【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于聚合物纳米纤维绝缘材料和造纸领域，具体涉及一种高性能芳纶/pbo纳米绝缘纸及其制备方法。
技术介绍
1、商品化的芳纶绝缘纸主要是以芳纶短切纤维、芳纶沉析纤维或芳纶浆粕纤维为原料，通过湿法抄纸及干燥处理制成，如1960年美国杜邦公司以间位芳纶短切纤维和沉析纤维为原料开发出绝缘纸，并于1967年实现了nomex绝缘纸的工业化生产。然而，芳纶纤维本身是由刚性的分子链组成，其表面光滑，存在着明显的界面问题，导致芳纶纤维成纸强度较低、易被电击穿等，这些问题大大影响着芳纶纸在绝缘领域的应用价值。
2、随着纳米技术的不断发展，技术人员采用芳纶纳米纤维来增强芳纶纸的绝缘性能。芳纶纳米纤维(aramid nanofibers,anfs)来源于高强度、高模量和耐温性能优异的对位芳纶纤维(ppta)，其具有大的长径比和高的比表面积，不仅保留了芳纶纤维自身优异性能，同时为衍生材料带来了宏观芳纶纤维无法实现的纳米尺度效应，因此，芳纶纳米纤维成为开发纳米纤维绝缘纸的理想材料。由芳纶纳米纤维增强芳纶纤维制成的绝缘纸，绝缘等级可以达到h级(可在180℃下长期使用)。
3、但是，随着科学技术的飞速发展，电子设备不断向微型化、集成化、大容量转变。电子设备中的绝缘系统是最为关键的组成部分，高性能绝缘材料也是制约高电压、大容量变压器发展的关键因素，因此，在很多领域都对绝缘纸的绝缘性能提出了更高的要求。由芳纶纤维及芳纶纳米纤维制成的绝缘纸已经不能完全满足于大容量高压电机设备的应用，尤其是在高温、高湿等极端条件下，所以开发具有更高性能
4、现有的纸基绝缘材料如芳纶纸，主要是通过芳纶沉析纤维、芳纶短切纤维以及芳纶浆粕纤维为原料复合搭配，抄纸制成，但是这种技术制备的芳纶纸耐电晕性较差，耐热性较差，并且不能满足高热、高湿、强电晕等苛刻环境下的长期使用。有文献报道云母的加入可以大大提升芳纶纸的耐电晕强度，但云母含量的提高又导致了芳纶云母纸力学强度大大下降，纸张表面掉粉，不耐弯折，影响了实际使用效果。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种高性能芳纶/pbo纳米绝缘纸及其制备方法，解决了目前znfs难以实现水分散、anfs纳米绝缘纸成纸强度低、耐温性能差、耐电晕性有限的问题，填补pbo纤维纸基材料在绝缘领域应用的技术空白。
2、为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种高性能芳纶/pbo纳米绝缘纸的制备方法，包括以下步骤：
4、s1，将pbo短切纤维、甲烷磺酸和三氟乙酸在室温下密闭搅拌，当所得的反应液呈均一透明时停止搅拌，得到混合液，之后在1000～3000rpm的搅拌作用下，利用高压射流泵在混合液中注入硫酸钠溶液，再密闭搅拌2～6h，得到分散液；
5、s2，用去离子水将分散液洗涤至中性，之后进行球磨，将所得液体分散在去离子水中，得到浓度为0.06～0.54mg/ml的znfs分散液；
6、s3，将s2所述的znfs分散液和浓度为0.06～0.9mg/ml的芳纶纳米纤维分散液按照(10～90):(10～90)的质量比分散均匀，得到共混浆料，将共混浆料依次真空抽滤、真空干燥，得到高性能芳纶/pbo纳米绝缘纸。
7、优选的，s1中pbo短切纤维、甲烷磺酸和三氟乙酸的质量比为1:500:500。
8、优选的，s1中所述的硫酸钠溶液质量百分比为1％～30％，硫酸钠溶液与混合液的质量比为(1～3):1。
9、优选的，s1中高压射流泵的射流压力为5～10mpa，射流速度为0.2～1.0ml/s。
10、优选的，s2中的洗涤过程采用g4级初效过滤器真空抽滤进行，滤膜采用聚偏氟乙烯或聚四氟乙烯。
11、进一步，所述滤膜的孔径大小为0.45～1μm。
12、优选的，s2中的球磨过程采用球磨机进行，转速为1300～1500rpm，其中直径为10mm和直径为6mm的氧化铝耐磨球各8～12粒。
13、优选的，s3中所述的芳纶纳米纤维分散液按如下过程得到：
14、按1g：1.5g：500ml的比例，将对位芳纶纤维、氢氧化钾和二甲基亚砜置于密闭容器中于20～50℃搅拌反应5～8天，得到反应液，随后注入反应液2倍体积的去离子水质子化还原反应25～35min，再去除残留的二甲基亚砜，补加去离子水，得到浓度为0.06～0.9mg/ml的芳纶纳米纤维分散液。
15、优选的，s3中真空抽滤采用直径为0.22μm的纤维素膜，真空干燥使用纸页成型器，干燥温度为100～110℃，干燥时间为6～10min。
16、一种由上述任意一项所述的高性能芳纶/pbo纳米绝缘纸的制备方法得到的高性能芳纶/pbo纳米绝缘纸。
17、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
18、本专利技术提供一种高性能芳纶/pbo纳米绝缘纸的制备方法，利用甲烷磺酸和三氟乙酸制备了水分散下的pbo纳米纤维，解决了目前pbo纳米纤维只能均匀地分散于强酸性体系(msa/tfa)中，无法均匀稳定地分散于水相体系中、在空气中易吸湿，不能长时间保存的问题；将芳纶纳米纤维分散液与pbo纳米纤维分散液共混复合，该体系(anfs/znfs/h2o复合体系)均一稳定、浓度可调可控、便于保存和运输，扩大了绝缘纸的生产途径，实现了两种高性能有机纤维在水相体系下的均匀分散及有机结合，其中，pbo纳米纤维具有比芳纶纳米纤维更高的强度和耐温性，在纸张中发挥骨架作用，赋予纸张更高的抗拉伸能力；而芳纶纳米纤维则具有酰胺基团促进两种纤维的结合，同时，芳纶纳米纤维尺寸更小，起到一定的填充剂作用，制成的纳米纸也具有更高的透光性能、优异的机械强度、耐热性与电绝缘性能，实现了协同增强效果，避免了通过水溶剂交换法制备pbo纳米纸工艺过程复杂、耗水量大、处理时间久的问题。现有文献表明，pbo绝缘纸只能采用溶胶-凝胶方法制备，这种方法耗时很长，整个过程大约需要7天的时间，本专利技术实现了pbo纳米纤维(znfs)的制备并将pbo纳米纤维与芳纶纳米纤维有机结合，制备过程简单，制备周期较短、便于工业上大规模生产。
19、本专利技术制备的高性能芳纶/pbo纳米绝缘纸具有纤维交织紧密、纸张匀度好、阻燃、机械强度和耐压强度性能优异的优点，可以更高效的发挥芳纶纳米纤维和pbo纳米纤维的优势，可作为高性能纤维纸基绝缘材料广泛应用于高端电气绝缘领域，如牵引电机、变压器、柔性电子设备，对推动高性能纤维复合材料发展具有重要的现实意义。
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1.一种高性能芳纶/PBO纳米绝缘纸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的高性能芳纶/PBO纳米绝缘纸的制备方法，其特征在于，S1中PBO短切纤维、甲烷磺酸和三氟乙酸的质量比为1:500:500。
3.根据权利要求1所述的高性能芳纶/PBO纳米绝缘纸的制备方法，其特征在于，S1中所述的硫酸钠溶液质量百分比为1％～30％，硫酸钠溶液与混合液的质量比为(1～3):1。
4.根据权利要求1所述的高性能芳纶/PBO纳米绝缘纸的制备方法，其特征在于，S1中高压射流泵的射流压力为5～10MPa，射流速度为0.2～1.0mL/s。
5.根据权利要求1所述的高性能芳纶/PBO纳米绝缘纸的制备方法，其特征在于，S2中的洗涤过程采用G4级初效过滤器真空抽滤进行，滤膜采用聚偏氟乙烯或聚四氟乙烯。
6.根据权利要求5所述的高性能芳纶/PBO纳米绝缘纸的制备方法，其特征在于，所述滤膜的孔径大小为0.45～1μm。
7.根据权利要求1所述的高性能芳纶/PBO纳米绝缘纸的制备方法，其特征在于，S2中的球磨过程采用
8.根据权利要求1所述的高性能芳纶/PBO纳米绝缘纸的制备方法，其特征在于，S3中所述的芳纶纳米纤维分散液按如下过程得到：
9.根据权利要求1所述的高性能芳纶/PBO纳米绝缘纸的制备方法，其特征在于，S3中真空抽滤采用直径为0.22μm的纤维素膜，真空干燥使用纸页成型器，干燥温度为100～110℃，干燥时间为6～10min。
10.一种由权利要求1～9中任意一项所述的高性能芳纶/PBO纳米绝缘纸的制备方法得到的高性能芳纶/PBO纳米绝缘纸。
...【技术特征摘要】
1.一种高性能芳纶/pbo纳米绝缘纸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的高性能芳纶/pbo纳米绝缘纸的制备方法，其特征在于，s1中pbo短切纤维、甲烷磺酸和三氟乙酸的质量比为1:500:500。
3.根据权利要求1所述的高性能芳纶/pbo纳米绝缘纸的制备方法，其特征在于，s1中所述的硫酸钠溶液质量百分比为1％～30％，硫酸钠溶液与混合液的质量比为(1～3):1。
4.根据权利要求1所述的高性能芳纶/pbo纳米绝缘纸的制备方法，其特征在于，s1中高压射流泵的射流压力为5～10mpa，射流速度为0.2～1.0ml/s。
5.根据权利要求1所述的高性能芳纶/pbo纳米绝缘纸的制备方法，其特征在于，s2中的洗涤过程采用g4级初效过滤器真空抽滤进行，滤膜采用聚偏氟乙烯或聚四氟乙烯。
6.根据权利要求5所...
【专利技术属性】
技术研发人员：张美云，袁宝龙，杨斌，宋顺喜，谭蕉君，聂景怡，张静茹，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：
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