CN110258171A - 一种高导热云母纸的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高导热云母纸的制备方法，包括：S1、云母原料选取：去除死料坏料，选择面积≤10cm2、厚度≤2cm的云母片原料；S2、云母浆料制备：将S1中云母片原料均匀投送至高压水力破碎机中进行破碎，再经过过滤分级和脱水后得到云母精浆；S3、制备高导电填料溶液：通过搅拌机对填料进行加水稀释搅拌；S4、造抄：利用圆网云母纸机进行造纸，共分五重圆网上浆，每次通过圆网上浆之后即在云母纸上喷淋一次S3中制得的高导电填料溶液；S5、脱水烘干：喷淋之后，通过脱水、烘干，即可得到高导热云母纸。本发明所制备的高导热云母纸填料用量少，填料分局均匀性好，具有导热能力强，力学性能强，使用寿命长。

Description

一种高导热云母纸的制备方法
技术领域
本发明属于高导热绝缘材料领域，更具体地说是一种高导热云母纸的制备方法。
背景技术
当前情况，随着电力系统的发展，人类对于电机的需求不断加大。大中型高压电机也在不断扩大容量及其耐压程度。但是伴随大中型高压电机的运转，大量的热量在设备内部产生而无法及时排出，导致电机的温度过高，损耗增大而使用寿命大大降低。有资料显示，若电子元件本身工作的温度可以降低10℃，则其使用寿命可以提升一倍。因此，大中型高压电机对于绝缘层的导热能力要求越来越高。为了提高绝缘层的导热能力，主要有两个方法。其一为降低绝缘层的厚度，但是绝缘层的变薄，其电气强度亦将随之下降，为了保证足够的电气强度，绝缘层的厚度不可能随意增减。而第二种方法是在不改变绝缘层的电气性能的前提下，提高绝缘材料的导热系数。增加绝缘材料的导热系数可以让热量更快速的向外扩散，然后通过冷却系统排出。云母纸作为一种优良的高温绝缘材料，可直接运用于电气设备，也可在其基础上通过不同的补强材料和胶黏剂更可以复合出更多的云母板，云母带等产品。然而云母纸由于其结构限制，本身的导热能力并不强，目前，国内制备高导热云母纸基复合材料的方法以采用以含有纳米Al2O3的有机硅树脂为粘合剂来增强云母纸及复合材料的导电能力为主。但是效果并不理想，云母纸基复合材料在电气性能提升的过程中，电气性能随之下降。
目前提高云母纸的导热系数的方法，主要是通过在云母纸基复合材料制备的过程中，利用含纳米Al2O3的有机硅树脂作为胶黏剂的方法，并不直接单独提升云母纸的性能。纳米Al2O3使胶黏剂导热系数提升，同时让一部分纳米Al2O3在云母纸基复合材料制备过程中扩散至云母纸之中，以此来提升云母纸基复合材料整体的导热系数，但纳米Al2O3只有在很高的浓度情况下才能表现出优异的导热增强的能力。这是因为单纯的零维α-Al2O3作为填料时，若导热填料含量不足，则填料颗粒无法相互接触，因此零维α-Al2O3必须与基底材料进行热量交换，由于界面热阻的存在降低导热能力，只有当零维α-Al2O3浓度足够大，形成相互交联的网络时才可以有效地传递热量，但是由于Al2O3密度大，在有机硅树脂中容易沉淀而分层，高浓度的Al2O3更是加剧这种现象，且有研究表明，树脂中加入Al2O3，会加速这一绝缘材料的老化，进而缩短整个云母纸基绝缘材料的使用寿命。而且纳米Al2O3价格昂贵，高浓度Al2O3直接抬升了高导热云母纸基复合材料的整体价格。同时，由于Al2O3是通过有机硅树脂扩散至云母纸内，其分布并不均匀，导致云母纸的电气性能受到负面影响而下降。
发明内容
本发明为解决此问题，采用导热能力更强的六方BN(片状)，BN晶须，氧化石墨烯以及少量纳米α-Al2O3，由多维度高导热填料形成了以二维六方BN及氧化石墨烯为平台，一维BN晶须为楼梯，零维α-Al2O3填充缝隙的立体的导热通道。而立体的导热网络，由于其具有连续性的结构不需要通过云母，有机硅树脂完成热量传递，降低了界面热阻对导热能力的负面影响，同时由于连续的结构，对于声子的散射能力下降，进一步提高导热效率。另外由于采用了导热系数更高的填料而且结构更合理，填料用量大大减少，降低了填料对于云母纸电气性能的影响，并且本专利是在云母纸的制备过程之中逐层的均匀的喷淋含高导电填料的溶液，最终成型的云母纸中，填料分布均匀。同时立体导热通道还可以对云母纸结构起到固定的作用，增强云母纸的机械性能及使用寿命。
本发明，通过在云母纸生产过程中直接均匀喷淋含有高导热填充料的溶液于未烘干云母纸之上，然后通过多次上浆，多次喷淋，并一同烘干，让高导热填料均匀分布与云母纸之中(如图1所示)。将云母纸的导热系数由原来的0.26W/(m*k)提升至1.2W/(m*k)而电气性能不受影响。将其运用与风电等电气设备中，能有效提高散热能力，缩短保修间隔，延长使用寿命。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种高导热云母纸的制备方法，包括以下步骤：
S1、云母原料选取：去除死料坏料，选择面积≤10cm2、厚度≤2cm的云母片原料；
S2、云母浆料制备：将S1中云母片原料均匀投送至高压水力破碎机中进行破碎，再经过过滤分级和脱水后得到云母精浆；
S3、制备高导电填料溶液：通过搅拌机对填料进行加水稀释搅拌，保持其分布均匀；其中，所述填料为六方BN、BN晶须、氧化石墨烯、纳米α-Al2O3的混合物；
S4、造抄：利用圆网云母纸机进行造纸，共分五重圆网上浆，每次通过圆网上浆之后即在云母纸上喷淋一次S3中制得的高导电填料溶液；
S5、脱水烘干：喷淋之后，通过脱水、烘干，即可得到高导热云母纸。
S2中高压水力破碎机中进行破碎为采用云母纸制浆机在水压为5-6MPa的条件下进行云母破碎成鳞片。
S2中过滤分级是通过旋流分级器进行分级，压力为3MPa，分级筛目数为80目，去除80目以上粗大鳞片。
S2中脱水是通过200目的滤布上进行脱水，将云母浆液进行浓缩，使云母浆液浓度达到40-45％。
所述六方BN为片状结构，粒径1-10微米；所述BN晶须的直径50纳米-500纳米，长度1-400微米；所述氧化石墨烯的粒径5-10微米；所述纳米α-Al2O3，粒径10-100纳米；
所述填料中各组分体积比为V(六方BN)：V(BN晶须)：V(氧化石墨烯)：V(纳米α-Al2O3)＝10+x:30+y:5+z:55-(x+y+z)，其中x、y、z均为正数或者零，其和小于50，根据不同需求选择x、y、z，并满足以上比例的搭配。
所述高导电填料溶液中填料总质量与水总质量之比为7:93。
所述填料占高导热云母纸全纸总重量的5％。
S5中采用增压泵将高导电填料溶液以稳定的压力和流量流向喷嘴进行喷淋，采用流量计计量溶液质量为保证溶液以稳定压力和流量从喷嘴均匀地喷向纸面，S4中搅拌机以20r/min-50r/min进行搅拌。
所述喷嘴的性能技术指标为：孔径1.2mm,角度65度，外混扇形空气帽。
本发明的最终成品与现有其他技术产品相比，具有优势如下：
本发明所制备的高导热云母纸，与现有的产品相比，填料用量少，填料分局均匀性好，具有导热能力强，力学性能强，使用寿命长，电学性能不会因为高导热填料的增加而下降的优点。运用于电气设备之中时可以有效地提高其散热能力，使设备的温升值下降，降低损耗，同时不减弱云母纸本身的电气性能，也不会因为填料分布不均而出现性能下降的缺陷点，使其成为安全隐患，有效地提高设备检修时间间隔及使用寿命。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过上面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为填料与云母纸的分层结构示意图；
图2为喷淋过程的流程示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做详细说明，以令本领域普通技术人员参阅本说明书后能够据以实施。
一种高导热云母纸的制备方法，包括以下步骤：
1)云母原料选取：选择去除死料坏料等的面积≤10cm2，厚度≤2cm的云母片原料；
2)云母浆料制备：通过五条皮带将云母片原料均匀投送至高压水力破碎机中进行破碎，经过过滤分级和脱水后得到云母精浆；
3)制备高导电填料溶液：通过搅拌机对填料进行稀释，并对溶液进行搅拌，保持其分布均匀；
4)造抄：利用圆网云母纸机进行造纸，共分五重圆网上浆；
5)喷淋高导热填料溶液：每次通过圆网上浆之后即在云母纸上喷淋一次填料溶液；采用增压泵保证溶液以稳定的压力和流量流向喷嘴；同时，采用流量计计量溶液质量；
6)喷淋之后，通过脱水，烘干即可得到高导热云母纸。
上述制备过程中：
高压水力破碎机中进行破碎是指采用云母纸制浆机在水压为5-6MPa的条件下进行云母破碎成鳞片的过程。
过滤分级是通过旋流分级器进行分级，压力为3MPa，分级筛目数为80目，去除80目以上粗大鳞片。
通过200目的滤布上进行脱水，其目的是将云母浆液进行浓缩，使云母精浆浓度达到40-45％。
所述填料中包括有：
六方BN(氮化硼)为片状结构，粒径1-10微米；
BN(氮化硼)晶须，直径50纳米-500纳米，长度1-400微米；
氧化石墨烯，粒径5-10微米；
纳米α-Al2O3，粒径10-100纳米；
上述高导电填料溶液中填料总质量与水总质量之比为7:93；
上填料中各组分体积比为：V(六方BN)：V(BN晶须)：V(氧化石墨烯)：V(纳米α-Al2O3)＝10+x:30+y:5+z:55-(x+y+z),其中x、y、z均为正数或者零，其和小于50，根据不同需求选择x、y、z，并满足以上比例的搭配。
填料占云母纸全纸总重量5％。
喷淋设备结构，包括搅拌机1、过滤器2、流量计3、增压泵4以及多个喷嘴5(如图2所示)；为高导电填料溶液以稳定压力和流量从喷嘴均匀地喷向纸面，搅拌机以搅拌速度20r/min-50r/min进行搅拌；
喷嘴的喷淋方式为倾斜朝上喷淋；
增压泵，南方CHL2-50不锈钢变频稳压泵；
喷嘴，斐卓二流体雾化喷嘴Feizhuo-1/4JN-SS+SUE18A-SS，该喷嘴性能技术指标为：孔径1.2mm,角度65度，外混扇形空气帽；
选用3个喷嘴直线排布。
本发明通过在云母纸生产过程中直接均匀喷淋含有高导热填充料的溶液于未烘干云母纸之上，然后通过多次上浆，多次喷淋，并一同烘干，让高导热填料均匀分布与云母纸之中(如图1所示)。将云母纸的导热系数由原来的0.26W/(m*k)提升至1.2W/(m*k)而电气性能不受影响。将其运用与风电等电气设备中，能有效提高散热能力，缩短保修间隔，延长使用寿命。
本方法所制备的高导热云母纸，与现有的产品相比，填料用量少，填料分局均匀性好，具有导热能力强，力学性能强，使用寿命长，电学性能不会因为高导热填料的增加而下降的优点。运用于电气设备之中时可以有效地提高其散热能力，使设备的温升值下降，降低损耗，同时不减弱云母纸本身的电气性能，也不会因为填料分布不均而出现性能下降的缺陷点，使其成为安全隐患，有效地提高设备检修时间间隔及使用寿命。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。

Claims (8)

1.一种高导热云母纸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、云母原料选取：去除死料坏料，选择面积≤10cm2、厚度≤2cm的云母片原料；
S2、云母浆料制备：将S1中云母片原料均匀投送至高压水力破碎机中进行破碎，再经过过滤分级和脱水后得到云母精浆；
S3、制备高导电填料溶液：通过搅拌机对填料进行加水稀释搅拌，保持其分布均匀；其中，所述填料为六方BN、BN晶须、氧化石墨烯、纳米α-Al2O3的混合物；
S4、造抄：利用圆网云母纸机进行造纸，共分五重圆网上浆，每次通过圆网上浆之后即在云母纸上喷淋一次S3中制得的高导电填料溶液；
S5、脱水烘干：喷淋之后，通过脱水、烘干，即可得到高导热云母纸。
2.如权利要求1所述的一种高导热云母纸的制备方法，其特征在于，S2中高压水力破碎机中进行破碎为采用云母纸制浆机在水压为5-6MPa的条件下进行云母破碎成鳞片。
3.如权利要求1所述的一种高导热云母纸的制备方法，其特征在于，S2中过滤分级是通过旋流分级器进行分级，压力为3MPa，分级筛目数为80目，去除80目以上粗大鳞片。
4.如权利要求1所述的一种高导热云母纸的制备方法，其特征在于，S2中脱水是通过200目的滤布上进行脱水，将云母浆液进行浓缩，使云母浆液浓度达到40-45％。
5.如权利要求1所述的一种高导热云母纸的制备方法，其特征在于，所述六方BN为片状结构，粒径1-10微米；所述BN晶须的直径50纳米-500纳米，长度1-400微米；所述氧化石墨烯的粒径5-10微米；所述纳米α-Al2O3，粒径10-100纳米；
所述填料中各组分体积比为V(六方BN)：V(BN晶须)：V(氧化石墨烯)：V(纳米α-Al2O3)＝10+x:30+y:5+z:55-(x+y+z)，其中x、y、z均为正数或者零，其和小于50，根据不同需求选择x、y、z，并满足以上比例的搭配。
6.如权利要求1所述的一种高导热云母纸的制备方法，其特征在于，S3中所述高导电填料溶液中填料总质量与水总质量之比为7:93。
7.如权利要求1所述的一种高导热云母纸的制备方法，其特征在于，S3中所述填料占高导热云母纸全纸总重量的5％。
8.如权利要求1所述的一种高导热云母纸的制备方法，其特征在于，S5中采用增压泵将高导电填料溶液以稳定的压力和流量流向喷嘴进行喷淋，采用流量计计量溶液质量。
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