CN114318942B - 植物油变压器的氨基硅烷改性纤维素绝缘纸制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种植物油变压器的氨基硅烷改性纤维素绝缘纸制备方法，步骤如下：将原始绝缘纸运送到裁剪机裁剪；剪裁好的绝缘纸被传送到容器中通过浸泡进行改性，其中容器有三个添料口，打开第一添料口加入第一体积的、能够溶解3‑(氨基丙基)‑三乙氧基硅烷的溶剂，然后再打开第二添料口加入第二预定体积的3‑(氨基丙基)‑三乙氧基硅烷得到无色透明的改性溶液，此时送入绝缘纸并打开第三添料口加入第三预定体积的钛酸正丁酯作为催化剂同时全程辅以匀速搅拌以加速并保持溶液均一化；待浸泡第一预定时间后将纸张送出并经过乙醇清洗区，洗去表面残液后继续送至第一预定温度烘干区烘干备用。本方案成本低廉、不含有毒元素，适于产业化规模生产。
Description
技术领域
本发明属于植物油变压器技术领域，尤其涉及一种植物油变压器的氨基硅烷改性纤维素绝缘纸制备方法及其制备系统。
背景技术
电力是国民经济发展的基础，而变压器作为电能传输过程中的核心，其安全和稳定性直接关系到电网供电的可靠性。当前电力系统所使用的变压器可依据绝缘介质分为干式与油浸式。干式变压器以空气或其他阻燃性气体(如SF6)作为绝缘介质，具有良好的防火性，但由于工艺复杂且造价极高，目前仅应用在电压等级低于35kV的场所。油浸式变压器采用的是油-纸液固复合绝缘机制，工艺简单且造价低廉，广泛应用于各个电压等级的电力系统。然而在变压器的长期运行的过程中，绝缘油-纸会不断受到温度和电磁场的影响，其散热、绝缘及灭弧性能均会有不同程度的下降，同时缠绕在变压器上的绝缘纸也会脆化和脱落，导致严重的安全隐患甚至出现绝缘击穿等重大事故。虽然劣化的绝缘油可以通过更换新油或过滤等操作解决，但与变压器缠为一体的绝缘纸却难以更换，且其发生老化现象是不可逆的。尽管目前很多变压器尝试采用植物油替代矿物油以提升浸泡在其中的绝缘纸的寿命，但在长期使用过程中绝缘纸各方面性能的降低依然是难以忽视的重大问题。
常见的绝缘纸由微米级的纤维构成，其主要成分是纤维素。纤维素分子是由β-D-葡萄糖单元经β-(1，4)苷键连接而成的直链多聚体，其中葡萄糖残基的数目定义为纤维素分子的聚合度。聚合度大于200、在10-100之间或小于10的分别称为α-纤维素、β-纤维素和γ-纤维素。用于变压器的绝缘纸的主要成分是α-纤维素，而少量聚合度小于200的半纤维素可以使分子间的氢键更容易生成，从而增强纸张的机械强度。纤维素分子链中每个葡萄糖基上有3个活泼羟基，因此纤维素可以发生一系列与羟基有关的化学反应，例如这些羟基可以综合成分子内及分子间氢键，对纤维素链的形态和反应性将会产生很大影响。宏观结构上的纤维素为细长管状，相互之间构成多孔网结构，因此绝缘纸具有一定的吸水性和吸油性。将其经过干燥、浸油处理后，击穿电压会有明显提升，这也是纤维素绝缘纸-油组合被广泛应用于电力变压器中的原因。
绝缘纸老化是指在外加电磁场、高温与环境中氧气和水分的综合影响下，纤维素分子内的共价键和分子间的氢键发生不可逆断裂而逐步劣化为脆性材料的现象，其机理包括热裂解、水解和氧化。其中占主导地位的热裂解是指在高温条件下，纤维素分子链逐渐开环甚至断裂，例如当温度超过300℃时，葡萄糖单体发生开环并且分子链中的糖苷键逐渐断裂，同时生成CO、CO2、H2O及其他小分子挥发性产物。
针对变压器纤维素绝缘纸改性方法可以分为化学改性和物理改性两大类。化学改性的原理就是使用更加稳定的化学基团替换纤维素链上极性羟基基团，从本质上重新设计纤维素的链结构，从而增强纤维素分子的稳定性。而物理改性方法主要是通过掺杂热稳定剂和纳米粒子对绝缘纸进行改性，不会对纤维素链本身的化学性质产生影响。闫斌等利用乙酰化的思路处理纤维素，研究了丙烯氰胺修饰纤维素对绝缘纸耐久性能的影响。结果表明纤维素乙酰化会降低绝缘纸中的含水量，可以延长油纸绝缘系统的寿命。廖瑞金等研究了双氰胺对纤维素绝缘纸热稳定性和击穿特性的影响，与未添加双氰胺的绝缘纸相比，其抗老化性和热稳定性得到了明显的提升。吕程等制备出含有纳米TiO2的新型纤维素绝缘纸，并发现当二氧化钛纳米颗粒的质量分数为3％时，样品的介电常数、击穿电压和局部放电起始电压得到了大幅度的提高。
在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。
发明内容
本发明的目的是提供一种植物油变压器的氨基硅烷改性纤维素绝缘纸制备方法。为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明的一种植物油变压器的氨基硅烷改性纤维素绝缘纸制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：
制备氨基硅烷改性溶液：通过第一添料口加入第一体积的、能够溶解3-(氨基丙基)-三乙氧基硅烷的溶剂，然后再通过第二添料口加入第二体积的3-(氨基丙基)-三乙氧基硅烷，搅拌第一预定时间后得到无色透明的改性溶液，此时送入绝缘纸并通过第三添料口加入第三体积的钛酸正丁酯作为催化剂同时全程辅以匀速搅拌以加速且保持溶液均一化；
将原始绝缘纸裁剪成预定尺寸，然后浸泡在上述所得氨基硅烷溶液中，浸泡时间为第二预定时间直至浸泡改性完毕；
将浸泡改性完毕的纸张送出，并在乙醇清洗区，洗去表面残液后继续送至第一温度恒温烘干区烘干备用。
优选的，
47mL的3-(氨基丙基)-三乙氧基硅烷溶解在2L的无水乙醇中，搅拌1小时后得到无色透明的溶液，最后再加入50mL钛酸正丁酯作为催化剂。
优选的，
94mL的3-(氨基丙基)-三乙氧基硅烷溶解在2L的无水乙醇中，搅拌1小时后得到无色透明的溶液，最后再加入50mL钛酸正丁酯作为催化剂。
优选的，
235mL的3-(氨基丙基)-三乙氧基硅烷溶解在2L的无水乙醇中，搅拌1小时后得到无色透明的溶液，最后再加入50mL钛酸正丁酯作为催化剂。
优选的，
470mL的3-(氨基丙基)-三乙氧基硅烷溶解在2L的无水乙醇中，搅拌1小时后得到无色透明的溶液，最后再加入50mL钛酸正丁酯作为催化剂。
优选的，
加入钛酸正丁酯催化剂的体积为20mL、50mL或100mL。
优选的，
氨基硅烷改性溶液的摩尔体积浓度为0.1M、0.2M、0.5M或1.0M。
优选的，
原始绝缘纸在不同摩尔体积浓度的所述氨基硅烷溶液中按照从小到大的摩尔体积浓度依次浸泡第一预定时间间隔后取出。
优选的，
所述溶剂是无水乙醇、去离子水、甲醇或者异丙醇中的一种。
在上述技术方案中，本发明提供的一种植物油变压器的氨基硅烷改性纤维素绝缘纸制备方法，具有以下有益效果：将纤维素绝缘纸浸泡在3-(氨基丙基)-三乙氧基硅烷中，使其表面形成带有-NH2基团的硅氧偶联包覆层以全面提高纸张的绝缘、机械和疏水性能。在随后的热老化实验中，发明人发现采用含有氨基的硅烷偶联剂处理过的绝缘纸表现出最好的抗老化性能，其机械强度以及介电能力在老化后依然保持了良好的状态。发明人初步认为：这种优异的性能主要是由于Si-O-Si三维网络和-NH2的协同作用提升了纤维素的强度和疏水性。由于制备过程中是采用浸泡和搅拌相结合的方式，氨基硅烷不仅会负载到纤维素表面，也会渗透到纤维素的网络结构中，从而更容易形成Si-O-Si三维网络包覆纤维素分子链的结构。与原始纸张相比，本发明所得的3-(氨基丙基)-三乙氧基硅烷改性纤维素绝缘纸具有更好的机械强度、疏水性、绝缘性能、介电常数和抗击穿能力。更重要的是本发明制备工艺简单，成本低廉、不含有毒元素，因此适于产业化规模生产，具有较高的经济实用价值。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中植物油变压器的氨基硅烷改性纤维素绝缘纸制备方法的流程示意图；
图2为本发明中植物油变压器的氨基硅烷改性纤维素绝缘纸制备方法的一个实施例中的不同浓度氨基硅烷改性绝缘纸在植物油中随老化时间延长所得的偏光显微图像；
图3为本发明中植物油变压器的氨基硅烷改性纤维素绝缘纸制备方法的一个实施例中所得的不同浓度氨基硅烷改性绝缘纸在植物油中随老化时间延长所得的SEM图像；
图4为本发明中植物油变压器的氨基硅烷改性纤维素绝缘纸制备方法的一个实施例中所得的不同浓度氨基硅烷改性绝缘纸在植物油中随老化时间延长所得的水接触角图像；
图5为本发明中植物油变压器的氨基硅烷改性纤维素绝缘纸制备方法的一个实施例中所得的不同浓度氨基硅烷改性绝缘纸在植物油中随老化时间延长所得的抗张强度示意图；
图6为本发明中植物油变压器的氨基硅烷改性纤维素绝缘纸制备方法的一个实施例中所得的不同浓度氨基硅烷改性绝缘纸在植物油中随老化时间延长所得的体电阻率示意图；
图7为本发明中植物油变压器的氨基硅烷改性纤维素绝缘纸制备方法的一个实施例中所得的不同浓度氨基硅烷改性绝缘纸在植物油中随老化时间延长所得的介电常数示意图；
图8为本发明中植物油变压器的氨基硅烷改性纤维素绝缘纸制备方法的一个实施例中所得的不同浓度氨基硅烷改性绝缘纸在植物油中随老化时间延长所得的击穿电压示意图；
图9为本发明中植物油变压器的氨基硅烷改性纤维素绝缘纸制备方法的一个实施例中所得的0.2M氨基硅烷改性变压器固体绝缘纸和原始纸张的红外光谱图；
图10为为本发明中植物油变压器的氨基硅烷改性纤维素绝缘纸制备方法的一个实施例中所得的0.5M氨基硅烷浸泡不同第一预定时间后绝缘纸的各项性能的变化曲线；
图11为本发明中植物油变压器的氨基硅烷改性纤维素绝缘纸制备方法的一个实施例中所得的0.5M氨基硅烷改性变压器固体绝缘纸的经不同第一预定温度烘干后各项性能的变化曲线。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下文将结合本发明的实施方式对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图1至图11对本发明作进一步的详细介绍。
参见图1，在一个实施例中，一种植物油变压器的氨基硅烷改性纤维素绝缘纸制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：
步骤1，制备氨基硅烷改性溶液：通过第一添料口加入第一体积的无水乙醇，然后再通过第二添料口加入第二体积的3-(氨基丙基)-三乙氧基硅烷，搅拌第一预定时间后得到无色透明的改性溶液，此时送入绝缘纸并通过第三添料口加入第三体积的钛酸正丁酯作为催化剂同时全程辅以匀速搅拌以加速且保持溶液均一化；
步骤2，将原始绝缘纸裁剪成预定尺寸，然后浸泡在上述所得氨基硅烷溶液中，浸泡时间为第二预定时间直至浸泡改性完毕；
步骤3，将浸泡改性完毕的纸张送出，并在乙醇清洗区，洗去表面残液后继续送至第一温度恒温烘干区烘干备用。
对于本发明而言，步骤1利用了无水乙醇能够溶解3-(氨基丙基)-三乙氧基硅烷的性质，而无色透明的改性溶液则达到了均匀分散，然后步骤2则充分利用了钛酸正丁酯加速氨基硅烷和绝缘纸纤维素的反应，通过浸泡的方式，使氨基硅烷稳定地结合在绝缘纸表面并水解出Si-O-Si三维网络结构包裹在纤维的表面。此外实践发现，由于该改性溶液具有很强的渗透性，因而也会在纤维素内部形成Si-O-Si三维网络结构。
通过上述制备方法得到的氨基硅烷改性纤维素绝缘纸，氨基硅烷改性后的纤维素绝缘纸含有C、N、O和Si四种元素，作为一种新型的变压器外层绝缘材料，其在变压器的实际工作应用中拥有以下优点：
①由于绝缘纸表面具有Si-O-Si三维网络包覆，其机械性能增强；
②绝缘纸表面的-NH2基团既会使水分子在纤维素中的扩散系数降低，减缓了水分子的渗透，也会先于纤维素和水分子发生如下反应，从而减小了水对纤维素的影响，使纸张具有更大的体电阻率；
③绝缘纸表面的-NH2基团由于具有不对称电荷中心，因此会增强了绝缘纸表面的极性进而提高了绝缘纸表面整体的介电性。
需要说明的是，3-(氨基丙基)-三乙氧基硅烷由于可以溶于去离子水此类无机溶剂也可以溶于无水乙醇、甲醇和异丙醇有机溶剂，所以，本发明中，无水乙醇作为一种有机溶剂，还可以替换为甲醇、异丙醇等有机溶剂，或者替换为去离子水此类无机溶剂。
在另一个实施例中，所述乙醇清洗区优选无水乙醇以用于清洗。
在另一个实施例中，将原始绝缘纸裁剪成100×60cm2大小的长方形。
在另一个实施例中，对于所述步骤1制备氨基硅烷改性溶液，其可以是0.1M改性溶液的制备：
先将47mL的3-(氨基丙基)-三乙氧基硅烷溶解在2L的无水乙醇中，然后搅拌1小时后得到无色透明的溶液，最后再加入50mL钛酸正丁酯作为催化剂。
优选的，改性溶液也可以是不同于0.1M的其他不同摩尔体积浓度的氨基硅烷改性溶液：
例如，0.2M改性溶液的制备：先将94mL的3-(氨基丙基)-三乙氧基硅烷溶解在2L的无水乙醇中，然后搅拌1小时后得到无色透明的溶液，最后再加入50mL钛酸正丁酯作为催化剂；或，
0.5M改性溶液的制备：先将235mL的3-(氨基丙基)-三乙氧基硅烷溶解在2L的无水乙醇中，然后搅拌1小时后得到无色透明的溶液，最后再加入50mL钛酸正丁酯作为催化剂；或
1.0M改性溶液的制备：先将470mL的3-(氨基丙基)-三乙氧基硅烷溶解在2L的无水乙醇中，然后搅拌1小时后得到无色透明的溶液，最后再加入50mL钛酸正丁酯作为催化剂。
换言之，氨基硅烷改性溶液的摩尔体积浓度可以为0.1M、0.2M、0.5M或1.0M。
需要说明的是，此处搅拌1小时是时间尺度放的足够宽的情况下的第一预定时间。如果希望节约时间且保证搅拌效果，则第一预定时间应当由何时测得搅拌后的溶液达到了无色透明为准。并且，发明人发现，就本发明所采用的厂家提供的绝缘纸而言，单一摩尔体积浓度的改性溶液，摩尔体积浓度为0.2M的改性效果最好，具体体现在经植物油130℃热老化后，纸张的机械强度在35天后依然可以维持初始的62％，是原始纸张的4倍，并且其疏水性、体电阻率、介电常数和抗击穿能力也得到了显著提升。能够理解，不同品牌、不同厂家的绝缘纸，需要通过实验确定有关参数，后文详述。
在另一个实施例中，
对于步骤2所述的浸泡，其中，浸泡过程中，始终维持对改性溶液的搅拌。
在另一个实施例中，
加入钛酸正丁酯催化剂的体积为20mL、50mL或100mL。
在另一个实施例中，对于所述步骤1制备氨基硅烷改性溶液，其还可以是制备多种不同摩尔体积浓度的氨基硅烷改性溶液，例如0.1M、0.2M、0.5M或1.0M的均被制备，且：
原始绝缘纸在不同摩尔体积浓度的所述氨基硅烷溶液中按照从小到大的摩尔体积浓度依次浸泡不同的预定时间间隔后取出。
对于该实施例而言，这有助于更加彻底的改性。就本发明所采用的厂家提供的绝缘纸而言，由于单一摩尔体积浓度的改性溶液，摩尔体积浓度为0.2M的改性效果最好，所以，更优选的，制备0.1M和0.2M两种不同摩尔体积浓度的氨基硅烷改性溶液即可。
图2和图3分别为不同浓度的氨基硅烷改性变压器固体绝缘纸在植物油中随老化时间延长所得的偏光显微和场发射扫描电子显微图像。我们可以看出，未改性的绝缘纸在老化35天后，纤维素之间形成的网状结构明显发生损坏，纤维与纤维之间的孔隙增多增大并且不再有明显的轮廓。而经过3-(氨基丙基)-三乙氧基硅烷处理的绝缘纸，由于其表面被Si-O-Si三维网状结构包覆，纤维的完整度和强度得到了一定的提升。
图4为不同浓度的氨基硅烷改性变压器固体绝缘纸在植物油中随老化时间延长所得的水接触角度，可以看出相比于接触角为35.5°的原始纸张，经氨基硅烷处理过的纸张表现出更好的疏水性，这是由于其纤维素表面接枝了大量憎水的烷氧基团，尤其是浓度为1.0M改性纸张的接触角达到了最大的61.5°
图5为不同浓度氨基硅烷改性变压器固体绝缘纸在植物油中随老化时间延长所得的抗张强度变化曲线，可以看出当改性剂浓度达到0.2M时，绝缘纸的机械性能得到最大的提升，尤其是老化前的抗拉伸强度达到了56MPa，并且在35天后依然保持在70％，是各浓度中改性效果最好的
图6、图7和图8分别为不同浓度氨基硅烷改性变压器固体绝缘纸在植物油中随老化时间延长所得的体电阻率、介电常数和击穿电压变化曲线。可以看出与原始纸张相比，经氨基硅烷改性后样品的体电阻率、介电常数和击穿电压均有不同程度提高，这一方面是因为氨基硅烷的存在使得纤维素分子链被强化，从而更难分解和断裂，使得纸张的绝缘性能普遍提高；另一方面是因为-NH2的加入减小了水分子在纤维素中的扩散系数，这会有效阻挡水分子渗透进入纸张，因而增强了纸张的绝缘性能。
图9为0.2M氨基硅烷改性变压器固体绝缘纸和原始纸张的红外光谱图，可以看出3560cm-1、2896cm-1、1604cm-1和1373cm-1处的峰分别归属于O-H的伸缩振动、C-H的对称伸缩振动、吸附水O-H的弯曲振动和C-H的弯曲振动，与典型天然纤维素的红外光谱一致。除此之外，1060cm-1处的峰归属于Si-O-Si，815cm-1处的弱峰归属于N-H的变形振动，表明氨基硅烷水解后与纤维素的成功结合，在绝缘纸表面形成Si-O-Si三维交联保护层，且末端衔接-NH2基团。
本发明所涉及的仪器和测试数据处理方法，说明如下：
光学显微图像是通过日本OLYMPUS公司BX53M型光学显微镜观察的，观察条件为明场透射、分辨率×5000；
电子显微图像是通过日本电子JSM-7800F场发射扫描电子显微镜观察的；
红外光谱测试是通过日本岛津公司IRAffinity-1S型傅里叶变换红外光谱仪测试的；
力学性能测试是通过济南兰光机电技术有限公司XLW型智能电子拉力机测试的，测试温度为25℃，湿度为50％RH，试样宽度为10mm，厚度为0.12mmm，原始标距为20mmm，拉伸速度为5mm/min，每种样品测试不少于5次，结果取平均值；
接触角测试是通过德国Kruss-DSA10型视频光学接触测量仪测试的，每滴液体含水5μL，测量结果为绝缘纸张对水的接触角，每种样品测试不少于3次，结果取平均值；
体电阻率测试是通过日本HIOKI公司SM7110-SUPER MΩMETER型高阻计测试的，测试温度为20，表面电压为50V，每种样品测试不少于3次，结果取平均值；
介电常数测试是通过日本HIOKI公司IM3536型LCR测量仪测试的，测试温度为20，电压为1V，频率为50Hz，每种样品测试不少于3次，结果取平均值；
击穿电压测试是通过GB/T507-1986中的平板圆形电极测试的，试样直径为25mm，厚度为6mm，电源工频为50Hz，每种样品测试不少于3次，结果取平均值。
关于本发明，需要进一步就力学和电气性能测试说明的是，
为确定最佳的第二预定时间，就本发明所采用的厂家提供的绝缘纸而言，发明人分别对在氨基硅烷中浸泡不同时间的绝缘纸进行了力学和电气性能测试，结果如图10所示。可以发现，当浸泡时间为10～12h时纸张的各项参数为最佳，并且值得注意的是，随着浸泡时间进一步的延长，绝缘纸张性能并没有发生明显提升，因此从节省成本与时间的角度考虑，本工艺中最佳浸泡时间设为10h。因此，对于不同的绝缘纸，第二预定时间原则上应当通过对在氨基硅烷中浸泡不同时间的绝缘纸进行了力学和电气性能测试后确定；
为确定第一温度恒温烘干区的温度，一方面，烘干区温度设定不宜过低，因为所要蒸发的乙醇在低温下的挥发速率远不如高温，因此温度过低会导致烘干不彻底；另一方面，所设温度也不能过高，因为湿润的纸张在过高温度下烘干后会出现褶皱和起皮等问题，导致绝缘纸的力学和电气性能存在被破坏的风险。因此，烘干区的温度，同样需要根据力学和电气性能测试来确定。就本发明所采用的厂家提供的绝缘纸而言，发明人专门进行试验，从40℃起，以5℃为升温间隔，分别测试纸张烘干后的各项性能参数，结果如图11所示，可以看出随着烘干温度的升高，纸张的各项性能出现下降。
因此，在另一个实施例中，
第一温度恒温烘干区优选40℃的恒温电烘箱。
在另一个实施例中，
由于绝缘纸浸泡改性会导致溶液中的物质消耗，所以，优选的，应当保持所述改性溶液浓度的恒定。
为了保持本发明所述溶液浓度的恒定以及持续有效率的对绝缘纸进行改性，就引出了随着浸泡而添料的问题。为此，发明人在每次步骤2执行后，进入步骤3时，通过紫外分光光度法测定所述改性溶液中氨基硅烷的浓度，其原理是基于朗伯-比尔吸光定律，通过对氨基硅烷不同浓度的吸光度绘制出标准曲线，得出浓度与吸光度关系的线性回归方程。通过计算，发明人发现，就本发明所采用的厂家提供的绝缘纸而言，每改性一平方米面积的纸张后，需从第二填料口加入α·V·k·c0体积的氨基硅烷，其中α为吸光系数，V为改性槽体积，k为回归方程比例系数，c0为所设浓度，其中k通过线性回归方程确定，其余值则是测定时即可确定。
此外，如图1所示，本发明还揭示了一种植物油变压器的氨基硅烷改性纤维素绝缘纸的制备系统，包括：
智能裁剪机、容器、设置于容器底部的搅拌器、乙醇清洗区、第一温度恒温烘干区以及控制单元；
其中，
智能裁剪机，用于将原始绝缘纸智能的裁剪为预定尺寸的绝缘纸；其中，原始绝缘纸经流水线运输到所述智能裁剪机；
容器，用于容纳氨基硅烷改性溶液，其中，所述容器包括第一至第三添料口以及出水口，第一添料口用于加入第一体积的、能够溶解3-(氨基丙基)-三乙氧基硅烷的溶剂，第二添料口用于加入第二体积的3-(氨基丙基)-三乙氧基硅烷，第三添料口用于加入第三体积的钛酸正丁酯作为催化剂，通过第一至第三添料口加入的料用于制备所述改性溶液；
所述搅拌器的上方还设置有聚四氟乙烯滤网，其中，滤网的孔隙小于所述预定尺寸的绝缘纸的尺寸；所述搅拌器用于在第一至第三添料口添料完毕后再搅拌第一预定时间以得到无色透明的改性溶液；
当容器中形成无色透明的改性溶液后，所述制备系统在控制单元的作用下控制智能裁剪机将裁剪好的预定尺寸的绝缘纸经流水线运输而送入所述容器，并同时继续控制搅拌器全程辅以匀速搅拌以保持所述改性溶液均一化；在此过程中，裁剪好的预定尺寸的绝缘纸在所述容器中的聚四氟乙烯滤网的上方被浸泡第二预定时间；
当预定尺寸的绝缘纸浸泡改性完毕后，取出，然后经流水线运输而送入乙醇清洗区，洗去表面残液后继续送至第一温度恒温烘干区烘干备用。
在另一个实施例中，
所述第一添料口和第二添料口均位于聚四氟乙烯滤网的上方、且位于靠近容器上方的两侧。
在另一个实施例中，
所述第三添料口和出水口均位于聚四氟乙烯滤网的下方、且位于靠近容器底部的两侧。需要说明的是，第三添料口用于加入第三体积的钛酸正丁酯作为催化剂时，当第三添料口设置于聚四氟乙烯滤网的下方时，随着搅拌器的搅动，催化剂能够更快的在聚四氟乙烯滤网的下表面附近作用于滤网上方的绝缘纸。
在另一个实施例中，
所述出水口不仅用于排出容器中所述改性溶液废液，而且还用于：当容器中的改性溶液需要添料以维持浓度时，对改性溶液进行取样。
在另一个实施例中，
所述制备系统，通过调节智能裁剪机的下刀时间以控制绝缘纸的裁剪长度、宽度，其中刀片可90度旋转以在长和宽方向上裁剪。
在另一个实施例中，
所述容器为溶剂槽。
以上结合附图详细描述了本发明的实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，因而在本发明的技术构思范围内，本领域的技术人员可以对本发明的技术方案进行多种简单变型、替换以及修改，但这些简单变型均属于本发明的保护范围，被发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种植物油变压器的氨基硅烷改性纤维素绝缘纸制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：
制备氨基硅烷改性溶液：通过第一添料口加入第一体积的、能够溶解3-(氨基丙基)-三乙氧基硅烷的溶剂，然后再通过第二添料口加入第二体积的3-(氨基丙基)-三乙氧基硅烷，搅拌第一预定时间后得到无色透明的改性溶液，此时送入绝缘纸并通过第三添料口加入第三体积的钛酸正丁酯作为催化剂同时全程辅以匀速搅拌以加速且保持溶液均一化；
将原始绝缘纸裁剪成预定尺寸，然后浸泡在上述所得氨基硅烷改性溶液中，浸泡时间为第二预定时间直至浸泡改性完毕，氨基硅烷结合在绝缘纸表面并水解出Si-O-Si三维网络结构包裹在纤维的表面；所述氨基硅烷改性溶液的摩尔体积浓度为0.1 M、0.2 M、0.5 M或1.0 M；
将浸泡改性完毕的纸张送出，并在乙醇清洗区，洗去表面残液后继续送至第一温度恒温烘干区烘干备用。
2.根据权利要求1中所述的一种植物油变压器的氨基硅烷改性纤维素绝缘纸制备方法，其特征在于，47 mL的3-(氨基丙基)-三乙氧基硅烷溶解在2 L的无水乙醇中，搅拌1小时后得到无色透明的溶液，最后再加入50 mL钛酸正丁酯作为催化剂。
3.根据权利要求1中所述的一种植物油变压器的氨基硅烷改性纤维素绝缘纸制备方法，其特征在于，94 mL的3-(氨基丙基)-三乙氧基硅烷溶解在2 L的无水乙醇中，搅拌1小时后得到无色透明的溶液，最后再加入50 mL钛酸正丁酯作为催化剂。
4.根据权利要求1中所述的一种植物油变压器的氨基硅烷改性纤维素绝缘纸制备方法，其特征在于，235 mL的3-(氨基丙基)-三乙氧基硅烷溶解在2 L的无水乙醇中，搅拌1小时后得到无色透明的溶液，最后再加入50 mL钛酸正丁酯作为催化剂。
5.根据权利要求1中所述的一种植物油变压器的氨基硅烷改性纤维素绝缘纸制备方法，其特征在于，470 mL的3-(氨基丙基)-三乙氧基硅烷溶解在2 L的无水乙醇中，搅拌1小时后得到无色透明的溶液，最后再加入50 mL钛酸正丁酯作为催化剂。
6.根据权利要求1中所述的一种植物油变压器的氨基硅烷改性纤维素绝缘纸制备方法，其特征在于，加入钛酸正丁酯催化剂的体积为20mL、50mL或100 mL。
7.根据权利要求1所述的一种植物油变压器的氨基硅烷改性纤维素绝缘纸制备方法，其特征在于，所述溶剂是无水乙醇、去离子水、甲醇或者异丙醇中的一种。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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