CN113684727A - 一种玄武岩/芳纶纸基绝缘材料及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种玄武岩/芳纶纸基绝缘材料及生产方法，涉及绝缘复合材料技术领域。本发明提供的纸基绝缘材料包括玄武岩纤维、芳纶纤维和导热填料；所述芳纶纤维维为芳纶沉析纤维或芳纶浆粕纤维；所述高导热填料为片状氮化硼、氮化硼纤维、氧化铝颗粒、氧化铝纤维或它们的组合。本发明提供的玄武岩纸/芳纶纸基绝缘材料具有较高的强度、绝缘性能和导热性能。本发明提供了纤维云母纸的生产方法，该方法简单，具有优异的可操作性。

Description

一种玄武岩/芳纶纸基绝缘材料及其生产方法
技术领域
本发明涉及绝缘复合材料技术领域，具体涉及一种玄武岩/芳纶纸基绝缘材料及生产方法。
背景技术
随着经济的发展，电气设备朝着小型化、大功率方向发展。电气设备中的绝缘材料，通过把不同电势的带电部分分开，保障了在使用过程中的人身安全。电气设备运行的要求越来越高，使用的利用植物纤维抄造而成的纸基绝缘材料已不再适用于现在的设备。且在实际使用过程中，大中型高压发电机、电动机在运行过程中会产生大量的热，如果不将热量及时导出电气设备，将直接影响其工作效率，缩短设备寿命。因此，电气设备散热已经成为现代电机技术发展急需解决的问题之一，这就需要一种具有高导热性的绝缘纸。因此，开发符合现代电机要求的纸基绝缘材料是越来越受到研究者重视。
玄武岩纤维是将玄武岩石料在1400℃以上高温熔融后，流入铂铑合金漏板，在出口处被高速旋转的拉丝机拉伸为连续的纤维。玄武岩纤维同样具有高的强度以及电绝缘性、耐酸碱性、耐高温性能等，是良好的热绝缘材料。但玄武岩纤维在水中的沉降速度较快，水中分散极易絮聚。
现有技术中，通过采用一定的工艺技术采用磨浆机进行分散处理即可得到分散良好的玄武岩纤维悬浮液，将其与绝缘浆混合抄造后可得到含有玄武岩纤维的绝缘纸(CN111235958A)；或先采用碱处理剂对玄武岩纤维的浆液进行碱处理获得碱处理后的玄武岩纤维，再采用酸处理剂对碱处理后的玄武岩纤维的浆液进行酸处理获得酸碱处理后的玄武岩纤维，向酸碱处理后的玄武岩纤维的浆液添加分散剂分散均匀(CN110219201A)。这些方法能很好地使玄武岩分散，为单独抄造玄武岩纤维纸提供方法，但这些方法较为复杂，能耗高，且有些方法用到酸碱处理，不环保。
专利CN106498810A公开了一种高导热电气绝缘纸的制备方法，采用本色针叶木浆纤维和六方氮化硼粒子作为原料，制得高导热电气绝缘纸。专利CN108999019A公开了一种高导热柔性纤维素纳米纸的制备方法，采用纤维素纳米纤丝取代传统高分子聚合材料作为基体，负载氮化硼纳米片,制得具有较高导热性能的纤维素纳米纸，纤维素纳米纸可折叠、便携，使用方式灵活，可用于制备电子元件，是一种绿色可再生的材料，可有效推进绿色柔性电子器件的发展。芳纶沉析纤维和浆粕形态柔顺，较易分散，可在湿法成形过程中制备强度和匀度良好的片状材料，其中加入导热填料，可生产符合现代电机要求的纸基绝缘材料。
发明内容
为了克服现有技术中玄武岩纤维用磨浆机分散或酸碱处理单独分散所造成的能耗和环保问题，提升玄武岩纤维纸的强度和柔韧性能，同时提高绝缘纸的导热性能，本发明提供了一种玄武岩纤维与芳纶复合抄造的纸基绝缘材料及其生产方法，芳纶沉析纤维或浆粕在绝缘材料生产中起到分散玄武岩和增强的双重作用，该生产方法简单，条件易于控制，不会对后续纸加工有影响。
为了达到上述目的，本发明提供了一下技术方案：
一种玄武岩/芳纶纸基绝缘材料，包括玄武岩纤维和芳纶纤维，所述芳纶纤维与玄武岩纤维相互缠绕成纸。
进一步地，还包括导热填料，所述芳纶纤维、玄武岩纤维、导热填料相互缠绕成纸。
进一步地，所述芳纶纤维为芳纶沉析纤维和芳纶浆粕中的一种或两种组合。
进一步地，所述导热填料为片状氮化硼、氮化硼纤维、氧化铝颗粒、氧化铝纤维或其中任意几个的组合。
本发明还提供了一种玄武岩/芳纶纸基绝缘材料的生产方法，包括以下步骤：
1)将芳纶纤维在水中分散，得到芳纶纤维悬浮液；
2)将玄武岩纤维加入到芳纶纤维悬浮液中，得到玄武岩/芳纶浆；
3)将导热填料加入到玄武岩/芳纶浆中，得到含导热填料的浆料；
4)将含导热填料的浆料在圆网纸机上抄造，得到玄武岩/芳纶纸基绝缘材料。
进一步地，所述步骤1)中芳纶纤维悬浮液中纤维的浓度为0.01％-1％。
进一步地，所述导热填料占玄武岩/芳纶纸基绝缘材料全纸总重量的0-20％。
进一步地，所述步骤4)中含导热填料的浆料圆网抄造上网浓度为0.1％-1％。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：
(1)本发明对无需对玄武岩纤维进行预处理。
(2)本发明操作简单方便，生产时间短，玄武岩经芳纶纤维缠绕，聚集困难，有利于纸的生产。
(3)导热填料在造纸过程中留着率较低，而芳纶沉析纤维和芳纶浆粕比表面积较大，这些填料可以很好地附着在纤维的表面，最终提高留着率。
附图说明
图1玄武岩/芳纶纸基绝缘材料截面SEM照片，a：30％玄武岩；b：50％玄武岩；c：70％玄武岩；
图2玄武岩/芳纶纸基绝缘材料的拉伸应力/应变曲线，a：30％玄武岩；b：50％玄武岩；c：70％玄武岩；
图3玄武岩/芳纶纸基绝缘材料的击穿强度；
图4玄武岩/芳纶纸基绝缘材料的透气度和渗透时间。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
图1～图4为玄武岩/芳纶纸基绝缘材料的测试数据，其中，实施例2代表了30％玄武岩含量的a；实施例3代表了50％玄武岩含量的b；实施例4代表了70％玄武岩含量的c。
实施例1
(1)称取芳纶沉析纤维3960kg，加入到396000kg水搅拌分散，形成芳纶分散液；
(2)称取直径16μm、长度0.5mm的玄武岩纤维40kg，加入到芳纶分散液中，得到玄武岩/芳纶浆；
(3)利用圆网云母纸机进行造纸，共分五重圆网上浆，通过脱水，烘干即可得到玄武岩/芳纶纸基绝缘材料。
经测试，该实施例制备的云母纸的透气度为2.0μm/(Pa·s)，拉伸应力为1.30Mpa，导热系数0.19W/(m*k)。
实施例2
(1)称取芳纶沉析纤维2800kg，加入到3960000kg水搅拌分散，形成芳纶分散液；
(2)称取直径11μm、长度2mm的玄武岩纤维1200kg，加入到芳纶分散液中，得到玄武岩/芳纶浆；
(3)利用圆网云母纸机进行造纸，共分五重圆网上浆，通过脱水，烘干即可得到玄武岩/芳纶纸基绝缘材料。
经测试，该实施例制备的云母纸的透气度5.1μm/(Pa·s)，拉伸应力为1.35Mpa，导热系数0.22W/(m*k)。
实施例3
(1)称取芳纶沉析纤维2000kg，加入到396000kg水搅拌分散，形成芳纶分散液；
(2)称取直径11μm、长度4mm的玄武岩纤维2000kg，加入到芳纶分散液中，得到玄武岩/芳纶浆；
(3)利用圆网云母纸机进行造纸，共分五重圆网上浆，通过脱水，烘干即可得到玄武岩/芳纶纸基绝缘材料。
经测试，该实施例制备的云母纸的透气度为13.0μm/(Pa·s)，拉伸应力为1.7Mpa，导热系数0.23W/(m*k)。
实施例4
(1)称取芳纶浆粕1200kg，加入到396000kg水搅拌分散，形成芳纶分散液；
(2)称取直径7μm、长度5mm的玄武岩纤维2800kg，加入到芳纶分散液中，得到玄武岩/芳纶浆；
(3)利用圆网云母纸机进行造纸，共分五重圆网上浆，通过脱水，烘干即可得到玄武岩/芳纶纸基绝缘材料。
经测试，该实施例制备的云母纸的透气度为78.0μm/(Pa·s)，拉伸应力为0.9Mpa，导热系数0.25W/(m*k)。
实施例5
(1)称取芳纶浆粕40kg，加入到396000kg水搅拌分散，形成芳纶分散液；
(2)称取直径11μm、长度3mm的玄武岩纤维3960kg，加入到芳纶分散液中，得到玄武岩/芳纶浆；
(3)利用圆网云母纸机进行造纸，共分五重圆网上浆，通过脱水，烘干即可得到玄武岩/芳纶纸基绝缘材料。
经测试，该实施例制备的云母纸的透气度为200.0μm/(Pa·s)，拉伸应力为0.1Mpa，导热系数0.31W/(m*k)。
以上为未加导热填料的绝缘材料，从中可以看出，它们的导热系数较低。
实施例6
(1)称取直径40μm、长度0.1mm的芳纶沉析纤维3920kg，加入到396000kg水搅拌分散，形成芳纶纤维分散液；
(2)称取直径16μm、长度0.5mm的玄武岩纤维40kg，片状氮化硼40kg加入到芳纶纤维分散液中，得到纤维/云母浆；
(3)利用圆网云母纸机进行造纸，共分五重圆网上浆，通过脱水，烘干即可得到玄武岩/芳纶高导热纸。
经测试，该实施例制备的芳纶纸的透气度为1.3μm/(Pa·s)，拉伸应力为1.4MPa，导热系数为0.37W/(m·k)。
实施例7
(1)称取直径30μm、长度0.3mm的芳纶浆粕纤维2720kg，加入到396000kg水搅拌分散，形成芳纶纤维分散液；
(2)称取直径14μm、长度0.7mm的玄武岩纤维1200kg，氮化硼纤维80kg加入到芳纶纤维分散液中，得到纤维/云母浆；
(3)利用圆网云母纸机进行造纸，共分五重圆网上浆，通过脱水，烘干即可得到玄武岩/芳纶高导热纸。
经测试，该实施例制备的芳纶纸的透气度为3.5μm/(Pa·s)，拉伸应力为1.3MPa，导热系数为0.45W/(m·k)
实施例8
(1)称取直径20μm、长度0.6mm的芳纶沉析纤维1880kg，加入到396000kg水搅拌分散，形成芳纶纤维分散液；
(2)称取直径12μm、长度0.9mm的玄武岩纤维2000kg，氧化铝纤维120kg加入到芳纶纤维分散液中，得到纤维/云母浆；
(3)利用圆网云母纸机进行造纸，共分五重圆网上浆，通过脱水，烘干即可得到玄武岩/芳纶高导热纸。
经测试，该实施例制备的芳纶纸的透气度为10.0μm/(Pa·s)，拉伸应力为1.7MPa,导热系数为0.52W/(m·k)。
实施例9
(1)称取直径10μm、长度0.8mm的芳纶浆粕纤维960kg，加入到396000kg水搅拌分散，形成芳纶纤维分散液；
(2)称取直径直径11μm、长度0.9mm的玄武岩纤维2800kg，片状氮化硼、氧化铝颗粒各120kg加入到芳纶纤维分散液中，得到纤维/云母浆；
(3)利用圆网云母纸机进行造纸，共分五重圆网上浆，通过脱水，烘干即可得到玄武岩/芳纶高导热纸。
经测试，该实施例制备的芳纶纸的透气度为78.52μm/(Pa·s)，拉伸应力为1.408MPa，导热系数为1.17W/(m·k)。
实施例10
(1)称取直径5μm、长度1.1mm的芳纶沉析纤维400kg，加入到396000kg水搅拌分散，形成芳纶纤维分散液；
(2)称取直径9μm、长度1.1mm的玄武岩纤维2800kg，氮化硼纤维、氧化铝纤维各400kg加入到芳纶纤维分散液中，得到纤维/云母浆；
(3)利用圆网云母纸机进行造纸，共分五重圆网上浆，通过脱水，烘干即可得到玄武岩/芳纶高导热纸。
经测试，该实施例制备的芳纶纸的透气度为100μm/(Pa·s)，拉伸应力为0.2196MPa，导热系数为1.69W/(m·k)。
本发明不局限于上述实施方式，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，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (8)

1.一种玄武岩/芳纶纸基绝缘材料，其特征在于，包括玄武岩纤维和芳纶纤维，所述芳纶纤维与玄武岩纤维相互缠绕成纸。
2.如权利要求1所述的玄武岩/芳纶纸基绝缘材料，其特征在于，还包括导热填料，所述芳纶纤维、玄武岩纤维、导热填料相互缠绕成纸。
3.如权利要求1～2任一所述的玄武岩/芳纶纸基绝缘材料，其特征在于，所述芳纶纤维为芳纶沉析纤维和芳纶浆粕中的一种或两种组合。
4.如权利要求2所述的玄武岩/芳纶纸基绝缘材料，其特征在于，所述导热填料为片状氮化硼、氮化硼纤维、氧化铝颗粒、氧化铝纤维或其中任意几个的组合。
5.一种玄武岩/芳纶纸基绝缘材料的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将芳纶纤维在水中分散，得到芳纶纤维悬浮液；
2)将玄武岩纤维加入到芳纶纤维悬浮液中，得到玄武岩/芳纶浆；
3)将导热填料加入到玄武岩/芳纶浆中，得到含导热填料的浆料；
4)将含导热填料的浆料在圆网纸机上抄造，得到玄武岩/芳纶纸基绝缘材料。
6.根据权利要求5所述的玄武岩/芳纶纸基绝缘材料的生产方法，其特征在于，所述步骤1)中芳纶纤维悬浮液中纤维的浓度为0.01％-1％。
7.根据权利要求5所述的生产方法，其特征在于，所述导热填料占玄武岩/芳纶纸基绝缘材料全纸总重量的0-20％。
8.根据权利要求5所述的生产方法，其特征在于，所述步骤4)中含导热填料的浆料圆网抄造上网浓度为0.1％-1％。
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