FR3121455A1 - Nanopapier isolant composite d'aramide-mica et procede de preparation de celui-ci [ - Google Patents
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Abstract
La présente divulgation fournit un nanopapier isolant composite d'aramide-mica et un procédé de préparation de celui-ci, appartenant au domaine technique croisé de l'industrie de fabrication du papier et de l'industrie des isolants. Dans la présente divulgation, un mélange de mica et d'urée est soumis à un broyage en phase solide en broyeur à boulets pour obtenir un nano mica modifié avec des groupes amino sur la surface, qui est ensuite assemblé avec des nanofibres d'aramide par filtration par aspiration pas à pas selon la présente divulgation afin de former un nanopapier ordonné, obtenant ainsi un nanopapier isolant composite d'aramide-mica présentant des performances d'isolation ultra-élevées. Les résultats des exemples montrent qu'en comparaison avec les matériaux à base de macro-papier existants, le nanopapier isolant composite d'aramide-mica selon la présente divulgation présente une plus grande résistance mécanique et de meilleures performances d'isolation (rigidité diélectrique) ; en comparaison avec la filtration d'aspiration traditionnelle, la présente divulgation adopte une multiple filtration par aspiration pas à pas pour élaborer une structure ordonnée dans le nanopapier isolant d'aramide-mica préparé, ce qui permet une couche isolante dense au sein du matériau, et améliore considérablement les performances d'isolation.
Description
La présente demande revendique la priorité de la demande de brevet chinois n° 202110353768.7 intitulée « Nanopapier isolant composite d'aramide-mica et procédé de préparation de celui-ci », déposée le 1eravril 2021 et incorporée ici dans son intégralité à titre de référence.
La présente divulgation concerne le domaine technique croisé de l'industrie du papier et de l'industrie de l'isolation, et en particulier un nanopapier isolant composite d'aramide-mica et un procédé de préparation de celui-ci.
CONTEXTE
Ces dernières années, avec le développement rapide de l'économie et les progrès croissants de la science et des technologies, le train à grande vitesse, moyen de transport important, est devenu aussi populaire que le bus, et ses moteurs de traction ont généré des exigences supérieures sur la performance des matériaux isolants. Les matériaux isolants classiques se sont avérés incapables de répondre aux exigences en termes de résistance à l'humidité, résistance à la température, stabilité chimique et performance d'isolation. La fibre d'aramide a retenu toute l'attention pour son excellente résistance à la haute température et pour sa stabilité chimique. Un papier composite d’aramide-mica préparé en introduisant du mica dans une fibre d'aramide a été largement étudié pour ses excellentes performances d'isolation. Il existe cependant un besoin d'amélioration des propriétés mécaniques et des performances isolantes du papier composite d'aramide-mica préparé en utilisant les procédés existants.
RÉSUMÉ
Un objet de la présente divulgation consiste à fournir un nanopapier isolant composite d'aramide-mica et un procédé de préparation de celui-ci, et le nanopapier isolant composite d'aramide-mica selon la présente divulgation présente des propriétés mécaniques et des performances d'isolation plus excellentes.
Pour atteindre l'objet susmentionné, la présente divulgation fournit les solutions techniques suivantes :
La présente divulgation fournit un procédé de préparation d'un nanopapier isolant composite d'aramide-mica comprenant,
réaliser un broyage dans un broyeur à boulets et mélanger du mica et de l'urée pour obtenir un matériau broyé en broyeur à boulets, laver le matériau broyé en broyeur à boulets pour éliminer l'urée libre du matériau broyé en broyeur à boulets, afin d'obtenir un solide lavé, et disperser le solide lavé dans de l'eau pour obtenir une dispersion de nanofeuille de mica ; et
soumettre la dispersion de nanofibres d'aramide à une première filtration sous vide, pour obtenir un solide, ajouter la dispersion de nanofeuille de mica au solide pour obtenir un mélange, soumettre le mélange à une seconde filtration sous vide pour obtenir un solide mixte ; répéter en séquence la première filtration sous vide et la seconde filtration sous vide sur le solide mixte 2 à 100 fois pour obtenir un solide mixte final, et sécher le solide mixte final pour obtenir le nanopapier isolant composite d'aramide-mica.
réaliser un broyage dans un broyeur à boulets et mélanger du mica et de l'urée pour obtenir un matériau broyé en broyeur à boulets, laver le matériau broyé en broyeur à boulets pour éliminer l'urée libre du matériau broyé en broyeur à boulets, afin d'obtenir un solide lavé, et disperser le solide lavé dans de l'eau pour obtenir une dispersion de nanofeuille de mica ; et
soumettre la dispersion de nanofibres d'aramide à une première filtration sous vide, pour obtenir un solide, ajouter la dispersion de nanofeuille de mica au solide pour obtenir un mélange, soumettre le mélange à une seconde filtration sous vide pour obtenir un solide mixte ; répéter en séquence la première filtration sous vide et la seconde filtration sous vide sur le solide mixte 2 à 100 fois pour obtenir un solide mixte final, et sécher le solide mixte final pour obtenir le nanopapier isolant composite d'aramide-mica.
Dans certains modes de réalisation, un rapport de poids entre mica et urée est compris dans la plage de 1:(1–60), et le broyage en broyeur à boulets est réalisé pendant 6 à 100 heures, avec une vitesse de rotation de 100 à 600 tpm.
Dans certains modes de réalisation, la concentration de la dispersion de nanofeuille de mica est comprise dans la plage de 0,2 à 1 mg/mL.
Dans certains modes de réalisation, la dispersion de nanofibres d'aramide est préparée par un procédé comprenant,
mélanger une dispersion de nanofibres d'aramide-sulfoxyde de diméthyle avec de l'eau, et homogénéiser pour obtenir la dispersion de nanofibres d'aramide.
mélanger une dispersion de nanofibres d'aramide-sulfoxyde de diméthyle avec de l'eau, et homogénéiser pour obtenir la dispersion de nanofibres d'aramide.
Dans certains modes de réalisation, la concentration de la dispersion de nanofibres d'aramide-sulfoxyde de diméthyle est de 2 mg/ml, et un rapport de volume entre la dispersion de nanofibres d'aramide-sulfoxyde de diméthyle et l'eau est compris dans la plage de 1:(1 à 10).
Dans certains modes de réalisation, l'homogénéisation est réalisée pendant 1 à 10 minutes.
Dans certains modes de réalisation, la concentration de la dispersion de nanofibres d'aramide est comprise dans la plage de 0,2 à 1 mg/mL.
Dans certains modes de réalisation, un rapport de volume entre la dispersion de nanofibres d'aramide et la dispersion de nanofeuille de mica est compris dans une plage de (0 à 10):(0 à 10), à la condition que les volumes de la dispersion de nanofibres d'aramide et de la dispersion de nanofeuille de mica ne soient pas nuls.
La présente divulgation fournit le nanopapier d'isolation composite d'aramide-mica tel que préparé par le procédé décrit dans les solutions techniques précédentes.
La présente divulgation fournit un procédé de préparation d'un nanopapier isolant composite d'aramide-mica, comprenant, réaliser un broyage en broyeur à boulets et mélanger du mica et de l'urée pour obtenir un matériau broyé en broyeur à boulets, laver le matériau broyé en broyeur à boulets pour éliminer l'urée libre du matériau broyé, afin d'obtenir un solide lavé, et disperser le solide lavé dans de l'eau pour obtenir une dispersion de nanofeuille de mica ; soumettre une dispersion de nanofibres d'aramide à une première filtration sous vide pour obtenir un solide, ajouter la dispersion de nanofeuille de mica au solide pour obtenir un mélange, soumettre le mélange à une seconde filtration sous vide pour obtenir un solide mixte ; répéter en séquence la première filtration sous vide et la seconde filtration sous vide sur le solide mixte 2 à 100 fois pour obtenir un solide mixte final, et sécher le solide mixte final pour obtenir le nanopapier isolant composite d'aramide-mica. Dans la présente divulgation, le mélange de mica et d'urée est soumis à un broyage en broyeur à boulets en phase solide si bien que l'on obtient le nano mica modifié avec des groupes amino sur la surface, et le nano mica modifié est ensuite assemblé avec des nanofibres d'aramide par une filtration par aspiration pas à pas, afin de former un nanopapier ordonné, obtenant ainsi un nanopapier isolant composite d'aramide-mica présentant des performances d'isolation ultra-élevées. Les résultats des exemples montrent que par rapport au nanopapier obtenu par une filtration par aspiration directe, le nanopapier isolant composite d'aramide-mica selon la présente divulgation présente une plus grande résistance mécanique et de meilleures performances d'isolation (en particulier la rigidité diélectrique) ; en comparaison avec la filtration par aspiration traditionnelle, la présente divulgation adopte une filtration par aspiration pas à pas multiple pour élaborer une structure ordonnée dans le nanopapier isolant composite d'aramide-mica, ce qui permet une couche isolante dense au sein du papier isolant, et améliore par conséquent considérablement les performances d'isolation.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DES MODES DE RÉALISATION
La présente divulgation fournit un procédé de préparation d'un nanopapier isolant composite d'aramide-mica comprenant,
réaliser un broyage dans un broyeur à boulets et mélanger du mica et de l'urée pour obtenir un matériau broyé en broyeur à boulets, laver le matériau broyé en broyeur à boulets pour éliminer l'urée libre du matériau broyé en broyeur à boulets, afin d'obtenir un solide lavé, et disperser le solide lavé dans de l'eau pour obtenir une dispersion de nanofeuille de mica ; et
soumettre la dispersion de nanofibres d'aramide à une première filtration sous vide pour obtenir un solide, ajouter la dispersion de nanofeuille de mica au solide pour obtenir un mélange, soumettre le mélange à une seconde filtration sous vide pour obtenir un solide mixte ; répéter en séquence la première filtration sous vide et la seconde filtration sous vide sur le solide mixte 2 à 100 fois pour obtenir un solide mixte final, et sécher le solide mixte final pour obtenir le nanopapier isolant composite d'aramide-mica.
réaliser un broyage dans un broyeur à boulets et mélanger du mica et de l'urée pour obtenir un matériau broyé en broyeur à boulets, laver le matériau broyé en broyeur à boulets pour éliminer l'urée libre du matériau broyé en broyeur à boulets, afin d'obtenir un solide lavé, et disperser le solide lavé dans de l'eau pour obtenir une dispersion de nanofeuille de mica ; et
soumettre la dispersion de nanofibres d'aramide à une première filtration sous vide pour obtenir un solide, ajouter la dispersion de nanofeuille de mica au solide pour obtenir un mélange, soumettre le mélange à une seconde filtration sous vide pour obtenir un solide mixte ; répéter en séquence la première filtration sous vide et la seconde filtration sous vide sur le solide mixte 2 à 100 fois pour obtenir un solide mixte final, et sécher le solide mixte final pour obtenir le nanopapier isolant composite d'aramide-mica.
Dans la présente divulgation, et sauf spécification contraire, les matières premières requises pour la préparation sont toutes des produits disponibles dans le commerce et bien connus des spécialistes de la technique.
Dans la présente divulgation, le mica et l'urée sont broyés dans un broyeur à boulets et mélangés, et le matériau broyé en broyeur à boulets obtenu est lavé pour éliminer l'urée du matériau broyé en broyeur à boulets, afin d'obtenir un solide lavé, et le solide lavé est dispersé dans de l'eau pour obtenir une dispersion de nanofeuille de mica. Il n'existe aucune limite particulière aux caractéristiques techniques spécifiques du mica, et tout mica du commerce bien connu de la technique peut être utilisé. Dans certains modes de réalisation de la présente divulgation, un rapport de poids entre mica et urée est compris dans la plage de 1:(1 à 60), de façon plus préférentielle de 1:(5 à 50), et de façon encore plus préférentielle de 1:(15 à 35). Dans la présente divulgation, le mica est modifié avec de l'urée pour générer des groupes amino sur la surface de celui-ci, et le mica modifié interagit avec les nanofibres d'aramide pour améliorer la force de liaison à l'interface.
Dans certains modes de réalisation de la présente divulgation, le broyage en broyeur à boulets et le mélange sont réalisés dans un broyeur planétaire à boulets. Il n'existe aucune limite particulière au modèle spécifique du broyeur planétaire à boulets, et tout broyeur planétaire à boulets bien connu de la technique peut être utilisé. Dans certains modes de réalisation de la présente divulgation, le broyeur à boulets fonctionne pendant 6 à 100 heures, de préférence 20 à 80 heures, et de façon plus préférentielle 40 à 60 heures ; dans certains modes de réalisation de la présente divulgation, le broyeur à boulets fonctionne avec une vitesse de rotation comprise entre 100 et 600 tpm, de préférence entre 200 à 500 tpm. Dans certains modes de réalisation de la présente divulgation, le broyeur à boulets fonctionne avec des billes de broyeur en agate en tant que billes de broyage. Dans certains modes de réalisation de la présente divulgation, un rapport de poids entre les billes du broyeur à boulets et la somme du mica et de l'urée est compris dans la plage de (10 à 100):1, de préférence de (30 à 80):1, de façon plus préférentielle de (50 à 60):1.
Après le broyage en broyeur à boulets et le mélange, le matériau broyé en broyeur à boulets obtenu est lavé pour éliminer l'urée libre du matériau broyé, afin d'obtenir un solide lavé, et le solide lavé est dispersé dans de l'eau. Dans la présente divulgation, il n'existe aucune limite particulière aux moyens utilisés pour le lavage du matériau broyé en broyeur à boulets, et tout moyen bien connu de la technique peut être utilisé tant que l'urée libre peut être éliminée du matériau broyé en broyeur à boulets. Dans certains modes de réalisation de la présente divulgation, le lavage du matériau broyé en broyeur à boulets est réalisé au moyen d'une filtration par aspiration ou d'une centrifugation. Dans la présente divulgation, il n'existe aucune limite particulière au détergent utilisé pour le lavage du matériau broyé en broyeur à boulets, et tout détergent bien connu de la technique peut être utilisé tant que le détergent peut dissoudre l'urée mais pas le mica. Dans certains modes de réalisation de la présente divulgation, le détergent utilisé pour le lavage du matériau broyé avec un broyeur à boulets est de l'eau désionisée. Dans la présente divulgation, il n'existe aucune limite particulière au processus de dispersion, et tout processus bien connu de la technique peut être utilisé tant qu'il permet d'obtenir la dispersion de nanofeuille de mica selon une concentration souhaitée. Dans la présente divulgation, l'urée qui n'a pas réagi sur la surface du mica peut être éliminée par la filtration par aspiration et le lavage, puis les nanofeuilles de mica modifiées obtenues sont dispersées dans de l'eau pour obtenir une dispersion de nanofeuille de mica.
Dans certains modes de réalisation de la présente divulgation, la concentration de la dispersion de nanofeuille de mica est comprise dans la gamme de 0,2 à 1 mg/mL, de préférence de 0,3 à 0,8 mg/mL, et de façon plus préférentielle 0,5 à 0,6 mg/mL. Dans la présente divulgation, la concentration de la dispersion de nanofeuille de mica fait spécifiquement référence à la concentration de la nanofeuille de mica modifiée avec de l'urée.
Dans la présente divulgation, après obtention de la dispersion de nanofeuille de mica, la dispersion de nanofibres d'aramide est soumise à une première filtration sous vide pour obtenir un solide, et la dispersion de nanofeuille de mica est ajoutée au solide obtenu pour obtenir un mélange, puis le mélange est soumis à une seconde filtration sous vide pour obtenir un solide mixte, puis la première filtration sous vide et la seconde filtration sous vide sont répétées en séquence sur le solide mixte 2 à 100 fois pour obtenir un solide mixte final, et le solide mixte final est séché pour obtenir un nanopapier isolant composite d'aramide-mica.
Dans certains modes de réalisation de la présente divulgation, la dispersion de nanofibres d'aramide est préparée par un procédé comprenant les étapes de
mélanger une dispersion de nanofibres d'aramide-sulfoxyde de diméthyle avec de l'eau, et homogénéiser pour obtenir la dispersion de nanofibres d'aramide. Dans la présente divulgation, il n'existe aucune limite particulière au processus de préparation de la dispersion de nanofibres d'aramide-sulfoxyde de diméthyle, et tout processus bien connu de la technique peut être utilisé tant qu'il est possible d'obtenir la dispersion de nanofibres d'aramide-sulfoxyde de diméthyle. Dans certains modes de réalisation de la présente divulgation, la dispersion de nanofibres d'aramide-sulfoxyde de diméthyle est préparée comme suit : mélanger une nanofibre d'aramide avec du KOH et du sulfoxyde de diméthyle, et les agiter pendant 7 jours, pour obtenir une dispersion de nanofibres d'aramide-sulfoxyde de diméthyle. Dans certains modes de réalisation de la présente divulgation, le rapport de dosage entre fibre d'aramide, KOH et sulfoxyde de diméthyle est de façon spécifique de 1 g:1,5 g:500 mL. Dans la présente divulgation, il n'existe aucune limite particulière aux caractéristiques techniques spécifiques des fibres d'aramide, et toute fibre d'aramide du commerce bien connue de la technique peut être utilisée. Dans la présente divulgation, KOH est utilisé en tant que réactif de déprotonation pour éliminer les protons sur la surface des fibres d'aramide. Dans la présente divulgation, il n'existe aucune limite particulière au processus de mélange des fibres d'aramide avec KOH et le sulfoxyde de diméthyle, et au processus d'agitation, et tout processus bien connu de la technique peut être utilisé.
mélanger une dispersion de nanofibres d'aramide-sulfoxyde de diméthyle avec de l'eau, et homogénéiser pour obtenir la dispersion de nanofibres d'aramide. Dans la présente divulgation, il n'existe aucune limite particulière au processus de préparation de la dispersion de nanofibres d'aramide-sulfoxyde de diméthyle, et tout processus bien connu de la technique peut être utilisé tant qu'il est possible d'obtenir la dispersion de nanofibres d'aramide-sulfoxyde de diméthyle. Dans certains modes de réalisation de la présente divulgation, la dispersion de nanofibres d'aramide-sulfoxyde de diméthyle est préparée comme suit : mélanger une nanofibre d'aramide avec du KOH et du sulfoxyde de diméthyle, et les agiter pendant 7 jours, pour obtenir une dispersion de nanofibres d'aramide-sulfoxyde de diméthyle. Dans certains modes de réalisation de la présente divulgation, le rapport de dosage entre fibre d'aramide, KOH et sulfoxyde de diméthyle est de façon spécifique de 1 g:1,5 g:500 mL. Dans la présente divulgation, il n'existe aucune limite particulière aux caractéristiques techniques spécifiques des fibres d'aramide, et toute fibre d'aramide du commerce bien connue de la technique peut être utilisée. Dans la présente divulgation, KOH est utilisé en tant que réactif de déprotonation pour éliminer les protons sur la surface des fibres d'aramide. Dans la présente divulgation, il n'existe aucune limite particulière au processus de mélange des fibres d'aramide avec KOH et le sulfoxyde de diméthyle, et au processus d'agitation, et tout processus bien connu de la technique peut être utilisé.
Dans certains modes de réalisation de la présente invention, la concentration de la dispersion de nanofibres d'aramide-sulfoxyde de diméthyle (à savoir la concentration de la nanofibre d'aramide dans la dispersion de nanofibres d'aramide-sulfoxyde de diméthyle) est de 2 mg/mL ; dans certains modes de réalisation de la présente divulgation, le rapport de volume entre la dispersion de nanofibres d'aramide-sulfoxyde de diméthyle et l’eau est compris dans la plage de 1:(1 à 10), de préférence de 1:(3 à 8), et de façon plus préférentielle de 1:(5 à 6).
Dans certains modes de réalisation de la présente divulgation, l'homogénéisation est réalisée dans un homogénéisateur. Dans la présente divulgation, il n'existe aucune limite particulière au modèle spécifique d'homogénéisateur, et tout homogénéisateur bien connu de la technique peut être utilisé. Dans certains modes de réalisation de la présente divulgation, l'homogénéisation est réalisée avec une vitesse de rotation de 8 000 tpm ; dans certains modes de réalisation de la présente divulgation, l'homogénéisation est réalisée pendant 1 à 10 minutes, de préférence 3 à 8 minutes, et de façon plus préférée 5 à 6 minutes. Dans la présente divulgation, l'homogénéisation consiste à mélanger minutieusement la dispersion de nanofibres d'aramide-sulfoxyde de diméthyle avec de l'eau pour obtenir une dispersion uniforme de nanofibres d'aramide.
Dans certains modes de réalisation de la présente divulgation, la concentration de la dispersion de nanofibres d'aramide est comprise dans la plage de 0,2 à 1 mg/mL, de préférence 0,3 à 0,8 mg/mL, et de façon plus préférentielle 0,5 à 0,6 mg/mL. Dans la présente divulgation, la concentration de la dispersion de nanofibres d'aramide fait référence à la concentration de nanofibres d'aramide dans le solvant mixte sulfoxyde de diméthyle - eau.
Selon la présente divulgation, après obtention de la dispersion de nanofibres d'aramide, la dispersion de nanofibres d'aramide est soumise à une première filtration sous vide pour obtenir un solide, et la dispersion de nanofeuille de mica est ajoutée au solide obtenu pour obtenir un mélange, puis le mélange est soumis à une seconde filtration sous vide pour obtenir un solide mixte. Dans la présente divulgation, il n'existe aucune limite particulière au processus d'ajout d'une dispersion de nanofeuille de mica au solide obtenu, et tout processus bien connu de la technique peut être utilisé tant que les matières premières peuvent être mélangées de façon uniforme. Dans certains modes de réalisation de la présente divulgation, un rapport de volume entre la dispersion de nanofibres d'aramide et la dispersion de nanofeuille de mica est compris dans la plage de (0 à 10):(0 à 10), à la condition que les volumes de la dispersion de nanofibres d'aramide et de la dispersion de nanofeuille de mica ne soient pas nuls ; dans certains modes de réalisation de la présente divulgation, un rapport de volume entre la dispersion de nanofibres d'aramide et la dispersion de nanofeuille de mica est compris dans la plage de (3–8):(3 à 8), de préférence de (5 à 6):(5 à 6). Dans la présente divulgation, il n'existe aucune limite particulière aux processus spécifiques de la première filtration sous vide et de la seconde filtration sous vide, et tout processus bien connu de la technique peut être utilisé tant que les matériaux peuvent être séchés par aspiration. Dans la présente divulgation, il n'existe aucune limite particulière aux dispositifs utilisés pour la première filtration sous vide et pour la seconde filtration sous vide, et tout dispositif de filtration sous vide bien connu de la technique peut être utilisé.
Selon la présente divulgation, après la seconde filtration sous vide, la première filtration sous vide et la seconde filtration sous vide sont répétées en séquence 2 à 100 fois pour obtenir un solide mixte final, et le solide mixte final est séché pour obtenir le nanopapier isolant composite d'aramide-mica. Dans certains modes de réalisation de la présente divulgation, le séchage est réalisé à une température de 105 °C ; dans certains modes de réalisation de la présente divulgation, le séchage est réalisé pendant 5 à 10 minutes, et de préférence pendant 6 à 8 minutes.
Dans certains modes de réalisation de la présente divulgation, la première filtration sous vide et la seconde filtration sous vide sont répétées en séquence 10 à 80 fois, de préférence 30 à 60 fois, et de façon plus préférentielle 40 à 50 fois. Dans certains modes de réalisation de la présente divulgation, après la seconde filtration sous vide, la répétition en séquence de la première filtration sous vide et de la seconde filtration sous vide 2 à 100 fois sont réalisées comme suit : ajout d'une dispersion de nanofibres d'aramide au solide mixte obtenu après la seconde filtration sous vide pour obtenir un mélange, soumission du mélange à une filtration sous vide (à savoir une autre première filtration sous vide) pour obtenir un solide, et ajout de la dispersion de nanofeuille de mica au solide obtenu pour obtenir un mélange, et soumission du mélange à une filtration sous vide (à savoir à une autre seconde filtration sous vide) pour obtenir un solide mixte, et nouvel ajout d’une dispersion de nanofibres d'aramide au solide mixte obtenu, et ainsi, la première filtration sous vide et la seconde filtration sous vide sont répétées en séquence 2 à 100 fois.
Dans certains modes de réalisation de la présente divulgation, lors de la répétition en séquence de la première filtration sous vide et de la seconde filtration sous vide, le volume de la dispersion de nanofeuille de mica ajouté à chaque fois est identique, et le volume de la dispersion de nanofibres d'aramide ajouté chaque fois est identique, et le rapport de volume entre la dispersion de nanofeuille de mica et la dispersion de nanofibres d'aramide ajoutées à chaque cycle est identique.
Dans la présente divulgation, un mélange de mica et d'urée est broyé en phase solide dans un broyeur à boulets pour préparer le nano mica modifié avec des groupes amino sur la surface de celui-ci, et le nano mica est ensuite assemblé avec des nanofibres d'aramide par une filtration par aspiration pas à pas, afin de former un nanopapier ordonné, obtenant ainsi un nanopapier isolant composite d'aramide-mica présentant des performances d'isolation ultra-élevées.
La présente divulgation fournit un nanopapier isolant composite d'aramide-mica tel que préparé par le procédé décrit dans les solutions techniques précédentes. La présente divulgation adopte plusieurs filtrations par aspiration pas à pas pour former une structure ordonnée dans le nanopapier isolant composite d'aramide-mica préparé, ce qui permet une couche isolante dense au sein du matériau et améliore considérablement les performances isolantes.
Les solutions techniques de la présente divulgation seront clairement et entièrement décrites par la suite en conjonction avec les modes de réalisation de la présente divulgation. Évidemment, les modes de réalisation décrits ne sont qu'une partie des modes de réalisation de la présente divulgation et non tous les modes de réalisation. Sur la base des modes de réalisation de la présente invention, tous les autres modes de réalisation obtenus par les spécialistes ordinaires de la technique sans travail créatif entrent dans l'étendue de la présente divulgation.
Exemple 1
On a ajouté 1,5 g de KOH et 500 mL de DMSO à 1 g de fibres d'aramide, et on a agité pendant 7 jours pour obtenir une dispersion rouge transparente de nanofibres d'aramide-DMSO. On a ajouté 2000 mL d'eau désionisée à la dispersion de nanofibres d'aramide-DMSO, puis on a homogénéisé le mélange obtenu pendant 3 minutes (avec une vitesse de rotation de 8000 tpm), et obtenu une dispersion de nanofibres d'aramide présentant une concentration de 0,4 mg/mL.
On a ajouté dans un broyeur planétaire à boulets 1 g de mica, 9 g d'urée et 100 g de billes de broyage d'agate, et on a réalisé le broyage avec une vitesse de rotation de 500 tpm pendant 36 heures. On a lavé le matériau broyé au broyeur à boulets avec de l'eau désionisée, ce qui a été réalisé au moyen d'une filtration par aspiration pour éliminer l'urée libre du matériau broyé au broyeur à boulets et obtenir au final un solide lavé. On a dispersé le solide lavé dans de l'eau désionisée et obtenu une dispersion de nanofeuilles de mica présentant une concentration de 0,4 mg/mL.
On a soumis 10 mL de la dispersion de nanofibres d'aramide à une première filtration sous vide dans un appareil de filtration sous vide. Après séchage par aspiration, on a obtenu un solide. On a ajouté 0,26 mL de la dispersion de nanofeuille de mica au solide, et on a dilué à 10 mL avec de l'eau désionisée pour obtenir un mélange. On a soumis le mélange à une seconde filtration sous vide dans un appareil de filtration sous vide. Après séchage par aspiration, on a obtenu un solide mixte. On a répété en séquence 10 fois les processus susmentionnés de première filtration sous vide et seconde filtration sous vide, opérations pendant lesquelles on a ajouté chaque fois 10 mL de la dispersion de nanofibres d'aramide, 0,26 mL de la dispersion de nanofeuilles de mica puis on a dilué chaque fois à 10 mL, et soumis le mélange obtenu à une seconde filtration sous vide dans un appareil de filtration sous vide. Suite à la répétition, on a séché le solide final obtenu à 105 °C pendant 10 minutes, en obtenant un nanopapier isolant composite d'aramide-mica (la teneur en nano mica dans le nanopapier isolant composite d'aramide-mica obtenu est de 2,5 % en poids).
Exemple 2
On a réalisé cet exemple tel que décrit dans l'exemple 1, à ceci près que le volume de la dispersion de nanofeuille de mica est de 0,53 mL, et au final, la teneur en nano mica dans le nanopapier isolant composite d'aramide-mica obtenu est de 5 % en poids.
Exemple 3
On a réalisé cet exemple tel que décrit dans l'exemple 1, à ceci près que le volume de la dispersion de nanofeuille de mica est de 1,11 mL, et au final, la teneur en nano mica dans le nanopapier isolant composite d'aramide-mica obtenu est de 10 % en poids.
Exemple 4
On a réalisé cet exemple tel que décrit dans l'exemple 1, à ceci près que le volume de la dispersion de nanofeuille de mica est de 2,5 mL, et au final, la teneur en nano mica dans le nanopapier isolant composite d'aramide-mica obtenu est de 20 % en poids.
Exemple comparatif 1
On a réalisé cet exemple tel que décrit dans l'exemple 1, à ceci près que l'on n'a pas ajouté de nano mica, ce qui signifie que la teneur en nano mica dans le nanopapier isolant composite d'aramide-mica est de 0 % en poids.
Exemple comparatif 2
On a préparé la dispersion de nanofibres d'aramide et la dispersion de nanofeuille de mica selon la procédure décrite dans l'exemple 1.
On a mélangé 100 mL de la dispersion de nanofibres d'aramide et 2,6 mL de la dispersion de nanofeuille de mica, et on a les a soumis à une filtration sous vide, pour obtenir un solide mixte. On a séché le solide mixte à 105 °C pendant 10 minutes, en obtenant un nanopapier isolant composite d'aramide-mica (la teneur en nano mica dans le nanopapier isolant composite d'aramide-mica obtenu est de 2,5 % en poids).
Exemple comparatif 3
On a réalisé cet exemple tel que décrit dans l'exemple comparatif 2, à ceci près que le volume de la dispersion de nanofeuille de mica est de 5,3 mL, et au final, la teneur en nano mica dans le nanopapier isolant composite d'aramide-mica obtenu est de 5 % en poids.
Exemple comparatif 4
On a réalisé cet exemple tel que décrit dans l'exemple comparatif 2, à ceci près que le volume de la dispersion de nanofeuille de mica est de 11,1 mL, et au final, la teneur en nano mica dans le nanopapier isolant composite d'aramide-mica obtenu est de 10 % en poids.
Exemple comparatif 5
On a réalisé cet exemple tel que décrit dans l'exemple comparatif 2, à ceci près que le volume de la dispersion de nanofeuille de mica est de 25 mL, et au final, la teneur en nano mica dans le nanopapier isolant composite d'aramide-mica obtenu est de 20 % en poids.
Exemple comparatif 6
On a réalisé cet exemple tel que décrit dans l'exemple comparatif 2, à ceci près que la teneur en mica utilisé est de 0 g, ce qui signifie que la teneur en nano mica dans le nanopapier isolant composite d'aramide-mica est de 0 % en poids.
Test de performance
1) On a soumis le nanopapier isolant obtenu dans les exemples 1 à 4 et dans les exemples comparatifs 1 à 6 à un essai à la traction avec une machine universelle de test des matériaux, et les résultats sont présentés dans le tableau 1.
Tableau 1 Résistance à la traction du nanopapier isolant obtenu dans les exemples 1 à 4 et les exemples comparatifs 1 à 6
| Exemple n° | Résistance à la traction (MPa) |
| Exemple 1 | 213,4 ± 7,2 |
| Exemple 2 | 236,1 ± 12,3 |
| Exemple 3 | 252,6 ± 6,9 |
| Exemple 4 | 223,7 ± 5,7 |
| Exemple comparatif 1 | 166,2 ± 10,2 |
| Exemple comparatif 2 | 205,8 ± 8,3 |
| Exemple comparatif 3 | 222,9 ± 12,3 |
| Exemple comparatif 4 | 154,3 ± 17,1 |
| Exemple comparatif 5 | 123,2 ± 3,6 |
| Exemple comparatif 6 | 166,2 ± 10,2 |
Comme on le voit dans le tableau 1, en comparant les résultats des exemples 1 à 4 avec ceux de l'exemple comparatif 1, on peut voir que la présente divulgation permet d'augmenter significativement la résistance à la traction du papier isolant d'aramide par l'ajout de mica ; en comparant les résultats des exemples 1 à 4 avec ceux des exemples comparatifs 2 à 5, on peut voir qu'avec la même teneur en mica, le papier isolant préparé par le procédé de filtration par aspiration pas à pas selon la présente divulgation a une plus grande résistance à la traction que celui préparé par le procédé direct de mélange-filtration par aspiration des exemples comparatifs.
2) On a soumis le nanopapier isolant obtenu dans les exemples 1 à 4 et dans les exemples comparatifs 1 à 6 à un essai de rigidité diélectrique avec un diélectrimètre, et les résultats sont présentés dans le tableau 2.
Tableau 2 Rigidité diélectrique du nanopapier isolant obtenu dans les exemples 1 à 4 et dans les exemples comparatifs 1 à 6
| Exemple n° | Rigidité diélectrique (kV/mm) |
| Exemple 1 | 67,5 |
| Exemple 2 | 78,6 |
| Exemple 3 | 83,4 |
| Exemple 4 | 72,3 |
| Exemple comparatif 1 | 45,4 |
| Exemple comparatif 2 | 62,3 |
| Exemple comparatif 3 | 74,6 |
| Exemple comparatif 4 | 63,5 |
| Exemple comparatif 5 | 70,1 |
| Exemple comparatif 6 | 45,4 |
Comme on le voit dans le tableau 2, en comparant les résultats des exemples 1 à 4 avec ceux de l'exemple comparatif 1, on peut voir que la présente divulgation permet d'augmenter significativement la rigidité diélectrique du papier isolant d'aramide ; en comparant les résultats des exemples 1 à 4 avec ceux des exemples comparatifs 2 à 5, on peut voir qu'avec la même teneur en mica, le nanopapier isolant préparé par le procédé de filtration par aspiration pas à pas selon la présente divulgation a une plus grande rigidité diélectrique que celui préparé par le procédé direct de mélange-filtration par aspiration des exemples comparatifs, ce qui indique que le nanopapier isolant préparé en accord avec la présente divulgation présente de meilleures performances d'isolation.
Les exemples précédents sont uniquement les modes de réalisation préférés de la présente divulgation. Il convient de noter que pour les spécialistes ordinaires de la technique, et sans déroger au principe de la présente divulgation, plusieurs améliorations et modifications peuvent être réalisées, et ces améliorations et modifications entrent dans le cadre de l'étendue de protection de la présente divulgation.
Claims (9)
- Procédé de préparation d'un nanopapier isolant composite d'aramide-mica, comprenant,
réaliser un broyage dans un broyeur à boulets et mélanger du mica et de l'urée pour obtenir un matériau broyé en broyeur à boulets, laver le matériau broyé en broyeur à boulets pour éliminer l'urée libre du matériau broyé en broyeur à boulets, afin d'obtenir un solide lavé, et disperser le solide lavé dans de l'eau pour obtenir une dispersion de nanofeuille de mica ; et
soumettre une dispersion de nanofibres d'aramide à une première filtration sous vide pour obtenir un solide, ajouter la dispersion de nanofeuille de mica au solide pour obtenir un mélange, et soumettre le mélange à une seconde filtration sous vide pour obtenir un solide mixte ; répéter en séquence la première filtration sous vide et la seconde filtration sous vide du solide mixte 2 à 100 fois pour obtenir un solide mixte final, et sécher le solide mixte final pour obtenir le nanopapier isolant composite d'aramide-mica. - Procédé selon la revendication 1, dans lequel un rapport de poids entre mica et urée est compris dans la plage de 1:(1–60), et le broyage en broyeur à boulets est réalisé pendant 6 à 100 heures, avec une vitesse de rotation de 100 à 600 tpm.
- Procédé selon la revendication 1, dans lequel la concentration de la dispersion de nanofeuille de mica est comprise dans la plage de 0,2 à 1 mg/mL.
- Procédé selon la revendication 1, dans lequel la dispersion de nanofibres d'aramide est préparée par un procédé comprenant,
mélanger une dispersion de nanofibres d'aramide-sulfoxyde de diméthyle avec de l'eau et homogénéiser pour obtenir la dispersion de nanofibres d'aramide. - Procédé selon la revendication 4, dans lequel la concentration de la dispersion de nanofibres d'aramide-sulfoxyde de diméthyle est de 2 mg/mL, et un rapport de volume entre la dispersion de nanofibres d'aramide-sulfoxyde de diméthyle et l'eau est compris dans une plage de 1:(1 à 10).
- Procédé selon la revendication 4, dans lequel l'homogénéisation est réalisée pendant 1 à 10 minutes.
- Procédé selon la revendication 1 ou 4, dans lequel la concentration de la dispersion de nanofibres d'aramide est comprise dans la plage de 0,2 à 1 mg/mL.
- Procédé selon la revendication 1, dans lequel le rapport de volume entre la dispersion de nanofibres d'aramide et la dispersion de nanofeuille de mica est comprise dans une plage de (0 à 10):(0 à 10), à la condition que les volumes de la dispersion de nanofibres d'aramide et la dispersion de nanofeuille de mica ne soient pas nuls.
- Nanopapier isolant composite d'aramide-mica tel que préparé par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.
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