CN114573844A - 一种仿珍珠母芳纶-云母纳米纸及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种利用微结构优化增强仿珍珠母芳纶‑云母纳米纸力学和电绝缘性能的方法，本发明制备的仿珍珠母层状结构芳纶‑云母纳米纸具有优异的力学和电绝缘性能。由于微结构控制的不足，当前存在的仿珍珠母层状结构芳纶‑云母纳米纸的性能与纳米级组分的本征性能相比还存在很大差距。本发明通过将芳纶纳米纤维与云母纳米片整合成具有更高的有序化、致密化和层间相互作用的珍珠层结构，其力学和电绝缘性能都显著增强。相对于未处理的芳纶‑云母纳米纸和商用绝缘纸，我们得到的仿珍珠母层状结构芳纶‑云母纳米纸显示了突出的拉伸强度、模量、击穿强度、介电常数、损耗因子和耐电晕性，同时，这些性能在高温和油浴环境下表现出良好的稳定性。
Description
技术领域
本发明属于纳米材料技术领域，尤其涉及一种仿珍珠母芳纶-云母纳米纸及其制备方法。
背景技术
由高绝缘性能的有机或无机成分制成的电绝缘材料可阻隔高压和电流，广泛应用于电气设备中，以保证其正常运行。随着现代电气工业向高频、高压、大功率方向快速发展，电气设备对电绝缘材料提出了越来越高的要求。为确保电气设备的可靠性、耐久性和安全性，电绝缘材料应具有更高的绝缘性能、力学和热性能以及对极端工作环境的适用性。
天然云母具有非凡的击穿强度(708～1004kV mm-1)、抗拉强度(～420MPa)和耐高温性(700～900℃)。芳纶长纤维具有高抗拉强度(～3.6GPa)和优异的电绝缘性能。它们通常集成在一起生产商用复合绝缘纸(Nomex 818)。目前，云母纳米片和芳纶纳米纤维都已成功地被大规模制备。云母纳米片和芳纶纳米纤维不仅保持了其相应母体的有利整体性能，而且具有更高的比表面积，有利于与其他相形成强界面相互作用。
目前普遍认为，由于有序排列的纳米片和聚合物基体之间的界面处存在有效的载荷传递和有效的能量耗散，将超薄纳米片和聚合物基体组装成仿珍珠母层状微观结构是制备具有优异力学性能的宏观复合纳米纸的一种有希望的方法。正如我们期望，由芳纶纳米纤维和合成云母纳米片组装而成的仿珍珠母芳纶-云母纳米纸显示出与商用芳纶-云母微米纸(Nomex 818)相比令人印象深刻的力学和电绝缘性能。但是仿珍珠母芳纶-云母纳米纸的力学和电绝缘性能与其纳米级成分相比仍不令人满意。因此，这些理想性能仍有很大的改进空间，提高绝缘纳米纸的力学和电学性能具有重要意义，这意味着更薄、更轻的绝缘纳米纸可以在电气设备中发挥作用。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种仿珍珠母芳纶-云母纳米纸及其制备方法，本发明利用微结构优化增强仿珍珠母芳纶-云母纳米纸力学性能和电绝缘性能。
本发明提供了一种仿珍珠母芳纶-云母纳米纸的制备方法，包括：
将云母纳米片分散液和芳纶纳米纤维溶液混合，得到云母-芳纶纳米纤维分散液；
将所述云母-芳纶纳米纤维分散液喷涂在基底上，得到复合凝胶；
将所述复合凝胶依次进行一次置换、一次干燥、二次置换、二次干燥、拉伸、热压，得到仿珍珠母芳纶-云母纳米纸。
优选的，所述云母纳米片分散液的制备方法包括：
将聚乙烯亚胺、氯化钠混合溶液和纳米云母片悬浊液混合后用二甲基亚砜洗涤，得到云母纳米片分散液。
优选的，所述纳米云母片悬浊液的制备方法包括：
将插层后的云母粉分散于乙醇中进行超声剥离，得到纳米云母片悬浊液。
优选的，所述插层后的云母粉的制备方法包括：
将酸洗后的云母粉、水和十六烷基三甲溴化铵进行反应，得到插层后的云母粉。
优选的，所述酸洗后的云母粉的制备方法包括：
将云母粉依次进行煅烧、和硝酸混合、和氯化钠溶液混合，得到酸洗后的云母粉。
优选的，所述云母-芳纶纳米纤维分散液中含有云母纳米片；
所述云母纳米片在云母-芳纶纳米纤维分散液中的质量含量为10～50％。
优选的，所述一次干燥和二次干燥的温度独立的选自30～80℃。
优选的，所述拉伸的速度为1～5mm min-1。
优选的，所述热压的温度为60～120℃；所述热压的压力为10～60MPa。
本发明提供了一种上述技术方案所述的方法制备得到的仿珍珠母芳纶-云母纳米纸，所述仿珍珠母芳纶-云母纳米纸的抗拉强度为280～300MPa，弹性模量为5～6GPa，击穿强度为160～180kV mm-1。
本发明所提供的绝缘纸(仿珍珠母芳纶-云母纳米纸)制备方法简单，通过剪切得到均匀的不同比例的纳米云母片-芳纶纳米纤维分散液，利用喷涂自组装得到仿珍珠母芳纶-云母纳米纸；本发明进一步通过拉伸和热压提高所得材料的有序性、致密性和界面相互作用；本发明制备得到的仿珍珠母芳纶-云母纳米纸具有较高的拉伸强度和模量，能够达到292MPa和5.6GPa，且具有很好击穿强度(176kV mm-1)，耐电晕性能、介电性能。
附图说明
图1为本发明实施例制备仿珍珠母结构芳纶-云母纳米纸的工艺路线图；
图2为本发明实施例1制备的仿珍珠母结构芳纶-云母纳米纸(40wt％)扫描电镜照片，热压拉伸处理前(a图，b图)，热压拉伸处理后(c图，d图)；
图3为本发明实施例1制备的仿珍珠母结构芳纶-云母纳米纸热压拉伸处理前后纳米片取向度和孔隙率；
图4为本发明实施例1制备的不同纳米片含量仿珍珠母结构芳纶-云母纳米纸的拉伸强度和模量检测结果；
图5为本发明实施例1～实施例3制备的仿珍珠母结构芳纶-云母纳米纸热压拉伸处理前后拉伸强度对比图；
图6为本发明实施例1～实施例3制备的仿珍珠母结构芳纶-云母纳米纸热压拉伸处理前后击穿强度对比图；
图7为本发明实施例1制备的仿珍珠母结构芳纶-云母纳米纸(40wt％)不同循环次数后，拉伸强度、模量和击穿强度对比图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种仿珍珠母芳纶-云母纳米纸的制备方法，包括：
将云母纳米片分散液和芳纶纳米纤维溶液混合，得到云母-芳纶纳米纤维分散液；
将所述云母-芳纶纳米纤维分散液喷涂在基底上，得到复合凝胶；
将所述复合凝胶依次进行一次置换、一次干燥、二次置换、二次干燥、拉伸、热压，得到仿珍珠母芳纶-云母纳米纸。
在本发明中，所述云母纳米片分散液的制备方法优选包括：
将聚乙烯亚胺、氯化钠混合溶液和纳米云母片悬浊液混合后用二甲基亚砜洗涤，得到云母纳米片分散液。
在本发明中，所述聚乙烯亚胺、氯化钠混合溶液中聚乙烯亚胺的浓度优选为10～40mg mL-1，更优选为20～30mg mL-1，最优选为25mg mL-1；所述聚乙烯亚胺、氯化钠混合溶液中氯化钠的浓度优选为0.1～1mol L-1，更优选为0.3～0.7mol L-1，最优选为0.5mol L-1。
在本发明中，所述纳米云母片悬浊液中固体物质的浓度优选为2～20mg mL-1，更优选为5～15mg mL-1，最优选为10mg mL-1。
在本发明中，所述聚乙烯亚胺、氯化钠混合溶液和纳米云母片悬浊液的体积比优选为(0.2～2):(10～100)，更优选为(0.5～1.5):(30～70)，最优选为1:(40～60)。
在本发明中，所述云母纳米片分散液的制备原料优选还包括：
氯化钠溶液。
在本发明中，所述氯化钠溶液的浓度优选为0.05～0.15mol L-1，更优选为0.08～0.12mol L-1，最优选为0.1mol L-1。
在本发明中，所述氯化钠溶液和纳米云母片悬浊液的体积比优选为(1～10):(2～20)，更优选为(2～8):(5～15)，最优选为(3～6):10。
在本发明中，所述聚乙烯亚胺、氯化钠混合溶液和纳米云母片悬浊液混合优选在常温下进行，更优选为20～30℃，最优选为25℃；优选在进行搅拌后离心；所述搅拌的时间优选为0.5～4小时，更优选为1～3小时，最优选为2小时；所述离心的转速优选为6000～10000r min-1，更优选为7000～9000r min-1，最优选为8000r min-1；所述离心的时间优选为5～15min，更优选为8～12min，最优选为10min。
在本发明中，所述甲亚砜洗涤的次数优选为2～4次，更优选为3次。
在本发明中，所述云母纳米片分散液为聚乙烯亚胺修饰的纳米云母片二甲基亚砜悬浊液；所述云母纳米片分散液中的固体物质质量含量优选为1～3％，更优选为1.5～2.5％，最优选为2％。
在本发明中，所述纳米云母片悬浊液的制备方法优选包括：
将插层后的云母粉分散于乙醇中进行超声剥离，得到纳米云母片悬浊液。
在本发明中，所述插层后的云母粉和乙醇的用量比例优选为(0.2～5)g：(20～500)mL，更优选为(0.5～4)g：(50～400)mL，最优选为(1～3)g：(100～300)mL。
在本发明中，所述超声剥离优选采用超声破碎机；所述超声剥离的方法优选包括：
在超声破碎机中，将插层后的云母粉分散于乙醇中，每隔0.5小时离心收集上层悬浮液，剩余样品重新分散在乙醇张继续超声剥离，直至离心后不产生悬浊液。
在本发明中，所述离心的转速优选为2500～3500r min-1，更优选为2800～3200rmin-1，最优选为3000r min-1；所述离心的时间优选为5～15min，更优选为8～12min，最优选为10min。
在本发明中，所述插层后的云母粉的制备方法优选包括：
将酸洗后的云母粉、水和十六烷基三甲溴化铵进行反应，得到插层后的云母粉。
在本发明中，所述水优选为去离子水。
在本发明中，所述酸洗后的云母粉、水和十六烷基三甲溴化铵的用量比例优选为(3～10)g：(480～520)mL：(5～30)g，更优选为(5～8)g：(490～510)mL：(10～20)g，最优选为(6～7)g：500mL：15g。
在本发明中，所述反应的温度优选为70～95℃，更优选为75～90℃，最优选为80～85℃；所述反应的时间优选为3～6小时，更优选为4～5小时。
在本发明中，所述反应结束后优选还包括：
将得到的反应产物进行抽滤、洗涤和干燥。
在本发明中，所述洗涤优选为洗涤至没有氯离子；所述干燥的温度优选为50～70℃，更优选为55～65℃，最优选为60℃。
在本发明中，所述酸洗后的云母粉的制备方法优选包括：
将云母粉依次进行煅烧、和硝酸混合、和氯化钠溶液混合，得到酸洗后的云母粉。
在本发明中，所述煅烧优选在电阻炉内进行；所述煅烧的温度优选为780～820℃，更优选为790～810℃，最优选为800℃；所述煅烧的升温速度优选为5～15℃min-1，更优选为8～12℃min-1，最优选为10℃min-1；所述煅烧的保温时间优选为1～5小时，更优选为2～4小时，最优选为3小时。
在本发明中，所述硝酸优选为硝酸溶液；所述硝酸溶液的浓度优选为3～8mol L-1，更优选为4～7mol L-1，最优选为5～6mol L-1。
在本发明中，所述煅烧后的云母粉和硝酸溶液的用量比例优选为(15～45)g：(480～520)mL，更优选为(20～40)g：(490～510)mL，最优选为30g：500mL。
在本发明中，所述和硝酸混合的温度优选为70～95℃，更优选为75～90℃，最优选为80～85℃；混合的时间优选为3～6小时，更优选为4～5小时。
在本发明中，所述和硝酸混合完成后优选还包括：
将得到的混合物进行抽滤、洗涤、干燥。
在本发明中，所述洗涤优选为洗涤至中性；所述干燥的温度优选为50～70℃，更优选为55～65℃，最优选为60℃。
在本发明中，所述氯化钠溶液的质量浓度优选为10～40％，更优选为20～30％，最优选为25％。
在本发明中，所述和硝酸混合后的产物和氯化钠溶液的用量比例优选为(5～40)g：(480～520)mL，更优选为(10～30)g：(490～510)mL，最优选为20g：500mL。
在本发明中，所述和氯化钠溶液混合的温度优选为70～95℃，更优选为75～90℃，最优选为80～85℃；混合的时间优选为3～6小时，更优选为4～5小时。
在本发明中，所述和氯化钠溶液混合完成后优选还包括：
将得到的混合产物进行抽滤、洗涤、干燥。
在本发明中，所述洗涤优选洗涤至没有氯离子；所述干燥的温度优选为50～70℃，更优选为55～65℃，最优选为60℃。
在本发明中，所述芳纶纳米纤维溶液的制备方法优选包括：
将氢氧化钾、水、芳纶纤维和二甲基亚砜混合，得到芳纶纳米纤维溶液。
在本发明中，所述氢氧化钾、水、芳纶纤维和二甲基亚砜的用量比例优选为(10～20)g：(20～80)g：(10～20)g：(1～2)L，更优选为(13～17)g：(30～70)g：(13～17)g：(1.3～1.7)L，最优选为15g：(40～60)g：15g：1.5L。
在本发明中，所述氢氧化钾、水、芳纶纤维和二甲基亚砜优选在常温下进行，更优选为20～30℃，最优选为25℃；优选在搅拌下进行；混合的温度优选为20～30小时，更优选为24～26小时；混合优选使纤维完全溶解，然后称重，备用。
在本发明中，所述云母纳米片分散液和芳纶纳米纤维溶液混合优选在搅拌的条件下进行持续剪切，得到均匀的云母-芳纶纳米纤维分散液；所述剪切优选采用机械剪切机；所述剪切的速度优选为8000～10000r min-1，更优选为8500～9500r min-1，最优选为9000rmin-1；所述剪切的时间优选为15～25min，更优选为20min；所述云母-芳纶纳米纤维分散液中含有云母纳米片，优选通过对云母纳米片分散液和芳纶纳米纤维溶液的用量进行调控使云母-芳纶纳米纤维分散液中云母纳米片的质量含量为10～50wt.％，更优选为20～40wt.％，最优选为40wt.％。
在本发明中，所述基底优选为玻璃基底。
在本发明中，所述一次置换优选在水中进行，将所述复合凝胶浸入水中进行一次置换；所述水优选为去例子水；所述一次置换的时间优选为15～25小时，更优选为18～22小时，最优选为20小时。
在本发明中，所述一次干燥优选为干燥成膜，所述一次干燥的温度可以为常温，优选为30～80℃，更优选为40～70℃，最优选为50～60℃；一次干燥的时间优选为6～12小时，更优选为8～10小时，最优选为9小时。
在本发明中，所述二次置换优选在水中进行，将一次干燥后的膜再次浸入水中进行第二次置换，所述水优选为去离子水；所述二次置换的时间优选为10～24小时，更优选为15～20小时，最优选为16～18小时；所述二次置换后形成含水薄膜。
在本发明中，所述二次干燥的温度可以为常温，优选为30～80℃，更优选为40～70℃，最优选为50～60℃；所述二次干燥的时间优选为6～12小时，更优选为8～10小时，最优选为9小时。
在本发明中，所述拉伸优选在常温下进行，更优选为20～30℃，最优选为25℃；所述拉伸的速度优选为1～5mm min-1，更优选为2～4mm min-1，最优选为3mm min-1；所述拉伸的应变比优选为1～10％，更优选为2～8％，最优选为3～6％。
在本发明中，所述热压的压力优选为60～120℃，更优选为80～100℃，最优选为90℃；所述热压的压力优选为10～60MPa，更优选为20～50MPa，最优选为30～40MPa；所述热压的时间优选为40～96小时，更优选为50～90小时，最优选为60～80小时。
图1为本发明实施例中制备仿珍珠母芳纶-云母纳米纸的工艺流程图。在本发明中，所述仿珍珠母芳纶-云母纳米纸的制备方法优选包括：
称取15～45g云母粉，在电阻炉内升温至800℃，升温速度为5～15℃/min，保温1～5h，得到煅烧后的云母粉；将15～45g煅烧后的云母粉加入1000mL的反应容器，然后加入500mL的3～8mol/L的硝酸溶液，70～95℃，反应3～6h，反应结束后抽滤洗涤，洗涤到中性，60℃干燥；将5～40g上述得到的云母粉加入1000mL的反应容器，然后加入500mL的10～40wt％的氯化钠溶液，70～95℃反应3～6h，反应结束后抽滤洗涤，洗涤到没有氯离子，60℃干燥，得到酸洗后的云母粉；
将3～10g酸洗后的云母粉加入1000mL的反应容器中，然后加入500mL去离子水，5～30g的十六烷基三甲溴化铵，反应温度为70～95℃反应3～6h，反应结束后抽滤洗涤，洗涤到没有氯离子，60℃干燥，得到插层后的云母粉；
称取0.2～5g插层后的云母粉分散于20～500mL乙醇中采用超声破碎机(950W)进行超声剥离，每隔0.5h采用3000r/min离心10min，收集上层悬浮液，然后剩余样品重新分散在等体积的乙醇中继续超声剥离，直到离心以后不再产生悬浊液，得到纳米云母片悬浊液；
配置10～40mg/mL的聚乙烯亚胺、0.1～1mol/L的氯化钠混合溶液10～100mL，在2～20mg/mL的纳米云母片悬浊液中加入0.2～2mL的聚乙烯亚胺、氯化钠混合溶液，同时加入1～10mL的0.1mol/L的氯化钠溶液，常温下搅拌0.5～4h，6000～10000r/min离心10min，用二甲亚砜洗涤3次，得到2wt％的聚乙烯亚胺修饰的纳米云母片二甲亚砜悬浊液(云母纳米片分散液)；
称取10～20g的氢氧化钾、20～80g的水和10～20g的芳纶纤维加入到含有1～2L的二甲亚砜的3L烧杯中，常温下搅拌24h，待纤维完全溶解完全、称重，备用，得到芳纶纳米纤维溶液；
在搅拌的条件下，将2wt％云母纳米片分散液加入到芳纶纳米纤维溶液中，通过持续剪切得到均匀的云母-芳纶纳米纤维分散液，调控云母纳米片的含量分别为10wt％，20wt％，30wt％，40wt％，50wt％；得到复合浆料；
将上述制备得到的复合浆料喷涂在基底上，形成复合凝胶，将得到的复合凝胶浸入水中进行第一次置换，然后干燥成膜，再次浸入水中进行第二次置换，随后干燥，再经过拉伸和热压后，得到芳纶纳米纤维基复合薄膜(仿珍珠母芳纶-云母纳米纸)；所述干燥成膜的温度为30～80℃；所述干燥成膜的时间为6～12h；所述第二次置换的时间为10～24h；所述第二次置换后形成含水薄膜；所述干燥的温度为30～80℃；所述干燥的时间为6～12h。
本发明提供了一种上述技术方案所述的方法制备得到的仿珍珠母芳纶-云母纳米纸；所述仿珍珠母芳纶-云母纳米纸的抗拉强度优选为280～300MPa，更优选为292MPa；弹性模量优选为5～6GPa，更优选为5.6GPa；击穿强度优选为160～180kV mm-1，更优选为176kVmm-1。
本发明所提供的绝缘纸(仿珍珠母芳纶-云母纳米纸)制备方法简单，通过剪切得到均匀的不同比例的纳米云母片-芳纶纳米纤维分散液，利用喷涂自组装得到仿珍珠母芳纶-云母纳米纸；本发明进一步通过拉伸和热压提高所得材料的有序性、致密性和界面相互作用；本发明制备得到的仿珍珠母芳纶-云母纳米纸具有较高的强度和模量，能够达到292MPa和5.6GPa，且具有很好击穿强度(176kV mm-1)，耐电晕性能、介电性能。
本发明以下实施例中所用纳米云母片悬浊液的制备方法为：
称取15g云母粉，在电阻炉内升温至800℃，升温速度为10℃min-1，保温1h；将15g上述煅烧以后的云母粉加入1000mL的反应容器，然后加入500mL，6mol L-1的硝酸，95℃，反应6h，反应结束后抽滤洗涤，洗涤到中性，60℃干燥；将15g上述干燥后的云母粉加入1000mL的反应容器，然后加入500mL的饱和氯化钠溶液，95℃反应3h，反应结束后抽滤洗涤，洗涤到没有氯离子，60℃干燥；将5g上述酸洗过后的云母粉加入1000mL的反应容器，然后加入500mL去离子水，20g十六烷基三甲溴化铵，反应温度为95℃反应24h，反应结束后抽滤洗涤，洗涤到没有氯离子，60℃干燥；称取5g上述得到的插层以后的云母粉分散于500mL乙醇中采用超声破碎机(950W)进行超声剥离，每隔0.5h采用3000r min-1，离心10min，收集上层悬浮液。
芳纶纤维(K49)为杜邦公司提供。
实施例1
配置10mg mL-1聚乙烯亚胺，0.1mol L-1氯化钠的混合溶液，在200mL，4mg mL-1的纳米云母片悬浊液中加入4mL的聚乙烯亚胺和氯化钠混合溶液，同时加入20mL，0.1mol L-1的氯化钠溶液，常温下搅拌1h，8000r min-1离心10min，二甲基亚砜洗涤3次，得到固含量2wt％的聚乙烯亚胺修饰的纳米云母片悬浊液。
芳纶纳米纤维分散液的制备：称取商业化芳纶纤维10g，加入到1L二甲基亚砜、10g氢氧化钾和15mL水的混合液中，机械搅拌24h，形成均匀的芳纶纳米纤维分散液。
芳纶-云母纳米绝缘纸的制备：将上述制备的聚乙烯亚胺修饰的纳米云母片悬浊液加入到芳纶纳米纤维分散液中后，利用机械剪切机，在9000r/min的条件下剪切20min形成均匀的分散液，所述得到分散液中云母纳米片的质量含量分别为0、10wt.％、20wt.％、30wt.％、40wt.％、50wt.％，得到复合浆料。
将上述制备的复合浆料喷涂在玻璃基底表面形成凝胶，然后将凝胶放入去离子水中浸泡20h，接着在常温条件下干燥24h，得到复合膜；接着进一步放入去离子水中浸泡20h，接着在常温条件下干燥24h，使用拉伸机器，以1mm min-1的速度，使应变比增加至5％，使用压片机在120℃，30MPa作用下持续72h处理上述得到的复合膜，最终得到致密的层状复合薄膜材料(仿珍珠母芳纶-云母纳米纸)。
拉伸和热压处理后，绝缘纸(复合薄膜材料)的表面变得平整，截面变得致密，如图2所示，纳米片有序度(利用小角X射线散射检测绝缘纸的云母纳米片的有序度)由84增加到89，孔隙率(通过称重法计算绝缘纸的实际密度，通过理论计算获得绝缘纸的理论密度，孔隙率等于理论密度减去实际密度除以理论密度)由31.8减少到18.7，如图3所示。
图4为不同纳米片含量制备的仿珍珠母芳纶-云母纳米纸的拉伸应力检测结果。本发明实施例1制备的40％仿珍珠母芳纶-云母纳米纸具有最佳的机械性能的拉伸应力和杨氏模量(在Instron 5565A上进行拉伸试验，使用500N称重传感器，加载速率为1mm min-1，至少有六个样品(～3cm×3mm×25μm)在～25℃的温度和～50％的相对湿度下进行测量)分别为261MPa和5GPa；经过拉伸和热压处理后拉伸应力和模量达到293MPa和5.6GPa，如图5和图7所示；击穿强度(首先在绝缘纸(～25μm)上喷金，击穿强度由耐压测试仪(MS2677，中国民生电子有限公司)在室温下测试)达到176kV mm-1，如图6所示，所有性能远远高于拉伸和热压处理前及没有界面修饰的云母纳米片。
实施例2
按照实施例1的方法制备得到仿珍珠母芳纶-云母纳米纸，与实施例1的区别在于，采用没有修饰聚乙烯亚胺云母纳米片悬浊液，具体制备方法为：
称取15g云母粉，在电阻炉内升温至800℃，升温速度为10℃min-1，保温1h；将15g上述制备得到的煅烧以后的云母粉加入1000mL的反应容器，然后加入500mL，6mol L-1的硝酸溶液，95℃，反应6h，反应结束后抽滤洗涤，洗涤到中性，60℃干燥；将15g上述干燥后的云母粉加入1000mL的反应容器，然后加入500mL饱和氯化钠溶液，95℃反应3h，反应结束后抽滤洗涤，洗涤到没有氯离子，60℃干燥；将5g上述制备得到的酸洗过后的云母粉加入1000mL的反应容器，然后加入500mL去离子水，20g十六烷基三甲溴化铵，反应温度为95℃反应24h，反应结束后抽滤洗涤，洗涤到没有氯离子，60℃干燥；称取5g上述制备得到的插层以后的云母粉分散于500mL乙醇中采用超声破碎机(950W)进行超声剥离，每隔0.5h采用3000r min-1，离心10min，收集上层悬浮液。
按照实施例1的方法对本发明实施例2制备的仿珍珠母芳纶-云母纳米纸进行拉伸强度和击穿强度检测，检测结果分别为230MPa和125kV mm-1，如图5和图6所示。
实施例3
按照实施例1的方法制备得到仿珍珠母芳纶-云母纳米纸，与实施例1的区别在于，不进行拉伸和热压处理。
按照实施例1的方法对本发明实施例3制备的仿珍珠母芳纶-云母纳米纸进行拉伸强度和击穿强度检测，检测结果分别为261MPa和140kV mm-1，如图5和图6所示。
本发明所提供的绝缘纸(仿珍珠母芳纶-云母纳米纸)制备方法简单，通过剪切得到均匀的不同比例的纳米云母片-芳纶纳米纤维分散液，利用喷涂自组装得到仿珍珠母芳纶-云母纳米纸；本发明进一步通过拉伸和热压提高所得材料的有序性、致密性和界面相互作用；本发明制备得到的仿珍珠母芳纶-云母纳米纸具有较高的强度和模量，能够达到292MPa和5.6GPa，且具有很好击穿强度(176kV mm-1)，耐电晕性能、介电性能。
以上所述仅为本发明的示例性实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
虽然已参考本发明的特定实施例描述并说明本发明，但是这些描述和说明并不限制本发明。所属领域的技术人员可清晰地理解，在不脱离如由所附权利要求书定义的本发明的真实精神和范围的情况下，可进行各种改变，以使特定情形、材料、物质组成、物质、方法或过程适宜于本申请的目标、精神和范围。所有此类修改都意图在此所附权利要求书的范围内。虽然已参考按特定次序执行的特定操作描述本文中所公开的方法，但应理解，可在不脱离本发明的教示的情况下组合、细分或重新排序这些操作以形成等效方法。因此，除非本文中特别指示，否则操作的次序和分组并非本申请的限制。
Claims (10)
1.一种仿珍珠母芳纶-云母纳米纸的制备方法，包括：
将云母纳米片分散液和芳纶纳米纤维溶液混合，得到云母-芳纶纳米纤维分散液；
将所述云母-芳纶纳米纤维分散液喷涂在基底上，得到复合凝胶；
将所述复合凝胶依次进行一次置换、一次干燥、二次置换、二次干燥、拉伸、热压，得到仿珍珠母芳纶-云母纳米纸。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述云母纳米片分散液的制备方法包括：
将聚乙烯亚胺、氯化钠混合溶液和纳米云母片悬浊液混合后用二甲基亚砜洗涤，得到云母纳米片分散液。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述纳米云母片悬浊液的制备方法包括：
将插层后的云母粉分散于乙醇中进行超声剥离，得到纳米云母片悬浊液。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述插层后的云母粉的制备方法包括：
将酸洗后的云母粉、水和十六烷基三甲溴化铵进行反应，得到插层后的云母粉。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述酸洗后的云母粉的制备方法包括：
将云母粉依次进行煅烧、和硝酸混合、和氯化钠溶液混合，得到酸洗后的云母粉。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述云母-芳纶纳米纤维分散液中含有云母纳米片；
所述云母纳米片在云母-芳纶纳米纤维分散液中的质量含量为10～50％。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一次干燥和二次干燥的温度独立的选自30～80℃。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述拉伸的速度为1～5mmmin-1。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热压的温度为60～120℃；所述热压的压力为10～60MPa。
10.一种权利要求1所述的方法制备得到的仿珍珠母芳纶-云母纳米纸，所述仿珍珠母芳纶-云母纳米纸的抗拉强度为280～300MPa，弹性模量为5～6GPa，击穿强度为160～180kVmm-1。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220603 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |