CN110485195B - 一种芳纶纳米纤维基绝缘纸及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种芳纶纳米纤维基绝缘纸及其制备方法，涉及绝缘复合材料技术领域。本发明提供的芳纶纳米纤维基绝缘纸包括芳纶纳米纤维和绝缘无机材料；所述芳纶纳米纤维具有分叉几何形状并形成三维网状结构，绝缘无机材料分布在所述三维网状结构中。本发明提供的芳纶纳米纤维纸具有较高的电气性能和力学性能、优良的绝缘和阻燃性，能够代替目前绝缘市场上的云母带以及芳纶纸和芳纶云母纸，减薄绝缘用厚度。本发明提供了芳纶纳米纤维基绝缘纸的制备方法，本发明提供的制备方法简单，具有优异的可操作性，进一步地可连续制备，利于实现工业化生产。

Description

一种芳纶纳米纤维基绝缘纸及其制备方法
技术领域
本发明涉及绝缘复合材料技术领域，特别涉及一种芳纶纳米纤维基绝缘纸及其制备方法。
背景技术
近年来，随着电容器和电力传输设备的高速发展，在极端条件下具有优异绝缘性能和力学性能的材料备受关注。目前，最广泛使用的用于电机绝缘的材料是云母带，这是因为云母自身具有优良的电气性能、耐高温，且来源广，适合作为绝缘无机材料的主体，例如白云母介电强度为133～407kV/mm,最高能在700～900℃中使用。但用云母制成的绝缘纸机械强度太低，无法直接用于电气绝缘，这就需要额外使用胶黏剂粘结补强材料成为云母带。而胶黏剂通常为高分子材料，例如树脂，其电气强度一般，耐热性差，制约了云母带在电机高温工作下的电气性能。因此，制备一种集绝缘性能、力学性能、耐热性能为一体的云母复合材料来代替常规云母带具有重要意义。
芳纶纤维可用于增强云母纸，能提高纸的力学性能，同时保证了纸的电气性能。但是，目前用于增强云母纸的都是微米级的芳纶纤维，纤维比表面积小，与云母界面结合不好，力学性能提高不大。因此，芳纶微米纤维基复合纸作为绝缘材料还不能完全替代云母带在绝缘方面的应用。为了提高芳纶纤维增强云母纸性能，一些工作者在芳纶纤维和云母中引入改性手段，通过表面改性增强芳纶纤维和云母的界面结合，这些通过改性制备的复合材料力学性能和电气性能都有所提高，然而，改性剂的引入增加了生产工艺的复杂性和不稳定性，无法达到可以工业化生产的条件。
因此，如何基于芳纶纤维和绝缘无机材料设计出可代替云母带的绝缘复合材料仍然是一大挑战。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种芳纶纳米纤维基绝缘纸及其制备方法。本发明提供的芳纶纳米纤维基绝缘纸具有较高的电气性能和力学性能、优良的绝缘和阻燃性，能够代替目前绝缘市场上的云母带。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种芳纶纳米纤维基绝缘纸，所述芳纶纳米纤维基绝缘纸包括芳纶纳米纤维和绝缘无机材料；所述芳纶纳米纤维具有分叉几何形状并形成三维网状结构，绝缘无机材料分布在所述三维网状结构中。
优选地，所述芳纶纳米纤维包括对位芳纶纤维和/或间位芳纶纤维；所述芳纶纳米纤维的直径为3～20nm。
优选地，所述绝缘无机材料包括白云母、金云母、氟金云母、合成云母和氮化硼中的一种或几种；所述绝缘无机材料占芳纶纳米纤维基绝缘纸质量的30～70％。
本发明提供了以上方案所述芳纶纳米纤维基绝缘纸的制备方法，包括以下步骤：
(1)将强碱、二甲基亚砜和芳纶纤维混合，得到芳纶纳米纤维分散液；
(2)将二甲基亚砜和绝缘无机材料混合，得到绝缘无机材料分散液；
(3)将所述芳纶纳米纤维分散液和绝缘无机材料分散液混合，得到溶胶；
(4)将所述溶胶与水进行溶剂交换，得到水凝胶；
(5)将所述水凝胶进行干燥，得到芳纶纳米纤维基绝缘纸；
所述步骤(1)和步骤(2)没有时间顺序的限制。
优选地，所述步骤(1)中的强碱为氢氧化钾、乙醇钾和叔丁醇钾中的一种或几种；所述强碱和二甲基亚砜的质量比为1:9～300；所述强碱和芳纶纤维的质量比为1:1～3。
优选地，所述步骤(2)中二甲基亚砜和绝缘无机材料的质量比为1:0.003～0.05。
优选地，所述步骤(3)中芳纶纳米纤维分散液与绝缘无机材料分散液的质量比为1:0.5～3。
优选地，所述步骤(4)中将溶胶与水进行溶剂交换的具体操作为：将所述溶胶倒入模具，然后浸入水中进行溶剂交换；
或者，将所述溶胶通过连续注射装置与水进行溶剂交换。
优选地，所述连续注射装置包括注射器、出口模具、传送带和水槽；
所述注射器的出口与出口模具的入口连通，所述出口模具的出口紧靠传送带；所述出口模具和传送带置于水槽中；
应用时，将溶胶通过注射器进行连续注射，流经出口模具后与水槽中的水进行溶剂交换，形成的水凝胶由传送带转移出水槽。
优选地，所述步骤(5)中干燥的温度为25～40℃，时间为48～120h。
本发明提供了一种芳纶纳米纤维基绝缘纸，所述芳纶纳米纤维基绝缘纸包括芳纶纳米纤维和绝缘无机材料；所述芳纶纳米纤维具有分叉几何形状并形成三维网状结构，绝缘无机材料分布在所述三维网状结构中。本发明提供的芳纶纳米纤维基绝缘纸中的芳纶纳米纤维形成三维网状结构，绝缘无机材料位于三维网状结构中，当绝缘纸被拉伸时，绝缘无机材料与非均匀的(纤维网络中孔尺寸有大有小)芳纶纳米纤维网络一起滑动并从卷缩的芳纶纳米纤维中拉出，其中芳纶纳米纤维之间的氢键作用力会被破坏，芳纶纳米纤维网络的伸长和取向会导致绝缘纸局部变形硬化；而由于芳纶纳米纤维网络的高互连性和与绝缘无机材料的多位点交联，会使整个材料发生均匀的变形，而不是在材料的局部区域变形，从而产生大的断裂应变和超高韧性；此外，芳纶纳米纤维取代了部分绝缘无机材料，因此在纸中形成纤维网络使纸具有较高的力学性能，加之芳纶纤维具有较高的绝缘性，因此得到的纸绝缘性能优良。实施例结果表明，与目前常用的少胶云母带和芳纶云母纸相比，本发明提供的芳纶纳米纤维基绝缘纸的介电强度和拉伸强度明显提高，说明本发明提供的芳纶纳米纤维基绝缘纸具有优良的电气性能、绝缘性能和力学性能，能够代替目前绝缘市场上的云母带和芳纶云母纸，减薄绝缘用厚度。
本发明提供了所述芳纶纳米纤维基绝缘纸的制备方法。本发明提供的制备方法简单，具有优异的可操作性，进一步地可连续制备，利于实现工业化生产。
附图说明
图1为实施例1中制备的对位芳纶纳米纤维/合成云母水凝胶的实物外观图；
图2为实施例1制备的对位芳纶纳米纤维/合成云母绝缘纸的实物外观图；
图3为实施例1中对位芳纶纳米纤维/合成云母水凝胶冷冻干燥后的SEM图，图3中左图和右图分别为不同放大倍数下的SEM图；
图4为实施例1制备的对位芳纶纳米纤维/合成云母绝缘纸的SEM图；
图5为实施例1制备的对位芳纶纳米纤维/合成云母绝缘纸进行酒精灯燃烧实验的过程图；
图6为本发明中连续注射装置的结构示意图，其中1-注射器，2-出口模具，3-传送带，4-水槽；
图7为实施例2中制备的对位芳纶纳米纤维/白云母水凝胶的实物外观图；
图8为实施例2制备的对位芳纶纳米纤维/白云母绝缘纸的实物外观图。
具体实施方式
本发明提供了一种芳纶纳米纤维基绝缘纸，所述芳纶纳米纤维基绝缘纸包括芳纶纳米纤维和绝缘无机材料；所述芳纶纳米纤维具有分叉几何形状(类似树枝状结构)并形成三维网状结构，绝缘无机材料分布在所述三维网状结构中。
在本发明中，所述芳纶纳米纤维优选包括对位芳纶纤维和/或间位芳纶纤维；所述芳纶纳米纤维的直径优选为3～20nm，更优选为10nm。
在本发明中，所述绝缘无机材料优选包括白云母、金云母、氟金云母、合成云母和氮化硼中的一种或几种；所述绝缘无机材料优选占芳纶纳米纤维基绝缘纸质量的30～70％，更优选为40～60％。在本发明中，所述绝缘无机材料可以是纳米片，也可以是微米片。
本发明提供了以上所述芳纶纳米纤维基绝缘纸。本发明提供的芳纶纳米纤维基绝缘纸具有较高的电气性能和力学性能、优良的绝缘和阻燃性，能够代替目前绝缘市场上的云母带以及芳纶纸和芳纶云母纸，并可减薄绝缘用厚度。
本发明提供了以上方案所述芳纶纳米纤维基绝缘纸的制备方法，包括以下步骤：
(1)将强碱、二甲基亚砜和芳纶纤维混合，得到芳纶纳米纤维分散液；
(2)将二甲基亚砜和绝缘无机材料混合，得到绝缘无机材料分散液；
(3)将所述芳纶纳米纤维分散液和绝缘无机材料分散液混合，得到溶胶；
(4)将所述溶胶与水进行溶剂交换，得到水凝胶；
(5)将所述水凝胶进行干燥，得到芳纶纳米纤维基绝缘纸；
所述步骤(1)和步骤(2)没有时间顺序的限制。
本发明将强碱、二甲基亚砜和芳纶纤维混合，得到芳纶纳米纤维分散液。在本发明中，所述强碱优选为氢氧化钾、乙醇钾和叔丁醇钾中的一种或几种；所述强碱和二甲基亚砜的质量比优选为1:9～300，更优选为1:100～200；所述强碱和芳纶纤维的质量比优选为1:1～3，更优选为1:1.5～2。本发明对所述强碱、二甲基亚砜的来源没有特别的要求，采用本领域市售的相应产品即可；在本发明具体实施例中，所述强碱的质量浓度优选≥99.0％，所述二甲基亚砜的质量浓度优选≥99.5％。在本发明中，所述芳纶纤维的种类与以上方案所述的芳纶纳米纤维的种类相同，在此不再赘述；本发明对所述芳纶纤维的来源没有特别的要求，采用本领域市售的芳纶纤维即可。本发明优选先将所述强碱和二甲基亚砜混合，得到碱性混合液；再将碱性混合液和芳纶纤维混合。本发明对所述强碱和二甲基亚砜的混合方式没有特别的要求，能够将强碱和二甲基亚砜混合均匀即可；本发明优选在搅拌的条件下将所述碱性混合液和芳纶纤维进行混合，所述混合的时间优选为48～72h。混合后，得到芳纶纳米纤维分散液；所述芳纶纳米纤维分散液中芳纶纳米纤维的直径优选为3～20nm，更优选为10nm，长度优选为1～10μm，更优选为5μm。本发明将强碱、二甲基亚砜和芳纶纤维混合，芳纶纤维在强碱/二甲基亚砜体系中由微米级纤维被剥离成芳纶纳米纤维，并形成分叉几何形状，同时构成芳纶纳米纤维的三维网状结构。
本发明将二甲基亚砜和绝缘无机材料混合，得到绝缘无机材料分散液。在本发明中，所述二甲基亚砜和绝缘无机材料的质量比优选为1:0.003～0.05，更优选为1：0.01～0.03；所述绝缘无机材料的种类与上述方案所述绝缘无机材料相同，在此不再赘述。本发明优选在搅拌的条件下将二甲基亚砜和绝缘无机材料进行混合；本发明对所述搅拌的时间和速度没有特别的要求，能够将二甲基亚砜和绝缘无机材料混合均匀即可。
得到纳米纤维分散液和绝缘无机材料分散液后，本发明将所述芳纶纳米纤维分散液和绝缘无机材料分散液混合，得到溶胶。在本发明中，所述芳纶纳米纤维分散液与绝缘无机材料分散液的质量比优选为1:0.5～3，更优选为1:1～2。本发明优选在搅拌的条件下将芳纶纳米纤维分散液和绝缘无机材料分散液进行混合，本发明对所述搅拌的时间和速度没有特别的要求，能够保证混合均匀即可；混合均匀后，得到溶胶。
得到溶胶后，本发明将所述溶胶与水进行溶剂交换，得到水凝胶。在本发明中，所述将溶胶与水进行溶剂交换的具体操作优选为：将所述溶胶倒入模具，然后浸入水中进行溶剂交换；或者，将所述溶胶通过连续注射装置与水进行溶剂交换。在本发明中，所述溶剂交换的过程中，水置换了溶胶中的强碱和二甲基亚砜，即溶胶中的二甲基亚砜和强碱扩散进水中，水扩散进溶胶中，然后溶胶转化为水凝胶。
在本发明中，所述将溶胶倒入模具，然后浸入水中进行溶剂交换的操作为间歇制备法。在本发明中，所述溶胶倒入模具中，溶胶会在模具中铺展开来形成薄膜；本发明对所述模具的形状和规格没有特别的要求，采用本领域熟知的制备薄膜用的模具即可，在本发明具体实施例中，所述模具优选为平底模具，以利于得到厚度均匀的薄膜。溶胶倒入模具中后，再将铺展有溶胶的模具浸入水中进行溶剂交换；本发明对所述溶剂交换的次数没有特别的要求，能够将溶胶中的二甲基亚砜和强碱充分交换出来即可；在本发明具体实施例中，所述溶剂交换的次数优选为5次，具体为溶胶在水中浸泡每隔4h换水1次，重复进行5次。
在本发明中，所述将溶胶通过连续注射装置与水进行溶剂交换的方法为连续制备法。在本发明中，所述连续注射装置优选包括注射器、出口模具、传送带和水槽，如图6所示；所述注射器的出口与出口模具的入口连通，所述出口模具的出口紧靠传送带；所述出口模具和传送带置于水槽中。在本发明中，所述注射器优选通过注射泵控制进行连续注射；所述出口模具优选具有矩形横截面。本发明对所述注射器、注射泵、具有矩形横截面的出口模具和传送带没有特别的要求，采用本领域熟知的相应器具即可。本发明通过连续注射装置将溶胶与水进行溶剂交换的操作为：将溶胶通过注射器进行连续注射，流经出口模具后与水槽中的水进行溶剂交换，形成的水凝胶由传送带转移出水槽；连续注射过程中，注射泵的速度优选设置为1～5mL/min，传送带的速度优选为0.2～1cm/s。
得到水凝胶后，本发明将所述水凝胶进行干燥，得到芳纶纳米纤维基绝缘纸。在本发明中，所述干燥的温度优选为25～40℃，更优选为30℃，时间优选为48～120h，更优选为60～100h；所述干燥的气氛优选为空气。本发明对所述干燥的方法没有特别的要求，采用本领域熟知的方法保证所需的干燥温度和时间即可。在本发明中，所述干燥的过程中，绝缘无机材料与芳纶纳米纤维网络一起形成层状结构，得到芳纶纳米纤维基绝缘纸。本发明对所述芳纶纳米纤维基绝缘纸的厚度没有特别的要求，可根据实际需要通过调整模具的高度从而改变水凝胶厚度的方法进行调整。
本发明提供了以上所述芳纶纳米纤维基绝缘纸的制备方法。本发明提供的制备方法简单，具有优异的可操作性，可进一步实现连续制备，利于实现工业化生产。
下面结合实施例对本发明提供的芳纶纳米纤维基绝缘纸及其制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
芳纶纳米纤维基绝缘纸(对位芳纶纳米纤维/合成云母绝缘纸)的制备：
(1)称取商业化聚对苯二甲酰对苯二胺纤维0.4g，加入到19.4mL二甲基亚砜和0.2g乙醇钾混合液中，机械搅拌60h，形成均匀的芳纶纳米纤维分散液；
(2)称取合成云母0.24g，加入到19.76mL的二甲基亚砜溶液中，在机械搅拌下快速搅拌12h，得到均匀的合成云母分散液；
(3)将步骤(1)配制的芳纶纳米纤维分散液和步骤(2)配制的合成云母分散液混合，在1200rpm的转速下机械搅拌10h形成溶胶，倒入直径5.5厘米的平底塑料皿中；
(4)将步骤(3)的溶胶浸泡在蒸馏水中，溶胶中的二甲基亚砜和乙醇钾扩散进水中，水扩散进溶胶中，然后溶胶转化为凝胶，浸泡4h后换水，共循环5次，得到对位芳纶纳米纤维/合成云母水凝胶，实物外观如图1所示；
(5)将步骤(4)中的对位芳纶纳米纤维/合成云母水凝胶在空气中25℃干燥100h，得到合成云母质量分数为40％的芳纶纳米纤维基绝缘纸，实物外观如图2所示。
将该实施例步骤(4)得到的对位芳纶纳米纤维/合成云母水凝胶进行冷冻干燥后，进行扫描电镜观察，结果如图3中左图所示；图3中左图显示，对位芳纶纳米纤维具有分叉几何形状，形成三维网状结构，纤维网络中孔尺寸有大有小，合成云母均匀分布在三维对位芳纶纳米纤维网络中。对冷冻干燥后的对位芳纶纳米纤维/合成云母水凝胶进行进一步放大观察，结果如图3中右图所示；图3中右图显示对位芳纶纳米纤维紧密粘附于合成云母表面。
对该实施例制备的对位芳纶纳米纤维/合成云母绝缘纸进行扫描电镜观察，结果如图4所示；图4显示绝缘纸具有明显的有序层状结构。
经测试，该实施例制备的对位芳纶纳米纤维/合成云母绝缘纸的厚度为30μm，其介电强度为164kV/mm，拉伸强度为174.36MPa，拉伸韧性为108.9MJ/m3。
对该实施例制备的对位芳纶纳米纤维/合成云母绝缘纸进行酒精灯燃烧实验，测试过程如图5所示。对位芳纶纳米纤维/合成云母绝缘纸经过240min的燃烧后，剩余质量为初始质量的60％，绝缘纸燃烧的背面仍然保留芳纶纳米纤维网络结构，说明该实施例制备的绝缘纸具有优良的阻燃性。
实施例2
芳纶纳米纤维基绝缘纸(对位芳纶纳米纤维/白云母绝缘纸)的制备：
(1)称取商业化聚对苯二甲酰对苯二胺纤维0.4g，加入到19.2mL二甲基亚砜和0.4g氢氧化钾混合液中，机械搅拌60h，形成均匀的芳纶纳米纤维分散液；
(2)称取白云母0.24g，加入到19.76mL的二甲基亚砜溶液中，在机械搅拌下快速搅拌12h，形成均匀的白云母分散液；
(3)将步骤(1)配制的芳纶纳米纤维分散液和步骤(2)配制的白云母分散液混合，在1200rpm的转速下机械搅拌10h形成溶胶；
(4)将步骤(3)的溶胶倒入规格为60mL注射器中，将注射器固定在注射泵上，通过注射泵控制注射器连续注射，流经具有矩形横截面出口的模具后，流入水中凝胶化，接着用传送带将水凝胶转移至空气中(装置如图6所示)。注射泵速度设置为2mL/min，传送带速度为0.5cm/min；
(5)将步骤(4)的对位芳纶纳米纤维基水凝胶(实物外观如图7所示)在光滑玻璃面上铺展开来，空气中25℃干燥48h，得到白云母质量分数为40％的对位芳纶纳米纤维/白云母绝缘纸，实物外观如图8所示。
该实施例中制备的对位芳纶纳米纤维/白云母水凝胶和对位芳纶纳米纤维/白云母绝缘纸的微观结构与图3和图4类似。
经测试，该实施例制备的对位芳纶纳米纤维/白云母绝缘纸的厚度为40μm，介电强度为159kV/mm，拉伸强度为152.5MPa，其拉伸韧性为90.2MJ/m3。
实施例3
芳纶纳米纤维基绝缘纸(对位芳纶纳米纤维/氮化硼绝缘纸)的制备：
(1)称取商业化聚对苯二甲酰对苯二胺纤维0.4g，加入到19.4mL二甲基亚砜和0.2g乙醇钾混合液中，机械搅拌60h，形成均匀的芳纶纳米纤维分散液；
(2)称取氮化硼0.4g，加入到30mL的二甲基亚砜溶液中，在机械搅拌下搅拌12h，得到均匀的氮化硼分散液；
(3)将步骤(1)配制的芳纶纳米纤维分散液和步骤(2)配制的合成氮化硼分散液混合，400W功率超声3h，然后在1200rpm的转速下机械搅拌2h形成溶胶，倒入直径5.5厘米的平底塑料皿中；
(4)将步骤(3)的溶胶浸泡在蒸馏水中，溶胶中的二甲基亚砜和乙醇钾扩散进水中，水扩散进溶胶中，然后溶胶转化为凝胶，浸泡4h后换水，共循环5次，得到对位芳纶纳米纤维/氮化硼水凝胶；
(5)将步骤(4)中的对位芳纶纳米纤维/氮化硼水凝胶在空气中25℃干燥100h，得到氮化硼质量分数为40％的芳纶纳米纤维基绝缘纸。
该实施例中制备的对位芳纶纳米纤维/氮化硼水凝胶和对位芳纶纳米纤维/氮化硼绝缘纸的微观结构与图3和图4类似。
经测试，该实施例制备的对位芳纶纳米纤维/氮化硼绝缘纸的厚度为40μm，其介电强度为124kV/mm，拉伸强度为76MPa，拉伸韧性为25MJ/m3。
实施例4
芳纶纳米纤维基绝缘纸(间位芳纶纳米纤维/金云母绝缘纸)的制备：
(1)称取商业化聚间苯二甲酰对苯二胺纤维0.4g，加入到19.3mL二甲基亚砜和0.3g叔丁醇钾混合液中，机械搅拌60h，形成均匀的芳纶纳米纤维分散液；
(2)称取金云母0.24g，加入到30mL的二甲基亚砜溶液中，在机械搅拌下搅拌12h，得到均匀的金云母分散液；
(3)将步骤(1)配制的芳纶纳米纤维分散液和步骤(2)配制的金云母分散液混合，在1200rpm的转速下机械搅拌10h形成溶胶，倒入直径5.5厘米的平底塑料皿中；
(4)将步骤(3)的溶胶浸泡在蒸馏水中，溶胶中的二甲基亚砜和叔丁醇钾扩散进水中，水扩散进溶胶中，然后溶胶转化为凝胶，浸泡4h后换水，共循环5次，得到间位芳纶纳米纤维/金云母水凝胶；
(5)将步骤(4)中的间位芳纶纳米纤维/金云母水凝胶在空气中25℃干燥100h，得到金云母质量分数为40％的间位芳纶纳米纤维/金云母绝缘纸。
该实施例中制备的间位芳纶纳米纤维/金云母水凝胶和间位芳纶纳米纤维/金云母绝缘纸的微观结构与图3和图4类似。
经测试，该实施例制备的间位芳纶纳米纤维/金云母绝缘纸的厚度为35μm，其介电强度为95kV/mm，拉伸强度62.5MPa，拉伸韧性20.4MJ/m3。
实施例5
芳纶纳米纤维基绝缘纸(间位芳纶纳米纤维/氟金云母绝缘纸)的制备：
(1)称取商业化聚间苯二甲酰对苯二胺纤维0.4g，加入到19.3mL二甲基亚砜和0.3g乙醇钾混合液中，机械搅拌60h，形成均匀的芳纶纳米纤维分散液；
(2)称取氟金云母0.24g，加入到19.76mL的二甲基亚砜溶液中，在机械搅拌下快速搅拌12h，形成均匀的氟金云母分散液；
(3)将步骤(1)配制的间位芳纶纳米纤维分散液和步骤(2)配制的氟金云母分散液混合，在1200rpm的转速下机械搅拌10h形成溶胶；
(4)将步骤(3)的溶胶倒入规格为60mL注射器中，将注射器固定在注射泵上，通过注射泵控制注射器连续注射，流经具有矩形横截面出口的模具后，流入水中凝胶化，接着用传送带将水凝胶转移至空气中，注射泵速度设置为2mL/min，传送带速度为0.5cm/s；
(5)将步骤(4)的间位芳纶纳米纤维/氟金云母水凝胶在光滑玻璃面上铺展开来，空气中25℃干燥48h，得到氟金云母质量分数为40％的间位芳纶纳米纤维/氟金云母绝缘纸。
该实施例中制备的间位芳纶纳米纤维/氟金云母水凝胶和间位芳纶纳米纤维/氟金云母绝缘纸的微观结构与图3和图4类似。
经测试，该实施例制备的间位芳纶纳米纤维/氟金云母绝缘纸的厚度为30μm，其介电强度为103kV/mm，拉伸强度为60.5MPa，拉伸韧性为21.4MJ/m3。
对比例1
与目前常用的少胶云母带，型号为Isovolta 0410，作为对比。
经测试，型号为Isovolta 0410的少胶云母带其介电强度为10.71kV/mm，拉伸强度为57MPa。
对比例2
与目前常用的芳纶云母纸，型号为nomex 818，作为对比。
经测试，型号为nomex 818的芳纶云母纸其介电强度为32kV/mm，拉伸强度为36MPa。
实施例1～5及对比例1～2中，拉伸测试是在岛津AGS-X电子万能试验机上测试的，样条的尺寸为：长40mm，宽2mm，拉伸速率为1mm/min；介电强度测试是在桂林电器科学研究院有限公司HT-20/5A击穿电压测试仪上测试的，样品尺寸为直径5cm的圆，电极直径为6mmⅹ6mm。
通过以上实施例可以看出，与目前常用的少胶云母带和芳纶云母纸相比，本发明提供的芳纶纳米纤维基绝缘纸的介电强度和拉伸强度明显提高，说明本发明提供的芳纶纳米纤维基绝缘纸具有优良的电气性能、绝缘性能和力学性能，能够代替目前绝缘市场上的云母带和芳纶云母纸，减薄绝缘用厚度。并且，本发明提供的制备方法简单，具有优异的可操作性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种芳纶纳米纤维基绝缘纸，其特征在于，所述芳纶纳米纤维基绝缘纸包括芳纶纳米纤维和绝缘无机材料；所述芳纶纳米纤维具有分叉几何形状并形成三维网状结构，绝缘无机材料分布在所述三维网状结构中；所述芳纶纳米纤维基绝缘纸的制备方法，包括以下步骤：
(1)将强碱、二甲基亚砜和芳纶纤维混合，得到芳纶纳米纤维分散液；
(2)将二甲基亚砜和绝缘无机材料混合，得到绝缘无机材料分散液；
(3)将所述芳纶纳米纤维分散液和绝缘无机材料分散液混合，得到溶胶；
(4)将所述溶胶与水进行溶剂交换，得到水凝胶；
(5)将所述水凝胶进行干燥，得到芳纶纳米纤维基绝缘纸；
所述步骤(4)中将溶胶与水进行溶剂交换的具体操作为：将所述溶胶倒入模具，然后浸入水中进行溶剂交换；或者，将所述溶胶通过连续注射装置与水进行溶剂交换；
所述步骤(1)和步骤(2)没有时间顺序的限制。
2.根据权利要求1所述的芳纶纳米纤维基绝缘纸，其特征在于，所述芳纶纳米纤维包括对位芳纶纤维和/或间位芳纶纤维；所述芳纶纳米纤维的直径为3～20nm。
3.根据权利要求1所述的芳纶纳米纤维基绝缘纸，其特征在于，所述绝缘无机材料包括白云母、金云母、氟金云母、合成云母和氮化硼中的一种或几种；所述绝缘无机材料占芳纶纳米纤维基绝缘纸质量的30～70％。
4.权利要求1～3任意一项所述芳纶纳米纤维基绝缘纸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将强碱、二甲基亚砜和芳纶纤维混合，得到芳纶纳米纤维分散液；
(2)将二甲基亚砜和绝缘无机材料混合，得到绝缘无机材料分散液；
(3)将所述芳纶纳米纤维分散液和绝缘无机材料分散液混合，得到溶胶；
(4)将所述溶胶与水进行溶剂交换，得到水凝胶；
(5)将所述水凝胶进行干燥，得到芳纶纳米纤维基绝缘纸；
所述步骤(1)和步骤(2)没有时间顺序的限制。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的强碱为氢氧化钾、乙醇钾和叔丁醇钾中的一种或几种；所述强碱和二甲基亚砜的质量比为1:9～300；所述强碱和芳纶纤维的质量比为1:1～3。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中二甲基亚砜和绝缘无机材料的质量比为1:0.003～0.05。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中芳纶纳米纤维分散液与绝缘无机材料分散液的质量比为1:0.5～3。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中将溶胶与水进行溶剂交换的具体操作为：将所述溶胶倒入模具，然后浸入水中进行溶剂交换；
或者，将所述溶胶通过连续注射装置与水进行溶剂交换。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述连续注射装置包括注射器、出口模具、传送带和水槽；
所述注射器的出口与出口模具的入口连通，所述出口模具的出口紧靠传送带；所述出口模具和传送带置于水槽中；
应用时，将溶胶通过注射器进行连续注射，流经出口模具后与水槽中的水进行溶剂交换，形成的水凝胶由传送带转移出水槽。
10.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中干燥的温度为25～40℃，时间为48～120h。
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