中芳纶纳米纤维的质量比为80:20均匀分散于步骤(4)中得到的芳纶纳米纤维分散液B中配制成浓度为5％的混合浆料C；将混合浆料C在PFI中进行1000r处理，得到芳纶纳米纤维/云母复合体D；
(6)制备芳纶纤维悬浮浆料。芳纶纳米纤维/云母复合体与芳纶纤维的质量比为6：4，其中芳纶短切纤维和沉析纤维质量比为9：1，将芳纶沉析纤维配成0.5％浓度的浆料悬浮液后置于标准纤维疏解机中，加入相对芳纶纤维绝干总质量0.5％的聚氧化乙烯对浆料进行分散，浆料在纤维疏解机中疏解转数为20000r，而后加入芳纶短切纤维继续疏解10000r分散，制备成混合均匀的芳纶纤维悬浮液E。
(7)将上述复合体D加入芳纶纤维悬浮液E中，机械搅拌混合均匀后，上网成形，上网浓度为0.005％，经压榨，105℃、0.4Mpa条件下干燥8min后得到芳纶纳米纤维自增强芳纶云母纸。
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纳米纤维自增强芳纶云母纸进行检测，检测结果见表1。
实施例2
本实施例的一种芳纶纳米纤维自增强芳纶云母纸的制备方法，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，得到芳纶纤维；将该芳纶纤维、氢氧化钾、二甲基亚砜以1g：1.5g：500ml同时置于容器中，密封后持续机械搅拌处理，在转速为850rpm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)在持续机械搅拌下，向上述分散液中缓慢注射去离子水，去离子水与芳纶纳米纤维分散液质量比为5:1，得到分散于水相体系中的芳纶纳米纤维/KOH/DMSO/H2O混合液；
(3)将步骤(2)中得到的混合液通过500目尼龙滤膜真空抽滤，抽滤过程中采用去离子水和无水乙醇反复交替洗涤3～4次后，得到凝胶芳纶纳米纤维；无水乙醇的体积与混合液中芳纶纳米纤维的质量比为1ml:5mg；去离子水与混合液的质量比为5:1。
(4)将步骤(3)中得到的凝胶芳纶纳米纤维在机械搅拌速度为500rpm作用下重新分散于去离子水中，配制成浓度为10％的芳纶纳米纤维分散液B；
(5)将尺寸为150～170μm的白云母鳞片配成10％的浆液，在1000w超声分散功率下超声分散30min，超声分散处理后按照云母鳞片与芳纶纳米纤维分散液B中芳纶纳米纤维的质量比为98:2均匀分散于步骤(4)中得到的芳纶纳米纤维分散液B中配制成浓度为15％的混合浆料C；将混合浆料C在PFI中进行15000r处理，得到芳纶纳米纤维/云母复合体D；
(6)制备芳纶纤维悬浮浆料。芳纶纳米纤维/云母复合体与芳纶纤维的质量比为5：5，其中芳纶短切纤维和沉析纤维质量比为6：4，将芳纶沉析纤维配成0.5％浓度的浆料悬浮液后置于标准纤维疏解机中，加入相对芳纶纤维绝干总质量0.5％的聚氧化乙烯对浆料进行分散，浆料在纤维疏解机中疏解转数为30000r，而后加入芳纶短切纤维继续疏解20000r分散，制备成混合均匀的芳纶纤维悬浮液E。
(7)将上述复合体D加入芳纶纤维悬浮液E中，机械搅拌混合均匀后，上网成形，上网浓度为0.02％，经压榨，105℃、0.4Mpa条件下干燥8min后得到芳纶纳米纤维自增强芳纶云母纸。
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纳米纤维自增强芳纶云母纸进行检测，检测结果见表1。
实施例3
本实施例的一种芳纶纳米纤维自增强芳纶云母纸的制备方法，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，得到芳纶纤维；将该芳纶纤维、氢氧化钾、二甲基亚砜以1g：1.5g：500ml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)在持续机械搅拌下，向上述分散液中缓慢注射去离子水，去离子水与芳纶纳米纤维分散液质量比为3:1，得到分散于水相体系中的芳纶纳米纤维/KOH/DMSO/H2O混合液；
(3)将步骤(2)中得到的混合液通过500目尼龙滤膜真空抽滤，抽滤过程中采用去离子水和无水乙醇反复交替洗涤3～4次后，得到凝胶芳纶纳米纤维；无水乙醇的体积与混合液中芳纶纳米纤维的质量比为1ml:4mg；去离子水与混合液的质量比为3:1。
(4)将步骤(3)中得到的凝胶芳纶纳米纤维在机械搅拌速度为400rpm作用下重新分散于去离子水中，配制成浓度为5％的芳纶纳米纤维分散液B；
(5)将尺寸为130～150μm的白云母鳞片配成8％的浆液，在800w超声分散功率下超声分散25min，超声分散处理后按照云母鳞片与芳纶纳米纤维分散液B中芳纶纳米纤维的质量比为90:10均匀分散于步骤(4)中得到的芳纶纳米纤维分散液B中配制成浓度为8％的混合浆料C；将混合浆料C在PFI中进行10000r处理，得到芳纶纳米纤维/云母复合体D；
(6)制备芳纶纤维悬浮浆料。芳纶纳米纤维/云母复合体与芳纶纤维的质量比为8：2，其中芳纶短切纤维和沉析纤维质量比为7：3，将芳纶沉析纤维配成0.5％浓度的浆料悬浮液后置于标准纤维疏解机中，加入相对芳纶纤维绝干总质量0.5％的聚氧化乙烯对浆料进行分散，浆料在纤维疏解机中疏解转数为25000r，而后加入芳纶短切纤维继续疏解15000r分散，制备成混合均匀的芳纶纤维悬浮液E。
(7)将上述复合体D加入芳纶纤维悬浮液E中，机械搅拌混合均匀后，上网成形，上网浓度为0.01％，经压榨，105℃、0.4Mpa条件下干燥8min后得到芳纶纳米纤维自增强芳纶云母纸。
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纳米纤维自增强芳纶云母纸进行检测，检测结果见表1。
实施例4
本实施例的一种芳纶纳米纤维自增强芳纶云母纸的制备方法，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60℃热水洗涤处理，得到芳纶纤维；将该芳纶纤维、氢氧化钾、二甲基亚砜以1g：1.5g：500ml同时置于容器中，密封后持续机械搅拌处理，在转速为700rpm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)在持续机械搅拌下，向上述分散液中缓慢注射去离子水，去离子水与芳纶纳米纤维分散液质量比为4:1，得到分散于水相体系中的芳纶纳米纤维/KOH/DMSO/H2O混合液；
(3)将步骤(2)中得到的混合液通过500目尼龙滤膜真空抽滤，抽滤过程中采用去离子水和无水乙醇反复交替洗涤3～4次后，得到凝胶芳纶纳米纤维；无水乙醇的体积与混合液中芳纶纳米纤维的质量比为1ml:4mg；去离子水与混合液的质量比为4:1。
(4)将步骤(3)中得到的凝胶芳纶纳米纤维在机械搅拌速度为400rpm作用下重新分散于去离子水中，配制成浓度为4％的芳纶纳米纤维分散液B；
(5)将尺寸为150～170μm的白云母鳞片配成4％的浆液，在400w超声分散功率下超声分散15min，超声分散处理后按照云母鳞片与芳纶纳米纤维分散液B中芳纶纳米纤维的质量比为85:15均匀分散于步骤(4)中得到的芳纶纳米纤维分散液B中配制成浓度为4％的混合浆料C；将混合浆料C在PFI中进行10000r处理，得到芳纶纳米纤维/云母复合体D；
(6)制备芳纶纤维悬浮浆料。芳纶纳米纤维/云母复合体与芳纶纤维的质量比为8：2，其中芳纶短切纤维和沉析纤维质量比为8：2，将芳纶沉析纤维配成0.5％浓度的浆料悬浮液后置于标准纤维疏解机中，加入相对芳纶纤维绝干总质量0.5％的聚氧化乙烯对浆料进行分散，浆料在纤维疏解机中疏解转数为20000r，而后加入芳纶短切纤维继续疏解10000r分散，制备成混合均匀的芳纶纤维悬浮液E。
(7)将上述复合体D加入芳纶纤维悬浮液E中，机械搅拌混合均匀后，上网成形，上网浓度为0.01％，经压榨，105℃、0.4Mpa条件下干燥8min后得到芳纶纳米纤维自增强芳纶云母纸。
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纳米纤维自增强芳纶云母纸进行检测，检测结果见表1。
实施例5
本实施例的一种芳纶纳米纤维自增强芳纶云母纸的制备方法，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，得到芳纶纤维；将该芳纶纤维、氢氧化钾、二甲基亚砜以1g：1.5g：500ml同时置于容器中，密封后持续机械搅拌处理，在转速为850rpm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)在持续机械搅拌下，向上述分散液中缓慢注射去离子水，去离子水与芳纶纳米纤维分散液质量比为2:1，得到分散于水相体系中的芳纶纳米纤维/KOH/DMSO/H2O混合液；
(3)将步骤(2)中得到的混合液通过500目尼龙滤膜真空抽滤，抽滤过程中采用去离子水和无水乙醇反复交替洗涤3～4次后，得到凝胶芳纶纳米纤维；无水乙醇的体积与混合液中芳纶纳米纤维的质量比为1ml:5mg；去离子水与混合液的质量比为3:1。
(4)将步骤(3)中得到的凝胶芳纶纳米纤维在机械搅拌速度为500rpm作用下重新分散于去离子水中，配制成浓度为2％的芳纶纳米纤维分散液B；
(5)将尺寸为150～170μm的白云母鳞片配成10％的浆液，在800w超声分散功率下超声分散20min，超声分散处理后按照云母鳞片与芳纶纳米纤维分散液B中芳纶纳米纤维的质量比为85:15均匀分散于步骤(4)中得到的芳纶纳米纤维分散液B中配制成浓度为10％的混合浆料C；对混合浆料C进行球磨，研磨介质与物料质量比为4：1(中球、小球各18颗，质量分别为4.0g、0.5g)，球磨机运行转速为300r/min，研磨时长10min，得到芳纶纳米纤维/云母复合体D；
(6)制备芳纶纤维悬浮浆料。芳纶纳米纤维/云母复合体与芳纶纤维的质量比为7：3，其中芳纶短切纤维和沉析纤维质量比为7：3，将芳纶沉析纤维配成0.5％浓度的浆料悬浮液后置于标准纤维疏解机中，加入相对芳纶纤维绝干总质量0.5％的聚氧化乙烯对浆料进行分散，浆料在纤维疏解机中疏解转数为20000r，而后加入芳纶短切纤维继续疏解10000r分散，制备成混合均匀的芳纶纤维悬浮液E。
(7)将上述复合体D加入芳纶纤维悬浮液E中，机械搅拌混合均匀后，上网成形，上网浓度为0.01％，经压榨，105℃、0.4Mpa条件下干燥8min后得到芳纶纳米纤维自增强芳纶云母纸。
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纳米纤维自增强芳纶云母纸进行检测，检测结果见表1。
表1不同实施例芳纶云母纸性能检测
Figure BDA0002089071300000141
由表1可知，随着芳纶纤维含量增多，芳纶云母纸的机械强度会明显增大，对比实施例与实施例5是芳纶纤维含量相同时的成纸机械强度比较，可明显看出本发明方法制备出的芳纶云母纸较传统制备方法在成纸机械强度方面有明显提升。同时，随着芳纶纤维含量增多，成纸的介电强度显著增大，实施例3和4同对比实施例比较可以看出，本发明使用20％芳纶纤维的成纸介电强度与传统30％芳纶纤维含量的芳纶云母纸介电强度相近，实施例5与对比实施例是芳纶纤维含量相同时的成纸介电强度比较，可明显看出本发明方法制备出的芳纶云母纸较传统制备方法在成纸介电强度方面有显著提升，这是由于芳纶纳米纤维对于成纸的自增强作用，显著增强了云母与纤维、云母与云母、纤维与纤维间的界面结合，减小了纤维、云母之间的空隙和孔径，成纸更加致密，厚度降低，介电强度显著提升。
由图2中(a)可知，芳纶云母纸表面有部分空隙和孔洞，但由于芳纶纳米纤维显著自增强了云母与芳纶之间的界面结合，使得空隙和孔洞中填充了大粒径云母和芳纶纤维。由图2中(b)可知在芳纶纤维的搭接处，芳纶纳米纤维显著的留着了小粒径的云母，同时使得芳纶纤维与大粒径云母紧密结合，这是成纸介电强度和机械强度提升的重要原因。

Claims (8)

1.一种芳纶纳米纤维自增强芳纶云母纸的制备方法，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，得到芳纶纤维；将芳纶纤维、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)在持续机械搅拌下，向芳纶纳米纤维分散液中注入去离子水，得到分散于水相体系中的芳纶纳米纤维/KOH/DMSO/H2O混合液；
(3)将步骤(2)中得到的芳纶纳米纤维/KOH/DMSO/H2O混合液通过500目尼龙滤膜真空抽滤，抽滤过程中采用去离子水和无水乙醇反复交替洗涤若干次，得到凝胶芳纶纳米纤维；
(4)将步骤(3)中得到的凝胶芳纶纳米纤维在机械搅拌作用下重新分散于去离子水中，配制成芳纶纳米纤维分散液B；
(5)将云母鳞片超声分散处理后均匀分散于步骤(4)中得到的芳纶纳米纤维分散液B中配制成混合浆料；将混合浆料在剪切力作用下湿法研磨，得到芳纶纳米纤维/云母共磨复合体；
所述云母鳞片为白云母鳞片，白云母鳞片尺寸100～170μm；将云母鳞片配置成质量浓度为5％～10％的浆液后超声分散，超声分散功率为500～1000w，时间为10～30min；云母鳞片与芳纶纳米纤维分散液B中芳纶纳米纤维的质量比为(80～98):(20～2)；
湿法研磨采用球磨或者PFI磨浆机实现；采用球磨进行研磨时，条件为：研磨介质与物料质量比为4：1，球磨机运行转速为300r/min，研磨时长10min；采用PFI磨浆机研磨时，条件为：磨浆转数1000r～15000r，磨浆质量浓度为5％～15％；
(6)将芳纶纤维短切纤维和沉析纤维混合进行疏解分散后，制备成混合均匀的芳纶纤维悬浮液；将芳纶纳米纤维/云母共磨复合体加入芳纶纤维悬浮液中，机械搅拌混合均匀后，上网成形，经压榨、干燥后得到芳纶纳米纤维自增强芳纶云母纸。
2.根据权利要求1所述的一种芳纶纳米纤维自增强芳纶云母纸的制备方法，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自增强芳纶云母纸的制备方法，其特征在于，步骤(1)中芳纶纤维、氢氧化钾、二甲基亚砜之间的比例为1g：1.5g：500mL，持续机械搅拌具体要求为：密封条件下，采用磁力搅拌器在室温下搅拌5～7天，转速为550～850rpm。
4.根据权利要求1所述的一种芳纶纳米纤维自增强芳纶云母纸的制备方法，其特征在于，步骤(2)中去离子水与芳纶纳米纤维分散液A的质量比为5:1～2:1。
5.根据权利要求1所述的一种芳纶纳米纤维自增强芳纶云母纸的制备方法，其特征在于，步骤(3)中洗涤用无水乙醇的体积与芳纶纳米纤维/KOH/DMSO/H2O混合液中芳纶纳米纤维的质量比为1mL:5mg～1mL:3mg；洗涤用去离子水与芳纶纳米纤维/KOH/DMSO/H2O混合液的质量比为5:1～2:1。
6.根据权利要求1所述的一种芳纶纳米纤维自增强芳纶云母纸的制备方法，其特征在于，步骤(4)中芳纶纳米纤维水分散液B质量浓度为2％～10％，机械搅拌转速为200～500rpm。
7.根据权利要求1所述的一种芳纶纳米纤维自增强芳纶云母纸的制备方法，其特征在于，步骤(6)中芳纶纤维为间位芳纶纤维或对位芳纶纤维；芳纶纳米纤维/云母共磨复合体与芳纶纤维的质量比为(6～8)：(2～4)，沉析纤维与短切纤维质量比(5～9)：(1～5)，在配置芳纶纤维悬浮液时，将沉析纤维配成浆料悬浮液后置于标准纤维疏解机中，加入相对芳纶纤维绝干总质量0.5％的聚氧化乙烯对浆料进行分散，浆料在纤维疏解机中疏解转数为20000r～30000r，而后加入短切纤维继续疏解10000r～20000r分散，最终得到芳纶纤维悬浮液。
8.根据权利要求1所述的一种芳纶纳米纤维自增强芳纶云母纸的制备方法，其特征在于，步骤(6)中上网质量浓度为0.005％～0.02％，干燥条件为：温度105℃，压力0.4MPa ，时间8min。
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