CN114737416A - 一种抗老化芳纶复合云母纸的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗老化芳纶复合云母纸的制备方法，其选择天然白云母与天然金云母作为原料，将其处理成不同粒径的云母鳞片，并筛分出粗粒径云母鳞片以及细粒径云母鳞片；然后将粗粒径云母鳞片和细粒径云母鳞片分别进行部分煅烧，得到粗粒径的生云母粉和煅烧云母粉以及细粒径的生云母粉和煅烧云母粉，再将不同类型的云母粉制浆并抄造成纸，然后将改性芳纶纤维与POD纤维的混合纤维加入环氧树脂即得加强膜层；依次将不同类型的云母纸叠合以加强膜层作为夹层后将加强膜层熔融，最后热压复合成型，固化后切边即得成品复合云母纸。本发明的复合云母纸具有优异的热性能和电气性能，并具有较佳的抗老化效果，有利于延长云母纸及设备的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及绝缘云母制品领域，具体为一种抗老化芳纶复合云母纸的制备方法。
背景技术
云母纸作为云母的二次加工制品，其优良的物理性能和电气性以及在高温状态下仍保持以上性能的特性，同时具有完全的化学惰性、抗高电压、耐电晕放电和防辐射的特性，在发电机、电动机、线缆等电工设备中具有广泛的应用。
相比于传统的金属绝缘材料，云母纸具有电气强度高，介质损耗低，表面电阻和体积电阻高等优异的电气性能以及耐热、耐水、化学稳定性、富有弹性、高剥离性、很大的耐剪切力和抗张强度等物理和化学性能，能有效突破金属绝缘材料的使用范围和使用限制，是变压器、电机、发电机中不可替代的最为关键的绝缘材料
云母纸作为绝缘材料，在工作状态下长期受到高强度电场应力的作用，再加上工作环境的不可控以及工作过程中的应力磨损，也会存在老化的问题，进而影响云母纸的导热性能性、机械性能以及电气绝缘性能，而一旦因为老化失效而发生击穿将导致变压器损毁以及用电故障。
近年来，随着我国电力工业的快速发展，对电气绝缘材料的质量及可靠性提出了越来越高的要求，现有技术中，大量采用在环氧硅树脂料中添加高导热的无机填料来提高体系的热传导系数的，但是这种方式容易在胶粘剂的胶粘体系中产生界面缺陷，影响云母纸的界面粘结力，导致层间粘结强度偏低、交联密度低、相容性较差、耐老化性能差，使得云母纸在长期使用过程中，容易发生层间剥离，导致其机械性能以及电气绝缘性能在发生层间剥离后发生下降，存在使用上的风险，难于应用于电机的绝缘阻燃，且胶粘剂的大量使用，造成了严重的环境污染。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种抗老化芳纶复合云母纸的制备方法，以解决上述背景技术中的缺点。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种抗老化芳纶复合云母纸的制备方法，具体包括以下操作步骤：
S1、选择天然白云母与天然金云母作为原料，依次进行水洗、烘干得到干云母片，将干云母片利用高压水力破碎机破碎成不同粒径的云母鳞片，筛分出-60～+80目的粗粒径云母鳞片以及-100目～+120目的细粒径云母鳞片；
S2、将上述两组云母鳞片烘干得到生云母粉，并分别取一部分在烘干后进行煅烧，得到煅烧云母粉，将相同粒径云母鳞片中的生云母粉与煅烧云母粉进行混合，分别配制成粗云母浆料、细云母浆料以及混合云母浆料，然后将粗云母浆料、细云母浆料以及混合云母浆料利用圆网造纸机分别抄造成纸，得到第一云母纸、第二云母纸层以及第三云母纸层；
所述粗云母浆料中包括粗粒径的煅烧云母粉以及粗粒径的生云母粉，两者的质量比为2:1～3:1；
所述细云母浆料中包括细粒径的煅烧云母粉以及细粒径的生云母粉，两者的质量比为3:1～5:1；
所述混合云母浆料中包括粗粒径的煅烧云母粉、细粒径的煅烧云母粉以及细粒径的生云母粉，其中，粗粒径云母粉与细粒径云母粉的质量比为1:1～1:2，而细粒径云母粉中的煅烧云母粉与生云母粉的质量比为3:2～3:1；
S3、利用偶联剂对芳纶纤维进行改性处理得到改性芳纶纤维；将改性芳纶纤维与POD纤维按照质量比8:1～6:1的质量比混合后得到混合纤维，将混合纤维加入环氧树脂中分散均匀后按制膜工艺成膜后即得加强膜层；
S4、以第一云母纸为芯层，其两侧依次覆加强膜层、第三云母纸层、加强膜层以及第二云母纸层，得到预成型复合云母纸，然后将预成型复合云母纸进行预热使加强膜层熔融，在热压辊的热压作用下复合形成型并固化，固化完成后切边即得成品复合云母纸。
作为进一步限定，所述第一云母纸层的厚度为0.2～0.3mm；所述第二云母纸层的厚度为0.1～0.2mm；所述第三云母纸层的厚度为0.05～0.1mm。
作为进一步限定，所述加强膜层的厚度为30～50μm。
作为进一步限定，所述改性芳纶纤维的单丝长度为5～6mm，单丝丝径为300～500nm。
作为进一步限定，用于对芳纶纤维进行改性的所述偶联剂为硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种，优选为偶联剂KH560。
作为进一步限定，所述加强膜层中混合纤维的加入量为环氧树脂质量的5～7％。
作为进一步限定，步骤S4中进行热压辊热压时，热压温度为120～170℃，热压压力为8～15MPa，热压处理时长为30～50min。
有益效果：本发明的高导热云母纸利用多层不同粒径和不同煅烧程度的云母鳞片进行混合后制浆，并在制浆后将不同的云母浆料抄造成纸来作为主绝缘结构层，其以第一云母纸为芯层，并在芯层两侧向外依次设置第三云母纸层以及第二云母纸层，并利用加强膜层的熔融结构作为层间粘结结构，能将云母纸的机械性能以及电气绝缘性能进行有机结合，使得云母纸具有良好的机械强度、电绝缘性以及热稳定性，并能满足云母纸的绝缘和散热需求，以保证云母纸有较佳的抗老化效果。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
在下述实施例中，本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
在实施例一中，高导热云母纸具体按照通过以下方式实施制备：
先作为云母原料的天然白云母进行清理和除杂，将除杂后的云母原料用高压水力剥分机进行水力剥分，得到不同粒径的云母鳞片，将云母鳞片进行筛分，筛出其中-60目～+80目的粗粒径云母鳞片，以及-100目～+120目的细云母鳞片，分别配制成粗云母浆料以及细云母浆料。
将上述两组云母鳞片烘干得到生云母粉，并分别取一部分在65℃的热风条件下进行烘干处理，烘干后在煅烧炉中以800℃的温度煅烧60min，分别得到粗粒径煅烧云母粉以及细粒径煅烧云母粉，加上之前预留的粗粒径生云母分以及细粒径生云母粉，共四种云母鳞片原料，利用着四种云母鳞片原料分别制备粗云母浆料、细云母浆料以及混合云母浆料，其中：
粗云母浆料中包括粗粒径的煅烧云母粉以及粗粒径的生云母粉，两者的质量比为2:1；
细云母浆料中包括细粒径的煅烧云母粉以及细粒径的生云母粉，两者的质量比为3:1；
混合云母浆料中包括粗粒径的煅烧云母粉、细粒径的煅烧云母粉以及细粒径的生云母粉，其中，粗粒径云母粉与细粒径云母粉的质量比为1:1，而细粒径云母粉中的煅烧云母粉与生云母粉的质量比为3:2。
将三组云母浆料分别利用圆网造纸机分别抄造成纸，抄造过程中通过控制浆料浓度来控制对应云母纸层的厚度，分别得到厚度为0.2mm的第一云母纸层，厚度为0.1mm的第二云母纸层以及厚度为0.05mm的第三云母纸层。
利用偶联剂KH560对单丝长度为5～6mm，单丝丝径为300～500nm芳纶纤维进行改性处理得到改性芳纶纤维；将改性芳纶纤维与POD纤维按照质量比8:1的质量比混合后得到混合纤维，将混合纤维加入环氧树脂中，控制混合纤维的加入量为环氧树脂质量的5％，利用分散设备分散均匀后按制膜工艺成膜后即得加强膜层，其制得的加强膜层厚度控制为30μm；然后以第一云母纸为芯层，其一侧依次叠放加强膜层、第三云母纸层、加强膜层以及第二云母纸层，而另一侧一样叠放，然后将叠放后的预成型复合云母纸进行预热使加强膜层熔融
其两侧依次覆加强膜层，得到预成型复合云母纸，然后将预成型复合云母纸进行预热使加强膜层熔融，利用热压辊在热压温度125℃，热压压力9MPa的条件下，热压固化处理30min，处理完成后切边即得成品复合云母纸。
经检测，上述成品复合云母纸的拉伸强度为34.3N/10mm、断裂强度为117.4N/10mm、介电性能为19.4Mv/m、导热率为1.29W/m·k。
实施例二中，高导热云母纸具体按照通过以下方式实施制备：
先作为云母原料的天然白云母进行清理和除杂，将除杂后的云母原料用高压水力剥分机进行水力剥分，得到不同粒径的云母鳞片，将云母鳞片进行筛分，筛出其中-60目～+80目的粗粒径云母鳞片，以及-100目～+120目的细云母鳞片，分别配制成粗云母浆料以及细云母浆料。
将上述两组云母鳞片烘干得到生云母粉，并分别取一部分在65℃的热风条件下进行烘干处理，烘干后在煅烧炉中以800℃的温度煅烧60min，分别得到粗粒径煅烧云母粉以及细粒径煅烧云母粉，加上之前预留的粗粒径生云母分以及细粒径生云母粉，共四种云母鳞片原料，利用着四种云母鳞片原料分别制备粗云母浆料、细云母浆料以及混合云母浆料，其中：
粗云母浆料中包括粗粒径的煅烧云母粉以及粗粒径的生云母粉，两者的质量比为3:1；
细云母浆料中包括细粒径的煅烧云母粉以及细粒径的生云母粉，两者的质量比为5:1；
混合云母浆料中包括粗粒径的煅烧云母粉、细粒径的煅烧云母粉以及细粒径的生云母粉，其中，粗粒径云母粉与细粒径云母粉的质量比为1:2，而细粒径云母粉中的煅烧云母粉与生云母粉的质量比为3:1。
将三组云母浆料分别利用圆网造纸机分别抄造成纸，抄造过程中通过控制浆料浓度来控制对应云母纸层的厚度，分别得到厚度为0.3mm的第一云母纸层，厚度为0.2mm的第二云母纸层以及厚度为0.1mm的第三云母纸层。
利用偶联剂KH560对单丝长度为5～6mm，单丝丝径为300～500nm芳纶纤维进行改性处理得到改性芳纶纤维；将改性芳纶纤维与POD纤维按照质量比6:1的质量比混合后得到混合纤维，将混合纤维加入环氧树脂中，控制混合纤维的加入量为环氧树脂质量的7％，利用分散设备分散均匀后按制膜工艺成膜后即得加强膜层，其制得的加强膜层厚度控制为50μm；然后以第一云母纸为芯层，其一侧依次叠放加强膜层、第三云母纸层、加强膜层以及第二云母纸层，而另一侧一样叠放，然后将叠放后的预成型复合云母纸进行预热使加强膜层熔融
其两侧依次覆加强膜层，得到预成型复合云母纸，然后将预成型复合云母纸进行预热使加强膜层熔融，利用热压辊在热压温度165℃，热压压力12.5MPa的条件下，热压固化处理30min，处理完成后切边即得成品复合云母纸。
上述成品复合云母纸的拉伸强度为36.6N/10mm、断裂强度为121.5N/10mm、介电性能为18.9Mv/m、导热率为1.24W/m·k。
实施例三中，高导热云母纸具体按照通过以下方式实施制备：
先作为云母原料的天然白云母进行清理和除杂，将除杂后的云母原料用高压水力剥分机进行水力剥分，得到不同粒径的云母鳞片，将云母鳞片进行筛分，筛出其中-60目～+80目的粗粒径云母鳞片，以及-100目～+120目的细云母鳞片，分别配制成粗云母浆料以及细云母浆料。
将上述两组云母鳞片烘干得到生云母粉，并分别取一部分在65℃的热风条件下进行烘干处理，烘干后在煅烧炉中以800℃的温度煅烧60min，分别得到粗粒径煅烧云母粉以及细粒径煅烧云母粉，加上之前预留的粗粒径生云母分以及细粒径生云母粉，共四种云母鳞片原料，利用着四种云母鳞片原料分别制备粗云母浆料、细云母浆料以及混合云母浆料，其中：
粗云母浆料中包括粗粒径的煅烧云母粉以及粗粒径的生云母粉，两者的质量比为5:2；
细云母浆料中包括细粒径的煅烧云母粉以及细粒径的生云母粉，两者的质量比为4:1；
混合云母浆料中包括粗粒径的煅烧云母粉、细粒径的煅烧云母粉以及细粒径的生云母粉，其中，粗粒径云母粉与细粒径云母粉的质量比为2:3，而细粒径云母粉中的煅烧云母粉与生云母粉的质量比为2:1。
将三组云母浆料分别利用圆网造纸机分别抄造成纸，抄造过程中通过控制浆料浓度来控制对应云母纸层的厚度，分别得到厚度为0.25mm的第一云母纸层，厚度为0.15mm的第二云母纸层以及厚度为0.07mm的第三云母纸层。
利用偶联剂KH560对单丝长度为5～6mm，单丝丝径为300～500nm芳纶纤维进行改性处理得到改性芳纶纤维；将改性芳纶纤维与POD纤维按照质量比7:1的质量比混合后得到混合纤维，将混合纤维加入环氧树脂中，控制混合纤维的加入量为环氧树脂质量的6％，利用分散设备分散均匀后按制膜工艺成膜后即得加强膜层，其制得的加强膜层厚度控制为40μm；然后以第一云母纸为芯层，其一侧依次叠放加强膜层、第三云母纸层、加强膜层以及第二云母纸层，而另一侧一样叠放，然后将叠放后的预成型复合云母纸进行预热使加强膜层熔融
其两侧依次覆加强膜层，得到预成型复合云母纸，然后将预成型复合云母纸进行预热使加强膜层熔融，利用热压辊在热压温度150℃，热压压力13MPa的条件下，热压固化处理40min，处理完成后切边即得成品复合云母纸。
上述成品复合云母纸的拉伸强度为34.2N/10mm、断裂强度为121.3N/10mm、介电性能为20.1Mv/m、导热率为1.27W/m·k。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种抗老化芳纶复合云母纸的制备方法，其特征在于，包括以下操作步骤：
S1、选择天然白云母与天然金云母作为原料，依次进行水洗、烘干得到干云母片，将干云母片利用高压水力破碎机破碎成不同粒径的云母鳞片，筛分出-60～+80目的粗粒径云母鳞片以及-100目～+120目的细粒径云母鳞片；
S2、将上述两组云母鳞片烘干得到生云母粉，并分别取一部分在烘干后进行煅烧，得到煅烧云母粉，将相同粒径云母鳞片中的生云母粉与煅烧云母粉进行混合，分别配制成粗云母浆料、细云母浆料以及混合云母浆料，然后将粗云母浆料、细云母浆料以及混合云母浆料利用圆网造纸机分别抄造成纸，得到第一云母纸、第二云母纸层以及第三云母纸层；
所述粗云母浆料中包括粗粒径的煅烧云母粉以及粗粒径的生云母粉，两者的质量比为2:1～3:1；
所述细云母浆料中包括细粒径的煅烧云母粉以及细粒径的生云母粉，两者的质量比为3:1～5:1；
所述混合云母浆料中包括粗粒径的煅烧云母粉、细粒径的煅烧云母粉以及细粒径的生云母粉，其中，粗粒径云母粉与细粒径云母粉的质量比为1:1～1:2，而细粒径云母粉中的煅烧云母粉与生云母粉的质量比为3:2～3:1；
S3、利用偶联剂对芳纶纤维进行改性处理得到改性芳纶纤维；将改性芳纶纤维与POD纤维按照质量比8:1～6:1的质量比混合后得到混合纤维，将混合纤维加入环氧树脂中分散均匀后按制膜工艺成膜后即得加强膜层；
S4、以第一云母纸为芯层，其两侧依次覆加强膜层、第三云母纸层、加强膜层以及第二云母纸层，得到预成型复合云母纸，然后将预成型复合云母纸进行预热使加强膜层熔融，在热压辊的热压作用下复合形成型并固化，固化完成后切边即得成品复合云母纸。
2.根据权利要求1所述的抗老化芳纶复合云母纸的制备方法，其特征在于，所述第一云母纸层的厚度为0.2～0.3mm；所述第二云母纸层的厚度为0.1～0.2mm；所述第三云母纸层的厚度为0.05～0.1mm。
3.根据权利要求1所述的抗老化芳纶复合云母纸的制备方法，其特征在于，所述加强膜层的厚度为30～50μm。
4.根据权利要求1所述的抗老化芳纶复合云母纸的制备方法，其特征在于，所述改性芳纶纤维的单丝长度为5～6mm，单丝丝径为300～500nm。
5.根据权利要求1所述的抗老化芳纶复合云母纸的制备方法，其特征在于，用于对芳纶纤维进行改性的所述偶联剂为硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种。
6.根据权利要求1所述的抗老化芳纶复合云母纸的制备方法，其特征在于，所述加强膜层中混合纤维的加入量为环氧树脂质量的5～7％。
7.根据权利要求1所述的抗老化芳纶复合云母纸的制备方法，其特征在于，步骤S4中进行热压辊热压时，热压温度为120～170℃，热压压力为8～15MPa，热压处理时长为30～50min。
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