CN111269450A - 一种电工云母复合绝缘薄膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种电工云母复合绝缘薄膜及其制备方法，电工云母复合绝缘薄膜包括经偶联剂改性的片层状电工云母粉体及由酸与壳聚糖反应形成的壳聚糖盐，壳聚糖盐填充在定向片层状云母粉体之间，形成以壳聚糖盐为灰、电工云母粉体为砖的仿生珍珠层结构；电工云母复合绝缘薄膜的制备方法，包括以下步骤：将电工云母粉加入到酸性壳聚糖水溶液中混合均匀，制得电工云母粉‑壳聚糖复合溶液；将电工云母粉‑壳聚糖复合溶液除去气泡后，干燥成膜，得到以壳聚糖盐为灰、片层状电工云母粉体为砖的仿生珍珠层结构的电工云母复合绝缘薄膜。本申请的电工云母复合薄膜具有高强度和韧性，减薄了电工云母带厚度，提高了耐压等级。

Description

一种电工云母复合绝缘薄膜及其制备方法

技术领域

本申请属于电机绝缘材料制备技术领域，尤其是涉及一种电工云母复合绝缘薄膜及其制备方法。

背景技术

电工云母主绝缘结构是全球范围内高压电机定子线圈(棒)对地绝缘(主绝缘)的主导结构，其中电工云母以其优异的耐高电压、耐电晕、耐辐射、耐漏电起痕性和耐热性等优良性能，成为电机主绝缘中不可替代的材料，但不管是疏松型大鳞片电工云母纸，还是人工合成电工云母纸，其本身强度都很低，均需要加以补强材料来满足高压电机定子对电工云母带的包绕强度要求，早期用于电工云母绝缘的补强材料主要为天然纤维织物，比如薄纸、棉布、丝绸等，随着高质量玻璃丝的发展，具有更高耐热性、更高强度的玻璃纤维布逐步取代了棉布和丝绸用作电工云母带的补强材料，除了玻璃纤维布可用作电工云母带补强材料之外，具有优异电气绝缘性能和耐热性能的聚酯薄膜、聚碳酸酯薄膜、聚酰亚胺薄膜、聚酯纤维无纺布等也已被广泛用作电工云母带的补强材料，应用于高压电机的主绝缘。

随着高压电机的功率不断提高，要求电工云母主绝缘结构减薄绝缘，补强材料是限制电工云母主绝缘结构绝缘厚度和电工云母含量的重要环节，双面补强电工云母带已无法满足电机体积对绝缘厚度的要求，单面补强电工云母带以其绝缘厚度小，电工云母含量高而得到大量应用，如果补强材料的厚度能够进一步减薄或者完全摒弃补强材料，其意义是非常巨大的。

仿生结构设计是改善材料性能的重要手段，自然界中的贝壳珍珠层是由片状碳酸钙层构成的砖质和有机质构成的灰质组成，其独有的“砖-灰”结构对贝壳珍珠层机械性能的提高起到了至关重要的作用，贝壳珍珠层因具有比人工复合材料更为优异的机械性能而备受关注，本申请将基于仿生贝壳结构而制出具有优异强度和韧性的复合材料以用于电工云母主绝缘结构。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为解决现有技术中电工云母主绝缘结构厚度大、机械性能差的不足，从而提供一种电工云母复合绝缘薄膜及其制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种电工云母复合绝缘薄膜，包括经偶联剂改性的片层状电工云母粉体及由酸与壳聚糖反应形成的壳聚糖盐，所述壳聚糖盐填充在定向片层状云母粉体之间，形成以壳聚糖盐为灰、电工云母粉体为砖的仿生珍珠层结构。

优选地，所述壳聚糖为两种不同粘度的壳聚糖的复合物，两种壳聚糖的粘度分别为90-130MPa﹒s、20-80MPa﹒s，粘度为90-130MPa﹒s、20-80MPa﹒s壳聚糖的质量比优选为1:0.5-2，粒度优选为不小于0.1mm。

优选地，所述偶联剂为经硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂的复配偶联剂，所述硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂的质量比优选为1:2-6，所述复配偶联剂用量占电工云母粉质量的比例优选为1wt％-7wt％。

优选地，所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷或γ-巯丙基三甲氧基硅烷，所述钛酸酯偶联剂为三(二辛基焦磷酰氧基)钛酸异丙酯、四辛氧基钛[二(十三烷基亚磷酸酯)]或四辛氧基钛[二(二月桂基亚磷酸酯)]。

优选地，所述片层状电工云母粉体由以下表面改性工艺制成：先将云母经干式球磨剥离为薄层云母，再将薄层云母和复配偶联剂经超音速气流磨进行机械力化学改性；超音速气流使电工云母粉、偶联剂经运动-碰撞-断裂-断键-活化，同时二者表面的离子键或反应活性点彼此发生机械力化学反应或机械力化学吸附，使电工云母的超细粉碎和表面改性几乎同一时间完成。

优选地，所述经超音速气流磨进行机械力化学改性的进料速度为1.5kg/h，进料压力为4～4.5MPa，工作压力为7～7.5MPa。

优选地，所述片层状电工云母粉体的用量与壳聚糖的质量比为0.3:1.5。

一种电工云母复合绝缘薄膜的制备方法，包括以下步骤：

将电工云母粉加入到酸性壳聚糖水溶液中混合均匀，制得电工云母粉-壳聚糖复合溶液；

将电工云母粉-壳聚糖复合溶液除去气泡后，干燥成膜，得到以壳聚糖盐为灰、片层状电工云母粉体为砖的仿生珍珠层结构的电工云母复合绝缘薄膜。

优选地，所述酸性壳聚糖水溶液为壳聚糖与强酸反应形成的水溶液，所述酸性壳聚糖水溶液的pH优选为2-6。

优选地，所述干燥方法为梯度升温，梯度升温方法为：20-30℃保持0.5-2h，50-60℃保持0.5-2h，80-90℃保持0.5-2h。

本发明的有益效果是：

本申请提供了一种以壳聚糖盐为灰、电工云母粉体为砖的仿生珍珠层结构的电工云母复合绝缘薄膜，具体是将电工云母粉与酸性壳聚糖水溶液共混、干燥成膜制得，其中：干燥方法优选为梯度升温，有利于电工云母粉定向排列呈砖块堆砌，并使得壳聚糖盐充分填充在定向片层状云母粉体之间，达到了强韧的最佳配合；此外，壳聚糖盐优选为由酸与两种不同粘度的壳聚糖反应形成的具有不同物理特性的两种壳聚糖盐，进一步使得壳聚糖盐充分填充在定向片层状云母粉体之间，提高了复合绝缘薄膜的强度和韧性；再有，片层状电工云母粉体为利用复配偶联剂经超音速气流磨机械力化学改性的电工云母粉，有利于其定向排列呈砖块堆砌，有效仿制了珍珠层结构，进一步提高了复合绝缘薄膜的强度和韧性。

本申请的电工云母复合薄膜具有无可比拟的可包绕性强度和韧性，提高了现有电工云母带单位面积的电工云母含量，减薄了电工云母带厚度，从而提高了耐压等级，有效降低了制造工艺难度和成本。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

本实施例提供一种电工云母复合绝缘薄膜的制备方法：

1)片层状电工云母粉体的制备：准备电工云母粉100g，三(二辛基焦磷酰氧基)钛酸异丙酯4g，γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂1g；将电工云母粉及两种偶联剂分别放入粉碎机中粉碎，之后采用干式球磨法，在球磨机四个球磨罐中，放入等量的粉碎的电工云母粉，选择配球比为大：中：小＝10％：30％：60％，料、球、研磨空间各占1/3，转速选择为240r/min，正转30min，反转30min，中间冷却5min，如此循环3次，干燥得到薄层云母片云，最后，再将球磨后的薄层云母片及混配的两种偶联剂加入超音速气流粉碎机中进行机械力化学改性，控制进料速度为1.5kg/h，进料压力为4～4.5MPa，工作压力为7～7.5MPa；

2)电工云母复合薄膜的制备：准备片层状电工云母粉体6g，110MPa﹒s壳聚糖4g，50MPa﹒s壳聚糖4g，盐酸水溶液，两种壳聚糖的粒度均不小于0.1mm；将复配壳聚糖溶于盐酸水溶液中，搅拌2h，得到pH为4的酸性壳聚糖水溶液，将酸性壳聚糖水溶液放入真空干燥箱中除去气泡，再将片层状电工云母粉体加入酸性壳聚糖水溶液中磁力分散2h，得到壳聚糖-电工云母复合溶液，将电工云母粉-壳聚糖复合溶液放入真空干燥箱中除去气泡，最后将电工云母粉-壳聚糖复合溶液利用刮膜法均匀涂在基板上，放入50℃烘箱中干燥4h，得到电工云母复合绝缘薄膜。

实施例2

本实施例提供一种电工云母复合绝缘薄膜的制备方法：

1)片层状电工云母粉体的制备：准备电工云母粉300g，四辛氧基钛[二(十三烷基亚磷酸酯)]2g，γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷1g；所述片层状电工云母粉体的制备方法同实施例1；

2)电工云母复合薄膜的制备：准备片层状电工云母粉体14g，130MPa﹒s壳聚糖4g，80MPa﹒s壳聚糖2g，盐酸水溶液，两种壳聚糖的粒度均不小于0.1mm；将复配壳聚糖溶于盐酸水溶液中，搅拌2h，得到pH为2的酸性壳聚糖水溶液，将酸性壳聚糖水溶液放入真空干燥箱中除去气泡，再将片层状电工云母粉体加入酸性壳聚糖水溶液中磁力分散2h，得到壳聚糖-电工云母复合溶液，将电工云母粉-壳聚糖复合溶液放入真空干燥箱中除去气泡，最后将电工云母粉-壳聚糖复合溶液利用刮膜法均匀涂在基板上，放入50℃烘箱中干燥4h，得到电工云母复合绝缘薄膜。

实施例3

本实施例提供一种电工云母复合绝缘薄膜的制备方法：

1)片层状电工云母粉体的制备：准备电工云母粉100g，四辛氧基钛[二(二月桂基亚磷酸酯)]6g，γ-巯丙基三甲氧基硅烷1g；所述片层状电工云母粉体的制备方法同实施例1；

2)电工云母复合薄膜的制备：准备片层状电工云母粉体14g，90MPa﹒s壳聚糖4g，20MPa﹒s壳聚糖8g，盐酸水溶液，两种壳聚糖的粒度均不小于0.1mm；将复配壳聚糖溶于盐酸水溶液中，搅拌2h，得到pH为6的酸性壳聚糖水溶液，将酸性壳聚糖水溶液放入真空干燥箱中除去气泡，再将片层状电工云母粉体加入酸性壳聚糖水溶液中磁力分散2h，得到壳聚糖-电工云母复合溶液，将电工云母粉-壳聚糖复合溶液放入真空干燥箱中除去气泡，最后将电工云母粉-壳聚糖复合溶液利用刮膜法均匀涂在基板上，放入50℃烘箱中干燥4h，得到电工云母复合绝缘薄膜。

实施例4

本实施例提供一种电工云母复合绝缘薄膜的制备方法，其与实施例1的区别仅在于干燥方法为梯度升温，梯度升温方法为：25℃保持1h，55℃保持1h，85℃保持1h。

实施例5

本实施例提供一种电工云母复合绝缘薄膜的制备方法，其与实施例1的区别仅在于壳聚糖仅为110MPa﹒s壳聚糖8g。

实施例6

本实施例提供一种电工云母复合绝缘薄膜的制备方法，其与实施例1的区别仅在于壳聚糖仅为50MPa﹒s壳聚糖8g。

效果例

本效果例将实施例1-6制备出的电工云母复合绝缘薄膜按标准GB/T 1040.3-2006，测试方法为薄膜和膜片拉伸性试验，测试速度100mm/min，试样厚度为0.12mm，宽度为25mm，长度为20cm，测得其拉伸强度依次为166N/10mm、156N/10mm、163N/10mm、205N/10mm、136N/10mm、128N/10mm，此外采用SENB法测得实施例1-6的电工云母复合绝缘薄膜断裂韧性依次为28MPa.m^1/2、27MPa.m^1/2、29MPa.m^1/2、35MPa.m^1/2、23MPa.m^1/2、22MPa.m^1/2，可见，本申请制备的电工云母复合绝缘薄膜完全满足高压电机对电工云母带的可包绕性强度和韧性要求，通过实施例1与实施例4-6的对比可知，采用梯度升温干燥与两种不同粘度的壳聚糖与酸反应形成的壳聚糖盐能进一步提高复合绝缘薄膜的强度和韧性。

此外，本效果例使用600℃高温煅烧薄膜1-2h，测得本申请制备的电工云母薄膜中电工云母含量基本在160-300g/m²，与市场上少胶单面补强电工云母带相比，单位面积内电工云母含量更高，同时厚度更薄。

以上述依据本申请的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项申请技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项申请的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种电工云母复合绝缘薄膜，其特征在于，包括经偶联剂改性的片层状电工云母粉体及由酸与壳聚糖反应形成的壳聚糖盐，所述壳聚糖盐填充在定向片层状云母粉体之间，形成以壳聚糖盐为灰、电工云母粉体为砖的仿生珍珠层结构。

2.根据权利要求1所述的电工云母复合绝缘薄膜，其特征在于，所述壳聚糖为两种不同粘度的壳聚糖的复合物，两种壳聚糖的粘度分别为90-130MPa﹒s、20-80MPa﹒s，粘度为90-130MPa﹒s、20-80MPa﹒s壳聚糖的质量比优选为1:0.5-2，粒度优选为不小于0.1mm。

3.根据权利要求1或2所述的电工云母复合绝缘薄膜，其特征在于，所述偶联剂为经硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂的复配偶联剂，所述硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂的质量比优选为1:2-6，所述复配偶联剂用量占电工云母粉质量的比例优选为1wt％-7wt％。

4.根据权利要求3所述的电工云母复合绝缘薄膜，其特征在于，所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷或γ-巯丙基三甲氧基硅烷，所述钛酸酯偶联剂为三(二辛基焦磷酰氧基)钛酸异丙酯、四辛氧基钛[二(十三烷基亚磷酸酯)]或四辛氧基钛[二(二月桂基亚磷酸酯)]。

5.根据权利要求1-4任一项所述的电工云母复合绝缘薄膜，其特征在于，所述片层状电工云母粉体由以下表面改性工艺制成：先将云母经干式球磨剥离为薄层云母，再将薄层云母和偶联剂经超音速气流磨进行机械力化学改性。

6.根据权利要求5所述的电工云母复合绝缘薄膜，其特征在于，所述经超音速气流磨进行机械力化学改性的进料速度为1.5kg/h，进料压力为4～4.5MPa，工作压力为7～7.5MPa。

7.根据权利要求1-6任一项所述的电工云母复合绝缘薄膜，其特征在于，所述片层状电工云母粉体的用量与壳聚糖的质量比为0.3:1.5。

8.一种权利要求1-7任一项所述的电工云母复合绝缘薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将电工云母粉加入到酸性壳聚糖水溶液中混合均匀，制得电工云母粉-壳聚糖复合溶液；

将电工云母粉-壳聚糖复合溶液除去气泡后，干燥成膜，得到以壳聚糖盐为灰、片层状电工云母粉体为砖的仿生珍珠层结构的电工云母复合绝缘薄膜。

9.根据权利要求8所述的电工云母复合绝缘薄膜的制备方法，其特征在于，所述酸性壳聚糖水溶液为壳聚糖与强酸反应形成的水溶液，所述酸性壳聚糖水溶液的pH优选为2-6。

10.根据权利要求8或9所述的电工云母复合绝缘薄膜的制备方法，其特征在于，所述干燥方法为梯度升温，梯度升温方法为：20-30℃保持0.5-2h，50-60℃保持0.5-2h，80-90℃保持0.5-2h。