一种芳纶纳米纤维基绝缘纸及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种芳纶纳米纤维基绝缘纸及其制备方法，涉及绝缘复合材料技术领域。本发明专利技术提供的芳纶纳米纤维基绝缘纸包括芳纶纳米纤维和绝缘无机材料；所述芳纶纳米纤维具有分叉几何形状并形成三维网状结构，绝缘无机材料分布在所述三维网状结构中。本发明专利技术提供的芳纶纳米纤维纸具有较高的电气性能和力学性能、优良的绝缘和阻燃性，能够代替目前绝缘市场上的云母带以及芳纶纸和芳纶云母纸，减薄绝缘用厚度。本发明专利技术提供了芳纶纳米纤维基绝缘纸的制备方法，本发明专利技术提供的制备方法简单，具有优异的可操作性，进一步地可连续制备，利于实现工业化生产。

A kind of aramid nanofiber based insulating paper and its preparation method

The invention provides a aramid nanofiber based insulating paper and a preparation method thereof, which relates to the technical field of insulating composite materials. The aramid nanofiber-based insulating paper provided by the invention includes aramid nanofibers and insulating inorganic materials; the aramid nanofibers have bifurcated geometry and form a three-dimensional network structure, and the insulating inorganic materials are distributed in the three-dimensional network structure. The aramid nanofiber paper provided by the invention has high electrical and mechanical properties, excellent insulation and flame resistance, and can replace the mica tape, aramid paper and aramid mica paper in the current insulation market, and reduce the thickness of insulation. The invention provides a preparation method of aramid nanofiber-based insulating paper. The preparation method provided by the invention is simple, has excellent operability, can be further continuously prepared, and is conducive to industrial production.

【技术实现步骤摘要】
一种芳纶纳米纤维基绝缘纸及其制备方法
本专利技术涉及绝缘复合材料
，特别涉及一种芳纶纳米纤维基绝缘纸及其制备方法。
技术介绍
近年来，随着电容器和电力传输设备的高速发展，在极端条件下具有优异绝缘性能和力学性能的材料备受关注。目前，最广泛使用的用于电机绝缘的材料是云母带，这是因为云母自身具有优良的电气性能、耐高温，且来源广，适合作为绝缘无机材料的主体，例如白云母介电强度为133～407kV/mm,最高能在700～900℃中使用。但用云母制成的绝缘纸机械强度太低，无法直接用于电气绝缘，这就需要额外使用胶黏剂粘结补强材料成为云母带。而胶黏剂通常为高分子材料，例如树脂，其电气强度一般，耐热性差，制约了云母带在电机高温工作下的电气性能。因此，制备一种集绝缘性能、力学性能、耐热性能为一体的云母复合材料来代替常规云母带具有重要意义。芳纶纤维可用于增强云母纸，能提高纸的力学性能，同时保证了纸的电气性能。但是，目前用于增强云母纸的都是微米级的芳纶纤维，纤维比表面积小，与云母界面结合不好，力学性能提高不大。因此，芳纶微米纤维基复合纸作为绝缘材料还不能完全替代云母带在绝缘方面的应用。为了提高芳纶纤维增强云母纸性能，一些工作者在芳纶纤维和云母中引入改性手段，通过表面改性增强芳纶纤维和云母的界面结合，这些通过改性制备的复合材料力学性能和电气性能都有所提高，然而，改性剂的引入增加了生产工艺的复杂性和不稳定性，无法达到可以工业化生产的条件。因此，如何基于芳纶纤维和绝缘无机材料设计出可代替云母带的绝缘复合材料仍然是一大挑战。<br>
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种芳纶纳米纤维基绝缘纸及其制备方法。本专利技术提供的芳纶纳米纤维基绝缘纸具有较高的电气性能和力学性能、优良的绝缘和阻燃性，能够代替目前绝缘市场上的云母带。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种芳纶纳米纤维基绝缘纸，所述芳纶纳米纤维基绝缘纸包括芳纶纳米纤维和绝缘无机材料；所述芳纶纳米纤维具有分叉几何形状并形成三维网状结构，绝缘无机材料分布在所述三维网状结构中。优选地，所述芳纶纳米纤维包括对位芳纶纤维和/或间位芳纶纤维；所述芳纶纳米纤维的直径为3～20nm。优选地，所述绝缘无机材料包括白云母、金云母、氟金云母、合成云母和氮化硼中的一种或几种；所述绝缘无机材料占芳纶纳米纤维基绝缘纸质量的30～70％。本专利技术提供了以上方案所述芳纶纳米纤维基绝缘纸的制备方法，包括以下步骤：(1)将强碱、二甲基亚砜和芳纶纤维混合，得到芳纶纳米纤维分散液；(2)将二甲基亚砜和绝缘无机材料混合，得到绝缘无机材料分散液；(3)将所述芳纶纳米纤维分散液和绝缘无机材料分散液混合，得到溶胶；(4)将所述溶胶与水进行溶剂交换，得到水凝胶；(5)将所述水凝胶进行干燥，得到芳纶纳米纤维基绝缘纸；所述步骤(1)和步骤(2)没有时间顺序的限制。优选地，所述步骤(1)中的强碱为氢氧化钾、乙醇钾和叔丁醇钾中的一种或几种；所述强碱和二甲基亚砜的质量比为1:9～300；所述强碱和芳纶纤维的质量比为1:1～3。优选地，所述步骤(2)中二甲基亚砜和绝缘无机材料的质量比为1:0.003～0.05。优选地，所述步骤(3)中芳纶纳米纤维分散液与绝缘无机材料分散液的质量比为1:0.5～3。优选地，所述步骤(4)中将溶胶与水进行溶剂交换的具体操作为：将所述溶胶倒入模具，然后浸入水中进行溶剂交换；或者，将所述溶胶通过连续注射装置与水进行溶剂交换。优选地，所述连续注射装置包括注射器、出口模具、传送带和水槽；所述注射器的出口与出口模具的入口连通，所述出口模具的出口紧靠传送带；所述出口模具和传送带置于水槽中；应用时，将溶胶通过注射器进行连续注射，流经出口模具后与水槽中的水进行溶剂交换，形成的水凝胶由传送带转移出水槽。优选地，所述步骤(5)中干燥的温度为25～40℃，时间为48～120h。本专利技术提供了一种芳纶纳米纤维基绝缘纸，所述芳纶纳米纤维基绝缘纸包括芳纶纳米纤维和绝缘无机材料；所述芳纶纳米纤维具有分叉几何形状并形成三维网状结构，绝缘无机材料分布在所述三维网状结构中。本专利技术提供的芳纶纳米纤维基绝缘纸中的芳纶纳米纤维形成三维网状结构，绝缘无机材料位于三维网状结构中，当绝缘纸被拉伸时，绝缘无机材料与非均匀的(纤维网络中孔尺寸有大有小)芳纶纳米纤维网络一起滑动并从卷缩的芳纶纳米纤维中拉出，其中芳纶纳米纤维之间的氢键作用力会被破坏，芳纶纳米纤维网络的伸长和取向会导致绝缘纸局部变形硬化；而由于芳纶纳米纤维网络的高互连性和与绝缘无机材料的多位点交联，会使整个材料发生均匀的变形，而不是在材料的局部区域变形，从而产生大的断裂应变和超高韧性；此外，芳纶纳米纤维取代了部分绝缘无机材料，因此在纸中形成纤维网络使纸具有较高的力学性能，加之芳纶纤维具有较高的绝缘性，因此得到的纸绝缘性能优良。实施例结果表明，与目前常用的少胶云母带和芳纶云母纸相比，本专利技术提供的芳纶纳米纤维基绝缘纸的介电强度和拉伸强度明显提高，说明本专利技术提供的芳纶纳米纤维基绝缘纸具有优良的电气性能、绝缘性能和力学性能，能够代替目前绝缘市场上的云母带和芳纶云母纸，减薄绝缘用厚度。本专利技术提供了所述芳纶纳米纤维基绝缘纸的制备方法。本专利技术提供的制备方法简单，具有优异的可操作性，进一步地可连续制备，利于实现工业化生产。附图说明图1为实施例1中制备的对位芳纶纳米纤维/合成云母水凝胶的实物外观图；图2为实施例1制备的对位芳纶纳米纤维/合成云母绝缘纸的实物外观图；图3为实施例1中对位芳纶纳米纤维/合成云母水凝胶冷冻干燥后的SEM图，图3中左图和右图分别为不同放大倍数下的SEM图；图4为实施例1制备的对位芳纶纳米纤维/合成云母绝缘纸的SEM图；图5为实施例1制备的对位芳纶纳米纤维/合成云母绝缘纸进行酒精灯燃烧实验的过程图；图6为本专利技术中连续注射装置的结构示意图，其中1-注射器，2-出口模具，3-传送带，4-水槽；图7为实施例2中制备的对位芳纶纳米纤维/白云母水凝胶的实物外观图；图8为实施例2制备的对位芳纶纳米纤维/白云母绝缘纸的实物外观图。具体实施方式本专利技术提供了一种芳纶纳米纤维基绝缘纸，所述芳纶纳米纤维基绝缘纸包括芳纶纳米纤维和绝缘无机材料；所述芳纶纳米纤维具有分叉几何形状(类似树枝状结构)并形成三维网状结构，绝缘无机材料分布在所述三维网状结构中。在本专利技术中，所述芳纶纳米纤维优选包括对位芳纶纤维和/或间位芳纶纤维；所述芳纶纳米纤维的直径优选为3～20nm，更优选为10nm。在本专利技术中，所述绝缘无机材料优选包括白云母、金云母、氟金云母、合成云母和氮化硼中的一种或几种；所述绝缘无机材料优选占芳纶纳米纤维基绝缘纸质量的30～70％，更优选为40～60％。在本专利技术中，所述绝缘无机材料可以是纳米片，也可以是微米片。本专利技术提供本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种芳纶纳米纤维基绝缘纸，其特征在于，所述芳纶纳米纤维基绝缘纸包括芳纶纳米纤维和绝缘无机材料；所述芳纶纳米纤维具有分叉几何形状并形成三维网状结构，绝缘无机材料分布在所述三维网状结构中。/n

【技术特征摘要】
1.一种芳纶纳米纤维基绝缘纸，其特征在于，所述芳纶纳米纤维基绝缘纸包括芳纶纳米纤维和绝缘无机材料；所述芳纶纳米纤维具有分叉几何形状并形成三维网状结构，绝缘无机材料分布在所述三维网状结构中。


2.根据权利要求1所述的芳纶纳米纤维基绝缘纸，其特征在于，所述芳纶纳米纤维包括对位芳纶纤维和/或间位芳纶纤维；所述芳纶纳米纤维的直径为3～20nm。


3.根据权利要求1所述的芳纶纳米纤维基绝缘纸，其特征在于，所述绝缘无机材料包括白云母、金云母、氟金云母、合成云母和氮化硼中的一种或几种；所述绝缘无机材料占芳纶纳米纤维基绝缘纸质量的30～70％。


4.权利要求1～3任意一项所述芳纶纳米纤维基绝缘纸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将强碱、二甲基亚砜和芳纶纤维混合，得到芳纶纳米纤维分散液；
(2)将二甲基亚砜和绝缘无机材料混合，得到绝缘无机材料分散液；
(3)将所述芳纶纳米纤维分散液和绝缘无机材料分散液混合，得到溶胶；
(4)将所述溶胶与水进行溶剂交换，得到水凝胶；
(5)将所述水凝胶进行干燥，得到芳纶纳米纤维基绝缘纸；
所述步骤(1)和步骤(2)没有时间顺序的限制。


5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建锋，曾繁展，肖广，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43