CN117285046B - 一种改性云母纳米片、云母@纳米纤维素纤维的制备方法、柔性绝缘纸及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及材料技术领域，公开了一种改性云母纳米片、云母@纳米纤维素纤维的制备方法、柔性绝缘纸及制备方法；柔性绝缘纸制备方法包括以下步骤：将杂环芳纶纳米纤维通过打浆、真空抽滤得到杂环芳纶纳米纤维糙纸；将改性云母纳米片为壳，纳米纤维素为核，通过同轴纺丝得到云母@纳米纤维素纤维；将云母@纳米纤维素纤维收集于杂环芳纶纳米纤维糙纸上、下表面，清洗、成型后即可得到所需绝缘纸；本发明得到的柔性绝缘纸具有三明治夹芯结构，以杂环芳纶纳米纤维作为芯层材料、以云母@纳米纤维素纤维作为芯层材料的上、下表层材料；柔性绝缘纸具有良好的拉伸性能，耐电晕性和耐温性。
Description
技术领域
本发明涉及材料技术领域，具体涉及一种改性云母纳米片、云母@纳米纤维素纤维的制备方法、柔性绝缘纸及制备方法。
背景技术
为满足新能源汽车动力性、安全性以及快速充电的要求，电机系统不断朝着高速高效、高功率密度、轻量紧凑化、高可靠性方向发展，对电机绝缘系统寿命及其所用绝缘材料性能提出了严苛的挑战。一方面，高压、高频脉冲调制等极易引起严重的局部放电和电晕腐蚀；另一方面，在高功率密度下，电机绝缘材料将长期经受高温负荷，从而加速绝缘材料的热老化。为确保新能源汽车长期安全和温度，电机绝缘系统必须在高频脉冲、高温、强电场、机械应力以及环境因素的叠加、耦合作用下保持高性能。因此，迫切需要开发兼具优异耐电晕、耐高温且良好力学性能的绝缘材料。
杂环芳纶纳米纤维凭借突出的耐高温以及力学性能被广泛应用于耐高温薄膜的基体材料。然而，芳纶绝缘纸在高频、高压工作环境下的耐电晕性能较差，无法满足电动汽车对电机绝缘材料的要求。目前，通过填充云母等功能性纳米粒子可以大幅度提升芳纶绝缘纸的耐电晕性能。然而云母在杂环芳纶纳米纤维基体中分散性差，且二者界面结合作用弱，简单的掺杂手法不仅会破坏芳纶绝缘纸原有的力学性能，还限制了芳纶绝缘纸耐电晕性能的提升。因此，亟需找到一种方法，在不破坏绝缘纸力学性能的基础上，开发出一种耐电晕性优越的复合绝缘纸。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题提供一种改性云母纳米片、云母@纳米纤维素纤维的制备方法、柔性绝缘纸及制备方法。
本发明采用的技术方案是：一种改性云母纳米片的制备方法，包括以下步骤：
S1：云母表面活化处理，得到活化后的云母；
S2：活化后的云母表面键合含有活性官能团的化合物，活性官能团为双键、氨基和羧基中的一种；
S3：将步骤S2得到的云母表面的活性官能团与丙烯酸酯类聚合物前体聚合；
S4：将步骤S3得到的云母进行剥离，即可得到改性云母纳米片。
进一步的，所述步骤S1中活化处理过程如下：将云母超声清洗，然后浸泡于表面活性剂溶液中超声处理；清洗后即可得到活化后的云母；表面活性剂为氧化铝、氟化物、硅化物中的一种；步骤S2中含有活性官能团的化合物为以下化合物中的一种：丙烯酮、丙烯醛、氨基硅烷、丙烯酸；步骤S3中的丙烯酸酯类聚合物前体为以下物质中的一种：甲基丙烯酸酯、丙烯酸、乙烯基甲基丙烯酸酯。
进一步的，所述步骤S2中的反应时间为1 h，S3中反应温度为80 ℃，反应时间为6～8 h。
进一步的，所述S4中通过插层剂对云母进行剥离，插层剂为十六烷基三甲基溴化铵。
一种云母@纳米纤维素纤维的制备方法，以所述改性云母纳米片为壳，纳米纤维素为核，通过同轴纺丝得到云母@纳米纤维素纤维。
一种柔性绝缘纸的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将杂环芳纶纤维剥离成杂环芳纶纳米纤维，然后通过打浆、真空抽滤得到杂环芳纶纳米纤维糙纸；
步骤2：将云母@纳米纤维素纤维收集于杂环芳纶纳米纤维糙纸上、下表面，清洗、成型后即可得到所需绝缘纸。
一种柔性绝缘纸的制备方法，步骤1中的杂环芳纶纤维剥离前进行预处理，预处理过程如下：
将杂环芳纶纤维依次经丙酮超声、酒精超声处理后，清洗烘干后进行热处理，即可得到所需杂环芳纶纤维；热处理温度为350 ℃，热处理时间为15 min。
进一步的，所述步骤2中绝缘纸通过高温热压成型，热压温度为150 ℃、热压时间为10 min、压力为150~170 MPa；热压结束后烘干。
进一步的，所述步骤1中的杂环芳纶纳米纤维糙纸制备过程如下：
将经预处理后的杂环芳纶纤维溶于碱性溶剂中得到杂环芳纶纳米纤维分散液，将分散液超声即可得到匀质悬浮液；
匀质悬浮液注入去离子水形成胶体，清洗至中性；加入阳离子表面活性剂，打浆，真空抽滤即可得到杂环芳纶纳米纤维糙纸。
一种柔性绝缘纸，所述绝缘纸以杂环芳纶纳米纤维糙纸作为芯层，以云母/纳米纤维素纤维作为芯层的上、下表层构成的夹芯结构；云母@纳米纤维素纤维构成的上、下表层厚度均为15～25 μm。
本发明的有益效果是：
（1）本发明得到的柔性绝缘纸，耐电晕性、耐温性具有大幅度的提升，能够满足电动汽车在高频脉冲、高温、强电场、机械应力及环境因素的叠加、耦合作用下对绝缘纸耐温、耐电晕性能的需求；
（2）本发明得到的柔性绝缘纸中纳米纤维素表面丰富的羟基官能团与改性云母纳米片表面丰富的活性官能团、丙烯酸基团之间形成氢键作用，纳米纤维素表面的羟基与杂环芳纶纳米纤维表面的羰基之间形成强力氢键作用，绝缘纸的拉伸性能改善显著；
（3）本发明得到的柔性绝缘纸中云母@纳米纤维素纤维的核壳结构提供良好的力学强度和刚度；纳米纤维素提供强度，改性云母纳米片增加刚度；作为核的纳米纤维素不仅能与改性云母纳米片和杂环芳纶纳米纤维之间形成分子间氢键作用，还可以有效的堵塞孔隙或裂缝，改善分子间界面；可以大幅度提升绝缘纸拉伸性能，还能最大程度的提高绝缘纸的耐电晕寿命及耐温特性。
附图说明
图1为本发明实施例1得到的柔性绝缘纸的DSC升温曲线。
图2为本发明实施例1中用到的杂环芳纶纤维的扫描电子显微镜图。
图3为本发明实施例1得到的柔性绝缘纸中杂环芳纶纳米纤维的透射电子显微镜图。
图4为本发明实施例1中用到的合成云母的扫描电子显微镜图。
图5为本发明实施例1中得到的改性云母纳米片的扫描电子显微镜图。
图6为本发明实施例1得到的改性云母纳米片的透射电子显微镜图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
一种改性云母纳米片的制备方法，包括以下步骤：
S1：云母表面活化处理，得到活化后的云母；本发明中用到的云母为合成云母，下述实施例中均相同。
将云母超声清洗，然后浸泡于表面活性剂溶液中超声处理；清洗后即可得到活化后的云母；表面活性剂为氧化铝、氟化物、硅化物中的一种。超声功率为750 W，超声处理1h。超声处理后用去离子水反复彻底清洗，去除多余的表面活性剂和杂质。优选云母和表面活性剂的质量比为5:3。
活化处理前首先可以对云母进行清洗，将云母置于去离子水中，浸泡超声，超声功率为750 W，处理2 h；用去离子水反复彻底清洗，冷冻干燥48 h后即可得到干净、干燥无杂质的合成云母。
S2：活化后的云母表面键合含有活性官能团的化合物，活性官能团为双键、氨基和羧基中的一种；将含有活性官能团的化合物溶解于有机溶剂中，将活化处理后的云母浸泡于含有活性官能团的有机溶液中，搅拌1 h，使其与云母表面充分反应，形成键合。优选云母和含有活性官能团的化合物质量比为1:1.5。
含有活性官能团的化合物为以下化合物中的一种：丙烯酮、丙烯醛、氨基硅烷、丙烯酸。
S3：将步骤S2得到的云母表面的活性官能团与丙烯酸酯类聚合物前体聚合；丙烯酸酯类聚合物前体为以下物质中的一种：甲基丙烯酸酯、丙烯酸、乙烯基甲基丙烯酸酯。将云母置于丙烯酸酯类聚合物前体溶液中，反应时间为6～8 h，反应温度为80 ℃；使其与云母表面的官能团发生共价键合，实现接枝聚合。随后将云母取出，用去离子水反复彻底清洗，冷冻干燥48 h。优选云母和丙烯酸酯类聚合物前体质量比为1:2。
S4：将步骤S3得到的云母进行剥离，即可得到改性云母纳米片；
通过插层剂对云母进行剥离，插层剂为十六烷基三甲基溴化铵。
首先对插层剂进行预处理，将十六烷基三甲基溴化铵置于无水乙醇中，在80 ℃条件下水浴加热1 h。将步骤S23得到的改性云母置于其中，超声处理，超声功率为750 W，处理3 h得到混合液。随后用去离子水反复洗涤至滤液为中性，加去离子水即可得到改性云母纳米片混合液，作为后续步骤使用。
采用上述改性纳米片制备云母@纳米纤维素纤维：
以改性云母纳米片为壳，纳米纤维素为核，通过同轴纺丝得到云母@纳米纤维素纤维；
具体制备过程如下：
将纳米纤维素CNF置于去离子水中（纳米纤维素CNF和去离子水的配比根据需要设置），45 ℃恒温搅拌1 h，得到CNF水溶液；
将步骤2得到的改性云母纳米片混合液作为外层溶液，置于同轴静电纺丝装备的外壳（壳层）中，内管（核层）中加入CNF水溶液。调节装置喷嘴处于同轴，外、内喷嘴的内径分别为10 nm和5 nm。本发明用到的纳米纤维素直径为15±2.6 nm，长度大于200 nm。
调整喷嘴和杂环芳纶纳米纤维糙纸间的距离为15 cm，施加电压为15~20 kV，环境温度为10~15 ℃，环境湿度为45~50%，即可得到云母@纳米纤维素纤维。
一种柔性绝缘纸的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将杂环芳纶纤维剥离为杂环芳纶纳米纤维，然后通过打浆、真空抽滤得到杂环芳纶纳米纤维糙纸；
S1：杂环芳纶纤维使用前进行预处理，预处理过程如下：
将杂环芳纶纤维裁剪为0.5 cm的小段，依次经丙酮超声、酒精超声处理后；丙酮浸泡下，超声功率为400 W条件下，超声48 h。过滤丙酮后在酒精浸泡下，超声功率为400 W条件下，超声6 h。过滤酒精用去离子水反复洗涤，温度在50 ℃条件下真空烘干，密封储存。
S2：清洗烘干后进行热处理，即可得到所需杂环芳纶纤维；热处理温度为350 ℃，热处理时间为15 min。热处理在热风炉中进行，热处理结束后放入冷却室进行线性降温冷却处理，处理过程在氩气气氛下进行，氩气流量为20 mL/min，直至其冷却至室温。
处理后的杂环芳纶纤维、氢氧化钾、二甲基亚砜和去离子水（杂环芳纶纤维：氢氧化钾：二甲亚砜：去离子水=（1~2）g：（2~2.5）g：（500~550）mL：（8~10）mL）置于密闭容器中，在25 ℃条件下搅拌5 d进行剥离，得到杂环芳纶纳米纤维分散液，后续使用时直接用分散液。
S3：糙纸制备过程如下：
采用上述得到的杂环芳纶纳米纤维分散液，加入去离子水，超声处理（功率为750W，超声时间3 h），得到匀质悬浮液。
将匀质悬浮液快速注入去离子水形成胶体，在布氏漏斗中用去离子水反复洗涤胶体，直至滤液呈中性。
将胶体放入打浆机中，加入阳离子表面活性剂用于改善纤维的分离和分散（阳离子表面活性剂根据需要添加，采用例如十六烷基三甲基溴化铵等活性剂均可），设置胶体浆料湿度为25%、打浆时间为30 min、打浆速度为3000~4000 rpm；随后将均匀浆液进行超声处理去除气泡，得到无气泡均匀浆液；
将均匀浆液倒入真空抽滤瓶中，进行8 h真空辅助抽滤，得到杂环芳纶纳米纤维糙纸。
步骤2：将云母@纳米纤维素纤维收集于杂环芳纶纳米纤维糙纸上、下表面，清洗、成型后即可得到所需绝缘纸。
将上述步骤中的云母@纳米纤维素纤维收集到糙纸上、下表面，即可得到所需绝缘纸。得到的绝缘纸依次浸于乙醇、去离子水中；各持续15 min，重复4次，通过溶胶凝胶法去除多余阳离子表面活性剂（例如十六烷基三甲基溴化铵）及杂质残液，并改善纸张两面差，得到干净且无杂质的绝缘纸糙纸。
将上述绝缘纸糙纸进行高温热压处理，热压温度为150 ℃、热压时间为10 min、压力为150～170 MPa。热压结束后将绝缘纸放入真空烘箱，在0.1 MPa、45～55 ℃条件下烘干36～48 h，得到需要的长耐电晕寿命的C级柔性绝缘纸。
绝缘纸以杂环芳纶纳米纤维糙纸作为芯层，以云母@纳米纤维素纤维作为芯层的上、下表层构成的夹芯结构；云母@纳米纤维素纤维构成的上、下表层厚度均为15～25 μm。得到的绝缘纸中杂环芳纶纳米纤维直径为10±2.1 nm，长度为3±0.5 μm。
实施例1
按照以下步骤制备具有长耐电晕寿命的C级柔性绝缘纸的制备方法：
步骤1：将杂环芳纶纳米纤维通过打浆、真空抽滤得到杂环芳纶纳米纤维糙纸；
S11：将杂环芳纶纤维裁剪为0.5 cm的小段，依次经丙酮超声、酒精超声处理后；丙酮浸泡下，超声功率为400 W条件下，超声48 h。过滤丙酮后在酒精浸泡下，超声功率为400W条件下，超声6 h。过滤酒精用去离子水反复洗涤，温度在50 ℃条件下真空烘干，密封储存。
S12：将上述预处理后的杂环芳纶纤维均匀放置于热风炉中，设置热处理温度为350 ℃，热处理时间为15 min。完成热处理后，将杂环芳纶纤维从热风炉中取出，放入冷却室中进行线性降温冷却处理，全程通入氩气，流量为20 mL/min，直至其冷却至室温。
将杂环芳纶纤维、氢氧化钾、二甲基亚砜、去离子水按照以下比例混合1 g：2.5 g：500 mL：10 mL置于密闭容器中，25 ℃避光搅拌5 d进行剥离，得到暗红色杂环芳纶纳米纤维分散液。
S13：将杂环芳纶纳米纤维分散液20 g加入60 mLDMSO溶液及3.2 mL去离子水中，超声处理，超声功率为750 W，超声时间3 h，得到匀质悬浮液。
将匀质悬浮液快速注入500 mL去离子水中形成胶体，随后在布氏漏斗中用去离子水反复洗涤胶体，直至滤液呈中性；
将胶体放入打浆机中，加入1 g十六烷基三甲基溴化铵，打浆时间为30 min，打浆速度为3000 rpm。随后将均匀浆液进行超声，超声功率为400 W，超声时间为10 min，除去气泡，得到无气泡均匀浆液。将均匀浆液倒入真空抽滤瓶中，进行8 h的真空辅助抽滤，得到杂环芳纶纳米纤维糙纸。
步骤2：将云母纳米片进行改性，改性过程如下：
S21：云母表面活化处理，得到活化后的云母；
称取10 g合成云母置于1000 mL去离子水中，浸泡超声（超声功率：750 W）2 h，用去离子水反复彻底清洗，冷冻干燥（10 Pa，5 ℃）48 h得到干净、干燥且无杂质的合成云母。
称取5 g清洗后的云母浸泡在氧化铝溶液（氧化铝：去离子水=3 g：500 mL）中，浸泡超声（超声功率：750 W）1 h后，用去离子水反复彻底清洗，去除多余的氧化铝和杂质，得到湿云母。
S22：活化后的云母表面键合含有活性官能团的化合物
将4.5 g氨基硅烷溶解在900 mL乙醇中，然后称取3 g步骤S21得到的云母浸泡在氨基硅烷/乙醇混合溶液中，搅拌1 h，使甲基丙烯酸酯与云母表面反应，形成键合。
S23：将步骤S22得到的云母表面的活性官能团与丙烯酸酯类聚合物前体聚合
将4 g丙烯酸溶解在400 mL无水乙醇中，然后称取2 g步骤S22的云母置于丙烯酸前体体系中，设置反应时间为6 h，反应温度为80 ℃，使其与云母表面的官能团发生共价键合，实现接枝聚合，得到表面含有硅-氨基功能团、丙烯酸基团的改性云母；随后将样品从反应溶液中取出，用去离子水反复彻底清洗，冷冻干燥（10 Pa，5 ℃）48 h得到干净、干燥且无杂质的改性云母。
S24：将步骤S23得到的云母进行剥离，即可得到改性云母纳米片
称取5 g十六烷基三甲基溴化铵置于500 mL无水乙醇中，80 ℃水浴加热1 h；
称取1 g步骤S23处理过的改性云母放入预处理后的十六烷基三甲基溴化铵体系中，室温下超声（超声功率：750 W）3 h得到混合液。随后用去离子水反复洗涤至滤液呈中性，再次加入500 mL去离子水得到改性云母纳米片混合液。
步骤3：以步骤2得到的改性云母纳米片为壳，纳米纤维素为核，通过同轴纺丝得到云母@纳米纤维素纤维；
具体制备过程如下：
将5 g纳米纤维素CNF置于500 mL去离子水中（纳米纤维素CNF和去离子水的配比根据需要设置），45 ℃恒温搅拌1 h，得到CNF水溶液；
取10 mL将步骤2得到的改性云母纳米片混合液作为外层溶液，置于同轴静电纺丝装备的外壳（壳层）中，取8 mL CNF水溶液置于内管（核层）中。调节装置喷嘴处于同轴，外、内喷嘴的内径分别为10 nm和5 nm。
调整喷嘴和杂环芳纶纳米纤维糙纸间的距离为15 cm，施加电压为20 kV，环境温度为15 ℃，环境湿度为50%，即可得到云母@纳米纤维素纤维。
步骤4：将步骤3中的云母@纳米纤维素纤维收集于杂环芳纶纳米纤维糙纸上、下表面，清洗、成型后即可得到所需绝缘纸。
将云母@纳米纤维素纤维均匀收集在糙纸的上、下表面上，收集时间分别为12 h，厚度为20 μm得到具有三明治夹芯结构的绝缘纸糙纸。
将上述绝缘纸糙纸依次浸泡于乙醇、去离子水中，各持续15 min，重复4次，通过溶胶凝胶法去除多余十六烷基三甲基溴化铵及杂质残液，并改善纸张两面差，得到干净且无杂质的绝缘纸糙纸。
绝缘纸糙纸进行高温热压处理，设置热压温度为150 ℃、热压时间为10 min、压力为150 MPa；热压结束后将纸张放入真空烘箱，在0.1 MPa、45 ℃条件下烘干48 h，制得具有长耐电晕寿命的C级柔性绝缘纸。
图1为本实施例得到的柔性绝缘纸的耐温性能曲线，从图中可以看出其具有优异的耐温性能，可以满足C级绝缘纸的要求。
图2为本实施例中用到的杂环芳纶纤维的SEM图，图3为本实施例得到的柔性绝缘纸中的杂环芳纶纳米纤维的TEM图，从图中可以看出，成功将杂环芳纶纤维剥离成直径为10±2.1 nm，长度为3±0.5 μm的均匀高纵横比杂环芳纶纳米纤维。
图4为所用的合成云母的SEM图，图5、图6分别为改性云母纳米片的SEM图、TEM图，从图中可以看出改性云母纳米片相比于合成云母尺寸更小，片层更薄（粒径在1~2 μm之间），并且无明显缺陷。从图6可以看出，改性云母纳米片边缘卷曲，同时整个表面透明度较高，充分证明了云母纳米片具有薄层结构。
实施例2
本实施例其他制备步骤与实施例1均相同，不同之处在于表面活性剂为氮化硅，丙烯酸酯类聚合物前体为甲基丙烯酸酯。
实施例3
本实施例其他制备步骤与实施例1均相同，不同之处在于步骤S13中杂环芳纶纳米纤维分散液为15 g。
实施例4
本实施例其他制备步骤与实施例1均相同，不同之处在于步骤S13中杂环芳纶纳米纤维分散液为25 g。
实施例5
本实施例其他制备步骤与实施例1均相同，不同之处在于步骤S13中杂环芳纶纳米纤维分散液为30 g。
实施例6
本实施例其他制备步骤与实施例1均相同，不同之处在于步骤4中云母@纳米纤维素纤维收集时间为8 h，收集厚度为15 μm。
实施例7
本实施例其他制备步骤与实施例1均相同，不同之处在于步骤4中云母@纳米纤维素纤维收集时间为16 h，收集厚度为25 μm。
实施例8
本实施例其他制备步骤与实施例1均相同，不同之处在于步骤3中改性云母纳米片混合液和CNF水溶液的体积比为10:10。
实施例9
本实施例其他制备步骤与实施例1均相同，不同之处在于步骤3中改性云母纳米片混合液和CNF水溶液的体积比为10:12。
实施例10
本实施例其他制备步骤与实施例1均相同，不同之处在于步骤S23中反应时间为8h，步骤S13中的打浆速度为4000 rpm。
实施例11
本实施例其他制备步骤与实施例1均相同，不同之处在于步骤3中同轴纺丝过程中的施加电压为15 kV。
对比例1
本实施例与实施例1中的步骤1、2均相同，不包括步骤3，步骤4中，杂环芳纶纳米纤维糙纸上、下表面收集为单一改性云母纳米片。
对比例2
将杂环芳纶纳米纤维与实施例1步骤2得到的改性云母纳米片通过高速剪切打浆、真空辅助抽滤、高温热压制成复合绝缘纸。物质之间的配比均相同。
对比例3
将杂环芳纶纳米纤维、实施例1步骤2得到的改性云母纳米片、纳米纤维素通过高速剪切打浆、真空辅助抽滤、高温热压制成复合绝缘纸。物质之间的配比均相同。
性能测试结果如表1所示。
表1.实施例得到的绝缘纸的性能测试结果
从表1中可以看出，纳米纤维素的加入显著影响云母@纳米纤维素纤维的成形尺寸及纤维均匀性。纳米纤维素表面丰富的羟基官能团与改性云母纳米片表面丰富的硅-氨基功能团、丙烯酸基团之间形成氢键作用以及纳米纤维素表面的羟基与杂环芳纶纳米纤维表面的羰基之间形成强力氢键作用，绝缘纸的拉伸性能得到显著改善。
得益于云母的高介电强度、高击穿电压及优异的抗电弧放电特性，云母常常被用来改善绝缘纸的耐电晕特性。然而，由对比例2及对比例3可知，通过传统的填料共混方式制备的绝缘纸无法充分发挥云母的耐电晕特性。本发明提供的具有长耐电晕寿命的C级柔性绝缘纸，有助于减少电晕、电弧放电和击穿等现象，显著提高绝缘纸的耐电晕时间，并且随着改性云母纳米片含量的增加，绝缘纸的耐电晕寿命显著提高。
本发明得到的云母@纳米纤维素纤维的核壳结构可以提供良好的力学强度和刚度，因为核心纳米纤维素可以提供强度，而外壳的改性云母纳米片可以增加刚度。另外，核心的纳米纤维素不仅能与改性云母纳米片及杂环芳纶纳米纤维之间形成分子间氢键作用，还可以有效地堵塞空隙或裂缝，改善分子间界面作用，不仅可以大幅度提升绝缘纸拉伸特性，还能最大程度地提高绝缘纸的耐电晕寿命及耐温特性。
本发明绝缘纸具有三明治夹芯结构，其以杂环芳纶纳米纤维作为芯层材料、以云母@纳米纤维素纤维作为芯层材料的上、下表层材料。步骤如下：先将杂环芳纶纳米纤维通过高速剪切打浆、真空辅助抽滤制成芯层糙纸，然后通过同轴静电纺丝技术将云母@纳米纤维素同轴纺丝纤维收集到糙纸两面；成纸后，通过溶胶凝胶法除去纸张中多余的阳离子表面活性剂、碱液及DMSO残液，随后通过高温热压制备得到具有长耐电晕寿命的C级柔性绝缘纸。云母@纳米纤维素纤维是以云母纳米片为外壳，纳米纤维素为核，通过同轴静电纺丝技术制备而成。本发明通过在云母@纳米纤维素核壳纳米纤维中引入分子间氢键，制得柔性核壳纳米纤维，为之后与杂环芳纶纳米纤维建立良好的界面作用提供基础条件。得益于云母@纳米纤维素纤维与杂环芳纶纳米纤维之间良好的界面作用，成功制得柔性绝缘纸，并实现绝缘纸耐晕性、耐温性的大幅度提升，满足电动汽车变频电机在高频脉冲、高温、强电场、机械应力及环境因素的叠加、耦合作用下对绝缘纸耐温、耐电晕性能的应用需求。
Claims (7)
1.一种柔性绝缘纸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将杂环芳纶纤维剥离成杂环芳纶纳米纤维，然后通过打浆、真空抽滤得到杂环芳纶纳米纤维糙纸；
步骤2：将云母@纳米纤维素纤维收集于杂环芳纶纳米纤维糙纸上、下表面，清洗、成型后即可得到所需绝缘纸；
云母@纳米纤维素纤维的制备方法为以改性云母纳米片为壳，纳米纤维素为核，通过同轴纺丝得到云母@纳米纤维素纤维；
改性云母纳米片的制备方法，包括以下步骤：
S1：云母表面活化处理，得到活化后的云母；
S2：活化后的云母表面键合含有活性官能团的化合物，活性官能团为双键、氨基和羧基中的一种；
S3：将步骤S2得到的云母表面的活性官能团与丙烯酸酯类聚合物前体聚合；
S4：将步骤S3得到的云母进行剥离，即可得到改性云母纳米片；
所述步骤S1中活化处理过程如下：将云母超声清洗，然后浸泡于表面活性剂溶液中超声处理；清洗后即可得到活化后的云母；表面活性剂为氧化铝、氟化物、硅化物中的一种；步骤S2中含有活性官能团的化合物为以下化合物中的一种：丙烯酮、丙烯醛、氨基硅烷、丙烯酸；步骤S3中的丙烯酸酯类聚合物前体为以下物质中的一种：甲基丙烯酸酯、丙烯酸、乙烯基甲基丙烯酸酯。
2.根据权利要求1所述的一种柔性绝缘纸的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中的反应时间为1 h，S3中反应温度为80 ℃，反应时间为6～8 h。
3.根据权利要求1所述的一种柔性绝缘纸的制备方法，其特征在于，所述S4中通过插层剂对云母进行剥离，插层剂为十六烷基三甲基溴化铵。
4.根据权利要求1所述的一种柔性绝缘纸的制备方法，其特征在于，步骤1中的杂环芳纶纤维剥离前进行预处理，预处理过程如下：
将杂环芳纶纤维依次经丙酮超声、酒精超声处理后，清洗烘干后进行热处理，即可得到所需杂环芳纶纤维；热处理温度为350 ℃，热处理时间为15 min。
5.根据权利要求1所述的一种柔性绝缘纸的制备方法，其特征在于，所述步骤2中绝缘纸通过高温热压成型，热压温度为150 ℃、热压时间为10 min、压力为150~170 MPa；热压结束后烘干。
6.根据权利要求1所述的一种柔性绝缘纸的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的杂环芳纶纳米纤维糙纸制备过程如下：
将经预处理后的杂环芳纶纤维溶于碱性溶剂中得到杂环芳纶纳米纤维分散液，将分散液超声即可得到匀质悬浮液；
匀质悬浮液注入去离子水形成胶体，清洗至中性；加入阳离子表面活性剂，打浆，真空抽滤即可得到杂环芳纶纳米纤维糙纸。
7.如权利要求1～6任一所述一种制备方法得到的柔性绝缘纸，其特征在于，所述绝缘纸以杂环芳纶纳米纤维糙纸作为芯层，以云母@纳米纤维素纤维作为芯层的上、下表层构成的夹芯结构；云母@纳米纤维素纤维构成的上、下表层厚度均为15～25 μm。
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