一种绝缘导热芳纶纸及其制备方法

本发明属于高性能芳纶纸基绝缘导热材料，特别涉及一种绝缘导热芳纶纸及其制备方法。

背景技术：

1、间位芳纶原纸，采用间位芳纶短切纤维和间位芳纶沉析纤维为原料，通过湿法抄造成形得到；由于芳纶纤维化学惰性、表面活性基团少且短切纤维表面光滑，导致间位芳纶原纸中纤维之间只存在极少数的氢键，其界面结合力弱，进而导致间位芳纶原纸存在结构松散、强度低以及绝缘性差的缺点。

2、为了解决上述问题，生产中常利用热压工艺对间位芳纶原纸进行处理，热压过程中沉析纤维吸热升温达到玻璃化温度而发生部分熔融，在压力下填充在原纸孔隙之中并产生粘结作用，使芳纶纤维相互紧密结合，最终得到机械强度高、绝缘性优异的芳纶纸，其在航空航天、轨道交通和电子电器等领域具有广泛的应用。

3、但是，传统的热压工艺中，由于热压温度和压力过高易导致纸张紧度过高，工艺难以精确控制，纸张局部易出现纸张羊皮化现象；其次，短切纤维自身强度也会受到较大损伤；因此，传统的热压工艺对纸张力学强度和结构致密性的提升有限；而且，芳纶纤维的结构特点决定了其较低的导热系数，长期在高频高压的工作条件下，芳纶纸内部会产生大量热量积累、温度过高，显著增加了高频电压对芳纶纸的击穿风险，高温状况也减少了纸张的使用寿命；因此，开发新的芳纶纸制备工艺对高性能芳纶纸基绝缘导热材料的发展具有重大意义。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种绝缘导热芳纶纸及其制备方法，以解决传统的热压工艺对纸张力学强度和结构致密性的提升有限，且导热系数较低的技术问题。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、本发明提供了一种绝缘导热芳纶纸的制备方法，包括：

4、对间位芳纶原纸进行冷压光处理，得到预压光的纸张；

5、将芳纶树脂液与羟基化氮化硼纳米片混合，得到芳纶树脂/羟基化氮化硼纳米片分散液；

6、将所述预压光的纸张放入到所述芳纶树脂/羟基化氮化硼纳米片分散液进行浸渍处理，得到浸渍后的纸张；

7、对所述浸渍后的纸张进行挤压，之后置于质子供体溶液中进行浸泡，干燥处理，得到干燥后的纸张；

8、对干燥后的纸张进行冷压光处理，之后放置在自然环境中进行内应力释放，接着再次进行冷压光处理，干燥，得到所述绝缘导热芳纶纸。

9、进一步的，对间位芳纶原纸进行冷压光处理，得到预压光的纸张的过程，具体如下：

10、采用双区软辊冷压设备，对间位芳纶原纸进行不同压力梯度的双压区软辊冷压光处理，得到预压光的纸张；其中，所述双区软辊冷压设备中，第一压区预压光速度为0.2-2.0m/min，第一压区预压光压力为0.5-5mpa，第二压区预压光速度为0.2-2.0m/min，第二压区预压光压力为5-12mpa。

11、进一步的，所述芳纶树脂/羟基化氮化硼纳米片分散液中，所述羟基化氮化硼纳米片的添加量为5-30wt％，其余为所述芳纶树脂液；其中，所述芳纶树脂液采用间位芳纶沉析纤维、licl及dmac配制得到，所述芳纶树脂液的固含量为2-10wt％。

12、进一步的，对所述浸渍后的纸张进行挤压的过程，具体如下：

13、采用挤压辊对所述浸渍后的纸张进行挤压，以挤压出多余的芳纶树脂/羟基化氮化硼纳米片分散液；其中，挤压辊辊速为0.5-3.0m/min，压力为0.1-0.8mpa。

14、进一步的，所述质子供体溶液采用质子供体与去离子水按照体积比为1:(1-8)的比例混合而成；其中，所述质子供体采用甲酸、甲醇和无水乙醇中的一种。

15、进一步的，对所述浸渍后的纸张进行挤压，之后置于质子供体溶液中进行浸泡，干燥处理，得到干燥后的纸张的过程中，干燥温度为60-100℃，干燥时间为1-5min。

16、进一步的，采用软辊冷压光设备，对干燥后的纸张进行软辊冷压光处理；其中，软辊冷压光速度为3.0-8.0m/min，压力为15-21mpa。

17、进一步的，采用软辊冷压光设备再次进行冷压光处理时，冷压光速度为1.0-4.0m/min，压力为8-15mpa。

18、进一步的，对干燥后的纸张进行冷压光处理，之后放置在自然环境中进行内应力释放，接着再次进行冷压光处理，干燥，得到所述绝缘导热芳纶纸的过程中，干燥温度为100-120℃，时间为4-10min。

19、本发明还提供了一种绝缘导热芳纶纸，利用所述的一种绝缘导热芳纶纸的制备方法制备得到；其中，所述绝缘导热芳纶纸的拉伸强度为25.34-36.32mpa，击穿强度为11.02-18.07kv/mm，导热系数为0.08-0.14w/(m·k)。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

21、本发明提供了一种绝缘导热芳纶纸及其制备方法，利用芳纶树脂液与羟基化氮化硼纳米片混合后产生的大量氢键结合，使芳纶树脂液均匀而紧密地包覆分散良好的羟基化氮化硼纳米片，并在无机粒子之间形成桥梁；之后，采用浸渍的方法将芳纶树脂/羟基化氮化硼纳米片分散液中的芳纶树脂充分渗透并原位还原在预压光的纸张的表面和内部，与芳纶纤维之间形成物理缠结和氢键作用，形成致密的结构；同时，由于羟基化氮化硼纳米片被包覆在芳纶树脂中，羟基化氮化硼纳米片也将随着芳纶树脂的流动充分渗入纸张表层结构，与纸张表面和内部的纤维产生紧密结合，在纸张表面和内部结构中形成良好的导热网络，又利用软辊冷压光技术在纵向上进一步实现纸张的紧实化，使羟基化氮化硼纳米片粒子间形成更多的导热通路，芳纶树脂充当“胶黏剂”，增加羟基化氮化硼纳米片与芳纶纤维的界面结合，后经质子化还原和二次软辊冷压后，羟基化氮化硼纳米片与纤维紧密包裹产生更多氢键结合，形成致密的“钢筋混凝土”结构，实现了芳纶纸绝缘性能、力学性能和导热性能的三重改善。

技术特征：

1.一种绝缘导热芳纶纸的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种绝缘导热芳纶纸的制备方法，其特征在于，对间位芳纶原纸进行冷压光处理，得到预压光的纸张的过程，具体如下：

3.根据权利要求1所述的一种绝缘导热芳纶纸的制备方法，其特征在于，所述芳纶树脂/羟基化氮化硼纳米片分散液中，所述羟基化氮化硼纳米片的添加量为5-30wt％，其余为所述芳纶树脂液；其中，所述芳纶树脂液采用间位芳纶沉析纤维、licl及dmac配制得到，所述芳纶树脂液的固含量为2-10wt％。

4.根据权利要求1所述的一种绝缘导热芳纶纸的制备方法，其特征在于，对所述浸渍后的纸张进行挤压的过程，具体如下：

5.根据权利要求1所述的一种绝缘导热芳纶纸的制备方法，其特征在于，所述质子供体溶液采用质子供体与去离子水按照体积比为1:(1-8)的比例混合而成；其中，所述质子供体采用甲酸、甲醇和无水乙醇中的一种。

6.根据权利要求1所述的一种绝缘导热芳纶纸的制备方法，其特征在于，对所述浸渍后的纸张进行挤压，之后置于质子供体溶液中进行浸泡，干燥处理，得到干燥后的纸张的过程中，干燥温度为60-100℃，干燥时间为1-5min。

7.根据权利要求1所述的一种绝缘导热芳纶纸的制备方法，其特征在于，采用软辊冷压光设备，对干燥后的纸张进行软辊冷压光处理；其中，软辊冷压光速度为3.0-8.0m/min，压力为15-21mpa。

8.根据权利要求1所述的一种绝缘导热芳纶纸的制备方法，其特征在于，采用软辊冷压光设备再次进行冷压光处理时，冷压光速度为1.0-4.0m/min，压力为8-15mpa。

9.根据权利要求1所述的一种绝缘导热芳纶纸的制备方法，其特征在于，对干燥后的纸张进行冷压光处理，之后放置在自然环境中进行内应力释放，接着再次进行冷压光处理，干燥，得到所述绝缘导热芳纶纸的过程中，干燥温度为100-120℃，时间为4-10min。

10.一种绝缘导热芳纶纸，其特征在于，利用如权利要求1-9任意一项所述的一种绝缘导热芳纶纸的制备方法制备得到；其中，所述绝缘导热芳纶纸的拉伸强度为25.34-36.32mpa，击穿强度为11.02-18.07kv/mm，导热系数为0.08-0.14w/(m·k)。

技术总结本发明属于高性能芳纶纸基绝缘导热材料技术领域，具体公开了一种绝缘导热芳纶纸及其制备方法，方法包括：对间位芳纶原纸进行冷压光处理，得到预压光的纸张；将芳纶树脂液与羟基化氮化硼纳米片混合，得到芳纶树脂/羟基化氮化硼纳米片分散液；将所述预压光的纸张放入到所述芳纶树脂/羟基化氮化硼纳米片分散液进行浸渍处理，得到浸渍后的纸张；对所述浸渍后的纸张进行挤压，之后置于质子供体溶液中进行浸泡，干燥处理，得到干燥后的纸张；对干燥后的纸张进行冷压光处理，之后放置在自然环境中进行内应力释放，接着再次进行冷压光处理，干燥，得到所述绝缘导热芳纶纸；本发明实现了芳纶纸绝缘性能、力学性能和导热性能的三重改善。技术研发人员：修慧娟,杜晓云,李金宝,张美云,张慧,尹鼎文,刘庚玫,邓自立受保护的技术使用者：陕西科技大学技术研发日：技术公布日：2024/5/8