一种芳纶绝缘纸的制备方法及其应用与流程

本发明属于造纸和绝缘材料交叉，尤其涉及一种芳纶绝缘纸的制备方法及其应用。

背景技术：

1、新能源汽车电机用芳纶绝缘纸对力学强度和电气强度都有着较高的要求，当前芳纶纸制备的芳纶复合材料力学强度低，在应用时易弯折开裂，并且因为相对漏电起痕指数(comparative tracking index，cti)低，易于受到电侵蚀而影响使用。

2、中国专利文献202210542302.6公开了一种新能源汽车油冷电机用高局放绝缘材料及其制备方法，高局放绝缘材料包括自上而下依次设置的高密度芳纶纤维层、第一胶粘剂层、云母芳纶纤维层、第二胶粘剂层和低密度芳纶纤维层；其中，第一胶粘剂层和第二胶粘剂层均为丙烯酸改性聚氨酯胶水。中国专利文献202211246374.2公开了一种电机槽绝缘用芳纶绝缘纸基材料及制备方法，通过加入异形间位芳纶短切纤维，纺丝工艺的优化提高了纤维的机械强度，短切纤维异形化增加了纤维的比表面积，提升了间位芳纶短切纤维和间位芳纶沉析纤维的界面结合强度，提高纸张撕裂强度，加入高导热填料以优化材料的导热性能。

3、上述专利文献制备的芳纶材料或芳纶绝缘纸的抗张强度、抗弯折能力等力学性能的提升有所不足，并且耐漏电起痕性能不足。

技术实现思路

1、为了克服现有技术中芳纶绝缘纸cti值低的技术问题，本发明提供一种芳纶绝缘纸的制备方法及其应用，制备得到的芳纶绝缘纸大幅提升了芳纶绝缘纸的击穿强度、漏电起痕指数，防止因被击穿和表面被电蚀刻而失效，保障其在新能源汽车电机中作为绝缘材料的应用。

2、为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案如下：

3、本发明提供一种芳纶绝缘纸的制备方法，包括以下步骤：

4、s1、通过协同控制碎浆疏解过程的芳纶沉析纤维比表面积、打浆度和纤维长度，将芳纶沉析纤维经碎浆和疏解处理后与芳纶短切纤维混合均匀，得到芳纶纤维浆料；

5、s2、将含金属元素的cti添加剂进行湿式研磨，然后加入弱酸调节ph后静置，最后用碱液调节ph至中性得到处理后的cti添加剂；

6、s3、将步骤s1中得到的芳纶纤维浆料和步骤s2中得到的处理后的cti添加剂混合均匀后湿法成型，经压榨、烘干、卷曲和高温辊压后得到芳纶绝缘纸。

7、本发明中将芳纶沉析纤维经碎浆和疏解处理，处理后的芳纶沉析纤维比表面积大、无过长纤维，然后与芳纶短切纤维混合，芳纶短切纤维在芳纶纸中相当于“钢筋混凝土中的钢筋”，为芳纶纸提供力学强度与结构支撑，芳纶短切纤维与处理后的芳纶沉析纤维按比例组合，可以得到最优的综合性能。将cti添加剂进行湿式研磨，控制cti添加剂的粒径在一定范围内，然后将研磨完毕的cti添加剂用弱酸调节ph至3～4后静置，利用弱酸对cti添加剂的表面进行微处理，促使其表面的金属离子水解形成羟基，增加cti添加剂的表面活性，然后将表面活化的cti添加剂用氢氧化钠溶液调节溶液ph至中性，表面活化的cti添加剂在此ph下更易形成带正电的胶体，与带负电的芳纶纤维可以更佳结合，使cti添加剂的留着率提高，cti添加剂通过成核作用等方式破坏电蚀刻引起的局部碳回路，防止进一步的电蚀刻效应。本发明的cti添加剂在成纸前与芳纶纤维混合，一同抄造成纸，存在于芳纶绝缘纸的内部，通过阻断碳回路的形成，提高耐漏电起痕性能。与在芳纶绝缘纸表面涂层中设置二氧化硅或氧化铝涂层的提高康击穿电压和耐电晕性能的方法相比是不同的。通过控制碎浆疏解机控制比表面积、打浆度和纤维长度，能够更好地协同提升本发明产品的力学强度。

8、作为一种可选的实施方式，在本发明提供的制备方法中，步骤s2中，cti添加剂由二氧化硅与金属氧化物/金属氢氧化物组成。

9、本发明中综合考虑原料成本、毒害性、有无颜色、氧化物/氢氧化物的稳定性、吸潮情况等因素，选用了二氧化硅以及金属氧化物/氢氧化物的复合添加。

10、作为一种可选的实施方式，在本发明提供的制备方法中，步骤s2中，cti添加剂中二氧化硅与金属氧化物/金属氢氧化物的摩尔比为1:5～1:20。

11、在本发明中，将cti添加剂中二氧化硅与金属氧化物/金属氢氧化物的摩尔比为1:5～1:20，二氧化硅的比例含量太高，则可能导致其被包覆于胶体颗粒中，导致胶体的稳定性下降；二氧化硅的比例太低时，帮助胶体稳定的效果不明显，作用效果不佳。通过添加适量的二氧化硅可以更好提高胶体的稳定性。

12、作为一种可选的实施方式，在本发明提供的制备方法中，所述金属氧化物/金属氢氧化物选自镁、铝、锌中的一种。

13、本发明中选择镁、铝、锌三种金属的氧化物/氢氧化物的目的在于成本低、不引入其它颜色、无毒、稳定性好，不吸潮，是较好的添加剂。

14、作为一种可选的实施方式，在本发明提供的制备方法中，所述金属氧化物/金属氢氧化物选自氢氧化镁、氢氧化铝、氢氧化锌、氧化铝、氧化镁或氧化锌中的一种。

15、作为一种可选的实施方式，在本发明提供的制备方法中，步骤s2中，加入弱酸调节ph至3～4。

16、作为一种可选的实施方式，在本发明提供的制备方法中，所述cti添加剂添加质量为芳纶沉析纤维和芳纶短切纤维绝干总质量的3～7％。

17、本发明中添加剂的用量控制在纤维绝干总质量的3～7％内，添加剂用量太少，则提升效果不加；添加剂用量太高，则可能出现掉渣等现象，甚至对芳纶纸结构造成影响。

18、作为一种可选的实施方式，在本发明提供的制备方法中，步骤s2中，cti添加剂研磨后的粒径d90为5～50微米。

19、在本发明中，添加剂的粒径d90为5～50微米，粒径太小则制备工艺麻烦，耗时长；粒径太大会影响添加剂在芳纶绝缘纸的留着率，甚至导致掉渣等现象。

20、优选地，步骤s2中，cti添加剂研磨后的粒径d90为10～30微米。

21、作为一种可选的实施方式，在本发明提供的制备方法中，所述弱酸选自柠檬酸、乙酸中的一种。

22、利用弱酸调节溶液的ph，可以控制反应速率，防止强酸溶解金属氧化物/金属氢氧化物。

23、作为一种可选的实施方式，在本发明提供的制备方法中，步骤s2中，所述弱酸的浓度为0.05～0.15mol/l。

24、将弱酸浓度控制在此范围内，以免过分溶解金属氧化物/金属氢氧化物，浓度过高会导致颗粒溶解，浓度过低则反应缓慢，效果不佳。

25、作为一种可选的实施方式，在本发明提供的制备方法中，步骤s2中，加入弱酸调节ph至3～4后静置的时间为20～40min。

26、本发明中，将静置时间控制在20～40min，处理时间过短则金属离子水解不充分，处理时间过长则会导致颗粒沉降。

27、作为一种可选的实施方式，在本发明提供的制备方法中，步骤s2中，碱液选自强碱或弱碱中的一种，所述强碱为氢氧化钠，所述弱碱为氨水。

28、本发明中使用碱液调节ph时，使用的氢氧化钠为低浓度，在酸性水溶液体系中小心滴加氢氧化钠溶液，优先与氢离子反应；氧化铝和氧化锌虽然具有两性，但它们与氢氧化钠反应的过程一定程度上会受动力学限制。

29、作为一种可选的实施方式，在本发明提供的制备方法中，所述cti添加剂由二氧化硅与氧化铝组成，二氧化硅与氧化铝的摩尔比为1:10-15，且cti添加剂研磨后的粒径d90为10-30微米。

30、作为一种可选的实施方式，在本发明提供的制备方法中，步骤s1中，经碎浆和疏解处理后的芳纶沉析纤维的比表面积为70～120m2/g，打浆度为60-85°sr，纤维长度≤2mm。通过控制碎浆疏解机控制比表面积、打浆度和纤维长度，能够更好地协同提升本发明产品的力学强度。

31、作为一种可选的实施方式，在本发明提供的制备方法中，步骤s3中，烘干温度为40～105℃，高温辊压的压力为150～350n/m，温度为220～340℃。

32、作为一种可选的实施方式，在本发明提供的制备方法中，步骤s2中，所述芳纶绝缘纸的cti≥325v。

33、作为一种可选的实施方式，在本发明提供的制备方法中，所述芳纶沉析纤维为间位或对位芳纶沉析纤维。

34、作为一种可选的实施方式，在本发明提供的制备方法中，所述芳纶短切纤维为间位或对位芳纶短切纤维。

35、基于相同的技术构思，本发明还提供利用上述芳纶绝缘纸的制备方法所制备的芳纶绝缘纸在新能源汽车电机中的应用。

36、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

37、(1)本发明中通过对芳纶沉析纤维进行碎浆和疏解处理，以及对含金属元素的cti添加剂进行处理后加入到处理后的芳纶沉析纤维中，制备的芳纶绝缘纸能大幅提升其击穿强度、漏电起痕指数，防止因被击穿和表面被电蚀刻而失效，保障其在新能源汽车电机中作为绝缘材料的应用。

38、(2)本发明制备芳纶绝缘纸的方法中不使用任何化学助剂，减少对环境的污染，促进芳纶绝缘纸的绿色制造。