一种等离子体处理改性的芳纶纳米云母绝缘纸的制备方法专利检索-..用含不止一个碳—碳双键的脂肪族化合物的聚合物专利检索查询-专利查询网

IPRDB

API 数据接口

专利申请

使用指引 chat嘟嘟

会员体验

联系我们

交流群

现在联系顾问~

一种等离子体处理改性的芳纶纳米云母绝缘纸的制备方法
申请号	CN202010795550.2	申请日	2020-08-10	公开(公告)号	CN111945478B	公开(公告)日	2022-06-24
申请人	中国制浆造纸研究院衢州分院;			发明人	赵丽君; 周立春; 刘文; 李彦波; 史贺;
摘要	本发明公开了一种等离子体处理改性的芳纶纳米云母绝缘纸的制备方法，属于制浆造纸、高分子材料和电气绝缘材料技术领域。本发明通过等离子体处理芳纶和纳米云母粉，改变了等离子体处理芳纶和纳米云母粉的表面性能，使芳纶和云母更容易分散和结合，制备出了芳纶纳米云母互包裹混合液的制备，突破了云母界面与芳纶界面结合强度弱的局限，从而获得耐高温、耐电晕、高机械强度和高电气强度的高性能芳纶纳米云母绝缘纸。高性能芳纶纳米云母绝缘纸的制备对国家重点行业的发展具有重要的作用，同时对打破国外芳纶云母绝缘纸的垄断具有重要意义。
权利要求	1.一种等离子体改性的芳纶纳米云母绝缘纸的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将芳纶纤维用温水洗涤，干燥后得到芳纶纤维原料，然后将芳纶纤维原料在亚大气压辉光放电等离子体装置中处理，得到改性的芳纶纤维A，等离子体装置的处理条件：功率 400～800W，气压1200～1700kPa，时间2～10min，空气气氛或纯氧气氛；将处理后的纤维密封贮存，一周内使用。（2）将去杂质的云母粉、研磨保护液和水一定比例混合制备云母悬浮液B，然后放入胶体研磨机进行研磨，得到纳米云母研磨液C。（3）将酸性溶液加入云母研磨液C，调节PH在3 4，以200 500r/min转速搅拌一定时间~ ~ 后，静置8 15min，过滤后得到纳米云母沉淀物D，再将经过高温干燥后的纳米云母沉淀物D~ 进行气流粉碎得到纳米云母粉E。（4）将纳米云母粉E放在亚大气压辉光放电等离子体装置中处理，得到纳米云母粉F，等离子体装置的处理条件：功率500～800W，气压1300～1800kPa，时间1～6min，空气气氛或纯氧气氛；将纳米云母粉F密封贮存，一周内使用。（5）将改性的芳纶纤维A、纳米云母粉F和水配比混合，经过高速分散制成芳纶纤维纳米云母粉悬浮液D,其悬浮液形成纳米云母颗粒包裹芳纶纤维形态。（6）将混合芳纶纤维纳米云母粉悬浮液D经过抄纸器成型，最后制备成高性能芳纶云纳米母绝缘湿纸页。（7）将高性能芳纶纳米云母绝缘湿纸页干燥后得到高性能芳纶纳米云母绝缘原纸。（8）将制备好的高性能芳纶纳米云母绝缘原纸进行热压，热压机为双钢辊热压机，热压温度220 265℃，热压压力15 25Mpa，优化高性能芳纶纳米云母绝缘原纸性能，制备出高性~ ~ 能芳纶纳米云母绝缘纸。 2.根据权利要求1所述的一种等离子体处理改性的芳纶纳米云母绝缘纸的制备方法，其特征在于，步骤（1）中芳纶为聚间苯二甲酰对苯二胺纤维，其纤维的长度为0.01 8mm，洗~ 涤温水的温度为30 100℃，洗涤时间10min 60min。 ~ ~ 3.根据权利要求1所述的一种等离子体处理改性的芳纶纳米云母绝缘纸的制备方法，其特征在于，步骤（2）中云母粉为白云母和金云母中的一种或二者混合，云母粉的粒径为40目 100目，二者混合的质量比1 6:1 2。 ~ ~ ~ 4.根据权利要求1所述的一种等离子体处理改性的芳纶纳米云母绝缘纸的制备方法，其特征在于，步骤（2）中研磨保护液为硅油和甘油的一种或二者混合，混合质量比1:1 4。 ~ 5.根据权利要求1所述的一种等离子体处理改性的芳纶纳米云母绝缘纸的制备方法，其特征在于，步骤（2）中云母粉、研磨保护液和水的质量比为200:(1 3):(300 600)，研磨时~ ~ 间5 25min。 ~ 6.根据权利要求1所述的一种等离子体处理改性的芳纶纳米云母绝缘纸的制备方法，其特征在于，步骤（3）中酸性溶液为稀盐酸或硫酸，搅拌时间控制在10 25min。 ~ 7.根据权利要求1所述的一种等离子体处理改性的芳纶纳米云母绝缘纸的制备方法，其特征在于，步骤（3）中干燥纳米云母沉淀物D的干燥温度范围为80℃ 105℃,进过纳米气~ 流粉碎后获得高纯度和高均质性的纳米云母粉E。 8.根据权利要求1所述的一种等离子体处理改性的芳纶纳米云母绝缘纸的制备方法，其特征在于，步骤（5）中芳纶纤维A、纳米云母粉F和水的比例为(0.5 3)g:(0.5 3)g:500ml。 ~ ~ 转速为50 200r/min，搅拌时间2min 15min。 ~ ~ 9.根据权利要求1所述的一种等离子体处理改性的芳纶云母绝缘纸的制备方法，其特征在于，步骤（9）中湿纸幅的干燥温度95℃ 105℃。 ~
说明书全文	一种等离子体处理改性的芳纶纳米云母绝缘纸的制备方法技术领域 [0001] 本发明涉及一种等离子体处理改性的芳纶纳米云母绝缘纸的制备方法和技术，属于制浆造纸和电气绝缘材料技术领域。背景技术 [0002] 高性能芳纶云母绝缘纸主要用作高压/变频电机和牵引电机等的高端电气绝缘材料，其主要原料有芳纶纤维和云母粉。这些大型发电机组、高压电机和牵引机主要应用于航空航天工业、国防工业、汽车工业等，对国家重点行业的发展具有重要的作用，同时，国内芳纶纳米云母绝缘纸的制备对打破国外芳纶云母绝缘纸的垄断具有重要意义。 [0003] 芳纶是一种新型高科技化学合成纤维，具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻、绝缘、抗老化、生命周期长等优良性能。芳纶主要分为邻位、间位、对位三种。据现有资料研究表明，邻位芳纶无商业价值，邻位和间位芳纶具有较高的商业价值。目前，芳纶1313(聚间苯二甲酰间苯二胺纤维)和芳纶1414(聚对苯二甲酰对苯二胺纤维)已经实现产业化，芳纶1313具有短切纤维、沉析纤维和浆粕等形式。芳纶云母纸的生产厂家主要有美国的Dupont公司、日本的Teijin公司和德国的Acordis公司等。 [0004] 云母是一种非金属矿物，主要成分是含水铝硅酸盐，有金云母、白云母、合成云母等，其中白云母应用最为广泛。白云母具有优异的绝缘性能、耐高温性能、透明度、防水性能、化学稳定性等。 [0005] 目前的市场上有纯芳纶纸和纯云母纸，纯芳纶纸强度高、介电性能和化学稳定性好，但耐电晕性差。纯云母纸耐电晕性能好，但需玻璃布和粘胶剂补强，并且使用的云母粉颗粒较大。但是芳纶云母纸目前国内没有自主研发的成品，只能依靠国外进口，国内市场被杜邦垄断。结合两种原料的特性，芳纶云母纸兼具耐高温、耐电晕和优异的强度性能，是一款高性能绝缘材料。但是现有关于芳纶云母绝缘纸的的专利，由于受到云母粒径的限制，以及云母和芳纶界面结合的限制，仍然为达到高端领域使用的要求。发明内容 [0006] 本发明的主要目的在于提供一种等离子体处理改性的芳纶纳米云母绝缘纸的制备方法，该方法生产的高性能芳纶纳米云母绝缘纸具有耐高温、耐电晕、高机械强度和高电气强度等特点。等离子处理后，芳纶纤维表面引入了‑COOH、‑OCH和‑OH极性官能基团，改变了材料的表面组成，提高了芳纶纤维表面的亲水性，同时由于‑COOH、‑OCH和‑OH并没有接枝引进永久亲水官能团，所以具有暂时亲水性，并不影响成纸后的电气强度。纳米云母粉的使用使其沉降速度大幅度减低，利于分散。纳米云母粉再经过等离子处理后，由于受到粒子撞击，比表面增大，更进一步地提高云母粉颗粒的均匀分散性，使纳米云母颗粒包裹在芳纶表面。芳纶纤维云母难分散的问题以及有机芳纶纤维和无机云母颗粒的界面结合问题得到很好地解决，从而制得出高性能芳纶纳米云母纸。 [0007] 为了实现上述目的，本发明主要采用以下步骤方案。 [0008] 一、制备改性芳纶纤维A：将芳纶纤维用温水洗涤，得到芳纶纤维原料；然后将芳纶纤维原料在等离子体装置中处理，得到改性的芳纶纤维A，等离子体装置的处理条件：功率 400～800W，气压1200～1700kPa，时间2～10min，空气气氛或纯氧气氛；将处理后的纤维密封贮存，一周内使用。 [0009] 一中所述芳纶纤维为聚对苯二甲酰对苯二胺纤维和聚间苯二甲酰对苯二胺纤维一种或者二者混合，混合质量比为0 1:1其纤维的长度为0.01 8mm，洗涤温水的温度为30 ~ ~ ~ 100℃，洗涤时间10min 60min。 ~ [0010] 一中所述的等离子体装置的放电方式为亚大气辉光或射频低温等离子体装置。 [0011] 二、纳米云母粉的制备：首先将白云母和金云母过筛网去除杂质，然后将去杂质的云母粉、研磨保护液和水一定比例混合制备云母悬浮液B，再放入胶体研磨机进行研磨，得到纳米云母研磨液C。然后将酸性溶液加入云母研磨液C，调节PH在3 4，以200 500r/min转 ~ ~ 速搅拌一定时间后，静置8 15min，过滤后得到纳米云母沉淀物D，再将经过高温干燥后的纳 ~ 米云母沉淀物D进行气流粉碎得到纳米云母粉E。最后将纳米云母粉E放在等离子体装置中处理，得到纳米云母粉F，等离子体装置的处理条件：功率500～800W，气压1300～1800kPa，时间1～6min，空气气氛或纯氧气氛；将纳米云母粉F密封贮存，一周内使用。 [0012] 二中所述的纳米云母粉为白云母和金云母中的一种或二者混合，云母粉的粒径为40目 100目，二者混合的质量比1 6:0 2。 ~ ~ ~ [0013] 二中所述研磨保护液为硅油和甘油的一种或二者混合，混合质量比1:1 4。~ [0014] 二中所述云母粉、研磨保护液和水的质量比为200:1 3:300 600，研磨时间5~ ~ ~ 25min。 [0015] 二中所述酸性溶液为稀盐酸或硫酸，搅拌时间控制在5 25min。~ [0016] 二中所述纳米云母沉淀物D的干燥温度范围为80℃ 105℃,进过纳米气流粉碎后~ 获得高纯度和高均质性的纳米云母粉E。 [0017] 二中所述的等离子体装置的放电方式为亚大气辉光或射频低温等离子体装置。 [0018] 三、制备高性能芳纶纳米云母绝缘纸：将改性的芳纶纤维A、纳米云母粉F和水配比混合，经过高速分散制成芳纶纤维纳米云母粉悬浮液D，之后将混合悬浮液D经过抄纸器成型，制备成高性能芳纶云纳米母绝缘湿纸页。再将高性能芳纶纳米云母绝缘湿纸页干燥后得到高性能芳纶纳米云母绝缘原纸。最后将制备好的高性能芳纶纳米云母绝缘原纸进行热压，优化高性能芳纶纳米云母绝缘原纸性能，制备出高性能芳纶纳米云母绝缘纸。 [0019] 三中所述芳纶纤维A、纳米云母粉F和水的质量比为0.5 3g:0.5g 3g: 500ml。转速~ ~ 为50 200r/min，搅拌时间2min 15min。 ~ ~ [0020] 三中所述湿纸幅的干燥温度95℃ 105℃。~ [0021] 三中所述热压机为双钢辊热压机，热压温度220 265℃，热压压力15 25MPa。~ ~ [0022] 本发明制备的高性能芳纶纳米云母绝缘纸，主要通过纳米云母粉的制备和等离子体的处理的方式，突破了云母界面与芳纶界面结合强度弱的局限，制备出纳米云母颗粒与芳纶纤维互包裹混合液，从而获得耐高温、耐电晕、高机械强度和高电气强度的高性能芳纶纳米云母绝缘纸。而现有研究使用的大颗粒云母粉不能有效地和芳纶纤维进行结合，影响了芳纶云母绝缘纸高强度和高电气性能。附图说明 [0023] 图1是本发明专利一种等离子体处理改性的芳纶纳米云母绝缘纸的制备方法的工艺流程图。具体实施方式 [0024] 为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐述发明的内容，但本发明要求保护的范围并不局限于此。 [0025] 实施例1。 [0026] 一种等离子体处理改性的芳纶纳米云母绝缘纸的制备方法，其步骤如下。 [0027] （1）芳纶纤维选择聚间苯二甲酰对苯二胺纤维，纤维长度0.5 2mm，然后进行温水~ 洗涤，洗涤温水的温度为60℃，洗涤时间20min。 [0028] （2）将芳纶纤维原料在亚大气压辉光放电等离子体装置中处理，得到改性的芳纶纤维A，处理功率600W，气压1500kPa，时间3min，选择空气气氛，处理后密封备用。 [0029] （3）云母粉选择白云母，其粒径范围50目 70目；磨保护液选择硅油和甘油，混合质~ 量比1:0。 [0030] （4）将云母粉、研磨保护液和水以质量比200:2:500配比好，放入胶体研磨机进行研磨，研磨时间10min，得到纳米云母研磨液C。 [0031] （5）在纳米云母研磨液C中加入盐酸，调节PH在3 4，以200r/min转速搅拌10min后，~ 静置8min后过滤得到纳米云母沉淀物D，再将经过105℃高温干燥后的纳米云母沉淀物D进行气流粉碎得高纯度和高均质性的纳米云母粉E。 [0032] （6）将纳米云母粉E放在亚大气压辉光放电等离子体装置中处理，得到纳米云母粉F，等离子体装置的处理条件：功率600W，气压1600kPa，时间3min，空气气氛；处理后密封备用。 [0033] （7）将改性的芳纶纤维A、纳米云母粉F和水按照质量比为3g: 3g:500ml进行配比混合，转速为100r/min，搅拌时间5min，制成芳纶纤维纳米云母粉悬浮液D。 [0034] （8）将混合悬浮液D经过抄纸器成型，制备成高性能芳纶云纳米母绝缘湿纸页。 [0035] （9）将高性能芳纶纳米云母绝缘湿纸页干燥后得到高性能芳纶纳米云母绝缘原纸，干燥温度105℃。 [0036] （10）将制备好的高性能芳纶纳米云母绝缘原纸使用双钢辊热压机进行热压，热压温度240℃，热压压力20MPa，制备出高性能芳纶纳米云母绝缘纸。 [0037] 实施例2。 [0038] 一种等离子体处理改性的芳纶纳米云母绝缘纸的制备方法，其步骤如下。 [0039] （1）芳纶纤维选择聚间苯二甲酰对苯二胺纤维，纤维长度1 3mm，然后进行温水洗~ 涤，洗涤温水的温度为70℃，洗涤时间25min。 [0040] （2）将芳纶纤维原料在亚大气压辉光放电等离子体装置中处理，得到改性的芳纶纤维A，处理功率700W，气压1600kPa，时间5min，选择空气气氛，处理后密封备用。 [0041] （3）云母粉选择白云母和金云母，二者混合的质量比2:1，其粒径范围60目 100目；~ 磨保护液选择硅油和甘油，混合质量比4:1。 [0042] （4）将云母粉、研磨保护液和水以质量比200:3:600配比好，放入胶体研磨机进行研磨，研磨时间20min，得到纳米云母研磨液C。 [0043] （5）在纳米云母研磨液C中加入盐酸，调节PH在3 4，以300r/min转速搅拌20min后，~ 静置12min后过滤得到纳米云母沉淀物D，再将经过100℃高温干燥后的纳米云母沉淀物D进行气流粉碎得高纯度和高均质性的纳米云母粉E。 [0044] （6）将纳米云母粉E放在亚大气压辉光放电等离子体装置中处理，得到纳米云母粉F，等离子体装置的处理条件：功率500W，气压1700kPa，时间1min，空气气氛；处理后密封备用。 [0045] （7）将改性的芳纶纤维A、纳米云母粉F和水按照质量比为2g: 2g:500ml进行配比混合，转速为80r/min，搅拌时间10min，制成芳纶纤维纳米云母粉悬浮液D。 [0046] （8）将混合悬浮液D经过抄纸器成型，制备成高性能芳纶云纳米母绝缘湿纸页。 [0047] （9）将高性能芳纶纳米云母绝缘湿纸页干燥后得到高性能芳纶纳米云母绝缘原纸，干燥温度105℃。 [0048] （10）将制备好的高性能芳纶纳米云母绝缘原纸使用双钢辊热压机进行热压，热压温度245℃，热压压力18MPa，制备出高性能芳纶纳米云母绝缘纸。 [0049] 实施例3。 [0050] 一种等离子体处理改性的芳纶纳米云母绝缘纸的制备方法，其步骤如下。 [0051] （1）芳纶纤维选择聚间苯二甲酰对苯二胺纤维，纤维长度1 5mm，然后进行温水洗~ 涤，洗涤温水的温度为50℃，洗涤时间50min。 [0052] （2）将芳纶纤维原料在亚大气压辉光放电等离子体装置中处理，得到改性的芳纶纤维A，处理功率500W，气压1200kPa，时间4min，选择氧气气氛，处理后密封备用。 [0053] （3）云母粉选择白云母和金云母，二者混合的质量比4:1，其粒径范围40目 80目；~ 磨保护液选择硅油和甘油，混合质量比4:1。 [0054] （4）将云母粉、研磨保护液和水以质量比200:1:500配比好，放入胶体研磨机进行研磨，研磨时间15min，得到纳米云母研磨液C。 [0055] （5）在纳米云母研磨液C中加入盐酸，调节PH在3 4，以500r/min转速搅拌18min后，~ 静置15min后过滤得到纳米云母沉淀物D，再将经过105℃高温干燥后的纳米云母沉淀物D进行气流粉碎得高纯度和高均质性的纳米云母粉E。 [0056] （6）将纳米云母粉E放在亚大气压辉光放电等离子体装置中处理，得到纳米云母粉F，等离子体装置的处理条件：功率800W，气压1300kPa，时间5min，空气气氛；处理后密封备用。 [0057] （7）将改性的芳纶纤维A、纳米云母粉F和水按照质量比为1g: 1g:500ml进行配比混合，转速为150r/min，搅拌时间15min，制成芳纶纤维纳米云母粉悬浮液D。 [0058] （8）将混合悬浮液D经过抄纸器成型，制备成高性能芳纶云纳米母绝缘湿纸页。 [0059] （9）将高性能芳纶纳米云母绝缘湿纸页干燥后得到高性能芳纶纳米云母绝缘原纸，干燥温度105℃。 [0060] （10）将制备好的高性能芳纶纳米云母绝缘原纸使用双钢辊热压机进行热压，热压温度260℃，热压压力22MPa，制备出高性能芳纶纳米云母绝缘纸。 [0061] 将实施例1、2、3的样品和国外样品进行性能的对比和分析，具体见表1。 [0062] 表1 芳纶纳米云母绝缘纸的性能 [0063] 样品定量（g/m2）厚度（mm）抗张强度MD（kN/m）伸长率（%）透气率（mm·s‑1）收缩率（%）击穿电压（KV·mm‑1）耐热等级（℃）实施例1 90.2 0.081 3.0 3.0% 1.53 ≤0.3% 20.1 ≥220℃实施例2 90.3 0.079 3.1 3.1% 1.55 ≤0.3% 20.0 ≥220℃ 实施例3 89.9 0.082 2.9 3.2% 1.58 ≤0.3% 21.1 ≥220℃ 进口样品 89.9 0.081 2.4 3.1% 1.55 ≤0.3% 20.0 ≥220℃ [0064] 表1的数据说明，芳纶云母纸在定量和厚度相近的情况下，实施例1、2、3的芳纶纳米云母纸的强度性能、透气性能、电气性能、耐热性能能够达到国外进口水平。 [0065] 上述实施例仅用以说明本发明但不局限于此，应该理解不在脱离发明的精神范围内还可以有多变通及替换的方法。